水工建筑物课程设计.doc

1水工建筑物课程设计设计书平山水利枢纽设计说明书Ⅰ枢纽布置一工程等别及建筑物级别21水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。2工程规模根据SDJ12-78《水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：（1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩，属Ⅲ等工程，工程规模为中型；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程，工程规模为小（2）型；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。（2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽属于Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。二各组成建筑物的选择1泄水建筑物的选择土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪。在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍型，右岸有垭口，布置正槽式溢洪道。采用正槽式溢洪道可以节省土石方开挖量，若布置在基岩上，可以节省混凝土衬砌工程量，并有利于工程安全。由于正槽式溢洪道全部是开敞的，正向进流，水流平顺，泄洪能力大，结构比较简单，运行安全可靠，便于施工，管理和维修。2其它建筑物型式的选择（1）灌溉引水建筑物由于主要灌区位于河流右岸，但右岸坝区破碎深达60m的钻孔岩芯获得率仅为20%，岩石裂隙十分发育，可以考虑采用适当的地基处理，将溢洪道布置在右岸。（2）水电站建筑物由于土石坝不宜采用坝式和坝后式厂房，而宜采用岸边引水式厂房，采用单元供水式引水发电较为合理。（3）过坝建筑物根据枢纽任务，为满足航运及过木要求，需建竹木最大过坝能力为25t的干筏道。起运平台高程为115.00，平台尺寸为30×20m2,上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3。（4）施工导流洞及水库放空洞为便于检修大坝和其他建筑物，拟采用导流隧洞作为放空隧洞。洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m.施工导流洞及水库放空洞,均采用有压。三枢纽总体布置方案的确定挡水建筑物——土石坝按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布3置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸，在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在指导书上。Ⅱ土石坝设计一坝型选择影响土石坝坝型选择的因素有：1.坝高；2.筑坝材料；3.坝址区的地形地质条件、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、初期度汛等施工条件；5.枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；6.枢纽的开发目标和运行条件；7.土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料可以用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。（1）土料：主要有粘土和壤土，储量多，质量尚佳，可作为筑坝材料；（2）砂土：可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用；（3）石料：石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富。从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。1.均质坝。坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降比较小，有利于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比用在其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷及多雨地区的使用受限制。故不选择均质坝。2.多种土质分区坝。该坝型虽然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝材料；土料用量较均质坝少，施工受气侯的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。3.斜墙坝。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上坝；土质斜墙靠在透水坝壳上，如果坝壳沉降大，将使斜墙开裂；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝方便，斜墙与地基接触应力比心墙小，同地基结合不如心墙坝；断面较大，特别是上游坡较缓，坝脚伸出较远，填筑工程量较心墙大。故也不选用斜墙坝。4.心墙坝。用作防渗体的土料位于坝下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，这样便于分别从上下游上料，填筑透水坝壳，使施工方便，争取工期。心墙坝的优点还有：心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传4到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；当库水位下降时，上游透水坝壳中水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡；下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也可以设计得比较陡；在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；位于坝轴线上的心墙与岸坡及混凝土建筑物连接比较方便。通过以上分析认为宜选用心墙坝。二坝体各部分尺寸的确定土石坝的剖面设计指坝坡、坝顶高程、坝顶宽度。1坝坡因最大坝高约115.60-62.50=53.10m,故采用三级变坡。（1）上游坝坡：从坝顶至坝踵依次为1：2.5；1：2.75；1：3.0。（2）下游坝坡：从坝顶至坝趾依次为1：2.0；1：2.50；1：2.75。（3）马道：第一级马道高程为82.50m，第二级马道高程102.50m，马道宽度取2.0m。2坝顶宽度本坝顶无交通要求，对中低坝B取5～10m，这里取B=8.0m。3坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高d之和，并分别按以下运用情况计算，取最大值：①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预留一定的坝体沉降量，此处取坝高的0.4%。计算公式采用下列两式：dReA=++,20cos2mKVDegHb=表1-1安全加高A（单位：m）运用情况坝的级别1级2级3级4、5级正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3该坝属于2级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用情况下1.0m，非常运用情况下0.5m。由于风壅水面高度e一般不到10cm，可忽略，故坝顶超高计算式可简化为d=R+A。下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝坡上的爬高R，10.60.45lRhmn--=式中：513400.0166lhVD=m；m=2.5；n=0.025。5由于所给的设计资料中只有多年平均风速010mVs=，故在正常和非常运用情况下，坡高均为：51340.01661090.614lhm=创=则10.60.450.6142.50.0251.0108Rm--=创=两种计算成果见表1-2。表1-2坝顶高程计算结果运用情况静水位（m）波浪爬高R（m）风浪引起坝前壅高e(m)安全超高A（m）计算坝顶高程Z计（m）0.4%沉陷（m）竣工时的坝顶高程Z（m）设计情况（正常水位）113.101.010801.0115.11080.46044115.5712校核情况113.501.010800.5115.01080.46004115.4708按此方法计算得坝顶高程最后结果：115.5712m，取115.60m。验算：坝顶高程115.60m均大于：设计洪水位+0.50m即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位113.50m。满足要求。三防渗体设计（在此选用粘土心墙）1防渗体尺寸土质防渗体的尺寸应满足控制渗透比降和渗流量要求，还要便于施工。心墙顶部考虑机械化施工的要求，取3.0m，边坡取1：0.3。上下游最大作用水头差H=113.50-62.50=51.00m（下游无水工况），粘土心墙坝的允许渗透坡降[J]=4，故墙厚T≧H/[J]=51.00/4=12.75m。心墙底宽为3+（51.00+0.5）×0.3×2=33.90m12.75m，满足要求2防渗体超高防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况（如正常蓄水位、设计洪水位）心墙为0.3～0.6m，取0.5m，最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50=113.60m。3防渗体保护层心墙顶部应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂、砂砾或碎石，其厚度不小于该地区的洞深或干燥深度，此处取0.80m，上部碎石厚50cm；下部砾石厚30cm，具体见坝顶部构造。四坝体排水设计1排水设施选择常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水、以及综合式排水。选择棱体排水方式。2堆石棱体排水尺寸顶宽2.0m，内坡1：1.5，外坡1：2.0，顶部高程须高出下游最高水位对1、2级坝不小6于1.0m。通过设计洪水位113.10m（正常蓄水位）流量时，相应下游最高洪水位74.30m；通过校核洪水位113.50m流量时，相应下游最高洪水位75.00m。超高取1.3m，所以顶部高程为75.00+1.3=76.30m。五反滤层和过滤层1设计规范及标准（1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）根据SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》规定，当被保护土为粘性土，且不均匀系数5~8uC时，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按太沙基准则选用158545Dd£，15155Dd，同时要求两者的不均匀系数6010ddh=及6010DD不大于5～8，级配曲线形状最好相似。式中：15D——反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%；15d——被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的15%及85%。上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。按此标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。（2）保护粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。①满足被保护粘性土的细粒不会流失根据被保护土的小于0.075mm含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm的颗粒时，则取其小于5mm的级配确定小于0.075mm的颗粒含量百分数及计算粒径85d。如被保护土不含有大于5mm的颗粒时，则按全料确定小于0.0075mm的颗粒含量百分数及85d。a.对于小于0.075mm的颗粒含量大于85%的粘性土，按式15859Dd£设计反滤层，当8590.2dmm，取15D等于0.2mm。b.对于小于0.075mm的颗粒含量为40%～85%的粘性土按式150.7Dmm£设计反滤层。c.对于小于0.075mm的颗粒含量为15%～39%的粘性土按式11585250.7(40)(40.7)DAdmm?--设计反滤层。式中，A为小于0.075mm时颗粒含量71%。若85407dmm.，应取0.7mm。②满足排水要求以上三种土还应符合式15154Dd，以满足排水要求。式中15d应为被保护粘性土全料的15d，若1540.1dmm时15D不小于0.1mm。（3）护坡垫层同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。