鐘呂水利樞紐堆石壩設計計算書（三）

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- 1 -目 錄第一章 調洪演算 - 5 -1.1 洪水調節(jié)計算 - 5 -1.1.1 洪水調節(jié)計算方法 - 5 -1.1.2 洪水調節(jié)具體計算 - 5 -1.1.3 計算結果統(tǒng)計 - 7 -1.2 防浪墻頂高確定 - 8 -1.2.1 正常蓄水位和設計設計洪水位狀況 - 9 -1.2.2 校核狀況 - 9 -第二章 L 型擋墻計算 - 11 -2.1 荷載計算 - 11 -2.1.1 荷載計算方法 - 11 -2.1.2 工況一：正常蓄水位 - 12 -2.1.3 工況二：校核洪水位 - 13 -2.2 最危險工況判定 - 14 -2.3 L 型擋墻的抗滑穩(wěn)定計算 - 14 -2.4 L 型擋墻的基底應力計算 - 16 -2.5L 型擋墻抗傾覆穩(wěn)定計算 - 17 -2.6L 型擋墻配筋計算 - 17 -2.6.1 墻身配筋計算 - 17 -2.6.2 底板配筋計算 - 19 -第三章 復合土工膜強度及厚度校核 - 21 -3.1 0.4MM 厚土工膜 - 21 -3.2 0.6MM 厚土工膜 - 22 -第四章 壩坡穩(wěn)定計算 - 23 -4.1 壩體邊坡擬定 - 23 -4.2 堆石壩壩坡穩(wěn)定分析 - 23 -4.2.1 計算公式 - 23 -4.2.2 計算過程及結果 - 24 -第五章 壩坡面復合土工膜穩(wěn)定計算 - 25 -- 2 -5.1 混凝土護坡與復合土工膜間抗滑穩(wěn)定計算 - 25 -5.2 復合土工膜與下墊層間的抗滑穩(wěn)定計算 - 25 -第六章 趾板設計 - 26 -6.1 設計趾板剖面 - 26 -6.2 趾板剖面的計算 - 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 副壩 - 29 -7.1 副壩設計 - 29 -7.2 強度和穩(wěn)定驗算 - 29 -7.2.1 荷載計算 - 30 -7.2.1.1 工況一（正常蓄水位） - 30 -7.2.1.2 工況二（設計洪水位） - 31 -7.2.1.3 工況三（校核洪水位） - 32 -第八章 溢洪道設計 - 33 -8.1 堰型選擇 - 33 -8.2 引水渠段設計 - 33 -8.2.1 進水渠的布置遵循原則 - 33 -8.2.2 設計計算 - 34 -8.3.控制堰的結構設計 - 34 -8.3.1 閘室布置與構造 - 34 -8.3.1.1 閘墩 - 34 -8.3.1.2.工作橋 - 35 -8.3.1.3 閘門設計 - 35 -8.3.2 邊墻設計： - 35 -8.4 泄槽水力計算 - 37 -8.5.挑流消能計算 - 41 -第九章 工程量清單計算 - 43 -9.1 工程量計算 - 43 -9.1.1 工程量計算的依據(jù)及項目劃分 - 43 -9.1.2 主壩工程量計算 - 43 -9.1.2.1 各剖面工程量 - 43 -9.1.2.2 各壩段工程量及合計 - 43 -9.1.2.3 趾板段工程量 - 44 -9.1.2.4 主壩工程量合計 - 45 -- 3 -9.1.3 副壩工程量計算 - 45 -9.2 工程量清單 - 46 -第十章 攔洪水位確定 - 48 -10.1 洪水調節(jié)原理 - 48 -10.2 隧洞下泄能力曲線的確定 - 48 -第十一章 工程量計算 - 51 -11.1 堆石體施工 - 51 -11.1.1 施工強度計算 - 51 -11.2 施工機械選擇及數(shù)量分析 - 54 -11.3 混凝土工程量及機械數(shù)量計算 - 56 -11.3.1 趾板 - 56 -11.3.2 混凝土面板 - 56 -11.3.3 擋浪墻 - 57 -11.3.4 副壩 - 58 -11.3.5 混凝土工程機械選擇數(shù)量計算 - 58 -11.3.5.1 混凝土工程最大工作強度計算 - 58 -11.3.5.2 混凝土拌合設備數(shù)量計算 - 58 -第十二章 導流洞施工計算 - 59 -12.1 基本資料 - 59 -12.2 開挖方法選擇 - 59 -12.3 鉆機爆破循環(huán)作業(yè)項目及機械設備的選擇 - 59 -12.4 開挖循環(huán)作業(yè)組織 - 59 -12.4.1 確定開挖斷面面積 S - 59 -12.4.2 炮眼數(shù)量的確定和布置 - 60 -12.4.3 循環(huán)作業(yè)進尺計算 - 60 -12.4.4 確定鉆孔、出渣機械數(shù)量 - 60 -12.4.5 計算總工期 - 61 -12.4.6 隧洞開挖主要機械匯總表 - 61 -附圖一：水庫水位----庫容關系曲線 - 63 -附圖二：壩址水位----流量關系曲線 - 64 -附圖三：設計洪水過程線(P=2%) - 65 -- 4 -附圖四：校核洪水過程線(P=0.1%) - 66 -附圖五：調洪演算 Q～H 曲線(設計) - 67 -附圖六：攔洪水位確定 - 72 -附圖七：0.4MM 土工膜厚度驗算 - 73 -附圖八：0.6MM 土工膜厚度驗算 - 74 -- 5 -第一章 調洪演算1.1 洪水調節(jié)計算1.1.1 洪水調節(jié)計算方法利用瞬態(tài)法，結合水庫特有條件，得初專用于水庫調洪計算的實用公式如下： Q-q=△v/△t (1-1)式中：Q — 計算時段中的平均入庫流量（m 3/s） ；q — 計算時段中的平均下泄流量（m 3/s） ；△v —時段初末水庫蓄水量之差(m 3)；△t — 計算時段，一般取 1-6 小時，本設計取 4 小時。即在一個計算時段內，入庫水量與下泄水量之差為該時段中蓄水量的變化。1.1.2 洪水調節(jié)具體計算用三角形法（高切林法）擬出洪水過程線，如附圖 3、4。根據(jù)本工程軟弱巖基，選用單寬流量約為 20～40 m3/s，允許設計洪水最大下泄流量 255 m3/s，故閘門寬度約為 6.375m～12.75m，選擇三種寬度進行比較，假定溢流前緣凈寬分別為 8m、9m 和 10m,并假定三個堰頂高程，繪制出 Z～Q 曲線。并根據(jù)公式 求得的溢流堰的泄水能力曲線。23HgBQ??設計時用 AutoCAD 作圖計算，在設計和校核洪水過程線圖中。正常蓄水位 276.2m，庫容為 1915 萬 m3；本工程汛前限制水位設為 275m,相應庫容為 1840.0 萬 m3繪圖（如附圖） ，列表計算各曲線坐標點參數(shù)如下：表 1-1堰頂高 設計狀況假定流量qi（m 3/s）面積 Si （㎜ 2） 增加庫容 總庫容 V相應水位Z（m）271 設計情況 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 -況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 設計情況 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校核情況 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 設計情況 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校核情況 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 設計情況 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校核情況 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 溢洪道下泄能力曲線表1.1.3 計算結果統(tǒng)計表 1-3 方案比較表方案堰頂寬堰頂高程(m)起調流量 Q 起調 (m3/s)設計洪水位(m)設計下泄流量(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.發(fā)電引用最大流量 5m3/s，相對較小，在計算時不予考慮。3.計算見附圖。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 防浪墻頂高確定根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》,堰頂上游 L 型擋墻在水庫靜水位以上高度按下式確定： y=R+e+A式中：y---壩頂超高R---最大波浪在壩坡上的爬高，按 h1%算e---最大風雍水面高度，按 hz 算A---安全超高。庫區(qū)多年平均最大風速 12.6 m/s，吹程 1.6Km。表 1-4 土壩壩頂安全超高值(m)壩 的 級 別運用情況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波浪要素采用鶴地水庫公式：， ，31208120%65.???????VgDVgh 21020386.???????VgDLm mzLHcth?2%1?式中 ——累積頻率為 2%的波高(m)Lm——平均波長(m) V0為水面以上 10m 處的風速，正常運用條件下 III 級壩，采用多年平均最大風速的 1.5 倍；非常運用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風速。設計波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3 級壩采用累積頻率為 1%的爬高值 。%1h按上述公式算出的為 ，再根據(jù)頻率法按下表可得出 。%2h%1h表 1-5 不同累積頻率下的波高與平均波高比值(h p/hm)phm/Hm0.01 0.1 1 2 4 5 10 14 20 50 90中,關于趾板設計的規(guī)定:直板段厚度取 0.4m,小于 2m,不進行抗滑穩(wěn)定驗算。趾板的寬度可根據(jù)趾板下基巖的允許水力梯度和地基處理措施確定，其最小寬度宜為 3m。允許的水力梯度宜符合表 5-1 的規(guī)定。表 6-1 水力梯度表 風化程度 新鮮、微風化 弱風化 強風化 全風化允許水力梯度 ≥20 10～20 5～10 3～5趾板的厚度可小于相連接的面板的厚度，但不小于 0.3m。趾板下游面應垂直于面板，面板地面以下的趾板高度不應小于 0.9m，兩岸壩高較低部位，可放寬要求。中低壩的趾板應建在強風化巖層以下，故 H/S=5～10。對趾板做如下設計:6.2 趾板剖面的計算趾板橫截面如圖示：圖 6-1 趾板橫截面圖- 27 -6.2.1 岸坡段趾板剖面夾角 θ 由下式計算：(5-1)??????212212cos mBCLmB??????式中： m —上游邊坡，m=1.5；(C-B) —趾板段兩端點高度之差；L —趾板段兩端點在沿壩軸線方向的距離。6.2.2 河床段趾板剖面夾角 θ 由下式計算：(5-2)??12cosm???式中：m —上游邊坡，m=1.5；計算結果如下表：表 6-2 夾角 θ 計算C-B L m cosθ θ(。 )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 趾板具體計算說明 水頭 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 趾板配筋趾板的結構應力較小，一般在趾板內布置一定數(shù)量的溫度鋼筋。趾板鋼筋的各向含筋率可按照平板段設計厚度的 0.3％采用。鋼筋采用單層雙向配筋，保護層厚度為 10cm。在周邊接縫處加配構造鋼筋。鋼筋布置在趾板頂部，單層雙向，各向含鋼筋率為 0.3％～0.4％。本設計采用單層雙向配筋，保護層厚度取為10cm。橫向配筋率取為 0.3％，縱向配筋率取為 0.3％。取單寬 1m， =0.3% ，則： 圖 6-2 趾板配筋圖min?=1000×(4i0bhAs?00-100)×0.3%=900mm2查《水工鋼筋混凝土結構學》附錄三表 2，選用φ18＠280，As=909mm 2。由于趾板地基的帷幕與固結灌漿，一般都在趾板上進行，底座又起了灌漿頂蓋 的作用，在底座內設置錨筋將趾板固定在基巖上。錨筋按經(jīng)驗設計：采用直徑 28mm 鋼筋兩向間距 1m，伸入基巖 5m，頂端彎成 180°,彎鉤與頂面鋼筋勾連第七章 副壩土 工 膜φ 28@10,伸 入 基 巖 5mφ 18@20φ 18@20- 29 -7.1 副壩設計副壩底高程為 266.8m，頂部與主壩平齊，為 281m，頂寬與主壩頂寬相同，取6m，擋墻高與主壩相同，取 1.2m。如圖示：圖 7-1 副壩尺寸圖 圖 7-2 副壩荷載圖由公式(6-1)進行驗算：(6-1)????0cHB式中： H — 壩高，H=10.2 m；— 混凝土容重， =24kN/m3；c?c— 水容重， =9.81kN/m3；00?— 揚壓力折減系數(shù)，河岸取為 0.3。?則：B=7.04m，故取 7.04M 滿足要求。7.2 強度和穩(wěn)定驗算采用摩擦公式，計算校核水位下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) ：K- 30 -(6-2)??PUWfK???式中： — 作用于滑動面以上的力在鉛直方向分量代數(shù)和；W?— 作用于滑動面以上的力在水平方向分量代數(shù)和；P— 作用在滑動面上的揚壓力；U— 滑動面上抗剪摩擦系數(shù)，根據(jù)資料，混凝土與弱風化千枚巖之f間的摩擦系數(shù)為 0.5～ 0.6，取 0.5。??f7.2.1 荷載計算7.2.1.1 工況一（正常蓄水位）1） 揚壓力Fa= ·H=92.214kNw?Fb= Fa=92.214kN考慮在河岸段，揚壓力折減系數(shù) =0.35?∴ Fc=0.35 Fb=32.27kN2） 浪壓力： （6-18）??zmwLhP??%14?式中： — 水的容重；w?— 波浪波長；m— 波浪浪高；%1h— 波浪中心線高出靜水位高度。z??zmwLhP??%14?=10×9.317×（1.259+0.534）/4= 40.97Kn靜水壓力 P=0.5×9.81×9.4 ×9.4=433.41KN ∴∑P=0.5 Fa·H+ P L=40.97+433.41=474.38