土石坝设计实例

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1、说明：本设计中部分步骤与课程设计任务书不符，本例仅作为设计参考，内容有多处错误。平山水利枢纽设计计算说明书姓名班级学号指导老师完成时间目录1 基本资料及设计数据 11.1 基本资料11.2设计数据22 枢纽布置42.1 枢纽的组成建筑物及等级 42.2 各组成建筑物的选择42.3 枢纽总体布置方案的确定 53 土石坝设计63.1 坝型选择63.2坝体剖面设计73.3 防渗体设计83.4 坝体排水设计93.5 反滤层和过渡层93.6 护坡设计113.7 顶部构造113.8 马道和坝顶、坝面排水设计 113.8 地基处理及坝体与地基岸坡的连接 123.9 渗流计算123.10 坝坡稳定计算（只作下

2、游坡一个滑弧面的计算） 144 溢洪道设计 164.1 溢洪道路线选择和平面位置的确定 164.2 溢洪道基本数据164.3 工程布置164.4溢洪道水力计算174.5 构造设计24.6地基处理及防渗25 设计成果说明8附图一：枢纽布置平面图 8附图二：坝轴线处地质剖面图 81 基本资料及设计数据1.1 基本资料1.1.1 概况平山水库位于G县城西南3公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28公里， 流域面积为 556 平方公里，坝址以上控制流域面积 431 平方公里；沿河道有地势比较平坦的小 平原，地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低.最低高程为62.5m左右；河床比降3 %。

3、, 河流发源于苏塘乡大源锭子，整个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富 的木材，竹子等土特产.由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均 时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源。1.1.2 枢纽任务 枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进行开发。根据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机9000千瓦.防洪方 面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下 游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽在通过设计洪水流

4、量时，控制最大泄流 流量不超过 900 m3 /s. 在航运方面，上游库区能增加航运里程 20 公里，下游可利用发电尾水 等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为 25 吨的筏道。1.1.3 地形，地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山势陡峭，河谷 边坡一般为60。70。，地势高差都在80120m,河谷冲沟切割很深，山脉走向大约为东西方向， 岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S 形，沿河沙滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山嘴下游一带及坝下陈家上游一带更为发育， 其他地方则很少，在坝轴下游

5、 300m 处的两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，岩基产状凌乱。地质情况：靠上游有泥盆五通砂岩靠下游为二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通砂岩上面。 地质构造特征有：在平山嘴以南，即石灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾 向大致向北西，在第一坝轴线左肩的五通砂岩，特别破碎，在 100 多米范围内就有三，四出小 断层，产状凌乱，坝区右岸破碎达 60 米的钻孔岩芯获得率仅为 20%，可见岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率都很小，右岸一般为 0.0010.01，个别达到 0.070.08，而左岸多为 0.0010.01。坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山嘴大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区均

6、 无影响，但后者朝南东方向延伸的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水有可能顺着溶洞 漏到库外，为此，目前正在加紧地质勘探工作，以便得出明确的结论和提出处理意见。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.55.0m, K=1 10-4 cm/s，浮容重Y10.7kN/m3,内摩擦角 =35。1.1.4 水文，气象1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水流量不能直接由实测径流分析 得到，必须通过降雨径流间接推求.根据省水文站由C城站插补延长得三天雨量计算频率：1000 年一遇雨量498.1mm, 200年一遇雨量348.2mm, 50年一遇雨量299.9mm,暴雨洪峰流量Q0 .= 1860m3/

7、s, Q0 5%=1550m3/s, Qi%=1480m3/s,多年平均来水量为 4.55 亿 m3。1%0.5%1%2）气象：多年平均风速10m/s,水库吹程D=9Km,多年平均降雨量430mm/年，库区 气候温和，年平均气温16.9 C,年最高气温40.5C，年最低气温一14.9 C。1.1.5 其他1）坝顶无交通要求2）对外交通情况水路：由B城至溪口为南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，为内河航运，全长256公 里，可通行36吨木船，枯水季只能通行3吨以下船只，水运较为困难。公路：附近公路线为AF干道，B城至C城段全长365KM，晴雨畅通无阻，但C城至坝址 尚无公路通行。铁路：D城为乐万

8、铁路车站，由B城至D城180KM，至工地有53公里。3）地震：本地区为 56度，设计时可不考虑。1.2设计数据1.2.1 工程等级 根据规范自定。1.2.2水库规划资料1）正常水位（设计洪水位）： 113.1m；2）最高洪水位（校核洪水位）： 113.5m；3）死水位：105.0 m （发电极限工作深度8m）；4）灌溉最低库水位： 104.0m；5）总库容： 2.00 亿 m3；6）水库有效库容：1.15亿m3；7）库容系数： 0.575；8）发电调节流量Qp=7.35m3/s，相应下游水位68.2m；9）发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应下游水位68.65m；10） 通过设计洪水

9、位流量（Q1%）时，溢洪道最大泄水量Q =1340 m3/s,相应下游最高1%max洪水位 74.3m。1.2.3 枢纽组成建筑物1）大坝：布置在 1#坝轴线上；2)溢洪道：堰顶高程为 107.50m；3) 水电站：装机容量9000KW, 3台机组，厂房尺寸为30x9m2；4) 灌溉：主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s,相应 渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1:1；5) 水库放空隧洞：为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程 为70.0m，洞直径为3.5m。6) 筏道：为干筏道，上游坡不陡于1:4,下游坡不陡于1:3,

10、转运平台高程115.0m，平台 尺寸为30x20m2。1.2.4筑坝材料1) 土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下1.5-3.0km丘陵区与平原地带，储量多，质量尚 佳，可作为筑坝材料，其性能见表 1.1。2) 砂土：可从坝上下游0.5-3.5km河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见表1.2。3) 石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，其性能 见表 1.3。表 1.1 土料特性表土壤类别干容重Y d (KN/m3)最优含水率 W最优()孔隙率 n (%)内摩擦角粘聚力C(Kpa)渗透系数K( cm/s)粘土15.4254018 30371 X 10-6壤土15

11、.814.541.723 41121 X 10-5坡土16.022.539.822(湿)33(干)7.5 (湿)1 X 10-3表 1.2 砂土特性表土壤类别干容重Y d (KN/m3)孔隙率n (%)内摩擦角渗透系数K( cm/s)浮容重Y (KN/m3)砂土1640.63001 X 10-210.06表 1.3 石料特性表干容重Y d (KN/m3)孔隙率n (%)内摩擦角1.833382 枢纽布置2.1 枢纽的组成建筑物及等级2.1.1 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

12、.1.2 工程规模 根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准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，即20/15=1.33万ha,在3.330.33 万ha之间，属III等工程；根据电站装机容量9000千瓦，即9MW,小于10MW,属V等工程；根据 总库容为2.00亿m3,在101.0亿m3,属II等工程。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，故本水库枢纽为II等工程。3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，11等工程的主要建筑物为2级 水工建筑物,所

13、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。2.2各组成建筑物的选择2.2.1 挡水建筑物型式的选择 在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。1）重力坝方案 从枢纽布置处地形地质平面图及 1#坝轴线地质剖面图上可以看出,坝址基岩为上部为五通 砂岩,下面为石英砂岩和砂质页岩,覆盖层沿坝轴线厚1 . 5 5 . 0m ,五通砂岩厚达3 0 80m ,若 建重力坝清基开挖量大，目前C城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等 材料运输不方便,且不能利用当地筑坝材料,故修建重力坝不经济。2）拱坝方案 修建拱坝

14、理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其 枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓， 峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。3）土石坝方案土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可 实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以 采用土石坝方案。2.2.2 泄水建筑物型式的选择 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

15、河谷呈马鞍形，右 岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力 大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。2.2.3 其它建筑型式的选择1）灌溉引水建筑物 采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段； 洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。 主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深 1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1:1。2）水电站建筑物 因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。3）过坝建筑物主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为30X20m2,上游坡不陡于1:4, 下游坡不陡于 1:3。4）施工导