水工專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)課題土石壩工程設(shè)計(jì)目錄一一一綜合說(shuō)明一一一前言一一一氣象和水文一一一工程地質(zhì)一一一建筑材料一一一其它資料一一一工程總布置和建筑物設(shè)計(jì)一一一設(shè)計(jì)依據(jù)一一一大壩設(shè)計(jì)一一一溢洪道設(shè)計(jì)附參考文獻(xiàn)附圖1、樞紐工程布置圖（SN01）2、大壩剖面圖（DB01、02、03、04）3、溢洪道剖面圖（YH01）一一一綜合說(shuō)明第一節(jié)前言設(shè)計(jì)對(duì)象為我縣某山區(qū)水庫(kù)，水庫(kù)控制徑流面積1661KM2。目前，公路、輸電及通訊線路都已通到樞紐工地，具有良好的“三通一平”條件。水庫(kù)興建的目的和任務(wù)通過(guò)完全年調(diào)節(jié)蓄水，從根本上解決下游城鎮(zhèn)供水、農(nóng)田灌溉以及河道防洪等方面的問(wèn)題，并可興利發(fā)電及發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。電站裝機(jī)800千瓦，平均年發(fā)電量250萬(wàn)度。第二節(jié)氣象和水文該壩址所在地區(qū)，冬季時(shí)間較短，夏季降雨日數(shù)較多，年平均氣溫129。洪水期多年平均最大風(fēng)速20M/S（庫(kù)面10M高），吹程15KM。水庫(kù)主要建筑物按三級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按期50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核，水庫(kù)興利按P75年徑流量設(shè)計(jì)，澆灌流量為5M3/S。水庫(kù)主要水文數(shù)據(jù)見(jiàn)表11水庫(kù)水文數(shù)據(jù)表表11標(biāo)準(zhǔn)水庫(kù)特征水位M相應(yīng)庫(kù)容104M3入庫(kù)洪峰流量M3/S調(diào)節(jié)后下泄流量M3/S相應(yīng)下游水位M水位2440100興利水2610820設(shè)計(jì)洪水位（P20）2635110166243242360校核洪水位2675150013007032380（P02）第三節(jié)工程地質(zhì)一、地質(zhì)、地形條件庫(kù)區(qū)為變質(zhì)巖系的片麻巖，地層大部?jī)A向上游，對(duì)水庫(kù)防滲有利。壩址的壩肩兩面三刀岸和基礎(chǔ)下部基巖，主要原因是角閃斜面長(zhǎng)片麻石。質(zhì)地豎硬，不夠完整。河床覆蓋層為第四紀(jì)砂卵石沖積層，其厚度為512M，下部其巖為角閃斜長(zhǎng)片麻巖。已知水庫(kù)所在地區(qū)基本地震烈度為6度。地形情況，從壩址地形圖中可看出，左岸高程式從235M到最高點(diǎn)85M，平距僅為6M，邊坡比例為1052，地勢(shì)較陡；右岸高程從235M到最高點(diǎn)頭300M，平距為70M，邊坡比例1108，地勢(shì)相對(duì)左岸較緩。已知渠首的渠底高程為240M，且灌區(qū)在河流右岸。二、壩基滲透情況壩基砂礫石滲透系數(shù)K15X102CM/S壩基砂礫石水下抗剪內(nèi)摩擦角132O（水下），235O（水上）基巖在強(qiáng)風(fēng)化層的單位吸水率003L/MIN/M?；鶐r在弱風(fēng)化層的單位吸水率003L/MIN/M。第四節(jié)建筑材料一、石料儲(chǔ)量及分布情況壩址附近儲(chǔ)有大量適于碾壓筑壩的壤土，分布在河床高程附近。砂礫石儲(chǔ)藏豐富，在壩址上、下游均運(yùn)距為5KM。該地區(qū)建水庫(kù)有處理砂礫石地基的經(jīng)驗(yàn)。二、筑壩材料物理力學(xué)性質(zhì)1、粘性土料屬壤土，在天然狀態(tài)下主要物理力學(xué)指標(biāo)如表12和表13表12天然含水量土粒比重液限塑限塑性指標(biāo)1923271272282216321115表13石灰質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量天然容重（克/厘米3）0240316筑壩壤土試驗(yàn)有關(guān)指標(biāo)見(jiàn)表14表14干容重浮容重飽和容重凝聚力內(nèi)摩擦角平均滲透系數(shù)擊實(shí)數(shù)G/CM3G/CM3G/CM3KG/CM2慢剪CM/S擊1610320301524O2710530165105205017245O311054017107207020258O2810545注水上內(nèi)摩擦角比表中大。2、砂石筑壩材料現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果表15土體容重G/CM3抗剪內(nèi)摩擦角比重（G/CM3）干容重飽和容重浮容重濕容重水上水下滲透系數(shù)CM/S2720023013021036O33O41022719522312320335O32O81022719021611619634O31O10102注地基砂礫石試驗(yàn)資料，暫認(rèn)為與上表中壩體資料相同。砂礫料的含量P43D5MM的部分。粒徑大于5MM的粗比重G28,計(jì)算砂礫料D時(shí)采用A001。3、砂土（去掉D05MM的砂土）自然容重184G/CM3,含水量195。土粒比重G265,DMAX158G/CM3。MIN144G/CM3。砂土的抗剪內(nèi)摩擦角水上為30O,水下為30O。堆石棱體干容重D16G/CM3，孔隙率N40。第五節(jié)其它資料1、水庫(kù)所在地區(qū)基本地震烈度為6度；2、根據(jù)灌區(qū)要求，渠首的渠底高程為240M（灌區(qū)在河流右岸）；3、溢洪道堰頂高程2568M，進(jìn)口段岸邊開(kāi)挖坡度105,下游河床安全泄洪920M3/S；4、放空洞與發(fā)電引水洞采用兩洞合一，可采用直徑為18M的圓形壓力洞；5、壩頂交通要求可按單車(chē)道考慮（凈寬不小于5M）；6、壩頂設(shè)置防浪墻。第二章工程總布置和建筑物設(shè)計(jì)第一節(jié)設(shè)計(jì)依據(jù)一、工程等別和主要建筑物樞紐工程根據(jù)給出的資料，初步選定壩型為粘土墻壩，壩殼料用砂礫石填筑，水庫(kù)主要建筑物按三級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，所以該水庫(kù)的等別為三等，其主要水工建筑物有大壩、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞四部分組成。根據(jù)水工建筑物表14水工建筑物的級(jí)別表，該水庫(kù)主要建筑物（大壩、泄洪隧洞、溢洪道、灌溉引水隧洞）屬三級(jí)永久水工建筑物，按三級(jí)建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。其它永久性建筑物按四級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物為五級(jí)。渠系工程渠系主要交叉建筑物按引水灌溉流量為5M3/S劃分，其工程等別為四等中的主要建筑物，水工建筑物級(jí)別為四級(jí)。二、設(shè)計(jì)中采用的主要技術(shù)規(guī)范及有關(guān)技術(shù)書(shū)籍碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001,中國(guó)水利水電出版社2002；水工建筑物任德林、張志軍編著，河海大學(xué)出版社2001；溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL2532000,中國(guó)水利水電出版社2002；土壩設(shè)計(jì)（下冊(cè)）水電五局，東勘院編；水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL50732000；水工建筑物（第二版）遼寧省水利學(xué)校郭宗閔主編水利水電出版社出版。三、設(shè)計(jì)中采用的基本參數(shù)1、大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表21表21洪水標(biāo)準(zhǔn)施工渡汛洪水導(dǎo)流圍堰運(yùn)行情況工程等級(jí)（三級(jí)）（渡汛庫(kù)容）12月4月枯季洪水設(shè)計(jì)（正常）50年一遇校核（非常）500年一遇2、大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見(jiàn)表22表22編號(hào)計(jì)算情況運(yùn)行情況安全系數(shù)1基本組合正常運(yùn)行情況12非常運(yùn)行情況112特殊組合非常運(yùn)行情況1053、抗震設(shè)計(jì)級(jí)別由于水庫(kù)所在地區(qū)基本地震烈度為6度，根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL50732000規(guī)定，結(jié)合工程實(shí)際及其遭受強(qiáng)震影響的危害性，在基本烈度基礎(chǔ)上提高1度作為設(shè)計(jì)烈度，即水庫(kù)的設(shè)計(jì)烈度為7度。第二節(jié)大壩設(shè)計(jì)一、壩型選擇根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、建筑材料和已知的相關(guān)地質(zhì)水文資料，壩型宜為土石壩。壩址的壩肩兩岸和壩基下部基巖，主要是角閃斜長(zhǎng)片麻巖。質(zhì)地堅(jiān)硬，不夠完整。左岸山體較陡，右岸山體相對(duì)較緩，河床覆蓋層為第四紀(jì)砂卵石沖積層，其厚度為512M，下部基巖為角閃斜長(zhǎng)片麻巖。工程地質(zhì)條件決定了只能建柔性材料壩，壩位附近有理想的防滲粘土及砂礫石料，儲(chǔ)量豐富，力學(xué)指標(biāo)較高，運(yùn)距短，施工條件好，故壩型選擇粘土心墻砂礫石壩。壩基防滲形式的選定，根據(jù)已知的地質(zhì)資料，壩基砂礫石滲透系數(shù)K15102CM/S,河床覆蓋層為第四紀(jì)砂卵石沖積層，其厚度為512M,下部基巖為角閃斜長(zhǎng)片麻巖。施工清基時(shí)不需深挖即可進(jìn)行回填，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，防滲效果好，所以壩基河床防滲結(jié)構(gòu)決定采用粘性土截水槽。二、壩體剖面設(shè)計(jì)1、專(zhuān)體剖面尺寸擬定（1）壩坡初步擬定壩高H2670523410345M，根據(jù)水工建筑物（河海）一書(shū)中擋水建筑物的劃分，壩高H3070M的為中壩，所以該壩高H345M屬中壩。根據(jù)水工建筑物（河海）表36土壩壩坡參考值，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初步擬定壩坡見(jiàn)表23表23壩坡取值上游壩坡1300下游壩坡1275（2）壩頂高程根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001,壩頂高程應(yīng)等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值A(chǔ)設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的超高；B正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；C校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；D正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高。壩頂超高值計(jì)算HHBEHC（水工建筑物河海）式中HC為安全加高，按水工建筑物（河海）一書(shū)中表31的規(guī)定采用，該壩為三級(jí)，正常情況HC07M，非常情況HC04ME為壩前靜水位因風(fēng)浪引起的最大風(fēng)壅高度，E（KV2DCOS/2GH（水工建筑物河海）K綜合摩阻系數(shù)，取K306106；V水面上10M處的風(fēng)速，正常情況V（152）多年平均最大風(fēng)速，所以V（152）20（3040）M,取40M/S；非常情況V20M/S；D吹程，已知D15KM1500M；風(fēng)向與壩軸線的夾角，度；H壩前水域的平均水深，由壩軸線地質(zhì)剖面圖中量算得，H（245335335175）/4275M；HB波浪在壩坡上的爬高，M；計(jì)算浪高，計(jì)算公式GHMV2013TH07GHMV207TH00018GDV2045/013TH07GHMV207TM4438HM05。壩頂超高值計(jì)算見(jiàn)表24表24運(yùn)行情況VM/SHBMEMHCMH正常情況4047080016075424非常情況2029530004043357各種情況下壩頂高程如表25表25運(yùn)用條件壩頂高程（M）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用268924正常蓄水位加正常運(yùn)用266424校核洪水位加非常運(yùn)用270857正常蓄水位加非常運(yùn)用264357通過(guò)計(jì)算，最后確定最大壩頂高程為270857M,壩高H270857234036857M。（3）壩頂寬度壩頂寬度根據(jù)壩高、構(gòu)造施工、交通及防汛要求并結(jié)合實(shí)際情況確定，要求壩頂交通按單車(chē)道考慮，凈寬不小于5M，最后確定壩頂寬度為6M。（4）護(hù)坡為防止壩面被波浪淘涮，避免雨水沖涮、風(fēng)揚(yáng)、凍脹、干裂及動(dòng)植物的破壞，壩體上、下游壩坡均采用30厚干砌塊石護(hù)坡，塊石下面按反濾要求設(shè)200厚碎石墊層。三、壩頂構(gòu)造根據(jù)要求，壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻，高度12M，采用鋼筋混凝土建造，墻頂高程270857M，相應(yīng)壩長(zhǎng)16815M，墻的基礎(chǔ)與防滲體可靠連接，下游側(cè)設(shè)04M寬的堆石排水溝，并設(shè)04M寬漿砌路肩石。壩頂護(hù)面采用密實(shí)的碎石的砂礫石混合材料鋪筑，壩頂向下游一側(cè)傾斜坡度為3。四、壩體防滲設(shè)施大壩壩身采用粘土心墻防滲，心墻頂寬30M，心墻頂高程2680M，比正常蓄水信高07M，比校核洪水位高05M心墻上、下游面坡為102,深入截水槽，與截水槽開(kāi)挖邊坡105,心墻兩側(cè)與壩殼料設(shè)3M厚的復(fù)式反濾層。壩基防滲采用粘土截水槽，截水槽底寬50M。五、壩體排水壩體排水根據(jù)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求，參照已往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用堆石棱體排水，堆石棱體頂部高程2395M，高出下游最高水位15M，頂寬20M，內(nèi)坡11,外坡115。六、壩基防滲處理根據(jù)壩基滲透資料，壩基及兩肩基巖滲漏問(wèn)題較嚴(yán)重，須采取防滲工程措施進(jìn)行處理，經(jīng)比較，對(duì)壩基及岸坡的防滲采用帷幕灌漿防滲措施處理。帷幕灌漿施工初擬分三個(gè)階段進(jìn)行第一階段在回填粘土截水槽后，即進(jìn)行河床范圍基巖的帷幕灌漿；第二階段在大壩完成施工渡汛壩體后的汛期進(jìn)行渡汛壩體范圍兩肩岸坡基巖的帷幕灌漿；第三階段在完成全部壩體填筑后進(jìn)行渡汛壩頂以上至大壩頂范圍內(nèi)兩肩基巖的帷幕灌漿。七、建筑材料指標(biāo)選擇根據(jù)筑壩材料物理力學(xué)指標(biāo)，詳見(jiàn)表12、表13、表14、表15,與碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001對(duì)筑壩材料的要求對(duì)比，筑壩壤土（填筑心墻）和砂礫石（填筑壩殼）各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均能達(dá)到要求。1、心墻土料的選擇壩址附近儲(chǔ)有大量適于碾壓筑壩的壤土，分布在河床高程附近，已知心墻粘土特性如下（1）有機(jī)質(zhì)含量為032；水溶鹽含量0243；（2）可塑性IP11151011,為亞粘土（3）填筑含水量PBIP200116216；設(shè)計(jì)干密度D（G）/1G164G/3。說(shuō)明庫(kù)區(qū)壤土可用于心墻填筑，相應(yīng)的設(shè)計(jì)含水量為196216。2、砂礫石壩體材料的選擇砂礫石設(shè)計(jì)干密度D（DG）/DPG1PA215G/3。3、反濾砂料設(shè)計(jì)干密度D/（1）184/（1195）154G/3；設(shè)計(jì)孔隙比EG/D1265/1541072；最大孔隙比EMAXG/DMAX1265/1580677；最小孔隙比EMIN（G/DMIN）1265/1441084；砂土相對(duì)緊密度DREMAXE/EMAXEMIN0677072/06770840263。4、堆石棱體堆石棱體干容重D16G/CM3,孔隙率N40，滿足要求。八、滲透及壩體穩(wěn)定計(jì)算（一）滲透計(jì)算1、滲流量及浸潤(rùn)線計(jì)算按下游有棱體排水設(shè)施，滲透地基深12M，下游有水狀況計(jì)算，T4M，心墻和截水墻的厚度（12）/2（3166）/298M。通過(guò)心墻和截水墻的滲流量Q1H1T2HT2/2；通過(guò)壩基和下游壩殼的滲流量Q2K2H2T2/2LK3HTT/L1044T；由Q1Q2聯(lián)解得，Q0000024M3/S，H531M。壩體浸潤(rùn)線計(jì)算由公式XKY2T2/2Q計(jì)算如表26表26XY5407104143045150478604917613531（二）壩體穩(wěn)定計(jì)算由于壩殼料為非粘性土，按直線法計(jì)算1、上游壩坡KCF/TMTG3TG24513671202、下游壩坡KCF/TMTG2752451253120經(jīng)計(jì)算，上、下游壩坡均滿足要求。第三節(jié)溢洪道設(shè)計(jì)一、溢洪道布置溢洪道布置于順流左岸山體的埡口，這樣便于布置工程設(shè)施，開(kāi)挖工程量小，陡槽段地形呈山梁，有利于開(kāi)挖，其陡槽的基礎(chǔ)也較穩(wěn)定。溢洪道由進(jìn)水渠、閘室、陡槽段、挑流段及坦護(hù)段組成。采用矩形斷面，進(jìn)口設(shè)八字形進(jìn)水渠，進(jìn)口段岸邊開(kāi)挖坡度為105,底板高程2560M，設(shè)一閘室，長(zhǎng)20M，三孔出流，每孔為67M2,考慮水庫(kù)在非常應(yīng)用時(shí)可能處于高水位情況，堰頂高程定為2568M，閘門(mén)頂高程2638M，按設(shè)計(jì)洪水位（P75）時(shí)下泄流量324M3/S設(shè)計(jì)，校核洪水位（P02）時(shí)下泄流量703M3/S校核。設(shè)一工作橋以便于閘門(mén)操作、檢修，橋底板高程27460M，下游順坡開(kāi)挖成簡(jiǎn)最易明渠，將洪水泄入下游河道。二、泄槽設(shè)計(jì)1、寬頂堰過(guò)流設(shè)計(jì)與校核（1）設(shè)計(jì)洪水位情況根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)下泄流量為324M2/S，堰寬36M，設(shè)計(jì)水深5M，按判別式25H2010H，屬于寬頂堰，泄流