土石壩設計步驟學習資料

1、精品文檔一、工程等別及建筑物級別根據(jù)SL252-2000水利水電工程等級劃分及洪水標準或 DL5180-2003水電樞紐 工程等級劃分及設計安全標準，綜合考慮水庫總庫容、防洪效益、電站裝機容量、 灌溉面積等指標，工程規(guī)模由庫容（正常蓄水位時23.28億立方米）控制，屬于大 型。_攔河大壩、溢洪道、發(fā)電引水建筑物等為1級建筑物，電站廠房為引水式岸 邊廠房，屬次要建筑物，確定為2級，圍堰、導流隧洞等臨時建筑物為3級建筑物。攔河壩為粘土心墻土石壩正常運用（設計）洪水重現(xiàn)期為 年；非常運用（校 核）洪水重現(xiàn)期為 年。電站廠房設計洪水標準為洪水重現(xiàn)期 年，校核洪水標 準為洪水重現(xiàn)期年。消能防沖設計洪水標

2、準為洪水重現(xiàn)期 年；導流建筑物洪 水標準為洪水重現(xiàn)期 年。二、洪水調(diào)節(jié)計算1、防洪庫容的確定珊溪工程以發(fā)電灌溉為主，兼有防洪等綜合利用效益的樞紐。為減免沿江兩 岸10萬畝農(nóng)田和居民的洪澇災害，要求珊溪水庫建成后，控制二十年以下的洪水， 在下游峃口處最大流量不超過3300秒立方米。為滿足峃口處二十年洪水流量不超過 3300秒立方米（二十年洪水天然洪峰流 量9580秒立米），考慮了壩址與區(qū)間的洪水組合。今以峃口處同樣發(fā)生二十年一遇洪水為準， 分別取壩址也發(fā)生二十年一遇洪 水、區(qū)間發(fā)生相應洪水與區(qū)間也發(fā)生二十年一遇洪水 （2520秒立米）、壩址發(fā)生相 應洪水兩種組合情況進行分析，分析計算壩址控制的下

3、泄流量取區(qū)間洪峰流量與 控制泄量3300秒立米之差，計算結(jié)果以區(qū)間發(fā)生二十年一遇洪水（2520秒立米）、壩址發(fā)生相應洪水的組合，要求珊溪水庫蓄洪庫容最大。故以此作為對下游控制 泄量（3300 2520= 780）秒立米。當洪水流量C來水780秒立米時，來多少放多少，水庫水位保持不變；當 Q 來水 780秒立米時，就需要控制下泄流量，使Q下泄二780秒立米，將超過下游 安全泄量的的那部分來水暫時攔蓄在水庫中，這部分庫容即為防洪庫容 V防。資料給定正常高水位為160m查水位庫容曲線可得到正常庫容 V正常。V 正常+ V防=V總防，查水位庫容曲線可得到防洪限制水位高程Z防 2、設計洪水位、校核洪水位

4、的確定設計洪水位、校核洪水位的調(diào)洪演算必然要涉及泄洪建筑物和過水能力問 題，因此必須注意與后續(xù)階段中有關(guān)設計工作的配合，有時甚至交叉進行設計'一般可以先擬定幾組泄洪建筑物的孔口尺寸，進行調(diào)洪演算得出相應的上游水位和下泄流量，在滿足防洪要求的前提下，經(jīng)分析比較選定合理的設計方案?，F(xiàn)采用壩頂溢流或河岸式溢洪道 4孔，每孔12米，堰頂高程150.0米，初步 估算時m取0.40。設計洪水位、校核洪水位的調(diào)洪演算：洪水來臨初期，按“ 20年一遇”洪水標準處理，即C來水780m3/s時，來多 少放多少，水庫不蓄水，水位仍處于正常水位高程；當 C來水780m3/s時，為滿 足防洪要求，就需要控制下泄

5、流量，只能宣泄 780m3/s，其余來水暫時攔蓄在水 庫中，水位逐漸升高，當水庫水位達到防洪限制水位時，進行設計洪水位、校核 洪水位的調(diào)洪演算。C來水 q下泄能力 時，控制閘門開度，放走C來水C來水 qT泄能力 時，閘門全打開，按最大q下泄能力放水，多余水量繼 續(xù)蓄在水庫內(nèi)，水位上升到最高時，即為設計洪水位或校核洪水位。三、壩型選擇及樞紐布置1、壩址及壩型選擇壩軸線的位置，應根據(jù)壩址附近的地質(zhì)、地形條件通過定性分析確定；壩型 選擇，應根據(jù)壩址處的地形、地質(zhì)、建筑材料，宣泄洪水的能力以及抗震性能等 特點，通過定性分析，初步選擇23種壩型。由于時間的原因，每人獨立完成指 導老師指定的壩型設計，可主

6、要對原則與要求進行闡述，然后說出本工程所選方 案的理由和優(yōu)缺點。本工程在選定的壩址河段，從上到下順次布置了 5條勘探線，第V勘探線離第 I勘探線270米，已處在河流折向段，所以實際上可供選擇的壩軸線只能在第 I III勘探線。而且從這三條勘探線的地形、地質(zhì)條件來看，拱壩軸線只能布置在第 I、II 勘探線間；當?shù)夭牧蠅螇屋S線只能布置在第II勘探線附近；重力壩壩軸線可以在 第II、III勘探線范圍內(nèi)任意選擇。因此，壩軸線選擇與壩型選擇密切相關(guān)。2、樞紐組成建筑物1）擋水建筑物：攔河大壩2）泄水建筑物：溢流壩或河岸式溢洪道、泄空洞3）水電站建筑物：引水系統(tǒng)、電站廠房、開關(guān)站4）導流建筑物：導流隧洞、

7、上下游圍堰3、樞紐總體布置四、擋水建筑物設計壩體布置按如下步驟進行：1)先要進行地基處理，得到開挖后可利用基巖的 河谷斷面圖和地形等高線圖；2)計算壩頂高程；3)在壩址的地形地質(zhì)剖面上確定 壩長(壩頂高程線與開挖線交點之間的距離)，并確定始末樁號； 4)在平面圖上 確定壩軸線位置及始末樁號；5)布置各壩段及其始末樁號，確定特征剖面位置及 其樁號。1、壩頂高程的確定根據(jù)碾壓式土石壩設計規(guī)范SL2742001規(guī)定，壩頂高程分別按照正常 蓄水位加正常運用條件下的壩頂超高、設計水位加正常運用條件下的壩頂超高、 校核水位加非常運用下的壩頂超高進行計算，若該地區(qū)地震烈度大于70,還需考 慮正常蓄水位加非常

8、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。 設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高d 校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高d 正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高d+地震安全加高壩頂高程在水庫正常運用和非常運用期間的靜水位以上應該有足夠的超高， 以保證水庫不漫頂，其超高值d按下式計算：d R e A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)平均波咼(m)平均波浪 爬高(m)風浪壅咼(m)設計爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設計校核2、壩坡壩坡應綜合考慮壩型、壩高、壩的級別、壩體及壩基材料的性質(zhì)、荷載、施 工和運用條件等因素，經(jīng)技術(shù)

9、經(jīng)濟比較后確定。土質(zhì)防滲體土石壩、瀝青混凝土心墻和面板壩可參照已建成壩的經(jīng)驗或近似 方法初步擬定壩坡，最終壩坡須經(jīng)穩(wěn)定計算確定。表 1、表2分別給出，均質(zhì)壩和 分區(qū)壩壩坡參考值。一般情況下，上游壩坡應較下游壩坡緩；下部壩坡應比上部緩。常用土石壩壩坡一般在1:21:4之間 表1均質(zhì)壩壩坡參考值壩殼部分心墻部分壩高平臺頂寬平臺上游坡下游坡頂寬邊坡囚5級數(shù)(由上而卜)1 :( 2.02.25 )1 :( 2.252.5 )(由上而卜)1 :( 1.752.0 )1 :( 2.02 25 )1 : 0.215252.0121 :( 2.252.5 )1 :( 2.52.75 )1 :( 2.02.25

10、)1 :( 2.252.50)2.01:(0.150.25)25352.021 :( 2.52.75 )1 :( 2.753.0 )1 :( 3.03.50 )1 :( 2.252.50)1:(2.52.75)1 :( 2.753.0 )2.51:(0.150.25)表2分區(qū)壩壩坡參考值塑性指數(shù)較高的亞黏土塑性指數(shù)較低的亞黏土壩高(m平臺上游坡下游坡壩高(m平臺上游坡下游坡頂寬(m級數(shù)由上而下由上而下由上而卜由上而卜由上：而卜由上而下v 151.511: 2.51 : 2.25v 151.511 :2.251 :2.001: 2.751 : 2.51 :2.501 :2.251525221:

11、2.751 : 2.51525221 :2.501 :2.251: 3.01 : 2.751 :2.751 :2.502535231: 2.751 : 2.51 :2.501 :2.251: 3.01 : 2.752535231 :2.501: 3.501 : 3.501 :2.753、壩頂寬度壩頂寬度應綜合考慮構(gòu)造、施工、運行、抗震等因素確定。高壩的最小壩頂寬度可選用ioi5m中低壩可選用5i0m壩的級別高時應選大值，反之選小值4、壩體排水5、6大壩防滲體：包括壩體防滲和壩基防滲兩個方面6繪制大壩剖面7、土料設計：粘性土料設計、壩殼砂礫料設計8、滲流計算9、壩坡穩(wěn)定分析大壩上下游壩坡穩(wěn)定計算

12、成果表部位計算工況上游水位（m）下游水位（m取小女全系數(shù)（Kmin）規(guī)范值上游坡施工期1/3壩高穩(wěn)定滲流期水位降落期正常畜水位+地震下游坡穩(wěn)定滲流期（正常）穩(wěn)定滲流期（設計）穩(wěn)定滲流期（校核）正常畜水位+地震10、細部構(gòu)造設計1）壩頂構(gòu)造2）廊道系統(tǒng)3）壩體分縫4）止水5）壩體排水6）壩體混凝土的強度等級7）護坡8）排水設備9）反濾層的設計11、地基處理設計1）壩基的帷幕灌漿2）壩基排水3）壩基的加固處理 12、大壩工程量計算土石方開挖：弱風化、新鮮1 : 0.3 ;強風化1: 0.5 ;劇風化1:1五、泄水建筑物設計1、定性分析所選擇溢洪道型式2、 溢洪道布置包括平面和剖面：溢流堰型式-駝峰

13、堰、低實用堰、寬頂堰;3、進行水力學計算六、水電站引水建筑物設計由深式進水口、壓力隧洞、調(diào)壓井及高壓鋼管等主要建筑物組成。1、隧洞洞線選擇（根據(jù)給定的資料定性分析）2、洞徑的計算：洞徑D、，水能損失大，造價小；洞徑D大，水能損失小，造價 大3、進水口的布置與設計： 位置：根據(jù)樞紐總體布置要求，引水系統(tǒng)布置在右岸。 進口高程：進水口采用河岸斜坡式，位于壩軸線上游，進口中心高程為110米。 底板高程應在水庫設計淤沙高程以上 0.51.0米，以免堵塞進水口；頂部高程應 考慮在水庫最低運行水位下有一定的淹沒深度，以免產(chǎn)生旋渦而吸入空氣和漂浮 物，引起振動和噪音，減小引用流量，降低水輪機的出力。 進口段

14、、漸變段和閘門段的設計：進口曲線形狀必須適合水流收縮狀態(tài)，以免在曲線段形成負壓區(qū)，進口頂板曲線目前常用 1/4橢圓曲線，壩式進水口頂板常 做成斜坡，以便于施工。漸變段是由矩形閘門到圓形隧洞的過渡段，其長度L=（12） B進口段橫斷面一般為矩形，進口流速不宜過大，一般控制在1.5m/s左右。 攔污柵的設計：攔污設備的功用是防止漂木、樹枝等漂浮物隨水流帶入進水口。 洞式進水口的攔污柵常布置為傾斜的， 傾角為6070度左右，洞式進水口 一般采 用平面攔污柵。攔污柵凈面積由攔污柵的總面積按電站的引用流量和過柵流速攤 牌得出（平均過柵流速一般取0.81.0m/s）4、 水力計算：引水隧洞的水頭損失主要有

15、沿程水頭損失、局部水頭損失兩部分。5、壓力管道的設計1）管道內(nèi)徑的估算2）岔管處管道直徑的確定6調(diào)壓井1）設置調(diào)壓井的條件2）調(diào)壓井最高最低涌波計算3）調(diào)壓室的面積洞身結(jié)構(gòu)計算：荷載計算，內(nèi)力計算，應力及配筋（計算計算各種荷載組合 情況下各代表性隧洞斷面的內(nèi)力與配筋，并畫出配筋圖）；細部構(gòu)造設計，如灌 漿孔布置、分縫、排水等。七、水電站廠房設計1、位置：位于右岸牛坑溪出口左側(cè)山坡坡腳處2、廠房建筑物級別的確定-洪水標準3、水輪機選型1）水頭Hmax Hmin Hr選擇 HmaX的確定校核洪水位+機組滿發(fā)設計洪水位+機組滿發(fā) 正常蓄水位+臺機組發(fā)電 Hmin的確定設計低水位（即設計死水位）+機組滿發(fā) HaV的確定加權(quán)平均水頭可近似為（Hmax+Hmin）/2，對于引水式水電站設計水頭 Hr=Hav。2）水輪機主要參數(shù)選擇根據(jù)水頭工作范圍和設計水頭查資料初選水輪機型號。 轉(zhuǎn)輪直徑D1的計算 計算單位轉(zhuǎn)速 計算效率修正值和單位流量的修正值 檢驗水輪機實際工程范圍 計算允許吸出高度Hs4、主廠房的尺寸1）主廠房的長度：機組段長度X機組數(shù)+裝配場長度+邊機組段加長2）主廠房的寬度：由發(fā)電機層、水輪機層和蝸殼層三層的布置要求來共同決定。3）主廠房的高度首先定出各層的高程，才能確定主廠房的高度。水輪機安裝高程、尾水管底 板高程、水輪機層地面高程、發(fā)電機層地面高程、吊車軌頂