水利工程施工课程设计Word格式.docx

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在下游坝坡设置贴坡式上坝道路，道路宽12m，贴坡比为1：

1.5。

上游高水围堰和下游低水围堰采用与坝体结合方式布置。

高水围堰堰顶高程527m，上游坡比为1：

2.5，高程在517m处，设15m宽的马道，下游坡比为1：

2。

下游围堰兼作坝体排水棱体，堰顶高程493.5m，外坡比为1：

1.8，内坡比为1：

1.2。

坝壳采用下游河床砂卵石填筑，排水棱体采用堆石填筑。

1.2.2心墙设计

心墙顶高程598m，顶宽7m。

河床段心墙坡比为1：

0.3，考虑到由于岸坡对心墙沉降的约束，在纵向心墙也会出现拱效应现象，给抗渗带来不利影响，为了提高岸坡段心墙的抗渗能力，将两岸坡段坡比由1：

0.3变为1：

0.6。

为提高心墙在两岸坡适应变形的能力，在心墙底部铺设厚2m左右的高塑性土，采用粘粒含量较高的土填筑，填筑干密度为1.66g/cm3，填筑含水量为20.2%～23%。

1.2.3反滤层设计

从坝料的级配过渡及变形模量过渡考虑，在心墙上下游均设置两道反滤层，第一层为粒径小于5mm的砂反滤层，第二层为粒径小于80mm的混合砂砾料反滤层。

下游的砂反滤层水平宽度为2m，混合料反滤层水平宽度为3m，上游的砂反滤层水平面宽度为1m，混合料反滤层水平宽度为2m。

1.2.4大坝填筑方量

大坝总填筑方量为771.6万m3，其中心墙土料158万m3，反滤料29万m3，坝壳砂卵石料584.6万m3。

1.3坝址地形地质情况

坝址位于金盆古河道出口至蔺家湾S形河道腰部，距峪口约1.5km。

坝址地形为不对称的V形谷。

右岸山体高程约823m，边坡为300～500。

左岸是现代河谷与古河道间长约800m、正常水位处宽度为270m的单薄山梁，河道一侧山坡坡度在520左右。

坝址区内出露的基岩为前震旦系宽平群大镇沟组变质岩。

岩性主要为云母石英片岩、绿泥石片岩、钙质石英岩以及后期沿断层入侵的石英岩脉、云煌斑岩脉、斜长斑岩脉。

在地形较平缓的山坡、河谷阶地广泛分布着第四系松散堆积物，岩性主要为碎块石、碎石质壤土、砂卵石等。

坝址位于西骆峪～田峪背斜的南翼，岩层走向近东西向，倾向上游。

由于主要受南北向压应力作用，东西向的构造断层裂隙发育。

在坝址区的断层构造有80多条，主要为层间挤压的逆断层。

坝址区以近南北向的裂隙构造发育。

河床部位岩体全～强风化带较薄，一般厚5m左右。

两岸全～强风化带较厚，一般厚5～20m。

1.4气候特征

气温，多年实测资料分析，见表1，年平均气温9.6℃。

表1

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

月平均

-6.5

-1.6

5.5

12.0

17.4

21.0

22.9

21.5

16.4

10.1

1.8

-5.3

降水，多年实测资料分析见表2。

表2

全年（天数）

月平均天数

5mm以下

5~10mm

10~15mm

15~20mm

20~30mm

30mm以上

4.3

2.3

5.7

8.7

15

17

1.7

0.3

0.7

14

9.7

2.7

104.3

12.3

1.5料场分布

1.5.1心墙土料场

在各设计阶段，对心墙土料的勘探试验进行了大量的工作，先后完成了金盆、武家庄、永泉、毛家湾、田家沟等料场的勘探工作，根据勘探试验成果选定了金盆、武家庄、永泉三个料场，对选定的三个料场在初查的基础上又进一步做了详查。

金盆料场位于黑河左岸上金盆古河道内，属水库淹没区，武家庄料场位于金盆东北边缘的山坡上，永泉料场位于金盆西北周城公路之西的山坡上。

三个料场土料普遍存在的问题是天然含水量偏高，土料均需要翻晒后方可上坝。

初设阶段在考虑土料的物理力学指标，特别是土料的击实性能及天然含水量、储量等因素后，本着尽量少占用耕地、减少征地、增加库容的原则，确定心墙填筑以金盆料场为主料场，武家庄料场作为辅助料场，永泉料场为备用料场。

施工单位于截流前进行了金盆料场土料现场碾压试验。

在试验中发现翻晒时，土料结块难以粉碎，土块外干内湿，在碾压后的土层中，发现夹有碎土块，土层在碾压过程中发生剪切破坏。

经研究，决定将金盆料场转为备用料场，加紧对武家庄、永泉料场的复查和碾压试验工作，同时尽快寻找新的土料场。

在综合考虑了土料性质、储量、运距、天然含水量等因素后，选择荞麦窝、猴子头、上黄池、钟楼山、武家庄料场Ⅰ区、Ⅱ区土料及金盆料场含砾土作为心墙土料，所选用的料场土料从颗分看，绝大部分为粉质粘土，少部分为重粉质壤土。

上述料场存在的问题为天然含水量偏高需翻晒，储量均较小，场地面积小，土料翻晒强度低。

1.5.2土料的压实设计标准

表3土料最大干密度和最优含水量

土料

干法制样

湿法制样

ρmax（g/cm3）

ωop（%）

狮子头

1.700

18.8

荞麦窝

1.720

1.680

20.2

武Ⅱ

1.705

19.2

1.679

上黄池

1.714

19.3

1.674

20.9

钟楼山

1.697

19.0

1.675

19.7

土料现场碾压试验采用英格索兰17.6t自行式凸块振动碾和气胎碾进行，四个料场的试验结果见表4。

表4土料现场碾压试验成果

土料名称

压实干密度（g/cm3）

含水量（%）

铺土厚度（cm）

碾压方式及遍数

备注

17.6

21～22

凸块8遍，气胎4遍

1.726

25～27

19.9

25～30

凸块8遍

12遍后，局部剪切破坏

1.690

18.6

23～25

8遍后，个别地方剪切破坏

考虑到黑河大坝的坝高和重要性，以及土料压实性能的不均匀性和碾压机具压实功能较大，土料的设计干密度为1.68g/cm3，同时，规定土料的压实系数不小于0.99，这样可以避免压实性能好的土料得不到充分压实。

1.5.3砂卵石设计干密度

坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游0.5～6km范围内的河床砂卵石。

根据SDJ18-84《碾压式土石坝设计规范》及SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，砂卵石水上部分的填筑相对密度为0.7，水下部分的填筑相对密度为0.8。

在考虑了料场砂卵石料含砾量的分布范围后，确定砂卵石的设计干密度为2.33g/cm3，Dr=0.7，干密度为2.24g/cm3，Dr=0.8。

项目

料场

含水量

自然土干容重（t/m3）

松土折自然土系数

设计干容重γd（t/m3）

粘性土

砂砾料

反滤料

16%

5%

1.45

1.65

0.86

0.71

0.73

1.68

2.33

2.24

1.6开竣工要求

1998年10月开工，2001年12月竣工。

说明：

在本次设计中可不考虑基础开挖与处理事宜，但应考虑导流时段对坝体上升的要求（即拦洪渡汛、施工进度计划安排）。

要求同学们初拟施工进度计划。

1.7水文资料

可采用的水文资料如下：

CV=0.63,Cs=3；

Xp50=3557.69m3/s，Xp100=4096.65m3/s,Xp200=4628.03m3/s,Xp20=2846.66m3/s。

2确定施工导流阶段

2.1计算坝前水深

工程于1998年10月开工，2001年12月竣工，工程总历时39个月，在整个施工期共经历了3个汛期，综合各方面考虑，进行施工分期。

根据有压流计算公式Q=ωμ（2gz）1/2，可推算出工程正常运行时的流域面积

ω=Q/μ（2gz）1/2=Xp500/μ（2gz）1/2

=5100/0.75×

（2×

9.8×

（594-493.5）1/2=153.2m2

当遇到20年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p20=X2p20/μ2ω22g+493.5

=2846.662/0.752×

153.22×

2×

9.8+493.5=524.8m

同理可知

当遇到50年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p50=542.4m

当遇到100年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p100=558.4m

当遇到200年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p200=576.3m

2.2施工导流阶段

本工程采用全段围堰法和隧洞导流相结合的导流方案。

2.3坝体施工阶段

2.3.1坝体施工第Ⅰ阶段

第一次汛期来临前可归为坝体施工Ⅰ阶段共九个月即1998年10月至1999年6月，由于作业面宽，这一段为施工高峰期，根据坝体剖面尺寸，可估算出汛期来临时即1999年6月底，坝体施工高度达到517m。

第一次拦洪度汛（1999年7月-1999年9月），根据拦洪标准第一次拦洪度汛应能拦截50-20年一遇洪水，此阶段为施工期，坝体继续上升，根据水文计算可知在围堰作用下，20年一遇洪水可拦截，50年一遇洪水无法拦截，为确保坝体安全，用围堰挡水隧洞泄水。

2.3.2坝体施工第Ⅱ阶段

第一次拦洪度汛至第二次拦洪度汛期来临可作为坝体施工第Ⅱ阶段，即1999年7至2000年6月，共12个月，作业面较第一次施工窄，根据填筑方量估计到2000年6月底，坝体施工高度达到577m。

第二次拦洪度汛即2