钟吕水利枢纽复合土工膜防渗面板堆石坝设计计算书（打印版）

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1、目 录目 录第一章调洪演算1。1 洪水调节计算41。1。 洪水调节计算方法4。12洪水调节具体计算41。.3 方案选择01.2 防浪墙顶高确定10第二章 L型挡墙计算11L型挡墙尺寸设计42。2 危险工况分析14。.1 工况一1422.2 工况二172.结果分析22。3 L型挡墙配筋计算212.3.1 墙身配筋计算21.3.2 底板配筋计算22. 抗滑稳定计算225 抗倾覆计算2第三章 坝坡稳定计算251坝体边坡拟定2532 堆石坝坝坡稳定分析21 计算公式253。2.2 计算过程及结果26第四章 复合土工膜计算274。1 复合土工膜与垫层间的抗滑稳定计算27。1 混凝土护坡与复合土工膜间抗滑

2、稳定计算274.1。2复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算84.2 复合土工膜的应力校核计算2第五章 趾板设计315.1 设计趾板剖面312趾板剖面的计算1第六章 副坝设计336.1 副坝顶宽验算。2强度和稳定验算336。2.1 荷载计算346。2。2稳定验算56。坝体强度验算3第七章 泄水建筑物377 概述3。2 引水渠设计3773 控制堰设计377。3.堰面曲线计算7732 闸墩顶高程计算87.泄槽计算39.4.1 临界底坡的计算9.4 泄槽的边墙设计及稳定验算397。.3出口消能设计4第八章 施工组织设计448。1 拦洪高程448。1隧洞断面型式、尺寸4481 隧洞泄流能力曲线计算48。1

3、3 计算结果468 主体工程量计算468.2。1 计算公式及大坝分期说明468.2.2 计算过程47.2.3 计算结果5083 工程量清单计算。3。1 堆石坝工程量计算518。3.2 副坝工程量计算28。3。 趾板工程量计算38.34 型挡墙工程量计算48。4堆石体施工机械选择及数量计算54. 机械选择4。4。2 机械生产率及数量计算548。5 混凝土工程机械数量计算8。1 趾板58.5.2 L型挡浪墙58.5. 素混凝土及无砂混凝土588.5。副坝585。 混凝土工程机械选择5886 导流隧洞施工598.6.1 基本资料596.开挖方法选择59。63 钻机爆破循环作业项目及机械设备的选择59

4、.64 开挖循环作业组织0附图一63附图三 调洪验算结果曲线6第一章 调洪演算.1 洪水调节计算1。11 洪水调节计算方法利用瞬态法，结合水库特有条件，得出专用于水库调洪计算的实用公式如下： （1-）式中 ,计算时段初、时段末的入库流量，3/；，计算时段初、时段末的平均下泄流量，;-时段初、时段末水库蓄水量之差,m3；- 计算时段，一般取16小时，本设计取4小时。即在一个计算时段内,入库水量与下泄水量之差为该时段中蓄水量的变化.1。12 洪水调节具体计算.1。2。1调洪演算原理由于本设计中资料有限，仅有p=2、=0。1的流量及相应的三日洪水总量,无法准确画出洪水过程线。设计中采用三角形法模拟洪

5、水过程线。根据洪峰流量和三日洪水总量,可作出一个三角形，根据水量相等原则，对三角形进行修正,得到一条模拟的洪水过程线，如图1-1、图2 。根据本工程软弱岩基,选用单宽流量约为00m3s，允许设计洪水最大下泄流量245/s，故闸门宽度约为4。9m5m，选择四种宽度进行比较,假定堰宽分别为8m、m和10，并假定271、27、3这三个堰顶高程.由于本工程是以发电为主要任务的枢纽工程,故本设计中以引水发电流量作为起调流量5m/s.但是因其较小，故而在实际操作中会出现先放水再拦洪的情况。鉴于本工程等别较低且没有足够的水文资料，所以采用近似的方法-高切林法,并为了扩大范围,多取几组最大下泄量向曲线的左边做

6、切线。运用高切林法做出不同起调水位所对应的不同拦洪库容，在此基础上加上不同的堰顶高程所对应的库容，做出分别对应于不同堰高情况下的总库容,据此在库容水位曲线上查得相应水位，便可做出三条不同堰高情况下的Z-曲线。1。2计算公式本设计中溢洪道取单孔闸门、圆弧形边墩。由允许设计洪水最大下泄量=24 3s，闸门宽度一般为62米。故本设计中假定堰顶高程分别为：271米、72米和27米，溢流前缘宽度（即闸门孔口宽度B)分别取为8米、9米和米。本设计中采用溢洪道泄洪,故泄水线按堰流公式计算。 （12）式中：侧收缩系数,取=09;m-流量系数,=05； B溢流孔口净宽; 堰上水头。注:）由于在初步设计是不考虑淹

7、没出流的情况,故淹没系数直接取为1。2）由水力学书可知。单孔闸门,则，圆弧边墩，则,由上可得上述公式简化为：。1.1。2.3调洪演算过程（1）洪水过程线 图11 P=2的洪水过程线图12 =0。1%的洪水过程线（2)各方案计算数据表1 Z关系曲线设计洪水情况堰高(m）起调流量（m3/s)下泄流量Q（m/s）增加库容 （万m3)原库容V（万m3）总库容V(万m3)相应水位Z（）27112639.0.071599.6469。7274.2100159.51599。641759274.81002.19159964183.375.482348.37199.41948.12762421504490519。

8、64048.697。232300579.6819。64173278.4127212634.490.0161。51.724。831300159.91661.712。325.311002。191661118959275。88520348.3661712010。0276。504。51661。12.777.8310059。66221.79273263490。1723。9181。67526113001。5172379833275。80350234。19172。7957。98274185200348.37172。72072。127.51049.01723.79272。84.3523107968172。23

9、.4279.4校核情况212315003。871599。641743527.718450233.83599。64133。4725.400056.57599。4161276.97050505159.2104。4760066。2199。42268212562508341599。2436.0880。3482000。81599.64260。4。13108999。6278.62.29100154。25159.642538922.972350043。87667118.5827。24845023831667118.54275.88904056。71661.720182826。957350505。216617

10、216。9178。630066。2166712327.9629。656206。4166171298.1580。7648000088661。712670。51281748501159166。124722.5623001354.2161.71015。962318273215001.8717。791876625.6614845233。831723.71976276.41040036。571723.7900.3627.5230505。2279228.99278.26330066.25173。7923900428。562503。123.79250。2381。1482001008.8123。7932。98

11、251018。9173.792907828.82310054.2517。79308.428337表1-2 溢洪道下泄能力曲线表堰高(）堰宽B（m）H（m)H（m）Q（m3/)1827532.32718496627743.278306.98279374。3942710。9526210。3672783483982745.6604751721576233.9677307。1977838。1829429527875。81276.15271。94627824377279312。98280346.1697598.92612。095277215662782794129352。112751.926175272

12、3。66627833。3727935.380446。797322548.8327689。6427713。045219927925。7280。9828134.1927554.9132600.847715。252781。036279285。72830271027561.13327611.694277169.252231。2799。52807。482814469.1。24计算结果表13 调洪演算结果汇总表堰顶高程(m)堰顶宽度（)方案设计下泄流量(m3/s）设计洪水位（）校核下泄流量 （3/s）校核洪水位（m）设计超高Z（m）校核超高Z（m)2718120276。315278.02。2127633。

13、677。.3。61325。0529355827.60。4.327284927.232027。0。92.8520427378.70。72。410621276。848278。0519231907.296802.3.998627617279.7。341090477.5328279.41.1注：（）超高Z =洪水位正常蓄水位；（2)发电引用最大流量m/，相对较小，在计算时不予考虑（即未计入下泄能力曲线中)。1.1。3方案选择以上9个方案上游水位设计超高Z均不超过m，校核超高均不超过4,且均满足允许下泄流量，方案、3的设计洪水位小于本设计的正常蓄水位，故舍弃.方案、7、8的设计下泄流量均小于200m3s

14、，太小,故不采用.因此在剩余的、5、6、9三方案中需通过经济技术比较：本设计对此只做定性分析，同时也考虑与导流洞结合的问题。一般情况下坝高是由校核情况控制的,超高越大坝就越高，大坝工程量加大;B大则增加隧洞的开挖及其它工程量,而Q/B即单宽流量越大消能越困难,衬砌要求也高。方案1的Q/偏大；方案9的Q/B虽然最小但是泄流量偏小；方案与方案6相比不仅Q/B大且超高Z大,增加主体工程量，并且方案6比方案5的下泄量更接近允许设计洪水最大下泄量，所以经过综合比较最后采用方案:即堰顶高程27，溢流孔口净宽1；该方案设计洪水位27m，设计下泄流量14m3/,校核洪水位7.2,校核泄洪量34m/s。1.2

15、防浪墙顶高确定据碾压式土石坝设计规范,堰顶上游L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： （)式中：y 坝顶超高，m； R 最大波浪在坝坡上的爬高，m；e 最大风雍水面高度, m；A 安全超高，m; - 吹程，Km； 坝前水深，m； 风向与坝轴线法线方向的夹角,本设计中取0; 安全超高,由坝的等级及运用情况按表选用，。库区多年平均最大风速12。 /s，吹程1。6km。表14土坝坝顶安全超高值(m）运用情况坝 的 级 别IIIV、V正常151。00.0。5非常00.0.4。3波浪要素采用鹤地水库公式： （-） (1-5) （6）式中: 累积频率为2的波高（m)； 平均波长（m）。为水面以上10处的

16、风速，正常运用条件下级坝，采用多年平均最大风速的1。5倍；非常运用条件下的各级土石坝,采用多年平均最大风速.设计波浪爬高值根据工程等级确定，级坝采用累积频率为的爬高值.按上述公式算出的为，再根据频率法按下表可得出。表1-5 不同累积频率下的波高与平均波高比值()0。010。11251142090。13。42。7。2.232.291.71。61.3。4。370。10。23.252.822.3.31931。87.4154130950。3波浪中心线高出计算静水位h按下式计算: （7）式中： 水深; 累积频率1%的波高。由CA计算可得以下计算结果:表16 波浪要素计算原始数据 V0（m/）18。18.

17、2。g（N/g）989。19.81D（m)160011600h（2）（m)。3161.30690。7139L(m）93169689316968。21132H（洪水位）（m）76.32768272H（坝底高程）(m）223。23.9223.m（平均水深）（）。42。954。3hm(平均波高)（m）058530.5875。199h(1）（m）.4223631.423607423e（）000co11（安全超高）（)。70。04地震安全超高（）00Y（坝顶高程)（m)54。994454984455.73338设计洪水位 +正常运用下的超高 = 278424 ；校核洪水位 + 非常运用下的超高 = 2.

18、923 ；正常蓄水位 +正常运用下的超高 =279。3751 m ；故挡墙顶高程为279.371，考虑施工方便和施工的精度,选取L型挡墙顶高程为279。4m。根据混凝土面板堆石坝设计规范要求，防浪墙顶要高出坝顶1。m，本设计取1.2m，则坝顶高程为8.2m。第二章 L型挡墙计算2。L型挡墙尺寸设计如下图示：坝顶高程272。L型挡墙顶高程取为279.4m，高出坝顶12m.L型挡墙高m，底板长4。m，挡墙厚.m，前方凸出.6。如图2-1:图1 L型挡墙尺寸图。2 危险工况分析挡土墙受到的荷载有:挡墙自重、挡墙上堆石土料重、墙后土压力、静水压力、前趾上水重和风浪压力。以上荷载有以下四种组合:完建后未

19、蓄水、正常蓄水位、设计洪水位以及校核洪水位。以上工况中有两种极限情况:刚刚完建墙前无水和校核洪水位。下面就这两种工况进行最危险工况的判断：2.2.1工况一本工况为刚完建尚未蓄水的情况，此时挡墙前无水，故荷载只有自重、土重以及土压力.受力情况见图22。由于挡墙后坝顶路面，采用的是细堆石料，故试验参数选用A组。图2 刚完建蓄水工况1）挡墙自重;.2）堆石体自重；;3）土压力初步估计作用在挡墙上的力只有墙后填土压力。由于在墙后填土的作用下墙有背离填土移动的趋势,故墙后填土压力应为主动土压力。土压力采用朗肯土压力理论计算,取单宽1m。主动土压力系数：= （21）式中: 内摩擦角； 墙背与竖直线间夹角；

20、 填土表面与水平面间夹角；- 墙背与填土间的摩擦角；竖直的混凝土或砌体墙背取(1/31/）则=,=0,3.58取1/3=1/38.8=1。86故 = 0。215主动土压力：；4)对II截面的弯矩；（逆时针）;）对截面的弯矩Pz （顺时针);； （顺时针）；作用点距L型挡墙底板的距离为:；作用点距底板中轴线的竖向距离；则（顺时针);则 （顺时针）.6)基底应力的计算 (）上式中：挡墙基底应力的最大值或最小值； 作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN）； 作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和； 挡墙基底面的面积（）; - 挡墙基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩（）墙身自重对

21、底板底部中点的力矩(逆时针);盖土重对底板底部中点的力矩（顺时针);主动土压力对底板底部中点的 （逆时针)(顺时针）计算得：22。工况二此时为校核洪水位情况下,荷载包括:自重、土重、挡墙后土压力、前趾上水重、挡墙前静水压力及浪压力。受力情况见图2-。）W1、2、均与前相同2）前趾上水重；3）静水压力Pc；4）浪压力由于m，坝前水深m,m可得,故为深水波。波浪中心线至静水位高度:总浪压力：；挡土墙在校核洪水位以下的高度：;浪压力在校核洪水位以下的高度:；由,则总浪压力全部作用在挡土墙上。浪压力的作用点距截面的距离： 上式中。5）土压力判断墙后填土压力是何种土压力: 若是被动土压力，则被动土压力系

22、数由上可算出：；远大于静止压力与浪压力的和（)，故可判断在此种情况下土压力不可能是被动土压力。且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况下土压力近似为静止土压力。静止侧压力系数:；上式中: 内摩擦角， =38。5。则静止土压力：；6）对I-的弯矩 （顺时针); (顺时针)； （逆时针)；弯矩之和:（顺时针）7）对截面的弯矩（顺时针）；;（顺时针）；作用点距L型挡墙底板的距离为:；作用点距底板中轴线的竖向距离;则 (顺时针）；则（顺时针).8)基底应力的计算;墙身自重对底板底部中点的力矩(逆时针)；盖土重对底板底部中点的力矩（顺时针）；水重对底板底部中点的力矩 （逆时针);静止土压力对底

23、板底部中点的(逆时针）；静止水压力对底板底部中点的（顺时针）；浪压力对底板底部中点的力矩 （顺时针）；(顺时针）计算得:2。2.3 结果分析无论是II还是截面都是在校核洪水位时弯距最大，故此时为最危险状态,在以后的计算中只须考虑最危险情况，对此种情况进行应力分析及配筋计算。两种工况下挡墙基底应力均大于，无拉应力出现。平均基底应力均小于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的。倍;且挡墙基底应力的最大值与最小值之比为0和。24，均小于规范允许的2。5。所以基底应力满足要求。2.L型挡墙配筋计算2。31 墙身配筋计算根据水工挡土墙设计规范_39-07，对L型挡墙的竖直墙身部分简化为悬臂板

24、按受弯构件计算.由于防浪墙处于水位变动区,故环境类级为三类，混凝土保护层厚，；取单位宽度，即,混凝土采用C25,则轴心抗压强度设计值。钢筋采用级钢筋,.此时,最大弯矩设计值： （2-2)式中： 结构重要性系数,该防浪墙属3级,结构安全级别为II 级，故本设计取为1。0； 设计状况系数，由于计算的工况为校核洪水位，取为0。9； 、-永久、可变荷载分项系数，浪压力取1.2；静止土压力和主动土压力取1.2；静水压力取10;截面有效高度。截面抵抗矩系数：=。016式中： -结构系数，。017。,满足要求自重产生的弯矩=0.53.540.50。+050.524。75 =15。m（顺时针）水压力产生的弯矩

25、7.911(1/170.5)=7。KN.m(顺时针）扬压力产生的弯矩 0。598。25170.5(。5+1/30)0.59810251。0。250。+59.80。75270.0 =1.298KNm(逆时针）偏心距e= 式中：e为墙底压力的偏心距离为墙底宽C为墙底面上垂直力的作用点与墙身前趾间的距离为作用在墙上的垂直力则=满足偏心距要求墙前基底处应力 =墙后基底处应力=、均大于0，即挡土墙基地没有出现拉应力，满足要求。74.3 出口消能设计7。41 反弧半径的计算由溢洪道设计规范SL5200查得：挑流坎反弧半径R与挑流坎上的流速大小有关.根据实验和工程实践，R应大于最大设计流量时的坎顶水深的6倍

26、。反弧半径可采用反弧最低点最大水深的61倍。如右图示,根据能量方程得，其中为堰顶高程与反弧段最低点的高程差，为。 通过试算法计算出. 得到反弧段的半径，取。 图7-3 能量断面图取反弧段角度为6,反弧段与下游堰顶幂曲线间以直线光滑连接作为泄槽段。4。3。2 挑射距离估算既定的来流条件和河床地质条件相应需要一定的水垫深度,但此水深可以是部分或者全部由射流水舌冲刷河床岩石形成,直至冲坑稳定平衡，不需预先设计安排。由溢洪道设计规范SL23200可得:水舌挑距估算公式： (7-9)上式中： L 水舌挑距，为鼻坎末端至冲刷坑最深点的距离；坎顶水面流速，可按鼻坎处平均流速的1倍计；;- 鼻坎挑射角度, ; 坎顶平均水深在铅直面上的投影, ； 坎顶至河床表面之差, 。经计算得 ,在图上实际布置为82。m。7.2 冲刷坑深度估算冲刷坑深度的估算公式： （71)式中：-自下游水面至坑底最大水垫深度,m；鼻坎末端断面单宽流量,m/(s）；上下游水位差，本工程取为；综合冲刷系数，由本工程地质条件为较发育裂隙,有2组主要节理，由溢洪道设计规范SL25附表A42查得：。上式经计算,. 则冲坑本身最大深度为：。根据水力设计原则，射距与冲坑深的比值为，满足45的设计要求。且满足一般安全调距约为可能冲刷坑深度的2.5.倍范围内要求.第八章 施工组织设计1 拦洪高程8.11 隧洞断面型式、尺寸