土石壩畢業(yè)設(shè)計(共83頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上前 言1、設(shè)計任務(wù)書及原始資料是工作的依據(jù)，因此首先要全面了解設(shè)計任務(wù)，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(zhì)條件，當(dāng)?shù)夭牧希瑢ν饨煌坝嘘P(guān)規(guī)劃設(shè)計的基本數(shù)據(jù)，只有在熟悉基本資料的基礎(chǔ)上才能正確地選擇建筑物的類型，進(jìn)行樞紐布置、建筑物設(shè)計及施工組織設(shè)計。因此，應(yīng)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(shè)計和施工有較大影響的主要因素和關(guān)鍵問題，為以后設(shè)計工作的進(jìn)行打下良好的基礎(chǔ)。2、本次設(shè)計內(nèi)容及要求：（1）壩軸線選擇。（2）壩型選擇。（3）樞紐布置。（4）擋水建筑物設(shè)計：包括土壩斷面設(shè)計、平面布置

2、、滲流計算、穩(wěn)定計算、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計、基礎(chǔ)處理等。（5）泄水建筑物設(shè)計：溢洪道或?qū)Я鞫丛O(shè)計（僅選其中一項），以水利計算為主。選取溢洪道設(shè)計。（6）施工導(dǎo)流方案論證（選作內(nèi)容）。僅作簡單的闡述。3、工程設(shè)計概要ZH水庫位于QH河干流上，水庫控制流域面積4990km2，庫容5.05108m3。水庫以灌溉發(fā)電為主，結(jié)合防洪，可引水灌溉農(nóng)田71.2104畝，遠(yuǎn)期可發(fā)展到10.4105畝。灌區(qū)由一個引水流量45m3/s的總干渠和4條分干渠組成，在總干渠渠首及下游24km處分別修建樞紐電站和HZ電站，總裝機(jī)容量31.45MW，年發(fā)電量1.129108kwh。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年設(shè)計，萬年校核。樞紐工程由擋水壩

3、、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站組成。摘要：土壩設(shè)計 滲流計算 穩(wěn)定計算 細(xì)部結(jié)構(gòu) 第一章 基本數(shù)據(jù)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(nóng)田71.2104畝，遠(yuǎn)期可發(fā)展到10.4105畝。樞紐電站和HZ電站，總裝機(jī)容量31.45MW，年發(fā)電量1.129108kwh。除滿足農(nóng)業(yè)提水灌溉用電外，還剩余50%的電力供工農(nóng)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(fù)擔(dān)也有一定的作用，可將下游100年一遇的洪水流量6010m3/s削減

4、到3360m3/s，相當(dāng)于17年一遇；可將50年一遇洪水流量6000m3/s削減到2890m3/s，相當(dāng)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)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。第二節(jié) 基本數(shù)據(jù)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(nóng)田71.2104畝，遠(yuǎn)期可發(fā)展到10.4105畝。水電站總裝機(jī)容量31.45MW，年發(fā)電量1.129108kwh。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，參照水利水電樞紐工程等級劃分

5、SL252-2000的規(guī)定，本工程等別為II等工程。2、建筑物級別根據(jù)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級建筑物；臨時建筑物為4級建筑物。2.2 地形和地質(zhì)圖ZF壩區(qū)地形圖見附圖，ZF土壩壩線工程地質(zhì)剖面圖見附圖6。2.3 工程地質(zhì)條件1、庫區(qū)工程地質(zhì)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(zhì)葉巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)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(xiàn)重要礦產(chǎn)。2、壩址區(qū)工

6、程地質(zhì)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(cè)向侵蝕的結(jié)果。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細(xì)砂巖為主，間來件礫巖、粉砂巖和少數(shù)砂質(zhì)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(gòu)造上處于相對穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構(gòu)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。本區(qū)地震基本烈度為6度，建筑物按7度設(shè)防。（1）上壩址上壩址位于壩區(qū)中

7、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(shù)110-2cm/s。一級階地（Q4）表層具中偏強(qiáng)濕陷性。左岸730m高程以上為三級階地（Q2），具中偏弱濕陷性。巖基未發(fā)現(xiàn)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(jī)方向，在巖面下2147m深度范圍內(nèi)，有一強(qiáng)透水帶，w=5.4630L/（smm），下限最深至基巖下約80m?；鶐r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(qiáng)，滲透系數(shù)K=10m/d。左岸單薄分水嶺巖層仍發(fā)屬于中強(qiáng)透水性，平均w=0.483

8、0L/（smm），應(yīng)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高程以下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學(xué)性質(zhì)見附圖6“工程地質(zhì)剖面圖”。左岸基巖有一條寬200250m呈北東方向的強(qiáng)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(dá)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(xiàn)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(zhì)條件壩址區(qū)其它建筑物包括導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。按上壩線

9、方案，導(dǎo)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線西側(cè)40m左右，導(dǎo)流泄洪洞位置與上壩線位置相同。（1）導(dǎo)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(xì)砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數(shù)Fk=4，單軸彈性抗力系數(shù)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(yīng)采取有效措施予以處理。為進(jìn)一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)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

10、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(xì)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程750m?；A(chǔ)以下10m左右為砂質(zhì)葉巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)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(fēng)化厚度約56m，對其產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌應(yīng)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(zhì)地形地質(zhì)條件ZF水庫的右岸坡較陡，坡度為30左右，大部分

11、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(xì)砂巖，間夾同色礫巖及砂質(zhì)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(qiáng)，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(nèi)年平均降雨量686.1mm，70%集中在69月，多年平均最高氣溫29

12、.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(fēng)速9m/s，水位768.1m時水庫吹程5.5km。（1）氣溫資料ZF水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據(jù)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表2-1。表2-1 各月氣溫特征值 月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月多年平均氣溫4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高氣溫4.67.217

13、22.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最低氣溫-14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0（2）降雨資料根據(jù)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(shù)見表2-2。表2-2 多年平均各月降雨天數(shù)項目月份平均日降雨510mm天數(shù)平均日降雨1020mm天數(shù)平均日降雨2030mm天數(shù)平均日降雨3040mm天數(shù)平均日降雨40mm天數(shù)1月0.622月0.370.133月1.000.080.254月1.000.630.500.250.135月2.001.120.250.500

14、.256月1.371.000.630.251.007月2.751.881.001.001.388月1.372.270.250.252.609月1.450.880.130.630.7510月0.870.880.380.250.1311月0.730.880.1312月0.132、水文分析（1）洪水洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計78月發(fā)生最大洪峰流量的機(jī)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（1965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(shè)計洪水過程線見表2-3。表2-3 各種頻率的設(shè)

15、計洪水過程線時間/h流量/（m3s-1）時間/h流量/（m3s-1）P=1%P=5%P=5%(10月)P=1%P=5%P=5%(10月)1222133394516701002330218142471520912534020451491500900750030055511400830970042066531280768118475038155122013950550105571160159756501055910806481713508101746110201917601060220639802122701362202659202329001740178679005402540002360160

16、698752733502010148718492929601770138738004803126701602130757803324701380101777603523001380101797203721601290988170042039202012108183676411930115076854318201090（2）年來水量水量的年內(nèi)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

17、為4年。（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1240104t（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河水文分析成果序號名 稱單位數(shù)量備注1利用水文系列年限年222代表性流量多年平均流量m3/s21.9調(diào)查歷史最大流量m3/s3980設(shè)計洪水洪峰流量（P=1%）m3/s4000校核洪水洪峰流量（P=0.1%）m3/s6550保壩洪水洪峰流量（P=0.01%）m3/s91003洪量設(shè)計洪水洪

18、量（P=1%）m35.001085d校核洪水洪量（P=0.1%）m37.951085d4多年平均徑流量m36.941085多年平均輸沙量t4311043、水利計算（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(dāng)增加，力求達(dá)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(jù)今后運用情況加以計算調(diào)整。（2）調(diào)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(nóng)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(jìn)行水庫調(diào)節(jié)計算。年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩個方案的水量利用系數(shù)和壩高都相關(guān)不大，但是多年調(diào)節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機(jī)利用小時數(shù)都較

19、年調(diào)節(jié)性能水庫提高20%。故確定本水庫為多年調(diào)節(jié)性能水庫。利用1949年7月至1971年6月共22年插補(bǔ)水文系列，采用“時歷法”進(jìn)行多年調(diào)節(jié)計算。（3）興利水位的確定原則和指標(biāo)根據(jù)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(fù)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(shè)計洪水位考慮，確定汛末興利水位為767.2m。電站的主要任務(wù)是滿足本灌區(qū)提灌用電的要求。因此在保證灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水的基礎(chǔ)上，確定電站的運用原則：灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水處則充分利用棄水多發(fā)電，

20、提高年水量的利用系數(shù)。（4）防洪運用原則及設(shè)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(shè)計，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水計算數(shù)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(biāo)準(zhǔn)對水工建筑物進(jìn)行復(fù)核。工程泄洪建筑物胡溢洪道和導(dǎo)流泄洪洞。溢洪道凈寬60m，分設(shè)5孔閘門，每孔閘門凈寬12m，堰頂高程757m。通過施工導(dǎo)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(jìn)口底調(diào)和為703.35m。調(diào)洪運用原則：當(dāng)入庫洪水為20年一遇時，為滿足下游河道保灘淤地的要求，水庫控制下泄流量為600m3/s；當(dāng)入庫洪水為百年一

21、遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，水庫控制下泄流量為2000m3/s；當(dāng)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(dāng)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(nèi)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(xì)。雖然本水庫有可能利用異重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工農(nóng)業(yè)對

22、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(jìn)行排沙。經(jīng)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水庫工程特征值序號名 稱單位數(shù)量備注1設(shè)計洪水時最大泄流量m3/s2000.00其中溢洪道815相應(yīng)下游水位m700.552校核洪水時最大泄流量m3/s6830.00其中溢洪道5600相應(yīng)下游水位m705.603水庫水位校核洪水位（P=0.1%）m770.40設(shè)計洪水位（P=1%）m768.10興利水位m767.20汛限水位m760.70死水位m737.004水

23、庫庫容總庫容m35.05108校核洪水位設(shè)計洪水位庫容m34.63108防洪庫容m31.36108興利庫容m33.51108其中共享庫容m31.10108死庫容m31.051085庫容系數(shù)50.50%6調(diào)節(jié)特性多年7導(dǎo)流泄洪洞形式明流隧洞工作閘門前為有壓隧洞直徑m8城門洞型壓力隧洞8m消能方式挑流表2-5 ZF水庫工程特征值序號名 稱單位數(shù)量備注最大泄量（P=0.01%）m3/s1230.00最大流速m3/s23.10閘門尺寸mm76.50弧形門啟閉機(jī)t300.00油壓啟閉機(jī)檢修門mm89.00斜拉門進(jìn)口底部高程m703.358灌溉發(fā)電隧洞形式壓力鋼管內(nèi)徑m5.40灌溉支洞內(nèi)徑m3.00最大流

24、量m3/s45.00進(jìn)口底部高程m731.649樞紐電站形式引水式廠房面積（長寬）mm3916.20裝機(jī)容量kw51250每臺機(jī)組過水能力m3/s8.052.5 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定庫區(qū)及壩址下游土石豐富，有利于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?、土料根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧险{(diào)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(jù)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，為需要量的4倍多。各土料場儲量見表2-6。表2-6 各土料場的儲量土場南坪溝川坡上山大河灘合計高程(m)746805720760710749722778儲量(104m3)

25、913.6855.7119.9359.42248.6根據(jù)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(zhì)黏土，60.7%屬重粉質(zhì)壤土，14.3%屬中粉質(zhì)壤土。平均塑性指數(shù)11.1，最大干重度16.7kN/m3，最優(yōu)含水量20.5%，滲透系數(shù)0.44104cm/s。具有中等壓縮性，強(qiáng)度特性見表2-7。表2-7 土料的強(qiáng)度特性試驗方法統(tǒng)計方法抗剪強(qiáng)度指標(biāo)()c(kPa)飽和固結(jié)快剪(25組)算術(shù)平均23.2728.0算術(shù)小值平均20.9619.3快剪(82組)算術(shù)平均21.5429.3算術(shù)小值平均21.3029.3快剪(18組)算術(shù)平均21.30

26、29.3算術(shù)小值平均21.0019.4算術(shù)平均22.6858.3算術(shù)小值平均20.0335.6算術(shù)平均22.5058.3算術(shù)小值平均23.8035.6快剪(8組)算術(shù)平均28.8045.1算術(shù)小值平均25.7529.3算術(shù)平均29.0045.1算術(shù)小值平均28.7029.3三軸不排水剪(10組)算術(shù)平均20.0028.8算術(shù)小值平均25.2013.0三軸不排水剪(6組)算術(shù)平均13.3028.0算術(shù)小值平均25.208.0三軸飽和固結(jié)不排水剪(6組)算術(shù)平均18.2042.0算術(shù)小值平均22.3035.0野外自然坡度角(29組)算術(shù)平均35.70算術(shù)小值平均31.20室內(nèi)剪切試驗算術(shù)平均31.

27、10算術(shù)小值平均29.10算術(shù)平均31.00算術(shù)小值平均29.002、砂礫料根據(jù)調(diào)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)，缺少中間粒徑，根據(jù)野外29組自然坡度角試驗，34組室內(nèi)試驗分析，統(tǒng)計成果分析如下：天然重度18.7 kN/m3，軟弱顆粒含量2.64%。顆粒組成見表2-8。表2-8 砂礫料顆粒組成粒徑(mm)2008040205210.50.250.05含量(%)83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9砂的儲量很少，且石英顆粒少，細(xì)度

28、模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料，砂（D2mm）的相對緊密度為0.895。3、石料壩址石料較多，運距均在1km以內(nèi)，為厚層砂巖，儲量可滿足需要。溢洪道、導(dǎo)流洞出碴也可利用。4、筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定經(jīng)過試驗，并參考有關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及其它工程的經(jīng)驗，最后選定其筑壩材料和各項技術(shù)指標(biāo)，見2-9。表2-9 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)筑壩材料壩體壩基土料砂礫料堆石砂礫料黃土重度濕重度(kNm-3)16.518.018.018.016.0飽和重度(kNm-3)19.819.1干重度(kNm-3)10.411.010.510.2孔隙率n0.33內(nèi)摩擦角施工期總應(yīng)力1031403120有效應(yīng)力22穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力23水位降落

29、有效應(yīng)力23黏聚力c(kPa)20滲透系數(shù)K(cms-1)110-6110-2110-2110-5初始孔隙水壓力系數(shù)0.32.6 其它數(shù)據(jù)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(shè)備容量不大，只能供水庫1000kw，電量不足。水庫開工后，應(yīng)要求有關(guān)部門予以解決。水庫開工后要求架設(shè)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部分。水庫樞紐包括土石混合壩、導(dǎo)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、

30、四干渠、揚(yáng)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(yáng)水站、樞紐電站廠房、機(jī)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件。工程預(yù)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。第二章 樞紐布置第一節(jié) 壩軸線選擇根據(jù)壩址的地質(zhì)、地形、樞紐布置、施工條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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，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(shù)量

31、。要考慮的地質(zhì)方面的因素有：（1）壩基內(nèi)是否存在較大范圍的夾層和強(qiáng)透水帶，地基處理的工程量和難度。（2）黃土處理問題。當(dāng)黃土的重度大于kN/m3時，黃土的濕陷性較小，可不進(jìn)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(qiáng)，需要進(jìn)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： 方案因素上壩線下壩線地形條件巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，便于布置建筑物，但工程量較大。巖層傾向下游；河床寬約120m，場地狹窄，左岸山體較大的的沖溝對壩體安全不利。地質(zhì)條件巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大

32、；左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚度6m）透水性強(qiáng)；左岸單薄分水嶺巖層仍發(fā)屬于中強(qiáng)透水性；河床中段及近右岸地段在巖面下2147m深度范圍內(nèi)，有一強(qiáng)透水帶下限最深至基巖下約80m?；鶐r透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢左岸基巖有一條寬200250m呈北東方向的強(qiáng)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(dá)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(xiàn)承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同筑壩材料庫區(qū)及壩址下游筑壩材料豐富庫區(qū)及壩址下游筑壩材料豐富施工條件施工區(qū)狹窄，施工布置較為困難，施工地區(qū)的對外交通、供電、通

33、訊及房屋等條件都非常差。施工區(qū)狹窄，施工布置較為困難，施工地區(qū)的對外交通、供電、通訊及房屋等條件都非常差；下游塌滑體對工程施工不利。 方案因素上壩線下壩線樞紐布置導(dǎo)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。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(xì)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，灌溉發(fā)電洞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線西側(cè)40m左右，導(dǎo)流泄洪洞位置與上壩線位置相同。溢洪道堰頂高程750m。基礎(chǔ)以下10m左右

34、為砂質(zhì)葉巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重，透水性大，對建筑物安全不利。灌溉發(fā)電洞沿線全為基巖，工程安全比較可靠。比較結(jié)果采用上壩線不采用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(jīng)過綜合比較及分析，最后選擇上壩線作為壩軸線。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(dǎo)流建筑物等，其中這些建筑物有的可以合并結(jié)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(shè)置的建筑物為土石壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、灌溉

35、發(fā)電洞及發(fā)電廠房等。2、樞紐布置原則樞紐布置應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工互不干擾、管理運行方便。應(yīng)選擇多種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而選出最優(yōu)方案。應(yīng)服從以下原則：（1）樞紐中的泄水建筑物應(yīng)能滿足設(shè)計規(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(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定；（3）泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護(hù)措施，當(dāng)有平等壩坡方向的水流可能會沖刷壩坡時，壩坡也應(yīng)有防護(hù)措施；（4）應(yīng)確保泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性；（5）當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流沖刷下游壩坡腳時，應(yīng)比較采用尾水渠或采取工程措施保護(hù)壩坡腳的可靠性和經(jīng)

36、濟(jì)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(yīng)考慮布置排砂建筑物，并在進(jìn)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(dá)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(jìn)行論證；（8）樞紐布置應(yīng)考慮建筑物開挖料的利用。3、樞紐布置根據(jù)以上選定的壩軸線從地形、地質(zhì)、施工、運用等方面大致確定了建筑物（包括大壩、導(dǎo)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。導(dǎo)流泄洪洞：其布置主要考慮地質(zhì)情況，避開可能的塌

37、滑體，并保證出口和進(jìn)口的穩(wěn)定以及洞身圍巖的穩(wěn)定，此外還應(yīng)考慮巖體的破碎程度及其對巖體滲漏的影響。因此導(dǎo)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(nèi)水壓力引起的后果，出口段將修建為無壓洞。溢洪道：其主要考慮地質(zhì)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(xì)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(dǎo)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

38、小。而電站廠房處巖石風(fēng)化層厚度約56m，對其產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌采取必要的處理措施。4、根據(jù)以上數(shù)據(jù)，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。建筑物級別則根據(jù)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(dǎo)流泄洪洞、導(dǎo)流圍堰等。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(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和非土質(zhì)材料防滲體壩三種基本型式。壩型選擇應(yīng)綜合考慮以下因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。（1）壩址區(qū)河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特

39、征及地震烈度等地形地質(zhì)條件；（2）筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置和運輸條件；（3）施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場地、運輸條件和初期度汛等施工條件；（4）壩高：高壩多采用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質(zhì)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(shè)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(jù)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(zhì)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

40、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(jù)防滲結(jié)構(gòu)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(zhì)壩。從建筑材料上來看，土石壩的形式采用心墻壩、斜墻壩及斜心墻壩均可以。心墻壩是指心墻設(shè)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(jìn)度。同時心墻可能產(chǎn)生拱效應(yīng)。斜墻壩指防滲體設(shè)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(chǎn)生裂縫，抗震性能亦不如心墻。斜心墻是指心墻設(shè)在壩體中央向上游傾斜，斜心墻即克服了

41、心墻壩的施工干擾大和可能產(chǎn)生的拱效應(yīng)；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。第三章 壩工設(shè)計第一節(jié) 土石壩斷面設(shè)計土石壩斷面設(shè)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(jié)構(gòu)、排水設(shè)備的形式及基本尺寸。根據(jù)設(shè)計規(guī)范的要求及參照已建工程的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并考慮本工程的具體情況，對本工程的各項數(shù)據(jù)設(shè)計如下。1、壩坡壩坡的確定應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料的性質(zhì)、壩所承受以及施工和運用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。根據(jù)給定的基本資料及參照已建壩的經(jīng)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

42、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(gòu)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(fēng)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(yīng)同時考慮以下3種情況：（1）設(shè)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

43、；R最大波浪在壩坡上的爬高e最大風(fēng)壅水面高度；A安全加高根據(jù)本工程給定的基本資料，按碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范SL274-2001中關(guān)于以上各項的規(guī)定及說明進(jìn)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 壩頂高程計算表運用情況靜水位波浪爬高R風(fēng)壅水面高度e安全加高A壩項超高Y壩頂高程設(shè)計+正常768.11.180.0021.02.182770.29校核+非常770.41.180.0020.51.682772.09正常+非常+地震767.21.180.0021.0+1.0(地震)3.182770.39為了減少施工工程量，在大壩上游設(shè)置防浪墻，墻高取1.5m，大壩壩頂高程

44、設(shè)計為770.60m。驗算：壩頂高程（770.60m）設(shè)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(shè)置根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）的要求，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和均質(zhì)壩上游壩坡宜少設(shè)馬道；且馬道寬度應(yīng)根據(jù)用途確定，但最小寬度不宜小于1.5m。根據(jù)以上要求，上游壩坡在上游壩坡變坡處設(shè)置1道馬道，高程設(shè)在740m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(shè)置為2m。5、防滲體設(shè)計壩的防滲體應(yīng)滿

45、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(nèi)，還要滿足結(jié)構(gòu)和施工的要求。作為為壩的防滲體的材料有土質(zhì)防滲體和人工材料防滲體，其中用的最多的是土質(zhì)防滲體。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩的防滲體斷面尺寸應(yīng)根據(jù)防滲土料的質(zhì)量（如允許滲透比降、塑性、抗裂性能等），防滲土料的數(shù)量和施工難易程度，防滲體下面壩基的性質(zhì)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(shè)計地震烈度8度、9度的地區(qū)可適當(dāng)加厚。土質(zhì)防滲體斷面應(yīng)滿足滲透比降、下游浸潤線和滲透流量的要求，應(yīng)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(zhì)防滲體頂部在正常蓄水位或設(shè)計洪

46、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(yīng)低于非常運用條件的靜水位，并應(yīng)核處風(fēng)浪爬高。但當(dāng)防滲體頂部設(shè)有防浪墻時，防滲體頂部調(diào)和可不受上述限制，但不得低于正常運用的靜水位。土質(zhì)防滲體頂部和土質(zhì)斜墻上游應(yīng)設(shè)保護(hù)層，且保護(hù)層厚度應(yīng)不小于該地區(qū)的凍結(jié)和干燥深度，還應(yīng)滿足施工需要。斜墻上游保護(hù)層的填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)和壩體相同，其坡度應(yīng)滿足穩(wěn)定要求。根據(jù)以上要求及本工程的具體情況，防滲尺寸設(shè)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(shè)為1:1.2，下游坡度設(shè)為1:1.0。防滲墻的頂部高程，由于大壩壩頂設(shè)有防浪墻時，防滲體頂部高程不得低于正常運用的靜水位。

47、因此防滲墻的頂部高程設(shè)為769.00m。防滲墻的斷面設(shè)計為自上而下逐漸加厚，頂部的水平寬度設(shè)為4m，底部厚度18m。同時防滲墻上游保護(hù)層厚度設(shè)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(cè)沖擊層有沉陷，易引起防滲墻頂部心墻與兩側(cè)斜心墻的不均勻沉陷，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(shè)計（1）

48、排水形式的選擇排水形式的選擇必須結(jié)合壩基排水的需要及形式，同時根據(jù)下列情況，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：1）壩型、壩體填土和壩基土的性質(zhì)，以及壩基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)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(shè)備的材料；4）筑壩地區(qū)的氣候條件。均質(zhì)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(nèi)的孔隙壓力，可在上、下游坡不同高度設(shè)置壩體水平排水層。由于壩體排水有多種形式，結(jié)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

49、穩(wěn)定性和保護(hù)下游壩腳免遭淘刷。（2）棱體排水的構(gòu)造要求棱體排水設(shè)計應(yīng)遵循下列規(guī)定：1）頂部高程應(yīng)超出下游最高水位，超過的高度，1級、2級壩應(yīng)不小于1.0m，3級、4級和5級壩應(yīng)不小于0.5m，并超過波浪沿坡面的爬高；2）頂部高程應(yīng)使壩體滑潤線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結(jié)深度；3）頂部寬度應(yīng)根據(jù)施工條件及檢查觀測需要確定，但不宜小于1.0m；4）應(yīng)避免在棱體上游坡腳處出現(xiàn)銳角。根據(jù)以上條件及本工程的實際工程情況，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(shè)為1:2.0。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

50、置，以便在不同部位正確采用土壤的容重、抗剪強(qiáng)度等物理、力學(xué)指標(biāo)，為壩體穩(wěn)定、應(yīng)力與變形的計算和排水設(shè)備的選擇提供依據(jù)，也為水上、水下分區(qū)設(shè)置土料提供依據(jù)。（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(shè)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(nèi)自由水面的位置，估算由此產(chǎn)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(yīng)最低情況；（2）上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)最高水位；（3）上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；（4）

51、庫水位降落時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設(shè)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(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL274-2001）應(yīng)用水力學(xué)法進(jìn)行計算。4、計算斷面及公式本次設(shè)計不僅對河槽處最大斷面進(jìn)行滲流計算，而且還左、右岸各取一個斷面進(jìn)行滲流計算。其計算的基本公式采用：單寬滲流量 q = 浸潤線方程 y = 5、單寬流量計算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：通過斜心墻的滲流量為： q1 = 斜心墻后的滲流量為： q2 = 斜心墻后的浸潤線起點高度為： h0 = 式 中： A1=+ A3=+其中：K0斜心墻粘土滲透系數(shù)；取110-6cm/sK 土石壩壩殼料滲透系數(shù)；取1.010-2cm/sa斜心墻下游面角度；45（1）上游正常高水位與下游相應(yīng)最低情況其結(jié)果列于表3-2。表3-2 滲流單寬流量計算表（2）上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)最高水位；其結(jié)果列于表3-3。