西山水庫設(shè)計

目錄第一章工程概況及基本資料 4一、工程概況 4二、設(shè)計基本資料 4（一）特征水位及流量 4（二）氣象 5（三）冰情 5（四）地質(zhì) 5（五）天然建筑材料 6（六）安全系數(shù) 7三、設(shè)計任務(wù) 7第二章壩型選擇及工程總體布置 8一、壩型的選擇 8（一）壩線比較 8（二）壩型及基礎(chǔ)防滲型式的比較 8二、工程總體布置 9（一）溢洪道方案比較 9（二）樞紐工程總體布置 9第三章?lián)跛ㄖ?10一、土石壩基本剖面尺寸的擬定 10（一）壩頂高程 10（二）壩頂寬度 12（三）壩坡 12（四）防滲體 12（五）排水體設(shè)計 13二、土料設(shè)計 13（一）心墻及粘土料設(shè)計 13（二）堆石體及堆石料設(shè)計 13三、滲透分析 13（一）滲透分析的目的： 13（二）穩(wěn)定滲流期的計算情況： 13（三）1/3壩高水位時的計算情況： 14四、穩(wěn)定計算 15五、壩的構(gòu)造設(shè)計 21（一）壩頂構(gòu)造 21（二）護坡設(shè)計 21（三）反濾層、墊層及過濾層的設(shè)計 22（四）壩體排水設(shè)計 23六、堆石壩與溢洪道及左岸的連接 23七、基礎(chǔ)處理 23第四章泄水建筑物設(shè)計 25一、溢洪道平面位置的確定 25二、溢洪道布置 25（一）進水渠 25（二）控制段 26（三）泄槽段 27（四）消能防沖設(shè)施 28（五）出水渠 28三、控制段的具體的布置 28（一）定型設(shè)計水頭的選擇 28（二）實用堰的高度選擇 29四、消能防沖設(shè)施的具體布置 29（一）消能方式 29（二）挑流設(shè)計 29（三）挑流鼻坎的型式 29五、泄槽段的具體布置 29（一）泄槽長度的確定 30（二）水面線計算及邊墻高度的確定 30六、水力計算 34（一）堰型設(shè)計 34（二）堰流能力計算 34（三）水舌挑距計算 35（四）沖刷坑最大水墊深度 36七、溢洪道布置總述 36參考文獻 38致謝 39第一章工程概況及基本資料 一、工程概況伊春市是黑龍江省重點防洪城市，目前存在防洪標準較低，伊春河沿岸城鎮(zhèn)供水水源不足等問題。西山水庫是一座以防洪和供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用功能的大型水利樞紐工程。西山水庫建成后，配合城區(qū)堤防建設(shè)可將伊春市的防洪標準提高到50～100年一遇，為伊春市和伊春河沿岸城鎮(zhèn)提供1.4億立方米的供水水源，發(fā)展灌溉面積1.8萬畝，此外，還具有為伊春市增加電力供應(yīng)、提供森林滅火水源、改善枯水期水環(huán)境等綜合利用功能。西山水庫以防洪和供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用功能。西山水庫為大Ⅱ型，屬二等工程，主要建筑物堆石壩、溢洪道及電站進水口為2級，經(jīng)論證本工程主要建筑物按200年一遇洪水標準設(shè)計，5000年一遇洪水標準校核。溢洪道消能防沖設(shè)計標準按50年一遇洪水設(shè)計。各建筑物的洪水標準見表1-1。表1-1各建筑物的洪水標準建筑物堆石壩溢洪道引水洞進口引水洞電站廠房消能防沖設(shè)計標準P=0.5%P=0.5%P=0.5%P=2%P=2%P=2%校核標準P=0.02%P=0.02%P=0.02%P=0.1%P=1%—二、設(shè)計基本資料（一）特征水位及流量擋水壩、溢洪道、輸水洞及電站廠房的特征水位及流量見表1-2。表1-2特征水位及流量表特征水位單位數(shù)量備注校核洪水位m288.67P=0.02%設(shè)計洪水位m287.560=0.5%正常蓄水位m284.70死水位m276.00溢洪道設(shè)計洪水位時最大泄量m3/s1785P=0.5%相應(yīng)下游水位m266.53溢洪道校核洪水位時最大泄量m3/s2113P=0.02%相應(yīng)下游水位m267.05（二）氣象氣象資料見表1-3。表1-3氣象資料表項目單位數(shù)量備注多年平均氣溫℃0.6最高氣溫℃36.3最低氣溫℃-43.1W、WS、WWS、WWN向多年平均最大風(fēng)速m3/s10.5伊春氣象站資料（7、8、9、10月）相應(yīng)設(shè)計水位庫面吹程km2.20相應(yīng)校核水位庫面吹程km2.25對各風(fēng)向歷年7、8、9、10月份最大風(fēng)速進行分析，經(jīng)修正后，得水面上多年平均最大風(fēng)速15.74m/s，從1/10000庫區(qū)地形圖量得設(shè)計水位時吹程為2200m,校核水位時吹程為2250m。（三）冰情伊春河封凍時間最早為10月22日，平均為11月6日；開河日期最晚為4月25日，平均為4月17日。平均封凍天數(shù)162天，多年平均最大冰厚1.23m。伊春河平均流冰天數(shù)為9d；開河后平均流冰天數(shù)為7d。伊春河流冰期最大流冰塊平均長為30m，最長可達100m；流冰塊寬平均為18m，最寬可達50m，平均流冰速度為0.54m/s，最大流冰速度可達1m/s以上。最大土層凍深為2.4m。（四）地質(zhì)1、壩址區(qū)工程地質(zhì)條件壩址區(qū)兩岸為低山，河床靠近右岸。河左側(cè)依次為漫灘、階地及臺地。低山及河谷部分基巖均為花崗閃長巖。臺地區(qū)第四系厚度15.50m--22.80m，上部為低液限粘土，下部為卵石混合土夾砂透鏡體。其物理力學(xué)指標可以滿足土石壩對壩基要求。階地和漫灘區(qū)第四系厚度7.50m—13.30m左右，上部為低液限粘土，下部為卵石混合土。其物理力學(xué)指標可以滿足土石壩對壩基要求。壩基透水層厚度：樁號0—400m，為4.5m，樁號400—970m，為7m。2、溢洪道工程地質(zhì)條件閘室段及挑流鼻坎基礎(chǔ)座于微風(fēng)化花崗閃長巖巖體中，巖體完整性較好，節(jié)理裂隙多為高傾角，地基抗滑穩(wěn)定性好。僅斷層處巖體強度稍低，巖體相對破碎。需對斷層進行工程處理。沖刷坑段上部為大于3.50m厚的卵石混合土，下部為花崗閃長巖。卵石混合土和強風(fēng)化花崗閃長巖的沖刷系數(shù)K=1.5-1.8，弱風(fēng)化巖體和微風(fēng)化巖體的沖刷系數(shù)K=0.9—1.2。（五）天然建筑材料1、粘土料場粘土料場有4處，土料技術(shù)指標見表1-4。項目質(zhì)量指標Ⅰ料場實測指標Ⅱ料場實測指標Ⅲ料場實測指標Ⅳ料場實測指標粘粒含量15-40%為宜27.1%19.1%33.5%42.4%塑性指數(shù)10-2016.614.317.317.4滲透系數(shù)碾壓后，小于1×10-5cm1.62×10-6cm(ρ控=1.70g/cm3)3.57×10-6cm(ρ控=1.71g/cm3)3.94×10-6cm(ρ控=1.54g/cm3)1.10×10-6cm(ρ控=1.66g/cm3)有機質(zhì)含量<2%0.499%0.805%1.089%0.54%水溶鹽含量<3%0.0128%0.0173%0.0087%0.0087%緊密密度宜大于天然密度ρmax=1.73g/cm3ρd=1.55g/cm3ρmax=1.74g/cm3ρd=1.58g/cm3ρmax=1.59g/cm3ρd=1.44g/cm3ρdmax=1.69g/cm3ρd=1.56g/cm3表1-4土壩防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求對比表注：表中天然含水率為現(xiàn)場實測，孔深1-3m的算術(shù)平均值。2、塊石料建議首選第Ⅰ塊石料場，該料場位于壩址西部約3.5km處，巖性味花崗巖，石料的室內(nèi)實驗指標，滿足塊石料質(zhì)量技術(shù)指標要求。第Ⅱ石料場儲量約80×10-6m表1-5石料試驗指標與石料質(zhì)量技術(shù)要求對比表序號項目質(zhì)量技術(shù)要求指標第Ⅰ石料場質(zhì)量指標第Ⅱ石料場質(zhì)量指標1飽和抗壓強度應(yīng)按地域、設(shè)計要求與使用目的確定45.1MPa66.9MPa2軟化系數(shù)>0.80.830.813密度>2.4t/m32.54t/m32.65t/m34凍融損失率<1％0.01％0.10%（六）安全系數(shù)本工程堆石壩及溢洪道為2級建筑物，按照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001及《溢洪道設(shè)計規(guī)范》SL253-2000，穩(wěn)定計算的最小安全系數(shù)見表1-6。表1-6壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)表壩坡計算情況安全系數(shù)上游坡下游坡1/3壩高水位1.351.35正常蓄水位1.351.35設(shè)計水位1.351.35水位驟降1.251.25校核水位1.251.25三、設(shè)計任務(wù)（一）根據(jù)給定的壩軸線，確定樞紐布置方案；（二）擋水建筑物設(shè)計;（三）泄水建筑物設(shè)計；第二章壩型選擇及工程總體布置一、壩型的選擇（一）壩線比較可行性研究階段的審查意見中，同意選用下壩址。根據(jù)1999年至2002年幾次下壩址的壩軸線優(yōu)化調(diào)整及相應(yīng)的地質(zhì)工作，西山水下壩址附近地質(zhì)條件變化不大，從最初的上壩線經(jīng)過左壩端上移、右壩端下移變化到現(xiàn)在采用的下壩線，壩軸線方位角為NS146.59°，使壩線垂直等高線，壩長最短，且左半段壩高變小，整個擋水壩工程量最小。同時擋水壩右壩端下移后，原壩端的花崗巖出露面作為引水洞進口使引水洞變短，從而整個樞紐布置更加合理。調(diào)整后的下壩線做為選定壩線。（二）壩型及基礎(chǔ)防滲型式的比較根據(jù)壩址的實際地質(zhì)、地形、料場、水文氣象等客觀條件，本次設(shè)計選擇了粘土心墻堆石壩、均質(zhì)土壩與瀝青砼心墻堆石壩三種壩型方案，分別進行穩(wěn)定分析、工程量計算和投資比較，比較后選擇壩型，具體見表3-1。表3-1壩型比較類類型項目粘土心墻堆石壩均質(zhì)土壩瀝青混凝土心墻堆石壩施工條件施工受季節(jié)限制，冬季不能施工，但適于機械化施工有利于機械化施工，施工干擾少，對施工要求相對較低，但受氣候影響較大施工干擾大，受氣候影響較小，可以進行冬季施工，但不便于機械化施工穩(wěn)定分析可以很好地與左側(cè)天然粘土鋪蓋結(jié)合當?shù)卣惩亮喜荒軡M足設(shè)計用量，且粉、粘粒含量較高，不適合作均質(zhì)土壩與左側(cè)天然粘土鋪蓋結(jié)合不如粘土心墻好工程量最小由于基礎(chǔ)碾壓與壩基工程量大，工程量大由于瀝青混凝土心墻及混凝土預(yù)制塊的工程量大，工程量也較大工程造價最低較高最高基礎(chǔ)防滲比較：塑性混凝土防滲墻與粘土齒墻方案比較：塑性混凝土防滲墻需要專業(yè)的施工專業(yè)隊伍進性施工，并且在與心墻連接部位需要特許處理，但是它的防滲效果比較好，造價也偏低；粘土心墻齒槽方案：施工方法簡單，與心墻粘土結(jié)合較好，但需要的開挖量比較大，基坑排水工程難度較大，且造價也比較高；綜合上述比較，結(jié)合本工程的工程地質(zhì)條件，由于透水層的厚度小于15米，本設(shè)計采用粘土心墻齒槽方案。基礎(chǔ)右半段由于粘土覆蓋層薄，采用人工粘土鋪蓋。二、工程總體布置（一）溢洪道方案比較由于壩址區(qū)無天然埡口或鞍部來布置獨立溢洪道，現(xiàn)選擇左岸溢洪道、右岸溢洪道及河床式溢流壩進行方案比較。河床式溢流壩雖然尾水直接進入原河道，但開挖量較大，施工導(dǎo)流布置較復(fù)雜，且存在兩側(cè)與堆石壩的連接處理問題，且該方案造價較高；左岸式溢洪道施工導(dǎo)流方案布置簡單，施工干擾少，但距原河槽較遠，需開挖進口引渠及出口尾水渠，開挖量大，造價相對較高；右岸式溢洪道尾水可直接入原河槽，施工干擾少，導(dǎo)流方案布置相對簡單，開挖的巖石也可以二次利用，造價也相對較低。綜合上述比較，決定采用右岸溢洪道樞紐布置方案。（二）樞紐工程總體布置樞紐方案布置包括溢洪道、堆石壩、引水隧洞、電站廠房及開關(guān)站。第三章?lián)跛ㄖ镆?、土石壩基本剖面尺寸的擬定（一）壩頂高程1、設(shè)計情況下：已知：計算風(fēng)速吹程重力加速度水域平均水深風(fēng)浪要素計算：最大波浪爬高：式中：K△——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，取K△=0.8；Kw——經(jīng)驗系數(shù)，設(shè)計情況取1.016；m——壩坡系數(shù)，m=ctg，本設(shè)計初步擬定為2。風(fēng)壅水面高度：式中：e——最大風(fēng)壅水面高度，m；k——綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；β——風(fēng)向與壩軸線夾角，°，安全加高：設(shè)計情況下A=1.0m；壩頂超高:：壩頂高程：2、校核情況下：已知：計算風(fēng)速吹程重力加速度水域平均水深風(fēng)浪要素計算：最大波浪爬高：式中：K△——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，取K△=0.8；Kw——經(jīng)驗系數(shù)，校核情況取1；m——壩坡系數(shù)，m=ctg，本設(shè)計初步擬定為2。風(fēng)壅水面高度：式中：e——最大風(fēng)壅水面高度，m；k——綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；β——風(fēng)向與壩軸線夾角，°，安全加高：校核情況下A=0.5m；壩頂超高:：壩頂高程：將設(shè)計與校核情況下的壩頂高程比較，取大值得，3、心墻頂高程H心在不設(shè)防浪墻時需滿足兩個條件；（1）H心=H設(shè)+（0.3-0.6）m，本設(shè)計取0.5m，即H心=288.06m；（2）H心≥H校，即H校=288.67m因此。得H心=288.67m?？紤]到東北地區(qū)凍深的影響，壩頂高程H壩=H心+凍深，即H壩=H心+2.4=291.07m，與289.93m比較，取大值作為壩頂高程，即為291.07m。（二）壩頂寬度頂寬要滿足心墻頂部及反濾層布置的要求，還應(yīng)考慮施工的要求和運行、檢修、防汛、運輸?shù)囊?。本設(shè)計部考慮交通特殊要求，由于壩高28.57m，結(jié)合設(shè)計手冊，壩頂寬度取為5m。（三）壩坡結(jié)合水工建筑物課本表5-7心墻壩參考壩坡比值，進行初擬壩坡：由于壩高大于15米，需要進行變坡并在變坡處設(shè)置馬道，在上游變坡處設(shè)置排水溝，以攔截雨水。本設(shè)計馬道設(shè)在壩高15m即高程277.5m處，寬度為2m。上游壩坡：馬道之下為1：2.25，之下為1：2；下游壩坡：馬道之下為1：2,之下為1：1.75。（四）防滲體心墻的頂寬考慮到施工要求，本設(shè)計取為3m。心墻的坡度參照水工建筑物課本表5-7心墻壩參考壩坡比值，取為1：0.20。心墻的底寬心墻的平均寬度心墻的部位設(shè)在中心部位。（五）排水體設(shè)計貼坡排水結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，用石料少且便于維修，但不能降低浸潤線高度并易受凍害；棱體排水因其深入壩體能降低浸潤線高度，當壩基強度足夠時還可起到支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，是一種可靠的排水型式，但用石料量大，不易檢修；本設(shè)計采用棱體排水方案。根據(jù)設(shè)計要求，其高出下游水位的高度為1.0m，頂部寬度為2.0m，內(nèi)、外坡均為1：1.5。二、土料設(shè)計（一）心墻及粘土料設(shè)計根據(jù)粘土料料場擊實試驗最大干容重1.73g/cm3，最優(yōu)含水量18.5%，二級壩設(shè)計壓實度98%，設(shè)計干密度為1.69g/cm3。根據(jù)控制干密度抗剪強度試驗，粘土強度指標取試驗值的小值平均值，飽和不排水剪強度(CU)：內(nèi)摩擦角φ′=28.59o，粘聚力為c′=18.11kPa。根據(jù)料場調(diào)查和試驗指標，得出西山水庫堆石壩堆石料比重為G=2.66g/cm3，自然吸水率為ω=0.485%，天然容重γ天=2.033g/cm3，選取強風(fēng)化花崗巖堆石料，壩料級配取開采后的自然級配，最大粒徑取600mm。設(shè)計要求填筑干密度不低于20.0kN/m3，設(shè)計孔隙率不大于24%，堆石內(nèi)摩擦角為φ水下=33.5o、φ水上=35.5o。三、滲透分析（一）滲透分析的目的：（1）確定浸潤線的位置；（2）確定滲透坡降J；（3）計算滲漏量q，估算滲漏損失；（二）穩(wěn)定滲流期的計算情況：1、設(shè)計洪水位時根據(jù)心墻與壩體的滲漏量相等，聯(lián)立方程，求解。解得式中：k心、k壩——心墻、壩體的滲透系數(shù)，分別為H1、H2——上、下游水深，分別為25.06m,4m;he——滲流逸出點高度，m；——心墻的平均厚度，m；L——滲徑42.65m；得滲流方程：根據(jù)方程，繪出浸潤線如附圖所示。2、正常蓄水位時：解得式中：k心、k壩——心墻、壩體的滲透系數(shù)，分別為H1、H2——上、下游水深，分別為22.22m,4m;he——滲流逸出點高度，m；——心墻的平均厚度，m；L——滲徑42.65m；得滲流方程：根據(jù)方程，繪出浸潤線如附圖所示。（三）1/3壩高水位時的計算情況：解得式中：k心、k壩——心墻、壩體的滲透系數(shù)，分別為H1、H2——上、下游水深，分別為9.5m,4m;he——滲流逸出點高度，m；——心墻的平均厚度，m；L——滲徑42.65m；得滲流方程：根據(jù)方程，繪出浸潤線如附圖所示。表3-1浸潤線計算情況表x24688.2421.5617.3711.775.314.1419.4216.1812.085.524.118.738.126.855.714.02四、穩(wěn)定計算壩體穩(wěn)定分析主要核算穩(wěn)定滲流期的上、下游坡和1/3壩高水位時的上游坡。采用瑞典圓弧法用總應(yīng)力法計算，計算公式如下：式中：——抗滑力矩；——滑動力矩；——滑動力，KN；——抗滑力，KN；——滲透力，，KN；——土條重量，kN；——0號土條中心線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，o；——土條寬度(m)；——土條底面的有效應(yīng)力抗剪強度指標，kN/m2；——浸潤線以下，下游水位以上的高，m。設(shè)計采用的物理力學(xué)指標：注：本設(shè)計未考慮孔隙間土應(yīng)力及地震應(yīng)力的作用。穩(wěn)定滲流期的穩(wěn)定計算，具體計算表如下：1、設(shè)計洪水位時下游坡的穩(wěn)定計算，見表3-2。2、設(shè)計洪水位上游坡的穩(wěn)定計算，具體見表3-3。3、正常蓄水位時下游坡的計算情況，見表3-4。4、正常蓄水位時上游坡穩(wěn)定計算表，見表3-5。表3-2設(shè)計水位時下游坡穩(wěn)定計算表編號寬度b85.876.9271.330.80.6366.30687.8875.8269.220.70.71787.141093.0365.8334.600.60.81102.311164.4155.8326.910.50.871171.21948.0445.8299.9915.650.40.921191.65732.2835.8246.1440.250.30.951109.30498.3225.8188.4558.140.20.98978.63286.0415.8134.6167.080.10.99803.0116.9805.871.5501606.50-15.882.73-0.10.99313.52-47.98-25.840.25-0.20.98150.99-46.69∑8580.555432.31可得滿足穩(wěn)定要求。表3-3設(shè)計水位時上游坡穩(wěn)定計算編號寬度b-36.417.89-0.30.9571.79-34.34-260.37-0.20.98249.9-77.27-175.5371.55-0.10.99638.98-94.130197.2129.07011018.9101176.2367.080.10.991073.29155.722234.9853.660.20.981268.52369.463297.9233.540.30.951420.65636.44356.664.470.40.921508.38924.495348.270.50.871376.811114.466318.900.60.81159.271224.587155.8137.760.70.71624.5867.19861.670.80.663.05118.41∑=SUM(ABOVE)10474.05=SUM(ABOVE)5204.97滿足穩(wěn)定要求。表3-4正常蓄水位時下游坡穩(wěn)定計算表編號寬度b8657.6962.940.80.6308.33579.027134.61188.820.70.71978.251358.416384.654.550.60.81496.621580.945444.8729.070.50.871748.601421.554381.8464.840.40.921732.731072.033318.9091.680.30.951635.49739.042251.76109.560.20.981476.23433.581193.02111.80.10.991252.34182.890130.08109.5601988.00-167.14105.09-0.10.99695.15-103.34-293.91-0.20.98364.45-112.69-315.65-0.30.9512.36-5.92∑=SUM(ABOVE)12688.55=SUM(ABOVE)7145.51滿足穩(wěn)定要求。表3-5正常蓄水位時上游坡穩(wěn)定計算表編號寬度b-36.426.83-0.30.95107.66-51.51-278.26-0.20.98323.96-100.17-171.33-0.10.99320.88-45.650130.0801591.0801188.820.10.99849.42120.842251.760.20.981121.12322.253314.70.30.951358.50604.224373.440.40.921561.16956.015190.060.50.87698.45608.19615.25134.160.60.81017.721111.337242.300.70.71781.721085.5876.920.80.681.92153.84∑=SUM(ABOVE)8813.59=SUM(ABOVE)4764.85滿足穩(wěn)定要求。五、壩的構(gòu)造設(shè)計（一）壩頂構(gòu)造由于壩頂無公路運輸要求，因此不做特殊路面，只鋪設(shè)碎石。壩頂上、下游兩側(cè)鋪設(shè)路緣石。（二）護坡設(shè)計因壩的上游面受波浪淘刷，下游面受雨水沖刷等，壩的上下游坡面需要設(shè)置護坡，本設(shè)計采用干砌石護坡，并在上下游護坡的下面設(shè)碎石墊層。護坡計算：當Lm/hp≤15時當Lm/hp>15時式中：D——石塊的換算球形直徑，m；Q——石塊的質(zhì)量，t；D50——石塊的平均粒徑，m；Q50——石塊的平均質(zhì)量，t；t——護坡厚度，m；Kt——隨坡率變化的系數(shù)，查表得到Kt=1.2；ρk——塊石密度，t/m3；ρw——水的密度，t/m3；hp——累積頻率為5%的波高；1、設(shè)計情況下：由于2、校核情況下：由于本設(shè)計決定護坡厚度為40cm，下設(shè)25cm墊層過濾料。（三）反濾層、墊層及過濾層的設(shè)計排水設(shè)備既要求把壩體滲水排出壩外，又要求不產(chǎn)生土壤的滲透破壞。在滲流的出口或進入排水體處，由于水力坡降往往很大，流速較高，土壤易發(fā)生管涌破壞，為了防止這種滲透破壞，在這些地方應(yīng)設(shè)置反濾層。護坡石下通常需要設(shè)置墊層，其作用是防止襯砌的護坡石陷入壩身土中，在上游坡避免波浪淘刷并在庫水位降落時把壩體的水排出去，而又不帶走壩體土料。壩的防滲體與壩殼之間由于材料的性質(zhì)不同，往往產(chǎn)生較大的不均勻沉陷，使兩種材料接觸面上產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力。為了緩和這種情況，通常在防滲體和壩殼之間設(shè)置一定厚度的過渡層。本設(shè)計根據(jù)提供的粘土料，反濾層設(shè)計如下：1、第一層反濾料：≤9d85，亦即要求已知D15≥4d15，已知小于0.005mm的顆粒含量為22.4％，因此粘土的可見排水滿足要求。2、第二層反濾料：被保護土為無粘性土，即級配良好的粗砂，其按規(guī)范要求，第二層反濾料的級配應(yīng)符合的要求，即要求。從料場的勘察成果分析，無論是風(fēng)化碎石料還是天然砂礫石均不能滿足要求，擬定天然砂礫料進行篩分后取粒徑（1.25-80）mm部分，其，從平均粒徑驗證滿足要求，同時，排水也滿足要求。因此，粘土心墻第二層反濾料采用天然砂礫料篩分后的（1.25-80）mm粒徑部分，其水平厚度為心墻上游側(cè)20cm，下游側(cè)20cm。3、壩基反濾過渡為使基礎(chǔ)受力均勻、排水條件良好及防止?jié)B透破壞，在清基后的下游壩基與壩體堆石之間設(shè)過濾帶。壩基反濾過渡帶要求的條件比心墻的低，因此，設(shè)計中采用天然砂礫料做為壩基反濾料，厚度為1.0m。（四）壩體排水設(shè)計由于壩基防滲左半段采用天然粘土鋪蓋，右半段為粘土心墻齒槽，排水體設(shè)計要考慮壩體排水，采用棱體排水結(jié)合地面排水型式，棱體高出下游水位的高度為1.0m，頂部寬度為2m，內(nèi)外坡均為1：1.5。排水溝底寬1.5m，上游坡1：1.5，下游坡1：1.5，采用干砌石型式，厚30cm，其下鋪30cm厚碎石及無紡布一層。六、堆石壩與溢洪道及左岸的連接堆石壩右壩肩與溢洪道采用側(cè)墻式連接，采用將粘土心墻在接頭處放大心墻頂加寬至9m與溢洪道邊墩混凝土斜坡1：0.25連接，基礎(chǔ)與粘土心墻齒槽聯(lián)合形成防滲體。堆石壩左壩肩與岸坡連接采取土質(zhì)防滲體與土質(zhì)岸坡不陡于1：1.5邊坡連接。七、基礎(chǔ)處理堆石壩從左端0+000至0+478.15長478.15m，基礎(chǔ)為約11m厚的粘土層及卵石混合土，基礎(chǔ)處理采取清基后用振動碾碾壓后做為天然鋪蓋；從0+398.15至0+961.35長563.20m，此段基礎(chǔ)上層為厚4.25-5.7m不等的粘土層，此段粘土平均挖除厚1.0m，然后基礎(chǔ)用振動碾碾壓，厚度在2.0m左右，基礎(chǔ)滿足設(shè)計要求。其下基礎(chǔ)為砂礫石厚5.4-6.0m左右，其下為花崗巖，采取粘土齒墻防滲，經(jīng)計算左端與天然粘土鋪蓋嵌入80.0m能夠滿足繞滲要求，粘土齒墻向下深入基巖1.0m；其右側(cè)結(jié)合溢洪道基礎(chǔ)處理做帷幕灌漿。第四章泄水建筑物設(shè)計一、溢洪道平面位置的確定經(jīng)前面樞紐布置比較，選定右岸溢洪道布置方案。在壩軸線確定以后，考慮到溢洪道縱軸線與壩軸線交角大小對溢洪道工程量及進、出口的水流條件有較大影響，考慮盡量使溢洪道靠近河邊并平行河道以使工程量最省，同時結(jié)合地質(zhì)條件考慮溢洪道基礎(chǔ)全部座落在弱風(fēng)化花崗巖體上，經(jīng)幾次調(diào)整并結(jié)合水工模型試驗，確定溢洪道與堆石壩軸線的法線交角10°，與壩軸線樁號0+978.10相交。從進、出口水流條件看均能滿足要求，溢洪道左邊墻都座落在花崗巖弱風(fēng)化層上二、溢洪道布置溢洪道布置在右岸，溢洪道縱軸線與堆石壩法線的夾角為100。（一）進水渠進水渠是水庫與控制段間的連接段，具有進水及調(diào)節(jié)水流的作用。具體布置從三個方面考慮。1、平面布置進水渠在平面上最好按直線布置，且前緣不得有阻礙進流的山頭或建筑物，以便水流均勻平順入渠。受地形、地質(zhì)條件及上游河勢的影響需設(shè)置彎道時，彎道軸線的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于4倍渠底寬度。彎道與控制段之間應(yīng)布置一直線段過渡。2、橫斷面布置進水渠一般按梯形斷面布置，在控制段前過渡為矩形斷面。進水渠應(yīng)有足夠的斷面尺寸。對于壩肩旁的引渠，可取引渠入口處的流速=1.5m/s左右。3、縱斷面布置進水渠的縱斷面應(yīng)布置成平坡或不大的反坡。當控制段采用實用堰時，堰前渠底高程宜比控制段堰頂高程低0.5Hs（Hs為堰面設(shè)計水頭），以保持良好的入流條件和增大堰的流量系數(shù)。本設(shè)計進水渠采用半徑為120m的圓弧彎道，進口右側(cè)直立翼墻與進水渠采用長30m扭曲面連接，進口左側(cè)邊墻為橢圓形，橢圓曲線長短軸之比一般為a/b=1.5，初擬b=16m，則a=24m，后接6m直線段過渡。（二）控制段1、堰型選擇溢流堰通常選用寬頂堰、實用堰，有時也用駝峰堰。寬頂堰結(jié)構(gòu)計算簡單，施工方便，水流條件穩(wěn)定，但流量系數(shù)小。實用堰流量系數(shù)比寬頂堰大，泄水能力強，但施工相對復(fù)雜，在大、中型工程中，特別是在泄洪流量較大的情況下，采用這種堰型。本設(shè)計綜合以上優(yōu)缺點采用WES實用堰。2、工作閘門的選擇平板閘門：優(yōu)點：可封閉相當大面積的孔口；門葉可移出孔口，便于檢修維護；門葉可沿高度分成數(shù)段，便于在工地組裝；對移動式啟閉機的適應(yīng)性較好。缺點：需要較高的機架橋和較厚的機墩；具有影響水流的門槽，對高水頭閘門特別不利，容易引起空蝕現(xiàn)象；弧形閘門：優(yōu)點：可封閉相當大面積的孔口；所需機架橋的高度和閘墩的厚度較小，沒有影響水流流態(tài)的門槽；所需啟閉力較小，且摩擦阻力對啟閉力的影響較?。宦窦臄?shù)量較少。缺點：需要較長的閘墩；門葉所占據(jù)的空間位置較大；不能提出孔口之外進行檢修維護，不能在孔口之間互換；門葉承受的總水壓力集中于支鉸處。綜合以上優(yōu)缺點，本設(shè)計采用弧形閘門。工作閘門頂高程H：閘門高h=285.2-276=9.2m閘門安裝高程閘門弧形半徑工作門為弧形閘門，采用液壓式啟閉機；檢修門為平板鋼閘門，門式啟閉機，墩頂設(shè)7.0m寬交通橋。邊墩采用流線形，，頂寬0.8m，墩頂高程291.10m；閘墩頂端伸出上游壁面，頭部平面形狀為半圓形，；中墩為縫墩，總寬為2.5m。（三）泄槽段泄水經(jīng)溢流堰后，多用泄水槽與消能防沖設(shè)施連接。1、泄槽的平面布置泄槽在平面上應(yīng)盡量按直線、等寬和對稱布置。當泄槽較長，為減少開挖，可在泄槽的前端設(shè)收縮段，末端設(shè)擴散段，但必須嚴格控制。為了適應(yīng)地形地質(zhì)條件，減少工程量，泄槽軸線可設(shè)彎道。當泄槽的邊墻向內(nèi)收縮時，使槽內(nèi)水流產(chǎn)生陡沖擊波，波高取決于偏轉(zhuǎn)角；當邊墻向外擴散時，水流產(chǎn)生緩沖擊波，取決于擴散角。一般不宜大于6-8°，泄槽在平面上必須設(shè)彎道時，彎道應(yīng)設(shè)置在流速較小，水流平穩(wěn)，底坡較緩，且無變化的部位。轉(zhuǎn)彎時，采用較大的轉(zhuǎn)彎半徑及適宜的轉(zhuǎn)角。2、泄槽的縱剖面布置泄槽縱剖面設(shè)計主要是選擇適宜的縱坡，泄槽縱坡以一次坡的水力條件最佳，對于長度較短的泄槽，宜采用單一的縱坡。為了保證不在泄槽上產(chǎn)生水躍，縱坡不宜太緩，太陡的縱坡對泄槽的底板和邊墻的自身穩(wěn)定不利。因此必須大于水流的臨界坡。常用縱坡為1%-15%，本設(shè)計取為8.5%。3、泄槽的橫斷面布置泄槽的橫斷面應(yīng)盡可能按矩形布置，并進行襯砌。因為這種斷面的流態(tài)較好，特別是消能設(shè)施采用底流消能時，能保證較好的消能效果。4、泄槽的構(gòu)造（1）襯砌為了保護槽基不受沖刷和風(fēng)化，泄槽一般都要進行襯砌。一般采用混凝土襯砌。襯砌的厚度主要是根據(jù)工程規(guī)模，流速的大小和地質(zhì)條件決定。在工程應(yīng)用中主要采用工程類比法確定，一般取0.4-0.5m左右，不應(yīng)小于0.3m。本設(shè)計取0.5m。（2）襯砌的分縫、止水和排水為了控制溫度裂隙的發(fā)生，需要在縱、橫方向上分縫，并與堰體及邊墻貫通。巖基上的混凝土襯砌，由于基巖對襯砌的約束力大，分縫的間距不宜太大，一般采用10-15m。襯砌的接縫有平接、搭接和鍵槽等多種型式，本設(shè)計采用為防止高速水流通過縫口鉆入襯砌底面，將襯砌掀動，所有的伸縮縫都應(yīng)布置止水。襯砌的排水設(shè)施，一般在縱、橫伸縮縫下面布置，并且縱、橫貫通，將滲水匯集到縱向排水管內(nèi)排往下游。（四）消能防沖設(shè)施溢洪道泄洪，一般是單寬流量大，流速高，能量集中，如果消能設(shè)施考慮不當，下游河床和岸坡就會遭受沖刷，甚至?xí)＜耙绾榈赖陌踩?。河岸溢洪道的消能設(shè)施一般采用挑流消能或底流消能，當?shù)匦蔚刭|(zhì)條件允許時，優(yōu)先考慮挑流消能，以節(jié)省這部分的工程投資。由于本設(shè)計巖石完整性較好，決定采用挑流消能方式。（五）出水渠出水渠的作用是使溢洪道下泄的洪水順暢地流入下游河床。當消能防沖設(shè)施直接與河床連接時，可不另設(shè)出水渠。出水渠的布置優(yōu)先考慮利用天然溝谷，并采用必要的工程設(shè)施，使投資最少，同時保證出流平順。三、控制段的具體的布置已經(jīng)初步選定采用WES型實用堰，并且堰頂高程為276.00m，堰寬24m。（一）定型設(shè)計水頭的選擇在堰頂水頭不變的情況下，愈小，流量系數(shù)愈大。對于高堰，其中Hmax=校核水位-堰頂高程=288.67-276=12.67m因此，。（二）實用堰的高度選擇堰高對流量系數(shù)有較大的影響，在確定Hd時，P1愈小，則m愈小。為獲得較大的流量系數(shù)m，一般要求P1應(yīng)大于0.3Hd，查水工建筑物課本表6-1，可得m=0.476。下游堰高P2≥0.6Hd，本設(shè)計取P2=0.4Hd。即P1=5m,P2=7m。四、消能防沖設(shè)施的具體布置（一）消能方式本設(shè)計采用挑流消能方式。它是利用下游反弧段的鼻坎，將下泄的高速水流挑射拋向空中，拋射水流在摻入大量空氣時消耗部分能量，然后落到距壩址較遠的下游河床水墊中產(chǎn)生強烈的漩滾，并沖刷河床形成沖坑，隨著沖坑的逐漸加深，大量能量消耗在水流漩滾的摩擦之中，沖坑也逐漸趨于穩(wěn)定。（二）挑流設(shè)計主要包括選擇合適的鼻坎型式，鼻坎高程和挑射角度，反弧半徑，鼻坎構(gòu)造和尺寸；計算挑射距離和最大沖坑深度。（三）挑流鼻坎的型式有連續(xù)式和差動式兩種。連續(xù)式挑流鼻坎構(gòu)造簡單，射程較遠，水流平順，不易產(chǎn)生空蝕，經(jīng)濟安全。差動式挑流鼻坎消能效果比連續(xù)式好，但易產(chǎn)生負壓，產(chǎn)生空蝕破壞。本設(shè)計采用連續(xù)式挑流鼻坎。挑射角度，一般情況下取，本設(shè)計取300，反弧半徑定為30m。鼻坎高程應(yīng)高于下游水位0.3-0.6m，本設(shè)計鼻坎高程定位267.1m，混凝土底高程為259.00m。邊墻采用貼壁式擋土墻，溢洪道基礎(chǔ)坐落于弱風(fēng)化花崗巖上。五、泄槽段的具體布置（一）泄槽長度的確定得泄槽長度是50m。（二）水面線計算及邊墻高度的確定起始段面水深h1按下式計算：式中：q——起始計算斷面單寬流量，m3/(s·m)；H0——起始計算斷面渠底以上總水頭，m；θ——泄槽底坡坡角；φ——起始計算斷面流速系數(shù)，取0.95。對于矩形斷面泄槽的臨界水深為：hk=式中：q—泄槽的單寬流量，m3/s·m；α—動能修正系數(shù)，可近似地取為1；g—重力加速度，取9.8m/s2設(shè)計情況下：計算得試算得由于h1<hk，因此計算時取用h1=4.6m。校核情況下：計算得試算得因此計算時仍取用h1=5.3m。陡坡水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計算泄槽水面線，計算公式如下：式中：—分段長度，m；h1、h2—分段始、末斷面水深，m；v1、v2—分段始、末斷面平均流速，m3/s；α1、α2—流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；θ—泄槽底坡角度，°；i—泄槽底坡，i＝tgθ=0.085；—分段內(nèi)平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系數(shù)；取0.014；—分段平均流速，＝（v1+v2）/2，m/s；—分段平均水力半徑，＝（R1+R2）/2,m；設(shè)計水位時水面線計算情況列于表4-1。校核水位時水面線計算情況列于表4-2。表4-1設(shè)計水位時水面線計算情況表h(m)4.64.23.8A(m2)131.6118.4105.6x(m)33.232.431.6R(m)3.963.653.34c(m0.5/s)89.888.687.3v(m/s)16.117.820.0(m)13.2316.1720.41Es（m）17.8320.3724.21△ES(m)2.543.84(m/s)16.9518.9(m)3.813.50(m0.5/s)89.288.00.009460.013180.075540.07182△l(m)33.6253.47∑△l(m)33.6287.09h摻(m)5.495.104.71表4-2校核水位時水面線計算表h(m)5.34.94.54.1A(m2)155.3141.6128.3115.2x(m)34.633.83332.2R