平山水利樞紐水工課程設(shè)計(jì)使用版范文

年4月19日平山水利樞紐水工課程設(shè)計(jì)使用版文檔僅供參考平山水利樞紐設(shè)計(jì)1、綜述1.1設(shè)計(jì)基本資料1.1.1工程概況平山水庫位于湖北某縣平山河中游，該河系睦水(長江的支流)的主要支流，全長28km，流域面積556m2，壩址控制面積491km2，平山河是山區(qū)性河流，河床比降為0.3%1.1.2樞紐任務(wù)該樞紐以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪，航運(yùn)養(yǎng)殖，給水等進(jìn)行開發(fā)1.1.3地形地質(zhì)平山河流域都是丘陵及山區(qū)，河谷山坡陡竣，坡度約為60~70，地勢(shì)高差為80~120m河床一般約為400m，河道彎曲，壩址處成靠壩址上游是泥盆紀(jì)五通砂巖，壩址下游是二迭紀(jì)石灰?guī)r，壩軸線位于五通砂巖上。在平山咀以南石灰?guī)r沙巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，走向近東西，傾向大致北西，在壩軸線左岸的五通砂巖特別破碎，產(chǎn)狀零亂，兩岸巖石破碎，巖石的隱裂隙很發(fā)育。巖石的滲水率很小，兩岸多為0.001~0.010升／分，壩址處沿壩軸線是1.5~5.0m厚的覆蓋層，k=1×10-4cm/s，γ?。?0.0kN/m3，=351.1.4水文氣象暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1380m多年平均流量13.3m3/s，多年平均來水量4.22億m3，多年平均最大風(fēng)速10m/s，水庫吹程8km，多年平均降雨天數(shù)48天/年，庫區(qū)氣候溫和。1.1.5其它壩頂設(shè)有公路，樞紐工程的對(duì)外交通有水路、公路、鐵路。壩區(qū)地震為5~6度，可不考慮。1.2設(shè)計(jì)基本參數(shù)1.2.1水庫規(guī)化成果（1）正常高水位113（2）設(shè)計(jì)洪水位113.1m（百年一遇）（3）校核洪水位113.5m（千年一遇）（4）死水位105.0m（發(fā)電極限工作深度8m）（5）灌既最低庫水位104.0m（6）水庫總庫容2.0億m3（7）水庫有效庫容1.15億m3；（8）發(fā)電調(diào)節(jié)保證流量Qp=7.35m3/s，相應(yīng)下游水位63.（9）發(fā)電最大引用流量Q＝28m3/s，相應(yīng)下游水位68.65m（10）經(jīng)過調(diào)洪演算，溢洪道下泄流量Q1%=840m3/s，相應(yīng)下游水位72（11）校核情況下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340m3/s，相應(yīng)下游水位74（12）水庫淤積高程85.00m1.2.2樞紐各建筑物設(shè)計(jì)條件（1）土壩，沿壩軸線布置；（2）溢洪道，堰項(xiàng)高程107.（3）水電站，裝機(jī)容量9000KW，機(jī)組臺(tái)數(shù)3臺(tái)，廠房尺寸30.09.0m2，引水隧洞直徑3.50m，尾水管底板高程62.（4）放空建筑物可利用導(dǎo)流隧洞，導(dǎo)流隧洞底部高70.0m，直徑5.0m，上游土石圍堰頂部高程85.0m，下游土石圍堰項(xiàng)部高程70.0m。1.2.3筑壩材料壩軸線下游1.5~3.5km，土料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量可滿足筑壩要求。砂料在壩軸線上、下游1.0~3.0km的河灘開采，石料可在壩軸線下游左岸的山溝里開采，材料的性質(zhì)及各項(xiàng)指標(biāo)土壤類別干容重(kN/m3)最優(yōu)含水量(%)孔隙率(%)內(nèi)摩擦角粘著力(kN/m2)滲透系數(shù)(cm/s)壤土15.8154224（干）12110-520（濕）粘土15.4254020（干）37110-618（濕）山皮土16.0233933（干）10（干）110-322（濕）7.5（濕）覆蓋層16.0350110-4砂料16.040300110-3堆石18.0333801.2.4基巖允許抗壓強(qiáng)度2MPa，混凝土與巖基摩擦系數(shù)f=0.58?；鶐r的內(nèi)摩擦系數(shù)f=0.7，粘著力C=0.5MP，容重γ=26kN/m3。2、樞紐建筑物選型及樞紐總體布置2.1工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)2.1.1樞紐建筑物組成：根據(jù)樞紐任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：攔河大壩、泄水建筑物、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空建筑物（隧洞）。2.1.2工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)所給資料（發(fā)電、防洪、灌溉面積等）對(duì)照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—）確定工程等別和建筑物級(jí)別。1）各分項(xiàng)等級(jí)：電站裝機(jī)容量9000千瓦，小于10MW，屬Ⅴ等工程，工程規(guī)模為?。?）型；總庫容為2.00億m3，在10～1.0億m3范圍內(nèi)，屬Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型；2）工程等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時(shí)，整個(gè)工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，初估本樞紐工程屬Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型。3）水工建筑物的級(jí)別：根據(jù)永久性水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物，因此本樞紐中的攔河大壩、泄水建筑物、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞均為2級(jí)水工建筑物。永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)（已給定）：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期1；非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期10。2.2樞紐建筑物選型2.2.1壩軸線選擇本設(shè)計(jì)中壩軸線位置已選定，不作考慮。2.2.2樞紐各建筑物的選型（1）擋水建筑物的選型本樞紐位于山區(qū)性河流，考慮重力壩、拱壩、土石壩三種方案，進(jìn)行方案比選。①重力壩方案混凝土重力壩的優(yōu)點(diǎn)比較明顯：如壩身能夠開孔過流，不需要另建泄洪建筑物，導(dǎo)流方便等。但重力壩水泥用量較多，造價(jià)高（相較于拱壩、土石壩）。壩址附近無合適的石料，混凝土骨料不能充分利用當(dāng)?shù)夭牧希唤?jīng)濟(jì)。本樞紐壩址處基巖覆蓋層較厚，沿河沙灘及兩岸坡積層發(fā)育，壩軸線左岸的五通砂巖特別破碎，產(chǎn)狀零亂，兩岸巖石破碎，巖石的隱裂隙很發(fā)育。壩基條件較差，增加了壩基處理的成本。故重力壩方案經(jīng)濟(jì)性較差，不宜采用。②拱壩方案拱壩體型較薄，大大減少混凝土方量，節(jié)省造價(jià)。但拱壩是一個(gè)高次超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)地形有較高要求。建造拱壩理想的地形條件應(yīng)是左右兩岸對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。理想的地質(zhì)條件是基巖均勻單一、完整穩(wěn)定、強(qiáng)度高、剛度大、透水性小和耐風(fēng)化等。該樞紐河道較彎曲，特別壩址處處顯著呈S形，兩岸山體呈馬鞍形，沒有厚實(shí)的巖體作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對(duì)平緩，峽谷不對(duì)稱，下游河床開闊，無建拱壩的有利地形。且兩岸巖石破碎，巖石的隱裂隙很發(fā)育，基巖地質(zhì)條件較差，不適宜修建拱壩。③土石壩方案相較于以上兩種方案，土石壩方案優(yōu)勢(shì)很明顯。土石壩適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都能夠修建，建基面覆蓋層可不必挖去，節(jié)省成本。且土石壩施工技術(shù)簡(jiǎn)單，可實(shí)行機(jī)械化施工，縮短工期。壩軸線下游1.5~3.5km，土料儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量可滿足筑壩要求，避免了長途運(yùn)輸，因此土石壩造價(jià)相對(duì)較低。因此采用土石壩方案。（2）泄水建筑物型式的選擇對(duì)土石壩，泄水建筑物可考慮岸邊溢洪道和水工隧洞。本樞紐壩趾下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，極適宜修建岸邊溢洪道泄洪，可大大減少開挖量，降低造價(jià)。岸邊溢洪道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，且超泄能力強(qiáng)，適用于各種水頭和流量。故本設(shè)計(jì)泄水建筑物采用岸邊溢洪道。（3）水電站建筑物土石壩不宜采用壩式水電站，而宜采用引水式發(fā)電，因此這里用單元供水式引水發(fā)電。（4）放空建筑物施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞，均采用有壓式。為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.00m，洞直徑為3.50m。2.3樞紐總體布置擋水建筑物（土石壩）：位于主河床，布置呈直線泄水建筑物（溢洪道）：布置在大壩右岸的天然埡口處。水電站建筑物：引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸（凸岸），在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊。放空建筑物：待定布置在左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制地形地質(zhì)平面圖，見附圖一。3土石壩設(shè)計(jì)3.1選擇土石壩的類型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)，最后決定技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。根據(jù)前述初步分析，這里著重比較土石壩的幾種壩型：均質(zhì)壩、心墻壩和斜墻壩。（1）均質(zhì)壩均質(zhì)壩材料單一，施工簡(jiǎn)單、方便，干擾少。但均質(zhì)壩壩身黏性較大，雨、冬季施工較為不方便，不利于加快進(jìn)度，縮短工期[1]。同時(shí)均質(zhì)壩壩坡較緩，工程量大，需要大量足夠適宜的的土料，該處土料儲(chǔ)量豐富，但多為砂料、山坡土、覆蓋層，不能滲透系數(shù)的要求，故而不考慮均質(zhì)壩。（2）斜墻壩斜墻壩的壩殼能夠超前于防滲體進(jìn)行填筑，而且不受氣候條件限制，也不依賴于地基灌漿施工的進(jìn)度，施工干擾小。但由于抗剪強(qiáng)度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量相對(duì)較大（相比于心墻壩）。斜墻對(duì)壩體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接也比較困難，而本樞紐壩址處左岸岸坡較陡，故不宜選用。（3）心墻壩心墻壩的防滲體位于壩體中央，適應(yīng)變性的條件較好，特別是當(dāng)兩岸壩肩很陡(與本樞紐適應(yīng))時(shí)，較斜墻壩優(yōu)越。其優(yōu)點(diǎn)還有：①心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重經(jīng)過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；②當(dāng)庫水位下降時(shí)，上游透水壩殼中水分迅速排泄，有利于上游壩坡穩(wěn)定，使上游壩坡比均質(zhì)壩或斜墻壩陡；③下游壩殼浸潤線也比較低，下游壩坡也能夠設(shè)計(jì)得比較陡；④在防滲效果相同的情況下，土料用量比斜墻壩少，施工受氣候影響相對(duì)小些；⑤位于壩軸線上的心墻與岸坡及混凝土建筑物連接比較方便。從材料方面來看，用作防滲體的土料可采用壩軸線下游1.5～3.5km的丘陵區(qū)與平原地帶的粘土料，且儲(chǔ)量較多，一般土質(zhì)尚佳，可作筑壩之用。用作透水料的砂土可從壩上、下游0.5～3.5km河灘上開采，儲(chǔ)量很多，可供筑壩使用，而且便于分別從上下游上料，填筑透水壩殼，使施工方便，爭(zhēng)取工期。故本樞紐選擇粘土心墻壩。3.2土石壩的剖面設(shè)計(jì)土石壩的剖面設(shè)計(jì)包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡以及心墻的斷面尺寸。3.2.1壩頂高程壩頂高程分別按設(shè)計(jì)情況和校核情況計(jì)算，取兩者之大者，并預(yù)留一定的沉降值。土壩壩頂高程=水庫靜水位（設(shè)計(jì)水位或校核水位）+壩頂超高d壩頂超高d=風(fēng)吹的雍高e+波浪的爬高h(yuǎn)a+安全加高風(fēng)吹的雍高e=KV2Dcosα式中：K為綜合摩阻系數(shù)，不同研究者所建議的K值有所不同，一般取值范圍為1.5×10-3~5×10-3，計(jì)算時(shí)可取3.6×10-3；V為設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s；D為吹程，km；H為水庫水域的平均水深，m；α為風(fēng)向與壩軸線法線方向的夾角。波浪在壩坡上的爬高h(yuǎn)aha=0.45（2hc式中：2hc為波高，2hcm為土壩上游壩坡坡率，初擬時(shí)可取為3；n為上游糙率，上游擬采用漿砌塊石護(hù)坡，取為0.025。安全加高δ根據(jù)壩的等級(jí)和運(yùn)用情況，按表2-1確定。表3-1安全加高δ的取值（m）壩的級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)4、5級(jí)設(shè)計(jì)1.510.70.5校核山區(qū)、丘陵區(qū)0.70.50.40.3平原、濱海區(qū)1.00.70.50.3該樞紐攔河大壩屬于2級(jí)水工建筑物，安全加高δ分別?。赫＿\(yùn)用情況下1.0m，非常運(yùn)用情況下0.5m。壩頂高程計(jì)算成果見表3-2，壩頂高程由設(shè)計(jì)情況控制，設(shè)計(jì)竣工時(shí)壩頂高程為115.1m。表3-2壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況校核情況上游靜水位m113.1113.5河底高程m68壩前水深Hm43.143.5吹程Dkm8風(fēng)向與壩軸線的夾角（°）45風(fēng)速Vm/s10風(fēng)浪引起雍高em0.00330.0032波高2hm0.5900.590土壩上游壩坡坡率m3上游糙率n0.025波浪沿壩坡爬高h(yuǎn)m0.7680.768安全超高δm10.5壩頂高程m114.87114.77壩頂高程加0.4%沉陷m115.06114.96注：由于設(shè)計(jì)資料中未給出風(fēng)向與壩軸線的夾角，擬取45°。3.2.2壩頂寬度土石壩壩頂寬度根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。本樞紐中壩頂設(shè)有公路，可取為10m。3.2.3上下游壩坡對(duì)粘土心墻壩，上下游壩坡一般在1：2~1：4之間選取。而且，一般上游坡比下游坡稍緩；沿壩高一定高度（可取為20~30m）改變一次壩坡，壩坡相差0.25~0.5，且設(shè)置一級(jí)馬道。本設(shè)計(jì)中，最大壩高約為115.1-68=47.1m，故采用三級(jí)變坡。上游考慮在一半壩高附近變坡一次，上部坡率取2.5，下部坡率取3，變坡處設(shè)馬道。下游每隔20m變坡一次，變坡處設(shè)馬道，坡率自下而上依次為2.75、2.5、2.0。3.2.4心墻的斷面尺寸本土石壩的防滲體為粘土心墻。（1）位置粘土心墻位于土石壩斷面的中心線，心墻底部設(shè)置齒墻。（2）心墻斷面尺寸頂寬：心墻頂部的水平寬度應(yīng)滿足用施工機(jī)械碾壓的要求，一般不小于3m。本設(shè)計(jì)中可取為4m。兩側(cè)坡度：粘土心墻，其上、下游坡度一般為1：0.15~1:0.3?？扇?:0.25。頂部高程：防滲體頂部在水庫靜水位以上應(yīng)有超高，以防漫頂。在正常運(yùn)用情況下，心墻頂超高采用0.3~0.6m；非常運(yùn)用情況下，防滲體頂應(yīng)不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。此處超高可取為0.5m，心墻頂部高程為113.10+0.50=113.60m。心墻厚度：心墻的底部寬度首先應(yīng)滿足防滲要求。粘土的允許滲透坡降[J]為6~8,上下游最大作用水頭為△H=113.50-68=45.50m，故墻厚應(yīng)為T≥△H/[J]=5.69~7.58。本設(shè)計(jì)中心墻底部寬度為4+2×（113.60-68）×0.25=26.75m，滿足上述要求。圖3-1土石壩剖面初步設(shè)計(jì)土石壩剖面設(shè)計(jì)成果詳見附圖二：土石壩剖面圖。3.3土石壩的構(gòu)造設(shè)計(jì)3.3.1防滲體粘土心墻的頂部應(yīng)有保護(hù)層，防止冰凍和機(jī)械破壞，其厚度一般為1.5~2.5m。防滲體與壩殼上游連接處應(yīng)設(shè)置過濾層，以緩和不同土料之間的沉陷差和減緩滲流的破壞作用；下游連接處應(yīng)設(shè)置反濾層，反濾截留隨滲流帶出的細(xì)小顆粒，可促使粘土心墻裂縫的自愈。本設(shè)計(jì)中保護(hù)層厚度達(dá)115.1-113.6=1.5m，滿足要求，具體設(shè)計(jì)見壩頂部構(gòu)造。3.3.2壩體排水（1）排水設(shè)施選型常見的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水、以及綜合式排水。1）貼坡排水：不能降低浸潤線，多用于浸潤線很低和下游無水的情況，故不選用。2）棱體排水：可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)下游壩腳不受尾水沖刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，且易于檢修，是效果較好的一種排水型式。3）壩內(nèi)排水：其中褥墊排水對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修，當(dāng)下游水位高過排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤線的效果將顯著降低；網(wǎng)狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。壩址附近有豐富的石料可開采，且石料質(zhì)地堅(jiān)硬，能夠利用，做堆石料棱體排水。綜合以上分析選擇堆石棱體排水方式。（2）堆石棱體排水尺寸堆石棱體內(nèi)坡取1：1.5，外坡取1：2.0，頂寬2.0m。棱體頂部高程須高出下游最高水位，且有一定超高。對(duì)1、2級(jí)壩，超高不小于1.0m。校核情況下，上游水位113.5m，相應(yīng)下游最高洪水位74.30m。超高取1.2m，因此頂部高程為74.30+1.2=75.50m。3.3.3反濾層設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料，考慮安全系數(shù)為1.5~2.0，按太沙基準(zhǔn)則確定，即D15/d85≤4D15/d15式中：D15為反濾料粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%；d85為被保護(hù)土粒徑小于該粒徑的土占總重的85%；d15為選擇第二層反濾料時(shí)采用與以上相同的準(zhǔn)則，只是應(yīng)以第一層反濾料作為被保護(hù)土，其余類推。按此標(biāo)準(zhǔn)，天然砂礫料一般不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。（2）設(shè)計(jì)結(jié)果由于設(shè)計(jì)資料中未提供各土、砂、石料的顆粒級(jí)配情況，無法用計(jì)算的方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計(jì)，只能參考相關(guān)規(guī)范和以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。初步擬定結(jié)果如下：1）防滲體周邊部位第一層：d50=0.45mm，厚20cm；第二層：d50=2.0mm，厚202）排水部位第一層：d50=30mm，厚20cm；第二層：d50=90mm，厚40壩頂及心墻反濾層，棱體排水及反濾層詳圖見圖紙。3.3.4馬道、護(hù)坡、壩面排水設(shè)計(jì)（1）馬道設(shè)置馬道有利壩坡穩(wěn)定，便于觀測(cè)和檢修、設(shè)置排水設(shè)備，也可作為交通之用，考慮這些因素其寬度取2.0m。（2）護(hù)坡設(shè)計(jì)上游壩坡采用較常見的漿砌塊石護(hù)坡，因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為40cm，下部設(shè)厚度均為20cm的碎石和粗砂墊層。下游壩面直接鋪上40cm的碎石作為護(hù)坡。（3）壩面排水設(shè)計(jì)①布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝。縱向排水溝（與壩軸線平行）設(shè)在各級(jí)馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m設(shè)置1條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩趾排水溝?？v橫向排水溝互相連通，橫向排水溝之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩端傾斜，坡度取0.2%，以便將雨水排向橫向排水溝。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)置排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。②排水溝尺寸及材料尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，因此無法用計(jì)算的方法確定斷面尺寸，根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn)，排水溝寬度及深度一般采用20～40cm，本設(shè)計(jì)取30cm。材料：排水溝一般采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。3.3.5壩頂布置壩頂高程高出心墻頂部1.5m，可做心墻保護(hù)層。分為兩層，上層碎石厚度為50cm，下3.9滲流穩(wěn)定計(jì)算3.9.1計(jì)算方法及計(jì)算假定選擇水力學(xué)方法求解土石壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-2所示：圖3-2有限深透水地基心墻土壩滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)按有限深透水地基上的心墻土壩計(jì)算：可將心墻化為等厚δ的矩形，δ=δ由于心墻的滲透系數(shù)kc<<壩體k，故可認(rèn)為上游浸潤線水平(與庫水位同高)q=q=k式中δ—心墻平均厚度L0k1k—壩體的滲透系數(shù)k0h—心墻下游邊線處的浸潤線高度H1H2T—透水地基厚度聯(lián)立兩方程，即可求得q、h：h=其中，A=kB=C=壩體下游浸潤線方程為：y=3.9.2計(jì)算斷面及計(jì)算工況本設(shè)計(jì)僅對(duì)河槽處最大壩高斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。假設(shè)地基為不透水地基。按規(guī)范規(guī)定，滲流計(jì)算一般應(yīng)計(jì)算四種工況。一上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位；

二上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；三上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；

四庫水位降落時(shí)對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況；本設(shè)計(jì)僅計(jì)算一種工況：上游設(shè)計(jì)洪水位+下游相應(yīng)水位。3.9.3計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果H1=113.10-68.00=45.10H2=72.65-68.00=4.65δ=δ1+δ22=（4+26.L0=5+7.1×2+2+20×2.5+2+12.5×2.75-（7.5-4.65）×1.5-15.375/2=106.6125根據(jù)設(shè)計(jì)資料，k0取1×10-6m/s，k1取1×10-8m/s，k取1×10-5計(jì)算結(jié)果見表3-3：表3-3滲流計(jì)算成果表計(jì)算工況HHδLTkkkhqmmmmmm/sm/sm/sm1×10-7m3/(s?m)設(shè)計(jì)工況45.14.6515.375106.611.51×10-61×10-81×10-55.996.879總滲流量Q=mLq，從地形地質(zhì)平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長L=400m，式中m是考慮到壩寬、壩厚、滲流量沿壩軸線的不均勻性而加的折減系數(shù)，取m=0.8。Q=0.8×400×6.879×10-7=2.20×10-4m3/s壩體浸潤線方程：y=h2-（h3.10壩坡穩(wěn)定計(jì)算3.10.1滑動(dòng)面選擇心墻壩的下游壩坡擬采用山皮土料，其內(nèi)摩擦角=33°，粘聚力c=10kN/m2，為粘性土。穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法，首先須確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧位置。本次設(shè)計(jì)只做一個(gè)滑動(dòng)面的穩(wěn)定計(jì)算（滑動(dòng)面的起點(diǎn)在壩頂、與心墻相交、與壩基接近或切入壩基、端點(diǎn)在壩坡腳附近、圓弧半徑盡量選擇為整數(shù)），滑動(dòng)面如圖3-3所示：圖3-3壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖3.10.2計(jì)算工況選擇本設(shè)計(jì)只計(jì)算一種工況：上游設(shè)計(jì)洪水位+下游相應(yīng)水位。3.10.3計(jì)算過程及成果圓弧半徑為R=230m，對(duì)滑動(dòng)面上土體進(jìn)行分條編號(hào)：b=0.1R=23m，從圓心作垂線為0號(hào)土條的中心線，向上依次為1，2，3，…；向下依次為-1，-2，…。為簡(jiǎn)化分析，現(xiàn)只考慮自重荷載。對(duì)如圖4—4，所示的壩坡，以i土條為例，其自重Wi=γibHi，式中Hi為土條高度，b為土條寬度，式中αi為土條底部中點(diǎn)所在半徑與鉛直線的夾角，φi是土條在滑動(dòng)面處的內(nèi)摩擦角?；i長度上的凝聚力cil在滑動(dòng)面上總滑動(dòng)力為Wisinαi，總抗滑力為WicosαitanφK=由于壩體中滲流量q很小，因此不考慮孔隙水壓力。計(jì)算結(jié)果如表3-4所示：表3-4壩坡穩(wěn)定計(jì)算表瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況：設(shè)計(jì)洪水位圓弧半徑：230m土條寬度：23m滑坡位置：下游坡土條編號(hào)wαsinαcosαwicoswicosαiwisinllkN°kNkNkNmkN1224.998930.05230.9986224.690890.781111.769623.0500172.875021984.300490.15640.98771959.8951791.8498310.256923.3000174.750033547.3226150.25870.96603426.57232225.2447917.659923.8500238.500043823.8112210.35820.93363570.08992318.44621369.668024.6500246.500053411.1920270.45380.89113039.76421974.04831547.922625.9000259.000061708.1120340.55890.82921416.3763919.8066954.738127.7600277.6000∑13637.38868320.17685112.01511369.2250K=3.10.4穩(wěn)定分析《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)如表3-5所示：表3-5壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)運(yùn)用條件工程等級(jí)1234、5正常運(yùn)用條件1.301.251.201.15非常運(yùn)用條件一1.201.151.101.05非常運(yùn)用條件二1.101.051.051.00本設(shè)計(jì)中K=1.895>[K]=1.25,安全系數(shù)滿足要求。壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，可是鑒于各種因素考慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡。3.11地基處理及壩體與地基、岸坡的連接3.11.1地基處理（1）河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，巖石的滲水率很小，多為0.001~0.010升/分，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。（2）右岸河灘：覆蓋層和坡積層相對(duì)較厚，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿，同時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，加固地基。（3）左岸山體：五通砂巖特別破碎，產(chǎn)狀零亂，可采取適當(dāng)挖除的措施。3.11.2壩體與地基的連接（1）主河槽部位：基巖透水率很小，能達(dá)到滲流控制的要求，采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。（2）右岸河灘：坡積層、覆蓋層較發(fā)育，巖層十分破碎，隱裂隙發(fā)育，故采用截水槽的方式與基巖相連。3.11.3壩體與岸坡的連接左壩肩到左灘地，坡積層、風(fēng)化層需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻與岸坡相連接，岸坡較陡，開挖時(shí)基本與基巖大致平行。4正槽式溢洪道設(shè)計(jì)4.1溢洪道的位置選擇主要考慮：地形、地質(zhì)條件，樞紐總體布置等因素。（1）地形條件應(yīng)將溢洪道盡量布置在與水庫正常蓄水位高程相近的馬鞍形埡口上。這樣溢洪道與壩分開，有利于壩的安全；利用埡口，有利于減少開挖工程量。本工程正好有一個(gè)符合上述條件的埡口，故在此處進(jìn)行溢洪道布置。（2）地質(zhì)條件應(yīng)將溢洪道盡量修建在巖基上，并力求溢洪道兩岸山坡穩(wěn)定。本工程埡口處覆蓋層較薄，地質(zhì)條件較好，兩岸山體整體穩(wěn)定，符合上述要求。（3）樞紐總體布置應(yīng)考慮與樞紐各建筑物在總體布置上的協(xié)調(diào)。入流、出流對(duì)樞紐其它建筑物的干擾。一般來講，溢洪道的水流入口應(yīng)位于水流流暢處，并與土石壩保持一定的距離，避免橫向水流對(duì)土石壩壩坡的沖刷影響；溢洪道的水流出口處，應(yīng)與壩腳或下游其它建筑物保持一定的距離，避免水流沖刷以及水流波動(dòng)的影響。4.2溢洪道線路選擇河岸溢洪道主要有正槽式、側(cè)槽式、豎井式、虹吸式等。綜合考慮各條件因素，本設(shè)計(jì)采用開敞式正槽溢洪道。4.3溢洪道的孔口尺寸確定4.3.1堰型選擇溢洪道溢流堰可采用WES型實(shí)用堰，也可采用寬頂堰。本工程擬采用WES型實(shí)用堰。4.3.2堰頂高程根據(jù)設(shè)計(jì)資料給出，堰頂高程為107.5m。堰厚p擬取8m。4.3.3溢流前緣寬度L：分別按設(shè)計(jì)情況和校核情況進(jìn)行估算。L=Q/qq為單寬流量q=mm為流量系數(shù)，在設(shè)計(jì)水頭下取為0.502；H0為計(jì)算結(jié)果如表4-1表4-1溢流前緣寬度計(jì)算計(jì)算情況上游水位泄量堰上水頭流量系數(shù)單寬流量溢流前緣寬度(m)Q(m3/s)H0(m)mm(m2/s)L(m)設(shè)計(jì)情況113.18405.60.50229.4528.52校核情況113.513406.00.50232.6641.02由此可計(jì)算得溢流前緣寬度為41.02m。4.3.4單孔寬度b的確定孔數(shù)n取為整數(shù)。b=L/n。b應(yīng)為整數(shù)。選擇5孔，則單孔寬為8.204m，取單孔寬為9m。4.3.5閘門可采用弧形閘門或平板閘門。本設(shè)計(jì)中選用平板閘門。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95》，閘門尺寸取為9m×6.5m（寬×高），寬高比為9/6.5=1.38，滿足按規(guī)范規(guī)定的露頂式閘門寬高比（1.0～1.5）。4.3.6閘墩根據(jù)溢流堰的構(gòu)造要求，閘室中墩寬度取為2.5m，中墩分縫，邊墩寬度取為3m，由此計(jì)算可得溢流堰寬B：B=4.4溢洪道泄槽設(shè)計(jì)4.4.1泄槽的平面布置泄槽在平面布置上，沿水流方向呈直線、等寬、對(duì)稱布置，這樣可使水流平順、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。避免彎道或斷面尺寸的變化，以防止高速泄流引起的波動(dòng)、摻氣、空蝕等現(xiàn)象。4.4.2泄槽的縱斷面底坡泄槽縱斷面的布置與地形、地質(zhì)條件關(guān)系密切。泄槽底坡盡可能采用單一的坡度，一坡到底，且滿足i＞由地形地質(zhì)平面圖上量得堰頂?shù)较掠?4.30m高程處的水平距離為120m，高差為33.20m，故從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線，直線的斜率大約等于0.25。為減少挖方，初步擬定泄槽坡率i=1/4。泄槽襯砌初擬選用石灰漿砌塊石水泥漿勾縫型式，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，漿砌塊石糙率一般為0.025。取α=1.0，近似計(jì)算臨界水深h故其臨界底坡：ii4.4.3泄槽的斷面尺寸溢洪道處于巖基，可采用矩形或接近矩形的斷面，使流量和流速分布都比較均勻，對(duì)下游消能有利。本設(shè)計(jì)采用矩形斷面寬b=90m，長L約為1+424.4.4邊墻高度的確定邊墻的高度采用推求水面線的方法確定。泄槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，計(jì)算公式如下：△lJ式中，△l1-2h1、hv1、vα1、αθ為泄槽底坡的傾角；i為泄槽底坡，i=tanθ；J為分段內(nèi)平均摩阻坡降；n為泄槽槽身糙率系數(shù)，可查相應(yīng)規(guī)范；v為分段平均流速，m/s；R為分段平均水力半徑，R=按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-》，泄槽段起始斷面水深h1小于hkhq為計(jì)算斷面以上單寬流量，m2/s;H0為計(jì)算斷面以上總水頭，HΦ起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95；計(jì)算得到h1=本設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4-1。計(jì)算采用校核洪水情況，按水深進(jìn)行分段，用上述方法計(jì)算泄槽水面線。圖4-1水面線計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算結(jié)果如表4-2所示：斷面hACRvvRnJi-J△LLmm2mmm/sm/smmm1-12.26131.0862.522.09710.2230.0250.024340.225660.002-22.00116.0062.001.87111.55210.8871.9840.0250.029720.220285.755.753-31.80104.4061.601.69512.83512.1931.7830.0250.042980.207026.7312.484-41.6092.8061.201.51614.44013.6371.6060.0250.061830.1881710.3922.875-51.4081.2060.801.33616.50215.4711.4260.0250.093210.1567917.1440.016-61.3075.4060.601.24417.77217.1371.2900.0250.130730.1192714.2554.267-71.2069.6060.401.15219.25318.5121.1980.0250.168290.0817123.8178.078-81.1063.8060.201.06021.00320.1281.1060.0250.221370.0286345.01123.08表4-2水面線計(jì)算成果邊墻頂?shù)母叱蹋焊鶕?jù)上述計(jì)算結(jié)果