面板堆石坝设计计算书

面板堆石坝设计计算书 2 3 4 6 6 46 53 53 56 56 57 58 59 61 62 63 63 64 64 65 68 71源名泗河，为XX上游主流，发源于陕西省镇坪县境内；南源官渡河，发源节性能。工程开发任务主要是发电，兼有提高下游黄龙滩水电站大坝防洪能洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、坝后地面厂房等组成，其中大坝、溢洪年，非常运用洪水重现期为10000年；电站厂房为1级水工建筑物，设计洪ddd℃℃℃%是XX汛期。形成XX暴雨的主暴雨中心大多不在本流域，锋面型暴雨主要集中在流域西南面大巴山迎风坡附近，少数台风暴雨一般发生在东北面武当山72.4%，是XX水电站水文分析计算的依据站，历年实测最大流量为9990m3/s(1980年)。该站1964年根据XX水文站1950年～2003年径流资料统计，多年平均流量为果直接采用XX水文站成果。Xv年00000W24h(亿000000W24h(亿W24h(亿m3)XX原初步设计阶段曾进行过“PMP、PMF”的分析计算，本阶段考虑到XX水电站坝型为面板堆石坝，又对XX水电站“PMP、PMF”进行了复核。可能最大暴雨计算采用了“35.7”暴雨移可能最大洪水(PMF)采用了新安江模型和原计算两种方法推求。考虑到在湿润地区用新安江模获得满意的结果，且比较符合本流域自然地理条件，成用算已知的情况下的水库蓄泄调节计算。水库调洪计库逐时段的蓄水、泄水变化过程，从而获得调节位和最大下泄流量，以供确定溢洪道的尺寸。水(Q-q)Δt=12(Q1+Q2)Δt-12(q1+q2)Δt=V2-V1=ΔV（1-1）），），）；）；V）；Δt可取短些；流量变化平缓的大河，Δt可适当取长。该面板堆石洪水过程线查出；当管理调动水库时，Q1和Q2由预报或实际入库洪水过程求段的值，使计算有可能逐时段地连续进行下去。如何求解q2、V2，还需建立水库通过泄洪建筑物泄洪，该泄量就是水库的下泄流量，水库泄洪建筑物的泄流能力，是指某一泄流水头下的下泄流量。在溢洪道无闸门控制或闸门全开情况下，泄洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即式中：q溢——通过溢流孔口的下泄流量m3/sb——溢流孔单孔净宽mg——重力加速度，9.81m/s2；H0——堰顶水头，m。泄洪洞的下泄流量可按有压管流计算，即q洞=M2wH（1-3）式中：q洞——泄洪洞的下泄流量（m3/s）；H0——泄洪洞计算水头，非淹没出流时，为库水位与洞口中心高程之w——泄洪洞洞口的断面面积（㎡M2——流量系数。泄洪水头H与下泄流量q常常采用关系曲线水库水位Z与泄量q的关系q=f(Z)，进而，由水库水位Z，又可借助于水库容积特性V=f(Z)，求出相应的水库蓄水容积（蓄存水量）V，于是，下泄流量q又可写成库容V的函数式，得出两者的关系曲线，此式称为蓄泄方即q=f(V)（1-4）q=f(V)该方程组概括了水库防洪调节计算的基本原理。进行调洪计算，实质上便可求出时段末的q2、V2。事实上，不论水库是否承担下游防洪任务，也不利用上述方程组进行调洪计算的具体方法有很多种，目前常用的是：列表试算法、半图解法和简单三角形法。在本工程中求得水库的蓄水量和下泄流量。这种通过试算求方程组公共解的方法称为列（2）根据水库容积曲线V=f(Z)和泄洪建筑物的泄洪能力，应用式（1-2）或式（1-3）求出下泄流量与库容的关系曲线q=f(V)。（5）决定起始计算时刻的q1、V1值，然后列表计算，计算过程中，对每一计算时段的q2、V2值都要进行试算。的下泄流量q2，就能根据式（1-1）求出时段末水库的蓄水增量ΔV，而V1+ΔV=V2，由V2查q=f(V)曲线得q2。将其与假定的q2相比较，若两者相等，），值，重复上述试算过程，直至两者相等或很接近为止，这样便完成了一个时进行下一时段的试算。如此连续下去，便可求得整个泄流过程q~t。（6）将入库洪水Q~t过程和计算所得的泄流q~t过程绘制在同一张图上，若计算所得的最大泄流量qm正好是两线的交点，说明计算的qm正确。否则，应缩小qm附近的计算时段Δt，重新进行试算，直到计算的qm正好是两线（7）由qm查q=f(V)关系线，可得最高洪水位时的库容V总。由V总减去起水库库容曲线，就可得到最高洪水位Zm。显而易见，当入库洪水为相应枢纽设计标准的洪水，而起调水位为汛限水位时，求得的Vm和Zm即是设计调洪库容和设计洪水位。当入库洪水为校核标准的洪水、起调水位为汛限水位时，求得的Vm和Zm即是校核调洪库容和校核洪水位。土面板堆石坝、右岸溢洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、坝后地面厂房等组成，其中大坝、溢洪道、泄洪洞、引水隧洞进水口为1级水工建筑物。根模性4象量)Ⅰ型要Ⅱ型500~150~120~ⅢⅣ型0.10~Ⅴ型0.01~12345水(PMF)或月日时160本工程的泄水建筑物包括溢洪道与泄洪洞。挡水建筑物选用混凝土面板堆石坝方案，不宜采用坝顶溢流，而坝址附近无合适的垭口布置溢洪道，因此采用岸边开敞式溢洪道方案，经工程总体布置方案比较，溢洪道布置在右方案Ⅰ：溢洪道孔口尺寸为4-12.0m×181.5.1.1水库q=f(V)的关系表1-9水库q=f(V)关系计算表时Q流量Q) qΔt化ΔV(万027416981392924488145776417361264245184499499时间量位Q流量Q) 化ΔV(万V(万m3)000270476688818641082107221832491129266447232732294662491545720339807974708380303610291400254461.5.2.1水库q=f(V)的关系表1-12水库q=f(V)关系计算表间Q流量Q（m3/s)量流量 qΔt化ΔV(万存水量00284267813627014490377396804706203252892481821169间洪水流量Q 量流量 qΔtV(万位化ΔV(万00820745365987157297968481057182669917035691153034599871548628192046399473366039006288555640492综合最大下泄量、水库最高水位和最大库容，因为该工程开发任务主要是发电，兼有提高下游黄龙滩水电站大坝防洪能力和改善库区通航条件等效益。在来水量相同的情况下，方案Ⅰ设计洪水水库最高水位为355.93m，最大要任务是发电，兼有提高下游黄龙滩水电站大坝防洪能力和改善库区通航条件等效益，发电需要更高的水位和更大的库容，且在实际工程中，溢洪道的溢流孔数一般为奇数，所以，相比较而言，方案Ⅱ优于方案Ⅰ。选用孔口尺寸面板堆石坝的坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下4种当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高是指水库静水位与防浪墙顶之间按式（2—1）计算，对特殊重要的工程，可取d大于此计算值。d=R+e+A（2—1）A为安全加高，m，根据坝的级别按表2—1选用，其中非常运行条件123式（2—1）中R和e的计算公式很多，主要都是经验和半经验的，适用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，土质防渗体分区坝预留地震区的土石坝，坝顶高程应在正常运行情况的超高上附加地震涌浪高专门研究。设计地震烈度为8度或9度时，尚应考虑坝和地基在地震作用下波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式，按式（2—2）TTD—风区长度，700m；Hm—水域平均深度=47.5m；g—重力加速度，9.81m/s2。计算可得平均波高hm=0.216m，平均波周期Tm=2.06s。XX水库地处内陆峡谷地区，对于内陆峡谷水库，当W＜20ms，D<=0.0076W-1（2—4）=0.331W-12.153.75式中Rm—平均波浪爬高，m；KΔ=0.90；Kw—经验系数=0.508，由表2—3查得Kw=1.00。表2—2糙率即渗透性系数KΔKΔ表2—3经验系数KwW234 gH Kw由式（2—6）可算得平均波浪爬高Rm=0.304m。不同累积频率下的波浪爬高RP可由平均波高与坝迎水面前水深的比值和相应的累积频率P（％）按表2—4规定的系数计算求得。P1245(%)hmH>0.3设计波浪爬高值R应根据工程等级确定，本工程为大（1）型工程，应采％，RpRm=2.23，又因为Rm=0.304m,算得设计波浪爬高为R=0.68m。水位雍高e可按式（2—7）计算：cosβ（2—7）D—风区长度，700m；K—综合摩阻系数，取3.6×10-6；β—计算风向与坝轴线法线的夹角，22.5°。由式（2—6）得出计算点处的水位雍高为9.95×10-7m，可忽略不计。得大坝正常运行条件下的坝顶超高d=R+e+A=0.68+1.5=2.18m；非常运行条件下的坝顶超高为d=R+e+A=1.38m。压式土石坝设计规范》规定：高坝的顶部宽度可选用10～15m，中、低坝可面板坝无坝坡失稳先例，无需进行稳定分析，主张上、下游坝坡率采用堆石体在自重、水压等荷载作用下，各部分的应力和变形性态不同，对面板工作所产生的影响也不同，因此各部分对材料性质、级配、压实度和施工工艺的要求也各不相同。进行堆石体的材料分区有利于更合理和更充分地坝体各部分根据料源及其对坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理性等不同的要求进行分区，并相应地确定其填筑标准。参照国际上通坝设计规范》提出的硬岩堆石料填筑的坝体分区如图（2—1）所示。坝体从规范》（SL228—98）规定，大坝从上经面板下垫层料的反滤作用，淤堵裂缝恢复防渗性能，以起到辅助防渗的作筑，用于保护防渗土料，防止防渗土料失稳，顶部高程与铺盖一致，水平宽渗透稳定性强、对细粒具有反滤作用，还能在施工期与上游喷混凝土一道拦石区之间的水力过渡要求而设置，过渡层对垫层区材料起反滤保护作用，具有较低的压缩性。过渡层水平宽度从坝顶到坝基采用等宽布置，其宽度为6.0m。填筑料采用黄茅观料场新鲜、微风化和少量分散的弱风化块状绿泥钠粒含量15%~20%，设计干密度根据现场碾压试验确定，干密度不小于采用级配良好的石料填筑，有较强的透水性，采用黄茅观料场开采的新鲜、坚硬的块状绿泥钠长片岩石料填筑。主堆石区填筑量182.600mm，孔隙率不大于22%，设计干密度根据现场碾缩性对面板的影响较小，该区用料和碾压要求可适当放宽，可用料场开采的弱风化块状绿泥钠长片岩和级配良好的建筑物基础开挖料填筑。下游堆石区设计干密度根据现场碾压试验确定，干密度大于2.124g/cm3。4）护坡区（P）：为增强坝体抗震能力、加强下游坝坡的稳定性、美填中剔除的超径块石进行人工砌筑，选用粒径大小均一、颜色基本一致、表面板分缝的目的是为了适应坝体的变形。并且设垂直缝以适应滑模施工大多数观测资料表明，在水荷载作用下，面板的大部分区域受压，仅在坝顶和近岸边处有拉应变。面板应变和堆石体变形特性密切相关，且其厚度关系不大。可以认为混凝土面板只要抗渗性、抗裂性和耐久性满足要求，它的柔性越大越能适应坝体变形。确定面板厚度时，在满足上述要求下，应采强度等级按立方体标准值划分。规定为不低于C25。由于C25混凝土约混凝土面板主要用于防渗，由于厚度较薄且具有较大的水力梯度，因此，对面板规定较高的抗渗等级是必要的。根据我国已建的混凝土面板坝的经验，二级配混凝土的抗渗等级大多在W20～W40，因此规定面板混凝土的抗渗等面板混凝土应采用大型水泥厂生产的#525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，由于我国生产的#425普通硅酸盐水泥绝大部分为地方用立窑生产，有的质量较差。因此，当拟采用其他品种水泥，如矿渣水泥或其它标号如#425普通硅酸盐水泥，则应进行对比试验，以论证混凝土各种久性。其掺用量，严寒地区取较低值，温和地区取较高值。当采用其他品种掺合料时，应论证其是否能显著改善面板混凝土的性能。当砂料较粗或石料粒行、级配不良时，可掺入适量粉煤灰，以改善混凝土和易性。也可超量取面板混凝土必须掺用引气剂，并可同时掺用高效减水剂和普通减水剂，并以掺高效减水剂为好。根据浇筑混凝土时的气温情况和运输距离也可掺用砂石料的吸水率和含沙量对面板的抗裂性能及耐久性等都有很大的影响。因此，对面板混凝土砂石料的吸水率和含沙量特别提出明确的限量规定是必要的。砂的细度模数规定宜在2.4～2.8范围内，当低于或高于上述范围时，可采用有效的技术措施加以调整，否则应进行试验论证，当能满足面板混凝土水灰比对面板混凝土质量具有决定性作用。水灰比过大对面板的抗渗性、抗裂性和耐久性都会有显著的不利影响。根据国内外大量试验成果面板应采用二级配混凝土，有利于接缝处混凝土浇筑密实和与止水片的避免石料过大，降低混凝土抗渗性及可能产生面板混凝土的含气量，对严寒及寒冷地区抗冻要求高的可取大值，温和面板地基基础越是坚硬，其变形模量越高，对混凝土面板约束越大，面板混凝土降温期产生的拉应力也越大，易于发生贯穿性裂缝。因此，对作为混凝土面板表面保护是防止温度裂缝的有效措施。由于面板厚度很薄，当外界气温骤降、日气温变化幅度较大，以及连续几天曝晒高温、紧接几日降雨大幅度降温等，都使面板温度急剧降低，产生较大的拉应力引起面板裂缝。表面保护的作用在于降低面板的热交换系数，提高表面温度，以降低表面温度冲击应力。尤其在寒冷地区受温度的影响更为突出，因此对寒冷地区面板的保温要求更为严格，规定面板保温直到水库蓄水为止，对防止面板施面板的保湿，与面板温控措施同样重要，由于湿度变化引起的裂缝，对较薄的面板也长生危害性较大的裂缝。因此，规定从面板混凝土一经滑模完成应即进行保湿，至少90d进行不间断的潮湿养护，当停止养护后如出现裂缝有发展趋势时，应延长养护时间，必要时趾板是面板的底座，其作用是保证面板与河床及岸坡间的不透水连接，趾板的截面形状和布置如图所示，根据地形条件布置成一系列折线段的组合，其最终定线需在施工过程中完成。趾板的宽度b岩性质，要求水力比降J（J=Hb）不超过容许值：新鲜基岩可大于20；弱风化岩10～20；强风化和破碎基岩5～10；全风化岩3～5。有的面板坝趾板趾板配置双向温度筋，配筋率每向0.3%，软基上为0.3%～0.4%,单层铺接，锚杆参数参照经验选用。趾板建基面附近有缓倾角结构面存在时，锚杆趾板的布置采用平趾板方案，即趾板等高线垂直于趾板基准线。趾板宽根据已给地形地质资料，岩石风化程度为微风化，容许水力梯度i≥20，趾板仅需要配置温度筋和灌浆盖板的钢筋，采用单层钢筋，各向钢筋量板的锚筋采用砂浆锚杆，先灌浆再插入钢筋，选取φ25普通螺纹钢筋，间距引水渠的作用是将水流平顺、均匀、对称地引向控制段，引渠渠底高程大跨度12）依照闸墩厚度表，中墩厚度取4.5m，边墩厚度取4m。故控制段总宽度溢洪道首部控制段毗邻主坝坝肩，引渠采用近似椭圆的布置型式，其中椭圆曲线长短轴之比取ab=1.5，取B0B=2。溢流堰采用开敞式溢流堰，根据《溢洪道设计开敞式溢流堰的堰面曲线，在上游坝面均为铅直时，沿顶上游段及上游段堰根据水库相关资料，溢流堰采用实用堰，开敞式堰面堰顶下游堰面采用xn=kH-1y（3-2）式中：Hd—堰面曲线定型设计水头，由引水渠计算中可得出Hd为19.3m；x、y—原点下游堰面曲线横、纵坐标；n—与上游堰坡有关的指数，见表3—2；k—当P1Hd＞1.0，k值见表3—2；当P1Hd≤1.0时，取k=2.0～2.2。knR1aR2b0.5Hd0.175Hd0.2Hd0.282Hd0.68Hd0.139Hd0.21Hd0.273Hd0.48Hd0.115Hd0.22Hd0.214Hd0.45Hd0.119Hd——PR1=0.5Hd=9.65m，R2=0.2Hd=3.86m，R3=0.04Hd=0.772m,0.175Hd=3.377m；0.276Hd=5.327m；0.282Hd=5.443m。幂曲线方程为：x1.85=2H.85y；故可得幂曲线方程为y=0.0404x1.85x13579y对y=0.0404x1.85求导，得y'=0.075x0.85=1m=12，求得Xc=9.32，代入原幂R=(0.25~0.5)(Hd+Zmax)（3—3）其中，Zmax—上下游水位差，Zmax=361.16－278.99=82.17m。R=(0.25~0.5)(19.3+82.17)=25.367~50.735，本设计中取R=30m。式中：hk—临界水深，m；Q—槽内泄量，m3/s；ik—临界坡降；B—泄槽首段宽度，60m；g—重力加速度，取9.81m/s2；Bk—相应临界水深的水面宽，m；Ak、ck、Rk、Ck—临界水深时对应的过水断面积表3—4临界水深hk和临界坡降ik计算结果hkAkckRkCkik位位本设计取i=0.15。由泄槽的剖面设计中计算出hk=18.48m，且已知n=0.014，i=0.15，b=20式中：q—起始计算断面单宽流量，m2/(s.m)；θ—泄槽底坡坡角，θ=arctan0.04=2.29°;用试算法求h1：H0'=360.4－278q=Qmaxnb=14928.460=248.81m3s取几组h1的值，进行试算，使得两公式算得的h1相等，其中，θ为泄槽底坡角，cosθ=0.999。计算结果如表3—5所示：6ΨI2g(H0-h1cosθ)由上表