土石壩設(shè)計實例

1、說明：本設(shè)計中部分步驟與課程設(shè)計任務(wù)書不符，本例僅作為設(shè)計參考，內(nèi)容有多處錯誤。 平山水利樞紐設(shè)計計算說明書姓 名班 級：學(xué) 號：指導(dǎo)老師：完成時間： 210目錄1 基本資料及設(shè)計數(shù)據(jù)11.1 基本資料11.2設(shè)計數(shù)據(jù)22 樞紐布置42.1 樞紐的組成建筑物及等級42.2各組成建筑物的選擇42.3 樞紐總體布置方案的確定53 土石壩設(shè)計63.1壩型選擇63.2壩體剖面設(shè)計73.3防滲體設(shè)計83.4 壩體排水設(shè)計93.5 反濾層和過渡層93.6 護(hù)坡設(shè)計113.7 頂部構(gòu)造113.8 馬道和壩頂、壩面排水設(shè)計113.8 地基處理及壩體與地基岸坡的連接123.9 滲流計算123.10 壩坡穩(wěn)定計算

2、（只作下游坡一個滑弧面的計算）144 溢洪道設(shè)計164.1 溢洪道路線選擇和平面位置的確定164.2 溢洪道基本數(shù)據(jù)164.3 工程布置164.4溢洪道水力計算174.5構(gòu)造設(shè)計24.6地基處理及防滲25 設(shè)計成果說明8附圖一：樞紐布置平面圖8附圖二：壩軸線處地質(zhì)剖面圖81 基本資料及設(shè)計數(shù)據(jù)1.1 基本資料1.1.1概況平山水庫位于縣城西南公里處的平山河中游，該河系睦水的主要支流，全長28公里，流域面積為556平方公里，壩址以上控制流域面積431平方公里；沿河道有地勢比較平坦的小平原，地勢比較平坦的小平原，地勢自南向東由高變低最低高程為62.5m左右；河床比降3 ,河流發(fā)源于蘇塘鄉(xiāng)大源錠子，

3、整個流域物產(chǎn)豐富，土地肥沃，下游盛產(chǎn)稻麥，上游蘊藏著豐富的木材，竹子等土特產(chǎn)由于平山河為山區(qū)性河流，雨后山洪常給農(nóng)作物和村鎮(zhèn)造成災(zāi)害，另外，當(dāng)雨量分布不均時，又易造成干旱現(xiàn)象，因此有關(guān)部門對本地區(qū)作了多次勘測規(guī)劃以開發(fā)這里的水利資源。1.1.2樞紐任務(wù)樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪，航運，養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)初步規(guī)劃，本工程灌溉面積為20萬畝（高程在102m以上），裝機(jī)9000千瓦防洪方面，由于水庫調(diào)洪作用，使平山河下游不致洪水成災(zāi)，同時配合下游睦水水利樞紐，對睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域規(guī)劃中規(guī)定本樞紐在通過設(shè)計洪水流量時，控制最大泄流流量不超過900 m3 /s

4、.在航運方面，上游庫區(qū)能增加航運里程20公里，下游可利用發(fā)電尾水等航運條件，使平山河下游四季都能筏運，并擬建竹木最大過壩能力為25噸的筏道。1.1.3地形，地質(zhì)概況地形情況：平山河流域多為丘陵山區(qū)，在平山樞紐上游均為大山區(qū)，河谷山勢陡峭，河谷邊坡一般為600 700 ,地勢高差都在80120m，河谷沖溝切割很深，山脈走向大約為東西方向，巖基出露很好，河床一般為100m左右，河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成形，沿河沙灘及坡積層發(fā)育，尤以壩址下游段的平山嘴下游一帶及壩下陳家上游一帶更為發(fā)育，其他地方則很少，在壩軸下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，其覆蓋物較厚，巖基產(chǎn)狀凌亂。地質(zhì)情況：靠

5、上游有泥盆五通砂巖靠下游為二疊紀(jì)灰?guī)r，幾條壩軸線皆落在五通砂巖上面。地質(zhì)構(gòu)造特征有：在平山嘴以南，即石灰?guī)r與砂巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其走向近東西，傾向大致向北西，在第一壩軸線左肩的五通砂巖，特別破碎，在100多米范圍內(nèi)就有三，四出小斷層，產(chǎn)狀凌亂，壩區(qū)右岸破碎達(dá)60米的鉆孔巖芯獲得率僅為20%，可見巖石裂隙十分發(fā)育。巖石的滲水率都很小，右岸一般為0.0010.01，個別達(dá)到0.070.08，而左岸多為0.0010.01。壩區(qū)下游石灰?guī)r中，發(fā)現(xiàn)兩處溶洞，平山嘴大溶洞和大泉眼大溶洞，前者對大壩及庫區(qū)均無影響，但后者朝南東方向延伸的話，則可能通向庫壁，待將來蓄水后，庫水有可能順著溶洞漏到庫外，為此

6、，目前正在加緊地質(zhì)勘探工作，以便得出明確的結(jié)論和提出處理意見。壩址覆蓋層沿壩軸線厚度達(dá)1.55.0m，10-4 cm/s，浮容重=10.7kn/m3，內(nèi)摩擦角=35。1.1.4水文，氣象1）水文：由于流域徑流資料缺乏，設(shè)計年月徑流量及洪水流量不能直接由實測徑流分析得到，必須通過降雨徑流間接推求根據(jù)省水文站由城站插補延長得三天雨量計算頻率：1000年一遇雨量498.1mm，200年一遇雨量348.2mm，50年一遇雨量299.9mm，暴雨洪峰流量.1860m3/s， q0.5%=1550m3/s， q1%=1480m3/s，多年平均來水量為4.55億m3。2）氣象：多年平均風(fēng)速10m/s，水庫吹

7、程m，多年平均降雨量430mm/年，庫區(qū)氣候溫和，年平均氣溫16.9 c，年最高氣溫40.5c，年最低氣溫14.9 c。1.1.5其他1)壩頂無交通要求2)對外交通情況水路：由城至溪口為南江段上水，自溪口至城系睦水主流，為內(nèi)河航運，全長256公里，可通行36噸木船，枯水季只能通行3噸以下船只，水運較為困難。公路：附近公路線為af干道，b城至c城段全長365km，晴雨暢通無阻，但城至壩址尚無公路通行。鐵路：d城為樂萬鐵路車站，由b城至d城180km,至工地有53公里。3)地震：本地區(qū)為56度，設(shè)計時可不考慮。1.2設(shè)計數(shù)據(jù)1.2.1工程等級根據(jù)規(guī)范自定。1.2.2水庫規(guī)劃資料1） 正常水位（設(shè)計

8、洪水位）：113.1m；2） 最高洪水位（校核洪水位）：113.5m；3） 死水位：105.0 m（發(fā)電極限工作深度8m）；4） 灌溉最低庫水位：104.0m；5） 總庫容：2.00億m3；6） 水庫有效庫容：1.15億m3；7） 庫容系數(shù)：0.575；8） 發(fā)電調(diào)節(jié)流量qp=7.35m3/s，相應(yīng)下游水位68.2m；9） 發(fā)電最大引用流量qmax=28 m3/s，相應(yīng)下游水位68.65m；10） 通過設(shè)計洪水位流量（q1%）時，溢洪道最大泄水量qmax=1340 m3/s，相應(yīng)下游最高洪水位74.3m。1.2.3樞紐組成建筑物1）大壩：布置在1#壩軸線上；2）溢洪道：堰頂高程為107.50m

9、；3）水電站：裝機(jī)容量9000kw，3臺機(jī)組，廠房尺寸為30×9m2；4）灌溉：主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.5m，渠道邊坡1:1；5）水庫放空隧洞：為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.0m，洞直徑為3.5m。6）筏道：為干筏道，上游坡不陡于1:4，下游坡不陡于1:3，轉(zhuǎn)運平臺高程115.0m，平臺尺寸為30×20m2。1.2.4筑壩材料1）土料：主要有粘土和壤土，可采用壩下1.5-3.0km丘陵區(qū)與平原地帶，儲量多，質(zhì)量尚佳，可作為筑壩材料，其性能見表1.1

10、。2）砂土：可從壩上下游0.5-3.5km河灘上開采，儲量多，可供筑壩使用，其性能見表1.2。3）石料：可在壩址下游附近開采，石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅硬，儲量豐富，其性能見表1.3。表1.1 土料特性表土壤類別干容重d（kn/m3)最優(yōu)含水率w最優(yōu)（）孔隙率n（）內(nèi)摩擦角粘聚力（pa）滲透系數(shù)（cm/s)粘土15.4254018°30371×10-6壤土15.814.541.723°41121×10-5坡土16.022.539.822°（濕）33°（干）7.5（濕）1×10-3表1.2 砂土特性表土壤類別干容重d（kn/m

11、3)孔隙率n（）內(nèi)摩擦角滲透系數(shù)（cm/s)浮容重（kn/m3)砂土1640.63001×10-210.06表1.3 石料特性表干容重d（kn/m3)孔隙率n（）內(nèi)摩擦角1.833382 樞紐布置2.1 樞紐的組成建筑物及等級2.1.1 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：攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞（擬利用導(dǎo)流洞作放空洞）、筏道。2.1.2工程規(guī)模根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：1）各效益指標(biāo)等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為20萬畝,即20/15=1.33萬ha，在3.330.33萬ha之間，屬等

12、工程；根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦,即9mw，小于10mw，屬等工程；根據(jù)總庫容為2.00億m3，在101.0億m3，屬等工程。2）水庫樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時，整個工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，故本水庫樞紐為等工程。3）水工建筑物的級別：根據(jù)水工建筑物級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，等工程的主要建筑物為2級水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞為2級水工建筑物；次要建筑物筏道為3級水工建筑物。 2.2各組成建筑物的選擇2.2.1 擋水建筑物型式的選擇在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。1）重力壩方案從樞紐

13、布置處地形地質(zhì)平面圖及1#壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質(zhì)頁巖，覆蓋層沿壩軸線厚1.55.0m，五通砂巖厚達(dá)3080m，若建重力壩清基開挖量大，目前c城至壩址尚無鐵路、公路通行，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運輸不方便，且不能利用當(dāng)?shù)刂尾牧?，故修建重力壩不?jīng)濟(jì)。2）拱壩方案修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成s形，1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對平緩，峽谷不對稱，成不對稱的“u”型，下游

14、河床開闊，無建拱壩的可能。3）土石壩方案土石壩對地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術(shù)簡單，可實行機(jī)械化施工，也能充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，覆蓋層也不必挖去，因此造價相對較低，所以采用土石壩方案。2.2.2 泄水建筑物型式的選擇土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，在壩軸線下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，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。2.2.3 其它建筑型式的選擇1）灌溉引水建筑物采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進(jìn)口設(shè)有攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段；洞身采用鋼筋混

15、凝土襯砌；出口段設(shè)有一彎曲段連接渠首，并采用設(shè)置擴(kuò)散段的底流消能方式。主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.5m，渠道邊坡1:1。2）水電站建筑物因為土石壩不宜采用壩式水電站，而宜采用引水式發(fā)電，所以這里用單元供水式引水發(fā)電。3）過壩建筑物主要是筏道，采用干筏道。起運平臺高程115.00m平臺尺寸為30×20m2，上游坡不陡于1:4，下游坡不陡于1:3。4）施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞，均采用有壓式。為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.00m，洞直徑為3.50m

16、。 2.3 樞紐總體布置方案的確定擋水建筑物：土石壩（包括副壩在內(nèi)）按直線布置在河彎地段的1#壩址線上。泄水建筑物：溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處。灌溉引水建筑物：引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置。水電站建筑物：引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸（凸岸），在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊。施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞：布置在左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制地形地質(zhì)平面圖，見附圖一。 3 土石壩設(shè)計 3.1壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素有：壩高；筑壩材料；壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件；施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場地、運輸條件

17、、初期度汛等施工條件；樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；樞紐的開發(fā)目標(biāo)和運行條件；土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價。樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现?，?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.5-3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游13公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場開采，采石場可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。各種材料的特性見表1.11.3。從建筑材料上說，該樞紐壩型選擇均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。1）均質(zhì)壩。壩體

18、材料單一，施工工序簡單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡、及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長，可簡化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比用在其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會減少，工期延長，故在寒冷及多雨地區(qū)的使用受限制。故不選擇均質(zhì)壩。2）多種土質(zhì)分區(qū)壩。該壩型雖然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內(nèi)的當(dāng)?shù)馗鞣N筑壩材料；土料用量較均質(zhì)壩少，施工受氣侯的影響也相對小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復(fù)雜，施工干擾大，故也不選用多種土質(zhì)分區(qū)

19、壩。3）斜墻壩。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上壩；土質(zhì)斜墻靠在透水壩殼上，如果壩殼沉降大，將使斜墻開裂；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩方便，斜墻與地基接觸應(yīng)力比心墻小，同地基結(jié)合不如心墻壩；斷面較大，特別是上游坡較緩，壩腳伸出較遠(yuǎn)，填筑工程量較心墻大。故也不選用斜墻壩。4）心墻壩。用作防滲體的土料位于壩下游1.53.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用；用作透水料的砂土可從壩上下游0.33.5公里河灘上開采，儲量多，可供筑壩使用，這樣便于分別從上下游上料，填筑透水壩殼，使施工方便，爭取工期。心墻壩的優(yōu)點還有：心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，

20、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，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；當(dāng)庫水位下降時，上游透水壩殼中水分迅速排泄，有利于上游壩坡穩(wěn)定，使上游壩坡比均質(zhì)壩或斜墻壩陡；下游壩殼浸潤線也比較低，下游壩坡也可以設(shè)計得比較陡；在防滲效果相同的情況下，土料用量比斜墻壩少，施工受氣候影響相對小些；位于壩軸線上的心墻與岸坡及混凝土建筑物連接比較方便。通過以上分析認(rèn)為宜選用心墻壩。 3.2壩體剖面設(shè)計土石壩的剖面設(shè)計指壩坡、壩頂寬度、壩頂高程。3.2.1 壩坡因最大壩高約115.60-62.50=53.10m,故采用三級變坡。1）上游

21、壩坡：從壩頂至壩踵依次為1：2.5；1：2.75；1：3.0。2）下游壩坡：從壩頂至壩趾依次為1：2.0；1：2.50；1：2.75。3）馬道：第一級馬道高程為82.50m，第二級馬道高程102.50m，馬道寬度取2.0m。3.2.2 壩頂寬度本壩頂無交通要求，對中低壩的壩頂寬度b取5-10m，本設(shè)計取b=6.0m。3.2.3 壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與超高y之和，并分別按以下運用情況計算，取最大值： 設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高； 校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。最后需預(yù)留一定的壩體沉降量，此處取壩高的0.4%。計算公式采用下列兩式： (3.1) (3.2) 式中：y壩頂超高

22、；r波浪在壩坡上的最大爬高，m； e最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值，m； hm壩前水域平均水深，m； k綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.55.0）×10-6之間，計算時一般取k=3.6×10-6； b風(fēng)向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角，（°）；v0、d計算風(fēng)速和水庫吹程，m3/s、km; a安全加高，m，根據(jù)壩的等級和運用情況，按表3.1確定。表3.1 安全加高 （單位：m）運用情況壩的級別1級2級3級4、5級正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3 該壩屬于2級水工建筑物，安全加高分別取：正常運用情況下1.0m，非常運用情

23、況下0.5m。 參考林昭著的碾壓式土石壩一書，以往計算壩頂超高公式中多包括風(fēng)壅水面高度，由于該值不大，一般不到10cm，故可忽略，壩頂超高計算式可簡化為。下面采用我國水利水電科學(xué)研究院推薦的計算波浪在壩坡上的爬高，（3.3）式中：設(shè)計波高，m；m壩坡坡率，取m=2.5；n壩坡護(hù)面糙率,上游擬采用漿砌石勾縫，取n=0.025。由于所給的設(shè)計資料中只有多年平均風(fēng)速v0=10m/s，故取正常和非常運用情況波高均為： ，則。兩種計算成果見表3.2。表3.2 壩頂高程計算結(jié)果運用情況靜水位（m）波浪爬高r（m）壅高e (m)安全超高a（m）計算壩頂高程z計（m）0.4%沉陷（m）竣工時的壩頂高程z(m）

24、設(shè)計情況113.11.010801.0115.11080.46044115.5712較核情況113.51.010800.5115.01080.46004115.4708 壩頂高程最終結(jié)果為：115.60m。 驗算：壩頂高程115.60m均大于：設(shè)計洪水位+0.50m，即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位113.50m。 所以滿足要求。自行繪制剖面簡圖。 3.3防滲體設(shè)計本土石壩的防滲體為粘土心墻。 3.3.1防滲體尺寸1）心墻頂寬及坡率土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制滲透比降和滲流量要求，還要便于施工。參考教材及規(guī)范，心墻頂部考慮機(jī)械化施工的要求，取3.0m，邊坡可取1:0.3。 2

25、）防滲體超高防滲體頂部在靜水位以上超高，對于正常運用情況（如正常蓄水位、設(shè)計洪水位）心墻為0.30.6m，取0.5m，最后防滲體頂部高程取為113.10+0.50=113.60m。3）心墻底寬本設(shè)計粘土允許坡降，上下游最大作用水頭差h=113.50-62.50=51.00m（下游無水工況），故墻厚th/j=51.00/4=12.75m。由以上數(shù)據(jù)，心墻底寬3+（51.00+0.5）×0.3×2=33.90m>12.75m，滿足要求。3.3.2防滲體保護(hù)層心墻頂部應(yīng)設(shè)保護(hù)層，防止冰凍和干裂。保護(hù)層可采用砂、砂礫或碎石，其厚度不小于該地區(qū)的凍深或干燥深度，此處取0.80m

26、，上部碎石厚50cm；下部礫石厚30cm，具體見壩頂部構(gòu)造。自行繪制構(gòu)造簡圖。 3.4 壩體排水設(shè)計3.4.1 排水設(shè)施選擇常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水、以及綜合式排水。1）貼坡排水：不能降低浸潤線，多用于浸潤線很低和下游無水的情況，故不選用。2）棱體排水：可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)下游壩腳不受尾水沖刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，且易于檢修，是效果較好的一種排水型式。3）壩內(nèi)排水：其中褥墊排水對不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修，當(dāng)下游水位高過排水設(shè)施時，降低浸潤線的效果將顯著降低；網(wǎng)狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。壩址附近有豐富

27、的石料可開采，其石料質(zhì)地堅硬，可以利用，做堆石料棱體排水。綜合以上分析選擇棱體排水方式。3.4.2 堆石棱體排水尺寸頂寬：2.0m。內(nèi)坡：1：1.5，外坡1：2.0。頂部高程：須高出下游最高水位對1、2級壩不小于1.0m。通過設(shè)計洪水位113.10m流量時，相應(yīng)下游最高洪水位74.30m；假定通過校核洪水位113.50m流量時，相應(yīng)下游最高洪水位75.00m。超高取1.3m，所以頂部高程為75.00+1.3=76.30m 。 3.5 反濾層和過渡層3.5.1設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)1）保護(hù)無粘性土料（粉砂、砂、砂礫、卵礫石、碎石等）碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議按下述準(zhǔn)

28、則選用：d15/d854-5 ，d15/d155。同時要求兩者的不均勻系數(shù)cu=d60/d10及d60/d1058，級配曲線形狀最好相似。式中：d15反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%；d15、d85被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的15%及85%。上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料,當(dāng)選擇第二層反濾料時，以第一層反濾料為被保護(hù)土，二選擇第三層反濾料時，則以第二層反濾料為被保護(hù)土。按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料一般不能滿足要求，須對土料進(jìn)行篩選。2）保護(hù)粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無粘性土強(qiáng)，通常不用上述兩式設(shè)計反濾層，而用以下方法設(shè)計。滿足被保護(hù)粘性土

29、的細(xì)粒不會流失根據(jù)被保護(hù)土的小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)不同，而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5mm的顆粒時，則取其小于5mm的級配確定小于0.075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及計算粒徑。如被保護(hù)土不含有大于5mm的顆粒時，則按全料確定小于0.0075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及。a.對于小于0.075mm的顆粒含量大于85%的粘性土，按式d159 d85設(shè)計反濾層，當(dāng)，取等于0.2mm 。b.對于小于0.075mm的顆粒含量為40%85%的粘性土按式d150.7mm設(shè)計反濾層。c.對于小于0.075mm的顆粒含量為15%39%的粘性土按式設(shè)計反濾層。式中，為小于0.075mm時顆粒含量1%。若，應(yīng)

30、取0.7mm。滿足排水要求以上三種土還應(yīng)符合式，以滿足排水要求。式中應(yīng)為被保護(hù)粘性土全料的，若時不小于0.1mm 。3）護(hù)坡墊層同樣應(yīng)滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標(biāo)準(zhǔn)可降低些，建議按下式的簡便方法選擇粒徑。，。3.5.2設(shè)計結(jié)果由于設(shè)計原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級配情況，這里無法用計算的方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計，只能參考相關(guān)規(guī)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計。初步擬定結(jié)果分述如下。1）防滲體周邊部位第一層：d50=0.5，厚20；第二層：d50=2.0，厚30。2）排水部位第一層：d50=30，厚20；第二層：d50=90，厚60。壩頂及心墻反濾層，棱體排水及反濾層、岸坡排水、護(hù)坡詳圖

31、見圖紙。3）護(hù)坡墊層見下面的護(hù)坡設(shè)計。自行繪制構(gòu)造簡圖。 3.6 護(hù)坡設(shè)計1）上游護(hù)坡：采用目前最常用的漿砌石護(hù)坡。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為40cm，下部設(shè)厚度均為20cm的碎石和粗砂墊層。2）下游護(hù)坡：下游設(shè)厚度為40cm的碎石護(hù)坡，護(hù)坡下面設(shè)厚度為40cm的粗砂墊層。自行繪制構(gòu)造簡圖。 3.7 頂部構(gòu)造1）壩頂寬度對中低壩可取510m，此處取b=6.0m。2）防浪墻采用c20水泥漿砌塊石防浪墻。墻身每隔15m布置一道設(shè)有止水的沉陷逢，墻頂設(shè)有高2.8m的燈柱。3）壩頂蓋面以防止防滲體（粘土心墻）干裂、凍結(jié)和雨水沖蝕，在粘土心墻頂部設(shè)置保護(hù)層，厚度為80cm，分為兩層，上層碎石厚度為

32、50cm，下層砂礫厚度為30cm。 3.8 馬道和壩頂、壩面排水設(shè)計3.8.1馬道第一級馬道高程為82.50m，第二級馬道高程為102.50m，馬道寬為2.0m。3.8.2壩頂排水壩頂設(shè)有防浪墻，為了便于排水，壩頂做成自上游傾向下游的坡，坡度為2%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。3.8.3壩面排水1）布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝?？v向排水溝（與壩軸線平行）設(shè)在各級馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m設(shè)置1條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩趾排水溝。縱橫向排水溝互相連通，橫向排水溝之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩端傾斜，坡度取0.2%，以便將雨水排向橫

33、向排水溝。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)置排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。2）排水溝尺寸及材料尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，所以無法用計算的方法確定斷面尺寸，根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗，排水溝寬度及深度一般采用2040cm，本設(shè)計取30cm。材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。自行繪制構(gòu)造簡圖。 3.8 地基處理及壩體與地基岸坡的連接3.8.1地基處理結(jié)合本壩壩基情況，據(jù)壩軸線剖面圖：1）河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，且鉆1處巖芯獲得率都比較高。吸水量也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。2）鉆2及右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對較厚，鉆2處的上層巖芯獲得率只

34、有12%，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。3）平山嘴大溶洞：經(jīng)勘探后分析對大壩及庫區(qū)均無影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時還應(yīng)與粘土心墻相連，向上庫區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。3.8.2 壩體與地基的連接1）河槽部位（即鉆1部位），巖芯獲得率及吸水量均能達(dá)到要求，采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。2）鉆2到右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有12%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下0.5m深處，內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定：邊坡采用1：2.0；底寬，滲徑不小于（1/31/5）h，其中h為最大作用水頭（下游無水時為51

35、.00m），底寬取1/3.4×51.00=15.0m。3.8.3 壩體與岸坡的連接左壩肩到左灘地，坡積風(fēng)化層510m，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時基本與基巖大致平行。右壩肩到右灘地坡積風(fēng)化層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。 3.9 滲流計算3.9.1 滲流計算的基本假定1）心墻采用粘土料，滲透系數(shù)k1×10-6cm/s；壩殼采用砂土料，滲透系數(shù)k1×10-2cm/s，兩者相差104倍，可以把粘土心墻看作相對不透水層，因此計算時可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。下游設(shè)有棱體排水，可近似的假設(shè)浸潤線的逸出點為下游水位與堆石棱體內(nèi)坡的交點。下

36、游壩殼的浸潤線也較平緩，接近水平，水頭主要在心墻部位損失。2）土體中滲流流速不大且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律，即平均流速v等于滲透系數(shù)k與滲透比降i的乘積，v=k×i。3）發(fā)生滲流量時土體孔隙尺寸不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。3.9.2滲流計算條件滲流計算應(yīng)考慮如下組合，取其最不利者作為控制條件：1）上游正常高水位，下游相應(yīng)的最低水位；2）上游設(shè)計或校核洪水水位，分別相應(yīng)的下游水位；3）對山游壩坡穩(wěn)定最不利的庫水降落后的水位。這里缺乏有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，所以擬定用如下工況進(jìn)行滲流計算：1）設(shè)計洪水位（即正常水位）113.10m，相應(yīng)下游的最低水位（取發(fā)電調(diào)節(jié)流量qp=7.35m3/s

37、時，相應(yīng)下游水位68.20m）68.20m；2）校核洪水位113.50m，相應(yīng)下游的水位（取發(fā)電最大引用流量qmax=28 m3/s時，相應(yīng)下游水位68.65m）68.65m。3.9.3滲流分析的方法采用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流計算，將壩內(nèi)滲流分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定律和杜平假設(shè)，建立各段的運動方程式，然后根據(jù)水流的連續(xù)性求解滲透流速、滲透流量和浸潤線等。3.9.4計算斷面及公式本設(shè)計僅對河槽處最大斷面進(jìn)行滲流計算。假設(shè)地基為不透水地基。 ， 3.9.5單寬流量將心墻看作等厚的矩形，則其平均寬度為：。壩軸線到下游壩趾處的寬度：d=3+（114.8-102.5）×2.0+2+（102.5-

38、82.5）×2.5+（82.5-76.3）×2.75+2+（76.3-62.5）×2.0=128.25ml=d-/2-（76.3-62.5）×2.0+2.0+（76.3- z下）×1.5=-25.025+1.5z下。已知ke1×10-6cm/s； k1×10-2cm/s。通過心墻段的單寬流量為；通過心墻下游壩殼段的單寬流量為。計算簡圖見圖自己畫，具體計算結(jié)果見表3.1。表3.1 心墻及其下游壩殼單寬流量計算結(jié)果計算情況z上（m）z下（m）h1（m）h2（m）（m）d（m）l(m)q(1×10-5m3/(s·

39、;m)he(m)正常蓄水位113.1068.2050.605.7018.45128.2577.2756.836.253校核洪水為113.5068.6551.006.1518.45128.2577.9506.946.3013.9.6 總滲流量的計算從地形地質(zhì)平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長l=400m，沿整個壩段的總滲流量q=lq,式中是考慮到壩寬、壩厚、滲流量沿壩軸線的不均勻性而加的折減系數(shù)，取，q正=0.8×400×6.83×10-5=2.1856×10-2m3/sq校=0.8×400×6.94×10-5=2.221

40、15;10-2 m3/s3.9.7 浸潤線方程1）正常蓄水位情況下的浸潤線方程= 2）校核洪水位情況下的浸潤線方程= 3.10 壩坡穩(wěn)定計算（只作下游坡一個滑弧面的計算） 心墻壩的下游壩坡采用的是砂土，粘聚力c=0，為無粘性土，常形成折線形的滑弧面。如下圖所示。圖中所示各物理量之間滿足以下方程：，。查設(shè)計資料砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo) ，由于設(shè)計原始資料中無相關(guān)數(shù)據(jù)，在此也無法提供實驗數(shù)據(jù)，故假設(shè)，代入上述方程得（2級水工建筑物正常運用情況下）， 。 從以上分析可知該假想滑動面是穩(wěn)定的。 溢洪道設(shè)計給出了兩種方案。4 溢洪道設(shè)計（方案一）4.1 溢洪道路線選擇和平面位置的確定根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，選擇

41、正槽式溢洪道，引水渠末端設(shè)置圓形漸變段，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，尾水渠設(shè)護(hù)坦。成直線布置在右岸的天然埡口，如地形地質(zhì)平面圖所示。4.2 溢洪道基本數(shù)據(jù)由于沒有做調(diào)洪演算，初步擬定溢洪道水力計算成果見表4.1。表4.1 溢洪道水力計算成果計算情況上游水位（m）下泄最大流量(m3/s)相應(yīng)的下游水位(m)設(shè)計113.10134074.30校核113.50166075.00 其中：設(shè)計洪水位取與正常蓄水位相同，而校核洪水的最大下泄流量和相應(yīng)的下游水位只是初步擬定的。4.3 工程布置 4.3.1引水渠引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前。為提高泄洪能力，渠內(nèi)流速v<4m/s。渠底寬度大于

42、堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，取為107.50m。引水渠斷面尺寸的擬定，具體計算結(jié)果和過程見表4.2。表4.2 引水渠斷面尺寸計算成果（假定設(shè)計流速v=3m/s）計算情況上游水位（m）下泄最大流量 q (m3/s)水深h（m）邊坡坡率m底寬b(m)設(shè)計113.1013405.601.571.0校核113.5016606.001.583.2計算公式：，假設(shè)v=3m/s。由計算可以擬定引水渠底寬b=90m.引水渠與控制堰之間設(shè)漸變段，采用圓弧連接，圓弧半徑r=10m，圓弧的圓心角為90°；引水渠前段采用梯形斷面，邊坡采用1：1.5；底坡均為1：10的逆坡。最后引水渠總長l=65m

43、。4.3.2 控制段其作用是控制泄洪能力。本工程是以灌溉發(fā)電為主的中型工程，采用平面鋼閘門控制。溢洪道軸線處巖石破碎，深達(dá)60m的鉆探巖芯獲得率約為20%，巖石裂隙十分發(fā)育，因?qū)掜斞哐甙?，荷載小，經(jīng)比較選用無坎寬頂堰，斷面為矩形，頂部高程為107.50m，堰厚擬取30m (2.5h<<10h)，堰寬由流量方程求得，具體計算見表4.3。表4.3 溢洪道控制段寬頂堰堰寬計算（忽略行進(jìn)流速水頭）計算情況上游水位(m)泄量 q (m3/s)堰上水頭h0 (m)流量系數(shù)m控制堰寬 nb(m)設(shè)計113.1013405.600.38559.3校核113.5016606.000.38566.3式

44、中：控制堰寬 根據(jù)計算結(jié)果，取控制堰取，孔口數(shù)n=7，則單孔寬10m。閘門尺寸：取10m×6.5m（寬×高），寬高比為10/6.5=1.54,滿足按規(guī)范規(guī)定的（1.52.0）。中墩寬取3.0m，邊墩寬取1.0m，閘室寬度b=7×10+2×1.0+6×3.0=90m。閘墩尺寸自選繪制簡圖。4.3.3 泄槽泄槽是宣泄過堰洪水的，槽底布置在基巖上，斷面必須為挖方，且要工程量最小，坡面不能太陡。由地形地質(zhì)平面圖上量得堰頂?shù)较掠?4.30m高程處的水平距離為120m，高差為33.20m，故從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線，直線的斜率大約等于0.25。因為堰頂?shù)较?/p>

45、游水面的水平距離不大，只有120m左右，考慮到泄槽設(shè)計、施工的方便和簡單，以及水流的流態(tài)等各種因素，泄槽采用等寬，同一坡率布置。初步擬定泄槽坡率i=1/4，矩形斷面，寬b=90m，長。4.3.4 出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石比較堅硬，離大壩較遠(yuǎn)，可以采用挑流消能，水流沖刷不會危及大壩安全。但如果大壩下游（溢洪道出口）的假想逆斷層存在的話，還需對該斷層進(jìn)行處理，以防止溢洪道出口沖坑太深而危及大壩安全。4.3.5 尾水渠其作用是將消能后的水流較平穩(wěn)的泄入原河道，同時為了防止小流量產(chǎn)生貼流、淘刷鼻坎，鼻坎下游設(shè)置長l=50m的護(hù)袒。4.4溢洪道水力計算4.4.1引水渠流速計算其具體計算見溢洪道工

46、程布置中的引水渠，設(shè)計洪水位和校核洪水位時均取v=3m/s，而實際的引水渠底寬大于計算所需要的寬度，而且因為渠底是逆坡，其高程都比107.50m要低，所以引水渠實際的流速均比3m/s要小，均能滿足要求。4.4.2控制堰最大泄流能力的驗算計算所需閘門總凈寬為66.30m(校核洪水時),實際取為70m（7孔 10m×6.5m），而整個閘室寬90m，從定性分析可知滿足最大泄流量的要求。4.4.3泄槽水面線的計算1）基本公式，式中：hk臨界水深，m；q槽內(nèi)泄量，m3/s；q單寬流量， m3/（s·m）；臨界坡降；b泄槽首段寬度，m； g重力加速度，m/s2；相應(yīng)臨界水深的水面寬，m

47、； 、臨界水深時對應(yīng)的過水?dāng)嗝娣e（m2）、濕周（m）、水力半徑（m）、謝才系數(shù)。，式中：1-1斷面的比能，m；2-2斷面的比能，m；、1-1及2-2斷面水深，m；沿程水頭損失，m；、1-1及2-2斷面的平均流速，m/s； 斷面間的長度，m；1-1及2-2斷面的底部高程差，m； n泄槽糙率，底板是混凝土襯砌石，側(cè)壁為干砌石，取n=0.030。2）臨界水深和臨界坡降的計算見表4.4。表4.4 臨界水深和臨界坡降計算結(jié)果計算情況qn設(shè)計水位13409014.892.828254.5395.6562.6610.030 39.240.00676校核水位16609018.443.262293.5996.5

48、243.0420.030 40.120.00653 ，故泄槽段屬急流，槽內(nèi)形成b型降水曲線，屬明渠非均勻流計算。3）溢洪道泄槽正常水深計算計算結(jié)果見表4.5表 4.5溢洪道泄槽正常水深計算結(jié)果計算情況qbi假設(shè)h0n設(shè)計水位1340901/40.94384.8791.8860.9240.030 32.8952683.1 1341.55 校核水位1660901/41.07396.5792.1461.0480.030 33.5953321.221660.61 4）泄槽水面線計算假設(shè)堰下泄槽起始斷面的計算水深取泄槽臨界水深，設(shè)計洪水位（正常蓄水位）：，校核洪水位：，采用分段求和法，按水深進(jìn)行分段，具

49、體計算結(jié)果見表4.6。 水面線曲線自行繪制，類似下圖。表 4.6計算情況斷面h0avv2/2gesesxrncil=es/l設(shè)計洪水1-12.828254.525.261.4144.24295.6562.6610.030 39.24 1/4002-22.50 2255.961.814.310.06795.0 2.3680.030 38.485.612.51538.860.008288 1/40.2420.280.2793-32.00 1807.442.8284.8280.51894.0 1.9150.030 37.156.7 2.14237.810.014658 1/40.2352.22.48

50、4-41.80 1628.273.4915.2910.46393.6 1.7310.030 36.527.861.82336.830.024967 1/40.2252.064.5385-51.20 10812.47.8549.0543.76392.41.1690.030 34.2110.31.4535.370.058948 1/40.19119.724.246-61.00 9014.911.3112.313.256920.9780.030 33.2113.61.07433.710.152677 1/40.09733.557.697-70.963 86.6715.512.213.160.8499

51、1.9260.9430.030 33.0115.20.96133.110.218689 1/40.03127.184.88-80.94384.8715.812.7213.661.35291.8860.9240.030 32.8915.30.95133.050.226465 1/40.02457.4115.1校核洪水1-13.262293.585.651.6314.89396.5243.0420.030 40.12 1/4002-22.80 2526.592.2145.0140.12195.6 2.6360.030 39.186.122.83939.650.008395 1/40.2420.50

52、.53-32.50 2257.382.7775.2770.26395.0 2.3680.030 38.487.0 2.50238.830.012922 1/40.2371.111.614-42.00 1809.224.3396.3391.06294.0 1.9150.030 37.158.32.14237.810.022495 1/40.2284.676.2785-51.50 13512.37.7149.2142.875931.4520.030 35.4710.81.68336.310.052171 1/40.19814.520.816-61.30 11714.210.2711.572.35692.61