土石壩畢業(yè)設計1

1、 前 言 1、設計任務書及原始資料是工作的依據，因此首先要全面了解設計任務，熟悉該河流的一般自然地理條件，壩址附近的水文和氣象特性，樞紐及水庫的地形、地質條件，當地材料，對外交通及有關規(guī)劃設計的基本數據，只有在熟悉基本資料的基礎上才能正確地選擇建筑物的類型，進行樞紐布置、建筑物設計及施工組織設計。因此，應把必要的資料整理到說明書中。通過對資料的了解和分析，初步掌握原始資料中對設計和施工有較大影響的主要因素和關鍵問題，為以后設計工作的進行打下良好的基礎。2、本次設計 滲流計算 穩(wěn)定計算 細部結構 - 1 -第一章 基本數據 第一節(jié) 工程概況及工程目的 本水庫建成后具有灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用

2、水和人畜吃水等多方面的效益，是一座綜合利用的水庫。水庫近期可灌溉農田71.2104畝，遠期可發(fā)展到10.4105畝。樞紐電站和hz電站，總裝機容量31.45mw，年發(fā)電量1.129108kwh。除滿足農業(yè)提水灌溉用電外，還剩余50%的電力供工農業(yè)用電。防洪方面，水庫控制流域面積4990km2，占全流域面積的39%，對下流河道防洪、削減洪峰、減輕防汛負擔也有一定的作用，可將下游100年一遇的洪水流量6010m3/s削減到3360m3/s，相當于17年一遇；可將50年一遇洪水流量6000m3/s削減到2890m3/s，相當于12年一遇。另外，每年還可供給城市及工業(yè)用水0.63108m3。由于市庫區(qū)

3、沿岸山峰重迭，村莊零散，耕地不多，故淹沒損失較小。按庫區(qū)移民高程770m統(tǒng)計，共需遷移人口3115人，淹沒耕地12157畝，房屋1223間，窯洞1470孔。 - 2 -第二節(jié) 基本數據 2.1 工程等別及建筑物的級別1、工程等別zh水庫工程，水庫總庫容5.05108m3，灌溉農田71.2104畝，遠期可發(fā)展到10.4105畝。水電站總裝機容量31.45mw，年發(fā)電量1.129108kwh。根據以上數據，參照水利水電樞紐工程等級劃分sl252-2000的規(guī)定，本工程等別為ii等工程。2、建筑物級別根據本工程的等別及水工建筑物級別劃分的規(guī)定知，永久性主要建筑物為2級建筑物；永久性次要建筑物為3級建

4、筑物；臨時建筑物為4級建筑物。2.2 地形和地質圖zf壩區(qū)地形圖見附圖，zf土壩壩線工程地質剖面圖見附圖6。2.3 工程地質條件1、庫區(qū)工程地質條件庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在820m以上，基巖出露高程大部分在800m左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉砂巖和砂質葉巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現大的構造斷裂，水庫蓄水條件良好。qh河為山區(qū)河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區(qū)也未發(fā)現重要礦產。2、壩址區(qū)工程地質條件qh河在zf水庫壩址區(qū)呈一彎度很大的s形。壩段位于s形的中、上段。壩段右岸為侵蝕河岸，岸坡較陡，基巖出露。上下壩線有約300m長的低平山梁（單薄分水嶺），左

5、岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是qh河環(huán)繞壩段左岸山體相對側向侵蝕的結果。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細砂巖為主，間來件礫巖、粉砂巖和少數砂質葉巖。地層巖相變化劇烈，第四系除厚度不大的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構造上處于相對穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現有大的斷裂構造跡象。壩址區(qū)左岸有一大塌滑體，體積約45104m3，對工程布置有一定的影響。 - 3 -本區(qū)地震基本烈度為6度，建筑物按7度設防。（1）上壩址上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向qh河上游。河床寬約300m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度5m，滲透系數110-2cm/s。一級階地（q4）表層具中偏強濕陷性。左岸73

6、0m高程以上為三級階地（q2），具中偏弱濕陷性。巖基未發(fā)現大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各鉆孔聯(lián)機方向，在巖面下2147m深度范圍內，有一強透水帶，w=5.4630l/（smm），下限最深至基巖下約80m。基巖透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢，左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚度6m）透水性強，滲透系數k=10m/d。左岸單薄分水嶺巖層仍發(fā)屬于中強透水性，平均w=0.4830l/（smm），應考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。（2）下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游；河床寬約120m，左岸為二、三級階地，右岸731m高程以

7、下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學性質見附圖6“工程地質剖面圖”。左岸基巖有一條寬200250m呈北東方向的強透水帶，右岸z溝單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發(fā)現承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。3、壩址區(qū)其它建筑物地段的工程地質條件壩址區(qū)其它建筑物包括導流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。按上壩線方案，導流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸單薄分水嶺，灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹溝附近三級階地上。下壩線方案溢洪道可布置在右岸z溝，灌溉發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸

8、線西側40m左右，導流泄洪洞位置與上壩線位置相同。（1）導流泄洪洞沿洞線周圍巖石厚度大于3倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數fk=4，單軸彈性抗力系數k0=20mpa/cm，彈性模量e=0.4104 mpa，透水性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定， - 4 -免除由內水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。（2）溢洪道上壩線方案溢洪道堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。下壩線溢洪道堰頂高

9、程750m?；A以下10m左右為砂質葉巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。（3）灌溉發(fā)電洞及樞紐電站上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有05m厚的礫巖及厚度不等的亞黏土層，電站廠房處巖石風化厚度約56m，對其產生的滲漏及土體坍塌應采取必要的工程措施。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠。4、施工區(qū)地質地形地質條件zf水庫的右岸坡較陡，坡度為30左右，大部分基巖出露高程為770810m。主河槽在右岸，河寬約100m；左岸為堆積岸，左岸臺地寬200m左右，山嶺高程在775m左右，岸坡較平緩，大都為土

10、層覆蓋。水庫樞紐處施工場地狹窄，樞紐建筑物全部布置在左岸，施工布置較為困難。壩區(qū)為上二迭系石千峰組的紫紅色、紫灰色細砂巖，間夾同色礫巖及砂質葉巖等巖層。右岸全部為基巖，河床砂卵石總厚度約50m，覆蓋層厚度約5m。高漫灘表層亞砂土厚515m，左岸728m高程以下為基巖?；鶐r面向下游逐漸降低，土層增厚。砂卵石層透水性不會很強，施工開挖排水作業(yè)估計不會很困難。2.4 水文氣象條件1、氣象流域內年平均降雨量686.1mm，70%集中在69月，多年平均最高氣溫29.1（6月），多年平均最低氣溫-14.3（1月），多年年平均氣溫89。多年平均師大風速9m/s，水位768.1m時水庫吹程5.5km。（1）氣

11、溫資料zf水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據附近氣象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年資料統(tǒng)計分析，最高氣溫29.1（6月），最低氣溫-14.3（1月），多年平均日氣溫424，多年年平均氣溫89。歷年各月氣溫特征值見 - 5 -表2-1。（2）降雨資料根據附近氣象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年資料統(tǒng)計分析，得出多年的平均各月降雨天數見表2-2。表2-2 多年平均各月降雨天數2、水文分析 （1）洪水洪水由暴雨形成，據統(tǒng)計78月發(fā)生最大洪峰流量的機會占88%，而且年際變化很大，實測最大洪峰流量2200m3/s（1954年），最小洪峰流量184m3/s（1

12、965 - 6 -年），相差12倍。流域洪水的特點是峰高，歷時短，陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時間一般35d。各種頻率的設計洪水過程線見表2-3。表2-3 各種頻率的設計洪水過程線（2）年來水量水量的年內分配，汛期710月約占全年水量的62%，水量年際變化很大，實測最大年來水量1968108m3（1963年7月至1964年6月）。最小年來水量3.34108m3（1965年7月至1966年6月）。相差5.9倍。從歷年來水量過程來看約7年一個周期，其中連續(xù)枯水段為4年。 - 7 -（3）年輸沙量汛期710月的來沙量約占全年輸沙量94%，其中7、8兩月約占83%。輸沙量的年際變化很大，實測最大年輸沙量12

13、40104t（1969年7月至1970年6月）。最小年輸沙量173104t（1969年7月至1970年6月）。相差7倍。（4）水文分析成果表 水文分析成果表見表2-4表2-4 qh河水文分析成果（1）死水位選擇為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當增加，力求達到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地，按20年淤積高程考慮，并根據今后運用情況加以計算調整。（2）調節(jié)性能的選定灌溉保證率選取p=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電。按上述原則，并按近期灌溉面積71.2104畝進行水庫調節(jié)計算。年調節(jié)和多年調節(jié)兩個方案的水量利用系數和壩高都相關不大，但是多年調節(jié)性能的 -

14、 8 -水庫能提供的電量和裝機利用小時數都較年調節(jié)性能水庫提高20%。故確定本水庫為多年調節(jié)性能水庫。利用1949年7月至1971年6月共22年插補水文系列，采用“時歷法”進行多年調節(jié)計算。（3）興利水位的確定原則和指標根據qh河洪水特性，汛期限制水位在7、8月定為760.7m。7、8月以后可重復利用一部分防洪庫容蓄水興利，以防洪為主，兼顧興利為原則，確定9、10月限制水位為766.1m。汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超過百年設計洪水位考慮，確定汛末興利水位為767.2m。電站的主要任務是滿足本灌區(qū)提灌用電的要求。因此在保證灌區(qū)工農業(yè)用水的基礎上，確定電站的運用原則：灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季

15、節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水處則充分利用棄水多發(fā)電，提高年水量的利用系數。（4）防洪運用原則及設計洪水的確定本水庫屬二級工程。水庫建筑物按百年一遇洪水設計，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水計算數值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作為非常保壩標準對水工建筑物進行復核。工程泄洪建筑物胡溢洪道和導流泄洪洞。溢洪道凈寬60m，分設5孔閘門，每孔閘門凈寬12m，堰頂高程757m。通過施工導流、攔洪、泄洪度汛、非常時期放空水庫以及在可能情況下有利于排沙等方面的綜合分析和比較，泄洪洞洞徑確定為8m，進口底調和為703.35m。調洪運用原則：當入庫洪水為20年一遇時，為滿足下游河道保灘淤地的要求，水庫控制

16、下泄流量為600m3/s；當入庫洪水為百年一遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標準，水庫控制下泄流量為2000m3/s；當入庫洪水為千年一遇時，溢洪道單寬流量以70m3/s控制泄流；當入庫洪水為萬年一遇時，按下述原則操作：即庫水位接近校核水位時，若水庫水位仍持續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開泄洪，允許溢洪道局部破壞。（5）水庫排沙和淤沙計算zf水庫回水長25km，河道彎曲，河床寬300m左右，河床比降為2.2%，是個典型的河道型水庫。qh河泥沙年內的83%集中在7、8兩個月，平均含沙量為13.8kg/m3，泥沙多年平均d50粒徑為0.0155mm，顆粒較細。雖然本水庫有可能利 -

17、 9 -用異重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工農業(yè)對水源的要求，決定了本水庫只能高水頭蓄水運用。在蓄水過程中，只能用灌溉和發(fā)電的剩余水進行排沙。經計算，多年平均排沙量只占5.2%，其余大部分的泥沙都淤積在水庫中，從而減少興利庫容。（6）水庫工程特征值 水庫工程特征值見表2-5表2-5 zf水庫工程特征值 - 10 -2.5 建筑材料及筑壩材料技術指標的選定庫區(qū)及壩址下游土石豐富，有利于修建當地材料壩。 1、土料根據當地建筑材料調查報告，壩址上、下游均有土料場，共有5個，儲量豐富，平均運均小于1.5km。根據試井和鉆孔情況，從12000地形圖初步計算4個土場的總儲量為2248.6104m3，

18、為需要量的4倍多。各土料場儲量見表2-6。表2-6 各土料場的儲量根據155組試驗成果統(tǒng)計，土料平均黏粒含量為26.4%，粉粒55.9%，粉砂17.6%，其中25%屬粉質黏土，60.7%屬重粉質壤土，14.3%屬中粉質壤土。平均塑性指數 - 11 -11.1，最大干重度16.7kn/m3，最優(yōu)含水量20.5%，滲透系數0.44104cm/s。具有中等壓縮性，強度特性見表2-7。表2-7 土料的強度特性 - 12 -2、砂礫料根據調查，砂礫料主要頒布在河灘上，儲量為205104m3，壩址附近的3個砂礫場，扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的砂礫料約（100151）104m3。其顆粒級配不連續(xù)，缺少中

19、間粒徑，根據野外29組自然坡度角試驗，34組室 砂礫料顆粒組成砂的儲量很少，且石英顆粒少，細度模數很低，不宜作混凝土骨料，砂（d<2mm）的相對緊密度為0.895。3、石料壩址石料較多，運距均在1km以 筑壩材料技術指標 - 13 -2.6 其它數據及要求1、施工地區(qū)對外交通、供電、通訊及房屋水庫地處山區(qū)，對外交通條件較差，主要靠公路運輸。水庫附近沒有較大的電源。最近的電源設備容量不大，只能供水庫1000kw，電量不足。水庫開工后，應要求有關部門予以解決。水庫開工后要求架設專用通訊線路。住房問題也必須因地制宜解決。2、施工要求qh河灌區(qū)工程規(guī)模大，全部工程分為水庫樞紐、hz電站、管道3部

20、分。水庫樞紐包括土石混合壩、導流泄洪洞、溢洪道、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站5項；管道工程包括總干渠、一干渠、二干渠、三干渠、四干渠、揚水站6項；另有hz電站工程。3部分共計12項工程，其中hz電站、揚水站、樞紐電站廠房、機組安裝由專業(yè)隊施工。要求工程盡快受益以改變qh河灌區(qū)農業(yè)生產基本條件。工程預期8年基本建成受益，要求第5年汛前樞紐電站發(fā)電，總干渠受益。 - 14 -第二章 樞紐布置 第一節(jié) 壩軸線選擇 根據壩址的地質、地形、樞紐布置、施工條件等，通過技術經濟比較分析確定壩軸線位置。按照給定資料，主要考慮上壩線和下壩線兩個方案。需要考慮的地形方面的因素有：（1）河床的寬度是否便于布置建筑物和施工，

21、兩種方案的工程量大??；（2）下壩線下游45104m3的塌滑體對工程施工不利，左岸山體較大的沖溝對壩體安全不利；（4）淹沒面積及移民的數量。要考慮的地質方面的因素有：（1）壩基內是否存在較大范圍的夾層和強透水帶，地基處理的工程量和難度。（2）黃土處理問題。當黃土的重度大于kn/m3時，黃土的濕陷性較小，可不進行處理。但如果黃土的重度小于kn/m3時，黃土的濕陷性和壓縮性較大，需要清除。（3）上下兩條壩線左岸均有單薄分水嶺，分水嶺的透水性較強，需要進行灌漿處理。（4）塌滑體對大壩的影響。兩條壩線對比如下表所示：- 15 -由以上各個方面的比較，上、下游壩線雖然各有自己的優(yōu)缺點，但經過綜合比較及分析

22、，最后選擇上壩線作為壩軸線。 - 16 -第二節(jié) 樞紐布置 1、樞紐組成樞紐建筑物以土石壩為主體，并包括有泄洪建筑物、發(fā)電引水建筑物、水電廠房、排砂建筑物、工業(yè)用水引水建筑物、放空水庫的泄水建筑物及施工導流建筑物等，其中這些建筑物有的可以合并結合使用，如發(fā)電引水和灌溉引水建筑物可合并或部分合并。有的可以分開，如泄洪建筑物可分為溢洪道和泄洪洞。本工程計劃設置的建筑物為土石壩、導流泄洪洞、溢洪道、灌溉發(fā)電洞及發(fā)電廠房等。2、樞紐布置原則樞紐布置應做到安全可靠、經濟合理、施工互不干擾、管理運行方便。應選擇多種方案進行技術經濟比較，從而選出最優(yōu)方案。應服從以下原則：（1）樞紐中的泄水建筑物應能滿足設計

23、規(guī)定的運用條件和要求；（2）泄洪建筑物形式選擇時，宜優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物，并經技術經濟比較確定；（3）泄水引水建筑物進口附近的岸坡應有可靠的防護措施，當有平等壩坡方向的水流可能會沖刷壩坡時，壩坡也應有防護措施；（4）應確保泄水引水建筑物進口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性；（5）當泄水建筑物出口消能后的水流沖刷下游壩坡腳時，應比較采用尾水渠或采取工程措施保護壩坡腳的可靠性和經濟性，可采取其中一種措施，也可同時采用兩種措施；（6）對于多泥沙河流，應考慮布置排砂建筑物，并在進水口采取防淤措施；（7）高、中壩和地震區(qū)的壩，不得采用布置在非巖石地基上的壩下埋管形式。低壩采用非巖石

24、地基上的壩下埋管時，必須對埋管周圍填土的壓實方法、可能達到的壓實密度及其抵抗?jié)B透破壞的能力能否滿足要求進行論證；（8）樞紐布置應考慮建筑物開挖料的利用。3、樞紐布置根據以上選定的壩軸線從地形、地質、施工、運用等方面大致確定了建筑物（包括大壩、導流泄洪洞、溢洪道、灌溉發(fā)電洞等）的相對位置和建筑物形式，并定性分析和論述，確定了樞紐工程的等級及建筑物等級。- 17 -導流泄洪洞：其布置主要考慮地質情況，避開可能的塌滑體，并保證出口和進口的穩(wěn)定以及洞身圍巖的穩(wěn)定，此外還應考慮巖體的破碎程度及其對巖體滲漏的影響。因此導流泄洪洞布置在左岸單薄分水嶺，由于出口段節(jié)理發(fā)育，為保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內水壓力

25、引起的后果，出口段將修建為無壓洞。溢洪道：其主要考慮地質情況和水流情況，不僅保證建筑物的安全，而且還盡量減小開挖施工的工程量。溢洪道布置在左岸分水嶺，堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，各部分的抗滑穩(wěn)定條件非常好。灌溉發(fā)電洞及樞紐電站：其布置原則與導流泄洪洞相同，其布置在左岸東凹溝附近三級階地上，沿線以厚層粉砂為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。而電站廠房處巖石風化層厚度約56m，對其產生的滲漏及土體坍塌采取必要的處理措施。4、根據以上數據，參照水利水電樞紐工程等級劃分sl252-2000的規(guī)定，本工程等別為ii等工程。建筑物

26、級別則根據本工程的等別及水工建筑物級別劃分的規(guī)定知，永久性主要建筑物為2級建筑物，如土石壩。永久性次要建筑物為3級建筑物，如溢洪道、灌溉發(fā)電洞、樞紐電站等。臨時建筑物為4級建筑物，如導流泄洪洞、導流圍堰等。 - 18 -第三節(jié) 壩型選擇 1、壩型及影響選擇的因素碾壓式土石壩可分為均質壩、土質防滲體分區(qū)壩和非土質材料防滲體壩三種基本型式。壩型選擇應綜合考慮以下因素，并經技術經濟比較確定。（1）壩址區(qū)河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特征及地震烈度等地形地質條件；（2）筑壩材料的種類、性質、數量、位置和運輸條件；（3）施工導流、施工進度與分期、填筑強度、氣象條件、施工場地、運輸條件和初期度汛等施工條件；（

27、4）壩高：高壩多采用土質防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質壩，條件合適時宜采用混凝土面板堆石壩；（5）樞紐布置、壩基處理以及壩體與泄水、引水建筑物等的連接；（6）運行條件：如對滲漏量要求高低，上、下游水位變動情況，分期建設等；（7）壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價。2、壩型選擇根據所給出的基本資料，在壩址附近有豐富的土料，且大部分為重、中粉質壤土，可作為防滲材料。壩址上、下游及兩岸灘地又有大量的砂礫料，可作為壩殼材料，同時其它開挖棄料亦可作為壩殼材料。因此大壩壩型將選用土石壩。根據防滲結構的類型，常見的形式有心墻土石壩、斜墻土石壩、斜心墻土石壩、面板堆石壩及均質壩。從建筑材料上來看，土石壩的形式采

28、用心墻壩、斜墻壩及斜心墻壩均可以。心墻壩是指心墻設在壩的中部，施工時要求心墻與壩體大體同時填筑，因而相互干擾大，影響施工進度。同時心墻可能產生拱效應。斜墻壩指防滲體設在壩體上游面或接近上游面，同心墻相比，斜墻在施工時與壩體的相互干擾小，壩體上升速度快，但斜墻上游坡緩，填筑工程量比心墻大；此外，由于斜墻斜躺在壩體上，對壩體沉降變形的影響較敏感，易產生裂縫，抗震性能亦不如心墻。斜心墻是指心墻設在壩體中央向上游傾斜，斜心墻即克服了心墻壩的施工干擾大和可能產生的拱效應；又克服了斜墻壩對變形敏感等問題。通過以上各方面的比較，選定斜心墻作為此工程的大壩的防滲體。- 19 -第三章 壩工設計 第一節(jié) 土石壩

29、斷面設計 土石壩斷面設計的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡度、防滲結構、排水設備的形式及基本尺寸。根據設計規(guī)范的要求及參照已建工程的經驗數據，并考慮本工程的具體情況，對本工程的各項數據設計如下。1、壩坡壩坡的確定應根據壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料的性質、壩所承受以及施工和運用條件等因素，經技術經濟比較確定。根據給定的基本資料及參照已建壩的經驗和資料，選定上、下游壩坡如下： 上游壩坡從上而下為：1:3.0 1:3.5下游壩坡從上而下為：1:2.5 1:2.75 1:3.02、壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通、運行、施工、構造、抗震、防汛及其他特殊要求，由于在本工程大壩上無特殊要

30、求，因此只要滿足高壩的最小壩頂寬度要求：bbmin=10m，取b=12m。3、壩頂高程由于土石壩是不允許漫項溢流的，因此壩頂高程由水庫靜水位加上風浪壅水增加高度、壩面波浪爬高及安全超高確定，同時壩頂高程的計算，應同時考慮以下3種情況：（1）設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；（2）校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；（3）正常高水位加非常運用情況的壩頂超高再加地震區(qū)安全超高。壩頂超高按下式計算：y=r+e+a式中：y壩頂在水庫靜水位以上的超高；r最大波浪在壩坡上的爬高e最大風壅水面高度；- 20 -a安全加高根據本工程給定的基本資料，按碾壓式土石壩設計規(guī)范sl274-2001中關于以上各項的規(guī)

31、定及說明進行計算取值，使得壩頂高程能夠滿足規(guī)定條件壩頂高程的計算成果見表3-1表3-1 壩頂高程計算表為了減少施工工程量，在大壩上游設置防浪墻，墻高取1.5m，大壩壩頂高程設計為770.60m。驗算：壩頂高程（770.60m）設計洪水位+0.5m，（768.1+0.5=768.6m）校核洪水位（770.4m）滿足了壩頂高程的規(guī)范要求，因此取壩頂高程為770.60m。 4、馬道設置根據碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）的要求，土質防滲體分區(qū)壩和均質壩上游壩坡宜少設馬道；且馬道寬度應根據用途確定，但最小寬度不宜小于1.5m。根據以上要求，上游壩坡在上游壩坡變坡處設置1道馬道，高程設在74

32、0m處。下游壩坡4道馬道，分別在高程755m、740m、725m、710m處，且在高程755m、740m上的2處馬道處變坡。馬道的寬度設置為2m。5、防滲體設計壩的防滲體應滿足將滲透坡降、下游壩體浸潤線及滲流量降低到允許范圍內，還要滿足結構和施工的要求。作為為壩的防滲體的材料有土質防滲體和人工材料防滲體，其中用的最多的是土質防滲體。土質防滲體分區(qū)壩的防滲體斷面尺寸應根據防滲土料的質量（如允許滲透比 - 21 -降、塑性、抗裂性能等），防滲土料的數量和施工難易程度，防滲體下面壩基的性質及處理措施，防滲土料與壩殼材料單價比值等因素研究確定。設計地震烈度8度、9度的地區(qū)可適當加厚。土質防滲體斷面應滿

33、足滲透比降、下游浸潤線和滲透流量的要求，應自上而下逐漸加厚，頂部的水平寬度不宜小于3.0m；底部厚度，斜墻不宜小于水頭的1/5，心墻不宜小于水頭的1/4。土質防滲體頂部在正常蓄水位或設計洪水位以上的超高，斜墻為0.80.6m，心墻為0.60.3m。非常運用條件下，防滲體頂部不應低于非常運用條件的靜水位，并應核處風浪爬高。但當防滲體頂部設有防浪墻時，防滲體頂部調和可不受上述限制，但不得低于正常運用的靜水位。土質防滲體頂部和土質斜墻上游應設保護層，且保護層厚度應不小于該地區(qū)的凍結和干燥深度，還應滿足施工需要。斜墻上游保護層的填筑標準應和壩體相同，其坡度應滿足穩(wěn)定要求。根據以上要求及本工程的具體情況

34、，防滲尺寸設計的具體情況如下：防滲體采用斜心墻，斜心墻的上游坡度設為1:1.2，下游坡度設為1:1.0。防滲墻的頂部高程，由于大壩壩頂設有防浪墻時，防滲體頂部高程不得低于正常運用的靜水位。因此防滲墻的頂部高程設為769.00m。防滲墻的斷面設計為自上而下逐漸加厚，頂部的水平寬度設為4m，底部厚度18m。同時防滲墻上游保護層厚度設為4.0m。6、地基處理對于表層的腐殖土，以及可能造成集中滲流和可能發(fā)生滑動的表層土石，如草皮、稀泥等先行清理。由于地基存在沖洪積之砂卵礫石層，故采用混凝土防滲墻。墻厚1.0m，嵌入基巖，頂部插入斜心墻5.0m。由于防滲墻兩側沖擊層有沉陷，易引起防滲墻頂部心墻與兩側斜心

35、墻的不均勻沉陷，故混凝土防滲墻頂部做成楔形體。同時由于有一部分巖基具有中等透水帶，因此需對此巖基做帷幕灌漿，灌漿深度深入巖基中等透水帶下限1.0m。以滿足地基的滲漏要求。7、排水設計（1）排水形式的選擇- 22 -排水形式的選擇必須結合壩基排水的需要及形式，同時根據下列情況，以技術經濟比較確定：1）壩型、壩體填土和壩基土的性質，以及壩基的工程地質和水文地質條件；2）下游有水、無水、下游水位高低和持續(xù)時間，以及泥沙淤積影響；3）施工情況及排水設備的材料；4）筑壩地區(qū)的氣候條件。均質壩和下游壩殼用弱透水材料填筑的土石壩，宜優(yōu)先選用豎式排水，基底部可用褥墊排水將滲水引出。若需要降低壩體內的孔隙壓力，

36、可在上、下游坡不同高度設置壩體水平排水層。由于壩體排水有多種形式，結合本工程的特點及基本情況，選定棱體排水為壩體排水的形式。它的主要作用為能夠降低壩體浸潤線防止?jié)B透變形，而且還可以支撐壩體，增加壩體的穩(wěn)定性和保護下游壩腳免遭淘刷。（2）棱體排水的構造要求棱體排水設計應遵循下列規(guī)定：1）頂部高程應超出下游最高水位，超過的高度，1級、2級壩應不小于1.0m，3級、4級和5級壩應不小于0.5m，并超過波浪沿坡面的爬高；2）頂部高程應使壩體滑潤線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結深度；3）頂部寬度應根據施工條件及檢查觀測需要確定，但不宜小于1.0m；4）應避免在棱體上游坡腳處出現銳角。根據以上條件及本工程的

37、實際工程情況，棱體排水的斷面尺寸如下：頂部寬度為3.0m，頂部高程為710m，棱體的邊坡設為1:2.0。 - 23 -第二節(jié) 壩體的滲流分析 一、壩體滲透計算1、滲流分析的主要目的（1）確定壩體浸潤線和下游出逸點的位置，以便在不同部位正確采用土壤的容重、抗剪強度等物理、力學指標，為壩體穩(wěn)定、應力與變形的計算和排水設備的選擇提供依據，也為水上、水下分區(qū)設置土料提供依據。（2）確定壩體與壩基的滲流量，以便估計水庫滲漏損失和確定壩體排水設備的尺寸。（3）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性。（4）確定庫水位降落時上游壩殼內自由水面的位置，估算由此

38、產生的孔隙水壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析之用。2、計算情況選擇滲流計算考慮下列水位組合情況：（1）上游正常高水位與下游相應最低情況；（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位；（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；（4）庫水位降落時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設計中只考慮前三種情況，第四種情況暫不考慮。3、滲透分析的計算方法根據碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）應用水力學法進行計算。4、計算斷面及公式本次設計不僅對河槽處最大斷面進行滲流計算，而且還左、右岸各取一個斷面進行滲流計算。其計算的基本公式采用：- 24 -kh1-h2單寬滲流量 q =2l(22)浸潤線方程 y = 5、單寬

39、流量計算h1-22qx k由于本工程地基處理中，上層沖積層采用混凝土防滲墻，下層透水性巖基采用帷幕灌漿處理，因此可近似地為不透水地基上的壩體的滲流計算。單寬滲流計算公式：k0h1-h2通過斜心墻的滲流量為： q1 =2dsinakh2-h2斜心墻后的滲流量為： q2 =2l-m2h2(2)(2)斜心墻后的浸潤線起點高度為： h0 =a1a3a1 2khkh2k0k式 中： a1=+ a3=01+dsinal-m2h2dsinal-m2h2其中：k0斜心墻粘土滲透系數；取110-6cm/sk 土石壩壩殼料滲透系數；取1.010-2cm/s a斜心墻下游面角度；45（1）上游正常高水位與下游相應最

40、低情況 其結果列于表3-2。表3-2 滲流單寬流量計算表 - 25 -（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位； 其結果列于表3-3。表3-3 滲流單寬流量計算表（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位； 其結果列于表3-4。表3-4 滲流單寬流量計算表6、繪制浸潤線（1）上游正常高水位與下游相應最低情況 最大斷面處：浸潤線方程為：y=.56-0.06x x(4.16,290.05)，計算結果列于下表3-5。表3-5 最大斷面正常高水位情況下浸潤線 - 26 - 圖3-1 正常高水位最大斷面的浸潤線左岸斷面處：浸潤線方程為：y =.29-0.053x x(3.48,228.05)，計算結果列于下

41、表3-6。表3-6 左斷面正常高水位情況下浸潤線 圖3-2 正常高水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y =.98-0.018x x(1.4,108.8)，計算結果列于下表3-7。表3-7 右斷面正常高水位情況下浸潤線 圖3-3 正常高水位右岸斷面的浸潤線 - 27 -（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位 最大斷面處：浸潤線方程為：y =.81-0.061x x(4.42,285.4)，計算結果列于下表3-8。表3-8 最大斷面設計洪水位情況下浸潤線 圖3-4 設計洪水位最大斷面的浸潤線左岸斷面處：浸潤線方程為：y =.73-0.055x x(3.54,228.05)，計算結果列于

42、下表3-9。表3-9 左斷面設計洪水位情況下浸潤線 圖3-5 設計洪水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y =2.13-0.019x x(1.45,108.8)，計算結果列于下表3-10。 - 28 -表3-10 右斷面設計洪水位情況下浸潤線 最大斷面處：浸潤線方程為：y =60.26-0.065x x(7.73,270.25)，計算結果列于下表3-11。表3-11 最大斷面校核洪水位情況下浸潤線 圖3-6 設計洪水位右岸斷面的浸潤線（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位； 圖3-7 校核洪水位最大斷面的浸潤線 左岸斷面處： 浸潤線方程為：y =.84-0.06x x(3.69,2

43、28.05)，計算結果列于下表3-12。 - 29 -表3-12 左斷面校核洪水位情況下浸潤線 圖3-8 校核洪水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y =2.53-0.023x x(1.58,108.8)，計算結果列于下表3-13。表3-13右斷面校核洪水位情況下浸潤線 二、壩體滲透穩(wěn)定計算 1、滲透計算包括的校核洪水位右岸斷面的浸潤線（1）判別土的滲透變形形式，即管涌、流土、接觸沖刷或接觸流失等； （2）判明壩和壩基土體的滲透穩(wěn)定； （3）判明壩下游滲流出逸段的滲透穩(wěn)定。 2、滲透變形形式的判別 - 30 -由于滲透變形的形式主要與土類和土粒級配等因素有關。一般粘性土，土粒間具有一

44、定的粘聚力，而且孔隙很小，在滲流作用下，其破壞形式為流土，但在斜心墻的兩側都設置了反濾層，因此斜心墻的滲透穩(wěn)定是安全的。對于壩殼料，根據細顆粒含量判別，此法以土體中細顆粒（粒徑d2mm）含量pz作為判別滲透變形的依據。按照伊斯托明娜的建議，根據砂礫料顆粒組成知pz=34.6%，壩體可能發(fā)生流土。由于在壩體滲流逸出處的滲透坡降小于容許坡降，因此壩體的滲透變形是安全的。三、反濾層設計1、根據碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）反濾層的材料應該是耐久的、抗風化的砂石料。防滲體下游和滲流逸出處的反濾層應滿足下列要求：（1）使被保護土不發(fā)生滲透變形；（2）滲透性大于被保護土，能通暢地排出滲透水流

45、；（3）不致被細粒土淤塞失效；（4）在防滲體出現裂縫情況下，土顆粒不會被 帶出反濾層，能使裂縫自動愈合。2、反濾層設計的內容反濾層設計包括掌握被保護土、壩殼料和料場砂礫料的顆粒級配，根據反濾層在壩的不同部位確定反濾層的類型，計算反濾層的級配、層數和厚度。3、反濾層設計根據碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）附錄b計算設計反濾層的級配及層數。對于被保護土的第一層濾料，可用下式確定：d15/d8545d15/d155其中：d15反濾料的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d 85被保護土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%；d 15被保護土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；

46、當選用第二、三層反濾料時，其上下層的關系可同樣按以上方法確定。但選擇第二層反濾料時，以第一層反濾料為被保護土；選擇第三層反濾料時，以第二層為 - 31 -被保護土。對于被保護土為粘性土的反濾料，其尺寸可用d15=0.5mm左右，對非分散性粘土反濾料可以粗些；對分散性粘土或粘性較小的砂壤土則要細些。粘性土防滲體在出現裂縫情況下運行是很危險的，為控制裂縫發(fā)展并促其自行愈合，對i、ii級壩及高壩，由于工程重要且作用水頭較高，宜按較嚴格的情況選用較細反濾料。同時為了減緩防滲體與壩殼或兩種剛度相差較大的土料之間變形和應力的急劇變化，避免防滲體等部位發(fā)生裂縫或控制其開展，還需在兩層土料之間設置過渡層，在分

47、區(qū)壩中，若反濾層設計厚度不能滿足過渡層需要時，沿尚應加厚反濾層或另設過渡層。對于斜心墻兩側的反濾料，由于被保護土為粘性土，按附錄b.0.5中按式b.0.5-2確定：d150.7mm由于該壩為2級壩且工作水頭較高，因此第一層反濾層d1=0.251mm的中粗砂層。第二層反濾層按附錄b.0.4中式（b.0.4-1）、式（b.0.4-2）：d15/d8545d15/d155求得第二層反濾料d154.0mm，從而確定d2=15mm的粗砂礫。根據以上步驟重復計算得第三層反濾料d1518.0mm，從而確定d3=540mm的碎石。為了保護防滲體及滿足過渡層的要求，反濾層設計為第一層為1.0m厚的0.251mm

48、的中粗砂層；第二層設為1.0m厚的15mm的粗砂礫層；第三層為1.5m厚的540mm的碎石層。- 32 - 第三節(jié) 壩坡的穩(wěn)定分析 1、土壩穩(wěn)定計算的工況選擇根據碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）的要求，土石壩施工、建成、蓄水和庫水位降落的各個時期不同荷載下，應分別計算其穩(wěn)定性?？刂品€(wěn)定的有施工期（包括竣工期）、穩(wěn)定滲流期、水庫水位降落期和正常運用遇地震四種工況，應計算的的內容如下：（1）施工期的上、下游壩坡；（2）穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡；（3）水庫水位降落期的上游壩坡；（4）正常運用遇地震的上、下游壩坡。在本次設計中，我們選三種代表工況進行穩(wěn)定計算：1）施工期（包括竣工期）。該階

49、段黏性土體內的孔隙水壓力尚未消散，故需考慮孔隙水壓力對壩坡穩(wěn)定的影響。在強地震區(qū)，這種作用還要與地震作用的1/2相結合。本設計只計算下游壩坡的穩(wěn)定。2）穩(wěn)定滲流期。上游為正常蓄水位或設計洪水位，下游為相應水位時下游壩坡的穩(wěn)定。此時，地震作用只與正常水位工況相結合。本設計只計算設計洪水位時下游壩坡的穩(wěn)定。3）水庫水位降落期?？煽紤]水庫水位自正常蓄水位快速降落到死水位的情況，主要考查不穩(wěn)定滲流對大壩上游壩坡穩(wěn)定的影響。2、穩(wěn)定計算的方法及斷面選擇土石壩由于其體積很大、壩體重，不可能產生水平滑動，其失穩(wěn)形式主要是壩坡滑動或壩坡與壩基一起滑動。土石壩穩(wěn)定分析的目的就是核算土石壩在自重、各種情況的孔隙壓

50、力和外荷載作用下，壩坡是否穩(wěn)定、經濟。壩坡穩(wěn)定計算時，應先確定滑裂面的形狀，土石壩滑坡的型式與壩體結構、土壤和地基的性質以及壩的工作條件等密切相關。穩(wěn)定計算方法可分圓弧滑動及非圓弧滑動穩(wěn)定兩種。其中圓弧滑動穩(wěn)定計算的方法主要為考慮條塊間作用力的簡化畢肖普法和不考慮條塊間作用力的瑞典圓弧法。而非圓弧滑動穩(wěn)定計算是摩根斯頓普賴斯法和滑楔法。- 33 -壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數，按照碾壓式土石壩設計規(guī)范（sl274-2001）的規(guī)定，當采用計及條塊間作用力的計算方法時，其應不小于下表3-14規(guī)定的數值： 表3-14 壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數時，對1

51、級壩正常運用條件最小安全系數應不小于1.30，其他情況應比表3-14中規(guī)定的數值減小8%。則本工程壩坡最小安全系數為：k正=1.25，ki=1.15，kii=1.06。滑裂面形式對斜心墻壩來說，上、下游壩坡均采用曲線滑裂面，采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧滑動有效應力法校核最大壩高斷面的上、下游壩坡的穩(wěn)定，計算采用列表法。其計算公式如下：（1）施工期校核下游壩坡的穩(wěn)定計算：采用瑞典圓弧法的有效應力法計算施工期的壩坡穩(wěn)定，其公式如下：cbseca+wseca(cosk=wsina2a-b)tgj （2）水庫水位降落期和穩(wěn)定滲流期校核下游壩坡的穩(wěn)定計算： 采用瑞典圓弧法的有效應力法計算施工期的壩坡穩(wěn)

52、定，其公式如下：cbseca+(w+w)cosa-(u-rk=w+wsina1212wz)bsecatgj 以上式中：b 條塊寬度；w條塊實重，w=w1+w2+rwzb； w1在壩坡外水位以上的條塊實重； w2在壩坡外水位以下的條塊浮重； z 壩坡外水位高出條塊底面中點的距離； - 34 -u 穩(wěn)定滲流期或水庫水位降落期壩體或地基中的孔隙水壓力；a條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；c 、f土壤抗剪強度指標。3、上、下游不計條塊間作用力的有效應力法的穩(wěn)定分析（1）施工期下游壩坡的穩(wěn)定計算1）計算分析步驟利用b.b方捷耶夫法和費蘭鈕斯法確定最危險滑弧所對應圓心的范圍。首先定出距壩頂

53、為2h、距壩趾4.5h的m1點，再從壩趾b和壩頂a分別引出bm2和am2，它們分別與下游壩坡及壩頂成b1=25、b2=35角并相交于m2點，連接m1m2線，最危險滑弧的圓心即位于m1m2的延長線附近；其次用方捷耶方法給出扇形bcdf，取下游坡中點a，過a點作鉛垂線ac，過a點作與壩坡成85角的線ad。以a點為圓心分別以0.75h、2.3h半徑做圓弧，分別與線ac、ad相交于點b、c、f、d，從而形成扇形bcdf。而線m1m2延長線與扇形bcdf相交于點e、g，這樣最小安全系數滑弧的圓心就在eg線附近。在eg線上分別取o1、o2、o3為圓心，分別通過b點的滑弧。分別編號：b=0.1r=19.8m，從圓心作垂線為0號土條的中心線，向上依次為1、2、3；向下依次為-1、-2。繪制壩坡穩(wěn)定計算圖，如圖所示。 - 35 -圖3-10 施工期下游壩坡穩(wěn)定計算圖（o