西南地区某水利工程土石坝毕业设计(斜心墙土石坝)

第一章土石坝工程概况1.1工程流域概述该江位于我国西南地区，该江从东南向西北流向，全长约为122公里，该流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积约为780平方公里。本流域大多部分为山岭地带，山脉山丘和盆地交错于其间，地形变化多端，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，汛期河流的含沙量较大，流速快。全区农田面积仅占总面积的20％，林木面积约占全区的30％，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖，冲积层较厚，土多，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，纵横交错，交通不便，故居民较少。1.2工程地质资料1.2.1坝址地质资料该坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，纵横交错构成高山深谷的地貌特征，汛期河流的含沙量较大，流速快，冲积层较厚，土多，两岸有崩塌现象，适合用土石坝。1.2.2地震资料本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。1.3当地气候特征1.3.1气温情况该地年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，平均发生在7-8月，最低气温为-5.3度，平均发生在1-2月份。表1-1月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-5平均温度日数月份日数平均温度21232456789101112℃61.20.3000000003.1℃25.026.830.7303130313130313027.9℃0000000000001.3.2降水量情况该地最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表1-2各月降雨日数统计表日数月份平均降雨量1234567891011125mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.35~10mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.110~30mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.130mm0000000000001.3.3风力和风向通常1-4月风力较大，实测最大风速为19.1m/s，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库平均吹程为15公里。实测多年平均风速14m/s。1.4当地水文特征该江水量的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊，河流调节径流。根据实测水文气象资料研究研讨，通常是每年五月底六月初河水开始上涨，汛期开始后，到十月以后洪水开始逐渐下降，导致枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形式陡涨猛落，迅速而快，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为0.5秒立米。1.4.1日常径流资料坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。1.4.2洪峰流量资料经过频率的分析，可以求得不同频率的洪峰流量如下表1-7，1-8所示，山区洪水的特性是暴涨暴落，迅速飞快的。表1-3不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量25201880142011801040表1-4各月不同频率洪峰流量（秒立米）1234567891011121％4619121960012401550121067039028372％3617111553011201360109060031023335％23149114208501100830480250162810％19117937076098072041021015231.4.3固体径流资料该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤／立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。1.5建筑材料物理力学性质1.5.1物理力学性质概述（1）土料：（见表1-5，表1-6）（2）石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。表1-5料场名称物理性质渗透系数10-6cm/s力学性质化学性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数cm2/kg有机含量灼热法%可溶盐含量%流限%塑限%塑性指数砾砂粘土最大干密度g/cm3最优含水量%内摩擦角deg凝聚力kPa湿干粗中细粉2mm2~0.5mm0.5~0.05mm0.05~0.005mm0.005mmKN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表1-6砂砾石的颗粒级配颗粒直径料场300~100100~6060~2020~2.52.5~1.21.2~0.60.6~0.30.3~0.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表1-7砂砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率%32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱粒%2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.0×10-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表1-8各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上34°30′35°50′35°10′2#上35°00′37°10′36°00′3#上34°40′36°40′35°40′4#上35°10′37°40′36°30′1#下34°10′36°30′35°20′2#下35°20′38°00′36°40′3#下34°30′37°10′35°50′4#下36°00′38°20′37°10′1.6工程说明本工程正常蓄水位为2822.5m，对应水库库容为454.5×106m3，装机24MW。根据GB50201—94《防洪标准》及SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》的有关规定，查《水利水电工程等级划分及设计标准（山脉、丘陵部分）》由总库容在1-10亿立方米初定该工程为大（2）型工程，由装机容量等指标定位小（1）型，根据“各不同标准指标分属时，采用其中最高级别来控制”的原则，最终由水库库容确定该工程规模为大（2）型。所以判别出枢纽的主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。为了贯彻执行国家的水利技术政策，为了达到既经济又安全的目的，把该水利水电枢纽工程按其规模、收益以及在国民经济中的重要性分为不同等级，为其后面的计算与施工提供基本基础依据。第二章坝型的选择2.1坝址选择选择坝址的时候，不仅要综合考虑防洪、灌溉、航运、生产、发电各部门的经济效益，还要考虑对枢纽上下游的生态环境影响和库区的淹没损失等，要使得综合效益最大，有害影响最小，经过，研究，比较，选择资料地形图所示河弯地段作为坝址，在选定坝址之后在坝址处根据地形条件比较、建筑材料比较、地质条件比较、施工条件、施工环境及工程量比较确定坝址的具体位置。2.2坝型选择一、坝型的选择坝型选择是大坝设计中首先而且必须要解决的一个至关重要的问题，它关系到整个枢纽的工期、投资以及工程量。地形、地质、环境、气候、坝高、筑坝材料、施工和运行条件等都是影响坝型选择的重要因素。水利枢纽中的拦河坝的型式主要有：支墩坝、重力坝、土石坝、拱坝及新型坝型如碾压混凝土坝、面板堆石坝等等。根据该地地形、地质条件和材料储备情况选出土石坝是最适合该地址的坝型。土石坝的坝型优点：施工方法选择灵活性大，结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维系性加高。能适应不同的施工方法，且施工速度快，工序简单、质量容易保证；筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料；适应地形变形能力强，土石坝三立体结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低，施工条件方便。土石坝坝型缺陷：施工导流不如其它坝型方便，工程造价因而相应也增加；由于坝体断面大，土料填筑质量会受气候影响；土石坝坝顶不能溢流，需另开泄洪隧洞或溢洪道。本工程坝址附近河谷内地地形平坦、有丰富的质量较好的堆石料，为了达到既经济又安全的目的，通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。2.3建筑物组成此水利枢纽中，枢纽建筑物以土石坝为主体，并包括泄洪建筑物、灌溉建筑物、发电引水建筑物、工业引水建筑物、水电厂房、开关站、排沙建筑物、放空水库的泄水建筑物、施工导流建筑物、过船建筑物、过木建筑物等。通常土石坝蓄水枢纽“三大件”即土石坝、溢洪道和水工隧洞。土石坝用以拦蓄洪水、形成水库，溢洪道用以宣泄洪水，确保大坝安全；水工隧洞则用以灌溉、发电、导流、泄洪、排沙等。2.4枢纽的总体布置2.4.1挡水建筑物——土石坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。2.4.2泄水建筑物——泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，水流经隧洞流出直接入主河道，对流态也有利。电站引水发电洞布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚，进出口相距30~40m以上。2.4.3水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置在凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间。风化岩层较厚，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房附近。总之，枢纽布置效果应该考虑到方方面面，以确保工程效益达到最理想值。不仅要综合考虑防洪、航运、发电、灌溉等部门的经济效益，还要考虑库区的淹没损失和枢纽上下游的生态影响等，要做到综合效益最大，有害影响最小。枢纽布置图见下图2-1所示。主厂房副厂房调压室引水隧洞泄洪隧洞导流隧洞放空洞开关站反弧段上坝公路上坝公路上坝公路上坝公路主变压器斜心墙上游马道下游马道下游马道棱体排水坝轴线27874950650055351061520010005002002002001:31:2.751:2.251:2.51:2.7527882826.6280227762758上坝公路27892806277027522760D=12m2755.51：3图2-1土石坝