片上水庫斜墻

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 樞紐概況及工程目的 片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫總庫容7.16億立米，死庫容0.44億立米可進(jìn)行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立米。 拒馬河發(fā)源于河北省淶源縣，流經(jīng)淶源、易縣、淶水山峽地區(qū)，至北京房山縣張坊鎮(zhèn)流入平原，并分南北兩支。南拒馬河經(jīng)淶水至北河店與易水匯流至新城白溝鎮(zhèn)，北拒馬河匯合胡良河、琉璃河后在涿州縣東茨村入白溝河，往南流至白溝鎮(zhèn)匯合南拒馬河后為大清河。 拒馬河位于太行山東麓，流域面積約10000km2。地形特點，西部為山區(qū)，流域面積約5000km2，東部為平原。山區(qū)多為石質(zhì)山區(qū)，植被較少，坡度較陡。僅上游淶

2、源以上分水嶺處于黃土高原邊緣地區(qū)。平原河槽較窄，坡度很緩。本流域且為華北暴雨中心所在，因此洪水大，危害較為嚴(yán)重。本工程可為東部平原房、淶、涿灌區(qū)的一百多萬畝農(nóng)田灌溉、北京生活及工業(yè)用水提供水源。 樞紐建筑物包括主壩、付壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。2 設(shè)計的基本資料2.1 地形、地質(zhì)條件2.1.1 庫區(qū)地形： 圖2-1 片上水庫河谷斷面圖2.1.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件 本區(qū)除第四系地層外，均為中震旦系，霧迷山組地層（Z2w），分層、厚度及巖性見表2.1。此外尚有燕山期輝綠巖墻侵入體。表2.1 地層厚度及巖性編號巖性厚度/m相應(yīng)壩區(qū)分層編號備注Z52w板狀、厚層狀白云巖夾少量頁巖、

3、石英巖、底部為雜色石英礫巖400Z42w厚層白云巖180-200Z32w硅質(zhì)條帶灰?guī)r夾硅質(zhì)白云巖220-250Z22w硅質(zhì)條帶狀、斑點狀白云質(zhì)灰?guī)r（局部變質(zhì)成大理巖）夾絹云母片巖（在與輝綠巖接觸處滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本層為壩基地層Z12w厚層硅質(zhì)白云巖約250輝綠巖和片巖透水性甚微，是本區(qū)相對隔水層。 本區(qū)構(gòu)造，普遍發(fā)育有兩組構(gòu)造裂隙，一組為走向北東70度左右，一組為走向北西300-340度，均為高角度裂隙。 本區(qū)地震烈度，根據(jù)中科院地質(zhì)研究所鑒定為度。2.1.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 （1）河床覆蓋層 河床寬600余米為第四系沖積砂卵石層所覆蓋，厚度一般為15-28m，以卵

4、石層為主。地下水位高程一般105-106m。7個孔的抽水試驗資料，滲透系數(shù)K最小為24.07m/晝夜，最大739.66m/晝夜，一般為200-500m/晝夜，應(yīng)作防滲處理。 另外，在砂卵石層中，有砂質(zhì)黏土基細(xì)沙夾層，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，這些夾層順河方向延伸稍長，以窄條帶狀分布在河床西側(cè)漫灘邊緣。右岸發(fā)現(xiàn)有含碎石卵石的砂質(zhì)黏土層，屬巖石的風(fēng)化殘積層，范圍不廣，厚度一般1-2m，一般位置較深，因此對壩體穩(wěn)定影響不大，但應(yīng)摸清具體分布范圍，以便確定處理措施。 （2）巖溶、滲漏問題 從巖性看，本區(qū)灰?guī)r均系硅質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r（白云巖），結(jié)晶程度較好，相對不易被溶蝕。據(jù)鉆孔資料分析，

5、本區(qū)巖溶發(fā)育，一是在壩址區(qū)高程70-90m較多發(fā)育，二是在片巖層的上下層面處較多發(fā)育，但溶洞很少，也很小。深層巖溶問題是不存在的，主要表現(xiàn)為巖溶裂隙。據(jù)壓水試驗資料統(tǒng)計，單位吸水量算術(shù)平均值為3.2升/分，大值平均值為14.5升/分。說明壩基巖石透水性大，對壩基滲漏是不利因素。但在壩下基巖中第2層絹云母片巖，隔水性好，又是防滲的有利條件。據(jù)鉆孔資料，第2層絹云母片巖在壩下普遍分布，只有厚度變化的差別（厚度3-7m）沒有間斷現(xiàn)象。因此順河斷層是不存在的。據(jù)野外及鉆孔資料分析，第2層絹云母片巖，在壩基下是穩(wěn)定的連續(xù)的，并具有良好的隔水性。 河床右岸部分，第2層片巖厚度相對較薄，約3m作左右。在砂卵

6、石層下，第2層片巖出露部分風(fēng)化較嚴(yán)重，帷幕灌漿線應(yīng)稍靠上游，且應(yīng)伸入基巖內(nèi)3-5m，在片巖新鮮處與其相接。兩岸帷幕灌漿處理深度，據(jù)壓水試驗資料，左岸應(yīng)20-60m（伸入基巖中），右岸巖石透水性較小，處理深度可取25m。 （3）地下水動態(tài) 據(jù)地下水位觀測，壩址區(qū)地下水位坡降較小，在右岸為地下水補給河水。但左岸地下水有一“凹陷帶”，從鉆孔資料看，主要是因為該段為古河床主流線部位，砂礫石層中孤石較多，因而透水性大，致使該段地下水位稍低。考慮兩岸地下水位較低，一般工程在106-110m左右，因此存在繞滲問題，建議適當(dāng)向兩岸適當(dāng)延長帷幕線，以減少繞滲量。特別是右岸，為防止?jié)B流改變工程地質(zhì)條件，建議筑壩帷

7、幕與溢洪道帷幕相接，使其連成一體。 （4）左岸崩坡積物的工程地質(zhì)條件 左岸壩肩部分，分布有一崩坡積物，順河方向長約1000余米，寬約120余米，表面以30°坡傾向河谷。在高程140米處厚度最大，約47米，以上逐漸變薄。坡積物下基巖地形呈階梯狀。坡積物主要為土、碎石及大塊石，從表層坑井看，土的含量較多，約占50%形成圖夾碎石和塊石，碎石、塊石不起骨架作用，只局部地段塊石較多。經(jīng)試驗分析知，屬中等失陷性，浸水下沉問題不嚴(yán)重，但厚度較大，總下沉量也是不小的。野外試驗變形模量值（算術(shù)平均值）為681kg/cm2，壓縮性不嚴(yán)重。滲透系數(shù)為10-3cm/s，下部透水嚴(yán)重。因此筑壩時可以不挖除，但

8、必須做好防滲處理以免蓄水后因滲漏惡化其工程地質(zhì)條件。 （5） 其他建筑物的工程地質(zhì)條件 埡口付壩埡口，在壩高192m高程處，谷寬230m，谷底寬60m，谷底高程141.0m。谷底有砂質(zhì)黏土覆蓋，厚度6-8m。在谷底右側(cè)沿斷層有輝綠巖墻侵入體，走向為北西330-340度，傾向南西，傾角80度，寬52m。輝綠巖風(fēng)化嚴(yán)重，全風(fēng)化帶約10m，半風(fēng)化帶15m左右。 輝綠巖中可見有緩傾角壓扭性破碎帶，并發(fā)育有一組緩傾角裂隙，走向北東20-50度，傾向東南，傾角16度。輝綠巖與灰?guī)r接觸處透水性大，并可見溶蝕現(xiàn)象，東側(cè)較差，單位吸水量0.09-4.3升/分，西側(cè)稍好，單位吸水量為0.05升/分。 埡口在高程1

9、45-157米處分布有兩層片巖，下邊一層已滑石化，極軟弱，遇水崩解。埡口為一斷層，此處承載力低，抗滑性能較低，不利地質(zhì)條件比較集中，修建高大的砼溢洪道是不利的，而在此修建土石付壩問題不大。但應(yīng)進(jìn)行防滲處理，尤其是灰?guī)r與輝綠巖接觸帶，建議處理深度右側(cè)采用30m，左側(cè)15-20m。2.2 水文與水利規(guī)劃2.2.1 氣象 本流域處于山區(qū)，夏季炎熱多雨。附近張坊站平均年降雨量740mm，年平均氣溫約為11.6，年內(nèi)氣溫變化較大，最高溫度達(dá)43.5，最低溫度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在幾次暴雨上，特點是強度大，雨量集中。由于天

10、氣系統(tǒng)及地形抬升的相互影響，張坊上游的紫荊關(guān)一帶極易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出現(xiàn)日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨過程一般為2-3天。2.2.2 水文分析 (1) 洪水 本流域洪水均為暴雨洪水，主要發(fā)生在七、八月份，一次洪水歷時5天左右。較大洪水多是單峰型，陡漲陡落，雙峰或多封不多，且為小水年。據(jù)實測20年資料統(tǒng)計，洪峰流量最大為9920m3/s（1963年），最小洪水為45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大為5.67億立米（1963年），最小洪量0.08億立米（1965年）相差77倍（實測洪水系表列從略）。本流域調(diào)查到

11、的最大洪水為1801年，經(jīng)計算得洪峰流量為20000m3/s?？紤]到下游為寬闊平原，并有京廣鐵路經(jīng)過，大壩為土壩等情況，取19000m3/s作為校核大壩的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作為設(shè)計洪水流量，相應(yīng)水位186.8m，依次選定泄水建筑物尺寸。洪水實測資料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分別為9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化過程線為典型，按洪峰流量比值放大計算得設(shè)計洪水、校核洪水過程線（見圖2.2）。圖2.2 片上水庫設(shè)計、校核洪水過程線 (2) 年來水量 按規(guī)劃，本水庫上游擬建紫荊關(guān)水電站，系跨流域水電站。年徑流

12、按紫荊關(guān)-張坊站區(qū)間的徑流量計算，紫-張區(qū)間年徑流量最大為14.55億立米（1956-1957年），最小為1.27億立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值為5.74億立米。 (3)年輸沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。據(jù)實測資料計算，紫-張區(qū)間多年平均輸沙量為46萬噸，推移質(zhì)占總沙量的20%。經(jīng)計算，紫荊關(guān)水電站建成后，本水庫多年平均來沙量為55萬噸。2.2.3 水庫特征值 （1）設(shè)計洪水考慮到本水庫應(yīng)有一定的防洪庫容以攔蓄洪水，若降低洪水位對防洪、興利效益大為不利，而若提高洪水位，可能降低京-原鐵路標(biāo)準(zhǔn)或進(jìn)行局部改建，協(xié)調(diào)二者，本水

13、庫設(shè)計洪水位定位186.8m（P=1%）。 （2）校核洪水京-原鐵路在拒馬河左側(cè)穿越，有十余座橋涵通過庫區(qū)，橋梁高程最低者為190.44m，墩頂高程為190.26m?？紤]在校核洪水時不影響鐵路正常通車，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相應(yīng)庫容為7.16億立米，壩頂高程192.0m（僅供設(shè)計參考）。 （3）死水位本水庫為綜合利用水利樞紐，死水位確定應(yīng)考慮工業(yè)、給水、灌溉、發(fā)電等用水要求。工業(yè)給水保證程度要求較高，工業(yè)給水隧洞進(jìn)口高程已定為125.0m，本水庫電站擬采用的抽水蓄能機組，水輪機最小工作水頭為28m，灌溉用水，為了盡量利用水庫水量，希望取水口高程低些。考慮以上各用水部門要求，

14、死水位定為130.0m。 （4）汛限水位 根據(jù)下游河道現(xiàn)有行洪能力及有關(guān)部門要求，按遇1955年洪水限泄1300m3/s時，洪水不漫灘；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超過現(xiàn)有河道行洪能力；遇到校核洪水時，限泄最大流量7000m3/s；當(dāng)水位達(dá)到190m時，相應(yīng)最大泄量為18000m3/s。根據(jù)上述分級標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)洪水過程線，調(diào)洪計算按分級控制確定防洪庫容，求得設(shè)計洪水位以下防洪庫容2.98億立米，設(shè)計洪水位至190m為強迫庫容0.56億立米。因此，防洪總庫容為3.54億立 1） 興利調(diào)節(jié)防洪、興利總庫容6.72億立米，其中防洪庫容3.54億立米，汛期可以進(jìn)行興利調(diào)節(jié)的庫容3.18億立米

15、，考慮淤積后，汛期興利庫容為3億立米。根據(jù)規(guī)劃，本水庫工業(yè)需水4.0m3/s。農(nóng)業(yè)灌溉毛定額按400m3/畝計算。水庫蒸發(fā)損失350萬立米/年。徑流調(diào)節(jié)依據(jù)紫-張區(qū)間多年實測徑流量（水庫多年平均來水量為6.01億立米），加上紫荊關(guān)水電站汛期棄水量（多年平均棄水量為0.27億立米），進(jìn)行調(diào)節(jié)計算。時歷法求得調(diào)節(jié)流量保證曲線及平、枯水年調(diào)節(jié)流量如圖2.3及表2.2所示。圖2.3 片上水庫流量保證率曲線表2.2 調(diào)節(jié)流量表標(biāo)準(zhǔn)毛調(diào)節(jié)流量秒立米折合毛水量億立米凈調(diào)節(jié)水量億立米工業(yè)用水量億立米灌溉用水量億立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表

16、1.1調(diào)節(jié)后，平水年可用于灌溉的水量為3.27億立米，按毛灌溉定額400立米/畝計算，可灌溉82萬畝，遇到枯水年，則可灌溉49萬畝。 根據(jù)調(diào)節(jié)計算后分配給灌溉的用水量，結(jié)合各月用水比例（表2.3），進(jìn)行用水的月分配。在9-11月內(nèi)灌溉用水量不大，一般天然來水略大，故水庫可一回蓄一部分。在4-6月份灌溉用水較多，屆時天然來水較小，水庫水位則逐漸下降，據(jù)統(tǒng)計，在19年中有10年消落到死水位，其他年份則高于死水位。對每年汛后水位也有高有低，見表2.4。表2.3 各月灌溉用水比例表月份678910111212345全年比例%20120808000122020100表2.4 最高蓄水位出現(xiàn)的次數(shù)表最高蓄

17、水位/m185m以上184m以上180m以上179m以上172m以上19年中出現(xiàn)的次數(shù)12467從表1.3可知蓄水位：在180m以上，多年中出現(xiàn)的次數(shù)很少，占19年的21%（即不足5年一次），在179m以上，多年中出現(xiàn)的次數(shù)較多，占19年的32%（即近3年一次）后者亦即相應(yīng)提高了水庫蓄水的保證程度，也不會影響水庫興利的效益。因此選定汛后最高蓄水位179m是適宜的，相應(yīng)汛后興利庫容為4.74億立米，其中防洪、興利共用庫容1.58億立米。米，相應(yīng)汛限水位為168m。在上述標(biāo)準(zhǔn)下，本水庫能使中小洪水盡可能攔蓄，削減洪峰47-70%削減洪量20.8-32.5%。 2）水電站（1）灌溉給水電站 片上水庫

18、庫容較大，發(fā)電隧洞較短，具有修建水電站的有利條件。另一方面，由于水庫的興利任務(wù)，主要是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)給水，所以發(fā)電服從灌溉和給水，在灌溉和工業(yè)引水出口各修建一座水電站，利用灌溉和工業(yè)供水發(fā)電。灌溉給水電站為季節(jié)性發(fā)電，引水流量33m3/s，采用2臺機組，總裝機容量1.6萬千瓦。由于庫水位變化較大，汛后最高蓄水位186.8m，死水位130m，電站尾水位為105.0109.6m，水頭變化范圍大，在最大最小水頭時，采取提高轉(zhuǎn)速或增大機組容量等措施來解決給水發(fā)電問題。（2）工業(yè)給水小電站工業(yè)給水結(jié)合發(fā)電，引水流量為4m3/s，裝機2臺機組，總裝機容量2500千瓦，電站尾水高程為110.3m。由于水頭變

19、化范圍較大，當(dāng)庫水位在149m以下時，機組受最小水頭限制不能運行，工業(yè)用水用旁通管下泄，機組可在這時進(jìn)行檢修。當(dāng)庫水位在149m以上時，機組均能正常運行。小電站年發(fā)電量約1400萬度，設(shè)備年利用小時數(shù)約5600小時。4）工程等級及地震烈度 本工程等別為大二型，主要建筑物：攔河壩、溢洪道、隧洞、廠房、引水洞為2級建筑物。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇。本區(qū)基本地震烈度為7度，設(shè)計烈度提高1度，按8度考慮。正常情況，計算風(fēng)速選用25m/s，校核情況計算風(fēng)速選用18m/s。水庫吹程采用2.5km。5）樞紐主要技術(shù)指標(biāo)見表2.5、2.6。表2.5 水庫特征值項目數(shù)量相應(yīng)尾水位/m下泄流

20、量/m3/s備注壩頂高程/m192.0校核水位/m190.1104.0（壩后）19000千年一遇設(shè)計水位/m186.8109.6（灌溉電站后）11400百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5發(fā)電最低水位/m138.0105.0（灌溉電站后）死水位/m130.0總庫容億/m37.16防洪庫容億/m33.62興利庫容億/m36.09共用庫容億/m32.99死庫容億/m30.44淤沙庫容億/m3汛期興利庫容/億m33.10表2.6 樞紐建筑物序號擋水建筑物最大壩高/m壩頂長度/m壩型尾水位或地面高程1主壩88.01305.0心墻壩下游無水（河底高程114.0）2付壩59.02

21、00.0斜墻壩下游無水3泄洪、引水建筑物進(jìn)/出口底坎高程/m洞徑或孔口尺寸/m閘門尺寸（孔數(shù)-寬×高）建筑物長度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.6×17.639221635.05泄洪洞124.0/117.011×16.5（無壓段）11×125163300.06導(dǎo)流泄洪洞109.5/105.5有壓段D=6，無壓段6.5×8.54.9×4.61361.0520.07發(fā)電引水洞121.5/105.5（最低）D=54.0×5.042533.08工業(yè)引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.4

22、15;3647.04.09電站裝機容量/千瓦10大電站2×8000小電站2×12502.3 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定2.3.1土料及砂石料 1）儲量 土料，壩上下游均有料場，上游料場儲量141.89萬立米，運距1.2km，有效土層厚度2-5m；下游料場儲量263.85萬立米，運距2km，有效土層厚度一般約3-4m。砂石料，料場主要在壩下游，總儲量為4751.2萬立米，其中包括上游料場儲量89.5萬立米（占總儲量的1.9%）。平均運距12km。土料及砂石料儲量均滿足需要。 2）質(zhì)量 土料質(zhì)量，據(jù)現(xiàn)有試驗資料，大部分為中壤土，少量為輕壤土及重壤土，部分含有少量僵石，符合

23、筑壩要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，應(yīng)合理布置開采，以減少翻曬工作量。砂礫料質(zhì)量，根據(jù)試驗資料，東莊料場較差，含泥量達(dá)24%且缺少中間粒徑，級配欠佳，壓實性差，使用時應(yīng)注意采取措施?？偟目磥?，各料場砂礫料的中間粒徑略少，含砂量大，加權(quán)平均值為69%。大于150mm的顆粒多者約占13.4%。上壩時礫料集中現(xiàn)象難于避免，應(yīng)考慮此情況下的滲透穩(wěn)定性或采取相應(yīng)措施。2.3.2砼骨料及塊石料 河床砂卵石作為砼骨料，其質(zhì)量，粗骨料符合要求，多為堅硬的火成巖及灰?guī)r，渾圓度較好；細(xì)骨料一般偏細(xì)，且量缺少，開采時勢必棄料量所占比例較大。建議采用壩下游鐵索崖一帶為砼骨料場，擬開采量為65萬立

24、米。壩體護(hù)坡塊石料：在壩上游兩岸，西溝及下游鐵索崖一帶均可開采。以鐵索崖一帶較好，多系厚層，相對完整。其他地方因夾片巖及薄層，相對利用率較低。2.3.3筑壩材料技術(shù)指標(biāo) 土料初始孔隙水壓力系數(shù)B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，變形模量68.1MPa，其余指標(biāo)見表2.7.表2.7 心墻壤土及砂礫料的設(shè)計指標(biāo)筑壩材料名稱容重（kN/m3）內(nèi)摩擦角（度）滲透系數(shù)K（cm/s）d（干）s（濕）b(飽和)f（?。┧纤峦亮?6.719.320.310.322.520.51×10-6砂礫料（壩體）19.620.622.112.135321×10-2堆石體19

25、.64037砂礫料（壩基）19.622.112.1321×10-32.4水庫淤積及淹沒2.4.1水庫淤積 片上水庫為河道型水庫，庫水位變幅大，回水末端變化范圍大長，來沙量少，而且主要集中在汛期，多年平均含沙量約1kg/m3，庫區(qū)河道縱坡約為2.5%。由于庫水位變幅大，使入庫沙量不易集中落淤，參考大伙房豐滿等河道型水庫淤積形式，本水庫定為帶狀均勻淤積，認(rèn)為淤積前后的河底比降基本不變，壩前淤積高程按異重流淤沙量確定。 水庫淤積按50年考慮，上游紫荊關(guān)水庫未修建前，入庫沙量按片上水庫全流域來沙量計算，紫荊關(guān)水庫修建后，按紫荊關(guān)-片上區(qū)間來沙量加上紫荊關(guān)出庫沙量計算，本次計算按建庫后，前10

26、年全流域來沙量1200萬立米，后40年紫荊關(guān)建庫后，片上水庫來沙量為2500萬立米，則50年淤沙量為3700萬立米，并根據(jù)各高程的淤積量，修改庫容曲線，見圖2.4。圖2.4 片上水庫水位庫容、面積曲線推移質(zhì)由于缺乏實測資料，參考大伙房等水庫，采用推移質(zhì)輸沙量占總沙量的20%，其淤積范圍分配80%在尾部段，20%淤積在有效庫容內(nèi)。2.4.2水庫淹沒 水庫主要由基巖組成，第四紀(jì)堆積物不多，故沒有坍岸及浸沒問題，水庫兩岸沖溝發(fā)育，溝內(nèi)均有居民點分布，耕地主要分布在階地上和沖溝邊。庫區(qū)每人平均耕地0.75畝，農(nóng)作物主要是玉米，其次是小麥、谷子、白薯等。沿庫區(qū)左岸有京原鐵路，張坊至浦洼公路和輸電線等穿過

27、。水庫淹沒面積在校核洪水位190m時為20km2，汛期最高蓄水位179m時為16.3km2。初步調(diào)查，需移民12000人，淹沒耕地8900畝，淹沒公路約30km，輸電線約50km。3 壩軸線、壩型選擇與樞紐布置3.1 壩段、壩線選擇 壩段選擇：自上游至下游近6km地段，選擇3個壩址進(jìn)行比較。上游千河口壩址，采用重力壩型，河谷狹窄，壩體工程量小，但庫容小，不能滿足防洪興利要求；片上壩址下游約2km處風(fēng)葫蘆臺壩址，存在庫區(qū)漏水，工程量大，投資增加較多，效益相對增加不大。故此上述二壩址均不適宜采用而舍棄。 片上壩址左岸有深約47m長1km的山麓崩積物，右岸為一單薄山脊，其上游側(cè)的溝內(nèi)為廊破碎帶，向河

28、床部位延伸，河床段寬600余米，由深度為15-30m的砂卵石層覆蓋，河床段基巖中有一連續(xù)性、連續(xù)性都較好的第2層絹云母片巖，厚度最小3m，一般4-5m，可利用其做隔水層。因此選擇片上壩址，采用土壩，且帷幕線選在第2層絹云母片巖出露的地方是比較有利的。但片上壩址河床段壩軸線位置由第2層絹云母片巖出露位置制約，在兩岸部分也受地質(zhì)地形條件的限制，左岸壩頭和坡積物相連，右岸山脊向北東方向延伸，山脊上游面坡度較平緩，下游則較陡。布置主壩右岸壩頭時，為了避免壩體騎在山脊上，對主壩穩(wěn)定及沉陷產(chǎn)生不利影響，壩軸線在右岸部分大致與山脊平行，并位于山脊上游側(cè)的坡地上，帷幕灌漿線避開破碎帶，右岸壩頭插在山包微凹處，

29、這樣壩頭較為穩(wěn)定可靠，下游壩腳不致影響布置電站廠房。 由于河床段及左、右岸均受地形地質(zhì)條件的限制，壩軸線只能選擇為一條折線。3.2 主壩壩型選擇 根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件及建筑材料情況，比較砼和土壩壩型，采用砼壩，壩基及兩岸開挖量大，砼骨料較缺乏，故適宜采用土壩。土壩又有四種壩型：心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩和斜墻+鋪蓋壩。 前三種壩，在河床段都利用第2層絹云母片巖出露部分為帷幕線，河床砂礫石覆蓋層用砼防滲墻作防滲處理。左岸坡積物處，帷幕線基本上垂直等高線延伸上山，自坡積物高程115m以上開挖截水槽，回填壤土與主壩防滲體及巖石岸坡相連，槽下基巖做帷幕灌漿處理。 斜墻+鋪蓋壩的壩軸線位置仍選在上述三種

30、壩型的軸線范圍內(nèi)，但帷幕線伸向上游，河床段砂礫石用砼防滲墻處理，其下部基巖進(jìn)行帷幕灌漿與隔水層（第2層片巖）相接。左岸坡積物處理與斜墻壩相同。右岸帷幕線置于破碎帶上游側(cè)，基巖部分進(jìn)行灌漿處理。四種壩型特性比較見表3.1、3.2。表3.1 四種壩型技術(shù)指標(biāo)比較（僅供壩型比較參考）序號項目心墻壩斜墻壩斜心墻壩斜墻加鋪蓋1壩頂長/m12981279131512932壩頂寬/m88883最大壩高/m888888884帷幕線長度/m13421366.5134213425上游壩坡2.25、2.5、2.752.5、3.25、3.752.5、2.75、3.252.5、3、3.5、46下游壩坡2、2、2.25、

31、2.5、2同左同左同左7防滲體上游邊坡1:0.151:0.2，1:2.61:0.81:0.2，1:2.38防滲體下游邊坡1:0.11:0.2，1:2.21:0.451:0.2，1:29最大壩底寬/m429.5490.5459.550810上游邊坡點高程166、136166、136166、136174、154、134、11411下游馬道高程174、156、138、118同左同左同左12鋪蓋長度/m169表3.2 四種壩型的工程量項目名稱及序號單位心墻壩斜墻壩斜心墻壩斜墻鋪蓋一、壩基開挖1.清基萬m334.637.838.640.22.坡積物開挖萬m315.415.415.415.43.巖石劈坡萬

32、m30.260.260.260.26小計萬m350.2653.4654.2656.42二、壩體填筑工程量1.土方填筑萬m3174.5209.0187.7244.92.砂礫石填筑萬m31571.11713.01655.01740.8小計萬m31745.61922.01842.71985.7三、防滲處理工程量1.砼防滲墻總進(jìn)尺m24313.024532.024313.028000.02.防滲墻砼方量萬m320955.021110.020955.023500.03.灌漿工程量m9850.010665.09850.040650.0壩型比較如下： 斜墻壩地基處理與壩體填筑施工干擾小，地基處理在砂礫石覆蓋

33、層用砼防滲墻，其下基巖作帷幕灌漿，防滲帷幕線設(shè)于破碎帶上游。但帷幕線長，地基處理工程量很大，壩體工程量也很大，防滲墻與帷幕灌漿兩道工序，二者施工干擾也較大。 斜心墻壩的壩體填筑工程量比斜墻壩多，左壩頭與坡積物的連接要差一些，施工干擾程度與斜墻壩相同，除了斜心墻防滲體對防止產(chǎn)生水平裂縫較為有利外，比心墻壩無其他優(yōu)點。心墻壩與斜墻壩詳細(xì)比較，見表3.3。表3.3 心墻壩與斜墻壩比較比較條件心墻壩斜墻壩1.防滲體穩(wěn)定性較好。比心墻壩差一些。2.工程量壩體填筑工程量較少，土方量少，可少占農(nóng)田。壩體總工程量比心墻壩多176.4萬m3，土方比心墻壩多34.5萬m3,要多占下游農(nóng)田。3.結(jié)構(gòu)條件1）心墻與坡

34、積物連接較可靠；2）對壩體壓實要求及對土料性能（如抗剪強度）要求比心墻相對可低一點；3）下游壩腳距電站廠房90m，廠房布置較心墻壩分布些。1）斜墻與坡積物連接較困難，貼坡鋪蓋部分做在坡積物上，若發(fā)生沉陷可能引起裂縫，安全程度不如心墻。2）心墻下部壩體壓實要求較高，對土料性能也較高。3）壩軸線偏下游，下游壩腳距電站廠房近，僅約20m，對電站布置不利。4.施工條件1）心墻壩土料在壩體中間，土料、砂礫料施工干擾大，且受氣候影響大。2）上游砂礫料場少，上游壩體砂礫料要由下游料場翻壩供應(yīng)，干擾大。3）地基處理與壩體填筑的干擾大。1）施工干擾比心墻壩小，受氣候影響小。2）上游料場基本可滿足上游壩體砂礫料的

35、需要數(shù)量。3）地基處理與壩體填筑的的干擾比心墻壩小。綜上比較，認(rèn)為斜墻壩較優(yōu)。3.3主壩壩體布置 1）主壩采用壤土心墻、斜墻、斜心墻、鋪蓋斜墻壩型之一，壩體上下游壩殼為砂礫石透水料，壩頂無交通要求。計算壩頂高程，壩頂長度，最大壩高，擬定壩頂寬度，計算最大壩底寬度。 2）設(shè)定壩坡變坡點高程，設(shè)置馬道，在馬道上下采用不同壩坡，上游壩坡可在1:2.5-2.75間選定，下游壩坡可在1:2-2.5間選定。下游壩坡在118.0以下設(shè)堆石排水體。堆石排水體與壩體和壩基之間設(shè)反濾層。 3）防滲體頂高程，不低于校核洪水位190.1m，頂寬不小于施工最小寬度3m，底部寬度應(yīng)大于水頭的1/4-1/5。心墻與兩岸連接

36、部分將心墻擴大1倍（邊坡系數(shù)增大1倍），擴大心墻漸變段長度取400-500m。心墻上下游側(cè)設(shè)反濾層。 4）壩體上游坡采用塊石護(hù)坡，下面設(shè)碎石及礫石墊層。下游坡采用塊石護(hù)坡，下設(shè)碎石墊層。3.4 主壩地基處理 主壩地基左岸為崩積坡積物，最大厚度47m，右岸壩基有3-14m厚洪積土覆蓋層和單薄山脊，中間河床段為砂礫石覆蓋層，深15-28m，壩基巖層為石灰?guī)r，透水性大，平均單位吸水率為3.2升/分，最大可達(dá)100-200升/分。河床段采用砼防滲墻處理，墻頂插入壤土心墻內(nèi)6m，底部穿過2-3m厚的硅質(zhì)灰?guī)r，插入絹云母片巖內(nèi)1m。左岸坡積物在心墻高程范圍內(nèi)，開挖截水槽，其下做砼防滲墻處理，墻下帷幕灌漿，

37、深度達(dá)15-60m。坡積物截水槽部分的巖石陡崖按1:0.5的坡度削坡或用砼補坡。3.5壩工設(shè)計 內(nèi)容包括：最大剖面及特征剖面，滲流計算、穩(wěn)定計算及細(xì)部構(gòu)造。求得壩頂高程后，在開挖后的河谷斷面圖上，可繪出壩頂高程線，與開挖后的岸坡線相交，可得壩頂長度，并用樁號表示出壩頭位置。繼而可得到最大壩高位置和特征剖面位置，并用樁號表示。 滲流計算是對最大剖面及特征剖面，采用水力學(xué)法計算單寬滲流量、浸潤線坐標(biāo)，大壩總滲流量，驗算壩體滲流穩(wěn)定性。計算工況可針對穩(wěn)定滲流期（正常蓄水位情況）和校核洪水情況進(jìn)行。 分區(qū)壩穩(wěn)定計算，首先采用折線法，必要時可采用圓弧法或簡化的畢肖普法予以驗算對比。計算工況針對穩(wěn)定滲流期

38、下游坡、不利水位時上游坡、設(shè)計或校核洪水時下游坡，及穩(wěn)定滲流期+地震期上下游坡。計算上述各種情況的最小安全系數(shù)，驗算是否滿足規(guī)范要求，不滿足時，應(yīng)修改剖面設(shè)計或提出改善工程措施。 對壩頂結(jié)構(gòu)、壩坡、排水體、防滲體、壩體與壩基及與兩岸的連接進(jìn)行細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。3.6地基處理措施 對主壩的壩基進(jìn)行開挖、岸坡削坡、破碎帶處理，壩基防滲等處理措。3.7 付壩設(shè)計 付壩位于龍安村西北約750m的埡口處，壩址處地面高程141.0m，表面覆蓋有8m厚的坡積洪積物，覆蓋層底部有順溝方向有52m寬高傾角的輝綠巖墻，兩岸坡度較緩，約為1:1.5，且均為基巖出露，主要為硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，夾有兩層絹云母巖，沿溝地質(zhì)條件無

39、大差別，所以壩軸線選擇在地形最窄和溝底高程較高處，以減少工程量。采用斜墻壩，施工較方便，兩岸山坡比較平緩，與兩岸連接也較方便。付壩設(shè)計仿照主壩設(shè)計進(jìn)行，方法類似。 4 擋水建筑物方案 4.1 壩工設(shè)計 為防止庫水位漫溢壩頂，壩頂在水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高。壩頂超高系指壩頂高于靜水位的高度。<<碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范>>（SDJ218-84）規(guī)定，其值按下式計算：Y=R+e+A （4-1） （4-2）式中： e風(fēng)沿水面吹過所形成的水面升高，即風(fēng)壅水面超出庫水面的高度，m; R自風(fēng)雍水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，m; D水庫吹程，km或m; H沿水庫吹程方向

40、的平均水域深度。初擬時，可近似取壩前水深m; K綜合摩擦系數(shù)，其值變化在（1.55.0）之間，計算時，取3.610 （ D以km計）或3.6（ D以m計）； V計算風(fēng)速,m/s,正常運用情況下的I、II級壩采用V=（1.52.0） （多年平均最大風(fēng)速），本設(shè)計取2。正常運用條件下的、級壩采用 V=1. 5，非常運用條件下的各級土石壩采用V=; 風(fēng)向與壩軸線的夾角，（ °）；本設(shè)計取0°； A 安全超高，根據(jù)壩的等級和運用情況，按表1-11采用。具體計算分三種情況：4.1.1 正常運行情況下 V=2=2*25=50m/s D=2.5km, H=82.8m, 吹程2.5km,該

41、水庫為山區(qū)峽谷水庫，應(yīng)用官廳水庫公式計算波高 （4-3） 上游壩坡采用漿砌石護(hù)坡，坡度取1：2.5。波浪爬高R的計算 （4-4）式中：h設(shè)計波高。 h=2.995m; m上游壩坡坡率。 m=3.0； n上游護(hù)坡糙。干砌石護(hù)面為0.0155；計算 建筑物等級為二級，查1表1-11，正常情況下A=1.5m,則正常運行情況下 此時:186.8+8.084=194.88m 4.1.2 非常運行情況下 V= =25m/s D=2.5 H=86.1m采用官廳公式計算波高h(yuǎn) m =0.003 同樣查（附表1）：非常情況下A=1.0m，則非常運用情況下: 190.1+3.813=193.9m 4.1.3 考慮

42、地震影響此種情況下： 地震涌浪加高一般為0.51.5m,本設(shè)計取1.0m；地震附加沉陷值由于壩址位于8級震區(qū)，取壩高的1%，本設(shè)計取0.85m；安全加高為1.5m。則 地震安全加高=1+0.85+1.5=3.39m 比較以上三種情況，應(yīng)取最大值，即非常運用情況下的194.88m。 壩頂高程已經(jīng)滿足安全需要，不需要設(shè)混凝土防浪墻，壩頂設(shè)0.5m邊墩，滿足正常運行情況下的壩頂應(yīng)高出庫內(nèi)靜水位（186.8m）0.5m；非正常情況下應(yīng)高出校核洪水位（190.1m）0.3m的要求。壩高=194.88-104=90.88m。以壩高的1%為預(yù)留沉陷值，則施工高程為 ，取 。4.2 壩頂和上下游護(hù)坡布置 4.

43、2.1 壩頂寬度和上下游坡率擬定 壩頂寬度取決于構(gòu)造要求，施工條件等是否為其他條件所利用。在寒冷地區(qū)壩坡坡率根據(jù)壩體及壩基土砂料的壓實密度和力學(xué)性質(zhì)通過穩(wěn)定計算確定，上游壩坡一般 比下游壩坡平緩，特別是砂礫料的滲透系數(shù)小于m/s時，水庫水位降落會形成上游壩體的較高的不穩(wěn)定浸潤線，不利于壩坡穩(wěn)定；還有，如果堆石或砂礫石中還有風(fēng)化顆粒，上游壩殼浸水后，其抗剪強度降低。初設(shè)時，查水工設(shè)計手冊土石壩上下游坡一般做成變坡的，自上至下逐級放緩。 根據(jù)許多土壩的統(tǒng)計資料，壩高H滿足 30m<H<100m 的壩頂最小寬度可由下式計算： （4-5） 本設(shè)計中壩高為90m，可將壩頂寬度擬訂為10m.上

44、游壩坡變坡三次，上部坡率取2.5，中部取3.25.，下部取3.75。變坡處設(shè)馬道，寬2m.下游每隔約30m變坡一次，坡率自上而下依次為2 2.25 2.5。變坡處同樣設(shè)馬道，寬2m.設(shè)馬道以攔截并排除雨水，防止嚴(yán)重沖刷壩面，并兼作交通、檢修、觀測之用，也有利于壩坡穩(wěn)定。 4.2.2 壩頂布置 為排除雨水， 壩頂應(yīng)具有向兩側(cè)傾斜的坡度，一般取2%3%。（本設(shè)計中取2%），以便于排除雨水。下游側(cè)設(shè)置邊石，坡面末端設(shè)縱向排水溝，以匯集雨水，排水溝斷面一般取0.20.20.40.4，本設(shè)計取0.30.3。 邊石采用混凝土建造，墻頂高出壩頂0.5，墻厚0.5，墻內(nèi)設(shè)伸縮縫，間距為1.5m，縫內(nèi)設(shè)止水。

45、壩頂下游側(cè)設(shè)邊石，用混凝土澆筑，厚0.4m.頂面高出路面約0.2m.邊石每隔100m設(shè)排水孔，將壩頂排水溝內(nèi)匯集的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。 4.2.3 護(hù)坡 土石壩的上游要承受波浪淘刷、冰層和漂浮物的撞擊、順坡水流的沖刷等破壞作用；下游壩面受雨水、大風(fēng)、凍脹干裂，尾水部分的風(fēng)浪、冰層、動植物等的破壞作用。因此，上下游壩面都需要設(shè)置護(hù)坡。 護(hù)坡范圍：上游壩面一般從壩頂護(hù)至水庫最低水位以下2.5m處，最低水位不確定或壩高不大的壩可護(hù)至壩底；下游壩面需要全部砌護(hù)，由壩頂護(hù)至排水棱體頂部，無排水棱體的護(hù)至壩腳。 選擇護(hù)坡材料的原則：能抵御風(fēng)浪的沖擊，并能保護(hù)底層土料不被沖刷；就地取材，價格低廉，護(hù)坡

46、施工簡單。因地制宜。 具體護(hù)坡布置如下： 上游護(hù)坡 采用干砌石護(hù)坡，雙層厚0.5m，砌石下接反濾層，原則布置2-3層碎石或礫石墊層，人工夯實，本設(shè)計取三層，每層厚0.2m。 下游護(hù)坡 下游壩坡工作條件較好，采用單層干砌石護(hù)坡，厚0.3m。 壩面排水 為防止雨水沖刷，下游壩面需設(shè)置縱橫連接的排水溝，沿壩身與岸坡結(jié)合處，也設(shè)置排水溝攔截山坡上的雨水。縱向排水溝沿馬道內(nèi)側(cè)布置，用漿砌石做成梯形或矩形斷面，橫向排水溝每隔50m布置一條，排水溝斷面寬、深取0.20.3m，本設(shè)計中取寬0.3m，深0.3m。4.3 防滲體設(shè)計 4.3.1 壩體防滲體 該土石壩采用黏土斜墻做防滲體。斜墻的上下側(cè)邊坡取決于穩(wěn)定

47、計算結(jié)果，一般下游坡不陡于1：2，上游坡不宜陡于1：2.5。本設(shè)計斜墻上游坡取為1：2.5，下游呈倒坡，取為1：2，頂寬取4.0m。>=190.1m，故取=195m，且滿足斜墻頂高出設(shè)計洪水位0.60.8m的要求。，又=m>18m，故取=49.5m。具體見細(xì)部構(gòu)造圖 4.3.2 壩基防滲下游為砂礫石地基，為保證地基滲流穩(wěn)定，控制滲流量，在壩基處設(shè)置黏土防滲墻，與心墻連成整體。截水槽底部是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，為防止集中滲流，在基沿上澆筑混凝土蓋板，下部與帷幕灌漿連接。防滲墻結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，防滲效果好，如采用大量機械施工，則可縮短明挖工期，施工質(zhì)量有保證。 4.3.3 帷幕灌漿灌漿后地

48、基滲透系數(shù)可達(dá)cm/s，允許水利坡降J取15，帷幕頂厚，帷幕愈向深處愈薄，應(yīng)穿透強透水帶，其中最大深度約為40m。4.4 排水棱體本設(shè)計采用棱體排水，棱體排水可降低壩體浸潤線，防止壩坡凍脹，保證坡腳免受尾水沖刷，且對壩坡有支撐作用，增加壩坡穩(wěn)定性。圖見（圖4·4）棱體頂面應(yīng)高出下游最高水位，超出高度應(yīng)大于波浪爬高，對I、II級壩不小于1.0m，、級壩不小于0.5m，并應(yīng)保證壩體浸潤線位于下游壩面凍層以下。 棱體頂寬根據(jù)檢查、觀測及施工要求確定，不小于1.0m,一般為12m。本設(shè)計取1.5m。棱體內(nèi)坡由施工條件確定，一般為1：1.01：1.5，本設(shè)計取1：1.5；外坡根據(jù)壩基抗剪強度和

49、施工條件確定，一般取1：1.51：2.0，本設(shè)計取1：2。為使?jié)B流逸出坡降分布的更均勻，在棱體上游坡腳處應(yīng)避免出現(xiàn)銳角。 圖4-4 棱體細(xì)部構(gòu)造圖4.5大壩壩長由壩頂高程195m在壩址河谷斷面圖上可得壩長L=1311.8m。在壩軸線上截取5個特征斷面，標(biāo)號為0+92.4，0+246.7，0+761，0+985.2，1+1249.9。壩首標(biāo)號0+000，壩末標(biāo)號0+1311.8=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m，=257.6m，=68.9m。5 滲流計算5.1 土石壩滲流穩(wěn)定分析 5.1.1 土石壩滲流穩(wěn)定分析的任務(wù) 土石壩剖面尺寸初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析和穩(wěn)定分析

50、，可為確定經(jīng)濟可靠的壩體剖面提供依據(jù)，滲流分析的主要任務(wù)是： （1）確定壩體浸潤線和下游逸出點的位置，為壩體穩(wěn)定計算和排水體選擇提供依據(jù)。 （2）計算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫滲漏損失和確定排水體尺寸。 （3）計算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，以驗算其滲透穩(wěn)定性。5.1.2 滲流分析的工況 滲流計算時，應(yīng)考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，一般計算下列幾種工況： （1）穩(wěn)定滲流期： 上游正常蓄水位為186.8m,相應(yīng)下游最低水位為104.0m。此時壩體內(nèi)滲流坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形； （2）設(shè)計洪水位 上游設(shè)計洪水位為186.8m，相應(yīng)下游最高水位為104.0m。此時壩內(nèi)浸潤線高，滲流量大。 （3）校核洪水位 上游校核洪水位為190.1m，相應(yīng)下游最高水位為104.0m。此時壩內(nèi)浸潤線最高，滲流量最大。 5.1.3滲流計算假定 （1）本設(shè)計采用水力學(xué)法，基本假定如下：壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點在各方向上的滲透系數(shù)K相同，且為常數(shù)。滲流為二元穩(wěn)定層流，滲流運動符合達(dá)西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數(shù)，J為滲透坡降）。滲流為漸變流，任意過水?dāng)嗝嫔细鼽c的坡降和流速相同。 （2）滲流計算假設(shè)