土石壩設(shè)計(jì)說明書(平山水利樞紐設(shè)計(jì)計(jì)算說明書)

平山水利樞紐設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（一）基本資料概況平山水庫位于G縣城西南3km處的平山河中游，該河系睦水的主要支流，全長(zhǎng)28km,流域面積為556m2,壩址以上控制流域面積43im2；沿河道有地勢(shì)比較平坦的小平原，地勢(shì)自南向東由高變低。最低高程為62.5m左右；河床比降3%o,河流發(fā)源于蘇塘鄉(xiāng)大源錠子，整個(gè)流域物產(chǎn)豐富，土地肥沃，下游盛產(chǎn)稻麥，上游蘊(yùn)藏著豐富的木材、竹子等土特產(chǎn)。由于平山河為山區(qū)性河流，雨后山洪常給農(nóng)作物和村鎮(zhèn)造成災(zāi)害，另外當(dāng)雨量分布不均時(shí)，又易造成干旱現(xiàn)象，因此有關(guān)部門對(duì)本地區(qū)作了多次勘測(cè)規(guī)劃以開發(fā)這里的水利資源。樞紐任務(wù)樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪、航運(yùn)、養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)初步規(guī)劃，本工程灌溉面積為20萬畝（高程在102m以上），裝機(jī)9000千瓦。防洪方面，由于水庫調(diào)洪作用，使平山河下游不致洪水成災(zāi)，同時(shí)配合下游睦水水利樞紐，對(duì)睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域900m3/s。在航運(yùn)方面，上游庫區(qū)能增加航運(yùn)里程20km,下游可利用發(fā)電尾水等航運(yùn)條件，使平山河下游四季都能筏運(yùn)，并擬建竹木最大過壩能力為25噸的筏道。地形、地質(zhì)概況地形情況：平山河流域多為丘陵地區(qū)，在平山樞紐上游均為大山區(qū)，河谷山勢(shì)陡峭，河谷邊坡一般為60°?70°，地勢(shì)高差都在80?120m,河谷沖溝切割很深，山脈走向大約為東西方向，基巖出露很好，河床一般為100m左右，河道彎曲很厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S形，沿河沙灘及坡積層發(fā)育，尤以壩址下游段的平山咀下游一帶及壩下陳家上游一帶更為發(fā)育，其它地方則很少，在壩軸下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，其覆蓋物較厚，基巖產(chǎn)狀凌亂。地質(zhì)情況：靠上游有泥盤五通砂巖，靠下游為二疊紀(jì)灰?guī)r，幾條壩軸線皆落在五通砂巖上面。地質(zhì)構(gòu)造特征有：在平山咀以南，即石灰?guī)r與砂巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其走向近東西，傾向大致向北西，在第一壩軸線左肩的為五通砂巖，特別破碎，在100多米范圍內(nèi)就有三、四處小斷層，產(chǎn)狀凌亂，壩區(qū)右岸破碎深達(dá)60m的鉆孔巖芯獲得率僅為20%，可見巖石裂隙十分發(fā)育。巖石的滲水率都很小，右岸一般為0.001?0.01，個(gè)別達(dá)到0.07?0.08，而左岸多為0.001?0.01。壩區(qū)下游石灰?guī)r中，發(fā)現(xiàn)兩處溶洞，平山咀大溶洞，前者對(duì)大壩及庫區(qū)均無影響，但后者朝南東方向延伸的話，則可能通向庫壁，待將來蓄水后，庫水有可能順著溶洞漏到庫外，此外，目前在加緊地質(zhì)勘探工作，以便得出明確的結(jié)論和提出處理意見。壩址覆蓋層沿壩軸線厚達(dá)1.5?5.0m,K=1X10-4cm/s，浮容重V浮=10.7KN/m3，內(nèi)摩擦角（p=35°。水文、氣象1） 水文：由于流域徑流資料缺乏，設(shè)計(jì)年月徑流量及洪水流量不能直接由實(shí)測(cè)徑流分析得到，必須通過降雨徑流間接推求，根據(jù)省水文總站由C城站插補(bǔ)延長(zhǎng)得三天雨量計(jì)算頻率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm,五十年一遇雨量299.9mm,雨洪峰流量Q01%=1860m3/s,Q05%=1550m3/s,Q,%=1480m3/s，多年平均來水量4.55億m3。0.1% 0.5% 1%2） 氣象：多年平均風(fēng)速10m/s,水庫吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，庫區(qū)氣候溫和，年平均氣溫16.9°C，年最高氣溫40.5，年最低氣溫-14.9°C。其它壩頂無交通要求對(duì)外交通情況水路：由B城至溪口為南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，為內(nèi)河航運(yùn)，全長(zhǎng)256公里，可通行3~6噸木船，枯水季只能通行3噸以下船只，水運(yùn)較為困難。公路：附近公路線為AF干道，B城至C城段全長(zhǎng)365Km，晴雨暢通無阻，但目前C城至壩址尚無公路通行。鐵路：D城為樂萬鐵路車站，由B城至D城180Km，至工地有53公里。地震：本地區(qū)為5~6度，設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮。(二)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)工程等級(jí)：根據(jù)規(guī)范自定水庫規(guī)劃資料正常水位：113.10m；最高洪水位(校核)：113.50m；死水位：105.0m(發(fā)電極限工作深度8m)；灌溉最低庫水位：104.0m；總庫容：2.00億m3；水庫有效庫容：1.15億m3；庫容系數(shù)：0.575；發(fā)電調(diào)節(jié)流量Qp=7.35m3/s,相應(yīng)下游水位68.2m；發(fā)電最大引用流量Qmax=28m3/s，相應(yīng)下游水位68.65m；通過設(shè)計(jì)洪水位流量(Q.%)時(shí)，溢洪道最大泄水量Qmax=1340m3/s，相應(yīng)下游最1%高洪水位74.3m。樞紐組成建筑物大壩：布置在1#壩軸線上；溢洪道：堰頂高程為107.50m；水電站：裝機(jī)容量900千瓦，3臺(tái)機(jī)組，廠房尺寸為30X9m2；灌溉：主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.5m，渠道邊坡1：1。水庫放空隧洞：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70.0m，洞直徑為3.5m。筏道：為干筏道，上游坡不陡于1：4,下游坡不陡于1：3,轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)高程115.00m，平臺(tái)尺寸為30X20m2。筑壩材料樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现?，?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.5?3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游1?3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。土料：主要有粘土和壤土，儲(chǔ)量多，質(zhì)量尚佳，可作為筑壩材料，其性能見附表：1；砂土：可從壩上下游0.3~3.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，見附表：2；石料：石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，儲(chǔ)量豐富，性能見附表：3。

附表1土料特性表土壤類別干容重丫c(KN/m3)最優(yōu)含水率(%)孔隙率n(%)內(nèi)摩擦角粘著力c(KPa)滲透系數(shù)k(cm/s)粘土15.4254018°30’371X10-6壤土15.814.541.723°41’121X10-5坡土16.022.539.822° (濕)33° (干)(濕)7.51X10-3附表2砂土特性表土壤類別干容重丫c(KN/m3)孔隙率n(%)內(nèi)摩擦角浮容重Y'(KN/m3)砂土1640.630°10.06附表3石料特性表干容重Y(KN/m3)c率\|7隙n(%孔內(nèi)摩擦角1.83338°三)樞紐布置工程等別及建筑物級(jí)別水庫樞紐建筑物組成根據(jù)水庫樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物主要包括：攔河大壩、水電站建筑物、溢洪道、灌溉渠道、水庫放空隧洞(擬利用導(dǎo)流洞作放空洞)、筏道等。工程規(guī)模根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：各效益指標(biāo)等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為20萬畝即20/15=1.33萬ha,在3.33?0.33萬ha之間，屬III等工程；根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦即9MW,小于10MW，屬V等工程；根據(jù)總庫容為2.00億m3,在10?1.0億m3，屬II等工程。水庫樞紐等別：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，故本水庫樞紐為II等工程。水工建筑物的級(jí)別：根據(jù)水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，11等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞為2級(jí)水工建筑物；次要建筑物筏道為3級(jí)水工建筑物。各組成建筑物的選擇1）擋水建筑物型式的選擇在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。（1）重力壩方案從樞紐布置處地形地質(zhì)平面圖及1#壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質(zhì)頁巖，覆蓋層沿壩軸線厚1.5~5.0m,五通砂巖厚達(dá)30~80m,若建重力壩清基開挖量大，目前C城至壩址尚無鐵路、公路通行，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運(yùn)輸不方便，且不能利用當(dāng)?shù)刂尾牧希市藿ㄖ亓尾唤?jīng)濟(jì)。（2） 拱壩方案修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S形，1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對(duì)平緩，峽谷不對(duì)稱，成不對(duì)稱的“J”型，下游河床開闊，建拱壩的造價(jià)過高，不宜修筑。（3） 土石壩方案土石壩對(duì)地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術(shù)簡(jiǎn)單，可實(shí)行機(jī)械化施工，也能充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧希采w層也不必挖去，因此造價(jià)相對(duì)較低，所以采用土石壩方案。2）泄水建筑物型式的選擇土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，在壩軸線下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量。3）其它建筑型式的選擇（1） 灌溉引水建筑物采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進(jìn)口設(shè)有攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段；洞身采用鋼筋混凝土襯砌；出口段設(shè)有一彎曲段連接渠首，并采用設(shè)置擴(kuò)散段的底流消能方式。主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.5m，渠道邊坡1：1。（2） 水電站建筑物因?yàn)橥潦瘔尾灰瞬捎脡问剿娬荆瞬捎靡桨l(fā)電，所以這里用單元供水式引水發(fā)電。（3） 過壩建筑物主要是筏道，采用干筏道。起運(yùn)平臺(tái)高程115.00m平臺(tái)尺寸為30X20m2上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3。（4） 施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞施工導(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。樞紐總體布置方案的確定擋水建筑物——土石壩（包括副壩在內(nèi)）按直線布置在河彎地段的1#壩址線上，泄水建筑物——溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處；灌溉引水建筑物——引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置；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；施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞布置在右岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制在藍(lán)圖上（地形地質(zhì)平面圖）。（四）土壩設(shè)計(jì)壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素有：1.壩高；2.筑壩材料；3.壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件；4.施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、初期度汛等施工條件；5.樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；6.樞紐的開發(fā)目標(biāo)和運(yùn)行條件；7.土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價(jià)。樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危瑩?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.5?3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游1?3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。1） 土料：主要有粘土和壤土，儲(chǔ)量多，質(zhì)量尚佳，可作為筑壩材料，其性能見附表：1；2） 砂土：可從壩上下游0.3~3.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，見附表：2；3） 石料：石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，儲(chǔ)量豐富，性能見附表：3。從建筑材料上說，均質(zhì)壩、心墻壩、斜墻壩均可。1） 均質(zhì)壩。壩體材料單一，施工工序簡(jiǎn)單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡、及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長(zhǎng)，可簡(jiǎn)化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比用在其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會(huì)減少，工期延長(zhǎng)，故在寒冷及多雨地區(qū)的使用受限制。2） 斜墻壩。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上壩；土質(zhì)斜墻靠在透水壩殼上，如果壩殼沉降大，將使斜墻開裂；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩方便，斜墻與地基接觸應(yīng)力比心墻小，同地基結(jié)合不如心墻壩；斷面較大，特別是上游坡較緩，壩腳伸出較遠(yuǎn)，填筑工程量較心墻大。3） 心墻壩。用作防滲體的土料位于壩下游1.5?3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用；用作透水料的砂土可從壩上下游0.3~3.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，這樣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。心墻壩的優(yōu)點(diǎn)還有：心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(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；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；下游壩殼浸潤(rùn)線也比較低，下游壩坡也可以設(shè)計(jì)得比較陡；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；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。由于土石壩的地基適應(yīng)性強(qiáng)，理論上說，這幾類壩都可以選用，具體考慮到當(dāng)?shù)貎砂兜膲纹螺^陡峭，因此選用較能夠適應(yīng)陡峭壩坡地形的心墻壩作為首選壩型。壩體剖面設(shè)計(jì)土石壩的剖面設(shè)計(jì)指壩坡、壩頂寬度、壩頂高程。1）壩坡因最大壩高約115.20-65.00=50.20m,故采用三級(jí)變坡。（1） 上游壩坡：從壩頂至壩踵依次為1：3；1：3.5；1：4。（2） 下游壩坡：從壩頂至壩趾依次為1：2.75；1：3；1：3。（3） 馬道：第一級(jí)馬道高程為85.20m,第二級(jí)馬道高程100.20m,馬道寬度取2.0m。

2）壩頂寬度本壩頂無交通要求，對(duì)中低壩B=0.7H，這里H為壩高。故取B=6m。minbb3）壩頂高程壩頂高程等于不同運(yùn)行情況下的水庫靜水位加上超高d之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取較大值：①設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；②校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。最后需預(yù)留一定的壩體沉降量，此處取壩高的0.3%。計(jì)算公式如下：d=h+d=h+e+A，h=0.45hm-1n-0.6， h=0.0166V5/4D1/3，aalle=KV2Dcosa2gH式中：h——波浪在壩坡上的最大爬高，m；ae——最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值，m運(yùn)用情況壩的級(jí)別IIIIIIW、V正常1.51.0運(yùn)用情況壩的級(jí)別IIIIIIW、V正常1.51.00.70.5非常0.3表1-1 安全加高A （單位：m）h——設(shè)計(jì)波高，m；lm——壩坡坡率；n——壩坡護(hù)面糙率，取值為：拋石0.035，干砌塊石0.0275，漿砌石并勾縫0.025瀝青和混凝土0.0155；V——設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s；D 吹程，km；H 水庫水域的平均水深，m；K——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.5?5.0）X10-3之間，計(jì)算時(shí)一般取K=3.6X10-3；a——風(fēng)向與水域中線（或壩軸線的法線）方向的夾角。兩種計(jì)算成果見表1-2。表1-2壩頂高程計(jì)算結(jié)果運(yùn)用情況靜水位（m）波浪爬高R（m）風(fēng)浪引起壩前壅高e（m）安全超咼A（m）計(jì)算壩頂高程Z計(jì)（m）0.3%沉陷(m)竣工時(shí)的壩頂高程Z（m）設(shè)計(jì)情況（正常水位）113.10.68190.20561.0114.98750.34496115.3325較核情況（非常情況）113.50.68190.35630.5115.03820.34511115.3833壩頂高程最后結(jié)果：115.20m。驗(yàn)算：壩頂高程115.20m均大于設(shè)計(jì)洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位113.50m。所以滿足要求。

滲流計(jì)算1）滲流計(jì)算的基本假定（1）心墻采用粘土料，滲透系數(shù)K=110-6c%!，壩殼采用砂土料，滲透系數(shù)K=110-2cm/s，兩者相差104倍，可以把粘土心墻看作相對(duì)不透水層，因此計(jì)算時(shí)可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。下游設(shè)有棱體排水，可近似的假設(shè)浸潤(rùn)線的逸出點(diǎn)為下游水位與堆石棱體內(nèi)坡的交點(diǎn)。下游壩殼的浸潤(rùn)線也較平緩，接近水平，水頭主要在心墻部位損失。（2） 土體中滲流流速不大且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律，即平均流速v等于滲透系數(shù)K與滲透比降i的乘積，v=KXi。（3） 發(fā)生滲流量時(shí)土體孔隙尺寸不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。2）滲流計(jì)算條件滲流計(jì)算應(yīng)考慮如下組合，取其最不利者作為控制條件：1）上游正常高水位，下游相應(yīng)的最低水位；2）上游設(shè)計(jì)或校核洪水水位，分別相應(yīng)的下游水位；3）對(duì)山游壩坡穩(wěn)定最不利的庫水降落后的水位。這里缺乏有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以擬定用如下工況進(jìn)行滲流計(jì)算：設(shè)計(jì)洪水位（取與正常蓄水位）113.10m,相應(yīng)下游的最低水位68.2m；校核洪水位113.50m，相應(yīng)下游的水位68.65m。3）滲流分析的方法采用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流計(jì)算，將壩內(nèi)滲流分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定律和杜平假設(shè)，建立各段的運(yùn)動(dòng)方程式，然后根據(jù)水流的連續(xù)性求解滲透流速、滲透流量和浸潤(rùn)線等。4）計(jì)算斷面及公式本設(shè)計(jì)僅對(duì)河槽處最大斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。假設(shè)地基為不透水地基。y=q=■e 2Lh2-H2y=q=■e 2L5）單寬流量將心墻看作等厚的矩形，則其平均寬度為d= (d+d)= ?(2 14)=8m2122壩軸線到下游壩趾處的寬度：D=163.16m；從圖中還可以計(jì)算出：L=141.85m；已知k= 1 102cm/。已知sTOC\o"1-5"\h\z通過心墻段的單寬流量為q=ke（H1；d ）1 2dk（H2-H2）通過心墻下游壩殼段的單寬流量為q=e丄2 2L具體計(jì)算結(jié)果見表1-3。

表1-3及其下游壩殼單寬流量計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況Z上(m)Z下(m)H1(m)H2(m)d(m)D(m)L(m)q(X10-4m3/(s?m))He(m)正常蓄水位113.1068.200163.16125.051.433.719校核洪水位113.5068.6548.503.658.00163.16125.501.464.1216）總滲流量的計(jì)算從地形地質(zhì)平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長(zhǎng)L=340m，沿整個(gè)壩段的總滲流量

Q=mLq,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Q=0.8創(chuàng)B401.43?10-40.0389cm/m=0.8，正 'sm=0.8，Q=0.8創(chuàng)3401.46?10-4 0.0397cm/校 zs7）浸潤(rùn)線方程1） 正常蓄水位情況下的浸潤(rùn)線方程y=x+H2=0.0286x+10.24?H 3.2m(x未(0,L-H0.3)即(0,123.93)) 2 ev'286x+10.24(x?(123.93,D號(hào))即(123.93,166.16))2校核洪水位情況下的浸潤(rùn)線方程J0.0292x+13.3225?<139x+13.3225E1.3J0.0292x+13.3225?<139x+13.3225E1.3R2H 3.65m(x未(0,L-H0.3)即(0,124.264))2e(x?(124.264,Db)艮卩(124.264,166.16))2壩坡穩(wěn)定計(jì)算（只作下游坡一個(gè)滑弧面的計(jì)算）心墻壩的下游壩坡采用的是砂土，粘聚力c=0,為無粘性土，常形成折線形的滑弧面。見圖所示。圖中所示各物理量之間滿足以下方程：WWW1ctg(jJb)-ctg(q-j])-(1+W1)tg(j3-d)=0

22j?=tgi(tggyk)，j2=tg1(tgj/k)，j3=tg1(tgg)。c c c查設(shè)計(jì)資料砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)j=j=j=30，由于設(shè)計(jì)原始資料中無相關(guān)數(shù)123?14，3j2據(jù)，在此也無法提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故假設(shè)q=24,d=6,b=12,j?14，3j25.15k=2.3>k=1.35（II5.15c cmin從以上分析可知該假想滑動(dòng)面是穩(wěn)定的。防滲體設(shè)計(jì)（這里選用粘土心墻）1）防滲體尺寸土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制滲透比降和滲流量要求，還要便于施工。心墻頂部考慮機(jī)械化施工的要求，取2.0m，邊坡取1：0.123。上下游最大作用水頭差H=113.50-65=48.50m（下游無水工況），粘土心墻壩的允許滲透坡降[J]=4,故墻厚TNH/[J]=48.50/4=12.125m。心墻底寬為2+（48.50+0.5）X0.123X2=14.054m>12.125m，滿足要求2）防滲體超高防滲體頂部在靜水位以上超高，對(duì)于正常運(yùn)用情況（如正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位）心墻為0.3?0.6m，取0.5m，最后防滲體頂部高程取為113.10+0.50=113.60m。3）防滲體保護(hù)層心墻頂部應(yīng)設(shè)保護(hù)層，防止冰凍和干裂。保護(hù)層可采用砂、砂礫或碎石，其厚度不小于該地區(qū)的洞深或干燥深度，此處取1.6m，上部碎石厚50cm；下部砂礫厚110cm，具體見壩頂部構(gòu)造。壩體排水設(shè)計(jì)1）排水設(shè)施選擇常用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(rùn)線，多用于浸潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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。綜合以上分析選擇棱體排水方式。2）堆石棱體排水尺寸頂寬&0m,內(nèi)坡1：1,外坡1：1.33,頂部高程須高出下游最高水位對(duì)1、2級(jí)壩不小于1.0m。通過設(shè)計(jì)洪水位113.10m（正常水位）流量時(shí)，相應(yīng)下游最高洪水位68.20m；假定通過校核洪水位113.50m流量時(shí)，相應(yīng)下游最高洪水位68.65m。超高取3.35m,所以頂部高程為68.65+3.35=72.00m。反濾層和過濾層1）設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)（1）保護(hù)無粘性土料（粉砂、砂、砂礫卵礫石、碎石等）碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議按下述準(zhǔn)則選用D15Zd￡45，D15d>5，同時(shí)要求兩者的不均勻系數(shù)h=d6/d及D60D不大于‘85 "15 Z10Z105?8,級(jí)配曲線形狀最好相似。式中：D15—反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%;d——被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的15%及85%。15上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料,當(dāng)選擇第二層反濾料時(shí)，以第一層反濾料為被保護(hù)土，二選擇第三層反濾料時(shí)，則以第二層反濾料為被保護(hù)土。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）保護(hù)粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無粘性土強(qiáng)，通常不用上述兩式設(shè)計(jì)反濾層，而用以下方法設(shè)計(jì)。［參考：林昭著.碾壓式土石壩.鄭州：黃河水利出版社，2003.7，第157頁］。①滿足被保護(hù)粘性土的細(xì)粒不會(huì)流失根據(jù)被保護(hù)土的小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)不同，而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5mm的顆粒時(shí)，則取其小于5mm的級(jí)配確定小于0.075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及計(jì)算粒徑d。如被保護(hù)土不含有大于5mm的顆粒時(shí)，則按全料確定小于0.0075mm的顆粒含量百分85數(shù)及d。85對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量大于85%的粘性土，按式D￡9d設(shè)計(jì)反濾層，當(dāng)15 859d<0.2mm，取D等于0.2mm。85 15對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量為40%?85%的粘性土按式D￡0.7mm設(shè)計(jì)反濾層。15對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量為15%?39%的粘性土按式D?0.7 1（40-A）（4d-0.7mm）設(shè)計(jì)反濾層。式中，A為小于0.075mm時(shí)顆粒含15 25 85量1%。若4d<0.7mm，應(yīng)取0.7mm。85②滿足排水要求以上三種土還應(yīng)符合式D<4d，以滿足排水要求。式中d應(yīng)為被保護(hù)粘性土全料15 15 15的d，若4d<0.1mm時(shí)D不小于0.1mm。15 15 15（3）護(hù)坡墊層同樣應(yīng)滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標(biāo)準(zhǔn)可降低些，建議按下式的簡(jiǎn)便方法選擇粒徑。D（塊石）￡10 D（墊層） ￡5d（墊層） ， d（墊層下被保護(hù)的土）。85852）設(shè)計(jì)結(jié)果由于設(shè)計(jì)原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級(jí)配情況，這里無法用計(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)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。具體的尺寸和分區(qū)參見構(gòu)造設(shè)計(jì)圖紙。護(hù)坡設(shè)計(jì)1） 上游護(hù)坡：采用目前比較常用的干砌石護(hù)坡。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為80cm，下部設(shè)50cm的碎石和40cm的粗砂墊層。參見土石壩剖面圖。2） 下游護(hù)坡下游設(shè)厚度為50cm的干砌塊石護(hù)坡，護(hù)坡下面設(shè)厚度為30cm的碎石墊層。參見土石壩剖面圖。頂部構(gòu)造1）壩頂寬度對(duì)中低壩可取5?10m,此處取B=6.0m。2）防浪墻采用C20水泥漿砌塊石防浪墻，基本尺寸見圖1-5所示。墻身每隔15m布置一道設(shè)有止水的沉陷逢，墻頂設(shè)有高2.8m的燈柱。3） 壩頂蓋面以防止防滲體——粘土心墻干裂、凍結(jié)和雨水沖蝕，在粘土心墻頂部設(shè)置保護(hù)層，厚度為160cm，分為兩層，上層碎石厚度為50cm，下層砂礫厚度為110cm。見壩頂細(xì)部圖。馬道和壩頂、壩面排水設(shè)計(jì)1） 馬道第一級(jí)馬道高程為85.20m，第二級(jí)馬道高程為100.20m,馬道寬為2.0m。2） 壩頂排水：壩頂設(shè)有防浪墻，為了便于排水，壩頂做成自上游傾向下游的坡，坡度為2%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。3） 壩面排水（1） 布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝?？v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150m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0.3%，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，所以無法用計(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。具體的尺寸見壩體排水詳圖。材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。在有排水溝的壩面處用水泥將該處的干砌石勾縫，形成水泥漿砌石排水溝。地基處理及壩體與地基岸坡的連接結(jié)合本壩壩基情況，從壩軸線剖面圖可知，地基處理如下：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)，且鉆1處巖芯獲得率都比較高。吸水量也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。（2） 鉆2及右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對(duì)較厚，鉆2處的上層巖芯獲得率只有12%，層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。（3）平山咀大溶洞：經(jīng)勘探后分析對(duì)大壩及庫區(qū)均無影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時(shí)還應(yīng)與粘土心墻相連，向上庫區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。2）壩體與地基的連接（1）河槽部位（即鉆1部位），巖芯獲得率及吸水量均能達(dá)到要求，采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。（2）鉆2到右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有12%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下0.5m深處，內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定：邊坡采用1：1.5；底寬，滲徑不小于（1/3?1/5）H,其中H為最大作用水頭（下游無水時(shí)為51.00m）,底寬取1/2.6X51.00=20.0m。3）壩體與岸坡的連接左壩肩到左灘地，坡積風(fēng)化層5?10m，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時(shí)基本與基巖大致平行。右壩肩到右灘地坡積風(fēng)化層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。（五）溢洪道設(shè)計(jì)溢洪道路線選擇和平面位置的確定根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，選擇正槽式溢洪道，泄槽末端設(shè)置圓形漸變段，采用挑流消能，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，尾水渠設(shè)護(hù)袒。成直線布置在右岸的天然埡口，如地形地質(zhì)平面圖所示。溢洪道基本數(shù)據(jù)由于沒有做調(diào)洪演算，初步擬定溢洪道水力計(jì)算成果見表1-4。表1-4 溢洪道水力計(jì)算成果計(jì)算情況上游水位（m）下泄最大流量（m3/s）相應(yīng)的下游水位（m）設(shè)計(jì)113.10134074.30校核113.50166075.00其中：設(shè)計(jì)洪水位取與正常蓄水位相同，而校核洪水的最大下泄流量和相應(yīng)的下游水位只是初步擬定的。工程布置1）引水渠引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前，為了減少局部水頭損失和防止上游入口沖刷（特別是上游壩坡處），采用較小的渠內(nèi)流速v<5.0mS。渠底寬度大于堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，取為107.50m。引水渠斷面尺寸的擬定，具體計(jì)算結(jié)果和過程見表1-5。表1-5 引水渠斷面尺寸計(jì)算成果（設(shè)計(jì)流速v=4）計(jì)算情況上游水位（m）下泄最大流量Q（m3/s）水深H(m)邊坡坡率m底寬B(m)設(shè)計(jì)113.1013405.61.551.42校核113.5016606.01.560.17計(jì)算公式：Q=vA，A=（B+mH）H，假設(shè)v=4.0 ?？梢詳M定引水渠底寬B=79.0m,引水渠與控制堰之間采用圓弧連接，圓弧半徑R=15m,圓弧的圓心角為0二90o；根據(jù)選定的連接形式和尺寸有，=7_=0.7248由此可以

查表得出流量系數(shù)m=0.368?？梢詳M定B=79m，考慮到巖基較差且覆蓋層厚，在渠底設(shè)置人工鋪蓋防滲，同時(shí)為防止沖刷對(duì)引水渠的靠近堰流區(qū)段采用漿砌石護(hù)面（0.3m）。引水渠取45m左右。Q叫近H0322）控制段其作用是控制泄洪能力。本工程是以灌溉發(fā)電為主的中型工程，采用平面鋼閘門控制溢洪道軸線處巖石破碎，深達(dá)60m的鉆探巖芯獲得率約為20%，巖石裂隙十分發(fā)育，因?yàn)閷掜斞哐甙奢d小，經(jīng)比較選用無坎寬頂堰，斷面為矩形，頂部高程為107.50m，堰厚d=20m（2.5H〈Q叫近H032計(jì)算情況上游水位（m）泄量Q(m3/s)堰上水頭H0（m）流量系數(shù)m控制堰寬nb（m）設(shè)計(jì)113.1013405.600.36862.07校核113.5016606.000.36869.33表1-6溢洪道控制段寬頂堰堰寬計(jì)算（忽略行進(jìn)流速水頭%g=%，9.8=16327m）式中：控制堰寬nb=由計(jì)算知控制堰取nb=70m為宜；孔口數(shù)n=7；閘門尺寸11mX6.5m（寬X高），寬高比為11/6.5=1.7滿足（1.5?2.0）；門槽寬w=3.5H譏+5cm=66.5cm，取w=70cm，其中H為堰上水頭，b°為閘口單寬取10m；門槽深D?門槽深D?驏驏-1-j66.5cm取D30cm；中墩寬1.5m；單寬10m，閘墩尺寸見。3）泄槽泄槽是宣泄過堰洪水的，槽底布置在基巖上，斷面必須為挖方，且要工程量最小，坡面不能太陡。由地形地質(zhì)平面圖上量得從堰口壩軸線至下游高程69.4m處的水平距離約120m，高差為38.1m,從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線，直線的斜率大約等于k=1:3.14故取k=1:3。，考慮到泄槽設(shè)計(jì)、施工的方便和簡(jiǎn)單，以及水流的流態(tài)等各種因素，泄槽采用等寬，同一坡率，初步擬定為i=1/3，矩形斷面，寬B=79m，長(zhǎng)l=\：'1+32椿38.1120.48m。4）出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石比較堅(jiān)硬，離大壩較遠(yuǎn)，可以采用擴(kuò)散坎挑流消能，水流沖刷不會(huì)危及大壩安全。但如果大壩下游（溢洪道出口）的假想逆斷層存在的話，還需對(duì)該斷層進(jìn)行處理，以防止溢洪道出口沖坑太深而危及大壩安全。5）尾水渠其作用是將消能后的水流較平穩(wěn)的泄入原河道，同時(shí)為了防止小流量產(chǎn)生貼流、淘刷鼻坎，鼻坎下游設(shè)置長(zhǎng)L=50m的護(hù)袒。溢洪道水力計(jì)算1）引水渠流速計(jì)算其具體計(jì)算見溢洪道工程布置中的引水渠，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位時(shí)均取v=4m/s，而實(shí)際的引水渠底寬大于計(jì)算所需要的寬度，而且因?yàn)榍资悄嫫?，其高程?/p>

比107.50m要低，所以引水渠實(shí)際的流速均比4mS要小，均能滿足要求。2）控制堰最大泄流能力的驗(yàn)算計(jì)算所需閘門總凈寬為70m（校核洪水時(shí)），而整個(gè)閘室寬79m，從定性分析可知滿足最大泄流量的要求。3）泄槽水面線的計(jì)算（1）基本公式h=kikgck-72Bh=kikgck-72BkkA iR=—k，A=bh，C=—Ri

kc k kknkk式中：臨界水深，m；Q——槽內(nèi)泄量，m3/s；q 單寬流量，m3/（s?m）；L—臨界坡降;B 泄槽首段寬度，m； g 重力加速度，m/s2L—臨界坡降;Bk——相應(yīng)臨界水深的水面寬，mA、c、R、C 臨界水深時(shí)對(duì)應(yīng)的過水?dāng)嗝娣e（m2）、濕周（m）、水力kkkk半徑（m）、謝才系數(shù)。E+iL=E+h，12fE+iL=E+h，12fav2E=i+h，

1 2g1av2E= h；2 2g 2式中：e——i-i斷面的比能，m式中：e——i-i斷面的比能，m；h1、h2——1-1及2-2斷面水深，m；E——2-2斷面的比能，m；2hf——沿程水頭損失，m；V1、V2—1-1及2-2斷面的平均流速，m/s； L——斷面間的長(zhǎng)度，m；iL——1-1及2-2斷面的底部高程差，m；n——泄槽糙率，底板是混凝土襯砌石，側(cè)壁為干砌石，取n=0.03。2)臨界水深々和臨界坡降「的計(jì)算見表2)臨界水深々和臨界坡降「的計(jì)算見表1-7。表1-7 臨界水深々和臨界坡降I計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況QBkqkhkAkckRknCkik設(shè)計(jì)水位13407916.963.08243.3285.162.860.0339.710.0067校核水位16607921.013.56281.2486.123.270.0340.610.0065i=+=0.33>i，故泄槽段屬急流，槽內(nèi)形成bll型降水曲線，屬明渠非均勻流算。3k3） 溢洪道泄槽正常水深計(jì)算計(jì)算結(jié)果見表1-8表1-8 溢洪道泄槽正常水深計(jì)算結(jié)果

計(jì)算情況QBi假設(shè)h0A0c0R0nC0Ko=AoCo%RoQo=Ko?設(shè)計(jì)水位134079%0.93673.94480.8720.91430.0332.8392321.91340.6校核水位166079%1.06584.13581.131.0370.0333.5362873.31658.9泄槽水面線計(jì)算假設(shè)堰下泄槽起始斷面的計(jì)算水深取泄槽臨界水深，設(shè)計(jì)洪水位(正常蓄水位)：h=h=3.08m，h=(1+0.01)h =0.945m1k 2 0假設(shè)校核洪水位：h=h=3.56m，h=(1+0.01)h =1.076m1k 2 0假設(shè)采用分段求和法，按水深進(jìn)行分段，具體計(jì)算結(jié)果見表1-9水面線曲線如圖1-12所示。摻氣水深的計(jì)算(1)自然摻氣開始發(fā)生點(diǎn)的計(jì)算L按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：L=14.7qo.53,其中q為單寬流量設(shè)計(jì)：L=14.7?驏1340f53桫設(shè)計(jì)：L=14.7?驏1340f53桫9亠65.91m校核：L=14.7?驏660f53桫廠刁73.83m取L65.91m。2)摻氣水深計(jì)算根據(jù)美國(guó)“水力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”(HydraulicDesignCrite