h水利枢纽挡水建筑物初步设计

三峡大学科技学院

毕业设计（论文）课题任务书

H水利枢纽挡水建筑物初步设计

学生：易翅学号：2011201214

老师：乔娟

三峡大学科技学院

1 课题来源

H水库位于W县城西南5公里处的H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H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目的和意义

通过对H水利枢纽挡水建筑物初步设计，使我们明白了土石坝的组成、特征、成因及安全监测方法等相关知识进行了系统的学习，让我们明白了土石坝的施工，构造以及水工建筑物对人们的巨大益处。

3主要文献、资料名称

1、《水工建筑物》教材。

2、《水工设计手册》（第四卷－土石坝）.北京：水利电力出版社，1987。。

3、《水工设计手册》（第五卷－混凝土坝）.北京：水利电力出版社，1987。。

4、《水工设计手册》（第六卷－泄水与过坝建筑物）.北京：水利电力出版社，1987。

5、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）。

6、《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）。

7、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）。

8、《水利水电工程制图标准》（SL73.2-95）。

9、《水利工程施工》教材。

3.1土工膜斜墙坝的原理及特点

土工膜为高分子聚合物或由沥青制成的一种相对不透水的薄膜，聚合物薄膜所用的聚合物有橡胶和塑料两种。合成橡胶薄膜可用尼龙丝加筋。其抗老化及各种力学性能良好。但价格比塑料薄膜贵。水利工程上采用的塑料主要是聚乙烯和氯乙烯制品。此外还有各种复合型土质膜。可弥补土工膜的强度不足。又能改善抗磨性能的不足。应用土质膜做土石坝防渗体时，可以铺设在上游面，并在其

上部和下部分别设置上下垫层，再在表面加防护层。防护层可采用沙粒料干砌。上垫层可采用沙粒料、沥青混凝土、土工织物。下垫层可采用压实细粒土、土工织物、土工网。也可将土工膜直立铺设与坝体中部。此时坝坡坡度可不受其影响，薄膜也不易损坏，但以后的维护更新不便，土工膜多用于土石坝

3.1 土工膜防渗的类型

土工膜防渗有以下几种类型：①土石坝的防渗斜墙；②土石坝的垂直防渗心墙；③透水地基上土石坝的水平防渗铺盖；④透水地基上土石坝的垂直防渗墙；

⑤土石坝的加高防渗

3.2 土工膜防渗的技术特点

土工膜是一种柔性防渗材料，可用于水库库盆、土石坝的垂直防渗墙、倾斜防渗层、坝的上游防渗铺盖、沥青混凝土面板或混凝土面板堆石坝的防渗层、尾矿坝的初期坝防渗层、渠道防渗、污水防渗和危险性废物料场的封闭等等。

土工膜防渗具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等技术特点，宜于在我国大力推广。

3.3防渗铺盖设计（含库盆）

在透水地基上修建土石坝，水平铺盖与斜墙、心墙联合防渗是通常采用的一种措施。采用复合土工膜作铺盖，主要在于复合土工膜的主膜渗透系数极小，通常为10-11~10-12cm/s，起防渗截水作用，而且复合土工膜具有较大的弹性或塑性变形，可适应土体的沉降、胀缩等变形。

3.3.1防渗铺盖厚度确定

土工膜防渗铺盖厚度应按作用水头，地层中可能存在裂隙的形状与大小，以及土工膜的抗拉强度和破坏应变等，借薄膜理论来估算

按照SL/T225-98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》中的公式计算。（ T？0.24？pb／根号下？）式中T ——薄膜的单宽拉力（kN/m）； p ——薄膜上承受的水压力荷载（kPa）； b ——预计膜下地基可能产生的裂缝宽度（m）；ε——薄膜发生的拉应变（%）。计算土工膜的厚度时，考虑土工膜垫层采用中细砂、砾石，作用水头按最大水头，假设裂缝宽度为10mm时，计算最大水头的水压力荷载下土工膜的拉应力-拉应变曲线，此曲线应与选用厚度的土工膜材料的拉应力-拉应变曲线对比，求出应力安全系数和应变安全系数，如不满足，应选较厚膜。根据经验，对于中水头坝，要求厚度一般为0.5~0.6mm。

3.3.2防渗铺盖结构设计

土工膜下设反滤层，以防止铺盖万一穿孔时造成地层土流失，采用非织造土工织物的复合土工膜可以同时满足运行需要。大面积铺盖下会积水、积气，应根据具体情况采取工程措施排除积水、积气。土工膜不宜直接与粒径较大的土石料接触，应根据需要在两面设置细粒垫层或一面设置垫层，一面设置保护层。如果地基是壤土或沙土，经平整压实后，可直接在其上铺设土工膜；如果地基中含有卵砾石较多，可先铺设沙土或中粗沙垫层，碾压密实，然后在其上铺设土工膜。土工膜上应设置一定厚度的保护层，该层也应先铺砂土或中粗砂过渡层，然后是一般土石料或混凝土保护层。保护层在压实或施工过程中应防止土工膜的损

坏。如果采用复合土工膜，经论证也可不设垫层而直接与粒径较大的土石料接触，使结构得以简化。

3.3.3水平铺盖防渗长度计算

采用复合土工膜作斜墙（心墙）与铺盖联合防渗，复合土工膜应是一整体结构。虽具一定的柔性，但与透水地基接触时，不可能完全嵌入到下层介质的孔隙中，因此，其接触面上将存在较大的孔隙通道，沿接触面渗流的流速会逐渐增大，当渗透压力达到下层基土的临界水力坡降时，下层基土的颗粒即失去平衡，被水流从接触面上的孔隙通道中带走，形成接触冲刷破坏。为防止下层基土颗粒的冲刷破坏，则需要复合土工薄膜铺盖具有足够的长度，以减小铺盖下的渗透坡降，达到透水地基渗透稳定的目的，此时的铺盖长度为铺盖的极限长度

3.3.4土工膜铺盖的保护

施工阶段防止施工人员和施工机械对土工膜可能产生的损伤，在铺设完毕后一直到运行期间防止土工膜受阳光直接暴晒，人畜或施工机械在表面行走造成损伤。具体解决措施：在土工膜表面覆盖一定厚度的透水料保护层，厚度要求大于或等于1 m，并且要与土工膜同时铺放

3.4施工要点

3.4.1 土工膜接头

土工膜尽量选用宽幅的，这样即减少了很多接缝和土工膜搭接量，又减少了焊接工作。近来已经有厂家生产宽幅土工膜，幅宽5~10m，每卷膜的长度视膜厚不同而异，膜薄则长，膜厚则短。窄幅的土工膜，幅宽仅 1.2~2.0m。河南黄河西霞院水库大坝使用0.2mm幅宽8m聚乙烯膜，甘肃夹子山水库库盘使用0. 3mm和0.2mm幅宽7.5m聚乙烯膜。设计时要根据订货幅宽计算接缝长度，按接缝搭接或对接需要预留母材宽度计算土工膜订货总量。接缝预留母材宽度视拼接方法而定。拼接方法有（1）热压硫化法，（2）焊接法，（3）胶结法，（4）缝合并涂胶法，（5）溶剂焊接。热压硫化法，焊接法形成的接缝，其抗拉强度都可以达到母材同样强度。胶结法形成的接缝抗拉强度只能达到母材抗拉强度的60%~80%。缝合并涂胶法形成的接缝抗拉强度只能达到母材抗拉强度的85%~90%。热熔挤压焊接法将焊条与母材混熔为一体。在计算土工膜厚度时，应考虑到接缝的抗拉强度低于母材，因而需增加土工膜的厚度。沿接缝界面的渗透性，经试验接缝严密不透水，达到母材的不透水性。土工膜的接缝是沿着坝坡方向还是沿着坝轴线方向，是设计时要考虑的问题，原则上，要使接缝量最少，而且再拉应力大的方向，最好一卷卷材铺设到头，不要有接缝。

3.4.2土工膜的拼接

为了减少接缝，工厂应尽可能生产宽幅长卷土工膜，如果生产窄幅土工膜，应在工厂拼接成宽幅，卷成长卷材，然后运到工地，再工地的工作棚内拼接成15~20m宽幅，卷成长卷，运到坝面铺设，宽幅之间的接缝再坝面上拼接。

3.4.3 热压硫化法

人造橡胶如氯丁橡胶，丁基橡胶等，以及天然橡胶，在工厂内可用热压硫

化工艺拼接。将人造橡胶，或天然橡胶搭接5cm，在搭接界面夹橡胶片，用夹具夹紧，放在硫化室中，在150℃环境内硫化25分钟，接缝粘接牢固，其抗拉强度及不透水性达到母材相同的指标。

3.4.4高温气焊法

此法是用热空气将搭接的膜熔化并随着滚压焊接。此种焊接机通常有两个热空气喷嘴，形成二条20mm宽的焊线，净距10～20mm，将膜搭接50～60mm，焊机沿缝移动施焊。所有热塑塑料膜都可用此法焊接，但很薄的膜不宜用此法，因热量高，会使薄膜熔成溶液。聚氯乙烯膜在高温作用下产生盐酸气，故不能在室内作业。

3.4.5热熔挤压焊接法（R. A. Van Zanten 1986）

用热空气将焊条熔化，并有螺杆加压器将熔化的焊条挤压到膜的接缝上，同时由机械驱动的小尖头将熔化物与熔化的膜混合形成熔合为一体的接缝。这种焊接法的物理力学性质与母材相同，抗拉试验时，母材拉断而焊缝不断。热容挤压焊接法适用于高密度聚乙烯膜的焊接，也适用于聚乙烯膜和聚氯乙烯膜。

3.4.6高温气焊法

此法是用热空气将搭接的膜熔化并随着滚压焊接。此种焊接机通常有两个热空气喷嘴，形成二条20mm宽的焊线，净距10～20mm，将膜搭接50～60mm，焊机沿缝移动施焊。所有热塑塑料膜都可用此法焊接，但很薄的膜不宜用此法，因热量高，会使薄膜熔成溶液。聚氯乙烯膜在高温作用下产生盐酸气，故不能在室内作业。

3.4.6土膜铺设

首先把土石坝坡的垫层，排水层或排气排水系统铺筑完成，库盘或水池地面平整好，铺设排水系统，把土工膜按需要长度剪裁，在工厂或工作棚焊接成宽幅，然后卷成卷材。运到铺设地点，定位安放进行铺设。在坝坡上铺设时一般卷材自上向下滚铺。把卷材的一端固定在坝顶，卷材中心的轴（一般为钢管）的两头系于安装在坝顶的绞车上，绞车慢慢将卷材向下滚铺，然后将相邻的土工膜卷材向下滚铺，幅边按规定尺寸搭叠，并进行焊接。如果坝较高，在筑坝过程中有度汛挡水的要求，则先铺设挡水位以下坝坡土工膜，而后砌好土工膜的护坡体，即可先蓄水。待上部坝体填筑完成，再滚铺到上部，并与已铺设的土工膜顶部互相搭叠并焊接。在水库库盘或水池底上铺设土工膜时，同样，在钢管上把拼接好的宽幅土工膜卷成卷材，放于地面并系在拖拉机后附设的横杆上。随拖拉机前进，土工膜铺开。相邻的土工膜铺设时，与铺好的土工膜搭叠cm进行焊接。也可用人力推卷材摊铺。铺设土工膜时，工作人员应穿软底鞋，不能穿硬地皮鞋或带钉的鞋。铺好后应及时覆盖，以免受阳光照射老化，或被风吹动而撕破。坝坡上的土工膜可砌筑混凝土板护坡或块石护坡。库盘或池底的土工膜可用土砂砾石碎石等覆盖，覆盖厚度至少30～40mm。在严寒地区，要防止冻害损坏土工膜。铺设后应迅速覆盖保护。在坝坡和库盘的死水位以上范围，还要采用永久性的防冻覆盖措施。尤其是冬季水位变动区，需要较厚的保护层。其厚度最好等于地面冻层深度。其材料不宜用粘性土和粉细砂。因为这种土料会发生冻胀，导致破坏护坡。宜选用粗颗粒材料，如碎石、碎砾、卵砾石等。在坝坡或库盘较陡的岸坡

上，不能用粘性土做保护层，因为在水库水位降落时，粘性土保护层会沿着土工膜表面滑落。

4 设计的主要内容及成果形式

4.1 主要内容

1、完成开题报告编写，质量达到规定要求。

2、完成基本计算过程。

3、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、提交论文二稿，由指导教师批阅、修改。

5、交毕业论文正本，质量达到规定要求。

6、答辩。

4.2 成果形式

1、开题报告一份。要求同学对自己所设计坝型的土石坝的原理、特点、材

料、发展现状、设计、施工、渗流及稳定分析等相关知识有深刻的认识。

开题报告内容不少于4000字。

2、J利枢纽挡水建筑物设计计算说明书一份。要求计算原理明确，有据可查，论证充分，有必要的计算过程及相应的结构、细部构造计算说明图。

3、枢纽平面布置图立面及平面图A2图纸一张，大坝剖面图(全部设计内容均需按实际尺寸表现)、局部细部构造放大图A1图纸一张，坝体监测布置图A3图纸一张。

4、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 、毕业答辩PowerPoint文档一份。

5 课题研究的方法及手段

通过对期刊、网络、书籍等文献进行查阅，利用软件编程模拟，了解该课题研究现状以及在研究领域里的动态，保证研究的先进性和创造性。

6 设计进度

7 现有条件及需采取的措施

7.1现有条件

（1）图书馆资料室；

（2）互联网；

（3）计算软件；

（4）基本的文字编辑软件。

7.2 采取措施

（1）利用互联网查询获得相关信息；

（2）通过工程计算、电脑计算等方法。