钟吕水利枢纽堆石坝设计计算书（三）

- 1 -目 录第一章 调洪演算 - 5 -1.1 洪水调节计算 - 5 -1.1.1 洪水调节计算方法 - 5 -1.1.2 洪水调节具体计算 - 5 -1.1.3 计算结果统计 - 7 -1.2 防浪墙顶高确定 - 8 -1.2.1 正常蓄水位和设计设计洪水位状况 - 9 -1.2.2 校核状况 - 9 -第二章 L 型挡墙计算 - 11 -2.1 荷载计算 - 11 -2.1.1 荷载计算方法 - 11 -2.1.2 工况一：正常蓄水位 - 12 -2.1.3 工况二：校核洪水位 - 13 -2.2 最危险工况判定 - 14 -2.3 L 型挡墙的抗滑稳定计算 - 14 -2.4 L 型挡墙的基底应力计算 - 16 -2.5L 型挡墙抗倾覆稳定计算 - 17 -2.6L 型挡墙配筋计算 - 17 -2.6.1 墙身配筋计算 - 17 -2.6.2 底板配筋计算 - 19 -第三章 复合土工膜强度及厚度校核 - 21 -3.1 0.4MM 厚土工膜 - 21 -3.2 0.6MM 厚土工膜 - 22 -第四章 坝坡稳定计算 - 23 -4.1 坝体边坡拟定 - 23 -4.2 堆石坝坝坡稳定分析 - 23 -4.2.1 计算公式 - 23 -4.2.2 计算过程及结果 - 24 -第五章 坝坡面复合土工膜稳定计算 - 25 - 2 -5.1 混凝土护坡与复合土工膜间抗滑稳定计算 - 25 -5.2 复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算 - 25 -第六章 趾板设计 - 26 -6.1 设计趾板剖面 - 26 -6.2 趾板剖面的计算 - 26 -6.2.1 岸坡段趾板剖面 - 27 -6.2.2 河床段趾板剖面 - 27 -6.3 趾板配筋 - 28 -第七章 副坝 - 29 -7.1 副坝设计 - 29 -7.2 强度和稳定验算 - 29 -7.2.1 荷载计算 - 30 -7.2.1.1 工况一（正常蓄水位） - 30 -7.2.1.2 工况二（设计洪水位） - 31 -7.2.1.3 工况三（校核洪水位） - 32 -第八章 溢洪道设计 - 33 -8.1 堰型选择 - 33 -8.2 引水渠段设计 - 33 -8.2.1 进水渠的布置遵循原则 - 33 -8.2.2 设计计算 - 34 -8.3.控制堰的结构设计 - 34 -8.3.1 闸室布置与构造 - 34 -8.3.1.1 闸墩 - 34 -8.3.1.2.工作桥 - 35 -8.3.1.3 闸门设计 - 35 -8.3.2 边墙设计： - 35 -8.4 泄槽水力计算 - 37 -8.5.挑流消能计算 - 41 -第九章 工程量清单计算 - 43 -9.1 工程量计算 - 43 -9.1.1 工程量计算的依据及项目划分 - 43 -9.1.2 主坝工程量计算 - 43 -9.1.2.1 各剖面工程量 - 43 -9.1.2.2 各坝段工程量及合计 - 43 -9.1.2.3 趾板段工程量 - 44 -9.1.2.4 主坝工程量合计 - 45 - 3 -9.1.3 副坝工程量计算 - 45 -9.2 工程量清单 - 46 -第十章 拦洪水位确定 - 48 -10.1 洪水调节原理 - 48 -10.2 隧洞下泄能力曲线的确定 - 48 -第十一章 工程量计算 - 51 -11.1 堆石体施工 - 51 -11.1.1 施工强度计算 - 51 -11.2 施工机械选择及数量分析 - 54 -11.3 混凝土工程量及机械数量计算 - 56 -11.3.1 趾板 - 56 -11.3.2 混凝土面板 - 56 -11.3.3 挡浪墙 - 57 -11.3.4 副坝 - 58 -11.3.5 混凝土工程机械选择数量计算 - 58 -11.3.5.1 混凝土工程最大工作强度计算 - 58 -11.3.5.2 混凝土拌合设备数量计算 - 58 -第十二章 导流洞施工计算 - 59 -12.1 基本资料 - 59 -12.2 开挖方法选择 - 59 -12.3 钻机爆破循环作业项目及机械设备的选择 - 59 -12.4 开挖循环作业组织 - 59 -12.4.1 确定开挖断面面积 S - 59 -12.4.2 炮眼数量的确定和布置 - 60 -12.4.3 循环作业进尺计算 - 60 -12.4.4 确定钻孔、出渣机械数量 - 60 -12.4.5 计算总工期 - 61 -12.4.6 隧洞开挖主要机械汇总表 - 61 -附图一：水库水位-库容关系曲线 - 63 -附图二：坝址水位-流量关系曲线 - 64 -附图三：设计洪水过程线(P=2%) - 65 - 4 -附图四：校核洪水过程线(P=0.1%) - 66 -附图五：调洪演算 QH 曲线(设计) - 67 -附图六：拦洪水位确定 - 72 -附图七：0.4MM 土工膜厚度验算 - 73 -附图八：0.6MM 土工膜厚度验算 - 74 - 5 -第一章 调洪演算1.1 洪水调节计算1.1.1 洪水调节计算方法利用瞬态法，结合水库特有条件，得初专用于水库调洪计算的实用公式如下： Q-q=v/t (1-1)式中：Q 计算时段中的平均入库流量（m 3/s） ；q 计算时段中的平均下泄流量（m 3/s） ；v 时段初末水库蓄水量之差(m 3)；t 计算时段，一般取 1-6 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。1.1.2 洪水调节具体计算用三角形法（高切林法）拟出洪水过程线，如附图 3、4。根据本工程软弱岩基，选用单宽流量约为 2040 m3/s，允许设计洪水最大下泄流量 255 m3/s，故闸门宽度约为 6.375m12.75m，选择三种宽度进行比较，假定溢流前缘净宽分别为 8m、9m 和 10m,并假定三个堰顶高程，绘制出 ZQ 曲线。并根据公式 求得的溢流堰的泄水能力曲线。23HgBQ设计时用 AutoCAD 作图计算，在设计和校核洪水过程线图中。正常蓄水位 276.2m，库容为 1915 万 m3；本工程汛前限制水位设为 275m,相应库容为 1840.0 万 m3绘图（如附图） ，列表计算各曲线坐标点参数如下：表 1-1堰顶高 设计状况假定流量qi（m 3/s）面积 Si （ 2） 增加库容 总库容 V相应水位Z（m）271 设计情况 313.6224 590.8924 212.7213 1810.221 274.4035260.7516 806.4286 290.3143 1887.814 275.645221.2396 967.1079 348.1588 1945.659 276.3809167.8864 1194.24 429.9264 2027.426 277.1168115.4244 1444.529 520.0303 2117.53 277.9278校核情 475.8072 928.7469 334.3489 1931.849 276.2566- 6 -况359.7272 1390.739 500.6661 2098.166 277.7535269.7256 1777.696 639.9704 2237.47 279.0072204.158 2079.693 748.6893 2346.189 279.9857272 设计情况 313.6224 590.8924 212.7213 1872.721 275.4035260.7516 806.4286 290.3143 1950.314 276.4228221.2396 967.1079 348.1588 2008.159 276.9434167.8864 1194.24 429.9264 2089.926 277.6793115.4244 1444.529 520.0303 2180.03 278.4903校核情况 475.8072 928.7469 334.3489 1994.349 276.8191359.7272 1390.739 500.6661 2160.666 278.316269.7256 1777.696 639.9704 2299.97 279.5697204.158 2079.693 748.6893 2408.689 280.5482273 设计情况 313.6224 590.8924 212.7213 1938.021 276.3122260.7516 806.4286 290.3143 2015.614 277.0105221.2396 967.1079 348.1588 2073.459 277.5311167.8864 1194.24 429.9264 2155.226 278.267115.4244 1444.529 520.0303 2245.33 279.078校核情况 475.8072 928.7469 334.3489 2059.649 277.4068359.7272 1390.739 500.6661 2225.966 278.9037269.7256 1777.696 639.9704 2365.27 280.1574204.158 2079.693 748.6893 2473.989 281.1359274 设计情况 313.6224 590.8924 212.7213 1997.721 276.8495260.7516 806.4286 290.3143 2075.314 277.5478221.2396 967.1079 348.1588 2133.159 278.0684167.8864 1194.24 429.9264 2214.926 278.8043115.4244 1444.529 520.0303 2305.03 279.6153校核情况 475.8072 928.7469 334.3489 2119.349 277.9441359.7272 1390.739 500.6661 2285.666 279.441269.7256 1777.696 639.9704 2424.97 280.6947204.158 2079.693 748.6893 2533.689 281.6732- 7 -表 1-2 溢洪道下泄能力曲线表1.1.3 计算结果统计表 1-3 方案比较表方案堰顶宽堰顶高程(m)起调流量 Q 起调 (m3/s)设计洪水位(m)设计下泄流量(m3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m3/s)超高（m ）1 271 132.3 276.5 210 278.4 310 2.2 2 272 87.6 277.1 200 279.0 320 2.8 3B=8米 273 48.6 278. 200 280 300 3.8 4 271 150.1 276.3 210 278 340 1.85 272 99.1 276.8 192 278.5 310 2.3 6B=9米 273 54.9 277.8 200 279.8 312 3.67 271 167.9 276.0 240 277.9 360 1.7 8 272 110.7 277.0 225 278.5 360 2.39B=10米 273 61.1 277.8 210 279.4 340 3.2 注：1.超高Z =校核洪水位-正常蓄水位；2.发电引用最大流量 5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。3.计算见附图。H0 B1 Q1 B2 Q2 B3 Q3 H(271) H(272) H(273) H(274)1 8 17.47736 9 19.7009 10 21.925 272 273 274 2752 8 48.55294 9 54.8422 10 61.131 273 274 275 2763 8 87.57987 9 99.1339 10 110.69 274 275 276 2774 8 132.3476 9 150.136 10 167.92 275 276 277 2785 8 181.481 9 206.341 10 231.2 276 277 278 2796 8 233.9877 9 266.668 10 299.35 277 278 279 2807 8 289.0929 9 330.274 10 371.46 278 279 280 2818 8 346.1598 9 396.474 10 446.79 279 280 281 282- 8 -1.2 防浪墙顶高确定根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： y=R+e+A式中：y-坝顶超高R-最大波浪在坝坡上的爬高，按 h1%算e-最大风雍水面高度，按 hz 算A-安全超高。库区多年平均最大风速 12.6 m/s，吹程 1.6Km。表 1-4 土坝坝顶安全超高值(m)坝 的 级 别运用情况I II III IV、V正常 1.5 1.0 0.7 0.5非常 0.7 0.5 0.4 0.3波浪要素采用鹤地水库公式：， ，31208120%65.VgDVgh 21020386.VgDLm mzLHcth2%1式中 累积频率为 2%的波高(m)Lm平均波长(m) V0为水面以上 10m 处的风速，正常运用条件下 III 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，3 级坝采用累积频率为 1%的爬高值 。%1h按上述公式算出的为 ，再根据频率法按下表可得出 。%2h%1h表 1-5 不同累积频率下的波高与平均波高比值(h p/hm)phm/Hm0.01 0.1 1 2 4 5 10 14 20 50 90中,关于趾板设计的规定:直板段厚度取 0.4m,小于 2m,不进行抗滑稳定验算。趾板的宽度可根据趾板下基岩的允许水力梯度和地基处理措施确定，其最小宽度宜为 3m。允许的水力梯度宜符合表 5-1 的规定。表 6-1 水力梯度表 风化程度 新鲜、微风化 弱风化 强风化 全风化允许水力梯度 20 1020 510 35趾板的厚度可小于相连接的面板的厚度，但不小于 0.3m。趾板下游面应垂直于面板，面板地面以下的趾板高度不应小于 0.9m，两岸坝高较低部位，可放宽要求。中低坝的趾板应建在强风化岩层以下，故 H/S=510。对趾板做如下设计:6.2 趾板剖面的计算趾板横截面如图示：图 6-1 趾板横截面图- 27 -6.2.1 岸坡段趾板剖面夹角 由下式计算：(5-1)212212cos mBCLmB式中： m 上游边坡，m=1.5；(C-B) 趾板段两端点高度之差；L 趾板段两端点在沿坝轴线方向的距离。6.2.2 河床段趾板剖面夹角 由下式计算：(5-2)12cosm式中：m 上游边坡，m=1.5；计算结果如下表：表 6-2 夹角 计算C-B L m cos (。 )1 12.4 0.233 1.5 0.99 0.42 20 35.324 1.5 0.91 253 19 72.5 1.5 0.86 31.14 0 48.61 1.5 0.83 33.75 17.7 0 1.5 1 06 17.6 52.75 1.5 0.87 29.77 14.9 17.4 1.5 0.94 19.9表 6-3 趾板具体计算说明 水头 S 最小 S 最大S（最小取3m）趾板厚度 h（最小0.3m）1 12.8 1.28 2.56 3 0.42 20.8 2.08 4.16 3 0.43 27 2.7 5.4 4 0.44 32 3.2 6.4 4 0.45 36 3.6 7.2 4 0.46 38.6 3.86 7.72 4 0.4- 28 -7 41.6 4.16 8.32 5 0.48 47.3 2.365 4.73 4 0.49 51.5 2.575 5.15 4 0.410 52.5 2.625 5.25 4 0.411 52.5 2.625 5.25 4 0.412 52.5 2.625 5.25 4 0.413 51.3 2.565 5.13 4 0.414 36.7 1.835 3.67 4 0.415 33.8 1.69 3.38 4 0.416 27.2 1.36 2.72 3 0.417 22.5 2.25 4.5 4 0.418 19.9 1.99 3.98 4 0.419 12.8 1.28 2.56 3 0.420 3.3 0.33 0.66 3 0.46.3 趾板配筋趾板的结构应力较小，一般在趾板内布置一定数量的温度钢筋。趾板钢筋的各向含筋率可按照平板段设计厚度的 0.3采用。钢筋采用单层双向配筋，保护层厚度为 10cm。在周边接缝处加配构造钢筋。钢筋布置在趾板顶部，单层双向，各向含钢筋率为 0.30.4。本设计采用单层双向配筋，保护层厚度取为10cm。横向配筋率取为 0.3，纵向配筋率取为 0.3。取单宽 1m， =0.3% ，则： 图 6-2 趾板配筋图min=1000(4i0bhAs00-100)0.3%=900mm2查水工钢筋混凝土结构学附录三表 2，选用18280，As=909mm 2。由于趾板地基的帷幕与固结灌浆，一般都在趾板上进行，底座又起了灌浆顶盖 的作用，在底座内设置锚筋将趾板固定在基岩上。锚筋按经验设计：采用直径 28mm 钢筋两向间距 1m，伸入基岩 5m，顶端弯成 180,弯钩与顶面钢筋勾连第七章 副坝土 工 膜 2810,伸 入 基 岩 5m 1820 1820- 29 -7.1 副坝设计副坝底高程为 266.8m，顶部与主坝平齐，为 281m，顶宽与主坝顶宽相同，取6m，挡墙高与主坝相同，取 1.2m。如图示：图 7-1 副坝尺寸图 图 7-2 副坝荷载图由公式(6-1)进行验算：(6-1)0cHB式中： H 坝高，H=10.2 m； 混凝土容重， =24kN/m3；cc 水容重， =9.81kN/m3；00 扬压力折减系数，河岸取为 0.3。则：B=7.04m，故取 7.04M 满足要求。7.2 强度和稳定验算采用摩擦公式，计算校核水位下的抗滑稳定安全系数 ：K- 30 -(6-2)PUWfK式中： 作用于滑动面以上的力在铅直方向分量代数和；W 作用于滑动面以上的力在水平方向分量代数和；P 作用在滑动面上的扬压力；U 滑动面上抗剪摩擦系数，根据资料，混凝土与弱风化千枚岩之f间的摩擦系数为 0.5 0.6，取 0.5。f7.2.1 荷载计算7.2.1.1 工况一（正常蓄水位）1） 扬压力Fa= H=92.214kNwFb= Fa=92.214kN考虑在河岸段，扬压力折减系数 =0.35 Fc=0.35 Fb=32.27kN2） 浪压力： （6-18）zmwLhP%14式中： 水的容重；w 波浪波长；m 波浪浪高；%1h 波浪中心线高出静水位高度。zzmwLhP%14=109.317（1.259+0.534）/4= 40.97Kn静水压力 P=0.59.819.4 9.4=433.41KN P=0.5 FaH+ P L=40.97+433.41=474.38