混凝土面板堆石坝设计大纲

1FCD31010FCD水利水电工程初步设计阶段混凝土面板堆石坝设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1999年10月2工程初步设计阶段混凝土面板堆石坝设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目录1综合说明（4）2设计依据文件和规范（4）3基本资料（4）4面板坝布置（9）5坝体设计（10）6坝体计算（13）7基础处理（14）8坝体原型观测设计（15）9工程量计算及设计成果（16）41引言工程位于_省_县以_KM的_河上，是以_为主，兼顾结合等综合利用的水利水电枢纽工程。水库正常蓄水位_M，最大坝高_M，总库容_M3，电站总装机容量_MW，年发电量_KWH，灌溉面积_HM2。本工程可行性研究报告于_年_月由_审查通过，选定坝址为。2设计依据文件和规范21有关本工程的文件1可行性研究报告2可行性研究报告审批文件3可行性研究地质报告、建材试验报告4可行性研究专题报告5设计合同及设计任务书6初步设计地质报告、建材试验报告22主要设计规范1SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区、丘陵区部分试行及补充规定；2SDJ21884碾压式土石坝设计规范；3DL501693混凝土面板堆石坝设计导则；4SL4994混凝土面板堆石坝施工规范；5DL50731997水工建筑物抗震设计规范；6SDJ2078水工钢筋混凝土结构设计规范；7SDJ33889水利水电工程施工组织设计规范试行；8GB5020194防洪标准。53基本资料31工程等别与建筑物级别1工程等别_工程，水库总库容_108M3，防洪效益_，灌溉面积_HM2，水电站装机容量_MW，按SDJ1278的规定，本工程为_等。2建筑物级别根据SDJ1278中表2确定建筑物的级别为_级永久主要建筑物拦河坝为_级；永久次要建筑物为_级；临时建筑物为_级。32气象1气温与水温1气温表1气温表单位月份123456789101112月平均气温多年平均最低月平均气温多年平均最高月平均气温多年平均年平均气温_；绝对最高气温_；绝对最低气温_。2水温表2水温表单位月份123456789101112平均水温2风向、风速与吹程1风向_；2风速多年平均最大风速_M/S；多年实测最大风速_M/S；多年平均风速_M/S；3吹程_KM。3冰情冬季冰冻期_月_月，多年平均最大冰厚_M，春季流冰持续时间_D，冰块最大面积_M2，流速_M/S，流冰抗碎强度_MPA，冻土最大深度_M，溶冰期_月_月。33水文、水能1洪水1设计洪水重现期_A；2校核洪水重现期_A；3施工渡汛坝体挡水洪水重现期_A；4移民标准洪水重现期_A；65征地标准洪水重现期_A。2坝前水位1校核洪水位_M；2设计洪水位_M3正常蓄水位_M；4防洪限制水位_M；5死水位_M。3坝址水位、流量关系曲线4泥沙工程河段多年平均悬移质沙量_104T，多年平均推移质沙量_104T，河床推移质级配见表3。表3河床推移质级配表粒径，MM小于某粒径百分数，D50_MM,DCP_MM。5水库淤积1坝前20年泥沙淤积高程_M，30年泥沙淤积高程_M；2泥沙的内摩擦角；3泥沙浮容重_KN/M3。34地形坝址区地形图。35地质1工程地质1工程地质图包括坝址工程地质平面图；坝址区工程地质纵、横剖面图；坝址岩盘、风化带及覆盖层等高线图；围堰工程地质纵横剖面图；钻孔柱状图。3建议岩、土开挖边坡见表4。4表4建议岩、土开挖边坡临时坡永久坡岩、土风化程度水上水下水上水下新鲜微风化弱风化强风化全风化土层砂卵石、覆盖层3坝区基岩、土物理力学性质见表5。表5坝区岩体物理力学指标建议值7变形指标抗剪断强度干密度比重孔隙度吸水率饱和吸水率抗压强度允许承载力弹性模量变形模量岩石/岩石混凝土/岩石抗剪强度备注岩性G/CM2干湿软化系数干湿干湿泊松比FCFCFCMPAMPAMPAMPAMPAMPAMPAMPAMPAMPA5河床覆盖层物理力学性质见表6。表6坝区河床覆盖层物理力学指标建议值密度颗粒分析成果含水量干R干湿R湿比重孔隙比200200606020202200500500050005有效粒径平均粒径不均匀系数压缩模量内摩擦角凝聚力C允许承载力渗透系数允许坡降备注岩性及成因G/CM2G/CM2MMMM5坝基特别是趾板附近岩溶溶洞、溶沟、溶槽的发育情况。2水文地质1沿大坝趾板线的渗透剖面图。2大坝坝基特别是趾板线附近地下水的分布规律，地下水的层数_,各层埋深_,水源补给途径_,水的酸碱度_,PH值_,承压水的压力_。36地震烈度1地震基本烈度本工程坝区基本烈度为_度。2地震设计烈度根据DL50731997的规定，本工程大坝地震设计烈度为_度。37建筑材料1外来建筑材料水泥、钢材、木材、止水材料的特性见供货单位说明书，其中混凝土的强度特性见表87。表7混凝土强度特性设计强度，MPA混凝土标号轴心抗压RA弯曲抗压RW抗拉R1弹性模量E,MPA混凝土容重_KN/M3；混凝土抗渗标号选定为_；混凝土抗冻标号选定为_。混凝土热胀系数见表8。表8混凝土热胀系数混凝土标号吸热系数放热系数导热系数线胀系数2当地建筑材料石料储量_104M3，运距_KM；土料储量_104M3，运距_KM；沙石料储量104M3，运距_KM。1填坝石料主要物理力学性质见表9。表9填坝石料物理力学指标风化程度单位新鲜及微风化弱风化强风化比重容量KN/M3孔隙率饱和吸水率MPA干抗压强度MPA饱和抗压强度软化系数内摩擦角2防渗土料的物理力学性质见表10。表10防渗土料物理力学指标容重压缩系数抗剪强度土壤名称粘粒含量天然KN/M3最大干容重KN/M3最优含水量塑限指数I0液性指数IL渗透系数K,CM/S水上水下水上水下38坝体稳定和应力应变计算参数坝坡稳定计算抗剪强度指标C、，可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行坝料试验取得。提示1小型工程和30M以下的坝可不作应力应变分析。对于中型工程的坝坡稳定计算抗剪强度指标C、，可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行试验取得，或由工程类比确定。2坝料为软岩又无资料类比者，设计参数应通过试验确定。3坝料试验项目有爆破试验；级配试验；击实试验；压缩试验；三轴剪切试验；渗透变形试验；现场碾压试验。在初设阶段，中、小型工程一般没有条件进行现场试验，可留待施工时再进行。9坝体应力应变计算所需参数如表11。表11坝体应力应变计算所需参数击实干密度压缩试验三轴剪切试验风干浸润面干试样密度压缩系数单位沉降压缩模量固结系数试样密度咬合力C摩擦角破坏比R模数量K指数N切线泊桑比D初始泊桑比斜率F编号岩石名称G/CM2G/CM2G/CM2G/CM2MM/MKG/CM2CA/SECG/CM2KG/CM24面板坝布置41面板坝坝轴线选择和布置根据可行性研究阶段选定的坝址，结合本阶段地勘资料和枢纽布置要求，选择和布置较合理的坝轴线。42坝体布置确定坝顶高程和坝顶宽度、上下游坝坡、趾板线的位置；确定与两岸坝肩及建筑物的相互关系。421坝顶布置面板坝顶部的上游面一般设一道直立的钢筋混凝土的L墙，墙高从防浪墙顶算起共M，缝间设一道止水至墙顶。下游面可设L墙，也可不设；下游面设拦杆，坝顶布置照明灯杆，间距_M。坝顶宽度_M，按构造和交通要求选定。坝顶设横向排水坡为_。422确定坝顶高程提示坝轴线的选择一般取决于下列条件1坝址河段的地形条件；2地质条件；3趾板线的水文地质条件；4与枢纽其他建筑物的协调条件；5坝轴线一般布置成直线，当地形、地质条件不具备时，也可布置成折线或弧线；6施工条件。按照上述条件布置坝轴线，然后进行经济技术比较，择优选取。10防浪墙顶高程等于水库静水位加墙顶超高，按下列三种情况计算，取其最大值。1设计洪水位正常运用情况的墙顶超高；2校核洪水位非常运用情况的墙顶超高；3正常蓄水位非常运用情况的墙顶超高地震安全超高_M包括涌浪高程，当地震设计烈度为8或9度时，还应加上坝体和坝基在地震作用时的坝顶沉陷。墙顶超高计算公式YREA1式中R为波浪在坝坡上的爬高，M；R按SDJ21884附录一计算,其中正常运用情况，采用多年平均最大风速的_倍；非常运用情况采用多年平均最大风速；E为最大风雍水面高度，M；E按SDJ21884附录一计算，其中风速值的采用与R计算相同；A为安全加高，M；按表12采用。表12安全加高，A值表安全加高，M坝的级别运用情况、正常1510100705非常07050403防浪墙高一般采用12M。坝顶高程防浪墙顶高程12M。423上、下游坝坡拟定424趾板线的选择和布置提示根据已建工程类比和本工程填坝石料的物理力学性质初步拟定。1上游坝坡湿抗压强度高、质量良好的爆破石碴料坡比为1_；湿抗压强度低、质量较差的石碴料坡比为1_；质量良好的砂砾料坡比为1_。2下游坝坡湿抗压强度高，优良石碴料构成的坡比为1_；湿抗压强度低，坝区开挖石碴料构成的坡比为1_；软弱石碴料构成的坡比为1_；各种砂砾料构成的坡比为1_；由复合料构成的坡比为1_。提示1根据布置及防渗的需要，调整好坝轴线与趾板线。2趾板线的选择就是大坝防渗帷幕的位置选择，趾板一般置于坚硬、稳定、无冲蚀和可灌的基础上。3当趾板线实在避不开不利的地质构造时，可采用贴坡面板或截水墙，以绕开或改善不利的地质构造。11425坝顶连接结构设计5坝体设计51坝体剖面设计511确定最大坝高1趾板的最低清基高程；2坝基最低清理高程。最大坝高H坝顶高程1、2项之最低者。512坝体堆石分区根据混凝土面板堆石坝设计导则DL501693第2章第2节对面板坝进行区域划分，从上游铺盖至下游坝坡大致划分如下1A粘性土料墙铺盖区填筑_土料；1B盖重区填筑_任意料；趾板后特殊垫层区填筑_石料；2垫层区填筑_石料；3A过渡区填筑_石料；3B主堆石区填筑_石料；次堆石区填筑_石料；3C下下游堆石区下部浸水部分填筑_石料；3C上下游堆石区上部干燥部分填筑_石料。513各分区坝料设计和碾压工艺设计1A粘性土料墙铺盖区压实干容重_,孔隙率_,级配曲线_,渗透系数_,铺料厚度_,洒水量_,碾子功率_,碾压遍数。1B盖重区压实干容重。趾板后特殊垫层区压实干容重_,石料风化程度_,孔隙率_,级配曲线_,水泥参量_,渗透系数_,铺料层厚_,洒水量_,碾重_,碾压遍数。垫层区压实干容重_,石料风化程度_,孔隙率_,级配曲线_,渗透系数_,铺料厚度_,洒水量_,碾重_,碾压遍数_,含泥量限制_,垫层区水平宽度_M。3A过渡区压实干容重_,石料风化程度_,孔隙率_,级配曲线_,渗透系数_,铺料厚度_,洒水量_,碾子功率_,碾压遍数_,含泥量限制_,过渡区的水平宽度_M。3B主堆石料区压实干容重_,风化程度_,孔隙率_,级配曲线_,渗透系数_,含泥量限制_,铺料厚度_,洒水量_,碾子功率_,碾压遍数提示面板堆石坝的坝体堆石和面板，往往与堆石坝两坝肩的刚性混凝土建筑物相邻，如混凝土副坝、溢洪道边墙、船闸的边墙、筏道等，在此种情况下面板与这些建筑物之间的接缝应按周边缝设计，止水体应留有足够的变形余地。提示坝体剖面设计应先确定剖面的几何尺寸，即先确定坝的建基高程，求出最大坝高，然后进行坝体堆料分区和各分区坝料的设计及工艺设计。12_。3C下游堆石区压实干容重_,风化程度_,孔隙率_,级配曲线_,渗透系数_,含泥量_,铺料厚度_,洒水量_,碾子功率_,碾压遍数_。514填筑质量标准52面板坝坝体防渗系统设计521趾板设计1趾板宽度按基础处理后的地基允许渗流比降确定，采用水头的_，全部趾板按水头的大小及基础处理的严宽可分成_种不同的型式。2趾板的厚度根据工程类比及面板的厚度定为_。3趾板采用单层双向配筋，配筋率为_。4趾板与基岩的联系采用锚筋，锚筋直径为_MM、间距_M、伸入基岩_M、全长M。5在趾板下进行帷幕灌浆和固结灌浆，可在相应的灌浆孔位设置预埋管。6趾板沿纵向可不设缝，也可设缝。如设缝，在缝间设一道PVC止水。7趾板混凝土强度标号_,抗渗标号为_,抗冻标号为_。水泥标号。8趾板下的断层破碎带、软弱夹层等要进行处理，处理后的基础要能满足渗流稳定并达到同一安全标准。9如在设计上一定要采用高趾墙，必须进行稳定应力计算，控制墙下帷幕部位不能出现拉应力。10两岸为溢洪道边墙时，可利用边墙作为趾板使用。面板与挡墙接缝按周边逢设计。522面板设计1面板厚度中低坝可以采用大于30CM的等厚度面板，其厚度为_M。或采用变厚度面板，其厚度为T03XH2提示中、小工程的初步设计阶段其坝料设计，可参照表列经验数据取值，施工过程中再行修正。填筑质量标准的经验数值表堆石料分区孔隙率压实干容重压实系数相对密度人工砂石料垫层1521095097天然砂石料垫层09709807508过渡层堆石料2022095097主堆石料2225095097下游堆石料2528093095对于无资料可类比的石料及软岩堆石料，其填筑的质量标准应通过试验确定。提示大坝的防渗系统包括帷幕、趾板、面板和接缝等内容，本节只叙述趾板、面板和接缝设计，帷幕归入基础处理部分。13式中H计算断面至面板顶部的垂直高度，M；X经验系数，一般为000200035。2配筋面板采用单层双向布筋，位置偏中或偏上。纵向配筋率_,横向配筋率_。周边缝及垂直挤压缝侧参照已建工程类比配置加强钢筋。3分缝面板周边设周边缝，本身设垂直缝。缝距在坝肩处_M,中央部分_M。施工中的水平缝按施工缝处理。4混凝土标号_,抗渗标号_,抗冻标号_,水泥用量_。5混凝土拌制掺加气剂，含气量_。6面板的分期施工第一期面板混凝土浇筑高程_M，第二期面板混凝土浇筑高程_M。523接缝设计1周边缝周边缝是面板与趾板之间，或面板与坝顶防浪墙及相邻建筑物之间的缝。要求面板相对于趾板等能适应于微小转动和移动。面板与趾板间预留缝宽_CM，缝间置沥青杉板或柏木板，缝底设W型止水铜片，缝顶设塑性填料盖片。对于高坝中间应加一道PVC止水片。2张拉垂直缝施工时不留缝宽，底部在两板上嵌入W型止水铜片，铜片下铺塑料垫片。顶部设塑性填料加盖片。3压缩垂直缝压缩性垂直缝只在底部设一道W型止水铜片。4施工缝施工缝不增设止水片，先期施工的面板打毛洗净，钢筋伸过接缝，使两侧面板紧密相连。6坝体计算61坝体稳定计算611需计算坝体稳定的情况612稳定计算的外界条件1正常情况水库正常蓄水位，下游最低水位。提示中、低面板坝一般不要进行稳定计算，只有当存在下列情况之一时进行稳定计算。1坝基存在砂砾石层或软弱夹层；2施工期坝体过水或拦洪渡汛；3强地震区；4坝体包含软弱堆石料区。142非常情况水库正常蓄水位，下游最低水位遇_度地震；水库校核洪水位，下游相应泄洪水位；施工期临时渡汛断面挡水上游渡汛洪水位，下游相应水位。613稳定计算法1静力计算方法瑞典圆弧法、简化毕肖普法、滑楔法。以上计算公式参见SDJ21884附录三。2抗震计算方法拟静力法计算，用简化毕肖普法或滑楔法，或参用有限元法对坝体和坝基进行动力分析。以上计算公式可参见DL50731997。614安全系数正常情况_；非常情况_。最小安全系数应满足SDJ21884的规定。62坝体应力应变分析用坝料试验包括室内的和室外的得到的计算参数，利用有限元法对坝体进行静荷载及动荷载作用下的应力分析，了解坝体在蓄水期和竣工期的垂直位移、水平位移、上游坡面位移及拉、压分界线，为坝体设计和接缝设计提供依据。7基础处理71基础开挖1沿趾板线的开挖在趾板宽度范围内河床部位挖至_风化岩石，中部挖至_风化岩石，顶部挖至风化岩石。趾板后河床部位挖成1_的坡度与河床清基面相接，两岸坡部位挖成1_的坡度与岸坡清基面相接。2河床清理从趾板至下游坝坡坡脚范围内，清除所有坡积土石体，河床质含泥量高于_的河床砂砾及夹泥层清除干净，压缩模量低于_的河床质开挖掉，清除河床及岸边堆积的所有杂草、树根等杂物，打碎河床中高大孤石，清理后的河床面地形变化比较平缓，压缩模量大于等于坝基处坝料的压缩模量。3两岸岸坡清理清除坝体范围内两岸岸坡上的杂草树根，全风化土体，清除影响坝体自由压缩变形的凸出及倒悬岩体，在坝轴线以上，使趾板后开挖坡1_与河岸的开挖坡1_平顺相接，开挖基础面上各点的承载力必须大于或等于相应该点坝体的压力。提示面板坝的趾板一般要求置于岩石基础上，而坝体可置于岩石基础上，也可置于密实的砂砾石覆盖层上。1572断层、破碎带及软弱夹层处理凡穿过趾板线的断层、破碎带及软弱夹层必须进行处理，使其满足该处的允许水力坡降和基础承载力_MPA的要求。721断层、破碎带处理根据断层、破碎带的胶结状况的好坏，决定沿断层、破碎带的发展方向挖深_M，长M，回填_混凝土。必要时在混凝土塞的下游侧_M长_M宽的范围内铺反滤料。722软弱夹层处理凡趾板跨越软弱夹层时，必须核算该处趾板的抗滑稳定性，使其满足有关规范规定的安全系数。如不满足，则需采取处理措施。措施1，浅层的夹层挖除。挖除范围长_M，宽_M，深_M，回填_号混凝土。措施2，深层的夹层，采用高喷旋喷或高压灌浆。高喷或灌浆工程量_M。73基础岩溶处理趾板线及帷幕体穿过岩溶区，必须加以处理。浅层岩溶挖除，回填_号混凝土；深层岩溶采用灌浆处理，灌浆_排，排距_M，孔距_M，孔深_M。74探洞、探槽、探坑、钻孔处理位于坝基范围内的探硐、探槽、探坑用浆砌石混凝土加以堵塞。位于趾板及垫层基础范围内的探硐、探槽、探坑、钻孔，用_号混凝土堵塞，并进行灌浆处理。75帷幕灌浆和固结灌浆751基础帷幕灌浆帷幕灌浆的目的在于减少坝基和两岸的渗透流量，增强岩体的抗渗能力和抗冲蚀能力。遵照SDJ21884第528条帷幕厚度由允许水力坡降经计算分段，各段分别为_、M。帷幕深度，根据地质提供沿趾板线的渗透剖面，深入相对不透水层以下5M，从河床至两岸坝肩划分成_段，各段深分别为_、_M。根据坝高及等级，帷幕体及灌浆后基岩的L/MINMM。帷幕灌浆在两岸坝肩的延伸点要达到水库正常蓄水位_M与渗透剖面中相对不透水层的交汇点，或与蓄水前地下水位线的相交点。752基础固结灌浆固结灌浆的目的在于提高趾板下基岩的整