1、土石坝施工课程设计系别：水利水电工程班级：201117232姓名：梁磊12第一章 设计基本资料黑河引水工程粘土心墙堆石坝1工程概况西安市黑河引水工程金盆水利枢纽位于西安市周至县黔江河干流峪口以上 1.5km 处，东距西安市约 86km，北距周至县城约 14km。枢纽是一项以向西安市供水为主、兼顾灌溉、结合发电、防洪等综合利用的大型水利工程。水库总库容为 2 亿 m3，有效库容 1.774 亿m3。工程建成后每年可向城市供水 3.05 亿 m3，提供农业灌溉用水 1.23 亿 m3，灌溉农田37 万亩。电站装机容量 20MW，多年平均发电量 7308 万 kWh。枢纽属等大（2）型工程，由粘土心
2、墙砂砾石坝、左岸泄洪洞、右岸溢洪洞及引水洞、坝后电站等建筑物组成。大坝为 1 级建筑物。枢纽设计洪水标准为 500 年一遇，相应洪峰流量为 5100m3/s，校核洪水标准为 5000 年一遇，相应洪峰流量 7400m3/s，保坝洪水为10000 年一遇，相应洪峰流量为 8000m3/s。枢纽区地震基本烈度为 7 度，大坝设计地震烈度为 8 度。其工程特性见附表。工程平面图见图 1。2坝体设计1）大坝坝顶及坝坡设计大坝坝顶高程 600m，顶宽 11m，坝顶长 440m。设计坝基最低开挖高程 466m，设计最大坝高 134m。实际开挖高程 472.5m，最大坝高 127.5m。坝顶上游侧设置 1.
3、2m 高的混凝土防浪墙，墙顶高程 601.2m，防浪墙底部深入心墙。大坝上游坝坡坡比为 1：2.2，高程在 565m 及 515m 各设一戗台，宽度分别为 3m 和5m，下游坝坡坡比为 1：1.8 ，高程在 570m、540m 和 510m 各设一戗台，宽度依次分别为2m、3m、3m。在下游坝坡设置贴坡式上坝道路，道路宽 12m，贴坡比为 1：1.5。上游高水围堰和下游低水围堰采用与坝体结合方式布置。高水围堰堰顶高程 527m，上游坡比为 1：2.5，高程在 517m 处，设 15m 宽的马道，下游坡比为 1：2。下游围堰兼作坝体排水棱体，堰顶高程 493.5m，外坡比为 1：1.8，内坡比为
4、 1：1.2。坝壳采用下游河床砂卵石填筑，排水棱体采用堆石填筑。大坝横剖面见图 2。2）心墙设计心墙顶高程 598m，顶宽 7m。河床段心墙坡比为 1：0.3，考虑到由于岸坡对心墙沉降的约束，在纵向心墙也会出现拱效应现象，给抗渗带来不利影响，为了提高岸坡段心墙的抗渗能力，将两岸坡段坡比由 1：0.3 变为 1：0.6。为提高心墙在两岸坡适应变形的能力，在心墙底部铺设厚 2m 左右的高塑性土，采用粘粒含量较高的土填筑，填筑干密度为 1.66g/cm3，填筑含水量为 20.2%23%。3）反滤层设计从坝料的级配过渡及变形模量过渡考虑，在心墙上下游均设置两道反滤层，第一层为粒径小于 5mm 的砂反滤
5、层，第二层为粒径小于 80mm 的混合砂砾料反滤层。下游的砂反滤层水平宽度为 2m，混合料反滤层水平宽度为 3m，上游的砂反滤层水平面宽度为 1m，混合料反滤层水平宽度为 2m。4）大坝填筑方量大坝总填筑方量为 771.6 万 m3，其中心墙土料 158 万 m3，反滤料 29 万 m3，坝壳砂卵石料 584.6 万 m3。3坝址地形地质情况坝址位于金盆古河道出口至蔺家湾 S 形河道腰部，距峪口约 1.5km。坝址地形为不对称的 V 形谷。右岸山体高程约 823m，边坡为 30050 0。左岸是现代河谷与古河道间长约3800m、正常水位处宽度为 270m 的单薄山梁，河道一侧山坡坡度在 520
6、 左右。坝址区内出露的基岩为前震旦系宽平群大镇沟组变质岩。岩性主要为云母石英片岩、绿泥石片岩、钙质石英岩以及后期沿断层入侵的石英岩脉、云煌斑岩脉、斜长斑岩脉。在地形较平缓的山坡、河谷阶地广泛分布着第四系松散堆积物，岩性主要为碎块石、碎石质壤土、砂卵石等。坝址位于西骆峪田峪背斜的南翼，岩层走向近东西向，倾向上游。由于主要受南北向压应力作用，东西向的构造断层裂隙发育。在坝址区的断层构造有 80 多条，主要为层间挤压的逆断层。坝址区以近南北向的裂隙构造发育。河床部位岩体全强风化带较薄，一般厚 5m 左右。两岸全强风化带较厚，一般厚 520m 。4气候特征：1）气温，多年实测资料分析，见表 1，年平均
7、气温 9.6。表 1月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月平均 -6.5 -1.6 5.5 12.0 17.4 21.0 22.9 21.5 16.4 10.1 1.8 -5.32）降水，多年实测资料分析见表 2。表 2月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年(天数)月平均天数5mm 以下510mm1015mm1520mm2030mm30mm 以上4.3000002.3000005.7000008.7000001510000171.70.30001230.70.70.30.3144210.309.7210.70.70.371.70.30002.70
8、0000600000104.312.34.32.31.70.75料场分布1）心墙土料场。在各设计阶段，对心墙土料的勘探试验进行了大量的工作，先后完成了金盆、武家庄、永泉、毛家湾、田家沟等料场的勘探工作，根据勘探试验成果选定了金盆、武家庄、永泉三个料场，对选定的三个料场在初查的基础上又进一步做了详查。金盆料场位于黑河左岸上金盆古河道内，属水库淹没区，武家庄料场位于金盆东北边缘的山坡上，永泉料场位于金盆西北周城公路之西的山坡上。三个料场土料普遍存在的问题是天然含水量偏高，土料均需要翻晒后方可上坝。初设阶段在考虑土料的物理力学指标，特别是土料的击实性能及天然含水量、储量等因素后，本着尽量少占用耕地、
9、减少征地、增加库容的原则，确定心墙填筑以金盆料场为主料场，武家庄料场作为辅助料场，永泉料场为备用料场。施工单位于截流前进行了金盆料场土料现场碾压试验。在试验中发现翻晒时，土料结块难以粉碎，土块外干内湿，在碾压后的土层中，发现夹有碎土块，土层在碾压过程中发生剪切破坏。经研究，决定将金盆料场转为备用料场，加紧对武家庄、永泉料场的复查和碾压试验工作，同时尽快寻找新的土料场。在综合考虑了土料性质、储量、运距、天然含水量等因素后，选择荞麦窝、猴子头、上黄池、钟楼山、武家庄料场区、区土料及金盆料场含砾土作为心墙土料，所选用的料场土料从颗分看，绝大部分为粉质粘土，少部分为重粉质壤土。上述料场存在的问题为天然
10、含水量偏高需翻晒，储量均较小，场地面积小，土料翻晒强度低。2）土料的压实设计标准表 3 土料最大干密度和最优含水量干法制样 湿法制样土料max(g/cm3) op(%) max(g/cm3) op(%)狮子头 1.700 18.84荞麦窝 1.720 18.8 1.680 20.2武 1.705 19.2 1.679 21.0上黄池 1.714 19.3 1.674 20.9钟楼山 1.697 19.0 1.675 19.7土料现场碾压试验采用英格索兰 17.6t 自行式凸块振动碾和气胎碾进行，四个料场的试验结果见表 4。表 4 土料现场碾压试验成果土料名称压实干密度（g/cm 3）含水量（%
11、）铺土厚度（cm） 碾压方式及遍数 备注狮子头 1.700 17.6 2122 凸块 8 遍，气胎 4 遍荞麦窝 1.726 18.8 2527 凸块 8 遍，气胎 4 遍武 1.720 19.9 2530 凸块 8 遍 12 遍后，局部剪 切破坏上黄池 1.690 18.6 2325 凸块 8 遍 8 遍后，个别地方 剪切破坏考虑到黑河大坝的坝高和重要性，以及土料压实性能的不均匀性和碾压机具压实功能较大，土料的设计干密度为 1.68g/cm3，同时，规定土料的压实系数不小于 0.99，这样可以避免压实性能好的土料得不到充分压实。3）砂卵石设计干密度坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游 0.56km
12、范围内的河床砂卵石。根据 SDJ18-84碾压式土石坝设计规范及 SDJ10-78水工建筑物抗震设计规范的有关规定，砂卵石水上部分的填筑相对密度为 0.7，水下部分的填筑相对密度为 0.8。在考虑了料场砂卵石料含砾量的分布范围后，确定砂卵石的设计干密度为 2.33g/cm3，Dr=0.7，干密度为2.24g/cm3，Dr=0.8 。项目料场 含水量自然土干容重(t/m3) 松土折自然土系数设计干容重 d (t/m3)粘性土砂砾料砂砾料反滤料16%5%5%5%1.451.651.651.650.860.710.730.711.682.332.242.336开竣工要求：1998 年 10 月开工，
13、2001 年 12 月竣工。说明：在本次设计中可不考虑基础开挖与处理事宜，但应考虑导流时段对坝体上升的要求（即拦洪渡汛、施工进度计划安排） 。要求同学们初拟施工进度计划。7水文资料可采用的水文资料如下：Cv=0.63，C s=3；X p50=3557.69m/s，X p100=4096.65m/s，X p200=4628.03m/s，X p20=2846.66m/s。8设计分类要求为避免抄袭现象，同学们设计时，坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游 0.56km 范围内的5河床砂卵石。规定如下：每个 0.5km 作为一个同学的设计坝壳砂卵石料的距离，即按学号，每班的 1 号同学选择 0.5km， 2 号
14、同学选择 1km，第 12 号同学选择 6km。第 13 号同学开始重复上述距离。67设计任务及指导一、目的和要求：本设计要求学生根据给出的基本资料进行土石坝的施工组织设计。通过本设计培养学生运用所学知识独立解决工程问题的能力。在计算及编写说明书等方面得到一定训练。二、设计内容及步骤：1、根据所给的基本资料，分析施工工作日，确定坝体填筑强度（粘土心墙、反滤料、坝壳材料)、开挖、运输强度。2、根据场内交通及料场情况，按综合机械化施工原则，选择开挖，运输方案（多个方案比较及最后选择)。3、根据坝体填筑材料的物理力学性质，选择压实机械的型号和数量。4、绘出料场开采布置图，坝区作业分区图及压实方法图。三、设计成果：1、说明书。2、设计图纸 1 张。四、设计说明书参考目录：第一节：基本资料。第二节：施工组织设计。（一）坝体填筑强度。（二）开挖运输方案。（三）填筑压实方案。（四）机械配套计算五、参考资料：1、 水利工程施工教材。2、 水利水电工程施工组织设计手册3、 土石坝施工4、 水利水电工程施工组织设计规范 SL303-20045、 水利水电工程施工组织设计指南魏璇主编水利水电工程施工手册第二卷土石方工程
