e江水利樞紐工程——土石壩設計說明與計算書畢業設計(存儲版)

　　

【正文】 下游坡穩定滲流期（正常）穩定滲流期（設計）穩定滲流期（校核）正常蓄水位+地震 穩定成果分析根據計算成果表可看出大壩上下游坡穩定均滿足規范要求，由于上游壩坡較緩，穩定滲流期以及庫水位降低期，不考慮地震時，Kmin=，考慮地震時，Kmin=；下游坡情況也類似，正常情況Kmin=，壩的穩定安全系數偏大，就此而言，實際安全系數可能要小些，故而不改變壩坡，維持原擬訂的剖面。（2） 防滲墻的型式、材料及布置根據以往經驗，對于透水層厚度為3060m的情況，采用槽板式混凝土防滲墻比較合適，設計中采用這種型式。第二層反濾料的選擇也按上述辦法進行。還與導流洞結合設置了放空洞。所以曲線方程為：。，；根據以往工程經驗挑角取θ=25176。由于泄洪隧洞流速較大（），因而必須考慮摻氣的影響。隧洞通過斷層破碎帶部位，襯砌厚度加大一倍；為防止不均勻沉陷而開裂，襯砌突變處設橫向沉降縫，見細部構造圖。壩址附近山坡陡峻，不宜采用明渠道導流，山巖大部分為堅硬玄武巖，故而采用隧洞導流方案。 導流工程規劃布置隧洞及圍堰型式和尺寸選擇，是個技術經濟問題。寬7m，高11m，隧洞底坡i=。得到1%，下泄量1030m3/s（雖大于900m3/的安全泄量，但施工期間，工程未發揮效益，可認為是容許的）。下游圍堰不作為壩體，布置在離壩不遠而河床又比較狹窄的地方，還考慮離開導流洞出口一定的安全距離。施工進度由粘土上升速度控制。按4m/月的速度上升，在2010年底實現大壩填筑完成。上游移民，工程設備拆遷，庫內清理等工程，引水隧洞工程，含進口段明渠段開挖、洞身開挖、洞身進口混凝土、襯砌及進口設備安裝；基礎處理工程應保證蓄水；完成溢洪道工程，保證蓄水或泄水；大壩進度必須趕在洪水前面。圍堰工程及排水；基礎開挖及防滲墻施工。實際發電日期根據當時水文、氣象條件及水情進行調整。為安全起見在大壩上升至泄洪隧洞進口高程以后進行封孔。防滲鋪蓋的尺寸經過滲流計算而定。=1680/，按規范采用5%洪水，=1180/s。如果按這個尺寸進行調洪計算,得出上游水位(攔洪水位)。（3）攔洪后填筑大壩到開始封孔畜水。放空洞中后部與泄洪洞結合，見平面布置圖。（2），取1/12洞徑。以控制，擴散角取為50。 洞內水面曲線由能量方程：計算得收縮斷面水深。 出口消能段，由于下游出口離電站和大壩較遠，較大的沖坑不致影響大壩及電站的安全，且地質條件容許，因此采用挑流消能。L—漸變段的長度；—進口洞頂到隧洞頂的高程差。由于兩岸山坡陡峻，無天然埡口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，開挖量大，造價較高，故采用了隧洞泄洪方案。在排水體與壩體、壩基之間設置反濾層；下游戧道設置排水溝，并在壩坡設置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡，見細部構造設計圖。由于防滲墻兩側沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側粘土心墻的不均勻沉陷而導致裂縫。在滑動面上抗剪強度的發揮是一樣的，安全系數的表示方式為 ； ； ；式中：3為實驗得到的抗剪強度指標。 計算結果。砂礫料場上下游共8處，總量為1850萬立方米，大壩工程在400萬立方米左右。10180。1下和3料場的塑性指數小于20，從壓的角度宜采用1下和3料場的粘土料，所以可將1下和3料場作為主料場，其余幾個料場作為輔助料場。運用下式作校核：≥～式中：──土料場的自然干容重；對2級壩，還應該進行現場碾壓試驗，以便復核，并據以選定施工碾壓參數。由于最優含水量隨壓實功能的大小而變，故在土料的設計中常根據土料的實際施工機具的壓實功能，選擇相應的最優含水量作為填筑土料的含水量。該壩體采用粘土斜心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而定，本設計允許滲透坡降[J]=5，墻的厚度B﹥，斜心墻的頂部寬度取為5ｍ（滿足大于3ｍ機械化施工要求），粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為1:～1:，有資料研究認為，斜心墻向上游傾斜的坡度為1:～1:，本次設計取為1:，下游坡度取為1:，粘土斜心墻的頂部高程以設計水位加一定的超高（～）并高于校核洪水位為原則，,，并粘土斜心墻頂部向下游傾斜。一般是參考已建成類似工程的經驗擬定壩坡，再通過計算分析，逐步修改確定。 壩頂超高計算成果表工 況水位(m)設計風速(m/s)平均波長(m)平均波高(m)平均波浪爬高(m)風浪壅高（m）設計爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設計(P=1%) 校核(P=%) 由于水庫所在地區地震基本烈度7176。故還需考慮正常蓄水位加非常運用時的壩頂超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四種工況最大值，同時并保留一定的沉降值。斜心墻壩和心墻壩基本類似，并且可以改善壩體應力狀態，能顯著減弱壩殼對心墻的“拱效應”，其抗裂性能優于心墻壩和斜墻壩。本設計限于資料只作定性的分析來確定土石壩壩型。通過各種不同的壩型進行定性的分析比較，綜合考慮地形條件、地質條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩的方案。 E江水庫泄洪設施不同方案的泄流能力曲線表堰頂水頭H(m)b=6m泄流量(m3/s)堰頂水頭H(m)b=7m泄流量(m3/s)堰頂水頭H(m)b=8m泄流量(m3/s) 調洪演算根據地形和地質資料泄洪洞布置時進口地高程為可取2800m，因此需要確定泄洪洞進口堰頂高程，以滿足泄洪洞產生無壓過流以、工程經濟性和下游防洪限制泄量的要求，本設計擬訂五組方案進行比較。 E江水庫高程~容積~面積表高程H（m）庫容V（萬m3）面積A（km2）高程H（m）庫容V（萬m3）面積A（km2）27701000 282036700 27751400 38500 27802800 282342000 27854700 282546200 27906700 282750900 27959500 282957600 280012900 283364900 280517000 283570000 281022200 283775000 281528600 284081600 泄洪方式本樞紐攔河大壩初定為土石壩，故需另設壩外泄洪建筑物。庫區內尚未發現有價值可開采的礦產。00′36176。40′4＃上35176。30′35176。沙礫料料場位于壩址上下游各有四處，總量達1850萬m3。上述節理主要在砂巖、泥灰巖與玄武巖之類的巖石內產生。34′25176。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細小顆粒為數很少。由于玄武巖成分不甚一致，風化程度不同，力學性質亦異，可分為堅硬玄武巖、多孔玄武巖，破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風化玄武巖和全風化玄武巖。經頻率分析，、。 氣象降雨（1） 氣象本區域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年四月特別干燥，其相對濕度在51%－73%之間，夏季因降雨日數較多，相對濕度隨之增大，一般變化范圍為67%－86%。因此第一臺機組發電日期定為2010年10月1日。(2)封孔及發電日期，鑒于流量資料不足。由于兩岸山坡陡峻，無天然埡口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，開挖量大，造價較高，故采用了隧洞泄洪方案。 大壩設計根據方案比較分析，斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優缺點，斜心墻有足夠的斜度，能減弱壩殼對心墻的拱效應作用；斜心墻壩對下游支承棱體的沉陷不如斜墻那樣敏感，斜心墻壩的應力狀態較好，本次設計大壩壩型采用粘土斜心墻壩。 工程等別及建筑物級別根據SDJ121978《水利水電樞紐工程等級劃分設計標準（山區，丘陵區部分）》之規定，水利水電樞紐工程根據其工程規模﹑效益及在國民經濟中的重要性劃分為五類，綜合考慮水庫的總庫容、防洪庫容、灌溉面積、電站的裝機容量等，工程規模由庫容決定，估計校核情況下的庫容不會超過10億m3，故根據標準（SDJ121978），該工程等別為二等，工程規模屬于大（2）型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物級別為4級。通過畢業設計可以進一步培養和訓練我們分析和解讀工程實際問題及科學研究的能力。該斜心墻土石壩設計大致分為：洪水調節計算、壩型選擇與樞紐布置、大壩設計、泄水建筑物的選擇與設計等部分。根據資料統計分析得100年一遇設計洪峰流量為=（p=1%），2000年一遇校核洪峰流量為=2320m3/s，（）。根據規范規定與實際結合，下游在2800m、2775m高程處各變坡一次。根據調洪演算和計算比選確定溢流孔口尺寸7m，根據以往經驗溢流孔口后以1:1坡度連接，—隧洞縱坡面布置。施工進度由粘土上升速度控制。按4m/月的速度上升，在2010年底實現大壩填筑完成。 月平均氣溫統計表（℃）月份123456月平均氣溫月份789101112氣溫 平均溫度日數（天）月溫度（℃）123456789101112＜06000000000～30253031303131303130＞30000000000000（2） 降雨該地區最大年降水量可達1213mm，最小為617mm，多年平均降水量為905mm。 工程地質 水庫地質庫區內出露的地層有石灰巖、玄武巖、火山角礫巖與凝灰巖等。（2） 火山角礫巖角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為2～15cm，膠結物仍為玄武巖質，膠結緊密者抗壓強度與堅硬玄武巖無異，其膠結程度較差者極限抗壓強度低至350Mpa。 沖積層剪力試驗成果表土壤名稱項目計算值容重（控制）KN/m3含水量（控制）三軸剪力（塊剪）應變控制浸水固結快剪內摩擦角凝聚力KPa內摩擦角凝聚力KPa含中量細粒的礫石次數17128822最大值47176。試驗時土樣的容重為控制容重。m）。10－2cm/s。00′37176。30′1＃下34176。10′35176。4 洪水調節計算 防洪標準該工程主要建筑物級別為2級，根據《防洪標準》（GB5020194）規定2級建筑物土壩堆石壩的防洪標準采用100年一遇設計，2000年一遇校核，水電站廠房防洪標準采用50年一遇設計，500年一遇校核。 防洪限制水位及水庫運用方式，該水庫防洪限制水位取與正常水位重合。5 壩型選擇與樞紐布置 壩址及壩型選擇 壩址選擇根據地質資料，經過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇I—I、II—II兩條較有利的壩軸線，兩軸線河寬基本相近，因而大壩工程量基本相近，由地質剖面圖上可以看出：I—I剖面，河床覆蓋層厚平均20m,河床中部最大達32m，壩肩除10m左右范圍的風化巖外，還有數十條的破碎帶，其余為堅硬的玄武巖，地質構造總體良好（對土石壩而言），II—II剖面除與I—I剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風化巖外，底部玄武巖破碎帶縱橫交錯，若將壩建于此，則繞壩滲流可能較大，進行地基處理工程量會加大，綜合考慮以上因素，壩軸線選擇I—I處。 泄水建筑物—泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，為縮短長度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸（右岸），這樣對流態也較為有利，考慮到引水發電隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠離壩腳和廠房為宜，為減少泄洪時影響發電，進出口相距80~100m以上，沖沙放空洞位于泄洪隧洞與水電站引水隧洞之間。碾壓式土石壩根據土料配置的位置和防滲體所用材料種類的不同，又分為均質壩和土質防滲體分區壩、非土質材料防滲體分區壩。多種土質壩施工工序復雜，相互干擾較大，施工易受氣候影響，在此不予采用。平均波浪爬高Rm參照“規范”，初步擬定水庫大壩上游壩坡為m=，故波浪平均爬高按“規范”：式中：——斜坡的糙率滲透性系數，護面類型為砌石護面確定=；——經驗系數，由風速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無維量，：=；校核條件：=；m——斜坡的坡度系數。在壩坡改變處，尤其在下游坡，～2ｍ寬的馬道（戧道）以使匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時兼作交通、觀測、檢修之用。設計干容重為：式中： ——設計干容重，（ｇ/㎝3）； ——在相應擊實功能下的平均最大干容重，（ｇ/㎝3）；ｍ ——施工條件系數（或稱壓實系數）。 186。在地震區要求更高。36186。 計算方法選擇水力學方法解土壩滲流問題。滲透坡降的計算公式：式中：──上游水深減逸出水深；──防滲體的平均厚度.： 各種工況滲流逸出點坡降斷 面