水库土石坝工程的初步设计.docx

1、水库土石坝工程的初步设计提供全套毕业论文，各专业都有中文摘要 1英文摘要 21 基本资料 31.1 水文资料 31.2 地形、地质条件 42 枢纽布置 92.1 工程等别的确定 92.2 坝型的选择与枢纽布置 102.2.1 坝型的选择 102.2.2 泄水建筑物的选择 112.2.3 取水建筑物 123 坝断面设计 123.1 坝顶高程确定 123.2 坝顶宽度的确定 173.3 坝坡 184 土石坝的构造 194.1 坝顶构造 194.2 坝坡的构造 204.3 防渗体 214.4 排水设施 224.4.1 棱体排水 224.4.2 坝面排水 235 土石坝的防渗计算 245.1 总渗流量

2、的计算 245.2 防止渗透变形的工程措施 266 土石坝的地基处理 266.1 地基处理 276.2 土石坝与坝基、岸坡及其他建筑物的连接 277 隧洞的布置 287.1 导流隧洞 297.2 泄洪隧洞 317.3 发电隧洞 347.4 放空隧洞 348 施工工艺 348.1 施工布置 348.2 测量放样 358.3 料场 358.3.1 料场的规划 358.3.2 土石料的开挖 368.4 临时建筑物的修建 368.4.1 临时交通道路 368.4.2 围堰的修建 378.5 清基与坝基处理 378.6 基坑排水系统布置 378.6.1 排水系统布置 378.6.2 基坑排水 378.6

3、.3 左右两岸山沟雨水迳流的控制 378.7 坝体填筑施工 388.7.1 填筑作业面的划分 388.7.2 施工试验 388.7.3 坝料运输及卸料 398.7.4 铺料与整平 408.7.5 坝体碾压 408.7.6 平整马道与岸坡 448.7.7 干砌石护坡 448.7.8 坝顶的布置 448.7.9 土石坝的雨季和冬季施工 448.7.10 机械设备表 449 土石坝工期的计算 45XX水库土石坝工程初步设计摘要：本毕业设计为XX水库土石坝工程的初步设计，在已知的地形、地质、水 文、气象条件的基础上，通过对土石坝的各种坝型进行综合分析与比较，最终选择粘土心墙土石坝的坝型。设计的主要有水

4、库枢纽布置、主坝体结构设计、坝体渗流计算、泄洪与发电隧洞的布置、施工工艺流程图与主坝体的施工工期计算等内容。本设计的重点任务是结合实际情况编写施工组织设计，运用亿图软件编制工艺流程图。在流程图中，详细阐述了从施工准备到坝体填筑的过程中工程的施工顺序，并对各坝体分区工程进行了详细的施工设计，具体涉及到了坝体的施工布置、各坝区施工方法与分部工程施工工艺以及施工质量与安全的控制等方面。经具体的设计，完成了设计计算书和五张设计图。关键词：粘土心墙土石坝；主坝体结构设计；工艺流程图；施工方法；施工工艺Abstract：The graduation projectof Meilin Reservoir d

5、am preliminary design，Based on the known terrain, geological, hydrological, meteorological conditions，through the comprehensive analysis and comparison of various type of dam on the dam，the final selection of dam with clay core wall rockfill dam。The main reservoir design project layout, the main dam

6、 design, dam seepage，spillway and power tu-nnel layout, construction process diagram with the main dam constructionperiod calculation etc。The key task of this design is combined with the actual situation of compiling the construction organization design，using the figure software process flow diagram

7、。In the diagram, elaborated in detail the construction prep- aration and construction sequence of dam filling in the engineering process，and carries on the detailed construction design of the dam zoning engineering，in particular to the construction layout, the dam dam construction method and constru

8、ction technology division of engineering and construction quality and safety control etc。The specific design, completed the design calculations and。 five design drawingsKeywords：clay core wall rockfill dam；dam body structure design；construction me- thod；process flow diagram；construction technology1

9、基本资料1.1 水文资料 XX水库位于我国西南某省，工程以发电为主，兼顾灌溉。水库库容为2605万m3，电站装机为36300KW。所在流域属典型的山区季节性河流，洪峰流量不大，但洪枯流量和水位变幅较大。水库坝址处控制流域面积为406KM2。工程区域地形北高南低，海拔在780m1250m之间；属亚热带气候，气温较高，年平均气温16.4C。最高气温33.1 C，最低气温-6.6 C；雨量充沛，多年平均降雨量为1556.8mm，510月为雨季，降雨集中在69月，年降雨天数约186天，年平均相对湿度为84%，年蒸发量为1260mm；坝址处年平均流量为11.2m3/s，实测最大流量为98 m3/s，最小

10、流量为1.46 m3/s。各频率分期洪水流量见表一。汛期河水面宽为1015m，河道天然坡降为9.1，糙率为0.046。洪水受台风的影响能形成暴雨，根据暴雨洪水季节及全年径流变化规律，施工洪水时段分为洪水期（5月15日10月5日）和枯水期（10月5日翌年5月15日）。坝址处右岸坡角为4050，左岸坡在高程930m以下为3550，以上变缓约为20。时段（月.日）均值QPP=0.001P=0.002P=0.005P=0.01P=0.02P=0.05P=0.1P=0.2全年2121951771621461251048810月5日翌年5月15日28.248.4539.02表1.1 各频率分期洪水流量（m

11、3/s）1.2 地形、地质条件坝址地质构造为岩层走向与河流近于垂直，岩层陡立，倾角为6080,。出露地层为砂岩夹页岩。河床冲积层厚为12m，产状N40E/SE89，下覆基岩为砂页岩；坝址上游右岸河边有几条小断层分布，破碎带宽10cm。坝基为砂岩夹页岩，新鲜基岩透水性不大。坝址附近左岸山体岩层的岩性主要为砂岩间夹薄层页岩。左岸高程为905m以上为全风化层，最大厚度为30cm，全风化岩石大部呈土状及碎块状，可视为碎石质土。强风化岩石厚48m，岩体松散破碎。弱风化岩石厚48m，微风化岩石埋深为4550m。右岸山体主要为砂质页岩，右岸高程为912m以上全风化层814m，以下无全风化岩石。强风化层厚为6

12、21m，弱风化层厚46m。坝址区域在大地构造上处于相对稳定区，未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。河流两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区未发现重要矿产和文物。本区地震基本烈度为六级，建筑物按七级设防。本枢纽工程的拦河大坝初步确定为土石坝，坝顶与一条三级公路衔接。根据规划，水库正常蓄水位为925.5m，设计洪水位为925.5m，相应的下游水位864.85m，洪水流量为146.5m3/s；校核洪水位为926.0m，相应的下游水位为855.8m，洪水流量为210.5m3/s；死水位为880.0m坝址处水位流量关系可近似地用下式表示：工程区域附近的石料及粘土储量丰富，石

13、料以白云质灰岩为主。 砂砾料颗粒组成见表1.2。粒径（mm）2008040205210.50.250.05含量（%）83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9表1.2 砂砾料颗粒组成土石料的物理力学特性见表1.3。项目名称比重(KN/M3)干容重d(KN/M3)湿容重(KN/M3)饱和容重s(KN/M3)塑性指数I(%)最佳含水量WO(%)天然含水量WO(%)初始孔隙水压力系数B粘土25.71523.917.61822.5290.3砂砾石25.317.718.54.8堆石27.219.626.5 表1.3 土石料的物理力学特性项目名称空隙比e渗透系数K(m/

14、s)粘聚力C(kpa)摩擦角（）施工期稳定渗流期水位落降总应力有效应力有效应力有效应力粘土0.71410-92010211919砂砾石0.43410-4035堆石0.39039库区多年平均最大风速为21.9m/s，多年平均最大风速的风向与坝轴线法向的交角为25.8，建坝后库内吹程约1.5km。枢纽工程由挡水坝、导流泄洪洞、溢洪道、发电灌溉隧洞及枢纽电站组成。其中，发电灌溉隧洞和电站另组成发电引水系统。图1-1是坝址处的地形图。图1-1 坝址地形图2 枢纽布置2.1 工程等别的确定根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，水利水电工程根据其工程规模、效益以及在国民经济中的重

15、要性，划分为、五等，适用于不同地区、不同条件下建设的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，见表2.1。表2.1 水利水电工程分等指标工程等级工程规模水库总库容（108m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田（104亩）治涝面积（104亩）灌溉面积（104亩）供水对象重要性装机容量（104kw）大（1）型10特别重要500500150特别重要120大（2）型101.0重要500-100200-60150-50重要12030中型1.0-0.1中等100-3060-155-50中等305小（1）型0.1-0.01一般3055-0.5一般51小（2）型0.01-0.00153

16、0.51注：1.水库的总库容指水库最高水位以下的静库容。 2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。对于综合利用的水利水电工程，当按综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应该按其中的最高等别确定。从水库的总库容来看，该工程的等别为级，从装机容量来看该工程的等别为级，取两者之间级别最高的，所以该工程的等别为级。2.2 坝型的选择与枢纽布置 水利工程建筑物主要包括：挡水建筑物、围堰、导流泄洪洞、溢洪道、电站等。水利枢纽的布置就是根据已有的条件合理的确定各个枢纽的位置。2.2.1 坝型的选择根据提供的资料，该处的地形、地质条件适合建造土石坝，另外、建筑材料储存量丰富。因此本枢纽工程的拦河大坝初

17、步确定为土石坝。根据防渗结构的类型，常见土石坝的型式有心墙土石坝、斜墙土石坝、面板土石坝、均质土石坝等。根据地形、地质、建筑材料、施工情况、工程量、投资等方面，经综合比较选定坝型。详见表2.2表2.2 坝型的比较 方案因素 123均质坝斜心墙土石坝心墙土石坝地形条件适合适合适合地质条件风化的岩基上风化的岩基上风化的岩基上工程量小大较大建筑材料粘土石料、粘土石料、粘土施工条件较为简单复杂较均质坝复杂根据坝址处的地形、地质条件，虽然说修建均质坝的条件满足，但是从防渗效果来说，这个方案是不可取的。因为该处的大坝为高坝，倘若只用一种土料来修坝，压实效果不好，从而影响坝的抗渗性，这也就是说均质坝常常适用

18、于中低坝。斜心墙坝的施工量和难度都较大，另外，修建斜心墙坝对筑坝材料的要求较高，因为坝体必须对斜墙有足够的支撑效果，也就是说斜心墙对沉降变形较为敏感，并会伴随着裂缝的产生。心墙坝位于坝体中间而不依靠在透水的坝壳上，其自重依靠本身传到基础，不受坝壳的沉降影响，这样有利于整个坝体的稳定。综上分析，工程最终的坝型选择粘土心墙土石坝。2.2.2 泄水建筑物的选择泄水建筑物主要包括溢洪道、导流建筑物、 放空建筑物等。泄水建筑物的布置必须根据坝址处的地形、地质条件。1导流建筑物大坝的施工必须在干地上进行，因此首先要布置的是导流建筑物。导流的方式大体上可以分为两类，即分段围堰法导流和全段围堰法导流。根据坝址

19、处的水位条件：汛期河水面宽为1015m，因此适合用全段围堰法导流。导流的方式主要有明渠导流和隧洞导流。明渠导流，主要用于岸坡平缓或有宽广滩地的平原河道上；隧洞导流，一般常用在河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚实的地方。把适用于这两种导流方式的条件和坝址处的地形、地质的条件进行比较，不难得出该处采用隧洞导流，并把隧道布置在河道的左岸。2溢洪道溢洪道主要用来宣泄汛期或其他情况下水库中多余水量以保证大坝安全的建筑物，包括河床溢洪道和河岸溢洪道两类。土石坝不允许水流漫顶，一般选择河岸溢洪道。河岸溢洪道包括正槽式、侧槽式、隧洞式和虹吸式四种。溢洪道在枢纽中的位置应根据地形、地质、工程特点、枢纽布置要求、施工

20、及运行条件等综合因素确定：开敞式溢洪道应建在山凹口出；隧洞式溢洪道最好在完整的岩体中开凿，同时要避开不稳定的边坡；溢洪道应避免与发电、及灌溉建筑物相互干扰；溢洪道出口的布置应使水流顺畅，还要远离土坝坝角，避免对坝体产生冲刷。从各个方式的适用条件和该坝址本身的条件分析，隧洞式溢洪的方案较为理想。3放空建筑物因为水库每隔23年，需要将水库的库容放到死库容，为了达到这个目的而建的建筑物通常称为放空建筑物。对于土石坝而言，为了保证坝体的安全不常将放空隧洞修建的岸边。为了减少工程量，可以尝试一洞多用，采用“龙抬头”的方式，把放空隧洞与导流隧洞一起使用。因为导流隧洞只是在工程的前期使用，当挡水建筑为修建完

21、之后，常常会被堵上，这样就可以把导流隧洞改为放空隧洞。但是，由于导流隧洞的进口高程较低，而放空隧洞的进口高程较高，此时，可以开挖一段较高高程的放空隧洞与导流隧洞相连，导流任务完成后将导流隧洞进口堵塞，不影响放空隧洞的运行。2.2.3 取水建筑物该工程是以发电为主、灌溉为辅的工程，因此必须修建取水建筑物和厂房。引水隧洞的功用是集中落差，形成水头，并将水流输送到压力管道引入机组。引水管道可分为有压管道和无压管道，无压管道承受的水压不大，有压管道承受的水压较大，所以这里采用有压引水管道。用于水力发电的引水道，除应满足一般水工引水道的要求外，应特别注意一下要求：有符合要求的输水能力，减少水头损失，保证

22、水质。3 坝断面设计3.1 坝顶高程确定坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应该按照以下4种运用条件计算，取其最大值:1设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；2正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；3校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；4正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高。当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高是指水库静水位与防浪墙顶之间的高差，但在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件下，坝顶不得低于静水位。坝顶超高可按照公式（3-1）、（3-2）计算： （3-1） （3-2）式中: y为坝顶超高，m； R为最大风浪在坝坡上的安全爬高（图3-1），m； e为最大

23、风壅水面高度，即风壅水面超出原水库水位高度的最大值，m； Hm为坝前水域平均水深，m； K为综合摩阻系数，其值变化在1.510-6510-6之间，计算时一般取K=3 10-6； A为安全加高，m，可通过表3.1查得； 为风向与水域中线的夹角，；图3-1 坝顶超高计算图 v0、D为库区多年平均最大风速和吹程，m3/s，m。 表3.1 安全加高A 单位：m坝的级别1234、5设计1.501.000.700.50校核山区丘陵区0.700.500.400.30平原滨海区1.000.700.500.30 1.设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高 正常运用情况下计算坝顶的超高，对于III级坝，计算风速应该取

24、多年平均年的最大风速的1.5倍，所以v0=32.85m3/s。1） 最大风壅水面高度由公式（3-2），可以求出： 2）设计爬高波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度成为破浪爬高。它与坝前的波浪要素、坝坡坡度、坡面糙率、坝前水深、风速等因素有关。波浪爬高的计算，常常采用莆田试验站的公式。莆田试验站的波高和波长计算：平均波高hm用公式（3-3）计算 （3-3）式中: hm -平均波高(m)； v0 、D、Hm同 式（3-2）中。经过计算可求出hm=0.64m。求出平均波高后，通过式（3-4） Tm=4.438hm0.5 (3-4) 则可以求出平均周期，即： Tm=4.438*hm0.5=3.55s，接着可

25、求出平均波长Lm，但要分两种情况：当Hm/Lm0.5时，称为深水泼， （3-5）当Hm/Lm5.0Kw11.021.081.161.221.251.281.33又因为该处采用混沥青混凝土面板，因此糙率渗透性系数K=1,此处的经验系数通过内插法可以得出Kw=1.01求出各个系数之后，通过式（3-7），可以求出Rm, 即 求出平均爬高后，要求出设计爬高。不同累计频率的爬高Rp与Rm的比。可根据爬高统计分布表3.4确定。设计爬高值按照建筑物的级别而定，对I、II、III级土石坝累计频率P=1%的爬高值R1%；对IV、V级坝P=5%的R5%。表3.4 爬高统计分布（Rp/Rm） P(1%) hm/Hm

26、0.1124510142030500.32.131.861.761.651.611.481.421.131.190.99 因为hm/Hm=0.010.1，则Rp/Rm=2.23，所以Rp=2.37m。当风向与坝轴法线成的夹角为25.8，波浪爬高应该乘以折减系数K，其值可由表3.5确定表3.5 斜向坡折减系数K（）0102030405060K10.980.960.920.870.820.76通过内插法，经查表得K=0.94，所以最终的波浪爬高 Rp= 0.94*2.37=2.23m所以坝顶的高程： H=925.5+2.23+0.004+0.7=928.4m通过同样的方法可以计算出其他三种情况下的

27、坝顶的高程，把这四种情况详细的填入到下表3.6中。 表3.6 四种情况下坝顶高程的的计算表 单位m 高度(m)运用条件计算水位高程925.5925.5926.0925.5最大风壅水面高度e0.0040.0040.0020.002设计爬高Rp2.232.231.411.41安全加高A0.70.70.40.7地震安全加高0000.8坝顶的高程928.4928.4927.8928.4坝的高度66.366.365.766.3沉降加高0.66 0.66 0.66 0.66 坝顶的最终高程929.1929.1928.5929.1坝的高度67.067.066.467.0 注：对于情况而言，对于III级坝，计算风速应该