土石坝设计计算说明书

1、CHANGJIANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY土石坝设计计算说明书专 业：水利水电建筑工程指导老师： 李培班级： 水工1303班姓名： 王国烽学 号：成绩评定：2015年10月目录一、基本材料 21.1 水文气象资料 21.2 地质资料 21.3 地形资料 21.4 工程等级 21.5 建筑材料情况 2二、枢纽布置 3三、坝型选择 4四、坝体剖面设计 54.1 坝顶高程计算 64.1.1 正常蓄水位 64.1.2 设计洪水位 74.1.3 校核洪水位 84.2 坝顶宽度 94.3 坝坡9五、坝体构造设计 105.1 坝顶 1 05.2 上游护坡 105.3 下游护坡 10

2、5.4 防渗体 105.5 排水体 115.6 排水沟 11基本资料1.1 水文气象资料吹程1km,多年平均最大风速20m/s,流域总面积2971km2上游地形复杂， 沟谷深邃，植被良好，森林分布面广，为湖北主要林区之一。1.2 地质资料河床砂卵砾石最大的厚度达23m两岸基岩裸露，支局不存在有 18m厚的 残坡积物。在峡谷出口处的左岸山坡，存在优厚 130m方量约150万m3的坍 滑堆积物，目前处于稳定状态。1.3 地形资料坝址位于古洞口峡谷段，河谷狭窄，呈近似" V'型，7面宽6090m1.4 工程等级本工程校核洪水位以下总库容 1.38 亿 m3， 正常蓄水位325m，

3、相应库容 1.16亿m3装机容量3.6万kw,设计洪水位328.31m,校核洪水位330.66m,河床平 均高程240ml混凝土面板堆石坝最大坝高 120ml根据水利水电枢纽工程等级 划分及设计安全标准DL5180 2003 的规定，本工程为二等大（2）型工程。1.5 建筑材料情况坝址附近天然建筑材料储量丰富。砂砾料下游勘探储量318.5万m3石料总储量21.86万m3各类天然建筑材料的储量和质量基本都能满足要求。二、枢纽布置1、枢纽中的泄水建筑物应能满足工程需要的运用条件和要求。建筑物运用应灵活可靠，其泄洪能力应满足宣泄设计洪水、校核洪水要求，并应满足水库排沙、排污和排冰的要求。2、泄水建筑

4、物的布置和结构型式，应根据地形、地质条件和泄洪规模、水头大小和防砂要求等综合比较后选定。 可采用开敝式溢洪道和隧道。 在地形有利的坝址， 宣以开敝式溢洪道为主要泄洪建筑物。 在布置开敝式溢洪道确有困难时， 也可采用进口为开敝式，下接明流隧洞（溢洪洞）的形式。3、泄水和引水建筑物进、出口的边坡应是稳定的。其附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施。 出口应采取妥善的消能措施， 并应使消能后的水流离开坝脚一定距离。4、泄水建筑物宜布置在岸边岩基上。对高、中坝不应采用布置在软基上的坝下埋管型式。 低坝采用软基上埋管时应进行论证。 在地震区的坝， 采用坝下埋管时应按DL/T573 的有关规定执行。二、坝型

5、选择坝型，就是按坝体材料、结构及传力方式、泄洪方式、施工方法等划分的不 同大坝类型。按坝体材料划分，有土石坝、混凝土坝、砌石坝等；按结构受力方 式划分，有土石坝、重力坝、拱坝、支墩坝、空腹坝、闸坝等；按泄洪方式划分， 则有溢流坝、非溢流坝；按施工方法划分，有碾压土石坝、碾压混凝土坝、浇筑 式混凝土坝等。坝型选择是指确定坝型的论证工作， 一般通过坝型比选工作来完 成。坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：1、坝址区河谷地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等基本地形地质条 件。2、筑坝材料种类、性质、数量、位置和开采运输条件，以及枢纽建筑物开 挖渣料的利用。3、施工导流、施工进度与分期、

6、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:高坝宜研究比较心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝； 低坝多采用均质 坝。5、枢纽布置、坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物等连接。6、运行条件：如对渗漏水量要求，上、下游水位变动情况，分期建设等。7、大坝及枢纽的工程量、工期和造价。一级、二级低坝与三级及其以下的中坝，经过论证可采用土工膜防渗体。 坝轴线较长的土石坝根据地形、地质及料场的具体条件，可分段采用不 同坝型，在坝型变化处应设置渐变段。考虑坝址区地形地质条件、交通条件、气候条件、防渗土料特性及工程投资 等因素，有竞争力的为人工材料面板坝和心墙坝堆石坝坝壳两种坝型。经综合比较

7、，人工材料面板坝方案枢纽布置紧凑灵活， 各建筑物相互施工干扰小，工期保 证率高、投资较小。经综合比选最终选择采用人工材料面板坝坝型。四、坝体剖面设计4.1坝顶高程计算如题已知：坝高的计算，分别取正常水位，设计洪水位，校核洪水位计算取大值坝顶超高的确定，h=R+e+A波浪平均爬高：R -K-Kw-. 2h 2L,1 m2风壅高度e按公式e KWD cos计算,二级坝采用多年平均最大风速的1.5倍2gHm爬高：R Kw2h 2L,1 m2K一斜坡的粗糙率渗透系数，根据护面的类型查表m 一单坡的坡度系数，若单坡坡角为a ，则m=cosaKw 一经验系数2h 2L 平均波高和波长，km,采用宫厅水库公

8、式计算宫厅水库公式：2h=0.0166V5/4 D1/3 ;2L=10.4（2h）糙率渗透性系数K护面类型K护面类型K光滑不透水护面 （沥青混凝土）1.0砌石护面0.750.80混凝土板护面0.9抛填两层块石（不 透水基础）0.600.65草皮护面0.850.9抛填两层块石（透 水基础）0.500.55经验系数KWvgh-三11.52.02.53.03.54.0>5.0K W11.021.081.161.221.251.281.33初步拟定坝体采用人工材料面板坝，即m的取值为1:1.401:1.70 ,取 m=1.50oV020gH 9.8325 2400. 6931得Kw=1 ; K

9、=0.9 ; V=20m/s正常运用情况下采用多年平均的1.5 倍;D=1km ;H=85; A=1512h 0. 0166V4D3=1.1652L10. 4 2h 0.8=7.837_K_Kw_,1m22h2L0.9 111.521.165 7.837=1.508kWd2gHmcos62_ 3. 610 6201.5100029_885=0.000194h=0.754一 .h0 754一 一因为0_5_0. 008870. 1 ,所以 R取 2.23 ;H 85h =R+e+A=2.23+0.000194+1=3.23正常蓄水位时坝顶高程325+3.23=328.23m4.1.1正常蓄水位4

10、.1.2设计洪水位V0gH0.68019. 8328. 31240得:Kw=1;K =0.9;正常运用情况下采用多年平均的1.5倍512h 0. 0166V4D3=1.1650.82L10.4 2h=7.837R _K_Kw_.1m2,2h2L0.9 111.521.165 7. 837=1.508kvWd ecos2gHm62_ 3. 610 620 1.5100029.888. 31=0.000187h=0.754一 .h一0 754一 一因为 上01-7540. 008540. 1 ,所以 R取 2.23 ;H 88. 31h =R+e+A=2.23+0.000187+1=3.23设计洪

11、水位时坝顶高程328.31+3.23=331.54m4.1.3校核洪水位V020gH9.8330.66 2400.6711得:Kw=1;K =0.9;非常运用条件，采用多年平均最大风速；H=90.66kvWd ecos2gHm_ 3. 610 62021000297890.66=0.000180 512h 0. 0166V4D3=0.7020.82L 10.4 2h =7.837 R K K ,1m2_0. 9_1_.11.52=1.171 h=0.3512h2L,0. 702 7. 837h0 351因为 上02510. 003870. 1 ,所以 R取 2.23 ;H90. 66h =R+

12、e+A=2.23+0.000180+1=3.23校核洪水位时坝顶高程330.66+3.23=333.89m为保证大坝安全运行，应选取较大值，坝顶高程333.89m,取334ml河床平均高程240ml故坝高94m属于高坝。4.2 坝顶宽度坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素确定。本坝为高坝，坝顶宽度为 10m4.3 坝坡坝坡应该根据坝型、坝高、坝的等级、坝体和坝基材料的性质、坝所能承受的荷载及施工条件、 运用条件等因素， 技术经济比较确定， 确坝坡可以参考一下规律：1、在满足稳定要求的前提下，尽可能采用较陡的坝坡，以减少工程量2、从坝体的上下游坝坡比心墙坝的坝坡缓，以满足抗渗稳定和结构稳定

13、性的要求。3、均质坝的上下游坝坡通常比心墙坝的坝坡缓。4、心墙坝两侧坝壳采用非粘性土料，土体颗粒的内摩擦较大，透水性大，上下游坝坡可陡些，坝体剖面较小，但是施工干扰大5、 粘土斜墙坝的上游坝坡比心墙坝的坝坡缓， 而下游坝坡可比心墙坝坝坡陡些，施工干扰小，斜墙易断裂。6、土料相同时上游坝坡缓于下游坝坡，原因是上游坝坡经常浸在水中，土的抗剪度低，库水位下降时易发生渗流破坏。7、粘性土料的坝坡与坝高有关，坝高越大则坝坡越缓，而砂或者砂砾料霸体的坝坡与坝高关系不大。通常粘性土做成的坝坡，常沿着高度分成数段，每段1030米， 从上而下逐渐放缓， 相邻坡率差值取0.5 或者 0.25. 砂土和砂砾料坝体可

14、不变坡，但一般也常采用变坡形式。8、碾压堆石坝的坝坡比土坝陡。根据分析计算，选择人工材料面板坝，上游坝坡 1:1.401:1.70 取 1:1.50 ，下游护坡 1:1.301:1.40（ 堆石 ）取 1:1.40 。五、坝体构造设计5.1 坝顶坝顶宽度应根据构造、 施工、 运行和抗震等因素确定。 因为是高坝坝顶宽度选用10m。坝顶盖面材料采用砂砾石作为主要材料。其不足之处在于洪水漫过防浪墙后，会冲蚀坝顶材料使防浪墙掏脚而被推倒，造成洪水漫顶失事。坝顶面向上、下游侧或下游侧放坡。坡度选3%，以便于排除雨水，如上游侧设置不透水防浪墙，路面也可以向一侧倾斜。做好向下的排水系统。在坝顶上游侧设置防浪

15、墙，墙顶应高于坝顶1m,防浪墙必须与防渗体紧密结 合。防浪墙坚固不透水，并应设置伸缩缝，做好止水。5.2 上游护坡混凝土和钢筋混凝土板护坡： 当筑坝地区缺乏石料时可采用此种型式。 预制 板的尺寸一般采用：方形板为 1.5m 1.5m2m 2nl£3m 3m,厚为0.l50.20m c 预制板底部设砂砾石或碎石垫层。现场浇筑的尺寸可大些，可采用 5m 5m、 10m 10m甚至20m 20m严寒地区冰推力对护坡危害很大，因此也有用混凝土板做护坡的，但其垫层厚度要超过冻深。5.3 下游护坡下游护坡类型有， 干砌石： 堆石、 卵石或者碎石； 草皮； 钢筋混凝土框填石；其他形式（如土工合成材料） 。5.4 防渗体防渗体采用塑性心墙， 位于坝体中央或稍微偏向上游， 由黏土、 重壤土等粘性土料筑成。顶部高程高于设计洪水位0.30.6m ，且不低于校核洪水位。顶部的水平宽度应考虑机械化施工的需要，不应小于3m底部厚