本科畢業(yè)設(shè)計方案D江水利樞紐設(shè)計方案

1、D江水利樞紐工程設(shè)計張霞甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院05 級水利水電工程）摘要 ：適當(dāng)修建大壩可以實現(xiàn)一個流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益D 江位于我國西南部地區(qū)，通過對其地形地質(zhì)、水文資料、氣候特征的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧希O(shè)計適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實現(xiàn)很好的經(jīng)濟效益。根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；詳細作出大壩設(shè)計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進行水力、靜力計算；對泄水建筑物進行設(shè)計，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案，擬定細

2、部構(gòu)造，進行水力、靜力計算。水庫建成后，可建裝機容量約為24MW 的水電站，多年平均發(fā)電量可達1.05 億度；可增加灌溉面積約10 萬畝；水庫配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。關(guān)鍵字 ： 壩型選擇樞紐布置 大壩設(shè)計基礎(chǔ)處理綜合說明江是我國西南部的一條河流，根據(jù)河流規(guī)劃擬建一座水庫，本設(shè)計的任務(wù)是進行水庫水利樞紐工程設(shè)計。水庫建成后，可建裝機容量約為 24MW的水電站，多年平均發(fā)電量可達 1.05 億度；可增加灌溉面積約 10 萬畝；水庫配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村

3、、公路、鐵路以及旅游景點的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。經(jīng)對所給流域簡況、地形地質(zhì)條件、水文、氣候和庫區(qū)建筑材料進行分析， D 江水利樞紐工程設(shè)計報告分 5 部分：1、工程等級及建筑物級別確定。分析工程級別確定因素，確定工程等級為二。2、調(diào)洪演算與泄洪方案的選擇。調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡，采用列表試算法，對不同泄1/38洪方案進行計算，最終選定最優(yōu)方案。3、壩型選擇和樞紐布置。分析壩址區(qū)地形、地址條件和壩址區(qū)的建筑材料，從經(jīng)濟角度考慮壩型確定為砂礫石壩。對擋水建筑物、泄水建筑物和水電站建筑物，根據(jù)地形地質(zhì)條件做出了總體布局。4、大壩壩型的選擇。定性的分析了均質(zhì)壩、堆石壩、塑性心墻壩、塑性斜墻壩和

4、斜心墻壩的優(yōu)缺點，選定斜心墻壩作為本設(shè)計的大壩形式。5、壩基處理方案。根據(jù)壩址地質(zhì)條件，對不同地質(zhì)條件的壩基，采用相應(yīng)的處理方法。設(shè)計依據(jù)水工設(shè)計手冊 土石壩）、水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 山區(qū)、丘陵區(qū)部分） 試行）補充規(guī)定 SDJ12-78）、土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范SL60-94）以及國家、水利頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合該水庫設(shè)計、施工、竣工、運行、情況等資料，在許建老師的指導(dǎo)下，對設(shè)計中的不合理之處進行了進一步地修改，最后編制完成了 D江水利樞紐工程設(shè)計任務(wù)書。設(shè)計基本資料1.1 樞紐任務(wù)及設(shè)計要求1.2 自然地理與水文氣候特征流域簡況D 江位于我國西南部地區(qū)，流向自西向東南，全長約12

5、2 公里，流域面積為2558 平方公里，在壩址以上流域為780 平方公里。本流域大部分為山嶺地帶，山脈、盆地相互交錯期間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的河流。地表大部分為松軟砂巖、頁巖、玄武巖以及石灰?guī)r的分化層，訊期河流含沙量較大，沖擊層較厚，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)田面積僅占全區(qū)面積的20%，林木面積占全區(qū)面積的30%，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。氣候特征1 ）氣溫年平均氣溫約為12.8，最高氣溫約為30.5 ，發(fā)生在7 月份，最低氣溫為-5.3 ，發(fā)生在 1 月份。2 ）濕度2/38本區(qū)域氣候特征為冬干夏濕，每年11 月至次年

6、4 月特別干燥，其相對濕度在5173%之間，夏季因降雨日較多，想對濕度隨之增大，一般變化范圍為6786%。3 ）降雨量最大年降雨量可達1213 毫 M ，最小為 617 毫 M ，多年平均降水量為905 毫 M 。4 ）風(fēng)力及風(fēng)向一般 1 4 月風(fēng)力較大，實測最大風(fēng)速為19.1M/秒，相當(dāng)于8 級風(fēng)力，風(fēng)向為西北偏西。水庫吹程為15 公里。水文特征江徑流的主要來源為降水，在次山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實測短期水文氣象資料研究，一般是每年五月至六月初河水開始上漲，汛期開始，十月以后，洪水下降，則枯水期開始，直到次年五月。D 江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特征，實測最大流量為70

7、0 立方M/ 秒，而最小流量為0.5 立方 M/ 秒。年日常徑流：壩址附近水文站有實測資料8 年，參考鄰近測站水文資料，經(jīng)延長后有22 年水文系列，多年平均流量為17 立方 M/ 秒。洪峰流量：經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量如下表所示表 1-1 流量、頻率關(guān)系表頻率0.05%1%2%5%10%流量232016801420118010401.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)工程地質(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)勘探認為庫區(qū)滲露問題不大。但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的塌岸是不可避免的，經(jīng)過勘測估計可能塌方量約為300 萬立方 M。在考慮水庫淤積是可作參考）壩址位

8、D 江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降補臺大，兩峰高山聳立，構(gòu)成高山峽谷的地貌特征。河床沖積層主要為砂礫石類，砂質(zhì)粘土與砂層均較少，且多呈現(xiàn)透鏡狀體，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。壩基部分沖基層厚度最大為32M，一般為20M 左右，靠岸邊最薄為幾M，其顆粒組成以卵礫石為3/38主，細少顆粒為數(shù)極少，卵石直徑一般為10-100 毫 M，礫石直徑一般為2-10 毫 M，砂粒直徑 0.05-0.2毫 M，細小顆粒直徑小于0.1 毫 M。經(jīng)抽水實驗。測得沖積層滲透系數(shù)K 值為310？ -1 10？厘 M/秒。壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石節(jié)

9、理特別發(fā)育，可以分為兩組，一組走向與巖石走向幾乎一致，即東北方向，傾向西北；另一組的走向與巖石傾向大致相同，傾角一般都較大，近似垂直，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 3-5 你即有一條，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及玄武巖之類的巖層中產(chǎn)生。本地區(qū)地形高差大，缺乏強烈水層，故地下水不豐富，對工程比較有利。根據(jù)壓水實驗資料，玄武巖中透水性不同，裂隙少堅硬完整的玄武巖為不透水性，其壓水實驗的單位吸水量小于 0.001min.m）。加于玄武巖中的凝灰?guī)r以及裂隙甚少的火山角礫巖均為不透水性巖，正因為這些隔水層與透水的玄武巖的存在，是玄武

10、巖產(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，難以形成泉水。石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石較多為不透水層。滲露問題不存在。水文地質(zhì)條件固體徑流： D 江為山區(qū)性河流，含沙量大小而變化，平均含沙量達0.5 公斤 / 立方 M?？菟畼O少，河水清澈見底，初估計30 年后壩前淤積高程為2765M。水文資料 :1 ）水庫水位與庫容關(guān)系曲線。2 ）設(shè)計洪水位過程線和校核洪水位過程線。地震情況本地區(qū)地震烈度定為7 度，基巖與砼之間的摩擦系數(shù)取0.65。1.4 建筑材料料場的位置和儲量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地形平坦，采用較方便。堅硬玄武巖可作為堆

11、石壩料，儲量較豐富，在壩區(qū)附近有石料場一處，覆蓋層淺，開采條件好。 1 ） 壩址上游 3 公里處和下游 2 公里處各有一處砂卵石料場，儲量分別為 4000 萬立方M和 2600 萬立方 M，經(jīng)實驗，其砂礫含量為 5565%，干容重為 2.12 噸/ 立方 M，摩擦角為31o，相對緊密度為 D=0.75，滲透系數(shù)為 0.003cm/s 。4/38 2 ）粘土料場據(jù)庫區(qū)170 公里，經(jīng)實驗其天然干密度為1.62 噸 / 立方 M，凝聚力為0.4千克 / 平方 M。料場距公路有6 公里的山路，不能滿足5 噸以上的汽車行駛。3 ）距庫區(qū) 790 公里的 L 市有一大型石油化工廠，生產(chǎn)各種型號的建筑瀝青

12、。距工地120 公里的鐵路干線也經(jīng)過L 市。1.5 庫區(qū)經(jīng)濟及其他1.5.1庫區(qū)經(jīng)濟庫區(qū)經(jīng)濟：流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口，多種植稻M、玉 M 等。庫區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)可開采的礦產(chǎn)。1.5.2交通運輸交通運輸：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，因此交通方便。其他壩區(qū)地形圖一張；壩軸線附近地質(zhì)剖面圖 該水庫可灌溉面積為10 萬畝，確定工程等級為三等，大型工程。( 2 裝機容量為 24MW，工程等級為二等，中型工程。( 3 正常蓄說位時庫容為3.86 億立方 M，屬二等大 2）型工程。結(jié)合該樞紐工程本身防洪要求，依據(jù)河流不同洪峰流量及設(shè)計與校核洪水位過程線，確定庫容為該工程控制因素

13、，則確定該水利樞紐為二等大 2）型工程，主要建筑物級別為2 級，確定永久性建筑物正常運用洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年，相應(yīng)洪峰流量 Q正常1680m3 / s，非常運用洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000 年，洪峰流量 Q非常2320m3 / s。洪水調(diào)節(jié)計算3.1 設(shè)計洪水及校核洪水已知一典型洪水過程線，采用同倍比放大法將其放大成一條設(shè)計洪水過程線和一條校核洪水過程線。對于設(shè)計洪水采用頻率為1%的洪水過程，將頻率為1%的洪水最大流量和典型5/38洪水最大流量相除得到一放大倍比 泄洪方式壩址附近及上游均無合適的馬鞍形埡口來布置溢洪道，所以若布置溢洪道須采用開挖方式，根據(jù)壩址地形，壩址位于河床較平緩的峽谷地帶，坡降不太大

14、，兩峰高山聳立，右岸等高線較平順，左岸等高線彎曲，開挖量太大，經(jīng)濟上不合理，所以本案泄洪方式可采用水工遂洞，沿右岸布置，穿過右峰，利用左岸凸出地形，排向下游河道，且此方案與施工導(dǎo)流結(jié)合在一起，初期開挖遂洞，用于施工導(dǎo)流，工程完工后在適當(dāng)高程開挖泄洪遂洞與導(dǎo)流遂洞相通，再將前段堵塞，形成“龍?zhí)ь^”的導(dǎo)流泄洪結(jié)合的遂洞。( 2 水庫運用方式當(dāng)洪水來臨時來多少泄多少，當(dāng)來水量小時，采用閘門控制，使得來水量等于下泄量。閘門隨著來水量的增大而增大，直至全開，當(dāng)最大下泄流量達到下游允許的安全泄量時，采用閘門控制使得最大下泄流量不大于下游允許的安全泄量。來水量變小后閘門逐漸關(guān)小，當(dāng)來水量再次等于下泄量時，水

15、庫水位達到最高，閘門也不再關(guān)小，水庫繼續(xù)泄水，水庫水位逐漸回降。防洪限制水位的選擇由于 D江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流特性，則采用防洪庫容和興利庫容完全分開的辦法。從防洪安全要求出發(fā)，應(yīng)按洪水最遲來臨情況預(yù)留防洪庫容。此時，水庫正常蓄水位既是防洪限制水位。3.2.3調(diào)洪演算( 1 洪水調(diào)節(jié)計算原理：水庫水量平衡方程：Q1Q2tq1q2t V2V13221）蓄泄方程：q（fV）32）6/38泄流方程：qmB 2gh3/ 2 0 H/b 確定k 、0 邊墩、閘墩形狀影響系數(shù) 計算方法對于假定的t時段內(nèi)，已知 Q、 Q2 、q、V，欲求 q2 、V2。假定一個 V2，在庫容水位曲線上可

16、以查得與 V2 相對應(yīng)的 Z2，由選定的堰頂高程 得 h = Z 2- ，代入式 3 3）求得 q2 ，再將 q2 代入式 3 1）中反算出 V2，若 V2 = V2，則試算完成。否則重新假定 V2，直到滿足為止，再轉(zhuǎn)入下一時段計算，此即采用的列表試算法表 3-1 計算方案方案一二三四堰頂高程m）2809281028112810堰頂寬度B 型樞紐，所以，采用有閘門控制的泄洪道。2 ）本設(shè)計中取 =0.86 、 m=0.502。3 ）具體調(diào)洪演算過程見表 3-3 至表 3-10 。7/383.2.4方案選擇時段 (m3/sQ (m3/sq(m3/sq (m3/sV(105m3V(10 5m3Z(

17、m）(1(2(3(4(5(6(7(87.9455.24455.2436002819.51382.72493.4819213.92310.2531.7237922820.641855.1589.9627319.91400648.240652822.34方案1110q666. 5m396正常超高工況(m3/sV( 10上游水位蓄水位25.98201%68439282821.5241612822.828095902819.52.027一710691.6684.8552819.53.406000.05%41762822.9031.91%685.739652821.7441662822.81328105

18、37.62819.52.247二528637681.65-332819.53.654560.05%42302823.1537.91%677.640002822.0041332822.7428115602819.52.508三403648.966698-562819.53.653500.05%42262823.1543.9648.3540772822.428101%60239282821.522819.52.028四0.05%775.1541762822.902819.53.40從表 3-2 中可以看出，校核情況下，溢洪道寬度增大，則水庫的最高洪水位越低，最大下泄流量越大。本工程下游防洪要求較小

19、，所以對所取的B=8m、7m，都滿足允許最大單寬流量要求。從經(jīng)濟上分析工程存在溢洪道越寬，閘門及溢流體等費用增加超過壩高降低帶來的費用減少情況。既希望溢洪道寬度越小越經(jīng)濟，所以滿足要求又費用最小的方案一B=7 m、=2809 m 為所選。表 3-2調(diào)洪演算結(jié)果匯總表表 3-3方案一 p=1%調(diào)洪演算過程表8/38表 3-4 方案一 p=0.05%調(diào)洪演算過程表表 3-5 方案二 p=1%調(diào)洪演算過程表時間 (m3/sQ (m3/s q(m3/sq (m3/sV(105m3V(10 5m3Z(m）1）2）3）4）5）6）7）q(m3/s(m3/s55Z(m）時間 (m3/s3V(10 m33V(

20、10 m33q551）2）3）4）5）6）7）Q (m3/sq(m3/sq (m3/s5V(105m3Z( m）V(10 m3(1(2(3(4(5(6(7(87.4391.78391.7836002819.51320.89421.8219413.42250451.8537942820.671860518.5329019.41470585.240842822.441159601.312125.4848617.442052823.02733636.582131.4618655.7642262823.47542642.18-2137.4466628.642052823.02413620.9-4543

21、.4360613.241602822.7910/381029.54409.4613414.71680.17440537332820.36時間 (m3/sQ (m3/sq(m3/sq (m3/sV(10 m35Z( m）V(10 m31315.09447.2518120.7950514.539142821.43762.5525.355126.7575536.239652821.74499.5534.1-732.742453239582821.69373525-3338.732251839252821.49284.6544.7247.3表 3-8方案三 p=0.05%調(diào)洪演算過程表時段 (m3/s

22、Q (m3/sq(m3/sq (m3/s55Z( m）V(10 m3V(10 m3(1(2(3(4(5(6(7(87.2378.91378.9136002819.51264.46380.2119113.22150381.537912820.631825486.8528919.21500592.240802822.421180615.312225.2860638.442022823.02740643.32131.2620648.242232823.17545646.1-2237.247064442212823.1416.5636.3-4743.2363628.641742822.88表 3-9方

23、案四 p=1%調(diào)洪演算過程表11/381）2）3）4）5）6）7）Q (m3/sq(m3/sq (m3/sV(105m3V(105m3Z( m）(1(2(3(4(5(6(7(87.8447.71447.7136002819.51378.86490.9119213.82310534.137922820.641870599.927419.81403665.740662822.351130684.69625.8830703.541622822.81717.5704.75331.860570741652822.85530697.9-3637.8455688.841292822.62404.5679.7

24、-5943.8354670.640702822.394.1 壩址及壩型選擇壩址選擇1 ）地形、地貌條件12/38分析地形平面圖， D 江在 I-I剖面處形成峽谷，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。上游地形開闊，有利于形成較大庫容的水庫。下游地形平坦，有利于布置發(fā)電廠房和各類水工建筑物。該處地形適宜于修建高壩。2 ）地質(zhì)條件分析地質(zhì)剖面圖，I-I地質(zhì)面圖顯示：該斷面河床沖積層以碎石為主，砂質(zhì)粘土層和砂層均較少，且多呈透鏡體狀并有大漂石摻雜其中，卵礫石以玄武巖為主，石灰?guī)r和砂礫巖占極少數(shù)，最大沖積層厚度為32M，平均厚度 20M左右，靠岸邊最薄為幾M，沖積層下部巖層以

25、堅硬的玄武巖為主我，夾雜少量破碎玄武巖和火山角礫巖，是較為理想的土石壩地基。綜合地質(zhì)、地形條件，壩址選在I-I剖面較為理想壩型選擇1 ）拱壩拱壩主要是利用了拱形結(jié)構(gòu)的特點，獲得安全經(jīng)濟的效果，拱的作用越大，拱壩的優(yōu)越性越大。拱的作用發(fā)揮得是否充分，在很大程度上取決于地形和地質(zhì)條件。 地質(zhì)條件拱壩對地質(zhì)條件的要求比其他任何壩型都高，兩岸巖體必須能夠承受拱端的巨大推力，在任何情況下都應(yīng)保持穩(wěn)定，以確保大壩安全。且修建拱壩的理想地質(zhì)條件應(yīng)該是比較均勻、完整、地質(zhì)構(gòu)造簡單、抗壓強度高、抗水性能好和不易變形的堅固巖石地基，尤其必須特別注意兩岸拱座巖石的穩(wěn)定性。但這樣理想的地基是不多的。(2 重力壩重力壩

26、是主要依靠自身重量保持壩體穩(wěn)定和滿足強度要求，與其他壩型比較具有以下的主要特點。(a 泄洪和施工導(dǎo)流比較容易解決。(b 材料強度一般不能充分發(fā)揮。(c 受揚壓力影響較大。(d 水泥用量多、需要溫控散熱措施。(e 對地形地質(zhì)的適應(yīng)性較好。13/38地形條件對重力壩影響不大，幾乎任何形狀的河谷斷面均可建造重力壩。重力壩對地基的要求雖比土石壩高，但一般強度巖基均可滿足要求，因為重力壩在沿壩軸線的方向被橫縫分割成若干獨立的壩段，所以能很好的適應(yīng)巖石物理情況的變化和各種非均質(zhì)的地基。(3 土石壩土石壩的適應(yīng)變形能力較強，對地基的要求低，幾乎在任何地基上都可修建。在適宜修建混凝土高壩的優(yōu)良壩址越來越少的情

27、況下，土石壩將得到更大的發(fā)展。a）土石壩的抗沖能力低，決不允許水流漫壩，b）必須采取防滲措施c）土石壩體積龐大，一般不會產(chǎn)生整體滑動d）在自重及水壓力作用下，會有較大的沉陷庫區(qū)有豐富的土石壩筑壩材料，壩基沖積層的滲透系數(shù)小，可以做混凝土防滲墻或粘土截水墻來進行壩基防滲 ，因而采用土石壩。4.2 樞紐建筑物組成1 ） 擋水建筑物： 土石壩。2 ） 泄水建筑物： 包括泄洪洞和放空洞，均與導(dǎo)流隧洞結(jié)合。3 ） 水電站建筑物： 包括引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房等。4.3 樞紐總體布置擋水建筑物擋水建土石壩擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。泄水建筑物 - 泄洪隧洞泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采

28、用隧洞方案，為縮短長度、減小工程量、泄洪隧洞布置在凸岸，這樣對流態(tài)也較為有利，考慮到引水發(fā)電洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠離壩址和廠房為宜。為減少泄洪時影響發(fā)電，引水發(fā)電洞和泄洪隧洞進出口需相距一定距離。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后，由于風(fēng)化巖層較深，廠房布在開挖后的堅硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房的旁邊。綜合考慮各方面因素，最后確定14/38樞紐布置。大壩設(shè)計5.1 土石壩壩型選擇影響土石壩選型的主要因素有：壩址附近的筑壩材料、地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工技術(shù)條件、地基處理方法、抗震要求等。選擇幾種比較優(yōu)秀的壩型進行工程量、工期、造價的比較，最后選擇技術(shù)上可

29、行、經(jīng)濟上合理的壩型由于本設(shè)計限于資料條件所以只作定性分析，確定合適的土石壩壩型。1 ）均質(zhì)壩均質(zhì)壩壩體基本上由一種透水性較弱的粘性土料如壤土、砂壤土等）填筑而成，整個壩體起防滲作用。均質(zhì)壩材料單一，施工方便簡單。但壩體對材料的要求較高一般滲透系數(shù)k1 10-4cm/s）。對本工程來說，沒有足夠的材料來作均質(zhì)壩，故該方案不于選用。2 ）堆石壩堆石壩由堆石體、防滲體、和它們之間的過渡層組成，包括心墻防滲堆石壩和斜墻防滲堆石壩。堆石壩的剖面小，工程量少，施工期受氣候條件影響較小。在施工期一定的條間下，壩身可以過水，從而在一定程度上緩解了土壩的施工導(dǎo)流困難，并且抗震性能好。在本設(shè)計中，壩址附近有堅硬

30、的玄武巖石料廠，開采條件良好，從材料角度可以考慮堆石壩。但是，由于河床地質(zhì)條件較差，沖積層厚，堆石壩需建造在不透水層上。因此，做堆石壩將導(dǎo)致大量的開挖。從工程期限和經(jīng)濟角度來衡量，此方案不予考慮。3 ）塑性心墻壩塑性心墻壩由透水性較小的粘性土筑成防滲體，設(shè)置于壩體的中央或靠上游部位。塑性心墻壩的工程量較小，適應(yīng)于不均勻地形變化，抗震性能好。但要求心墻與壩殼同時上升，施工干擾大，工期長。4 ）塑性斜墻壩塑性斜墻壩由透水性較小的粘性土筑成防滲體，設(shè)置于壩體的上游面。斜墻壩的防滲斜墻和壩體兩者施工干擾較小，施工期短。但上游壩坡較緩，防滲體和壩體工程量均較大。斜墻對壩體和壩基的沉降敏感，容易產(chǎn)生縱向裂

31、縫。斜墻的抗震性能較弱。5 ）斜心墻壩15/38心墻設(shè)置于壩體偏上游部位，心墻向下游有一定的偏角。斜心墻壩綜合了心墻壩與斜心墻壩的優(yōu)點，克服了它們的缺點。心墻有足夠的斜度，壩殼對心墻的拱效應(yīng)作用減弱，斜心墻對下游支撐體的沉降敏感度降低，應(yīng)力狀態(tài)好。綜合分析以上各壩型特點，結(jié)合筑壩材料、地形地質(zhì)條件、施工、導(dǎo)流等因素，最終選定斜心墻壩作為本設(shè)計的大壩形式。5.2 大壩輪廓尺寸的擬定壩頂寬度壩頂寬度根據(jù)壩高、施工、構(gòu)造、交通、防洪、搶險要求以及以往工程統(tǒng)計資料, 壩頂寬度采用 10M。壩坡及棧道土石壩壩坡的坡度取決于壩型、壩高、筑壩土料性質(zhì)、地質(zhì)條件及地震情況等因素。本設(shè)計根據(jù)選定的壩型，參照已建

32、工程處步選定為：上游采用自下而上38M 處變坡一次，上部坡率采用0.25 ，下部采用3.0 ，變坡處設(shè)置馬道。下游壩坡自壩體排水體頂向上每隔25M 采用一次變坡，變坡坡率自下而上采用2.2 、2.25和 2.5 變坡處設(shè)置馬道。為了便于觀測、維修、攔截壩坡雨水并兼作交通之用，馬道寬度設(shè)為2.0M。壩頂高程為保證庫水位不溢過或濺過壩頂，壩頂高程在水庫正常應(yīng)用和非常應(yīng)用的靜水位以上應(yīng)有足夠的超高h 。hhB e hc5-1）1h5-2）H=H+其中 hc -安全加高， me -在壩前引起靜水位的最大風(fēng)雍高度，mhB - 波浪在壩坡上的爬高， mH1- 調(diào)洪演算得出的上游設(shè)計與校核靜水位，m1 ）

33、hc 的確定該工程為2 級工程，所以正常情況取hc =1.0M，校核情況取 hc =0.5M。 cos2gHk -綜合摩阻系數(shù) , 一般可取 3.610 6.D -吹程 ,15 千 M.H-壩前水的平均水深， M。正常情況下 H=2821.52-2750=71.52M非常情況下 H=2822.90-2750=72.9M風(fēng)向與水域中線或壩軸線的法線間的夾角 , 取 =25o- 按碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范第條規(guī)定 : 正常運用情況下采用多年平均最大風(fēng)速的 1.52.0 倍 , v =1.8 19.1 =34.38m/s 。非常運用情況下采用多年平均最大風(fēng)速 v =19.1 m/s正常情況：ek v2 D

34、 cos=3.610 634.38215000cos250.0402gH2 9.873.2非常情況：ekv2 D=3.610 61.91215000cos250.012cos2 9.873.822gH3 ） hB 的確定平均爬高 hB 按莆田實驗站公式計算 適用于 n=1.5 5.0壩坡）K K V(2hl ) (2Ll )5-hBn214）K-壩坡的糙率滲透性系數(shù)。砌石護面為0.75 0.80 ，本設(shè)計取 0.78 。K V -經(jīng)驗系數(shù)。是由風(fēng)速v 、壩前水深H、重力加速度g 所組成的無量綱17/38v /gH 。本設(shè)計中：設(shè)計情況 v /gH34.38/ 9.8 73.21.28查表得 K

35、V =1.012校核情況 v /gH19.1/ 9.8 73.820.71查表得 KV =1n-壩坡系數(shù)。 n=ctg =2.5 ， 為壩坡與水平面的夾角。2hl -平均波高。按官廳水庫公式可以計算出波高2hl ，2hl0.0166v5/ 4 D1/35-5）其計算值可以近似的認為是平均波高的1.71 倍，即2hl = 2hl /1.715-6）2Ll -平均波長，在初步設(shè)計時，可以按照鶴地水庫公式計算,2Ll0.389vD1/35-7）、設(shè)計情況： v =34.38m/s D=15Km2hl2hl0.0166v5/ 4 D1/30.0166 34.385/ 4151/31.711.711.7

36、11.83m2Ll 0.389vD1/30.389 34.38 151/332.98m所以，波浪在壩坡上的爬高hB0.781.0112 1.83 32.98 2.28m12.52、校核情況： v =19.1m/s D=15Km2hl2hl0.0166v5/ 4 D1/30.0166 19.15/ 4151/31.711.711.71=0.956m18/382Ll 0.389vD1/30.389 19.1 151/3=18.322mhB0.7810.956 18.322 1.212m12.52 4 ） 壩頂高程的確定、設(shè)計情況超高hhBehc =2.28+0.041+1=3.321m壩頂高程 H

37、= H 1+h =2821.52+3.321=2824.841 m增加 0.4%的沉降后壩頂高程 H=2824.841+71.520.4%=2825.127m、校核情況超高hhBehc =1.212+.0.012+0.5=1.724 m壩頂高程 H= H 1+h =2822.9+1.724=2824.624 m增加 0.4%的沉降后壩頂高程 H=2824.624+72.9 0.4%=2824.915 m比較兩種情況，最后確定壩頂高程為H=2826m具體計算結(jié)果見下表 5-1表 5-1壩頂高程計算成果表計算情況設(shè)計情況校核情況計算工程上游靜水位 m）2821.522822.9河底高程 m）275

38、0壩前水深 m）71.5272.9吹程 Dkm）15風(fēng)向與壩軸線的夾角 o25風(fēng)浪引起壩前雍高em）0.0410.012風(fēng)速 Vm/s）34.3819.1波浪沿壩高爬高 m）2.281.212護坡粗糙系數(shù) K0.78上游壩坡護角tg -1 1/2.5平均波高 2hlm）1.830.956安全超高 hc m）1.000.50壩頂高程 m）2824.8412824.624增加 4%沉陷后壩頂高程m）2825.1272824.91519/38壩體排水由于石料豐富，采用棱體排水，可合理利用有利資源，并且此方法可以降低壩體浸潤線，防止壩坡土的滲流破壞和凍脹，還可防護下游壩腳不受下游水流及波浪的淘刷。棱體

39、頂部高程應(yīng)超出下游最高水位0.5-1.0m ，本工程取0.6m，下游校核洪水時下游水為2755.2m，最后確定取為2755.0 ，堆石內(nèi)坡為1： 1.2 ，外坡為 1：1.8 ，頂寬為 1.5m。下游水位以上采用貼坡排水，以防止壩坡土發(fā)生滲流破壞，保護壩坡免受下游波浪淘刷。防滲體1 ）壩體防滲壩體防滲除需滿足減少通過壩體滲漏量外，防滲體尺寸還應(yīng)滿足構(gòu)造、施工以及防止開裂的要求，并有利于穩(wěn)定。本工程壩體防滲采用粘土斜心墻，斜心墻位于壩體稍偏上游，正常運用情況下，斜心墻頂部在靜水位以上的超高高于0.6m，非常運用情況下斜心墻頂部不低于非常運用的靜水位，正常運用情況靜水位為2821.52m，非常運用

40、情況靜水位為 2822.9m，所以，最后斜心墻頂部高程定為 2823.0m，上留 3.0m 保護層。粘土允許坡降取 J =5，承受最大水頭 72.9m，所以墻厚須大于 72.9/ J=14.58m，參考以往工程，斜心墻頂寬取 4.0 m 滿足于 3m機械化施工要求），上游坡率 m1=0.6 ，下游坡率m2=0.3 。計算底寬為 25.9m，大于 14.58m，符合要求。2 ）壩基防滲河床中部采用混凝土防滲墻、兩岸因沖積層逐漸減薄和施工原因改用粘土截水墻?；炷练罎B墻的厚度，按照大壩防滲和強度要求確定，根據(jù)施工經(jīng)驗，一般墻厚為0.6-0.8m，最厚取1.3m。本設(shè)計取0.8m。防滲墻應(yīng)伸入斜心墻

41、，插入深度按接觸面積和允許坡 降 確 定 ， 上 下 游 正 常 水 位 時 ， 最 大 水 頭 差 為64.84m 。 取 J=5.0， 則L=64.84/5=12.968m 。設(shè)計伸入6.5m，選擇接觸面積長度為26.5+0.8=14.9m ，防滲墻位置在心墻底中部偏上。岸坡截水槽底厚按承受最大水頭及粘土允許坡降J=5確定，并且沿岸坡厚度逐漸變化。5.3 土料設(shè)計粘土料設(shè)計筑壩土料設(shè)計是影響土石壩設(shè)計、施工及造價的主要因素。土料設(shè)計的一般原則是就地取材，因材設(shè)計。土料設(shè)計要查明壩址附近的土料種類、儲量、分布、開挖運輸條件，確定粘壤土的填筑干容重、含水量，砂質(zhì)土的砂石含量、干容重、含水量，砂

42、礫料20/38的相對密度和干容重等指標(biāo)。1 ）粘性土壓實的設(shè)計指標(biāo)是設(shè)計填筑干容重及相應(yīng)的含水量。計算公式：設(shè)計干容重 d 按壓實密度計算dm d max5-8）d -設(shè)計干容重m -壓實度。、級壩及高壩m=0.96-0.99 ，本設(shè)計取 m=0.97d max -標(biāo)準(zhǔn)擊實功能下的平均最大干容重 設(shè)計最優(yōu)含水量W0W05-9）由擊實實驗確定填筑含水量WWPIIP5-10）W -填筑含水量，以小數(shù)計I -液性指數(shù)，高壩取0.07-0.10 ，本設(shè)計取 0.08I P -土料的塑性指數(shù)WP -塑限制含水量浮容重（s1） Pwb11）1e5- 比重Pw -水的密度e-孔隙比 濕容重21/38（1+W

43、）5-12）wd 用粘土料的理論干容重作校核參考（）（d）s 1Vd）15-13sWVd -壓實土的含水量，其中粘土為0.05 填土的設(shè)計干容重校核d（1.021.12 ）（）5-d 014）（）-料場的自然干容重d0含比粘聚力滲透 s( (KN/m3水量e(KN/m3 (KN/m3系數(shù)W24o40 0.24不予采用。其余 3 個料場土料物理力學(xué)性質(zhì)相差不太大，基本上能滿足筑壩要求， II 下 料場塑性指數(shù)小于 203(KN/m4上43452.751.950.4152.051.2436o30021 上45482.751.950.4152.051.2435o10021下45462.751.950

44、.4152.051.2436o20022下34422.731.940.4152.041.2336o40023下28402.711.920.4152.021.2236o50023 ）砂礫料場選用除了 3下 料場砂礫料的不均勻系數(shù)不滿足要求外=28 30），其余幾個料場的土料滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)均滿足要求，故而都可作為筑壩砂礫料。施工時可考慮上游料填在壩的上游側(cè)，下游料填在下游側(cè)，這樣有利于施工，減小干擾。23/38從顆粒級配曲線上可以看出4上 、 1下 料場砂礫料的顆粒級配明顯較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，設(shè)計中優(yōu)先選用。砂礫料場上下游共 8 處，總量為 1850 萬 m3 , 大壩工程在

45、 400 萬 m3 左右，用兩個料場可能數(shù)量不夠，可以將 1 上 、 2下 料場作為輔助料場。5.4 滲流計算計算方法運用土力學(xué)方法進行滲流計算，認為壩體內(nèi)滲透水流屬于層流運動，符合達西定律，且滲透水流過水?dāng)嗝嫔系母鼽c坡降和流速都為常數(shù)。計算簡圖見附圖1 和附圖 2。通過斜心墻及地基防滲墻的滲流量：q1K 1(H12h 2 )K 2( H 1 h)T5-2 sinD15）通過下游壩殼和地基的滲流量：q2 K3 (h2t 2 )K4(h t )T5-2L1L 2 0.44T16）假定： 1）心墻上游浸潤線位置與水庫的水位相同。2）通過斜心墻及地基防滲墻的滲流量等于通過下游壩殼和地基的滲流量。=8

46、.175 m正常蓄水位時：H1t=0 m=21 mL1L2=69.563 m=67.975-0.3h m24/38設(shè)計蓄水位時： H1=23.02 mt=0 mL1=67.975-0.3h mL2=69.563 mq-63結(jié)果： 正常蓄水位時： h=0.058 m=4.4510m/s設(shè)計蓄水位時： h=0.066 mq =5.03 10-63m/s2 ） - 斷面滲流計算已知：1 ( 12 ) 14.322K1=-6 cm/sK2=-7 cm/s4.8 104.1910K3=-2cm/sK4=-2 cm/s2102.510T=33.33mD=0.8m正常蓄水位時：H1=69.5 mt=4.66

47、 mL1L2=210 m=183.354-0.3h m設(shè)計蓄水位時：H1=71.52 mt=4.91 mL1L2=210 m=67.975-0.3h m-53結(jié)果：正常蓄水位時： h=5.114 mq =1.929 10 m/s-53設(shè)計蓄水位時： h=5.380 mq =2.01 10 m/s3 ） - 斷面滲流計算已知：1 ( 12 ) 14.322K1=-6 cm/sK2=-6 cm/s4.8104.810K3=-2cm/sK4=-2 cm/s2102.510T=3.54 mD=12 m正常蓄水位時：H1=34.1 mt=0 mL1L2=103 m=101.38-0.3h m設(shè)計蓄水位時

48、：H1=36.12 mt=0mL1L2=103 m=101.38-0.3h mq-63結(jié)果：正常蓄水位時： h=0.395 m=3.510m/sq-63設(shè)計蓄水位時： h=0.438 m=3.910m/s25/38計算結(jié)果計算工程上游水深m）下游水深m）逸出水深m）滲流量m3 / s ）總滲流量計算情況 - - - - - - - - - - - - m3 / d ）表 5-4滲流計算匯總表正常蓄水位設(shè)計蓄水位2123.0269.571.5234.136.12004.664.91000.0580.0665.1145.3800.3950.4386.49 10-47.34 10-41.961 10

49、-32.092 10-34.48 10-44.99 10-4264.21287.28滲透穩(wěn)定演算結(jié)果分析及結(jié)論本設(shè)計中采用斜心墻、混凝土防滲墻和兩岸壩肩粘土截水槽作為大壩防滲措施?？偟臐B流量在正常蓄水位時為264.21 m3 / d ，設(shè)計洪水位時為287.28 m3 / d ，與同類工程相比較顯然是很小的。在設(shè)計中為了計算方便，并沒有考慮繞壩滲流及基巖透水；混凝土的抗?jié)B等級取W8，可能偏小，以及許多不定因素的存在，估計實際滲流量要比計算值大。但壩的滲透坡降仍然能滿足設(shè)計要求 計算公式26/381 G cos tg1 P sin(21)tgG sin1P cos(21) 05-17）21121

50、KcKcP1G1 sin21 G1 cos2tg0 計算過程當(dāng) 1=1.8，2=2.8時）mm27/38A11 =0.5 26.64 20.7+1.8 26.64+0.5 11.36 2 -8 2） 1.8 =354.89A12 =0.5 82 1.8=57.6A21 =0.5 3.36 2 2.5=14.11A22 =0.5 11.36 2 -3.36 2） 2.5+0.5 30.4+144.4 ） 38-0.5 382 3.8=724.8G1 = A11 2.05+ A12 1.24 = 354.892.05+57.6 1.24 = 798.95kNG2 = A21 2.05+ A22 1

51、.24 = 14.112.05+724.81.24 = 927.68kN又 A11.823.84.483.81.81.8927.684.485.2B798.9511.83.82.18C1.81.8 3.8 f = A BAB2BC22m2=4.844.8425.22.180.3823.8 K ctan 36o30 1.9370.38228/385.5.3穩(wěn)定分析成果表 5-5穩(wěn)定分析成果m1m2死水位水位情況正常蓄水位G1G2安全系數(shù)1/3 壩高kN ） kN ）K ）C3.81.25-625.841666.662.01-615.842144.782.14-400.751422.782.151

52、.8-798.95927.681.937-845.61114.911.984-532.94916.252.082.12-652.05584.12.03-792.76758.262.04-493.4584.12.114.5851.63-1154.41352.652.011-1323.41824.712.09-823.431352.262.1761.9-1040.86960.492.056-1305.791177.052.050-807.11960.492.172.15-848.5600.762.108-1147.73634.462.022-705.98600.762.1761.61.24-155

53、8.792375.62.19-1780.333097.442.29-1110.22343.862.441.62-1641.171342.921.99-2061.291538.91.94-1290.171342.922.142.2-1063.99535.682.291-1350.72535.682.196-925.52535.682.349穩(wěn)定計算成果見表16，由于上游壩坡K min =1.937 。壩的安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮適當(dāng)增大壩坡斜率以節(jié)省工程量，但各種因素考慮不全，諸如地震影響，壩體、壩基不均勻沉降等不穩(wěn)定因素的存在，實際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡，維持原擬訂剖面，以滿

54、足壩體的安全。5.6 基礎(chǔ)處理河床部分1 ）滲流控制方案條件允許時優(yōu)先選擇垂直防滲方案。在透水層較淺1015m以下）時可采用回填粘土截29/38水槽方案，由于壩址處河床沖擊層平均厚20m，最大達 32m，施工比較困難而不予采用。又由于河床為孤石，采用鋼板樁也比較困難，造價也高。帷幕灌漿在此存在可灌性問題?；炷练罎B墻方案，施工快，材料省，防滲效果好，對于這種深度透水層是比較適合的。決定采用這種方案，按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為0.9m。2 ）防滲墻的型式選擇厚度為 0.8M，深入防滲斜心墻6.5M 的混凝土防滲墻，防滲墻頂部接高塑性粘土，側(cè)面設(shè)柔性鋼板。壩肩處理壩肩兩岸為覆蓋層及全風(fēng)化巖

55、石，深約20m，性質(zhì)較差，為很好的透水料，底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)較好，但由于節(jié)理的作用，透水性也比較強。針對以上情況做以下處理：挖粘土截水槽至半風(fēng)化基巖，基巖與粘土接觸面設(shè)混凝土齒墻，齒墻與河床部分防滲墻相連，在齒墻下設(shè)灌漿孔。5.7 細部構(gòu)造設(shè)計壩的防滲體、排水設(shè)施壩體防滲體為斜心墻，斜心墻上下游設(shè)置反濾層反濾層的設(shè)置見反濾層設(shè)計章節(jié)）；壩基防滲體為防滲墻與粘土截水墻詳細情況見第五章第二節(jié)）。壩體排水為棱體排水，在排水體與壩體、壩基之間設(shè)置反濾層；下游戧道設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設(shè)置排水溝以設(shè)置排水溝以匯集雨水，防止雨水淘刷壩坡。細部構(gòu)造詳圖見圖SD-

56、2。反濾層1 ）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。對于被保護土的第一層反濾層，考慮安全系數(shù)為1.5-2.0 ，按太沙基準(zhǔn)確定，即D 1545d 85D 155d 15D15 - 反濾層粒徑，小于該粒徑土占總土量的 15%d85- 被保護土粒徑，小于該粒徑的土占土總重的85%d15- 被保護土粒徑，小于該粒徑的土占土總重的15%第二、第三層反濾層的選擇也按上述辦法進行。30/38按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料不能滿足要求，須對土料進行篩選。 2 ）設(shè)計結(jié)果粘土 防滲體周邊）部位：第一層d50 =0.45mm厚 20cm第二層d50 =2.0mm厚 30cm排水部位：第一層d50 =30mm厚 20cm第二層d50 =90mm厚 6

57、0cm護坡設(shè)計上游護坡用于砌石，砌石下鋪20cm 碎石墊層，因其抵御風(fēng)浪的能力較強；下游壩面直接鋪上 20 cm 的碎石作為護坡，壩肩設(shè)置100cm厚、 400cm長的砌石護肩。上游護坡上做至壩頂，下做至死水位以下加波浪高），為方便起見做至2788.40m 高程。壩頂布置壩頂設(shè)置碎石路面，下面鋪40cm碎石墊層，壩頂向下游設(shè)2%橫坡以便匯集雨水，設(shè)置 50cm 50cm亂石截水溝，經(jīng)坡面排水排至下游；為了壩頂行走安全，設(shè)置護欄。6 泄水建筑物 略）施工設(shè)計7.1 施工導(dǎo)流本設(shè)計采用全段圍堰法，在靠近壩址處的右岸開鑿泄流隧洞。在施工期間為了滿足通航、筏運、供水、灌溉或生態(tài)保護，可以和上游區(qū)或鄰近流域區(qū)共同協(xié)作，幫助分擔(dān)施工期間遇到的問題7.2 施工進度性控制根據(jù)本工程的規(guī)模，參考國內(nèi)同類工程的施工經(jīng)驗確定施工總工期為42 月，其中施工準(zhǔn)備期為 2 個月、主體工程施工期為39 月、竣工收尾 1 個月、施工進度安排大體上以右岸導(dǎo)流隧洞 - 樞紐建筑物 - 主副廠房及機組安裝為關(guān)鍵線路進行安排31/3832/38主要參考文獻周之豪等主編，水利水能規(guī)劃， 2 版，北京，水利水電出版社， 1997李亞杰主編，建筑材料， 4 版，北京，中國水利水電出版社， 2001.3林繼鏞主編，水工建筑物， 4 版，北京，中國水利水電出版社， 2006趙振興等主編，水力學(xué)，北京，清華