水庫擋水壩畢業(yè)設(shè)計

1、本科生課程設(shè)計任務(wù)書20132014學(xué)年夏季學(xué)期 水利與土木工程 學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè) 課程設(shè)計名稱： 水工建筑物課程設(shè)計 設(shè)計題目： 溫泉水庫樞紐擋水壩初步設(shè)計 （2-6） 完成期限：自 2014 年 7 月 15 日至 2014 年 7 月 26 日，共 2 周 1樞紐概況本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成6000070000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長條件。同時為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補充水源。水庫樞紐主要建筑物有擋水壩、溢洪道、引水管等。2.

2、 設(shè)計要求根據(jù)所給資料進行樞紐工程設(shè)計，要進行設(shè)計構(gòu)思、方案論證、計算分析、編制工程圖、編制畢業(yè)設(shè)計說明書等。各階段要求詳見課程設(shè)計指導(dǎo)書。3. 設(shè)計內(nèi)容（1）樞紐布置，包括樞紐方案選擇，大壩的平面布置。（2）擋水壩的剖面和構(gòu)造設(shè)計（3）擋水壩的滲流設(shè)計（4）擋水壩的穩(wěn)定設(shè)計4. 設(shè)計成果及要求（1）計算說明書一份，字數(shù)不應(yīng)少于1萬字。（2）CAD繪制A2號圖紙一張：在地形圖上繪制樞紐平面布置圖，在地質(zhì)剖面圖上繪制下游立視圖，交電子版圖紙。手繪1號圖紙一張：大壩典型剖面圖，細部結(jié)構(gòu)圖23個（項目自定），比例尺自定。5主要參考文獻（1）碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）. 北京：中國水

3、利水電出版社，2002（2）林繼鏞主編. 水工建筑物（第四版）. 北京：中國水利水電出版社，2006指導(dǎo)教師（簽字）： 系主任（簽字）： 批準日期： 2014年 6月 25日目錄1設(shè)計基本資料311 樞紐概況312 流域概況313 樞紐任務(wù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)3131 特征水位3132 防洪標準與安全泄量314 自然條件4141 地形4142 地質(zhì)4143 水文氣象515 建筑材料616 其它資料7161 外來材料7162 交通7163 施工動力、勞動力情況72樞紐布置721 工程等別及建筑物級別7211 水庫樞紐建筑物組成8212 工程規(guī)模822 壩址及壩型的選擇9221 壩址的選擇9222 壩型選擇

4、9223 泄水建筑物型式的選擇923 樞紐建筑物的平面布置103壩工設(shè)計1031 壩型選擇1032 壩體斷面設(shè)計11321 壩頂寬度11322 壩底高程11323 壩坡與馬道11324 壩頂高程12325 防滲設(shè)施16326 排水設(shè)施174擋水壩滲流計算1841 單寬滲流量計算1842 總滲流量計算265穩(wěn)定計算2551 基本原理與計算方法2552 安全系數(shù)試算261設(shè)計基本資料11 樞紐概況本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成6000070000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小

5、氣候，改善周邊植物生長條件。同時為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補充水源。水庫樞紐主要建筑物有擋水壩、溢洪道、引水管等。12 流域概況白家疃溝發(fā)源于京郊香山北麓，自南而北流經(jīng)海淀區(qū)溫泉鎮(zhèn)，為溫榆河水系之南沙河的支流，流域面積4.2km。擬建的溫泉水庫壩址位于溫泉鎮(zhèn)白家疃村南、白家疃溝出山口的河道狹窄處。距溫（泉）頤（和園）公路約1.5km，有簡易公路相通。工程區(qū)距中關(guān)村科技開發(fā)區(qū)約15km，距上地科技園區(qū)約10km，距頤和園亦僅13km，水庫上游及下游均有密集的住宅區(qū)。壩址以上主溝長2.95km，流域面積2.90km2，溝底平均坡降11.3%。13 樞紐任務(wù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程

6、建成后，可以形成6000070000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長條件。同時為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補充水源。水利樞紐經(jīng)過可行性研究，提出如下參數(shù)作為建筑物設(shè)計依據(jù)。131 特征水位表1-1水庫特征水位正常蓄水位98.00m設(shè)計洪水位（2%）99.7m校核洪水位（0.5%）100.0m注：下游無水132 防洪標準與安全泄量考慮到工程特點及工程區(qū)下游現(xiàn)狀和未來的發(fā)展，設(shè)計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇。表1-2 防洪標準與安全泄量洪水標準洪水流量安全泄量

7、50年一遇（P=2%）77m3/s50200年一遇（P=0.5 %）100m3/s6014 自然條件141 地形工程區(qū)位于九龍山碧云寺向斜東北翼。在微地貌上處于山前過渡區(qū)，相對高度20100m。庫區(qū)左岸為沖積洪積堆積階地，階面由北向南逐漸抬升，高程自左壩頭至庫尾由100m遞升至120m，平均坡比0.056。庫盤區(qū)為河漫灘。壩址位于溝口河道狹窄處，溝底河道寬約35m，高程84.50m。142 地質(zhì)（1）水庫區(qū)工程地質(zhì)條件 水庫區(qū)為一由西北方向（壩前）向東南方向漸擴的扇形谷地，北、東、南三面環(huán)山，相對高差2080m，西面為山前堆積階地，相對高差1015m。庫區(qū)內(nèi)第四紀沖積洪積層廣為分布，厚度在15

8、m以上，水庫的北、東、南三面及庫盆下，基巖均為石炭二疊系或二疊系地層，透水性弱。西面廣泛分布的洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，以及壩下沉積的粉質(zhì)粘土、漂石夾粉質(zhì)粘土層，是未來滲漏的主要設(shè)防地段，也是影響大壩安全的主要因素。淹沒損失小，無浸沒及大的庫岸穩(wěn)定和淤積問題。 在地質(zhì)構(gòu)造上，處于九龍山碧云寺向斜東北翼端部的轉(zhuǎn)折端?；鶐r內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，但未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造，區(qū)域穩(wěn)定性好。 基巖中分布有裂隙潛水。第四系松散層中有孔隙潛水，水面埋深13.4015.5m，其補給來源為大氣降水及山區(qū)基巖裂隙水，其排泄流向基本上與河道流向一致。（2）壩址工程地質(zhì)條件 壩址區(qū)呈“U”形河谷，谷底寬約35m，高程84.5

9、0m。上部（高程100m處）寬約120m，主河道由南向北流經(jīng)庫區(qū)后，改向為由南東向北西方向穿過壩址。谷底沉積有深達19.60m的第四系沉積層。左壩頭亦為山前沖積洪積階地沉積物。右壩頭為古生代二疊紀板巖，其產(chǎn)狀為傾向南，傾角50°。未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造。 板巖為黃綠色，主要成分為粘土礦物，含白云母、絹云母和綠泥石等變質(zhì)礦物，節(jié)理、板理發(fā)育，裂隙面上有氧化鐵薄膜，裂隙中有紅色粘土充填。露頭巖石呈強風(fēng)化。經(jīng)分析和鉆探資料證實，壩基覆蓋層下基巖亦為板巖。壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等，其中的孔隙潛水水面埋深13.5m。巖性在水平方向和垂直方向均存在明顯的交替、穿插，

10、透水性變化較大。對分布于壩基和左壩頭的覆蓋層，需采取可靠有效的防滲措施，方能確保大壩安全和水庫的正常運轉(zhuǎn)。143 水文氣象流域內(nèi)無水文測站和氣象站?？蓞⒄战梃b的頤和東閘站和昌平站，至水庫的直線距離分別為12km和20km。（1）河流水文特性：白家疃溝為間歇性河流，除遇較大降雨時溝中有徑流外，一般均為干溝。根據(jù)北京市山區(qū)水文資料，流域多年平均降水量640mm，多年平均徑流深為240mm（相應(yīng)多年平均年徑流量為69.6´104m3）。代表性水文年的年徑流量如表1-3所列。表1-3 代表性水文年的年徑流量代表性水文年豐水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年徑流量(m3

11、)91.4´10455.1´10430.5´104（2）洪水：歷史資料說明，洪水多發(fā)生在78月，洪水過程多為單峰型，一次洪水歷時不超過15h。設(shè)計洪水過程線見表1-4。表1-4 典型洪水過程線時段（天）00.51.01.523456流量（m3/s）017.377.055.038.625.218.814.211.2（3）庫水位與面積、庫容關(guān)系見表1-5。表1-5 水庫高程與面積、庫容關(guān)系高程(m)面積(m2)庫容(m3)86785461873001235488724974798911715169619017975318069120768511779226279747

12、01933239010403594343011373819538294173678964408621486897468982603609851246309432（4）氣候條件據(jù)現(xiàn)有資料，工程區(qū)屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候，多年平均氣溫11.7°C。多年平均陸面蒸發(fā)量450mm。（5）泥沙壩址以上流域面積內(nèi)，林木茂密，植被良好，水土流失較輕。（6）蒸發(fā)流域內(nèi)多年平均陸面蒸發(fā)量為450mm。根據(jù)北京市水文手冊資料，按20cm口徑蒸發(fā)器測量庫區(qū)內(nèi)多年平均水面蒸發(fā)量為1950mm。（7）其它洪水期多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速v=20m/s，吹程D=400m，風(fēng)向垂直上游壩面。凍土深1.0m。壩頂

13、交通要求通行單行道（7m）。壩、庫區(qū)基本地震烈度為6°。15 建筑材料壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等。土壩心墻或斜墻所需粘土料，可滿足要求。水庫西面廣泛分布著洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，料場位于上游左岸1km，交通方便，可利用的碎石儲量可達120萬 m3左右。粘土料顆粒組成見表1-6：表1-6 粘土顆粒組成粒徑20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm<0.005合計含量（）2.069.202.0335.451.3100各種材料的物理力學(xué)性質(zhì)見表7。表1-7 各種材料物理力學(xué)性質(zhì) 土料特性粘土砂礫石、碎石鋼筋混凝土比重2.702.

14、64干土容重（kN/m3）16.6619.6天然容重（kN/m3）19.520.6浮容重（kN/m3）10.4912.35含水量17%塑性指標11滲透系數(shù)（cm/s）5×10-6壩身5×10-3壩基1×10-33.7×10-7內(nèi)摩擦角水上22° 水下19°水上35° 水下32°凝聚力c（kN/m2）水上16.52水下13.72 16 其它資料161 外來材料工程使用的主材水泥、鋼材等，均可市購。其他生活、生產(chǎn)資料，均可由當(dāng)?shù)夭少彙?62 交通工程場區(qū)位于白家疃村南1.0km，距溫（泉）頤（和園）干線公路1.5km，

15、且有簡易公路通過壩址和庫區(qū)（其中有0.5km公路需在工程建設(shè)前改線建設(shè)）。163 施工動力、勞動力情況施工用水（僅限于攪制混凝土和生活用水）由當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)供給。施工用電直接接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，只增加一臺變壓器與相應(yīng)數(shù)量的控制開關(guān)即可。當(dāng)?shù)赜泻芏嚅e散勞動力。 2樞紐布置21 工程等別及建筑物級別211 水庫樞紐建筑物組成根據(jù)水庫樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：擋水壩、溢洪道、引水管等。212 工程規(guī)模樞紐布置應(yīng)做到安全可靠，經(jīng)濟合理，施工互不干擾，管理運用方便。根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準以及該工程的一些指標確定工程規(guī)模如下：表2-1 水利水電工程分等指標注：1、水庫總庫容指水庫最高水位以

16、下的靜庫容；2、治澇面積和灌溉面積均指設(shè)計面積。表2-2 永久性水工建筑物級別根據(jù)擬設(shè)計樞紐的工程規(guī)模以及在國民經(jīng)濟有關(guān)部門的重要性進行分等分級。樞紐等別根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（DL/T 53952007，后簡稱規(guī)范）中五項指標中最大的一項確定，建筑物的級別根據(jù)規(guī)范相應(yīng)確定。本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成6000070000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長條件。同時為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補充水源。由于蓄水面積在0.0010.01 ×108

17、m3范圍內(nèi)，但以景觀為主，兼有補充水源的作用，故工程規(guī)模屬小(1)型，工程等別為等，本樞紐中的主要建筑物，除擋水建筑物為4級水工建筑物，溢洪道、灌溉渠道、水庫放空隧洞為5級水工建筑物，次要建筑物筏道為5級水工建筑物。22 壩址及壩型的選擇221 壩址的選擇規(guī)范要求壩軸線應(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)多方案的綜合技術(shù)經(jīng)濟比較確定。本工程壩址位于溝口河道狹窄處，溝底河道寬約35m，高程84.50m。222 壩型選擇 壩型選擇關(guān)系到整個地形的工程量、投資的工期，除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形地質(zhì)條件、氣候條件、

18、施工條件、壩基處理方案、抗震要求等各種因素進行研究比較，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟上合理的壩型本工程場區(qū)位于白家疃村南1.0km，距溫（泉）頤（和園）干線公路1.5km，且有簡易公路通過壩址和庫區(qū)（其中有0.5km公路需在工程建設(shè)前改線建設(shè)），交通較便宜。但從外運入筑壩材料，工程投資將會有所增加，重力壩需要大量混凝土或漿砌石材料，不能利用地基開挖的材料，且材料造價較高，因此不采用重力壩；拱壩對地質(zhì)和地形要求較高，本工程壩軸位置地形不對稱，如采用拱壩，設(shè)計施工十分復(fù)雜，因此不宜選擇拱壩；壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等，土壩心墻或斜墻所需粘土料均可滿足要求，可就地取材，水庫西

19、面廣泛分布著洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，料場位于上游左岸1km，交通方便，且在所有的壩型中，土石壩由于基礎(chǔ)面積較大，承擔(dān)的應(yīng)力較低，對地基要求低,所以選擇土石壩。 223 泄水建筑物型式的選擇泄水建筑物的布置和結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件和泄洪規(guī)模、水頭大小和防沙要求等綜合比較后選定。本工程中的土石壩可以采用岸邊溢洪道進行泄水。土石壩常采用正槽式溢洪道，即泄水槽與堰上水流方向一致，水流平穩(wěn)，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠，適用于各種水頭和流量。根據(jù)樞紐布置原則，樞紐中的泄水建筑物應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟合理、施工互不干擾、管理運用方便。樞紐布置應(yīng)滿足以下原則： 樞紐中的泄水建筑物應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范的

20、運用條件和要求。選擇泄洪建筑物形式時，宜優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物。泄水引水建筑物進口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護措施，當(dāng)有平行壩坡方向的水流可能會沖刷壩坡時，壩坡也應(yīng)有防護措施。應(yīng)確保泄水建筑物進口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流從刷下游壩坡時，應(yīng)比較調(diào)整尾水渠和采取工程措施保護壩坡腳的可靠性和經(jīng)濟性，可采取其中一種措施，也可同時采用兩種措施。對于多泥沙河流，應(yīng)考慮布置排沙建筑物，并在進水口采取放淤措施。溢洪道應(yīng)選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實和地下水位較低的地點，宜選用地質(zhì)條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤

21、泥質(zhì)土和粉砂、細砂地基，必要時應(yīng)采取妥善處理措施。23 樞紐建筑物的平面布置擋水建筑物：土石壩按直線布置在壩址上。泄水建筑物：開敞式正槽溢洪道布置在大壩右側(cè)。3壩工設(shè)計31 壩型選擇規(guī)范指出，影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形與地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。通過對各種因素進行比較，選定技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理的壩型。上述因素中相對而言，地質(zhì)條件、可用的建筑材料及費用估算更為重要。心墻壩的心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基

22、結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；使其因壩主體的變形而產(chǎn)生裂縫的可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對小，粘土心墻冬季施工時暖棚跨度比斜墻小。移動和升高較便利。而斜墻壩由于抗剪強度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量相對較大。斜墻歲霸體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接較困難。本工程中場區(qū)土料滿足心墻壩的筑壩所用，且便于設(shè)計計算和施工，因此采用心墻壩。32 壩體斷面設(shè)計321 壩頂寬度根據(jù)交通及運用要求確定壩頂寬度。高壩（壩高>70m）不小于10-15m；中、低壩不小于5-10m；小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則（SL189-96）建議：壩高30m以下的4、5級壩其壩頂寬

23、度可取3-6m。本工程要求壩頂交通要求通行單行道（7m），故壩頂寬度確定為7m。322 壩底高程地基覆蓋層表層為卵礫石，需進行清除。根據(jù)壩址工程地質(zhì)剖面圖，可知卵礫石覆蓋層深度約為1m，。清基后壩底高程為83.5m。323 壩坡與馬道（1）壩坡坡度表3-1 上下游邊坡比壩高(m)上游下游<101：21：2.51：1.51：210201：2.251：2.751：21：2.520301：2.51：31：2.251：2.75>301：31：3.51：2.51：3根據(jù)資料，本工程土石壩高度在1020m范圍內(nèi)，故定上游壩坡取1：2.5 ，下游壩坡1：2.25。（2）護坡規(guī)范要求壩表面為土、砂

24、、砂礫石等材料時應(yīng)設(shè)專門護坡，本工程土石壩選用砌石護坡，單層砌石石塊直徑選為0.20.35m，下面墊0.150.25m的碎石或礫石。根據(jù)規(guī)范護坡的覆蓋范圍應(yīng)按以下要求確定：1、上游面上部應(yīng)由壩頂算起，如設(shè)防浪墻時應(yīng)與防浪墻連接：下部至死水位以下不宜小于2.50m，對4級、5級壩可減至1.50m，最低水位不確定時應(yīng)至壩腳。2、下游面應(yīng)由壩頂至排水棱體，無排水棱體時應(yīng)至壩腳。因此，本工程土石壩上游面護坡選為單層直徑為0.3m左右的漿砌石，下面墊0.2m厚的碎石，下部至壩腳；下游面選為單層直徑為0.3m的干砌石，下部至排水棱體。（3）馬道馬道的設(shè)計應(yīng)考慮壩型、壩高、壩體及壩基土石的性質(zhì)與其密實度、壩

25、體所承受的荷載以及壩的施工和運用條件等因素擬定壩坡或根據(jù)經(jīng)驗擬定等。如果需要設(shè)置馬道應(yīng)在上下游變坡處設(shè)置。規(guī)范規(guī)定，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和均質(zhì)壩上游坡宜少設(shè)馬道。一般在下游坡每隔10m30m設(shè)置一條馬道，根據(jù)目前壩的發(fā)展，上游壩坡除觀測需要外，已趨向不設(shè)馬道，下游壩坡也趨向于不設(shè)和少設(shè)馬道。本工程土石壩為1020m的低壩，故上游不設(shè)馬道，下游1/2高度處設(shè)一寬度為2m的馬道，且于馬道內(nèi)側(cè)設(shè)一排水溝，坡度不變。圖3-1 壩坡尺寸示意圖324 壩頂高程根據(jù)壩頂高程在地形圖上沿壩軸線選取最大高度的土壩斷面進行設(shè)計。根據(jù)已給的洪水位，考慮風(fēng)浪及安全加高等，確定壩頂及防浪墻頂高程等。壩頂高程或壩頂上游防浪墻

26、頂?shù)母叱贪聪率接嬎?，并選用較大值：壩頂高程 =設(shè)計洪水位+正常運用條件的 =校核洪水位+非常運用條件的壩頂靜水位超高值：式中： 波浪在壩坡上的設(shè)計爬高，m；風(fēng)壅水面高度，m，即風(fēng)壅水面超出原庫水位的高度；安全加高，m，根據(jù)壩的級別按規(guī)范選取。 計算詳見表3-4。（1）安全加高表3-1 安全加高A值工況壩的級別1級2級3級4、5級設(shè)計、正常1.51.00.70.5校核0.70.50.40.3本工程土石壩壩的級別為5級，則正常使用工況和設(shè)計工況的安全加高A=0.5m，校核工況的安全加高A=0.3m。（2）風(fēng)壅水面高度式中：K綜合摩阻系數(shù)，?。籿計算風(fēng)速， 5級壩在正常運用條件下，采用多年平均離地面

27、10m高的最大風(fēng)速的1.5倍；非常運用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速，離地面10m高的最大風(fēng)速為20.0m/s；D風(fēng)區(qū)長度，為400m；計算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，風(fēng)向垂直上游壩面，即為0o；Hm水域平均水深，取壩前水深H的2/3。 表3-2 風(fēng)壅水面高度計算表格項目設(shè)計洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0壩前水深H/m16.216.5平均水深Hm/m10.811.0風(fēng)壅水面高度e/m正常運用x10-3/m6.12非常運用x10-3/m2.67（3）波浪平均波高和波長的計算莆田公式：v計算風(fēng)速， 5級壩在正常運用條件下，采用多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速的1.5倍；非常運用條件下，采用

28、多年平均年最大風(fēng)速，離地面10m高的最大風(fēng)速為20.0m/s；本設(shè)計采用累計頻率5時的平均波高，查規(guī)范得：。計算詳見表3-3。 （4）平均波浪爬高的計算 式中：平均波浪爬高，m； 單坡的坡度系數(shù)，為2.5； 斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護面類型為砌石，?。唤?jīng)驗系數(shù)，查表得到。本設(shè)計采用累計頻率5時的平均爬高，查規(guī)范得：計算詳見表3-3。表3-3 波浪爬高計算表項目設(shè)計洪水位（正）校核洪水位（非）高程/m99.70100.00壩前水深H/m16.2016.50v/gH2.381.57Kv1.1411.023平均波長Lm/m9.756.26平均波高hm/m0.320.20頻率波高hp/m0.620.

29、39平均爬高Rm/m0.580.33頻率爬高Rp/m1.070.61表3-4 壩頂高程計算表項目設(shè)計洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0波浪爬高R/m1.070.61風(fēng)壅水面高度e/m6.12×10-32.67×10-3安全加高A/m0.50.3h/m1.580.91壩頂高程/m101.28100.91由計算表格可知，壩頂高程應(yīng)不小于101.28 m。所求壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定以后的數(shù)值。竣工時的壩頂高程應(yīng)有足夠的預(yù)留沉降值，約占壩高的0.2%0.4%。 則計入沉降量，可得竣工高度為101.3×(1+0.4%)=101.7（m）綜上，壩頂高程取101.3m

30、，壩高為17.8m。（5）防浪墻規(guī)范指出，壩頂上游側(cè)可設(shè)防浪墻，墻頂一般高于壩項100m120m。防浪墻應(yīng)與防滲體緊密結(jié)合。防浪墻應(yīng)堅固不透水，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、強度計算確定，并應(yīng)設(shè)置伸縮縫，做好止水。本工程在壩頂設(shè)置高為1.00m、寬為0.4m的混凝土防浪墻，其下部與心墻相接。325 防滲設(shè)施（1）壩體防滲：各種防滲體的比較；本工程選用黏土心墻。心墻位于霸體中央或稍偏向上游，有透水性很小的粘性土筑成，土料可就地取材。尺寸設(shè)計根據(jù)規(guī)范有如下要求：頂部高程：心墻頂部在靜水位以上的超高，在正常運用情況下不小于0.30.6m，非正常運用情況下不得低于非正常運用的靜水位。當(dāng)防滲體頂部設(shè)有穩(wěn)定、堅固

31、、不透水且與防滲體緊密結(jié)合的防浪墻時，可將防滲體頂部高程放寬至正常運用的靜水位以上即可。本工程選為100m。頂部厚度：按構(gòu)造和施工要求部的小于1.03.0m，本工程選為2.0m。底部厚度：根據(jù)防滲要求及涂料的允許滲透坡降決定，一般不小于水頭的1/4且不得小于3.0m。取下游無水工況，底部厚度:d21/4×(101.3-83.5)=4.45(m)本工程選為8.0m。邊坡坡度：通常采用1：0.150.25。驗算坡度，m=(8-2)/2×(100-83.5)=0.18滿足要求。砂性土保護層：厚度應(yīng)大于冰凍或干裂深度，通常不小于1.0m，本工程中為1.2m，上部碎石厚0.70m，下

32、部礫石石厚0.50m。（2）壩基防滲：各種防滲措施選擇；壩基地質(zhì)條件為：壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等（壩坡砂性土可采取較陡值），其中的孔隙潛水水面埋深13.5m。巖性在水平方向和垂直方向均存在明顯的交替、穿插，透水性變化較大。對分布于壩基和左壩頭的覆蓋層，需采取可靠有效的防滲措施，方能確保大壩安全和水庫的正常運轉(zhuǎn)。垂直防滲措施，可根據(jù)工期及所采用的施工機械采用截水槽、防滲墻和灌漿帷幕等措施，并參照下列原則選用：1、砂礫石層深度在20m以內(nèi)時，宜采用明挖回填黏土截水槽。超過20m時經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，也可采用明挖回填黏土截水槽。2、砂礫石層深度在80m以內(nèi)時，可采用混凝土防

33、滲墻。超過80m時，經(jīng)論證也可采用混凝土防滲墻。3、根據(jù)砂礫石層性質(zhì)和厚度，也可分段分層采用不同措施。由于本工程土石壩壩頂高度為17.8m，屬于低壩，從構(gòu)造和施工量等因素考慮，壩基防滲采用混凝土防滲墻。（壩高在70m以上者為高壩，壩高在3070m之間者為中壩，低于30m者為低壩）防滲墻頂部和底部是防滲的薄弱部位，應(yīng)慎重處理。凝土防滲墻設(shè)計應(yīng)遵守下列原則：1、防滲墻厚度應(yīng)根據(jù)壩高和施工條件確定，一般取0.60.8m。2、當(dāng)混凝土防滲墻與土體為插入式連接方式時，混凝土防滲墻項應(yīng)作成光滑的楔形，插入土質(zhì)防滲體高度宜為1/10壩高，低壩不應(yīng)低于2m。在墻項宜設(shè)填筑含水率略大于最優(yōu)含水率的高塑性土區(qū)。3

34、、墻底一般宜嵌入弱風(fēng)化基巖0.5m1.0m。對風(fēng)化較深或斷層破碎帶應(yīng)根據(jù)其性狀及壩高予以適當(dāng)加深。本工程選定混凝土防滲墻厚度為0.8m，墻頂插入防滲體高度為2.0m，墻底插入巖基深度為1.0m。在上游44m處修建防滲墻。（3）壩身與壩基、岸坡及其它建筑物連接的接觸防滲。壩身與壩基、岸坡的防滲：壩斷面范圍內(nèi)清除壩基和岸坡上的草皮、樹根、表土和廢料，并把壩基表面的土壓實，壩基與土石壩下游接觸部位設(shè)置反濾層。岸坡應(yīng)該平順，并要在施工期保持穩(wěn)定。心墻與基巖連接時，應(yīng)把巖基開挖至相對不透水的新鮮或弱風(fēng)化帶上，并使巖面平整，對裂縫應(yīng)用混凝土或砂漿封堵。壩身與其它建筑物的防滲：壩體與其它建筑物連接時，防止接

35、觸面的集中滲流，因不穩(wěn)定沉降產(chǎn)生的裂縫，以及水流對上游壩坡和壩腳的沖刷危害影響。反濾層每層的厚度應(yīng)根據(jù)材料的級配、料源、用途、施工方法等綜合確定。本工程采用三層反濾，厚度分別為0.25m、0.15m、0.15m。326 排水設(shè)施本工程土石壩采用棱體排水。根據(jù)規(guī)范，棱體排水設(shè)計應(yīng)遵守下列規(guī)定：1、頂部高程應(yīng)超出下游最高水位，超過的高度，1級、2級壩不應(yīng)小于10m，3級、4級和5級壩不應(yīng)小于0.5m，并應(yīng)超過波浪沿坡面的爬高。2、頂部高程應(yīng)使壩體浸潤線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結(jié)深度。3、項部寬度應(yīng)根據(jù)施工條件及檢查監(jiān)測需要確定，其最小寬度不宜小于1.0m。4、棱體內(nèi)破根據(jù)施工條件決定，一般為1：

36、1.01.5，外坡取為1：1.52.0，棱體與壩體及土質(zhì)地基之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。應(yīng)避免在棱體上游坡腳處出現(xiàn)銳角。 本設(shè)計選定棱體排水的寬度為1.0m，高度為1.0m，內(nèi)坡為1：1.5，外坡為1：2.0。 壩體剖面圖14.540.3圖3-2 心墻土石壩壩體剖面圖 4擋水壩滲流計算41 浸潤線計算 有截水墻的心墻土石壩通過壩體及壩基的滲流量q及墻后滲流水深h2由下列方程組計算： Les=0.44T+Ls+1-滲流通過截水墻的水頭損失為：h=（H1-h2）*Ls/Les式中符號見圖4-1。 圖4-1 有截水墻的土石壩的心墻土石壩計算有限深透水地基上有截水墻（截水槽、混凝土防滲墻、板樁或灌漿帷幕等）的

37、土壩滲流，截水墻可用相當(dāng)于不透水的底板（或鋪蓋）的等效長度來代替。到不透水層的完整截水墻，等效長度由下式確定：本工程中：下游無水，H2=0，偏安全取L1=L=40.3m；H1壩前水深，H1=14.5m，心墻頂部寬度，=2.0m，心墻底部寬度，=8.0m，防滲墻厚度，=0.8m ，T透水層深度，k防滲墻滲透系數(shù)，k=3.7×10-7，k0壩基滲透系數(shù)，k0=1×10-3，k1心墻滲透系數(shù)，k1=5×10-6，k2壩身滲透系數(shù)，k2=5×10-3。求解： 取=0.00037 Ls=/=0.8/0.00037=2162.2(m)Les=0.44T+Ls+1-=

38、0.44×19.6+2162.2+8-2=2176.8（m）原一元二次方程可改寫為其中； ； C=-k1H12/ (0+1)+k0TH1/Les。 表4-1 三個水位的滲流量計算正常蓄水位時設(shè)計洪水位時校核洪水位時滲透層厚度T/m19.9419.9419.94壩前水深H/m98.0099.70100.00A6.25E-076.25E-076.25E-07B4.15E-064.15E-064.15E-06C-2.38E-06-2.80E-06-2.87E-06墻后滲流水深h2/m0.530.620.63單寬滲流量q/m3s-12.33E-062.74E-062.81E-06浸潤線方程：

39、式中： T透水層深度，k防滲墻滲透系數(shù)，k=3.7×10-7，k0壩基滲透系數(shù)，k0=1×10-3，k2壩身滲透系數(shù)，k2=5×10-3,h2墻后滲流水深， q單寬流量。得浸潤線方程：(1) 正常蓄水位時：x=-10.73y2-85.58y+48.37表4-2 浸潤線上的點（1）x013.426.940.3y0.530.390.240.09(2) 設(shè)計洪水位時：x=-9.12y2-72.77y+50.78表4-3 浸潤線上的點（2）x013.426.940.3y0.620.480.320.14(3) 校核洪水位時：x=-8.90y2-70.96y+48.24表4-

40、4 浸潤線上的點（3）x013.426.940.3y0.630.460.290.11 42 總滲流量計算計算土石壩總滲流量時，可根據(jù)地形、地質(zhì)變化及壩體防滲、排水的情況，把土石壩沿長度方向分為若干段，計算出每個斷面的單寬滲流量，然后按下式計算全壩的總滲流量：式中：q1，q2，qn斷面1，2，n的單寬滲流量； l1，l2，ln+1相鄰兩斷面之間的距離。分區(qū)情況見圖4-3，q0左側(cè)部分水深較低，忽略不計。(1)正常蓄水位的滲流計算 圖4-3 土石壩總滲流量計算圖（1）表4-1 穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計算表（1）編號123樁號0+68.800+101.280+122.87心墻厚度1/m3.317.48

41、7.24有效長度Les/m2174.942177.50 2173.97L/m15.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m1.6114.0512.40A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-1.97E-07-2.21E-06-1.52E-06墻后滲流水深h2/m0.0210.5250.497單寬滲流量q/m3s-11.94E-072.17E-061.49E-06注：表中A、B、C均為關(guān)于h2的二元一次方程系數(shù)，；C=-k1H12/ (0+1)+k0TH1/Les。由下列公式計算總滲流量如

42、表4-2所示：表4-2 土石壩總滲流量計算表（1）編號1234滲流量q/m3s-11.94E-072.17E-061.49E-060斷面間距l(xiāng)/m11.3432.4821.6026.52（qn-1+qn）ln/ m3s-12.20E-067.67E-057.91E-053.96E-05總滲流量Q/ m3s-19.88E-05(2)設(shè)計洪水位的滲流計算圖4-4 土石壩總滲流量計算圖（2）表4-3 穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計算表（2）編號123樁號0+68.800+101.280+122.87心墻厚度1/m3.317.487.24有效長度Les/m2174.942177.50 2173.97L/m15

43、.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m3.3115.7514.10A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-4.57E-07-2.62E-061.86E-06墻后滲流水深h2/m0.0490.6130.596單寬滲流量q/m3s-14.52E-072.56E-061.83E-06表4-4 土石壩總滲流量計算表（2）編號1234滲流量q/m3s-14.52E-072.56E-061.83E-060斷面間距l(xiāng)/m40.4932.4821.6031.49（qn-1+qn）ln/ m3s-11

44、.83E-059.79E-059.48E-055.75E-05總滲流量Q/ m3s-11.34E-04(3)校核洪水位的滲流計算圖4-5 土石壩總滲流量計算圖（3）表4-5 穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計算表（3）編號123樁號0+68.800+101.280+122.87心墻厚度1/m3.317.487.24有效長度Les/m2174.942177.50 2173.97L/m15.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m3.6116.0514.40A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-5.09E-07-2.69E-06-1.92E-06墻后滲流水深h2/m0.0550.6290.614單寬滲流量q/m3s-15.03E-072.64E-061.89E-06表4-6 土石壩總滲流量計算表（3）編號1234滲流量q/m3s-15.03E-072.64E-061.