堆石壩設(shè)計說明書

- 1 - 摘 要 設(shè)計背景：本工程位于江西婺源縣樂安河一級支流小港水的上游約 160處，m 壩址以上控制流域面積 33。本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低 2 km 山丘陵區(qū)，山體零亂，沖溝發(fā)育。流域內(nèi)多年平均氣溫,多年平均降雨均值16.7 C 2047.7。徑流主要由降水形成，多年平均流量，多年平均總徑流量mm 3 1.28/ms 4040 萬。壩址及庫區(qū)位于相對穩(wěn)定地塊內(nèi)，地震烈度屬七度以下。壩址區(qū)出 3 m 露的地層古老，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓 曲常見。地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾雜變質(zhì)砂巖，第 四系松散堆積物及變質(zhì)輝長巖，巖性堅硬。 設(shè)計方法：用三角形法擬定洪水過程線，根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào) 節(jié)計算，以確定壩頂高程。對可能的方案進行分析比較，確定主要組成建筑物的 形式，輪廓尺寸及布置。詳細(xì)做出大壩設(shè)計，擬定細(xì)部構(gòu)造，進行水力靜力計算， 溢洪道和趾板的專題設(shè)計。本設(shè)計以一般混凝土面板堆石壩和一些已建復(fù)合土工 膜堆石壩為參考，在注重各細(xì)部獨立分項設(shè)計的同時，綜合考慮整體工程的統(tǒng)一 性。 設(shè)計內(nèi)容：本次面板堆石壩設(shè)計的主要內(nèi)容包括調(diào)洪演算，L 型擋墻、復(fù)合 土工膜設(shè)計，邊坡穩(wěn)定分析，副壩、溢洪道設(shè)計，趾板空間布置，工程量計算， 導(dǎo)流施工設(shè)計。 本次設(shè)計我們掌握了堆石壩的設(shè)計方法，而且了解到堆石壩的一些重要的 特點和設(shè)計時應(yīng)該注意的地方，并且我本人也在趾板和溢洪道的專題設(shè)計中， 掌握了相關(guān)知識。完成了專業(yè)知識從理論學(xué)習(xí)到實際運用的過渡，體會到了作 為一名水利工作者所肩負(fù)的責(zé)任。并對今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：堆石壩、復(fù)合土工膜、趾板、溢洪道 - 2 - AbstractAbstract Design Background: The project is located in Wuyuan, Jiangxi Lean Hsiaokang River water level upstream tributary about 160, more than control site drainage area 33. The upper reaches of the watershed for the low mountains, steep mountains, the middle and lower reaches for the hilly areas, mountain messy, gully development. Basin for many years the average temperature, average rainfall for many years an average of 2047.7. Formed mainly by the runoff of precipitation, over the average traffic flow for many years an average of 40.4 million total. Dam and reservoir area is located in a relatively stable block, the seismic intensity is 7 degrees Celsius. Dam site the oldest strata exposed, through a number of tectonic movement, fault fracture, rock crusher, rock and flexural folds common. Lithology former Sinian the fourth paragraph of Banxi Group 1000 Green clay sericite metamorphic rock inclusions of sandstone, loose Quaternary deposits and metamorphic gabbro, lithologic hard. Design Method: Using a triangle to develop flood hydrograph method, in accordance with the requirements of flood control, flood regulation on the calculation of the reservoir to determine the crest elevation. The program may be analyzed to determine the form of the main components of buildings, the outline of the size and layout. Dam made a detailed design, preparation of detailed construction, calculated for static hydraulic, spillway and the themes and designs for the plinth. The design of general concrete faced rockfill dam and a number of composite geomembrane has been rock-fill dam built as a reference, pay attention to detail in the breakdown of the design of an independent at the same time, considering the unity of the overall project. Design elements: The concrete face rockfill dam, including the main elements of design flood calculation, L-type retaining wall, composite geomembrane design, slope stability analysis, auxiliary dam, spillway design, spatial arrangement of the plinth, engineering calculation, lead Construction of the design flow. The design we have a design method of rock-fill dam, rockfill dam and that some of the important characteristics and the design should be noted that the local, and plinth I am also the topics and spillway design, acquire the relevant knowledge . From the completion of the professional knowledge to the practical application of theoretical study of the transition, experienced workers, as a water responsibilities. Future work and laid a solid foundation. Key words: rockfill dam, composite geomembrane, toe board, spillway - 3 - 目 錄 摘摘 要要 - 1 - ABSTRACT.- 2 - 第一章第一章 綜合說明綜合說明 - 3 - 1.1 建設(shè)目的和依據(jù)建設(shè)目的和依據(jù) .- 3 - 1.2 建設(shè)的條件建設(shè)的條件 .- 3 - 1.3 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益 - 3 - 1.3.1 建設(shè)規(guī)模 .- 3 - 1.3.2 綜合利用效益 .- 3 - 1.4 工程特性表工程特性表 .- 4 - 第二章第二章 自然地理條件自然地理條件 - 6 - 2.1 地形條件地形條件 .- 6 - 2.2 水文特性水文特性 .- 6 - 2.3 工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件 .- 7 - 2.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì) - 7 - 2.3.2 壩址工程地質(zhì) - 7 - 2.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件 .- 10 - 2.4 氣象、地震及其他氣象、地震及其他 .- 10 - 2.4.1 氣象、地震 .- 10 - 2.4.2 天然建筑材料 .- 10 - 第三章第三章 設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù)設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù) - 11 - 3.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) .- 11 - 3.2 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù) .- 11 - 第四章第四章 洪水調(diào)節(jié)計算洪水調(diào)節(jié)計算 - 12 - 4.1 洪水調(diào)洪演算洪水調(diào)洪演算 .- 12 - 4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理 .- 13 - 4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法 - 14 - 4.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析洪水標(biāo)準(zhǔn)分析 .- 14 - 4.3 洪水建筑物的型式選擇洪水建筑物的型式選擇 .- 14 - 4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定堰頂高程）的確定- 16 - 4.4.1 調(diào)洪演算過程 .- 16 - 4.4.2 洪水過程線的模擬 .- 16 - 4.4.3 計算公式 .- 17 - - 4 - 4.4.4 計算結(jié)果 .- 17 - 4.4.5 方案選擇 .- 18 - 4.4.6 壩頂高程的確定 .- 18 - 第五章第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置主要建筑物型式選擇及樞紐布置 - 20 - 5.1 壩軸線確定壩軸線確定 .- 20 - 5.2 樞紐等別及組成建筑物級別樞紐等別及組成建筑物級別 .- 22 - 5.3 壩型選擇壩型選擇 .- 22 - 5.3.1 定性分析 .- 22 - 5.3.2 定量分析 .- 27 - 5.4 泄水建筑物型式選擇泄水建筑物型式選擇 .- 28 - 5.5 水電站建筑物水電站建筑物 .- 29 - 5.6 樞紐方案的綜合比較樞紐方案的綜合比較 .- 29 - 5.6.1 擋水建筑物復(fù)合土工膜防滲堆石壩 .- 29 - 5.6.2 泄水建筑物正槽溢洪道 .- 29 - 5.6.3 水電站建筑物 .- 30 - 第六章第六章 第一主要建筑物設(shè)計第一主要建筑物設(shè)計 - 30 - 6.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設(shè)計大壩輪廓尺寸及防浪墻設(shè)計- 30 - 6.1.1 L 型擋墻頂高程及壩頂高程、寬度.- 30 - 6.1.2 壩體分區(qū) .- 30 - 6.1.3 L 型擋墻設(shè)計.- 31 - 6.1.4 壩坡與馬道 .- 41 - 6.2 堆石料設(shè)計堆石料設(shè)計 .- 41 - 6.2.1 堆石料基本特性參數(shù) .- 41 - 6.2.2 主、次堆石料設(shè)計 .- 41 - 6.2.3 墊層、過渡層設(shè)計 .- 42 - 6.2.4 堆石體設(shè)計技術(shù)參數(shù)表 .- 42 - 6.2.5 堆石體填筑技術(shù)參數(shù)表 .- 42 - 6.3 復(fù)合土工膜設(shè)計復(fù)合土工膜設(shè)計 .- 42 - 6.3.1 復(fù)合土工膜的選型和分區(qū) .- 43 - 6.3.2 土工膜強度及厚度校核 .- 44 - 6.4 大壩穩(wěn)定分析大壩穩(wěn)定分析 .- 46 - 6.4.1 計算原理及方法 .- 46 - 6.4.2 壩坡穩(wěn)定分析 .- 47 - 6.4.3 壩坡面復(fù)合土工膜的穩(wěn)定分析 .- 48 - 6.5 副壩設(shè)計副壩設(shè)計 .- 49 - - 5 - 6.5.1 副壩及主壩的連接及副壩型式選擇 .- 49 - 6.5.2 副壩的地基處理防滲設(shè)計 .- 53 - 6.6 主副壩連接段設(shè)計主副壩連接段設(shè)計 .- 54 - 6.7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計及地基處理細(xì)部構(gòu)造設(shè)計及地基處理 .- 54 - 6.7.1 壩頂構(gòu)造 .- 54 - 6.7.2 護坡設(shè)計 .- 54 - 6.7.3 分縫及止水 .- 55 - 6.7.4 壩基處理 .- 55 - 6.8 趾板設(shè)計趾板設(shè)計 - 57 - 6.8.1 趾板的作用 .- 57 - 6.8.2 趾板剖面設(shè)計 .- 57 - 6.8.3 趾板配筋 - 60 - 6.8.4 趾板地基處理 .- 61 - 6.9 溢洪道溢洪道 - 62 - 6.9.1 堰型選擇 - 62 - 6.9.2 引水渠段設(shè)計 - 63 - 6.9.3 控制段的設(shè)計 - 63 - 6.9.4 泄槽段設(shè)計 - 65 - 6.9.4.1 泄槽水力計算 .- 65 - 6.9.4.2 邊墻設(shè)計及穩(wěn)定分析 .- 66 - 6.9.4.3 基底應(yīng)力分析 .- 68 - 6.9.4 防滲及排水措施 - 69 - 6.9.5 消能設(shè)計 - 70 - 6.10 工程量計算工程量計算 - 70 - 6.10.1 工程量計算的依據(jù)及項目劃分 .- 71 - 6.10.2 主壩工程量計算 .- 71 - 6.10.3 副壩工程量計算 .- 72 - 6.10.4 溢洪道工程量計算 - 73 - 6.10.4 工程量清單 .- 73 - 第七章第七章 施工組織設(shè)計施工組織設(shè)計 - 74 - 7.1 基本資料分析基本資料分析 .- 74 - 7.1.1 工程概況 .- 74 - 7.1.2 施工條件 .- 74 - 7.1.3 有效工日分析 .- 75 - 7.2 施工導(dǎo)流施工導(dǎo)流 .- 75 - 7.2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn) .- 75 - 7.2.2 施工導(dǎo)流方案及大壩施工分期 .- 76 - - 6 - 7.2.3 導(dǎo)流建筑物規(guī)劃布置 .- 77 - 7.3 主體工程施工主體工程施工 .- 79 - 7.3.1 堆石體施工 .- 80 - 7.3.2 混凝土施工 .- 85 - 7.3.3 導(dǎo)流隧洞施工 .- 87 - 7.4 施工交通運輸?shù)缆凡贾檬┕そ煌ㄟ\輸?shù)缆凡贾?.- 90 - 7.5 施工總進度施工總進度 .- 90 - 參考文獻：參考文獻： - 91 - - 7 - 第一章 綜合說明 1.1 建設(shè)目的和依據(jù) B 江水利樞紐工程是以發(fā)電為主，同時兼顧了灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜 合利用效益的跨流域開發(fā)的水利樞紐工程。 1.2 建設(shè)的條件 建設(shè)資金已到位，施工準(zhǔn)備工作已經(jīng)就緒。 1.3 建設(shè)的規(guī)模及綜合利用效益 1.3.1 建設(shè)規(guī)模 本電站裝機 6400 kW，保證出力 1461kW。廠房總面積為 31.515.7。開關(guān) 站尺寸為 11.527.25。 水庫總庫容（校核洪水位以下的全部庫容）為 2242.18 萬 m3。 1.3.2 綜合利用效益 1.3.2.1 發(fā)電 裝機 6400kW，電站設(shè)計水頭為 174m，多年平均發(fā)電量為 1700104kWh，保證出力為 1461kW。本電站裝 2 臺 3200kW 機組，正常蓄水 位為 276m，引水式發(fā)電，引水隧洞布置在右岸山體中，最大引用流量為 5m3/s。 廠房位于段莘水江灣湖山村左岸下游 340m 處，地面式，總面積為 31.515.7，其中主廠房寬 10.8m，主廠房內(nèi)安裝二臺 HL110-WJ-76，配 SFW- J3000-6/1480 的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為 103m，開關(guān)站位于廠房的左上側(cè)， 尺寸為 11.527.25。 1.3.2.2 灌溉 下游利用發(fā)電尾水灌溉，上游增加灌溉面積 1.0 萬畝。 1.3.2.3 供水 供鐘呂村及其下游村民生活用水。 1.3.2.4 防洪 可減輕洪水對鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設(shè)計洪水最大下泄量限制為 250m3/s。 - 8 - 1.3.2.5 漁業(yè) 水庫蓄水后，正常蓄水位時水庫面積 1.09km2，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng) 造了有利條件。 1.4 工程特性表 表 1-1 工程特性表 序號及名稱單 位數(shù) 量備 注 一、水庫 流域面積km233 正常高水位m276 設(shè)計洪水位m277.53 校核洪水位m278.98 設(shè)計泄洪流量m3/s207.5 校核泄洪流量m3/s297.5 總庫容萬 m32242.18 興利庫容萬 m31910 二、大壩 壩型復(fù)合土工膜防滲堆石壩 壩頂高程m279.2 防浪墻頂高程m280.4 壩頂寬度m5.0 最大壩高m54.7 上游壩坡 11.5 下游壩坡 11.52 1.55 主壩壩軸線長m214.5 副壩型式重力式擋墻 副壩壩軸線長m94.07 導(dǎo)流洞型式圓形 導(dǎo)流洞進口底高程m227.5 導(dǎo)流洞出口底高程m226.5 導(dǎo)流洞半徑 Rm2.4 導(dǎo)流洞長度m330 三、溢洪道 - 9 - 溢流前緣凈寬m10 堰頂高程m273 設(shè)計流量m3/s207.5 校核流量m3/s297.5 閘門型式平板 閘門尺寸（寬高）m2 106 四、廠房系統(tǒng) 1動能指標(biāo) 最大凈水頭m174.0 額定水頭m174.0 最小水頭m143.0 引用流量m3/s5.0 額定出力kW6400 保證出力kW1461 2廠房 廠房型式地面式 廠房面積m2 31.515.7 主廠房寬度m10.8 機組臺數(shù)2 機組安裝高程m103.0 水輪機型號HL110-WJ-76 發(fā)電機型號SFW-J3000-6/1480 開關(guān)站面積m2 11.527.25 五、工程量 1主壩 基礎(chǔ)開挖量m368507 堆石料填筑量m3465547 混凝土方量(L 型擋墻)m3835 混凝土方量（趾板）m3553 混凝土方量（現(xiàn)澆混凝 土保護層） m31406 2副壩 基礎(chǔ)開挖量m31282 - 10 - 混凝土方量m32964 3導(dǎo)流隧洞 導(dǎo)流隧洞開挖量m32332.63未計入明渠 混凝土襯砌方量m3839.75 第二章 自然地理條件 2.1 地形條件 鐘呂水庫位于江西婺源縣樂安河一級支流曉港水的鐘呂村上游約 160m 處， 壩址以上控制流域面積 33km。曉港水在鐘呂村上游約 300m 處，由兩支水系匯 合而成，其中東支發(fā)源于石耳山，南支發(fā)源于清灣頭尖，河流在曉港村匯入樂安 河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低山丘陵區(qū)，山體凌亂，沖溝 發(fā)育。 2.2 水文特性 據(jù)水文資料推算，壩址處多年平均流量 1.28m/s，多年平均總徑流量 4040 萬 m，p=0.1%的洪峰流量為 551.5m/s,三日洪量為 1569 萬 m，p=2%的洪峰流量 為 364.5m/sec,三日洪量為 965 萬 m。流域多年平均降雨值 2047.7mm。 正常蓄水位 276m，對應(yīng)庫容 V 正=1910.0 萬 m。 流域河段多年平均輸砂量為 0.29 萬噸，泥沙容重估算為 1.3t/m。估計水庫淤 積年限與高程關(guān)系（見表 2-1）： 表 2-1 淤積年限與高程關(guān)系表 淤積年限（年） 泥沙淤積量（萬 m） 淤積高程（m） 5011.05236.08 10022.1237.78 表 2-2 水庫水位庫容關(guān)系曲線表 水位（m）227.5236.08237.78248276278.11 庫容 （104m） 011.0522.1172.01910.02145.2 水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5 流量06.028.966.77121.97196.05281.78 - 11 - 表 2-3 壩址水位-流量關(guān)系曲線表 2.3 工程地質(zhì)條件 2.3.1 庫區(qū)工程地質(zhì) 庫區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山勢陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。 組成庫岸及庫盆的地層巖性主要為前震旦系板溪群的千枚狀綠泥絹云母板巖， 千枚巖和變質(zhì)砂巖。 庫區(qū)巖石受多次構(gòu)造運動的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很 常見，構(gòu)造行跡以北東向壓扭性為主，常見有北西向張扭性斷裂和近東西向平推 斷層，未見有較大的導(dǎo)水?dāng)嗔堰B通庫外。 庫區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水，受大氣降 水補給，排泄于河谷與河床，庫岸山體地下水位較高，一般在 300m 高程以上， 組成庫岸及庫盆的巖石表部透水性強，但深部巖石透水性微弱，屬相對不透水層。 庫區(qū)工程地質(zhì)良好，水庫蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒及水庫 誘發(fā)地震等問題。 2.3.2 壩址工程地質(zhì) 2.3.2.1 地貌 壩址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，山頂高程為 280450m，壩區(qū)河床較寬，約 2050m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角 3040 度，右岸山體較為單薄，山坡角 2030 度，且在右岸有一低矮埡口，頂高程約 276m，壩址區(qū)沖溝發(fā)育，且切割較深，未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡 穩(wěn)定。 2.3.2.2 地層巖性 壩址區(qū)出露的地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾變質(zhì)砂 巖，第四系松散堆積物及變質(zhì)輝常巖，其巖性特征為： （1）綠泥絹云母千枚巖：灰綠色，主要礦物成分為絹云母、石英、長石、綠 泥石等，千枚狀構(gòu)造，其余碎屑顯微鱗片狀構(gòu)造，巖石撓曲和褶皺常見，片理極 （m2/s ） - 12 - 發(fā)育，巖層產(chǎn)狀 N4060E，NW0.7 弱風(fēng)化巖石0.55 飽和抗壓強度：微新巖石40MPa 弱風(fēng)化巖石25MPa 表 2-4 堆石試驗參數(shù)表 組別 試驗干密度 （g/cm） C(KPa)。KnRfGFD A2.104738.58800.350.820.460.201.5 B2.056037.72600.320.810.430.181.8 復(fù)合土工膜試驗參數(shù)（見表 2-5） - 14 - 表 2-5 復(fù)合土工膜試驗參數(shù)表 項 目單 位量 值備 注 單位面積質(zhì)量g/m2 1100 1300 350/0.4/350 350/0.6/350 250m 高程以 上 mm0.4 250m 高程以 下 mm0.6 膜 厚 周邊縫等處mm0.8 周邊縫、水 平縫、分縫 處 強度kN/m 15 18 350/0.4/350 350/0.6/350 寬條縱向拉 伸 伸長率%50 強度kN/m 15 18 350/0.4/350 350/0.6/350 窄條縱向拉 伸 伸長率%50 與水泥砂漿0.577 摩 擦 系 數(shù) 與現(xiàn)澆砼0.6 粘 結(jié) 力kg/cm20.1 滲 透 系 數(shù)cm/s 110-11 2.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件 引水發(fā)電隧洞通過地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程 300400m 相對高程 100200m，隧洞區(qū)沖溝發(fā)育，山體切割較深且較零亂，地表植被發(fā)育，未見有 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。 隧洞圍巖由絹云母千枚巖、變質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖與粉砂質(zhì)板巖 層。 絹云母千枚巖偶夾粉砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等組成。巖石層面裂隙極發(fā)育、褶皺、 撓曲嚴(yán)重，斷層發(fā)育切規(guī)模大，性狀差，其中絹云母千枚巖、凝灰質(zhì)千枚巖水理 性質(zhì)較差，且遇水易軟化，軟化系數(shù)低，凝灰質(zhì)千枚巖成分復(fù)雜，還易于風(fēng)化。 絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖在洞線出露的長度占洞線總長的 19%，說明洞線圍 巖大部分由絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖構(gòu)成。 根據(jù)工程類比可知：千枚巖的單軸飽和抗壓強度為 1640Mpa，軟化系數(shù) 0.630.93，屬半堅硬較軟化，抗水性較差的片狀（薄層狀）巖體。 2.4 氣象、地震及其他 2.4.1 氣象、地震 流域內(nèi)氣候：流域內(nèi)多年平均氣溫 16.7，以一月份平均氣溫 4.6為最低， - 15 - 七月份平均氣溫 28為最高，歷年極端最高氣溫 41，極端最低氣溫-11。 風(fēng)速及吹程：多年平均最大風(fēng)速 12.6m/s，吹程 1.6km。 地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬度以下，設(shè)計時可不考慮地震荷載。 降 雨 量：流域多年平均降雨均值 2047.7mm。 2.4.2 天然建筑材料 2.4.2.1 砂礫石料 壩址流域砂礫石料貧乏，但在江灣水和段莘水流域有梨苗場和古玩料場，距 大壩約 1015km,有公路相通，運輸方便。 梨苗場 、古玩料場均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲量豐富，質(zhì) 量良好，滿足工程要求。 2.4.2.2 堆石料 壩址附近廣泛分布綠泥絹云母千枚巖，弱至微風(fēng)化巖石，巖性較堅硬，力學(xué) 強度較高，質(zhì)量較好，儲量豐富，可作為大壩堆石料。 壩址附近粘土很少，壩址上下游有一定的粘土分布，均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕地。 第三章 設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù) 3.1 設(shè)計任務(wù) 在對原始材料進行綜合分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合本次設(shè)計的專題研究，要求： （1）根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩高程及岸坡溢洪道 尺寸； （2）通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物型式，輪廓 尺寸及水利樞紐布置方案； （3）詳細(xì)做出大壩設(shè)計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定 地基處理方案和壩身結(jié)構(gòu)，進行水力、靜力計算； （4）進行施工組織設(shè)計：決定樞紐的施工導(dǎo)流方案，安排施工的控制性進 度，大壩主體工程量的計算，編制招標(biāo)文件及施工投標(biāo)文件。 3.2 設(shè)計依據(jù) 1、左東啟，王世夏，林益才主編，水工建筑物（上冊） 。南京：河海大學(xué)出 版社。1995。 2、沈長松、王世夏、林益才、劉曉青編著，水工建筑物。北京：中國水利 水電出版社。2008。 - 16 - 3、傅志安，鳳家驥，混凝土面板堆石壩。武漢：華中理工大學(xué)出版社。 1993。 4、蔣國澄，傅志安，鳳家驥，混凝土面板壩工程。武漢：湖北科學(xué)技術(shù) 出版社。1997。 5、袁光裕主編，水利工程施工。北京：中國水利水電出版社。2006。 6、趙振興主編，水力學(xué)。北京：清華大學(xué)出版社。2005。 7、河海大學(xué)、大連理工大學(xué)、西安理工大學(xué)、清華大學(xué)，水工鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)學(xué)。北京：中國水利水電出版社。2007。 8、沈長松等，鐘呂水電站-復(fù)合土工膜防滲堆石壩。土石壩工程，第 3 期。 2003。 9、中華人民共和國水利部，混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范。北京；中國水利 水電出版社。1998。 10、中華人民共和國水利部，水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 （SL/T225-98） 。北京：中國水利水電出版社。1998。 11、中華人民共和國水利部，水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范。北京：中國水利水 電出版社。1998。 12、中華人民共和國水利部，水工擋土墻設(shè)計規(guī)范（SL_379-2007） 。北京： 中國水利水電出版社。2007。 13、中華人民共和國水利部，混凝土面板堆石壩施工規(guī)范（SL49-94） 。北京： 中國水利水電出版社。1994。 14、中華人民共和國水利部，面板堆石壩接縫止水技術(shù)規(guī)范（DLT5155- 2000） 。北京：中國水利水電出版社。2000。 15、中華人民共和國水利部,水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范（SL303-2004）.北 京:中國水利水電出版社. 2004。 16、中華人民共和國水利部，第 2 版（2000 版） 。水利水電土建工程施工合 同條件（GF-2000-0208） 。北京：中國水利水電出版社。 17、中華人民共和國水利部，水利工程工程量清單計價規(guī)范（GB50501- 2007） 。北京：中國水利水電出版社。 18、中華人民共和國水利部，水利水電工程設(shè)計工程量計算規(guī)定 （SL3282005） 。北京：中國水利水電出版社。 19、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)施工招標(biāo)資格預(yù)審文件（2007 年版） 20、中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)施工招標(biāo)文件（2007 年版） 21、中華人民共和國水利部，水利建筑工程概算定額（上、下冊） ，黃河水 利出版社 22、方國華、朱成立等編著，新編水利水電工程概預(yù)算。黃河水利出版社， - 17 - 2003。 23、中華人民共和國水利部，混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范。北京；中國水利 水電出版社。1998。 24、中華人民共和國水利部，水利水電工程土工合成材料應(yīng)用。 第四章 洪水調(diào)節(jié)計算 4.1 洪水調(diào)洪演算 4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理 洪水在水庫中運行時，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時間 而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學(xué)，明渠非恒定流的基本方程，即 圣維南方程組為： 連續(xù)性方程： （4-1）0 s Q t 運動方程： （4-2） 2 2 1 Ks v g v s v gs z 式中： 過水?dāng)嗝婷娣e(m2) t 時間（s） Q 流量（m3/s） s 沿水流方向距離（m） Z 水位（m） g 重力加速度(m/s2) v 斷面平均流速(m/s) K 流量系數(shù)(m3/s) 一般采用簡化的近似解法，長期以來，普遍采用瞬時法，即用有限差值來代 替微分值，并加以簡化，以近似地求解一系列瞬時流態(tài)。 瞬時流態(tài)法將式(41)進行簡化而得出基本公式，再結(jié)合水庫的特有條件對 基本公式進行簡化，得出用于水庫調(diào)洪計算的實用公式： (4-3)式 t V t VV qqQQqQ 12 2121 )( 2 1 )( 2 1 中：, 分別為計算時段初、末的入庫流量(m3/s) 1 Q 2 Q 計算時段中的平均入庫流量(m3/s)，=(+)/2 QQ 1 Q 2 Q 式中：q1,q2 分別為計算時段初、末的下泄流量(m3/s) - 18 - 計算時段中的平均下泄流量(m3/s) q2/ 21 qqq 式中： V1,V2 分別為計算時段初、末水庫的蓄水量(m3) V1與 V2之差V 計算時段t 公式(4-3)表示為一個水量平衡方程式，表明：在一個計算時段內(nèi)，水庫水量 與下泄水量之差即為該時段中水庫蓄水量的變化。顯然，公式中并未計入洪水入 庫處至泄洪建筑物間的行進時間，也未計入沿程流速變化和動庫容等影響，這些 因素均是其近似性的一個方面。 當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時，Q1，Q2，均為已知，V1，q1,則是計算時Q 段開始時的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下 V2，q2,當(dāng)前一時段的t V2,q2求出后，其值即成為后一時段的 V1，q1 值，使計算能逐步地連續(xù)進行下去。 僅一個方程來求解 V2，q2是不可能的，必須再有一個方程式 q2=f(V2),與式(4-3)聯(lián) 立，才能同時解出 V2，q2的確定值，假定暫不計及自水庫取水的興利部門瀉向下 游的流量，則下瀉量 q 是泄水建筑物瀉流水頭 H 的函數(shù)，而當(dāng)泄洪建筑物的型式、 尺寸等已確定時 (44) AHBHfq 式中：A 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開度及淹沒系數(shù)有關(guān)。 B 指數(shù)，對于堰流 B 一般等于 3/2，對于閘孔出流一般 B=1/2 根據(jù)水力學(xué)公式，H 與 q 的關(guān)系曲線可求。若是堰流 H 即為庫水位 Z 與堰頂 高程之差；若是閘孔出流 H 即為庫水位 Z 與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù) H 與 q 的關(guān)系曲線求出 Z 與 q 的關(guān)系曲線 q=f(Z),并且，由庫水位 Z，又可借助于 水庫容積特性曲線 V=f(Z), 求出相應(yīng)的水庫蓄水容積 V，則式(4-4)可用下泄流量 q 與庫容 V 的關(guān)系曲線代替，即 q=f(V),與式(43)聯(lián)立方程組，求解 V2，q2。 當(dāng)水庫承擔(dān)下游防洪任務(wù)時，要求保持 q 不大于下游允許的最大下泄流量 qmax時，就要利用閘門控制流量 q，但計算的基本公式和方法與上面介紹的是一 致的。 本設(shè)計泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門全開式泄洪，故下泄流量是 q=AH3/2,H 即為庫水位 Z 與堰頂高程之差，由于資料有限僅有 0.1%和 2%的流量 及其對應(yīng)的三日洪峰流量，無法描繪出洪水過程線，故采用三角形法擬畫出洪水 過程線（具體做法見本章 4.4 節(jié)） 。本設(shè)計中調(diào)洪演算是為了定出設(shè)計、校核水位 和相應(yīng)的下泄流量，已知下泄量與水頭的關(guān)系曲線（式 44） ，通過假定下泄流 量 q，可利用洪水過程線計算出水庫蓄水量 V，通過 V=f(Z)可查出對應(yīng)的水位， 得到 q=f(Z)曲線，通過兩條 q-Z 曲線即得到設(shè)計、校核水位及相應(yīng)流量。 - 19 - 4.1.2 洪水調(diào)洪演算方法 進行洪水調(diào)節(jié)計算的方法很多，目前常用的是：列表試算法，半圖解法。本 設(shè)計采用的是簡化三角形法，也叫高切林法。 4.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析 設(shè)計情況，采用 50 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。P=2%的洪峰流量為 364.5 m3/s,三日 洪量為 965 萬 m3。 校核情況，采用千年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。p=0.1%洪峰流量為 551.5 m3/s,三日洪 量為 1569 萬 m3。 4.3 洪水建筑物的型式選擇 水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設(shè)于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設(shè) 于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。 本設(shè)計采用壩型為復(fù)合土工膜防滲堆石壩（具體見 5.2 節(jié)） ，因此泄水建筑物 一般不布置在河床。 下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，對正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道及泄水隧洞 這三種泄水建筑物進行比較選擇。 泄水隧洞布置得一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他 建筑無相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖性 堅硬，上覆巖體厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開圍巖破碎、 地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時防止洞身離地表 太淺。 本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育， 巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。 壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗，左岸相對不透水層 埋深 1024 米，上部透水層 q 值為 6.7196.7Lu，大者達到 341.7Lu，屬中等-嚴(yán) 重透水層。 本工程最大壩高 54.7 米，正常蓄水位 276 米，因此要避開透水層而布置泄水 隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。 河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，水庫的 多余的來洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。 正槽溢洪道過堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致。 側(cè)槽溢洪道水流過堰后急轉(zhuǎn)近 90，再經(jīng)泄槽下泄。 從地質(zhì)條件上來說，溢洪道應(yīng)力爭位于較堅硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求 - 20 - 較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設(shè)計。 同時對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開 挖量，也可以減少壩體的填筑量。 因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。 正槽溢洪道在水力學(xué)上的特點是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂 水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達到同一值， 故水流平順穩(wěn)定，運用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。 側(cè)槽溢洪道在當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢 洪道將導(dǎo)致巨大的開挖量時，可能成為比較經(jīng)濟的泄水建筑物。與正槽溢洪道相 比，側(cè)槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度 而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位， 或換取較高的堰頂高程。 本工程的溢洪道布置在左岸（說明見 5.5 節(jié)） ，岸坡較陡優(yōu)選側(cè)槽溢洪道，但 是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條 件下，高速水流引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜， 進槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近 90，再順槽軸線下泄，對每一個不同的側(cè)槽斷面，其所 通過的流量是不相同的，然而，側(cè)槽內(nèi)的水流現(xiàn)象的復(fù)雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流 量的沿程的變化上，水流自堰跌入側(cè)槽后，在慣性的作用下，沖向側(cè)槽對岸壁， 并向上翻騰，然后再重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個橫軸螺旋流。 考慮到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復(fù)雜，而且，本工程地質(zhì)條件較差，建側(cè)槽溢 洪道對結(jié)構(gòu)方面的要求會很高，危險性大，同時由于本樞紐的壩體不是很高，正 槽溢洪道的開挖量不會增加很大。 綜上所述，結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布 置于左岸與壩體相接。 4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定 4.4.1 調(diào)洪演算過程 通過洪水資料，作出設(shè)計情況和校核情況下的洪水過程線；假定堰高、堰寬， 確定各情況下的起調(diào)流量；假定不同的下泄流量 q,由洪水過程線求出庫容 V，由 庫容 V，查水位-庫容曲線，找出相應(yīng)的水位 H，從而，對于每一組情況下可作出 一條 QH 曲線；根據(jù)公式,又可作出一條 QH 曲線；對應(yīng)于 2 3 2 HgmBQ 每一種情況，可從 QH 圖中確定相應(yīng)交點的 Q 和 H 值。 - 21 - 4.4.2 洪水過程線的模擬 由于本設(shè)計中資料有限，僅有 p=2%、p=0.1%的流量及相應(yīng)的三日洪水總量， 無法準(zhǔn)確畫出洪水過程線。按照規(guī)范，洪水過程線應(yīng)用 PIII 型曲線擬合，但實際 操作過程中較難，故本設(shè)計中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡 量擬合為 PIII 型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個三角形（如圖中虛 線） ，根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到一條模擬的洪水過程線（如 圖中的實線） 。 4.4.3 計算公式 計算采用公式： （4-5） 2 3 2 HgmBQ 式中 側(cè)收縮系數(shù)， 計算由公式：； 0 0 1 0.21 k H n nb 堰上水頭 0 H n堰流的孔數(shù) b溢流寬度 閘墩系數(shù) 0 邊墩系數(shù)（本設(shè)計采用圓弧形邊墩，系數(shù)取 0.7） k m流量系數(shù)，m=0.502 B溢流孔口凈寬 H堰上水頭 4.4.4 計算結(jié)果 表 4-1 調(diào)洪方案匯總表 圖 4-1 三角形法 圖 4-2 洪水過程線圖 4-3 調(diào)洪演算 - 22 - 方 案 堰頂 高程(m) 堰頂 寬（m） 設(shè)計 洪水位(m) 設(shè)計下泄 流量(m3/s) 校核 洪水位(m) 校核下泄 流量(m3/s) 12717276.69187.00 22718276.41202.50 32719276.16215.50 427110275.96226.00 52727277.41174.50 62728277.18190.00 72729276.96204.50 827210276.77216.50 92737278.18164.00 102738277.98179.00 112739277.79191.00 1227310277.53207.50278.98297.50 注： 發(fā)電引用最大流量 5m3/s，相對較小，在計算時不予考慮。 4.4.5 方案選擇 以上方案中，設(shè)計下泄流量均不大于允許最大下泄流量 250m3/s，因而方案 的選擇需通過經(jīng)濟技術(shù)比較選定。本設(shè)計對此只做定性分析。各個方案中應(yīng)選擇 在滿足最大下泄流量的情況下下泄能力較大的方案。方案 8 與方案 12 較好。但 是方案 8 的溢洪道開挖量較大，而下泄能力變化不大，所以選擇方案 12，即堰頂 高程 273.0m，溢流孔口凈寬 10m；該方案設(shè)計洪水位 277.53m，設(shè)計下泄流量 207.50 m3/s，下游水位為 230.06m；校核洪水位 278.98m，校核泄洪量 297.50m3/s，下游水位為 230.59m。 4.4.6 壩頂高程的確定 4.4.6.1 工程等別及建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定 校核水位 278.98m 對應(yīng)的庫容為 2242.18 萬 m3,所以本工程等別為 III 等，工 程規(guī)模為中型。相應(yīng)其主要建筑物級別為 3 級，次要建筑物為 4 級。水工建筑物 為 3 級的洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計下洪水重現(xiàn)期為 10050 年，校核下洪水重現(xiàn)期為 20001000 年。 4.4.6.2 波浪要素計算 由于大壩所在地區(qū)為丘陵地區(qū)，波浪要素宜采用鶴地水庫公式計算（適用 于庫水較深，V026.5m/s 及 D7.5km） 。 （4-6） 3 1 2 0 8 1 0 2 0 %2 00625 . 0 V gD V V gh - 23 - （4-7） 2 1 2 0 2 0 0386 . 0 V gD V gLm 式中累積頻率為 2%的波高(m) %2 h Lm平均波長(m) V0為水面以上 10m 處的風(fēng)速，正常運用條件下 III 級壩，采用多年平均最 大風(fēng)速的 1.5 倍；非常運用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風(fēng)速。 設(shè)計波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3 級壩采用累積頻率為 1%的爬高值。 %1 h 按上述公式算出的為，再根據(jù)頻率法按下表可得出。 %2 h %1 h 表 4-2 不同累積頻率下的波高與平均波高比值(hp/hm) % p hm/Hm 0.010.112451014205090 0.1 3.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.37 0.10.2 3.252.822.32.131.931.871.641.541.380.950.43 波浪中心線高出計算靜水位 hz按下式計算： （4-8） mm z L H cth L h h 2 2 %1 式中：H 為水深；h1%為累積頻率 1%的波高。 計算結(jié)果為： 表 4-3 計算結(jié)果 4.4.6.3 擋墻頂高程的確定 根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范,堰頂上游 L 型擋墻在水庫靜水位以上高度按 下式確定： y=R+e+A （4- 9） 式中：y-壩頂超高 R-最大波浪在壩坡上的爬高，按 h1%算 e-最大風(fēng)雍水面高度，按 hz算 A-安全超高 表 4-4 土壩壩頂安全超高值(m) h2%hmh1%Lmhz 正常水位下1.160.521.2599.3170.534 設(shè)計水位下1.160.521.2599.3170.534 校核水位下0.6420.2880.6976.2110.246 - 24 - 壩 的 級 別 運用情況 IIIIIIIV、V 正常1.51.00.70.5 非常0.70.50.40.3 L 型防浪墻高程=max （4-10） 正常 校核 設(shè)計 正常蓄水位 校核洪水位 設(shè)計洪水位 y y y 通過計算：343 . 1 493 . 2 493 . 2 校核正常設(shè)計 ；yyy 則 設(shè)計洪水位+=277.53+2.493=280.02m 設(shè)計 y 校核洪水位+=278.98+1.343=280.32m 校核 y 正常蓄水位+=276+2.493=278.49m 正常 y 防浪墻頂高程=280.32m，取為 280.4m。 墻頂 預(yù)留沉陷（280.4227.5）（0.20.4）0.10580.2116，取 0.2m， 在施工過程中應(yīng)考慮到預(yù)留沉陷量。 根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范 SL228-98要求，防浪墻頂要高出壩頂 11.2m，本設(shè)計取 1.2m,則壩頂高程為 279.2m。 第五章 主要建筑物型