片上水庫畢業(yè)設(shè)計(jì)5

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 樞紐概況及工程目 片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫總庫容7.16億立米，死庫容0.44億立米可進(jìn)行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立米。 拒馬河發(fā)源于河北省淶源縣，流經(jīng)淶源、易縣、淶水山峽地區(qū)，至北京房山縣張坊鎮(zhèn)流入平原，并分南北兩支。南拒馬河經(jīng)淶水至北河店與易水匯流至新城白溝鎮(zhèn)，北拒馬河匯合胡良河、琉璃河后在涿州縣東茨村入白溝河，往南流至白溝鎮(zhèn)匯合南拒馬河后為大清河。 拒馬河位于太行山東麓，流域面積約10000km2。地形特點(diǎn)，西部為山區(qū)，流域面積約5000km2，東部為平原。山區(qū)多為石質(zhì)山區(qū)，植被較少，坡度較陡。僅上游淶源以

2、上分水嶺處于黃土高原邊緣地區(qū)。平原河槽較窄，坡度很緩。本流域且為華北暴雨中心所在，因此洪水大，危害較為嚴(yán)重。本工程可為東部平原房、淶、涿灌區(qū)的一百多萬畝農(nóng)田灌溉、北京生活及工業(yè)用水提供水源。 樞紐建筑物包括主壩、付壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。2 設(shè)計(jì)的基本資料2.1 地形、地質(zhì)條件2.1.1 庫區(qū)地形 圖2-1 片上水庫河谷斷面圖2.1.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件 本區(qū)除第四系地層外，均為中震旦系，霧迷山組地層（Z2w），分層、厚度及巖性見表2.1。此外尚有燕山期輝綠巖墻侵入體。表2.1 地層厚度及巖性編號巖性厚度/m相應(yīng)壩區(qū)分層編號備注Z52w板狀、厚層狀白云巖夾少量頁巖、石英巖

3、、底部為雜色石英礫巖400Z42w厚層白云巖180-200Z32w硅質(zhì)條帶灰?guī)r夾硅質(zhì)白云巖220-250Z22w硅質(zhì)條帶狀、斑點(diǎn)狀白云質(zhì)灰?guī)r（局部變質(zhì)成大理巖）夾絹云母片巖（在與輝綠巖接觸處滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本層為壩基地層Z12w厚層硅質(zhì)白云巖約250輝綠巖和片巖透水性甚微，是本區(qū)相對隔水層。 本區(qū)構(gòu)造，普遍發(fā)育有兩組構(gòu)造裂隙，一組為走向北東70度左右，一組為走向北西300-340度，均為陡傾角裂隙。 本區(qū)地震烈度為7度。2.1.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 （1）河床覆蓋層 河床寬600余米為第四系沖積砂卵石層所覆蓋，厚度為15-28m，靠左右岸邊各有一沖蝕槽，左側(cè)為古河床，

4、以卵石層為主。地下水位約為105-106m。通過抽水試驗(yàn)，滲透系數(shù)K最小為2.7410-4m/s，最大8.5610-3m/s，一般為（2.315.79）10-3m/s，砂卵石層須防滲處理。在砂卵石層中，有砂質(zhì)黏土及細(xì)沙夾層。砂質(zhì)夾層分布在壩線下游02鉆孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，這些夾層順河方向延伸稍長，以窄條帶狀分布在古河床西側(cè)漫灘邊緣和古河床死洼處。河床右岸發(fā)現(xiàn)有含碎石、卵石的砂質(zhì)黏土層，在基巖面上部，屬巖石的風(fēng)化殘積層，厚度約1-2m?？傆^，這些夾層分布范圍不大，厚度較薄，一般位置較深，因此對壩體穩(wěn)定影響不大，但應(yīng)摸清具體分布范圍，論證其對壩體穩(wěn)定的影響和確定處理

5、措施。 （2）巖溶、滲漏問題 從巖性看，本區(qū)灰?guī)r均系硅質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r（白云巖），結(jié)晶程度較好，相對不易被溶蝕。據(jù)鉆孔分析，本區(qū)巖溶發(fā)育，一是在壩址區(qū)高程70-90m較多發(fā)育，二是在片巖層的上下層面處較多發(fā)育，但溶洞很少，也很小。深層巖溶問題是不存在的，主要表現(xiàn)為巖溶裂隙。據(jù)壓水試驗(yàn)，壩基巖石透水性較大，單位吸水量算術(shù)平均值為3.2升/分，大值平均值為14.5升/分，對壩基滲漏不利。但在壩下基巖中第2層絹云母片巖，在壩下普遍分布，厚度3-7m，沒有間斷現(xiàn)象，隔水性好，是防滲的有利條件。不存在順河斷層。壩基防滲處理時，河床砂卵石層宜做防滲墻，其下第2層片巖出露部分風(fēng)化較嚴(yán)重，宜進(jìn)行帷幕灌漿，伸入基

6、巖內(nèi)3-5m，至新鮮巖層處。兩岸帷幕灌漿處理深度，左岸宜20-60m（伸入基巖），右岸巖石透水性較小，平均處理深度可為25m。 （3）地下水動態(tài) 據(jù)地下水位觀測，壩址區(qū)地下水位坡降較小，在右岸為地下水補(bǔ)給河水。但左岸地下水有一“凹陷帶”，從鉆孔資料看，主要是因?yàn)樵摱螢楣藕哟仓髁骶€部位，砂礫石層中孤石較多，因而透水性大，致使該段地下水位稍低。考慮兩岸地下水位較低，一般工程在106-110m左右，因此存在繞滲問題，建議適當(dāng)向兩岸適當(dāng)延長帷幕線，以減少繞滲量。特別是右岸，為防止?jié)B流改變工程地質(zhì)條件，建議筑壩帷幕與溢洪道帷幕相接，使其連成一體。 （4）左岸崩坡積物的工程地質(zhì)條件 左岸壩肩部分，分布有一

7、崩坡積物，順河方向長約1000余米，寬約120余米，表面以30坡傾向河谷。在高程140m處厚度最大，約47m，以上逐漸變薄。坡積物下基巖地形呈階梯狀。坡積物主要為土、碎石及大塊石，從表層坑井看，土的含量較多，約占50%形成圖夾碎石和塊石，碎石、塊石不起骨架作用，只局部地段塊石較多。經(jīng)試驗(yàn)分析知，屬中等失陷性，浸水下沉問題不嚴(yán)重，但厚度較大，總下沉量也是不小的。野外試驗(yàn)變形模量值（算術(shù)平均值）為681kg/cm2，壓縮性不嚴(yán)重。滲透系數(shù)為110-5m/s，下部透水嚴(yán)重。因此筑壩時可以不挖除，但必須做好防滲處理以免蓄水后因滲漏惡化其工程地質(zhì)條件。 （5） 其他建筑物的工程地質(zhì)條件 埡口付壩大壩右岸

8、有一埡口，谷底高程141.0m，谷底寬60m，谷底覆蓋砂質(zhì)黏土，厚度6-8m。在壩高192m高程處，谷寬230m。谷底右側(cè)沿?cái)鄬佑休x綠巖墻侵入體，走向?yàn)楸蔽?30-340，傾向南西，傾角80，寬52m。輝綠巖風(fēng)化嚴(yán)重，全風(fēng)化帶厚約10m，半風(fēng)化帶厚約15m，單位吸水量約0.09-4.3升/分。 埡口右側(cè)巖層走向北西340，傾向北東，傾角10，在高程145-157米處分布有兩層片巖，下邊一層已滑石化，極軟弱，遇水崩解。埡口左側(cè)巖層走向近南北，傾向東，傾角10，在高程185.5-138米處，有兩層片巖分布。據(jù)上述地質(zhì)情況，埡口為一斷層，不利地質(zhì)條件比較集中，承載力低，抗滑穩(wěn)定性較低，修建砼溢洪道不

9、利，而在此修建土石付壩問題不大。但應(yīng)進(jìn)行防滲處理，建議處理深度：右側(cè)一般30m，左側(cè)一般15-20m，斷層與輝綠巖墻侵入體接觸帶處處理深度不小于50m。2.2 水文與水利規(guī)劃2.2.1 氣象 本流域處于山區(qū)，夏季炎熱多雨。附近張坊站平均年降雨量740mm，年平均氣溫約為11.6，年內(nèi)氣溫變化較大，最高溫度達(dá)43.5，最低溫度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在幾次暴雨上，特點(diǎn)是強(qiáng)度大，雨量集中。由于天氣系統(tǒng)及地形抬升的相互影響，張坊上游的紫荊關(guān)一帶極易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年

10、8月上旬均出現(xiàn)日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨過程一般為2-3天。2.2.2 水文分析 (1) 洪水 本流域洪水均為暴雨洪水，主要發(fā)生在七、八月份，一次洪水歷時5天左右。較大洪水多是單峰型，陡漲陡落，雙峰或多封不多，且為小水年。據(jù)實(shí)測20年資料統(tǒng)計(jì)，洪峰流量最大為9920m3/s（1963年），最小洪水為45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大為5.67億立米（1963年），最小洪量0.08億立米（1965年）相差77倍（實(shí)測洪水系表列從略）。本流域調(diào)查到的最大洪水為1801年，經(jīng)計(jì)算得洪峰流量為20000m3/s?？紤]到下游為寬闊平原，并有京廣鐵路經(jīng)過，大壩為土壩等情況，取19

11、000m3/s作為校核大壩的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作為設(shè)計(jì)洪水流量，相應(yīng)水位186.8m，依次選定泄水建筑物尺寸。洪水實(shí)測資料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分別為9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化過程線為典型，按洪峰流量比值放大計(jì)算得設(shè)計(jì)洪水、校核洪水過程線（見圖2.2）。圖2.2 片上水庫設(shè)計(jì)、校核洪水過程線 (2) 年來水量 本水庫上游擬建紫荊關(guān)水電站，年徑流按紫荊關(guān)-張坊站區(qū)間的徑流量計(jì)算，紫-張區(qū)間年徑流量最大為14.55億立米（1956-1957年），最小為1.27億立米（1965-1966年），相差

12、11倍，1951-1970年19年系列平均值為5.74億立米。 (3)年輸沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。據(jù)實(shí)測資料計(jì)算，紫-張區(qū)間多年平均輸沙量為46萬噸，推移質(zhì)占總沙量的20%。經(jīng)計(jì)算，紫荊關(guān)水電站建成后，本水庫多年平均來沙量為55萬噸。2.2.3 水庫特征值 （1）設(shè)計(jì)洪水考慮到本水庫應(yīng)有一定的防洪庫容以攔蓄洪水，若降低洪水位對防洪、興利效益大為不利，而若提高洪水位，可能降低京-原鐵路標(biāo)準(zhǔn)或進(jìn)行局部改建，協(xié)調(diào)二者，本水庫設(shè)計(jì)洪水位定位186.8m（P=1%），相應(yīng)庫容為6.09億m3。 （2）校核洪水京-原鐵路在拒馬河左側(cè)穿越，有十余座橋涵通過庫區(qū)，橋梁高程最低者為

13、190.44m，墩頂高程為190.26m。考慮在校核洪水時不影響鐵路正常通車，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相應(yīng)庫容為7.16億m3。 （3）死水位本庫為綜合利用水利樞紐，死水位確定應(yīng)考慮工業(yè)、給水、灌溉、發(fā)電等用水要求，確定為130.0m。 （4）汛限水位 根據(jù)下游河道現(xiàn)有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s時，洪水不漫灘；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超過下游河道泄洪能力；遇校核洪水時，限泄最大流量7000m3/s；水位達(dá)到190m時，相應(yīng)泄量為18000m3/s。根據(jù)上述分級標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)洪水過程線，調(diào)洪計(jì)算按分級控制確定防洪庫容，求得設(shè)計(jì)洪水位以下防洪庫容2

14、.98億m3，設(shè)計(jì)洪水位至190m庫容0.56億m3。故總防洪庫容為3.54億m3，相應(yīng)汛限水位為167.5m。 1） 興利調(diào)節(jié)本庫工業(yè)需水4.0m3/s。農(nóng)業(yè)灌溉毛定額為400m3/畝。水庫蒸發(fā)損失350萬m3/年。依據(jù)紫-張區(qū)間多年實(shí)測徑流量，加上紫荊關(guān)水電站汛期棄水量，進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，由時歷法求得調(diào)節(jié)流量保證曲線及平、枯水年調(diào)節(jié)流量如圖2.3及表2.2所示。圖2.3 片上水庫流量保證率曲線表2.2 調(diào)節(jié)流量表標(biāo)準(zhǔn)毛調(diào)節(jié)流量秒立米折合毛水量億立米凈調(diào)節(jié)水量億立米工業(yè)用水量億立米灌溉用水量億立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表

15、1.1調(diào)節(jié)后，平水年可用于灌溉的水量為3.27億立米，按毛灌溉定額400立米/畝計(jì)算，可灌溉82萬畝，遇到枯水年，則可灌溉49萬畝。2）水電站片上水庫興利任務(wù)，主要是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水，發(fā)電服從灌溉和工業(yè)供水，在灌溉和工業(yè)引水出口各修建一水電站，利用灌溉和工業(yè)供水發(fā)電。灌溉供水電站為季節(jié)性發(fā)電，引水流量33m3/s，采用2臺機(jī)組，總裝機(jī)容量1.6萬千瓦。電站尾水位為105.0109.6m。工業(yè)給水結(jié)合發(fā)電，引水流量為4m3/s，裝機(jī)2臺機(jī)組，總裝機(jī)容量2500千瓦，電站尾水水位為110.3m。由于水頭變化范圍較大，庫水位在149m以下時，工業(yè)用水用旁通管下泄，此時機(jī)組可進(jìn)行檢修。3）工程等級及

16、地震烈度本工程為大二型，主要建筑物：攔河壩、溢洪道、隧洞、廠房、引水洞為2級建筑物。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。地震設(shè)計(jì)烈度取為7度。本區(qū)多年平均最大風(fēng)速V多=18m/s。水庫吹程D=2.5km。4）樞紐主要技術(shù)指標(biāo)見表2.5、2.6。表2.5 水庫特征值項(xiàng)目數(shù)量相應(yīng)尾水位/m備注壩頂高程/m192.0校核水位/m190.1104.0（壩后）千年一遇設(shè)計(jì)水位/m186.8109.6（灌溉電站后）百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5發(fā)電最低水位/m138.0105.0（灌溉電站后）死水位/m130.0總庫容億/m37.16防洪庫容億/m33

17、.62興利庫容億/m36.09共用庫容億/m32.99死庫容億/m30.44汛期興利庫容/億m33.10表2.6 樞紐建筑物序號擋水建筑物最大壩高/m壩頂長度/m壩型尾水位或地面高程1主壩88.0（參考）1305.0（參考）下游無水（河底高程114.0）2付壩59.0（參考）200.0（參考）下游無水3泄洪、引水建筑物進(jìn)/出口底坎高程/m洞徑或孔口尺寸/m閘門尺寸（孔數(shù)-寬高）建筑物長度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.617.639221635.05泄洪洞124.0/117.01116.5（無壓段）1-11125163300.06導(dǎo)流泄洪洞109.5/105.5

18、有壓段D=6，無壓段6.58.51-54.51361.0520.07發(fā)電引水洞121.5/105.5（最低）D=54.05.042533.08工業(yè)引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.43647.04.09大電站裝機(jī)容量/千瓦2800010小電站裝機(jī)容量/千瓦212502.3 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定2.3.1土料及砂石料土料，壩上下游均有料場，上游料場儲量141.89萬m3，運(yùn)距1.2km，有效土層厚度2-5m；下游料場儲量263.85萬m3，運(yùn)距2km，有效土層厚度一般約3-4m。砂石料，料場主要在壩下游，總儲量為4751.2萬m3，其中上游料場儲量89.5萬m3（占總儲量

19、的1.9%）。平均運(yùn)距12km。土料及砂石料儲量均滿足需要。據(jù)試驗(yàn)，土場土料大部分為中壤土，少量為輕壤土及重壤土，部分含有少量僵石，土料質(zhì)量符合筑壩要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，應(yīng)合理開采，減少翻曬工作量。砂礫料質(zhì)量，東莊料場，含泥量達(dá)24%，且缺少中間粒徑，級配欠佳，壓實(shí)性差，使用時應(yīng)采取措施?？傆^，各料場砂礫料的中間粒徑略少，含砂量大，加權(quán)平均值69%。大于150mm的顆粒多者約占13.4%。上壩時，礫料集中現(xiàn)象難于避免，應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證壩體滲透穩(wěn)定性。2.3.2砼骨料及塊石料 河床砂卵石作為砼骨料，其質(zhì)量，粗骨料符合要求，多為堅(jiān)硬的火成巖及灰?guī)r，渾圓度較好；細(xì)

20、骨料一般偏細(xì)，且量缺少，開采時勢必棄料量所占比例較大。建議采用壩下游鐵索崖一帶為砼骨料場，擬開采量為65m3。壩體護(hù)坡塊石料：在壩上游兩岸，西溝及下游鐵索崖一帶均可開采。以鐵索崖一帶較好，多系厚層，相對完整。其他地方因夾片巖及薄層，相對利用率較低。2.3.3筑壩材料技術(shù)指標(biāo)土料初始孔隙水壓力系數(shù)B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，變形模量68.1MPa，其余指標(biāo)見表2.7.表2.7 心墻壤土及砂礫料的設(shè)計(jì)指標(biāo)筑壩材料名稱容重（kN/m3）內(nèi)摩擦角（度）滲透系數(shù)K（cm/s）d（干）s（濕）b(飽和)f（?。┧纤氯劳?6.719.320.310.322.520.511

21、0-6砂礫料（壩體）19.620.622.112.13532110-2堆石體19.64037砂礫料（壩基）19.622.112.132110-32.4水庫淤積及淹沒2.4.1水庫淤積 本庫庫區(qū)河道縱坡約2.5%，屬帶狀均勻淤積，淤積前后河底比降基本不變，河道多年平均含沙量約1kg/m3，主要集中在汛期。水庫淤積按50年考慮，建庫后前10年流域來沙量1200萬m3，后40年紫荊關(guān)建庫后，水庫來沙量為2500萬m3，50年淤沙量為3700萬m3，根據(jù)各高程的淤積量，庫容曲線見圖2.4。圖2.4 片上水庫水位庫容、面積曲線2.4.2水庫淹沒 水庫主要由基巖組成，第四紀(jì)堆積物不多，沒有坍岸、浸沒問題，

22、水庫兩岸沖溝發(fā)育，溝內(nèi)均有居民點(diǎn)分布，耕地主要分布在階地上和沖溝邊。沿庫區(qū)左岸有京原鐵路，張坊至浦洼公路和輸電線等穿過。水庫淹沒面積在校核洪水位190m時為20km2，汛期最高蓄水位179m時為16.3km2。3 壩軸線、壩型選擇與樞紐布置3.1 壩段、壩線選擇在拒馬河穆家口至東莊河段內(nèi)，自上游至下游分別相距4km和2km，選擇了千河口、片上、葫蘆臺3個壩址進(jìn)行比較。上游千河口壩址，河谷狹窄，基巖出露，宜采用重力壩型，壩體工程量小，但庫容較小，不滿足防洪興利要求。下游葫蘆臺壩址，庫區(qū)漏水嚴(yán)重，壩體工程量大，投資增加較多，效益相對增加不大。故上述二壩址均不適宜采用。 片上壩址，左岸有深約47m長

23、約1000m的山麓崩積物，右岸為一單薄山脊，河床寬約600m，河床砂卵石層覆蓋層深約15-30m，砂礫石層以下基巖中有一連續(xù)性較好的第2層絹云母片巖，厚度最小3m，一般4-5m，可利用其做隔水層，省去河床基巖中約1km的帷幕灌漿工程量，減少施工工序與干擾。選擇片上壩址，采用土壩壩型，且帷幕線選在第2層絹云母片巖出露處比較有利。但河床段壩軸線位置，受第2層絹云母片巖出露位置制約，兩岸部分受地質(zhì)地形條件限制。為減少壩體工程量，左岸壩頭和坡積物相連；右岸山脊上游面較平緩，下游面較陡。為避免壩體騎在山脊上，對大壩穩(wěn)定及沉陷不利，右岸壩頭位于山脊上游側(cè)坡地上，并與山脊平行。此時灌溉發(fā)電電站廠房布置于右岸

24、山脊下游，不受大壩壩腳影響。故此，片上壩址壩軸線選擇只能為一條折線。3.2 主壩壩型選擇根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件及建材情況，主壩采用混凝土壩，壩基及兩岸開挖量大，砼骨料較缺乏，故適宜采用土石壩。土壩又有四種壩型：心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩和瀝青混凝土心墻壩。 前三種壩，在河床段都利用第2層絹云母片巖出露部分為帷幕線，河床砂礫石覆蓋層用砼防滲墻作防滲處理。左岸坡積物處，帷幕線基本上垂直等高線延伸上山，自坡積物高程115m以上開挖截水槽，回填壤土與主壩防滲體及巖石岸坡相連，槽下基巖做帷幕灌漿處理。瀝青混凝土心墻壩的壩軸線位置仍選在上述三種壩型的軸線范圍內(nèi)，但帷幕線伸向上游，河床段砂礫石用砼防滲墻處理，

25、其下部基巖進(jìn)行帷幕灌漿與隔水層（第2層片巖）相接。左岸坡積物處理與心墻壩相同。右岸帷幕線置于破碎帶上游側(cè)，基巖部分進(jìn)行灌漿處理。四種壩型特性比較見表3.1。表3.1 四種壩型的工程量項(xiàng)目名稱及序號單位心墻壩斜墻壩斜心墻壩瀝青混凝土心墻壩一、壩基開挖1.清基萬m334.637.838.640.22.坡積物開挖萬m315.415.415.415.43.巖石劈坡萬m30.260.260.260.26小計(jì)萬m350.2653.4654.2656.42二、壩體填筑工程量1.土方填筑萬m3174.5209.0187.7244.92.砂礫石填筑萬m31571.11713.01655.01740.8小計(jì)萬m3

26、1745.61922.01842.71985.7三、防滲處理工程量1.砼防滲墻總進(jìn)尺萬m324313.024532.024313.028000.02.防滲墻砼方量萬m320955.021110.020955.023500.03.灌漿工程量萬m39850.010665.09850.040650.0壩型比較如下： 斜墻壩地基處理與壩體填筑施工干擾小，地基處理在砂礫石覆蓋層用砼防滲墻，其下基巖作帷幕灌漿，防滲帷幕線設(shè)于破碎帶上游。但帷幕線長，地基處理工程量很大，壩體工程量也很大，防滲墻與帷幕灌漿兩道工序，二者施工干擾也較大。斜心墻壩的壩體填筑工程量比斜墻壩多，左壩頭與坡積物的連接要差一些，施工干擾程

27、度與斜墻壩相同，除了斜心墻防滲體對防止產(chǎn)生水平裂縫較為有利外，比心墻壩無其他優(yōu)點(diǎn)。心墻壩與斜墻壩詳細(xì)比較，見表3.2。表3.2 心墻壩與斜墻壩比較比較條件心墻壩斜墻壩1.防滲體穩(wěn)定性較好。比心墻壩差一些。2.工程量壩體填筑工程量較少，土方量少，可少占農(nóng)田。壩體總工程量比心墻壩多176.4萬m3，土方比心墻壩多34.5萬m3,要多占下游農(nóng)田。3.結(jié)構(gòu)條件1）心墻與坡積物連接較可靠；2）對壩體壓實(shí)要求及對土料性能（如抗剪強(qiáng)度）要求比斜墻相對可低一點(diǎn)；3）下游壩腳距電站廠房90m，廠房布置較心墻壩分布些。1）斜墻與坡積物連接較困難，貼坡鋪蓋部分做在坡積物上，若發(fā)生沉陷可能引起裂縫，安全程度不如心墻。

28、2）心墻下部壩體壓實(shí)要求較高，對土料性能也較高。3）壩軸線偏下游，下游壩腳距電站廠房近，僅約20m，對電站布置不利。4.施工條件1）心墻壩土料在壩體中間，土料、砂礫料施工干擾大，且受氣候影響大。2）上游砂礫料場少，上游壩體砂礫料要由下游料場翻壩供應(yīng)，干擾大。3）地基處理與壩體填筑的干擾大。1）施工干擾比心墻壩小，受氣候影響小。2）上游料場基本可滿足上游壩體砂礫料的需要數(shù)量。3）地基處理與壩體填筑的的干擾比心墻壩小。綜上比較，認(rèn)為斜墻壩較優(yōu)。3.3主壩壩體布置（1）主壩采用壤土心墻、斜墻、斜心墻、瀝青混凝土心墻壩型之一，壩體上下游壩殼為砂礫石透水料組成，壩頂無交通要求。計(jì)算壩頂（或放浪墻頂）高程

29、，壩頂長度，最大壩高。擬定壩頂寬度，計(jì)算最大壩底寬度。（2）設(shè)壩坡變坡點(diǎn)高程，并設(shè)置馬道。上游壩坡在1:2.5-2.75間選定，下游壩坡在1:2-2.5間選定。下游壩坡在高程118m以下設(shè)堆石排水體。堆石排水體與壩體和壩基之間設(shè)反濾層。（3）防滲體頂高程，不低于校核洪水位190.1m，黏土防滲體頂寬不小于施工最小寬度3m，底部寬度應(yīng)大于水頭的1/4-1/5。心墻與兩岸連接部分將心墻擴(kuò)大1倍，擴(kuò)大心墻漸變段長度取400-500m。黏土防滲體上、下游側(cè)設(shè)反濾層，瀝青混凝土心墻上下游側(cè)設(shè)過渡層。（4）壩體上游坡可采用塊石護(hù)坡，其下設(shè)碎石及礫石墊層。下游坡采用塊石護(hù)坡，下設(shè)碎石墊層。3.4 主壩地基處

30、理 主壩地基左岸為崩積坡積物，最大厚度47m，右岸壩基有3-14m厚洪積土覆蓋層和單薄山脊，中間河床段為砂礫石覆蓋層，深15-28m，壩基巖層為石灰?guī)r，透水性大，平均單位吸水率為3.2升/分，最大可達(dá)100-200升/分。河床段采用砼防滲墻處理，墻頂插入壤土心墻內(nèi)6m，底部穿插入絹云母片巖內(nèi)1m。3.5壩工設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：最大剖面及特征剖面，滲流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算及細(xì)部構(gòu)造。求得壩頂高程后，在開挖后的河谷斷面圖上，可繪出壩頂高程線，與開挖后的岸坡線相交，可得壩頂長度，并用樁號表示出壩頭位置。繼而可得到最大壩高位置和特征剖面位置，并用樁號表示。 滲流計(jì)算是對最大剖面及特征剖面，采用水力學(xué)法計(jì)算單寬滲

31、流量、浸潤線坐標(biāo)，大壩總滲流量，驗(yàn)算壩體滲流穩(wěn)定性。計(jì)算工況可針對穩(wěn)定滲流期（正常蓄水位情況）和校核洪水情況進(jìn)行。 分區(qū)壩穩(wěn)定計(jì)算，首先采用折線法，必要時可采用圓弧法或簡化的畢肖普法予以驗(yàn)算對比。計(jì)算工況針對穩(wěn)定滲流期下游坡、不利水位時上游坡、設(shè)計(jì)或校核洪水時下游坡，及穩(wěn)定滲流期+地震期上下游坡。計(jì)算上述各種情況的最小安全系數(shù)，驗(yàn)算是否滿足規(guī)范要求，不滿足時，應(yīng)修改剖面設(shè)計(jì)或提出改善工程措施。 對壩頂結(jié)構(gòu)、壩坡、排水體、防滲體、壩體與壩基及與兩岸的連接進(jìn)行細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.6地基處理措施 對主壩的壩基進(jìn)行開挖、岸坡削坡、破碎帶處理，壩基防滲等處理措。3.7 付壩設(shè)計(jì) 付壩位于主壩右岸埡口內(nèi)，壩

32、址處地面高程141.0m，埡口底部寬約90m，校核洪水位處約寬230m。表面有8m厚坡積洪積物覆蓋層，覆蓋層底部有順溝方向、高傾角輝綠巖墻，寬約52m。埡口兩岸坡度約1:1.5，均為基巖出露，主要為硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，夾有兩層絹云母巖，沿溝地質(zhì)條件無大差別。付壩宜采用壤土均質(zhì)壩，底部作帷幕灌漿處理，深度約15m。 4 擋水建筑物方案4.1 壩工設(shè)計(jì) 為防止庫水位漫溢壩頂，壩頂在水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高。壩頂超高系指壩頂高于靜水位的高度。（SDJ218-84）規(guī)定，其值按下式計(jì)算：Y=R+e+A （4-1） （4-2）式中： e風(fēng)沿水面吹過所形成的水面升高，即風(fēng)壅水面超出庫水面的高度，m;

33、R自風(fēng)雍水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，m; D水庫吹程，km或m; H沿水庫吹程方向的平均水域深度。初擬時，可近似取壩前水深m; K綜合摩擦系數(shù)，其值變化在（1.55.0）之間，計(jì)算時，取3.610 （ D以km計(jì)）或3.6（ D以m計(jì)）； V計(jì)算風(fēng)速,m/s,正常運(yùn)用情況下的I、II級壩采用V=（1.52.0） （多年平均最大風(fēng)速），本設(shè)計(jì)取2。正常運(yùn)用條件下的、級壩采用V=1. 5，非常運(yùn)用條件下的各級土石壩采用V=; 風(fēng)向與壩軸線的夾角，（ ）；本設(shè)計(jì)取0； A 安全超高，根據(jù)壩的等級和運(yùn)用情況，按表1-11采用。具體計(jì)算分三種情況：4.1.1 正常運(yùn)行情況下 V=2=2*18

34、=36m/s D=2.5km, H=82.8m, 吹程2.5km,該水庫為山區(qū)峽谷水庫，應(yīng)用官廳水庫公式計(jì)算波高 （4-3） 上游壩坡采用干砌石護(hù)坡，坡度取1：2.5。波浪爬高R的計(jì)算 （4-4）式中：h設(shè)計(jì)波高。 h=1.987m; m上游壩坡坡率。 m=2.5； n上游護(hù)坡糙率。干砌石護(hù)面為0.0275；計(jì)算 建筑物等級為二級，查1表1-11，正常情況下A=1.5m,則正常運(yùn)行情況下 此時:186.8+9.08=195.88m 4.1.2 非常運(yùn)行情況下 V= =18m/s D=2.5 H=86.1m采用官廳公式計(jì)算波高h(yuǎn) m =0.003 同樣查（附表1）：非常情況下A=1.0m，則非常

35、運(yùn)用情況下: 190.1+3.813=193.9m 4.1.3 考慮地震影響此種情況下： 地震涌浪加高一般為0.51.5m,本設(shè)計(jì)取1.0m；地震附加沉陷值由于壩址位于8級震區(qū)，取壩高的1%，本設(shè)計(jì)取0.85m；安全加高為1.5m。則 地震安全加高=1+0.85+1.5=3.35m 比較以上三種情況，應(yīng)取最大值，即非常運(yùn)用情況下的194.88m。 壩頂高程已經(jīng)滿足安全需要，不需要設(shè)混凝土防浪墻，壩頂設(shè)0.5m邊墩，滿足正常運(yùn)行情況下的壩頂應(yīng)高出庫內(nèi)靜水位（186.8m）0.5m；非正常情況下應(yīng)高出校核洪水位（190.1m）0.3m的要求。壩高=194.88-104=90.88m。以壩高的1%為

36、預(yù)留沉陷值，則施工高程為 ，取 。4.2 壩頂和上下游護(hù)坡布置 4.2.1 壩頂寬度和上下游坡率擬定 壩頂寬度取決于構(gòu)造要求，施工條件等是否為其他條件所利用。在寒冷地區(qū)壩坡坡率根據(jù)壩體及壩基土砂料的壓實(shí)密度和力學(xué)性質(zhì)通過穩(wěn)定計(jì)算確定，上游壩坡一般 比下游壩坡平緩，特別是砂礫料的滲透系數(shù)小于m/s時，水庫水位降落會形成上游壩體的較高的不穩(wěn)定浸潤線，不利于壩坡穩(wěn)定；還有，如果堆石或砂礫石中還有風(fēng)化顆粒，上游壩殼浸水后，其抗剪強(qiáng)度降低。初設(shè)時，查水工設(shè)計(jì)手冊土石壩上下游坡一般做成變坡的，自上至下逐級放緩。 根據(jù)許多土壩的統(tǒng)計(jì)資料，壩高H滿足 30mH=190.1m，故取=195m，且滿足斜墻頂高出設(shè)

37、計(jì)洪水位0.60.8m的要求。，又=m18m，故取=49.5m。具體見細(xì)部構(gòu)造圖 4.3.2 壩基防滲下游為砂礫石地基，為保證地基滲流穩(wěn)定，控制滲流量，在壩基處設(shè)置黏土防滲墻，與斜墻連成整體。截水槽底部是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，為防止集中滲流，在基沿上澆筑混凝土蓋板，下部與帷幕灌漿連接。防滲墻結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，防滲效果好，如采用大量機(jī)械施工，則可縮短明挖工期，施工質(zhì)量有保證。 4.3.3 帷幕灌漿灌漿后地基滲透系數(shù)可達(dá)cm/s，允許水利坡降J取15，帷幕頂厚，帷幕愈向深處愈薄，應(yīng)穿透強(qiáng)透水帶，其中最大深度約為40m。4.4 排水棱體本設(shè)計(jì)采用棱體排水，棱體排水可降低壩體浸潤線，防止壩坡凍脹，保證坡腳

38、免受尾水沖刷，且對壩坡有支撐作用，增加壩坡穩(wěn)定性。圖見（圖44）棱體頂面應(yīng)高出下游最高水位，超出高度應(yīng)大于波浪爬高，對I、II級壩不小于1.0m，、級壩不小于0.5m，并應(yīng)保證壩體浸潤線位于下游壩面凍層以下。 棱體頂寬根據(jù)檢查、觀測及施工要求確定，不小于1.0m,一般為12m。本設(shè)計(jì)取1.5m。棱體內(nèi)坡由施工條件確定，一般為1：1.01：1.5，本設(shè)計(jì)取1：1.5；外坡根據(jù)壩基抗剪強(qiáng)度和施工條件確定，一般取1：1.51：2.0，本設(shè)計(jì)取1：2。為使?jié)B流逸出坡降分布的更均勻，在棱體上游坡腳處應(yīng)避免出現(xiàn)銳角。 圖4-4 棱體細(xì)部構(gòu)造圖4.5大壩壩長由壩頂高程195m在壩址河谷斷面圖上可得壩長L=1

39、311.8m。在壩軸線上截取5個特征斷面，標(biāo)號為0+92.4，0+246.7，0+761，0+985.2，0+1249.9。壩首標(biāo)號0+000，壩末標(biāo)號0+1311.8=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m，=257.6m，=68.9m。5 滲流計(jì)算5.1 土石壩滲流穩(wěn)定分析 5.1.1 土石壩滲流穩(wěn)定分析的任務(wù) 土石壩剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定分析，可為確定經(jīng)濟(jì)可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是： （1）確定壩體浸潤線和下游逸出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)。 （2）計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫滲漏損失和確定排水體尺寸。 （

40、3）計(jì)算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。5.1.2 滲流分析的工況 滲流計(jì)算時，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，一般計(jì)算下列幾種工況： （1）穩(wěn)定滲流期： 上游正常蓄水位為186.8m,相應(yīng)下游最低水位為104.0m。此時壩體內(nèi)滲流坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； （2）設(shè)計(jì)洪水位 上游設(shè)計(jì)洪水位為186.8m，相應(yīng)下游最高水位為104.0m。此時壩內(nèi)浸潤線高，滲流量大。 （3）校核洪水位 上游校核洪水位為190.1m，相應(yīng)下游最高水位為104.0m。此時壩內(nèi)浸潤線最高，滲流量最大。 5.1.3滲流計(jì)算假定 （1）本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，基本假定如下：壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在各

41、方向上的滲透系數(shù)K相同，且為常數(shù)。滲流為二元穩(wěn)定層流，滲流運(yùn)動符合達(dá)西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降）。滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的坡降和流速相同。 （2）滲流計(jì)算假設(shè)：1)不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；2)由于砂石料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會形成逸出高度；3)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(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)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(shí)際上不會形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時假定浸潤線末端為壩址。5.1.4滲流計(jì)算方法選擇水力學(xué)方

42、法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，應(yīng)用達(dá)西定律近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。計(jì)算見圖見下圖：斜墻與截水槽的單寬滲流量為： (T=0) （51）圖5.1 滲流計(jì)算簡圖斜墻與截水槽下游壩體與壩基的單寬滲流量為： () （52）式中：分別為防滲體、壩殼材料的滲透系數(shù)；斜墻的平均厚度，m；斜墻的傾角，（）；由水流連續(xù)條件聯(lián)立求解式（39）與（310）可求得墻后滲水深 （53）將h代人上式即可求得q。 墻后浸潤線方程 總滲流量計(jì)算時，一般是根據(jù)地形和地基透水層分布情況，將壩體沿壩軸線分成若干曲邊壩段：先計(jì)算各壩段交界處的壩體單寬滲流量，然后按下式計(jì)算全壩

43、的總滲流量： （54） 式中：各壩段長度，m； 各壩段交界處的壩體單寬滲流量，。5.1.5 滲流計(jì)算公式和任務(wù)滲流計(jì)算時，根據(jù)壩體開挖線示意圖確定5個特征斷面，并根據(jù)比例關(guān)系確定已知數(shù)據(jù)，如等，然后運(yùn)用公式（5-1）、（5-2）、（5-3）進(jìn)行運(yùn)算，最后運(yùn)用公式（5-4）確定總滲流量。5.2主壩5.2.1穩(wěn)定滲流期黏土斜墻土料滲透系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度 斜墻的平均坡角=24.2計(jì)算斷面之間各壩段長度=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m， =257.6m，=68.9m（1） 最大剖面2-2斷面已知：黏土斜墻土料滲透系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度下游坡坡率斜

44、墻的平均坡角=24.2L=154.3m，=186.8m則墻后滲水深h為=7.03m將h代入單寬滲流量公式可得q墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計(jì)算方法同上Q=0.03壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規(guī)范要求。表5-1 穩(wěn)定滲流期格剖面滲流計(jì)算表5.2.2 校核水位下滲流計(jì)算計(jì)算方法同穩(wěn)定滲流期，選最大剖面2-2為例黏土斜墻土料滲透系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2L=154.3m，=190.1m則墻后滲水深h為=7.16m將h代入單寬滲流量公式可得q 墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計(jì)算方法同上，詳見表5-2。 Q=0.03壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規(guī)范要求。5.

45、3 付壩5.3.1 穩(wěn)定滲流期黏土斜墻土料滲透系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度 斜墻的平均坡角=24.2計(jì)算斷面之間各壩段長度=62.7m，=52.6m，=62.7m，=72.3m， (1)最大剖面2-2斷面已知：黏土斜墻土料滲透系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2L=70.7m，=186.8m則墻后滲水深h為=5.20m將h代入單寬滲流量公式可得q墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計(jì)算 計(jì)算方法同上，計(jì)算過程見表5-4.總滲流量Q=0.01，壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規(guī)范要求。5.3.2 校核水位下滲流計(jì)算計(jì)算方法同穩(wěn)定滲流期，選最大剖面2-2為例黏土斜墻土料滲透

46、系數(shù)壩體砂卵石滲透系數(shù)斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2L=70.7m，=190.1m則墻后滲水深h為=5.29m將h代入單寬滲流量公式可得q 墻后浸潤線方(3) 其他特征剖面計(jì)算方法同上，詳見表5-3。(4) 表5-3 校核水位下各特征剖面滲流計(jì)算表 Q=0.01壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規(guī)范要求。表5-1 主壩校核水位下各特征剖面滲流計(jì)算表樁號KoK&sinaL0+92.41.00E-081.00E-0416.370.4192.40+246.71.00E-081.00E-0426.50.41154.30+7611.00E-081.00E-0425.4250.41514.30+985.21.00E-081.00E-0419.510.41224.30+1242.91.00E-081.00E-0411.830.41257.60+1311.81.00E-081.00E-040.4168.9H1hqh*1E-1Q190.17.05 2.69E-0549.68 0.03 190.17.16 1.66E-0551.25 190.113.32 1.72E-05177.