混凝土面板堆石坝设计大纲范本.docx

1、混凝土面板堆石坝设计大纲范本FCD31010 FCD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

2、_ 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_kWh，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)SDJ 1278 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)S

3、DJ 21884 碾压式土石坝设计规范； (3)DL 501693 混凝土面板堆石坝设计导则； (4)SL 4994 混凝土面板堆石坝施工规范； (5)DL 50731997 水工建筑物抗震设计规范； (6)SDJ 2078 水工钢筋混凝土结构设计规范； (7)SDJ 33889 水利水电工程施工组织设计规范(试行)；(8)GB 5020194 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_108 m3，防洪效益_，灌溉面积_hm2，水电站装机容量_MW，按SDJ 1278的规定，本工程为_等。 (2)建筑物级别 根据SDJ 1278中表2确定建筑物的

4、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123456789101112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123456789101112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_m

5、2，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_104 t，多年平均推移质沙量_104 t，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= _m

6、m。 (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()； 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

7、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fcfcfcMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPaMPa5) 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20020060602020220.050.050.0050.005有效粒径平均粒径不均匀系数%g/cm2g/cm2%mmmm5)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

8、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DL 5073-1997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

9、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_104 m3，运距_km；土料储量_104 m3，运距_km；沙石料储量104 m3，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

10、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、，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30 m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、，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

11、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 破坏比R 模数量K指数n 切线泊桑比D初始泊桑比斜率Fg/cm2g/cm2g/cm2g/cm2mm/mkg/cm2ca/secg/cm2kg/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

12、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

13、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SDJ 21884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SDJ 21884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 、正常1.5 1.01.00.70.5非常0.70.50.

14、40.3防浪墙高一般采用1.2 m。 坝顶高程=防浪墙顶高程-1.2 m。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

15、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

16、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(DL 501693)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

17、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

18、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15210.950.97天然砂石料垫层0.970.980.750.8过渡层堆石料20220.950.97主堆石料22250.950.97下游堆石料25280.93

19、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

20、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30 cm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

21、直高度，m； x经验系数，一般为0.0020.0035。 (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

22、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

23、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SDJ 21884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DL 50731997。6.1.4 安全系数 正常情况：_ ； 非常情况：_。 最小安全系数应满足SDJ 21884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