心墙坝课程设计

第一章绪论1.1 前言

1.2 设计基本资料

1.2.1 工程概况

1.2.2 气象水文资料

1.2.2.1 气象条件

1.2.2.2 径流

1.2.2.3 洪水

1.2.2.4 泥沙

1.2.2.5 冰情

1.2.2.6 水化学

1.2.3 工程地质条件

1.2.3.1 区域地质概况

1.2.3.2 库区工程地质条件

1.3 设计内容

1.4 设计依据

土石坝设计

1、土石坝设计任务书

1.1、课程地位、作用：

土石坝课程设计是《水工建筑物》教学中的一个重要的教学环节之一，它是高等教育中培养水利水电工程专业应用型高等专门人才的一次专题实训环节，是在定岗实践的基础上通过对典型的，有代表性的已建或在建工程的实际资料分析，结合生产实际，进行水利水电工程枢纽设计，提高专业基本技能及工作能力的一次指导性实训课程。其任务主要有：

1、通过课程设计使学生学会综合运用基础知识和专业理论知识，进行水利工程设计的方法和步骤。

2、培养学生善于运用设计图册、国家标准规范、熟悉计算方法，提高计算能力，专业绘图以及编写设计文件等基本技能。

3、提高学生分析问题、解决问题、独立工作的能力。

4、通过课程设计全面考察，了解学生在校期间的学习质量，从而发现教学中存在的问题，为进一步进行教学改革提供依据。

1.2、工程概况：

水库位于G县H河支流Q河上游，控制流域面积198km2，水库总库容330万m3。枢纽工程包括大坝和位于左岸的输水洞。其中主坝坝高为71m，坝轴线全长265m，顶宽7m。坝顶高程3281m，设计、校核洪水位和正常蓄水位均为3278m，大坝按三级建筑物设计，设计标准按50年一遇洪水设计，500年一遇校核。坝址处河床为洪积、

冲积砂砾石覆盖层，最大厚度13m。在施工中进行覆盖层探深试验，平均干容重达23.5k，渗透系数为20.9~94.5m/d。

1.3、设计任务：

1.3.1 坝体结构设计

根据工程概况确定合理土坝形式，其中包括坝体防渗体形式及材料，坝壳材料，排水体类型，以及坝基防渗处理措施。

1.3.2 坝体剖面设计

在已知坝顶高程坝顶宽度条件下，根据所确定的坝体结构，假定土坝的上游及下游坡率，并在米格纸上绘出土坝的最大剖面图。

1.3.3 渗流计算

根据已确定的坝体结构形式选用相应的水力学公式计算出最大剖面处单宽流量以及浸润线方程并会在米格纸上。（仅考虑外稳定渗流期一种工况，此时下游水深为5m）

1.3.4 坝坡稳定计算

应用圆弧滑动法，找出稳定渗流期坝体下游坡最小安全系数kmin 所对应圆心的大致区域。并至少计算出一个安全系数k，并在米格纸上绘出过程。

1.3.5 细部构造设计

包括坝顶、护坡、反滤层、坝体及坝基有防渗透、排水、坝坡排水沟等并绘出各个细部构造图。

2、坝体结构设计

2.1坝型选择

在选定下坝线的基础上，对可能利用的当地材料进行了研究分析。考虑了各种可能采用的坝型，由于坝址不具备相对对称的山体地形，山体也不够宽厚，同时坝基为深厚的砂砾石层，首先排除了采用拱坝及重力坝的方案。根据地质勘测，当地具有材质良好、储量丰富、运距短的砂砾石料，坝壳填筑料充分，适宜建造土石坝

土石坝可以分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。心墙土石坝、土石斜墙坝、心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料。

根据工程地质条件、地形条件、当地建筑材料、交通状况，考虑大坝型式为：沥青混凝土心墙坝、土工膜斜墙砂砾石坝几种。

根据当地的地形、地质条件，及对筑坝材料分析，决定采用沥青混凝土心墙砂砾石坝。

2.2防渗体设计

2.2.1心墙材料选择

沥青混凝土心墙具有良好的适应变形能力、抗冲蚀能力、抗老化能力以及整个心墙无须设置结构缝，因此，沥青混凝土心墙可在任何气候条件和任何海拔高度使用。本坝体选取沥青混凝土作为心墙材料，主要原因有以下几点：（1）施工时间：可以以相当快的速度铺筑沥青混凝土，非常经济适用。沥青混凝土一经压实，立即可以防水，特别是在潮湿的季节施工时，这一点非常重要。

（2）生理的适宜性：沥青在生理方面完全适宜于饮水，从水质卫生的观点来看，对其应用于水库完全没有异议。

（3）抗冻性：因为沥青混凝土具有极小的孔隙率，因此水就没有进入这些构件的机会，所以冰冻作用不会影响到沥青材料，故沥青构件不需要防水保护。

（4）冰冻时期的铺筑：如果铺盖层的厚度适当，在零度以下都可以铺筑沥青混凝土，这就允许在高海拔的地方有较长的施工工期，这点特别适用于新疆。

2.2.2 心墙型式

沥青混凝土心墙有两种型式，一种为碾压式沥青混凝土心墙，一种为浇筑式沥青混凝土心墙。浇筑式沥青混凝土心墙，可采用人工方式在严寒地区冬季施工，沥青用量最高可达16%，塑性好，在国内有不少成功先例，如黑龙江的西沟坝、尼尔基坝、库尔宾坝，吉林的白河坝；碾压式沥青混凝土心墙，机械化施工程度高，施工方法简单易控，进度快，沥青用量少，是高坝中常采用的形式。从国内的相似工程来看，三峡茅坪溪、四川冶勒均采用碾压式沥青混凝土心墙。

本水利枢纽工程项目属高坝、地震设防烈度高（8度设防）、碾压式沥青各项指标优于浇注式等特点，结合目前国内碾压式沥青心墙的发展现状，确定采用

碾压式沥青混凝土。

2.2.3 心墙布置型式

在心墙布置上，有直心墙，斜心墙，下部直心墙上部斜心墙三种型式。坝基覆盖层厚达13m，设计采用混凝土防渗墙和灌浆帷幕结合的垂直防渗形式，防渗墙顶部高程为2997~3281m，斜心墙受力条件好，但不能满足与基础防渗墙所有部位直接衔接，基础灌浆钻孔不能直线布置，若按折线布置，造成基础防渗工程量增加。阿尔塔什地震设防烈度高，一旦在地震情况下坝体发生永久剪切变形，沥青混凝土心墙出现开裂，斜心墙不易检修和检查。其右坝肩岸坡陡直，斜心墙斜线与岸坡岩石基础衔接难度大，沥青混凝土用量大，心墙出现的剪切变形也较大。

根据《土坝设计》直心墙具有以下优点：

1、不受气候影响，可以使用性能较差的沥青或渣油；建成后也不易受冰冻、风浪、浮托力或机械的损伤。

2、通常只有一层，比斜墙施工简单，施工设备也简单。

3、心墙与坝基齿墙或岸坡连接较易；

4、防爆性好，抗震性也比较好；

5、坝体沉陷对心墙影响小，而对斜墙影响大，易使斜墙开裂；

6、心墙可与坝体同时施工，早期就可蓄水。

心墙与河床段连接处如图3-1所示。