【正文】 土石 壩課程設計 I 水工 建筑物課程設計 土石壩 課程設計 專 業(yè)： 水利水電工程 班 級： 水電 XXXX 姓 名 : XXXX 學 號： XX 指導教師： 成 績： 土石 壩課程設計 II 目錄 一、 基本資料 ...................................... 1 壩址區(qū)自然條件 ............................... 1 壩址區(qū)地質條件 ............................... 2 建筑材料物理力學指標 ......................... 3 其它資料 .................................... 4 二、 樞紐布置 ...................................... 5 壩型選擇 .................................... 5 樞紐建筑物及其布置 ........................... 6 三、 剖面設計 ...................................... 8 壩頂高程 ..................................... 8 壩頂寬度 .................................... 13 壩坡 ........................................ 13 壩底寬度 .................................... 13 四、 土料設計 ..................................... 14 土料設計 .................................... 14 填筑標準設計 ................................ 15 五、 防滲排水設計 .................................. 16 滲流計算（電算） ............................ 16 滲透破壞驗算 ................................ 24 排水設施選擇 ................................ 25 六、 土石壩穩(wěn)定計算 ................................ 25 土石 壩課程設計 III 七、 土石壩的地基處理 .............................. 33 土石壩的壩基清理 ............................ 33 土石壩的防滲處理 ............................ 34 八、 土石壩兩岸連接建筑物設計 ...................... 34 土石壩與壩基的連接 .......................... 34 土石壩與岸坡的連接 .......................... 35 九、 土石壩細部構造設計 ............................ 35 壩頂 ........................................ 35 防滲體 ...................................... 36 排水設施 .................................... 37 護坡與貼坡排水 .............................. 37 主要參考文獻 ....................................... 40 土石 壩課程設計 1 一、 基本資料 小浪底水利樞紐工程是以防洪（包括防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發(fā)電、蓄清排渾，除害興利的綜合利用的水利樞紐。小浪底水利樞紐工程屬一等工程，主要建筑物為 1 級，按千年一遇洪水設計，洪峰流量為 40000m3/s（三門峽水庫不控制的情況下）。水庫防洪限制水位 275m，總庫容 億 m3，長期有效庫容 51 億 m3為不完全年調節(jié)水庫。電站總裝機容量 180 萬千瓦，正常運用期的保證出力為 30 萬千瓦。 壩址區(qū)自然條件 小浪底工程位于黃河中游最后一個峽谷的出口，上距三門峽水庫130km，下游是黃淮海平原。壩址處河道自西向東，水面寬約 200m，河床底寬 400m～ 600m，河床最低高程約 130m，河灘分布在南岸。距離地面十米處的風速為 15m/s，吹程為 6km。 本地區(qū)地震基本烈度為 7 度，擋水建筑物要求按 8 度地震烈度設計，非擋水建筑物設防烈度為 7 度，峰值加速度為 ?；炷僚c基巖之間的抗剪摩擦系數(shù) f=。 由于受地形、氣候、產(chǎn)流條件的影響，黃河徑流的地區(qū)分布很不平衡。大部分徑流來自蘭州以上及龍門到三門峽區(qū)間。受大氣環(huán)流和季風的影響，黃河徑流的年際變化較大，年內分配很不均衡。干流及較大支流汛期徑流量占全年的 60%左右，每年 3 月份 6 月份，徑流 土石 壩課程設計 2 量只占全年的 10%20%，小浪底水利樞紐控制黃河 90%的水量。 黃河流域的洪水主要由暴雨形成，發(fā)生時間為 610 月，其中大洪水和特大洪水的發(fā)生時間，蘭州以上一般在 7 月 9 月，三門峽 花園口之間在 7 月中旬到 8 月中旬。黃河洪水的洪峰形式，上游為矮胖型，洪水歷時較長，洪峰較低。 中游洪水形式為高瘦型，洪水歷時較短，洪峰較高。 小浪底樞紐 2021 年水平年設計多年平均年徑流為 億 m3，設計年均輸沙量 億 t，年平均含沙量 ，在天然情況下汛期 7 月～ 9 月來沙量占 85%。不同頻率的洪峰流量見下 。 表 11 不同頻率的洪峰流量表 頻率 1 洪峰流量（ Q/m3） 52300 40000 27500 黃河徑流的泥沙含量居世界首位，多年平均含沙量 ，多年平均輸沙量 億 T。在一年之中，泥沙主要集中在汛期，干流站 79 月沙量占全年沙量的 80%左右，支流站接近 100%；汛期沙量又集中在幾次暴雨洪水之中。黃河泥沙約有 1/4 沉積在下游河床，致使下游河床每年以 10cm 速度抬高。小浪底水利樞紐控制近 100%的沙量。 壩址區(qū)地質條件 小浪底工程壩址河床覆蓋層最深達 74m。 壩址區(qū)出露基巖為二、三疊系砂巖和粘土巖互層，壩址左岸岸坡較陡，由紫紅色砂巖夾薄層粘土巖組成，基巖出露高程為 290m～ 300m，出露的地程其上為黃土 土石 壩課程設計 3 覆蓋，厚 10m～ 20m。壩址右岸岸坡較緩，離河岸較遠處基巖出露高程為 380m～ 400m，由青灰色砂巖和紫紅色粘 土巖組成。 壩址區(qū)斷裂構造發(fā)育，沿壩軸線有 13 條斷層，其中對大壩影響較大的 F1 斷層位于河床右岸岸邊，走向大致與河道平行，斷層帶物質為斷層泥、角礫及巖粉，為一隔水斷層。 河床砂卵石覆蓋層厚度一般為 30m～ 40m，最厚約 80m，河床右側覆蓋層下有一基巖陡坎，壩軸線處陡坎高 45m，坎的坡度約為 1：，向上游陡坎逐漸變緩直至消失。 壩址區(qū)兩岸及壩肩基巖泥化夾層發(fā)育，其抗剪強度指標： f=～， C=10 kpa。夾層抗剪強度低，給壩體、壩肩均帶來嚴重的穩(wěn)定問題。 建筑材料物理力學指標 粘土在天然狀態(tài)下：粘粒含量 30%～ 40%；天然含水量 23%～ 24%；塑性指數(shù) 15～ 17；不均勻系數(shù) 50；有機質含量 %；水溶鹽含量 2%；塑限 17%～ 19%；比重 ～ 。擾動后的主要物理力學指標為干容重 。飽和容重 ；浮容重 ；滲透系數(shù)1106cm/s。 砂礫石滲透系數(shù) 3103cm/s；內摩擦角： φ=25176。；比重 ，不均勻系數(shù) η=15。 表 12 不同礫石含量設計干容重參考值表 土石 壩課程設計 4 大于 5mm的含礫量 P（ %） 10～ 20 21～ 30 31～ 40 41～ 50 51～ 60 61～ 70 設計干容重（ kN/m3） 其它資料 工程規(guī)模 小浪底水利樞紐位于三門峽水利樞紐下游 130 公里、河南省洛陽市以北 40 公里的黃河干流上， 下距鄭州花園口 128 公里，工程以防洪（包括防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發(fā)電、蓄清排渾，除害興利，樞紐是由攔河大壩及泄水排沙等建筑物組成。攔河大壩總長1667m， 泄洪建筑物由泄洪底孔和溢洪道組成，溢洪道布置 3 孔閘門，閘門尺寸 。 工程總庫容 億 m3，按水利部、能源部頒布的水利水電工程的分等分級指標，確定樞紐為 Ⅰ 等工程，主要建筑物為 1 級，次要建筑物為 2 級，臨時建筑物為 3 級。洪水設計標準按千年一遇設計，萬年校核。 水文、水利計算及調洪演算成果 經(jīng)洪水調節(jié)計算，確定的水庫特征水位及庫容成果如下表所示： 表 13 水庫水位與庫容表 序號 項 目 單位 數(shù)值 備 注 土石 壩課程設計 5 1 死水位 m 2 汛限水位 m 3 正常蓄水位 m 4 設計洪水位 m P=% 5 校核洪水位 m P=% 6 下游最高水位 m 7 防洪庫容 億 m3 8 有效庫容 億 m3 9 初始庫容 億 m3 10 總庫容 億 m3 11 溢洪道泄流量 m3/s 3700 P=% 根據(jù)水庫防洪要求，遇千年一遇洪水，庫水位 274m，要求總泄流量不得小于 13480m3/s；遇萬年一遇洪水，庫水位 275m，要求總泄流量不得小于 17000 m3/s，并應留有足夠的余地。 工程壩體部分設有9 孔泄洪 洞 ,泄流能力為 13500 m3/s。 二、 樞紐 布置 壩型選擇 土石 壩課程設計 6 圖 21 所選壩址縱剖面圖 所選的壩軸線處河床沖積層較深，兩岸風化巖石透水性大，基巖的強度較底，且不完整。從地質條件看不宜建拱壩。支墩壩本身的應力較高，對地基的要求也很高，在這種地質條件下修建支墩壩也是不可能的。較高的混凝土重力壩也要求修建在巖石基礎上，因此也是不可行的。而土石壩適應地基變形能力較強，對地基的要求較低。從當?shù)氐牟牧蟻砜床牧媳容^豐富，土石壩又有就地取材特點。通過各種不同的壩型進行定性的分析比較，綜合考慮地形條件、地質條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩的方案。 樞紐建筑物及其布置 樞紐組成建筑物 （ 1）擋水建筑物：土石壩。 （ 2）泄水建筑物：包括泄洪隧洞和溢洪道結合。 樞紐總體布置 （ 1） 擋水建筑物 ─土壩擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。 土石 壩課程設計 7 泄洪洞溢洪道進水塔主廠房閘室尾水洞黃河大 壩公 路消力池主變室馬道壩頂馬道（ 2） 泄水建筑物 — 溢洪道 泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在壩體的左側。 樞紐總布置圖見下圖： 圖 21 樞紐總平面布置圖 土石 壩課程設計 8 三、 剖面 設計 壩頂高 程 根據(jù) SL 2742021《碾 壓式土石壩設計規(guī)范 》可得 ： 1) 壩頂高程 等于水庫靜水位與壩頂超高 之和 。 應按以下 4 種運行條件計算， 取其最大值： ① 設計洪水位 +正常運用條件的壩頂超高； ② 正常蓄水位 +正常運用條件的壩頂超高； ③ 校核洪水位 +非常運用條件的壩頂超高； ④ 正常蓄水位 +非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高。當壩頂上游側設有防浪墻時，壩頂超高是指水庫靜水位與防浪墻頂之間的高差，但在正常運營條件下，壩頂應高出靜水位 ，在非正常條件下，壩頂應不得低于靜水位。 壩頂超高 d 按下式計算，對于特殊重要的工程，可取 d 大與此設計值。 d = R+ e +A 式中 R—— 波浪在壩坡上的設計爬高值， m； e—— 風浪引起的壩前水位壅高， m； A—— 安全加高， m；根據(jù)壩的級別按照表 31