毕业论文-面混凝土面板堆石坝设计说明书

摘要本文为面混凝土面板堆石坝设计说明书，根据所给基本资料及面板堆石坝的特点进行调洪演算，本设计中一共选取了四种方案，经过调洪演算并结合下游防洪要求及经济因素等的考虑，最终选择方案四，即选择堰宽为75M的方案。本设计主要进行了调洪演算、坝体分区设计、溢洪道设计、溢洪道水面线计算、坝体渗流分析及坝体稳定计算等几个方面。本设计中河岸溢洪道布置在河流右岸，为正槽溢洪道。大坝高713M，上游坝坡坡度为14，下游坡度为13坝轴线长度为4494M，布置在河流转弯处。经坝体稳定分析和渗流计算，本方案满足要求。关键词混凝土面板堆石坝调洪演算坝体设计渗流计算稳定验算河岸溢洪道ABSTRACTTHISPAPERFORTHESURFACEOFCONCRETEFACEROCKFILLDAMDESIGNSPECIFICATIONS,ACCORDINGTOTHEBASICINFORMATIONANDGIVENTHECHARACTERISTICSOFCONCRETEFACEROCKFILLDAMFORFLOODREGULATINGCALCULATION,THETOTALSELECTIONINTHEDESIGNOFTHEFOURKINDSOFSOLUTIONS,THROUGHTHECOMBINEDWITHTHEDOWNSTREAMFLOODCONTROLREQUIREMENTSFORFLOODREGULATINGCALCULATION,ANDECONOMICFACTORS,FINALLYFOUROPTIONS,WHICHCHOOSESTHEPLANOFDAMIS75MWIDETHISDESIGNMAINLYFORFLOODREGULATINGCALCULATION,DESIGN,DESIGNOFSPILLWAY,THESURFACESPILLWAYDAMPARTITIONLINE,DAMSEEPAGEANALYSISANDDAMBODYSTABILITYCALCULATIONTHEDESIGNANDARRANGEMENTOFTHESPILLWAYINTHEBANKSOFTHERIVERONTHERIGHTBANKOFTHERIVER,SPILLWAYWASRIGHTINTHEGROOVE713MHIGHDAM,THEUPSTREAMDAMSLOPEDEGREEIS14,THEDOWNSTREAMSLOPE13DAMAXISLENGTHOF4494M,DECORATEINTHEBENDTHISSCHEMEBYTHEDAMSEEPAGECALCULATION,STABILITYANALYSISANDMEETTHEREQUIREMENTSKEYWORDSCONCRETEFACEROCKFILLDAM,FLOODROUTING,DESIGNOFDAMBODY,SEEPAGECALCULATION,STABILITYCALCULATION,THEBANKSPILLWAY目录摘要IABSTRACTII第1章工程基本资料111流域概况及枢纽任务112设计要求213枢纽设计基本资料2第2章调洪计算921调洪演算922方案选取15第3章坝址选择及枢纽布置1731坝址及坝型选择1732枢纽总体布置1833土石坝坝型选择1834大坝轮廓拟定1935混凝土面板、趾板设计2536分缝止水设计27第4章坝体计算2941渗流分析2942坝体稳定分析3643坝体沉降计算46第5章坝基处理4951基础处理4952细部构造设计50第6章溢洪道设计5361泄水方案选择5362溢洪道选线5363溢洪道设计5364溢洪道水力计算56结语65参考文献66谢辞67第1章工程基本资料11流域概况及枢纽任务111流域概况虞江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。112枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用。1）发电装机24MW，多年平均发电量为105亿度。本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为270M，汛期限制水位可取与正常蓄水位相等，3台机组满发时的流量为441M/S，尾水位为2187M，河底高程为216M。厂房形式为引水式厂房，厂房平面尺寸为3213MM，发电机高程为221M，尾水管底高程为219M，厂房顶高程为233M，副厂房平面尺寸为356M10M，开关站尺寸为3020M15M。2）灌溉增加保灌面积10万亩。3）防洪可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁。根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为1500M/S。4）渔业正常蓄水位时，水库面积为180KM，为发展养殖业创造了有利条件。5）其它引水隧洞进口底高程为250M，出口底高程为214M；引水隧洞直径为4M，压力钢管直径为23M，调压井直径为120M；放空洞直径为25M，可放空水库至水位230M。12设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求1）根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用进行坝线、坝型的选择，枢纽布置方案比较通过初步分析确定。绘制枢纽平面布置及下游立视图。2）进行泄水建筑物的剖面设计（2个剖面形式，进行技术经济比较分析确定），内容包括拟定断面，水力计算稳定应力分析等，并绘制设计图纸。3）进行挡水建筑物的剖面设计（23个剖面形式，进行技术经济比较分析确定），内容包括拟定挡水坝剖面，稳定应力分析等，并绘制设计图。4）进行细部构造设计和地基处理设计，包括混凝土标号分区、分缝、止水、廓道、排水以及开挖、清理、灌浆、断层处理等，并绘制有关设计图。13枢纽设计基本资料131气候特性（1）气温年平均气温约为128，最高气温为305，发生在7月份，最低气温53，发生在1月份。各月平均气温见表11，各平均气温天数见表12。表11月平均气温统计表（）月份123456789101112平均气温48831121481631801881831601248659128表12平均温度天数月份天数气温123456789101112061203000000003103025268307303130313130313027930000000000000（2）湿度本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年四月特别干燥，其相对湿度在5173之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786。（3）降水量最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。各月降雨天数见表13。表13各月降雨天数统计表月份天数气温1234567891011125MM2622434270861158596954843510MM0302021420242727262408011030MM0101070523464938221306014）风力及风向一般14月风力较大，实测最大风速为18米/秒，风向为西北偏西，水库吹程为15公里。132水文特征径流年内分配极不均匀，每年6月11月为汛期，径流量占年径流量的80以上，12月翌年5月为枯水期，径流量不足年径流量的20，其中尤以3月4月份最枯，径流量不足年径流量的4。附近A站最丰水年年平均流量为315M/S，最枯水年年平均流量为892M/S，丰枯水年径流比353倍附近B站最丰水年年平均流量507M/S1971年6月1972年5月，最枯水年年平均流量为180M/S1980年6月1981年5月，丰枯水年径流比282倍。该坝址设计代表年径流年内分配成果见表14，设计洪水成果见表15，分期设计洪峰成果见表16。表14坝址设计代表年径流年内分配成果表单位M/S频率设计代表年径流年内分配6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月1027057884269541671526316210178178012725353368983494462335220150117715521825502775276185103251981681339736205776017537234842335919230716510079344457729090150372501309187115101672741498514525表15坝址设计洪水成果表频率00512510流量（M/S）23201680142011801040表16分期设计洪水洪峰成果表各级频率P）设计值（M/S）站名（坝址）分期51020503个月（2月4月）4873712721654个月（1月4月）5184143172065个月（1月5月）12109467083666个月（12月翌年5月）14901200896440虞江坝址7个月（12月翌年6月）237017701310843西南某河为多沙性河流，流域内植被破坏较严重，水土流失现象较为普遍。泥沙年际、年内变化较大，有90以上的泥沙集中于汛期。坝址处多年平均悬移质输沙量4080万吨，多年平均含沙量535KGM，最大年平均悬移质含沙量118KGM（1986年），最小年平均悬移质含沙量275KGM（1980年）。推移质输沙量按悬移质输沙量的7计为286万吨，则该坝址多年平均输沙总量为4370万T。泥沙特征值统计见表17。表17坝址泥沙特征值统计表（1973年2003年系列）最大年平均悬移质含沙量最小年平均悬移质含沙量集水面积KM）多年平均流量M/S）多年平均年悬移质输沙量万T）多年平均年推移质输沙量万T）多年平均悬移质含沙量KG/M）含沙量KG/M）年份含沙量KG/M）年份28875265242）42404080）636286）508535）11819862751980133工程地质1）设计采用地质资料及参数坝区N14A线岩组泥岩碎屑较多或泥岩碎屑为主，以钙泥质胶结为主，岩石强度较低弱风化砾岩、砂砾岩单轴湿抗压强度RB187250MPA，218MPA，软化系数062081，平均068，属软岩。BRN14B线以灰岩碎屑为主，以钙质胶结为主，岩石强度较高弱风化上部（180M高程以上）单轴湿抗压强度RB257391MPA，315MPA，软化系数044060，平均052，属偏软的中硬岩；（180M高程BR以下）弱风化下部微风化带岩石单轴湿抗压强度RB378809MPA，567MPA，软化系数BR054092，平均072，属偏硬的中硬岩。N15灰岩角砾岩弱风化带岩石RB496MPA，软化系数050093，平均071，为中硬岩，微风化带岩石RB624MPA，软化系数074，为坚硬岩。134交通条件对外交通以公路运输为主。目前坝址左岸有公路通过，为2级公路，该公路高程约239M，为混凝土路面，路宽约555M；坝址右岸有公路与外界联系。施工前期，利用右岸公路与外界联系，后期计划围堰作为跨河通道，主要利用左岸原有公路与外界联系。对外交通计划需新修公路2KM，扩建公路4KM，加固桥梁一座。135水库水位与库容关系曲线及水位流量关系水库水位关系见表18，水位流量关系见表191。表18水库水位库容曲线高程（M）211215220225230235240245250255260265270275面积（万M2）0116491141972723484555486487498519581065库容（万M3）0232128536131524884038604685541154415035190332355528612表19洪峰流量和时间表时间（T）洪峰流量（M/S）时间（T）洪峰流量（M/S）0486391250354421000663454575097695485001297251350151377543001823495725021459602162411475631755272592661353019506994533165072567361450136效益及淹没损失通过现场调查，落实淹没实物指标为库区淹没影响4个村，居民170户762人；淹没影响居民房屋共计3164956M；淹没土地总面积为1272172亩,其中农用地555976亩耕地108997亩,园地127808亩,草地135009亩,林地184125亩；鱼塘037亩,建设用地12635亩，未利用土地703561亩包括河流水面366107亩；淹没的专项设施有四级公路284KM，吊桥一座，10KV输电线路702KM,光缆线路297KM，供水管线028KM，库区内有12个铅锌矿平洞和8个铁矿平洞被淹。第2章调洪计算21调洪演算211水库资料1洪水过程线图21设计洪水过程线图22校核洪水过程线2水库容积特性曲线图23水库容积特性曲线212基本原理1利用单辅助线法进行调洪计算。根据库容曲线ZV，拟订的泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式确定算QZ关系为。本设计拟订五组方案进行比较，其计算方法如下所示。计算公式（21）TQTQTQ21212式中计算时段中的平均入库流量（M/S），它等于；Q/1计算时段初的下泄流量（M/S）；1Q计算时段末的下泄流量（M/S）；2计算时段初水库的蓄水量（M）；1V计算时段末水库的蓄水量（M）；2计算时段，一般取26小时，需化为秒数,本设计取1小时。T式中Q、（V/TQ/2）均可与水库水位建立函数关系。因此，可根据选定的计算时段T值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位与下泄流量关系曲线，然后计算并绘制曲线QF（V/TQ/2）和QZ关系曲线即是水位下泄流量关系曲线。具体的计算方法参考水利水能规划书。2将入库洪水QT和计算的QT点绘在一张图纸上，二者的交点即为所求的下泄洪水流量最大值QM。3根据公式即可求得此时对应的水头H和上游水位Z。4计算工况计算工况分为校核和设计两种。5水位流量关系曲线的确定本工程泄洪方式采用WES堰流曲线。水位流量关系曲线由下式确定（22）231BM溢Q式中H为堰顶以上水头；流量系数M1；溢流孔宽B待拟定。213演算方案方案正常蓄水位270；溢洪道宽度B75M。表21水库单辅助线计算表库水位Z（M）总库容V总（万M3）堰顶以上库容V（万M3）V/TM3/SQM3/SQ/2M3/SV/TQ/2M3/S270190330000044102205220527119947491448466716410820592872272208488181581681303835119176187305273218162278322577046676433382291086274224656343263178331004105020536803827523555045220418704138574692874879912762458645553451420418077390387604590277255378650486022962266531133277156232782656927536269779627593913797083576627927630685976796074328410164205960279280286120957908869443838831919421078886依据上表画出单辅助线所用曲线，即QF（V/TQ/2）关系曲线和QZ关系曲线见图24和图25。图24QF（V/TQ/2）关系曲线图25QZ关系曲线表22设计洪水情况下，水库半图解法调洪计算表调洪计算表P1时间T（H）入库流量QM3/S平均入库流量M3/SQV/TQ/2M3/SQM3/S库水位Z（M）08991109773681789912704831296319027388039104270486250902754748726998027052930004328796629312373270601235754375318679817431270791539308421311068982248727098184495347149126541275222711621493445478014616832645271342460217764731683033853427155279272910072720624248901271913010872412388325806863620272423313904214740531833181546273013615576915995038419010213427366391641321660664420061210662742342168000154566487007136356274674514113312911050521714268227485481170881071044916461379602747251971208922746079012738927441548133472553422628114631274045763771600073805501009692736260562445242833958888078273226348612457373039397718627286664286240040272490678312725669372172446995976127229表23校核洪水情况下，水库半图解法调洪计算表调洪计算表P1时间T（H）入库流量QM3/S平均入库流量M3/SQV/TQ/2M3/SQM3/S库水位Z（M）01241615159626951241627061317902262756543812165270606346483804179549156312707394143445404101958212362709312493745182812612627415271161554283581801505403379927138186207865110174921403172716221681427420519971447092271852480269104162226827546702721127128055139099276319689572725930150143171077346461902122732833192010203559427325116182274083621510922088451470214600827494392266582293295895781730242756742232000213449645883194226276204519489717829566510620163927638481616931479056417621926482761651134118123218597019175782275745411231910019254445515658227523578806582867488065136721274686077670724014342111184662741563671316316138814510340427370665919155293347903906622733069513953125347978427295经以上计算，将设计和校核洪水过程线和下泄流量过程线画在同一张图纸上（见图26以及图27），可以发现两线交点为QT曲线的最高点，此最高点就是下泄最大流量，依据此流量在QZ曲线中查出相应的水位即为设计或校核水位高程。图26该水库设计洪水过程线于下泄流量过程线图27该水库校核洪水过程线于下泄流量过程线在图26和27上可以查出设计状况下最大下泄流量为QM1250M/S，对应上游水位Z2774M。校核状况下最大下泄流量为QM1765M/S，对应上游水位Z2794M。22方案选取表24对拟定方案进行比较方案溢流坝宽度B工况Q（M3/S）上游水位高Z（M）超高Z（M）设计1250277474一38校核1750279494设计1310276464二50校核1851278282设计1370275959三60校核1950277474设计1427274949四75校核2020276464以上四个方案都符合要求，由于该方案采用河岸溢洪道泄洪，因此要综合考虑溢洪道泄洪时的水流条件、溢洪道开挖量、经济因素及泄洪时对下游的影响。综合考量之后，我决定选择方案四。第3章坝址选择及枢纽布置31坝址及坝型选择311坝址选择混凝土面板堆石坝的坝轴线选择，既要考虑坝址的地形地质条件，又要考虑面板堆石坝的特点，且有利于其他建筑物的布置。重点是选择较理想的趾版线位置，使趾版地基尽量置于坚硬、非冲蚀性和可灌的岩基上，尽量避开断裂发育、强烈风华、夹泥、岩溶等不利地址因素，使趾板开挖量和趾板地基处理工作量减少。另一方面要选择有利的地形，使坝轴线采用直线形式，并尽可能与直线正交，以节省坝体工作量和方便施工。312坝型选择坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定1坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件；2筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运输条件；3施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件；4坝高高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝；5枢纽布置、坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物等的连接；6运行条件如对渗漏量要求高低，上、下游水位变动情况，分期建设等；7坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可行的。较高的混凝土重力坝也要求建在岩石地基上。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。32枢纽总体布置321枢纽建筑物组成本设计根据当地的地形、地址以及水文等多方面的因素，最终选定枢纽的建筑物组成为1挡水建筑物面板堆石坝2泄水建筑物河岸溢洪道3水电站建筑物包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。322枢纽布置1挡水建筑物面板堆石坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河湾地段上。2泄水建筑物河岸溢洪道泄洪采用河岸溢洪道方案，溢洪道布置在大坝右岸。3水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房旁边。33土石坝坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型选择。均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，冬雨季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝，故均质坝方案不可行。塑性斜墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝；塑性心墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝剖面的中部做心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳砂砾料同时上升，施工干扰大、工期长。由于本地区粘性土料自然含水量较高，不宜大量采用粘性土料，故本设计中不考虑。鉴于该河流本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。堆石坝坝坡较陡，工程量较小，施工干扰相对较小且对不同坝址气候条件和地形地质条件都具有较强的适应性；又为利用当地的天然建筑材料等有效资源，减少外来建筑材料的供应，故本工程采用面板堆石坝坝型的设计。34大坝轮廓拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、面板和趾板设计等。341坝体剖面设计1坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）（以下简称“规范”）规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为7，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，同时并保留一定的沉降值。涉及的坝顶高程是针对坝沉降以后的情况而言的，因此，竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量。根据以往工程经验，土石坝预留沉降量一般为坝高的04。坝顶高程在水库正常运用和非正常运用期间的静水位以上应当有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值H由下式而定（31）HREA式中H坝顶在水库静水位以上的超高，M；R最大波浪在坝坡上的爬高，M；E最大风浪引起坝前壅高，M；A安全超高，M。（1）最大波浪爬高R由官厅水库公式（32）131202076GHGDV（33）137512502003ML（34）11HKRRV式中该流域最大风速，取18M/S；V该流域最大吹程，取15KM；D波浪入射角的折减系数取096；K混凝土护面取09；查表得取11。V的表达式如下RK（35）QNMTHR029143201（36）/1MMLHT（37）MMLSHTHN41249拟取定M14，经计算得453，则取累积频率10的波高。VGD由45至47计算得217M，RKM，140217906R1GHDWE3COS23由于该坝级别为3级，正常运用情况下的安全加高A07M，非常情况下的安全加高A04M。坝顶高程的计算1设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高27494140030727977MH设H2正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高2704140030727487M3校核洪水位加非正常运用情况的坝顶超高27644140030428097MH校H由以上可得坝顶高程为28097M。由平面布置图可知坝址处河床高程为216M,向下开挖6M清除砂卵石覆盖层，则坝高为2809721667097M考虑到要预留04的沉降，则坝高为7097（104）7125M，取最大坝高为713M，坝顶高程为2813M，坝高为28132166713M。2坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通、运行、施工、构造、抗震、防汛及其他特殊要求。当无特殊要求时，对高坝坝顶最小宽度可选用8M，对中低坝可选用8M。当坝顶有交通要求时，其宽度应按照道路等级要求遵照交通部门的有关规定来确定。又坝高大于70米，属于中高坝。综合考虑各因素，本设计方案坝顶宽度采用8M。3上下游边坡与马道土石坝坝坡的陡缓直接影响着工程的安全性与经济性，因而在选择时应特别重视。坝坡的确定，常需综合考虑坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料的性质、所承受的荷载、施工和运用条件等因素。一般参照已建成类似工程经验拟定坝坡，再经过计算分析逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减少坝体工程量。土石坝上游坝坡长期浸泡于水中，土的抗剪强度下降，会降低坝体的稳定性。所以当材料相同时，上游坡常比下游坡缓，对于同一侧的坝坡，水下部分常比水上部分缓，钢筋混凝土面板堆石坝比土坝陡。本设计中，上游坡率取14；下游坡率为13,下游每隔30M设置马道。设置马道有利于坝坡稳定，防止坝面冲刷，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素其宽度取为20M。342坝体分区设计混凝土面板堆石坝以堆石体为支承结构，采用混凝土面板作为坝的防渗体，并将其设置在堆石体上游面，它由防渗系统、垫层、过渡层、主堆石体、次堆石体等组成。一、坝体材料分区原则坝体中应有畅通的排水通道且坝料之间应满足水力过渡的要求，各区坝料的透水性宜按水力过渡要求从上游向下游增加，下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制；坝轴线上游侧坝料应具有较大的变形模量且从上游到下游坝料变形模量可递减，以保证蓄水后坝体变形协调，尽可能减小对面板变形的影响，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性；充分合理利用枢纽的开挖料，以达到经济的目的。二、坝体分区设计根据分区原则，坝体从上游向下游依次分为混凝土面板（F）、垫层区（2A）、过渡区（3A）、主堆石区（3B、3B）、下游次堆石区（3C）及下游护坡（3D）。三、坝体填料设计1上游铺盖区（1A）（细粉砂铺盖区）面板堆石坝设计规范要求100M以上的高混凝土面板堆石坝，在面板下部的上游侧设置上游铺盖区，而本设计坝体高度为73M属于中坝，因此不需设专门的上游铺盖区。2垫层区（2A）垫层区位于混凝土面板的底部，主要为混凝土面板提供一个均匀的、稳定的、具有低压缩性的优良基础，将作用于面板上的库水压力较均匀的传递给下游的过渡区和堆石区，同时又缓和下游堆石体变形对面板的影响，改善面板应力状态，因此，垫层应为高密实度而又具有一定塑性的堆石层。同时，垫层与面板直接接触，垫层本身在水压力作用下产生的变形对面板影响更大，故还应具有尽可能大的变形模量；为使垫层具有一定程度的临时面板作用，以挡汛期洪水，还需有低透水性。有时也作为坝体防渗的第二道防线，是最为重要的一个区。垫层料由坝址上游约200M处正开采的新鲜灰岩岩料和碎石加工而成。设计要求最大粒径为80MM，小于5MM的颗粒含量为4050，小于0075MM的颗粒含量为10，级配连续。设计干密度221GCM3，孔隙率1520，渗透系数K1104CMS，允许渗透坡降J70。上下游水平宽度均为3M，垫层施工的每层铺筑厚度400CM，用10T振动碾压4遍以上。为了改善坝体与岸坡的连接，在坝基部位垫层向下游延伸03H（H为该处作用水头）。3特殊垫层区（2B）周边缝下游侧的特殊垫层区，宜采用最大粒径小于40MM且内部稳定的细反滤料，薄层碾压密实，以尽量减少周边缝的位移。同时对缝顶粉细砂、粉煤灰等能起到反滤作用。4过渡区（3A）过渡区（3A）位于垫层区（2A）和主堆石区（3B）之间，起过渡作用，材料的粒径级配和密实度要求位于两者之间，对低透水的垫层料起渗流保护和排水作用。要求过渡区材料具有较高的密实度和较大的变形模量，同时还应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用，并保持自身抗渗稳定性。设计中采用新鲜的灰岩及砂砾岩夹砾配合而成的材料填筑，最大粒径为300MM，小于5MM的颗粒含量为115255，且级配连续，压实后应具有低压缩性和高抗剪强度，孔隙率为1820，水平宽度3M，等宽布置。5主堆石区（3B）位于坝轴线上游部位，对于主堆石区，堆石级配最大粒径不得超过压实层厚度和小于5MM颗粒含量不宜大于20。主堆石区为大坝主要支撑体的一部分，兼作坝体排水体。为新鲜灰岩料。最大粒径600MM，小于5MM的颗粒含量小于15，小于0075MM的颗粒含量小于5。设计干密度188GCM3，孔隙率20，铺料厚度800CM。6次堆石区（3C）次堆石料位于坝体下游干燥部位，采用砂砾料及其他建筑开采的弃料。级配连续，最大粒径800MM，小于5MM的颗粒含量小于35，小于0075MM的颗粒含量小于5。设计干密度170GCM3，孔隙率216，次堆石区离坝轴线6M，顶高程为276M，底高程为216M，分区面坡度06。7下游护坡（3D）下游护坡保护坝体下游坡面，增强坝体的抗滑稳定性。下游护坡采用新鲜平整的超径大石，填筑厚度为1M。35混凝土面板、趾板设计351面板设计面板是堆石坝防渗系统的重要组成部分，长期在高水力梯度作用下工作，因此混凝土面板应具有较高的防渗性能，抗渗标号一般不低于W6。为使面板适应这种变形防止产生较大的弯曲应力，混凝土应有一定的强度。一般可采用28天强度为20MPA的混凝土。1面板厚度面板计算公式（38）BHAT式中A坝顶处面板厚度，一般A03M；B系数，一般取B000100037。最终取T030003H。由于本方案坝高为723M,属于中低坝，因此采用03M等厚的面板。2面板分缝单块面板宽度通常为12M，本设计中单块面板宽度采用12M。在需要布置垂直缝部位的面板采用相对较窄宽度的面板，采用面板宽度6M，以利于滑模施工。3面板配筋面板宜采用单层双向钢筋，钢筋宜置于面板截面中部，每向配筋率为0304，水平向配筋率可少于竖向配筋率。4面板混凝土面板混凝土应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。所以本大坝面板混凝土强度等级为C25；面板混凝土的抗渗等级应为W10。面板混凝土宜采用525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，宜掺用粉煤灰或其他优质掺合料同时粉煤灰的质量等级不宜低于级，粉煤灰掺量宜为1530，面板混凝土应掺用引气剂，并同时掺用高效减水利或普通减水剂。面板混凝土应采用二级配骨料，石料最大粒径应不大于40MM。面板混凝土的水灰比，温和地区应小于050。5面板混凝土防裂措施（1）面板建基面应平整，不应存在过大起伏差、局部深坑或尖角，侧模应平直。（2）面板混凝土配合比中应采用优质外加剂和掺合料，降低水泥用量和用水量，减少水化热温升和收缩变形。（3）面板混凝土宜在低温季节浇筑，混凝土人仓温度应加以控制，并加强混凝土面板表面的保湿和保温养护，直到蓄水为止，或至少90D。（4）面板混凝土浇筑至坝顶后，宜至少间隔28D再浇筑防浪墙混凝土。（5）当面板裂缝宽度大于02MM或判定为贯穿性裂缝时，应采取专门措施进行处理。352址板设计址板是大坝防渗系统的一部分，它是坝身防渗体和坝基防渗体的连接结构。1趾板布置设计1趾板宽度岩石地基上的趾板宽度按容许水力梯度确定。趾板的宽度B取决于作用水头H和基岩性质，要求水力坡降JH/B不超过容许值弱风化岩石地基容许水力梯度为1020经计算趾板宽度为40M。2趾板厚度根据混凝土面板堆石坝设计规范规定岩基上趾板厚度可小于其连接的面板厚度，最小设计厚度应不小于03M。所以，趾板厚度取04M。3趾板上游面垂直于面板底面的高度A规范规定A应不小于08M，因此，取A1M。4面板与趾板处于同一平面时，为便于面板的无轨滑模施工，趾板宜提供不小于06M的息止长度，所以取息止长度为10M。2趾板混凝土根据水工设计规范，趾板混凝土可采用与面板混凝土一样的标准。趾板混凝土应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。所以本大坝趾板混凝土强度等级为C25；趾板混凝土的抗渗等级应为W10。趾板混凝土宜采用525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，宜掺用粉煤灰或其他优质掺合料同时粉煤灰的质量等级不宜低于级，粉煤灰掺量宜为1530，趾板混凝土应掺用引气剂，并同时掺用高效减水利或普通减水剂。趾板混凝土应采用二级配骨料，石料最大粒径应不大于40MM。面板混凝土的水灰比，温和地区应小于050。3趾板配筋设计趾板宜采用单层双向钢筋，每向配筋率可采用0304。岩基上趾板钢筋的保护层厚度为10CM15CM。趾板应用锚筋与基岩连接，锚筋参数可按经验确定。趾板建基面附近存在缓倾角结构面时，锚筋参数应根据稳定性要求或抵抗灌浆压力确定。4趾板分缝设计目前有些工程沿趾板长度方向在一般地段不设永久伸缩缝，施工缝间钢筋穿过，不设止水，可简化周边缝结构，方便施工。但本工程地形复杂，趾板在地形变化处或转弯处为适应趾板基础的不均匀沉降需设伸缩缝，间距视其地形变化而定。为加强趾板与基础的连接，保证趾板在固结和帷幕灌浆压力及其它外力作用下的稳定，并组成完整封闭的防渗系统，趾板用锚杆锚固在基岩上，锚杆直径为28MM，深入基岩锚固深度5M，孔、排双向间距15M，呈梅花形布置。5防渗墙与连接板设计坝基覆盖层防渗采用混凝土防渗墙。参照已建工程经验，并结合施工要求和设计规范，拟定厚度为25M，并将插入基岩1M。同时，防渗墙与趾板之间设置宽4M的混凝土连接板，保证防渗墙与趾版之间为柔性连接。36分缝止水设计大坝分周边缝、面板垂直缝、面板与趾板间水平缝、防浪墙沉降缝和施工缝等。接缝止水设计的原则能适应接缝处的位移和满足防渗要求，有利于施工及保证质量，各道止水间应形成统一的防渗系统。361周边缝周边缝容易成为渗漏通道，是面板坝最重要的接缝。结合我国面板坝的经验，低坝和50M以下中坝可以只采用一道底部止水；中坝及100M以下高坝宜设置底、顶部两道止水；100M以上的高坝宜选用底、顶部两道止水或底、中、顶部三道止水。本次设计中，大坝应设底部铜止水片，并可在缝中部或缝顶部设一种止水。中部止水是PVC止水带或橡胶止水带，缝顶部止水是无黏性或柔性填料。底部铜止水片、中部PVC或橡胶止水带、缝顶柔性填料应自成封闭的止水系统，或将中部止水带和顶部柔性填料连接至垂直缝的铜止水片上，实现封闭。铜止水片的底部应设置垫片。周边缝内部应设置沥青浸渍木板或其他有一定强度的填充板。362面板分缝为使面板易于伸缩以适应堆石体变形并减小结构拉力和温度应力，通常将面板分成若干条块，相邻条块间内设止水，即伸缩缝。每一条块从上到下为一整体结构，便于面板浇筑时采用滑模施工。面板条块分缝的水平间距取决于堆石体变形和温度应力大小、坝址河谷横剖面形状及施工条件等因素，一般为1218M，本设计中，两岸岸坡较陡处的条块缝距为6M，河床部分伸缩缝间距为12M。大坝面板只设垂直缝，不设水平缝，在两坝肩附近的面板内设张性垂直缝，其余部分的面板内设压性垂直缝，垂直缝内不设填充料，缝面应涂刷薄层沥青乳剂，垂直缝在距周边缝法线方向约06M范围内，应垂直于周边缝布置。本设计中，两岸各8条张性垂直缝，中间10条为压性垂直缝。压性垂直缝底部设铜片止水；张性垂直缝底部设铜片止水，缝顶设柔性止水。3河床段趾板、连接板、防渗墙接缝由于防渗墙和连接板、连接板和趾板之间的接缝位移较大，该类接缝设置为柔性变形缝，缝底设铜止水片，缝中部设PVC止水，缝顶设柔性止水，缝内填12MM厚沥青木板，顶部覆盖粉煤灰（或粉细沙）和粘土料，连接板和趾板下铺一层50CM厚的2B料作为反滤料，再在上铺一层400G/M2的土工织物。第4章坝体计算41渗流分析411概述一、渗流分析计算目的土石坝渗流分析的目的有确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失；确定坝体和坝底渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便采取适当的控制措施。二、渗流分析方法土石坝的渗流分析通常是把一个实际比较复杂的空间问题转化为平面问题。分析方法主要有流体力学法、水力学法、流网法和实验法。流体力学法从渗流的基本微分方程（拉普拉斯方程）出发，引入特定问题的边界条件，以求解渗流场内任意点的渗透要素（渗流速度、渗透坡降和渗透力等）。此法立论严谨，但只在几种很简单的边界条件下才有精确的理论解，在边界条件比较复杂的实际工程中难于应用。水力学法是在一些假定基础上的近似解法，只能求得某一断面的平均渗透要素，不能准确求出任一点的渗透要素。但此法计算简单，所确定的浸润线、平均流速、平均坡降和渗流量等，一般也能满足工程设计要求的精度，所以在实际工程中应用广泛。流网法是用绘制流网来求解平面渗流问题中的各个渗流要素，故又称图解法，可用于边界条件复杂的情况。试验方法很多，最常用的是电模拟法，利用渗流场和电流场在数学上和物理上具有相似性，即都满足拉普拉斯方程，从而用电流模拟渗流，用电压模拟渗流水头，便可求解渗流问题。对重要工程或地基条件比较复杂的情况，往往使用几种方法进行渗流分析，以便相互校对。对中小型工程的土坝通常只用水力学法进行渗流分析。本次设计仍采用水力学法进行分析，作如下基本假定坝体各部分土料是均质的，坝体内任一点在各方向的渗透系数相同；渗透水流属层流运动，符合达西定律，即渗透流速VKJ（K为渗透系数，J为渗透坡降）；渗透水流为稳定渐变流，任意过水断面上各点的流速和水头可认为是常数。412渗流计算一、计算原理选择水力学方法解堆石坝渗流问题。在趾板下部进行了混凝土防渗墙的处理，因此渗流分析计算近似按照有限透水地基上斜墙坝渗流计算方法。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。1计算单宽渗流量通过面板和防渗墙的渗流量Q1（41）102101SINHHTKHQ通过面板后渗流量Q2（42）TLHHMLHT40222式中面板平均厚度，03M；1防渗墙厚度，12M；M2下游边坡，M2140；H1上游水深；H2下游水深；H面板后渗流水深。由水流连续条件Q1Q2联立求解上两式可求得（43）2132HA式中（44）012SINMKALH（45）0214T（46）TLKHMLKA402SIN12213K、K0、KT分别为坝身、面板和砼防渗墙、地基的渗流系数，其值见下表表41渗流系数面板与砼防渗墙K0坝身堆石K基岩KT渗流系数K（CM/S）101092010251052计算总渗流图41堆石坝渗流总示意图全坝的总渗流量为Q1/2Q1L1（Q1Q2）L2QN1QNLNQNLN1（47）式中Q1、Q2、QN断面1、2N的单宽渗流量；L1、L2、LN、LN1相邻两断面之间的距离。2渗流计算图42堆石坝渗流计算剖面1计算断面与计算情况计算断面取为AA断面渗流计算包括以下水位组合情况A上游正常蓄水位与相应的下游最低水位B上游设计水位与下游相应的最低水位C上游校核水位与下游相应的最低水位2计算过程（1）正常蓄水位已知正常蓄水位270M；下游相应的最低水位为2187M；坝前水深H127021654M；坝后水深H2218721627M；地基厚度T10M；L7231372314820321M根据水流连续条件有Q1Q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得H2731M；Q1Q28614108M3/（SM）。（2）设计洪水位已知设计洪水位2749M；下游相应的最低水位为2272M；坝前水深H12749216589M；坝后水深H22272216112M地基厚度T10M；L7231372314820321M。根据水流连续条件有Q1Q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得H11208M；Q1Q29846108M3/（SM）。（3）校核洪水位已知校核洪水位2769M；下游相应的最低水位为2294M；坝前水深H12769216609M，坝后水深H22302216142M，地基厚度T10M；L7231372314820321M，根据水流连续条件有Q1Q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得H14207M；Q1Q21031107M3/（SM）。3计算表格表42渗流计算表格参数正常状况设计状况校核状况K0（M/S）100E11100E11100E11030303SIN058058058L203212032120321H227112142T1010101222KT500E07500E07500E07K200E04200E04200E04H154589609M2141414A1100292E06106655E06109099E0