混凝土面板堆石坝设计大纲范本.docx

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混凝土面板堆石坝设计大纲范本

FCD31010FCD

水利水电工程初步设计阶段

混凝土面板堆石坝设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1999年10月

工程初步设计阶段

混凝土面板堆石坝设计大纲

主编单位:

主编单位总工程师:

参编单位:

主要编写人员:

软件开发单位:

软件编写人员:

勘测设计研究院

年月

目录

1综合说明……………………………………………………………………………………（4）

2设计依据文件和规范………………………………………………………………………（4）

3基本资料……………………………………………………………………………………（4）

4面板坝布置…………………………………………………………………………………（9）

5坝体设计……………………………………………………………………………………（10）

6坝体计算…………………………………………………………………………………（13）

7基础处理…………………………………………………………………………………（14）

8坝体原型观测设计………………………………………………………………………（15）

9工程量计算及设计成果…………………………………………………………………（16）

1引言

工程位于_____省_____（县）以_____km的_____河上，是以_____为主，兼顾（结合）等综合利用的水利水电枢纽工程。

水库正常蓄水位_____m，最大坝高_____m，总库容_____m3，电站总装机容量_____MW，年发电量_____kW·h，灌溉面积_____hm2。

本工程可行性研究报告于_____年_____月由_____审查通过，选定坝址为。

2设计依据文件和规范

2.1有关本工程的文件

（1）可行性研究报告

（2）可行性研究报告审批文件

（3）可行性研究地质报告、建材试验报告

（4）可行性研究专题报告

（5）设计合同及设计任务书

（6）初步设计地质报告、建材试验报告

2.2主要设计规范

（1）SDJ12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）及补充规定；

（2）SDJ218—84碾压式土石坝设计规范；

（3）DL5016—93混凝土面板堆石坝设计导则；

（4）SL49—94混凝土面板堆石坝施工规范；

（5）DL5073—1997水工建筑物抗震设计规范；

（6）SDJ20—78水工钢筋混凝土结构设计规范；

（7）SDJ338—89水利水电工程施工组织设计规范（试行）；

（8）GB50201—94防洪标准。

3基本资料

3.1工程等别与建筑物级别

（1）工程等别

_____工程，水库总库容_____×108m3，防洪效益_____，灌溉面积_____hm2，水电站装机容量_____MW，按SDJ12—78的规定，本工程为_____等。

（2）建筑物级别

根据SDJ12—78中表2确定建筑物的级别为：

_____级;

永久主要建筑物拦河坝为_____级；

永久次要建筑物为_____级；

临时建筑物为_____级。

3.2气象

（1）气温与水温

1）气温

表1气温表单位：

℃

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

月平均气温

多年平均最低月平均气温

多年平均最高月平均气温

多年平均年平均气温_____℃；

绝对最高气温_____℃；

绝对最低气温_____℃。

2）水温

表2水温表单位：

℃

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

平均水温

（2）风向、风速与吹程

1）风向：

_____；

2）风速：

多年平均最大风速_____m/s；多年实测最大风速_____m/s；多年平均风速_____m/s；

3）吹程_____km。

（3）冰情

冬季冰冻期_____月～_____月，多年平均最大冰厚_____m，春季流冰持续时间_____d，冰块最大面积_____m2，流速_____m/s，流冰抗碎强度_____MPa，冻土最大深度_____m，溶冰期_____月～_____月。

3.3水文、水能

（1）洪水

1）设计洪水重现期_____a；

2）校核洪水重现期_____a；

3）施工渡汛坝体挡水洪水重现期_____a；

4）移民标准洪水重现期_____a；

5）征地标准洪水重现期_____a。

（2）坝前水位

1）校核洪水位_____m；

2）设计洪水位_____m;

3）正常蓄水位_____m；

4）防洪限制水位_____m；

5）死水位_____m。

（3）坝址水位、流量关系曲线

（4）泥沙

工程河段多年平均悬移质沙量_____×104t，多年平均推移质沙量_____×104t，河床推移质级配见表3。

表3河床推移质级配表

粒径，mm

小于某粒径百分数，%

d50=_____mm,dcp=_____mm。

（5）水库淤积

1）坝前20年泥沙淤积高程_____m，30年泥沙淤积高程_____m；

2）泥沙的内摩擦角（φ）°；

3）泥沙浮容重_____kN/m3。

3.4地形

坝址区地形图。

3.5地质

（1）工程地质

1）工程地质图包括：

坝址工程地质平面图；坝址区工程地质纵、横剖面图；坝址岩盘、风化带及覆盖层等高线图；围堰工程地质纵横剖面图；钻孔柱状图。

3）建议岩、土开挖边坡见表4。

4）

表4建议岩、土开挖边坡

岩、土风化程度

临时坡

永久坡

水上

水下

水上

水下

新鲜微风化

弱风化

强风化

全风化

土层

砂卵石、覆盖层

3）坝区基岩、土物理力学性质见表5。

表5坝区岩体物理力学指标建议值

岩性

干

密

度

比重

孔隙度

吸水率

饱和吸水率

抗压

强度

软化系数

允许承载力

变形指标

抗剪断强度

抗剪强度

备注

弹性

模量

变形

模量

泊松比

岩石/岩石

混凝土/岩石

g/cm2

%

%

%

干

湿

干

湿

干

湿

f

c

f

c

f

c

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

5）河床覆盖层物理力学性质见表6。

表6坝区河床覆盖层物理力学指标建议值

岩性及成因

含水量

密度

比重

孔隙比

颗粒分析成果

压缩模量

内摩擦角φ

凝聚力c

允许承载力

渗透系数

允许坡降

备注

干

r干

湿

r湿

>200

200～

60

60

～

20

20

～

2

2

～0.05

0.05～0.005

<0.005

有效粒径

平均粒径

不均匀系数

%

g/

cm2

g/cm2

%

%

%

%

%

%

%

mm

mm

5）坝基（特别是趾板附近）岩溶（溶洞、溶沟、溶槽）的发育情况。

（2）水文地质

1）沿大坝趾板线的渗透剖面图。

2）大坝坝基（特别是趾板线附近）地下水的分布规律，地下水的层数_____,各层埋深_____,水源补给途径_____,水的酸碱度_____,pH值_____,承压水的压力_____。

3.6地震烈度

（1）地震基本烈度

本工程坝区基本烈度为_____度。

（2）地震设计烈度

根据DL5073-1997的规定，本工程大坝地震设计烈度为_____度。

3.7建筑材料

（1）外来建筑材料

水泥、钢材、木材、止水材料的特性见供货单位说明书，其中混凝土的强度特性见表7。

表7混凝土强度特性

混凝土标号

设计强度，Mpa

弹性模量E,MPa

轴心抗压Ra

弯曲抗压Rw

抗拉R1

混凝土容重_____kN/m3；混凝土抗渗标号选定为_____；混凝土抗冻标号选定为_____。

混凝土热胀系数见表8。

表8混凝土热胀系数

混凝土标号吸热系数放热系数导热系数线胀系数

（2）当地建筑材料

石料储量_____×104m3，运距_____km；土料储量_____×104m3，运距_____km；沙石料储量×104m3，运距_____km。

1）填坝石料主要物理力学性质见表9。

表9填坝石料物理力学指标

风化程度

单位

新鲜及微风化

弱风化

强风化

比重

%

容量

kN/m3

孔隙率

%

饱和吸水率

MPa

干抗压强度

MPa

饱和抗压强度

软化系数内摩擦角

（°）

2）防渗土料的物理力学性质见表10。

表10防渗土料物理力学指标

土壤

名称

粘粒含量

%

容重

最优含水量

%

塑限指数I0

液性

指数

IL

渗透

系数K,cm/s

压缩系数

抗剪强度

天然kN/m3

最大干容重kN/m3

水上

水下

水上

水下

3.8坝体稳定和应力应变计算参数坝坡稳定计算抗剪强度指标C、ф，可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行坝料试验取得。

提示：

（1）小型工程和30m以下的坝可不作应力应变分析。

对于中型工程的坝坡稳定计算抗剪强度指标C、φ，可以通过直剪仪和三轴剪切仪进行试验取得，或由工程类比确定。

（2）坝料为软岩又无资料类比者，设计参数应通过试验确定。

（3）坝料试验项目有：

爆破试验；级配试验；击实试验；压缩试验；三轴剪切试验；渗透变形试验；现场碾压试验。

在初设阶段，中、小型工程一般没有条件进行现场试验，可留待施工时再进行。

坝体应力应变计算所需参数如表11。

表11坝体应力应变计算所需参数

编号

岩石名称

击实干密度

压缩试验

三轴剪切试验

风干

浸润面干

试样密度

压缩系数

单位沉降

压缩模量

固结系数

试样密度

咬

合

力

C

摩擦角φ

破坏比R

模数量K

指数n

切线泊桑比D

初始泊桑比

斜率F

g/

cm2

g/

cm2

g/

cm2

g/

cm2

mm/m

kg/

cm2

ca/

sec

g/

cm2

kg/

cm2

4面板坝布置

4.1面板坝坝轴线选择和布置

根据可行性研究阶段选定的坝址，结合本阶段地勘资料和枢纽布置要求，选择和布置较合理的坝轴线。

提示：

坝轴线的选择一般取决于下列条件：

（1）坝址河段的地形条件；

（2）地质条件；

（3）趾板线的水文地质条件；

（4）与枢纽其他建筑物的协调条件；（5）坝轴线一般布置成直线，当地形、地质条件不具备时，也可布置成折线或弧线；

（6）施工条件。

按照上述条件布置坝轴线，然后进行经济技术比较，择优选取。

4.2坝体布置

确定坝顶高程和坝顶宽度、上下游坝坡、趾板线的位置；确定与两岸坝肩及建筑物的相互关系。

4.2.1坝顶布置

面板坝顶部的上游面一般设一道直立的钢筋混凝土的L墙，墙高从防浪墙顶算起共m，缝间设一道止水至墙顶。

下游面可设L墙，也可不设；下游面设拦杆，坝顶布置照明灯杆，间距_____m。

坝顶宽度_____m，按构造和交通要求选定。

坝顶设横向排水坡为_____%。

4.2.2确定坝顶高程

防浪墙顶高程等于水库静水位加墙顶超高，按下列三种情况计算，取其最大值。

（1）设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高；

（2）校核洪水位+非常运用情况的墙顶超高；

（3）正常蓄水位+非常运用情况的墙顶超高+地震安全超高_____m（包括涌浪高程），当地震设计烈度为8（或9）度时，还应加上坝体（和坝基）在地震作用时的坝顶沉陷。

墙顶超高计算公式：



Y=R+e+A

（1）

式中：

R——为波浪在坝坡上的爬高，m；R按SDJ218—84附录一计算,其中正常运用情况，采用多年平均最大风速的_____倍；非常运用情况采用多年平均最大风速；

e——为最大风雍水面高度，m；e按SDJ218—84附录一计算，其中风速值的采用与R计算相同；

A——为安全加高，m；按表12采用。

表12安全加高，A值表

运用情况

安全加高，m

坝的级别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ、Ⅴ

正常

1.51.0

1.0

0.7

0.5

非常

0.7

0.5

0.4

0.3

防浪墙高一般采用1.2m。

坝顶高程=防浪墙顶高程-1.2m。

4.2.3上、下游坝坡拟定

提示：

根据已建工程类比和本工程填坝石料的物理力学性质初步拟定。

（1）上游坝坡：

湿抗压强度高、质量良好的爆破石碴料坡比为1∶_____；

湿抗压强度低、质量较差的石碴料坡比为1∶____；

质量良好的砂砾料坡比为1∶____。

（2）下游坝坡：

湿抗压强度高，优良石碴料构成的坡比为1∶_____；

湿抗压强度低，坝区开挖石碴料构成的坡比为1∶_____；软弱石碴料构成的坡比为1∶_____；

各种砂砾料构成的坡比为1∶_____；

由复合料构成的坡比为1∶_____。

4.2.4趾板线的选择和布置

提示：

（1）根据布置及防渗的需要，调整好坝轴线与趾板线。

（2）趾板线的选择就是大坝防渗帷幕的位置选择，趾板一般置于坚硬、稳定、无冲蚀和可灌的基础上。

（3）当趾板线实在避不开不利的地质构造时，可采用贴坡面板或截水墙，以绕开或改善不利的地质构造。

4.2.5坝顶连接结构设计

提示：

面板堆石坝的坝体堆石和面板，往往与堆石坝两坝肩的刚性混凝土建筑物相邻，如混凝土副坝、溢洪道边墙、船闸的边墙、筏道等，在此种情况下面板与这些建筑物之间的接缝应按周边缝设计，止水体应留有足够的变形余地。

5坝体设计

5.1坝体剖面设计

提示：

坝体剖面设计应先确定剖面的几何尺寸，即先确定坝的建基高程，求出最大坝高，然后进行坝体堆料分区和各分区坝料的设计及工艺设计。

5.1.1确定最大坝高

（1）趾板的最低清基高程；

（2）坝基最低清理高程。

最大坝高H=坝顶高程—

（1）、

（2）项之最低者。

5.1.2坝体堆石分区

根据《混凝土面板堆石坝设计导则》（DL5016—93）第2章第2节对面板坝进行区域划分，从上游铺盖至下游坝坡大致划分如下：

（1A）粘性土料墙铺盖区填筑_____土料；

（1B）盖重区填筑_____任意料；趾板后特殊垫层区填筑_____石料；

（2）垫层区填筑_____石料；

（3A）过渡区填筑_____石料；

（3B）主堆石区填筑_____石料；次堆石区填筑_____石料；

（3C）下下游堆石区下部浸水部分填筑_____石料；

（3C）上下游堆石区上部干燥部分填筑_____石料。

5.1.3各分区坝料设计和碾压工艺设计

（1A）粘性土料墙铺盖区：

压实干容重_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数。

（1B）盖重区：

压实干容重。

趾板后特殊垫层区：

压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,水泥参量_____,渗透系数_____,铺料层厚_____,洒水量_____,碾重_____,碾压遍数。

垫层区：

压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾重_____,碾压遍数_____,含泥量限制_____,垫层区水平宽度_____m。

（3A）过渡区：

压实干容重_____,石料风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____,含泥量限制_____,过渡区的水平宽度_____m。

（3B）主堆石料区：

压实干容重_____,风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,含泥量限制_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____。

（3C）下游堆石区：

压实干容重_____,风化程度_____,孔隙率_____,级配曲线_____,渗透系数_____,含泥量_____,铺料厚度_____,洒水量_____,碾子功率_____,碾压遍数_____。

5.1.4填筑质量标准

提示：

中、小工程的初步设计阶段其坝料设计，可参照表列经验数据取值，施工过程中再行修正。

填筑质量标准的经验数值表

堆石料分区

孔隙率%（压实干容重）

压实系数

相对密度

人工砂石料垫层

15～21

0.95～0.97

—

天然砂石料垫层

—

0.97～0.98

0.75～0.8

过渡层堆石料

20～22

0.95～0.97

—

主堆石料

22～25

0.95～0.97

—

下游堆石料

25～28

0.93～0.95

—

对于无资料可类比的石料及软岩堆石料，其填筑的质量标准应通过试验确定。

5.2面板坝坝体防渗系统设计

提示：

大坝的防渗系统包括帷幕、趾板、面板和接缝等内容，本节只叙述趾板、面板和接缝设计，帷幕归入基础处理部分。

5.2.1趾板设计

（1）趾板宽度按基础处理后的地基允许渗流比降确定，采用水头的____%，全部趾板按水头的大小及基础处理的严宽可分成_____种不同的型式。

（2）趾板的厚度根据工程类比及面板的厚度定为____～____。

（3）趾板采用单层双向配筋，配筋率为_____%。

（4）趾板与基岩的联系采用锚筋，锚筋直径为____mm、间距____m、伸入基岩____m、全长m。

（5）在趾板下进行帷幕灌浆和固结灌浆，可在相应的灌浆孔位设置预埋管。

（6）趾板沿纵向可不设缝，也可设缝。

如设缝，在缝间设一道PVC止水。

（7）趾板混凝土强度标号_____,抗渗标号为_____,抗冻标号为____。

（水泥标号）。

（8）趾板下的断层破碎带、软弱夹层等要进行处理，处理后的基础要能满足渗流稳定并达到同一安全标准。

（9）如在设计上一定要采用高趾墙，必须进行稳定应力计算，控制墙下帷幕部位不能出现拉应力。

（10）两岸为溢洪道边墙时，可利用边墙作为趾板使用。

面板与挡墙接缝按周边逢设计。

5.2.2面板设计

（1）面板厚度

中低坝可以采用大于30cm的等厚度面板，其厚度为____m。

或采用变厚度面板，其厚度为：

t=0.3+xH

（2）

式中：

H——计算断面至面板顶部的垂直高度，m；

x——经验系数，一般为0.002～0.0035。

（2）配筋

面板采用单层双向布筋，位置偏中或偏上。

纵向配筋率_____,横向配筋率_____。

周边缝及垂直挤压缝侧参照已建工程类比配置加强钢筋。

（3）分缝

面板周边设周边缝，本身设垂直缝。

缝距在坝肩处_____m,中央部分_____m。

施工中的水平缝按施工缝处理。

（4）混凝土标号_____,抗渗标号_____,抗冻标号_____,水泥用量_____。

（5）混凝土拌制掺加气剂，含气量_____。

（6）面板的分期施工：

第一期面板混凝土浇筑高程_____m，第二期面板混凝土浇筑高程_____m。

5.2.3接缝设计

（1）周边缝

周边缝是面板与趾板之间，或面板与坝顶防浪墙及相邻建筑物之间的缝。

要求面板相对于趾板等能适应于微小转动和移动。

面板与趾板间预留缝宽_____cm，缝间置沥青杉板或柏木板，缝底设W型止水铜片，缝顶设塑性填料盖片。

对于高坝中间应加一道PVC止水片。

（2）张拉垂直缝

施工时不留缝宽，底部在两板上嵌入W型止水铜片，铜片下铺塑料垫片。

顶部设塑性填料加盖片。

（3）压缩垂直缝压缩性垂直缝只在底部设一道W型止水铜片。

（4）施工缝

施工缝不增设止水片，先期施工的面板打毛洗净，钢筋伸过接缝，使两侧面板紧密相连。

6坝体计算

6.1坝体稳定计算

6.1.1需计算坝体稳定的情况

提示：

中、低面板坝一般不要进行稳定计算，只有当存在下列情况之一时进行稳定计算。

（1）坝基存在砂砾石层或软弱夹层；

（2）施工期坝体过水或拦洪渡汛；

（3）强地震区；

（4）坝体包含软弱堆石料区。

6.1.2稳定计算的外界条件

（1）正常情况

水库正常蓄水位，下游最低水位。

（2）非常情况

水库正常蓄水位，下游最低水位遇_____度地震；

水库校核洪水位，下游相应泄洪水位；

施工期临时渡汛断面挡水上游渡汛洪水位，下游相应水位。

6.1.3稳定计算法

（1）静力计算方法

瑞典圆弧法、简化毕肖普法、滑楔法。

以上计算公式参见SDJ218—84附录三。

（2）抗震计算方法

拟静力法计算，用简化毕肖普法或滑楔法，或参用有限元法对坝体和坝基进行动力分析。

以上计算公式可参见DL5073—1997。

6.1.4安全系数

正常情况：

____；

非常情况：

_____。

最小安全系数应满足SDJ218—84的规定。

6.2坝体应力应变分析

用坝料试验（包括室内的和室外的）得到的计算参数，利用有限元法对坝体进行静荷载及动荷载作用下的应力分析，了解坝体在蓄水期和竣工期的垂直位移、水平位移、上游坡面位移及拉、压分界线，为坝体设计和接缝设计提供依据。

7基础处理

提示：

面板坝的趾板一般要求置于岩石基础上，而坝体可置于岩石基础上，也可置于密实的砂砾石覆盖层上