畢業(yè)論文-西南地區(qū)某水利工程斜心墻土石壩設(shè)計

1、第一章 土石壩工程概況1.1 工程流域概述該江位于我國西南地區(qū)，該江從東南向西北流向，全長約為122公里，該流域面積2558平方公里，在壩址以上流域面積約為780平方公里。本流域大多部分為山嶺地帶，山脈山丘和盆地交錯于其間，地形變化多端，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，汛期河流的含沙量較大，流速快。全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20，林木面積約占全區(qū)的30，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋，沖積層較厚，土多，兩岸有崩塌現(xiàn)象。本流域內(nèi)因山脈連綿，縱橫交錯，交通不便，故居民較少。1.2工程地質(zhì)資料1.2.1壩址地質(zhì)資料 該壩址位于該江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降不太大，兩岸高山聳立

2、，縱橫交錯構(gòu)成高山深谷的地貌特征，汛期河流的含沙量較大，流速快，沖積層較厚，土多，兩岸有崩塌現(xiàn)象，適合用土石壩。1.2.2地震資料本地區(qū)地震烈度定為7度，基巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)取0.65。1.3當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?.3.1氣溫情況 該地年平均氣溫約為12.8度，最高氣溫為30.5度，平均發(fā)生在7-8月，最低氣溫為-5.3度，平均發(fā)生在1-2月份。 表1-1 月平均氣溫統(tǒng)計表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8 表1-5 平均溫度日數(shù)    月份 日數(shù)平均溫

3、度1123145678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000001.3.2降水量情況 該地最大年降水量可達(dá)1213毫米，最小為617毫米，多年平均降水量為905毫米。 表1-2 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表日數(shù)   月份 平均降雨量123456789101112<5mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.3510mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.11030mm0.10.10.70.52.3

4、4.64.93.82.21.30.60.1>30mm000000000000 1.3.3風(fēng)力和風(fēng)向 通常1-4月風(fēng)力較大，實測最大風(fēng)速為19.1 m/s，相當(dāng)于8級風(fēng)力，風(fēng)向為西北偏西。水庫平均吹程為15公里。實測多年平均風(fēng)速14m/s。1.4當(dāng)?shù)厮奶卣髟摻康闹饕獊碓礊榻邓?，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊，河流調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實測水文氣象資料研究研討，通常是每年五月底六月初河水開始上漲，汛期開始后，到十月以后洪水開始逐漸下降，導(dǎo)致枯水期開始，直至次年五月。該江洪水形式陡漲猛落，迅速而快，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實測最大流量為700秒立米，而最小流量為0.5秒立米。1.4.1日常徑流資料

5、壩址附近水文站有實測資料8年，參考臨近測站水文記錄延長后有22年水文系列，多年年平均流量為17秒立米。1.4.2洪峰流量資料 經(jīng)過頻率的分析，可以求得不同頻率的洪峰流量如下表1-7，1-8所示，山區(qū)洪水的特性是暴漲暴落，迅速飛快的。表1-3 不同頻率洪峰流量（秒立米）頻率0.0512510流量25201880142011801040 表1-4 各月不同頻率洪峰流量（秒立米）1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016

6、281019117937076098072041021015231.4.3固體徑流資料 該江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強(qiáng)度及降水量的大小而變化，平均含沙量達(dá)0.5公斤立米?？菟畼O少，河水清徹見底，初步估算30年后壩前淤積高程為2765米。1.5建筑材料物理力學(xué)性質(zhì)1.5.1物理力學(xué)性質(zhì)概述（1）土料：（見表1-5，表1-6）（2）石料：堅硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲量較豐富，在壩址附近有石料場一處，覆蓋層淺，開采條件較好。表1-5料場名稱物 理 性 質(zhì)滲透系數(shù)10-6cm/s力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度飽和度顆粒級配（成分%，粒徑

7、d）擊實剪力固結(jié)壓縮系數(shù)cm2/kg有機(jī)含量灼熱法%可溶鹽含量%流限%塑限%塑性指數(shù)礫砂粘土最大干密度g/cm3最優(yōu)含水量%內(nèi)摩擦角deg凝聚力kPa濕干粗中細(xì)粉>2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm<0.005mmKN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514

8、.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034

9、.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表1-6 砂礫石的顆粒級配顆粒直徑 料場300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.15<0.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.12

10、0.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表1-7 砂礫石的物理性質(zhì)名稱1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率%32.534.731.031.532.532.232.533.8軟弱粒%2.01.50.91.22.50.81.01

11、.2有機(jī)物淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂礫石料場滲透系數(shù)k值為2.0×10-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。 表1-8 各料場天然休止角料場名稱最小值最大值平均值1#上34°3035°5035°102#上35°0037°1036°003#上34°4036°4035°404#上35°1037°4036°301#下34°1036°3035°202#下35°2038°0036°4

12、03#下34°3037°1035°504#下36°0038°2037°101.6 工程說明本工程正常蓄水位為2822.5m，對應(yīng)水庫庫容為454.5×106 m3，裝機(jī)24MW。根據(jù)GB5020194防洪標(biāo)準(zhǔn)及SL 2522000水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，查水利水電工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山脈、丘陵部分）由總庫容在1-10億立方米初定該工程為大（2）型工程，由裝機(jī)容量等指標(biāo)定位小（1）型，根據(jù)“各不同標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)分屬時，采用其中最高級別來控制”的原則，最終由水庫庫容確定該工程規(guī)模為大（2）型。所以判別出樞紐的主要

13、建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。為了貫徹執(zhí)行國家的水利技術(shù)政策，為了達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的，把該水利水電樞紐工程按其規(guī)模、收益以及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分為不同等級，為其后面的計算與施工提供基本基礎(chǔ)依據(jù)。第二章 壩型的選擇2.1壩址選擇選擇壩址的時候，不僅要綜合考慮防洪、灌溉、航運(yùn)、生產(chǎn)、發(fā)電各部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮對樞紐上下游的生態(tài)環(huán)境影響和庫區(qū)的淹沒損失等，要使得綜合效益最大，有害影響最小，經(jīng)過，研究，比較，選擇資料地形圖所示河彎地段作為壩址，在選定壩址之后在壩址處根據(jù)地形條件比較、建筑材料比較、地質(zhì)條件比較、施工條件、施工環(huán)境及工程量比較確定壩址的具體位置。2.2

14、壩型選擇一、 壩型的選擇壩型選擇是大壩設(shè)計中首先而且必須要解決的一個至關(guān)重要的問題，它關(guān)系到整個樞紐的工期、投資以及工程量。地形、地質(zhì)、環(huán)境、氣候、壩高、筑壩材料、施工和運(yùn)行條件等都是影響壩型選擇的重要因素。水利樞紐中的攔河壩的型式主要有：支墩壩、重力壩、土石壩、拱壩及新型壩型如碾壓混凝土壩、面板堆石壩等等。根據(jù)該地地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況選出土石壩是最適合該地址的壩型。土石壩的壩型優(yōu)點(diǎn)：施工方法選擇靈活性大，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運(yùn)行管理方便，工作可靠，便于維系性加高。能適應(yīng)不同的施工方法，且施工速度快，工序簡單、質(zhì)量容易保證；筑壩材料就地取材，節(jié)省大量鋼材、水泥、木材等建筑材料；適應(yīng)地形

15、變形能力強(qiáng)，土石壩三立體結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)地基變形的良好條件，對地基的要求比混凝土壩的低，施工條件方便。土石壩壩型缺陷：施工導(dǎo)流不如其它壩型方便，工程造價因而相應(yīng)也增加；由于壩體斷面大，土料填筑質(zhì)量會受氣候影響；土石壩壩頂不能溢流，需另開泄洪隧洞或溢洪道。本工程壩址附近河谷內(nèi)地地形平坦、有豐富的質(zhì)量較好的堆石料，為了達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的，通過對各種不同的壩型進(jìn)行定性分析，綜合考慮地形、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩方案。2.3建筑物組成此水利樞紐中，樞紐建筑物以土石壩為主體，并包括泄洪建筑物、灌溉建筑物、發(fā)電引水建筑物、工業(yè)引水建筑物、水電廠房、開關(guān)站、排沙建筑物、放

16、空水庫的泄水建筑物、施工導(dǎo)流建筑物、過船建筑物、過木建筑物等。通常土石壩蓄水樞紐“三大件”即土石壩、溢洪道和水工隧洞。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；水工隧洞則用以灌溉、發(fā)電、導(dǎo)流、泄洪、排沙等。2.4 樞紐的總體布置2.4.1 擋水建筑物土石壩擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。2.4.2 泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，為縮短長度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利。電站引水發(fā)電洞布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為宜。為減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳，進(jìn)出口相距3040m以上。2.4.3

17、 水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間。風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近?？傊瑯屑~布置效果應(yīng)該考慮到方方面面，以確保工程效益達(dá)到最理想值。不僅要綜合考慮防洪、航運(yùn)、發(fā)電、灌溉等部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。樞紐布置圖見下圖2-1所示。 圖2-1 土石壩樞紐布置圖第三章 調(diào)洪計算3.1工程等別及建筑物級別的判定 本工程正常蓄水位為2822.5m，初始水庫庫容為，裝機(jī)24MW。根據(jù)SDJ1278水利水電工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山脈、丘陵部分），由水庫總庫容指標(biāo)（估計校核

18、情況下庫容不會超過10億m3）定該工程為大（2）型；由防洪效益，灌溉面積，裝機(jī)容量等指標(biāo)定該工程為?。?）型；根據(jù)“各不同標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)分屬時，采用其中最高級別來控制”的原則，最終由水庫庫容確定該工程規(guī)模為大（2）型。所以判別出樞紐的主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。3.2洪水調(diào)節(jié)計算原理3.2.1 確定洪水標(biāo)準(zhǔn)永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)建筑物級別查得：正常運(yùn)用（設(shè)計工況）洪水重現(xiàn)期100年；非常運(yùn)用（校核工況）洪水重現(xiàn)期2000年。設(shè)計洪峰流量Q設(shè) = 1680（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320（P=0.05%）。3.2.2方案假定原理 由實測資料分析研究可獲得洪

19、水過程線，假設(shè)擬定三組溢流孔口尺寸、及堰頂高程的方案，首先根據(jù)洪水過程線可得各時段平均來水量，然后由泄洪道口堰流公式，可求出在不同孔口尺寸下求得不同的下泄流量，對應(yīng)可求的得各時段下的下泄洪水量，來水量減去泄水量可得本時段的增加水量，以滿庫開洪水調(diào)節(jié)，滿庫庫容加上新增洪水量可得第一時段末的庫容，查庫容-水位曲線可得新庫容下的壩前水位，由該壩前水位作為下一時段的下泄流量計算的依據(jù)，依次可求得不同時段的上游水位及下泄流量，從中選擇最大者即：設(shè)計水位及設(shè)計下泄流量校核水位及校核下泄流量水位。3.3堰頂高程及孔口尺寸選擇原則 如果堰頂高程Ñn取的過低，溢流孔口凈寬B選的過大，則下泄能力也會加大

20、，故而所需水庫防洪庫容可減小，擋水建筑物所在高度也可減小，淹沒損失也減??；但是隧洞本身造價及工程量會加高。已知本工程允許下泄流量為900 m3/s，過大的下泄流量為下游抗沖所不能允許。如果堰頂高程Ñn取的過高，孔口凈寬B取的過小，結(jié)果則與上述相反。3.4初步方案擬定要得到孔口尺寸與堰頂高程的最佳方案，可依據(jù)在施工技術(shù)可行的前提下，結(jié)合工程經(jīng)驗，和泄水隧洞以及包括攔河壩在內(nèi)的總造價最小方案來選擇，通過各種可行方案的經(jīng)濟(jì)類比來最終決定最后的方案。參照已建工程經(jīng)驗，擬定六組孔口尺寸與堰頂高程如下（采用單孔泄洪）方案一：Ñn=2810m，B=8m； 方案二：Ñn=2811

21、m，B=7m；方案三：Ñn=2812m，B=9m；Ñn：堰頂高程，B：孔口凈寬3.5調(diào)洪演算已知：=2822.5m =2765m ，H=Ñi-2810/2811，Q設(shè)=1680/s Q校=2320/s m=0.385 g=9.8 根據(jù)洪水過程線（附圖1）、壩址處庫容水位曲線（附圖2）可求調(diào)洪計算表由庫容曲線H-V表得初始庫容=454.5×3.5.1調(diào)洪計算表方案一 Q設(shè)=1680/s，Ñn=2810m，B=8m時段 4109.201.57602.638.68-7.11454.50447.392821.1111.118378.005.44504.

22、967.27-1.83447.39445.562821.0411.04121075.2015.48500.207.208.28445.56453.842821.3411.34161596.0022.98520.727.5015.48453.84469.322821.9011.90201470.0021.17559.288.0313.11469.32482.432822.3712.3724898.8012.94593.268.544.40482.43486.832823.0013.004386.405.56602.638.68-3.12486.83483.712822.4012.408213.3

23、63.07595.418.57-5.50483.71478.212822.2112.20Q校=2320/s時段 4150.802.17602.638.68-6.51454.50447.992821.1311.138522.007.52506.337.290.23447.99448.222821.1411.14121484.8021.38507.007.3014.08448.22462.302821.6411.64162204.0031.74541.527.8023.94462.30486.242822.5012.15202030.0029.32602.638.6820.64486.24506.

24、882823.2413.24241241.2017.87656.939.508.37506.88515.252823.5513.554533.607.68680.149.79-2.11515.25513.142823.1713.178294.644.24651.739.38-5.14513.14508.002823.4912.49綜上得：設(shè)計 max=2823.00m Q泄max=602.63/s 校核 max=2823.55m Q泄max=680.14/s方案二 Q設(shè)=1680/s ，Ñn=2811m，B=7m時段 4109.201.57465.256.70-5.13454.504

25、49.372821.1810.188378.005.44387.495.58-0.14449.37449.232821.1710.17121075.2015.48396.925.579.91449.23459.142821.5310.53161596.0022.98407.655.8717.11459.14476.252823.0912.09201470.0021.17501.517.2213.95476.25490.202822.6511.6524898.8012.94474.386.836.11490.20496.312822.8711.874386.405.56487.887.03-1.

26、47496.31494.842822.8111.818213.363.07484.196.97-3.90494.84490.942822.6711.67Q校=2320/s時段 4150.802.17465.256.70-4.53454.5449.972821.2010.208522.007.52388.635.601.92449.97451.892821.2710.27121484.8021.38392.645.6515.74451.89467.632821.8310.83162204.0031.74425.196.1225.62467.63493.252822.7611.76202030.0

27、029.32481.126.9322.39493.25515.642823.5612.56241241.2017.87531.047.6510.22515.64525.862823.9312.934533.607.68554.677.99-0.31525.86525.552823.9212.928294.644.24554.037.98-3.74525.55521.812823.7912.79綜上得：設(shè)計 max=2823.09m Q泄max=501.51/s 校核 max=2823.93m Q泄max=554.67/s方案三 Q設(shè)=1680/s Ñn=2812m，B=9m時段 41

28、09.201.57521.937.52-5.95459.50488.552821.159.158378.005.44424.586.11-0.67448.55447.882821.129.12121075.2015.48424.496.089.40447.88457.282821.469.46161596.0022.98446.346.4316.55457.28473.832822.0610.06201470.0021.17489.477.0514.12473.83487.952822.5710.5724898.8012.94527.157.595.35487.95492.852822.741

29、0.744386.405.56539.927.77-2.21492.85490.642822.6610.66Q校=2320/s時段 4150.802.17521.937.52-5.35454.50449.152821.179.178522.007.52425.976.131.39449.15450.542121.229.22121484.8021.38429.466.1815.2450.54465.742821.779.77162204.0031.74468.456.7524.99465.74490.732822.6710.67202030.0029.32534.657.7021.62490.

30、73512.352823.4411.44241241.2017.87593.568.559.32512.35521.672823.7911.794533.607.68621.008.94-1.26521.67520.412823.7311.73綜上得: 設(shè)計 max=2822.74m Q泄max=539.92/s 校核 max=2823.79m Q泄max=621/s由方案1、2、3的調(diào)洪計算表可得以下的調(diào)洪計算結(jié)果表：方案堰頂高程Ñn孔口尺寸B工況Q上游水位超高Z1Ñn=2810m設(shè)計602.62823.000.5B=8m校核6802822.351.052Ñn=

31、2811m設(shè)計501.512823.090.59B=7m校核554.672823.931.433Ñn=2812m設(shè)計539.922822.740.24B=9m校核6212823.791.29注：1、發(fā)電引水量Q=44.1/s,與總泄流量相比較小，調(diào)洪演算未做考慮； 2、超高表示正常蓄水位以上的超高，需滿足小于3.5.3.6 方案的選擇由方案結(jié)果中可以看出三組方案均能滿足下泄流量(Q<900/s)及超高（z<3.5m）的要求，故需從中選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，通常Ñn越大，大壩就要增高，造價也會加大，另外流量不宜過小否則對泄洪不利。故最總選定方案1，即; Ñ

32、;n=2810m，B=8m，對應(yīng)設(shè)計水位為2823.00m，校核水位為2823.55m，設(shè)計泄洪流量為602.6/s,校核流量為680/s。第四章 土石壩剖面設(shè)計4.1 土石壩壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素很多，其中最主要的是壩址附近的筑壩材料，其次還有地形地質(zhì)條件、氣候因素、施工條件、壩基處理、抗震要求等。壩型的選擇應(yīng)該具有綜合優(yōu)越性，首先要擬定剖面輪廓尺寸，進(jìn)而比較工程量、工期、造價，可行性，最后選定技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。下面詳細(xì)比較幾種壩型，最終定案。4.1.1 均質(zhì)壩均質(zhì)壩，施工簡單，材料單一，但是壩坡較緩，剖面大，粘性土料受氣候影響大，壩體孔隙水壓力大，雨季冬季施工較為不便

33、，且無足夠適宜的土料來做均質(zhì)壩，通常很少采用這種壩型，因而不宜采用均質(zhì)壩壩型方案。4.1.2面板壩首先面板壩整個壩體都是受力結(jié)構(gòu)，填筑量是土石壩所有壩型中最小的，設(shè)計中壩高為63，屬于中壩，不宜選擇面板壩。面板壩沒有防滲體的粘性土填方，所以施工受氣候影響較小，施工干擾也較小，可以全年持續(xù)施工。但是面板抗震性能較差，對基礎(chǔ)沉陷非常敏感。而本設(shè)計中地質(zhì)條件較差，壩址地區(qū)地震烈度為7度，明顯不宜選用面板壩方案。4.1.3堆石壩堆石壩壩坡較陡，剖面小，造價低，施工干擾相對較小，施工速度較快，抗震性能好，工程量小。壩址附近有堅硬玄武巖石料場一處，儲量豐富，開采容易，可方便用于堆石壩材料，從材料角度可以考

34、慮選擇堆石壩方案，但由于河床地質(zhì)條件較差，沖積層最大32m，平均也有20m，作堆石壩可能導(dǎo)致大量開挖，工期長，此方案也不予考慮。4.1.4 斜墻壩和心墻壩塑性心墻壩（以砂礫料作為壩殼，以粘土料作防滲體，在壩剖面的中心部位合做心墻）與斜墻壩相比工程量相對較小，適應(yīng)不均勻變形，抗震性能較好，但要求心墻粘土料與壩殼砂礫料同時上升，施工干擾大，工期長，不方便；塑性斜墻壩(用砂礫料作為壩殼，以粘土料作防滲體設(shè)在壩體上游做斜墻)的斜墻與壩殼兩者施工干擾相對較小，工期較短，但對壩體、壩基的沉降比較敏感，抗震性能較差，易產(chǎn)生裂縫。從筑壩材料來看，由于壩址上下游內(nèi)有足夠可供筑壩的土料作為防滲體之用，又有足夠的沙

35、礫料作壩殼，心墻壩和斜墻壩都是可行的。本地區(qū)為地震區(qū)，基本烈度為度，從抗震性能及適應(yīng)不均勻變形來看宜采用心墻壩；從施工及環(huán)境氣候條件來看宜采用斜墻壩。但是由于本地區(qū)粘性土料自然含水量較高，不宜大量采用粘性土料，以薄心墻、薄斜墻較有利，又因壩基條件復(fù)雜，處理工程量大，工期長，所以采用斜墻為宜。4.1.5 斜心墻壩斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)缺點(diǎn)：心墻有足夠的斜度，壩殼對心墻的拱效應(yīng)作用減弱；斜心墻對下游支承棱體的沉陷不如斜墻那樣敏感，斜心墻應(yīng)力狀態(tài)較好，工期較短，因而最終選擇斜心墻壩方案。4.2壩頂高程壩頂高程根據(jù)正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用的靜水位相應(yīng)的超高予以確定，應(yīng)分別按以下三種情況進(jìn)行計算，

36、然后取其中最大值為壩頂高程。（1） 設(shè)計洪水位+正常運(yùn)用情況下的壩頂超高（2） 校核洪水位+非正常運(yùn)用情況下的壩頂超高（3） 正常蓄水位+地震安全超高一、 計算公式1、 壩頂超高： (4-1) (4-2) 式中：e風(fēng)雍高渡，m; D水庫吹程，m，由資料知D=15km=15000m; H近似取壩前水深，m; K綜合摩阻系數(shù)，值在（1.5-5.0）×之間，計算時，一般取3.6×； V計算風(fēng)速，;正常運(yùn)用情況下的、級壩采用，非常運(yùn)用條件下的各級土石壩采用，故可得正常運(yùn)用條件下=1.5×14=21,非正常運(yùn)用情況下=14； 風(fēng)速與壩軸線的夾角=22.5°； A安

37、全加高，根據(jù)壩的等級和運(yùn)用情況。查水工建筑物表1-11采用，土壩正常運(yùn)用情況下安全超高0.7m,非正常運(yùn)用情況下安全超高0.5m. R自風(fēng)雍水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，稱波浪爬高；m; 確定波浪爬高R.它與壩前的波浪要素（波高和波長）、壩坡坡度、坡面糙率、壩前水深、風(fēng)速等因素有關(guān)。波浪爬高R的計算，有以下計算公式:(1) 計算波浪的平均爬高。當(dāng)壩坡系數(shù)m=1.5-5.0時，平均爬高為： (4-3)式中：與壩坡的糙率和滲透性有關(guān)的系數(shù)，按水工建筑物表5-1得砌石護(hù)面=0.75； 經(jīng)驗系數(shù)，由風(fēng)速、壩前水深及重力加速度組成的無維量綱,按水工建筑物表5-2采用； 坡度系數(shù); 、平均坡高與

38、波長，m.平均波高的計算公式： (4-4) (4-5) 注：式中的水庫吹程D以米計。 計算波浪平均周期，公式為： =4.0 （4-6） 計算平均波長: 當(dāng)0.5時為深水波 (4-7) 當(dāng)<0.5時為淺水波 (4-7)(2) 計算波浪設(shè)計爬高R。在工程設(shè)計中，波浪設(shè)計爬高R按建筑物的級別確定，對級壩取保證率P=1%的波浪爬高，查水工建筑物表5-3，<0.1，取P=2.23%，（0.1-0.3）取P=2.08。當(dāng)風(fēng)向與壩軸線垂線夾角為時，波浪設(shè)計爬高R應(yīng)乘以折減系數(shù),查水工建筑物表5-4，利用線性插值法（=22.5°）得=0.95.R=P.2、地震安全加高 地震安全加高=地震

39、波浪加高+地震附加沉陷值+安全加高。地震安全加高一般為0.5-1.5m，應(yīng)根據(jù)地震烈度大小和不同的壩前水深取大、中、小值。地震附加沉陷值，根據(jù)海域地震調(diào)查，對8-9度地震區(qū)，可取壩高的1.2%-1.44%，地震烈度較低時，可相應(yīng)減小，此壩址處地震烈度為7級，沉陷超高不予考慮。安全加高按水工建筑物表1-11取。因此： 地震安全加高=0.5+0.5=1m3、壩體施工沉降超高考慮壓縮沉降時，土石壩竣工時的壩頂高程應(yīng)等于設(shè)計高程加壩體施工沉降超高。對施工質(zhì)量一般的中小型土石壩，如地基內(nèi)無壓縮性很大的土層，壩體施工沉降可取壩高的0.2%-0.4%，在此可取壩高的0.2%。二、計算結(jié)果利用上述計算公式可得

40、以下計算表表5-1 壩高計算表工況設(shè)計+正常運(yùn)用校核+非常運(yùn)用正常蓄水+地震備注2823.002823.552822.5注:(1) 表中各符號同前(2) 均小于1，查水工建筑物表5-2得=1；(3) >0.5為深水波，計算采用公式4-6；(4) 計算公式采用式4-14-6；(5) “-”代表沒有此數(shù)。河底高程2765 27652765H(m)5858.5557.5K0.00000360.0000036-V(m/s)2114-D(m)1500015000-0.39250.3925-e0.01950.0185-A10.70.71.0780.678-26.9216.93-m33-0.750.7

41、5-0.890.55-11-1.2780.803-P2.232.23-0.950.95-R2.711.70地震安全超高0013.732.421.5地基沉陷超高0.1160.1170.115壩頂高程2826.852826.092824.12壩頂高程應(yīng)取3種結(jié)果中的最大值，因此以壩頂高程為2826.85為壩頂高程，取壩頂高程為2828m，壩高為63m（2828-2765=63）。4.3壩頂寬度壩頂寬度取決于施工、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防汛等要求，無特殊要求高壩最小頂寬為10-15m，中低壩為5-10m，屬于中壩，取10m。4.4壩坡 土石壩邊坡的大小取決于壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因

42、素。邊坡選擇一般須從以下幾方面考慮。 （1）上游坡應(yīng)比下游坡為緩，取上游平均坡比1：3，下游坡比1：2.7 （2）壩坡應(yīng)上陡下緩，自上至下逐級放緩，每隔10-30m變坡一次，相鄰坡率差為0.25-0.5。取上游30m以上上游坡比1：2.8，下游坡比1：2.6，30m以下上游坡比1：3.2，下游坡比1：2.8。此壩為碾壓土石壩，中壩，壩殼為砂石料，壩坡平均坡度為1:2.7；土石壩在變坡處設(shè)置馬道，其寬度常取1.52.0m，已攔截應(yīng)排除雨水，防止嚴(yán)重沖刷壩面，并兼做交通、檢修、觀察之用，也有利于壩坡穩(wěn)定。取馬道寬度1.5m。具體尺寸見圖4-1 黏土斜心墻土石壩剖面圖。4.5防滲體型式4.5.1壩體

43、防滲壩的防滲體不僅需要滿足將滲透坡降，下游壩體浸潤線以及滲流量減低到允許范圍內(nèi)，還應(yīng)該要滿足結(jié)構(gòu)及施工的要求。防滲體的尺寸不僅要以滿足構(gòu)造、施工及防滲開裂等要求為原則，也應(yīng)要滿足穩(wěn)定要求。壩防滲體有土質(zhì)防滲體及人工防滲體。土質(zhì)心墻防滲體底部的厚度，決定涂料的允許滲透坡降。心墻頂面必須設(shè)砂礫保護(hù)層，其厚度應(yīng)不小于當(dāng)?shù)乇鶅雠c干燥程度，心墻與地基岸坡必須進(jìn)行有效的結(jié)合，防止結(jié)合面漏水以及產(chǎn)生嚴(yán)重滲流。心墻與岸坡結(jié)合須加大心墻剖面。土質(zhì)斜墻底部的厚度應(yīng)滿足滲透坡降的要求，為了防止斜墻斷裂，其厚度通常比按滲透穩(wěn)定演算確定的數(shù)值要大。斜墻上游應(yīng)設(shè)置保護(hù)層用來防止冰凍和機(jī)械破壞。保護(hù)層材料可為砂礫，卵石，塊

44、石，其厚度應(yīng)不小于當(dāng)?shù)乇鶅黾案稍锍潭?。保護(hù)層應(yīng)分層碾壓填實，達(dá)到壩體同樣標(biāo)準(zhǔn)，其外坡坡度需按穩(wěn)定計算確定，使保護(hù)層不至于沿斜墻面或連同斜墻一起滑動。鋪蓋一般由粘土或壤土做成，要求地基與鋪蓋土料滲透系數(shù)一般在1000以上。鋪蓋鋪成不等厚的，從上游向下游逐漸加厚。填筑鋪蓋前必須清基，在砂卵石地基上設(shè)置過渡層，以防滲透破壞，頂面應(yīng)設(shè)保護(hù)層。斜心墻介于心墻與斜墻之間，心墻稍向上游傾斜，斜心墻為了克服心墻壩可能產(chǎn)生的拱效應(yīng)和斜墻對變形的敏感而發(fā)展起來的，它很適合于中土石壩。綜上所述，選取粘土斜心墻，參考以往工程，斜心墻頂取5米（滿足機(jī)械化施工要求），上游坡率m0.6，下游坡率m20.2，斜心墻頂高程以設(shè)

45、計水位加0.6超高并高于校核洪水為原則，最后高程取2824m。4.5.2壩基防滲 根據(jù)壩基處的地質(zhì)條件確定壩基防滲的處理方案。主要處理方法有混凝土防滲墻、黏土截水槽、灌漿帷幕和鋪蓋。此壩址處屬于巖石地基，壩址區(qū)地層以玄武巖為主，但有20m左右的沖積層。截水槽適用于沖積層為1015m厚度的地基。混凝土防滲墻方案，材料省、工期短、防滲效果好，對于透水層較深的壩基是比較合適的，最后決定采用這種方案。防滲墻要伸入河床沖積層，底部要嵌入基巖，深度不小于0.5-1m，取1m。上部則要與心墻連接，插入防滲體0.1倍的壩高，設(shè)計為7m。 防滲墻厚度根據(jù)防滲、強(qiáng)度。材料與施工條件確定。按施工條件，墻厚一般在0.

46、6-1.3之間，一般為0.8m?；炷翗?biāo)號一般采用C8-C15，防滲標(biāo)號為S6-S8允許水力坡降一般為80-100。高壩采用高強(qiáng)度混凝土，在此采用C10號混凝土，防滲標(biāo)號為S6，其對應(yīng)滲流系數(shù)為0.491×4.6排水體型式常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、褥墊式排水。貼坡排水結(jié)構(gòu)簡單，用料少，便于維修，但不能降低浸潤線，且易因冰凍失效，適用于浸潤線較低的中等高度壩和下游無水的中小型工程的均質(zhì)壩。棱體排水可降低壩體浸潤線，防止壩坡凍漲，保護(hù)坡腳免受尾水淘刷，且對壩坡有支撐作用，增加壩坡的穩(wěn)定性，是一種可靠有效，應(yīng)用廣泛的排水型式。褥墊排水對地基不均勻沉陷的適應(yīng)性差，易斷

47、裂，維修困難，所以單獨(dú)采用這種型式的不多。所以選擇用棱體排水，此壩體下游水位最高水位為2773m，下游最大水深為8m，棱體頂部高程需高出下游水位1.0-2.0m，取2m，棱體頂寬度不小于1m，取2m，棱體內(nèi)坡由施工條件確定，一般為1:11:1.5,取1:1；外坡可取1：2.7。4.7粘土斜心墻土石壩剖面圖4-1 土石壩剖面圖（單位m）第五章 土石壩滲流計算5.1 概述 （一） 土石壩滲流分析任務(wù)滲流計算的任務(wù)是：以確定壩體和壩基的滲流量為基礎(chǔ)，來確定壩坡逸出段，判斷其滲透穩(wěn)定性。滲流計算應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1） 確定壩體浸潤線及其下游出逸點(diǎn)的位置，繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖；（2）

48、確定庫水位降落時上游壩坡內(nèi)的浸潤線位置或孔隙壓力；（3）確定壩體與壩基的滲流量；（4）確定壩坡出逸段與下游壩基表面的出逸比降以及不同土層之間的滲透比降； （5）確定壩肩的等勢線滲流量和滲透比降。5.2土石料的選擇 （1）就近取材并且開采運(yùn)輸方便，筑壩材料以靠近壩為宜，但從壩身考慮，一般距壩腳為300-500m范圍內(nèi)的土石料不容許開采。 （2）土石料的種類，性質(zhì)應(yīng)滿足壩體各部位的不同要求，壓實經(jīng)濟(jì)合理，總價低。 （3）可用土石料的儲蓄，在初步設(shè)計階段不得小于工程設(shè)計需要量的2-3倍。5.3土石料的要求 適用于填筑防滲體的土料應(yīng)滿足：1、應(yīng)具有一定的不透水性，土料滲透系數(shù)一般小于1×。2、應(yīng)有一定的可塑性，黏料（粒徑）d0.005mm，含量為15%-30%，或塑性指數(shù)=10-17的中，重壤土及黏粒含量為30%-40%，或=17-20的黏土填筑，防滲體較適宜，為滿足以上要求選3#下粒區(qū)的土料=14，黏料d0.005mm的含量為19.6%，滲透系數(shù)為3×。 壩殼