初步设计阶段混凝土面板堆石坝设计大纲范本文档格式.docx
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3.1工程等别与建筑物级别
(1)工程等别
_____工程,水库总库容_____×
108m3,防洪效益_____,灌溉面积_____hm2,水电站装机容量_____MW,按SDJ12—78的规定,本工程为_____等。
(2)建筑物级别
根据SDJ12—78中表2确定建筑物的级别为:
_____级;
永久主要建筑物拦河坝为_____级;
永久次要建筑物为_____级;
临时建筑物为_____级。
3.2气象
(1)气温与水温
1)气温
表1气温表单位:
℃
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月平均气温
多年平均最低月平均气温
多年平均最高月平均气温
多年平均年平均气温_____℃;
绝对最高气温_____℃;
绝对最低气温_____℃。
2)水温
表2水温表单位:
平均水温
(2)风向、风速与吹程
1)风向:
_____;
2)风速:
多年平均最大风速_____m/s;
多年实测最大风速_____m/s;
多年平均风速_____m/s;
3)吹程_____km。
(3)冰情
冬季冰冻期_____月~_____月,多年平均最大冰厚_____m,春季流冰持续时间_____d,冰块最大面积_____m2,流速_____m/s,流冰抗碎强度_____MPa,冻土最大深度_____m,溶冰期_____月~_____月。
3.3水文、水能
(1)洪水
1)设计洪水重现期_____a;
2)校核洪水重现期_____a;
3)施工渡汛坝体挡水洪水重现期_____a;
4)移民标准洪水重现期_____a;
5)征地标准洪水重现期_____a。
(2)坝前水位
1)校核洪水位_____m;
2)设计洪水位_____m;
3)正常蓄水位_____m;
4)防洪限制水位_____m;
5)死水位_____m。
(3)坝址水位、流量关系曲线
(4)泥沙
工程河段多年平均悬移质沙量_____×
104t,多年平均推移质沙量_____×
104t,河床推移质级配见表3。
表3河床推移质级配表
粒径,mm
小于某粒径百分数,%
d50=_____mm,dcp=_____mm。
(5)水库淤积
1)坝前20年泥沙淤积高程_____m,30年泥沙淤积高程_____m;
2)泥沙的内摩擦角(φ)°
;
3)泥沙浮容重_____kN/m3。
3.4地形
坝址区地形图。
3.5地质
(1)工程地质
1)工程地质图包括:
坝址工程地质平面图;
坝址区工程地质纵、横剖面图;
坝址岩盘、风化带及覆盖层等高线图;
围堰工程地质纵横剖面图;
钻孔柱状图。
3)建议岩、土开挖边坡见表4。
4)
表4建议岩、土开挖边坡
岩、土风化程度
临时坡
永久坡
水上
水下
新鲜微风化
弱风化
强风化
全风化
土层
砂卵石、覆盖层
3)坝区基岩、土物理力学性质见表5。
表5坝区岩体物理力学指标建议值
岩性
干
密
度
比重
孔隙度
吸水率
饱和吸水率
抗压
强度
软化系数
允许承载力
变形指标
抗剪断强度
抗剪强度
备注
弹性
模量
变形
泊松比
岩石/岩石
混凝土/岩石
g/cm2
%
干
湿
f
c
MPa
5)河床覆盖层物理力学性质见表6。
表6坝区河床覆盖层物理力学指标建议值
岩性及成因
含水量
密度
孔隙比
颗粒分析成果
压缩模量
内摩擦角φ
凝聚力c
渗透系数
允许坡降
r干
r湿
>
200
200~
60
~
20
~0.05
0.05~0.005
<
0.005
有效粒径
平均粒径
不均匀系数
g/
cm2
mm
5)坝基(特别是趾板附近)岩溶(溶洞、溶沟、溶槽)的发育情况。
(2)水文地质
1)沿大坝趾板线的渗透剖面图。
2)大坝坝基(特别是趾板线附近)地下水的分布规律,地下水的层数_____,各层埋深_____,水源补给途径_____,水的酸碱度_____,pH值_____,承压水的压力_____。
3.6地震烈度
(1)地震基本烈度
本工程坝区基本烈度为_____度。
(2)地震设计烈度
根据DL5073-1997的规定,本工程大坝地震设计烈度为_____度。
3.7建筑材料
(1)外来建筑材料
水泥、钢材、木材、止水材料的特性见供货单位说明书,其中混凝土的强度特性见表7。
表7混凝土强度特性
混凝土标号
设计强度,Mpa
弹性模量E,MPa
轴心抗压Ra
弯曲抗压Rw
抗拉R1
混凝土容重_____kN/m3;
混凝土抗渗标号选定为_____;
混凝土抗冻标号选定为_____。
混凝土热胀系数见表8。
表8混凝土热胀系数
混凝土标号吸热系数放热系数导热系数线胀系数
(2)当地建筑材料
石料储量_____×
104m3,运距_____km;
土料储量_____×
沙石料储量×
104m3,运距_____km。
1)填坝石料主要物理力学性质见表9。
表9填坝石料物理力学指标
风化程度
单位
新鲜及微风化
容量
kN/m3
孔隙率
干抗压强度
饱和抗压强度
软化系数内摩擦角
(°
)
2)防渗土料的物理力学性质见表10。
表10防渗土料物理力学指标
土壤
名称
粘粒含量
容重
最优含水量
塑限指数I0
液性
指数
IL
渗透
系数K,cm/s
压缩系数
天然kN/m3
最大干容重kN/m3
3.8坝体稳定和应力应变计算参数坝坡稳定计算抗剪强度指标C、ф,可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行坝料试验取得。
提示:
(1)小型工程和30m以下的坝可不作应力应变分析。
对于中型工程的坝坡稳定计算抗剪强度指标C、φ,可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行试验取得,或由工程类比确定。
(2)坝料为软岩又无资料类比者,设计参数应通过试验确定。
(3)坝料试验项目有:
爆破试验;
级配试验;
击实试验;
压缩试验;
三轴剪切试验;
渗透变形试验;
现场碾压试验。
在初设阶段,中、小型工程一般没有条件进行现场试验,可留待施工时再进行。
坝体应力应变计算所需参数如表11。
表11坝体应力应变计算所需参数
编号
岩石名称
击实干密度
压缩试验
三轴剪切试验
风干
浸润面干
试样密度
单位沉降
固结系数
试样密度
咬
合
力
C
摩擦角φ
破坏比R
模数量K
指数n
切线泊桑比D
初始泊桑比
斜率F
mm/m
kg/
ca/
sec
4面板坝布置
4.1面板坝坝轴线选择和布置
根据可行性研究阶段选定的坝址,结合本阶段地勘资料和枢纽布置要求,选择和布置较合理的坝轴线。
坝轴线的选择一般取决于下列条件:
(1)坝址河段的地形条件;
(2)地质条件;
(3)趾板线的水文地质条件;
(4)与枢纽其他建筑物的协调条件;
(5)坝轴线一般布置成直线,当地形、地质条件不具备时,也可布置成折线或弧线;
(6)施工条件。
按照上述条件布置坝轴线,然后进行经济技术比较,择优选取。
4.2坝体布置
确定坝顶高程和坝顶宽度、上下游坝坡、趾板线的位置;
确定与两岸坝肩及建筑物的相互关系。
4.2.1坝顶布置
面板坝顶部的上游面一般设一道直立的钢筋混凝土的L墙,墙高从防浪墙顶算起共m,缝间设一道止水至墙顶。
下游面可设L墙,也可不设;
下游面设拦杆,坝顶布置照明灯杆,间距_____m。
坝顶宽度_____m,按构造和交通要求选定。
坝顶设横向排水坡为_____%。
4.2.2确定坝顶高程
防浪墙顶高程等于水库静水位加墙顶超高,按下列三种情况计算,取其最大值。
(1)设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高;
(2)校核洪水位+非常运用情况的墙顶超高;
(3)正常蓄水位+非常运用情况的墙顶超高+地震安全超高_____m(包括涌浪高程),当地震设计烈度为8(或9)度时,还应加上坝体(和坝基)在地震作用时的坝顶沉陷。
墙顶超高计算公式:
Y=R+e+A
(1)
式中:
R——为波浪在坝坡上的爬高,m;
R按SDJ218—84附录一计算,其中正常运用情况,采用多年平均最大风速的_____倍;
非常运用情况采用多年平均最大风速;
e——为最大风雍水面高度,m;
e按SDJ218—84附录一计算,其中风速值的采用与R计算相同;
A——为安全加高,m;
按表12采用。
表12安全加高,A值表
运用情况
安全加高,m
坝的级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅴ
正常
1.51.0
1.0
0.7
0.5
非常
0.4
0.3
防浪墙高一般采用1.2m。
坝顶高程=防浪墙顶高程-1.2m。
4.2.3上、下游坝坡拟定
根据已建工程类比和本工程填坝石料的物理力学性质初步拟定。
(1)上游坝坡:
湿抗压强度高、质量良好的爆破石碴料坡比为1∶_____;
湿抗压强度低、质量较差的石碴料坡比为1∶____;
质量良好的砂砾料坡比为1∶____。
(2)下游坝坡:
湿抗压强度高,优良石碴料构成的坡比为1∶_____;
湿抗压强度低,坝区开挖石碴料构成的坡比为1∶_____;
软弱石碴料构成的坡比为1∶_____;
各种砂砾料构成的坡比为1∶_____;
由复合料构成的坡比为1∶_____。
4.2.4趾板线的选择和布置
(1)根据布置及防渗的需要,调整好坝轴线与趾板线。
(2)趾板线的选择就是大坝防渗帷幕的位置选择,趾板一般置于坚硬、稳定、无冲蚀和可灌的基础上。
(3)当趾板线实在避不开不利的地质构造时,可采用贴坡面板或截水墙,以绕开或改善不利的地质构造。
4.2.5坝顶连接结构设计
面板堆石坝的坝体堆石和面板,往往与堆石坝两坝肩的刚性混凝土建筑物相邻,如混凝土副坝、溢洪道边墙、船闸的边墙、筏道等,在此种情况下面板与这些建筑物之间的接缝应按周边缝设计,止水体应留有足够的变形余地。
5坝体设计
5.1坝体剖面设计
坝体剖面设计应先确定剖面的几何尺寸,即先确定坝的建基高程,求出最大坝高,然后进行坝体堆料分区和各分区坝料的设计及工艺设计。
5.1.1确定最大坝高
(1)趾板的最低清基高程;
(2)坝基最低清理高程。
最大坝高H=坝顶高程—
(1)、
(2)项之最低者。
5.1.2坝体堆石分区
根据《混凝土面板堆石坝设计导则》(DL5016—93)第2章第2节对面板坝进行区域划分,从上游铺盖至下游坝坡大致划分如下:
(1A)粘性土料墙铺盖区填筑_____土料;
(1B)盖重区填筑_____任意料;
趾板后特殊垫层区填筑_____石料;
(2)垫层区填筑_____石料;
(3A)过渡区填筑_____石料;
(3B)主堆石区填筑_____石料;
次堆石区填筑_____石料;
(3C)下下游堆石区下部浸水部分填筑_____石料;
(3C)上下游堆石区上部干燥部分填筑_____石料。
5.1.3各分区坝料设计和碾压工艺设计
(1A)粘性土料墙铺盖区:
压实干容重_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数。
(1B)盖重区:
压实干容重。
趾板后特殊垫层区:
压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,水泥参量_____,渗透系数_____,铺料层厚_____,洒水量_____,碾重_____,碾压遍数。
垫层区:
压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾重_____,碾压遍数_____,含泥量限制_____,垫层区水平宽度_____m。
(3A)过渡区:
压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____,含泥量限制_____,过渡区的水平宽度_____m。
(3B)主堆石料区:
压实干容重_____,风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,含泥量限制_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____。
(3C)下游堆石区:
压实干容重_____,风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,含泥量_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____。
5.1.4填筑质量标准
中、小工程的初步设计阶段其坝料设计,可参照表列经验数据取值,施工过程中再行修正。
填筑质量标准的经验数值表
堆石料分区
孔隙率%(压实干容重)
压实系数
相对密度
人工砂石料垫层
15~21
0.95~0.97
—
天然砂石料垫层
0.97~0.98
0.75~0.8
过渡层堆石料
20~22
主堆石料
22~25
下游堆石料
25~28
0.93~0.95
对于无资料可类比的石料及软岩堆石料,其填筑的质量标准应通过试验确定。
5.2面板坝坝体防渗系统设计
大坝的防渗系统包括帷幕、趾板、面板和接缝等内容,本节只叙述趾板、面板和接缝设计,帷幕归入基础处理部分。
5.2.1趾板设计
(1)趾板宽度按基础处理后的地基允许渗流比降确定,采用水头的____%,全部趾板按水头的大小及基础处理的严宽可分成_____种不同的型式。
(2)趾板的厚度根据工程类比及面板的厚度定为____~____。
(3)趾板采用单层双向配筋,配筋率为_____%。
(4)趾板与基岩的联系采用锚筋,锚筋直径为____mm、间距____m、伸入基岩____m、全长m。
(5)在趾板下进行帷幕灌浆和固结灌浆,可在相应的灌浆孔位设置预埋管。
(6)趾板沿纵向可不设缝,也可设缝。
如设缝,在缝间设一道PVC止水。
(7)趾板混凝土强度标号_____,抗渗标号为_____,抗冻标号为____。
(水泥标号)。
(8)趾板下的断层破碎带、软弱夹层等要进行处理,处理后的基础要能满足渗流稳定并达到同一安全标准。
(9)如在设计上一定要采用高趾墙,必须进行稳定应力计算,控制墙下帷幕部位不能出现拉应力。
(10)两岸为溢洪道边墙时,可利用边墙作为趾板使用。
面板与挡墙接缝按周边逢设计。
5.2.2面板设计
(1)面板厚度
中低坝可以采用大于30cm的等厚度面板,其厚度为____m。
或采用变厚度面板,其厚度为:
t=0.3+xH
(2)
H——计算断面至面板顶部的垂直高度,m;
x——经验系数,一般为0.002~0.0035。
(2)配筋
面板采用单层双向布筋,位置偏中或偏上。
纵向配筋率_____,横向配筋率_____。
周边缝及垂直挤压缝侧参照已建工程类比配置加强钢筋。
(3)分缝
面板周边设周边缝,本身设垂直缝。
缝距在坝肩处_____m,中央部分_____m。
施工中的水平缝按施工缝处理。
(4)混凝土标号_____,抗渗标号_____,抗冻标号_____,水泥用量_____。
(5)混凝土拌制掺加气剂,含气量_____。
(6)面板的分期施工:
第一期面板混凝土浇筑高程_____m,第二期面板混凝土浇筑高程_____m。
5.2.3接缝设计
(1)周边缝
周边缝是面板与趾板之间,或面板与坝顶防浪墙及相邻建筑物之间的缝。
要求面板相对于趾板等能适应于微小转动和移动。
面板与趾板间预留缝宽_____cm,缝间置沥青杉板或柏木板,缝底设W型止水铜片,缝顶设塑性填料盖片。
对于高坝中间应加一道PVC止水片。
(2)张拉垂直缝
施工时不留缝宽,底部在两板上嵌入W型止水铜片,铜片下铺塑料垫片。
顶部设塑性填料加盖片。
(3)压缩垂直缝压缩性垂直缝只在底部设一道W型止水铜片。
(4)施工缝
施工缝不增设止水片,先期施工的面板打毛洗净,钢筋伸过接缝,使两侧面板紧密相连。
6坝体计算
6.1坝体稳定计算
6.1.1需计算坝体稳定的情况
中、低面板坝一般不要进行稳定计算,只有当存在下列情况之一时进行稳定计算。
(1)坝基存在砂砾石层或软弱夹层;
(2)施工期坝体过水或拦洪渡汛;
(3)强地震区;
(4)坝体包含软弱堆石料区。
6.1.2稳定计算的外界条件
(1)正常情况
水库正常蓄水位,下游最低水位。
(2)非常情况
水库正常蓄水位,下游最低水位遇_____度地震;
水库校核洪水位,下游相应泄洪水位;
施工期临时渡汛断面挡水上游渡汛洪水位,下游相应水位。
6.1.3稳定计算法
(1)静力计算方法
瑞典圆弧法、简化毕肖普法、滑楔法。
以上计算公式参见SDJ218—84附录三。
(2)抗震计算方法
拟静力法计算,用简化毕肖普法或滑楔法,或参用有限元法对坝体和坝基进行动力分析。
以上计算公式可参见DL5073—1997。
6.1.4安全系数
正常情况:
____;
非常情况:
_____。
最小安全系数应满足SDJ218—84的规定。
6.2坝体应力应变分析
用坝料试验(包括室内的和室外的)得到的计算参数,利用有限元法对坝体进行静荷载及动荷载作用下的应力分析,了解坝体在蓄水期和竣工期的垂直位移、水平位移、上游坡面位移及拉、压分界线,为坝体设计和接缝设计提供依据。
7基础处理
面板坝的趾板一般要求置于岩石基础上,而坝体可置于岩石基础上,也可置于密实的砂
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