混凝土面板堆石坝设计

1毕 业 设 计 说 明 书题 目：混凝土面板堆石坝设计专 业： 水利水电工程2混凝土面板堆石坝设计摘 要混凝土面板堆石坝是用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，迎水面用混凝土面板作防渗体的坝，它对地形和地质条件都有较强的适应能力，并且施工方便、投资省、工期短、运行安全、抗震性好，因而其作为坝型选择具有很大的优势。通过地质地形，库区经济，料场位置及材料的分析，最终确定大坝为混凝土面板堆石坝。混凝土面板堆石坝作为一种特殊的土石坝，主 要 由 堆 石 体 和 防 渗 系统 组 成 ， 即 ： 面 板 、 趾 板 、 垫 层 、 过 渡 层 、 主 堆 石 区 和 次 堆 石 区 。 本文扼要介绍设计中进行的主要工作和设计成果：调洪演算、枢纽布置、坝体分区及坝料设计、坝体渗流及稳定分析、坝体沉降计算、坝体的细部构造以及地基处理、泄洪隧洞的设计等。关键词：混凝土面板堆石坝 调洪演算 枢纽布置 坝体设计 渗流计算 稳定验算 沉降计算 泄水建筑物 隧洞3ABSTRACTWith concrete panels as impervious body on the upstream side, concrete face rockfill dam is layered with rubble or gravel and compacted into rockfill dam .Because of its strong ability to adapt to the terrain and geological conditions, convenient construction, less investment, short construction period, operation safety and good earthquake resistance, concrete face rockfill dam has a great advantage to be as a selection of dam type.Concrete face rockfill dam as a special kind of earth-rock dam, is mainly composed of rockfill and impervious system, namely: panel, toe board, cushion layer, transition layer, main rockfill zone and secondary rockfill zone. This paper briefly introduced the main design and the design results: flood regulating calculation, layout, dam zoning and dam design, dam seepage and stability analysis, settlement calculation, the dam structure and foundation treatment, release flood waters tunnel design etc.Keywords: concrete face rockfill dam, flood routing, layout, design of dam body ,seepage calculation, stability calculation ,settlement calculation , sluice structure, tunnel4目录1.前言 .42. 基本资料和要求 .62.1 大龙河水电站基本工程资料 .62.2 设计工作要求 .133. 洪水调节计算 .163.1 调洪演算 .163.2 方案选择 .494. 坝址选择及枢纽布置 .504.1 坝址及坝型选择 .504.2 枢纽总体布置 .515大坝设计 .525.1 土石坝坝型选择 .525.2 大坝轮廓尺寸的拟定 .535.2.1 坝体剖面设计 .535.2.2 坝体材料分区及坝料设计 .615.2.3 面板、趾板、连接板及分缝止水设计 .646坝体计算 .6956.1 渗流分析 .696.2 稳定分析 .786.3 坝体沉降计算 .917. 基础处理及细部构造 .927.1 基础处理 .927.2 细部构造设计 .938. 隧洞设计 .958.1 泄水方案的选择 .958.2 隧洞选线与布置 .978.3 隧洞的体形设计 .988.3.1 进口建筑物 .988.3.2 洞身断面型式和尺寸 .998.3.3 出口消能段 .1008.3.4 隧洞的水力计算 .1008.3.5 出口消能验算 .1058.3.6 隧洞的细部结构 .108结语 .112专题：混凝土面板堆石坝的渗流控制 .113外文文献及翻译 .119参考文献 .1356谢 辞 .1361. 前言毕业设计是大学学习的重要环节，对培养工程技术人员独立承担专业工程技术任务重要。通过毕业设计可以进一步培养和训练我们分析和解工程实际问题及科学研究的能力。通过毕业设计，我们能够系统巩固并综合运用基本理论和专业知识，熟悉和掌握有关的资料、规范、手册及图表，培养我们综合运用上述知识独立分析和解决工程设计问题的能力，培养我们对土石坝设计计算的基本技能，同时了解国内外该行业的发展水平。1.1 毕业设计主要目的和作用1）巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识，并使之系统化；2）培养综合运用所学知识解决实际问题的能力，初步掌握设计原则、方法和步骤；3）形成正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦认真的工作作风；4）锻炼独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练。1.2 设计的对象和背景本设计的对象和背景是为位于我国西南地区的某河，根据具体的水文、地形以及地址等条件，进行以坝工为设计重点的工程设计。同时，也是响7应我国对水资源合理利用的要求，促进经济和社会的进步。1.3 设计过程和方法1.3.1 了解任务书和熟悉、分析原始资料；1.3.2 洪水调节计算用图解法确定、设计（校核）洪水位与相应的下泄流量，为确定大坝高度和下游消能防冲设施提供设计依据。1.3.3 主要建筑物形式选择和水利枢纽布置对选定的坝型和枢纽布置方式，做技术可能性和经济合理性的论证。1.3.4 第一主要建筑物挡水土石坝设计一般应首先选定大坝结构布置与构造，然后进行校核计算。(先拟定后验算)1）选定坝的结构形式；拟定坝基防渗处的型式以及坝的主要尺寸。2）进行土料设计，包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定。3）渗流演算，计算正常、设计、校核水位溢出水深，确定总渗流量与逸出坡降。4）静力稳定计算，用折线法求出上下游坡在某一危险水位情况下的最小稳定安全系数，以论证选用坝坡的合理性。5）拟定坝身构造，包括防渗、排水反滤层、坝顶、护坡、马道以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。1.3.5 第二主要建筑物泄水建筑物设计1）确定结构形式和主要尺寸，进行建筑总体布置。2）进行必要的水力计算和静力计算，以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。83）拟定细部构造，包括排水、锚筋加固、灌浆。1.4 预期效果绘出 4 张工程设计图，并自行编制说明书，并编写中、英文的摘要。2. 基本资料和要求2.1 大龙河水电站基本工程资料2.1.1 基本概况大龙河属于亚热带季风气候，具有高山气候性质，寒冷潮湿。据气象站资料统计，该地区多年平均气温 16.9，极端最高气温 37.5，极端最低气温-4.0 ；多年平均风速 1.4m/s，最大风速 13m/s（相应风向 NNE） ；多年平均相对湿度 80%。大龙河水电站工程是以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合利用的枢纽工程，坝址控制流域面积 1449km2，水库正常蓄水位 670m，相应库容7879 万 m3。死水位 630m。本工程所在河段为不通航河段，因此不存在施工期通航问题。目前坝址附近的官帽舟村已开通中国电信的有线电话，坝区附近已经设置了中国移动通讯的基站，信号基本上可以覆盖工程区范围。天然建筑材料中工程所需石料除充分利用永久建筑物开挖料外，其余全部由坝址附近的河口石料场提供。该石料场距坝址约 2.5km，紧临 103省道，石料有用层总储量为 617.9 万 m3；本阶段调查了工程附近八个砂砾石料产地，总储量为 26 万 m3，其中净砂储量今为 6.4 万 m3，不能满足工程需要，拟全部采用人工砂料。主要浇筑材料中的水泥，木材，汽油、柴油、钢材、火工材料来自周9边相邻地区。经水质分析，大龙河河水对人体无害，对混凝土无侵蚀性，工程生产及生活用水直接取自大龙河，其中生活用水需经适当处理。库区水位位于库岸岸坡中部，库水位附近均无农田分布，因此水库不存在农田浸没问题。根据县矿管办和县广电文体局 1999 年 3 月 17 日出具的证明材料：该电站水库区及工程影响范围内无县经济发展规划的重要矿产资源，该电站水库区及工程影响范围内无地区文物古迹”。因此，库区无矿产和文物淹没。根据防洪标准GB50201-94、 水电枢纽工程等级划分及设计安全标准DL5180-2003，本工程总库容 0.8839 亿 m3，工程等别为三等 3 级,工程规模为中型工程。因此其枢纽主要建筑物挡水及泄水建筑物、发电引水系统及发电厂房均为 3 级建筑物、次要建筑物为 4 级，临时建筑物为 5级。 ，若大坝采用混凝土面板堆石坝，建筑物级别提高一级，为 2 级建筑物，大坝设计洪水标准采用 100 年一遇洪水设计，2000 年一遇洪水校核，厂房设计洪水标准采用 100 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核。2.1.2 地质条件库区不存在嘉陵江组灰岩的岩溶渗漏问题，库周山体雄厚，四周无低于 670m 的低邻谷存在。因此水库蓄水后不存在永久性渗漏问题。坝址所在河段，地层产状平缓，工程地质条件相对单一，对坝线的选取不起控制作用。现初定的坝线位置有利于溢洪道、导流洞及引水隧洞进口的布置。坝址两岸为基本对称的“V” 形谷，两岸高程 670m 以下坡度多为 4050，局部形成陡坎，基岩出露。河床砂砾卵石厚 78m，其渗透系数 K=1.510-2cm/s，透水性强，属强透水层。10枢纽区组成岩体主要为侏罗系下沙溪庙组（J2s1）泥质粉砂岩、长石石英砂岩夹粉砂质泥岩，两岸岩体裂隙发育，透水性中等，弱风化带透水率 q=440lu ，属弱中等透水层，微风化岩体一般 q=0.75lu ， 属微弱透水层，局部达 1015lu，为中等透水层，岩体相对不透水层（ q3lu）线一般埋深河床 4555m，两岸 5070m。坝基河床覆盖层结构松散、透水性强（属强透水层） ，不宜直接作地基持力层；左岸弱风化厚 2530m、河床弱风化厚 1727m 岩石裂隙较发育，弱风化岩体质量属 C类C类，岩石饱和抗压强度为 25MPa，可作为砼面板堆石坝坝体地基。但由于坝基岩体为抗水性抗风化性较差的泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，坝基开挖后应及时回填砼，不应在空气中暴露时间过长，否则岩体强度降低较快，对大坝稳定不利。由于河床及两坝肩均存在透水带，据钻孔揭示左右两岸地下水位较