搜索
您的当前位置:首页【设计】某水利工程土石坝枢纽设计说明书水利水电工程专业

【设计】某水利工程土石坝枢纽设计说明书水利水电工程专业

来源:智榕旅游
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

【关键字】设计

某水利工程土石坝枢纽设计说明书

(水利水电工程专业)

摘要:某水利枢纽工程位于南河中游,是一座中型水利枢纽工程,其主要任务有发电,灌溉和防洪。该工程主要由混凝土面板堆石坝、溢洪道、取水建筑物以及厂房等组成。本文扼要介绍设计中进行的主要工作和设计成果,有水文水利计算、水利枢纽布置、混凝土面板堆石坝设计、溢洪道设计以及隧洞与厂房的设计等。混凝土面板堆石坝坝高,坝长,采用河岸溢洪道泄洪,孔口尺寸,孔数3个。水电站装机容量1.45万千瓦,采用3台机组,单机容量为4833千瓦。施工采用全段围堰方案,右岸隧洞导流,后期改建冲沙底孔。设计最后提交的成果有:说明书一份,计算书一份,工程设计图纸6张以及其他计算附图附表等。

关键字:某水利枢纽 混凝土 面板 堆石坝

Abstract: Summary the lily water control project lies in south river and middle reach, is a medium-sized water control project, its main task generates electricity, irrigate and prevent flood. This project is made up by concrete panel rock-fill dam, spillway, fetching water in the building and factory building, etc. This text introduces the groundwork carried on in the design and design achievement briefly, there are hydrology water conservancy calculating, assigning, design of rock-fill dam of concrete panel, spillway design and the designs of the tunnel and factory building of key water control project, etc. The concrete panel rock-fill dam is 54 meters high, the dam is 197 meters long, adopt the bank spillway to release floodwater, hole mouth measurement is 4 meters, the figure of the hole is 3. Installed capacity of power station 1, 450,000 kilowatts, adopt 3 units, the capacity of the unit is 4833 kilowatts. Construct and adopt the whole section of schemes of coffer, the tunnel water conservancy diversion of right bank, reconstruct and wash the sand under port on later stage. The achievement that is designed and submitted finally is as follows, one of manual, calculate one of book, project 6 of design drawing calculate figure attached list, etc.

某水利枢纽特征参数表 项目 基 本 资 上游集雨面积 料 年降雨量 年平均气温 月平均流量 年输沙量 最大风速及吹程 岩性 地震裂度 枢纽任务 参数 防洪,发电,灌溉 44平方公里 1200毫米 14.7℃ 电 厂 33000 立方米 14米每秒,3公里 石英砂岩 5度 房 174立方米每秒 站 大坝 项目 死库容 兴利库容 调洪库容 布置方式 取水方式 安装高程 设计水头 引用流量 电站装机 参数 1000万立方米 1950万立方米 1210万立方米 坝后引水式 单管多机有压引水 403米 45.2米 40立方米每秒 1.45万千瓦 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

大 坝 坝型 最大坝高 坝顶宽度 溢流方式 溢流堰堰型 汛前水位 正常高水位 设计洪水位 校核洪水位 死水位 混凝土面板堆石坝 54米 8米 溢洪道及电站底孔辅助 开敞式实用堰 444.5米 447.5米 448.65米 448.71米 434米 施工导流 水轮机型号 发电机型号 引水管道 主厂房平面尺寸 导流方案 围堰形式 HL220-LJ-140 YSL330/61-16 压力隧洞及钢管 35.3×12 全段围堰隧洞导流 土石围堰 目 录

2文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

4.5 混凝土面板堆石坝稳定校核与变形估算 ............... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

第5章 溢洪道设计 ......................... 错误!未定义书签。

5.1 引水渠设计 ............................................................... 错误!未定义书签。 5.2 控制段设计 ............................................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

5.3 泄槽形式及水力设计 ............................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

5.4 消能防冲段设计 ....................................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

第6章 隧洞及厂房平面设计 .................. 错误!未定义书签。

6.1 隧洞布置原则与路线选择 ....................................... 错误!未定义书签。

3文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

6.2 发电引水隧洞及厂房平面设计 ............................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

6.3 排沙孔结合导流洞设计 ........................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

第7章 施工组织设计 ......................... 错误!未定义书签。

7.1、导流洪水设计 ........................................................... 错误!未定义书签。 7.2、 围堰设计 ................................................................. 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。

7.3、 施工组织内容与施工进度计划 ............................. 错误!未定义书签。

........................................................................................................... 错误!未定义书签。 施工进度计划 ................................................................................. 错误!未定义书签。

致谢 ............................................ 错误!未定义书签。

第1章 某水利枢纽工程基本资料

1.1 地形地质条件

地形地质条件包含四个方面:地理位置及枢纽任务;地形条件;地质条件和水文气象。

某水利枢纽位于南河中游,距复兴场三公里,至县城20公里。南河全长42公里,河床平均比降8‰。河流由北向南流入洪水河。

某枢纽是一座以发电、防洪及灌溉为主的综合利用水库,建成后,可以保护下游中等城镇,并保证上下有城镇人民的生活用水及工农业用电的需求,同时可利用电站尾水灌溉农田。

枢纽坝址河谷呈梯形,河谷宽30~160米,两岸基本对称,左岸平均坡角32°,右岸平均坡角约为35°。但在高程450米以上,山势急剧变缓。坝址下游右岸约150米处,

4文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

有一条冲沟切割;左岸下游110米处有一山湾地形。坝址上游50米以外,河谷地势逐渐开阔,是水库的主要蓄水区。上游没有淹没条件的限制。

坝址上游集雨面积44平方公里。流域两岸坡面,木林丛生,植被良好,沿河两岸分布有耕地。地貌特征属构造剥蚀型地形。

经地表开挖勘测及深部钻探资料分析,坝区地质构造简单,无大的断裂构造,库岸稳定,地下水主要向库内补给。坝区岩层走向为N80度E。与河流流向近乎垂直,倾向NW,倾角5度。

坝区地层为中生代上侏罗系(J3)砂页岩互层。坝址河谷谷底以下,上部为厚达

2-6

21米的厚层石英砂岩(J ,中部为厚6米的砂质页岩(J325),下部为15米厚的石英砂3)

岩(J324),本层厚度为40米以上,是大坝的主要持力层。两岸以石英砂岩为主,上部有厚度约10米的砂质页岩。石英砂岩强度比较高,其表层节理裂隙较为发育,特别是两岸基岩出露部位尤为明显。经测定,坝区裂隙主要有两组:一组为走向N50°~60°E,另一组为N40°~55°W,倾角近乎直立,两组走向近乎正交。岩石的物理力学特性如表1.1。 表1.1 坝址基岩物理力学特性表 序号 力学参数 容重r 岩类 1 2 3 变形模量E 摩擦系数 极限抗压强度Rc (kg/c㎡) 石英砂岩 2.65 砂质页岩 2.65 覆盖层 1.20 9.9*10^4 2.0*10^4 0.2*10^4 0.60 0.40 0.30 706 275 泊桑比 μ 0.25 0.32 (t/m3) (kg/cm2) f 河谷底部基岩表面为覆盖层,厚2~3米,系砂砾石几块石混合物。两岸坡积层较厚,主要是碎石几砂质土混合物。

南河流域无大的地震带通过,该区地震活动较弱,历史上只出现过少数几次弱震。经地震大队初步确定,其他地震裂度为5度。

南河流域属亚热带气候,每年平均气温14.7度,极端最高气温37℃,极端最低气温-5℃,分别发生在7月和1月份。无霜期290天。由于受太平洋低压潮的影响,该区雨量较充沛,每年平均降雨量为1200毫米。

流域附近有四个水文、气象站,根据30年的实测水文资料分析,洪水期为5~10月,尤以7~8月洪水为最大,枯水期为11~4月,其中12月~2月河流流量最小。通过频率分析,各种频率的洪峰流量如表1.2所示。 表1.2 各种频率的洪峰流量 频率P(%) 0.01 Qp(m3/s) 662.2 频率P(%) 5 0.1 604.0 10 0.2 585.0 20 1 542.0 50 2 522.8 75 5文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

Qp(m3/s) 488.0 方向近乎一致。

465.0 434.0 383.0 345.0 根据流域附近气象站实测瞬时最大风速为14m/s。水库吹程3公里,风向为北风,与吹程表1.3 各月每年平均流量表 月份 流量(m3/s) 月份 流量(m/s) 河流多年平均输沙量33000 m3,淤沙浮容重0.75t/ m3,内摩擦角13度。

31 7.7 7 377.4 2 17.4 8 373.5 3 72.0 9 279.8 4 162.3 10 180.8 5 222.0 11 67.8 6 306.2 12 22.1 1.2 建筑材料及其他

说明建筑材料;对外交通;其他条件和给出的附图。

南河流域地处山区,坝址附近土料缺乏,虽河流两岸有坡地和少量梯田,但土质多为砂土或砂壤土,且储量较少。主要建筑材料为石料,储量丰富,运距较近,主要料场分布在坝址上下游两岸两公里范围内。料场覆盖较薄,有利于开采。此外,在坝址下游一公里以外的两岸山坡上,分布有强风化砂岩形成的山砂,经粉碎及筛选后,可以作混凝土或砂浆的砂料。其建筑用料的物理力学特性如表1.4。 表1.4 砌石体及混凝土的物理力学特性表 名称 浆砌条石 浆砌块石 干砌块石 干砌毛条石 混凝土 容重γ 2.4 2.3 1.7 2.0 2.45 弹性模量E 摩擦系数f 4.5104 4.0104 容许抗压强度(kg/cm2) 25 容许抗拉强度(kg/cm2) 1.0 0.5 (t/m3) (kg/cm2) 砌体与砂岩0.65 砌体与砌体0.70 (80#砂浆砌筑) 16 18104 注:砌体与砂岩接触面的抗剪断凝聚力C=5 kg/cm2 ,抗抗剪断摩擦系数f=0.85。 某枢纽下游三公里处的复兴场,有公路通至县城,对外交通较为方便。施工前,可自复兴场修施工公路支线,即可进入工地,保证施工期物资设备的供应。

施工期为三年,施工用电由复兴场变电站架设十千伏高压线,便可满足工地施工及照明用电。

6文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

1.坝址区地形图 1:500 2.坝址河谷横剖面图 1:500 3.坝址河谷纵剖面图 1:500 4.坝址下游水位流量关系曲线 5.书库水位-库容,面积关系曲线 6.洪峰流量过程线

第2章 水文水利计算

水文水利计算包含以下六个方面内容:枢纽等别及建筑物级别;选择坝型;水文计算;水利计算;淤沙高程及死水位和水能利用计算 。

2.1 水文计算

枢纽等别根据四个方面确定:水库库容;装机容量;防洪要求和城市供水灌溉。建筑物的级别确定根据枢纽等别决定。

1. 水库总库容:某水库库容,面积关系曲线,给定的正常高水位为447.5米。水库库容2950万立方米。为0.295。在0.1到1之间,工程规模属于中等,属于三等的枢纽等别。 2. 装机容量:某水利枢纽装机容量为1.45万千瓦,根据装机容量和灌溉的面积,确定为三等枢纽。

3. 防洪:建设好枢纽,可以保护下游中等城市,根据保护城镇及工业区为中等,确定枢纽为三等。

4. 供水灌溉:还有某供水,某水库要保证上下游城镇人民的生活用水,水利灌溉,利用电站尾水灌溉农田。根据以上所述,最后确定枢纽等别为三等。

5.建筑物级别确定:主要建筑物的级别确定根据枢纽等别决定,由三等的枢纽确定建筑物的级别:确

定主要建筑物级别为3级别,次要建筑物级别为4级别,临时建筑物级别为5级别。 参考资料:见资料[1]

水文计算主要确定洪水重现期;调洪原理以及推求洪水过程线三个方面内容。 1、洪水重现期确定

根据建筑物级别,在设计工况下,主要水工建筑物洪水重现期:堆石坝在50到100年,以安全起见,取重现期为100年。见参考资料[2] 。

根据基本资料情况,由100年一遇的频率下设计洪峰流量为Q设计=542.0立方米每秒。根据基本资料的附图:洪水过程线图。典型洪水过程线有最大洪水来量为Qm =300 立方米每秒。水文计算用同倍比放大法计算。计算结果KQ=1.087.

7文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

校核的情况:取洪水重现期为1000年一遇。该频率下的洪峰流量Q校核=604.0 立方米每秒。计算结果KQ校核=2.0013。 2、调洪原理

水库调洪是在水量平衡和动力平衡(即圣维南方程组的连续方程和运动方程)的支配下进行的。水量平衡用水库水量平衡方程表示,动力平衡可由水库蓄泄曲线来表示。调洪计算就是从起调开始,逐时段连续求解这两个方程。

①.水库水量平衡方程

在某一时段内,入库水量减去出库水量,应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为

式中 Q1——时段t始的入库流量,m3/s; Q2——时段t末的出库流量,m3/s; V1——时段t始的水库蓄水量,m3/s; V2——时段t末的水库蓄水量,m3/s;

t——计算时段,s.其能比较准确地反映洪水过程线地形状。 ②.水库蓄泄方程或水库蓄泄曲线

水库通过溢洪道泄洪,其泄流量地大小,在溢洪道型式、尺寸一定地情况下,取决于堰顶水头H,即q=f(H)。对于闸门全开地表面式溢洪道,下泻流量可按堰流公式计算。当水库内水面坡降较小,可视为静水面时,其泄流水头H只是库中蓄水量V的函数,即H=f(V),故下泻流量q成为蓄水量V的函数,即

q=f(H) 或

q=f(V) ③调洪演算必要的资料

a.设计校核洪水过程线、水位~库容曲线、下游水位~流量的关系曲线

b.泄洪建筑物的类型、堰顶高程及尺寸,前者已经已知,后者在进行调洪演算前先设出几种方案,进行比较后优选方案

c.洪水标准中的洪水重现期(P校和P设) 3、 洪水过程线的推求 计算结果于下表2.1

表2.1 洪水过程推求结果表 时段 典型 设计 0 15 27 2 26 46.982 3 58 104.806 4 220 252.98 5 220 397.54 6 268 484.276 7 290 524.03 8 3000 542.1 8文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

校核 时段 典型 设计 校核 30 10 278 502.346 556.3614 50.0338 116.058 12 232 14 172 04 464.3016 344.2236 280.182 16 136 245.752 272.1768 440.286 18 106 191.542 212.1378 536.3484 20 80 144.56 160.104 580.377 22 62 112.034 124.0806 600.39 24 50 90.35 100.065 419.224 310.8根据同倍比放大法推求洪水过程线,根据资料取两个小时为一个时段,在开始几个时段来水量变化比较大,取一个小时一个时段,可以更精确地推求洪水过程线。洪水过程线见附图:洪水过程线。

2.2 水利计算

水利计算有:泄洪方式的确定;防洪库容的推求和淤沙高程及死水位确定。

1、 根据地形情况,采用溢洪道泄洪方式泄洪。采用高堰形式,用开敞式幂曲线实用堰。泄流能力计算按: B:溢流堰总净宽 c:上游坡度影响系数 Q:流量

H0:记入行进流速的堰上水头,对高堰,H0取H,对低堰,H0按照公式计算.

v0系行进流速近似地取1

H:堰上水头 g: 重力加速度 m:流量系数 以上公式参数等均见参考资料 [3]。 2、 孔口比较确定

根据公式初步取三孔乘四米单宽的孔口和两孔乘五米单宽的孔口。调洪计算起调水位取溢洪道溢流堰顶高程,为汛前水位444.5米. 其计算调洪结果如下表2.2。 表2.2 调洪结果对照表 内容 设计洪水情况 校核洪水情况 9文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

最大来水量Q (m3/s) 2*5单宽 542 3*4单宽 542 最大下泄上游最高最大来水最大下泄上游最高量q 水位Z 量Q 量q 水位Z (m3/s) (m) 215 250 448.71 448.65 (m3/s) (m3/s) (m) 600 600 223 263 448.71 448.71 比较选定孔口,经过比较,二孔乘五米单宽的孔口,在来水量一样的情况下,下泄流量比三孔乘四米单宽的情况要小.设计洪水情况与校核洪水情况都是如此.设计情况下, 三孔乘四米单宽的孔口上游最高水位比两孔乘五米的要低一点.校核的情况是一样的水位.在这样的情况下,选择下泄流量大的方案.最后确定选择三孔乘四米单宽的孔口.

下游防洪要求设计洪水从防洪限制水位经过水库调节后达到的最高水位,这个水位到防洪限制水位之间的库容就是防洪库容。也就是校核水位到防洪限制水位之间的库容。溢洪道校核洪水位为448.71米,最大下泄流量q为263立方米每秒,相应的总库容为0.34亿立方米;溢洪道堰顶高程为444.5米,也就是防洪限制水位为444.5米,相应库容为0.227亿立方米.设计洪水位为448.65米,最大下泄流量为250立方米每秒,相应的库容也为0.34亿立方米.根据计算结果如下:

上游设计洪水位:448.65米 上游校核洪水位:448.71米 上游正常蓄水为447.5米

设计最大下泄流量:250立方米每秒 校核最大下泄流量:263立方米每秒 下游设计水位206.3米 下游校核水位206.6米 下游正常水位402.3米

设计防洪库容0.096亿立方米 校核防洪库容0.113亿立方米

对于一般淤积不太严重的河流,可用死库容作为淤沙库容,其容积大小可根据水库预期使用的年限计算确定。淤积库容可能大于自流引水所要求的死库容。但在本设计中为确定水电站引水段的进口高程,死库容由淤沙库容求得。

1、 淤沙高程:按照两种方法确定,一种是估算法,根据多年河流输沙量和排沙估算;另外一种是耕具水库的拦沙率和排沙比法确定。

首先,按照估算法:

水库基本资料给定河流多年平均输沙量为33000立方米.初步设计水库使用年限为100年,淤积沙量为330万立方米,若水库设计排沙孔排沙,每年按排沙百分之二十计算,这算出对应的淤积沙量264万立方米,相应的淤沙高程为418.4米.

10文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

其次,按水库拦沙率和排沙比法:

水库原始库容3110万立方米,年平均水量为万立方米,多年平均输沙量3.3万立方米.淤积期即是使用期的平均调节系数算得百分之零点四二五.按平均淤损率算,淤损率为百分之零点零二六七年平均淤积量为8583.6立方米,水库淤积达原库容百分之五十的年限为1812年.年平均拦沙率为百分之二十六.

水库调节程序对拦沙率起主要作用外,还有其他多种因素存在.如泥沙颗粒的粗细,泄流建筑物的形式,及水库运用的方式等.南和流域地处山区,泥沙颗粒比较粗,拦沙率比较高,并且水库汛期泄水以表面溢洪道为主,出库含沙量应该比较低.水库的拦沙率比较高.设计定年平均拦沙率为百分之五十,拟定水库使用年限为100年,河流多年的平均输沙量为33000立方米.使用期内,淤沙总体积为165完立方米.根据水库水位库容曲线得淤沙高程为409.5米.参考资料 [4]。

以上两种方案比较下来第二种方案更准确,淤积计算更精确,淤沙高程比较低,比较符合资料地形情况.最后确定取淤沙高程为409.5米.

2、 死水位的确定

综合考虑淤沙高程的因素,考虑取水口的高程等因素,死水位取水库消落深度的最低高程。由于资料缺陷,水库的消落深度取最大水头的百分之三十。最大水头由计算得46.5米,水库的消落深度是13.95米。经过计算得死水位高程为433.55米。最后确定死水位高程为434米。对应的死库容为1000万立方米。

2.3 水能利用计算

水能利用计算有:确定水头;根据水头确定装机容量。

1、水头确定

初步设计水电站装机3台机组,由电站引用流量为40立方米每秒,单机引用流量为13.33立方米每秒。根据基本资料下游水位流量关系曲线,下游最小水位为单机发电时候的水位,查出水位为401米的高程。 最大水头: 最大H=46.5米。 最小水头: 最小H=33 米。 平均水头: 平均H=39.55米。

而正常蓄水位满荷载时候的水头: 正常H经过计算得45.2米。

取正常水位时候的水头与平均水头两者之间的最大值。最后确定取设计水头为45.2米。见参考资料[14]。

2. 装机容量确定

根据水电站出力计算公式:N=A*Q*H

N: 水电站出力(功率)

11文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

A: 水电站出力系数 Q: 水电站引用流量 H: 水电站平均水头

根据资料情况,水电站出力系数范围在6.0-8.0之间。取出力系数为8。计算得出水电站出力(功率)为14464千瓦。取1.45千瓦。确定装机容量为1.45万千瓦。

水电站设计水头45.2米,水电站功率 1.45千瓦。

第3章 坝型选择及枢纽布置

坝型选择根据坝址特点,各种坝型特点,比较各种坝型是否适合坝址特点确定。枢纽布置按照便于施工,利用地形的原则,合理布置。包含水利枢纽建筑物的确定,各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。

3.1 坝型选择

某水利枢纽工程坝址河谷呈梯形,谷宽30到60米,两岸基本对称,左岸平均坡角32度,右岸平均坡角约为35度,但在高程450米以上,山势急剧变缓。坝址下游右岸约150米的地方有一条冲沟切割,左岸下游110米的地方有一山湾地带,坝址上游50米以外,河谷地势开阔,是水库主要蓄水区。流域两岸坡面林木丛生,植被良好。沿河流的两岸分布有耕地。地貌特征属于构造剥蚀型地形。坝区地质构造简单,无大的断裂构造。岩层走向为N80E,与河流流向近乎垂直。倾向NW,角度为5度。当地建筑材料主要是石料,坝址附近土料缺乏,虽然河流两岸有坡地和少量梯田,但是土质多为砂土或壤土,且储备量较少,主要建筑材料石料储备量丰富,并且运距较近,主要分布在坝址上下游两岸两公里范围内。

考虑比较四种比较常用的坝型:混凝土拱坝坝型;混凝土重力坝坝型;土坝坝型;支墩坝;土石坝。其中土石坝又分为土石心墙坝,土石斜墙坝,心墙堆石坝,混凝土面板堆石坝。

1. 混凝土拱坝坝型:拱坝依靠两岸岩体承担拱推力,抗滑稳定由两岸岩体决定,拱内应力分布均匀,有利于材料强度的发挥。节约材料,坝身可以开孔过流,不需要另外设置泄洪建筑物,坝身轻,抗震性能好 。但是导流不方便,并且要求坝址河岸岩体要好,要是V型河谷。所以对坝址要求比较高,对防渗,温度要求比较高。根据坝址地质情况,不适合布置拱坝。

2. 混凝土重力坝坝型:混凝土重力坝依靠大坝自身与岩基之间的摩擦力来平衡水压力从而维持稳定。所以重力坝要求建在岩基上,所以要求有坝址有坚硬的基岩。混凝土重

12文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

力坝要求防渗要好,重力坝适应性广,并且安全可靠,对地形地质调教适应性强,可以使用大体积混凝土机械施工,施工工艺简单。稳定和应力计算简单,在基岩上适于建混凝土重力坝。根据地形地质情况,可以考虑建混凝土重力坝。

3. 土坝坝型:土坝利用土质当水,防渗比较差。土坝不能过水,需要另外设置坝外泄水建筑物。土坝对坝基要求不高,但是坝址区要有大量的土,要有建筑防渗心墙的土料。根据坝址情况,没有土料,有大量的石料,不适合建筑土坝。

4.支墩坝 支墩坝由一系列支敦和挡水面板所组成,支墩沿坝轴线排列,前面设挡水面板。支墩坝也是依靠重力维持稳定的挡水建筑物,自重较轻,坝体工程量小。由于支墩坝的应力较高,对地基的要求比重力坝还高,特别是连拱坝,因其整体结构,对地基的要求就更加严格,因此不能选用。大头坝和宽缝重力坝接近,也不宜采用。平板坝由于钢筋用量大,且面板容易产生裂缝。也不适合修建该坝。

5. 土石坝坝型:土石坝要求土料与石料以一定的比例筑坝。也要求当地坝址有足够的土料与石料,防渗材料。土石坝可以利用机械化快速施工,土石坝也不能在坝身过水,需要设置坝外泄水建筑物。在地形给予符合的情况下,可以考虑修建土石坝。根据坝址情况,有少量的沙土,或壤土,河谷不是很宽,可以考虑修建土石坝。

土石坝可以分为土石心墙坝,土石斜墙坝,心墙堆石坝,混凝土面板堆石坝。心墙土石坝,土石斜墙坝和心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料,利用心墙防渗,防渗性能不是很好。混凝土面板堆石坝,可以充分利用当地丰富的石料,混凝土面板防渗比较好,混凝土面板堆石坝是近年来迅速崛起的一种坝型,可以使用机械化快速施工,造价低,一般坝身不能泄水,堆石坝要求当地有丰富的石料。坝址区有丰富的石料,是建造堆石坝的有利条件,河谷不是很宽,是适合修建堆石坝的有利地形。

由上面的方案选择可知,在该地区最好采用的坝型就是堆石坝型。主要有几个方面的原因:

1)采用当地的材料筑坝,还可以充分利用枢纽中其他建筑物开挖的土料。

2)某工程坝址石料材料丰富,土料相对较少,适合建堆石坝,堆石坝的断面较小,即使在当地有土料的情况堆石坝也是可以考虑的坝型。

3)从施工机械来看,大型堆石坝施工机械为加快施工、降低造价提供了保证条件。特别是重型振动碾的使用,可把堆石坝体碾压的密实,沉降量很小,有利于坝的稳定。

4) 堆石坝对地基的要求比混凝土坝为低,可以建在地质条件略差的坝址上。而某覆盖层比较少,下面是石英砂岩,适合建堆石坝。

5)某工程所在地,交通比较方便,有公路通往县城,建造堆石坝可以减少外来材料的运输,并且可以充分利用当地石料,比较有利。

6) 建造堆石坝施工导流问题较土石坝容易解决,可部分利用未建完的堆石体坝顶在汛期溢流,从而可减小导流隧洞的尺寸,减少投资,但这种情况需注意对坝顶、下游坝坡和下游坝基加以保护。

13文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

7)堆石坝设计理论和施工经验的积累和发展,为修建即安全,又经济的堆石坝提供了另一保证条件。

8)堆石坝施工比均质土坝可少受雨天的影响,比混凝土坝可减少受温度变化的影响。

堆石坝几种防渗分区坝型比较:

1.钢筋混凝土斜墙坝:对于施工有利,但由于厚覆盖层,势必引起坝体的不均匀沉陷, 从而引起混凝土的开裂,为防止其发生,对于工程质量的要求就很高,很难达到;且需要的钢筋混凝土又较心墙坝多,故放弃钢筋混凝土斜墙坝。混凝土斜墙坝的理由类似。

2.钢筋混凝土心墙坝:钢筋混凝土心墙坝虽比混凝土重力坝节省砼量,又能有效利用当地的土石料,但当地处于偏远山区,混凝土的生产、运输费用高,筑心墙坝工期受心墙浇筑的影响。不宜采用。

3.沥青混凝土心墙坝:沥青混凝土有较好的塑性和柔性,当产生裂缝时,尚有自行愈合的性能;施工简单、造价低;心墙受气候条件、日照影响少,长期老化问题也较少,施工可以与两侧填石同时进行。但是,沥青混凝土防渗墙与其它混凝土建筑物的连接十分重要,往往会出现裂缝和漏水,以至影响大坝安全。

4.混凝土面板防渗的面板坝:防渗面板坝依靠坝体上游面防渗以蓄水,抗滑稳定性高;坝面坡度可比其它坝型陡些,减少坝体体积;面板兼有上游面护坡的作用;堆石体施工不受防渗结构施工的影响;防渗面板设在坝体表面,维护、检修比土防渗墙容易。

当然,由于坝体不均匀沉降会直接影响到防渗面板,使其发生裂缝,降低防渗功能,有损大坝安全;但是可以对防渗面板进行分缝,就可以降低面板的集中应力。即使沉降使得面板产生裂缝,可以在坝体内设置排水,下游可以设置排水棱体。

综合上面几种坝型比较和某地区资料表明,可以修建重力坝,堆石坝,因为土料缺乏,不能修建土坝。若要修建土坝,土料运距很远,造价太高不经济,河谷为梯形,也不是修建拱坝的有利地形。当地有丰富的石料,岩基良好,在设计水位以上,坡度急剧变缓,有利于布置泄水溢洪道。是修建混凝土面板堆石坝的有利地形。所以大坝坝型优先选择混凝土面板堆石坝。

3.2 枢纽布置

水利枢纽的建筑物包括主要建筑物和临时建筑物,主要建筑物有挡水建筑物;泄水建筑物;输水建筑物和水电站建筑物。临时建筑物有导流围堰,导流洞和临时工作桥等。 挡水建筑物是混凝土面板对石坝。 泄水建筑物有溢洪道,排沙洞,导流洞。 输水建筑物有引水渠,隧洞,尾水渠。

水电站建筑物有电站厂房,进厂房压力钢管,开关站等。

14文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

枢纽布置的一般性原则:合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置称为枢纽布置,其应该遵循的一般原则是:

(1)、 坝址,坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到:施工方便,工期短,造价低。

(2)、 枢纽布置应该满足各个建筑物在布置上的要求,保证其在任何工作条件下都能正常工作。

(3)、 在满足建筑物强度和稳定的条件下,降低枢纽总造价和年运转费用。 (4)、 枢纽中各建筑物布置要紧凑,尽量将同一工种的建筑物布置在一起,以减少联结建筑。

(5)、 尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产,提前发挥效益(如提前蓄水,早期发电或灌溉)。

水工隧洞路线选择的原则:

(1)、隧洞的路线应该尽量避开不利的地质构造,围岩可能不稳定及地下水位高,渗水量丰富的地段,以见效作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。

(2)、洞线在平面上应该力求短,直,这样既可以减少工程费用,施工方便,并且有良好的水流条件。

(3)、隧洞应该有一定的埋深。

(4)、隧洞的纵坡,应该根据运用要求,上下游衔接,施工和检修等因素综合分析比较确定。

(5)、对于长隧洞,选择洞线时还应该注意利用地形,地质条件,布置一些施工支洞,斜井,竖井,以便增加工作面,有利于改善施工条件,加快施工进度。

枢纽的外观应该与周围环境相互协调,在可能条件下注意美观。

(1) 坝址:枢纽建筑物的布置要根据地形,以方便施工的原则,充分利用地形来布置枢纽建筑物。坝址已经选定,位于山湾地上游110米的地方。

(2) 挡水建筑物布置:混凝土面板堆石坝适合已经选定的坝址,布置在距离山湾地上游110米的地方,坝轴线已定。

(3) 泄水建筑物布置:河流右岸坡度是35度。左岸下游110米的地方有一个山湾地带,适合布置溢洪道,所以泄水建筑物选择正槽溢洪道,考虑厂房可以布置在山湾地带,所以在右岸布置溢洪道。在450米高程以上,坡度急剧变缓,具有布置溢洪道的条件。由于左岸布置厂房,有布置电站引水隧洞。所以排沙隧洞结合放空隧洞布置于右岸,以利于施工方便。排沙孔排水作为防洪一个储备。根据坝址地形条件,右岸下游150米的地方有冲沟,溢洪道布置要避开冲沟,溢洪道挑坎布置于冲沟与河流相交的地方,以利于挑流消能,同时与河流有一个小的夹角,出水流态有利于河床水流消能,避免河床造成大的冲刷。 (4) 水电站建筑物布置:水电站适合布置于交通方便,施工方便,开挖比较少的地形。所以电站厂房布置于左岸下游110米的山湾的地方。有利于减少开挖,电站尾水归

15文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

河的流态好。厂房开挖小,比较经济。位于电站450米的高程的坡度很小,可以布置开关站。

第4章 混凝土面板堆石坝设计

4.1 坝体剖面设计

坝体剖面设计有:坝顶;上下游坝坡;马道;排水结构设计和上游趾板设计。 1、 防浪墙

国内外的面板坝普遍都在其顶部上游侧设置不透水的挡墙,它即起当水作用,又起挡土作用,也是防浪墙。防浪墙延伸到两岸与坝头基岩或结构物相连接,形成完整的防渗系统。因此他是坝体防渗结构的一个组成部分。

在各种形式的防浪墙中,直墙防浪较为有效,各坝多采用‘L’形钢筋混凝土墙。之所以能够采用高防浪墙,是因为经碾压填筑的坝体具有较好的稳定性且沉降量较小,且在施工期基本完成,不会危机高防浪墙的防渗性;高防浪墙所节省的堆石费用将大于建造防浪墙的费用,坝越高节省的堆石量越多。有时为了进一步节省堆石方量,可在坝顶下游一侧另设挡墙,如成屏一级坝的防浪墙高5.25m,在坝顶下游侧另设4m高的挡墙,形成“垂直戴帽”结构,致使坝体填筑方量节约达17%。加高防浪墙也是加高坝体的措施之一,萨尔瓦兴娜坝在施工过程中决定将坝顶加高6m,就是采用高8m的防浪墙并咱坝顶下游侧加设2.6m高的挡墙来实现的。

采用较高的防浪墙可以减少堆石填筑方量,降低造价,综合考虑坝址区风浪水文条件,初步确定防浪墙高度为4米。根据资料[8],防浪墙高度范围4到6米,最后确定防浪墙高度4米。混凝土面板堆石坝稳定边坡为1:1.3到1:1.4。防浪墙顶高出坝顶1米到1.2米。取高出坝顶1米。去上游边坡为1:1.3,下游边坡1:1.4。防浪墙采用直防浪墙,用“L”型钢筋混凝土墙。

2、坝顶高程

按照设计和校核情况计算取最大者。相应静水位加安全超高。按照资料[7],安全超高公式

d=ha +e +A

ha:为防浪墙在坝坡上的爬高; e:风浪引起的坝前水位壅高;

A:为安全超高,取0.7;其中ha按照公式计算

ha=0.45h1m1n0.6;

16文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

ekv2Dcos/2gH; hl0.016vD;

hl:设计波高;m:坝坡坡率;

n:护坡面糙率,混凝土取0.015;

k:综合摩擦系数,一般取(1.5-5)×103,计算时取3.6×103; v:设计风速; D:吹程;H:水库水域的平均水深;

: 风向与坝轴线法向的夹角。

54013 防浪墙建基高程应高于正常高水位,防浪墙与面板间的接缝应安周边缝来处理,止水结构必须可靠。堆石体在自重作用下和水荷载作用下产生蠕变,竣工后还会继续发生沉降及水平位移,坝体填筑是要预留填筑超高。有效降低了坝顶高程,大大的节省了工程量。

大坝坝顶宽度取8米,坝顶下游设计护拦,取护拦的高度为0.5米。防浪墙与面板连接处设计垂直于面

接缝,防浪墙底宽实际与垫层水平宽度相同。取3.5米,防浪墙采用混凝土浇筑。过度层与坝内排水体水平宽度取3.5米,为了方便机械化施工,排水体设置在过渡层后,排水体下依次分别设计主堆石体和次堆石体。下游护坡采用大块石堆砌,厚度取0.5米。

防浪墙与面板之间设计接缝,底部设计铜片止水,期于均设计为填预塑柔性填料,取用沥青木版。经过计算得设计波高为0.625米,风浪在坝上爬高为2.6米,风浪引起的水位壅高为0.005米,正常情况下的安全超高为3.35米,非正常情况下的安全超高为3.05米。所以坝顶高程在设计情况下为452米,校核情况下为451.76米,这两个之间取大的。最后确定坝顶高程为452米。防浪墙高出坝顶1米,防浪墙顶高程为453米。根据资料[8],坝顶宽度一般取为5米到8米,坝顶设计公路通行,以方便人行。取坝顶宽度为8米。河流河谷底基岩表面为覆盖层,厚度为2米到3米,坝基面初选在强风化线上,坝基开挖覆盖层,强风化层初步设计开挖2米。则最低坝基面高程取为438米。计算得坝高54米。为了方便施工,坝剖面在下游坡设计两个马道,每隔20米高程一个,分别在432米高程设计一个宽度为2米的马道,在412米高程设计一个马道。设置马道有利于坝坡的稳定。

坝坡取决于坝型、坝高、坝的等级,坝体及坝基材料的性质所承受的荷载、施工和运行条件等因素。土质防渗体的心墙坝,当坝壳采用堆石料时,下游常用坡度为1:1.5-1:2.5,上游常用坡度为1:1.7-1:2.7。斜墙坝的下游坝坡坡度可适当偏陡,上游坝坡则可适当放缓,石质坝坡可放缓0.2。参考所查斜心墙堆石坝资料列举相近的工程实例,如美国的圆峰大坝,坝高134m,坝顶宽13.4m,最大坝底宽度大于500m,基岩为玄武岩,覆盖层厚30m,坝体上游坡1:1.8,下游坡1:1.7。巴西的芬纳斯大坝,坝高127m,基岩为石英岩,覆盖层厚几米,坝体上游坡1:2.0,下游坡1:1.8。美国的玛蒙特湖大坝,坝高142.8m,基岩为风化片麻岩,覆盖层厚42.4m,坝体上游坡1:3,下游坡1:2。我

17文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

国小浪底为壤土斜心墙堆石坝,坝顶宽15m,最大坝高154m,最大坝底宽度864m。覆盖层深度80多米,大坝上游坡1∶2.6,下游坡1∶1.75

参考以上工程经验,结合本工程,基岩主要为石英砂岩,设计地震烈度为6级。由于上游为混凝土面板,不设马道,上游坝坡坡率设计为稳定坝坡 ,1:1.3,下游坝坡坡率取1:1.4。考虑到拦截雨水,防止冲刷坝面,同时便于观测和检修、设置排水设备,也可作交通之用,下游坝坡每隔20米高设一个马道,共2条马道,马道宽取2米。

根据据资料[7]:土石坝的上下游面通常都应设置护坡。上游面护坡是为了保护上游坡细粒土免受波浪的冲刷;防止靠近泄水建筑物处的上游坡遭受顺坝水流的冲刷;防止冰层和漂浮物的损害。下游面护坡为防止雨水冲刷;防止有水部分的风浪、冰层和水流作用;防止坝体无粘土料被风吹散;以及防止蛇、鼠、白蚁等动物对坝体的破坏。下游护坡采用大块石堆砌,厚度取0.5米。

为防止渗流逸出处的渗透变形;改变渗流方向,增加坝体稳定等,堆石坝均应设坝体排水设备。排水设备的型式有:A型,棱体排水;B型,贴坡排水;C型,坝内排水设备,包括褥垫排水层、网状排水带、排水管、竖式排水体等。

坝体排水设计:由于大坝的沉降,导致面板产生应力变形,从而产生裂隙而渗漏;或者面板的缝间渗漏造成坝内渗流。所以在坝内设计排水区。排水区采用烟囱式排水体。设计了排水体,从而减少坝内渗透水压力,提高了透水性,对大坝起到了保护的作用。该区的主要任务是保持面板漏水的时候能自由排水而不至于冲坏其他区(主堆石区)。该区配料采用加工石料,最大颗粒直径不超过150毫米,最小颗粒直径不小与5毫米,填筑厚度每层取600毫米。所以石料采用人工石英砂岩,最大颗粒直径不得超过600毫米,(过度层最大颗粒直径为200毫米到300毫米),最小颗粒直径不小与5毫米,填筑厚度按每层1米。(主堆石区每层碾压1米)以方便施工碾压。

下游棱体材料设计:下游棱体是为了排出坝内渗流的水而设计。所以下游棱体与烟囱式的坝内排水提互相连接,下游棱提的重要作用还有起到大块石重力压坡。所以棱体材料必须选择颗粒直径比较大。设计最大颗粒直径不超过800毫米,小于5毫米的颗粒含量控制在5到15之间,填筑厚度也取1米。以方便施工碾压。空隙率控制在25到30之

00000000间。渗透系数不大于0.1cm/s。

设计坝内排水区位于过度层之下,设过坝底通过棱体排水排出坝体;坝内排水体初定水平宽度为3.5米,也是以便机械施工碾压,横向通过棱体的部分高度取3米。距离棱体顶部取3米。下游棱体尺寸:取棱体上游坡度为1:1,下游坡度按大坝的下游坝坡坡度。取1:1.4的坡度。棱体顶部设计2米宽度。由于千分之八的河流比降,下游考虑开挖深度等因素,取棱体高度为14米,棱体底部高程为398米。

趾板的设计包括形式及尺寸设计;配筋,接缝,及插筋,趾板混凝土设计。 1、 趾板的形式及尺寸设计:混凝土面板与河床及两岸基岩的连接采用趾板防渗,趾板与面板共同作用形成防渗体。趾板基准线确定:开挖线取自强风化线。趾板下基岩风

18文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

化程度为界于强风化和弱风化之间。根据资料[8],取允许水力梯度H/S=8.河谷底最大底板S取6.5米,取最大为7米,最小取4米。趾板的厚度可小于相连接的面板厚度,但是不小于0.3,取厚度h=0.4米,与面板的厚度相同,趾板头部的斜长度一般要求不小于0.8米,取0.8米。趾板下游面垂直于面板,面板底下的趾板高度不小于0.9米,取1米。

2、 趾板的配筋,接缝,及插筋,趾板混凝土

按照资料[8],要求趾板混凝土与面板混凝土的要求相同。采用525#硅酸盐水泥,或普通硅酸盐水泥,趾板取用普通硅酸盐水泥,为了趾板的防裂,在趾板混凝土中加入掺和料。采用二级粉煤灰,掺量取百分之二十。趾板要求膨胀系数较小打开骨料配置。浇筑时间取在低温季节。

为了简化施工,降低工程造价,趾板配筋采用单层双向钢筋,即是配温度筋。布置在趾板表面。每向配筋率采用0.3。岩基上趾板钢筋保护层厚度取10厘米。趾板与基岩的

00连接采用插筋,即是锚筋连接,锚筋直径取25毫米,间距去.挖迷,长取4米。锚筋用普通钢筋制作。用砂浆埋固于钻孔内,顶部采用90度弯钩与面层钢筋连接。趾板要求根据开挖后的地基设计伸缩缝,缝间距取不大于9米。缝中设计金属止水片。为了有效地防止出现温度裂缝,趾板施工缝间距采用15米。

4.2 坝体材料分区设计

依照资料[12],将面板坝填筑体分成三个主要区,分别是土料铺盖区,半透水料垫层区和主堆石区。

土料铺盖区又称为防渗补强区:用防渗土料碾压填筑或水下抛填而成,采用粘土覆盖周边缝及高程比较低的面板。以免面板出现裂缝和板间缝,周边缝张开时,土料进入缝中,从而恢复防渗,可以利用天然淤积物来形成土料铺盖区。

半透水垫层区:直接位于面板下部,应该避免上游坡面板应力集中。要求垫层料粒径不能过大,应该有比较多的细料。要求细料含量要足以填满粗孔隙,并且有良好的级配。

主堆石区:是堆石坝的主体,要求本区的低压缩性,级配良好的坝料填筑。碾压到足够的密实度。主堆石区根据不同的的形状,按满足水力过渡与变形模量递减的原则,分三区,过度区,主堆石区,下游堆石区。见附图:坝体分区图。

中低坝可以采用0.3-0.4厚的等厚面板,由于坝高为54米,由计算得混凝土面板取0.4米厚度。

面板分缝:对面板进行分横缝和纵缝,水平施工缝,垂直施工缝。垂直缝取12米的间距。面板下设计垫层,考虑施工采用机械化施工碾压,根据资料[8],垫层的水平距离不宜小于3米。取水平宽度为3.5米。主堆石区采用石英砂岩,主堆石区与垫层之间设计过度区,过度区也取不小于3米。取3.5米宽度,以方便机械施工碾压。下游设计护坡,采用开挖的石英砂岩石块堆砌,厚度初取0.5米。

19文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

垫层为面板提供支承,把面板传过来的力荷载均匀地传与坝体,同时又使面板承受均匀的反力,以不至于垫层料的不均匀而产生应力集中。

垫层料的选择:垫层材料必须选用地质新鲜,坚硬具有比较好而耐久性的石料,根据施工场地材料情况,采用石英砂岩人工开采加工砂料。垫层材料必须具有高压缩性,高强度性和适当透水,具有良好的级配,最大材料颗粒直径取60到80毫米,小于50毫米的颗粒含量取30到50,小于75毫米的颗粒含量去5到8。压实后垫层的渗透系数取

000000001104m/s。

过渡层材料选择:为避免在刚度相差较大地两种土石料之间产生急剧变化地变形和应力,应在垫层与堆石坝壳之间设过渡层。过度层是坝体与垫层之间起过渡协调作用的层区,要求过渡材料级配连续,压实后具有比较高的抗剪断强度,低压缩性自由排水性,最大颗粒直径取200毫米到300毫米之间,采用专门开采的人工加工细堆石料。

主堆石体是面板坝的主体,一般包括上游堆石体,下游堆石体。某工程大坝设计包括:上游主堆石体,下游主堆石体,坝内排水体,和下游棱体。

1、 上游主堆石区设计:上游主堆石体是承受荷载及其他荷载的主要支撑体,主堆石体应该具有低压缩性,高抗剪强度,透水性和耐久性。堆石块的质量岩块湿抗呀强度低于30MPa为软岩,岩块抗压强度在25到30MPa纸浆认为是硬岩。考虑开采岩石强度,爆破费用,减少大坝材料对施工机械的磨损等因素,宜采用中等强度或软岩石料。根据坝址材料的特点,采用极限强度为706kg/cm2的石英砂岩和275 kg/cm2的砂质页岩结合配料。摩擦系数分别为0.60和0.40。变形模量为9.9×104 kg/cm2和3.0×104 kg/cm2。

堆石料级配:堆石料的力学性质取决于大材料的级配。要想使堆石坝料满足高强度,低压缩性和自由排水三项要求,从而达到控制沉降的目的。大坝材料应该具有良好的级配。即使控制大坝材料的细颗粒材料的含量,含泥量和最大颗粒的含量。一般级配中小于5毫米的颗粒含量小于20,小于0.1毫米的颗粒含量小于10的连续级配均适宜用来填筑主

0000堆石体。

根据资料[12],增加细颗粒材料(小于5毫米),就增加了内摩擦角10~20。而过量的

细颗粒材料则可能引起内摩擦角降低。参照已建设的工程——努列克坝,努克列坝控制体变形模量k值的细颗粒材料最优含量为34。控制内摩擦角的细颗粒材料最优含量是25。

0000但细颗粒材料含量为34时,也接近达到最大内摩擦角的值。参照已经建设好的工程——

00塞沙那工程,细颗粒材料含量为10,小于25毫米的材料含量为25,加水为15。Ec取

000000145 MPa.岩性是石英砂岩,层厚度取0.9米。

某工程级配:沙的级配要经济可靠,根据资料情况,取细颗粒材料(小于5毫米)的含量为15,即可以得到较大的内摩擦角,体积变形模量也比较大,碾压层的厚度一般不

00大于1米,取1米一层。所以最大的颗粒直径不能大于1米,设计最大颗粒直径500毫米到600毫米只。

2、 下游堆石区设计:下游主堆石区也称为任意区,承受的荷载比较小,压缩性对

20文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

面板的沉降影响比较小,对该区的设计用材料和碾压可以放宽,该区的宽读取为大坝断剖面的四分之一。这样可以充分利用当地材料,降低工程造价。小于0.075米颗粒直径的含量不超过5。参照已经建设好的工程——小干沟工程。

00 4.3 混凝土面板设计

混凝土面板设计有面板的形式尺寸设计;面板的混凝土及接缝设计;面板接缝止水设计。

面板的厚度应该使面板承受的水力梯度不超过200。坝面斑顶部厚度宜取0.3,并且向底部逐渐增加,厚度t按照资料[8],公式 t=0.3+(0.02-0.035)H t:面板厚度;

H:计算断面到面板顶的高度;

中低坝可以采用0.3-0.4厚的等厚面板,由于坝高为54米。根据资料[8],取0.4米厚的等厚面板。

1、混凝土面板是防渗的主体结构。为适应坝体变形,气温变化和满足施工要求,设计垂直接缝,即纵缝,将防渗面板分成若干条板,为了满足用滑动模板连续浇筑面板,不再设计水平缝。趾板与面板之间设计周边缝.根据坝替变形及施工条件进行面板分缝。垂直伸缩缝间距可以为12米到18米。本工程为小工程,取12米的间距。从坝顶沿坝坡一直延伸到周边缝,方向与坝轴线垂直。

根据资料[8],面板混凝土应该具有比较高的耐久性,抗渗性,抗裂性和施工易和性。面板混凝土强度等级不能小与C25。抗渗性不能小于W8。面板混凝土采用普通硅酸盐水泥。为防止面板产生裂隙,面板混凝土应该进行配合比优化设计。采用加掺和料降低水泥用量,减少水化热温升和收缩变形。采用掺粉煤灰,掺量在1500到3000之间。面板采用二级配骨料。砂料吸水率不大于300。含量不大于200。细度模数最好在2.4到2.8之间。

2、 面板的配筋:面板采用单层双向钢筋。布置在板厚的中部。每向配筋率为0.300到0.400。采用2428的钢筋,间距为250到300毫米。水平钢筋放在上面,以利于施工和行走,选用螺纹钢筋。由于地形变化,为了减少面板受到的扭曲应力,将按板分期施工,设置永久的水平施工缝,可按临时施工缝处理。在岸边附近的起始板,取各条主板宽度的一半,以利于施工,需要设计垂直施工缝。在起始板与主板之间常常布置水平施工缝。

3、 面板混凝土设计:对面板混凝土来说,耐久性和抗渗性比强度更为重要,为了增加看渗性,加入引气剂。使得混凝土拌和料的含气量达到400到500左右。为了提高混凝土的耐久性,控制碱骨料反应,在水泥中加入硅粉,即二氧化硅,平均颗粒粒径0.1m。

参考资料[12],周边缝是面板止水体系中最为薄弱的环节,考虑施工方便,在表面和

21文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

底部分别设计止水,以便于混凝土的浇筑碾压。采用铜片止水和柔性填料止水。铜片止水最好选用延伸率不小于2000的纯铜卷材,现场压制,厚度在0.8毫米到1毫米之间。柔性填料应该保持在运行环境条件下高温不流淌,低温不硬化,在水压力作用下易压入缝内。

1 周边缝:在周边缝底下铺设沥青混凝土垫层,该层将F型止水铜片托住周边缝中设计双重止水。在缝中部设计宽300毫米的人工合成橡胶桥型止水,将其放在面板钢筋的上部,以方便于浇筑混凝土。在缝底下设计F型铜片止水。在周边缝顶部填入IGAS型塑性嵌缝填料。用锚固在混凝土上的角铁将一层人工合成橡胶膜固定和覆盖在IGAS型塑性材料上,作为保护罩。为了面板产生转动,剪切和压缩时混凝土不至于压碎,在周边缝中设置了24毫米后的沥青纤维板接缝填料。

2 垂直施工缝:在垫层表面设置宽500毫米的水泥砂浆,垫层挠平,在其上铺设油毛毡,在将W型止水安置其上,水平钢筋穿过该施工缝。

3 水平施工缝:从面板表面到钢筋层一段的缝面是垂直于面板的,由钢筋层到垫层表面的缝面是水平的,缝内不设置止水。

4 垂直伸缩缝:为了防止两岸坝头周边缝过度张开,两岸坝头各设置一条伸缩缝。垂直伸缩缝内设置一道W型铜片止水。位于面板底面。缝顶用IGAS型塑性材料覆盖保护。这种缝的水平钢筋不穿过接缝,板边缘用细钢筋加强的以防崩落。

4.4 坝基处理

坝基处理的目的:坝基处理的目的是防渗,提高基岩的强度和整体性。内容包括:趾板地基开挖和灌浆;岸坡表层清理,削坡和坝基覆盖层处理。

按照资料[12],施工程序原则:

(1)、坝基开挖自上而下,先岸破往后河床。(2)、开挖施工程序与导流方式相互协调。在导流洞施工期间开挖河床水位以上的两岸坡。截流以后开挖河床水位以下的岸坡和河床地基。(3)、岸坡的处理工作应该在填筑前完成。对高坝有困难时可以按照年度分段进行,以防止边处理边填筑的不利局面。(4)、充分考虑水文气象条件开挖施工影响。充分利用枯水季节开挖河床部位。(5)、坝基开挖凡是可以用于填筑坝体的,应该根据设计要求安排好填筑部位。

趾板地基处理的施工程序:趾板防线,剥离表层土,地质测绘与复查,确认或调整趾板线,正式开挖,基层处理,检查验收,趾板钢筋架设,趾板混凝土浇筑,趾板地基灌浆,最终验收。

趾板定线:趾板定线在施工中完成。趾板基准线应该根据地形,布置成一系列连接折线段。折角根据地形条件来确定。每段趾板都布置在地质条件比较好,开挖量比较小,混凝土方量最省,施工最方便的岸坡上。第一期开挖剥离岸坡覆盖层,并且对趾板地基进行测量及地质测绘,最终定线。在进行第二期开挖。在接近地面时,只能进行撬挖。最大限

22文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

度减少超挖欠挖,保证趾板尺寸。

a、趾板地基开挖:将强风华的岩石挖除。以不破坏基岩完整的原则进行开挖,在接近设计基础面1.5到3米时,若采用一般的爆破方法,只允许放小炮,采用浅孔密布方式。在距离设计基础面0.3到0.5米时,禁止放炮开挖。只能采用风镐撬挖,表面修整使岩基面平顺完整。开挖出渣的清理;采用推土机集渣,挖掘机挖料,汽车运输。

b、开挖边坡的控制:边坡是风化岩石,边坡开挖控制在1:0.5到1:0.8之间。 c、趾板地基的表层处理:趾板两岸以石英砂岩为主,强度比较高表层节理裂隙比较发育。在清除节理,裂隙内的填充物后,用高压水冲洗干净,灌入水泥浆或水泥沙浆。在趾板下游垫层区的岩石上,浇筑混凝土盖板,或喷射混凝土。

d、趾板基础灌浆:有固结灌浆和帷幕灌浆。灌浆的目的是提高基岩的强度和整体性,减小渗透,提高防渗性。根据资料[8],固结灌浆孔适宜布置2到4排,深度不小于5米。帷幕适宜布置在趾板中部,帷幕灌浆孔的布置设计为1排,趾板基础灌浆,布置三排灌浆孔,中间一排为帷幕灌浆深孔,上下游各一排为固结灌浆孔,,深孔一般为5到15米,深孔设计取10米。固结灌浆孔的布置,一般取梅花形,灌浆孔段深度以5米左右为最适宜,孔距设计为3米,孔口压力控制在 0.1到0.2MPa。灌浆时要求浆液沉淀物含量小于500,浆液水灰比不大于2:1。帷幕灌浆布置在趾板中部,帷幕灌浆孔的深度设计为水头的1/3,帷幕深度一般设计为坝高的1/2到1/3。由于坝基岩层走向垂直于河道,所以坝肩透水比较小,防渗帷幕可以放宽,深度可以减小。由于趾板处有渗透性比较强的页岩,帷幕灌浆是不够的,所以在趾板下的页岩处设计混凝土塞,防止渗漏。

坝基开挖处理的目的是使堆石体在饱和及加荷载的各种条件下,地基具有比较高的抗剪强度,比较小的压缩变形,避免地基不均匀沉降而影响面板正常运行工作。

河床段不同的地基,开挖不同,趾板下游到上游1/6坝底宽度范围,承受堆石体荷载最大,承受的水荷载也最大。所以开挖地基必须把强风化夹层挖掉。从上游1/6处到坝轴线承受中等水荷载,坝基开挖到5000的基岩露出。大量的强风化岩层挖掉。坝轴线下游区,坝基开挖深到3000的均匀分布的坚硬岩石。

岸坡段开挖与处理:为便于机械压实,使岸坡堆石填筑紧密,对坝肩两岸进行修整,坝轴线以上与趾板之间存在倒悬坡,对悬岩及高度不大于1米的陡坡均要削缓或用混凝土回填成斜坡。岸坡修整用预裂控制爆破方法使岩壁形成平顺的稳定边坡。

4.5 混凝土面板堆石坝稳定校核与变形估算

混凝土面板堆石坝计算包括混凝土面板堆石坝坝坡稳定分析和混凝土面板堆石坝变形估算两个方面内容。

为了确保大坝稳定挡水,确定一个稳定边坡。多年来面板堆石坝稳定性很少成为工程问题。堆石体具有比较高的强度,可以维持比较陡的边坡。粗颗粒料形成的骨架能很好

23文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

地保持其渗透稳定。再者,混凝土面板堆石坝是用渗透很小的混凝土面板作为防渗体,渗透很小,对堆石体的稳定不会造成很大的影响。对于1:1.3到1:1.4的坝坡,大量的工程实践证明这类边坡是稳定的。

稳定分析一般多采用极限平衡法和非线性圆弧法。在这里采用极限平衡法分析;由于莫尔强度理论中ctan在堆石坝分析稳定中不适应。所以得重新确定莫尔强度包

线。莫尔强度包线曲线方程:参考资料[12]。 A;m:由试验确定;

n:正应力;f:堆石抗剪强度。

由于坝体中浸润线比较低,在竣工期坝体最为危险,可以不考虑其影响。分析稳定系数按照公式:

A,m:土料抗剪强度系数; :坝料的干密度;

:条块底面中心点切线与水平线的夹角; h:块的高度

参照以往的工程经验,分析计算结果稳定系数Fs是大与1.5的,所以能够满足稳定要求。对于取1:1.3到1:1.4的稳定边坡,没有发生过坝体因为边坡而产生失稳现象。所以取1:1.3到1:1.4的的坝坡,是能够满足设计要求的。

最后确定本工程的边坡为:上游取1:1.3,下游取1:1.4。

为了避免坝体变形以及随之而来的接缝张开和面板断列而导致大量的渗漏,进行混凝土面板的估算,以确定施工时预留一定的沉降量,同时以便设计混凝土面板的接缝。

沉降量按照经验公式计算,没有具体准确的公式得以参照,同时,经验公式是按照已经修建好的坝的原型监测成果来估算:

S2:待修建坝的预计沉降值;

S1:已经修建好的坝原型观测的坝顶沉降值; E2:待修建坝的变形模量; E1:已经修建坝的变形模量; H2,H1:分别为坝高。

估算时,以塞沙那坝为基础估算,结果为:S1=114毫米,E1=310MPa, H1=110米,H2=54米。由于两项工程都是以石英砂岩为猪,都取E为310。计算结果沉降量为25毫米。

由于坝体是比较坚硬的石英砂岩,沉降量非常小,在设计施工时预计流25毫米的沉降量,大坝确定高度为54米。

24文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

第5章 溢洪道设计

根据地形条件,设置岸边正槽溢洪道。溢洪道有引水渠,控制段,泄槽,出口消能段组成。溢洪道的布置和形式选择应该根据水库水文,坝址地形地质水流条件,枢纽布置,施工,管理条件以及造价等因素决定。

5.1 引水渠设计

由于坝顶高程高于溢流堰堰顶高程,进水渠位于坝肩,垂直于坝轴线,引水渠要求水流平顺均匀,渠底高程要低于溢流堰高程。溢流堰顶高程由资料给出,是汛前水位444.5米。根据地形取引水渠底高程为440米。进水渠导水墙由溢流堰两侧的边墙向上游延伸而成。根据资料[3],导水墙高度要高过校核水位,为了考虑风浪等因素,取导水墙顶高程于大坝顶高程一致。长度取大于进水口水深的两倍。所以长度取距离大坝轴线25米,边墙厚度取2米。渠底底板用混凝土浇筑,厚度取0.5米。

5.2 控制段设计

根据资料[3],溢流堰选择实用堰堰型,开敞式堰面曲线按公式计算

xn=kHd(n1)y

Hd: 定型设计水头,对高堰(P>1.33Hd)可按堰顶最大水头的百分之七十五到百分之九十计算;对低堰(P<1.33Hd)可按堰顶最大水头的百分之六十五到百分之八十五计算。

n;k:系数。K与p/Hd有关,当p/Hd>1时。K取2.0;当p/Hd1时。K取2.0到2.2,p/Hd越小,k就越大。

取n为1.85,k取2,上游面铅直。原点上游用三圆弧曲线,Hd取最大水头的百分之八十五,计算得其值为3.58米。根据资料[3],计算得三个半径分别是r1为1.75米,r2为0.716米,r3为0.143米。最后计算得幂曲线方程为y0.1692x1.85 根据资料[3]有,溢流堰与反弧连接设计一段直线,直线后接反弧段,最后反弧段连接泄槽。根据资料[10]设直线段的坡度为0.8。反弧半径采用3到6倍h(h为校核水位是闸门全开时反弧最低点的水深。溢流堰原点下游堰面曲线坐标计算于下表5.1。 表5.1 溢流堰面曲线坐标结果 X Y 1 2 3 4 5 6 4.65 7 6.19 8 7.92 0.169 0.685 1.29 2.196 3.32 25文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

溢流堰原点下游堰面与直线段相接点的坐标经过计算得x=5.1,y=3.4。反弧段设计:根据布置情况,泄槽起始点的水深就是反弧段最低点水深,由资料[3],起始点水深按: H:为其始点端面水深 ; q:计算断面单宽流量; H0:计算断面渠底以上总水头;

θ:泄槽底板与水平面的夹角;

:考虑从进口到计算起始断面之间沿程和局部阻力损失的流速系数,取其值

为0.95。

经过计算,溢流堰下游曲面与直线段的切点的坐标为x=5.1,y=3.4.该点的高程计算得441.1米.设计泄槽起始点的高程为338米,由试算计算出起始断面水深为1.27米.溢流堰与泄槽间采用反弧曲线连接是,反弧半径可以采用3到6倍水深.取反弧半径为6倍水深,经过计算,反弧半径为R=7.62米.由几何计算得反弧上端点与直线切点的高程为339.66米.

闸门设计:根据资料[3],在溢洪道工作闸门的上游侧,设置检修闸门,两道闸门或闸门与拦污删的最小净距,应该满足混凝土强度与抗渗,启闭机布置与运行,闸门安装与维修条件等因素的要求,一般不宜少与1.5米.露顶闸门顶部应该有0.3到0.5米的超高.根据此情况,设计工作闸门为露顶式钢闸门,布置在溢流堰顶,考虑闸墩强度等因素,根据资料[9],由于该枢纽是3级等别,溢洪道有设计为三孔出流,闸门比较小,门槽形式选I型,设计门槽宽1米,门槽深度取0.5米,所以闸门宽度为5米. 安全超高取0.5米,检修门高为4.7米,工作门高为5.4米.工作闸门与检修闸门之间距离,依照规范设计为2米.布置3个工作门槽,3个工作门,3个检修门槽,一个检修门.检修门布置成可移动形式.检修闸门布置在溢流堰顶,工作闸门布置在检修门后2米,两道闸门之间中线设计与大坝轴线重合.

闸门两个边墩延伸往上下游,上游延伸成为进水渠的导水墙,下游延伸为泄槽的边墙.中间设计两个闸墩.中间两个闸墩设计最大厚度为3米,设计工作门槽的部位厚度为2米,向下游延伸长度,设计为17.29米,向上游延伸设计为距离坝轴线25米,与导水墙一致.边墩向上游延伸为导水墙,长度布置也与坝轴线距离25米.向下游延伸成为泄槽的边墙.厚度都取2米.

5.3 泄槽形式及水力设计

泄槽包括泄槽的形式及水面曲线设计;

泄槽设计为矩形槽,有资料[3],设计泄槽纵坡坡度要大与临界坡度ik. 其中hk3q211,CkRk6 gn26文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

q:泄槽的单宽流量(m3/s); :动能修正系数,可以近似取1; g:重力加速度(m/s2);

Rk:相应临界水深是的水力半径(m); n:糙率.

由于溢洪道布置在坝肩,开挖较大,所以岩质较好,采用混凝土浇筑衬砌泄槽边墙,边墙以上采用混凝土喷浆防护边坡,高边坡稳定采用锚杆锚索防护.由于临界水深hk=1.2188米,考虑综合因素,设计泄槽边墙高4米.厚度为2米,采用木模节省材料,所以取糙率为n=0.015.最大下泄流量取校核水位时263,泄槽总宽为18米,经过计算:单宽流量q=14.6立方米每秒米.临界水深hk=1.22米.该水深下的水力半径Rk=1.07;谢才系数Ck=67.4;临界坡度ik=0.03.纵坡坡度要大于临界坡度.取坡度I=0.05>ik=0.03. 泄槽水面曲线计算:由资料[10],水面曲线计算按逐段试算法. Esd:下游断面比能; Esu:上游断面比能;

j:平均水力坡度; R:平均水力半径; :平均谢才系数.

C经过计算水面曲线数据如:见附表1。

起始坡度为0.05的泄槽的水面曲线.由于地形要求,要进行一次变坡.由缓坡变陡坡.泄槽纵向坡度有缓坡变陡坡的连接曲线可以采用抛物线形式连接.抛物线方程按公式计算:见资料[3]。

x,y:抛物线的横纵坐标,以上段泄槽末端衔接点为原点o;为上段的坡角; k:系数,对于重要工程落差大的,可以取k=1.5,对于落差小的可以取k=1.1-1.3;

H0:抛物线起始断面的比能;其中H0按照公式计算

h:抛物线起始断面的水深;

v:抛物线起始断面的平均流速,米每秒;

:动能修正系数,可以近似取1.0。

计算得抛物线起始点的高程为433.1米.水深为1.11米.流速为13.15米每秒.泄槽陡坡的坡度估算:经过计算,考虑综合因素,初步取挑坎高程为409米.计算结果陡坡坡度为0.568,取0.57.泄槽陡坡水面曲线计算如附表2。

经过计算最后泄槽末端接挑坎的地方,速度为21.74米每秒.

根据地形需要,单宽流量比较小,而渠宽较宽,不设置缩小段,结合地形,根据资料[3],弯道设计在坝址坝轴线下游25米处,参考已建工程横棉工程,弯道半径要大于5倍渠底宽,设计弯道半径为rc=120米.取弯道角度为40度.由几何计算得出泄槽起始段距离坝轴线为9.996米.起始段部分水深为1.27米.根据资料[10],能量平衡方程试算法,求得水深为

27文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

1.235米是距离为15.35米,所以与坝轴线相距25米的地方就是水深1.235米处开始布置弯道,由试算法求得流速为11.831米每秒.由于布置弯道,泄槽水面发生变化,惯性和离心力使水面一侧高一侧低.所以弯道宜布置在水流比较平缓均匀的坡度比较缓的地方.急流弯道横向水面高差h,按公式计算:

h:有弯道离心力及急流冲击波共同作用形成的外墙水面与中心先水面的高差;

k:超高系数,其值查资料[3],表a6; rc:弯道轴线半径,米.

外墙和内墙最高点水位和最低点水位的位置,按照公式计算:

β:坡角;度;

Fr1: θ=0时水流的弗劳德数; H1: θ=0时的水深,米;

V1: θ=0时的断面平均流速,米每秒.

c:第一个外侧水位最高点所对应的圆心角,弯道外墙取正,内墙取负;

1:积分常数,由初始段水力要素决定.

经过计算得水面高差为1.07米,泄槽底板倾斜度设计为θ,倾斜坡度经过计算得

tan=0.119,所以横向倾度为0.119.急流弯道冲击波经过计算得Fr1=3.4; β=17.1度; c=24.4度.

根据资料[7],在第一个波发生以后,因为不断发生波的反射,干涉与传播,形成了一系列互相交错的冲击波.对于外边墙,在圆弧中心角3c,5c等等,各点为水面最高点,而2c ,4c 等等,各点为水位最低点,内墙边墙发生最高最低的水面点正好同外墙相反.弯道横断面内外侧的水深可以按公式计算:见资料[7]。 c:其中外侧取正,内侧取负.

经过计算的外侧水深h=3.1米.内侧水深为h=0.1米.

为了消除波动给水流到来的影响,泄槽设计横向倾斜坡度为0.119的泄槽底,抬高外侧,降低内侧,从而减少冲击波和弯道曲段水面稳定.为了便于施工,泄槽中心线高程不变,将外侧提高1.07米,内侧降低1.07米.渠底超高和上下游直线段采用扇形连接,做成平面转弯扇形抬高面.经过计算得弯道起始点高程为437.5米,弯道末端高程为434.5米.弯道起始点到坝轴线距离为25米.

泄槽底板设计:根据地形地质,岩质比较好,取泄槽底板厚度为0.4米。泄槽底板设计纵横缝,其间距取10米。采用平缝,缝中设置止水。

5.4 消能防冲段设计

由于地形要求,采用挑流消能.鼻坎采用连续坎,根据资料[3],鼻坎高程高出下游水

28文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

位不小于2米,校核水位时相应下游最高水位,经过查找计算得出是406.1米,所以取鼻坎高程为409米.经过分析,采用连续坎,可以减少雾化,适用于下游岩基均匀,尾水比较深的情况.由于下游布置厂房,要求雾化小的比较好,所以选择连续坎是很有利的.

沿程水头损失按资料[10],公式 vcRJ;

lv2 hf4R2g;

0.3161;

Re4 c1R6;

n1 Re:雷若数,明渠河道取500; R:取平均值;

L:沿程长度,经过估算取183米;

经过计算得λ=0.067;R=1.059;谢才系数c=67.31;水力坡降J=0.031; 速度v=12.196米每秒.沿程水头损失hf=21.966米.局部水头损失,由于流速较大,沿程水头损失较大,溢流堰与泄槽有个反弧段和连接段会产生局部水头损失,由缓坡变化到陡坡会产生一点局部水头损失,但是都不是很大,由于资料短缺,取沿程水头损失的百分之五,所以计算得损失1米.所以溢洪道水头损失总的为22.966米.取23米.

水舌长度按公式计算:见资料[3]。

L: 自挑坎顶算起的挑流水舌外缘与下游水面的水平距离,米; L~:冲坑最深点到挑坎坎顶的水平距离,米;

V1:坎顶水面流速,米每秒,按挑坎处断面平均流速v的1.1倍计算; θ:挑坎角度;

h1:坎顶铅直方向的水深,h1按照公式计算

h1h; cosh为坎顶法向平均水深。H2坎顶到下游水面的高差。当计算l时可算到坑底;

g:重力加速度; T:冲坑深度。 下游冲刷坑深度按公式计算:

T: 自下游水面到坑底的最大水垫深度,米,当t< h2时,t采用h2; Q:坎顶单宽流量,立方米每秒米; H:上下游水位差;

k:冲刷系数。取k为1.1。

29文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

水头损失估算法设计消能段:由校核的情况下总水头是39.71米,损失水头23米,估算得鼻坎处平均速度为v=18.1米每秒。经过计算得h2=2.5米;坎顶水面流速v=19.91米每秒。所以法向水深为h=0.73米。根据资料[7],取挑角θ=20度,则坎顶铅直方向水深h1=0.777米。水舌长度为33米。挑坎的反弧半径一般取(8-10)h,h为坎顶水深。取半径为10倍h,所以半径为7.3米,取7米。h=42.21米,坎顶单宽流量q=20米每秒,冲坑深度t=12.54米。河床比降为千分之八。挑坎位于坝轴线下游约150米处。坝轴线河床高程为400米,挑坎处河床高程为398.8,取399米。计算得冲坑深度为4.84米。 利用水面曲线求消能段参数:由水面曲线求出泄槽末端的流速为21.74米每秒。考虑鼻坎处流速稍微大一点,取鼻坎处流速为22米每秒,可以求出坎顶水面流速为24.2米每秒,坎顶横断面积为10.9平方米,坎顶法向平均水深为0.6米,坎顶铅直方向水深为0.64米。

经过计算,水舌长度为33米,根据地形情况,水流挑出去,不能全部挑到河床上,有一部分挑到河岸上。而且溢洪道的挑坎布置刚好位于冲沟的地方,冲沟在洪水来临时候,必定有大量的水流经过冲沟,若是挑坎修建在冲沟上,一定堵住水流去向,甚至水流会冲毁溢洪道挑坎。考虑布置溢洪道挑坎在其他地方,避开冲沟,但是那样布置,溢洪道转弯角度太大,不符合规范要求。所以只有进行挑坎与冲沟处理。

挑坎刚好位于冲沟的地方,为了溢洪道正常运行,冲沟部分要进行处理,考虑施工时要开挖溢洪道两旁的山体,顺便可以多开挖下游河岸,处理挑坎挑流时候的冲刷,在挑坎两侧开挖到最底高程,在旁边设计一条1米深4米宽的水渠,绕过挑坎。防止洪水冲刷挑坎。这样在洪水来临的时候,水流不会冲毁溢洪道挑坎。下游右河岸岸坡也进行开挖处理,防止水流冲刷,把河岸开挖成顺水流方向的形式。具体情况见枢纽布置图。

第6章 隧洞及厂房平面设计

6.1 隧洞布置原则与路线选择

1、应该根据枢纽任务,对泄水建筑物进行总体规划。

2、在合理选定洞线方案的基础上,根据地形,地质及水流条件,选定进口位置及进口结构形式,确定闸门在隧洞中的布置。 3、确定洞身纵坡及洞身断面形状和尺寸。

4、根据地形,地质,尾水位等条件及建筑物之间的相互关系选定出口位置,高程以及消能方式。

1. 隧洞路线应尽量避开不利的地质构造,围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段,以减小作用于衬彻上的围岩压力和外水压力。洞线要与岩层层面、构造破碎带和节理面有较大的交角,在整体块状结构的岩体中,其夹角不易小于30度;在层状岩体中,特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层,

30文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

其夹角不易小于45度。在高地应力区,应使洞线鱼最大水平地应力方向尽量一致,以减小隧洞的侧向围岩压力。隧洞的进、出口在开挖过程中容易塌方且易受地震破坏,应选在覆盖层、风化层较浅,岩石比较坚固完整的地段,避开有严重的顺坡卸荷裂隙、滑坡或危岩地带。

2. 隧洞的路线应力求短而直,这样既可减小工程费用,方便施工,且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布置等原因必须转弯时,应以曲线相连。对于低流速的隧洞,其曲率半径不易小于5倍洞径或洞宽,转角不易大于60度,弯道两端的直线段也不宜小于5倍洞径或洞宽。

泄水隧洞的进口应力求水流顺畅,否则会减小泄流能力,引起不利的流 态,甚至在一定条件下,在进口附近会形成串通性或间歇性漩涡。出口水流应能与下游河道平顺衔接,并于土石岜坡角及其他建筑物保持一定距离,以防冲刷和影响枢纽的正常运行。

3. 隧洞应有一定的埋藏深度,包括:洞顶覆盖厚度和旁山隧洞岸边一侧的岩体厚度,统称为隧洞的围岩厚度。对于有压隧洞,当考虑弹性抗力时,围岩厚度应不小于3倍洞径。

4. 隧洞的纵坡,应根据水力条件运用要求、用途、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较后确定。无压隧洞的纵坡应大于临界坡降。有压隧洞的纵坡主要取决于进、出口高程,要求全线洞顶在最不利的条件下保持不小于2米的压力水头。有压隧洞不宜采用平坡或反坡,因其不利于检修排水。

5. 对于长隧洞,选择洞线时还应注意利用地形、地质条件,布置一些施工支洞、斜井、竖井,以便增加工作面,有利于改善施工条件,加快施工进度。

某左岸岩石岩层比较厚,覆盖层很少,这给予左岸布置厂房有利的条件,发电引水隧洞布置在左岸有足够的覆盖厚度。在坝址上游,地势开阔,对于隧洞进水口选择布置很有利。坝址地区岩层比较坚硬,又没有断层,岩层比较单一,只有石英砂岩一层岩层,在岩层下30米左右的地方又一层页岩,但是比较薄,对隧洞的开挖不会又太大的影响。由于地势决定,发电引水隧洞必须布置拐弯,以利于布置近厂房的压力钢管。

6.2 发电引水隧洞及厂房平面设计

根据地形条件,右岸布置了溢洪道,根据需要,厂房布置于左岸山湾地带.因此引水采用隧洞的方式引水.根据水电站水头出力,经过计算需要设计半径为1.6米的隧洞.直径就是3.2米.

隧洞的进水口常采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面,其体形应符合孔口泄流底形态,避免产生不利底负压和空蚀破坏,同时还应尽量减少局部水头损失,以提高泄流能力,应将进口的上唇做成喇叭形曲线,曲线的形状应尽量与流线吻合。

进水口高程根据淤沙高程,考虑死水位等因素,取高于淤沙高程但是低于死水位.淤沙高程为409.5米,死水位为434米,所以取进水口高程在430米.竖井式进水口是在隧洞进

31文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

口附近开挖竖井,进行衬砌,闸门设计在井的底部,井的顶部布置起闭机械及操纵室.竖井式适用于地质条件好的,岩体比较完整的情况.根据地形地质条件,布置设计竖井式进水口.为了避免产生不利的负压和空蚀破坏,减少局部水头损失,隧洞的进水口采用喇叭口的顶板和边墙.形式为椭圆曲线,方程按公式计算:参照资料[7]。

a:椭圆的长半轴,对于顶板曲线略等于闸门处的孔口宽度b; b:椭圆的短半轴,对于顶板曲线,可以用h/3.边墙曲线约为(1/3-1/5)b.经过计算得顶板曲线a=d=3.2米,b=1.07米;边墙曲线a=d=3.2米,b=1.07米.洞室采用圆形洞.所以进口断面为顺水平底,三面喇叭椭圆收缩的形式.

进口设计拦污删,由于是电站进水口,所以设置两道拦污删,前道实际粗拦污删,后道设计细拦污删.为了减小闸门的起闭力.在检修闸门与工作闸门之间设计与水库连同的平压管,开启检修闸门前先在两道闸门中间充水,便可以在静水中起吊检修闸门.

通气孔设计:在工作闸门后设置通气孔,以免工作闸门提起时门后产生负压.通气孔通气量; 泄水隧洞设置通气孔可起到下列作用:①当闸门部分开启时,闸门后的空气被水流带走,将形成不稳定的负压区,从而引起闸门振动和建筑物的气蚀破坏;另一方面还将对闸门产生一个向下的拖曳力,增加了启门力。为了消除闸门后的负压,应在门后设置通气孔。②检修时,下放检修闸门之后,在洞内水流放空过程中,需用通气孔补气。③在检修闸门完成挡水任务之后,需要向工作闸门与检修闸门之间充水,以便平压开启检修闸门,此时可利用通气孔排气。

通气孔的进口必须与闸门启闭机室分开,以免在充气、排气时,由于风速很大,影响工作人员的安全。在无压隧洞中,当闸门全开时,所需的通气量最大。应据此计算所需的通气孔面积。一般通气孔面积约为隧洞断面的10%左右。

通气孔断面多为圆形,从洞身直通到水面以上。通气孔不能与进入孔并用,也不能通入启闭机室,否则因风速很大,极不安全。孔径按资料[7]: Qa0.09VwA ; a=Qa/[Va] ; d= Qa:通气孔的通气量; Vw:水流流速

A:闸门后泄水孔断面面积,平方米; [Va]:通气孔允许风速,一般不超过40-45米每秒. a:通气孔断面面积; d:通气孔直径.

经过计算有Qa=4.608立方米每秒;[ Va]取40米每秒;a=0.1152平方米;d=0.383米. 洞身的设计包含几个方面:洞身的衬砌;衬砌的分缝;灌浆;排水和掺气槽设计。

引水进水口设计成矩形,以便布置闸门,设计矩形宽高相等,h=b,设置h,b与洞直径一致.进水口与洞身段采用渐变段连接.从矩形往圆形渐变.渐变段采用四个角加圆弧的办法

32文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

4a;

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

逐渐过度.参照资料[7],渐变段一般采用洞身直径的1.5到2倍.所以取l=6.4米.闸门设计成平面闸门,工作闸门也设计成平面闸门.其间距取2米.设计在渐变段上游,矩形洞室处.洞身衬砌设计处理:由于隧洞开挖岩石破碎,采用回天灌浆,可以发挥围岩的弹性抗力作用。并且减少渗漏。在厂房前接压力钢管,分叉前10米到渐变段末端之间的坡度设计为0.1。之间必须设计弯道,设计弯道半径为112米,角度为25度。

1.洞身衬砌

为了保证水工隧洞安全有效地运行,泄水隧洞需设置衬砌,衬砌的作用是:1)限制围岩变形,保证围岩稳定。2)承受围岩压力、内、外水压力和其它荷载,保证围岩稳定。3)防止隧洞渗漏。4)防止水流、泥沙、空气和温度变化、干湿变化等对岩石的冲蚀和破坏作用。5)减少隧洞表面糙率。对于高流速隧洞还可使隧洞表面保持一定的平整度。

因围岩稳定性一般,根据实际情况采用单层衬砌,由整体钢筋混凝土做成。由结构计算和施工要求,厚度取洞径的1/8,取0.4m。

2.衬砌的分缝

为适用施工能力、防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝,混凝土衬砌中在相邻分段间需设置伸缩缝、工作缝,有时还要设置沉降缝。沿洞轴线方向设置永久性横向伸缩缝,分缝间距应根据浇筑能力和温度收缩可能对衬砌的影响等因素分析确定。一般可用5-12m。本工程中横缝采用键槽缝,分段长度取10m。衬砌的伸缩缝或沉降缝表面混凝土不凿毛,钢筋也不穿过。因为无压洞,缝不设止水。

纵向工作缝应根据浇筑分块设在结构内力较小的部位,因而设置在顶拱、边墙、底板交界附近。纵缝需要凿毛处理,缝内设键槽,并设止水。

当隧洞通过断层破碎带或软弱地带时,衬砌需要加厚。当断层破碎带较宽,为防止因不均匀沉降而开裂,在衬砌厚度突变处,要设置横向沉降缝,并做好止水。此外,在进口闸门室与渐变段、渐变段与洞身交接处以及衬砌地形式厚度改变,可能产生相对位移的部位,也需要设置环向沉降缝。沉降缝的缝面不凿毛,分布钢筋也不穿过,但缝内应填1-2cm厚的沥青油毡填料。

衬砌的纵向工作缝,必须进行凿毛处理,接缝处做键槽,有受力筋通过,并适当增加插筋。

3.灌浆

为了加固围岩,减少山岩压力,提高弹性抗力,减少渗漏,对围岩采用固结灌浆。据资料[7]规定,灌浆孔深入围岩5m。灌浆孔错开排列,按逐步加密法灌浆。压力为1.0Mpa。灌浆时应加强观测,防止洞壁发生变形破坏。

为保证衬砌与围岩紧密结合,从而使围岩压力均匀地作用在衬砌上,使岩层产生应有地弹性抗力,并减少接触渗漏,在顶拱部位进行回填灌浆。回填灌浆压力为0.3Mpa。

4.排水

为降低作用在衬砌上地外水压力,有时需要设置排水。本设计中,在洞底衬砌下埋纵

33文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

向排水管。先在岩石内挖排水沟,尺寸0.4×0.4m,中间埋直径0.25m的疏松混凝土管,四周填砾石,排水管通向下游。在洞内水面以上,通过衬砌塞排水孔。排水孔间距取3m,排距4m,深入岩石3m,将地下水直接引入洞内。

凡是设置排水的地方,即不再做固结灌浆,做回填灌浆时,灌浆压力不能太大,以免堵塞排水系统。

5.掺气槽

水流沿泄槽下泄,流速沿程增大,水深沿程减小,即水流的空化数沿程递减。于是水流经过一段流程之后,就会产生水流空化现象。空化水流到达高压区,因空泡溃灭而使泄槽边壁遭受空蚀破坏。高流速的泄水隧洞因空蚀而遭受破坏的问题相当普遍,为防止和减轻空蚀,在反弧起点上游5m处设上上掺气槽,反弧末端下切点处设下掺气槽,以后每隔50m设置掺气槽,向水流边界通气,提高低压区的压力,缓冲气泡溃灭时的破坏作用。 水电站厂房布置原则:

(1)、要求电站进口前水流平顺,无旋涡及横向水流;(2)、当溢流坝与厂房段并列布置的时候,应该尽量将前者布置在河道深槽,以保证泄水顺畅;(3)、为减少下泄水流对发电和航运的不利影响,常常在溢流坝与其他建筑物之间设置导墙;(4)、当河流含沙量大,坝前淤积严重时,应该采取排沙措施,冲沙孔或排沙孔常常布置在厂房进水口附近,其高程可根据运用要求来确定。(5)、坝后式厂房应该尽可能靠近坝体,以减少小引水管路的工程量和水头损失,对河床式电站,由于泄水建筑物占据了主河槽,厂房多布置在岸边,但是应该防止由于泥沙淤积造成尾水壅高,降低发电水头;(6)、当河床狭窄,不能平列布置溢流坝及厂房时,可以考虑采用坝内式,溢流式,挑越式或地下式等厂房布置形式,以简化枢纽布置,减少工程量,这样布置的缺点是,坝体及厂房结构比较复杂;(7)、引水式电站的厂房位置主要取决于地形和地质条件,一般多布置在河道转弯段,以便利用河道天然落差,增加发电水头。

隧洞洞身之后接压力钢管,最后进厂房,压力钢管是水平进厂房。压力钢管进厂房的形式采用斜向式。根据水电站出力和水能利用情况考虑,设计定3台机组。由于设计水头是45.2米。参照资料[6]。

选择混流式水轮机,其中HL220-LJ-140的型号的设计水头要求可以在50米,最大水头可以达到62米,最小的水头要求36米。 而设计流量为15.8米以下。很接近水电站设计水头45.2米,最后确定水轮机型号为HL-220-LJ-140 。配套发电机型号为YSL330/61-16 。

根据水轮机和发电机的型号选定尺寸,确定厂房轮廓尺寸,计算出水轮机安装高程为403.015米。取403米为水轮机安装高程。机组段长度最大者为8.36米。取8.5米的机组段长度,在边机组段附加0.8米的附加长度。由于电站比较小,取厂房尺寸可以不必太大。安装间取9米的长度。

根据资料[6]。水电站厂房采用双钩桥机,取30吨桥机,其跨度为10.5米。B为端

34文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

部间隙,数据为0.26米。最小空隙取100毫米,为0.1米。厂房宽度经过计算得11.22米,取厂房宽度为12米。经过计算得厂房的长度为35.3米。

6.3 排沙孔结合导流洞设计

水工隧洞的功用:

1、配合溢洪道宣泄洪水,有时也作为主要泄洪建筑物之用。 2、引水发电,或为灌溉,供水和航运输水。

3、排放水库泥沙,延长使用年限,有利于水电站等的正常运行。 4、放空水库,用于人防或检修建筑物。 5、在水利枢纽施工期来导流。

考虑到施工导流的要求,排沙孔结合导流隧洞设计,便可节省更大一部分工程造价。 导流洞结合排沙孔,以放空作为校核。导流洞采用平底隧洞。排沙孔与导流洞之间布置,排沙采用“龙抬头”的形式布置,施工结束时封堵导流洞进口段。

施工导流的主要任务是:要周密地分析研究水文,地形,地质,水文地质,枢纽布置以及施工条件等基本资料,在保证上述要求的前提下,选定导流标准,划分时段,确定导流设计流量;选择导流方案以及导流建筑物的型式;确定导流建筑物的布置,构造以及尺寸;拟定导流建筑物的修建,拆除,堵塞的施工方法以及截流河床水流,拦洪渡汛和基坑排水等措施。正确的 施工导流,可以加快施工进度,降低工程造价,否则会使得工程施工遇到以外的障碍,拖延工期,增加投资,甚至会引起工程失事。

选择导流方案时候应该考虑一下主要因素:

1),水文条件:河流的流量大小,水位变化的幅度,全年流量变化情况,枯水期的长短,汛期洪水的延续时间,冬季的流冰以及冰冻情况等都直接影响导流方案的选择;

2),地形条件:坝区附近的地形条件,对导流方案的选择影响很大;

3),地质以及地质水文条件:河道两岸以及河床的地质条件对导流方案的选择与导流建筑物的布置有直接影响;

4),水工建筑物的型式及其布置:水工建筑物的型式和布置与导流方案选择相互影响,因此在决定水工建筑物型式和布置时候,应该同时考虑并且拟定导流方案,而在选定导流方案时候,则应该充分利用建筑物和枢纽布置方面的特点;

5),施工期间河流的综合利用:施工期间,为了满足通航,筏运,供水,灌溉,渔业或者水电站运行等的要求,使得导流问题的解决根家复杂;

6),施工进度,施工方法以及施工场地布置:水利水电工程的施工进度与导流方案密切相关。

施工导流的基本方法有两种,一种是分段围堰法导流,另外一种是全段围堰法导流。水流通过被束窄的河床,坝体底孔,缺口或者明渠等往下游宣泄,这种就是分段围堰法导

35文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

流;水流通过河床外的临时建筑物或者永久建筑物,隧洞,明渠,或者河床内的涵管等往下宣泄,这种是全段围堰法导流。

分段围堰法的特点:分段围堰法导流也称为分期围堰法,就是用围堰将水工建筑物分段分期围护起来进行施工的方法。所谓分段,就是在空间上用围堰将建筑物分成若干施工段进行施工,而分期,就是在时间上将导流分成若干期。这种导流围堰只有在比较宽阔的通航河道上施工,不允许断航或者其他特殊情况下,才采用多断多期导流方法。分段围堰法导流一般适合于河床比较宽,流量比较大,施工工期比较长的工程,尤其在同行河流和冰凌严重的河流上。这种导流方法费用比较低,国内外一些大中型水利水电工程采用比较广泛。分段围堰法有以下几种方式:底孔导流,坝体缺口导流,明槽导流。

全段围堰法的特点:全段围堰法导流,就是在河床主体工程的上下游各自修建一道拦河围堰,使得河水经过河床以外的临时泄水建筑物往下宣泄。主体工程修建完成后,再将临时建筑物封堵。这种导流方法有:隧洞导流,明渠导流,涵管导流。一般山区河流,河谷狭窄,两岸地形陡峭,山岩坚实,采用隧洞导流比较普遍。但是隧洞导流的泄水能力有限,汛期洪水宣泄常常需要另外寻找出路,隧洞是造价比较昂贵和施工比较复杂的建筑物,所以导流隧洞最好与永久隧洞互相结合,统一布置。

坝址的地形地质条件:河谷是梯形谷,河谷不宽,比较窄,两岸岸坡岩层较好,比较适合全段围堰法导流。分段围堰法要求有比较宽的河床,所以坝址地区河谷地形不适合分段围堰导流,综合考虑溢洪道布置,厂房,发电引水隧洞,开关站等的布置。地形不适合采用明渠导流。采用河床外导流的方式,用围堰一次性拦断全部河床,将河道的水流引向河床外的明渠。用隧洞导向下游。

根据地形地质条件,改工程不适合采用分段围堰法导流,河床比较窄,并且施工工期不长,河流流量也不是很大。所以最后确定采用全段围堰法导流。地形不好布置明渠导流,没有有利于布置明渠的地形。也不好布置涵管导流,涵管导流费用太高,所以确定采用隧洞导流,隧洞倒流可以结合排沙孔布置。所以布置导流洞于右岸,与排沙孔结合。采用全段围堰法隧洞导流。

龙抬头的隧洞一般在进口之后,用抛物线段,斜坡段以及反弧曲线连接。由于排沙孔与导流洞进口高差比较矮,所以设计时候在进口之后,接一个抛物线连接反弧,之后连接比较低的洞身段。两个洞设计高程高差为7.5米,设计反弧段半径为17米,夹角设计为35度。

龙抬头段洞身衬砌处理:由于已经建设好的工程中,有的工程在龙抬头段出现问题,所以衬砌洞身段时候,特别做处理。衬砌的时候将洞的周线分成若干段,按照应力分段配钢筋,将钢筋焊扎起来。混凝土配料高于一般洞身。以免发生工程事故。在混凝土衬砌洞身的时候,对衬砌进行分缝,避免应力使得衬砌产生裂缝。

36文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

第7章 施工组织设计

7.1、导流洪水设计

1 导流洞进口高程取高出河流底部高程2米。考虑河流底纵向倾斜等因素,取导流洞进口高程为402米。排沙孔高程,由于淤沙高程为409.5米。取进水口中心轴线高程为淤沙高程409.5米,出口高程取河底高程400米。

2 导流建筑物的级别:根据资料[11],取导流建筑物的级别为IV级。所以取洪水重现期为20年。在该频率下的洪峰流量为488立方米每秒导流洞断面取圆形,由于流量比较小,取一个导流洞,后期结合需要改建成为排沙放空洞。隧洞的下泄能力按公式计算:见资料[10]。

QA2gh;

11l0d;

:管道系统流量系数;

A:管道过水断面积; h:上游水位差。

初步设计隧洞有一个弯道,弯道半径取50米,角度为40度。进水口用直角进口形式,出口流入下游明渠,采用淹没出流。经过计算管道流量系数为=0.54。

3洪水调节:洪水调节取2个小时一个时段。在20年一遇的频率下的设计洪水如表6.1。 表6.1 导流洪水调节结果 时段 典型 设计 时段 典型 设计 0 15 22.4 14 172 279.8 2 26 42.3 16 136 221.5 4 140 227.8 18 106 172.5 6 268 436 20 80 8 300 488.1 22 62 10 278 452.3 24 50 12 232 377.5 130. 2 100. 9 81. 4 用同倍比法放大洪水,系数K=1.627。开始导流是无压导流。当水为高过导流洞口是就是有压导流。调节是初步取洞直径为4米。结果为Qumax= 488.1 , T= 6 ; Q1max = 119 ,T= 8; Z1max= 428.97 , T= 8。

37文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

7.2、 围堰设计

围堰设计有上游围堰和下游围堰设计两个部分。

围堰是导流工程中的临时挡水建筑物,用来围护施工基坑,保证水工建筑物能在干地进行施工,导流任务完成后,给予拆除。水利水电工程施工中经常采用的围堰有土石围堰,草土围堰,钢板桩格型围堰,混凝土围堰等。围堰选择应该根据当地具体条件,在满足要求和原则下选择。基本原则是:1),具有足够的稳定性,防渗性,抗冲性和一定的强度;2),就地取材造价便宜,构造简单,修建拆除方便;3),围堰的布置应力求使得水流平顺,不发生严重的局部冲刷;4),围堰接头和岸坡联结要安全可靠,不致因为集中渗漏等破坏作用引起围堰失事;5),在必要时候,应该设置抵抗冰凌冲击破坏的设施。

为了充分利用当地材料,选用土石围堰。土石围堰对基础适应性强,施工工艺简单,便于抢险汛渡。坝区有一定量的砂壤土,可以用于围堰的防渗。最后确定选用砂壤土做防渗的土石围堰。

上游围堰断面设计:根据资料[11],确定围堰级别为V级,不过水土石围堰堰顶安全超高下限值为0.5。所以取0.5米的安全超高。为了满足施工要求,防汛抢险的因素,各类围堰堰顶按:土石围堰7到10米;混凝土围堰3到6米。最后确定围堰顶宽为7米。上游围堰:经过计算有堰高为29.47米。取29.5米。堰顶高程即是429.5米。由于堰高达到30米左右,所以为了便于施工,在下游设计一个马道。取距离堰顶15米的地方。上游是防渗体,不设置马道。土石围堰是水利水电工程中采用最广泛的一种围堰型式,它能充分利用当地材料或者废弃的土石方,构造简单,施工方便,可以在水流中,深水中,岩基上或者有覆盖层的河床上修建。但是工程量大,堰身沉陷变形也比较大,所以土石围堰不允许过水。由于当地有砂壤土,所以土石围堰可以采用砂壤土修建围堰防渗体,采用斜墙式防渗围堰型式。

上游围堰边坡设计:采用石英砂岩堆石堆砌围堰碾压,稳定系数比较高,围堰稳定系数大于1.05,所以围堰边坡采用的安全稳定边坡,为了安全起见,堆石体的上下游边坡均采用1:1.5的稳定边坡。防渗体上游边坡采用1:3.0的边坡,贴于上游坡面,在堰顶部分宽度取2米,堰底部分宽度取46.3米。上下游均设计护坡,护坡厚度取0.5米,采用块石堆砌。围堰底总宽度围141.8米,高度围29.5米。剖面图见附图。

下游围堰是围拦下游,保证基坑在干的情况下施工,根据导流调洪结果,最大下泄流量围119m3/s,查找对应的下游水位流量关系曲线,有其对应的下游水位是404.3米。所以下游围堰比较低,根据资料[11],确定围堰级别为V级,不过水土石围堰堰顶安全超高下限值为0.5。所以取0.5米的安全超高。为了满足施工要求,防汛抢险的因素,各类围堰堰顶按:土石围堰7到10米;混凝土围堰3到6米。最后确定围堰顶宽为7米。但是由于围堰比较矮,堰顶不需要设置很宽,土石围堰的稳定情况,可以取下游围堰堰顶宽度

38文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

围3米。由于下游围堰受力情况,下游围堰手力比较小,围堰稳定不是重要问题,主要是防渗问题。

下游围堰剖面设计:

下游围堰堰顶宽度取3米,围堰堆石体上游坡度取1:1,下游坡度取1:1。围堰比较矮,不设置马道。防渗体采用砂壤土作为防渗体,防渗体位于围堰下游,防渗体下游坡度取1:2。防渗体设置下游护坡,护坡厚度取0.5米。围堰上游不需要设置护坡,由于上游是堆石体,围堰比较矮,并且围堰属于临时建筑物,所以不必要设置护坡。所以围堰高度围经过计算是4.8米,取5米。围堰底部宽度是19.5米。下游围堰剖面图见附图。

7.3、 施工组织内容与施工进度计划

施工组织设计是研究施工条件,选择施工方案,对工程施工安全过程实施组织和管理的指导性文件,是编制工程投资估算,设计概算和招标投标文件的主要依据。初步设计的施工组织包括几个内容:

1.施工条件分析:包括工程条件,自然条件,物质资源供应条件以及社会经济条件等。 2.施工导流:确定导流标准,划分导流时段,明确施工分期,选择导流方案,导流方式和倒流建筑物的设计等。

3.主题工程施工:包括挡水,泄水,引水,发电,通航等主要建筑物,根据各自的施工条件,对施工程序,施工方法,施工强度,施工布置,施工进度和施工机械等问题进行比较选择。

4.施工交通运输:施工交通对外运输和对内运输。

5.施工工厂设施和大型临时修建工程:骨料加工系统,土石料加工系统,混凝土搅拌系统等的布置组织。

6.施工总体布置:对各自占地面积,提出各类房屋分区布置表等。

7.施工总进度:提出合理的施工进度计划,总进度安排必须符合国家对工程投产所提出的要求。

施工进度计划

施工进度计划是工程项目施工的时间规划,规定了工程项目施工的起始时间,施工顺序和施工速度,是控制工期的有效工具。按照资料与大坝情况,总体施工工期为三年。根据施工场地与枢纽工程情况,分列工程项目为准备工作,主体施工与收尾工作。具体工程项目与进度,见附录附表:工程进度表。

致谢

首先,我衷心感谢指导老师张林老师的精心指导,使我不仅顺利完成了毕业设计,而

39文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

且还学习到了很多相关方面的知识,拓宽了我的知识面。同时,感谢高春玉等老师四年来对我学习和生活上的支持,感谢。另外,感谢我所有的任课教师,使我有扎实、牢固的基础来运用与实践,也感谢平时耐心指导过我和我请教过的所有老师。感谢所有同学们在四年之中的关心与支持。

参考资料

[1]《水利水电工程等级划分及洪水标准》 SL252——2000,中华人民共和国行业标准,中华人民共和国水利部发布,2000年7月13日发布,2000年8月1日实施。

[2]《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》 DL5180——2003, 代替SDJ12——1978和SDJ217——1987,中华人民共和国电力行业标准,中华人民共和国国家经济贸易委员会发布,2003年1月9日发布,2003年6月1日实施。

[3]《溢洪道设计规范》 DL/T5166——2002, 代替SDJ341——1989,中华人民共和国电力行业标准,中华人民共和国国家经济贸易委员会发布,2002年9月16日发布,2002年12月1日实施。

[4]《水库泥沙》 陕西省水利科学研究所河渠研究室与清华大学水利工程系泥沙研究所室合编,水利电力版社出版。

[5]《水电站建筑物》 第二版,武汉大学马善定与浙江大学汪如泽合编,中国水利水电出版社出版。

[6]《水电站机电设计手册》 水电站机电设计手册编写组编写,水利电力出版社出版。 [7]《水工建筑物》 第三版,天津大学祁庆和主编,中国水利水电出版社出版。

[8]《混凝土面板堆石坝设计规范》 DL/T5016——1999,中华人民共和国电力行业标准,中华人民共和国国家经济贸易委员会发布,2000年2月24日发布,2000年7月1日实施。

[9]《水利水电工程闸门设计规范》 DL/T5039——95,中华人民共和国电力行业标准,中华人民共和国电力工业部发布,1995年5月3日发布,1995年9月1日实施。

[10]《水力学》 第二版,吴持恭主编,高等教育出版社出版。

[11]《水利水电工程施工导流设计导则》 DL/T 5144——2000, 中华人民共和国电力行业标准,中华人民共和国国家经济贸易委员会发布,2000年11月3日发布,2001年1月1日实施。

[12]《混凝土面板堆石坝》 凤家骥主编,清华大学出版社出版。

[13]《水文水利计算》 武汉水利电力大学叶守泽主编,中国水利水电出版社出版。

[14]《水利水电工程毕业设计指南》 索丽生,任旭华与胡明编著,中国水利水电出版社出版。 [15]《汉江丹江口水利枢纽图册》丹江口水利枢纽管理局.1982.10 [16]《湖南坝工建筑》.湖南省革命委员会水利电力局.1974.3 [17]《毕业设计参考图册·砼重力坝枢纽》 清华大学水利系水工建筑教研组.1983

[18]《中国大坝》 中国大坝编辑组.1980

[19]《水轮机》郑源、鞠小明合著第一版.中国科学文化出版社.2003 [20]《水利工程施工》. 袁光裕.第三版.中国水利水电出版社

此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本!

40文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top