鐘呂水利樞紐鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)說明書

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摘 要鐘呂水利樞紐是以發(fā)電為主,同時(shí)兼顧灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利水電樞紐工程。在明確了建設(shè)目的并具有了建設(shè)依據(jù)和條件后設(shè)計(jì)的樞紐概況如下：擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高 55.5 米，主壩軸線長 220 米，上下游邊坡均為 1：1.55，正常蓄水位 276.6m，設(shè)計(jì)洪水位 277.7m，校核洪水位 279.2m。電站裝機(jī) 6400kW，設(shè)計(jì)水頭 174 米，保證出力 1461kW。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為：1、根據(jù)防洪要求，對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，最終確定壩頂高程為280.0m； 2、通過分析，對可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的型式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；3、詳細(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，通過比較，確定大壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算；4、確定趾板等的構(gòu)造并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)階段的施工組織設(shè)計(jì)；5、進(jìn)行專題的設(shè)計(jì)：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計(jì)及進(jìn)度計(jì)劃。本次設(shè)計(jì)以已建的混凝土面板堆石壩為參考，在注重各細(xì)部獨(dú)立分項(xiàng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，綜合考慮了整體工程的統(tǒng)一性。在專題的編寫中參考實(shí)際工程招投標(biāo)階段的施工組織設(shè)計(jì)文件，對本工程各分部工程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，編寫了適合本工程施工階段的施工組織設(shè)計(jì)文件和施工總進(jìn)度計(jì)劃。在設(shè)計(jì)過程中充分運(yùn)用所學(xué)知識，廣泛參考堆石壩設(shè)計(jì)、施工方面的相關(guān)書籍，嚴(yán)格遵照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的科學(xué)性、規(guī)范性。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土面板堆石壩 施工組織設(shè)計(jì) 進(jìn)度計(jì)劃AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of Zhonglv Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:Water retaining works is concrete faced rock-fill dam ,height of 55.5m, the length of the main dam is about 220m,the upstream slope and downstream slope both are 1:1.55. the normal water level is 276.6m,the design flood level is 277.7m and the check flood level is 279.2m.The basin installs 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW.The primary coverage of the design is: 1.According to the flood control requirements,do the computation for storage routing of reservoir ,finalize the crest elevation of 280.0m.2. Through analysis, compare and choose the possible scheme, determine the composition of buildings type of the project, outline, and project layout scheme;3. Through dam design and comparison,determine the basic section and the size of the buildings,choose the scheme for foundation treatment and the construction of dam, and do hudraulic and static calculation.4.Determine the toe slab structure and do construction organization planning of the preliminary design phase.5.The second major works: construction organization planning of technical tender and progress schedule.The design is refer to the general CFRD .In the design process which is full use of the knowledge, extensive reference to the dam design, construction and other related books, and design within the provisions regulating, the design reflects the scientific and standardized.Key words: Reinforced Concrete Face Rockfill Dam Construction Organization Planning Progress Schedule - III -目 錄摘 要 .1Abstract.2第一章 綜合說明 .11.1 工程特性表 .11.2 建設(shè)目的和依據(jù) .21.3 建設(shè)的條件 .21.4 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益 .31.4.1 建設(shè)規(guī)模 .31.4.2 綜合利用效益 .3第二章 自然地理?xiàng)l件 .42.1 地形條件 .42.2 水文特性 .42.3 工程地質(zhì)條件 .42.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì) .52.3.2 壩址工程地質(zhì) .52.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件 .72.4 氣象、地震及其他 .82.4.1 氣象、地震 .82.4.2 天然建筑材料 .8第三章 設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)依據(jù) .93.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .93.2 設(shè)計(jì)依據(jù) .9第四章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算 .104.1 洪水調(diào)洪演算 .104.1.1 洪水調(diào)洪演算原理 .104.1.2 洪水調(diào)洪演算方法 .124.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析 .124.3 泄水建筑物的型式選擇 .124.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸的確定 .134.4.1 調(diào)洪演算過程 .144.4.2 洪水過程線的模擬 .144.4.3 計(jì)算公式 .15- IV -4.4.4 計(jì)算結(jié)果 .154.4.5 方案選擇 .164.4.6 壩頂高程的確定 .16第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置 .195.1 樞紐等別及組成建筑物級別 .195.2 壩型選擇 .195.2.1 定性分析 .195.2.2 定量分析 .245.3 泄水建筑物型式選擇 .255.4 主要建筑物型式 .255.4.1 擋水建筑物 混凝土面板堆石壩 .255.4.2 泄水建筑物 正槽溢洪道 .255.4.3 水電站 .25第六章 第一主要建筑物設(shè)計(jì) .266.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設(shè)計(jì) .266.1.1 壩頂高程及壩頂寬度 .266.1.2 壩體分區(qū) .266.1.3 壩坡與馬道 .296.1.4 防浪墻設(shè)計(jì) .296.2 堆石料設(shè)計(jì) .366.2.1 堆石料基本特性參數(shù) .366.2.2 主、次堆石料設(shè)計(jì) .366.2.3 墊層、過渡層設(shè)計(jì) .366.2.4 堆石體設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表 .386.2.5 堆石體填筑技術(shù)參數(shù)表 .386.3 鋼筋混凝土面板設(shè)計(jì) .386.3.1 面板性狀 .396.3.2 面板厚度及寬度 .396.3.3 面板配筋 .406.4 壩坡穩(wěn)定分析 .406.4.1 計(jì)算原理及方法 .406.4.2 計(jì)算結(jié)果 .426.5 副壩設(shè)計(jì) .436.5.1 副壩型式選擇 .43- V -6.5.2 副壩強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算 .446.5.3 副壩與主壩的連接 .456.5.4 副壩的防滲設(shè)計(jì) .466.6 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及地基處理 .466.6.1 壩頂構(gòu)造 .466.6.2 護(hù)坡設(shè)計(jì) .466.6.3 分縫及止水 .466.6.4 壩基處理 .476.7 趾板設(shè)計(jì) .496.7.1 趾板的作用 .496.7.2 趾板的體型及定線 .496.7.3 趾板剖面設(shè)計(jì) .516.7.4 趾板的分縫及配筋 .546.7.5 趾板的地基開挖和處理 .556.8 工程量匯總 .556.8.1 堆石壩各分區(qū)工程量 .566.8.2 趾板工程量 .576.8.3 混凝土面板工程量 .576.8.4 副壩工程量 .586.8.5 防浪墻工程量 .58第七章 施工組織設(shè)計(jì) .597.1 基本資料分析 .597.1.1 工程概況 .597.1.2 施工條件分析 .597.1.3 有效工日分析 .617.2 施工導(dǎo)流 .617.2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn) .617.2.2 導(dǎo)流方案 .617.2.3 大壩施工分期 .627.2.4 度汛方案 .627.2.5 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)及布置 .627.3 主體工程施工 .657.3.1 堆石體施工 .657.3.2 混凝土工程施工 .70- VI -7.3.3 導(dǎo)流隧洞施工 .737.4 施工交通 .787.4.1 施工交通布置原則 .787.4.2 施工交通布置 .787.4.3 施工道路維護(hù) .807.5 施工總布置 .807.5.1 布置原則 .807.5.2 施工總布置 .807.6 施工總進(jìn)度 .81參考文獻(xiàn) .82小結(jié) .84- 1 -第一章 綜合說明1.1 工程特性表表 1-1 工程特性表序號及名稱 單 位 數(shù) 量 備 注一、水庫流域面積 km2 33正常高水位 m 276.6死水位 m 248.0設(shè)計(jì)洪水位 m 277.7校核洪水位 m 279.2設(shè)計(jì)泄洪流量 m3/s 217.5校核泄洪流量 m3/s 316.0總庫容 萬 m3 2154.8死庫容 萬 m3 172.0二、大壩壩型 混凝土面板堆石壩壩頂高程 m 280.0防浪墻頂高程 m 281.2壩頂寬度 m 8.0最大壩高 m 55.5上游壩坡 11.55下游壩坡 11.55主壩壩軸線長 m 220副壩型式 重力式擋墻副壩壩軸線長 m 64導(dǎo)流洞型式 圓形斷面導(dǎo)流洞進(jìn)口底高程 m 227.5導(dǎo)流洞出口底高程 m 226.5導(dǎo)流洞半徑 R m 2.4導(dǎo)流洞長度 m 200- 2 -續(xù)表 1-1 工程特性表序號及名稱 單 位 數(shù) 量 備 注三、溢洪道溢流前緣凈寬 m 10堰頂高程 m 273設(shè)計(jì)流量 m3/s 217.5校核流量 m3/s 316.0閘門型式 平板閘門尺寸（寬高） m2 106四、廠房系統(tǒng)1動(dòng)能指標(biāo)最大凈水頭 m 174.0額定水頭 m最小水頭 m引用流量 m3/s 5.0額定出力 kW 6400保證出力 kW 14612廠房廠房型式 地面式廠房面積 m2 31.515.7主廠房寬度 m 10.8機(jī)組臺數(shù) 2機(jī)組安裝高程 m 103.0水輪機(jī)型號 HL110-WJ-76發(fā)電機(jī)型號 SFW-J3000-6/1480開關(guān)站面積 m2 11.527.251.2 建設(shè)目的和依據(jù)鐘呂水利樞紐工程是以發(fā)電為主，同時(shí)兼顧了灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利樞紐工程。1.3 建設(shè)的條件- 3 -建設(shè)資金基本到位，施工準(zhǔn)備工作已經(jīng)就緒。1.4 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益1.4.1 建設(shè)規(guī)模本電站裝機(jī) 6400 kW，保證出力 1461kW。廠房總面積為 31.515.7。開關(guān)站尺寸為 11.527.25。水庫總庫容（校核洪水位以下的全部庫容）為 2154.8 萬 m。1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機(jī) 6400kW，電站設(shè)計(jì)水頭為 174m，多年平均發(fā)電量為1700104kWh，保證出力為 1461kW。本電站裝 2 臺 3200kW 機(jī)組，正常蓄水位為 276.6m，引水式發(fā)電，引水隧洞布置在右岸山體中，最大引用流量為5m/s。廠房位于段莘水江灣湖山村左岸下游 340m 處，地面式，總面積為31.515.7，其中主廠房寬 10.8m，主廠房內(nèi)安裝二臺 HL110-WJ-76，配 SFW-J3000-6/1480 的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組安裝高程為 103m，開關(guān)站位于廠房的左上側(cè)，尺寸為 11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用發(fā)電尾水灌溉，上游增加灌溉面積 1.0 萬畝。1.4.2.3 供水供鐘呂村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可減輕洪水對鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設(shè)計(jì)洪水最大下泄量限制為230m/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫蓄水后，正常蓄水位時(shí)水庫面積 1.09km，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。- 4 -第二章 自然地理?xiàng)l件2.1 地形條件鐘呂水庫位于江西婺源縣樂安河一級支流曉港水的鐘呂村上游約 160m 處，壩址以上控制流域面積 33km。曉港水在鐘呂村上游約 300m 處，由兩支水系匯合而成，其中東支發(fā)源于石耳山，南支發(fā)源于清灣頭尖，河流在曉港村匯入樂安河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低山丘陵區(qū)，山體凌亂，沖溝發(fā)育。2.2 水文特性據(jù)水文資料推算，壩址處多年平均流量 1.28m/s，多年平均總徑流量 4040萬 m；經(jīng)頻率分析：p=0.1%的洪峰流量為 551.5m/s,三日洪量為 1569 萬m，p=2%的洪峰流量為 364.5m/s,三日洪量為 965 萬 m。流域多年平均降雨值2047.7mm。流域河段多年平均輸砂量為 0.29 萬噸，泥沙容重估算為 1.3t/m。估計(jì)水庫淤積年限與高程關(guān)系見表 2-1。表 2-1 淤積年限與高程關(guān)系表淤積年限（年） 泥沙淤積量（萬 m） 淤積高程（m）50 11.05 236.08100 22.1 237.78水庫水位庫容關(guān)系曲線見表 2-2。表 2-2 水庫水位-庫容關(guān)系曲線表水位（m） 227.5 236.08 237.78 248 276 278.11庫容（10 4m） 0 11.05 22.1 172.0 1910.0 2145.2壩址水位-流量關(guān)系曲線見表 2-3。水位(m) 227.5 228.0 228.5 229.0 229.5 230.0 230.5流量0 6.0 28.9 66.77 121.97 196.05 281.78- 5 -表 2-3 壩址水位-流量關(guān)系曲線表2.3 工程地質(zhì)條件2.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì)庫區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山勢陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。組成庫岸及庫盆的地層巖性主要為前震旦系板溪群的千枚狀綠泥絹云母板巖，千枚巖和變質(zhì)砂巖。庫區(qū)巖石受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很常見，構(gòu)造行跡以北東向壓扭性為主，常見有北西向張扭性斷裂和近東西向平推斷層，未見有較大的導(dǎo)水?dāng)嗔堰B通庫外。庫區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水，受大氣降水補(bǔ)給，排泄于河谷與河床，庫岸山體地下水位較高，一般在 300m 高程以上，組成庫岸及庫盆的巖石表部透水性強(qiáng)，但深部巖石透水性微弱，屬相對不透水層。庫區(qū)工程地質(zhì)良好，水庫蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒及水庫誘發(fā)地震等問題。2.3.2 壩址工程地質(zhì)2.3.2.1 地貌 壩址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山頂高程為 280450m，壩區(qū)河床較寬，約2050m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角 3040 度，右岸山體較為單薄，山坡角 2030 度，且在右岸有一低矮埡口，頂高程約276m，壩址區(qū)沖溝發(fā)育，且切割較深，未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定。2.3.2.2 地質(zhì)巖性壩址區(qū)出露的地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾變質(zhì)砂巖，第四系松散堆積物及變質(zhì)輝常巖，其巖性特征為：(1)泥絹云母千枚巖：灰綠色，主要礦物成分為絹云母、石英、長石、綠泥石等，千枚狀構(gòu)造，其余碎屑顯微鱗片狀構(gòu)造，巖石撓曲和褶皺常見，片理極發(fā)育，(m/s)- 6 -巖層產(chǎn)狀 N4060E，NW0.7；弱風(fēng)化巖石0.55 。飽和抗壓強(qiáng)度：微新巖石40MPa；弱風(fēng)化巖石25MPa。其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表 2-4。表 2-4 堆石試驗(yàn)參數(shù)表組別 試驗(yàn)干密度 （g/cm） C(KPa) K n Rf G F DA 2.10 47 38.58 80 0.35 0.82 0.46 0.20 1.5B 2.05 60 37.72 60 0.32 0.81 0.43 0.18 1.8- 8 -2.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件引水發(fā)電隧洞通過地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程 300400m 相對高程100200m，隧洞區(qū)沖溝發(fā)育，山體切割較深且較零亂，地表植被發(fā)育，未見有不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。隧洞圍巖由絹云母千枚巖、變質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖與粉砂質(zhì)板巖 層。絹云母千枚巖偶夾粉砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等組成。巖石層面裂隙極發(fā)育、褶皺、撓曲嚴(yán)重，斷層發(fā)育切規(guī)模大，性狀差，其中絹云母千枚巖、凝灰質(zhì)千枚巖水理性質(zhì)較差，且遇水易軟化，軟化系數(shù)低，凝灰質(zhì)千枚巖成分復(fù)雜，還易于風(fēng)化。絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖在洞線出露的長度占洞線總長的 19%，說明洞線圍巖大部分由絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖構(gòu)成。根據(jù)工程類比可知：千枚巖的單軸飽和抗壓強(qiáng)度為 1640Mpa，軟化系數(shù)0.630.93，屬半堅(jiān)硬較軟化，抗水性較差的片狀（薄層狀）巖體。2.4 氣象、地震及其他2.4.1 氣象、地震流域內(nèi)氣候：流域內(nèi)多年平均氣溫 16.7，以一月份平均氣溫 4.6為最低，七月份平均氣溫 28為最高，歷年極端最高氣溫 41，極端最低氣溫-11。風(fēng)速及吹程：多年平均最大風(fēng)速 12.6m/s，吹程 1.6km。地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬度以下，設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮地震荷載。降 雨 量：流域多年平均降雨均值 2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂礫石料壩址流域砂礫石料貧乏，但在江灣水和段莘水流域有梨苗場和古玩料場，距大壩約 1015km,有公路相通，運(yùn)輸方便。梨苗場 、古玩料場均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲量豐富，質(zhì)量良好，滿足工程要求。2.4.2.2 堆石料壩址附近廣泛分布綠泥絹云母千枚巖，弱至微風(fēng)化巖石，巖性較堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度較高，質(zhì)量較好，儲量豐富，可作為大壩堆石料。壩址附近粘土很少，壩址上下游有一定的粘土分布，均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕地。- 9 -第三章 設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)依據(jù)3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)在對原始材料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的專題研究，要求：(1)根據(jù)防洪要求，對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩高程及岸坡溢洪道尺寸；(2)通過分析，對可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物型式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；(3)詳細(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案和壩身結(jié)構(gòu)，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算；(4)進(jìn)行專題的設(shè)計(jì)：技術(shù)標(biāo)的施工組織設(shè)計(jì)；對總進(jìn)度計(jì)劃編制進(jìn)行深入研究。3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)包括相關(guān)參考文獻(xiàn)、主要設(shè)計(jì)規(guī)范以及上級機(jī)關(guān)批文。(1)中華人民共和國水利部.混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.北京: 中國水利水電出版社，1998(2)中華人民共和國水利部.水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（SL/T225-98）.北京：中國水利水電出版社，1998(3)中華人民共和國水利部.水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，1998(4)中華人民共和國水利部.水利水電工程等級劃分.北京：中國水利水電出版社，2000(5)中華人民共和國水利部.水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，2007- 10 -第四章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算4.1 洪水調(diào)洪演算4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理洪水在水庫中運(yùn)行時(shí)，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時(shí)間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學(xué)，明渠非恒定流的基本方程，即圣維南方程組為：連續(xù)性方程： （4-1）0sQt運(yùn)動(dòng)方程： （4-2）21Kvgz式中： 過水?dāng)嗝婷娣e (m)； 時(shí)間（s） ；t 流量（m/s） ；Q 沿水流方向距離（m） ； 水位（m） ；Z 重力加速度(m/s)；g 斷面平均流速(m/s)；v 流量系數(shù)(m/s)。K一般采用簡化的近似解法，長期以來，普遍采用瞬時(shí)法，即用有限差值來代替微分值，并加以簡化，以近似地求解一系列瞬時(shí)流態(tài)。瞬時(shí)流態(tài)法將式(4-1)進(jìn)行簡化而得出基本公式，再結(jié)合水庫的特有條件對基本公式進(jìn)行簡化，得出用于水庫調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用公式：（4-3）tVtqQq 12121)()(式中： ， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫流量 (m/s)；12 計(jì)算時(shí)段中的平均入庫流量 (m/s) ， =( + )/2；Q12， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下泄流量(m /s)；1q2 計(jì)算時(shí)段中的平均下泄流量(m3/s)， ；/21q- 11 -， 分別為計(jì)算時(shí)段初、末水庫的蓄水量(m 3)；1V2 與 之差；12 計(jì)算時(shí)段。t公式(4-3)表示為一個(gè)水量平衡方程式，表明：在一個(gè)計(jì)算時(shí)段內(nèi)，水庫水量與下泄水量之差即為該時(shí)段中水庫蓄水量的變化。顯然，公式中并未計(jì)入洪水入庫處至泄洪建筑物間的行進(jìn)時(shí)間，也未計(jì)入沿程流速變化和動(dòng)庫容等影響，這些因素均是其近似性的一個(gè)方面。當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時(shí)， 、 、 均為已知， 、 ，則是計(jì)算1Q21Vq時(shí)段 開始時(shí)的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下 、 ，當(dāng)前一時(shí)段t 2的 、 求出后，其值即成為后一時(shí)段的 、 值，使計(jì)算能逐步地連續(xù)進(jìn)行下2Vq1Vq去。僅一個(gè)方程來求解 、 是不可能的，必須再有一個(gè)方程式 ，與2Vq 2()qf式(4-3) 聯(lián)立，才能同時(shí)解出 、 的確定值，假定暫不計(jì)及自水庫取水的興利部2門瀉向下游的流量，則下瀉量 是泄水建筑物瀉流水頭 的函數(shù)，而當(dāng)泄洪建筑H物的型式、尺寸等已確定時(shí)(4-4)BqfA式中： 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開度及淹沒系數(shù)有關(guān)；A 指數(shù)，對于堰流 一般等于 3/2，對于閘孔出流一般 =1/2。B B根據(jù)水力學(xué)公式， 與 的關(guān)系曲線可求。若是堰流 即為庫水位 Z 與堰頂HqH高程之差；若是閘孔出流 即為庫水位 Z 與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù)與 的關(guān)系曲線求出 Z 與 的關(guān)系曲線 ，并且由庫水位 Z，又可借助Hq qf于水庫容積特性曲線 ，求出相應(yīng)的水庫蓄水容積 ，則式(4-4)可用下泄VfV流量 與庫容 的關(guān)系曲線代替，即 ，與式 (4-3)聯(lián)立方程組，求解 、fV2V。2q當(dāng)水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)時(shí)，要求保持 不大于下游允許的最大下泄流量q時(shí)，就要利用閘門控制流量 ，但計(jì)算的基本公式和方法與上述一致。max本設(shè)計(jì)泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門全開式泄洪，故下泄流量是， 即為庫水位 Z 與堰頂高程之差，由于資料有限僅有 0.1%和 2%的流32qAH量及其對應(yīng)的三日洪峰流量，無法描繪出洪水過程線，故采用三角形法擬畫出洪水過程線（具體做法見本章 4.4 節(jié)） 。本設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)洪演算是為了定出設(shè)計(jì)、校核水位及相應(yīng)的下泄流量，已知下泄量與水頭的關(guān)系曲線（即式 4-4） ，通過假定- 12 -下泄流量 ，可利用洪水過程線計(jì)算出水庫蓄水量 ，通過 可查出對應(yīng)q VfZ的水位，得到 曲線，通過兩條 q-Z 曲線即得到設(shè)計(jì)、校核水位及相應(yīng)流fZ量。4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算的方法很多，目前常用的是：列表試算法，圖解法。由于本樞紐工程是以發(fā)電為主要任務(wù)，故本設(shè)計(jì)中以引水發(fā)電流量作為起調(diào)流量（5m/s） 。本設(shè)計(jì)采用圖解法進(jìn)行洪水調(diào)洪演算。4.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL2522000，本樞紐工程工程等別為三等，工程規(guī)模為中型。主要水工建筑物級別為 3 級，次要水工建筑物級別為 4 級。參照山區(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)，3 級水工建筑物設(shè)計(jì)情況洪水重現(xiàn)期采用 50100 年，校核情況洪水重現(xiàn)期采用10002000 年，故本設(shè)計(jì)由給定的資料情況，采用以下洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)情況，采用 50 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)P=2%的洪峰流量為 364.5 m/s,三日洪量為 965 萬 m。校核情況，采用 1000 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)p=0.1%的洪峰流量為 551.5 m/s,三日洪量為 1569 萬 m。4.3 泄水建筑物的型式選擇水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設(shè)于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設(shè)于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本設(shè)計(jì)采用壩型為混凝土面板堆石壩，因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，對正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道及泄水隧洞這三種泄水建筑物進(jìn)行比較選擇。泄水隧洞布置得一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他建筑無相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅(jiān)硬，上覆巖體厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時(shí)防止洞身離地表太淺。本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，- 13 -巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)，左岸相對不透水層埋深 1024 米，上部透水層 q 值為 6.7196.7Lu，大者達(dá)到 341.7Lu，屬中等-嚴(yán)重透水層。本工程最大壩高 55.5 米，正常蓄水位 276.6 米，因此要避開透水層而布置泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，上游水庫多余的來洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。包括兩種型式：正槽溢洪道過堰水流方向與堰后泄槽縱軸線方向一致；側(cè)槽溢洪道過堰水流過堰后急轉(zhuǎn)近 90，再經(jīng)泄槽下泄。從地質(zhì)條件上來說，溢洪道應(yīng)力爭位于較堅(jiān)硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設(shè)計(jì)。同時(shí)對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開挖量，也可以減少壩體的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力學(xué)上的特點(diǎn)是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達(dá)到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運(yùn)用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。側(cè)槽溢洪道在當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大的開挖量時(shí)，可能成為比較經(jīng)濟(jì)的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位，或換取較高的堰頂高程。本工程的溢洪道布置在左岸，岸坡較陡優(yōu)選側(cè)槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條件下，高速水流引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜，進(jìn)槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近 90，再順槽軸線下泄，對每一個(gè)不同的側(cè)槽斷面，其所通過的流量是不相同的，同時(shí)水流在槽中形成螺旋流?？紤]到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復(fù)雜，而且本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，出露的地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。若采用側(cè)槽溢洪道，考慮側(cè)槽內(nèi)流態(tài)復(fù)雜，則側(cè)槽及泄水段的襯砌工程含量很大；同時(shí)考慮到堆石壩溢洪道可緊靠壩體布置這一優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開挖量不會增加很大。綜上所述，結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布- 14 -置于左岸與壩體相接。4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸的確定4.4.1 調(diào)洪演算過程通過洪水資料，由三角形法作出設(shè)計(jì)情況和校核情況下的洪水過程線，假定不同的下泄流量 ，由洪水過程線求出庫容 ，由庫容 ，查水位庫容曲線，qV得到相應(yīng)的水庫水位 ，從而可作出設(shè)計(jì)洪水和校核洪水對應(yīng)的 曲線；假Z ZQ定堰高、堰寬，確定起調(diào)流量之后，根據(jù)公式 ,又可作出一條溢23HgmBQ洪道下泄能力曲線，即 曲線。將 曲線和 曲線繪制在同一個(gè)坐HQZ標(biāo)系中，由圖中相應(yīng)交點(diǎn)即可確定的下泄流量 和洪水位 的值。4.4.2 洪水過程線的模擬由于本設(shè)計(jì)中資料有限，僅有 、 的洪峰流量及相應(yīng)的三日洪2%p0.1量，無法準(zhǔn)確畫出洪水過程線。本設(shè)計(jì)中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡量擬合為 P 型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可大致作出一個(gè)三角形，根據(jù)水量相等原則，對三角形進(jìn)行修正，得到兩條模擬的洪水過程線。 圖 41 設(shè) 計(jì) 洪 水 過 程 線 (流 量 (/（ h）圖 4-1 設(shè)計(jì)洪水過程線- 15 -（ h）流 量 (/圖 42 校 核 洪 水 過 程 線 (圖 4-2 校核洪水過程線4.4.3 計(jì)算公式計(jì)算采用公式：（4-3/2QmBgH5）式中：側(cè)收縮系數(shù)； m流量系數(shù)，m=0.502；B溢流孔口凈寬； H堰上水頭。注：1、由于在初步設(shè)計(jì)是不考慮淹沒出流的情況，故淹沒系數(shù)直接取為 1。2、由水力學(xué)可知 ；單孔閘門，則 ；001.2()knBn圓弧邊墩，則 ，由上可得上述公式簡化為： 。0.7k 0.4HB4.4.4 計(jì)算結(jié)果表 4-1 調(diào)洪演算方案匯總表方案堰頂高程(m)堰頂寬度B(m)設(shè)計(jì)洪水位H(m)設(shè)計(jì)下泄流量Q(m/s)校核洪水位H(m)校核下泄流量Q (m/s)設(shè)計(jì)情況單寬流量Q/B（m/s）1 7 276.9 200.0 278.7 284.2 28.6 2 8 276.6 216.3 278.2 306.2 27.0 3 9 276.3 229.7 277.8 323.3 25.5 427110 276.1 243.8 277.5 338.3 24.4 5 7 277.6 187.8 279.5 273.3 26.8 6 272 8 277.3 204.3 279.0 295.0 25.5 - 16 -7 9 277.1 218.3 278.6 310.8 24.3 8 10 276.8 230.0 278.3 327.2 23.0 9 7 278.3 177.5 280.2 263.6 25.4 10 8 278.1 191.7 279.8 283.6 24.0 11 9 277.9 204.5 279.5 300.0 22.7 1227310 277.7 217.5 279.2 316.0 21.8 13 7 279.1 165.4 281.0 251.6 23.6 14 8 278.9 178.5 280.6 271.8 22.3 15 9 278.7 191.4 280.3 288.5 21.3 1627410 278.5 200.0 280.0 303.1 20.0 17 7 279.8 154.0 281.8 241.0 22.0 18 8 279.6 166.5 281.4 260.0 20.8 19 9 279.4 177.6 281.1 276.0 19.7 2027510 279.2 187.4 280.8 289.5 18.7 4.4.5 方案選擇以上 20 個(gè)方案均滿足允許下泄流量，方案 3、4 的設(shè)計(jì)洪水位小于本設(shè)計(jì)的正常蓄水位，故舍棄。方案 5、9、13、14、15、17、18、19、20 的設(shè)計(jì)下泄流量均小于 200 m3/s，太小，故不采用。因此在剩余的1、2、6、7、8、10、11、12 方案中需通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較：本設(shè)計(jì)對此只做定性分析，同時(shí)也考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合的問題。一般情況下堰頂高程越低，溢洪道開挖量越大；堰頂高程越高，溢流前緣寬度一定的情況下，大壩洪水位越高，壩頂高程越高，大壩工程量越大；溢流前緣寬度 B 越大，堰頂高程一定的情況下，溢洪道開挖量越大； Q/B 即單寬流量越大消能越困難，襯砌要求也高。方案1、2、6、7、8 堰頂高程相對正常蓄水位高差過大，方案 12 相對于方案10、11，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位低，單寬流量小，故最終選擇方案 12：即堰頂高程 273m，溢流孔口凈寬 10m；該方案設(shè)計(jì)洪水位 277.7m，設(shè)計(jì)下泄流量217.5m3/s，校核洪水位 279.2m，校核下泄流量 316m3/s。4.4.6 壩頂高程的確定4.4.6.1 工程等別及建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定由校核洪水位 279.2m 查得相應(yīng)水庫的總庫容為 2262 萬 m3，水電站裝機(jī)容量為 6400kW, ,根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn) （SL252-2000） ，本工程工程等別為三等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物級別為 3 級、次要建筑物級別為4 級。水工建筑物為 3 級的洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)下洪水重現(xiàn)期為 50100 年，校核下洪水重現(xiàn)期為 10002000 年。- 17 -4.4.6.2波浪要素計(jì)算本工程位于江西省南部，庫區(qū)屬于低山丘陵地貌， ，按碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001，波浪要26.5Wms750D素的計(jì)算可采用鶴地水庫公式進(jìn)行：（4-612%632.05()ghgDW）（4-7122.38()mL）上式中： 累積頻率為 2%的波高，m；2%h 平均波長，m。L為水面以上 10m 處的風(fēng)速，正常運(yùn)用條件下級壩，采用多年平均最大W風(fēng)速的 1.5 倍；非常運(yùn)用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風(fēng)速。設(shè)計(jì)波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3 級壩采用累積頻率為 1%的爬高值 。%1h按上述公式算出的為 ，再根據(jù)頻率法按下表可得出 。%2h%1h表 4-2 不同累積頻率下的波高與平均波高比值 p/pmh0.01 0.1 1 2 4 5 10 14 0.1 3.42 2.97 2.42 2.23 2.02 1.95 1.71 1.60.10.2 3.25 2.82 2.3 2.13 1.93 1.87 1.64 1.54波浪中心線高出計(jì)算靜水位 按下式計(jì)算：zh（4-mzLHct2%18）4.4.6.3 擋墻頂高程的確定根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范公式(5.3.1)，堰頂上游 L 型擋墻在水庫靜水位以上高度按下式確定：AeRy%1 （4-9）式中：y壩頂超高；- 18 -R最大波浪在壩坡上的爬高，按 h1%算；e最大風(fēng)雍水面高度，按下式算：（4-1020.36cosvDegH）安全超高，根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 5.3.1 規(guī)定取值。 A表 4-3 安全超高匯總表Y R e A正常水位 3.25 2.55 0.002136 0.70 設(shè)計(jì)水位 3.25 2.55 0.002089 0.70 校核水位 1.93 1.53 0.000902 0.40 表 4-4 壩頂高程確定表方案 121 正常蓄水位 276.6 3.25 279.85 防浪墻頂高程 壩頂高程2 設(shè)計(jì)洪水位 277.7 3.25 280.95 3 校核洪水位 279.2 1.93 281.13 281.2 280.0 考慮施工方便和施工的精度，防浪墻頂高程為 281.2m，根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范5.4.4 要求，防浪墻頂高于壩頂 1.2m，則壩頂高程為防浪墻頂要高出壩頂 11.2m，本設(shè)計(jì)取 1.2m,則壩頂高程為 280.0m。4.4.6.4 閘門設(shè)計(jì)堰寬 B=10m，單扇閘門擋水，選用平板閘門。閘門的高度由擋正常蓄水位確定，取 6m；則其寬高比 10/6=1.7，在 1.62.0 的范圍之內(nèi)，滿足閘門定型制造要求。另外布置時(shí)將閘門放在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼著堰面下泄。閘墩(邊墩 )的長度應(yīng)滿足工作橋、交通橋及啟閉機(jī)等布置要求，取 8m。閘墩高度取決于閘門和啟閉機(jī)的形式，應(yīng)保證開啟后的閘門底緣高出水庫最高洪水位，并留有一定安全超高，取為 8m，閘墩厚度取 2.0m。- 19 -第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置5.1 樞紐等別及組成建筑物級別經(jīng)調(diào)洪演算得，校核洪水位為 279. 2m，水電站裝機(jī)容量為 6400kW,水庫總庫容為 ，根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000，830.215m本工程等別為三等。B 江水利樞紐工程：工程等別為三等；主要建筑物級別：3 級；次要建筑物級別：4 級。5.2 壩型選擇壩型選擇是壩工設(shè)計(jì)中首先要解決的一個(gè)重要問題，因?yàn)樗P(guān)系到整個(gè)樞紐的工程量、投資和工期。壩高、筑壩材料、地形、地質(zhì)、氣候、施工和運(yùn)行條件等都是影響壩型選擇的主要因素。5.2.1 定性分析5.2.1.1 各種常見壩型比較水利樞紐中的擋水建筑物攔河壩常見的主要型式有：重力壩、拱壩、支墩壩、土石壩及新型壩型如碾壓混凝土壩、面板堆石壩等。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況對以上壩型進(jìn)行比較，選擇適合的壩型。(1) 拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的擋水建筑物，借助拱的作用將上游水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。拱壩的工作原理：一是依靠拱的作用，將荷載傳給拱座；二是依靠懸臂梁的作用將荷載傳給基巖。其主要特點(diǎn)：1)受力條件好，河谷形狀深窄較好；2)壩體積小，主要依靠拱作用維持穩(wěn)定，自重作用影響不大；3)超載能力強(qiáng)，安全度高；4)抗震性能好；- 20 -5)施工技術(shù)要求高，地基處理要求嚴(yán)格。根據(jù)拱壩的特點(diǎn)，要求建造于狹窄河谷上；對地質(zhì)較理想的條件是巖石盡量密致，質(zhì)地均勻，有足夠的強(qiáng)度、不透水性和耐久性；兩岸拱座基巖堅(jiān)固而完整，邊坡穩(wěn)定，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層。而本工程地形河谷較寬，特別是地質(zhì)條件較差：斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，強(qiáng)度低，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，相對不透水層埋藏較深，透水層屬中等嚴(yán)重透水層，若建造拱壩，則開挖量必然巨大，且大壩的安全性不高，故不宜建拱壩。(2) 支墩壩支墩壩是由一系列支墩和其支承的上游擋水蓋板所組成，庫水壓力泥沙壓力等由蓋板傳給支墩，再由支墩傳給地基。支墩壩結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對地質(zhì)條件和拱壩一樣高，故對本工程，不宜采用支墩壩的型式。(3) 重力壩重力壩工作原理：一是依靠自重在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達(dá)到穩(wěn)定要求；二是利用壩體自重在水平面上產(chǎn)生壓應(yīng)力來抵消由于水壓所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。重力壩的主要特點(diǎn)：1)抗沖刷能力強(qiáng)；2)結(jié)構(gòu)簡單；3)對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性能好；4)壩體與地基的接觸面積大，受揚(yáng)壓力影響大；5)重力壩的剖面尺寸較大；6)壩體體積大，水泥用量多，混凝土水化熱高，散熱條件差。對于本工程，地質(zhì)條件差，地基承載能力較低，且弱風(fēng)化巖與混凝土之間的摩擦系數(shù) f=0.50.6,為達(dá)到穩(wěn)定要求必然增加斷面面積，增加工程量，而且，用來拌和混凝土的砂礫石料只有在離壩址 1015km 處才有料場，這樣會大大增加工程造價(jià)，不合理，故不宜選用重力壩。(4) 土石壩通過以上幾種壩型分析，并結(jié)合本工程壩址附近具有儲量豐富且質(zhì)量較好的堆石料的情況，建議采用土石壩（又稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅危┑男褪健Ｍ潦瘔蔚膬?yōu)點(diǎn)：1)筑壩材料就地取材，節(jié)省大量鋼材、水泥、木材等建筑材料。- 21 -2)適應(yīng)地形變形能力強(qiáng)。土石壩的結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)地基變形的良好條件，對地基的要求比混凝土壩的低；3)施工方法選擇靈活性大。能適應(yīng)不同的施工方法，且工序簡單、施工速度快，質(zhì)量容易保證。4)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，運(yùn)行管理方便，工作可靠，便于維修加高。不足之處：5)壩頂不能溢流，常需另開溢洪道；6)施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，因而相應(yīng)也增加了工程造價(jià)；7)壩體斷面大，土料填筑的質(zhì)量易受氣候影響。5.2.1.2 土石壩各壩型比較我國幅員遼闊，各種自然條件、土料特性等千差萬別，需要根據(jù)具體情況，發(fā)展和選擇適宜形式的土石壩。在壩型選擇中，不應(yīng)拘泥于現(xiàn)存觀點(diǎn)。筑壩技術(shù)在不斷進(jìn)步，新的施工機(jī)械也在不斷出現(xiàn)，以前看來似乎沒有什么前途的面板堆石壩，由于應(yīng)用大型振動(dòng)碾提高壓實(shí)效果，今日已發(fā)展成為具有強(qiáng)大生命力的壩型。土石壩設(shè)計(jì)中的許多問題，不少是偏經(jīng)驗(yàn)性的，在很大程度上需要依靠分析和判斷。應(yīng)用瀝青混凝土作防滲體的土石壩，采用土工薄膜防滲的土石壩以及定向爆破堆石壩等，在各種條件下都有一定的應(yīng)用和發(fā)展前景。(1)均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩可以適應(yīng)任意的地形、地質(zhì)條件；對筑壩土料的要求逐漸放寬；既可采用先進(jìn)的施工機(jī)械進(jìn)行建造，在條件不具備時(shí)，也可采用比較簡單的施工機(jī)械修筑，因而對我國的中小型工程是值得優(yōu)先考慮的壩型。均質(zhì)壩壩體材料單一，施工方便，當(dāng)壩址附近有數(shù)量足夠的適宜土料時(shí)可以選用。這種壩所用的土料的滲透系數(shù)較小，施工期壩體內(nèi)會產(chǎn)生孔隙水壓力，影響土料的抗剪強(qiáng)度，所以，壩坡較緩，工程量大。一般適用于中、低高度的壩，但近年來也有向高壩發(fā)展的趨勢，特別是在具有較大內(nèi)摩擦角的含粘性的砂質(zhì)和礫質(zhì)土的情況下，由于在壩的中部設(shè)置豎向和水平排水，可以大大降低壩體內(nèi)的浸潤線，并減少孔隙水壓力。心墻壩和斜墻壩的土質(zhì)心墻和斜墻便于與壩基內(nèi)的垂直和水平防滲體系相連接，心墻和斜墻壩可以在深厚的覆蓋層上修建。這種壩型不僅適宜于建低壩，也適宜于建高壩。斜墻壩的壩殼可以超前于防滲體提前進(jìn)行填筑，而且不受氣候條件限制，也不依賴于地基灌漿施工的進(jìn)度，施工干擾小。但斜墻壩由于抗剪強(qiáng)度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量較大。斜墻對壩體的沉- 22 -降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接較困難，故高壩中斜墻壩所占的比例較心墻壩為小。高度超過 100m 的斜墻壩，絕大多數(shù)采用內(nèi)斜墻，即斜墻坡度變陡，斜墻上游還填筑一部分壩殼。目前世界上已建的高 200300m 級的土石壩幾乎都是心墻壩。碾壓技術(shù)的進(jìn)步和采用礫石土作為防滲體為建造高心墻壩創(chuàng)造了條件。心墻的坡度超過 1:0.5 時(shí)，會影響壩坡的穩(wěn)定，需將壩坡放緩。近年的發(fā)展趨勢是采用薄心墻，這樣有利于降低孔隙水應(yīng)力。心墻土料的壓縮性較壩殼料高，易產(chǎn)生拱效應(yīng)，對防止水力劈裂不利，對壩的安全有影響。為此，很多高壩都采用斜心墻，其上游坡設(shè)計(jì)成 1:0.51:0.6，以利于克服拱效應(yīng)和兩側(cè)壩殼平起上升，但是其施工干擾大，受氣候條件的影響也大，這是弱點(diǎn)。高的心墻壩和斜墻壩多做成分區(qū)壩或多種土質(zhì)壩，從防滲體到壩殼料，顆粒由細(xì)到粗逐步過渡，這對于充分利用土石料，增加壩的穩(wěn)定性和抗震能力都是有利的。但是就本工程而言，壩址附近粘土很少。壩址上下游有一定的粘土分布，但都是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕地，要利用這些粘土，則必須把當(dāng)?shù)剞r(nóng)民遷移，增加工程中移民費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)比較中不合算，故也不采用均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩型式。(2)堆石壩堆石壩屬于土石壩的一種，是以石料為主要填筑材料的擋水建筑物，壩體由堆石體、防滲體和過渡層三部分組成，與前述土壩相比具有剖面小、造價(jià)低、施工速度快、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，且本工程壩址附近廣泛分布有巖性較堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，質(zhì)量較好，儲量豐富的堆石料，因此可優(yōu)先考慮選擇建造堆石壩方案。堆石壩的壩型可按防滲材料、防滲體位置、堆石施工方法以及壩頂是否過水進(jìn)行劃分：1)按防滲體材料分類：堆石壩防滲材料最常見的是土料、瀝青混凝土、鋼筋混凝土及新興的復(fù)合土工膜；2)按防滲體位置分類：心墻堆石壩，斜墻堆石壩，斜心墻堆石壩，混凝土（或復(fù)合土工膜防滲）面板堆石壩；3)按堆石施工方法分類：有堆石、砌石、定向爆破等；4)按壩體是否過水分類：絕大多數(shù)堆石壩是不過水的，中小型工程偶也設(shè)計(jì)建筑溢流堆石壩。5.2.1.3 幾種堆石壩壩型定性分析。(1) 混凝土面板堆石壩 在上述幾種壩型中，新型面板堆石壩得到了迅速發(fā)展，在工程中得到廣泛運(yùn)- 23 -用，之所以能如此迅速發(fā)展，與下述優(yōu)點(diǎn)密切有關(guān)：1)可以充分利用當(dāng)?shù)夭牧现?，大量?jié)省三材和投資；2)面板設(shè)于堆石體上游面，整個(gè)壩體都是受力結(jié)構(gòu)，水壓力在上游面的鉛直分力有助于壩的穩(wěn)定，壩體工程量是土石壩中最小的；3)振動(dòng)碾壓導(dǎo)致的高密實(shí)度堆石體變形小，面板抗裂防滲有了保證，壩的運(yùn)行安全度也被認(rèn)為是很高的，而且經(jīng)論證，即使面板少許漏水，也不會危及堆石體的穩(wěn)定和壩的安全；4)面板兼起護(hù)坡防滲作用，經(jīng)濟(jì)合理；5)運(yùn)行安全，維修方便，面板在上游面，便于檢查維修，即使水庫不能放空也便于潛水檢修；6)壩體結(jié)構(gòu)簡單，壩體填筑沒有粘性土填方，施工干擾小，便于機(jī)械化施工作業(yè)，氣候影響也小，基本可全年施工，加快施工進(jìn)度。設(shè)計(jì)建造這種壩時(shí)自然也應(yīng)注意它仍存在的弱點(diǎn)：其一是面板對基礎(chǔ)沉陷很敏感，故要重視壩基缺陷的處理；其二是面板抗漂浮物沖擊、抗嚴(yán)寒冰凍及抗環(huán)境水侵蝕作用方面性能稍差?；炷撩姘鍓嗡哂械倪@些突出優(yōu)點(diǎn)：工程量較小，施工方便，攔洪渡汛簡單，對于在我國水利資源豐富的西南、西北高山峽谷區(qū)的河流上建壩更有重要意義。在具備大型振動(dòng)碾等設(shè)備的條件下，是很有競爭力的壩型。壩殼材料既可用堆石，也可用砂礫石料。總之，這一新型壩優(yōu)點(diǎn)很突出，值得大力推廣應(yīng)用，但仍注意精心設(shè)計(jì)，精心施工。(2) 其他形式堆石壩其他形式堆石壩有以瀝青混凝土作為防滲體的堆石壩、定向爆破堆石壩以及土工薄膜防滲的土石壩。瀝青混凝土斜墻壩具有與混凝土面板相同的特點(diǎn)，又可稱為瀝青混凝土面板壩。已建的以瀝青混凝土作為防滲體的堆石壩中，面板壩的數(shù)量居多。定向爆破筑壩是在地形、地質(zhì)條件適當(dāng)?shù)暮庸鹊囊话痘騼砂恫贾谜ㄋ幨?。使爆破產(chǎn)生的巖快大部分拋擲到預(yù)定的位置堆積成壩，攔截河道。采用這種方法筑壩，一次爆破可得石方數(shù)萬、數(shù)十萬甚至上百萬立方米，爆破拋射出的石塊下落時(shí)以高速填入堆石體，緊密度較大，孔隙率可在 28%以下，從而可節(jié)約大量人力、物力和財(cái)力。但爆破對山體的破壞作用較大，使巖體內(nèi)的裂縫加寬，有時(shí)可形成繞壩滲流通道，并可使隧洞、溢洪道周圍的地質(zhì)條件以及岸坡的穩(wěn)定條件惡化。此外，爆破后填平補(bǔ)齊、整修清理的工作量仍然很大，壩基處理與防滲體施工均有一定困難。因此，這種壩型主要適用于山高、坡陡、窄河谷以及地質(zhì)條件良好- 24 -的中、小型工程。土工薄膜防滲施工更加快捷方便，同時(shí)克服了面板對基礎(chǔ)沉陷很敏感的缺點(diǎn)，但是土工膜受一定的氣候條件限制，氣溫過低就不能發(fā)揮作用，同時(shí)土工膜在施工過程中易被尖銳的物體刺破，要注意對土工膜的保護(hù)工作。5.2.2 定量分析5.2.2.1面板堆石壩與復(fù)合土工膜防滲面板堆石壩的方案比較以下選用兩個(gè)最合理的方案進(jìn)行優(yōu)選：方案一：鋼筋混凝土面板堆石壩；方案二：復(fù)合土工膜防滲面板堆石壩。從三方面對上述兩方案進(jìn)行具體比較：1)從樞紐布置方面來看，因?yàn)槎紝俣咽瘔危皇欠罎B體有所不同，故在樞紐布置中，兩方案并無差異；2)從施工角度來看，兩方案堆石體部分無差別，相比較而言，鋼筋混凝土面板堆石壩的面板比復(fù)合土工膜的工作量大。就防滲體而言，復(fù)合土工膜施工比較方便快捷，且沒有分縫、止水要求，但是土工膜易被尖銳的東西破壞，施工時(shí)需注意做好土工膜的保護(hù)工作；而鋼筋混凝土面板可以利用滑模進(jìn)行機(jī)械化施工。3)從工程造價(jià)角度看：面板總面積：13891m鋼筋混凝土面板方案：鋼筋混凝土面板單價(jià)：550 元/m；鋼筋混凝土面板造價(jià)：550138910.3=229.2 萬元；止水單價(jià)：40 元/m；止水造價(jià)：40(350+2450+220)=12.1 萬元；鋼筋混凝土面板方案總造價(jià)：241