土石壩設(shè)計(jì)步驟

1、1、 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(biāo)準(zhǔn)或DL5180-2003水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮水庫總庫容、防洪效益、電站裝機(jī)容量、灌溉面積等指標(biāo)，工程規(guī)模由庫容(正常蓄水位時(shí)23.28億立方米)控制，屬于大(1)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(dǎo)流隧洞等臨時(shí)建筑物為3級建筑物。攔河壩為粘土心墻土石壩正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期為 年；非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期為 年。電站廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期 年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期 年。消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為洪水重

2、現(xiàn)期 年；導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期 年。二、洪水調(diào)節(jié)計(jì)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(zāi)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(zhǔn)，分別取壩址也發(fā)生二十年一遇洪水、區(qū)間發(fā)生相應(yīng)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(yīng)洪水兩種組合情況進(jìn)行分析，分析計(jì)算壩址控制的下泄流量取區(qū)間洪峰流量與控

3、制泄量3300秒立米之差，計(jì)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(yīng)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(33002520780)秒立米。 當(dāng)洪水流量Q來水<780秒立米時(shí)，來多少放多少，水庫水位保持不變；當(dāng)Q來水780秒立米時(shí)，就需要控制下泄流量，使 Q下泄780秒立米，將超過下游安全泄量的的那部分來水暫時(shí)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(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的確定 設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的調(diào)

4、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(shè)計(jì)工作的配合，有時(shí)甚至交叉進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般可以先擬定幾組泄洪建筑物的孔口尺寸，進(jìn)行調(diào)洪演算得出相應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)m取0.40。 設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)處理，即Q來水<780m3/s時(shí)，來多少放多少，水庫不蓄水，水位仍處于正常水位高程；當(dāng)Q來水780m3/s時(shí)，為滿足防洪要求，就需要控制下泄流量，只能宣泄780m3/s，其余來水

5、暫時(shí)攔蓄在水庫中，水位逐漸升高，當(dāng)水庫水位達(dá)到防洪限制水位時(shí)，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的調(diào)洪演算。 Q來水 < q下泄能力 時(shí)，控制閘門開度，放走Q來水 Q來水 > q下泄能力 時(shí)，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(shí)，即為設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位。3、 壩型選擇及樞紐布置1、壩址及壩型選擇 壩軸線的位置，應(yīng)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(yīng)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(diǎn)，通過定性分析，初步選擇23種壩型。由于時(shí)間的原因，每人獨(dú)立完成指導(dǎo)老師指定的壩型設(shè)計(jì)，可主要對原則與要求進(jìn)行闡述

6、，然后說出本工程所選方案的理由和優(yōu)缺點(diǎn) 。 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(shí)際上可供選擇的壩軸線只能在第IIII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(dāng)?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(dǎo)流建筑物：導(dǎo)流隧洞、上下游圍堰3、樞紐總體布置四、擋水

7、建筑物設(shè)計(jì) 壩體布置按如下步驟進(jìn)行：1)先要進(jìn)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(jì)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(diǎn)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(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001規(guī)定，壩頂高程分別按照正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、設(shè)計(jì)水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運(yùn)用下的壩頂超高進(jìn)行計(jì)算，若該地區(qū)地震烈度大于7º，還需考慮正常蓄水位加非常運(yùn)用時(shí)的壩頂超高再加上地震涌浪高度，

8、最后取以上四種工況最大值，同時(shí)并保留一定的沉降值。設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的壩頂超高d校核洪水位+非常運(yùn)用條件的壩頂超高d正常蓄水位+正常運(yùn)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(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高，以保證水庫不漫頂，其超高值d按下式計(jì)算：d = R + e + A壩頂超高計(jì)算成果表工 況水位(m)設(shè)計(jì)風(fēng)速(m/s)平均波長(m)平均波高(m)平均波浪爬高(m)風(fēng)浪壅高(m)設(shè)計(jì)爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設(shè)計(jì)校核2、壩坡 壩坡應(yīng)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(yùn)用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。土質(zhì)防滲體土石壩

9、、瀝青混凝土心墻和面板壩可參照已建成壩的經(jīng)驗(yàn)或近似方法初步擬定壩坡，最終壩坡須經(jīng)穩(wěn)定計(jì)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(yīng)較下游壩坡緩；下部壩坡應(yīng)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（m）平臺頂寬（m）平臺級數(shù)上游坡（由上而下）下游坡(由上而下)頂寬(m)邊坡151.5級數(shù)1 :( 2.02.25 )1 :( 2.252.5 )1 :( 1.752.0 )1 :( 2.02.25 )1.51：0.215252.0121 :( 2.252.5 )1 :( 2.52.75 )1 :( 2.02.25）1

10、 :( 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下由上而下由上而下由上而下151.511：2.51：2.751：2.251：2.5151.511：2.251：2.501：2.001：2.251525221：2.751：3.01：2.5

11、1：2.751525221：2.501：2.751：2.251：2.502535231：2.751：3.01：3.501：2.51：2.751：3.502535231：2.501：2.751：3.251：2.251：2.501：2.753、壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)綜合考慮構(gòu)造、施工、運(yùn)行、抗震等因素確定。高壩的最小壩頂寬度可選用1015m，中低壩可選用510m，壩的級別高時(shí)應(yīng)選大值，反之選小值。4、 壩體排水5、 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(shè)計(jì) :粘性土料設(shè)計(jì)、壩殼砂礫料設(shè)計(jì)8、滲流計(jì)算9、壩坡穩(wěn)定分析 大壩上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表部位計(jì)算工況上游水位（m）

12、下游水位（m）最小安全系數(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蓄水位+地震下游坡穩(wěn)定滲流期(正常)穩(wěn)定滲流期(設(shè)計(jì))穩(wěn)定滲流期(校核)正常蓄水位+地震10、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)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(qiáng)度等級7)護(hù)坡8)排水設(shè)備9)反濾層的設(shè)計(jì)11、地基處理設(shè)計(jì)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(jì)算 土石方開挖：弱風(fēng)化、新鮮 1：0.3；強(qiáng)風(fēng)化1：0.5；劇風(fēng)化1：15、 泄水建筑物設(shè)計(jì)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-駝峰堰、低實(shí)用堰、寬頂堰；3、進(jìn)行水力學(xué)

13、計(jì)算六、水電站引水建筑物設(shè)計(jì) 由深式進(jìn)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(jì)算 ：洞徑D小，水能損失大，造價(jià)??；洞徑D大，水能損失小，造價(jià)大3、進(jìn)水口的布置與設(shè)計(jì):位置：根據(jù)樞紐總體布置要求，引水系統(tǒng)布置在右岸。進(jìn)口高程：進(jìn)水口采用河岸斜坡式，位于壩軸線上游，進(jìn)口中心高程為110米。底板高程應(yīng)在水庫設(shè)計(jì)淤沙高程以上0.51.0米，以免堵塞進(jìn)水口；頂部高程應(yīng)考慮在水庫最低運(yùn)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(jī)的出力。進(jìn)口段、漸變段和閘門段的設(shè)計(jì)：進(jìn)口曲線形狀必須適合水流

14、收縮狀態(tài)，以免在曲線段形成負(fù)壓區(qū)，進(jìn)口頂板曲線目前常用1/4橢圓曲線，壩式進(jìn)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）D。進(jìn)口段橫斷面一般為矩形，進(jìn)口流速不宜過大，一般控制在1.5m/s左右 。攔污柵的設(shè)計(jì)：攔污設(shè)備的功用是防止漂木、樹枝等漂浮物隨水流帶入進(jìn)水口。洞式進(jìn)水口的攔污柵常布置為傾斜的，傾角為6070度左右，洞式進(jìn)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(jì)算：引水隧洞的水頭損失主要有沿程水頭損失、局部水頭損失兩部分。5、壓力管道的設(shè)計(jì)1)管道內(nèi)徑的

15、估算2)岔管處管道直徑的確定6、調(diào)壓井1)設(shè)置調(diào)壓井的條件2)調(diào)壓井最高最低涌波計(jì)算3)調(diào)壓室的面積 洞身結(jié)構(gòu)計(jì)算：荷載計(jì)算，內(nèi)力計(jì)算，應(yīng)力及配筋（計(jì)算計(jì)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(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，如灌漿孔布置、分縫、排水等。七、水電站廠房設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)3、水輪機(jī)選型1）水頭Hmax、Hmin、Hr選擇 Hmax的確定校核 洪水位機(jī)組滿發(fā)設(shè)計(jì)洪水位機(jī)組滿發(fā)正常蓄水位一臺機(jī)組發(fā)電Hmin的確定設(shè)計(jì) 低水位(即設(shè)計(jì)死水位) 機(jī)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(shè)計(jì)水頭Hr=Hav。2）水輪機(jī)主要參數(shù)選擇根據(jù)水頭工作范圍和設(shè)計(jì)水頭查資料初選水輪機(jī)型號。轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算計(jì)算單位轉(zhuǎn)速計(jì)算效率修正值和單位流量的修正值檢驗(yàn)水輪機(jī)實(shí)際工程范圍計(jì)算允許吸出高度Hs4、主廠房的尺寸1)主廠房的長度： 機(jī)組段長度×機(jī)組數(shù)裝配場長度邊機(jī)組段加長2)主廠房的寬度： 由發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)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(jī)安裝高程、尾水管底板高程、水輪機(jī)層地面高程、發(fā)電機(jī)層地面高程、