赵棚拦河大坝设计文字部分.doc

安陆市赵棚镇安丰河滚水坝技施设计

安陆市水利建筑工程勘察设计院

2011年6月

目 录
一、工程概况 1
二、设计依据 1
三、工程设计 1
3.1施工通道、场地及水和电设计布置 1
3.2坝体总体设计 1
3.3坝体溢流面设计计算 1
3.4抗滑稳定计算 1
3.4.1坝基面抗滑稳定计算 1
3.4.2护坦(消力池)设计及抗浮稳定计算 4
3.4.3挡土墙抗滑稳定计算 4
四、施工技术要求 5
4.1土石开挖回填工程 5
4.2混凝土施工工程 5
4.2.1混凝土分块 5
4.2.2砼模板方案 5
4.2.3砼入仓 5
4.3混凝土施工工艺 6
4.3.1混凝土施工工艺流程框图 6
4.3.2混凝土施工工艺 6
五 施工安全保证措施 8
六、土建工程预算 9

滚水坝设计方案
赵棚滚水坝施工技术设计
一、工程概况
本工程滚水坝将建于赵棚镇，其水库库容主要用于农田水利灌溉，河床宽度为44m，水库蓄水库容约为10万m3。在汛期，通过全断面溢流泄洪，坝体坝基及左右坝肩覆盖层为砂土层。
二、设计依据
（1）现场勘测及测量有关数据。
（2）水工建筑物等（中国水利水电出版社）。
（3）SDJ21-78《混凝土重力坝设计规范（试行）》
（4）DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》
三、工程设计
3.1施工通道、场地及水和电设计布置
根据本工程施工地形，从公路就近路口至建坝址段利用人工和挖机反铲修建一条4m宽，长300m的施工通道，便于施工材料运输到施工现场，造成的植被损失按每米50元计，施工场地占地约1亩，按5000元赔偿计，施工用水、电就近接应。
3.2坝体总体设计
本工程中总体河宽44m，设计坝体总体高度为3.5m，坝体形式为坝顶溢流式重力坝，堰顶宽为1.5m，坝体采用金包银式进行填筑，坝体外层采用50cm厚C20W6F100常态砼，内层采用堆石，两坝肩深入基岩1.5m。坝体上游面为直立面，下游面为WES实用堰面。下游河床设置30cm厚C20W6F100砼护坦，护坦长度为8.0m。上、下游护坡均采用浆砌石挡墙护坡。
3.3坝体溢流面设计计算
为保证溢流面泄流平顺和泄流量，以及节约主要材料工程量，将大坝下游溢流面设计为WES实用堰面：其方程分别为上游曲线段Y=0.34X1.85、中间段Y=0.7X+356及下游圆弧段(X-2335)2+(Y-890)2=11102，其中X、Y单位为mm。保证上、下游段与中间段相切，并且下游圆弧段与护坦（消力池）相切。
3.4抗滑稳定计算
3.4.1坝基面抗滑稳定计算
本工程滚水坝主要依靠自重等作用在坝体与基岩胶结面上产生的摩擦力与粘聚力来维持稳定，现就本工程进行抗滑稳定验算：
抗剪强度公式
KS=f（∑W-U）/∑P
式中：∑W——接触面以上的总铅直力；∑P——接触面以上的总水平力；
U——作用在接触面上的扬压力；f——接触面间的摩擦系数。
取单宽坝段进行验算，扬压力不考虑渗流压力，考虑上游涌高和风浪，设堰顶水头为H0=2m：
∑Wmin=（ρ砼V1+ρ石V2）g=（2.36t/m3×2.415m3+2.4t/m3×7.94m3）×9.8N/kg=242.60KN；
∑Pmax=0.5ρ水×g×H（H+H0）=0.5×1.0t/m3×9.8N/kg×3.5×7.5m3=128.625KN；
Umax=ρ水×g×H下×L=1.0t/m3×9.8N/kg×3.5m×3.534m2=121.22KN。
KS=f（∑W-U）/∑P
= f（285.14-ρ水×g×H下×L）/[0.5×(ρ水×g×H下+ρ水×g×H）（H- H下）]
=（285.14-52.626H下）/(60.025-4.9H下2)
取f为0.65，则临界点∑P=∑Pmax ，U =0；
KS=f（∑W-U）/∑P=0.65×（242.60-0）/128.625=1.23；
临界点∑P=0，U=Umax；
KS=242.60/121.22=2.0；
式中：V1——大坝砼体积；V2——大坝浆砌石体积；
H——设计水头；H下——下游水深；H0——堰顶水头。
KS满足要求，且未考虑水的盖重及粘聚力，故满足抗滑稳定要求。
3.4.2护坦(消力池)设计及抗浮稳定计算
根据实际情况，因大坝上下游水位常年相差不大，采用底流消能工，水头差为3.5m，下游水位为2m，
q=εmH0^(3/2)*(2g)^0.5
式中：
    ε——收缩系数，取1.0； m——流量系数，取0.46；
    B——堰宽； H0——堰顶水头，H0=2.0m；g——重力加速度。
q=5.76m3/(s·m)= V1ht
V1=(2gH)^0.5=8.3m/s；h1=0.693m；
h2=ht/2+(1+8q2/2g)^0.5-2=2.16m；
跃高（h2-h1）=1.467m。
水跃长度L=6.9（h2-h1）=10.12m,护坦(消力池)长度为70%～80%水跃长度，取护坦长度8m。
护坦设置应满足稳定要求，即在扬压力和脉动压力等荷载作用下不被浮起，可按下式进行验算：
令时均压强P为 P=aH2
取a=1.0。
护坦上的平均脉动压强可取

式中：H2——下游水深，m；r——水的容重KN/m3；
L——护坦长度，m；Vc ——平均流速，m/s；
am——脉动压力系数，上游端可取0.1，下游段端可取0.05。
护坦下设有排水，一般不考虑渗流压力，作用在护坦地面的扬压力强度为
式中——护坦厚度，m。
令P为护坦顶面的总静水压力，A为总脉动压力，U为总扬压力，W为总的混凝土重，则护坦抗浮起的稳定安全系数为：

结合本工程，取1个平方进行验算：
；

则
KS满足设计要求，且未考虑插筋锚固力等，故满足抗浮稳定要求。
3.4.3挡土墙抗滑稳定计算
挡土墙主要依靠自重、回填土石重力及水的侧压力等作用抵抗土体侧压力和扬压力来维持自身稳定，现就本工程取单宽长度挡墙进行抗滑稳定验算：
KS=[f（∑W+S-U）+CA]/∑P
式中：∑W——混凝土自重；∑P——侧向压力；
S——回填土石自重；f——接触面间的摩擦系数；
C——为粘结强度取0.3Mpa；A——为基础面剪切面积。
上游浆砌石挡土墙顶面宽度为40cm，高5.5m，斜面坡比为1:0.3，底面宽度为2.41m，具体布置详见附图。
取f为0.65，则临界点∑P=∑Pmax ，U =0；
∑W=ρ石V1g=2.4t/m3×6.396m3×9.8N/kg=150.43KN；
∑Pmax=0.5×ρ土g（H2-1.52）=0.5×1.4t/m3×9.8N/kg×（5.52m3-1.52m3）=192.08KN
S=ρ土V1g=1.4t/m3×6.859m3×9.8N/kg=94.105KN
则KS=[f（∑W+S）+CA]/∑P=4.59＞3.0
取临界点∑P=∑Pmin ，U =Umax；
∑Pmin=0.5×ρ土g(H2-1.52)-0.5×ρ水g(H-1.5)2=113.68KN
Umax=ρ水×g×H下×L=1.0t/m3×9.8N/kg×5.5m×2.41m2=129.899KN。
则KS=[f（∑W+S-U）+CA]/∑P=7.015＞3.0
KS满足设计要求，故上游浆砌石挡土墙满足抗滑稳定要求。
下游浆砌石挡土墙顶面宽度为40cm，高3.5m，斜面坡比为1:0.3，底面宽度为1.81m，具体布置详见附图。
取f为0.65，则临界点∑P=∑Pmax ，U =0；
∑W=ρ砼V1g=2.4t/m3×3.359m3×9.8N/kg=79.004KN；
∑Pmax =0.5×ρ土gH2=0.5×1.4t/m3×9.8N/kg×(3.52m3-1.52m3）=68.6KN
S=ρ土V1g=1.4t/m3×2.976m3×9.8N/kg=40.831KN
则KS=f（∑W+S）/∑P=1.135＞1.0(未考虑粘聚力)
取临界点∑P=∑Pmin ，U =Umax；
∑Pmin=0.5×ρ土g(H2-1.52)-0.5×ρ水g(H-1.5)2=49KN
Umax=ρ水×g×H下×L=1.0t/m3×9.8N/kg×3.5m×1.81m2=62.083KN。
则KS=[f（∑W+S-U）+CA]/∑P=11.84＞3.0
KS满足设计要求，故下游挡土墙满足抗滑稳定要求。
四、施工技术要求
4.1土石开挖回填工程
（1）植被清理
首先根据现场实际确定开挖开口线，采用反铲、推土机配合人工清理植被，修整约4m的施工通道，并对清除植被、草及杂土等运至指定地点，并做好相应的赔偿工作。
（2）砌筑石料在开挖有用料中选用，反铲配合人工拣集，反铲装5t自卸车运输至工作面附近，再由人工倒运至工作面，人工采用铺浆法进行砌筑。
（3）土质边坡及覆盖层开挖
厚层土方及覆盖层采用0.8m3反铲直接挖装5t自卸车运输至指定碴场；薄层采用推土机集碴，0.8m3反铲装，5t自卸车运至弃碴场。
土方及覆盖层自上而下分层进行开挖，一般分层高度按3.0m～4.0m控制，靠近设计规格线的土质边坡采用0.8m3～1.4m3反铲按设计进行开挖，预留50cm修整余量，再用人工修整并使之满足施工图纸要求的坡度和平整度。雨天施工时，施工台阶略向外倾斜，以利于排水。
（4）对于回填土石区域，在开挖有用料中选用，采用10t或5t自卸车从弃渣场运至回填区域，并碾压密实，满足施工需要。
4.2混凝土施工工程
4.2.1混凝土分块
滚水坝总浇筑长度为47m，坝高总体为3.5m，根据结构特点及施工条件进行分块，将坝段及消力池分为4块浇筑，分别为11m，12m，12m，12m，具体分块详见附图。
4.2.2砼模板方案
砼浇筑主要采用P3015、P2015等组合普通钢模或P6015北新钢模拼装，局部木模补缝，。
4.2.3砼入仓
砼主要采用溜管接溜槽、溜槽入仓，从右岸下料，依次从左岸向右岸浇筑。先挂12寸钢管作为溜管接料，再搭设溜槽入仓。
4.3混凝土施工工艺
4.3.1混凝土施工工艺流程框图

基础及缝面处理
测量放线
模板架立、止水安装
施工准备
模板制作加工
混凝土拌制运输
清仓、验收
基础验收
拆模、养护

取样试验
混凝土浇筑
预埋件安装

4.3.2混凝土施工工艺
（1）清基和施工缝处理、冲洗：混凝土浇筑前，清除淤泥覆盖层及软弱夹层至弱风化层或基岩，岩基上的杂物及松动岩石，压力水冲洗干净。施工缝人工凿毛，清除缝面上所有浮浆，松散物料及污染体，用压力水冲洗干净，保持清洁、湿润。进行地质资料收集整理，基础验收。
（2）模板及验收：模板安装前应进行测量放线，准确放出本仓位及模板安装的控制点位，控制点位应在施工过程中给予保护，如发现已安装的钢筋保护层厚度偏差较大应及时校正，根据测量控制点先做模板架立筋或进行再次吊线。为便于拆模，安装前模板表面应涂刷脱模剂，但不得污染钢筋和埋件。模板的安装位置偏差应满足以下要求：轴线偏差小于5mm；截面内部尺寸偏差为+10mm；相邻两模板表面高低差小于2mm；表面不平整度（2M直尺检查）小于5mm。当上述要求与设计及监理工程师指定遵从的规范相违背时以规范为准。
（3）砼搅拌和运输：砼搅和在右岸勾皮原沟拌和系统进行，拌制砼时必须严格按照经监理工程师批准的砼配料单和投料程序进行配料，严禁擅自更改。如需调整，应征得监理工程师的同意。施工前须对拌和楼各种称量装置进行率定，使其称量误差精度满足规范规定的要求。砼拌和过程中应采取措施，保持骨料的含水率稳定，使用外加剂时，应将外加剂溶液均匀地配入拌和用水中。砼的运输应考虑砼浇筑能力，运距及仓面具体情况，保证有足够地砼浇筑能力。砼应连续、均衡地运至浇筑仓面，在运输途中不允许有骨料分离、漏浆、严重泌水、干燥及过多降低坍落度现象。在任何情况下严禁在砼中加水。砼地自由下落高度应控制在1.5m以内，否则应设缓降设施。砼采用现场拌制或6m3砼搅拌车运输。
（4）埋件安装：埋件主要为模板固定插筋及651型橡胶止水。插筋安装采用电钻在已立好木模或钢模上开孔安装，定型木模上预留插筋孔来进行插筋安装的两种方式。插筋安装完成后插筋孔与模板间缝隙采用棉纱填塞密实，避免漏浆。止水安装时，可采用短钢筋穿过止水，钢筋端头与结构砼钢筋点焊连接，或采取其它方法将其固定在设计位置，止水与模板结合面严密。安装好的止水加以固定和保护，防止在浇筑过程中发生偏移、扭曲和结合面漏浆。
（5）清仓、验仓：钢筋和模板安装固定完成后清理仓内杂物，并用高压水冲洗仓面并排干积水，保持钢筋清洁无锈蚀、施工缝面湿润。由施工队技术员配合质检人员检查有关浇筑准备工作，包括基础处理、模板、钢筋、埋件等是否符合设计及相关规范要求，达标后如实填写相关表格报请监理工程师验收，仓面验收合格并开具砼准浇证后方可进行砼浇筑。
（6）砼浇筑及振捣：混凝土入仓之前，先用水润湿基岩面或混凝土缝面，并均匀铺盖一层不小于5cm厚的砂浆或10cm厚的一级配混凝土，再分层下料摊铺混凝土；混凝土入仓后采用人工及时平仓，平铺法浇筑，入仓的混凝土应及时平仓振捣，不得堆积。仓内若有粗骨料堆叠时，应均匀的分布在砂浆较多处，但不得用水泥砂浆覆盖，以避免造成蜂窝。在倾斜面上浇筑混凝土时，应从低处开始，浇筑面应水平。
砼均采用Φ50～Φ80插入式振捣器振捣，应先平仓后振捣，严禁以振捣代替平仓，振捣器的操作遵循“快插慢拔”的原则，并插入下层混凝土5cm左右，振捣器插入混凝土的间距，不超过振捣器有效半径的1.5倍（一般40cm），距模板的距离不小于振捣器有效半径的1/2（一般20cm），插入位置呈梅花形布置，不得触动钢筋及预埋件，振捣宜垂直按顺序插入混凝土，如略有倾斜，倾斜方向应保持一致，以免漏振。振捣时间以30～45秒为宜，严禁过振、欠振，具体以混凝土不再显著下沉，气泡和水分不再逸出表面，并开始泛浆为准，另外在靠近模板处尚需加强振捣。混凝土浇筑应保持连续性，如因故中止时间过长，且超过试验允许间歇时间（约2h），则按施工缝处理，即已浇的混凝土强度达到1.5Mpa～2.5Mpa后，应用高压水或风沙枪冲毛，清洗干净排除积水，才能进行上一层混凝土的浇筑。如初凝面积不大，用插入式振捣器振捣30秒，周围10cm以内混凝土还能泛浆，且不留孔洞时（可塑），仍可继续浇筑。
（7）砼脱模、养护、抹面：砼浇筑完成后一般24小时后即可拆模，拆模时应注意保护成型砼，并不得损坏砼边角等。砼浇筑完成约12～18小时即开始设专人负责洒水养护，养护期内保持砼面湿润，砼养护时间不少于28天。
拆模后若发现混凝土有缺陷，应提出处理意见，征得监理人同意后才能进行修补。对不同的混凝土缺陷，按相应的监理人批准的方法进行处理，直至满足设计和规范要求为止。
五 施工安全保证措施
根据工程施工特点，制定如下安全措施：
1、混凝土浇筑前，应全面检查仓内支撑、拉筋、模板及平台、漏斗、溜槽等是否安全可靠。
2、在平仓振捣过程中，要经常观察模板、支撑、拉筋是否变形，如发现变形有倒塌危险时，应立即停止作业，并及时报告有关指挥人员。
3、不得将运转中的振捣器，放在模板或脚手架上。
4、使用电动振捣器，须有触电保护器或接地装置。搬移振捣器或中断作业时，必须切断电源。
5、湿手不得接触振捣器电源开关，振捣器的电缆不得破皮漏电。
6、电器设备的安装拆除或在运转过程中的故障处理，均由电工进行。
7、施工及管理人员不允许在工作面上睡觉。
六、土建工程预算附后
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安陆市水利建筑勘察设计院