h水利枢纽挡水建筑物初步设计

三峡大学科技学院

毕业设计（论文）课题任务书

H水利枢纽挡水建筑物初步设计

学生：易翅学号：2011201214

老师：乔娟

三峡大学科技学院

1 课题来源

H水库位于W县城西南5公里处的H河中游，该河系睦水的主要支流，全长30公里，流域面积为600平方公里，坝址以上控制流域面积450平方公里。由于H河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源。

2目的和意义

通过对H水利枢纽挡水建筑物初步设计，使我们明白了土石坝的组成、特征、成因及安全监测方法等相关知识进行了系统的学习，让我们明白了土石坝的施工，构造以及水工建筑物对人们的巨大益处。

3主要文献、资料名称

1、《水工建筑物》教材。

2、《水工设计手册》（第四卷－土石坝）.北京：水利电力出版社，1987。。

3、《水工设计手册》（第五卷－混凝土坝）.北京：水利电力出版社，1987。。

4、《水工设计手册》（第六卷－泄水与过坝建筑物）.北京：水利电力出版社，1987。

5、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。

6、《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）。

7、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）。

8、《水利水电工程制图标准》（SL73.2-95）。

9、《水利工程施工》教材。

3.1土工膜斜墙坝的原理及特点

土工膜为高分子聚合物或由沥青制成的一种相对不透水的薄膜，聚合物薄膜所用的聚合物有橡胶和塑料两种。合成橡胶薄膜可用尼龙丝加筋。其抗老化及各种力学性能良好。但价格比塑料薄膜贵。水利工程上采用的塑料主要是聚乙烯和氯乙烯制品。此外还有各种复合型土质膜。可弥补土工膜的强度不足。又能改善抗磨性能的不足。应用土质膜做土石坝防渗体时，可以铺设在上游面，并在其

上部和下部分别设置上下垫层，再在表面加防护层。防护层可采用沙粒料干砌。上垫层可采用沙粒料、沥青混凝土、土工织物。下垫层可采用压实细粒土、土工织物、土工网。也可将土工膜直立铺设与坝体中部。此时坝坡坡度可不受其影响，薄膜也不易损坏，但以后的维护更新不便，土工膜多用于土石坝

3.1 土工膜防渗的类型

土工膜防渗有以下几种类型：①土石坝的防渗斜墙；②土石坝的垂直防渗心墙；③透水地基上土石坝的水平防渗铺盖；④透水地基上土石坝的垂直防渗墙；

⑤土石坝的加高防渗

3.2 土工膜防渗的技术特点

土工膜是一种柔性防渗材料，可用于水库库盆、土石坝的垂直防渗墙、倾斜防渗层、坝的上游防渗铺盖、沥青混凝土面板或混凝土面板堆石坝的防渗层、尾矿坝的初期坝防渗层、渠道防渗、污水防渗和危险性废物料场的封闭等等。

土工膜防渗具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等技术特点，宜于在我国大力推广。

3.3防渗铺盖设计（含库盆）

在透水地基上修建土石坝，水平铺盖与斜墙、心墙联合防渗是通常采用的一种措施。采用复合土工膜作铺盖，主要在于复合土工膜的主膜渗透系数极小，通常为10-11~10-12cm/s，起防渗截水作用，而且复合土工膜具有较大的弹性或塑性变形，可适应土体的沉降、胀缩等变形。

3.3.1防渗铺盖厚度确定

土工膜防渗铺盖厚度应按作用水头，地层中可能存在裂隙的形状与大小，以及土工膜的抗拉强度和破坏应变等，借薄膜理论来估算

按照SL/T225-98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》中的公式计算。（ T？0.24？pb／根号下？）式中T ——薄膜的单宽拉力（kN/m）； p ——薄膜上承受的水压力荷载（kPa）； b ——预计膜下地基可能产生的裂缝宽度（m）；ε——薄膜发生的拉应变（%）。计算土工膜的厚度时，考虑土工膜垫层采用中细砂、砾石，作用水头按最大水头，假设裂缝宽度为10mm时，计算最大水头的水压力荷载下土工膜的拉应力-拉应变曲线，此曲线应与选用厚度的土工膜材料的拉应力-拉应变曲线对比，求出应力安全系数和应变安全系数，如不满足，应选较厚膜。根据经验，对于中水头坝，要求厚度一般为0.5~0.6mm。

3.3.2防渗铺盖结构设计

土工膜下设反滤层，以防止铺盖万一穿孔时造成地层土流失，采用非织造土工织物的复合土工膜可以同时满足运行需要。大面积铺盖下会积水、积气，应根据具体情况采取工程措施排除积水、积气。土工膜不宜直接与粒径较大的土石料接触，应根据需要在两面设置细粒垫层或一面设置垫层，一面设置保护层。如果地基是壤土或沙土，经平整压实后，可直接在其上铺设土工膜；如果地基中含有卵砾石较多，可先铺设沙土或中粗沙垫层，碾压密实，然后在其上铺设土工膜。土工膜上应设置一定厚度的保护层，该层也应先铺砂土或中粗砂过渡层，然后是一般土石料或混凝土保护层。保护层在压实或施工过程中应防止土工膜的损

坏。如果采用复合土工膜，经论证也可不设垫层而直接与粒径较大的土石料接触，使结构得以简化。

3.3.3水平铺盖防渗长度计算

采用复合土工膜作斜墙（心墙）与铺盖联合防渗，复合土工膜应是一整体结构。虽具一定的柔性，但与透水地基接触时，不可能完全嵌入到下层介质的孔隙中，因此，其接触面上将存在较大的孔隙通道，沿接触面渗流的流速会逐渐增大，当渗透压力达到下层基土的临界水力坡降时，下层基土的颗粒即失去平衡，被水流从接触面上的孔隙通道中带走，形成接触冲刷破坏。为防止下层基土颗粒的冲刷破坏，则需要复合土工薄膜铺盖具有足够的长度，以减小铺盖下的渗透坡降，达到透水地基渗透稳定的目的，此时的铺盖长度为铺盖的极限长度

3.3.4土工膜铺盖的保护

施工阶段防止施工人员和施工机械对土工膜可能产生的损伤，在铺设完毕后一直到运行期间防止土工膜受阳光直接暴晒，人畜或施工机械在表面行走造成损伤。具体解决措施：在土工膜表面覆盖一定厚度的透水料保护层，厚度要求大于或等于1 m，并且要与土工膜同时铺放

3.4施工要点

3.4.1 土工膜接头

土工膜尽量选用宽幅的，这样即减少了很多接缝和土工膜搭接量，又减少了焊接工作。近来已经有厂家生产宽幅土工膜，幅宽5~10m，每卷膜的长度视膜厚不同而异，膜薄则长，膜厚则短。窄幅的土工膜，幅宽仅 1.2~2.0m。河南黄河西霞院水库大坝使用0.2mm幅宽8m聚乙烯膜，甘肃夹子山水库库盘使用0. 3mm和0.2mm幅宽7.5m聚乙烯膜。设计时要根据订货幅宽计算接缝长度，按接缝搭接或对接需要预留母材宽度计算土工膜订货总量。接缝预留母材宽度视拼接方法而定。拼接方法有（1）热压硫化法，（2）焊接法，（3）胶结法，（4）缝合并涂胶法，（5）溶剂焊接。热压硫化法，焊接法形成的接缝，其抗拉强度都可以达到母材同样强度。胶结法形成的接缝抗拉强度只能达到母材抗拉强度的60%~80%。缝合并涂胶法形成的接缝抗拉强度只能达到母材抗拉强度的85%~90%。热熔挤压焊接法将焊条与母材混熔为一体。在计算土工膜厚度时，应考虑到接缝的抗拉强度低于母材，因而需增加土工膜的厚度。沿接缝界面的渗透性，经试验接缝严密不透水，达到母材的不透水性。土工膜的接缝是沿着坝坡方向还是沿着坝轴线方向，是设计时要考虑的问题，原则上，要使接缝量最少，而且再拉应力大的方向，最好一卷卷材铺设到头，不要有接缝。

3.4.2土工膜的拼接

为了减少接缝，工厂应尽可能生产宽幅长卷土工膜，如果生产窄幅土工膜，应在工厂拼接成宽幅，卷成长卷材，然后运到工地，再工地的工作棚内拼接成15~20m宽幅，卷成长卷，运到坝面铺设，宽幅之间的接缝再坝面上拼接。

3.4.3 热压硫化法

人造橡胶如氯丁橡胶，丁基橡胶等，以及天然橡胶，在工厂内可用热压硫