粘土心墻壩工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)前 言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。既是所學(xué)理論知識鞏固深化過程，也是理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程。畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論知識和基本技能，去解決實(shí)際問題和進(jìn)一步提高運(yùn)算、制圖以及使用技術(shù)資料的技巧、完成工程技術(shù)和科學(xué)技術(shù)基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。使學(xué)生從中受到工程師所必需的綜合訓(xùn)練，并相應(yīng)地提高各種能力，如調(diào)查研究、理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、試驗(yàn)研究、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、組織、撰寫論文和說明書等等，培養(yǎng)實(shí)事求是、謙虛謹(jǐn)慎、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的科研態(tài)度和科學(xué)精神。經(jīng)過嚴(yán)格的畢業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使我們進(jìn)入工作崗位后，可以較快地適應(yīng)工作。本次設(shè)計(jì)的任

2、務(wù)是亭子口水利樞紐工程，此工程是以發(fā)電為主，兼顧灌溉的綜合利用的水利樞紐。本樞紐處于大陸腹地，氣候干燥，壩區(qū)流道順直，兩岸為不對稱河谷，岸坡陡峭。因此在組織設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮工程地質(zhì)條件及處理措施，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件選擇最優(yōu)的方案，使之既經(jīng)濟(jì)又安全。本工程承擔(dān)發(fā)電、泄水、防洪任務(wù)，因此對水工建筑物的穩(wěn)定、承壓、防滲、抗沖等方面都有特殊要求，如要采取專門的地基處理措施和應(yīng)力條件分析，以確保工程質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。全文包括設(shè)計(jì)擋水建筑物即擋水壩的，泄水建筑物即溢流壩的設(shè)計(jì)以及土壩細(xì)部構(gòu)造與壩基處理等部分，詳細(xì)的介紹了亭子口水利樞紐工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 作者：白昱2012年6月 1長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

3、第一部分 設(shè)計(jì)說明書1 基本資料1.1 壩址區(qū)自然條件簡況設(shè)計(jì)資料壩址位于峽谷河段地址概況設(shè)計(jì)資料1.2.1 庫區(qū)工程地質(zhì)水庫區(qū)位于溇水上游河段的深山峽谷中，河段多為u型和v型峽谷，岸坡陡峻，人煙稀少，水庫兩岸大部分植被發(fā)育良好；水庫區(qū)很少發(fā)育漏斗形的地形，除在坡腳因崩塌易形成常見的含碎、塊石堆積體外，一般基巖（灰?guī)r）直接裸露，較難具備形成泥石流的地質(zhì)環(huán)境條件，調(diào)查中水庫區(qū)未見泥石流的跡象，亦沒有發(fā)生過大的泥石流，除因暴雨形成的山洪沖刷淺表層的覆蓋層以外，無大的固體逕流來源。庫區(qū)基巖裸露，地形險峻，但植被尚較好，固體徑流來源少。峽谷深切，人煙稀少，除鶴峰縣城外，僅在江坪河、白日埡、五碼頭、讓口

4、、風(fēng)竹園、南渡江、沈家河、和坪、茶園灣等少數(shù)寬谷階地或碎屑巖緩坡上有少量農(nóng)戶居住，淹沒損失小。庫區(qū)以巖溶峽谷為主，地下水排泄條件較好，耕地極少，主要巖溶洼地（槽谷）有：關(guān)莊坪楊柳埡鶴峰巖溶洼地（槽谷），高程為580m1000m；石龍洞涼水井巖溶洼地（槽谷），高程為700m1000m；楊柳坪巖溶洼地（槽谷），高程為700m900m；九洞坪七男坪巖溶洼地（槽谷），高程為760m800m；梅坪巖溶洼地（槽谷），高程為725m750m；紅魚坪巖溶洼地（槽谷），高程為640m720m；曲溪巖溶洼地（槽谷），高程為600m650m；柘坪巖溶洼地（槽谷），高程為550m。其地面高程均在高程550m以上，不存

5、在巖溶洼地等的浸沒問題。 2長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1.2.2 壩址區(qū)工程地質(zhì)壩址區(qū)為巖溶峽谷，兩岸山體雄厚，地貌形態(tài)以溶蝕峰叢洼地為主，次為剝蝕壟丘坡地，層狀地貌較明顯。左右岸均有不對稱沖溝發(fā)育，在壩址1.5km范圍壩基巖石及砂礫石的物理學(xué)性質(zhì)資料1.3.1 建造材料及水源資料壩址附近缺少大規(guī)模土料料場，但壩址區(qū)塊石料儲量豐富，質(zhì)量較好，蓄量豐富，粗骨料可滿足要求。1.3.2 粘土的物理力學(xué)指標(biāo)在天然狀態(tài)下：粘粒含量30%40%；天然含水量23%24%；塑性指數(shù)1517；不均勻系數(shù)50；有機(jī)質(zhì)含量0.4%；水溶鹽含量2%；塑限17%19%；比重2.72.72。擾動后的主要物理力學(xué)指標(biāo)為干容重16

6、.50kn/m3;飽和容重20.60kn/m3；浮容重0.60kn/m3；滲透系數(shù)210-6cm/s。1.3.3 筑壩材料物理力學(xué)參數(shù)筑壩材料物理力學(xué)參數(shù)見表（1-1）。表1-1 筑壩材料物理力學(xué)參數(shù)表3長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1.4 水庫特征表特征水位與流量見表（1-2）。表1-2 特 征 水 位、流 量 表2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 依據(jù)資料進(jìn)行壩型選擇和設(shè)計(jì)根據(jù)給定的地形、地址、水文及施工運(yùn)行方面的資料對選定的壩軸線，壩型進(jìn)行論證。確定樞紐主要建筑物的組成，根據(jù)建筑物及其要求確定主要建筑物在樞紐布置中的現(xiàn)對位置。4長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2.2 主要建筑物設(shè)計(jì)2.2.1 擋水壩壩段的設(shè)計(jì)確定擋水壩的使用

7、部面及輪廓尺寸，并進(jìn)行滲流分析、壩體穩(wěn)定。繪出最大處擋水壩橫剖面圖。2.2.2 溢洪道的設(shè)計(jì)確定泄洪道的基本部面及輪廓尺寸，進(jìn)行水利計(jì)算及穩(wěn)定。3 樞紐建筑物及其布置3.1 工程標(biāo)準(zhǔn)水庫總庫容為13.66億m3，電站總裝機(jī)容量為450mw。按照dl5180-2003水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本工程屬一等大(1)型工程。3.2 水工建筑物級別擋水建筑物、泄洪建筑物等主要永久建筑物為1級建筑物，輸水發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電進(jìn)水口、主廠房、副廠房、開關(guān)站出線場等主要永久建筑物，按電站裝機(jī)容量相當(dāng)于二等大(2)型工程，按2級建筑物設(shè)計(jì)，其余次要建筑物為3級建筑物。3.3 壩型選擇壩型選擇要根據(jù)地形

8、條件、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件及壩基處理等各種因素，要求宣泄洪水情況，地震情況及樞紐任務(wù)，初步擬定幾種壩型進(jìn)行定性比較，選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本設(shè)計(jì)限于資料只作定性的分析來確定土石壩壩型的選擇。3.3.1 均質(zhì)壩均質(zhì)壩壩體材料單一，施工方便，當(dāng)壩址附近有數(shù)量足夠的適宜土料時可以選用，這種壩所用的土料的滲透系數(shù)較小，施工期壩體內(nèi)會產(chǎn)生空隙水壓力，影響土料的抗剪度，所以壩坡較緩，工程量大；此外鋪土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降雨和冰凍影響，不利于加快進(jìn)度、縮短 5長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)工期。一般適用于中、低壩。工程量太大，故不采用此方案。3.3.2 斜墻壩雨季和寒冷季節(jié)可

9、先上透水料爭取工期；壩基處理可與斜墻及壩殼填筑同時進(jìn)行，不影響壩體施工；斜墻位于透水壩殼之上，如壩殼沉陷較多，將影響斜墻開裂；庫水位降落時斜墻孔隙水來不及排出時，影響上游坡穩(wěn)定；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩；斜墻與地基接觸應(yīng)力比心墻小，與基礎(chǔ)結(jié)合不如心墻壩，故不采用此方案。3.3.3 面板堆石壩工程量較小，施工方便。在具有大型振動碾等條件下，有很強(qiáng)的競爭力壩型。堆石壩施工干擾相對較小。但是由于河床地質(zhì)條件較差，河床覆蓋層一般為30米40米，最大深度達(dá)70余米，作為堆石壩可能導(dǎo)致大量的開挖，此方案不予考慮。3.3.4 心墻壩適應(yīng)變形能力強(qiáng)，抗震性能較好，兩岸的連接較為方便，壩址附近料場滿足

10、供應(yīng)要求，故優(yōu)先考慮此壩型，且根據(jù)地形條件、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件等，最終決定采用心墻壩方案。因此最終選用心墻壩方案。3.4 樞紐建筑物及其布置3.41 樞紐組成建筑物（1）擋水建筑物：土石壩。（2）泄水建筑物：溢洪道。3.4.2 樞紐總體布置（1）擋水建筑物土壩擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。（2）泄水建筑物溢洪道泄水建筑物采用溢洪道，溢洪道布置在壩體的左側(cè)。6長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4 擋水壩段設(shè)計(jì)大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程，壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體等排水設(shè)備。4.1 壩頂高程壩頂高程分別按正常情況、非常情況下的兩種方案來計(jì)算大壩的高程，最后計(jì)算出數(shù)據(jù)取最大值，

11、同時并保留一定的沉降值.壩頂高程在水庫正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超高，以保證水庫不漫頂，其超高dh按下式計(jì)算：dh=r+e+a (4-1) 式中：r波浪在壩坡上的爬高，m；e風(fēng)浪引起的壩前水位壅高，m；a安全加高，m。根據(jù)壩的級別和運(yùn)行情況按下表4-1選用。表4-1 土壩壩頂?shù)陌踩?單位：m 查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范波浪的爬高r可按用蒲田實(shí)驗(yàn)站公式計(jì)算：= kkvk+m2vgdgv2（4-2） =0018045（4-3）2li=252hi （4-4） 式中：h平均波高，m；v多年平均風(fēng)速，m/s，正常情況下(1.52.0)v，非常情況下v；7長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)d水庫吹程

12、，本設(shè)計(jì)取d=900m；kw經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)計(jì)算無維量查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)取1.0；kd斜坡糙率及滲透性系數(shù)，kd=0.750.80，取kd=0.80； kb折減系數(shù)，風(fēng)向與壩軸垂線的夾角為0，查得折減系數(shù)kb=1.0； ll平均波長，m。風(fēng)壅水面高e按下式計(jì)算：e=kv式中： 2dghcosb （4-5）k綜合摩阻系數(shù)，取3.610； -6v多年平均風(fēng)速，m/s，正常情況下(1.52.0)v，非常情況下v；d水庫吹程，本設(shè)計(jì)取d=900m ；風(fēng)向與壩軸線方向所成的夾角，=0；h水庫的平均水深，m。結(jié)果取正常、非常情況兩者之大者，并預(yù)留一定的沉降值.結(jié)果見下表（4-2）。表4-2 壩頂高程計(jì)算成

13、果表8長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)情況取壩頂高程為476.42m，壩高184.36m，4.2 壩頂寬度壩頂寬度取決于施工、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防風(fēng)等要求。如壩頂設(shè)置公路或鐵路時，應(yīng)按交通要求確定。sl274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高壩頂寬可選為1015m，中、低壩頂寬選為510m。對心墻或斜墻壩還需要滿足其墻頂和兩側(cè)反濾層的布置要求。在寒冷地區(qū)，還應(yīng)使心墻或斜墻至壩面的最小距離大于當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸?，以免防滲體凍融破壞。查水工設(shè)計(jì)手冊可知，當(dāng)壩高大于100m時，應(yīng)按b=h確定壩頂寬度，即b=h=.04=13.46m。確定壩頂寬為b=13m。4.3 壩坡的確定土石壩邊坡的大小取決于壩型、

14、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因素，且直接影響到壩體的穩(wěn)定和工程量的大小，邊坡選擇一般從以下幾方面選擇：（1）由于土石料在飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度降低，且?guī)焖幌陆禃r，滲流力指向上游，對上游壩坡穩(wěn)定不利。所以土料相同時，上游坡應(yīng)比下游坡緩；（2）從壩型上看，心墻壩其下游坡穩(wěn)定受心墻土料特性影響較大，故下游坡一般較斜墻壩緩；9長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（3）從受載情況看，為適應(yīng)越向底部荷載逐漸增加的特征，壩坡應(yīng)上陡下緩，且土石壩上下游一般做成變坡的，自上而下逐漸變緩，相鄰坡率差為0.250.5。綜上，參考已建工程，擬定該土石壩坡分別為：上游：1：2.5 1：2.75 1：3.00下游：1：2.25 1：2

15、.5 1：2.754.4 壩體排水設(shè)備壩體排水主要是控制和引導(dǎo)滲流，降低浸潤線，加速孔隙水壓力消散，以增強(qiáng)壩的穩(wěn)定性，防止?jié)B透變形，并保護(hù)下游壩坡免遭凍脹破壞。壩體排水有一下幾種形式：（1）棱體排水，又稱為濾水壩趾。是在下游壩腳處用塊石堆成的棱體。棱體與壩體以及 土質(zhì)之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。在棱體上游坡腳出應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)銳角。棱體排水可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍大壩防滲體所謂防滲體，就是該部分土體比壩殼其他部位更不透水，它的作用是控制壩體內(nèi)浸潤線的位 10長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)置，并保持滲流穩(wěn)定。均質(zhì)壩的整個壩體都是防滲體。分區(qū)壩防滲體的主要形式為心墻和斜墻。sl274-2001碾式

16、土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：心墻的ja不宜大于4，斜墻的ja不宜大于5。國內(nèi)外土石壩的建設(shè)實(shí)踐中，后心墻的的底部常取為水頭的30%50%，薄心墻的底部厚度常取為水頭的15%20%。 大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個方面。（1）壩體的防滲壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤線控制滲透坡降的要求，同時還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求.該壩體采用粘土心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而頂，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)本設(shè)計(jì)允許滲透坡降取j=4，參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，心墻的頂部寬度取為3，粘土心墻壩坡的坡度為1:0.2，粘土心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位

17、為原則，最終取其心墻頂高程為473.72，墻頂?shù)纳喜款A(yù)留有1.5m的保護(hù)層，心墻兩側(cè)設(shè)0.6m厚的粗砂層。（2）.壩基防滲體這個大壩壩基不設(shè)壩基防滲體。材料給出壩址區(qū)露巖層主要為黑云角閃石英片巖，該巖石致密堅(jiān)實(shí)，不透水，乃風(fēng)化性強(qiáng)。由材料可以知道，壩基巖體非常好，不透水，所以不用做壩基防滲體。見大壩剖面簡圖(4-1)。 圖4-1 大壩剖面圖11長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5 土料設(shè)計(jì)筑壩材料的設(shè)計(jì)與土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法及工程造價有關(guān)，一般力求壩體粘性土料的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：設(shè)計(jì)初步階段，缺乏實(shí)驗(yàn)資料時，干容重按下式計(jì)算gd=hgwg （5-1） 1+wg（5-2）w=wp+blp式中：3gd 設(shè)計(jì)干容

18、重，g/cm（）；gw 水容重，取9.81n/m3g 土粒比重，取2.72；h 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.95；wp 土的塑限，取18%；b稠度系數(shù)，取0.1；lp 塑性指數(shù)，取16% 。5.2 非粘性土料設(shè)計(jì)對于砂礫料，由于含有礫石，如果用一般砂土的干容重控制砂礫料施工，會使壩殼緊密度降低?？筛鶕?jù)不同粗礫的含量，選擇設(shè)計(jì)干容重。參照下表（5-1），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇gd=20kn/m。312長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)表5-1 不同礫石含量設(shè)計(jì)干容重參考表6 滲流計(jì)算土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測設(shè)備提供依據(jù)；同時確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫的滲漏損失，而且還要確定壩

19、體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。6.1 計(jì)算方法選擇水力學(xué)解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近視解土壩滲流問題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。 計(jì)算簡圖如下（6-1）： 圖6-1 大壩滲流計(jì)算簡圖查水力計(jì)算手冊第二版，進(jìn)行滲流計(jì)算。通過防滲體的滲流量：13長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)q=k2(h+t)2-(h+t)2 （6-1） 2d通過下游壩殼和壩基的滲流量：h2hq=k1+k3 （6-2） 2ss+0.44t浸潤線方程：h2y=x（6-3） s 2式中：h上游水深，m；k1壩殼的滲透系數(shù)，取510-

20、6m/s；k2心墻的滲透系數(shù)，取210-6m/s；k3壩基的滲透系數(shù)，取310-6m/s；d心墻的平均厚度，d=(d1+d2)/2，d1、d2為心墻在水庫水位高程上和在地基上的厚度，m；t透水地基深度，m；h心墻浸潤線的溢出高度，m；s浸潤線的水平投影長度，s=d+e，其中e=0.05h，m。6.2 假設(shè)條件1） .不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；2） 設(shè)心墻的上、下游水位分別等于壩的上、下游水位；3） 按下游無水設(shè)計(jì)；4） 總滲流量可按河床中間斷面滲流量的平均進(jìn)行計(jì)算。6.3 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇計(jì)算斷面取河床中間斷面ii進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對正常蓄水、校核洪水及設(shè)計(jì)洪水 14

21、長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)時進(jìn)行。6.4 計(jì)算結(jié)果滲流計(jì)算結(jié)果匯于下表（6-1）：表6-1 滲流計(jì)算結(jié)果表6.5 滲透穩(wěn)定演算心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土心墻的接觸面按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問題也不大。在心墻逸 出點(diǎn)滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。滲透坡降的計(jì)算公式：j=式中： dh （6-4）dldh減逸出水深減下游水深，m；dl 滲流區(qū)長度，m。對于非粘性土，滲透破壞形式的判別根據(jù)指導(dǎo)書可參考下式：<10 為流土>20 為管涌15長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10<<20 時不定允許坡降可參考：10<&l

22、t;20，j允許=0.2；>20，j允許=0.1。經(jīng)演算校核情況下滲透逸出點(diǎn)的實(shí)際滲透坡降為5.96410小于其允許坡降j允許=0.2，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求。其計(jì)算詳見畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書。6.6 成果分析與結(jié)論以心墻、混凝土防滲墻作為防滲措施?？倽B流在正常蓄水時為18246.72m3/年，設(shè)計(jì)洪水時為17671.84m3/年，與其總庫容相比顯然是很小的。因此該斷面滿足設(shè)計(jì)要求。 -37 穩(wěn)定分析計(jì)算7.1 基本原理工程上采用的土坡穩(wěn)定分析方法，主要是建立在極限平衡理論基礎(chǔ)之上的。假設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，土體將沿某一滑裂面產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)?；衙嫔系母鼽c(diǎn)，土體均處于極限平衡狀態(tài)，滿足摩爾

23、庫倫強(qiáng)度條件。本次設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法。假設(shè)壩坡或壩坡連同部分壩基土體沿某一圓柱面滑動。圓柱面在壩體橫剖面圖上為宜圓弧。通常取單位壩長按平面問題計(jì)算。假設(shè)不同的圓心和半徑畫出一系列圓弧，對每一圓弧上的土體進(jìn)行力的分析，分別求出各力對圓心的力矩。設(shè)mr為圓弧面上抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩總和，mg為滑裂土體上的荷載對圓心的力矩代數(shù)和。每一個假設(shè)圓弧面的抗滑安全系數(shù)均可由下式計(jì)算：kc=smr （7-1） sms比較一系列滑動圓弧的kc，最小的安全系數(shù)kcmin即為該計(jì)算情況的安全系數(shù)，其值不得小于下表（7-1）所列數(shù)值。 16長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)表7-1 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)7.2 計(jì)算方法 圖7-1

24、 計(jì)算簡圖 圖7-2 土條單元圖7-1所示為用任意半徑r和圓心o所畫的圓弧。為了便于計(jì)算滑動土體上各力對圓心o的力矩，采用“條分法”。將滑動圓弧以上的土體分成若干豎向土體，分別計(jì)算各土條上力的作用效果，然后求其總和代入公式計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)。 不計(jì)條塊間作用力的圓弧法 （1）將土體分條編號土體寬度常取半徑r的1/10，即b=0.1r。各塊土條編號的順序?yàn)椋毫闾柾翖l位于圓心之下，向上游（對下游壩坡而言）個土條的順序?yàn)?、2、3、n，往下游的順序?yàn)?1、-2-m，如圖7-1所示。（2）分別計(jì)算哥土條上的作用力（不包括底面反力）對圓心的力距ms 以土條i為例說明計(jì)算方法如下：1）土條自重gi對圓心的力

25、矩ms：由圖7-2可求得gi為，17長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)gi=wib （7-2）wi=g1h1+g3(h2+h3)+g4h4 （7-3）式中：h1h4土條個分段的中線高度，m； g1 壩體土的濕容重，kn/m； g3 壩體土的浮容重，kn/m； g4 壩基土的浮容重，kn/m； wi 土條單寬重量，kn/m。將土條自重在土條底面中點(diǎn)處分解為兩個分力：切線方向分力 ti=wibsinai法線方向分力 ni=wibcosai其中3333ai如圖7-1所示。注意：ai在圖示垂線左邊為正，右邊為負(fù)。ni通過圓心，對圓心不產(chǎn)生力矩，故該土條自重對圓心的力矩： ms=rti=rbwisinai2）滲流動水

26、壓力wji對圓心的力矩ms： ms=gbh2rsinai 如不考慮地震慣性力，則該土條上荷載對圓心的力矩代數(shù)和為： ms=ms +ms=rbwisinai （7-4）wi=g1h1+g2h2+g3h3+g4h4 （7-5） 式中：g2 壩體土料的飽和容重，kn/m。（3）土條底部抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩mr根據(jù)庫倫定律可求得土條底面的抗剪力si=cili+nitanji。 3 18長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)其對圓心的抗滑力矩為：mr=rsi=r(cili+nitanji)=r(cili+bwicosaitanji) （7-6） 式中：l為每段弧長，m ；c粘聚力，kpa ；。 j kc=wicosait

27、anji+wsinaii1cili （7-7）當(dāng)沿滑裂面上的c、j為常量時，可將c及tanj提到符號的前面。7.3 計(jì)算結(jié)果（1）校核水位下計(jì)算簡圖如下（7-3）： 圖7-3 校核水位計(jì)算圖19長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)kc=wicosaitanji+wsinaii1cili=1.711.20 ，滿足要求。（2）設(shè)計(jì)水位下 計(jì)算簡圖如下（7-4）：圖7-4 設(shè)計(jì)水位計(jì)算圖kc=wicosaitanji+wsinaii1cili=1.71.30，滿足要求。（3）正常水位下 計(jì)算簡圖如下（7-5）： 圖7-5 正常水位設(shè)計(jì)圖20長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)kc=滿足要求。 wicosaitanji+wsinai

28、i1cili=1.841.207.4 成果分析及結(jié)論由上述計(jì)算成果知：該壩在校核水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.567，在設(shè)計(jì)水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.597，該壩在正常水位下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.541，都大于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。因此，所擬定的土壩斷面尺寸是合理的。8 基礎(chǔ)處理8.1 滲流控制方案條件允許時優(yōu)先考慮垂直防滲方案。在透水層較淺（1015m以下）時，可采用回填粘土截水槽方案，由于壩址處河床沖積層覆蓋層深度最大達(dá)74m，施工比較困難而不予采用?；炷练罎B墻方案，施工快、材料省、防滲效果好，對于這種深度透水層是比較合適的，決定采用這種方案。按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為0.7m。

29、防滲墻深入河床覆蓋層，底部嵌入基巖，上部則與心墻連接。由于防滲墻兩側(cè)沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻的不均勻沉陷而導(dǎo)致裂縫。為此防滲墻頂部作成光滑的楔形，兩側(cè)以高塑性粘土填筑，伸入心墻的深厚度已經(jīng)確定為15m，底部深入基巖1.00m，詳見構(gòu)造設(shè)計(jì)。8.2 防滲墻的型式防滲墻的型式、材料及布置.根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用槽板式混凝土防滲墻比較合適，設(shè)計(jì)中采用這種型式。混凝土防滲墻要求材料有足夠的抗?jié)B能力及耐久性，能防止環(huán)境水的侵蝕和溶蝕；有一定的強(qiáng)度，滿足壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、剪應(yīng)力等各項(xiàng)強(qiáng)度要求有良好的流動性、和易性以便在運(yùn)輸中不發(fā)生離析現(xiàn)象.而且能在水下施工。21長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)防滲

30、墻布置于心墻之下，從防滲角度來看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一側(cè)好，綜合考慮布置于心墻底面中心，見壩體縱剖面圖。9 細(xì)部構(gòu)造9.1 壩的防滲體、排水設(shè)備壩體防滲體護(hù)坡馬道踏步9.2 反濾層參考水工建筑物教材p271，對于粘土心墻與下游砂礫石之間的反濾層，設(shè)60厘米厚的粗砂層，心墻的上游面反濾層與下游面相同。反濾層一般也布置于土質(zhì)防滲體與壩殼或壩基透水層之間及滲流進(jìn)入排水設(shè)備處。在棱體排水和下游壩殼接觸面也設(shè)置反濾層，設(shè)計(jì)兩層分別厚60厘米粗砂層和40厘米的礫石如圖（9-2）所示。22長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖9-2 棱體反濾層圖9.3 壩頂壩頂上面鋪設(shè)30cm厚的100 混凝土路面，下有30

31、cm砂石墊層。壩頂向下游傾斜2%的坡度，上游側(cè)設(shè)1.2m高的防滲墻如圖（9-3）所示。# 圖9-3 壩頂布置圖 23長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9.4 護(hù)坡 圖9-4 護(hù)坡細(xì)部圖9.5 馬道下游均設(shè)置馬道，馬道寬2m，下游馬道上設(shè)置排水溝，如圖（9-5）所示。 圖9-5 馬道結(jié)構(gòu)圖24長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)圖9-6 排水溝平面圖10 溢洪道在水利樞紐中，溢洪道是必須設(shè)置的泄水建筑物。溢洪道是一種最常見的泄水建筑物，用于宣泄規(guī)劃水庫所不能容納的洪水，防止洪水漫溢壩頂，保證大壩安全。溢洪道除了具備足夠的泄流能力外，還要保證其在工作期間的自身安全和下泄水流與原河道水流獲得妥善的銜接。 10.1 溢洪道布置10

32、.1.1 型式選擇因?yàn)殚_敞式溢洪道泄洪能力大，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，施工、管理和維修方便，水流條件較好，可省去閘門和啟閉設(shè)備，所以選用開敞式溢洪道。10.1.2 位置選擇本設(shè)計(jì)溢洪道位置的選擇可參考已建工程，布置在壩址的右岸，其具體布置可參見樞紐總體布置圖。 25長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10.1.3 結(jié)構(gòu)型式（1）進(jìn)口段由于溢洪道進(jìn)口緊靠水庫，水流條件較好，不需引水渠，僅做喇叭口式進(jìn)水段。取10m。（2）控制段控制段的設(shè)計(jì)參考實(shí)際工程，采用寬頂堰，堰頂高程為470.0m，堰寬343m。（3）泄槽段等坡陡槽段由漸變段和陡坡段組成。溢洪道陡槽坡度由緩變陡，參考實(shí)際工程，漸變段收縮角為25，底坡為0.05

33、。陡坡段寬度為30.5m，底坡為0.5，等寬。（4）出口消能段采用挑流消能，參考實(shí)際工程和水工建筑物教材，挑射角為25，反弧半徑為120m，挑流鼻坎高程應(yīng)高于下游最高水位12m，取1m，則挑流鼻坎高程為342.26m。 10.2 水力計(jì)算10.2.1 溢流堰溢流堰泄流能力應(yīng)滿足水庫在校核洪水位是的最大下泄流量8850m3/s，參考水力學(xué)教材順?biāo)鞣较蜷L度按水力學(xué)要求，2.5h<<10h，h為溢流水深。10.2.2 漸變段（1）漸變段臨界坡度計(jì)算公式如下：ik=gckack2bk （10-1）hk= （10-2）a=(b+mh)h （10-3）c=b+2 （10-4）b=b+2mh

34、（10-5）26長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)ar=c （10-6） 11c=r6 （10-7） n（2） 漸變段出口深度采用能量守恒公式進(jìn)行計(jì)算：av2h12g+il=hav21+2+2g+hfhv2lf=c2r式中：hf 水頭損失；v 斷面流速，m/s；l 漸變段長度，m；h1進(jìn)口水深，m；h2出口水深，m；i漸變段底坡坡度。采用試算法，得漸變段出口深度h2=4.21m。 陡坡段（1）底坡類型經(jīng)過水力計(jì)算得h0=2.284m，hc=7.422m 臨界底坡 i78510-3c=2.i=0.25故屬于陡坡，水流為急流，又h0hc，所以水面曲線為s2型降水曲線。 ( 2 ) 水面曲線27 10-8） （1

35、0.2.3長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)以漸變段末端為起始位置，水面曲線按分段求合法進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下：2av2av12h2+-h1+2g2gdl=（10-9）i-jav2其中： es=h+ （10-10）2gj=v2cr2（10-11）1v=(v1+v2) （10-12）21c=(c1+c2) （10-13）21r=(r1+r2) （10-14）2式中： h2下游斷面水深（m）；v2下游斷面流速（m/s）； h1上游斷面水深（m）； v1上游斷面流速（m/s）；i 縱坡；j平均水力坡度；r水力半徑，m；c謝才系數(shù)，m/s。依次向下游計(jì)算得平洞段水面曲線，見下表（10-1）：表10-1 水面曲線計(jì)

36、算成果表（摻氣前）1228長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10.2.4 摻氣水深已知個斷面水深h后，便可算出各斷面的過水?dāng)嗝婷娣ea及流速v，用公式計(jì)算摻氣高度，水深加摻氣高度等于摻氣水深，考慮摻氣水深，按下式計(jì)算：zvhb=1+h （10-15）100其中：v=q（10-16）aa=bh （10-17）式中：q 溢洪道下泄流量，m3/s；hb泄槽計(jì)算斷面的的水深及摻氣后的水深，m；v不摻氣情況下泄槽計(jì)算斷面的流速，m/s；z修正系數(shù)，可取1.01.4，流速大者取大值；a泄槽過水?dāng)嗝婷娣e，m2； b泄槽寬度，m。依次向下游計(jì)算得摻氣水深，見下表（10-2)：表10-2 斷面流速及摻氣水深10.2.5 消能段

37、（1）消能型式29長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)溢洪道的消能防沖設(shè)施的型式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件、泄流條件、運(yùn)行方式、下游水深及河床抗沖刷能力，消能防沖要求、下游水流銜接及對其它建筑物影響等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。因?yàn)橐绾榈老掠螢閹r基，附近沒有其他的建筑物，故選用挑流消能。（2）挑流鼻坎設(shè)計(jì)按水工建筑物挑流消能部分規(guī)定，鼻坎坎頂高程應(yīng)高于下游水位一般12m為宜，故取1.0m。確定挑流鼻坎高程為310.4m。（3）消能計(jì)算 挑距公式為：l= 式中： 12v1sinqcosq+v1cos （10-18） gl自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舍外緣挑距，m； 挑流水舌水面射出角，近似可取用鼻坎挑角，

38、（）；h1挑流鼻坎末端法向水深，m；h2鼻坎坎頂至下游河床高程差，m；v1鼻坎坎頂水面流速，m/s，可按鼻坎處平均流速v的1.1倍計(jì)。 鼻坎的平均流速：v=j2gz0 （10-19） 式中：z0鼻坎末端斷面水面以上的水頭，m；j流速系數(shù)，參見水力學(xué)教材 表8-5 折線堰取0.800.90。 坎頂水面流速：v1=1.1v （10-20） 沖刷坑深沖刷坑最大水墊深度按下式計(jì)算：t=kqz1214 （10-21）30長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)式中：m）； q鼻坎末端斷面單寬流量m3/（sz上下游水位差，m；（sl2532000）表a.4.2。 k綜合沖刷系數(shù)，見溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范消能演算計(jì)算成果表見下：表10

39、-3 消能段計(jì)算成果表 10.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10.3.1 底板厚度由于影響底板穩(wěn)定最主要的是浮托力和地下水滲透壓力，受很多因數(shù)影響，數(shù)值相差很大。因此，在任意假定計(jì)算意義不大。參照已建工程，溢流堰取0.7m混凝土，泄槽和進(jìn)水口采用厚0.5m混凝土。10.3.2 底板構(gòu)造分縫采用錯縫布置，橫縫間距為10m，做成撘接縫。縫寬3cm，縫內(nèi)設(shè)止水，止水采用銅片止水，止水的施工質(zhì)量需嚴(yán)格保證。止水銅片示意圖見下（10-7）。31底板下不做墊層，橫、縱向排水均在巖面上開挖溝槽，溝槽邊墻邊墻高度為摻氣后水深與邊墻超高之和，根據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范邊墻超高一般取0.51.5m，本設(shè)計(jì)取1.0m，則邊墻高度見下表（10

40、-4）。表10-4 邊墻高度成果表10.3.5 挑坎結(jié)構(gòu)挑坎采用襯砌式。結(jié)構(gòu)見圖（10-8）。 32長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖10-8 挑坎結(jié)構(gòu)簡圖11 引水隧洞設(shè)計(jì)11.1 管線布置通過樞紐布置比較確定的推薦布置方案為：右岸集中布置泄洪建筑物、左岸布置地面廠房式引水發(fā)電建筑物。廠房位于沖溝上游側(cè)50m處，供水方式為一機(jī)一洞獨(dú)立供水，進(jìn)水口形式采用岸塔式獨(dú)立進(jìn)水口。引水系統(tǒng)建筑物主要包括：進(jìn)水口、引水洞上平段、斜井段、下平段(包括壓力鋼管段)等。引水管線為：進(jìn)水口位于左壩頭上游約100m處，引水洞位于左岸山體引水洞直徑選擇引水洞的直徑按照常用經(jīng)濟(jì)管徑的經(jīng)驗(yàn)公式同時兼顧水力過渡過程的計(jì)算來確定。

41、按常用經(jīng)濟(jì)管徑的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：彭德舒公式：33長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)d(5.2q3/h)1/7 (5.2166.093/153)1/75.52m （11-1） 考慮到本工程引水洞長度較長(近600m)，根據(jù)初步的調(diào)節(jié)保證計(jì)算，為滿足不設(shè)調(diào)壓井的要求，需適當(dāng)擴(kuò)大洞徑，同時壓力鋼管 經(jīng)濟(jì)洞徑比較方案 對以上管徑進(jìn)行動能經(jīng)濟(jì)分析，根據(jù)年費(fèi)用最小原則，最終選擇方案三的引水洞直徑，即鋼筋混凝土段引水洞直徑為6.4m，壓力鋼管段直徑為5.8m。11.3 進(jìn)水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)水口采用獨(dú)立的岸塔式布置方案。進(jìn)水口建筑物分兩個孔段，每臺機(jī)組一個孔段，兩個孔段并排布置，孔段軸線間距15.9m，軸線方位角為511214.

42、4。各機(jī)組進(jìn)水口從上游到下游分別設(shè)置一道攔污柵、喇叭口、一道檢修閘門、一道工作閘門、一個通氣孔。主體建筑物前設(shè)一長約42m的引水渠從水庫引水。進(jìn)水口主體建筑物尺寸為27m33.6m73.2m(長寬高)，進(jìn)水口頂部平臺高程476.0m(同壩頂高程)，底板高程406.8m，建基面高程402.8m，底板厚度4m，引水渠底板高程為405m。為滿足門機(jī)軌道運(yùn)行的要求，頂部平臺兩側(cè)利用牛腿各加寬2.5m(即門機(jī)軌道處平臺寬度38.6m)。每個進(jìn)水口設(shè)置兩扇攔污柵，柵槽孔口尺寸為5.65m18m，柵前流速最大為0.817m/s。喇叭口平面漸縮段采用橢圓形，頂部采用圓形漸縮。事故閘門及檢修閘門均為平板閘門，其

43、孔口尺寸均為5m7.5m，兩個孔口中心間距7m。事故閘門槽內(nèi)設(shè)有檢修平臺、鎖定平臺及啟閉機(jī)平臺。事故閘門后設(shè)一直徑為1.5m的圓形通氣孔。進(jìn)水口平臺頂部設(shè)置有門機(jī)、泵房、門庫等。事故閘門由設(shè)在啟閉機(jī)平臺的液壓啟閉機(jī)控制，檢修閘門及攔污柵清污起吊均由頂部的門機(jī)控制。 進(jìn)水口建筑物通過工作橋與岸坡連接，橋?qū)?m，長43m。34長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)邊坡采用0.5m厚的混凝土護(hù)坡。主體建筑物混凝土強(qiáng)度等級c25，受力鋼筋采用級筋。工作橋采用強(qiáng)度等級為c25的混凝土簡支橋。護(hù)坡及其余素混凝土的強(qiáng)度等級采用c20。11.4 引水洞引水隧洞采用一洞一機(jī)的單獨(dú)供水方式供水。每條引水洞包括上平段、上彎段(轉(zhuǎn)彎半

44、徑40m，轉(zhuǎn)角50)、斜井(與水平面夾角50)、下彎段(轉(zhuǎn)彎半徑40m，轉(zhuǎn)角50)、下平段幾部分組成。平面上經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)彎，起始段軸線方位角為511214.4，經(jīng)平面彎段1(轉(zhuǎn)彎半徑50m，轉(zhuǎn)角50.086)后軸線方位角變?yōu)?011724，再經(jīng)平面彎段2(轉(zhuǎn)彎半徑50m，轉(zhuǎn)角33.71)后軸線方位角變?yōu)?3500，與主廠房縱軸線成60交角進(jìn)入廠房。起始段兩洞軸線長間距15.9m，經(jīng)平面彎段1后軸線間距變?yōu)?8m，再經(jīng)平面彎段2后變?yōu)?6.472m，凈距均滿足大于1倍的開挖洞徑要求。 引水洞巖體質(zhì)量類別以、類為主，出口部位及部分?jǐn)鄬訋r體質(zhì)量較差，為類。 下平段位于陡坎以外與廠房相接部位均采用壓力

45、鋼管襯砌形式，內(nèi)徑5.8m(相應(yīng)額定流量時的流速為6.286m/s)，其中廠房前50m為明管，采用610mpa級高強(qiáng)鋼材，外包1m厚c25鋼筋混凝土，其余為埋管，采用16mnr級鋼材，外包0.65m厚c20素混凝土。引水洞鋼管以外全部采用c25鋼筋混凝土襯砌，內(nèi)徑6.4m(相應(yīng)額定流量時的流速為5.163m/s)，襯砌厚度為0.6m。所有受力鋼筋采用級筋。 35長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第二部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書1 壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 壩頂高程1.1.1 計(jì)算正常運(yùn)用情況下的壩頂超高，壩頂超高h(yuǎn)按下式計(jì)算：dh=r+e+a （1-1） 式中：r波浪在壩坡上的爬高，m；e風(fēng)浪引起的壩前水位壅高，m；a安全加

46、高，m，依據(jù)壩的級別按下表采用。 （1） 計(jì)算波浪爬高r：波浪爬高按蒲田試驗(yàn)站公式計(jì)算.先計(jì)算平均爬高r,再計(jì)算設(shè)計(jì)爬高r,平均爬高按下式計(jì)算：當(dāng)m = 1.55.0m時 r= kdkw+m2hmlm （1-2）式中： r平均波浪爬高，m；hm平均波高,m；lm平均波長,m；m 單坡的坡度系數(shù)；kd斜坡的糙率滲透性系數(shù),根據(jù)護(hù)面類型由表a.1.12-1查得； kw經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按表a.1.12-2查得。根據(jù)樞紐的基本情況,確定水庫采用砌石護(hù)面,查碾表a.1.12-1得與壩坡粗糙率有關(guān)的系數(shù)kd=0.750.8,采用0.8。已知風(fēng)速17.9m/s. 壩前水深 ：36長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)v17.90=

47、0.42 查規(guī)gh9.81181.04h=471.90-290.86=181.04m,取g為9.81m/s2,求得無維量：范碾表a.1.12-2得經(jīng)驗(yàn)系數(shù)kw = 1.00；取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為0，查規(guī)范表得折減系數(shù)k=1,初擬定壩坡m=1.6；又知吹程d=900m。v2gd0.45 平均波高： hm=0.(2) gv17.9029.819000.45() =0.29.8117.90= 0.2614m平均波長 ：lm= 25hm= 250.2614 = 6.535m將上式各值代入r=kdkw+m2hmlm得:r = 0.81+1.62.26146.535=0.2937m。根據(jù)爬高值累積概率p按工程等級給來確定,對該樞紐級土石壩取p=1%的爬高值r1% ；根據(jù)hm=0.2614m 、h = 181.04m 得hm0.2614=0.0014< 0.1查規(guī)范碾表h181.04a.1.13,rrm=2.23，則r=2.230.2937=0.6550m。(2) 計(jì)算風(fēng)雍水面高度：風(fēng)雍水面高度按下式計(jì)算kv2d e=cosb （1-3） 2ghm式中綜合摩阻系數(shù)k值變化在（1.55.0）10均水深hm近似取為 hm=-6范圍中，