土石壩設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985 1 調(diào)洪演算有正常蓄水位為2821.6m,由水位庫容關(guān)系曲線查得對應(yīng)庫容為3.810m,故工程等級為二等大（2）型，壩高小于90米，故主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。1.1確定洪水標(biāo)準(zhǔn) 該工程為土石壩二等大（2）型，故永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期100年(洪峰流量為1680m/s)；非常運用（校核）洪水重現(xiàn)期2000年(洪峰流量為2320m/s)；消能防沖建筑物洪水重現(xiàn)期為50年一遇；電站廠房洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期為100年，非常運用（校核）為500年；臨時渡汛為200年一遇（大于100年）。1.2泄洪方案選擇采用隧洞泄洪方案水庫運用方式：洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。調(diào)洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進(jìn)行放大，得出設(shè)計與校核洪水過程線如下： 擬定幾組不同的堰頂高程及孔口寬度B的方案。由堰頂自由泄流公式和3臺機(jī)組的滿發(fā)流量44.1 m/s可確定設(shè)計洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量起，由起開始，假定四條泄洪過程線（為簡便計算，假設(shè)都為直線），在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V，根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由四組（Q泄，H）繪制的QH曲線與由繪制的QH曲線相交，所得交點即為所對應(yīng)洪水過程線下的下泄流量及相應(yīng)水位。方案一： 堰頂高程=2810m，堰寬B=7m，起調(diào)流量Q570.75m/s。設(shè)計情況下列表計算如下：假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 564.7220.83 31.87 430.852823.13B: 635.3119.429.68428.662823.02C: 705.918.0027.54426.522822.92D: 776.4716.725.55424.532822.76校核情況下列表計算如下： 假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 58528.08158.97432.7942823.7B: 682.526.30454.67429.6682823.54C: 78024.0550.5426.652823.384D: 877.522.16946.56423.7832823.24繪制泄水能力曲線如下圖所示：由上圖易知，設(shè)計下泄流量為669.1 m/s，設(shè)計水位為2823.2m;校核下泄流量為710.1 m/s，校核水位為2823.6m.方案二：堰頂高程=2808m, 堰寬 B=7m，起調(diào)流量Q712.79 m/s。設(shè)計情況下列表計算如下：假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 634.516. 83825.67415.6532822.822B: 70515.75323.98413.9992822.738C: 775.514.66122.31412.3342822.652D: 84613.59520.69410.7082822.57校核情況下列表計算如下： 假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 682.523.56949.49425.9162823.346B: 78021.95746.11423.4582823.22C: 877.520.381542.8421.0552823.098D: 97518.85439.59418.7272822.98繪制泄水能力曲線如下圖所示：由上圖易知，設(shè)計下泄流量為799.1 m/s，設(shè)計水位為2822.7m；校核下泄流量為842.1 m/s，水位為2823.2m。方案三：堰頂高程=2807.5m，堰寬B=7m，起調(diào)流量Q750 m/s。設(shè)計情況下列表計算如下： 假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 70515.16923.09413.1082822.692B: 775.514.14321.53411.5442822.612C: 84613.12819.98409.9962822.534D: 916.512.12918.13408.4732822.46校核情況下列表計算如下： 假定下泄流量Q（m/s）下泄曲線與洪水過程線包圍面積A水庫攔蓄洪水V(10m)水庫總庫容V(10m)水庫水位(m)A: 78022.93648.14424.9352823.3B: 877.519.941.79420.3222823.06C: 97518.43338.71418.0852822.95D: 1072.517.03335.77415.952822. 46繪制泄水能力曲線如下圖所示：由上圖易知，設(shè)計下泄流量為819.1 m/s，設(shè)計水位為2822.6m；校核下泄流量為875 m/s，校核水位為2823.1m。 從調(diào)洪演算結(jié)果來看，初擬的三組方案均能滿足校核下泄流量Q900 m3/s,校核水位與正常蓄水位之差Z3.5m的要求。為充分發(fā)揮隧洞的下泄能力，在本設(shè)計中我們考慮隧洞的下泄流量接近于上限值，以降低工程造價。綜上所述，最終確定堰頂高程=2807.5m，堰寬B=7m。2 大壩高程的計算壩頂高程由水庫靜水位加風(fēng)浪壅高、壩面波浪爬高及安全超高等決定。壩頂超出靜水位以上的超高由公式Y(jié) = R + e + A 計算。 R：壩頂在水庫靜水位以上的超高，m。R=。m：單坡的坡度系數(shù)，該式適用于m1.55.0的情況，本次設(shè)計中m2.5。，：斜坡的糙率滲透系數(shù)和經(jīng)驗系數(shù)。該壩上游擬用砌石護(hù)坡， 故糙率滲透系數(shù)為0.750.80，本次設(shè)計取為0.78；經(jīng)驗系數(shù)與有關(guān)，本次設(shè)計中1，故經(jīng)驗系數(shù)取為1.0。 ，：平均波長和波高。 對于內(nèi)陸峽谷水庫，在風(fēng)速W20m/s、吹程D2000m時，波浪的平均波長和波高可采用官廳公式： 式中，D：風(fēng)區(qū)長度，m H：壩前水深，mW ：同上，計算風(fēng)速, m/s。在正常運用條件（正常蓄水位或設(shè)計洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍（本次設(shè)計取為1.5），在非常運用條件（校核洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。 e：最大風(fēng)浪壅高，m。可由公式e0.0036計算。式中為計算風(fēng)向與壩軸線的夾角，本次設(shè)計取為22.5，其余符號同前。A：安全加高，由壩的等級和運用情況決定。2級壩在正常運用情況下的安全加高為1.0m，在非常運用情況下安全加高為0.5m。壩頂高程的計算應(yīng)同時考慮以下四種情況：1、設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；2、正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高；3、校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；4、正常蓄水位加非常運用條件下的壩頂超高再加地震區(qū)安全加高（地震超高一般取為0.51.5m，本次設(shè)計取為1.0m）。本次設(shè)計壩頂需設(shè)置防浪墻，故以上四種情況下的最大值為沉降穩(wěn)定后的防浪墻頂高程，擬定防浪墻高為1.5m，故以上情況求得的最大值減去1.5m后即為壩頂設(shè)計高程。壩頂高程計算成果見下表所示。 壩頂高程計算成果表 計算情況計算項目設(shè)計洪水位+正常運用情況正常蓄水位+正常運用情況校核洪水為+非正常運用情況正常蓄水位+地震+非正常運用情況上游靜水位(m)2822.62821.62823.12821.6河底高程(m)2750壩前水深(m)72.671.673.171.6吹程D(Km)15風(fēng)向與壩軸線夾角()22.5風(fēng)浪引起壩前壅高e(m)0.0113490.0115070.0050090.005114護(hù)坡粗糙系數(shù)0.78上游壩面坡角()21.8波浪沿壩坡爬高(m)2.3220252.3220251.4710511.471051安全超高(m)110.50.5地震超高(m)0001.0壩頂高程(m)2824.4332823.4342823.5762823.076注：以上表格中壩頂高程為減去防浪墻高度1.5m以后的高程。 根據(jù)上表中結(jié)果可知：壩頂高程由設(shè)計情況來控制，壩頂高程為2824.50m。為滿足心墻設(shè)計中頂部高程的要求（見防滲體設(shè)計部分），最后確定壩頂高程為2824.5m。3 土料設(shè)計 在當(dāng)?shù)赜卸喾N適于筑壩的土石料石，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用。在選擇時應(yīng)具有或經(jīng)加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長期穩(wěn)定性；就地、就近取材，減少棄料，少占或不占農(nóng)田，優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用；便于開挖、運輸和壓實。3.1 粘土土料設(shè)計 粘性土料的填筑密度以壓實干容重為設(shè)計指標(biāo)，并按壓實度確定：/ 式中： 填土的壓實度； 設(shè)計填筑干容重；一般為1617KN/m。 標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗最大干容重。對、級壩和各種等級的高壩應(yīng)不低于0.981；對、級壩（高壩除外）應(yīng)不低于0.960.98。本次設(shè)計采用0.99。施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的2%+3%范圍內(nèi)。各料場的壓實干容重和施工填筑含水率列表計算如下：料場比重Gs最大干密度(g/cm3)最大干容重(KN/m3)設(shè)計干容重(KN/m3)流限（%）塑限（%）塑性指數(shù)填筑含水量（%）天然含水量（%）滲透系數(shù)(10-6cm/s)有機(jī)含量(%)可溶鹽含量(%)1#下2.67 1.60 15.70 15.54 42.60 23.14 19.46 20.0725.0724.80 4.32 1.73 0.07 2#下2.67 1.65 16.19 16.02 43.90 22.20 21.70 19.0224.0224.20 4.80 1.90 0.02 1#上2.65 1.56 15.30 15.15 49.57 25.00 24.57 20.3025.3025.60 1.90 2.20 0.11 2#上2.74 1.54 15.11 14.96 49.90 26.30 23.50 21.8025.8026.30 3.96 0.25 0.11 3#下2.70 1.80 17.66 17.48 34.00 20.00 14.00 14.9019.9015.90 3.00 1.90 0.08 防滲土料選用粘土?xí)r，按規(guī)范應(yīng)滿足：滲透系數(shù)：均質(zhì)壩不大于110 cm/s，心墻和斜墻不大于110 cm/s。 水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計）不大于3%。 有機(jī)質(zhì)含量（按質(zhì)量計），均質(zhì)壩不大于5%，心墻和斜墻不大于2%，超過此規(guī)定的需進(jìn)行論證。 有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性。 浸水與失水時體積變化小。 塑性指數(shù)大于20和液限大于40%的沖積粘土不宜作為壩體的防滲體填筑材料。 施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的2%+3%范圍內(nèi)。綜上，防滲體土料料場選為3#下，1#下為備用料場。3.2 砂礫石土料設(shè)計壩殼砂礫料填筑的設(shè)計指標(biāo)以相對密實度表示如下： 式中： 相對密實度； 最大孔隙比； 最小孔隙比； 填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的設(shè)計孔隙比。 施工控制指標(biāo)用干重度表示，其中。 式中：、為沙礫料的最大、最小干重度，其余符號同前。 在地震情況下，浸潤線以上壩殼料要求填筑相對密實度Dr不低于0.7，浸潤線以下壩殼料要求填筑相對密實度Dr不低于0.750.85，故本次設(shè)計中相對密實度取為0.78。同時應(yīng)優(yōu)先選用不均勻和連續(xù)級配的砂石料，一般認(rèn)為不均勻系數(shù)/30100時較易壓實，而當(dāng)510時不易壓實。各料場累積頻率計算及級配曲線繪制如下所示： 累積頻率計算表1上2上3上4上粒徑（mm）累積頻率(%)粒徑(mm)累積頻率(%)粒徑(mm)累積頻率(%)粒徑(mm)累積頻率(%)0.150.3 0.150.5 0.150.4 0.150.3 0.34.9 0.35.8 0.36.6 0.32.8 0.610.3 0.610.4 0.610.1 0.67.6 1.224.2 1.225.2 1.230.6 1.224.3 2.542.7 2.543.0 2.547.0 2.539.9 2055.0 2057.1 2062.3 2056.3 6076.3 6077.4 6080.8 6075.7 10094.8 10095.2 10096.2 10094.0 300100.0 300100.0 300100.0 300100.0 1下2下3下4下粒徑(mm)累積頻率(%)粒徑(mm)累積頻率（%）粒徑（mm）累積頻率(%)粒徑(mm)累積頻率(%)0.150.2 0.150.10.150.9 0.150.70.37.4 0.32.90.35.0 0.34.30.616.0 0.68.60.611.3 0.68.41.223.2 1.216.91.220.21.222.82.538.1 2.535.92.538.62.540.72061.3 2054.62052.82054.86081.4 6076.96071.96073.510095.5 10096.11009510095.9300100.0 300100300100300100各料場級配曲線：各料場砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn)計算如下：料場比重Gsd60emaxd10不均勻系數(shù)emin設(shè)計孔隙比e設(shè)計干重度天然e1上2.75300.7860.5950.850.3700.46118.460.4812上2.74240.7860.5841.380.3700.46118.390.5313上2.76180.7860.630.000.3700.46118.530.4494上2.75270.7860.738.570.3700.46118.460.4601下2.75190.7860.3652.780.3700.46118.460.4812下2.73290.7860.741.430.3700.46118.330.4753下2.73330.7860.5362.260.3700.46118.330.4814下2.72300.7860.6943.480.3700.46118.260.511由各料場的級配曲線和不均勻系數(shù)可將主要砂礫石料場選為1#下，2#下和4#上作為備用料場。4 滲流計算土石壩滲流分析的目的是：確定壩體浸潤線和下游逸出點位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢線或流網(wǎng)圖；計算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸；確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性；確定庫水位降落時上游壩殼內(nèi)自由水面的位置，估算孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用；確定壩肩的等勢線、滲流量和滲透比降。進(jìn)行滲流計算時，應(yīng)考慮水庫運行中可能出現(xiàn)的不利情況，常需計算以下幾種水位組合情況：1、上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位；2、上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；3、上游校核水位與下游相應(yīng)的最高水位；4、庫水位降落時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設(shè)計中，在左岸、河床中部和右岸各取一個斷面（左右兩個斷面取在高程2785m處），就前三種水位組合情況進(jìn)行滲流分析，用有限深透水地基上土石壩的滲流計算來求解。沿壩軸線所取的斷面如說明書所示。單寬滲流量q:斷面11和22采用混凝土防滲墻。通過心墻防滲體和混凝土防滲墻的單寬滲透流量： 通過防滲體后的單寬滲透流量： 斷面33地基處理采用粘性土截水槽，故通過防滲心墻和地基截水槽的單寬滲透流量墻后段的單寬滲流量 公式中的符號意義見說明書。根據(jù)水流連續(xù)條件q，可求得心墻后水深h和單寬滲透流量q。 總滲透流量Q:由于沿壩軸線的各斷面形狀及地基地質(zhì)條件并不相同，因此在計算通過壩體的總滲透流量時，可根據(jù)具體情況將壩體沿壩軸線劃分為若干段，分別計算出每個斷面的單寬流量，然后按下式計算全壩的總滲流量。 式中：、斷面1、2、n的單寬滲流量； 、相鄰兩斷面之間的距離。計算成果如下表所示。工況斷面上游水頭H1(m)心墻后水頭h(m)下游水頭H2（m）心墻厚度0(m)壩基滲徑L(m)心墻后壩殼滲徑L1(m)壩前滲透量q1壩后滲透量q2總滲透量(m3/天)正常水位1-1360.06 010.488.0593.952.95E-062.95E-06129.22-271.63.21 3.0317.4160.41517.15E-067.15E-063-3360.30 010.6287.9487.942.13E-062.13E-06設(shè)計水位1-1370.06 010.488.0593.953.08E-063.08E-06132.092-272.65.55 5.387617.4163.39153.997.2E-067.2E-063-3370.32 010.6287.9487.942.24E-062.24E-06校核水位1-1380.07 010.488.0593.953.22E-063.22E-06135.692-273.35.64 5.473817.4163.5154.17.31E-067.31E-063-3380.33 010.6287.9487.942.36E-062.36E-06- 15 -1 概述1.1 教學(xué)目的（1）鞏固、加深、擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識，并使之系統(tǒng)化； （2）培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的理論知識解決實際技術(shù)問題功能力，初步掌握設(shè)計原則、方法和步驟； （3）培養(yǎng)學(xué)生具有正確的設(shè)計思想，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)； （4）鍛煉學(xué)生獨立思考、獨立工作的能力，并加強(qiáng)計算、繪圖、編寫說明書及使用規(guī)范、手冊等技能訓(xùn)練。1.2 設(shè)計內(nèi)容和基本方法 本畢業(yè)設(shè)計的題目是河川水利樞紐工程設(shè)計。以壩工為重點的設(shè)計包括下列幾個基本組成部分。1.2.1 了解任務(wù)書和熟悉、分析原始資料1.2.2 洪水調(diào)節(jié)計算（1）選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物孔口尺寸；（2）確定防洪庫容、上游設(shè)計和校核洪水危及相應(yīng)的下泄流量。1.2.3 主要建筑物形式選擇和水利樞紐布置（1）確定樞紐組成建筑物及其設(shè)計等級；（2）通過不同方案的初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定壩型；（3）通過定性分析比較，選定水電站廠房及其他建筑物型式；（4）確定水利樞紐的布置方案。1.2.4 第一主要建筑物攔河壩設(shè)計一般應(yīng)首先選定大壩結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造，然后進(jìn)行校核計算。（1）選定壩的結(jié)構(gòu)形式，擬定大壩基防滲處理形式及輪廓尺寸；（2）進(jìn)行土料設(shè)計，包括對壩身不同高程的透水料和不透水料的分區(qū)規(guī)劃布置以及壓實標(biāo)準(zhǔn)的確定；（3）滲流演算，計算正常、校核水位下浸潤線位置，確定總滲流量與逸出坡降；（4）靜力穩(wěn)定計算，求出上下游坡在某一水位情況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，以論證選用壩坡的合理性；（5）擬定壩身細(xì)部構(gòu)造，包括防滲、排水、反濾層、壩頂、護(hù)坡、馬道，以及壩體與壩基、岸坡及其他建筑物的連接。1.2.5 第二主要建筑物壩外泄水道設(shè)計（1）確定結(jié)構(gòu)形式和輪廓尺寸，進(jìn)行建筑總體布置；（2）進(jìn)行必要的水力、靜力計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計，以驗證建筑物的輪廓尺寸和各部分的結(jié)構(gòu)尺寸是否合理；（3）擬定細(xì)部構(gòu)造，包括排水、錨筋加固、灌漿、封堵體設(shè)計、摻氣等。2 工程概況2.1 流域概況該江位于我國西南地區(qū)，流向自東南向西北，全長約122公里，流域面積2558平方公里，在壩址以上流域面積為780平方公里。本流域大部分為山嶺地帶，山脈和盆地交錯于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，地表大部分為松軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層，汛期河流的含沙量較大。沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。本流域內(nèi)因山脈連綿，交通不便，故居民較少，全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20，林木面積約占全區(qū)的30，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。2.2 氣候特性2.2.1氣溫 年平均氣溫約為12.8度，最高氣溫為30.5度，發(fā)生在7月份，最低氣溫為-5.3度，發(fā)生在1月份。表21 月平均氣溫統(tǒng)計表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表22 平均溫度日數(shù)日數(shù) 月份平均溫度12345678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.2.2 濕度 本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年和4月特別干燥，其相對濕度為5173%之間，夏季因降雨日數(shù)較多，相對濕度隨之增大，一般變化范圍為6786%。2.2.3 降水量 最大年降水量可達(dá)1213毫米，最小為617毫米，多年平均降水量為905毫米。表23 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表日數(shù) 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4 風(fēng)力及風(fēng)向 一般14月風(fēng)力較大，實測最大風(fēng)速為19.1米秒，相當(dāng)于8級風(fēng)力，風(fēng)向為西北偏西。洪水期實測最大平均風(fēng)速為14m/s。水庫吹程為15公里。2.3 水文特性該江徑流的主要來源為降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實測短期水文氣象資料研究，一般是每年五月底至六月初河水開始上漲，汛期開始，至十月以后洪水下降，則枯水期開始，直至次年五月。該江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實測最大流量為700秒立米，而最小流量為0.5秒立米。2.3.1 年日常徑流 壩址附近水文站有實測資料8年，參考臨近測站水文記錄延長后有22年水文系列，多年年平均流量為17秒立米。2.3.2 洪峰流量 經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量如下表：表24 不同頻率洪峰流量（秒立米）頻率0.0512510流量23201680142011801040表25 各月不同頻率洪峰流量（秒立米） 月頻率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015232.3.3 固體徑流 該江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強(qiáng)度及降水量的大小而變化，平均含沙量達(dá)0.5公斤立米。枯水極少，河水清徹見底，初步估算30年后壩前淤積高程為2765米。2.4 工程地質(zhì)2.4.1 水庫地質(zhì)庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認(rèn)為庫區(qū)滲漏問題不大，但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的坍岸是不可避免的，經(jīng)過勘測，估計可能坍方量約為300萬立米。在考慮水庫淤積問題時可作為參考。2.4.2 壩址地質(zhì) 壩址位于該江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降不太大，兩岸高山聳立，構(gòu)成高山深谷的地貌特征。壩址區(qū)地層以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過，對其巖性分述如下：(1) 玄武巖 一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈、石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進(jìn)來的。堅硬玄武巖應(yīng)為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會隨之增加，其礦物成份為普通輝石、檢長石，副成分為綠泥石、石英、方解石等，由于玄武巖成分不甚一致，風(fēng)化程度不同，力學(xué)性質(zhì)也不同，可分為堅硬玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風(fēng)化玄武巖和全風(fēng)化玄武巖等，其物理力學(xué)性質(zhì)見表26、表27。滲透性：經(jīng)試驗得出k值為4.147.36米/晝夜。表26 壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗表巖石名稱比重容重kN/m3建議采用抗壓強(qiáng)度MPa半風(fēng)化玄武巖3.0129.650破碎玄武巖2.9529.250-60火山角礫巖2.9028.735-120軟弱玄武巖2.8527.010-20堅硬玄武巖2.9629.2100-160多氣孔玄武巖2.8527.870-180表27 全風(fēng)化玄武巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指數(shù)壓縮系數(shù)a浸水固結(jié)塊剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6內(nèi)摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 (2) 火山角礫巖 角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為215厘米，膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì)，膠結(jié)緊密者抗壓強(qiáng)度與堅硬玄武巖無異，其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強(qiáng)度低至35MPa。(3) 凝灰?guī)r 成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與近似，風(fēng)化后成為碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床沖積層 主要為卵礫石類土，砂質(zhì)粘土與砂層均甚少，且多呈透鏡體狀，并有大漂石摻雜其中。卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r與砂巖占極少數(shù)。沿河谷內(nèi)分布：壩基部分沖積層厚度最大為32米，一般為20米左右；靠岸邊最少為幾米。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細(xì)小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10100毫米；礫石直徑一般為210毫米；砂粒直徑0.050.2毫米；細(xì)小顆粒小于0.1毫米。見表8。沖積層的滲透性能 經(jīng)抽水試驗后得，滲透系數(shù)k值為310-2厘米/秒1102厘米/秒。表28 沖積層剪力試驗成果表土壤名稱代號 項目計算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三軸剪力（塊剪）應(yīng)變（拉制）（浸水固結(jié)快剪）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）含 中量細(xì)粒的礫石次數(shù)17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8備注三軸剪力土樣備系篩去大于4mm顆粒后制備的。試驗時土樣的容重為控制容重。應(yīng)變控制土樣容重系篩去大于0.1mm顆粒后制備的。以上兩種試驗的土樣系擾動的。(5) 坡積層 在水庫區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到，為經(jīng)短距離搬運沉積后，形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。2.4.3 地質(zhì)構(gòu)造壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育?？梢苑譃閮山M，一組走向與巖層走向幾乎一致，即北東方向，傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相同。傾角一般都較大，近于垂直，裂隙清晰，且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填。節(jié)理間距，密者0.5米即有一條，疏者35米即有一條，所以沿岸常見有巖塊崩落的現(xiàn)象。上述節(jié)理主要在砂巖、泥灰?guī)r與玄武巖之類的巖石內(nèi)產(chǎn)生。2.4.4 水文地質(zhì)條件本區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不甚豐富，對工程比較有利。根據(jù)壓水試驗資料，玄武巖的透水性不同，裂隙少、堅硬完整的玄武巖為不透水層，其壓水試驗的單位吸水量小于0.01 l/(minm)。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r，以及裂隙甚少的火山角礫巖都為不透水性良好的巖層。至于節(jié)理很發(fā)育的破碎玄武巖、半風(fēng)化與全風(fēng)化玄武巖都是透水性良好的巖層。正因為這些隔水的與透水的玄武巖存在，遂使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水。一般砂巖也是細(xì)粒至微粒結(jié)構(gòu)，除因構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，上部裂隙水較多外，深處巖層因隔水層的層數(shù)多，難于形成泉水。石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石多為不透水層，滲透問題也不存在。本地區(qū)地震烈度定為7度，基巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)取0.65。2.5 建筑材料2.5.1 料場的位置與儲量各料場的位置與儲量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地地形平坦，采運尚方便。2.5.2 物理力學(xué)性質(zhì)(1) 土料：見表2-9表212。(2) 石料：堅硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲量較豐富，在壩址附近有石料場一處，覆蓋層淺，開采條件較好。2.6 經(jīng)濟(jì)資料2.6.1 庫區(qū)經(jīng)濟(jì)流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口，多種植稻米、苞谷等。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價值可開采的礦產(chǎn)。淹沒情況如下表：表213 各高程淹沒情況高程（米）280728122817282228272832淹沒人口（人）350036403890406053207140淹沒土地（畝）3000322034103600460061002.6.2 交通運輸壩址下游120公里處有鐵路干線通過，已建成公路離壩址僅20公里，因此交通尚稱方便。- 41 -表29 粘土的物理力學(xué)性質(zhì)料場名稱物 理 性 質(zhì)滲透系數(shù)10-6cm/s力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度飽和度顆粒級配（成分%，粒徑d）擊實剪力固結(jié)壓縮系數(shù)cm2/kg有機(jī)含量灼熱法%可溶鹽含量%流限%塑限%塑性指數(shù)礫砂粘土最大干密度g/cm3最優(yōu)含水量%內(nèi)摩擦角deg凝聚力kPa濕干粗中細(xì)粉2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.005mmkN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表210 砂礫石的顆粒級配顆 直粒 徑mm含量料場300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7 表211 砂礫石的物理性質(zhì)名稱1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重，kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率，%32.534.731.031.532.532.232.533.8軟弱顆粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有機(jī)物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂礫石料場滲透系數(shù)k值為2.010-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表212 各料場天然休止角料場名稱最小值最大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下3600382037103 洪水調(diào)節(jié)計算本河流屬于典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，設(shè)計洪峰流量Q設(shè) = 1680m/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m/s（P=0.05%）。3.1 洪水調(diào)節(jié)計算原理3.1.1. 工程等別、建筑物級別及洪水標(biāo)準(zhǔn)水利水電工程的等別應(yīng)根據(jù)其工程規(guī)模效益及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性按水利水電工程分等指標(biāo)確定；永久性水工建筑物的級別根據(jù)其所在工程的等別和建筑物的重要性按永久性水工建筑物級別指標(biāo)確定；施工期使用的臨時性擋水和泄水建筑物的級別應(yīng)根據(jù)保護(hù)對象的重要性失事后果使用年限和臨時性建筑物規(guī)模按臨時性水工建筑物級別指標(biāo)確定；永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)確定。樞紐工程等級、建筑物的等級不同，對其規(guī)劃，設(shè)計，施工運行管理的要求也不同，等級越高者要求越高。本工程正常蓄水位2821.6m，相應(yīng)庫容為3.72106m3；（調(diào)洪計算后確定總庫為4.16106m3）灌溉面積1.5萬畝；裝機(jī)2.4104kW；保護(hù)下游城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性為一般。根據(jù)SL2522000水利水電工程等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)，由水庫總庫容指標(biāo)定為大（2）型；由防洪效益指標(biāo)定為小（1）型；由灌溉面積指標(biāo)定為?。?）型；由裝機(jī)容量等指標(biāo)定為小（1）型。根據(jù)“各指標(biāo)分屬不同標(biāo)準(zhǔn)時，采用其中最高級別來控制”的原則，最終由水庫總庫容確定該工程規(guī)模為大（2）型；工程等別為等。永久建筑物級別：主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為5級。永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計情況下洪水重現(xiàn)期為2000年；校核情況下洪水重現(xiàn)期為100年。3.1.2.壩軸線選擇壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。因地制宜，宜采用直線。當(dāng)壩址處存在有喀斯特、大斷層、或軟粘土等不良地質(zhì)條件時，應(yīng)研究避開的可能性。比較，兩條較有利的壩軸線，（a）從工程量角度，兩軸線處河床覆蓋層平均厚度及河床中部最寬度大致相同，大壩工程量基本相同。（b）從地質(zhì)角度，剖面處破碎帶縱橫交錯，巖性復(fù)雜，地基處理很困難，而且必然滲流情況很嚴(yán)重，因此選擇剖面比較合理。（c）從地形角度，剖面截得的河流寬度比剖面截得的河流寬度窄，那么從工程量，造價，工期來分析剖面有明顯的優(yōu)勢。綜上，選擇剖面更合理。3.1.3.壩型選擇壩型選擇應(yīng)綜合考慮壩址區(qū)的河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特征、地震烈度，筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置、運輸條件，施工導(dǎo)流，壩高，樞紐布置，運行條件、工程造價等。本工程所選壩軸線處河床沖積層較深，兩岸巖石破碎，透水性大，存在軟弱夾層和斷層；壩基覆蓋層較厚，基巖不完整，且強(qiáng)度低，透水性比較大。拱壩 從地質(zhì)條件看，拱壩對地形及地質(zhì)條件有獨特的要求，地質(zhì)條件要求巖基堅硬，整體性好，強(qiáng)度高，透水性??；拱壩主要依靠兩岸壩肩巖體維持穩(wěn)定，故應(yīng)該避免兩岸邊坡有軟弱夾層或傾向河床方向的斷層；適于修建拱壩的河谷斷面寬高比應(yīng)較小，它不像重力壩那樣全靠自重維持，而是利用筑壩材料強(qiáng)度承擔(dān)以軸向壓力為主的拱內(nèi)力，并由兩岸拱端巖體來支撐拱端推力，地形地質(zhì)條件好是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性相對優(yōu)越的壩型。本工程地質(zhì)復(fù)雜不宜建拱壩。 混凝土重力壩本工程壩體高度大于70m，較高的混凝土重力壩要求建在巖性地基上，且該工程河床覆蓋層較厚，壩基巖石不完整，若建混凝土重力壩地基處理及防滲工程量大。故不宜建重力壩。 土石壩 適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)。本工程地質(zhì)復(fù)雜多變宜造土石壩。且可以就地取材，降低運輸成本，節(jié)省“三材”。均質(zhì)壩 均質(zhì)壩結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，但對于抗?jié)B性能好的土料，因其抗剪強(qiáng)度低，且施工碾壓困難，在多雨地區(qū)受含水量影響更難壓實，高壩中一般不采用此種形式。本江地處西南地區(qū)，多雨受含水量影響更難壓實，且壩高超過70m，屬高壩，因而不宜采用均質(zhì)壩。 堆石壩 堆石體孔隙率大，在承受水壓力后變形大，抗剪強(qiáng)度低，發(fā)生地震時沉降量更大，故不宜采用。 斜墻壩 斜墻防滲體在施工時與壩體的施工干擾相對較小，壩體上升速度快，但上游坡較緩，填筑工程量較大，且對壩體沉陷變形比較敏感，抗震性能也差，易產(chǎn)生裂縫。故本次設(shè)計不采用斜墻壩。心墻壩 施工時要求心墻與壩體同步上升因而兩者相互干擾大，影響施工進(jìn)度。雖然心墻內(nèi)易產(chǎn)生“拱效應(yīng)”形成裂縫，但與斜墻壩相比工程量較小，適應(yīng)不均勻變形、抗震性能都較好，土料在總方量中所占比重不大，施工受氣候和季節(jié)影響也不大。故本工程采用心墻壩。3.1.4.組成建筑物 本樞紐工程同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用，為飲水式電站。樞紐組成建筑物有擋水建筑物、泄水建筑物、水電站進(jìn)水建筑物、水電站飲水及尾水建筑物、水電站平水建筑物、發(fā)電、變電和配電建筑物、以及其他建筑物。 3.2調(diào)洪演算3.2.1確定洪水標(biāo)準(zhǔn)該工程為土石壩二等大（2）型，故永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期100年；非常運用（校核）洪水重現(xiàn)期2000年；消能防沖建筑物洪水重現(xiàn)期為50年一遇；電站廠房洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期為100年，非常運用（校核）為500年；臨時渡汛為200年一遇（大于100年）。3.2.2泄水孔口型式及尺寸泄洪方式：本工程擋水建筑物擬定為土石壩，壩頂不允許過水，而且沒有天然埡口，故需設(shè)置河岸溢洪道，使土石壩在泄洪時受水體流動影響較小。正槽溢洪道是以面向水庫上游的寬頂堰或?qū)嵱醚咦饕缌骺刂蒲叩膲瓮獗砜滓绾榈?，開敞式正面進(jìn)流，過堰水流與泄槽方向一致，泄流量大，過流能力強(qiáng)，水流條件平順穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單可靠,運用安全可靠。廣泛應(yīng)用于攔河壩為土石壩的水利樞紐。由于明渠開挖量大，故接隧洞泄流。剖面形狀：擬用WES實用堰，邊墩型式為圓弧形。尺寸：由試算確定。水庫運用方式：洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。防洪限制水位的選擇：防洪限制水位取與正常蓄水位重合，這是防洪庫容與興利庫容完全不結(jié)合情況，因為山區(qū)河流的特點是暴漲暴落，整個汛期內(nèi)大洪水隨時都可能出現(xiàn)，故在任何時候都預(yù)留一定的防洪庫容。3.2.3 調(diào)洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法對單位洪水過程線進(jìn)行放大，得出設(shè)計與校核洪水過程線分別如下圖所示。 擬定幾組不同堰頂高程及孔口寬度B的方案。由堰頂自由泄流公式和3臺機(jī)組的滿發(fā)流量44.1 m/s可確定設(shè)計洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量起，由起開始，假定四條泄洪過程線（為簡便計算，假設(shè)都為直線），在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V，根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由四組（Q泄，H）繪制的QH曲線與由繪制的QH曲線相交，所得交點即為所對應(yīng)洪水過程線下的下泄流量及相應(yīng)水位。注：公式中H：堰上水頭，HH+, 為行近流速，在計算時忽略，即HH。：淹沒系數(shù)，本次設(shè)計中為自由出流，故1。m: 流量系數(shù)，與堰高a,總水頭H，設(shè)計水頭H有關(guān)，范圍為0.420.50，本次設(shè)計取為0.50。：側(cè)收縮系數(shù)，10.2（n-1） ,n為溢流孔數(shù)，本次設(shè)計中n=1，b為每孔寬度，為閘墩系數(shù)，與閘墩頭部形狀有關(guān)（本次設(shè)計中沒有閘墩），為邊墩系數(shù)，與邊墩平面形狀有關(guān)，本次設(shè)計為半圓形，故0.7。 g:重力加速度，9.81m/s。 擬定不同堰頂高程及孔口寬度B時，堰頂高程如果取的太低，孔口總凈寬選的大，則泄流能力加大，所需水庫防洪庫容可較小，擋水建筑物高度也可較小，上游淹沒損失也較小，但是這時隧洞本身工程量及造價會較高；如果堰頂高程取的高，孔口總凈寬選的小，則結(jié)果與上述相反，壩高加大，上游淹沒損失加大，造成移民費用加大，因此堰頂高程要選擇適當(dāng)。選擇堰頂高程和孔口寬時，要求校核下泄流量不大于900m/s，且校核洪水位不得高于正常蓄水位3.5米。3.2.4方案假設(shè)與結(jié)論要得到堰頂高程與孔口尺寸的最佳方案，應(yīng)在技術(shù)可行前提下，結(jié)合泄水隧洞以及擋水建筑物在內(nèi)的樞紐總造價最小來優(yōu)，通過各種可行方案的經(jīng)濟(jì)比較決定。設(shè)計中參照已建工程經(jīng)驗，初步擬定三組堰頂高程與孔口尺寸如下：方案一： 堰頂高程=2810m，堰寬B=7m。設(shè)計下泄流量為669.1 m/s，設(shè)計水位為2823.2m;校核下泄流量為710.1 m/s，校核水位為2823.6m.方案二：堰頂高程=2808m, 堰寬 B=7m。設(shè)計下泄流量為799.1 m/s，設(shè)計水位為2822.7m；校核下泄流量為842.1 m/s，水位為2823.2m。方案三：堰頂高程=2807.5m，堰寬B=7m。設(shè)計下泄流量為819.1 m/s，設(shè)計水位為2822.6m；校核下泄流量為875 m/s，校核水位為2823.1m。 計算過程詳見計算書。從調(diào)洪演算結(jié)果來看，初擬的三組方案均能滿足校核下泄流量Q900 m3/s,校核水位與正常蓄水位之差Z3.5m的要求。為充分發(fā)揮隧洞的下泄能力，在本設(shè)計中我們考慮隧洞的下泄流量接近于上限值，以降低工程造價。綜上所述，最終確定堰頂高程=2807.5m，堰寬B=7m。3.3樞紐布置3.3.1 擋水建筑物擋水建筑物是粘土心墻壩，用來攔截河流，集中落差，形成水庫，同時，用于錯峰，便于下游在汛期防洪。壩軸線按直線布置，布置在河彎地段上。3.3.2 泄水建筑物泄水建筑物包括泄洪隧洞及放空洞，其中泄洪隧洞與施工期的導(dǎo)流隧洞結(jié)合。泄洪隧洞主要用于在洪水期渲泄洪水，以降低水庫水位，防止?jié)M頂。由于泄洪隧洞進(jìn)口高程較高，故需另設(shè)置放空洞用以將水庫水位泄放到一定低水位。布置泄洪隧洞時，為縮短長度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利?？紤]到電站引水發(fā)電洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置應(yīng)以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為宜。同時為減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳，進(jìn)出口相距3040m以上。3.3.3 水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近。4 大壩設(shè)計4.1 壩型輪廓尺寸確定4.1.1 壩頂高程壩頂高程由水庫靜水位加風(fēng)浪壅高、壩面波浪爬高及安全超高等決定。壩頂超出靜水位以上的超高由公式Y(jié) = R + e + A 計算。 注：公式 Y = R + e + A 中， R：壩頂在水庫靜水位以上的超高，m。R=m：單坡的坡度系數(shù)，該式適用于m1.55.0的情況，本次設(shè)計中m2.5。，：斜坡的糙率滲透系數(shù)和經(jīng)驗系數(shù)。該壩上游擬用砌石護(hù)坡， 故糙率滲透系數(shù)為0.750.80，本次設(shè)計取為0.78；經(jīng)驗系數(shù)與有關(guān)，本次設(shè)計中1，故經(jīng)驗系數(shù)取為1.0。 ，：平均波長和波高。 對于內(nèi)陸峽谷水庫，在風(fēng)速W20m/s、吹程D2000m時，波浪的平均波長和波高可采用官廳公式： 式中，D：風(fēng)區(qū)長度，m H：壩前水深，mW ：同上，計算風(fēng)速, m/s。在正常運用條件（正常蓄水位或設(shè)計洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍（本次設(shè)計取為1.5），在非常運用條件（校核洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。e：最大風(fēng)浪壅高，m。可由公式e0.0036計算。式中為計算風(fēng)向與壩軸線的夾角，本次設(shè)計取為22.5，其余符號同前。A：安全加高，由壩的等級和運用情況決定。2級壩在正常運用情況下的安全加高為1.0m，在非常運用情況下安全加高為0.5m。壩頂高程的計算應(yīng)同時考慮以下四種情況：1、設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；2、正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高；3、校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；4、正常蓄水位加非常運用條件下的壩頂超高再加地震區(qū)安全加高（地震超高一般取為0.51.5m，本次設(shè)計取為1.0m）。本次設(shè)計壩頂需設(shè)置防浪墻，故以上四種情況下的最大值為沉降穩(wěn)定后的防浪墻頂高程，擬定防浪墻高為1.5m，故以上情況求得的最大值減去1.5m后即為壩頂設(shè)計高程。 計算成果如下表所示： 計算情況計算項目設(shè)計洪水位+正常運用情況正常蓄水位+正常運用情況校核洪水為+非正常運用情況正常蓄水位+地震+非正常運用情況上游靜水位(m)2822.62821.62823.12821.6河底高程(m)2750壩前水深(m)72.671.673.171.6吹程D(Km)15風(fēng)向與壩軸線夾角()22.5風(fēng)浪引起壩前壅高e(m)0.0113490.0115070.0050090.005114護(hù)坡粗糙系數(shù)0.78上游壩面坡角()21.8波浪沿壩坡爬高(m)2.3220252.3220251.4710511.471051安全超高(m)110.50.5地震超高(m)0001.0壩頂高程(m)2824.4332823.4342823.5762823.076由上表知，壩頂高程由設(shè)計情況來控制，最終確定壩頂高程為2824.5m。4.1.2 壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通、運行、施工、構(gòu)造、抗震、防汛及其他特殊要求。參考已建工程經(jīng)驗和規(guī)范規(guī)定高壩頂寬取1015m，本設(shè)計中采用壩頂寬度為10m。4.1.3壩坡土石壩壩坡的緩陡直接影響工程的安全性和和經(jīng)濟(jì)性,因而在選擇時應(yīng)特別重視。壩坡的確定常需綜合考慮壩型、壩高、壩的等級、壩體、及壩基材料的性質(zhì)、所承受的荷載、施工和運用條件等因素。設(shè)計時一般可先參照已建成壩的實際經(jīng)驗或用近似方法初擬壩坡，然后經(jīng)穩(wěn)定計算來確定經(jīng)濟(jì)的壩體斷面。土石壩上游壩坡長期浸泡于水中，土的抗剪強(qiáng)度下降，會降低壩體的穩(wěn)定性，故材料相同時，上游坡常比下游坡緩，對于同一側(cè)的壩坡，水下部分常比水上部分緩。本工程土壩為2級壩，壩高74.5m。參照已建工程的實踐經(jīng)驗初步擬定上下游壩坡如下：上游在=2800m處變坡一次，上部坡率取1：2.5，下部坡率取為1：2.75，變坡處設(shè)馬道；下游坡，在=2800m和=2775m處各變坡一次并設(shè)置馬道，坡率自下而上依次是：1：2.0，1：2.25 ，1：2.50。馬道有利于壩坡的穩(wěn)定，便于施工、檢修及壩體觀測工作，同時可在馬道處設(shè)置排水設(shè)備。土石壩的下游邊坡，一般可沿高程每隔10-30m設(shè)置不小于1.5-2.0m的馬道，用于觀測，檢修及交通。此處設(shè)2m馬道。4.1.4 防滲體設(shè)計本工程采用土質(zhì)心墻作為壩體防滲體，心墻稍偏向上游并略傾斜，頂部與防浪墻結(jié)合。心墻頂部高程應(yīng)高于正常運用情況下的靜水位0.3m0.6m，且不低于非常運用情況下的靜水位。當(dāng)防滲體頂部設(shè)有防浪墻時，防滲體頂部高程可不受上述限制，但不得低于正常運用的靜水位。為了防止心墻凍裂，頂部應(yīng)設(shè)置砂性保護(hù)層，厚度按冰凍深度確定，且不小于1.0m。心墻至上而下逐漸加厚，兩側(cè)邊坡一般在1：0.151：0.30之間，頂部厚度按構(gòu)造和施工要求常不小于3.0m，底部厚度根據(jù)土料的允許滲透坡降來確定，應(yīng)大于四分之一水頭。心墻與上下游壩體間應(yīng)設(shè)置反濾層，以起反濾和排水的作用。綜上，粘土心墻的頂部高程為2822 m，頂部砂性保護(hù)層厚度為2.5 m，頂寬取3.0m，滿足了3.0m的機(jī)械施工要求。上、下游坡率均為1：0.2。心墻底部厚度為31.8 m，滿足允許滲透坡降的要求。4.1.5 排水設(shè)備土石壩設(shè)置壩身排水主要目的：（a）降低壩體浸潤線及孔隙壓力，改變滲流方向，增加壩體穩(wěn)定；（b）防止?jié)B流逸出點的滲透變形，保護(hù)壩坡和壩基；（c）防止下游波浪對壩坡的沖刷及凍脹破壞，保護(hù)下游壩坡。壩體排水設(shè)備應(yīng)該具有足夠的排水能力，應(yīng)按反濾原則設(shè)計，保證壩體和地基土不發(fā)生滲透破壞，設(shè)備自身不被淤堵，且便于觀測和檢修。設(shè)計時需綜合考慮壩型，壩基地質(zhì)，下游水位，材料供應(yīng)和施工條件等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定(a) 棱體排水適用于下游有水情況。這種形式排水效果好，除了能降低壩體浸潤線防止?jié)B透變形外。還可以支撐壩體，增加壩體的穩(wěn)定性和保護(hù)下游壩腳免遭淘刷。多用于下游有水和石料豐富的情況。本工程壩腳處有水且石料儲存豐富，故壩腳處選擇棱體排水。(b) 貼坡排水，不能降低浸潤線，但能提高壩坡的抗?jié)B穩(wěn)定性和抗刷能力。這種排水結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。(c) 褥墊排水，下游有水時，能有效地降低壩體浸潤線，但對增加下游壩坡的穩(wěn)定性不明顯，常用于下游水位較低或無水情況。 綜上分析，本工程壩腳處有水且石料儲存豐富，故壩腳處選擇棱體排水。由于褥墊排水對增加下游壩坡穩(wěn)定性不明顯所以不采用，兩岸下游采用貼坡排水。按規(guī)范2級壩棱體排水的頂部高程應(yīng)超出下游最高水位至少1m，校核流量下泄時，下游洪水位為2755.48米。綜上確定出堆石棱體頂高程為2756.48m。棱體排水頂部不作道路用，以免排水堵塞，其頂部寬度根據(jù)施工條件及檢查觀測需要確定，本工程中取為2.0m。棱體排水的坡率選取參考已建工程，內(nèi)坡取1：1.75，外坡取1：75。棱體排水依照反濾要求，設(shè)反濾層。 4.1.6壩基處理 壩基處理應(yīng)滿足滲流控制（包括滲透穩(wěn)定和控制滲流量）、靜力和動力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面要求，保證壩的安全運行。本工程為砂礫石壩基，滲流控制可選擇垂直防滲、上游防滲鋪蓋、下游排水設(shè)備及蓋重等有效措施。根據(jù)壩高、壩型、水庫的用途等選用垂直防滲，設(shè)置在壩的防滲體底部。規(guī)范垂直防滲措施的選擇原則規(guī)定：砂礫石層厚度在15m以內(nèi)，宜采用明挖回填粘土截水槽；砂礫石層厚度在80m以內(nèi)，可采用混凝土防滲墻。本工程河床中部和左部覆蓋層較厚，約為28m，故采用混凝土防滲墻；右岸覆蓋層逐漸變薄，且右岸下部為全風(fēng)化和半風(fēng)化的玄武巖，故可將全風(fēng)化的玄武巖進(jìn)行清基處理，再采用黏性土截水槽方案，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，防滲效果好。河床中部和左岸混凝土防滲墻的厚度應(yīng)滿足滲透穩(wěn)定要求（主要取決于允許水力坡降，水力坡降隨混凝土抗?jié)B標(biāo)號提高而提高），機(jī)械施工條件，混凝土在滲水作用下的溶蝕速度等。參照我國已建和在建工程，混凝土防滲墻厚度一般為0.61.3m，本次設(shè)計取為0.8m。同時為增加混凝土的柔性，使之適應(yīng)較大的變形而不發(fā)生裂縫，可在混凝土中摻入適量的粘土?；炷练罎B墻頂部應(yīng)與壩體防滲體結(jié)合，接觸滲徑應(yīng)滿足允許坡降。按規(guī)范，防滲墻插入土質(zhì)防滲體高度應(yīng)符合結(jié)合處允許滲透坡降要求，混凝土與粘土結(jié)合處的允許滲透坡降為4，故混凝土防滲墻插入壩身防滲體8.5m。防滲墻的底部嵌入弱風(fēng)化基巖深度不宜小于0.51.0m，本次設(shè)計取為1.0m。部分防滲墻底部有風(fēng)化玄武巖，需進(jìn)行灌漿處理。為使防滲墻與壩體防滲體連接良好，將防滲墻頂端做成楔形體與壩體防滲體結(jié)合。右岸黏性土截水槽應(yīng)采用與壩體防滲體相同的土料填筑，壓實度不應(yīng)小于壩體同類土料，開挖邊坡約為1：1.5；頂寬為與防滲心墻厚度相協(xié)調(diào)；底部寬度應(yīng)根據(jù)回填土料的允許滲透坡降而定，且為便于施工，不應(yīng)小于3m；槽底部與基巖連接時應(yīng)把風(fēng)化層挖除，并深入相對不透水的弱風(fēng)化巖層0.51.0m。故黏性土截水槽用心墻防滲土料回填，頂寬與心墻底部厚度相同，兩側(cè)開挖邊坡約為1：1.5，底寬需滿足允許滲透坡降（粘土允許滲透坡降一般為510）和不小于3m的施工要求。4.1.7護(hù)坡設(shè)計按規(guī)范，壩表面為土、砂、砂礫石等材料時應(yīng)設(shè)專門護(hù)坡。護(hù)坡的形式、厚度及材料粒徑應(yīng)根據(jù)壩的等級、運用條件和當(dāng)?shù)夭牧锨闆r比較確定。經(jīng)比較，本次設(shè)計中上游護(hù)坡采用砌石，下游護(hù)坡采用草皮。上游面護(hù)坡的覆蓋范圍上部自壩頂起，與防浪墻連接，下部至死水位以下2.5m。下游護(hù)坡由壩頂護(hù)至排水棱體。護(hù)坡厚度和粒徑以及是否需設(shè)置反濾層經(jīng)計算確定（見細(xì)部構(gòu)造部分）。4.2 土料設(shè)計 在當(dāng)?shù)赜卸喾N適于筑壩的土石料石，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用。在選擇時應(yīng)具有或經(jīng)加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長期穩(wěn)定性；就地、就近取材，減少棄料，少占或不占農(nóng)田，優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用；便于開挖、運輸和壓實。4.2.1防滲體料場選擇及填筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計防滲土料選用粘土，按規(guī)范應(yīng)滿足：滲透系數(shù)：均質(zhì)壩不大于110 cm/s，心墻和斜墻不大于110 cm/s。 水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計）不大于3%。 有機(jī)質(zhì)含量（按質(zhì)量計），均質(zhì)壩不大于5%，心墻和斜墻不大于2%，超過此規(guī)定的需進(jìn)行論證。 有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性。 浸水與失水時體積變化小。 塑性指數(shù)大于20和液限大于40%的沖積粘土不宜作為壩體的防滲體填筑材料。 施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的2%+3%范圍內(nèi)。 粘性土料的填筑密度以壓實干容重為設(shè)計指標(biāo)，并按壓實度確定：/ 式中： 填土的壓實度； 設(shè)計填筑干容重；一般為1617KN/m。 標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗最大干容重。對、級壩和各種等級的高壩應(yīng)不低于0.981；對、級壩（高壩除外）應(yīng)不低于0.960.98。本次設(shè)計采用0.99。各料場的壓實干容重和施工填筑含水率列表計算如下：比重Gs最大干密度(g/cm3)最大干容重(KN/m3)設(shè)計干容重(KN/m3)流限（%）塑限（%）塑性指數(shù)天然含水量（%）滲透系數(shù)(10-6cm/s)有機(jī)含量(%)可溶鹽含量(%)2.671.6015.7015.5442.6023.1419.4624.804.321.730.072.671.6516.1916.0243.9022.2021.7024.204.801.900.022.651.5615.3015.1549.5725.0024.5725.601.902.200.112.741.5415.1114.9649.9026.3023.5026.303.960.250.112.701.8017.6617.4834.0020.0014.0015.903.001.900.08表42 粘土料場填筑標(biāo)準(zhǔn)表綜上，防滲體土料料場選為3#下，1#下為備用料場，其中3#下的設(shè)計干重度為17.48 KN/m，1#下的設(shè)計干重度為15.54 KN/m。4.2.2壩殼料場選擇 料場開采和建筑物開挖的無粘性土（包括砂、礫石、卵石、漂石等）、石料和風(fēng)化料、礫石土等均可以作為壩殼料，并根據(jù)材料性質(zhì)用于壩殼的不同部位。地震區(qū)不宜采用均勻中、細(xì)砂及粉砂。采用風(fēng)化石料和軟巖填筑壩殼時，應(yīng)按壓實后的級配研究確定材料的物理力學(xué)指標(biāo)，并考慮浸水后抗剪強(qiáng)度的降低、壓縮性增加等不利情況。對軟化系數(shù)低，不能壓碎成礫石土的風(fēng)化石料和軟巖宜填筑在干燥區(qū)。下游壩殼水下部位和上游壩殼水位變動區(qū)應(yīng)采用透水材料填筑。應(yīng)優(yōu)先選用不均勻和連續(xù)級配的砂石料，一般認(rèn)為不均勻系數(shù)/30100時較易壓實，而當(dāng)510時不易壓實。壩殼砂礫料填筑的設(shè)計指標(biāo)以相對密實度表示如下： 式中： 相對密實度； 最大孔隙比； 最小孔隙比； 填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的設(shè)計孔隙比。 施工控制指標(biāo)用干重度表示，其中。 式中：、為沙礫料的最大、最小干重度，其余符號同前。在地震情況下，浸潤線以上壩殼料要求填筑相對密實度Dr不低于0.7，浸潤線以下壩殼料要求填筑相對密實度Dr不低于0.750.85，故本次設(shè)計中相對密實度取為0.78。各料場砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn)計算如下：表43 各砂礫石料場填筑標(biāo)準(zhǔn)表料場比重Gsd60emaxd10不均勻系數(shù)emin設(shè)計孔隙比e設(shè)計干重度天然e1上2.75300.7860.5950.850.3700.46118.460.4812上2.74240.7860.5841.380.3700.46118.390.5313上2.76180.7860.630.000.3700.46118.530.4494上2.75270.7860.738.570.3700.46118.460.4601下2.75190.7860.3652.780.3700.46118.460.4812下2.73290.7860.741.430.3700.46118.330.4753下2.73330.7860.5362.260.3700.46118.330.4814下2.72300.7860.6943.480.3700.46118.260.511由各料場的級配曲線和不均勻系數(shù)可將主要砂礫石料場選為1#下，2#下和4#上作為備用料場。計算得砂礫石設(shè)計孔隙比e0.46，料場1#下的為18.46 KN/m ，料場2#下的 為18.33 KN/m ，料場4#上的 為18.46 KN/m 。4.3 滲流分析土石壩滲流分析的目的是：（a）確定壩體浸潤線和下游逸出點位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢線或流網(wǎng)圖；（b）計算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸；（c）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性；（d）確定庫水位降落時上游壩殼內(nèi)自由水面的位置，估算孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用；（e）確定壩肩的等勢線、滲流量和滲透比降。4.3.1單寬滲透流量計算原理滲流計算方法應(yīng)根據(jù)工程等級、地質(zhì)條件和設(shè)計階段等因素考慮。本次設(shè)計中用水力學(xué)進(jìn)行滲流分析，根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，首先應(yīng)做如下假定：1、 壩體土是均質(zhì)的，壩內(nèi)各點在各方向的滲透系數(shù)相同；2、 滲透水流為二元穩(wěn)定層流狀態(tài)，符合達(dá)西定律；3、 滲透水流是漸變的，任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點的滲透坡降和流速相等。進(jìn)行滲流計算時，應(yīng)考慮水庫運行中可能出現(xiàn)的不利情況，常需計算以下幾種水位組合情況：1、上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位；2、上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；3、上游校核水位與下游相應(yīng)的最高水位；4、庫水位降落時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設(shè)計中，在左岸、河床中部和右岸各取一個斷面（左右兩個斷面取在高程2785m處），就前三種水位組合情況進(jìn)行滲流分析，用有限深透水地基上土石壩的滲流計算來求解。假設(shè)：不考慮防滲體上游側(cè)壩殼內(nèi)的水頭損失作用（壩殼的滲透系數(shù)K=210cm/s，心墻的滲透系數(shù)K=310 cm/s，混凝土防滲墻滲透系數(shù)K=110cm/s，則可看出防滲墻的滲透系數(shù)K比心墻的滲透系數(shù)以及壩殼土料的滲透系數(shù)K、K小很多）。由于砂礫料滲透系數(shù)較大且下游有排水，則認(rèn)為逸出水與下游水位相差不大，認(rèn)為不會形成逸出高度； 將心墻簡化成等厚度的矩形斷面； 對于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時由于橫向落差，此時實際上不為平面滲流，但計算仍按平面滲流計算，近似認(rèn)為下游水位為零，由于河床沖積層的作用，岸坡實際不會形成逸出點