混凝土面板堆石坝体设计毕业论文.doc

大学学士学位论文混凝土面板堆石坝体设计毕业论文目 录摘要IABSTRACTII第1章 工程基本资料11.1 流域概况及枢纽任务11.2 设计要求21.3 枢纽设计基本资料2第2章 调洪计算92.1调洪演算92.2方案选取15第3章 坝址选择及枢纽布置173.1 坝址及坝型选择173.2 枢纽总体布置183.3土石坝坝型选择183.4大坝轮廓拟定193.5混凝土面板、趾板设计253.6分缝止水设计27第4章 坝体计算294.1渗流分析294.2坝体稳定分析364.3坝体沉降计算46第5章 坝基处理495.1基础处理495.2 细部构造设计50第6章 溢洪道设计536.1泄水方案选择536.2溢洪道选线536.3溢洪道设计536.4溢洪道水力计算56结 语65专题：河岸溢洪道的适用条件67外文文献及翻译71Fuzzy Earthwork Dynamic Allocation and Optimization for Construction of High Concrete Face Rockfill Dam71高混凝土面板堆石坝施工过程中土石方分配的模糊优化75参考文献79谢 辞81第1章 工程基本资料1.1 流域概况及枢纽任务1.1.1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。1.1.2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1.05亿度。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44.1 m/s，尾水位为218.7m，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1500 m/s。4）渔业正常蓄水位时，水库面积为180 km，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2.3m，调压井直径为12.0m；放空洞直径为2.5m，可放空水库至水位230m。1.2 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。 1.3 枢纽设计基本资料1.3.1 气候特性（1）气温：年平均气温约为12.8，最高气温为30.5，发生在7月份，最低气温-5.3，发生在1月份。各月平均气温见表1-1，各平均气温天数见表1-2。表1-1 月平均气温统计表（）月份123456789101112平均气温4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-2 平均温度天数 月份天数气温123456789101112061.20.3000000003.10302526.830.7303130313130313027.930000000000000（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51%73%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67%86%。（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1-3。表1-3 各月降雨天数统计表 月份天数气温1234567891011125mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.3510mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.11030mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.14）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。1.3.2 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89.2m/s，丰枯水年径流比3.53倍; 附近B站最丰水年年平均流量507m/s(1971年6月1972年5月)，最枯水年年平均流量为180m/s(1980年6月1981年5月)，丰枯水年径流比2.82倍。该坝址设计代表年径流年内分配成果见表1-4，设计洪水成果见表1-5，分期设计洪峰成果见表1-6。 表1-4 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10%27057884269541671526316210178.178.012725%35336898349446233522015011771.552.182.550%27752761851032519816813397.362.057.760.175%37234842335919230716510079.344.457.729.090%15037250130918711510167.274.149.851.452.5表1-5 坝址设计洪水成果表频率0.05%1%2%5%10%流量（m/s）23201680142011801040表1-6 分期设计洪水洪峰成果表站名（坝址）分 期各级频率P(%）设计值（m/s）5102050虞江坝址3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）149012008964407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5.35kgm，最大年平均悬移质含沙量11.8 kgm（1986年），最小年平均悬移质含沙量2.75 kgm（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1-7。表1-7 坝址泥沙特征值统计表（1973年2003年系列）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）最大年平均 悬移质含沙量最小年平均悬移质含沙量含沙量(kg/ m）年份含沙量(kg/ m）年份28875265(242）4240(4080）63.6(286）5.08(5.35）11.819862.7519801.3.3 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Rb=18.725.0MPa，=21.8MPa，软化系数0.620.81，平均0.68，属软岩。 N14b(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Rb=25.739.1MPa，=31.5MPa，软化系数0.440.60，平均0.52，属偏软的中硬岩；（180m高程以下）弱风化下部微风化带岩石单轴湿抗压强度Rb=37.880.9MPa，=56.7MPa，软化系数0.540.92，平均0.72，属偏硬的中硬岩。N15灰岩角砾岩弱风化带岩石Rb=49.6MPa，软化系数0.500.93，平均0.71，为中硬岩，微风化带岩石Rb=62.4MPa，软化系数0.74，为坚硬岩。1.3.4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55.5m；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。1.3.5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1-8，水位流量关系见表1-91。表1-8 水库水位库容曲线 高程（m）211215220225230235240245250255260265270275面积（万m2）01.16491141972723484555486487498519581065库容（万m3）02.32128536131524884038604685541154415035190332355528612表1-9 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）048.6391250354421000663.4545750976.95485001297.25135015137.75430018234.9572502145960216241147.563175.5272592661353019506994.53316507256.73614501.3.6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31649.56m；淹没土地总面积为12721.72亩,其中农用地5559.76亩(耕地1089.97亩,园地1278.08亩,草地1350.09亩,林地1841.25亩；鱼塘0.37亩),建设用地126.35亩，未利用土地7035.61亩(包括河流水面3661.07亩)；淹没的专项设施有：四级公路2.84km，吊桥一座，10kV输电线路7.02km,光缆线路2.97km，供水管线0.28 km，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2.1调洪演算2.1.1水库资料1. 洪水过程线 图2-1设计洪水过程线 图2-2校核洪水过程线2.水库容积特性曲线 图2-3水库容积特性曲线2.1.2基本原理1利用单辅助线法进行调洪计算。根据库容曲线Z-V，拟订的泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式确定算Q-Z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： （2-1）式中：计算时段中的平均入库流量（m/s），它等于； 计算时段初的下泄流量（m/s）； 计算时段末的下泄流量（m/s）； 计算时段初水库的蓄水量（m）； 计算时段末水库的蓄水量（m）； 计算时段，一般取2-6小时，需化为秒数,本设计取1小时。式中q、（v/t+q/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：q-f（v/t+q/2）和q-z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Q-t和计算的q-t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： （2-2）式中：H为堰顶以上水头；流量系数：M1；溢流孔宽：B待拟定。2.1.3演算方案方案：正常蓄水位270；溢洪道宽度B=75m。表2-1 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/t (m3/s)q (m3/s)q/2 (m3/s)V/t+q/2 (m3/s)27019033.0 00.00 44.10 22.05 22.05 27119947.4 914.4 846.67 164.10 82.05 928.72 27220848.8 1815.8 1681.30 383.51 191.76 1873.05 27321816.2 2783.2 2577.04 667.64 333.82 2910.86 27422465.6 3432.6 3178.33 1004.10 502.05 3680.38 27523555.0 4522.0 4187.04 1385.74 692.87 4879.91 27624586.4 5553.4 5142.04 1807.73 903.87 6045.90 27725537.8 6504.8 6022.96 2266.53 1133.27 7156.23 27826569.2 7536.2 6977.96 2759.39 1379.70 8357.66 27927630.6 8597.6 7960.74 3284.10 1642.05 9602.79 28028612.0 9579.0 8869.44 3838.83 1919.42 10788.86 依据上表画出单辅助线所用曲线，即：q-f（v/t+q/2）关系曲线和q-z关系曲线见图2-4和图2-5。 图2-4 q-f（v/t+q/2）关系曲线 图2-5q-z关系曲线 表2-2 设计洪水情况下，水库半图解法调洪计算表调洪计算表(P=1%)时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)V/t+q/2 (m3/s)q (m3/s)库水位Z（m）089.91 109.77 368.17 89.91 270.48 3129.63 190.27 388.03 91.04 270.48 6250.90 275.47 487.26 99.80 270.52 9300.04 328.79 662.93 123.73 270.60 12357.54 375.31 867.98 174.31 270.79 15393.08 421.31 1068.98 224.87 270.98 18449.53 471.49 1265.41 275.22 271.16 21493.44 547.80 1461.68 326.45 271.34 24602.17 764.73 1683.03 385.34 271.55 27927.29 1007.27 2062.42 489.01 271.91 301087.24 1238.83 2580.68 636.20 272.42 331390.42 1474.05 3183.31 815.46 273.01 361557.69 1599.50 3841.90 1021.34 273.66 391641.32 1660.66 4420.06 1210.66 274.23 421680.00 1545.66 4870.07 1363.56 274.67 451411.33 1291.10 5052.17 1426.82 274.85 481170.88 1071.04 4916.46 1379.60 274.72 51971.20 892.27 4607.90 1273.89 274.41 54813.34 725.53 4226.28 1146.31 274.04 57637.71 600.07 3805.50 1009.69 273.62 60562.44 524.28 3395.88 880.78 273.22 63486.12 457.37 3039.39 771.86 272.86 66428.62 400.40 2724.90 678.31 272.56 69372.17 2446.99 597.61 272.29 表2-3 校核洪水情况下，水库半图解法调洪计算表调洪计算表(P=1%)时间t（h）入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)V/t+q/2 (m3/s)q(m3/s)库水位Z（m）0124.16 151.59 626.95 124.16 270.61 3179.02 262.75 654.38 121.65 270.60 6346.48 380.41 795.49 156.31 270.73 9414.34 454.04 1019.58 212.36 270.93 12493.74 518.28 1261.26 274.15 271.16 15542.83 581.80 1505.40 337.99 271.38 18620.78 651.10 1749.21 403.17 271.62 21681.42 742.05 1997.14 470.92 271.85 24802.69 1041.62 2268.27 546.70 272.11 271280.55 1390.99 2763.19 689.57 272.59 301501.43 1710.77 3464.61 902.12 273.28 331920.10 2035.59 4273.25 1161.82 274.08 362151.09 2208.84 5147.02 1460.08 274.94 392266.58 2293.29 5895.78 1730.24 275.67 422320.00 2134.49 6458.83 1942.26 276.20 451948.97 1782.95 6651.06 2016.39 276.38 481616.93 1479.05 6417.62 1926.48 276.16 511341.18 1232.18 5970.19 1757.82 275.74 541123.19 1001.92 5444.55 1565.82 275.23 57880.65 828.67 4880.65 1367.21 274.68 60776.70 724.01 4342.11 1184.66 274.15 63671.31 631.61 3881.45 1034.04 273.70 66591.91 552.93 3479.03 906.62 273.30 69513.95 3125.34 797.84 272.95 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2-6以及图2-7），可以发现两线交点为q-t曲线的最高点，此最高点就是下泄最大流量，依据此流量在q-z曲线中查出相应的水位即为设计或校核水位高程。图2-6该水库设计洪水过程线于下泄流量过程线图2-7该水库校核洪水过程线于下泄流量过程线在图2-6和2-7上可以查出：设计状况下：最大下泄流量为qm=1250 m/s，对应上游水位z=277.4m。校核状况下：最大下泄流量为qm=1765 m/s，对应上游水位z=279.4m。2.2方案选取表2-4 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）一38设计1250277.47.4校核1750279.49.4二50设计1310276.46.4校核1851278.28.2三60设计1370275.95.9校核1950277.47.4四75设计1427274.94.9校核2020276.46.4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3.1 坝址及坝型选择3.1.1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。3.1.2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。3.2 枢纽总体布置3.2.1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。3.2.2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。3.3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。3.4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。3.4.1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0.4%。 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： （3-1）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： （3-2） （3-3） （3-4） 式中： 该流域最大风速，取18m/s； 该流域最大吹程，取15km； 波浪入射角的折减系数取0.96； 混凝土护面取0.9； 查表得取1.1。 的表达式如下： （3-5） （3-6） （3-7）拟取定m=1.4，经计算得=453，则取累积频率10%的波高。由4-5至4-7计算得=2.17m，m， 由于该坝级别为3级，正常运用情况下的安全加高A=0.7m，非常情况下的安全加高A=0.4m。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：=274.9+4.14+0.03+0.7=279.77m2.正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：=270+4.14+0.03+0.7=274.87m3.校核洪水位加非正常运用情况的坝顶超高：=276.4+4.14+0.03+0.4=280.97m由以上可得坝顶高程为280.97m。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280.97-216+6=70.97m考虑到要预留0.4%的沉降，则坝高为70.97（1+0.4%）=71.25m，取最大坝高为71.3m，坝顶高程为281.3m，坝高为281.3-216+6=71.3m。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1.4；下游坡率为1.3,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2.0m。3.4.2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80 mm，小于5 mm的颗粒含量为40%-50%，小于0.075 mm的颗粒含量为10%，级配连续。设计干密度2.21 gcm3，孔隙率15-20%，渗透系数K=110-4cms，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40.0cm，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0.3 H（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5 mm的颗粒含量为11.5%25.5%，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18%-20%，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600 mm，小于5 mm的颗粒含量小于15%，小于0.075 mm的颗粒含量小于5%。设计干密度1.88gcm3，孔隙率20%，铺料厚度80.0 cm。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5 mm的颗粒含量小于35%，小于0.075 mm的颗粒含量小于5%。设计干密度1.70gcm3，孔隙率21.6%，次堆石区离坝轴线6m，顶高程为276m，底高程为216m，分区面坡度0.6。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。3.5混凝土面板、趾板设计3.5.1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： （3-8）式中：a坝顶处面板厚度，一般a=0.3m； b系数，一般取b=0.001-0.0037。最终取t=0.3+0.003H。由于本方案坝高为72.3m,属于中低坝，因此采用0.3m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0.30.4，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0.50。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0.2mm或判定为贯穿性裂缝时，应采取专门措施进行处理。3.5.2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J=H/b不超过容许值(弱风化岩石地基容许水力梯度为10-20)经计算：趾板宽度为4.0m。(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0.3m。所以，趾板厚度取0.4m。(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0.8m，因此，取a=1m。(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0.6m的息止长度，所以取息止长度为1.0m。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0.50。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0.3%0.4%。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1.5m，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2.5m，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。3.6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。3.6.1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