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水工建筑物土石坝设计

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(3)、泄水建筑物;该工程兼顾防洪,故其包括泄洪隧洞和冲沙放空洞,均与导流隧洞结合。

3.2、枢纽总体布置

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、取水建筑物—取水隧洞;进行灌溉的取水采用隧洞形式,取水口布置在凸岸,隧洞出口与总干渠相连接。

3、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,这样对流态也较为有利,考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸,泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。

综合考虑各方面因素,最后决定枢纽布置如地形图所示。

第四章、大坝设计

4、1、土石坝坝型的选型

影响土石坝坝型选择的因素很多,最主要的乃至起决定性的是附近的筑坝材料,还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理等。应选择几种比较优越的坝型,拟定剖面轮廓尺寸,进行比选工程量、工期、造价、最后选定技术上可靠,经济上合理的坝型。 均质坝:

材料比较单一,施工简单,但坝身粘性较大,断面大,用料多,填筑施工易受将于和冰冻的影响。除此之外,该坝址处无足够适宜的土

料来作均质坝(坝址附近可筑坝的土料只有9万m3 ,远远不能满足要求),因此均质坝方案不可行。 堆石坝:

坝坡较陡,工程量减小。堆石坝施工干扰相对较小。坝址附近有储量为6万m3 的石料,其主要为石英砂岩,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。但是由于河床地质条件较差,岩基为弱风化岩层,如果用堆石坝可能导致大量的开挖,此方案不予考虑。

塑性心墙(以砂砾料作为坝壳,以粘土料作防渗体设置在坝剖面的中部作心墙,与斜墙坝相比工程量相对较小,适应不均匀变形,抗震性能较好,但要求心墙粘土料与坝壳沙砾料同时上升。从筑坝材料来看,由于坝址上游1~1.5km内有可供开采的筑坝的土料9万m3 ,其粘性很强,是很好的防渗材料,可作防渗体之用;又坝址下游1~2km范围内有约6万m3 的石英砂岩和10万m3的石渣料作为坝壳,由此可知心墙坝是可行的,因而最终采用斜心墙坝的方案。

4.2、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、防渗体等排水设备。 1、坡顶高程

坝顶高程分别按设计工况、校核工况来计算大坝的高程,最后计算出数据取最大值,同时并保留一定的沉降值。坝顶高程在水库正常运用和非常─运用期间的静水位以上应该有足够的超高,以保证水库不漫

顶,其超高值y按下式而定:

y=R+e+hc

式中 R───波浪在坝坡上的设计爬高(m);e──最大风壅水面高度;

hc──安全加高(m),根据坝的等级及运用情况按下表选用 土石坝坝顶的安全超高值:

运用情况 设计 校核(山区丘陵区) Ⅰ 1.5 0.7 坝的级别 Ⅱ Ⅲ 1.0 0.7 0.5 0.4 Ⅳ、Ⅴ 0.5 0.3 2v0De?Kcos? 最大风雍水面高度按下式计算

2gHm式中 K—综合摩阻系数,取3.6×10;v0—为计算风速(m/s),

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本设计为多年平均最大风速10.5 m/s;D─风区长度(m),D=0.3km=300m ;?─风向与坝轴线的法线方向所成的夹角,因风向垂直于坝面,故?=0°;Hm—坝前水域的平均水深,可查地形剖面图得。

22v0D?615.75?300e?Kcos??3.6?10?1?5.22?10?4m 2gHm2?9.8?26.222v0D?610.5?300e?Kcos??3.6?10?1?2.24?10?4m 2gHm2?9.8?27.1平均波浪爬高Rm可按下述公式计算:Rm?K?Kv1?m2hmLm 式中:K?───坝坡的糙率渗透性系数,块石为0.75~0.8;Kv—经验系数,按《水工建筑物》取1.0。hm,Lm──平均波高与平均波长,选用《水工建筑物》公式计算可得;m—边坡系数,据经验取2.5。

坡顶高程计算成果表

计算情况 设计情况 计算项目 上游静水位(m) 河地高程(m) 坝前水深Hm(m) 风区长度D(m) 风向与坝轴线夹角? 风浪引起坝前雍高e(m) 风速v0 (m/s) 平均波高hm (m) 平均波长Lm(m) 护坡粗糙系数 上游边坡系数 波浪沿坝坡爬高(m) 安全超高A (m) 坝顶高程(m) 坝顶高程加0.4%沉陷(m) 0.27 0.5 381.57 383.10 0.000522 1.5×10.5=15.75 0.18 4.49 0. 8 2.5 0.17 0.3 382.17 383.70 380.8-354.6=26.2 300 0° 0.000224 10.5 0.11 3.0 380.8 350 381.7-354.6=27.1 381.7 校核情况 坝顶高程结果取两者之大者,并预留一定的沉降值.结果见下表,设计竣工时坝顶高程为383.70m.所以坝高为383.70-354.6=29.1m.

2、坝顶宽度

坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件,同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。坝顶的最小宽度按下面的方法确定:当坝高H小于lOOm时,坝顶最小宽度Bmin取为H/10,并不小于3m;本设计坝高为29.1m故拟定坝顶宽度为5.0m。 3、坝坡设计

土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。其范围大致在1:2~1:4之间。当坝较高时,可每隔8-15m变一次坡,相邻坡率差取0.25-0.5,变坡处下游通常设置1.5—2.0m宽的马道。在满足稳定要求的前提下,应尽可能使坝坡陡些,以减小坝体工程量。

根据规范规定与实际结合,上游坡率取1:3.0。此坝高度不大,可仅在下游设置变坡,下游上部坡度1:2.5,下部坡率1:3.0。

在下游坝坡改变处,设置2m宽的马道以使汇集坝面的雨水,防止冲刷坝坡,并同时兼作交通、观测、检修之用。 4、坝体排水

坝体浸润线位置不高,没有必要降低坝体浸润线,故采用贴坡排水。此种排水形式石料用量少,施工方便,便于检修。排水层厚度取为0.5m,顶部按规范要求高出浸润线逸出点1.5m。 5、大坝防渗体

大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面. (1)、坝体的防渗

水工建筑物土石坝设计

(3)、泄水建筑物;该工程兼顾防洪,故其包括泄洪隧洞和冲沙放空洞,均与导流隧洞结合。3.2、枢纽总体布置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、取水建筑物—取水隧洞;进行灌溉的取水采用隧洞形式,取水口布置在凸岸,隧洞出口与总干渠相连接。3、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
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