土石壩初步設(shè)計(jì)---畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們在校期間最后的、總結(jié)性的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是：1鞏固、加深、擴(kuò)大我們所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識(shí)，并使之系統(tǒng)化；2培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際技術(shù)問題功能力，初步掌握設(shè)計(jì)原則、方法和步驟；3培養(yǎng)我們具有正確的設(shè)計(jì)思想，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)；4鍛煉我們獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力，并加強(qiáng)計(jì)算、繪圖、編寫說明書及使用規(guī)范、手冊等技能訓(xùn)練。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為土石壩設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)滿足樞紐布置安全要求。本設(shè)計(jì)結(jié)合國內(nèi)外一些土石壩實(shí)例作出比較合理的選擇，設(shè)計(jì)以減小工程量，布局經(jīng)濟(jì)合理為原則。本設(shè)計(jì)共分六章。第一章為本工程的一些概況，包括樞紐任務(wù)、流域概況、氣候特性、水文特性

2、、工程地質(zhì)、建筑材料、經(jīng)濟(jì)資料等的介紹；第二章為洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，主要內(nèi)容為泄洪方式和擬定泄洪建筑物孔口尺寸的選擇，及防洪庫容、上游設(shè)計(jì)和校核洪水位和相應(yīng)的下泄流量的確定；第三章為壩型選擇及樞紐布置，主要通過不同方案的初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定壩型，并確定水利樞紐的布置方案；第四章為土石壩的設(shè)計(jì)，主要通過分析比較，確定大壩基本剖面型式與輪廓尺寸，通過滲流驗(yàn)算和靜力穩(wěn)定計(jì)算以論證選用壩坡的合理性；第五章為泄水建筑物的設(shè)計(jì)，主要為泄水方案、線路的選擇和隧洞的水力計(jì)算；第六章為施工組織設(shè)計(jì)，也是本次設(shè)計(jì)的深入部分，主要進(jìn)行施工導(dǎo)流和施工控制性進(jìn)度的設(shè)計(jì)，而施工交通運(yùn)輸、施工總布置由于能力有限和時(shí)間關(guān)系并沒有

3、做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。由于沒有參加過實(shí)際工程的施工組織設(shè)計(jì)，工作經(jīng)驗(yàn)有限，查閱參考資料又有許多局限性，設(shè)計(jì)中定會(huì)存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，請老師批評(píng)指正。摘 要本水利樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物和水電站建筑物等組成，同時(shí)具有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下:1.根據(jù)防洪要求，對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂高程及溢洪道尺寸；2.對可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的型式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；3.通過詳細(xì)設(shè)計(jì)和比較，確定大壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造；4.壩型選定后，選擇建筑物的型式及輪廓尺寸，確定布置方案；擬定細(xì)部構(gòu)造，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算。5.決

4、定樞紐的施工導(dǎo)流方案，安排施工的控制性進(jìn)度。.關(guān)鍵詞：水利樞紐 土石壩 粘土心墻壩 調(diào)洪演算 泄水建筑物 施工進(jìn)度AbstractThis water control project is consist of retaining structures, outlet structures , hydropower station building .and it has the comprehensive function of flood control, power generation, irrigation, fishery . The main contents of this d

5、esign as follows，firstly , According to the requirements of flood control，we calculate the reservoir flood regulation, and determine the top elevation and spillway size ; Secondly, Comparing with the possible solutions, we determine the type of the hub of the building outline, boundary dimension and

6、 the layout of water control project. Thirdly , Through the detailed design and comparison, we determine the basic profile and outline the size, draws up the foundation treatment plan and dam body structure; Fourthly; After dam type selected, we choose the type and size of the building outline, dete

7、rmine the layout plan; draw up detail structure, carries on the hydraulic and the static calculation; Fifthly, We determine the projects construction diversion scheme, and arrange the controlling of construction progress.Key words: Water control project Earth dam Dam clay core wall Flood relief oper

8、ations Leaking water buildings Construction progress目錄前言3摘 要4Abstract5第一章 工程概況11.1 流域概況11.2 氣候特性11.3 水文特性21.4 工程地質(zhì)31.5 建筑材料51.6 經(jīng)濟(jì)資料6第二章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算102.1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算102.2 堰頂高程及泄洪孔口的選擇112.3 調(diào)洪演算結(jié)果與方案選擇11第三章 壩型選擇及樞紐布置133.1壩址及壩型選擇133.2樞紐組成建筑物143.3 樞紐總體布置15第四章 土石壩設(shè)計(jì)184.1 壩型選擇184.2 大壩輪廓尺寸的擬定184.3 土料設(shè)計(jì)224.4 滲流計(jì)算304

9、.5 穩(wěn)定分析計(jì)算334.6 大壩基礎(chǔ)處理354.7 護(hù)坡設(shè)計(jì)384.8 壩頂布置38第五章 泄水建筑物設(shè)計(jì)425.1 泄水方案選擇425.2 泄水隧洞選線與布置425.3 隧洞的體型設(shè)計(jì)425.4 隧洞水力計(jì)算43第六章 施工組織設(shè)計(jì)466.1施工導(dǎo)流466.2施工進(jìn)度計(jì)劃496.3施工總布置52參考文獻(xiàn)55結(jié)論56總結(jié)與體會(huì)57謝辭58附錄一 設(shè)計(jì)計(jì)算書59第一章 調(diào)洪演算59第二章 壩頂高程計(jì)算68第三章 土石料的設(shè)計(jì)71第四章 滲流計(jì)算75第五章 土石壩穩(wěn)定計(jì)算81第六章 細(xì)部結(jié)構(gòu)計(jì)算90第七章 隧洞水力計(jì)算92第八章 施工組織設(shè)計(jì)98附錄二 外文翻譯103 第一章 工程概況1.1 流

10、域概況該江位于我國西南地區(qū)，流向自東南向西北，全長約122公里，流域面積2558平方公里，在壩址以上流域面積為780平方公里。本流域大部分為山嶺地帶，山脈和盆地交錯(cuò)于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，地表大部分為松軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層，汛期河流的含沙量較大。沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。本流域內(nèi)因山脈連綿，交通不便，故居民較少，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。1.2 氣候特性1.氣溫 年平均氣溫約為12.8度，最高氣溫為30.5度，發(fā)生在7月份，最低氣溫為-5.3度，發(fā)生在1月份。表1-1 月

11、平均氣溫統(tǒng)計(jì)表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-2 平均溫度日數(shù)日數(shù) 月份平均溫度12345678910111第 | 頁 0261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.濕度 本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年和4月特別干燥，其相對濕度為5173%之間，夏季因降雨日數(shù)較多，相對濕度隨之增大，一般變化范圍為6786%。3.降水量 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90

12、5毫米。表1-3 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計(jì)表日數(shù) 月份平均降雨量123456789101112<5mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.35-10mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.110-30mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.1>30mm0000000000004.風(fēng)力及風(fēng)向 一般14月風(fēng)力較大，實(shí)測最大風(fēng)速為14.1米秒，相當(dāng)于8級(jí)風(fēng)力，風(fēng)向?yàn)槲鞅逼鳌Ｋ畮齑党虨?5公里。1.3 水文特性該江徑流的主要來源為降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實(shí)測短期水文氣象資料研究

13、，一般是每年五月底至六月初河水開始上漲，汛期開始，至十月以后洪水下降，則枯水期開始，直至次年五月。該江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實(shí)測最大流量為700秒立米，而最小流量為0.5秒立米。1年日常徑流 壩址附近水文站有實(shí)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。2洪峰流量 經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量如下表。表1-4 不同頻率洪峰流量（秒立米）頻率0.0512510流量23201680142011801040表1-5 各月不同頻率洪峰流量（秒立米） 月頻率12345678910111214619121960012401550121

14、06703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015233固體徑流 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。1.4 工程地質(zhì)1水庫地質(zhì) 庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認(rèn)為庫區(qū)滲漏問題不大，但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的坍岸是不可避免的，經(jīng)過勘測，估計(jì)可能坍方量約為300萬立米。在考慮

15、水庫淤積問題時(shí)可作為參考。2壩址地質(zhì) 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，構(gòu)成高山深谷的地貌特征。壩址區(qū)地層以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過，對其巖性分述如下：(1) 玄武巖 一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈、石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進(jìn)來的。堅(jiān)硬玄武巖應(yīng)為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會(huì)隨之增加，其礦物成份為普通輝石、檢長石，副成分為綠泥石、石英、方解石等，由于玄武巖成分不甚一致，風(fēng)化程度不同，力學(xué)性質(zhì)也不同，可分為堅(jiān)硬玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武

16、巖、半風(fēng)化玄武巖和全風(fēng)化玄武巖等，其物理力學(xué)性質(zhì)見表2-6、表2-7。滲透性：經(jīng)試驗(yàn)得出k值為4.14-7.36米/晝夜。(2) 火山角礫巖 角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為215厘米，膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì)，膠結(jié)緊密者抗壓強(qiáng)度與堅(jiān)硬玄武巖無異，其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強(qiáng)度低至35MPa。(3) 凝灰?guī)r 成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與近似，風(fēng)化后成為碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。表1-6 壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表巖石名稱比重容重kN/m3建議采用抗壓強(qiáng)度MPa半風(fēng)化玄武巖3.0129.650破碎玄武巖2.9529.250-60火山角礫巖2.9028.735-120軟弱玄武巖2.8527.

17、010-20堅(jiān)硬玄武巖2.9629.2100-160多氣孔玄武巖2.8527.870-180表1-7 全風(fēng)化玄武巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指數(shù)壓縮系數(shù)a浸水固結(jié)塊剪00.5m2/kN×10-634m2/kN×10-6內(nèi)摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824(4) 河床沖積層 主要為卵礫石類土，砂質(zhì)粘土與砂層均甚少，且多呈透鏡體狀，并有大漂石摻雜其中。卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r與砂巖占極少數(shù)。沿河谷內(nèi)分布：壩基部分沖積層厚度最大為32米，一般為20米左右；靠岸邊最少為幾米。顆粒

18、組成以卵礫石為主，砂粒和細(xì)小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10100毫米；礫石直徑一般為210毫米；砂粒直徑0.050.2毫米；細(xì)小顆粒小于0.1毫米。見表2-8。沖積層的滲透性能 經(jīng)抽水試驗(yàn)后得，滲透系數(shù)k值為3×10-2厘米/秒1×10-2厘米/秒。表1-8 沖積層剪力試驗(yàn)成果表土壤名稱代號(hào) 項(xiàng)目計(jì)算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三軸剪力（塊剪）應(yīng)變（拉制）（浸水固結(jié)快剪）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）含 中量細(xì)粒的礫石次數(shù)17128822最大值24.38.6647°1537.032°4310.5最小值22.24.2735

19、°3012.017°550平均值23.086.4740°3418.225°255.3小值平均值37°3214.8備注三軸剪力土樣備系篩去大于4mm顆粒后制備的。試驗(yàn)時(shí)土樣的容重為控制容重。應(yīng)變控制土樣容重系篩去大于0.1mm顆粒后制備的。以上兩種試驗(yàn)的土樣系擾動(dòng)的。(5) 坡積層 在水庫區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到，為經(jīng)短距離搬運(yùn)沉積后，形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。3地質(zhì)構(gòu)造壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育?？梢苑譃閮山M，一組走向與巖層走向幾乎一致，即北東方向，傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相同。傾角一般都較大，近于垂直，裂

20、隙清晰，且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填。節(jié)理間距，密者0.5米即有一條，疏者35米即有一條，所以沿岸常見有巖塊崩落的現(xiàn)象。上述節(jié)理主要在砂巖、泥灰?guī)r與玄武巖之類的巖石內(nèi)產(chǎn)生。4水文地質(zhì)條件本區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不甚豐富，對工程比較有利。根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，玄武巖的透水性不同，裂隙少、堅(jiān)硬完整的玄武巖為不透水層，其壓水試驗(yàn)的單位吸水量小于0.01 l/(minm)。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r，以及裂隙甚少的火山角礫巖都為不透水性良好的巖層。至于節(jié)理很發(fā)育的破碎玄武巖、半風(fēng)化與全風(fēng)化玄武巖都是透水性良好的巖層。正因?yàn)檫@些隔水的與透水的玄武巖存在，遂使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水。

21、一般砂巖也是細(xì)粒至微粒結(jié)構(gòu)，除因構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，上部裂隙水較多外，深處巖層因隔水層的層數(shù)多，難于形成泉水。石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石多為不透水層，滲透問題也不存在。5. 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。1.5 建筑材料1料場的位置與儲(chǔ)量各料場的位置與儲(chǔ)量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地地形平坦，采運(yùn)尚方便。2物理力學(xué)性質(zhì)(1) 土料：見表2-9表2-12。(2) 石料：堅(jiān)硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲(chǔ)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。1.6 經(jīng)濟(jì)資料1庫區(qū)經(jīng)濟(jì)流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口，多種植稻米、苞谷等。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價(jià)值可開采的礦產(chǎn)。淹沒情況如下表。表1

22、-9 各高程淹沒情況高程（米）280728122817282228272832淹沒人口（人）350036403890406053207140淹沒土地（畝）3000322034103600460061002交通運(yùn)輸壩址下游120公里處有鐵路干線通過，已建成公路離壩址僅20公里，因此交通尚稱方便。表1-10 粘土的物理力學(xué)性質(zhì)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(jí)配（成分%，粒徑d）擊實(shí)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k

23、Pa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24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.

24、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15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.

25、080表1-11 砂礫石的顆粒級(jí)配顆 直徑粒 mm含量料場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4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.1

26、19.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表1-12 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軟弱顆粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有機(jī)物含量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

27、0.44，最小孔隙率0.27。表1-13 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°403#下34°3037°1035°504#下36°0038°2037&#

28、176;10第二章 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算2.1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算本河流屬于典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，設(shè)計(jì)洪峰流量Q設(shè)=1680m³/s（P=1%），校核洪峰流量Q校= 2320 m³/s（P=0.05%）。2.1.1 工程等別及建筑物級(jí)別一項(xiàng)水利樞紐的成敗對國際民生有直接影響。但不同規(guī)模工程影響程度也不同。為使工程的安全可靠性與其造價(jià)的經(jīng)濟(jì)合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級(jí)，即先按工程的規(guī)模，效益及其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，將水利樞紐分等，而后再對個(gè)組成建筑物按其所屬樞紐級(jí)別，建筑物作用及重要性進(jìn)行分級(jí)。樞紐工程，建筑物的等級(jí)不同，對其規(guī)劃，設(shè)計(jì)，施工運(yùn)行管理的要求也

29、不同，等級(jí)越高者要求越高。正常蓄水位為2836 m,其相應(yīng)水庫庫容為 720×106 m3根據(jù)SDJ-78（水利水電工程樞紐等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)。丘陵區(qū)部分），綜合考慮水庫總庫容，防洪效益，灌溉面積，電站裝機(jī)容量，工程規(guī)模由庫容（正常蓄水位時(shí)7.2億m³/S，估計(jì)校核情況下庫容不會(huì)超過10億m³/S）控制屬大（2）型。主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常應(yīng)用（設(shè)計(jì)）洪水重限期100年，非常應(yīng)用（校核）洪水重限期2000年。2.1.2泄洪方式與水庫運(yùn)用方案1.泄洪方式：由于地形條件的限制，為減小工程開挖量，采用隧洞

30、泄洪方案。2.水庫運(yùn)用方式：洪水來臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。3.防洪限制水位的選擇：防洪限制水位取與正常蓄水位重合，這是防洪庫容與興利庫容完全不結(jié)合情況，因?yàn)樯絽^(qū)河流的特點(diǎn)是暴漲暴落，整個(gè)汛期內(nèi)大洪水隨時(shí)都可能出現(xiàn)，任何時(shí)候都預(yù)留一定的防洪庫容是必要的。2.1.3 調(diào)洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進(jìn)行放大，得出設(shè)計(jì)與校核洪水過程線。擬定幾組不同堰頂高程Ñ及孔口寬度B的方案。堰頂自由泄流公式可確定設(shè)計(jì)洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量Q調(diào)，由Q調(diào)開始，假定三條泄洪過

31、程線，在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V。根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由三組（Q調(diào)，H）繪制的QH曲線與由繪制的QH曲線相交，所得交點(diǎn)即為所要求的下泄流量及相應(yīng)水位。 2.2 堰頂高程及泄洪孔口的選擇調(diào)洪演算時(shí)需擬定幾組不同堰頂高程Ñ及孔口寬度B的方案，進(jìn)行比較分析，取其優(yōu)者。2.2.1 堰頂高程及孔口尺寸選擇原則堰頂高程如果取的太低，孔口總凈寬選的大，則泄流能力加大，所需水庫防洪庫容可較小，擋水建筑物高度也可較小，上游淹沒損失也較小；但是這時(shí)隧洞本身工程量及造價(jià)會(huì)很高，而且本工程下游允許流量為900 m3/s，這樣過大的下泄流量為下游所不能允許。如果堰頂高程

32、取的高，孔口總凈寬取的小，則結(jié)果與上述相反。2.2.2 方案擬定要得到堰頂高程與孔口尺寸的最佳方案，應(yīng)在技術(shù)可行前提下，結(jié)合泄水隧洞以及擋水建筑物在內(nèi)的樞紐總造價(jià)最小來優(yōu)化，通過各種可行方案的經(jīng)濟(jì)比較決定。設(shè)計(jì)中參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定四組堰頂高程與孔口尺寸如下（采用兩孔泄洪）：方案一：Ñ=2815m，B=8m 方案二：Ñ=2825m, B=8m方案三：Ñ=2825m, B=9m 方案四：Ñ=2826m, B=8m 2.3 調(diào)洪演算結(jié)果與方案選擇2.3.1 調(diào)洪演算結(jié)果本設(shè)計(jì)中擬定四組方案進(jìn)行比較，成果見表2-1。表1-1 調(diào)洪演算成果方 案孔口尺寸（

33、m）工 況Q(m3/s)上游水位Z(m)超高Z(m)1Ñ=2815mB=8m設(shè)計(jì)校核1576.621533.792836.862836.620.860.622Ñ=2825 mB=8m設(shè)計(jì)校核653.79733.162837.22838.231.22.233Ñ=2825mB=9m設(shè)計(jì)校核721.78806.032837.0728381.072.04Ñ=2826mB=8m設(shè)計(jì)校核590.52674.52837.392838.431.392.43注：發(fā)電引水量Q=44.1 M3/S，與總泄量相比較小，調(diào)洪演算未作考慮，僅做安全儲(chǔ)備，Z為正常蓄水位以上超高。2.

34、3.2 方案選擇從調(diào)洪演算結(jié)果來看，擬定的四組方案中除了方案一不滿足其他方案均滿足流量Q<900 m3/s,上游水位超高Z<3.5m的要求,從這個(gè)角度看三組方案都是可以的。因而方案的選擇要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定(本設(shè)計(jì)中僅作定性說明),同時(shí)也應(yīng)考慮與導(dǎo)流洞相結(jié)合的問題。一般來說，Z越大，大壩必須增高，大壩工程量也將加大，同時(shí)Q過小后對泄洪不利，不經(jīng)濟(jì)。故而采用第三種方案，即堰頂高程Ñ=2825m，每個(gè)溢流孔凈寬b=9m。該方案設(shè)計(jì)洪水位2837.07m,設(shè)計(jì)泄洪量721.78 m3/s；校核洪水位 2838m，校核泄洪量806.03 m3/s。第三章 壩型選擇及樞紐布置壩址

35、和壩型選擇與樞紐布置密切相關(guān)，不同壩軸線適用于不同的壩型和樞紐布置。同一壩址也可能有不同的壩型和樞紐布置方案。必須根據(jù)綜合利用要求，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，選擇不同的壩址和相應(yīng)的壩軸線，作出不同壩型的各種樞紐布置方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后才能擇優(yōu)選擇出壩軸線位置及相應(yīng)的合理位置和樞紐布置。3.1壩址及壩型選擇3.1.1壩址選擇經(jīng)過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇-、-兩條較有利的壩軸線，兩軸線河寬基本相近，從而大壩工程量基本相近。從地質(zhì)圖上可以看出： -剖面，河床覆蓋層厚平均20m，河床中部最大34m，壩肩除了10m左右范圍的風(fēng)化巖外，其余為堅(jiān)硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。-剖面出與-剖

36、面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，底部玄武破碎帶縱橫交錯(cuò)，滲流比較嚴(yán)重，需要進(jìn)行的地基處理工程量大。綜合考慮以上因素，壩軸線選在1-1剖面處。而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價(jià)。3.1.2壩型選擇常見壩型有土石壩、混凝土重力壩、混凝土拱壩、支墩壩，他們對地質(zhì)條件有不同的要求，詳見表4.1。表3.1 壩 型 比 較地質(zhì)條件土石壩混凝土重力壩混凝土拱壩巖土性質(zhì)壩基巖（土）應(yīng)具有抗水性（不溶解），壓縮性也應(yīng)較小，盡量避免有很厚的泥炭、淤泥、軟粘土、粉細(xì)砂、濕陷性黃土等不良土層壩基要求盡可能為巖基，應(yīng)有足夠的整體性、均一性，并具有一定的承載力、抗水性和

37、耐風(fēng)化性能，覆蓋層與風(fēng)化層不宜過厚壩基應(yīng)為完整、均一、承載力高、強(qiáng)度大、耐風(fēng)化、抗水的堅(jiān)硬巖基，覆蓋層和風(fēng)化層不宜過厚地質(zhì)構(gòu)造以土層均一、結(jié)構(gòu)簡單、層次較穩(wěn)定、厚度變化小的為佳，最好避開嚴(yán)重破碎的大斷層帶盡量避開大斷層帶、軟弱帶以及節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)避開大斷層帶、軟弱帶以及節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)構(gòu)造壩基與壩肩穩(wěn)定應(yīng)避免有能使壩體滑動(dòng)的性質(zhì)不良的軟弱層及軟弱夾層。兩岸壩肩接頭處，地形坡度不宜過陡壩基應(yīng)有足夠的抗滑穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免有不利于穩(wěn)定的滑移面（軟弱夾層、緩傾角斷層等）兩岸壩基在地形地質(zhì)條件上應(yīng)大致對稱（河谷寬高比最好不超過3.5），在拱推力作用下，不能發(fā)生滑移和過大變形，拱座下游應(yīng)

38、有足夠的穩(wěn)定巖體滲漏及滲流穩(wěn)定應(yīng)有足夠的滲流穩(wěn)定性，應(yīng)避開難以處理的易滲透變形破壞的土層與可液化土層，并避免滲漏量過大巖石的透水性不宜過大，不致產(chǎn)生大量漏水。避免產(chǎn)生過大的滲透壓力巖石的透水性要小，應(yīng)避免產(chǎn)生過大的滲透壓力（特別是兩岸壩肩的側(cè)向滲透壓力）注：1.土石壩的心墻基礎(chǔ)要求較高的滲透穩(wěn)定條件，一般須采取相應(yīng)的工程措施。 2.支墩壩對地質(zhì)條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，但須注意防止產(chǎn)生過大的側(cè)向滲透壓力，軟弱夾層及軟弱破碎帶產(chǎn)生滲透變形破壞以及相鄰支墩產(chǎn)生過大的不均一沉陷。 所選壩軸線處河床沖積層較深，兩岸風(fēng)化巖透水性深，基巖強(qiáng)度低，且不完整。從地質(zhì)條件看不宜修建靠兩岸基巖來維持穩(wěn)定的拱壩。支墩壩是由

39、一系列支墩和其支承的上游擋水蓋板所組成，其所承受荷載都是由蓋板傳給支墩再由支墩傳至地基，因此本身應(yīng)力較高，對地基的要求也很高，在這種地質(zhì)條件下修建支墩壩也是不行的?；炷林亓问强繅紊碜灾貋砭S持穩(wěn)定的，其要求建在巖石地基上。本工程若建重力壩則基礎(chǔ)開挖、回填量大，圍堰工程量也很大，防滲層要灌漿到基巖工程量大，同時(shí)基坑排水也較困難。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。3.2樞紐組成建筑物3.2.1 擋水建筑物 樞紐擋水建筑物選用心墻土石壩方案。3.2.2 泄水建筑物本設(shè)計(jì)采用的壩型為粘土心墻土石壩，因此泄水建筑物不能布置于

40、河床，根據(jù)本工程的地質(zhì)、地形條件，對正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道及泄水隧洞進(jìn)行比較選擇。泄水隧道布置的一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其它建筑物無相互不良影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖體完整穩(wěn)定，巖石堅(jiān)硬，上覆巖層厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開圍堰破碎地下位很高或滲水量很大的巖層和可能坍滑的不穩(wěn)定地帶，同時(shí)防止洞身離地表太淺。正槽溢洪道：以寬頂堰或各種實(shí)用堰為溢流控制的河岸溢洪道，蓄水時(shí)控制堰（設(shè)閘門或不設(shè)閘門）與攔河壩一起組成擋水前緣，泄洪時(shí)堰頂高程以上的水可自堰頂溢流而下，并經(jīng)一條順過堰流向的陡坡泄槽泄往下游河道。水力學(xué)上的特點(diǎn)是：泄流能力完全由堰的型式、

41、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面流量也隨之都達(dá)到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運(yùn)用安全可靠。結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，因而為大中小型工程廣泛采用，尤其是攔河壩為石土壩的水庫。但應(yīng)注意，在高水頭、大流量以及不利的地形、地質(zhì)條件下，溢洪道的興建要解決高速水流所引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題。從地形條件說，溢洪道應(yīng)位于路線短和土石方開挖量少的地段；從地質(zhì)條件說，溢洪道應(yīng)力爭位于較堅(jiān)硬的巖基上。側(cè)槽溢洪道：當(dāng)攔河壩難以本身溢流，且兩岸陡峭，布置正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大開挖量時(shí)，側(cè)槽溢洪道可能成為經(jīng)濟(jì)合理的泄洪建筑物。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道的前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前

42、緣長度而引起的開挖量增加減少，從而可以較長的溢流前緣換取較低的調(diào)洪水位，或者換取較高的堰頂高程。當(dāng)無閘門控制時(shí)后者突然增加了興利庫容，對中小型工程尤有利。側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象相對復(fù)雜。泄洪時(shí)沿溢流前緣全長同時(shí)進(jìn)水，進(jìn)槽水的水流并須立即彎近90°，順槽軸線流向下游，對不同的側(cè)槽橫斷面，其所通過的流量不同。在側(cè)槽范圍內(nèi)水流是沿程變量的非均勻流。側(cè)槽的水流現(xiàn)象復(fù)雜，并不僅表現(xiàn)在流量的沿程變化上，水流自側(cè)槽堰跌入側(cè)槽之后，在慣性作用下沖向側(cè)堰對岸壁，并向上翻騰，然后在重力作用下轉(zhuǎn)彎向下游流去。這樣在槽中就形成一個(gè)橫軸螺旋流。泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，均與導(dǎo)流隧洞結(jié)合。本工程由于壩址處較

43、窄，山坡陡峭，山脊高，且兩岸山坡沒有天然埡口 ，如采用明挖溢洪道的方案，則會(huì)造成開挖量大，造價(jià)較高。因而通過以上比較采用隧洞泄洪，并考慮與施工導(dǎo)流洞相結(jié)合。3.2.3 水電站建筑物包括引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、開關(guān)站等。裝機(jī)容量24MW，多年平均發(fā)電量1.2億度。本電站裝3臺(tái)8 MW 機(jī)組。正常蓄水位2823.6米，死水位為2796.0米，3臺(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)的流量為44.1秒每米，尾水位為2752.2米。廠房為引水式，廠房平面尺寸為32*13平方米，發(fā)電機(jī)高程為2760.0米，尾水管底高程為2748.0米，廠房頂高程為2772.0米。副廠房平面尺寸為32*6平方米。安裝場平面尺寸為8*

44、13平方米。開關(guān)站尺寸為30*20平方米。3.3 樞紐總體布置 3.3.1 擋水建筑物土石壩 經(jīng)過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇-、-兩條較有利的壩軸線作為備用壩址的兩個(gè)方案通過以下幾個(gè)方面定性地加以比較，最終確定壩軸線位置。1.地質(zhì)條件：-壩軸線方案和-壩軸線方案均處在以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過的地層中，地質(zhì)條件較為相似，但-剖面，河床覆蓋層厚平均20m，河床中部最大34m，壩肩除了10m左右范圍的風(fēng)化巖外，其余為堅(jiān)硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。-剖面出與-剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，然而底部玄武破碎帶縱橫交錯(cuò)，滲流比較嚴(yán)重，需要進(jìn)行的地基處理工程量大

45、，從而增加了總體工期和造價(jià)。因此從地質(zhì)條件來比較-壩軸線方案優(yōu)于-壩軸線方案。2.地形條件：-壩軸線方案和-壩軸線方案都位于該江中游地段的峽谷地帶，河床平緩，坡降不大是其主要地形條件。但此樞紐具有過木要求，所以必須在樞紐布置中考慮到是否對過木有利。-壩軸線方案水流較為平順，壩趾附近無較明顯河道彎曲出現(xiàn)；而-壩軸線方案壩趾以下不遠(yuǎn)處緊接河道拐彎處，水流不利于過木。所以，從地形條件來比較-壩軸線方案優(yōu)于-壩軸線方案。建筑材料： 因?yàn)?壩軸線和-壩軸線附近建筑材料都比較豐富，覆蓋層淺，開采條件較好，而且河谷地地形平坦，采運(yùn)都比較方便，所以，在建筑材料方面不能區(qū)分出兩種方案的優(yōu)劣。施工條件及工程量：

46、從地形圖上可以看出：-壩軸線方案和-壩軸線方案在布置施工場地、內(nèi)外交通運(yùn)輸和進(jìn)行施工導(dǎo)流等方面沒有明顯的區(qū)別，兩種方案都是比較便于施工的。通過比較兩軸線河寬，發(fā)現(xiàn)-壩軸線的河寬比-壩軸線河寬窄，這樣可以減小工程量，降低工程造價(jià)。因此，在在施工條件及工程量方面，-壩軸線方案稍優(yōu)于-壩軸線方案。3.綜合效應(yīng)：對于不同壩址與相應(yīng)的壩址選擇，不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)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。對于-壩軸線方案和-壩軸線方案，通過多方面比較-壩軸線方案稍優(yōu)于-壩軸線方案。所以 ，綜合考慮以上因素，壩軸線選在1-1剖面處。

47、而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價(jià)。3.3.2 泄水建筑物泄洪隧洞 經(jīng)以上分析可知，本工程選用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞路線的選定是設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，關(guān)系到隧洞的造價(jià)和運(yùn)用可靠性。應(yīng)在地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，擬定不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)選，爭取得到地質(zhì)條件良好、路線短、水流順暢以及對水利樞紐其他建筑物無相互影響的洞線方案。 此處從以下三方面定性地比較隧洞布置在左岸和右岸兩種方案：（1）地質(zhì)條件：左岸的主要巖石構(gòu)成主要包括：大量的凝灰?guī)r，大量的半風(fēng)化玄武巖和少量的堅(jiān)硬玄武巖；而右岸主要巖石構(gòu)成主要包括：大量的堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖。凝灰?guī)r成土狀或頁片

48、狀，巖性軟弱，與風(fēng)化后成為碎屑的混合物近似，遇水崩解，滲透性很小；半風(fēng)化玄武巖建議采用的抗壓強(qiáng)度為50MPa，強(qiáng)度不高，力學(xué)性質(zhì)不佳； 堅(jiān)硬玄武巖一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈，石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進(jìn)來的。堅(jiān)硬玄武巖強(qiáng)度高，力學(xué)性質(zhì)出眾，建議采用抗壓強(qiáng)度100-160MPa。壩址附近無大的斷層，但左右岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育，所以左右岸都常見巖塊崩落的現(xiàn)象。因此，就地質(zhì)條件來比較右岸優(yōu)于左岸。（2）水文地質(zhì)條件：本地區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不是很豐富，對工程比較有利。但左岸多為凝灰

49、巖和半風(fēng)化玄武巖，而右岸多為堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖，根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，凝灰?guī)r和堅(jiān)硬玄武巖都是不透水性良好的巖層，而半風(fēng)化玄武巖則為透水性良好的巖層。所以就水文地質(zhì)條件不能充分判斷左岸方案和右岸方案的優(yōu)缺點(diǎn)。（3）路線相關(guān)指標(biāo)：從已給出的地形圖可以看出，若在左岸布置泄洪隧洞則需要相當(dāng)長的路線，而且中間必然會(huì)出現(xiàn)彎段，然而盡量避免出現(xiàn)彎段是水工隧洞布置的一個(gè)基本原則；若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞可以直接和主河道相連，不出現(xiàn)較大角度的彎段，從而減少了出現(xiàn)水力不利條件的幾率，從而減少了襯砌等部位的造價(jià)，而且隧洞路線長度大大減小，減少了大量的開挖量，所以無論對于施工量和工程造價(jià)來說，右岸方案都優(yōu)于左岸。

50、因此，為增加隧洞穩(wěn)定、縮短隧洞長度、減小開挖工程量和降低隧洞的工程造價(jià)，泄洪隧洞布置在右岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利?？紤]到電站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為好。為減小泄洪時(shí)引起的電站尾水波動(dòng)，以及防止沖刷壩腳，兩者進(jìn)出口相距80至100m以上。3.3.3 水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在右岸，在泄洪隧洞與大壩之間；由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近。第四章 土石壩設(shè)計(jì)4.1 壩型選擇 影響土石壩壩型選擇的因素很多，最主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。應(yīng)選擇幾種比較優(yōu)越的壩型擬定剖面輪廓尺寸，進(jìn)而比較工程量、工期、造價(jià)，最后選定技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本設(shè)計(jì)限于資料只作定性分析確定土石壩壩型。均質(zhì)壩材料單一，工序簡單，但壩坡較緩，剖面大，粘土材料施工受氣候影響大。本河流為典型的山區(qū)河流，雨季較長，且無足夠適宜的土料來作均質(zhì)壩（竟探明壩址附近可筑壩的土料只有190萬m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求），故而均質(zhì)壩方案不可行。堆石壩與土壩相比具有剖面小，造價(jià)低，施工速度快，抗震性好的優(yōu)點(diǎn)。雖然壩址附近有堅(jiān)硬玄武巖石料場一處，儲(chǔ)量達(dá)450萬m3，開采條件也較好，可作為堆石壩土料，從材料角度可