[电力水利]20xx年e江水利枢纽工程设计说明书、计算书

[电力水利]20xx年e江水利枢纽工程设计说明书、计算书内容摘要：

洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房旁边。 综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置见附图 3—— 枢纽平面布置图。 E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 20 6 第一主要建筑物 —— 大坝设计 土石坝坝型选择 影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。 应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。 本次设计 只作定性分析确定土石坝坝型选择。 均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，雨冬季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝 （ 经探时坝址附近可筑坝的土料只有 190 万 m3，远远不能满足要求 ） ，故而均质坝方案不可行。 堆石坝坝坡较陡，工程量减小。 堆石坝施工干扰相对较小。 坝址附近有坚硬玄武岩石料场一处，储量达 450 万 m3，开采条件较好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。 但由于河床地质条件较差，冲积层最大达 32m，平均也有20m，作堆石坝可能导致大量开挖，此方案也不予考虑。 塑性斜墙坝 （ 用砂砾料作为坝 壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙 ）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝。 塑性心墙坝 （ 以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝剖面的中部做心墙 ）与斜墙坝相比工程量相对较小，适用不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳砂砾料同时上升，施工干扰大、工期长。 从筑坝材料来看，由于坝址上下游 5km 内有可供筑坝的土料 190 万 m3作为防渗体之用，又有 1250 万 m3的砂砾料作坝壳，心墙坝和斜墙坝都是可行的。 本地区为地震区，基本烈度为 7 度，从抗震性能及适应不均匀变形来看宜采用心墙坝；从施工及气候条件来看宜采用斜墙坝。 由于本地区粘性土料自然含水量较高，不宜大量采用粘性土料，以薄心墙、薄斜墙较有利，又因坝基条件复杂、处理工程量大、工期长，以采用斜墙为宜。 经综合考虑斜墙坝与心墙坝各自的优缺点，拟采用斜心墙坝。 斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优点： 斜 心墙有足够的斜度，坝壳对心墙的拱效应作用减弱；斜心墙对下游支承棱体的沉降不如斜墙那样敏感，斜心墙应力状态较好，因而最终选择斜心墙坝方案。 E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 21 大坝轮廓尺寸的拟定 大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝 坡、防渗体及排水设备等。 坝顶宽度 根据交通要求及施工条件、防汛抢险的需要及以往工程的统计资料，本设计坝顶宽度采用 10m。 坝坡与戗道 根据《碾压式土石坝设计规范》 （ SL2742020） 有关规定 ， 上游坡率取 ，下游每隔 25m 左右 变坡一次，变坡处设马道，坡率自下而上依次为 、 、。 设置马道有利坝坡稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素马道宽度取。 坝顶高程 坝顶高程分别按设计和校核 两种 情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值，坝顶高 程计算成果见表 16，具体计算详见计算书三 —— 坝顶高程计算书。 坝顶高程由设计情况控制，设计坝顶高程 取 m。 表 61 坝顶高程计算成果表 序号 计算情况 计算项目 设计情况 校核情况 备注 1 上游静水位（ m） 2 河底高程（ m） 2750 2750 3 坝前水深 H(m) 4 吹程 D（ km） 15 15 5 风向与坝轴线夹角 (176。 ) 20 20 6 风速 V(m) 7 平均波高 h m (m) 1． 48 0． 96 8 平均波长 Lm（ m） 45． 6 29． 5 9 护坡糙率系数 0． 9 0． 9 10 上游 平均 坝坡 系数 2． 73 2． 73 E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 22 序号 计算情况 计算项目 设计情况 校核情况 备注 11 风浪引起坝前壅高 e(m) 0． 02 12 平均 波浪沿坝坡爬高 (m) 2． 55 1． 65 13 设计波浪沿坝坡爬高 (m) 5． 69 3． 68 14 安全超高 A(m) 15 坝项高程 加风浪墙高 (m) 2829． 71 2828． 34 16 坝项高程加 %沉陷 再加风浪墙高 (m) 2830． 01 2828． 64 其中风浪墙 高 坝体排水 本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。 按规范棱体顶面高程高出下游最高水位 为原则。 下游校核洪水时下游水位 ，最后取为。 参考以往工程，堆石棱体内坡取 1:，外坡取 1:，顶宽 ，下游水位以上用贴坡排水。 防渗体 （ 1） 坝的防渗体 ：坝防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防止开裂等要求为原则，并满足稳定的要求。 斜心墙顶高程以设计水位加 超高并高于校核洪水位的原则，最后取 ， 上留有 护层。 坝的防渗体为粘土斜心墙，其顶部最小厚度取 5m（满足规范要求的 3m 以上机械化施工要求）；底部最小厚度根据粘土的允许渗透坡降确定，本设计允许渗透坡降取 [J]=5，承受最大水头 ，斜墙底厚需大于 ，本设计取斜心墙上游坡为 1:，下游坡为 1:，底宽 满足规范要求。 （ 2）坝基防渗体 ：河床中部采用混凝土防渗墙，两岸因施工施工不便及冲积层逐渐减薄的改用粘土截水墙，根据混凝土防渗墙的强度和防渗、耐久性要求，墙厚度取。 防渗墙插入斜心墙的深度按 1/10 坝高取为 ，渗径 长度为 ，另根据上下游水位差 需要的渗径长度为 L=。 防渗墙位置在心墙底面中心偏上，底部嵌入岩基。 岸坡截水墙底厚度按承受最大水头及粘土允许坡降 [J]=5 取用，沿岸坡厚度逐渐变化，大坝剖面图见 附图 6。 E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 23 土料设计 筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法以及工程造价有关，按照坝体内材料分区尽量简单，就地、就近取材，因材设计。 土料设计主要任务是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。 粘性土料设计 （ 1） 计算公式。 粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验，求得最大干容重、最优含水量 (一般采用 25 击，其击实功能为 •m/m3)。 最优含水量确定原则以使土样最优含水量接近其塑限含水量，据此确定击数，得出多组平均最大干容重 γ max和平均最大优含水量，具体试验成果已在任务书中提供。 a、 设计干容重计算公式为： γ d=mγ max 式中： γ d—— 为设计干容重； m—— 为施工条件系数，或称压实度 ,本工程拦河坝为 Ⅱ 级建筑物 ,m值通常采用～ ，本工程取 m =。 设计 最优含水量为 ω o=ω o 用下列公式计算设计干容重作为校核参考： γ max=△s(1 Va)/(1+△s ω ) 式中： △s —— 为土粒比重； ω —— 为填筑含水量，以小数计（ ω =ω =ω pILIp，液性指数 IL=～）； Va 为压实土的含气量（粘土 Va=，砂质粘土 Va=，砂质壤土 Va=） 再用下式作校核： γ d≥ ～ (γ d)o (γ d)o—— 为土场自然干容重。 本工程拦河土石坝为二级建筑物，施工前 ,首先要进行现场碾压试验进行复 核，据以选定施工碾压数，根据规范要求压实度应不小于。 （ 2） 计算成果 ： 粘土料设计成果见表 17。 E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 24 表 62 粘土料设计成果汇总表 料场 比重 △ s 最大干容重 γ max (g/cm3) 最优含水量W0 (%) 塑限含水量 Wp (%) 塑性指数 Ip 自然含水量 W (%) 内磨擦角 θ 凝聚力C (KPa) 渗透系数 K (106cm/s) 设计干容重γ(g/cm3) 填筑含水量 W (%) 孔隙 比 e 湿容重γ w (g/cm3) 浮容重γ b (g/cm3) I下 24186。 67ˊ II下 25186。 50ˊ I上 23186。 17ˊ II上 21186。 50ˊ Ⅲ 下 280 （ 3） 土料的选用。 已经探明上、下游共有 5个粘土料场，总储量为 190 万 m3。 因地理位置不同，各料场的物理性质、力学性质和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则。 Ⅲ 下 料场因其渗透系数 K=30 106cm/s 偏大，其余均可采用，并以“近而好”为原则，选取塑性指数小于 20（其余均大于 20）的Ⅰ 下 料场为主料场，其余几个料场为辅助及备用。 坝壳砂砾料设计 （ 1） 计算公式。 坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下： Dr=(emaxe)/(emaxemin) 或 Dr=(γ dγ min) γ max /(γ maxγ min)γ d 式中： emax 最大孔隙比， emax =△ S/γ min1 emin 最小孔隙比， emin =△ S/γ max1 e 为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比 e =△ S/γ d1 △ S 为砂粒比重 γ min、γ max为最小、最大干容重，由试验求得 γ d 为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂砾石的干容重。 根据《碾压式土石坝设计规范》（ SL2742020）规定：砂砾石的相对密实度E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 25 不应低于 ,砂的密实度不应低于 ,反滤料宜为 . 因本工程址处地震基本烈度为 7 度 ,根据《水工建筑物抗震设计规范》（ SL20397）要求：对于无粘性土压实，要求浸润线以上材 料的相对密度不低于 ,浸润线以下材料的相对密度选用 ～ ,对于砂砾料 ,当大于 5mm的粗料含量小于 50%时，应保证细料的相对密度满足上述无粘性土压实的要求，并按要求分别提出不同含砾量的压实干密度作为填筑控制标准。 （ 2） 计算成果：砂砾石颗粒级配分析见计算书四， 砂砾料设计成果见表 18。 表 63 砂砾料设计成果汇总表 料场 比重△ s 内磨擦角 凝聚力 C (KPa) 渗透系数K (102cm/s) 不均匀系数η 大于 5mm砾石含量(%) 设计孔隙比 e 保持含水量W(%) 设计干容重(g/cm3) 湿容重γ w (kN/m3) 浮容重 γ b (g/cm3) 1上 35186。 10ˊ 0 2 48 5 2上 36186。 00ˊ 0 2 46 5 3上 35186。 40ˊ 0 2 29 5 4上 36186。 30ˊ 0 2 40 5 1下 35186。 20ˊ 0 2 38 5 2下 36186。 40ˊ 0 2 42 5 3下 35186。 50ˊ 0 2 65 5 4下 37186。 10ˊ 0 2 45 5 （ 3） 砂砾料的选用。 砂砾料场上下游共 8 处，总量为 1850 万 m3，大坝工程在400 万 m3左右。 施工时可考虑上游料填在坝的上游侧，下游砂砾料填在 下游侧，这样有利于施工，减小相对干扰。 3上 料场砂砾料的不均匀系数不满足要求 (η =2930)，不作为料场。 考虑到筑坝用砂砾料的均匀性，含砾石量控制在 40%左右。 如此， 3下 料场的含砾料比其它料场均高得多，不作为砂砾料场。 从颗料级配曲线可以看出 4上 、 1下 料场砂砾料的颗粒级配明显较好，物理力学指标也较高，设计中优先采用，作为主料场 ，其余 料场作为辅助和备用料场。 渗流计算 计算方法 选择水力学法解土坝渗流问题。 根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题，计算 假定任一铅直过水断面内各点渗E 江水利枢纽工程设计说明书 及计算书 26 透坡降均相等。 计算简图如下。 通过心墙及地基防渗墙的渗流量 ： qⅠ =K(H2H12)/(2Bsina)+K2(H1T1)T/D 通过下游坝壳和地基的渗流量 ： qⅡ =K1(H12T12)/(2L1)+KT(H1T1)T/（ L+） 式中： K—— 防渗体渗透系数， K=10 6cm/s； K1—— 砂砾料坝壳的渗透系数， K1=210 2cm/s； K2—— 砼防渗心墙的渗。