山 东 科 技 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 大龙河混凝土面板堆石坝设计

学 院 名 称 土木建筑学院 专业班级 水利水电工程 学生姓名 学 号 指 导 教 师

填表时间： 2013 年 3 月 15 日 设计（论文） 题目 大龙河混凝土面板堆石坝设计

设计（论文） 类型（划“√”）

工程实际 科研项目 实验室建设 理论研究 其它

√ 一、 本课题的研究目的和意义 龙河地区需要电力方面的发展，该区域水能资源丰富，大龙河水电站工程是以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合利用的枢纽工程。该工程能够有效缓解旱涝灾害、环境污染、生活用水需要、电力资源短缺等方面的问题。鉴于大龙河位于亚热带季风气候区，具有高山气候性质，寒冷潮湿，且库周山体雄厚，地质条件较差，面板堆石坝对不同坝址气候条件和地形地质条件都具有较强的适应性，因此本工程采用面板堆石坝坝型的设计，利用了当地的天然建筑材料等有效资源，减少外来建筑材料的供应。面板堆石坝建设随着大型振动碾压设备、大型自卸卡车的发展，可进行大型机械化施工，建设速度比较快，且对地基处理要求较低，相对造价较低，从而达到发展经济与保护周边环境同步的效果。因此该水利枢纽工程优先考虑混凝土面板堆石坝。

二、 本课题的主要研究内容（提纲） 1． 调洪演算。 2． 坝址选择和水利枢纽布置。 3． 挡水建筑物的设计。 1） 拟定坝的基本剖面尺寸。 2） 坝体材料分区，坝料设计。 3） 坝坡静力稳定分析。 4） 坝体沉降计算。 5） 面板设计和趾板设计。 6） 细部构造设计。 4. 泄水建筑物设计 1）确定结构形式和主要尺寸，进行建筑总体布置。 2）进行水力计算和静力计算。 3）细部构造设计。 三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） 混凝土面板堆石坝是用堆石或砂砾石分层碾压填筑成坝体，迎水面用混凝土面板作防渗体的坝，它对地形和地质条件都有较强的适应能力，并且施工方便、投资省、工期短、运行安全、抗震性好，因而其作为坝型选择具有很大的优势。 1. 国外现代面板堆石坝的发展过程： 1）1850-1940年为抛填堆石坝时期，坝体采用木面板、钢面板钢筋混凝土面板防渗。但由于当时技术条件的限制，采用抛投法堆筑，垂直沉降和水平位移都很大，施工期和施工后沉降可达到坝高的7%左右。坝造高了，沉降量加大，混凝土面板开裂，导致大量渗水，因此当时堆石坝最高造到100m，是美国的盐泉坝，它采用的是钢筋混凝土面板防渗。 2）1940-1965年抛填堆石坝到碾压堆石坝的过渡时期。由英国率先进行振动碾压实坝体堆石的尝试，最终发展为以薄层碾压堆石为特征的现代混凝土面板堆石坝。 3）1965年以后是推广应用碾压堆石坝的时期。60年代，由于大型振动压路机的出现，使堆石密度明显提高，变形减小，渗水减少，筑坝材料的选用范围也有所扩大，施工季节不受限制，因而堆石坝再次得到发展，已成为经济合理、应用广泛、施工方便的一种新坝型。目前，由于施工工艺的进步，使得混凝土面板堆石坝的设计高度提高到200m级。 2.中国现代面板堆石坝的发展过程： 中国用现代技术修建混凝土面板堆石坝始于20世纪80年代中期，并在全国得到很快的发展， 至2003年年底，已建成和在建的混凝土面板堆石坝逾110 座，其中：坝高超过100米的31座。已建成的最高坝是天生桥一级水电站大坝，高178米，居世界第二，而其库容、坝体体积、面板面积、电站装机容量等指标均居世界同类工程之首。在建的最高坝是水布垭水电站大坝，坝高233米，为目前世界第一高度混凝土面板堆石坝。 在中国混凝土面板堆石坝发展过程中，中国工程师们不仅紧密跟踪国内外设计施工技术方面的最新经验，同时也研发了若干新的工艺和技术，如：坝体分区和填方压实控制；用软岩作筑坝材料；混凝土面板裂缝控制和处理；趾板的布置和设计；流向上游坡面的反向渗水的处理；趾板直接建置于砂砾石覆盖层上并用混凝土防渗墙作为坝基防渗控制措施；修建坝顶溢洪道；用高混凝土挡墙改造不利地形条件；用碾压砂浆、乳化沥青及挤压混凝土作为上游坡施工期保护措施；在未完成堆石坝面过水度汛；用123 系统监测压实层厚度和碾压机具运行轨迹；堆石料的压实新方法等。 3.国内外面板堆石坝的发展现状可归纳为以下几点： 1) 填筑标准提高： 主次堆石区分线，加大主堆石区的比例（目前已达2/3）；坝体填筑高度与深度均衡，坝料均衡上升，尽量减少高差，有高差的部位采用缓坡连接；压实质量提高，由于冲击压实技术的应用，使得坝料的孔隙率大大降低，而各区压实的均匀性大大提高。 2) 软岩筑坝的发展 随着坝高的增长，硬岩已不能完全满足大坝填筑量的需要，通过掺用软岩或者单独采用软岩，大大地扩大了料源范围，增大了开采料的利用率。 3) 冬季填筑碾压 通过薄层填筑、禁止冻块上坝、垫层料兼顾排水性和稳定性等措施，冬季也可以施工。 4) 面板防裂性能大大提高 混凝土面板裂缝分为温度裂缝和结构裂缝两种，过去对温度裂缝研究较多，但结构缝对坝体危害很大，目前通过综合措施，正逐步改善。 通过选择配合比、外加剂、合适的施工期，及时养护等综合措施，可减少面板温度裂缝。目前在国内常采用两种高性能混凝土来减少面板的温度裂缝：在洪家渡、浙江白溪电站采用聚丙烯纤维收缩补偿混凝土，在珊溪采用BF-Ⅱ减水剂，都得到了很好的效果。 面板结构裂缝主要是由大坝变形过大、沉降不均匀等原因引起的，解决办法只能通过提高大坝堆石干密度、把好填筑碾压质量关、预留足够的沉降期等措施来控制。不能搞临时断面，坝料均衡上升，控制填筑层厚度，面板一次浇筑成型，尽量不分期。 5) 挤压边墙施工 挤压式混凝土边墙施工技术是在巴西埃塔坝工程开创的混凝土面板坝上游坡面施工的新方法。这种技术因其能简便及时地提供上游坡面的防护，并可明显提高垫层料的压实质量等特点而成为面板坝施工的一种新技术。目前国外已有十余座面板坝推广应用这一新技术。国内以公伯峡面板堆石坝工程为对象开展了挤压式边墙的技术研究，并拟在龙首二级、芭蕉口、水布垭等电站应用。我局中标的马来西亚巴贡和苏丹麦洛维工程也准备采用。 边墙施工法是在每填筑一层垫层料之前，用螺旋式边墙挤压机制作出一个近似于梯形的半透水混凝土小墙，然后在其内侧按设计铺填坝料，用振动碾平面碾压，合格后重复以上工作。 总之，混凝土面板堆石坝从诞生以来经过不同阶段的发展，无论是其设计、还是运行，理代面板坝在自身的技术上和经济上都有很大优越性，因此，目前世界各国的水利枢纽工程一般都将其作为优先考虑的坝型，混凝土面板堆石坝为世界各国的经济建设作出了巨大的贡献。但是其设计理论仍落后于工程实践经验．拟建混凝土面板堆石坝的设计仍未有较科学合理的理论指导依据，这在很大程度上限制了面板堆石坝的应用和发展。

四、 实坝体拟解决的关键问题 1. 面板设计和趾板设计。 2. 混凝土面板堆石坝的分区设计。 3. 面板堆石坝的坝体稳定分析。 五、 研究思路和方法 1. 面板和趾板的设计 根据《混凝土面板堆石坝设计规范》设计并验算面板设计，趾板设计。趾板稳定分析用刚体极限平衡法。计算中不计趾板锚筋作用及面板与趾板之间的传力。堆石压力只能考虑堆石的主动压力，或考虑面板下的堆石在面板承受水库压力后产生的侧向压力。 2.泄洪建筑物初步设计采用隧洞泄洪方式。根据调洪演算已确定的堰顶高程和堰顶净宽，在考虑闸门宽度后，最终确定堰顶实际所需宽度，并根据地形确定其合适布置位置。利用水力学公式计算流道宽度及水流的深度，设计合理的溢洪道边墙高度和形式。溢洪道出口采用挑流方式，根据水力学计算出口水流流速，初步设计挑流的挑射角等参数，并计算挑射距离及冲坑深度，论证设计的合理性。 3.坝体稳定验算用正常工况和偶然工况分别计算验证，渗流计算采用水力学理论公式进行验证，采用折线分析法进行混凝土面板堆石坝边坡的稳定分析，因坝体材料参数未知,故采用理论经验公式对坝体沉降进行验证。 4.坝体设计应根据料源及坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理等因素分区，并相应确定填筑标准；从上游向下游宜分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区，在周边缝下游测设置特殊垫层区，100米以上高坝宜在面板上游低部位设置铺盖区及盖重区；各区坝料的渗透性宜从上游想下游增大，并应满足水力过渡反滤要求；要充分利用枢纽建筑物开挖料和近坝区料源，因材设计。

六、 本课题的进度安排 1. 熟悉资料，填写开题报告 2周 2. 调洪演算 1周 3. 坝址选择和水利枢纽布置 1周 4. 挡水建筑物的设计 1） 拟定剖面尺寸和坝体分区 1周 2） 坝体渗流分析 1周 3） 坝坡静力稳定分析和沉降分析 1周 4） 面板设计、趾板设计和细部构造设计 1周 5. 泄水建筑物设计 1）确定结构形式和主要尺寸 0.5周 2）进行水力计算和静力计算 0.5周 3）细部构造设计 0.5周 6．编写设计说明书 0.5周 7. 绘制工程设计图 1周 七、 参考文献 [1] 顾志刚. 混凝土面板堆石坝施工设计. 中国电力出版社,2005 [2] 沈长松、王世夏、林益才、刘晓青. 水工建筑物. 中国水利水电出版社，2008 [3] 邵宇、李海芳等. 面板堆石坝变形特性与计算. 中国水利水电出版社，2011 [4] 郦能惠. 高混凝土面板堆石坝设计理念探讨. 岩土工程学报. [5] 关志诚. 混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究. 中国水利水电出版社. [6]Kemal Haciefendioglu. Nonlinear analysis of rock-fill dams to non-stationary excitation by the stochastic Wilson- θ method.Applied Mathematics and Computation. 2007 [7] Cooke J B. Development in high concrete faced rockfill dams. Hydropower & Dams, 1997 [8] MA HongQi & CAO KeMing. Key technical problems of extra-high concrete faced rock-fill dam. Beijing, 2000 [9]杨键. 天生桥一级水电站面板堆石坝沉降分析. 云南水利发电. 2001 [10]王钰琳等. 面板堆石坝应力变形分析. 水利发电. 2007

指导教师意见

指导教师（签名）： 年 月 日 所在系（所）意见

负责人（签章）： 年 月 日