E江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

河海大學(xué)函授本科2015級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目:E江水利樞紐設(shè)計(jì)專業(yè)年級(jí):河海水工2015級(jí)學(xué)號(hào):3120152281姓名:曾致雷指導(dǎo)老師:郭海慶福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼教中心2017年3月E江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄、大壩設(shè)計(jì)5.1土石壩壩型的選型影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要影響因素有附近的筑壩材料、地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。本次選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬訂剖面輪廓尺寸，然后對(duì)工程量、工期、造價(jià)進(jìn)行比較，最后選定技術(shù)經(jīng)濟(jì)可靠合理的壩型。本設(shè)計(jì)限于資料只作定性的分析來(lái)確定土石壩壩型。土石壩按其施工方法可分為碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水中倒土壩和水力沖填壩。從地形地質(zhì)條件以及附近建筑材料來(lái)看本次設(shè)計(jì)壩型應(yīng)選擇碾壓式土石壩。碾壓式土石壩根據(jù)土料配置的位置和防滲體所用材料種類的不同，又分為均質(zhì)壩和土質(zhì)防滲體分區(qū)壩、非土質(zhì)材料防滲體分區(qū)壩。均質(zhì)壩材料單一，工序簡(jiǎn)單，但壩坡較緩，剖面大，工程量大，施工易受氣候影響，冬季施工較為不便，壩體空隙水壓力大。從本工程來(lái)看，經(jīng)探明壩址附近可筑壩的土料只有190萬(wàn)m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足均質(zhì)壩填筑土料數(shù)量上的要求，因此從材料上考慮均質(zhì)壩方案是不宜采用的。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩主要有心墻壩、斜心墻壩、斜墻壩和多種土質(zhì)壩等類型。心墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部，兩側(cè)為透水性較好的砂石料，該壩型粘性土料所占比重不大，施工受季節(jié)影響較小，但施工時(shí)心墻與壩體同時(shí)填筑，相互干擾較大。斜心墻壩和心墻壩基本類似，并且可以改善壩體應(yīng)力狀態(tài)，能顯著減弱壩殼對(duì)心墻的“拱效應(yīng)”，其抗裂性能優(yōu)于心墻壩和斜墻壩。斜墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在上游或接近上游面，該壩型斜墻與壩體施工干擾小，但其抗震性和適應(yīng)不均勻沉降的性能不如心墻壩。由于該工程所在地區(qū)為地震烈度定為7度，基巖與砼之間磨擦系數(shù)取0.65，故不宜采用斜墻壩。多種土質(zhì)壩施工工序復(fù)雜，相互干擾較大，施工易受氣候影響，在此不予采用。非土質(zhì)材料防滲體壩的防滲體一般有混凝土、瀝青混凝土或土工膜等材料組成，而其余部分由土石料組成，因工程附近建筑才來(lái)哦豐富，為就地取材不宜采取該壩型。由上述比較可以看出，斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)缺點(diǎn)，斜心墻有足夠的斜度，能減弱壩殼對(duì)心墻的拱效應(yīng)作用；斜心墻壩對(duì)下游支承棱體的沉陷不如斜墻那樣敏感，斜心墻壩的應(yīng)力狀態(tài)較好，因而最終采用斜心墻壩的方案。5.2大壩輪廓尺寸的擬定大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程，壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體等排水設(shè)備。5.2.1壩頂高程計(jì)算根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）規(guī)定，壩頂高程分別按照正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、設(shè)計(jì)水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運(yùn)用下的壩頂超高進(jìn)行計(jì)算，因該地區(qū)地震烈度為7o，故還需考慮正常蓄水位加非常運(yùn)用時(shí)的壩頂超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四種工況最大值，同時(shí)并保留一定的沉降值。壩頂高程在水庫(kù)正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高，以保證水庫(kù)不漫頂，其超高值y按下式計(jì)算：式中：R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；e——最大風(fēng)壅水面高度，m；A——安全加高，m，根據(jù)壩的等級(jí)，設(shè)計(jì)運(yùn)用條件時(shí)取1.0m，非常運(yùn)用條件是取0.5m；根據(jù)“規(guī)范”，計(jì)算大壩波浪爬高時(shí)，所采用設(shè)計(jì)風(fēng)速：正常運(yùn)用條件下為多年平均最大風(fēng)速的1.6倍，非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，E江水庫(kù)多年平均最大風(fēng)速為15.0m/s，最大吹程為12km。平均波高及平均波長(zhǎng)按下式計(jì)算：式中：hm——平均波高，m；Tm——平均周期，s；W——計(jì)算風(fēng)速，m/s；D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；Hm——水域平均水深，m；g——重力加速度，取9.81m/s2；Lm——平均波長(zhǎng)，m。平均波浪爬高Rm參照“規(guī)范”附錄A.1.12計(jì)算，初步擬定水庫(kù)大壩上游壩坡為m=2.5，故波浪平均爬高按“規(guī)范”附錄A.1.12式計(jì)算：式中：——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護(hù)面類型為砌石護(hù)面確定=0.75；——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無(wú)維量，查表A.1.12-2得設(shè)計(jì)條件：=1.00；校核條件：=1.00；m——斜坡的坡度系數(shù)。最大波浪在壩坡上的爬高設(shè)計(jì)值R按2級(jí)土石壩取累積概率P=1%爬高值R1%計(jì)算。根據(jù)計(jì)算該水庫(kù)在設(shè)計(jì)條件下和校核條件下的累積概率P=1%的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kp值為2.23。風(fēng)浪壅高按下式計(jì)算：式中：K——綜合摩阻系數(shù)，計(jì)算時(shí)一般采用K=3.6×10-6；β——風(fēng)向與水域中線的夾角；其他符號(hào)同前。根據(jù)以上公式及參數(shù)，壩頂超高計(jì)算成果見(jiàn)表5-1。壩頂超高計(jì)算成果表表5-1工況水位(m)設(shè)計(jì)風(fēng)速(m/s)平均波長(zhǎng)(m)平均波高(m)平均波浪爬高(m)風(fēng)浪壅高（m）設(shè)計(jì)爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設(shè)計(jì)(P=1%)2822.5924.07.570.250.380.0320.861.01.89校核(P=0.05%)2823.5715.011.810.380.590.0121.330.51.85由于水庫(kù)所在地區(qū)地震基本烈度7°，按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL293—97），水工建筑物抗震計(jì)算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震區(qū)的地震涌浪高度，可根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深，一般涌浪高度為0.5m～1.5m，該水庫(kù)地震涌浪高度取用1.0m，不考慮地震作用的附加沉陷計(jì)算。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）第5.3.3條規(guī)定，壩頂高程分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值：（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高：2822.59+1.89＝2824.48m；（2）正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高：2820.5+1.89=2822.39m；（3）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高：2823.57+1.85=2825.42m；（4）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高：2820.5+1.85+1.0=2823.35m。經(jīng)計(jì)算可以看出該大壩壩頂高程由校核情況控制為2825.42m，取2825.5m。5.2.2壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定，壩頂無(wú)特殊要求時(shí)，高壩的頂部寬度可選用10~15m，中低壩可選用5~10m。該水庫(kù)擋水大壩壩基高程為2750，根據(jù)計(jì)算壩高為75.5m，大于70m，屬高壩，故綜合各方面因素可取該土石壩壩頂寬度為10m。5.2.3壩坡與戧道土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再通過(guò)計(jì)算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實(shí)際結(jié)合，上游壩坡上部取2.5，下部取3.0，下游自上而下均取2.50，下游在2800m、2775m高程處各變坡一次。在壩坡改變處，尤其在下游坡，通常設(shè)置1.5～2ｍ寬的馬道（戧道）以使匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用，綜合上述等各方面因素其寬度取為2.0ｍ。5.2.4壩體排水由于本地區(qū)石料比較豐富，故采用堆石棱體排水比較適宜，另外采用棱體排水可以降低壩體浸潤(rùn)線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護(hù)下游壩址免受尾水淘刷，并可支撐壩體，增加下游壩坡的穩(wěn)定性。按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位1m為原則，校核洪水時(shí)下游水位可由壩址流量水位曲線查得為2755.22m，最后取棱體頂面高程為2756.3m，堆石棱體內(nèi)坡取1:1.5，外坡取1:2.0，頂寬2.0m，下游水位以上用貼坡排水。5.3大壩防滲體大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面。5.3.1壩體的防滲壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤(rùn)線控制滲透坡降的要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求。該壩體采用粘土斜心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而定，本設(shè)計(jì)允許滲透坡降[J]=5，上游校核洪水時(shí)承受的最大水頭為75.5ｍ，墻的厚度B﹥75.5/5=15.1ｍ.參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，斜心墻的頂部寬度取為5ｍ（滿足大于3ｍ機(jī)械化施工要求），粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為1:0.4～1:1.0之間，有資料研究認(rèn)為，斜心墻向上游傾斜的坡度為1:0.25～1:0.75時(shí)較好，本次設(shè)計(jì)取為1:0.4，下游坡度取為1:0.2，粘土斜心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高0.6～0.8m）并高于校核洪水位為原則，最終取其墻頂高程為2823.6ｍ，經(jīng)計(jì)算底寬為19.68ｍ,大于15.1ｍ.墻頂?shù)纳喜苛粲?.8m的保護(hù)層，并粘土斜心墻頂部向下游傾斜。5.3.2壩基防滲由壩址處地質(zhì)剖面圖，可知該壩基為砂礫石地基，對(duì)砂礫石地基防滲措施主要有開(kāi)挖截水槽回填粘土、混凝土防滲墻、帷幕灌漿等措施。從材料來(lái)看由于附近粘土材料儲(chǔ)量較少，故不適合采用粘土截水槽，又根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274——2001），80m以內(nèi)的砂礫石地基可采用混凝土防滲墻，由壩址處地質(zhì)破面圖，該壩基河槽段砂礫石最大層厚為32m，因此該壩基河床中部及兩岸坡均采用混凝土防滲墻，根據(jù)水工建筑物教材，厚度取0.8m，防滲墻伸入壩體防滲體的長(zhǎng)度不小于1/10倍壩高，本次設(shè)計(jì)取7.5m，防滲墻布置在心墻底面中部偏上，根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定墻體底部應(yīng)深入巖基0.5～1.0m，本次設(shè)計(jì)取0.5m，岸坡混凝土防滲墻底高程沿岸坡逐漸變化5.4土料設(shè)計(jì)筑壩土料的實(shí)際與土壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方案以及工程造價(jià)有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地、就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)主要任務(wù)是確定粘壤土的填筑干容重、含水量，礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)。5.4.1粘性土料設(shè)計(jì)粘壤土用南京水利科學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀做擊實(shí)試驗(yàn)求最大干容重、最優(yōu)含水量（一般采用25擊，其擊實(shí)功能為86.3t·m/m3）。由于最優(yōu)含水量隨壓實(shí)功能的大小而變，故在土料的設(shè)計(jì)中常根據(jù)土料的實(shí)際施工機(jī)具的壓實(shí)功能，選擇相應(yīng)的最優(yōu)含水量作為填筑土料的含水量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的筑壩經(jīng)驗(yàn)，常將粘土的填筑含水量控制在最優(yōu)含水量的附近，其上下偏離最優(yōu)含水量控制2%～3%。根據(jù)以上的擊實(shí)次數(shù)和擊實(shí)功能，得出的多組平均最大干容重和平均最優(yōu)含水量。設(shè)計(jì)干容重為：式中：——設(shè)計(jì)干容重，（ｇ/㎝3）；——在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重，（ｇ/㎝3）；ｍ——施工條件系數(shù)（或稱壓實(shí)系數(shù)）。對(duì)于1、2級(jí)高壩，ｍ的值采用0.96～0.99之間，三四級(jí)壩或低壩可采用0.93～0.96，本設(shè)計(jì)?。?0.98。粘性土的填筑含水量Ｗ為：Ｗ=ＷP＋Ｂ·ＩP式中：ＷP——土的塑限；ＩP——土的塑性指數(shù)；B——稠度系數(shù)，對(duì)高壩可取-0.1～0.1之間，低壩可取0.1～0.2之間，本設(shè)計(jì)取B=0.07。設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量為：用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考：=式中：──土粒的比重；──壓實(shí)土的含氣量，粘土可取0.05，砂質(zhì)粘土取0.04，壤土可取0.03，本設(shè)計(jì)取為0.05。運(yùn)用下式作校核：≥1.02～1.12式中：──土料場(chǎng)的自然干容重；對(duì)1、2級(jí)壩，還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，以便復(fù)核，并據(jù)以選定施工碾壓參數(shù)。粘土料的設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表5-2粘性土料設(shè)計(jì)成果表表5-2料場(chǎng)12123比重△s2.672.672.652.742.7最優(yōu)含水量22.0721.0222.323.816.9設(shè)計(jì)干密度（g/cm3)1.61.651.561.541.8塑限含水量wp1.5681.6171.52881.50921.764填筑含水量w21.7820.6823.2824.6619.02自然含水量%21.7821.7922.3023.7218.88塑性指數(shù)24.824.225.626.315.9孔隙此e19.4621.724.5723.514濕密度ρ(g/cm3)0.7030.6510.7330.8160.531浮密度ρ(g/cm3)35.71636.84835.61737.30035.068內(nèi)摩擦角Φ0.9811.0110.9520.9581.111粘聚力(kpa)24.67o25.50o23.17o21.5o28o滲透系數(shù)k（10-6cm/s）4.3174.81.93.963.05.4.2土料的選用已經(jīng)探明上下游共有5個(gè)粘土料場(chǎng)，總儲(chǔ)量為190萬(wàn)m3，因地理位置不同，各料場(chǎng)的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、和化學(xué)性質(zhì)也存在一定的差異，土料的采用以“近而好”為原則。根據(jù)上述土料物理力學(xué)性質(zhì)從滲透系數(shù)的角度來(lái)看均滿足規(guī)范要求，因?yàn)楦鶕?jù)筑壩材料的填筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滲透系數(shù)一般對(duì)均質(zhì)壩不大于110-4㎝3/s，對(duì)心墻或斜墻不大于110-5㎝3/s。1#下和3料場(chǎng)的塑性指數(shù)小于20，從壓的角度宜采用1#下和3料場(chǎng)的粘土料，所以可將1#下和3料場(chǎng)作為主料場(chǎng)，其余幾個(gè)料場(chǎng)作為輔助料場(chǎng)。5.4.3壩殼砂礫料設(shè)計(jì)壩殼砂礫料設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下：，或式中：emax——最大孔隙比，emax=；emin——最小孔隙比，emin=；e——填筑的沙、沙卵石、或地基原狀沙、沙卵石的孔隙比，e=；——沙粒比重；——最大干容重，由試驗(yàn)求得；——最小干容重，由試驗(yàn)求得；——填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，對(duì)于砂土要求Dr不小于0.70；對(duì)于砂礫石，則依壩的級(jí)別而定，1、2、3級(jí)壩Dr不小于0.75，4、5級(jí)壩不小于0.70。在地震區(qū)要求更高。一般沙礫料的干容重KN/m3。砂礫料的設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表5-3砂礫料設(shè)計(jì)成果表表5-3料場(chǎng)4123不均勻系數(shù)43454534大于5mm礫石含量%45484642比重△s0.752.752.752.73設(shè)計(jì)干容重ra1.86591.86591.86591.8524設(shè)計(jì)孔隙比e0.47380.47380.47380.4738保持含水量%5555濕容重ru1.961.961.961.95浮容重r’1.191.191.191.174內(nèi)摩檫角36o30′35o10′35o20′36o40′粘聚力0000滲透系數(shù)10-2cm/s2222綜上所述，砂礫料的選用情況為：除料場(chǎng)的不均勻系數(shù)不滿足要求外，其余幾個(gè)料場(chǎng)，滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)能滿足要求，故而都可作為筑壩的砂礫料。施工時(shí)可考慮上游料填在壩的上游測(cè)，下游砂礫料填在下游測(cè)，這樣有利于施工，減小相對(duì)干擾。從顆粒級(jí)配曲線可以看出、料場(chǎng)級(jí)配較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，應(yīng)優(yōu)先采用。砂礫料場(chǎng)上下游共8處，總量為1850萬(wàn)立方米，大壩工程在400萬(wàn)立方米左右。用兩個(gè)料場(chǎng)可能數(shù)量不足，可以、料場(chǎng)砂礫料作為輔助之用。5.5滲流計(jì)算土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)；同時(shí)確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫(kù)的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近視解土壩滲流問(wèn)題，計(jì)算假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6.2。圖5-1大壩縱斷面地質(zhì)剖面圖圖5-2I-I斷面圖圖5-3II-II斷面圖圖5-4III-III斷面圖通過(guò)防滲體神流量：通過(guò)防滲體后滲流量：其中：K——防滲體滲透系數(shù)，；H——上游水深；H1——逸出水深；B——防滲體有效厚度；α——防滲體等效和傾角；K2——混凝土防滲墻滲透系數(shù)，m/s；T1——下游水深；T——沖積層厚度，取最大值35m；D——防滲墻厚度；K1——防滲體后滲透系數(shù)，2×10-4m/s；KT——沖積層滲透系數(shù)，2×10-4m/s；假設(shè)：①不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；②由于沙礫料滲透系數(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(huì)形成逸出高度；③對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不是平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下0游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤(rùn)線末端即為壩趾。計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇：對(duì)河床中間斷面I—I及左右對(duì)稱的兩典型斷面II—II、III—III進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水的工況進(jìn)行。滲流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5-4。滲流計(jì)算成果表表5-4計(jì)算情況計(jì)算項(xiàng)目正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位上游水深H（m）Ⅰ-Ⅰ70.572.59Ⅱ-Ⅱ34.035.2Ⅲ-Ⅲ32.033.2下游水深t(m)Ⅰ-Ⅰ2.205.06Ⅱ-Ⅱ00Ⅲ-Ⅲ00逸出水深H1(m)Ⅰ-Ⅰ2.21085.0648Ⅱ-Ⅱ0.16590.1718Ⅲ-Ⅲ0.16250.1687滲流量q（10-4M3/s.m）Ⅰ-Ⅰ9.309.58Ⅱ-Ⅱ3.033.25Ⅲ-Ⅲ2.752.96總滲流量Q（萬(wàn)m3/d）1.3871.4425.6滲透穩(wěn)定驗(yàn)算斜心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土斜墻的接觸面按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問(wèn)題也不大。在斜墻逸出點(diǎn)滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。滲透坡降的計(jì)算公式：式中：──上游水深減逸出水深；──防滲體的平均厚度.計(jì)算成果見(jiàn)表5-5：各種工況滲流逸出點(diǎn)坡降表5-5斷面Ⅰ—ⅠⅡ—ⅡⅢ—Ⅲ計(jì)算情況正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)坡降J6.056.104.084.273.934.10填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為5~10，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。綜上所述：以斜心墻、混凝土防滲墻與兩岸壩肩開(kāi)挖風(fēng)化巖填以粘土形成粘土截水墻的垂直防滲帶作為防滲措施?？倽B流在正常蓄水時(shí)為0.162m3/s，設(shè)計(jì)洪水時(shí)為0.168m3/s，與同類工程相比顯然是很小的。在計(jì)算中并考慮繞壩滲流及巖基透水，混凝土防滲墻的滲透系數(shù)應(yīng)取較大值，，這樣取值估計(jì)的滲流量可能大于實(shí)際滲流量，但壩的滲透坡降仍滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明取值合理。5.7穩(wěn)定計(jì)算5.7.1計(jì)算方法按施工期、穩(wěn)定滲流期、庫(kù)水位降落期三個(gè)控制時(shí)期核算土石壩的穩(wěn)定。心（斜心）墻壩的上下游壩坡滑動(dòng)時(shí)形成折線滑動(dòng)面.部分浸水的非粘土壩坡，由于水位上下的土料容重不同，有水時(shí)、C值也有所降低，此時(shí)壩坡失穩(wěn)時(shí)最可能的滑動(dòng)面近乎折線。在滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮是一樣的，安全系數(shù)的表示方式為；；；5.7.2上、下游壩坡折線滑動(dòng)法計(jì)算上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表5-6。大壩上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表表5-6部位計(jì)算工況上游水位（m）下游水位（m）最小安全系數(shù)（Kmin）規(guī)范值上游坡施工期1/3壩高27752752.201.401.35穩(wěn)定滲流期2820.52755.061.371.35水位降落期2823.58-2796——1.321.25正常蓄水位+地震2821.52752.201.231.15下游坡穩(wěn)定滲流期（正常）2820.52752.201.521.35穩(wěn)定滲流期（設(shè)計(jì)）2822.602755.061.521.35穩(wěn)定滲流期（校核）2823.582755.221.461.25正常蓄水位+地震2821.52752.201.311.155.7.3穩(wěn)定成果分析根據(jù)計(jì)算成果表可看出大壩上下游坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，由于上游壩坡較緩，穩(wěn)定滲流期以及水位降低期，不考慮地震時(shí)，Kmin=1.32~1.37，考慮地震時(shí)，Kmin=1.23；下游坡情況也類似，正常情況Kmin=1.52，校核情況Kmin=1.46，壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮加陡壩坡以減小工程量.鑒于各種因素考慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡，維持原擬訂的剖面。5.8基礎(chǔ)處理部分5.8.1河床部分（1）滲流控制方案條件允許時(shí)優(yōu)先考慮垂直防滲方案。在透水層較淺（10~15m以下）時(shí)，可采用回填粘土截水槽方案，由于壩址處河床沖積層平均深20m，最大達(dá)35m，施工比較困難而不予采用.又由于河床有孤石，采用鋼板樁也比較困難，造價(jià)也高。帳幕灌漿在此地存在可灌性問(wèn)題?；炷练罎B墻方案，施工快、材料省、防滲效果好，對(duì)于這種深度透水層是比較合適的，決定采用這種方案。按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為0.8m.防滲墻深入河床沖積層，底部嵌入基巖，上部與斜心墻連接。由于防滲墻兩側(cè)沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻的不均勻沉陷而導(dǎo)致裂縫。為此防滲墻頂部作成尖劈狀，兩側(cè)以高塑性粘土填筑，伸入斜心墻深厚度已經(jīng)確定為7.5m，底部深入基巖0.5m，尖劈頂寬0.25寬，詳見(jiàn)下文的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

（2）防滲墻的型式、材料及布置根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于透水層厚度為30-60m的情況，采用槽板式混凝土防滲墻比較合適，設(shè)計(jì)中采用這種型式。混凝土防滲墻要求材料有足夠的抗?jié)B能力及耐久性，能防止環(huán)境水的侵蝕和溶蝕；有一定的強(qiáng)度，滿足壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、剪應(yīng)力等各項(xiàng)強(qiáng)度要求有良好的流動(dòng)性、和易性以便在運(yùn)輸中不發(fā)生離析現(xiàn)象.而且能在水下施工。防滲墻布置于斜心墻之下，從防滲角度來(lái)看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一側(cè)好，綜合考慮布置于心墻底面中心位置。5.9壩肩處理壩肩兩岸為覆蓋層及全風(fēng)化巖石，深約20m，性質(zhì)較差，為良好的透水料，底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)良好，但由于節(jié)理的作用，透水性也較強(qiáng)。針對(duì)以上情況作以下處理，設(shè)置混凝土防滲墻至半風(fēng)化巖基，與河床部分防滲墻相連，并在墻下設(shè)置灌漿孔，詳見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。5.10細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)5.10.1壩的防滲體，排水設(shè)備壩體防滲體內(nèi)斜心墻，斜心墻上下游設(shè)置反濾層；壩基防滲體為防滲墻和粘土截水墻；壩體排水為棱體排水。在排水體與壩體、壩基之間設(shè)置反濾層；下游戧道設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。5.10.2反濾層設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料，考慮安全系數(shù)為1.5~2.0，按太沙基準(zhǔn)確定，即式中，為濾料粒徑，小于該粒經(jīng)土占總土重的15%，d85為被保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的85%，d15為保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%。第二層反濾料的選擇也按上述辦法進(jìn)行。按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。（2）設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5-7。反濾層設(shè)計(jì)成果表表5-7層數(shù)部位第一層第二層D50(mm)厚度hc(㎝)D50(mm)厚度hc（㎝)防滲體周邊部位0.1201.030排水部位252090605.10.3護(hù)坡設(shè)計(jì)上游護(hù)坡用于砌石因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)，下游壩面直接鋪上20cm的碎石作為護(hù)坡.上游護(hù)坡由至壩頂做至死水位以下（加設(shè)計(jì)浪高），為方便起見(jiàn)做至2795.0m高程，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。5.10.4壩頂布置壩頂設(shè)置泥結(jié)石路面，壩頂向下游設(shè)1%橫坡以便匯集雨水，并設(shè)置縱向排水溝，經(jīng)坡面排水排至下游，壩頂設(shè)置欄桿以策安全，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造詳圖。E江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6泄水建筑物設(shè)計(jì)6、泄水建筑物設(shè)計(jì)6.1泄水方案選擇壩址地帶河谷較窄，山坡陡峻，山脊高，經(jīng)過(guò)比較樞紐布置于河彎地段。由于兩岸山坡陡峻，無(wú)天然埡口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，開(kāi)挖量大，造價(jià)較高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置于岸（右岸），采取“龍?zhí)ь^”無(wú)壓泄洪的型式與施工導(dǎo)流洞結(jié)合。為滿足水庫(kù)放空水位2770.0m的要求，還與導(dǎo)流洞結(jié)合設(shè)置了放空洞。6.2隧洞選擇與布置樞紐布置于河彎地段，從地形上來(lái)看隧洞應(yīng)當(dāng)布置于這樣不僅工程量省，而且水力條件也較好。從地質(zhì)來(lái)看這個(gè)山梁除表面有一層較深的風(fēng)化巖外，下部大部分為堅(jiān)硬玄武巖，強(qiáng)度較高，巖體中夾雜著幾條破碎帶，但走向大都與隧洞軸線成較大的角度。因此將泄洪洞、放空洞連同引水發(fā)電隧洞均布置于右岸凸出的山梁里面，見(jiàn)圖5.2—水利工程樞紐布置。6.3隧洞的體型設(shè)計(jì)6.3.1進(jìn)口建筑物由于進(jìn)口岸坡地質(zhì)條件較差，覆蓋層較厚，因而采用塔式進(jìn)口，塔頂設(shè)置操作平臺(tái)。（1）進(jìn)口喇叭口平面上不擴(kuò)散，而立面上洞頂以橢圓方程連接。L—漸變段的長(zhǎng)度；—進(jìn)口洞頂?shù)剿矶错數(shù)母叱滩睢Ｓ梢?guī)范可知L取隧洞本身段寬度的2~3倍，結(jié)合本工程L取16米，取4米，最后橢圓方程為：1）進(jìn)口堰面曲線，采用WES-型堰面曲線，方程：為不影響泄流能力，堰高取10m，定型設(shè)計(jì)水頭：，取。所以曲線方程為：。2）進(jìn)口上游段為橢圓曲線：0.28~0.30，取當(dāng)，所以橢圓曲線方程為：（2）閘門(mén)型式及尺寸工作及檢修閘門(mén)均采用平板門(mén)，設(shè)在進(jìn)口處，閘門(mén)寬7m，高為12.5m（正常水位減堰頂高程加浪高）。6.3.2洞身斷面型式和尺寸 根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，本無(wú)壓隧洞采用門(mén)洞型斷面。調(diào)洪演算時(shí)已經(jīng)擬定溢流孔口尺寸7m×15.5m（為保證無(wú)壓泄流，由校核洪水位減堰頂高程加相應(yīng)浪高而得，13.57+1.85=15.43m,取15.5m），由于水流經(jīng)堰頂馬上跌落，所擬洞寬不變，而高度則以斜段為1:1坡按cos450折減，則洞身尺寸為7m11.0m。具體通過(guò)水面典線計(jì)算以后確定.進(jìn)口以后與斜洞連接，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以1:1坡度連接，反弧段以60.0m半徑圓弧相連接，見(jiàn)圖7.1—隧洞縱坡面布置。6.3.3出口消能段隧洞出口高程定為2750.0m，由于下游出口離電站和大壩較遠(yuǎn)，較大的沖坑不致影響大壩及電站的安全，且地質(zhì)條件容許，因此采用挑流消能。由于隧洞出口寬度小，單寬流量集中，因而在出口設(shè)置擴(kuò)散段。挑流參數(shù)鼻坎高程按高于下游最高水位1.0m，定為2756.0m；根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)挑角取θ=25°；因出口為平段，為了水流能平順挑出采用了較大的反弧半徑R=60m。6.4隧洞的水力計(jì)算水力計(jì)算包括洞內(nèi)水面線及出口消能計(jì)算兩部分。計(jì)算工況：設(shè)計(jì)洪水位2822.59m,下泄流量672.7m3/s；校核洪水位2823.57m,下泄流量753.6m3/s；堰頂高程2810m。因在宣泄校核洪水時(shí)也要滿足各項(xiàng)要求，因而對(duì)校核情況進(jìn)行水力計(jì)算。6.4.1平洞段底坡的確定對(duì)于矩形斷面hc可用下列公式計(jì)算：計(jì)算得到臨界坡降；由于泄流時(shí)水流流速較大，為不影響隧洞的泄流能力，隧洞應(yīng)做成陡坡，鑒于坡度太大施工不便，底坡取。6.4.2洞內(nèi)水面曲線由能量方程：計(jì)算得收縮斷面水深。以收縮斷面為起始位置，按公式依次向下游計(jì)算平洞段水面曲線。由于泄洪隧洞流速較大（最大達(dá)39.59m/s），因而必須考慮摻氣的影響。摻氣后水深按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下：平洞段水面線計(jì)算成果見(jiàn)表6-1。平洞段水面線計(jì)算成果表表6-1h1h2Qv1v2r1r2VRCLh2lgσΔhha2.3942.6856033.4229.91.421.5231.631.4776.161002.682.2551.283.9642.682.97356029.8526.91.521.6128.381.5676.942002.972.1421.094.0662.9733.27156026.9124.51.611.6925.681.6577.643003.272.0620.954.2163.2713.36856024.4623.81.691.7224.111.778.063323.372.0420.904.272為保證洞內(nèi)為明流，水面線以上應(yīng)留有一定的凈孔，按規(guī)范要求高流速泄洪隧洞摻氣水面以上的凈空為洞身面積的15%~25%，25%的凈空是15.42m2，現(xiàn)有34.35m2，因此洞身斷面滿足要求。由于還有許多因素沒(méi)顧及，加上還要考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合，留有一定的富裕是必要的。6.4.3出口消能驗(yàn)算為減少出口單寬流量，利于消能，隧洞出口設(shè)擴(kuò)散段。因流速較大，為避免水流與邊墻脫離，擴(kuò)散角不宜過(guò)大。以控制，擴(kuò)散角取為50。挑距按下式計(jì)算式中：L──自挑坎末端算起的挑流水舌外緣挑距，（m）；──坎頂水面流速，按鼻坎處平均流速的1.1倍，（m/s）；──鼻坎挑射角，；──坎頂鉛直方向水深，h（h為坎頂?shù)钠骄睿琺；──坎頂至河床面的高差，（m）。計(jì)算結(jié)果為43.64m。沖坑深度按下式計(jì)算式中：tk──由河床表面算起至坑底的深度，（m）；H──上下游水位之差，（m），H=21.72-5.34=16.38m；q──單寬流量，[m2/（s·m）]；K──沖坑系數(shù)，對(duì)于堅(jiān)硬的巖石，K=0.9～1.2之間，本設(shè)計(jì)取K=1.2；t─下游水深，從堅(jiān)硬的巖石算起，取t=5.34m。計(jì)算結(jié)果為14.25m考慮到隧洞沿程水頭損失較大，H以挑出時(shí)的水頭計(jì)算，單寬流量也以出口處計(jì)算。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，安全挑距約為最大沖坑深度的2.5～5.0倍，且有，滿足設(shè)計(jì)要求。6.5隧洞的細(xì)部構(gòu)造6.5.1洞身襯砌（1）襯砌型式。本工程無(wú)壓泄洪隧洞流量大、流速高，采用城門(mén)洞形斷面，整體式單層混凝土襯砌。（2）襯砌厚度。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，取1/12洞徑，最后取0.9m。6.5.2襯砌分縫、止水為適應(yīng)施工能力、防止混凝土干縮和溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫，沿洞軸線方向設(shè)置永久性橫向伸縮縫，分縫間距為10.0m，縫間設(shè)止水，詳見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造圖。隧洞通過(guò)斷層破碎帶部位，襯砌厚度加大一倍；為防止不均勻沉陷而開(kāi)裂，襯砌突變處設(shè)橫向沉降縫，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造圖。6.5.3灌漿洞頂部進(jìn)行回填灌漿，充填圍巖與襯砌的空隙，使之緊密結(jié)合，共同工作，改善傳力條件和減少滲漏.對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，提高其整體性，保證圍巖的彈性抗力，減少滲漏.回填灌漿與固結(jié)灌漿孔間隔布置，詳見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造圖。6.5.4排水從地質(zhì)剖面上看地下水位較高，為降低外水壓力設(shè)置徑向排水孔，孔徑15cm，孔距400cm，孔深400m，并在底部設(shè)置縱向排水管，管徑為20cm。6.5.5摻氣槽在反弧段前沿及其后設(shè)置摻氣槽，向水流邊界通氣，提高低壓區(qū)的壓力，緩沖氣泡潰滅時(shí)的破壞作用，具體尺寸見(jiàn)圖。6.5.6錨筋加固泄洪隧洞進(jìn)口、巖體破碎帶、反弧段巖體（四面臨空比較薄弱），以錨筋加固，詳見(jiàn)隧洞細(xì)部構(gòu)造圖。6.6放空洞設(shè)計(jì)水庫(kù)放空要求降至2770.0m高程，由于泄洪洞進(jìn)口高程較高（2810.0m）因而需另設(shè)放空洞。放空洞中后部與泄洪洞結(jié)合，見(jiàn)平面布置圖。E江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7施工組織設(shè)計(jì)7、施工組織設(shè)計(jì)7.1施工導(dǎo)流計(jì)劃7.1.1導(dǎo)流方案的選擇土壩建于深厚的覆蓋層上，不宜修建縱向圍堰；且河床寬度不大，若分期修建土壩，容易形成接頭薄弱面，加之壩體方量較大，保證其持續(xù)均衡生產(chǎn)十分重要，因而采用全斷面圍堰攔洪方案。壩址附近山坡陡峻，不宜采用明渠道導(dǎo)流，涵管的泄流能力又有限.壩址右岸利于布置隧洞，山巖大部分為堅(jiān)硬玄武巖，故而采用隧洞導(dǎo)流方案。鑒于河床沖積層較深，基礎(chǔ)處理工程艱巨、時(shí)間長(zhǎng)，為降低臨時(shí)工程的投資和加快施工進(jìn)度，將上游圍堰與壩體結(jié)合，施工導(dǎo)流隧洞與泄洪洞結(jié)合。7.1.2施工分期本工程劃定工期為4年左右，采用隧洞導(dǎo)流方案。土壩施工分四期進(jìn)行,如下：圖7-1工程分期施工示意圖（1）截流前,完成導(dǎo)流隧洞工程,并做好截流準(zhǔn)備工作。（2）從截流開(kāi)始，在圍堰的保護(hù)下進(jìn)行大壩基礎(chǔ)工程，包括排水、清基、防滲墻施工.汛期來(lái)到之前將圍堰搶到攔洪水位以上，有余力則進(jìn)行一部分壩體填筑。（3）攔洪后填筑大壩到開(kāi)始封孔畜水。（4）封孔以后大壩繼續(xù)升高至設(shè)計(jì)高程。7.1.3導(dǎo)流工程規(guī)劃布置隧洞及圍堰型式和尺寸選擇，是個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。本應(yīng)該擬定多種方案進(jìn)行比較。選擇導(dǎo)流隧洞及圍堰造價(jià)最小的隧洞尺寸及圍堰高程。這里只作一個(gè)方案。由于設(shè)計(jì)時(shí)將施工導(dǎo)流隧洞與永久泄洪洞結(jié)合。將兩者的斷面尺寸設(shè)計(jì)成相等是比較有益的。如果按這個(gè)尺寸進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算,得出上游水位(攔洪水位)太高以至超過(guò)上游圍堰的填筑能力.則應(yīng)加大隧洞的斷面尺寸。(1)隧洞斷面型式尺寸及布置泄洪洞斷面為城門(mén)洞型。寬7m，高11m，隧洞底坡i=0.006。進(jìn)口高程2753.6m。為使流態(tài)較好，進(jìn)口布置成直線，設(shè)置喇叭口，并與明渠相連。(2)調(diào)洪演算上游攔洪圍堰為壩體的一部分，因此采用施工期攔洪渡汛標(biāo)準(zhǔn)。攔洪時(shí)所形成庫(kù)容在1億~0.1億m3之間。設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100~50年。本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)洪水頻率定為1%。=1680/s.下游圍堰按臨時(shí)性建筑選用洪水標(biāo)準(zhǔn)，按規(guī)范采用5%洪水，=1180/s。對(duì)1%、5%洪水按洪峰量控制進(jìn)行放大，得出相應(yīng)的洪水過(guò)程線，進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。得到1%洪水時(shí)攔洪水位2778.2m，下泄量1030.5m3/s（雖大于900m3/s的安全泄量，但施工期間，工程未發(fā)揮效益，可認(rèn)為是容許的）。5%洪水時(shí)攔水位2772.4m，下泄流量894.9m3/s。(3)圍堰主要型式、尺寸及布置本工程采用圍堰攔洪，為全年擋水圍堰。鑒于當(dāng)?shù)厣暗[料豐富，上游圍堰作為壩體的一部分，因而上下游圍堰均采用粘土斜墻圍堰。經(jīng)過(guò)調(diào)洪計(jì)算，對(duì)于1%洪水，隧洞下泄一部分流量后上游水位雍高為2778.2m,加一定的安全超高后，得上游圍堰高程為2780.00m（安全超高取1.8mm），考慮到壩體