土石坝毕业设计

摘摘 要要 土石坝泛指由当地土料 石料或混合料 经过抛填 辗压等方法堆筑成的挡 水坝 当坝体材料以土和砂砾为主时 称土坝 以石渣 卵石 爆破石料为主 时 称堆石坝 当两类当地材料均占相当比例时 称土石混合坝 土石坝是历 史最为悠久的一种坝型 近代的土石坝筑坝技术自 世纪 年以后得到发 展 并促成了一批高坝的建设 目前 土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛 和发展最快的一种坝型 因农业生产的需要 云南大姚县拟在县城东北 7km 的金碧镇施永屯办事处 龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库 在对本处的自然地理与水文特征 工程地 质情况及周围的建筑材料了解之后 经过详细的分析之后 选取了坝轴线并进 行了枢纽布置 依据毕业设计要求利用内插法进行了调洪演算 得到了设计洪 水位与校核洪水位 进行了枢纽布置 划分了工程等级与主要建筑物等级 深 入的进行了坝体剖面设计 计算出了坝顶高程 然后又进行了渗流计算 稳定 计算 细部结构设计 坝身构造设计 输水建筑物设计以及溢洪道布置等十章 内容 具体见设计书 关键词 关键词 土石坝 调洪演算 输水建筑物 Abstract Earth dam refers to local soil material stone or mixture after throwing filling rolling and other methods piled into dams When the dam material to the soil and gravel based said the dam when gravel pebbles stone blasting mainly known rockfill dam When two categories account for a considerable proportion of local materials the known debris mixed dam Earth dam is one of the oldest type of dam Modern technology has been developed dam embankment dam since the 20th century 50 years later and contributed to a number of dam building Currently the construction of earth dam dam is the world s most widely used and one of the fastest growing type of dam Because of the need for agricultural production Yunnan Dayao County proposes to construct an earth dam irrigation reservoir in the northeast of the county town Splendor Long Lam Tuen 7km of office After the natural geographical and hydrological characteristics of the department engineering geology and understanding of the surrounding building materials After a detailed analysis of the dam axis and select the project layout Graduation requirements based on the use of interpolation method of flood routing got the design flood level and check flood level Conducted a project layout dividing the project level and the level of the main building Conducted a thorough cross section of dam design calculate the crest elevation And then conducted a seepage calculation stability calculation detail design structural design of the dam body water spillway building design and layout more than 10 chapters See detailed design document Keywords earthdam flood routing conveyance buildings 1 目录目录 前 言 摘 要 1 基本资料 1 1 1 自然地理与水文气候特性 1 1 1 1 流域概况 1 1 1 2 水文特征 1 1 1 3 其他相关的水文成果 2 1 2 工程地质情况 2 1 2 1 区域地质情况 2 1 2 2 水库工程地质 3 1 2 3 坝址地质条件 3 1 2 4 地震情况 4 1 3 建筑材料 4 1 3 1 土料 4 1 3 2 粘土料 4 1 3 3 灌浆粘土料 5 1 3 4 块石及碎石料 5 1 3 5 砂料 5 2 调洪演算 6 2 1 防洪标准确定 6 2 2 基本数据 6 2 3 泄洪建筑物方案拟定 6 2 4 水库各库容的确定 7 2 5 调洪演算 7 2 5 1 宽顶堰堰流水力计算公式 7 2 5 2 试算法的基本原理 8 2 5 3 方案计算 8 3 枢纽布置 9 3 1 工程等级与主要建筑物级别 9 3 2 坝型选择 9 3 2 1 坝址地质条件 9 3 2 2 水文条件 10 3 2 3 筑坝材料 10 3 3 坝型比较 10 3 4 坝体排水 11 3 5 坝轴线选择 11 4 坝体剖面设计 11 4 1 坝坡 12 2 4 2 坝顶宽度 12 4 3 坝顶高程计算 12 5 渗流计算 17 5 1 渗流计算分析 17 5 1 1 渗流计算得内容及目的 17 5 1 2 渗流计算工况 17 5 1 3 渗流计算得方法 17 6 稳定计算 20 6 1 土坝失稳的形式 20 6 2 计算公式的分析 20 6 3 最危险圆弧位置的确定 21 6 4 土条划分 21 6 5 不均匀块的的处理 21 6 6 稳定分析的步骤 21 7 细部构造设计 24 7 1 坝顶构造 24 7 2 坝体排水 24 7 3 上下游护坡及排水 24 7 4 反滤层 24 7 5 土料选择 25 7 6 地基处理 25 7 7 坝与两岸地基的处理 26 8 坝身构造 27 8 1 消能型式选择 27 8 2 鼻坎高程 27 8 3 反弧半径 27 8 4 挑射角 27 8 5 挑距 27 8 7 渐变段计算 28 8 7 1 渐变段的长度 28 8 7 2 渐变段的进口水深 28 8 7 3 渐变段出口水深 29 8 8 陡坡段 30 8 8 1 判断底坡类型 30 8 8 2 陡坡长度 31 9 输水建筑物设计 32 9 1 涵洞水力要素分析 32 9 1 1 下游渠道的水力要素 32 9 1 2 校核渠道是否发生冲淤 33 9 2 计算水面降落及洞内水深 33 9 3 确定输水洞比降 33 9 4 输水涵洞的布置和构造 34 10 溢洪道布置 35 10 1 溢洪道的位置选择 35 3 10 1 1 地形条件 35 10 1 2 地质条件 35 10 1 3 水流条件 35 10 1 4 施工条件 36 10 2 引水渠 36 10 3 控制段 36 10 4 泄槽段 37 10 5 出口消能和尾水渠 38 10 6 出口消能段 39 结论 40 致谢 41 参考文献 42 外文翻译 43 1 1 基本资料基本资料 1 11 1 自然地理与水文气候特性自然地理与水文气候特性 因农业生产的需要 云南大姚县拟在县城东北 7km 的金碧镇施永屯办事处 龙林村兴建一个土石坝型灌溉水库 其基本资料如下 1 1 11 1 1 流域概况流域概况 龙林水库地处东经 101 19 北纬 25 48 位于蜻蛉河支流西河上游 蜻蛉河属金沙江水系 为龙川江一级支流 发源于姚安 南华两县交界的照壁 山以北 流经姚安 大姚 永仁 最后在元谋县树村附近汇入龙川江 水库坝 址以上控制径流面积 10 4km2 坝址以上主河道长 4 14km 河道平均坡度比降 18 流域内最高海拔 2200m 最低坝址处绝对高程 1900m 流域平均海拔高 程 2050m 形状呈扇形 坝顶仅施工期间有车辆通过 无其它交通需求 因附近没有法定标高作为参 考点 现以坝轴线底部 河床 最低清基位置为相对高程的参考点 指定为相 对高程 100m 约海拔 2000m 两者差值 1800m 经需水量和径流来水量测算 确定正常蓄水位以上的防洪库容需 8 6 万 m3 水库最大供水流量 8 36m3 s 水库兴利库容为 124 9 万 m3 1 1 21 1 2 水文特征水文特征 经过水文技术人员的分析计算 提出龙林水库各组资料对应的汛期洪水过 程见 表 1 1 和汛末设计洪水过程见 表 1 2 水位库容曲线见 表 1 3 表表 1 11 1 L06 组汛期洪水过程 单位 组汛期洪水过程 单位 m3 s 时段 T 1h 0 33 0 50 3 33 5 10 20 16 61 5 28 5 004 341 640 94 216 79 15 04 6 93 6 095 19 4 44 328 60 26 4815 4613 828 0612 02 445 6742 9227 86 25 22 18 0759 92 5145 07138 44 100 03 92 14 76 0949 29 6119 39 113 55 81 66 75 1662 3035 54 787 12 82 50 58 68 54 0644 90 24 98 861 87 58 3141 10 37 96 31 5517 46 943 3940 68 28 60 26 4822 0612 26 2 1030 2628 2819 94 18 5815 508 73 1121 2319 8214 0813 2111 056 38 1215 1314 1310 149 628 104 84 1311 05 10 357 567 286 163 85 148 367 875 865 75 4 903 22 156 616 284 794 794 112 85 165 49 5 26 4 13 4 203 622 64 174 814 65 3 743 87 3 362 55 184 434 30 3 533 71 3 242 52 194 224 133 453 673 20 2 55 204 134 083 45 3 693 242 52 214 134 09 3 50 3 76 3 312 73 224 25 4 22 3 59 3 90 3 43 2 73 234 164 163 73 3 92 3 452 64 244 344 343 764 09 3 482 76 洪峰 m3 s 145 07 138 44100 03 92 14 76 09 59 92 24h 洪量 万 m3 247 36 233 71165 81 154 55 126 00 97 37 表表 1 21 2 汛末 枯期 设计洪水成果 汛末 枯期 设计洪水成果 L04 组 组 表表 1 3 水位 水位 m 库容 万库容 万 m3 关系 关系 水位101102103104105106107108109110 库容000 40 81 6357 49 813 水位111112113114115116117118119120 库容16202428 5133 5538 6144 2950 2958 8663 91 水位121122123124125126127128129130 库容74 4883 4192 99103 4114 7134 1160 6195 1230 6267 1 1 1 31 1 3 其他相关的水文成果其他相关的水文成果 水库吹程 0 52km 50 年重现期最大风速为 23 3m s 多年平均最大风速 17 0m s 风向垂直于坝轴线 平均每年泥沙淤积量约 0 09 万 m3 1 21 2 工程地质情况工程地质情况 1 2 11 2 1 区域地质情况区域地质情况 测区属于大姚地西北面外围的低中山构造侵蚀狭窄河谷地貌 河谷呈 U 型 山脊呈长垄状 山顶浑圆 出露地层为 滇中红层 之白垩系杂色 频 率0 333 3 33 5 10 20 洪峰流量 m3 s 10 627 036 54 5 51 4 44 24h 洪量 万 m3 19 57 13 5912 8210 628 45 3 泥岩 粉砂岩夹钙质泥岩 地表覆盖第四系残坡积 冲洪积层 为含砾低液限 粘土夹碎石土 水库位于云南山字型构造前弧构造西翼内侧 盾地北端 属大 姚 楚雄上叠坳陷三级构造单元 测区在大姚 姚安褶皱带上 该区以褶皱为主 断裂构造不发育 区域构造线呈 NW NNW 展布 岩层走向近似 EW 倾向 348 358 倾角15 65 受区域构造和局部应力场影响 岩体较破碎 节理裂 隙发育 区域上无大断裂通过 距元谋活动性断裂约60km 龙林水库区域构造基 本稳定 1 2 21 2 2 水库工程地质水库工程地质 库区出露白垩系江底河组三段 四段 K2j3 K2j4 上覆第四系松散土体 库区处于大姚盆地西北向外围低中山地带 为一向斜的翘起端 断裂构造不发育 岩层总体倾向NW 走向NW SW 倾向348 358 倾角15 65 地层岩 性较为简单 库区无断裂构造通过 地下水以碎屑岩裂隙溶孔水为主 库区两 岸植被覆盖一般 水土流失较轻 龙林水库库盆区两岸山体厚实 分布泥岩 粉砂质泥岩 为相对隔水层 未 发现通向库外的透水构造 库盆为斜向谷 岩层中缓倾上游偏左岸 本次查勘 未发现库水向邻谷及向下游渗漏问题 但坝区岩体风化强烈 岩体破碎 透水 性好 存在坝基及绕坝渗漏条件 水库库岸为岩质边坡 两岸坡上缓下陡 植被发育 右岸呈凸形 坡度 28 42 为逆向坡 左岸呈折线形 坡度 30 45 库区河谷为横向谷 岩 层倾角大于坡角且岩层倾向与坡向交角较大 不存在大的不利结构面组合 岸 坡岩体节理 裂隙较发育 存在局部剥落 水库库岸总体稳定性较好 龙林水 库周围植被覆盖一般 水土流失较轻 水库淤积不严重 1 2 31 2 3 坝址地质条件坝址地质条件 坝址处于河谷窄变的过渡 河谷呈 NW 向延伸 河床海拔高程约 1880m 自西向东迳流 库岸坡度变化较大 上缓下陡 坝址区岩层主要为白垩系上统 江底河组上段 K2j3 岩性为杂色粉砂质泥岩夹钙质泥岩 泥灰岩 薄 厚层状 岩层走向与坡向近于直交 倾向上游偏左岸 倾角 33 45 坝址区无断裂构 造通过 岩体较稳定 基本没有坝基 坝肩的稳定问题 坝基河床表层为第四系冲 洪积红褐 灰黑色含砾粉质粘土夹砾砂 厚 1 3 10 85m 坝址区基岩上部强风化岩体透水性较强 坝基 坝肩均存在较严 4 重的渗漏问题 1 2 41 2 4 地震情况地震情况 根据国家 地震局颁布的1 400 万 中国地震烈度区划图 1990 和据国家 质量技术监督局发布的 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 工程地区地 震基本烈度为 度 50 年超越概率 10 的地震动峰值加速度为 0 10g 地震动 反应谱特征周期 0 45 秒 1 31 3 建筑材料建筑材料 1 3 11 3 1 土料土料 挖取水库两岸的强风化泥岩类 荒坡为坝体主料 储量超过 150 万m3 物 理力学指标如表 1 4 及 土工试验成果总表 所示 1 3 21 3 2 粘土料粘土料 在坝址下游约200 400m 处有适合制作防渗体的粘土料场 储量达9 万 m3 其物理力学指标如表 1 4 及 土工试验成果总表 所示 表表 1 41 4 各分区物理力学指标建议值各分区物理力学指标建议值 物 理 力 学 指 标 坝 基 冲洪积层 坝体主料防渗体料棱体石料 湿容重 g cm3 1 902 021 912 02 干容重 d g cm3 1 511 611 49 饱和容重sat g cm3 2 24 比重Gs 平均值 2 702 692 72 孔隙比E大值均值0 8940 6840 864 天然含水量 26 1925 3628 24 液限L 35 636 637 4 塑限p 22 021 722 9 塑性指数Ip13 614 914 5 压缩系数a1 2 MPa 1 0 370 380 51 压缩模量Es MPa 平均值 4 95 03 9 渗透系数k cm s 2 29 10 52 38 10 41 69 10 6 28 9120 5927 3 c kPa 平均值 29 430 5528 99 20 2918 6824 96 统 计 法 c kPa 小值均值 27 8722 1024 14 抗 剪 强 度 指 标 建议值 20 2918 6824 9634 0 5 1 3 31 3 3 灌浆粘土料灌浆粘土料 在水库右岸与坝顶高差约 80 100m 的山坡上选定一个粘土料场 经取样 测试 该土料 20 2mm 粒径占 11 2 0 005mm 粒径占 55 5 0 005mm 粒径占 34 5 最大干密度 1 67g cm3 最优含水量 18 955 渗透系数 1 16 10 6cm s 符合灌浆粘土料的质量要求 该料场面积为 3820m2 平均厚度 1 5m 储量 0 4 万 m3 剥离系数 2 5 料场的开采方式以平采为主 运距约 400 500m 已有现成土路可以使用 1 3 41 3 4 块石及碎石料块石及碎石料 水库周围大面积分布泥岩类岩层 无合适的石料可用 区外至水库距离最 近的新街石料场 石料岩性为白垩系江底河组第四段 K2j4 紫红色厚层状粉 砂岩 运距 25km 含泥质 力学性能稍差 选定石料场为赵家店料场 岩性为 白垩系赵家店组 K2z 紫红色厚层状细 粗粒长石石英砂岩 储量 10 万 m3 开采运输较为方便 主要物理力学指标 比重 2 68g cm3 容重 2 44g cm3 孔隙率 8 96 最大吸水率 3 22 软化系数 0 39 1 3 51 3 5 水泥水泥 在县城可以购买正规厂家生产的水泥 运距约 7km 交通较为方便 1 3 61 3 6 砂料砂料 库区附近天然砂料分布少 经实地踏勘调查 含泥量大 且颗粒细小达不 到工程质量要求 建议不采用 建议采用大姚龙街砂 该砂为灰白色石英砂 细度摸数 1 95 含泥量 4 6 砂料是多年来县城和乡镇建筑一直用砂料场 质量较好 储量富足 完 全可以满足工程要求 其它资料和材料参数见物理力学指标表及 土工试验成果总表 并可参 考有关设计手册和规范中的推荐值选取 6 2 调洪演算调洪演算 2 12 1 防洪标准确定防洪标准确定 云南大姚县属于一般城镇 四等城市级别 查 GB50201 94 防洪标准 知 该工程的防洪标准设计重现期为 20 50 年 校核 30 100 根据龙林水利枢纽设 计基本资料 防洪设计标准重现期选取 30 年 相应的洪水频率为 3 33 防洪 校核重现期选取 300 年 相应的洪水频率为 0 33 主要建筑物为 4 级 次要建筑物为 5 级 永久建筑物洪水标准 正常运用 设计 洪水重现期 50 年 非常运用 校 核水重现期 300 年 2 22 2 基本数据基本数据 经过以上防洪标准的确定 在已知数据中选取汛期洪水过程设计见 表 2 1 和汛期洪水过程校核 表 2 2 水库库容曲线与 表 1 3 一致 表表 2 12 1 汛期设计洪水过程 单位 汛期设计洪水过程 单位 sm3 表表 2 22 2 汛期校核洪水过程 单位 汛期校核洪水过程 单位 sm3 2 32 3 泄洪建筑物方案拟定泄洪建筑物方案拟定 溢洪道和隧洞是土石坝最常用的泄水建筑物 对于中 高坝 大多采用泄 洪隧洞 该工程中属于低坝 泄水建筑物采用岸边正槽溢洪道 考虑到有利的 地形以及排污 排冰的要求 采用开敞式溢洪道 根据资料所给的数据可断定 时间 T 1h 12345678 入库洪水流量 3 33 2 863 968 8415 9357 1946 6933 5523 50 时间 T 1h 910111213141516 入库洪水流量 3 33 16 3511 408 055 804 323 352 742 36 时间 T 1h 1718192021222324 入库洪水流量 3 33 2 142 021 971 972 002 052 132 15 时间 T 1h 12345678 入库洪水流量 0 33 3 879 6016 3526 1182 9468 2649 8135 37 时间 T 1h 910111213141516 入库洪水流量 0 33 24 81 17 3012 148 656 324 783 783 14 时间 T 1h 1718192021222324 入库洪水流量 0 33 2 752 532 412 362 362 432 382 48 7 该工程等别属于 等 工程规模属于小 1 型 泄流量不大 溢洪道的的型式 选用宽顶堰 由于选用了无闸门控制的泄洪建筑物 溢洪道宽顶堰的堰顶高程 应与水库的正常蓄水位一致 2 42 4 水库各库容的确定水库各库容的确定 有基本资料可知 水库各库容值为 防洪水位 V防 8 6 万 m3 兴利库容 V兴 124 9 万 m3 死库容 V死 0 09 50 4 5 万 m3 水库总库容 V总 V防 V兴 V死 8 6 124 9 4 5 138 万 m3 根据 表 1 3 采用内插法可知与水库总库容相对应的的库水位为 126 15 米 以此作为参照 可拟定几组水库正常蓄水位 则溢洪道堰顶水头即为该拟 定的正常蓄水位置值 2 52 5 调洪演算调洪演算 2 5 12 5 1 宽顶堰堰流水力计算公式 宽顶堰堰流水力计算公式 q mb 2 s 1g2 2 3 0 H 1 式中 反应闸墩及边墩对宽顶堰流的影响 宽顶堰流的淹没系数 s m 宽顶堰流量系数 b 堰顶宽度 H 堰顶水头 H0 总水头 q 下泄流量 公式中各个参数的确定 宽顶堰堰顶头部选圆角形 取 H 1 0 r H 0 05 与之对应的流量系数 m 0 359 采用开敞式溢洪道 下泄 1 P 水流不受闸墩及边墩的影响 侧收缩系数 1 0 经过溢洪道泄向下游的水流 为自由出流 淹没系数 1 0 s 8 2 5 22 5 2 试算法的基本原理试算法的基本原理 计算的步骤 根据已知的水库水位容积关系曲线 V f Z 和泄洪方案 用水力学公式 q f H A求出下泄流量与库容的关系曲线 V f V 选取 B H 合适的计算时段 以秒为单位 决定开始计算的时刻和此时刻的 值 1 V 1 q 然后列表计算 计算过程中 对每一计算时段的 值都要进行计算 将 2 V 2 q 计算的结果汇成曲线进行查阅 拟定几组方案进行比较 选定最佳的设计方案 见 表 2 3 2 5 32 5 3 方案计算方案计算 表表 2 32 3 方案计算表方案计算表 2 5 42 5 4 方案比较以及选定方案比较以及选定 经比较可得方案二的库容与水库总库容 138 万 m3最接近 故选方案二为最 佳方案 即水库的堰顶高程 123m 堰顶宽度 B 5m 设计流量 Q 30 16m3 s 设计洪水位 Z 125 4m 经计算校核流量 Q 36 28m3 s 校核洪水位 z 128 10m 方案堰顶高程 z m 堰顶宽度 B m 工况下泄流量 Q m3 s 库容 V 万 m3 库水位 Z m 一1225 设计35 57 111 26 124 70 二1235 设计30 16 122 61 125 41 三12210 设计42 49 102 51 123 91 四12310 设计40 93 113 13 124 86 9 3 枢纽布置枢纽布置 3 13 1 工程等级与主要建筑物级别工程等级与主要建筑物级别 根据资料可知龙林水库的库容大约在 100 万至 10000 万 通过查 SDJ217 87 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 可知 该工程等别为 等 工程 规模为小 1 型 永久性建筑物中主要建筑物级别为 4 级 次要建筑物和临时 建筑物级别均为 5 级 表表 3 1 水利水电枢纽工程的分等指标水利水电枢纽工程的分等指标 分等指标 防洪工程等 别 工程规模 水库总库容 亿 3 m 保护城镇及工矿区 保护农田面积 万亩 灌溉面积 万亩 水电站装机容 量 万 kW 一大 1 型 10 特别重要城市 工矿区 500 150 75 二大 2 型10 1重要城市 工矿区500 100150 5075 25 三中型1 0 1中等城市 工矿区100 3050 525 2 5 四小 1 型0 1 0 01一般城镇 工矿区 30 5 0 52 5 0 05 五小 2 型0 01 0 001 0 5 0 05 3 23 2 坝型选择坝型选择 3 2 13 2 1 坝址地质条件坝址地质条件 坝址处于河谷窄变的过渡 库岸坡度变化较大 上缓下陡 坝址区岩层主 要为白垩系上统江底河组上段 K2j3 岩性为杂色粉砂质泥岩夹钙质泥岩 泥灰 岩 薄薄厚层状 岩层走向与坡向近于直交 倾向上游偏左岸 倾角 33 45 坝址区无断裂构造通过 岩体较稳定 基本没有坝基 坝肩的稳定问题 库盆 区两岸山体厚实 分布泥岩 粉砂质泥岩 为相对隔水层 未发现通向库外的 透水构造 库盆为斜向谷 岩层中缓倾上游偏左岸 本次查勘未发现库水向邻 谷及向下游渗漏问题 但坝区岩体风化强烈 岩体破碎 透水性好 存在坝基 及绕坝渗漏条件 龙林水库库区河谷为横向谷 岩层倾角大于坡角且岩层倾向 与坡向交角较大 不存在大的不利结构面组合 岸坡岩体节理 裂隙较发育 10 存在局部剥落 水库库岸总体稳定性较好 3 2 23 2 2 水文条件水文条件 经过水文技术人员的分析计算 提出龙林水库各组资料对应的汛期洪水过 程见 表 1 1 和汛末设计洪水过程见 表 1 2 水位库容曲线见 表 1 3 水库吹程 0 52km 50 年重现期最大风速为 23 3m s 多年平均最大风速 17 0m s 风向垂直于坝轴线 平均每年泥沙淤积量约 0 09 万 m3 3 2 33 2 3 筑坝材料筑坝材料 挖取水库两岸的强风化泥岩类荒坡为坝体主料 储量超过 150 万 m3 在坝址下游约 200 400m 处有适合制作防渗体的粘土料场 储量达 9 万 m3 3 33 3 坝型比较坝型比较 重力坝结构作用明确 设计方法简便 安全可靠 对地形 地质条件适性 强 枢纽泄洪问题容易解决 便于施工导流 施工方便 但其缺点是 坝体剖 面尺寸大 材料用量多 坝体应力较低 材料强度不能充分发挥 坝体与地基 接触面积大 相应坝底扬压力大 对稳定不利 坝体体积大 在浇筑混凝土时 需要有较严格的温度控制 拱坝对地形的要求是左右两岸对称 岸坡平顺无突变 在平面上向下游收 缩的峡谷各段 坝端下游侧要有足够的岩体支撑 以保证坝体的稳定 该坝段 左右两岸不对称分布 不适宜修建拱坝 对地质的要求 河谷两岸的岩基必须 能承受由拱端传来的推力 要在任李情况下都能保证稳定 不致危害坝体的安 全 理想的地质条件是 基岩比较均匀 单一 坚固整齐 有足够的强度 透 水性小 能抵抗水的侵蚀 耐风化 岸坡稳定 没有大断裂 土石坝的优点是可以就地取材 就近取材 节省大量水泥 木材和钢材 减少工地的外线运输量 能适应不同的地形 地质和气候条件 大容量 多功 能 高效率施工机械的发展 提高了土石坝建设的发展 通过以上比较 综合考虑工程施工的经济 安全 便利等因素 此处更适 合修建土石坝 土石坝坝型选择的因素有地形 地质条件 气候条件 施工条件 坝基处 理方法 抗震要求 人防要求等 其中最主要因素是坝址附近的筑坝材料 均质坝 土质防渗体的心墙和斜墙坝 可以任意的适应地形 地质条件 均质坝坝体材料单一 施工方便 这种坝所用的土料的渗透系数较小 施 11 工期间坝体内会产生孔隙水压力 影响土料的抗剪强度 所以坝坡较缓 工程 量较大 此外铺土厚度薄 填筑速度慢 施工容易受降雨和冰冻的影响 不利 于加快进度 缩短工期 土质心墙坝便于与坝基内的垂直和水平防渗体连接 心墙可以再深厚的覆 盖层上修建 是高 中坝中最常用的坝型 心墙坝的防渗体 位于坝的中央 适应变性的条件较好 特别是当两岸坝肩很陡时更具有优越性 龙林水库地处西南地区 含以高岭石为主 间有伊利石的肥料土 压实较 难 并且由于雨期较长 又坝址下游 200 400m 处有储量丰富适合制作防渗体 的粘土料场 采用心墙坝为宜 坝址区基岩上部强风化岩体透水较强 坝基存在严重渗漏 采用心墙坝在 坝的上游部位开挖截水槽或设置混凝土防渗墙 以便不干扰坝主体的填筑 从 基本资料可知 工程地区地震基本烈度为 度 采用心墙坝其抗震性能较好 特别是上下游棱体采用堆石或砾质土 碾压密实 受地震时不易产生滑坡 裂 缝等事故 综合考虑各方面的因素 龙林水库土石坝坝型选择粘土斜墙坝 3 43 4 坝体排水坝体排水 常用的坝体排水设备有以下几种形式 贴坡排水 棱体排水 褥垫式排水 经综合分析 本土石坝采用贴坡排水设备 贴坡排水结构简单 用料节省 施工方便 易于检修 能防止坝坡冻胀和风浪淘刷 常用于中小型工程下游无 水的均值坝或是浸润线位置较低的中等高度坝 3 53 5 坝轴线选择坝轴线选择 坝轴线选择时 根据地形 地质 工程规模及施工条件 经济条件和技术 综合分析比较来选定 选在河谷的狭窄段 这样坝轴线短 工程量小 但要综 合考虑对于两岸坝段要有足够宽度和高度 坝基和两岸山体无大的不利构造问 题 岩石应较完整 并应将坝基置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水层 地基上 坝址附近有足够数量符合设计要求的土 砂 石料且便于开采运输 12 4 坝体剖面设计坝体剖面设计 4 14 1 坝坡坝坡 本坝高约 30m 属于低坝 参阅 水工设计手册 并结合实践经验类比 表 4 1 为土石坝上下游边坡比 根据规定以及施工 计算综合方面来考虑上游坝 坡用 1 3 0 下游坝坡用 1 2 5 表表 4 14 1 上下游边坡比上下游边坡比 4 24 2 坝顶宽度坝顶宽度 坝顶宽度根据运行 施工 交通和人防等方面要求综合研究确定 SL274 2007 碾压式土石坝设计规范 规定 高坝顶宽可选 10 15 米 中 低坝顶宽可选为 5 10 米 坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要 在寒冷地区 坝 顶还须有足够的厚度 以保护粘性土料防渗体免受冻害 此坝坝高为 28 米 属低坝且坝顶无交通要求因此取坝顶宽度为 5 米 图图 4 14 1 坝顶构造坝顶构造 4 34 3 坝顶高程计算坝顶高程计算 坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和 按以下四种计算条件计算 取 其最大值 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位加正常运 用条件的坝顶超高 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位 加非常运用条件的坝顶超高 再加地震安全加高 坝顶超高 d 按式 4 1 对于特殊的重要工程 可取 d 大于计算值 坝高 m 上游 下游 10 1 2 1 2 51 1 5 1 2 10 201 2 25 1 2 751 2 1 2 5 20 301 2 5 1 31 2 25 1 2 75 30 1 3 1 3 51 2 5 1 3 13 d R e A 4 1 式中 R 为波浪在坝坡上的设计爬高 e 为风浪引起的坝前水位雍高 A 为安全加高 根据坝的级别按 表 4 1 选用 其中非常运行条件 a 适用于山区 丘 陵区 非常运行条件 b 使用于平原区 滨海区 表表 4 24 2 土石坝安全加高土石坝安全加高 单位单位 m m 坝的级别 123 4 5 正常运用条件 1 501 00 70 5 非常运用条件 a 0 700 50 40 5 非常运用条件 b 1 000 70 50 5 龙林水库挡水土石坝级别属于 4 级 按照表 4 1 的规定 安全加高 A 在正 常运用条件下取 0 5m 坝址属于山区 丘陵区 在非正常条件下取 0 3m 式 4 1 中 R 和 e 的计算公式多很多 重要是经验半经验性的 适用于一 定的条件 按 SL 274 2001 碾压式土石坝设计规范 推荐的计算公式确定 设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言的 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 1 水库的风壅高度值 e 按下式确定 4 cos 2 2 m gH DKW e 2 式中 e 风雍高度 米 D 水面吹程 Km g 重力加速度 m2 s 延水库吹程方向平均水域深度 m m H W 计算风速 m s 计算风向与坝轴线法线的夹角 取为 0 K 综合摩阻系数 计算时一般取 3 6 10 6 计算得正常运用情况 e 1m 3 10 14 非正常运用情况 e 2m 3 10 波浪在坝坡上的设计爬高 R 的推求 对于内陆峡谷水库 在风速 W 20m s 吹程 D 2000m 时 波浪的波长和 波高可采用官厅公式 4 3 3 1 2 12 1 2 0076 0 W gD W W gh 4 4 75 3 1 2 15 2 1 2 331 0 W gD W W gLm 式中 当 20 250 时 为累计频率 5 的波高 m 当 h 2 WgD 5 h 250 1000 时 为累计频率 10 的波高 m 2 WgD 10 h D 风区长度 其值为 0 52km W 计算风速 m s 正常运用情况 取 50 年重现期最大风速 W 23 3m s 非正常运用情况 取 多年平均最大风速 W 17 0m s 根据 SL274 2001 碾压土石坝设计规范 中 的要求 在波浪计算中 计算风速取值如下 正常运用条件下的 3 级 4 级 5 级坝 采用多年平均最大风速的 1 5 倍 即 W 25 5m s 非常运用条件下 采 用多年平均最大风速 即 17m s 计算的正常运用情况 8 42m 0 765m m Lh 非正常运用情况 5 62m 0 361m m Lh 波浪的平均波高采用莆田试验站公式 7 02 2 7 013 0 WgHth W gh m m 7 0 13 0 0018 0 7 02 45 0 2 WgHth WgD th m 式中 水域平均水深 其值为 25 0m m H 计算的正常运用情况 1 45m m h 非正常运用情况 1 92m m h 波浪在坝坡上的设计爬高 R 按下式确定 mm w m Lh m KK R 2 1 上式中查 表 4 2 表 4 3 可得 m 是单坡坡度系数 若坡角为 w K K 即为 由坝坡确定此处 2 5 cot cot 15 表表 4 24 2 造率及渗透性系数造率及渗透性系数 表表 4 34 3 经验系数经验系数 gH W 1 1 52 02 53 03 54 0 5 0 W K 1 001 021 081 161 221 251 281 30 本设计采用混凝土护坡 0 90 正常运用情况下 0 094 1 取 KgHW 1 00 非正常运用情况下 0 063 1 取 1 00 w KgHW w K 计算的正常运用情况 1 17m m R 非正常运用情况 1 09m m R 设计波浪爬高值 R 应根据工程等级确定 4 级 5 级坝采用累计频率为 5 的 爬高值 龙林水利枢纽工程属于 等工程等别 拦河土石坝属于 4 级坝 设计 波浪爬高取 正常运用情况 0 058 Hhm 非正常运用情况 0 077Hhm 查 表 4 4 得 正常运用情况波浪爬高 1 84m p R 非正常运用情况 1 84 p R 表表 4 4 4 4 不同累计频率下的波浪爬高与平均波浪爬高比值 不同累计频率下的波浪爬高与平均波浪爬高比值 mp RR Hhm 0 112451014203050 稳定性达到 KKK 设计要求 23 编 号 h1h2h3h4r1h1r2h2r3h2r3h3r4h4wiw isincoswicosw isin 87 47 8146 5160 782 6800229 2307 20 80 6137 5245 8 716 516 3326 7335 8172 800499 5662 50 70 71354 6463 8 616 022 3316 8459 4236 400553 2776 20 60 8442 5465 7 513 420 4265 3420 2216 200481 6685 60 50 87419 0342 8 410 918 451 4215 8379 01955314 84478 7662 70 40 92440 4265 1 38 516 355 9168 3335 8172 85362 54456 6619 60 30 95433 8185 9 26 213 859122 8284 3146 35395 4417 4555 40 20 98409 1111 1 14 31151185 14226 6116 653114 48369 2479 20 10 99365 547 9 02 78 251153 46168 986 9253120 84314 2396 201314 20 0 11 24 951123 76100 951 9453114 48243 2292 2 0 10 99240 7 29 2 20 559010 35 35395 4153 7158 7 0 20 98150 6 31 7 355 900 005362 54115 5115 5 0 30 95109 8 34 7 41 11 400 0011 6614 8426 526 5 0 40 9224 4 10 6 合计 3841 62021 8 24 7 细部构造设计细部构造设计 7 17 1 坝顶构造坝顶构造 坝顶采用铺渣油护面 厚度 100mm 并在坝顶上游边缘设 1 2m 高 C15 砼防 浪墙 下游侧设缘石 坝顶做成单向的向下游倾斜的横向坡面 坡度为 3 并 在坝顶下游侧设纵向排水沟 排水沟尺寸为 底宽 0 3m 深 0 2m 衬砌采用细石 混凝土 厚度 30mm 7 27 2 坝体排水坝体排水 坝体采用棱体排水 在坝脚处用块石堆成棱体顶部高程高出下游最高水位 1 5m 同时保证坝体浸润线与坝面的最小距离大于本地区的冻结深度 棱体内 坡可取 1 1 00 外坡取 1 1 5 坝顶宽度取为 2 0m 7 37 3 上下游护坡及排水上下游护坡及排水 大坝上游面采用干砌块石护坡 干砌块石厚度 0 35m 护坡体下设碎石垫 层 垫层厚度 0 2m 护坡体在马道和最下端加厚至 0 5m 下游坝坡采用种植草皮护坡 在坝面与岸坡的接合处设及马道内侧 设置 排水沟 排水沟横断面深 0 2m 宽 0 3m 竖向排水沟可每 50 100 设置一条 排水沟可用混凝土现场或浆砌石砌筑 若用混凝土预制拼装时 应使接缝牢固 成一整体 7 47 4 反滤层反滤层 设置反滤层是提高抗渗破坏能力 防止各类渗透变形特别是防止管涌的有 效措施 在任李渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层 反滤层的结构 反滤层一般是由 层不同粒径的非粘性土 砂和砂砾 石组成的 层次排列应尽量与渗流的方向垂直 各层次的粒径则按渗流方向逐 层增加 反滤层的材料 反滤层的材料首先应该是耐久的 能抗风化的砂石料 为 保证滤土排水的正常工作 材料的布置和要求应满足如下原则 被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层 但对细小的颗粒 如粒径小于 25 0 1mm 的砂土 则可允许被带走 因为它的被带走不会使土的骨架破坏 不至 于产生渗透变形 各层的颗粒不得发生移动 相临两层间 较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙 反滤层不能被堵塞 而且应具有足够的透水性 以保证排水畅通 应保证耐久 稳定 其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变 而遭受破坏 7 57 5 土料选择土料选择 筑坝材料的选择遵守下列原则 具有或加工处理后具有与其使用目的相 适应的工程性质 并具有长期稳定性 就地 就近取材 减少弃料 少占农田 并优先考虑枢扭工程开挖料的利用 便于开采 运输和压实 由上原则考虑 初步拟订四种筑坝材料 黏土 砂砾土 坝基砂砾和土堆石 同时均质坝材料应具有一定的抗渗性能 其渗透系数不一大于 m 4 101 黏粒含量一般为 10 36 有机质含量不大于 5 在已给出的四种材料中只有 黏土满足渗透系数的要求 故筑坝材料选择黏土 7 67 6 地基处理地基处理 坝体与坝基及岸坡的连接是坝的关键部位 处理措施是否合适与坝的破坏直 接相关 如第顿坝 1976 巴尔温亥尔斯坝 1963 的破坏 都与连接处渗漏 有关 所以必须妥善设计和处理 坝体与岩石地基及岸坡的连接措施如下 坝断面范围内的岩石地基与岸坡应清除表面松动石块 土质防渗体和反滤层应与相对不透水的新鲜或弱风化岩石相连 基岩层上 设混凝土盖板 喷混凝土层或喷浆层 将基岩与土质防渗体分隔开来 以防止 接触冲刷 对失水时很快风化变质的软岩石 开挖时应预留保护层 厚约 10 15cm 待开始回填时 随挖除 随回填 土质防渗体与岩石相接触处 如防渗土料为细粒黏性土 则在邻近接触 面 0 5 1 0m 范围内 应在高于最优含水量不大于 3 的情况下填筑 为使坝 体与岸坡紧密接合 防止不均匀沉陷引起坝体裂缝 与坝体连接的岸坡应进行 处理 岸坡上缓下陡时 其变坡角应小于 20 度 开挖后的岸坡不能太陡 对于 岩石岸坡 不应陡于 1 0 5 1 0 75 对于土质边坡不应陡于 1 1 5 26 7 77 7 坝与两岸地基的处理坝与两岸地基的处理 为了加强坝体与接触面的抗剪强度 防止坝体滑动 增强抗渗性能 维持 稳定 采用以下方法处理 清基 将坝体河床覆盖层湿陷性黄土夹杂有砾石 下层为砂砾石层全部 挖除至新鲜岩基面 岩体加固 通常采用固结灌浆的方法 通过在基岩中的钻孔 将适宜的 具有胶结性的浆液 大多为水泥浆 压入到基岩的裂隙中 使破碎岩体胶结成 整体 具体做法请参阅相关规范 坝基防渗和排水措施 在大坝上游部位设置灌浆帷幕 下游的坝基部分 设置排水井 27 8 坝身构造坝身构造 8 18 1 消能型式选择消能型式选择 溢洪道出口消能计算的任务是 估算下泄水流的挑射距离 选择挑流鼻砍 的形式 确定鼻砍高度 反弧的半径等 因溢洪道下游为岩基 附近没有其他 建筑物 故采用挑流消能 8 28 2 鼻坎高程鼻坎高程 当下泄最大流量Q 36 28m s时 下游水位高程 为2002m 鼻坎