(最終)2015年土石壩畢業(yè)設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計E江水利樞紐工程土石壩設(shè)計說明與計算書題 目：E江水利樞紐工程設(shè)計專 業(yè)：水利水電工程年 級：2011級學 生：溫紹成 學 號：3120141994指導(dǎo)教師：張繼勛日 期：2015年4月13日目 錄前 言11工程提要11.1工程等別及建筑物級別11.2洪水調(diào)節(jié)計算11.3壩型選擇與樞紐布置21.4大壩設(shè)計21.5泄水建筑物設(shè)計31.6施工組織設(shè)計32基本資料42.1水文42.2工程地質(zhì)52.3建筑材料82.4經(jīng)濟資料103工程等別及建筑物級別114洪水調(diào)節(jié)計算124.1防洪標準124.2設(shè)計洪水124.3調(diào)洪演算135壩型選擇與樞紐布置165.1壩址及壩型選擇165.2樞紐布置1

2、76大壩設(shè)計196.1土石壩壩型的選型196.2大壩輪廓尺寸的擬定206.3土料設(shè)計266.4滲流計算296.5穩(wěn)定計算336.6基礎(chǔ)處理部分346.7細部構(gòu)造設(shè)計357泄水建筑物設(shè)計387.1泄水方案選擇387.2隧洞選擇與布置387.3隧洞的體型設(shè)計387.4隧洞的水力計算407.5隧洞的細部構(gòu)造437.6放空洞設(shè)計438施工組織設(shè)計458.1施工導(dǎo)流計劃458.2施工控制性進度47前言根據(jù)教學大綱要求，學生在畢業(yè)前必須完成畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是大學學習的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)工程技術(shù)人員獨立承擔專業(yè)工程技術(shù)任務(wù)重要。通過畢業(yè)設(shè)計可以進一步培養(yǎng)和訓(xùn)練我們分析和解讀工程實際問題及科學研究的能力。通過

3、畢業(yè)設(shè)計，我們能夠系統(tǒng)鞏固并綜合運用基本理論和專業(yè)知識，熟悉和掌握有關(guān)的資料、規(guī)范、手冊及圖表，培養(yǎng)我們綜合運用上述知識獨立分析和解決工程設(shè)計問題的能力，培養(yǎng)我們對土石壩設(shè)計計算的基本技能，同時了解國內(nèi)外該行業(yè)的發(fā)展水平。這次我的設(shè)計任務(wù)是E江水利樞紐工程設(shè)計（土石壩），本設(shè)計采用斜心墻壩。該斜心墻土石壩設(shè)計大致分為：洪水調(diào)節(jié)計算、壩型選擇與樞紐布置、大壩設(shè)計、泄水建筑物的選擇與設(shè)計等部分。371 工程提要E江水利樞紐系防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合利用的水利工程，該水利樞紐工程由土石壩、泄洪隧洞、沖沙放空洞、引水隧洞、發(fā)電站等建筑物組成。該工程建成以后，可減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦和農(nóng)村的威脅，

4、根據(jù)下游防洪要求，設(shè)計洪水時最大下泄流量限制為900，本次經(jīng)調(diào)洪計算100年一遇設(shè)計洪水時，下泄洪峰流量為672.6。原100年一遇設(shè)計洪峰流量為1680，水庫消減洪峰流量1007.4；其發(fā)電站裝機為3×8000kw，共2.4×104kw；建成水庫增加保灌面積10萬畝，正常蓄水位時，水庫面積為17.70km2，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件。綜上該工程建成后發(fā)揮效益顯著。1.1 工程等別及建筑物級別根據(jù)SDJ12-1978水利水電樞紐工程等級劃分設(shè)計標準（山區(qū)，丘陵區(qū)部分）之規(guī)定，水利水電樞紐工程根據(jù)其工程規(guī)模效益及在國民經(jīng)濟中的重要性劃分為五類，綜合考慮水庫的總庫容、防洪庫容、

5、灌溉面積、電站的裝機容量等，工程規(guī)模由庫容決定，由于該工程正常蓄水位為2821.4m，庫容約為3.85億m3，估計校核情況下的庫容不會超過10億m3，故根據(jù)標準（SDJ12-1978），該工程等別為二等，工程規(guī)模屬于大（2）型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物級別為4級。1.2 洪水調(diào)節(jié)計算該工程主要建筑物級別為2級，根據(jù)防洪標準（GB50201-94）規(guī)定2級建筑物土壩堆石壩的防洪標準采用100年一遇設(shè)計，2000年一遇校核，水電站廠房防洪標準采用50年一遇設(shè)計，500年一遇校核。臨時性建筑物防洪標準采用20年一遇標準。根據(jù)資料統(tǒng)計分析得100年一遇設(shè)計洪峰流量為=（p=1%

6、），2000年一遇校核洪峰流量為=2320m3/s，（）。根據(jù)選定的方案調(diào)洪演算的設(shè)計洪水位2822.60m，校核洪水位2823.58m，設(shè)計泄洪流量672.6m3/s,校核泄洪流量753.7m3/s。1.3 壩型選擇與樞紐布置通過各種不同的壩型進行定性的分析比較，綜合考慮地形條件、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩的方案。根據(jù)工程功能以及滿足正常運行管理要求，該樞紐由土石壩、泄洪隧洞、沖沙放空洞、水電站（包括：引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、開關(guān)站）等建筑物組成。本次根據(jù)工程經(jīng)濟性、正常運行安全穩(wěn)定性以及地形地質(zhì)條件等各方面因素要求，并且將沖沙放空洞和泄洪隧洞

7、與施工導(dǎo)流隧洞相結(jié)合對樞紐建筑物進行了布置。樞紐平面布置見圖5.2。1.4 大壩設(shè)計根據(jù)方案比較分析，斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)缺點，斜心墻有足夠的斜度，能減弱壩殼對心墻的拱效應(yīng)作用；斜心墻壩對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，本次設(shè)計大壩壩型采用粘土斜心墻壩。根據(jù)計算大壩壩頂高程由校核情況控制為2825.17m，取2825.2m。最大壩高為75.2m，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。根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實際結(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，

8、尤其在下游坡，通常設(shè)置1.52寬的馬道（戧道）以使匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時兼作交通、觀測、檢修之用，綜合上述等各方面因素其寬度取為2.0。本次設(shè)計，大壩壩腳排水體采用棱體排水措施，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。大壩壩體防滲采用粘土斜心墻，壩基采用混凝土防滲墻。1.5 泄水建筑物設(shè)計壩址地帶河谷較窄，山坡陡峻，山脊高，經(jīng)過比較樞紐布置于河彎地段。由于兩岸山坡陡峻，無天然埡口如采取明挖溢洪道的

9、泄洪方案，開挖量大，造價較高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置于岸（右岸），采取“龍?zhí)ь^”無壓泄洪的型式與施工導(dǎo)流洞結(jié)合。為滿足水庫放空水位2770.0m的要求，還與導(dǎo)流洞結(jié)合設(shè)置了放空洞。根據(jù)調(diào)洪演算和計算比選確定溢流孔口尺寸7m×15.5m洞身尺寸為7m11.0m，根據(jù)以往經(jīng)驗溢流孔口后以1:1坡度連接，反弧段以60.0m半徑圓弧相連接，見圖7.1隧洞縱坡面布置。1.6 施工組織設(shè)計本工程擬定2008年開工，從截流開始到大壩填筑完畢計4年，在現(xiàn)有施工能力及保證質(zhì)量的前提下，盡可能縮短工期，提早發(fā)揮效益。(1)截流和攔洪日期.針對該河流的水文特性，11月開始流量明顯下降，此時水深只有

10、1.0m左右，因此，設(shè)計截流日期定為2008年11月1日15日。實際施工中，根據(jù)當時的水文、氣象條件及實際水情進行調(diào)整。2009年5月洪水期開始，圍堰開始攔洪，圍堰上升速度應(yīng)以搶修到攔洪水位以上為原則。(2)封孔及發(fā)電日期，鑒于流量資料不足。為安全起見在大壩上升至泄洪隧洞進口高程以后進行封孔。斜心墻壩填筑要求粘土與砂礫同時上升。施工進度由粘土上升速度控制。按4m/月的速度上升，至泄洪洞高程(2810m)需15月，即到2010年7月。因此定在2010年8月1日進行封孔蓄水。水庫蓄水過程一般按80%90%的保證率的流量過程線來預(yù)測，初始發(fā)電水位為70%工作水深，即2808.5m。根據(jù)計算從8月1日

11、封孔蓄水，到9月底即可蓄到初始發(fā)電水位。因此第一臺機組發(fā)電日期定為2010年10月1日。實際發(fā)電日期根據(jù)當時水文、氣象條件及水情進行調(diào)整。(3)大壩竣工日期。按4m/月的速度上升，在2010年底實現(xiàn)大壩填筑完成。2 基本資料2.1 水文2.1.1 流域概況E江位于我國西南地區(qū)，流向自東向西北，全長約122km，流域面積2558km2，在壩址以上流域面積為780km2。本流域大部分為山嶺地帶，山脈、盆地相互交錯于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)河流，地表大部分為松軟沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風化層，汛期河流含沙量較大，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，

12、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。2.1.2 氣象降雨（1） 氣象本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年四月特別干燥，其相對濕度在51%73%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67%86%。該地區(qū)一般14月風力較大，實測最大風速為15m/s，風向為西北偏西，水庫吹程為12km。年平均氣溫約為12.8，最高氣溫為30.5，發(fā)生在7月份，最低氣溫-5.3，發(fā)生在1月份，見表2.1.1、2.1.2。表2.1.1 月平均氣溫統(tǒng)計表（）月份123456月平均氣溫4.88.311.214.816.318

13、.0月份789101112氣溫18.818.316.012.48.65.912.8表2.1.2 平均溫度日數(shù)（天）月溫度（）123456789101112061.20.3000000003.10302526.830.7303130313130313027.930000000000000（2） 降雨該地區(qū)最大年降水量可達1213mm，最小為617mm，多年平均降水量為905mm。表2.1.3 多年平均各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表月降雨量1234567891011125mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.3510mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.

14、62.40.80.11030mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.1>30mm0000000000002.1.3 徑流E江徑流的主要來源于降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)短期水文氣象資料研究，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。E江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實測最大流量為700，而最小流量為0.5。多年平均流量17。經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量見表2.1.4、2.1.5。表2.1.4多年統(tǒng)計不同頻率洪峰流量頻率（%）0.0512510流量（）23201680

15、142011801040表2.1.5各月不同頻率洪峰流量（單位：）月份P1234567891011121%4619121960012401550121067039028372%3617111553011201360109060031023335%23149114208501100830480250162810%1911793707609807204102101523固體徑流：E江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強度及降水量的大小而變化，平均含沙量達0.5kg/m3?？菟跇O小，河水清澈見底，初步估算30年后壩前淤積高程為2765m。2.2 工程地質(zhì)2.2.1 水庫地質(zhì)庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、

16、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認為庫區(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，估計可能塌方量約為300萬m3，在考慮水庫淤積問題時可作為參考。2.2.2 壩址地質(zhì)壩址位于E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穿構(gòu)，對其巖性分述如下：（1） 玄武巖一般為深灰色、灰色、有含泥量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石石脈，石英脈等穿其中，這些小脈都是后來沿裂隙充填進來的。堅硬玄武巖應(yīng)為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會隨之增加

17、，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，風化程度不同，力學性質(zhì)亦異，可分為堅硬玄武巖、多孔玄武巖，破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風化玄武巖和全風化玄武巖。其物理力學性質(zhì)見表2.2.1、2.2.2。表2.2.1 壩基巖石物理力學性質(zhì)試驗表巖石名稱比 重容重（KN/m3）采用抗壓強度（MPa）半風化玄武巖3.0129.650破碎玄武巖2.9529.25060火山角礫巖2.9028.735120軟弱玄武巖2.8527.01020堅硬玄武巖2.9629.2100160多氣孔玄武巖2.8527.870180表2.2.2 全風化玄武巖物理力學性質(zhì)試驗表天然含水率

18、W%干容重KN/比重液限Wl塑限Wp塑性指數(shù)IP壓縮系數(shù)浸水固結(jié)塊剪力00.5cm3/KN34cm3/KN內(nèi)摩擦角凝聚力KPa2.516.32.9747.332.2616.90.05970.015128.3824.0滲透性：經(jīng)試驗得出發(fā)值為4.147.36m/d。（2） 火山角礫巖角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為215cm，膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì)，膠結(jié)緊密者抗壓強度與堅硬玄武巖無異，其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強度低至350Mpa。（3） 凝灰?guī)r成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與砂質(zhì)粘土近似，風化后成為粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。（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

19、呈透鏡體狀，并有大漂石滲雜其中，卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r和砂巖占極少數(shù)，沿河谷內(nèi)分布。壩基部分沖積層厚度最大為32m，一般為20米左右。靠岸邊最少為幾米。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10100mm；礫石直徑一般為210mm；砂粒直徑0.050.2mm；細小顆粒小于0.1mm。沖積層的滲透性能：經(jīng)抽水試驗后得滲透系數(shù)K值為3×10-2cm/s1.0×10-2cm/s。沖積層剪力實驗成果見表2.2.3。表2.2.3 沖積層剪力試驗成果表土壤名稱項目計算值容重（控制）KN/m3含水量（控制）三軸剪力（塊剪）應(yīng)變控制浸水固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角凝聚

20、力KPa內(nèi)摩擦角凝聚力KPa含中量細粒的礫石次數(shù)17128822最大值24.38.6647°1537.032°5410.5最小值22.24.2735°3012.017°550平均值23.086.4740°3418.225°255.3小值平均值37°320.148備注三軸剪力土樣控制系篩去大于4顆粒后制備的。試驗時土樣的容重為控制容重。應(yīng)變控制土樣的容重系篩去大于0.1后制備的。以上兩種試驗的土樣系擾動的。（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)短距離搬運沉積后，形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造壩址附

21、近無大的斷層，但兩岸露出的巖石、節(jié)理特別發(fā)育，可以分為兩組，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，裂隙清晰，且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填，節(jié)理間距密者0.5m即有一條，疏者35m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。2.2.4 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)壓水試驗資料，玄武巖中透水性不同，裂隙少且堅硬完整的玄武巖為不透水層，其壓水試驗的單位吸水量小于0.01l/（min·m）。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r，以及

22、裂隙甚少的火山角礫巖都為良好的不透水性巖層，正因為這些隔水的與透水的玄武巖存在逐使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水，一般砂巖也是細粒至微粒結(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次多，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。2.2.5 地震烈度本地區(qū)地震烈度定為7度，基巖與鋼筋混凝土之間磨擦系數(shù)取0.65。2.3 建筑材料2.3.1 料場的位置和儲量各料場的位置與儲量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地形平坦，采運尚方便。沙礫料料場位于壩址上下游各有四處，總量達1850萬m3。粘性土料料場于上游有三處，下游兩處，總量190萬m3。料場距壩址2km左右。

23、各砂礫石料場滲透系數(shù)K值為2.0×102cm/s。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。石料堅硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲量較豐富，總儲量450萬m3，在壩址附近有石料場一處，覆蓋層淺，開采條件較好。2.3.2 各建筑材料的物理力學性質(zhì)粘土的物理力學性質(zhì)見表2.3.1，砂石料的顆粒級配及物理力學性質(zhì)見表2.3.22.3.3，各料場的天然休止角見表2.3.4。表2.3.1 粘土的物理力學性質(zhì)料場名稱物理性質(zhì)滲透系數(shù)（10-6cm/s）力學性質(zhì)化學性自然含水量（%）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d）擊實剪力固結(jié)壓縮系數(shù)（Cm2/kg）有機含量灼燒法（%

24、）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（º）凝聚力Kpa濕干粗中細粉（kN/m3）>2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm<0.005mm1#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24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.753

25、2.251.6521.024.80025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.90023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.96021.5038.00.0330.250.1103#上15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.

26、0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.00028.0017.00.0101.900.080表2.3.2 沙礫石的顆粒級配300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151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.

27、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2.3.3 砂石料的物理性質(zhì)名稱1上2上3上4上1下2下3下4下容重1.861.791.911.901.861.851.841.80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2.0%1.5%0.9%1.2%2.5%0.8%1.0%1.2%有機物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色表2.

28、3.4 各料場的天然休止角 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°102.4 經(jīng)濟資料2.4.1 庫區(qū)經(jīng)

29、濟流域內(nèi)部為農(nóng)業(yè)人口，多種植水稻、玉米等。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價值可開采的礦產(chǎn)。淹沒情況見表2.4.1。表2.4.1 各高程淹沒情況高程（m）280728122817282228272832淹沒人口（人）3500364038904060532071402.4.2 交通運輸壩址下游120km處有鐵路干線通過，已建成公路離壩址僅20km，因此交通尚稱方便。3 工程等別及建筑物級別根據(jù)SDJ12-1978水利水電樞紐工程等級劃分設(shè)計標準（山區(qū)，丘陵區(qū)部分）之規(guī)定，水利水電樞紐工程根據(jù)其工程規(guī)模效益及在國民經(jīng)濟中的重要性劃分為五類，綜合考慮水庫的總庫容、防洪庫容、灌溉面積、電站的裝機容量等，工程規(guī)模由庫容

30、決定，由于該工程正常蓄水位為2821.4m，庫容約為3.85億m3，估計校核情況下的庫容不會超過10億m3，故根據(jù)標準（SDJ12-1978），該工程等別為二等，工程規(guī)模屬于大（2）型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物級別為4級。4 洪水調(diào)節(jié)計算4.1 防洪標準該工程主要建筑物級別為2級，根據(jù)防洪標準（GB50201-94）規(guī)定2級建筑物土壩堆石壩的防洪標準采用100年一遇設(shè)計，2000年一遇校核，水電站廠房防洪標準采用50年一遇設(shè)計，500年一遇校核。臨時性建筑物防洪標準采用20年一遇標準。4.2 設(shè)計洪水4.2.1 設(shè)計洪峰流量本河流屬典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，根據(jù)資料統(tǒng)

31、計分析得100年一遇設(shè)計洪峰流量為=1680m3/s，2000年一遇校核洪峰流量為=2320m3/s。4.2.2 設(shè)計洪水過程線根據(jù)資料現(xiàn)有設(shè)計洪峰流量和壩址處水文站的單位洪水流量過程線，故本次設(shè)計洪水過程線采用以洪峰控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大，分別得設(shè)計洪水與校核洪水過程線。設(shè)計洪水過程線成果見表4.2.1。表4.2.1 E江水利樞紐工程壩址處設(shè)計洪水過程線時段（t=3）典型洪水設(shè)計洪水校核洪水時段（t=3）典型洪水設(shè)計洪水校核洪水100.0 0.0 1715.0 211.8 292.4 25.0 70.6 97.5 1813.0 183.5 253.4 315.0 211.8 2

32、92.4 1911.5 162.4 224.2 430.0 423.5 584.9 2010.0 141.2 195.0 580.0 1129.4 1559.7 2110.0 141.2 195.0 6119.0 1680.0 2320.0 229.5 134.1 185.2 790.0 1270.6 1754.6 238.0 112.9 156.0 860.0 847.1 1169.7 245.0 70.6 97.5 950.0 705.9 974.8 254.0 56.5 78.0 1040.0 564.7 779.8 263.0 42.4 58.5 1135.0 494.1 682.4

33、272.0 28.2 39.0 1230.0 423.5 584.9 281.0 14.1 19.5 1325.0 352.9 487.4 290.0 0.0 0.0 1422.5 317.6 438.7 max（m3/s）119.0 1680.0 2320.0 1520.0 282.4 389.9 洪量（萬m3）786 11092 15318 1617.5 247.1 341.2 倍比KQ14.1 19.5 4.3 調(diào)洪演算4.3.1 庫容曲線該水庫庫容曲線根據(jù)提供的曲線圖量算得高程容積面積表見表4.3.1。表4.3.1 E江水庫高程容積面積表高程H（m）庫容V（萬m3）面積A（km2）高程

34、H（m）庫容V（萬m3）面積A（km2）277010001.25 28203670017.15 277514001.65 2821.43850017.70 278028002.50 28234200019.00 278547003.40 28254620020.50 279067004.50 28275090021.80 279595005.75 28295760024.00 2800129007.60 28336490026.00 2805170009.20 28357000026.40 28102220011.50 28377500028.50 28152860014.20 2840816

35、0030.35 4.3.2 泄洪方式本樞紐攔河大壩初定為土石壩，故需另設(shè)壩外泄洪建筑物。根據(jù)地質(zhì)資料顯示壩址兩岸山坡陡峻，故開挖開敞溢洪道的將可能造成開挖量太大而不經(jīng)濟，因而可采用隧洞泄洪，并可以考慮與施工導(dǎo)流結(jié)合。泄洪隧洞采用無壓流，由于受地形條件影響，又需要滿足無壓要求，故避免閘門做大而不經(jīng)濟和方便運行管理，進口采用wes型實用堰。4.3.3 防洪限制水位及水庫運用方式根據(jù)資料分析計算該水庫正常蓄水位為2821.4，該水庫防洪限制水位取與正常水位重合。水庫運用方式：洪水來臨之前用閘門控制關(guān)水，當洪水來臨時，并且?guī)焖粷q到防洪限制水位時，開閘泄洪，起始由于來量較小，可以控制下泄流量等于來流量

36、，水庫保持汛前限制水位不變，當來水流量繼續(xù)加大，無法保持汛限水位不變時，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。4.3.4 泄洪能力本次根據(jù)確定的泄洪方式，進行泄流能力分析，根據(jù)無壓隧洞自由計算其過流能力，泄流公式按下式計算。m自由出流系數(shù)，取0.485；b溢流孔寬；H0H0=H+v2/2g，H堰上水頭，考慮上游堰前水域開闊，取H0=H。E江水庫泄洪設(shè)施不同方案的泄流能力曲線見表4.3.2。表4.3.2 E江水庫泄洪設(shè)施不同方案的泄流能力曲線表堰頂水頭H(m)b=6m泄流量(m3/s)堰頂水頭H(m)b=7m泄流量(m3/s)堰頂水頭H(m)b=8m泄流量(m3/s)1.0 1

37、2.91.0 15.01.0 17.23.0 67.03.0 78.13.0 89.35.0 144.15.0 168.15.0 192.17.0 238.77.0 278.57.0 318.39.0 348.09.0 406.09.0 464.011.4 496.111.4 578.811.4 661.513.0 604.213.0 704.913.0 805.615.0 748.815.0 873.615.0 998.417.0 903.517.0 1054.117.0 1204.620.0 1152.920.0 1345.020.0 1537.24.3.5 調(diào)洪演算根據(jù)地形和地質(zhì)資料泄洪

38、洞布置時進口地高程為可取2800m，而水庫汛限水位取等于正常蓄水位為2821.4m，因此需要確定泄洪洞進口堰頂高程，以滿足泄洪洞產(chǎn)生無壓過流以、工程經(jīng)濟性和下游防洪限制泄量的要求，本設(shè)計擬訂五組方案進行比較，調(diào)洪演算成果見表4.3.1。表4.3.1 調(diào)洪演算成果表方案堰頂高程z（m）洞寬B（m）工況下泄流量Q（m3/s）庫容V（萬m3）庫水位Z（m）一2810m7m設(shè)計672.6411232822.60 校核753.7432162823.58 二2805m7m設(shè)計1040.4394752821.85 校核1114.2412002822.63 三2810m6m設(shè)計1089.2415662822.

39、80 校核1650.7438912823.90 四2805m6m設(shè)計905.5398482822.02 校核978.4418392822.93 五2810m8m設(shè)計752.2407042822.41 校核837.4426932823.33 4.3.6 方案選擇根據(jù)以上方案只有一、五能滿足泄流量Q<900m3/s，因而需對一、五方案的技術(shù)經(jīng)濟進行比較，同時也應(yīng)結(jié)合導(dǎo)流問題。一、五兩方案堰頂高程均為2810m，第五方案庫水位較低，與第一方案相比相差甚小，洞寬相對較大，故選擇第一方案較為合適，即堰頂高程為Z=2810m，溢流孔口凈寬B=8m,設(shè)計水位2822.41m，校核水位2823.33m，

40、設(shè)計泄洪流量752.2m3/s,校核泄洪流量837.4m3/s。5 壩型選擇與樞紐布置5.1 壩址及壩型選擇5.1.1 壩址選擇根據(jù)地質(zhì)資料，經(jīng)過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇II、IIII兩條較有利的壩軸線，兩軸線河寬基本相近，因而大壩工程量基本相近，由地質(zhì)剖面圖上可以看出：II剖面，河床覆蓋層厚平均20m,河床中部最大達32m，壩肩除10m左右范圍的風化巖外，還有數(shù)十條的破碎帶，其余為堅硬的玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好（對土石壩而言），IIII剖面除與II剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風化巖外，底部玄武巖破碎帶縱橫交錯，若將壩建于此，則繞壩滲流可能較大，進行地基處理工程量會加大，綜

41、合考慮以上因素，壩軸線選擇II處。圖5.1 沿壩軸線方向的大壩斷面地質(zhì)剖面圖5.1.2 壩型選擇所選的壩軸線處河床沖積層較深，兩岸風化巖石透水性大，基巖的強度較底，且不完整。從地質(zhì)條件看不宜建拱壩及支墩壩。較高的混凝土重力壩也要求修建在巖石基礎(chǔ)上，并且需要消耗大量水泥。土石壩適應(yīng)地基變形能力較強，對地基的要求較低，并能就地取材。通過各種不同的壩型進行定性的分析比較，綜合考慮地形條件、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩的方案。5.2 樞紐布置根據(jù)工程功能以及滿足正常運行管理要求，該樞紐由土石壩、泄洪隧洞、沖沙放空洞、水電站（包括：引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、開

42、關(guān)站）等建筑物組成。5.2.1 擋水建筑物土壩擋水建筑物按直線布置，土壩布置在河彎地段上。5.2.2 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（右岸），這樣對流態(tài)也較為有利，考慮到引水發(fā)電隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠離壩腳和廠房為宜，為減少泄洪時影響發(fā)電，進出口相距80100m以上，沖沙放空洞位于泄洪隧洞與水電站引水隧洞之間。5.2.3 水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置于凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風化巖層較深，廠房布置在開挖后的堅硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊。本次根據(jù)工程經(jīng)濟性、正常運行安全穩(wěn)定性以及地形地質(zhì)條件等各方面因素要求，并且將沖

43、沙放空洞和泄洪隧洞與施工導(dǎo)流隧洞相結(jié)合對樞紐建筑物進行了布置。樞紐平面布置見圖5.2。圖5.2 樞紐建筑物平面布置圖6 大壩設(shè)計6.1 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，然后對工程量、工期、造價進行比較，最后選定技術(shù)經(jīng)濟可靠合理的壩型。本設(shè)計限于資料只作定性的分析來確定土石壩壩型。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看本次設(shè)計壩型應(yīng)選擇碾壓式土石壩。碾壓式土石壩根

44、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。從本工程來看，經(jīng)探明壩址附近可筑壩的土料只有190萬m3，遠遠不能滿足均質(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，但施工時心墻與壩體同時填筑，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

45、體應(yīng)力狀態(tài)，能顯著減弱壩殼對心墻的“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，因工程附近建筑材料來源豐富，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，斜心墻有足夠的斜度，能減弱壩殼對心墻的拱效應(yīng)作用；

46、斜心墻壩對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。6.2 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。6.2.1 壩頂高程計算根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL2742001）（以下簡稱“規(guī)范”）規(guī)定，壩頂高程（取其最大值）分別按照正常蓄水位加正常運用條件下的壩頂超高、設(shè)計水位加正常運用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運用下的壩頂超高進行計算，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用時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，同時并保留一定的沉降值。壩頂高程在水庫正常運

47、用和非常運用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高，以保證水庫不漫頂，其超高值y按下式計算：式中：R最大波浪在壩坡上的爬高，m；e最大風壅水面高度，m；A安全加高，m，根據(jù)壩的等級，設(shè)計運用條件時取1.0m，非常運用條件是取0.5m；根據(jù)“規(guī)范”，計算大壩波浪爬高時，所采用設(shè)計風速：正常運用條件下為多年平均最大風速的1.6倍，非常運用條件下，采用多年平均最大風速，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，E江水庫多年平均最大風速為15.0m/s，最大吹程為12km。平均波高及平均波長按下式計算：式中：hm平均波高，m；Tm平均周期，s；W計算風速，m/s；D風區(qū)長度，m；Hm水域平均水深，m；g重力加速度，取9.81m/s

48、2；Lm平均波長，m。平均波浪爬高Rm參照“規(guī)范”附錄A.1.12計算，初步擬定水庫大壩上游壩坡為m=2.5，故波浪平均爬高按“規(guī)范”附錄A.1.12式計算：式中：斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護面類型為砌石護面確定=0.75；經(jīng)驗系數(shù)，由風速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無維量，查表A.1.12-2得設(shè)計條件：=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)計值R按2級土石壩取累積概率P=1%爬高值R1%計算。根據(jù)計算該水庫在設(shè)計條件下和校核條件下的累積概率P=1%的經(jīng)驗系數(shù)Kp值為2.23。風浪壅高按下式計算：式中：K綜合摩阻系數(shù)，計算時一般采用K=3.6

49、5;10-6；風向與水域中線的夾角；其他符號同前。根據(jù)以上公式及參數(shù)，壩頂超高計算成果見表3.1.1。表3.1.1 壩頂超高計算成果表工 況水位(m)設(shè)計風速(m/s)平均波長(m)平均波高(m)平均波浪爬高(m)風浪壅高（m）設(shè)計爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設(shè)計(P=1%)2822.4124.07.570.250.380.032 0.851.01.88校核(P=0.05%)2823.3315.011.810.380.590.012 1.320.51.84由于水庫所在地區(qū)地震基本烈度7°，按水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范（SL29397），水工建筑物抗震計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)計烈度和壩前水深，一般涌浪高度為0.5m1.5m，該水庫地震涌浪高度取用1.0m，不考慮地震作用的附加沉陷計算。根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）第5.3.3條規(guī)定，壩頂高程分別按以下運用情況計算，取其最大值：1、設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高：2822.41+1.882824.29m；2、正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高：2821.4+1.88=2823.28m；3、校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高：2823.33+1.84=2825.17m；4、正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高：2821.4+1.84+