1、D 水利枢纽挡水建筑物初步设计学 生：覃洪澜指导老师：乔 娟三峡大学科技学院1 课题来源本课题是由指导老师乔娟老师指定命题的，D 水库位于 W 县城西南 5 公里处的 D 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 D 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 课题目的和意义通过本次对 D 水利枢纽挡水建筑物初步设计，让自己对土石坝有了一个更深次的了解，也获得了不少关于土石坝的处理方法及其施工过程过程中要
2、注意的很多事项。在计算方面，不仅仅的提高了手动的计算，还学会了用电脑对其数值进行计算。对于软件 GEO-SEEP 及 GEO-SLOP 都有了比较熟悉的运用，增加了自己对软件的运用能力。最重要的学会了如何处理许多比较困难的问题及其计算时的心态和处理方法，总之，这次的学习让我收益匪浅。3 阅读的主要文献、资料名称，国内外现状和发展趋势3.1 主要文献、资料名称清华大学和天津大学联合编辑的水工建筑物 ；侯才水编辑的水电站 。3.2 土石坝的定义及类型土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水物。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝以石渣卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类
3、当地建筑均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。近代的土石坝技术自 20 世纪 50 年代以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。3.3 土石坝的优点和缺点3.3.1 优点（1）就地取材，节省刚才、水泥、木材等重要建筑材料，减少 筑坝土石坝工地材料的远途运输。（2）结构简单，便于维修和加高、扩建。（3）坝身是土石散粒结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。（4）施工技术简单，工序少，便于组织施工。3.3.2 缺点（1）坝身不能溢流，施工导流不如混凝土方便。（2）坝身需要定期维护，增加了运行管理费用3.4 地基处理3.4.1 砂卵石地基的处理当土石坝修建在砂卵石地基上
4、时，地基的承载力通常是足够的，而且地基因压缩产生的沉降量一般也不大。对砂卵石地基的处理主要是解决防渗问题，通过采取“上堵” 、 “下排”相结合的措施达到控制地基渗流的目的。土石坝渗流控制的基本方式有垂直防渗，水平防渗和排水减压等。前两者体现了上堵的原则，后者体现了下排的原则。垂直防渗可采用明挖回填截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等基本形式。水平防渗常用防渗铺盖。 （1）明挖回填截水槽。当透水砂卵石覆盖层深度在 1015m 以内时，可在透水坝基上开挖深槽直达不透水层或基岩，向槽内回填与坝体防渗体相同的土料，并与防渗体紧密结合成整体。采用粘性土截水槽防渗，由于其结构简单，工作可靠，防渗效果好，得到广
5、泛的应用。截水槽开挖边坡约为 1:1.5，截水槽顶宽应尽量和防渗心墙厚度相协调。为便于施工，槽底宽应3m 槽底部与基岩连接时应把风化岩挖除，并要求截水槽深入相对不透水的岩层 0.51m。 （2）混凝土防渗墙。当坝基透水层较厚，采用明挖回填截水槽施工有困难时，可采用混凝土防渗墙，其优点是施工快，材料省，防渗效果好，但需要机械设备。混凝土防渗可利用冲钻机，在透水地基中建造槽孔直达基岩，并以泥浆固壁，采用直升导管，向槽孔内浇注混凝土，形成连续的混凝土墙，起到防渗的目的。混凝土防渗墙顶部与坝体相连接，接触渗径应满足允许渗透坡降的要求；防渗墙底部嵌入弱风化基岩深度 0.51.0m。 （3）灌浆帷幕。当砂
6、卵石层很深时，可采用帷幕灌浆防渗，或在深层采用帷幕灌浆，上层采用明挖回填截水槽或混凝土防渗墙等措施。帷幕灌浆最常用的灌浆材料为水泥黏土浆，特殊情况下还可采用化学灌浆或超细水泥浆。帷幕灌浆常设一排或几排平行于坝轴线的灌浆孔，布置与防渗体底部中心线偏上游部位。 （4）防渗铺盖。铺盖时一种由黏性土等防渗材料做成的水平防渗设施，通过延长渗径的方式起到防渗的作用。多用于透水层厚，采用垂直防渗措施有困难的场合，常与下游排水减压设施联合使用，以保证渗透稳定。铺盖与地基接触面应大体平整，底部应设置反滤层或垫层，以防止发生渗透破坏。铺盖上面应设置保护层，防止发生干裂或冲刷破坏。铺盖两边与岸坡不透水层连接处必须密
7、封良好。 （5）坝基排水设施。如果在透水地基层存在有黏性土层时，由于渗流出口中排水不畅，使渗透压力增加，有可能引起坝基发生渗透破坏，影响坝体的稳定，可在下游坝基设置排水设施。当地表黏性土层较薄时，一般只需在坝趾下游附近设置排水沟用以排水减压即可；当地表钻性土层较厚，而强透水层又较深，可采用排水减压井与排水沟相结合的做法。通过排水减压井将深层承压水导出，然后从排水沟排走。3.4.2 软黏土地基的处理地基的软黏土及淤泥层，含水量高，渗透系数小，承载后难以固结，抗剪强度低，承载力小，影响坝的稳定。当厚度较大和分布较广，难以挖除时，必须采取措施予以处理，具体措施有：进行预压排水以提高强度和承载力；通过
8、铺垫透水材料和设施砂井，插塑料排水带等加速土体排水固结，使大部分沉降在施工期发生；调整施工速度，结合坝脚压重，使荷载的增长与地基强度的增长相适应，以保证地基的稳定。用于处理软黏土地基的砂井，呈梅花形网格布置。砂井中填粗砂石作为排水料，砂井顶部的地基面上铺粗砂垫层，与坝趾排水体相连接。3.4.3 其他地基的处理对于湿陷性黄土地基，其主要问题是遇水湿陷，沉陷量较大，可能引起坝体的失稳和开裂。处理方法处理：可全部或部分挖除、翻压、强夯等，也可采用预先浸水的方法处理。对于饱和的疏松砂土及少黏性土，处理的关键是防止土体液化问题。处理方法是尽量采取挖或换土措施，当挖除比较困难或很不经济时，可采取加密及排水
9、措施。对于浅层疏松砂土及少黏性土宜用表面振动压密；对于深层则采用振冲强夯等方法加密；还可以结合振冲处理设置砂石桩，加强坝基排水，以及采取盖重等防护措施。3.5 土石坝的渗流分析 土中饱水程度不同，土料的抗剪强度等力学特性也相应地发生变化，渗流分析将为坝体内各部分土的饱水状态的划分提供依据；确定对坝坡稳定有较重要影响的作用力；进行坝体防渗布置与土料配置，根据坝体内部的渗流参数与渗流逸出比降，检验土体的渗流稳定性，防止发生管涌和土流，在此基础上确定坝体及坝基中的防渗体的尺寸和排水设施的容量的尺寸；确定通过坝和河岸的渗流量损失，并设计排水系统的容量。渗流分析可以为坝型初选和坝坡稳定分析打下基础。 3
10、.6 土石坝的构造3.6.1 土质防渗体在土石坝中，土质防渗体是应用最为广泛的防渗结构。均质坝的整个坝体都是防渗体。分区坝防渗体的主要型式为心墙和斜墙。心墙和斜墙的厚度，主要决定于土料的质量，如容许渗流比降、塑性、抗裂性能等。沥青混凝土具有较好的塑性和柔性，渗流系数约为 10-710 -10cms ，防渗和适应变形的能力均较好，产生裂缝时，有一定的自行愈合的功能，而且施工受气候的影响也小，故适用于土石坝的防渗材料。3.6.2 坝顶和护坡坝顶护面可采用密实的砂砾石、碎石、单层砌石或沥青混凝土等柔性材料以适应坝的变形，并对防渗体起保护作用，防止干裂和雨水冲蚀。土石坝上游坡面要经受波浪淘刷、冰层和浮
11、游物的撞击等危害作用；下游坡面要遭受雨水、大风、尾水部位的风浪、冰层和水流的损害以及动物、冻胀干裂等破坏作用。因此，上下游坝面都需要设置护坡，只有石质下游坡可以例外。上游护坡的常用型式为干砌石、浆砌石或堆石。下游护坡常用干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m。3.6.3 坝体排水和反滤层土石坝渗流控制的基本原则是防、排结合，排水和反滤是其重要的组成部分。排水的作用是：控制和引流，降低侵润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡免遭冻胀破坏。反滤层则是保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形的最直接、最有效的措施。反滤层的作用是滤土排水，防止土工建筑物在渗流逸出处遭受管涌、流
12、土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。对下游侧具有承压水的土层，还可以起压重的作用。在土质防渗体与坝壳或坝基透水层之间，坝壳与坝基的透水部位均应尽量满足反滤原则。过渡层主要对其两侧土料起协调作用。3.7 土石坝的稳定分析稳定分析是确定坝的剖面和评价坝体安全的主要依据。稳定分析的可靠程度对土石坝的经济性和安全性具有重要影响。由于土是一种具有强非线性的材料，而 土 石 坝 是这些松散体构成，剖面大，易发生局部坝坡滑动。3.8 土石坝的的现状据不完全统计，问过兴建的各种类型的坝体共有 8.48 万余座，其中 95%以上的为土石坝。由于土石坝施工简单，地质条件要求低，造价便宜，可以就地取材，
13、因此土石坝在我国高坝中所占的比例越来越大。3.9 土石坝的发展趋势近几年由于土石坝在经济以及施工方面的优越性，让 其 建 设 工 作 受 到 了 越 来越 多 的 重 视 ， 水利工作者应该不断引进推广新技术、新设备、新工艺、新材料，加强自身的研究和创新，努力完善土石坝的施工技术，使土石坝施工更加安全高效、可靠持久。同时，随着大型高效 机 械 化 施 工 设 备 的 应 用 ， 坝 体 防 渗 材 料 等土 石 坝 材 料 及 机 构 的 优 化 改 进 ， 再 加 上 快 速 施 工 方 法 的 广 泛 应 用 ， 土 石 坝 将 会 更 加 的被 用 到 工 程 当 中 。4 设计的主要内
14、容及成果形式4.1 主要内容(1)根据地形地质条件确定工程及水工建筑物等级(2)由 GEO-SEEP 软件进行溢流计算，对工况进行分析(3)对坝体和泄水建筑物进行设计和选择(4)对各个设计结构工程要有数据进行论证4.2 成果形式(1)开题报告一份(2)枢纽平面布置图立面及平面图 A2 图纸一张(3)大坝剖面图，局部细部构造放大图 A1 图纸一张(4)坝体监测布置图 A3 图纸一张(5)大坝渗流及抗滑稳定分析 GEO-SEEP、GEO-SLOPE 软件计算文件各一套5 课题研究的方法及手段通过利用学校图书馆的资源，书刊，报纸，网络等进行查阅，老师的帮助和很多软件的运用，经常了解该课题领域的动态和
15、知识。6 设计进度（1）2013.9.162013.9.261，完成开题报告编写，质量达到规定要求（2）2013.9.272013.11.10，完成基本计算过程。（3）2013.11.112013.11.21，完成毕业论文正文编写，提交论文初稿，由指导教师批阅、修改。（4）2013.11.222013.12.2，提交论文二稿，由指导教师批阅、修改。（5）2013.12.32013.12.10，交毕业论文正本，质量达到规定要求。（6）2013.12.112013.12.15，指导教师将评阅好的毕业论文交教研室，进行形式审查，上网查询及交叉评阅。（7）2013.12.162013.12.20，7、答辩。以老师任务书给的为准7 现有条件及需采取的措施7.1 现有条件(1)三峡大学图书馆(2)互联网(3)计算软件和基本的文字编辑软件(4)老师的帮助7.2 采取的措施(1)利用老师所给的计算软件进行计算(2)通过上网和看书对疑问进行解决(3)不懂的问题向老师寻求帮助
