畢業(yè)論文ZF土壩樞紐設(shè)計

1、ZF土壩樞紐設(shè)計目錄第一章 設(shè)計內(nèi)容1第二章 基本資料22.1 地形和地質(zhì)圖22.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件22.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件22.4 壩址區(qū)其他建筑物地段的工程地質(zhì)條件32.5 水文與水利規(guī)劃32.6 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定72.7 工程效益及淹沒損失82.8 施工條件92.9 施工要求11第三章 設(shè)計說明書123.1 壩軸線選擇123.2 壩型選擇133.3 樞紐布置143.4 壩工設(shè)計153.5 溢洪道設(shè)計323.6 導(dǎo)流瀉洪洞設(shè)計403.7 地基處理46第四章 結(jié)論47參考文獻48第1章 設(shè)計內(nèi)容1.1壩軸線選擇。1.2壩型選擇。1.3樞紐布置。1.4檔水建筑物設(shè)計：包括

2、土壩斷面設(shè)計、平面布置、滲流計算、穩(wěn)定計算、細部構(gòu)造設(shè)計、基礎(chǔ)處理等。1.5泄水建筑物設(shè)計：溢洪道或?qū)Я饕绾槎丛O(shè)計（選其中一項），以水利計算為主。1.6施工導(dǎo)流方案論證（選做內(nèi)容）。第2章 基本資料ZF水庫位于QH河干流上，水庫控制流域面積4990km2，庫容5.05×108m3。水庫以灌溉發(fā)電為主，結(jié)合防洪，可引水灌溉農(nóng)田71.2×104畝,遠期可發(fā)展到10.4×105畝。灌區(qū)由一個引水流量為45m3/s的總干渠和4條分干渠組成，在總干渠渠首及下游24km處分別修建樞紐電站和HZ電站，總裝機容量31.45MW，年發(fā)電量1.129×108kW·

3、h。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年設(shè)計，萬年校核。樞紐工程由檔水壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站組成。2.1地形和地質(zhì)圖ZF壩址區(qū)地形圖見附圖5，ZF土壩壩線工程地質(zhì)剖面圖見附圖6。2.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在820m以上，基巖出露高程，大部分在800m左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉砂巖和砂質(zhì)頁巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，水庫蓄水條件良好。QH河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區(qū)也未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。2.3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件QH河在ZF水庫壩址區(qū)呈一彎度很大的S形。壩段位于S形的中、上段。壩段右岸為侵蝕型河岸，岸坡較

4、陡，基巖出露。上下壩線有約300m長的低平山梁（單薄分水嶺），左岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是QH河環(huán)繞壩段左岸山體相對側(cè)向侵蝕的結(jié)果。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細砂巖為主，間夾礫巖、粉砂巖和少數(shù)砂質(zhì)頁巖。地層巖相變化劇烈，第四系除厚度不大的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構(gòu)造上處于相對穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構(gòu)造跡象。壩址區(qū)左岸有一大塌滑體，體積約45×104m3，對工程布置有一定影響。本區(qū)地震基本烈度為6度，建筑物按7度設(shè)防。1.上壩址上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度5 m，滲透系數(shù)1&

5、#215;10-2cm/s。一級階地（Q4）表層具中偏強濕陷性。左岸730 m高程以上為三級階地（Q2），具中偏弱濕陷性。巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下2147m深度范圍內(nèi)，有一強透水帶，=5.4630L/(s.m.m)，下限最深至基巖下約80m。基巖透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢，左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚6m）透水性強，滲透系數(shù)K=10m/d。左岸單薄分水嶺巖層仍屬于中強透水性，平均=0.48L/(s.m.m)，應(yīng)考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。2.下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖

6、層傾向下游；河床寬度約120m，左岸為二、三級階地，右岸731m高程以下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學(xué)性質(zhì)見附圖6“工程地質(zhì)剖面圖”。左岸基巖有一條寬200250m呈北東方向的強透水帶，右岸Z溝單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。2.4壩址區(qū)其他建筑物地段的工程地質(zhì)條件壩址區(qū)其他建筑物包括導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。按上壩線方案，導(dǎo)流泄洪洞、溢流道均布置在左岸單薄分水嶺，灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹溝附近三

7、級階地上。下壩線方案溢洪道可布置在右岸Z溝，灌溉發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m左右，導(dǎo)流泄洪洞位置與上壩線位置相同。1.導(dǎo)流泄洪洞沿洞線周圍巖石厚度大于3倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數(shù)Fk=4，單軸彈性抗力系數(shù)Ko=20MPa/cm，彈性模量E=0.4×104MPa，透水性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。2.溢流道上壩線方案溢洪道堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱

8、層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。下壩線溢洪道堰項高程750m?；A(chǔ)以下10m左右為砂質(zhì)頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。3.灌溉發(fā)電洞及樞紐電站上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有05m厚的礫巖及厚度不等的亞黏土層，電站廠房處巖石風(fēng)化層厚度約56m，對其產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌應(yīng)采取必要的工程措施。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠。2.5水文與水利規(guī)劃氣溫流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在69月，多年年平均氣溫890C，多年平均最高氣溫29.10C（6月），多年平均

9、最低氣溫-14.3 C(1月)，多年平均最大風(fēng)速9m/s，水位768.1m時水庫吹程5.5km。水文分析1.洪水洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計78月發(fā)生最大洪峰流量的機會占88%，而且年際變化很大，實測最大洪峰流量2200m3/s(1954年)，最小洪峰流量184 m3/s(1965年)，相差12倍。流域洪水的特點是峰高，歷時短，陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時間一般35d。2.年來水量水量的年內(nèi)分配，汛期710月約占全年水量的62%，水量年際變化很大，實測最大年來水量1968×108m3(1963年7月至1964年6月)。最小年來水量3.34×108m3(1965年7月至1966年6月)

10、，相差5.9倍。從歷年來水量過程來看約7年一個周期，其中連續(xù)枯水段為4年。3.年輸沙量汛期710月的來沙量約占全年輸沙量的94%，其中7、8兩月約占83%。輸沙量的年際變化很大，實測最大年輸沙量1240×104 t (1969年7月至1970年6月)，最小年輸沙量173×104 t ，相差7倍。4.水文分析成果表水文分析成果見表2-1表2-1 QH河水文分析成果序號名稱單位數(shù)量備注1利用水文系列年限年222代表性流量多年平均流量m3/s21.9調(diào)查歷史最大流量m3/s3980設(shè)計洪水洪峰流量(P=1%)m3/s4000校核洪水洪峰流量(P=0.1%)m3/s6550保壩洪水

11、洪峰流量(P=0.01%)m3/s91003洪量設(shè)計洪水洪量(P=1%)m35.00×1085d校核洪水洪量(P=0.1%)m37.95×1085d4多年平均徑流量m36.94×1085多年平均輸沙量t431×104水利計算1.死水位選擇為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當(dāng)增加，力求達到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地，按20年淤積高程考慮，并根據(jù)今后運用情況加以計算調(diào)整。2.調(diào)節(jié)性能的選定灌溉保證率選取P=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電。按上述原則，并按近期灌溉面積71.2×104畝進行水庫調(diào)節(jié)計算。

12、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩個方案的水量利用系數(shù)和壩高都相差不大，但是多年調(diào)節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機利用小時數(shù)都較年調(diào)節(jié)性能水庫提高20%。故確定本水庫為多年調(diào)節(jié)性能水庫。利用1949年7月至1971年6月共22年插補水文系列，采用“時歷法”進行多年調(diào)節(jié)計算。3.興利水位的確定原則和指標(biāo)根據(jù)QH河洪水特性，汛期限制水位在7，8月定為760.7m。7、8月以后可重復(fù)利用一部分防洪庫容蓄水興利，以防洪為主，兼顧興利為原則，確定9、10月限制水位為766.1m，汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超過百年設(shè)計洪水位考慮，確定汛末興利水位為767.2m。電站的主要任務(wù)是滿足本灌區(qū)提灌用電的要求。因此在保證灌區(qū)工農(nóng)

13、業(yè)用水的基礎(chǔ)上，確定電站的運用原則：灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水年則充分利用棄水多發(fā)電，提高年水量的利用系數(shù)。4.防洪運用原則及設(shè)計洪水的確定本水庫屬二級工程。水庫建筑物按百年一遇洪水設(shè)計，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水計算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作為非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對水工建筑物進行復(fù)核。工程泄洪建筑物有溢洪道和導(dǎo)流泄洪洞。溢洪道凈寬60m，分設(shè)5孔閘門，每孔閘門凈寬12m，堰頂高程757m。通過施工導(dǎo)流、攔洪、泄洪度汛、非常時期放空水庫以及在可能情況下有利于排沙等方面的綜合分析和比較，泄洪洞洞徑確定為8 m，進口底高程為703.35m。調(diào)洪運用原則：

14、當(dāng)入庫洪水為20年一遇時，為滿足下游河道保灘淤地的要求，水庫控制下泄流量為600 m3/s；當(dāng)入庫洪水為百年一遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，水庫控制下泄流量為2000m3/s；當(dāng)入庫洪水為千年一遇時，溢洪道單寬流量以70 m3/s控制泄洪；當(dāng)入庫洪水為萬年一遇時，按下述原則操作：即庫水位接近校核水位時，若水庫水位仍然持續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開泄洪，允許溢洪道局部破壞。5.水庫排沙和淤沙計算ZF水庫回水長25km，河道彎曲，河床寬300m左右，河床比降為2.2%，是個典型的河道型水庫。QH河泥沙年內(nèi)的83%集中在7、8兩個月，平均含沙量為13.8kg/m3，泥沙多

15、年平均D50粒徑為0.0155mm，顆粒較細。雖然本水庫有可能利用異重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工農(nóng)業(yè)對水源的要求，決定了本水庫只能高水頭蓄水運用。在蓄水過程中，只能用灌溉和發(fā)電的剩余水進行排沙。經(jīng)計算，多年平均排沙量只占5.2%，其余大部分的泥沙都淤積在水庫中，從而減少興利庫容。6.水庫工程特征值水庫工程特征值見表2-2。表2-2 ZF水庫工程特征值序號名稱單位數(shù)量備注1設(shè)計洪水時最大泄流量m3/s2000.00其中溢洪道815相應(yīng)下游水位m700.552校核洪水時最大泄流量m3/s6830.00其中溢洪道5600相應(yīng)下游水位m705.603水庫水位校核洪水位(P=0.01%)m77

16、0.40設(shè)計洪水位(P=1%)m768.10興利水位m767.20汛限水位m760.70死水位m737.004水庫容積總庫容m35.05×108校核洪水位設(shè)計洪水位庫容m34.63×108防洪庫容m31.36×108興利庫容m33.51×108其中共用庫容m31.10×108死庫容m31.05×1085庫容系數(shù)50.50%6調(diào)節(jié)特性多年7導(dǎo)流泄洪洞形式明流隧洞工作閘門前為有壓隧洞直徑m8城門洞型壓力隧洞8m消能方式挑流最大泄量(P=0.01%)m3/s1230.00最大流速m/s23.10閘門尺寸m×m7×6.50

17、弧形門啟閉機t300.00油壓啟閉機檢修門m×m8×9.00斜拉門進口底部高程m703.358灌溉發(fā)電隧洞形式壓力鋼管內(nèi)徑m5.40灌溉支洞內(nèi)徑m3.00最大流量m3/s45.00進口底部高程m731.649樞紐電站形式引水式廠房面積(長×寬)m×m39×16.20裝機容量kW5×1250每臺機組過水能力m3/s8.052.6建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定庫區(qū)及壩址下游土石料豐富,有利于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?.土料壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運距小于1.5km。根據(jù)155組試驗成果統(tǒng)計，土料平均黏粒含量為26.4%，粉粒55.

18、9%，粉砂17.6%,其中25%屬粉質(zhì)黏土，60.7%屬重粉質(zhì)壤土,14.3%屬中粉質(zhì)壤土。平均塑性指數(shù)11.1，最大干重度16.7kN/ m3，最優(yōu)含水量20.5%，滲透系數(shù)0.44×10-5cm/s。具有中等壓縮性，強度特性見表2-3。表2-3 土料的強度特性試驗方法統(tǒng)計方法抗剪強度指標(biāo)/（0）c/kPa飽和固結(jié)快剪（25組）算術(shù)平均23.2728.0算術(shù)小值平均20.9619.3快剪(82組)算術(shù)平均21.5429.3算術(shù)小值平均21.3029.3快剪(18組)算術(shù)平均21.3029.3算術(shù)小值平均21.0019.4算術(shù)平均22.6858.3算術(shù)小值平均20.0335.6算術(shù)平

19、均22.5058.3算術(shù)小值平均23.8035.6快剪(8組)算術(shù)平均28.8045.1算術(shù)小值平均25.7529.3算術(shù)平均29.0045.1算術(shù)小值平均28.7029.3三軸不排水剪(10組)算術(shù)平均20.0028.8算術(shù)小值平均25.2013.0三軸不排水剪(6組)算術(shù)平均13.3028.0算術(shù)小值平均25.208.0三軸飽和固結(jié)不排水剪(6組)算術(shù)平均18.2042.0算術(shù)小值平均22.3035.0野外自然坡度角(29組)算術(shù)平均35.70算術(shù)小值平均31.20室內(nèi)剪切試驗算術(shù)平均31.10算術(shù)小值平均29.10算術(shù)平均31.00算術(shù)小值平均29.002.砂粒料主要分布在河灘上,儲量為

20、205×104m3，扣險漂石及圍堰淹沒部分，可利用的砂礫料約（100151）×104 m3。其顆粒級配不連續(xù)，缺少中間粒徑，根據(jù)野外29組自然坡度角試驗，34組室內(nèi)試驗分析，統(tǒng)計成果分析如下：天然重度18.7kN/m3，軟弱顆粒含量2.64%。顆粒組成見表2-4。表2-4 砂礫料顆粒組成粒徑/mm2008040205210.50.250.05含量/%83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9砂的儲量很少,且石英顆粒少,細度模數(shù)很低,不宜作混凝土骨料,砂(D2mm）的相對緊密度為0.895。3.石料壩址區(qū)石料較多，運距均在1km以內(nèi)，為厚層

21、砂巖，儲量可滿足需要。溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用。4.筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定經(jīng)過試驗，并參考有關(guān)文獻資料及其他工程的經(jīng)驗，最后選定其筑壩材料的各項技術(shù)指標(biāo)，見表2-5。表2-5筑壩材料技術(shù)指標(biāo)筑壩材料壩體壩基土料砂礫料堆石砂礫料黃土重度濕重度/（kN.m-3）16.518.018.018.016.0飽和重度/（kN.m-3）19.819.1干重度/（kN.m-3）10.411.010.510.2孔隙度n0.33內(nèi)摩擦角施工期總應(yīng)力1031403120有效應(yīng)力22穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力23水位降落有效應(yīng)力23黏聚力c/kPa20滲透系數(shù)K/(cm.s-1）1×10-61×10-2

22、1×10-21×10-5初始孔隙水壓力系數(shù)0.32.7工程效益及淹沒損失本水庫建成后具有灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座綜合利用的水庫。水庫近期可灌溉農(nóng)田71.2×104畝(1hm2=15畝)，遠期發(fā)展到104×104畝。樞紐電站和HZ電站總裝機容量為31450kW，年發(fā)電量為1.129×108kW.h，除滿足農(nóng)業(yè)提水澆灌用電外，還剩余50%的電力供工農(nóng)業(yè)用電。防洪方面，本水庫控制流域面積4990km2，占全流域面積的39%，對下游河道防洪、削減洪峰、減輕防汛負擔(dān)也有一定的作用，可將下游100年一遇的洪水流量由60

23、10m3/s削減到3360m3/s，相當(dāng)于17年一遇；可將50年一遇洪水由6000 m3/s削減到2890m3/s，相當(dāng)于12年一遇。另外，每年還可供給城市及工業(yè)用水0.63×108m3。由于庫區(qū)沿岸山峰重疊，村莊零散，耕地不多，故淹沒損失較小。按庫區(qū)移民高程770m統(tǒng)計，共需遷移人口3115人，淹沒耕地12157畝，房屋1223間，窯洞1470孔。2.8施工條件施工區(qū)地質(zhì)地形條件ZF水庫的右岸坡較陡，坡度為300左右，大部分基巖出露高程為770810m。主河槽在右岸，河寬約100m左右；左岸為堆積岸，左岸臺地寬200m左右，山嶺高程在775m左右，岸坡較平緩，大都為土層覆蓋。水庫樞

24、紐處施工場地狹窄，樞紐建筑物全部布置在左岸，施工布置較為困難。壩區(qū)為上二迭系石千峰組的紫紅色、紫灰色細砂巖，間夾同色礫巖及砂質(zhì)頁巖等巖層。右岸全部為基巖，河床砂卵石層總厚度約50m，覆蓋層厚度約5m。高漫灘表層亞砂土厚55m，左岸728 m高程以下為基巖?；鶐r面向下游逐漸降低，土層增厚。砂卵石層透水性不會很強，施工開挖排水作業(yè)估計不會很困難。施工區(qū)氣象與水文條件ZF水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據(jù)附近氣象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年資料統(tǒng)計分析，最高氣溫29.10C(6月),最低氣溫-14.30C(1月)，多年平均日氣溫4240C。歷年各月氣溫特征值見表2-6。表2

25、-6 各月氣溫特征值月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月多年平均氣溫4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高氣溫4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最低氣溫-4.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0根據(jù)壩址附近一氣象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年資料統(tǒng)計分析,得出多年的平均各月降雨天數(shù)見表2-7。表2-7多年平均各月降雨天數(shù)月份項目平均日降雨510mm天數(shù)平均日降雨1020mm天數(shù)平均日降雨203

26、0mm天數(shù)平均日降雨3040mm天數(shù)平均日降雨40mm天數(shù)1月0.622月0.370.133月1.000.080.254月1.000.630.500.250.135月2.001.120.250.500.256月1.371.000.630.251.007月2.751.881.001.001.388月1.372.270.250.252.69月1.450.880.130.630.7510月0.870.880.380.250.1311月0.730.880.1312月0.13各種頻率的設(shè)計洪水過程線見表2-8。表2-8 各種頻率的設(shè)計洪水過程線時間/h流量/m3·s-1時間/h流量/m3

27、83;s-1P=1%P=5%P=5%(10月)P=1%P=5%P=5%(10月)12221333945167010023302181424715209125340204514915009007500300555114008309700420665312807681184750381551220139505501055711601597565010559108064817135081017461102019176010602206398021227013622026592023290017401786790054025400023601606987527335020101487184929296

28、01770138938004803126701602130757803324701380101777603523001380101797203721601290988170042039202012108183676411930115076854318201090當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?.土料根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧险{(diào)查報告，土料場有5個。根據(jù)試井和鉆孔情況，從1：2000地形圖初步計算4個土場的總儲量為2248.6×104m3，為需要量的4倍多。各土料場的儲量見表2-9。表2-9 各土料場的儲量土場南坪溝川坡上山大河灘合計高程/m746805720760710749722778儲量/m3(×

29、104)9136855711993594224862.砂粒料根據(jù)調(diào)查，壩址附近的3個砂礫場，開采總量約（100151）×104m3(水上部分)，不夠使用。3.石料未進行石場儲量的調(diào)查試驗工作。在壩址右岸有兩個石料場。石場空間不夠開闊，運輸困難。4.骨料沿河調(diào)查，本地砂只能用于漿砌石和混凝土，其他用砂需外運。施工地區(qū)對外交通、供電、通訊及房屋水庫地處山區(qū)，對外交通條件較差，主要靠公路運輸。水庫附近沒有較大的電源。最近的電源設(shè)備容量不大，只能供水庫1000kW，電量不足。水庫開工后，應(yīng)要求有關(guān)部門予以解決。水庫開工后要求架設(shè)專用通訊線路。住房問題是也必須因地制宜解決。2.9施工要求QH河

30、灌區(qū)工程規(guī)模大，全部工程分為水庫樞紐、HZ電站、渠道3部分。水庫樞紐包括土石混合壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站5項；渠道工程包括總干渠、一干渠、二干渠、三干渠、四干渠、揚水站6項；另有HZ電站工程。3部分共計12項工程，其中HZ電站、揚水站、樞紐電站廠房、機組安裝由專業(yè)隊施工。要求工程盡快受益以改變QH河灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件。工程預(yù)期8年基本建成受益，要求第5年汛前樞紐電站發(fā)電，總干渠受益。第3章 設(shè)計說明書3.1壩軸線的選擇根據(jù)壩址的地質(zhì)、地形、樞紐布置、施工條件等，通過技術(shù)比較分析確定選上壩址。地形方面的因素河床的寬度是否便于布置建筑物和施工，兩種方案的工程量大??；下壩線下游

31、的45×104m3的塌滑體對工程施工不利，左岸山體較大的沖溝對壩體安全不利；淹沒面積及移民的數(shù)量。地質(zhì)方面的因素壩基內(nèi)是否存在較大范圍的夾層和強透水帶，地基處理的工程量和難度；黃土處理問題。當(dāng)黃土的重度大干14.5kN/m3時，黃土的濕陷性較小，可不進行處理。但如果黃土的重度小于14.5KN/m3時，黃土的濕陷性和壓縮性較大，需要清除。上下兩條壩線左岸均有單薄分水嶺，分水嶺的透水性較強，需要進行灌漿處理。塌滑體對大壩的影響。地形、地質(zhì)等進行對比說明方案因素上壩線下壩線地形條件河床寬度寬,工程量大河床寬度窄,工程量小地質(zhì)條件無塌滑體類不穩(wěn)定地形;左岸有單薄分水嶺,其透水性較強,需進行灌

32、漿處理下游有45×104m3的塌滑體對工程施工不利,左岸山體較大的沖溝對壩體安全不利;左岸有單薄分水嶺,其透水性較強,需進行灌漿處理筑壩材料有土料場,儲量豐富, 石料較多,平均運距小于1km;施工條件F地形,距離不太遠樞紐布置導(dǎo)流泄洪洞:沿洞線周圍巖石厚度大于3倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數(shù)Fk=4，單軸彈性抗力系數(shù)Ko=20MPa/cm，彈性模量E=0.4×104MPa，透水性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的后果，該段應(yīng)修建

33、無壓洞。溢流道:堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。灌溉發(fā)電洞及樞紐電站: 上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有05m厚的礫巖及厚度不等的亞黏土層，電站廠房處巖石風(fēng)化層厚度約56m，對其產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌應(yīng)采取必要的工程措施,對巖基進行處理。導(dǎo)流泄洪洞: 同上壩線溢流道:堰項高程750m?；A(chǔ)以下10m左右為砂質(zhì)頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。灌溉發(fā)電洞及樞紐電站:下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠

34、。比較結(jié)果選上壩線根據(jù)上壩線和下壩線的地質(zhì)、地形、樞紐布置、施工條件等方面具體條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較分析后，現(xiàn)選用上壩線作為壩址。3.2壩型的選擇已知最高水位（校核洪水位（P=0.01%）為770.4m、上壩線河谷最低高程699m，兩者之差為71.4m，查碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）規(guī)定，判定此壩屬高壩。根據(jù)ZF水庫地形、地質(zhì)、建筑材料、施工情況、工程量、投資等方面，綜合比較后選壩型為土質(zhì)防滲斜心墻。詳細比較見下表。 方案因素土質(zhì)防滲心墻土質(zhì)防滲斜墻均質(zhì)壩地形條件適用高壩適用高壩用于低壩。地質(zhì)條件抗震性能和適應(yīng)不均勻沉陷的能力優(yōu)于斜墻能克服心墻壩可能產(chǎn)生的拱效應(yīng)和斜壩墻對變形敏

35、感等問題。工程量建筑材料壩址附近有豐富的土料。壩址上下游及兩岸有一定數(shù)量的砂、礫石可以使用壩址附近有豐富的土料，壩址上下游及兩岸有一定數(shù)量的砂、礫石可以使用壩址附近有豐富的土料。施工條件心墻壩由于心墻設(shè)在壩體中部，施工時要求心墻與壩體同時填筑，因而相互干擾大，影響施工進度。斜墻壩的斜墻支撐在壩體上游面，施工干擾小。土石壩主體施工不受斜墻限制，可以先行施工壩體，而且目前大型施工機械的出現(xiàn)解決了斜墻的變形問題，施工速度較快。均質(zhì)壩的壩體絕大部分是由均一的土壤筑成，壩坡較緩、剖面大、黏性土料的施工受氣候的影響較大。3.3樞紐的布置土石壩樞紐的組成土石壩樞紐組成可以概括為3大類，即土石壩、溢洪道和隧洞

36、。土石壩用以攔蓄洪水，形成水庫；溢洪道用以宣泄洪水，確保大壩安全；隧洞則用以灌溉、發(fā)電、導(dǎo)流、泄洪、排砂等。水電站建筑物有電站廠房，進廠房壓力鋼管，開關(guān)站等。樞紐總體布置樞紐布置應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟合理、施工互不干擾、管理運用方便。樞紐布置應(yīng)遵循的一般原則是：（1）壩址、壩及其他主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到：施工方便，工期短，造價低。（2）樞紐布置應(yīng)該滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。（3）在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用。（4）樞紐中各建筑物布置要緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。（5）盡可能使樞紐中的部

37、分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。水工隧洞路線選擇的原則：（1）隧洞的路線應(yīng)該盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造，圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高，滲水量豐富的地段，以見效作用于襯砌上的圍巖壓力和外水壓力。（2）洞線在平面上應(yīng)該力求短，直，這樣既可以減少工程費用，施工方便，并且有良好的水流條件。（3）隧洞應(yīng)該有一定的埋深。（4）隧洞的縱坡，應(yīng)該根據(jù)運用要求，上下游銜接，施工和檢修等因素綜合分析比較確定。（5）對于長隧洞，選擇洞線時還應(yīng)該注意利用地形，地質(zhì)條件，布置一些施工支洞，斜井，豎井，以便增加工作面，有利于改善施工條件，加快施工進度。（6）樞紐的外觀應(yīng)該與周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)，在可能

38、條件下注意美觀。根據(jù)選定的壩軸線從ZF水庫的地形、地質(zhì)、施工、運用等方面現(xiàn)確定土石壩、導(dǎo)流瀉洪洞、溢洪道、灌溉發(fā)電洞的位置和建筑形式：（1）壩址：樞紐建筑物的布置要根據(jù)地形，以方便施工的原則，充分利用地形來布置樞紐建筑物。壩址已經(jīng)選定上壩線（2）擋水建筑物：土質(zhì)斜心墻壩，軸線已定。（3）溢洪道：布置地點為附圖5溢洪道位置，選擇正槽溢洪道。溢洪道布置要避開沖溝，溢洪道挑坎布置于沖溝與河流相交的地方，以利于挑流消能，同時與河流有一個小的夾角，出水流態(tài)有利于河床水流消能，避免河床造成大的沖刷。（4）導(dǎo)流瀉洪洞：其布置主要考慮地質(zhì)情況，避開可能的塌滑體，并保證出口和進口的穩(wěn)定以及洞身圍巖的穩(wěn)定，此外還

39、應(yīng)考慮巖體破碎程度及其對巖體滲漏的影響。（5）灌溉發(fā)電洞：其布置原則與導(dǎo)流泄洪洞基本相同。布置：水電站適合布置于交通方便，施工方便開挖比較少的地形。所以電站廠房布置于左岸下游110米的山灣的地方。有利于減少開挖，電站尾水歸河的流態(tài)好。廠房開挖小，比較經(jīng)濟。位于電站450米的高程的坡度很小，可以布置開關(guān)。3.3.3工程等級根據(jù)基礎(chǔ)資料中工程效益、庫容及工廠規(guī)模等數(shù)據(jù)，對照水利水電樞紐工程登記劃分（SL252-2000），確定水庫樞紐屬級工程，主要建筑物為2級建筑物。3.4壩工設(shè)計土石壩基本剖面尺寸：壩頂高程、壩頂寬度、上下游邊坡、防滲和排水設(shè)備的基本尺寸。1、防浪墻國內(nèi)外的土石壩壩普遍都在其頂部

40、上游側(cè)設(shè)置不透水的擋墻，它即起當(dāng)水作用，又起擋土作用，也是防浪墻。防浪墻延伸到兩岸與壩頭基巖或結(jié)構(gòu)物相連接，形成完整的防滲系統(tǒng)。因此它是壩體防滲結(jié)構(gòu)的一個組成部分。在各種形式的防浪墻中，直墻防浪較為有效，各壩多采用L形鋼筋混凝土墻。之所以能夠采用高防浪墻，是因為經(jīng)碾壓填筑的壩體具有較好的穩(wěn)定性且沉降量較小，且在施工期基本完成，不會危機高防浪墻的防滲性；壩越高節(jié)省的筑壩工程量越多。有時為了進一步節(jié)省筑壩方量，可在壩頂下游一側(cè)另設(shè)擋墻，如成屏一級壩的防浪墻高5.25m，在壩頂下游側(cè)另設(shè)4m高的擋墻，形成“垂直戴帽”結(jié)構(gòu)，致使壩體填筑方量節(jié)約達17。加高防浪墻也是加高壩體的措施之一，薩爾瓦興娜壩在施

41、工過程中決定將壩頂加高6m，就是采用高8m的防浪墻并咱壩頂下游側(cè)加設(shè)2.6m高的擋墻來實現(xiàn)的。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001），確定防浪墻高度4米。防浪墻頂高出壩頂1米-1.2米。取高出壩頂1米。防浪墻采用直防浪墻，用“L”型鋼筋混凝土墻。防浪墻建基高程應(yīng)高于正常高水位，防浪墻與面板間的接縫應(yīng)按周邊縫來處理，止水結(jié)構(gòu)必須可靠。堆石體在自重作用下和水荷載作用下產(chǎn)生蠕變，竣工后還會繼續(xù)發(fā)生沉降及水平位移，壩體填筑是要預(yù)留填筑超高。有效降低了壩頂高程，大大的節(jié)省了工程量。大壩壩頂寬度取8米，壩頂下游設(shè)計護攔，取護攔的高度為0.5米。防浪墻與面板連接處設(shè)計垂直于面板的接縫，防浪墻底寬實

42、際與墊層水平寬度相同。取3.5米，防浪墻采用混凝土澆筑。過度層與壩內(nèi)排水體水平寬度取3.5米，為了方便機械化施工，排水體設(shè)置在過渡層后，排水體下依次分別設(shè)計主堆石體和次堆石體。下游護坡采用大塊石堆砌，厚度取0.5米。防浪墻與面板之間設(shè)計接縫，底部設(shè)計銅片止水，期于均設(shè)計為填預(yù)塑柔性填料，取用瀝青木版。經(jīng)過計算得設(shè)計波高為0.625米，風(fēng)浪在壩上爬高為2.6米，風(fēng)浪引起的水位壅高為0.005米，正常情況下的安全超高為3.35米，非正常情況下的安全超高為3.05米。所以壩頂高程在設(shè)計情況下為452米，校核情況下為451.76米，這兩個之間取大的。最后確定壩頂高程為452米。防浪墻高出壩頂1米，防浪

43、墻頂高程為771.68米。根據(jù)資料8，壩頂寬度一般取為5米到8米，壩頂設(shè)計公路通行，以方便人行。取壩頂寬度為8米。計算得壩高54米。為了方便施工，壩剖面在下游坡設(shè)計兩個馬道，每隔20米高程一個，分別在432米高程設(shè)計一個寬度為2米的馬道，在412米高程設(shè)計一個馬道。設(shè)置馬道有利于壩坡的穩(wěn)定。2、壩坡土石壩壩土石壩壩坡取決于壩型、壩高、壩的等級、土石料的性質(zhì)、所承受的荷載、施工和運行條件等因素。其范圍大致在1:2-1:4之間。當(dāng)壩較高時，可每隔8-15m變一次坡，相鄰坡率差取0.25-0.5，變坡處下游通常設(shè)置1.52.0m寬的馬道。土質(zhì)防滲體的斜墻壩，當(dāng)壩殼采用堆石料時，下游常用坡度為1:1.

44、51:2.5，上游常用坡度為1:1.71:2.7。斜墻壩的下游壩坡坡度可適當(dāng)偏陡，上游壩坡則可適當(dāng)放緩，石質(zhì)壩坡可放緩0.2。參考所查斜心墻堆石壩資料列舉相近的工程實例，如美國的圓峰大壩，壩高134m，壩頂寬13.4m，最大壩底寬度大于500m，基巖為玄武巖，覆蓋層厚30m，壩體上游坡1:1.8，下游坡1:1.7。巴西的芬納斯大壩，壩高127m，基巖為石英巖，覆蓋層厚幾米，壩體上游坡1:2.0，下游坡1:1.8。美國的瑪蒙特湖大壩，壩高142.8m，基巖為風(fēng)化片麻巖，覆蓋層厚42.4m，壩體上游坡1:3，下游坡1:2。我國小浪底為壤土斜心墻堆石壩，壩頂寬15m，最大壩高154m，最大壩底寬度8

45、64m。覆蓋層深度80多米，大壩上游坡1:2.6，下游坡1:1.75參考已建工程ZF水庫上游壩由上而下壩坡為：1:3.0 1:3.0ZF水庫上游壩由上而下壩坡為：1:2.5 1:2.5 1:3.03、護坡根據(jù)資料7：土石壩的上下游面通常都應(yīng)設(shè)置護坡。上游面護坡是為了保護上游坡細粒土免受波浪的沖刷；防止靠近泄水建筑物處的上游坡遭受順壩水流的沖刷；防止冰層和漂浮物的損害。下游面護坡為防止雨水沖刷；防止有水部分的風(fēng)浪、冰層和水流作用；防止壩體無粘土料被風(fēng)吹散；以及防止蛇、鼠、白蟻等動物對壩體的破壞。護坡的形式、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，根據(jù)以上因素經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較確定。上

46、游護坡采用砌石護坡。下游護坡采用干砌石護坡。4、壩底高程壩基面初選在上壩線上，河流河谷底基巖表面為覆蓋層，厚度5米，壩基需開挖覆蓋層，初步設(shè)計開挖1米。則最低壩基面高程取為698米，沿高程698m開挖，清除覆蓋層，以砂卵石為地基。5、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。碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）規(guī)定，高壩的壩頂寬度可選用1015m，中、低壩可選用510m。，壩頂沒有公路運輸要求，可以不做特殊路面，只需鋪設(shè)碎石、礫石或草皮即可。若有公路通過，其寬度要按照道路等級要求遵照交通部門的有關(guān)規(guī)定來確定。壩頂上下游兩側(cè)要鋪設(shè)路緣石。為了排水，壩頂應(yīng)

47、有23的傾斜度。當(dāng)上游設(shè)置防浪墻時，防浪墻應(yīng)由堅固、穩(wěn)定、不透水并與防滲體緊密結(jié)合的漿砌石或鋼筋混凝土構(gòu)成。墻高自壩頂起應(yīng)高于1m。此時壩頂下游側(cè)應(yīng)設(shè)置溝槽，以匯集雨水，經(jīng)坡面排水溝排走。根據(jù)壩高和規(guī)范規(guī)定，選用壩頂寬度為10m。壩頂沒有公路運輸要求。壩頂蓋面材料采用密實砂礫石。6、壩頂高程壩頂高程由水庫靜水位加風(fēng)浪雍水增加的高度、壩面波浪爬高及安全超高決定。按照設(shè)計和校核情況計算取最大者。相應(yīng)靜水位加安全超高。按照資料7，安全超高公式（2-45）Y=R + +AY:壩頂在水庫靜水位以上的超高；mR:最大波浪在壩坡上的爬高； m:最大風(fēng)壅水面高度；mA:為安全超高；mA值按資料7表2-13取設(shè)

48、計=0.7 校核=0.5；其中R和e按照資料7公式計算R=3.2K.（hj）.tan (m) (m) (m)式中：風(fēng)向與壩軸線法向的夾角。hj:設(shè)計波高；m：由風(fēng)浪要素計算確定；K：壩坡護坡面糙系數(shù)，砌石取0.75；k：綜合摩擦系數(shù)，一般?。?.5-5）×,計算時取3.6×；v：水面以上10 m處的風(fēng)速，m/s；D:吹程；mH：壩前水深，m；:上游面坡角。計算水庫靜水位以上的超高值時，風(fēng)速值的選取采用多年平均最大風(fēng)速。壩頂高程分別按正常情況和非正常情況計算。正常情況的庫水位可取設(shè)計洪水位，非正常情況的庫水位可取校核洪水位。按上述兩種情況計算后，取兩者中的高值。壩頂高程的計算

49、應(yīng)同時考慮以下三種情況：1、設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；2、校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；。取其中最大作為壩頂高程。以上壩頂高程指的是壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)，因此竣工時的壩頂高程應(yīng)有足夠的預(yù)留沉降值。對施工質(zhì)量良好的土石壩，壩體沉降值約占壩高的0.2%-0.4%。當(dāng)壩頂設(shè)防浪墻時，以上計算高程作為防浪墻頂高程，同時還要求：正常情況下壩頂應(yīng)高出靜水位0.5 m，在非常運行情況下，壩頂不低于靜水位。壩頂高程計算表運用情況靜水位最大波浪在壩坡上的爬高R最大風(fēng)壅水面高度 e為安全超高 A超高Y防浪墻高程壩頂高程正常768.11.2320.00441.02.24770.3771.68770.

50、68非常770.40.7820.00190.51.28771.68驗算：壩頂高程設(shè)計洪水位+0.5m 即768.1+0.5=768.6m校核洪水位770.4m滿足壩頂高程規(guī)范要求，取壩頂高程為770.68壩頂高程為壩體預(yù)留10%沉陷量，則施工高程為（770.68-698）×0.4%+770.68770.97，壩高為770.68-698=72.68m7、防滲體防滲墻的頂部高程應(yīng)高于設(shè)計洪水位0.3-0.6m，取防滲墻頂高程為769.0m，雖然低于校核洪水位，但由于斜心墻和防浪墻連接，所以不受影響。心墻頂部設(shè)無黏性土料的保護層，以防心墻凍裂或干縮。保護層的厚度干縮應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇鶅龊穸然蚋煽s深度而定，但不得小于1.0m。本工程設(shè)計厚度為1.68m。地基防滲采用粘土性截水槽，上部厚度39.79m，下部寬度31.79m,截水槽邊坡1：1。8、壩體排水設(shè)備選擇與尺寸擬定常用的壩體排水形式有表面式排水（貼坡排水）、棱體排水和褥墊式排水。表面式排水構(gòu)造簡單，用料省，施工方便，易于檢修。但不能降低浸潤線，且易因冰凍而失效。棱體排水可降低浸潤線，防止壩體凍脹和滲透變形，保護下游壩腳不受尾水沖刷，且具有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用。但石料用量大，費用高，與壩體施工有干擾。褥墊式排水可有