土石坝课程设计成果

土石坝课程设计成果 湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院 Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power 课程设计成果 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 课题名称 土石坝课程设计 水利工程施工技术 适用专业: 适用班级: 10级施工技术 姓 名: 陶 迅 宁 指导老师: 刘 咏 梅 老 师 设计开始日期: 2012年 06月04日 设计结束日期: 2012年 06月10日 水利工程系 目 录 一、设计基本资料 1、工程布置和主要建筑物 1.1、工程等别和设计标准 1.2、水文气象及洪水资料 1.3、地质资料 1.4、坝型、坝线、枢纽布置综合比选 二、大坝尺寸设计 2、选择坝型、拟定坝体剖面尺寸 2.1、坝型选择 2.2、剖面尺寸拟定 三、渗流分析 3、渗透计算 3.1、渗流情况选择 3.2、渗流的分析方法 3.3、设计洪水位时单宽流量计算 四、稳定分析 4、坝坡稳定分析 4.1、分析情况选择 4.2、步骤如下 4.3、综合稳定分析 五、地基与结构 5、地基处理及坝体与岸坡的连接 5.1、地基处理 5.2、坝体与岸坡的连接 5.3、坝顶细部构造 5.4、护坡 5.5、排水结构 六、参考资料 6、参考资料及文献 一、设计基本资料 1、工程布置和主要建筑物 1.1、工程等别和设计标准 东谷水利枢纽是以发电和灌溉为主，兼顾防洪及其他效益的综合性枢纽工程。本工程正常蓄水位148.00m，校核水位149.19m，总库容1.2140亿m3，电站装机容量16MW。根据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪 等工程，大(2)型水库。水标准》(SL252-2000)的规定，确定东谷水利枢纽为? 其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为4级建筑物，临时建筑物为5级建筑物。 相应本工程泄水和挡水建筑物的洪水标准，按100年一遇洪水设计， 2000年一遇洪水校核。电站厂房防洪标准采用20年一遇洪水设计， 100年一遇洪水校核。 坝址区地震基本烈度小于?度，按《水工建筑物抗震设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》(SL203-97)的规定，设计烈度为6度,可不进行抗震设防。 1.2、水文气象及洪水资料 多年平均气温17.7?、极端最高气温40.2?、极端最低气温-8.3?，多年平均风速1.8m/s，多年平均最大风速14m/s，相应风向WNW，吹程D=1km。 各频率洪峰流量见表5.1-2。 洪 峰 流 量 表 表5.1-2 单位:m/s 31.2.1、 水位,流量关系曲线 下坝线水位,流量关系曲线见表5.1-3。 坝址水位流量关系曲线表 表5.1-3 单位:m/s 3 溢洪道出口河道断面水位,流量关系曲线见表5.1-4。 溢洪道出口河道断面水位,流量关系曲线表 表5.1-4 单位: m/s 3 3 泥沙:含 沙 量:0.0487kg/m，多年平均输沙量1.73万t 淤沙容重:1.80t/m3，淤沙 148.00m 发电尾水位: 一台机86.79m 二台机87.139m 死水位: 130m 校核洪水位: 149.19m 校核洪水位最大下泄流量: 1690 m3/s(p=0.05%) 相应下游水位93.8m 设计洪水位: 148.00m， 设计洪水位下泄流量: 1360m3/s(P=1%) 相应下游水位93.00m 装机容量: 16MW 发电引用流量: 33.28 m/s 水轮机型号: HLA551-LJ-135 机组台数: 2台 水轮机安装高程: 87.9m 厂房下游设计水位::91.90m(p=3.33%) 校核水位:92.80m(p=1%) 3 1.3、地质资料 1.3.1、地震设防烈度 东谷水利枢纽区域地质构造稳定。据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，工程区地震动峰值加速度为小于0.05g，相应坝址区地震基本烈度小于?度，故地震设计烈度与基本烈度一致取设计烈度小于6度，按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)的规定，不进行抗震计算。 1.3.2建筑物主要基岩岩性 坝址岩性为泥盆系跳马涧组石英砂岩、片状砂岩、绢云母片岩。 1.3.3基岩物理力学指标 a. 大坝、电站厂房 坝址区各岩组及构造岩石物理力学指标列于表5.1-5,6。 b. 导流、发电及灌溉洞 初拟发电洞进口位于上坝线右岸上游冲沟中，进口段洞底标高120m，隧洞 最大长度约400m，属?,?类围岩区;F2断层破碎影响带属?类围岩区。导流、灌溉隧洞进口位于上坝线左岸上游冲沟中，进口洞底标高分别为120m、125m，属?,?类围岩区。 c. 溢洪道 溢洪道布置于左岸，进口位于左坝肩上游第一个哑口，沿坝肩分水岭以外冲沟布置，经三次转折后，于坝线下游冲沟口汇于下游河道。溢洪道中心线总长度约615m，泄槽为开敞式，泄槽净宽为22m。溢洪道分成进口引水渠及闸室段、陡槽段、冲坑与消力池段、尾水渠段六大部分。最大边坡高度24m，岩层及主要节理方向与渠线夹角大，为斜向坡，局部存在边坡稳定问题，开挖坡比1:0.75，基岩抗冲流速V=4,6m/s。 1.3.4、设计安全系数 a) 大坝坝坡抗滑稳定安全系数 正常情况(正常蓄水、设计洪水P=1%) K?1.35 非常情况 K?1.25 .控制闸和厂房整体抗滑稳定安全系数: b) 重力坝 基本组合:抗剪断 K′?3.0 抗剪 K?1.1， 特殊组合:抗剪断 K′?2.5 抗剪 K?1.05; 厂房抗浮稳定安全系数:Kf?1.1; 厂房地基应力:最大垂直压应力不超过地基允许应力，最小垂直压应力不得小于零。 c) 防渗帷幕设计标准 坝基及近岸地段 q?5Lu 远岸地段 与地下水位线封闭为标准。 d) 边坡稳定安全系数 工程区主要边坡有:溢洪道进出口边坡、厂房引水洞及灌溉引水洞进水口边 坡和坝后厂房右侧边坡等。 边坡级别:发电引水洞及灌溉引水洞进口边坡、溢洪道进出口边坡为2级，厂房右侧边坡及其它次要建筑物边坡为4级。 地质参数采用值见表5.1-5和表5.1-6: 下坝线坝基岩体主要地质参数采用值表 上坝线坝基岩体主要地质参数采用值表 1.4、坝型、坝线、枢纽布置综合比选 坝线拟定:东谷河流经东谷陂后，山势陡降，河岸由峡谷地形突变为平原。在可研阶段从充分利用河流水量、水能资源角度考虑，将坝址选择范围确定在峡口附近河段。综合河段地形地质条件，通过实地勘察，选择了东谷陂(下坝址)和打石窝(上坝址)两个坝址，作为可研阶段比较坝址，两坝址相距2.3km。经审定批准下坝址为本工程的坝址。而东谷陂范围较小，仅200m范围，上游左岸有一大面积蠕变体(东谷林场滑坡，滑体以下岸坡为东谷陂岩质岸坡蠕变体)，下游为开阔的河流滩地，不具备选多条坝线的条件，故本阶段在可研批准的下坝址进行上下两坝线比较工作。以可研推荐的坝址坝线为下坝线，上坝线距下坝线 约115m处。且由于上坝线坝基位于寒武系岩层，又受F1、F19、F18断层切割影响，上坝线建基面岩石力学参数很低，设计的重力坝剖面较大，为此上坝线往下游平移20m，使坝基大部分位于泥盆系岩层，并可大致避开F1、F19、F18断层影响。故上下比较坝线相距为95m。 根据当地地质地形条件,结合当地建筑 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 分布和储量,适合修建的坝型有砼重力坝坝型和土石坝(粘土心墙坝)坝型,由于两种坝型带来的枢纽布置截然不同,故而坝线比较过程中结合坝型、枢纽布置一起比较。 地质方面:两条坝线地质条件均复杂，岩石较破碎、岩层倾向下游且倾角平缓，F2断层在上坝线处横穿河谷，修建重力坝地质条件较差，修建重力坝主要存在:?坝基沿层面及破碎夹层产生浅、深层滑动，?F2断层带存在较厚的夹泥层，坝基存在不均匀沉陷问题，?上坝线右岸风化深度深，右岸存在边坡稳定等问题。而当地土料及坝壳料丰富，宜修建当地材料坝，下坝线水文工程地质条件稍优于上坝线，且水工布置条件较下坝线好，因此从水文、工程地质角度，并综合水工布置因素推荐下坝线为设计坝线。下坝线岩石风化较厚，F2断层横贯河床，不宜修建混凝土坝，适宜修建当地材料坝。 上下坝线工程地质条件比较见表5.2-1。 上、下坝线区工程地质条件比较表 表5.2-1 坝型拟定:可研阶段对下坝址进行了粘土心墙坝和面板堆石坝的比较，由于地形地质条件及当地材料等因素的影响不宜采用面板堆石坝，而选择采用粘土心墙坝，故本阶段不再比较面板堆石坝方案。在落实当地建筑材料的情况下，结合地形及地质条件，本阶级选择混凝土重力坝、粘土心墙坝和粘土斜墙坝三种坝型进行比较。由于这几种坝型的枢纽布置完全不一，而上坝线由于距上游右岸东谷滑坡蠕变体仅80 m左右，上坝线只能选重力坝，土石坝上游放坡影响到右岸蠕 变体，下坝线主选土石坝，故将坝型、坝线、枢纽布置一起进行比较。 枢纽布置方面:由于左岸山体雄厚，有天然垭口可布置溢洪道，垭口下游有天然洼地可归槽;而右岸山体相对较单薄，邻谷平行河流方向，布置溢洪道归槽困难;灌溉取水口只能布置在右岸，接右岸灌溉引水渠系统。进厂公路及交通只能位于左岸。故重力坝方案枢纽布置只宜布置坝下左岸厂房、右岸溢洪道。粘土心墙坝和斜墙坝方案只宜布置左岸溢洪道及灌溉取水洞、右岸引水发电洞、坝后式厂房。所有方案进厂公路均布置在左岸。 将上坝线重力坝方案枢纽布置、下坝线重力坝方案枢纽布置、下坝线粘土心墙土石坝方案和下坝线粘土斜墙土石坝方案枢纽布置四方案一起进行综合比较。 方案一:上坝线混凝土重力坝方案:混凝土重力坝+坝后式厂房。坝体的溢流坝段泄洪。坝内设引水发电管，接坝后式厂房发电。灌溉取水口设在重力坝段，坝内预留灌溉取水管。对大坝建基面及F2断层进行固结灌浆处理。河床坝段建基面位于强风化中下部，岸坡坝段建基面位于强风化中上部。左岸上坝公路和左岸进厂公路两条交通道，枢纽布置紧凑。施工采用分期导流。 方案二:下坝线混凝土重力坝方案:混凝土重力坝+坝后式厂房。布置和上坝线重力坝方案相同，但坝轴线较上坝线长123.6m。 方案三:下坝线粘土心墙坝方案:粘土心墙土石坝+左岸溢洪道+左岸引水发电洞+左岸导流洞。粘土心墙料位于坝轴线下游1km处，土石坝坝壳料全部使用上游滑坡体减载石碴混合料和建筑物的开挖料。防渗体为粘土心墙+帷幕灌浆，心墙底部设压浆板。心墙部位清除砂卵石覆盖层后，设置1.5m厚压浆平台，直接与弱风化岩层相接，其它部位清除腐植土及有机质质即可。上游坝面水位变幅区设干砌石护坡，下游坝面设草皮护坡。 方案四:下坝线粘土斜墙坝方案:粘土斜墙土石坝+左岸溢洪道+左岸引水发电洞+左岸导流洞。粘土心墙料位于坝轴线下游1km处，土石坝坝壳料全部使用上游滑坡体减载石碴混合料和建筑物的开挖料。防渗体为粘土斜墙+帷幕灌浆，斜墙底部设压浆板。斜墙部位清除砂卵石覆盖层后，设置1.5m厚压浆平台，直 接与弱风化岩层相接，其它部位清除腐植土及有机质质即可。上游坝面水位变幅区设干砌石护坡，下游坝面设草皮护坡。 上坝线重力坝坝顶高程150.5m，最大坝高70.5m。坝轴线长225m，坝体横剖 :0.25，下游面坝坡1:0.85。坝体混凝土为C15和C20。河床部面上游面坝坡1 位建基面高程为80.00m， 下坝线重力坝坝顶高程150.5m，最大坝高70.5m。坝轴线长348.6m，坝体横剖面上游面坝坡1:0.15，下游面坝坡1:0.65。坝体混凝土为C15和C20。河床部位建基面高程为80.00m， 下坝线粘土心墙坝及斜墙坝:坝顶高程为149.8m，最大坝高67.8m，防浪墙顶高程为151.0m。上游面坝坡1:2.5,3.0，下游面坝坡1:2.25,2.5。 四方案比较主要工程量详见表5.2-2。 方案比较工程量表 方案比较工程量表 1.4.1、坝型、坝线、枢纽总布置综合分析见表5.2-3。 四个方案施工总工期、首台机发电工期、单位度电投资均相差很小，故不参与比较。方案一、方案三和方案四较优,而方案三较方案一投资少629.5万元，案三较方案一投资少324万元。结合上游滑坡体情况:根据可研审批意见及本阶段进一步查勘及稳定复核，滑坡目前处于稳定状态，水库蓄水后，当库水位骤降时，滑坡处于不稳定状态，需将滑体露出正常高水位上部约66万m3进行减载，方案三可解决滑坡减载料的弃碴问题。综合地质、当地材料、工程投资、滑坡体处理等因素，选定方案三，即下坝线粘土心墙土石坝+左岸溢洪道+右岸引水发电系统+坝后式厂房为推荐方案。 二、大坝尺寸设计 2、选择坝型、拟定坝体剖面尺寸 2.1、坝型选择 综合以上资料方案，根据作业要求选择粘土均质坝。上游选用砌石护坡，下游选用草皮护坡。 2.2、剖面尺寸拟定 2.2.1、坝顶超高=波浪爬高+最大的涌水高度+安全加高 d= h1+ e+ a 因上游选用砌石护坡，查得K=0.8 选择坡度系数为1:m=2.5,则由: h1 =3.2*K*2 hl *tanθ 单位(m) 设计值: =3.2*0.8*0.0166*28 =0.019154*113*tan(12.5) e=0.036v2*D 2*g*HCOSα 2 =0.036* =0.01528*12*9.8*(148- 根据大坝的级别2级确定设计安全超高值为:1.0m d设= h1+ e+ a =0.0191+0.015+1.0 =1.0341m h1 =3.2*K*2 hl *tanθ 校核值: =3.2*0.8*0.0166*14 =0.008 12.5) e=0.036v*D 254*113*tan( 2*g*HCOSα 单位(m) 14*12 =0.036* =0.00372*9.8*(149.19- 根据大坝的级别2级确定校核安全超高值为:0.5m d校= h1+ e+ a =0.008+0.0037+0.5 =0.5117m 大坝高程取校核情况和设计情况的最大值， D顶=D设+d设 =148+1.0341 =149.0341m D校=D校+d校 =149.19+0.5117 =149.7017m 因D校=149.7017>D设=149.0341所以坝顶高程为149.7m.由平面布置图可知坝址处河床高程为84.0m，向下开挖4m透水地基清除砂卵石覆盖层后期高程为80.0m，则坝高为149.7-80.0=69.7m。 2.2.2、坝顶宽度确定 坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和地震等方面的要求综合考虑确定。SL 274-200《碾压式土石坝设计规范》 规定:高坝坝顶宽度可选10~15m，中、低坝坝顶可选5~10m。该设计大坝坝高69.7m属于中坝，坝顶宽度拟定为7m。 2.2.3、坝坡选定 坝坡坡率关系到坝体稳定以及工程量大小。上游坝坡长期处于饱和状态，加之水库水位有可能快速下降，是坝坡稳定处于不利地位，故其上游坡率比下游坡率缓。 粘性土料的稳定坝坡为一曲面，上部坡陡，下部坡缓，所以用粘性土料做成的坝坡，常沿高度分成数段，每隔10~30m，从上而下逐段放缓相邻坡率差值取0.25或0.5. 由粉土、砂、轻壤土修建的均质坝，透水性较大，为了保持渗透稳定，适当放缓下游坡度。 当坝基或坝体土料延坝轴线分布不一致时，分段采用不同坡率，在各段过渡区，使坝坡缓慢变化。 该坝坝高69.7m，故采用三级变坡。上游坝坡为1:2.75、1:3.0、1:3.25，下 游坝坡1:2.25、1:2.5、1:2.75 2.2.4、马道 为防止坝面冲刷，同时便于交通、检测、观测维修并且有利于坝坡稳定，沿 高程每隔10~30m设置一条马道，其宽度不小于1.5m，马道设在边坡坡度变化处。 该坝在上下游每隔23m设置一条马道，其马道宽度为2m，第一级马道高程为103m，第二级马道高程为126m。 2.2.5、坝体排水 坝体排水有棱体排水、贴坡排水、坝内排水三种形式。棱体排水适用于下游有水坝型，故该坝使用棱体排水，它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护尾水范围内下游坝脚不受波浪淘刷，还可与坝基排水想连接。当坝强度足够时，还可发挥支撑作业，增加稳定作用。 棱体排水内坡坡率为1:1.0，外坡坡率为1:1.5，顶部宽度为2.0m。 2.2.6、坝体剖面图 三、渗流分析 3、渗透计算 3.1、渗流情况选择 上游设计蓄水位与下游相应的最低水位。 3.2、渗流的分析方法 采用水利学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律和杜平假设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速、渗透流量和浸润线等。 3.2.1、本次设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。按不透水层地基情况。 3.3、设计洪水位时单宽流量计算 上游设计洪水位为148m，下游相应水位为93m则上游水深H1=148-80=68m，下游水深H2=93-80=13m。 ΔL=m1 1+2m1H1=31+2*3*68=29.14m L1=(149.7-148)*3+7+(149.7-80)*2.5-(94.8-80)*1.5-2-(94.8-93)*1.0=160.35m L=ΔL+L1=29.14+160.35=189.49m h0=H1+H2)+L-L=68-13)+189.492222-189.49=7.8m q K=H1-(H2+h0) 2L22=682-(13+7.8)2 2*189.49=11.06m 根据均质坝筑坝材料规定渗流系数 K=4.0*10-5cms=4.0*10-7ms q=11.06*4.0*10-7=4.424*10 2-6m2s 浸润线方程为:y2=2h0x+h0=2*7.8x+7.82 将渗流曲线坐标值列入表中 四、稳定分析 4、坝坡稳定分析 稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体安全的依据，稳定分析的可靠程 度对坝体的经济和安全性具有重要的影响。 4.1、分析情况选择 以上游正常高水位，而下游无水: 4.1.1、滑裂面形式 对于均质坝，上下游坝坡均为曲线滑裂面。采用圆弧法进行稳定计算。 4.1.2、不计条块间作用力的总应力法的稳定分析 4.2、步骤如下 4.2.1、利用B.B方捷耶夫法和费兰纽斯法确定最危险滑弧所对应圆心的范围。在一扇形范围内的M1、M2延长线附近。 4.2.2、 取01为圆心，以R=160m为半径，作圆弧。 4.2.3、分条编号:b=0.1R=16m，从圆心作垂线为0号土条的中心线，向上依次为1，2，3，…8;向下依次为-1，-2，… . 4.2.4、 列表计算荷载，参见下表1。 4.2.5、利用公式计算抗滑稳定安全系数kc。 1Σwicosaitanθ kc=+cieibΣwi’sinaii 式中:wi=r1h1+r2h2+r3h3 r1、r3—坝体土的湿重度、浮重度， wi’=r1h1+r2h2+r3h3 r1、r2、r3—坝体上的湿容重、饱和容重、浮容重 由提供的资料可知: r1=19KN/m3 ， r2=20.5KN/m3 ， tanθi=tan25=0.466 ΣLi=πR 180•θ=3.14×160 180 1 16 ?K= 4.3、综合稳定分析 查规范查得规定安全系数K=1.35，设计安全系数K=1.09<规定安 全系数K=1.35,故不满足大坝稳定，需要改变坝坡，重新拟定坝面， 以满足坝体的安全。 五、地基与结构 5、地基处理及坝体与岸坡的连接 5.1、地基处理 河槽处:水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，吸水量也较低，故只需 清除覆盖层即可，挖至基岩即可。 大坝覆盖层厚。清基开挖量大，故表面5~8m的黄土覆盖层，处理的方法是: 预先浸水，促其湿陷，即在坝基上开挖纵横沟槽或坑，灌水，必要时随着浸水的过程预加荷重。3~5m厚的砂卵石层可用钻孔灌浆的方法。 5.2、坝体与岸坡的连接 土坝与岸坡的接合面是工程中较软弱的环节，应妥加处理，避免沿接合面发生集中渗流，土坝裂缝等现象。左坝肩到左滩地，坡积风化层5,10m，需彻底清除，左岸坡上修建混凝土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。右坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。 5.3、坝顶细部构造 本坝无交通要求，坝高H=149.7-80=69.7m;坝顶宽度B=1/10*H=6.97m;取坝宽 为7m.坝顶护面材料采用密实的砂砾石、混凝土以适应大坝的变形，并对坝体起保护作用，防止干裂和雨水冲刷。坝顶两侧设栏杆以防安全，栏杆高于坝顶1.0m，坝面向下游侧放坡，坡度选择3%。 5.4、护坡 土石坝上游坡面经受波浪冲刷和漂浮物的撞击等危害作用，下游坝坡要遭受雨水、大风、冻胀干裂等破坏作用。因此，上下游坝面都需设置护坡。 本设计上游护坡采用砌石护坡，厚度为0.6m。同时还应设垫层，采用碎石厚0.3m，护坡上至坝顶下至坝踵，下游采用堆石护坡。如图所示 (a)上游护坡 (b)下游护坡 5.5、排水结构 适用棱体排水，是在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。大坝为2级，不应小于1.0m，并使坝体浸润线距坝坡的距离大于冰冻深度。堆石棱体内破一般为1:1.0,外坡为1: 1.5，应避免棱体排水上游坡脚出现锐角，顶宽应根据施工条件及检查观测需要确定，但不得小于1.0m，本次设计取2m。排水构造如下图: 六、参考资料 6、参考资料及文献 (1)GB50201—94 中华人民共和国防洪标准; (2)SL252—2000 水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准; (3)SL274—2001 碾压式土石坝设计规范; (4)SDJ213—83 碾压式土石坝施工技术规范; (5)SL237—1999 土工实验规程; (6)DL/T5073-1997 水工建筑物抗震设计规范; (7)SL47—94 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范; (8)DL/T5057—1996 水工钢筋混凝土结构设计规范;