金家壩課程設計—金家壩（上壩線斜墻壩方案）

1、水利水電工程專業(yè)專項設計說明書水 工 建 筑 物 課 程設計題目： 土壩設計（金家壩水利樞紐） 班 級： 水電1141 姓 名 韓 磊 指導教師： 孫立宇 長春工程學院水利與環(huán)境工程學院水 工 教 研 室2013 年 12 月 22 日目 錄1.設計基本資料11.1工程概況11.2水文氣象11.2.1 流域概況11.2.2 氣象資料11.3地形地質條件21.3.1 水庫區(qū)工程地質條件21.3.2 壩址區(qū)的地質概況21.3.3 上壩線工程地質評價21.3.4 壩址區(qū)的物理地質現象與邊坡穩(wěn)定評價31.3.5 壩址基巖物理力學參數31.4金家壩大壩41.4.1 設計標準41.4.2 平面布置41.4

2、.3 溢洪道布置51.5 其他設計資料51.5.1 工程特征水位51.5.2 地震烈度61.5.3 筑壩材料的技術指標61.6 設計內容與要求71.6.1 設計目的71.6.2 設計內容81.6.3 設計成果82 壩址及壩型的選擇92.1 壩址的選擇92.2 壩型選擇93 壩工設計123.1 壩頂高程的確定123.2壩頂寬度143.3壩坡的確定153.4壩體分區(qū)153.5趾板163.6壩體排水163.7分縫和止水173.8壩基處理174 滲流計算184.1 水庫特征水位184.2 計算原理184.3 計算結果：195 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計算215.1設計說明215.1.1 設計任務215.1

3、.2 計算工況215.1.3 計算方法215.2 .穩(wěn)定計算225.2.1基本原理與計算方法225.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡226. 土石壩細部構造設計及土料的選擇256.1壩頂256.2護坡256.3 排水體256.4壩體與壩基防滲設計266.5土石壩土料的選擇266.5.1 壩殼對土石料要求266.5.2防滲體對土石料的要求276.5.3 排水設施和護坡的結構布置276.5.4 反濾層的結構布置277.地基處及裂縫處理277.1 壩基清理277.2 土石壩的防滲處理287.3 土石壩與壩基的連接287.4土石壩與岸坡的連接287.5裂縫處理288.主要參考文獻30

4、謝辭3133 / 37文檔可自由編輯打印1.設計基本資料1.1工程概況 金家壩水電樞紐工程位于重慶市酉陽縣雙河鎮(zhèn)官清鄉(xiāng)、小河鄉(xiāng)境內，由樞紐區(qū)、引水系統(tǒng)和電站廠房等組成。根據甘龍河的流域規(guī)劃，水電開發(fā)分四級開發(fā)，即營盤嶺、堰塘灣、金家壩和五堆電站，金家壩水電樞紐工程為第三級。壩址位于烏江的支流甘龍河下游，距金家壩鎮(zhèn)1.0km，距酉陽縣城47km，樞紐位于官清鄉(xiāng)。水庫大壩地理坐標東經108°419北緯28°3728，北距酉陽縣城47km，南距李溪鎮(zhèn)23km，壩址和廠房均有鄉(xiāng)村公路與國道319和326線相連，交通較方便。金家壩水電樞紐工程是重慶市“十一五”重點能源建設項目之一，工

5、程任務以發(fā)電為主，兼有潛在的防洪、灌溉功能，并為人畜飲水、水產養(yǎng)殖及旅游等綜合利用提供有利條件。金家壩水電樞紐工程建成后，將加快甘龍河流域其他梯級電站的開發(fā)進程，有效緩解重慶統(tǒng)調電網電力供應緊張局面，提高電網的可靠性和經濟性，促進酉西片區(qū)產業(yè)結構調整和庫區(qū)旅游快速發(fā)展。1.2水文氣象1.2.1 流域概況水電樞紐工程位于烏江流域下游一級支流甘龍河的中游。河流全長106km，河道天然落差804m，平均比降7.1，流域總集水面積1700km2。1.2.2 氣象資料本工程所在流域屬于中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，全年四季分明，氣候溫和而冷暖不均，雨量充沛而分布不均，云霧多、霜雪少、日照少，冬季干冷、夏季多雨

6、常有伏旱、秋季涼爽多綿雨。據流域內酉陽縣氣象站1959-2001年資料統(tǒng)計多年平均降雨量1355mm、最大年降雨量1928.mm（1967年）、最小年降雨量849.8mm（1988年）；多年平均蒸發(fā)量949.4mm（20cm蒸發(fā)皿），多年平均氣溫14.9、極端最高溫度37.5、極端最低氣溫-7.8；多年平均風速0.8m/s、多年平均最大風速18m/s。據流域內的酉陽氣象站資料分析，暴雨發(fā)生在5月-9月，大暴雨多發(fā)生在6、7月份，一次暴雨持續(xù)時間為1d-3d，主要集中在1d以內，實測24h最大暴雨量達220.6mm(1955年)，大暴雨量占3d雨量的60%以上。1.3地形地質條件 1.3.1 水

7、庫區(qū)工程地質條件壩址屬侵蝕地貌單元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山頂高程460.0m550.0m以上，比高大于100m。左岸山體較寬厚，山坡一般坡度28°-35°；右岸山體呈北東南西向的半島狀山體，山坡一般坡度30°-40°。壩址甘龍河整體流向自東向西，河谷呈不對稱的“U”字型，河水面寬50m-60m，水深0.5m-1.5m。水庫與其鄰谷榕西河和甘龍河下游河段之間分布有閉合的區(qū)域性隔水地層，封閉條件良好，故不存在庫水向鄰谷滲漏問題。水庫屬峽谷型水庫，岸坡陡峻，在正常蓄水位附近，基本為巖質岸坡，不存在浸沒問題。庫區(qū)共發(fā)育滑坡體20處，由于方

8、量有限且遠離壩址，對大壩安全無影響。建庫后，在正常蓄水位與消落水位之間的覆蓋層將產生小面積的坍岸。 1.3.2 壩址區(qū)的地質概況壩址屬侵蝕地貌單元的低山地形。谷底高程348.2m352.3m，山頂高程460.0m550.0m以上，河水面寬50m-60m，水深0.5m-1.5m。壩址區(qū)分布的地層主要是志留系淺海碎屑沉積巖和第四系松散堆積物。壩址位于雞公嶺復式背斜的北西翼，巖層走向N15°-60°E，傾向NW，傾角30°-45°。壩址區(qū)發(fā)育f40、F9斷層?；鶐r主要發(fā)育三組陡傾角節(jié)理。壩址區(qū)一般巖石強風化帶4m-5m，中等風化帶厚度20m-38m。 1.3.

9、3 上壩線工程地質評價（1）建基標準建議在中等風化巖帶的上部，壩體部位需將兩岸山坡覆蓋層及左岸滑坡體清除后置于強風化巖體上。河床壩體可置于砂卵石上。（2）地基處理建議由于建基巖石完整性差，地基應進行固結灌漿處理。粉砂質頁巖巖質軟弱，風化速度快，開挖后應立即采取保護措施。（3）防滲帷幕建議防滲帷幕灌漿應深入到相對隔水層（q<1Lu）,帷幕灌漿深度：左岸山坡22m-52m；河床6m-22m；右岸山坡6m-52m。帷幕灌漿向兩岸延伸長度由庫水邊起算，至正常蓄水位與地下水位線相接處，左岸延伸86m，右岸延伸53m。1.3.4 壩址區(qū)的物理地質現象與邊坡穩(wěn)定評價滑坡體位于壩址左岸趾板線的山坡上，估

10、算體積25.9*104m³。區(qū)（趾板開挖前即現狀）穩(wěn)定系數K=1.12，滑坡體安全余度偏??；區(qū)(趾板開挖過程中)穩(wěn)定系數K=0.95，滑坡體不穩(wěn)定；區(qū)穩(wěn)定系數K=1.29，滑坡體基本穩(wěn)定。1.3.5 壩址基巖物理力學參數地層巖性壩址區(qū)主要為志留系（中統(tǒng)羅惹組和下統(tǒng)龍馬溪組）地層和第四系松散堆積物。由老至新敘述如下：志留系下統(tǒng)龍馬溪組第一段：粉砂質頁巖（S1ln¹）：灰色-黃色，泥質結構，頁理構造。分布于壩址兩岸上游山體及河床。志留系下統(tǒng)龍馬溪組第二段：粉砂質頁巖（S1ln²）：灰色，泥質結構，頁理構造。分布于壩址兩岸上游山體及河床。志留系中統(tǒng)羅惹組第一段：生物碎屑

11、灰?guī)r（S2lr1-1）:灰色，微晶結構，厚層狀構造。分布于壩址兩岸山體及河床，厚度3.5m-5.0m。泥質粉砂巖（S2lr1-2）：灰色，粉砂泥質結構，薄-中厚層狀構造。分布于河床及壩址兩岸山體，厚度35.0m-42.0m。粉砂質頁巖（S2lr1-3）：灰色泥質結構，頁理構造。主要分布于壩址右岸中上游、河床及左岸中下游山體，厚度37.0m-44.0m。砂巖（S2lr1-4）：灰色，中粒結構，厚層狀構造。主要分布于壩址右岸中上游、河床及左岸中下游山體，厚度9.0m-11.0m。粉砂質頁巖和泥質粉砂巖互層（S2lr1-5）：灰色，粉砂質頁巖占67%；泥質粉砂巖33%。粉砂質頁巖為泥質結構，頁理構造

12、；泥質粉砂巖為粉砂泥質結構，薄-中厚層狀構造。主要分布于壩址右岸、河床及左岸下游山體，厚度55.0m-65m。志留系中統(tǒng)羅惹組第二段：頁巖與泥巖互層（S2lr2）：灰黃色、紫紅色，頁巖占65%；泥巖35%。頁巖為泥質結構，頁理構造；泥巖為泥質結構，薄層裝構造。主要分布于壩址右岸下游半島狀山體。第四系松散堆積物：含角礫粘土（Qd1）：黃-黃褐色，稍濕，可塑-硬塑，分布于左、右岸山坡，厚度0.5m-1.5m。含粘土碎塊石（Qcol+d1、Qdel）：棕黃-灰黃色，碎塊石含量約占70%，粒徑以100mm-250mm為主，成分主要為強風化-弱風化的砂巖和頁巖，粘土含量約占30%。主要分布與左右岸山坡，

13、為崩坡積物，其中左岸較厚，厚度為5m-27m；右岸較薄，厚度一般為2m-5m。砂卵礫石（Qa1）：灰-深灰色，卵石含量約占20%，粒徑以80mm-120mm為主，礫石含量約占55%-60%，粒徑以5mm-40mm為主，卵石、礫石主要成分為灰?guī)r、白云巖、砂巖等。卵石、礫石呈弱風化狀態(tài)，中等蝕圓，呈中密狀態(tài)，其余為細沙。分布于河床與漫灘，厚度為2m-7.5m。1.4金家壩大壩1.4.1 設計標準水電樞紐工程由擋水壩、岸坡式溢洪道、引水隧洞和發(fā)電廠房組成，總庫容1.58×108m3。根據防洪標準（GB50201-94）和水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）的有關規(guī)定，按照

14、水庫總庫容劃分，本工程為二等工程，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物中的擋水壩、岸坡式溢洪道和引水洞進水口建筑物級別為2級，引水發(fā)電系統(tǒng)和電站廠房建筑物級別為3級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。大壩正常蓄水位高445.00m，校核洪水位446.31m。地震烈度度。背水側設計洪水位362.30m，校核洪水位為364.12m。1.4.2 平面布置金家壩水利樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水及電系統(tǒng)三大部分組成。根據樞紐區(qū)的地形、地質條件以及當地建筑材料分布情況，結合水庫調洪、供水等要求，對各建筑物的布置情況簡述如下：攔河壩為粘土斜墻壩，溢流堰布置于左岸，引水系統(tǒng)布置在右岸，電站布置

15、在壩下游右岸，電站廠房為壩后式。粘土斜墻壩正常蓄水位445.00m，校核洪水位446.31m，壩頂高程448.24m，防浪墻頂高程449.44m，防浪墻底高程447m（高于設計洪水位高程445.00m），最低建基面高程350.0m，最大壩高99.44m，壩頂寬度10m，最大壩底寬度313.81m，壩頂長度296m。大壩上游坡率為1：1.5；下游坡率為1：1.5，在高程431.0m、401.0m各設一級馬道，馬道寬3m。1.4.3 溢洪道布置溢洪道應盡量利用天然河道，根據金家壩水庫上游兩岸的地形、地質條件，溢洪道布置于大壩左側，該溢洪道為無閘控制正槽溢洪道。溢洪道由引水渠、控制段、泄槽段、消能防

16、沖設施組成，為避免槽內高速水流沖刷作用，溢洪道底板采用鋼筋混凝土襯護，混凝土強度為C20。溢流堰采用WES實用堰，堰頂高程為445.00m，堰高13m，溢流凈寬35m，渲泄校核洪水時，最大下泄流量為3500m3/s，堰頂單寬流量為98.6m3/s，渲泄設計洪水時，最大下泄流量為2300m3/s，堰頂單寬流量為64.3m3/s。進水渠全長260m，底板采用強度等級為C20的混凝土，厚0.5m，為穩(wěn)定安全兩側采用1：0.5的坡面?？刂贫伍L度為30m，溢流堰采用WES實用堰，溢洪道兩側為穩(wěn)定安全設置1：0.5的壩坡。泄槽斷面形式為矩形，為適應槽內高速水流的沖刷作用，泄槽底板采用C20鋼筋混凝土襯砌，

17、厚1.0m，邊墻為衡重式擋墻，頂寬1.0m，邊墻邊坡1：0.5。泄槽左右墻體材料、形式均與引水渠相同。邊墻內預埋60排水管（PVC管），排距3m；泄槽底板為分離式底板，每隔15m設置一橫縫，泄槽每隔35m設一道縱縫，在橫縫和縱縫處均設一道橡膠止水帶，在分縫處底板下設150塑料排水管，外包一層土工膜?？v橫向排水管相互貫通，最后通過預埋在效能出口的排水管將水排向下游河道。溢洪道消能采用底流式消能方式。1.5 其他設計資料1.5.1 工程特征水位1）上游特征水位正常蓄水位 445.00m設計洪水位（P1） 445.00m校核洪水位（P0.05） 446.31m死水位 407.00m2）下游特征水位設

18、計洪水（P1）時下游水位 362.30m校核洪水（P0.05）時下游水位 364.12m最低尾水位 323.52m設計洪水（P2）時廠房尾水位 332.61m校核洪水（P0.5）時廠房尾水位 333.70m1.5.2 地震烈度根據中國地震烈度區(qū)劃圖、中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖（GB18306-2001），劃定本工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為度，因此確定地震設計烈度為度。1.5.3 筑壩材料的技術指標a.粘性土天然狀態(tài)：粘粒含量30%40%，含水量23%24%，塑性指數1517，不均勻系數50有機質含量0.4%，水溶性鹽類含量2%，塑限17%19%比重2.72.72。b. 擾

19、動后粘性土：干容重d=16.5kn/m3，浮容重=10.6 kN/m3，滲透系數k=2×10-6cm/s.內摩擦角=18 ，水上內粘聚力C =26KPa 水下內粘聚力C =10KPa。內摩擦角=27 ，內粘聚力C =6KPa c.壤土天然狀態(tài)：粘粒含量15%25%，含水量20%22%，塑性指數811，不均勻系數12有機質含量0.4%，水溶性鹽類含量2%，塑限17%19%比重2.72.72。d.擾動后壤土：干容重d=16.5kN/m3，濕容重=19.5kN/m3，浮容重=10.6 kN/m3，滲透系數k=2.8×10-5cm/s.內摩擦角=25 ，水上內粘聚力C =20KPa

20、 水下內粘聚力C =8KPa。內摩擦角=27 ，內粘聚力C =6KPae.砂礫石：滲透系數k=3×10-3cm/s. 水上內摩擦角1=29 ， 水上內摩擦角1=32 ，水下內摩擦角2=27 ，水下內摩擦角2=30，最大孔隙比emax=0.98，最小孔隙比emin=0.58,比重G=2.7，不均勻系數=15。粘性土顆粒組成分析試驗壤土顆粒組成分析試驗礫粒砂粒粉粒粘粒礫粒砂粒粉粒粘粒>22-0.0750.075-0.005<0.005>22-0.0750.075-0.005<0.005%06.558.5350314920料場名稱數據類型砂礫石顆粒級配分析試驗>

21、;150150-8080-4040-2020-55-2.52.5- 1.251.25- 0.630.63- 0.3150.315-0.158< 0.158級配含量%上游統(tǒng)計組數1010101010101010101010最大值33.315.821.428.9196.3441182.22.1最小值2.22.610108.32.21.71.80.70.30.3平均值21.86.916.218.617.83.92.85.441.41.2下游統(tǒng)計組數1010101010101010101010最大值3118.62224.824.210.87.921.422.83.21.4最小值03888.122

22、.26.83.20.50.3平均值10.36.615.314.517.365.113.69.31.30.71.6 設計內容與要求1.6.1 設計目的通過設計鞏固、加深、擴大所學的基礎理論和專業(yè)知識，并達到進一步系統(tǒng)化。培養(yǎng)學生運用所學知識，解決實際工程技術問題的能力，能初步掌握設計原則，設計方法和步驟。培養(yǎng)學生獨立思考、獨立工作能力，通過畢業(yè)設計加強計算、繪圖、編寫設計文件、使用規(guī)范等方面能力的培養(yǎng)。1.6.2 設計內容樞紐布置根據有關資料進行樞紐布置，闡明樞紐中建筑物的作用、布置原則、布置方案的比較，選擇與確定，本設計壩軸線已知。壩工設計包括壩型選擇、剖面設計、平面布置、繪出壩體平面圖及壩體

23、中最大剖面圖。根據地形、地質壩型等因素，沿壩軸線選取若干典型剖面，計算壩體滲流流量，總滲流流量及壩內浸潤線。計算工況：上游正常蓄水位與下游相應最低水位 上游校核水位與下游相應最低水位穩(wěn)定計算:對壩體最大剖面、典型剖面，折線法驗算下列情況的壩坡穩(wěn)定性。計算工況：庫水位最不利時的上游壩坡（折線法）上游正常蓄水位，下游相應最低水位的下游壩坡（圓弧法）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡（圓弧法）施工或竣工期的上下游壩坡穩(wěn)定計算（圓弧法）細部構造設計及土料的選擇包括：壩頂、護坡、防滲體、排水體、馬道、壩面排水溝等。地基處理，及裂縫的處理包括：開挖、清理、防滲、加固處理等布置措施等。工程量計算1.

24、6.3 設計成果 包括：設計說明書、計算書各一份，（時間關系也可說明書、計算書合并寫） 設計成果圖24張，內容為大壩平面布置圖，下游立視圖，壩體最大剖面及典型剖面圖細部構造圖。2 壩址及壩型的選擇2.1 壩址的選擇 選址的原則：首先，應盡量選擇地形上最有利的壩址，如壩軸線較短，河谷較窄，便于布置泄水建筑物等。壩址與地質條件是影響壩址選擇的最重要因素之一。壩址附近的建筑物分布情況，影響到壩址的選擇。水庫區(qū)的淹沒情況也是選擇壩址的重要因素。壩址還必須結合河流規(guī)劃統(tǒng)一考慮。施工條件也是選擇壩址的因素之一。水庫及水利樞紐的管理條件也應在選擇壩址時予以應有注意。施工工期長短也影響著壩址的選擇。綜合以上所

25、有因素充分進行調查研究，權衡利弊，綜合考慮選定壩址。在所有的壩型中，土石壩由于基礎面積較大，承擔的應力較低，對地基要求較低。本設計壩軸線已知，故不詳細說明了。2.2 壩型選擇壩型選擇關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，還要根據地形地質條件、氣候條件、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，最后選定技術上可靠、經濟上合理的壩型工程中主要的壩型有重力壩、拱壩、土石壩，現對各種壩型進行比較： 1、重力壩重力壩基本形狀呈三角形，商業(yè)面鉛直或稍微傾向上游，壩底與基巖固結，建成擋水后依靠自重維持穩(wěn)定。重力壩的優(yōu)點：筑壩材料強度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂，滲

26、漏沖刷，地震破壞等的能力強；對地質、地形條件適應性強，一般建與基巖上；重力壩可做成溢流的，也可在壩內設置泄水孔，樞紐布置緊湊；結構作用明確；施工方便。缺點：由于壩體剖面尺寸往往由于穩(wěn)定和壩體拉應力強度條件控制而做的較大，材料用量多，壩內壓應力較低，材料強度不能充分發(fā)揮，且壩底面積大，因而揚壓力也較大，對穩(wěn)定不利；因扒體體積較大，施工期混凝土溫度收縮應力也較大，為防止溫度裂縫，施工時對混凝土溫度控制的要求較高。 2、拱壩拱壩是三面固結與基巖上的空間殼體結構，拱向上游凸出，且不設永久性分縫。拱壩的優(yōu)點：具有雙向傳力的性能；拱是推力結構；拱壩具有較高的超載能力；拱壩輕韌，富有彈性而整體性好，借助巖基

27、對地質功能的吸收，它又具有較強的抗震能力。缺點：拱壩是不設永久性橫縫的整體朝靜定結構，設計時需計入溫度變化和地基位移對壩體應力的影響；拱壩體形復雜；設計施工難度大，對施工質量、筑壩材料強度和防滲要求，以及對地形地質條件及地基要求均較高。 3、選用土石壩土石壩是指由當地土料石料或土石混合料填筑而成的壩。土石壩的優(yōu)點：就地取材，與混凝土相比，節(jié)省大量水泥，鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠途運輸費用；對地質地、形條件要求較低，任何不良地基經處理后也均可筑土壩；施工方法靈活，技術簡單，且管理方便，易于加高擴建。缺點：不允許壩頂溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物與造價往往很大，；在河谷狹窄，洪水流量大的河道

28、上施工導流較混凝土壩困難；采用粘性土料施工受氣候條件影響較大。本設計中，茅坪溪的防護壩地處山區(qū)交通條件差，公路標準低，運輸不方便，如從外運入筑壩材料，工程投資大大增加，因此不運用重力壩。拱壩應力分布均勻，不利于發(fā)揮材料強度，節(jié)省工程量，但對地質和地形要求嚴格，通常要求對稱均勻，因此地形不對稱，且地形地質條件也不甚好，如采用拱壩。壩體相對條件差，不利于壩體強度穩(wěn)定，設計施工復雜。因此不宜選拱壩，茅坪溪防護壩因當地土料、沙礫料、石料豐富，可就地取材，節(jié)省大量運輸費用，并且綜合考慮土壩與其他壩型相比具有的特點，最終選擇土石壩。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

29、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，選定技術上可行，經濟上合理的壩型。由于壩址處雨水多，黏土施工較為困難，故也不易采用厚心墻壩和厚斜墻壩。瀝青混凝土具有極佳的防滲性能及適應變形能力。故本設計采用粘土斜墻壩。3 壩工設計土石壩剖面的基本尺寸包括:壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡，防滲體與排水體的形式與尺寸等。3.1 壩頂高程的確定為防止庫水浸溢壩頂，壩頂水庫靜水位以上應有足夠的波浪超高。碾壓式土石壩設計規(guī)范，（SDJ218-84）規(guī)定，其值按下式計算： Y=R+e+A （3-1） 式中：風沿水面吹過所形成的水面升高 即風壅水面超出庫水位的高度，m 自風壅水面算起

30、的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡稱波浪爬高，m 水庫吹程，km或m 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 綜合摩阻系數，其值變化在（1.55.0）×之間。計算一般取3.6× （以km計）或3.6×（以m計） 計算風速，m/s 正常運用條件下的、級壩采用（1.52.0）（多年平均最大風速），正常運用條件下的 、級壩采用1.5，非常運用條件下的各級土石壩采用。 風向與壩軸線的夾角，（1°） =0 安全加高，見表3.1 正常A=1.0 非常A=0.7表3.1堤頂類型及運用情況堤 頂 級 別1234、5安 全 超 高土壩、土堤正常1.51.

31、00.70.5非常1.00.70.50.3混凝土閘壩、漿砌塊石閘壩正常0.70.50.40.3非常0.50.40.30.21.正常運用情況下計算壩頂高程 D=1km 波浪爬高 式中：m = 3.0 n = 0.0155 A = 1.0 (查表)則 =1.46 m = 3.435mY正常=R+e+A=3.435+0.002+1.0=4.437m壩頂高程 =445.00+ =449.44m 2. 非常情況下計算壩頂高程 非常運用情況下的壩頂超高計算公式與正常情況下的一樣，所不同的是風速來用多年平均最大風速V=，壩前水深H=446.31-445+120=121.31m =0.59m m = 3.0

32、n = 0.0155 R= =1.08 m A = 0.7 （查表） = =1.08 + 0.7 + 0.0005 = 1.7805 m 壩頂高程 = 446.31 + = 448.09 m 3. 考慮地震影響壩頂高程 地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高， 地震涌浪加高一般為0.51.5m，應根據地震烈度大小和不同的壩向水深，去大中小值，本設計取1.0米，地震附加沉陷值根據海域地震調查，對8-9度地震區(qū)，可取1.2%1.44%，本設計取1%的大壩高度，即為：（448.1-350）×1%=0.98m 安全加高A=0.7m 地震安全加高=1+0.98+0.7=2.68m

33、 壩頂高程=445+2.68=447.68m綜上所述，壩頂高程取三者中最大值Y= 449.44m 考慮到上游設置1.2m的防浪墻，壩頂高程最終為449.44-1.2= 448.24 m 防浪墻高稱為449.44m 壩高為448.24-350= 98.24 m。3.2壩頂寬度壩體最大高度為98.24m，屬于高壩，并考慮交通、施工、運行的需要，壩頂寬度采用10m，上游側設高出壩頂1.2m的防浪墻，墻厚0.5m，采用鋼筋混凝土結構。下游側設置高1m的護欄。壩頂路面采用C25混凝土路面，厚300mm，其下設300mm厚碎石層。壩頂路面向下游側放2%的坡，并在壩頂路面下游側做斷面300mm×3

34、00mm的排水溝。根據工程運行要求在壩頂設照明設備，路燈布置于防浪墻頂，間距50m。3.3壩坡的確定根據混凝土面板壩設計規(guī)范（DL/T501-1999），當筑壩材料為質量良好的硬巖堆石料時，上、下游壩坡可采用1：1.31：1.4；當筑壩材料為質量良好的天然砂礫料時，上、下游壩坡可為1：1.51：1.6，根據金家壩工程實際情況上游壩坡坡率取為1：1.5，下游壩坡坡率取為1;1.5。上游不設馬道，下游在高程431.0m、401.0m處各設一級馬道，馬道寬3m，以便檢修。同時下游面設置500mm厚的漿砌石護坡。3.4壩體分區(qū)根據混凝土面板壩設計規(guī)范（DL/T501-1999），在周邊縫下應設特殊墊護

35、層。本設計粘土斜墻壩最大壩高100m，因此在面板上游而應設上有鋪蓋及蓋重區(qū)。各區(qū)壩料的透水性宜按水利過渡要求從上游向下游增加。下游堆石區(qū)下游水位以上的材料不受此限制。墊層區(qū)：為平整上游坡面，避免出應力集中，為此要求墊層料的粒徑不能過大，且有適量的細料；為能將水荷載引起的變形減至最小限度，以改善面板的受力情況，為此墊層料應級配良好；為發(fā)揮一定防滲作用，以維持大壩的防滲穩(wěn)定性，滿足半透水性要求，墊層料中含有足量的粒徑在5mm以下的細料。墊層料要求用新鮮、堅硬、級配良好，相對密實度高，并具有低壓縮性及半透水性，與過渡料間滿足水力梯度要求。高壩墊層料應具有連續(xù)級配，最大粒徑80100mm小于5mm粒徑

36、的含量約35%，小于0.075含量約5%，墊層區(qū)取3.5m。過渡層：上游過渡層位于面板和主堆石區(qū)之間，能起第二道防滲防線的作用，同時對防滲補強區(qū)的土料具有反濾保護作用。水平寬度3m，最小粒徑不宜小于25mm，材料要求致密、堅硬及級配良好，最大粒徑與混凝土骨料的最大粒徑之比應小于8:1，壓實后應具有內部滲透穩(wěn)定性、低壓縮性、高抗剪強度，并應有良好的施工特性。堆石區(qū)：要求：具有低壓縮性、高抗剪強度、較好的透水性和耐久性。主堆石區(qū)采用砂礫料，下游區(qū)為堆石料。上游鋪蓋和蓋重區(qū)：用粉土、粉細砂、粉煤灰或其他材料覆蓋面板和周邊縫上，其作用是當接縫和面板開裂時，防滲土料將隨水流帶進縫中，經面板下墊層的反濾作

37、用，淤堵裂縫，恢復防滲性能，起輔助防滲作用。為防止防滲土料失穩(wěn)，在其上覆蓋任意料，即蓋重。3.5趾板趾板通過設有止水的周邊縫與面板為一體，形成壩基以上的防滲體，又與經過基礎灌漿處理后的基巖連接，封閉地面以下的滲漏通道，從而使上、下游防滲結構連接為整體。根據公式：J=H/b與各種情況的J容許值相比較，就可以算出b，且趾板的寬度從底部至頂部可分級變窄。對于J取值：新鮮基巖可用2025；微風化巖可用10；強風化和破碎基巖可用5。有的面板壩趾板建在河床沖積層上，J=23。趾板的最小寬度，一般取為3m，趾板厚度常取為0.3m，或與面板等厚。對高壩，厚度應適當增加。根據以上規(guī)定可以確定本工程的趾板尺寸為1

38、2，因此趾板寬b=8m，厚d=0.8m。另外，還必須保證面板與趾板的連接處應使最大壩高處面板的堆石厚度a不小于0.9m。趾板配置溫度筋，每向配筋率取0.35%，單層鋪設，凈保護層厚度1015cm，另設插筋，以加強與地基的連接，并可以用作溫度筋的架立筋。3.6壩體排水本地區(qū)石料比較豐富，采用堆石棱體排水比較適宜。且下游水位以上用貼坡排水。棱體排水應滿足下列要求：頂部高程應超出下游最高水位，超過的高度，對于1、2級壩不小于1.0m，對于本設計下壩址下游最高水位取校核洪水時的值為364.12m，棱體排水高程為366m滿足要求；頂部寬度為2m，內坡1：1，外坡1：1.5，滿足根據施工條件及檢查觀測的需

39、要；棱體上游坡腳處不出現銳角；材料選用透水性較好的硬質塊石。3.7分縫和止水面板與趾板間設置周邊縫；面板設垂直縫與施工縫；趾板施工縫由施工單位自行設置；防浪墻與面板間設置水平縫。面板垂直縫在左右壩肩設張性縫，其余按壓性縫設計。兩種縫的遞補均設有一道止水銅片，支持在砂漿墊層上，縫內涂刷瀝青乳劑。為適應壩體變形和施工要求，需對面板分縫。垂直縫的間距取12m。為滿足滑模連續(xù)澆筑的要求，可以不設水平向伸縮縫。另外還需要沿趾板設置周邊縫，在周邊縫采用兩道止水，底部是銅片止水，上部采用橡膠波紋止水兜帶保護的柔性嵌縫止水，另外，防浪墻和面板間的水平縫也設置成底部和頂部兩道止水。3.8壩基處理金家壩左岸滑坡體

40、在開挖的過程中殘留部分不穩(wěn)定建議挖除。通過防趾板基槽的斷層和泥化夾層，應進行相應防滲處理，避免產生滲透破壞。由于建基巖石完整性差，作為趾板的地基，應進行固結灌漿處理。粉砂質頁巖巖質軟弱，風化速度快，開挖后應立即采取保護措施。粘土斜墻壩防滲帷幕灌漿應深入到相對隔水層（q<1Lu），帷幕灌漿深度：左岸山坡22m52m；河床6m22m；右岸山坡6m52m。帷幕灌漿向兩岸延伸長度由庫水邊算起，至正常蓄水位與地下水位相接處，左岸延伸86m，右岸延伸53m。設置兩排，排距1.5m，孔距2m。上游排帷幕灌漿最大深度是擋水高度的0.7倍，下游排帷幕灌漿是上游排帷幕灌漿深度的0.6倍。對壩基的斷層和破碎帶

41、進行處理，處理辦法：將斷層破碎帶和斷層夾泥全部挖除，回填混凝土形成混凝土塞。4 滲流計算4.1 水庫特征水位 表4.1主要特征水位列表正常蓄水位（m）445.00設計洪水位（m）445.00校核洪水位（m）446.31設計洪水下游水位（m）362.30校核洪水下游水位（m）364.124.2 計算原理滲流分析的目的在于對初選壩的形式與尺寸的檢查，確定壩坡穩(wěn)定有重要影響的滲流作用力，為核算壩坡穩(wěn)定提供依據；進行壩體防滲布置與土料配置，根據壩體內部的滲流與滲流逸出坡降，檢驗土體的滲流穩(wěn)定，防止發(fā)生管涌和流土，在此基礎上確定壩體及壩基中防滲體的尺寸和排水體設施的容量和尺寸；確定通過壩和河岸的滲流水量

42、損失并設計排水系統(tǒng)的容量。剖面圖如下：圖（41）:具體計算簡圖如下： 圖（42）根據水利計算手冊的斜墻壩的計算: 首先將斜墻轉化為等厚斜墻，厚度取為： =1+22 （41） 式中1和2分別是上圖所示。 對棱體排水（42），其浸潤線溢出部分和心墻壩一樣。單寬滲流量和斜墻后滲流水深h可由（42）、（43）聯(lián)立試算得出： q=K2H12-h22sin (42) q=K1h2-H222(d-m1h+e) (43)式中：k1、k2分別為壩身和斜墻的滲透系數； 其中e=0.050.06h，這里取0.05h； 其余符號見圖（4-2）。浸潤線方程為 y2=h2-2qk1x (44)4.3 計算結果：表4.1

43、正常蓄水位滲流量H1H2m1k1k2h19512.31.470.7326672.80E-052.00E-0669.526100q1q2qSINhd69.5262000.0003002450.0003023915.13E-040.66885469.5266315.5269.5263000.0003002440.00030239212e69.5264000.0003002430.0003023932.4118.4620.873.47630569.5265000.0003002420.00030239469.5266000.0003002410.00030239569.5267000.0003002

44、40.00030239769.5268000.0003002390.00030239869.5269000.0003002380.00030239969.5270000.0003002370.000302469.5271000.0003002360.00030240169.5272000.0003002350.00030240269.5273000.0003002340.00030240369.5274000.0003002330.0003024040.0003002320.000302405由上表知道滲流量q=3.00x10-4cm/s。 y2=69.52-21.4x (45) 表4.2交河

45、洪水滲流量H1H2m1k1k2h196.3114.121.470.7326672.80E-052.00E-0670.422100q1q2qSINhd70.4222000.0003092160.0003091985.13E-040.66885470.4229315.5270.4223000.0003092150.00030919912e70.4224000.0003092140.00030922.4118.4620.873.52110570.4225000.0003092130.00030920170.4226000.0003092120.00030920370.4227000.00030921

46、10.00030920470.4228000.000309210.00030920570.4229000.0003092090.00030920670.4230000.0003092080.00030920770.4231000.0003092070.00030920870.4232000.0003092060.00030920970.4233000.0003092050.0003092170.4234000.0003092040.0003092120.0003092030.000309213由表可知滲流量q=3.09x10-4cm/s。 y2=70.42-22.1x （46）5 土石壩壩坡穩(wěn)

47、定分析及計算5.1設計說明5.1.1 設計任務對土石壩進行穩(wěn)定分析的目的，是通過計算壩體剖面的穩(wěn)定安全度來檢驗壩坡在各種工況下是否安全，斷面尺寸是否經濟合理。壩坡坍滑失穩(wěn)滑裂面的形式主要與壩體結構型式、壩基情況和壩的工作條件等因素有關。主要有以下幾種：（1）曲線形滑裂面。當為黏性土壩坡時，其失穩(wěn)滑裂面呈上陡下緩的曲面，穩(wěn)定計算時常假定為一圓柱面，其在壩體剖面的投影是一個圓弧，稱滑弧?；衙娴奈恢?，如壩基為掩飾或堅硬的土層時，多從壩腳處滑出；當壩基土質與壩體相近或更軟弱時，滑裂面可能深入壩基從壩腳滑出。（2）直線或折線形滑裂面。當滑裂面通過由砂，沙礫石等材料構成的無黏性土壩坡時，在壩坡剖面上的投

48、影是一直線或折線。當壩坡干燥或完全浸入水中時呈直線，部分浸水時為折線，斜墻壩上游失穩(wěn)時，常沿斜墻與壩體交界面滑動。（3）復合斷裂面。當壩坡由幾種不同性質的土料組成或壩基存在軟弱層時，滑裂面往往是由直線和曲線組成的復合型，在黏土為曲線，在黏性土內或軟弱層上為直線。5.1.2 計算工況（1）庫水位最不利時的上游壩坡，這種不利水位大致在壩底以上1/3壩高處；（2）上游為正常蓄水位，下游為相應最低水位的下游壩坡；（3）校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡；（4）施工或竣工期的上下游壩坡；5.1.3 計算方法本設計只針對最大剖面。本設計為無黏性土壩殼材料，故采用折線法對土石壩進行穩(wěn)定分析計算?？刂茦?/p>

49、準表5·1 容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數運用條件工 程 級 別正常運用非常運用正常運用加地震1.301.201.101.251.151.051.201.101.051.151.051.005.2 .穩(wěn)定計算5.2.1基本原理與計算方法屬于部分浸水的無黏性土壩坡穩(wěn)定分析。對于部分浸水的無黏性土壩坡，因水上水下土壤力學性能不同，滑裂面近似為一折面，折點高程大致在水位附近?；瑒油馏w在折點處還形成塊間破裂面DE，破裂面的方位當壩基土料內摩擦角大于壩體土料內摩擦角時傾向上游；反之傾向下游。為分析方便取為鉛直方向。破裂面作用力P與該面法線的夾角等于土料的內磨擦角，為方便計算，假定P與上滑塊底裂面平行

50、。用折線法計算滑動土體的穩(wěn)定安全系數時，采用“安全的極限平衡法”。所謂“極限平衡”是認為滑動面上的靜摩擦力達到最小值?！鞍踩笔侵干鲜鰳O限平衡是在一定安全儲備條件下的。假定各滑動面上有相似的安全系數K?；瑒用嫔贤亮系目辜袅Τ訩后作為計算抗剪力。5.2.2上游水位大約在壩底以上1/3壩高處的上游壩坡1. 假定上游水位為381.7m，按下式計算安全系數計算簡圖51：基本公式：設試算滑動面abcd，將滑動土體分成三條。設abb土體重量為W1，ab面的砂料內摩擦角為1，則abb土體作用在bb面上的土壓力為P1，P1的方向假定與底面ab平行。令 n1=tan1tan3=f1f3n1=tan2tan3=

51、f2f3n1=c2tan3=c2f3 51式中2、3分別是bc及cd面上的實際內摩擦角；c2為bc面上斜墻土料的實際單位凝聚力；f1、f2、f3分別為各滑動面上為維持土坡極限穩(wěn)定時所需的摩擦系數，式51的意思：為維持滑動面極限穩(wěn)定，所需要的各滑動面上的摩擦系數之比值應與堆石或土料的抗剪強度比值相等。也就是說，各滑動面上的安全系數相等。在計算之前，f1、f2、f3尚未知，而系數先用1、2、3及c2諸已知值計算出n1、n2、n3，然后進行計算。f3按下列各式計算：由圖51可知:P1=W1sin1-n1W1f3cos3P2=W2sin2-n2W2f3cos2-n3f3l2+P1cos1-2-P1n2f3sin1-2 53式中 l2bc面長度。當維持土體ccd極限平衡時，平衡方程為：W3sin3-f3W3cos3+P2cos2-3-P2f3sin2-3=0 54將