土石壩設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄摘要 1Abstract 2前言 3第1章設(shè)計(jì)的根本資料 41.1概況 41.2根本資料 4地震烈度 4水文氣象條件 4壩址地形、地質(zhì)與河床覆蓋條件 5建筑材料概況 6其他資料 7第2章工程等級(jí)及建筑物級(jí)別 8第3章壩型選擇及樞紐布置 93.1壩址選擇及壩型選擇 93.1.1壩址選擇 93.1.2壩型選擇 93.2樞紐組成建筑物確定 93.3樞紐總體布置 9第4章大壩設(shè)計(jì) 104.1土石壩壩型選擇 104.2壩的斷面設(shè)計(jì) 104.2.1壩頂高程確定 104.2.2壩頂寬度確定 124.2.3壩坡及馬道確定 134.2.4防滲體尺寸確定 134.2.5排水設(shè)備的形式及其根本尺寸確實(shí)定 144.3土料設(shè)計(jì) 144.3.1粘性土料設(shè)計(jì) 154.3.2石渣壩殼料設(shè)計(jì)〔按非粘性土料設(shè)計(jì)〕 164.4土石壩的滲透計(jì)算 174.4.1計(jì)算方法及公式 174.4.2計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 184.4.3計(jì)算結(jié)果 184.4.4滲透穩(wěn)定計(jì)算 194.5穩(wěn)定分析計(jì)算 194.5.1計(jì)算方法與原理 194.5.2計(jì)算公式 204.5.3穩(wěn)定成果分析 204.6地基處理 204.6.1壩基清理 214.6.2土石壩的防滲處理 214.6.3土石壩與壩基的連接 214.6.4土石壩與岸坡的連接 214.7土壩的細(xì)部結(jié)構(gòu) 214.7.1壩的防滲體、排水設(shè)備 214.7.2反濾層設(shè)計(jì) 224.7.3護(hù)坡及壩坡設(shè)計(jì) 224.7.4壩頂布置 23第5章溢洪道設(shè)計(jì) 245.1溢洪道路線選擇和平面位置確實(shí)定 245.2溢洪道根本數(shù)據(jù) 245.3工程布置 245.3.1引渠段 245.3.2控制段 255.3.3泄槽 265.3.4出口消能段 325.4襯砌及構(gòu)造設(shè)計(jì) 335.5地基處理及防滲 33結(jié)論 34感想體會(huì) 35致謝 36參考文獻(xiàn) 37附錄一：計(jì)算書 38附錄二：外文翻譯 68摘要適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)流域地區(qū)防洪、灌溉的綜合效益。通過對(duì)某河地形地質(zhì)、水文資料、氣候特征的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧?，設(shè)計(jì)適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實(shí)現(xiàn)很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分析，對(duì)可能的方案進(jìn)行比擬，確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；詳細(xì)作出大壩設(shè)計(jì)，通過比擬，確定壩的根本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造，進(jìn)行水力、靜力計(jì)算；對(duì)泄水建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案。水庫配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對(duì)下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的威脅；可為開展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。關(guān)鍵詞：壩工設(shè)計(jì),滲流分析,穩(wěn)定分析,溢洪道設(shè)計(jì),根底處理。

AbstractAppropriateconstructionofdamcanbeachievedinabasinareaofpowergeneration,floodcontrol,irrigationbenefit.Theriverislocatedinourcountrysouthwest,throughtoitsgeological,hydrologicaldata,climateanalysis,combinedwiththelocalbuildingmaterials,designsuitablefortheprojecttohelptheregiontoachievegoodeconomicbenefit.Accordingtotherequirementoffloodcontrol,floodregulationcomputationofreservoir,todeterminethecrestelevationandreleasefloodwatersbuildingsize;throughtheanalysis,onthepossibleoptions,determinethehubofthebuildingform,dimensionsandwaterconservancyhublayoutplanmadeindetail;damdesign,throughthecomparison,determiningbasicprofilesanddimensions,makethefoundationtreatmentschemeandthedambodystructure,hydraulic,staticcalculationofoutletstructures;design,choiceofbuildingform,outlinedimensions,todeterminethelayoutscheme,makedetailstructure,hydraulic,staticcalculation.Reservoirwithriverregulationmeasures,cangreatlyreducethefloodonthedownstreamtowns,factoriesandmines,rural,highway,railwayandthetouristattractionsofthethreat;createfavorableconditionsfordevelopmentofaquaculture.Keywords:Damdesign,Seepageanalysis,stabilityanalysis,spillwaydesign,foundationtreatment

前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育的最后一個(gè)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(shí)穩(wěn)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)根本理論知識(shí)和根本技能，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)根本訓(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，如理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、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)的任務(wù)是木戛利水利樞紐工程，此工程是以灌溉為主，兼顧供水和防洪的綜合利用的水利樞紐。本樞紐處于大陸腹地，氣候枯燥，壩區(qū)流道順直，兩岸為不對(duì)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)又平安。本工程承當(dāng)灌溉、供水、防洪任務(wù)，因此對(duì)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)擋水建筑物即擋水的壩，泄水建筑物即溢洪道的設(shè)計(jì)以及土壩細(xì)部構(gòu)造與壩基處理等局部，詳細(xì)的介紹了該水利樞紐工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

第1章設(shè)計(jì)的根本資料1.1概況本設(shè)計(jì)對(duì)象為西南某山區(qū)水庫，水庫控制徑流面積31.7km2，總庫容：1237.9萬m3，興利庫容：878.9萬m3。主要開發(fā)目標(biāo)為：灌溉、供水及防洪，對(duì)該地區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)開展有很大的促進(jìn)作用。1.2根本資料地震烈度工程設(shè)計(jì)烈度為七度。水文氣象條件水庫主要水文數(shù)據(jù)表水庫特征水位，見表1.1。水位、庫容特征值表表1.1工程庫水位(m)相應(yīng)庫容(萬m3)最大下泄流量(m3/s)校核洪水(p=0.1%)2162.491237.9108.3設(shè)計(jì)洪水(p=2%)2160.9071.5攔洪渡汛水位(p=5%)2131.25186.037.2防洪限制水位2158.98正常水位2158.981037.63死水位2129.68158.73枯期洪水(p=10%)2122.072.995.26〔2〕氣象條件①工程所在地屬亞熱帶和溫帶，為半溫，半枯燥氣候過度帶，主要?dú)夂蛱卣鳎焊蓾袂宄?－10月份降水量占年降水量的80％，多年平均降水量903.8mm，多年平均蒸發(fā)量2123.2mm，多年平均氣溫16.3℃，實(shí)測(cè)最高35.6℃,最低-6.0℃。②風(fēng)速與吹程多年平均最大風(fēng)速20m/s〔庫面10m高〕，風(fēng)向垂直壩軸線，吹程1.5km。壩址地形、地質(zhì)與河床覆蓋條件〔1〕地形地貌壩址根本對(duì)稱的“U〞型谷，左岸地形坡度為35°左右的陡坡，地表殘坡積層覆蓋；河床寬約146m，為沖洪積覆蓋，右岸地形坡度為38°左右的陡岸，地表為殘坡積覆蓋，其下伏峨嵋山組玄武巖?！?〕地質(zhì)巖性①大壩工程地質(zhì)條件左岸主要分布二疊統(tǒng)峨嵋山玄武巖，其巖性為：上部為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，厚度為20.4～35m，下部為弱風(fēng)化玄武巖。右岸：巖性與左岸相同，殘坡積層厚3m，強(qiáng)風(fēng)化層厚43m，下部為弱風(fēng)化，該岸19～36m為斷層。河床由上而下分布有：①粉質(zhì)粘土、粉土，含少量礫石，厚度0.9～1.3m，分布河床表層，為高液限粉土礫；②由玄武巖和少量石英砂巖礫石組成的砂礫石層，厚度11.7～15.0m；③含礫石粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)土礫，厚度1.4～2.8m。不存在砂土液化問題。④強(qiáng)風(fēng)化玄武巖。②溢洪道工程地質(zhì)條件溢洪道位于樞紐區(qū)右岸，地表主要為殘坡積層及全風(fēng)化玄武巖覆蓋。地基持力層為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，裂隙發(fā)育，下部為弱風(fēng)化玄武巖，溢洪道邊坡為巖土混合邊坡。建議開挖坡比為：1：0.75～1：1。建筑材料概況〔1〕土料〔防滲料〕：在水庫區(qū)均有土料分布，各指標(biāo)能滿足防滲土料質(zhì)量要求。物理、力學(xué)指標(biāo)見表1.3。粘土料物理、力學(xué)性指標(biāo)表1.3土料試驗(yàn)成果評(píng)價(jià)及參數(shù)建議值〔2〕風(fēng)化石渣料石渣料場(chǎng)均為玄武巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，厚度大且穩(wěn)定，分布面十分廣泛，無用蓋層薄，不夾無用層，受地下水影響小，易開采。石渣料的不均勻系數(shù)C＝70，曲率系數(shù)C＝2.96，屬良好級(jí)配的礫。小于5mm的細(xì)粒含量為12.7%。符合細(xì)粒含量小于20％的技術(shù)要求，平均最大干密度為2.03g/cm3，平均孔隙率為29.3％，符合孔隙率小于30％的質(zhì)量要求，比重為2.87。平均滲透系數(shù)7.58×10-2cm/s,符合碾壓后大于1×10-3cm/s的技術(shù)要求。浸水飽和后進(jìn)行直剪試驗(yàn)，測(cè)得內(nèi)摩擦角φ=50°57′，內(nèi)聚力C=50.75KPa，符合壩殼料φ大于30度的質(zhì)量要求。其儲(chǔ)量與質(zhì)量可滿足設(shè)計(jì)要求。石碴料物理力學(xué)指標(biāo)見表4石碴料物理力學(xué)指標(biāo)表表4野外編號(hào)碴1碴2碴3三組算術(shù)平均比重2.872.872.872.87擊實(shí)試驗(yàn)層數(shù)×擊數(shù)2×702×702×702×70總功能(kgf-cm/cm2)863kJ/m3最大干密度(g/cm3)2.062.002.022.03最優(yōu)含水量(g/cm3)3.02.942.772.90孔隙比e0.3930.4350.4210.416相對(duì)密度實(shí)驗(yàn)最小干密度γmin(g/cm3)1.711.691.701.70最大干密度γmax(g/cm3)2.192.212.202.20最大孔隙比εmax0.6780.6980.6880.688最小孔隙比εmin0.3110.3110.3000.307直接快剪φ51°25′50°33′50°54′50°57′C〔kPa〕40.2756.7555.2250.75滲透系數(shù)K〔cm/s〕6.08×10-28.41×10-28.26×10-27.58×10-2〔3〕堆石料、砂料有現(xiàn)成采石場(chǎng)，巖性為二疊系下統(tǒng)陽新組灰?guī)r，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，質(zhì)純，厚度穩(wěn)定，儲(chǔ)量滿足設(shè)計(jì)用量要求，工程區(qū)及附近無天然砂料，采用石料場(chǎng)石料軋制人工砂。其他資料1、1：500庫區(qū)地形圖一張；2、1：500溢洪道縱剖面圖一張；

第2章工程等級(jí)及建筑物級(jí)別由于該工程正常蓄水位高程2158.98m，總庫容約為0.13億m3，工程等級(jí)由庫容控制，根據(jù)?水利水電樞紐工程等級(jí)劃分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SDJ12-1978〔山區(qū)，丘陵區(qū)局部〕之中作出的規(guī)定，該工程等級(jí)屬于中型，主要建筑物為3級(jí),次要建筑物為4級(jí)。

第3章壩型選擇及樞紐布置3.1壩址選擇及壩型選擇壩址選擇壩址根本對(duì)稱的“U〞型谷，左岸地形坡度為35°左右的陡坡，地表殘坡積層覆蓋；河床寬約146m，為沖洪積覆蓋，右岸地形坡度為38°左右的陡岸，地表為殘坡積覆蓋，其下伏峨嵋山組玄武巖。壩型選擇綜合考慮地形地質(zhì)條件,筑壩材料,施工條件,綜合效益等因素,最終選擇土石壩方案。3.2樞紐組成建筑物確定1.擋水建筑物：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，由于壩址附近有大量天然的防滲土料、石渣料、筑壩料和開挖料，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：土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，采用正槽式溢洪道泄洪，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平安可靠，適用于各種水頭和流量。3.3樞紐總體布置擋水建筑物——土石壩按直線布置在地形圖上所給的壩軸線處〔即河道相對(duì)較窄處〕，泄水建筑物——溢洪道布置在大壩右岸。綜合考慮各方面因素，樞紐布置見樞紐總平面布置圖。

第4章大壩設(shè)計(jì)4.1土石壩壩型選擇斜墻壩:斜墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在上游或接近上游面，該壩型斜墻與壩體施工干擾小，但其抗震性和適應(yīng)不均勻沉降的性能不如心墻壩。心墻壩:工程量較小，且有利于就地取材，能較好地適應(yīng)不均勻變形，穩(wěn)定性，抗震性好,壩殼對(duì)心墻的拱效應(yīng)作用減弱。出于對(duì)當(dāng)?shù)夭牧洗蟪浞掷茫梢杂谜惩磷鳛榉罎B體材料。綜合以上分析，最終選擇粘土心墻壩。4.2壩的斷面設(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、防滲體及排水設(shè)施等。壩頂高程確定因土石壩不允許漫頂溢流,要求壩頂距上游靜水位必需有一定的超高,超高值由下式確定:Y=R+e+A式中:R—最大波浪在壩坡上的爬高；e—最大風(fēng)壅水面高度；k—綜合摩住阻系數(shù),k=3.6×10-6；H—壩前水深；β—風(fēng)向與壩軸線的夾角，因e很小，風(fēng)向難定，為平安與方便起見，取β=0；V、D—計(jì)算風(fēng)速〔在正常運(yùn)用條件下，3級(jí)壩設(shè)計(jì)風(fēng)速取多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍；在非常運(yùn)用條件下，取多年平均年最大風(fēng)速〕和吹程；A—平安加高，(對(duì)于本設(shè)計(jì):查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表得:正常運(yùn)行取A=0.70；非常運(yùn)行取A=0.40)?！惨弧常河?jì)算超高YY=R+e+A1：計(jì)算波浪爬高R波浪爬高按下式計(jì)算：式中：Rm—平均波浪在壩坡上的爬高；m—單坡的坡度系數(shù)，初步擬定為1.9；—斜坡的糙率滲透性系數(shù),根據(jù)樞紐的根本情況,確定水庫采用砌石護(hù)面,查?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表-1得與壩坡粗糙率有關(guān)的系數(shù)=0.75~0.8,采用0.8；Kw—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表-2得kw=1.00；hm,Lm—分別為平均波高和波長(zhǎng)〔m〕。對(duì)于丘陵水庫，當(dāng)風(fēng)速v<26.5m/s,吹程D<7500m時(shí)，波浪波高和平均波長(zhǎng)可采用鶴地水庫公式：由以上公式算得非常運(yùn)用條件下：h2%=1.40m,Lm=9.55m；正常運(yùn)用條件下：h2%=2.57m,Lm=14.32m。由?碾壓式土石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL274-2001知，設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等別確定，1、2、3級(jí)壩采用累積頻率為1％的爬高值R1％。經(jīng)計(jì)算，①非常運(yùn)用情況下：R1%=2.03m；②正常運(yùn)用情況下：R1%=3.37m。2.計(jì)算壩前水位壅高e各水位下正常與非常運(yùn)用時(shí)的水位壅高值e運(yùn)用情況校核水位設(shè)計(jì)水位正常水位正常運(yùn)用0.00450.00470.0049非常運(yùn)用0.00200.00210.00223.平安加高A查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表得:正常運(yùn)行取A=0.70m；非常運(yùn)行取A=0.40m。壩頂高程計(jì)算結(jié)果表如下：運(yùn)用情況靜水位HReAy壩頂高程=H+y設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用超高y2160.902.030.00470.72.73472163.63正常洪水位+正常運(yùn)用超高y2158.982.030.00490.72.73492161.71校核洪水位+非常運(yùn)用超高y2162.493.370.00200.43.77202166.26正常洪水位+非常運(yùn)用超高y2158.983.370.00220.43.77222162.75根據(jù)?碾壓式土石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL274-2001，壩頂高程應(yīng)取以上四種運(yùn)用情況中的最大值，即壩頂高程為2166.26m。設(shè)計(jì)的壩頂高程是指大壩沉降穩(wěn)定后的壩頂高程，因此竣工時(shí)的壩頂高程應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量，一般施工良好的土石壩，壩體沉降量約為壩高的0.2%~0.4%，為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)某两盗?，按壩高?.4%預(yù)留,那么壩頂高程為2166.49m，防浪墻高1.2m，那么碾壓壩頂高程為2165.29m，壩高57.36m。壩頂寬度確定壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。當(dāng)無特殊要求時(shí)，中低壩可選用5～10m。壩頂寬度必須滿足考慮心墻或斜墻頂部及反濾層布置的需要。初步擬定壩頂寬度為8m。壩坡及馬道確定土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再通過計(jì)算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與實(shí)際結(jié)合，上游坡率取1.9，下游自上而下分別取1.7,1.8,1.9，下游自下而上每20m變坡一次。在壩坡改變處，尤其在下游坡，通常設(shè)置1.5～2ｍ寬的馬道〔戧道〕以使聚集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用，考慮這些因素其寬度取為1.5ｍ，并設(shè)0.5m的橫向排水溝。〔注：下列圖尺寸為米〕防滲體尺寸確定壩體防滲體。防滲體的尺寸以滿足構(gòu)造、施工及防止開裂等要求為原那么，同時(shí)也要滿足穩(wěn)定要求。壩的防滲體為粘土心墻，其最小厚度〔底部〕由粘土的允許滲透坡降確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)粘土允許坡降取[J]=4，承受的最大水頭54.56m，心墻底部厚須大于54.56/4=13.64m。參考以往工程心墻頂寬取4m〔滿足大于3m機(jī)械化施工要求〕，上下游坡率為0.25，底寬32.3m大于13.64m。心墻頂高程以設(shè)計(jì)水位加0.6m超高并高于校核洪水為原那么，最后取2164.29m，上留有1m的保護(hù)層。壩基防滲體。心墻底部采用粘土截水槽和帷幕灌漿進(jìn)行壩基防滲。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，灌漿帷幕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按灌后基巖的透水率控制，3級(jí)及其以下的壩，透水率宜為5～10Lu，且帷幕的底部深入相對(duì)不透水層宜不小于5m。根據(jù)滲透及地質(zhì)剖面圖，將心墻底部的沖洪基層全部挖掉，截水槽頂寬與心墻底寬相同，取32.3m，底寬取4m，截水槽底部高程2093.78m，槽中回填粘土料，槽深14.15m，兩側(cè)邊坡1:1。帷幕灌漿灌至相對(duì)不透水層以下5m，即滲透剖面圖上q=4.4Lu向下5m，即灌漿底部高程為2084.49m。防滲體的尺寸圖如下：〔下列圖尺寸為米〕排水設(shè)備的形式及其根本尺寸確實(shí)定根據(jù)工程實(shí)際,壩址處石料豐富,可采用溢洪道開挖的石料，故采用堆石體棱體排水設(shè)備。根據(jù)?水工建筑物?堆石體頂面應(yīng)高出下游最高水位2109.7m并且三級(jí)壩不得小于1.0m.故取高程為2110.7m,頂寬不小于1.0m取2m。其內(nèi)坡根據(jù)施工條件取1:1.5外坡取1:2見圖。由外向內(nèi)分別鋪設(shè)粗砂0.2m，卵石0.3m，最后面用砌石。具體構(gòu)造見圖。4.3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(jià)有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)，同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度，以減小壩體斷面尺寸，防滲體較小的滲透性，以保證滲透穩(wěn)定。粘性土料設(shè)計(jì)〔1〕計(jì)算公式：選用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行土料的擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)擊實(shí)次數(shù)，得出該組平均最大干容重和平均最優(yōu)含水量：設(shè)計(jì)干容重為：式中：——設(shè)計(jì)干容重〔g/cm3〕；——在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重；m——施工條件系數(shù)〔壓實(shí)系數(shù)〕，對(duì)于1、2級(jí)高壩，m值采用0.96~0.99之間，3、4級(jí)壩可采用0.93~0.96，本設(shè)計(jì)取m=0.96。粘性土的填筑含水量W為：W=Wp+IlIp式中：Wp——土的塑限含水量；Il——液性系數(shù)，取0.07~0.1，本次設(shè)計(jì)取0.1；Ip——土的塑性指數(shù)；設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量：〔樣最優(yōu)含水量接近其塑限含水量〕用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考：式中：G——土粒比重；W——填筑含水量；Va——壓實(shí)土的含氣量，粘土取0.05。運(yùn)用下式校核：為土場(chǎng)的干容重(對(duì)于1、2級(jí)壩，還應(yīng)進(jìn)行碾壓試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核，據(jù)以確定碾壓參數(shù))〔2〕計(jì)算成果匯總表比重G最大干容重γmax(kN/m3)最優(yōu)含水量W0(%)設(shè)計(jì)干容重γd(kN/m3)塑性指數(shù)IP填筑含水量W(%)飽和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)濕容重γw(kN/m3)內(nèi)摩擦角φ粘聚力C(kpa)滲透系數(shù)K(10-6cm/s)2.712.740.912.219.840.918.38.317.917.3520.90.825石渣壩殼料設(shè)計(jì)〔按非粘性土料設(shè)計(jì)〕〔1〕計(jì)算公式填筑指標(biāo)以相對(duì)密度表示：設(shè)計(jì)相對(duì)密度要求不低于0.7~0.75，地震區(qū)為防震動(dòng)液化，浸潤(rùn)線以下局部土體設(shè)計(jì)相對(duì)密度不低于0.75~0.85，設(shè)計(jì)Dr=0.8。計(jì)算成果匯總表比重G設(shè)計(jì)孔隙比e孔隙率〔%〕設(shè)計(jì)干容重γd(kN/m3)填筑含水量W(%)飽和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)濕容重γw(kN/m3)內(nèi)摩擦角φ粘聚力C(kpa)滲透系數(shù)K(10-6cm/s)2.870.41429.321.122.927.3117.3121.7350.9550.754.4土石壩的滲透計(jì)算土石壩的滲流計(jì)算主要是確定壩體浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)，同時(shí)確定壩體與壩基的滲流量，以估算水庫的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(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。計(jì)算方法及公式選用水力學(xué)解土石壩滲流問題根據(jù)心墻土壩在有限透水地基上，心墻筑至不透水層，無排水設(shè)備情況計(jì)算滲流量。不考慮心墻上游壩體局部對(duì)滲流的影響時(shí)，其滲流計(jì)算可通過下式求出單寬滲流量，心墻下游坡滲流水深和滲流逸出高度：浸潤(rùn)線方程為式中：K1、K2、K3——壩殼、心墻和壩基的滲流系數(shù)，K1=7.58×cm/s，K2=8.25×cm/s，K3=1.0×cm/s；T——透水地層深度，23.44m；H1——上游水深,m；h——逸出水深,m；δ——防滲體有效厚度，m；L——滲流區(qū)長(zhǎng)度，m；m2——上游坡率，m=1.9；a0——下游溢出點(diǎn)高度，m。計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇對(duì)河床中間斷面I—I及由I—I斷面向西100m的II—II斷面，向東77.9m的III—III斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水時(shí)進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果總滲流量公式為：計(jì)算情況計(jì)算工程正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位上游水深H〔m〕Ⅰ~Ⅰ51.0552.97Ⅱ~Ⅱ27.11529.035Ⅲ~Ⅲ26.7528.67下游水深T1〔m〕Ⅰ~Ⅰ00Ⅱ~Ⅱ00Ⅲ~Ⅲ00逸出水深h〔m〕Ⅰ~Ⅰ1.721.77Ⅱ~Ⅱ1.081.15Ⅲ~Ⅲ1.131.19滲流量q(m3/s.m)Ⅰ~Ⅰ1.1×1.16×Ⅱ~Ⅱ7.67×8.4×Ⅲ~Ⅲ8.3×9.1×總滲流量Q(m3/d)163.04175占總庫容的比例0.013‰0.014‰滲透穩(wěn)定計(jì)算滲透坡降計(jì)算公式：式中：Δh——上游水位減逸出點(diǎn)高；Δl——滲徑。計(jì)算成果見下表：列表匯總結(jié)果斷面Ⅰ~ⅠⅡ~ⅡⅢ~Ⅲ計(jì)算情況正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)坡降J0.470.490.420.450.420.45填筑土料的平安坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為5~10，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。4.5穩(wěn)定分析計(jì)算計(jì)算方法與原理土石壩發(fā)生穩(wěn)定破壞時(shí)，將帶來嚴(yán)重后果，甚至垮壩，土石壩穩(wěn)定分析的目的就是核算土石壩在自重等各種情況下的孔隙壓力和外荷載作用下，壩坡是否穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，對(duì)心墻壩來說，滑動(dòng)面往往接近圓弧，滑裂曲面線在壩頂接近于垂直，在巖基上接近于壩坡底部處漸趨于水平；因此，心墻壩的滑裂面初定為圓弧面，所以選擇瑞典圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定分析。先假定一系列圓心位置及半徑不同的圓柱面。作為可能的滑裂面,對(duì)每一滑裂面計(jì)算坍塌滑體,即各種力對(duì)圓心取力矩,并分別歸為抗滑力矩Mr和滑動(dòng)力矩MS,兩者的比值即該滑裂面的平安系數(shù)K=Mr/MS。一系列圓心位置作出許多可能滑裂面將得出許多相應(yīng)的K值。從中求出一個(gè)最小值Kmin,假設(shè)Kmin滿足要求，那么壩體穩(wěn)定，反之，修改壩坡重新計(jì)算，直到滿足要求為止。計(jì)算公式采用不計(jì)條塊間作用力的圓弧滑動(dòng)法〔瑞典圓弧法〕進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中：i——土條號(hào)；——i號(hào)土條重力,KN；——粘聚力，KPa；——土條弧長(zhǎng)，m；φ——內(nèi)摩擦角，o。附土石壩穩(wěn)定分析圖如下，具體計(jì)算見計(jì)算書：穩(wěn)定成果分析由計(jì)算成果可知：在正常工作條件下，該壩在B?點(diǎn)處的最小穩(wěn)定平安系數(shù)為2.852，大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.3，要想找到正常工作條件下的最小平安系數(shù)，至少需要13個(gè)滑弧才可確定?！灿捎跁r(shí)間關(guān)系，只算了7個(gè)滑弧?！?.6地基處理土石壩的地基處理應(yīng)力求做到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理。筑壩前要完全去除表層的腐殖土，以及可能發(fā)生集中滲流和滑動(dòng)的表層土。壩基清理岸坡處的樹根，耕植土，河床底的淤泥應(yīng)清理。壩基清理后，應(yīng)平整密實(shí)，無陡坎和臺(tái)階，坡度一般不陡于1:1.5，為防止土壩于岸坡的接觸面產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，壩體岸坡不應(yīng)成臺(tái)階狀，反坡或突然變坡。應(yīng)對(duì)壩基進(jìn)行平整，輕型振動(dòng)碾壓或夯板夯實(shí)。土石壩的防滲處理由于本壩址基巖為玄武巖，屬于堅(jiān)硬巖石，故本設(shè)計(jì)采用截水槽和帷幕灌漿相結(jié)合，截水槽的具體尺寸見上文防滲尺寸中的壩基防滲。土石壩與壩基的連接由于壩體是建在基巖上的，所以本壩在截水槽底部做齒墻與壩基連接，齒墻嵌入截水槽1.0m。土石壩與岸坡的連接土石壩的岸坡應(yīng)清理成緩慢的坡度，不應(yīng)為階梯狀或反坡。開挖坡度不宜太陡，巖石岸坡不陡于1:0.5--1：0.75。4.7土壩的細(xì)部結(jié)構(gòu)壩的防滲體、排水設(shè)備〔1〕壩體防滲壩體防滲體根據(jù)地質(zhì)和該樞紐所在地的材料儲(chǔ)藏情況采用粘土心墻，心墻頂部高程為2165.93m，高出設(shè)計(jì)洪水位5.03m，頂部保護(hù)層厚度為1m。心墻頂寬為4m，自頂向下逐漸加厚，邊坡上、下游都取1:0.25，計(jì)算點(diǎn)最大的作用水頭54.56m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取允許滲透坡降[J]=4,底部厚度為32.3>，滿足厚度要求?！?〕壩基防滲壩基防滲采用粘土截水槽，上部厚與心墻底等厚，下部厚度取4m，截水槽開挖坡度為1:1，兩側(cè)有0.2m的粗砂過濾層?！?〕排水設(shè)備的形式及其根本尺寸確實(shí)定根據(jù)工程實(shí)際，壩址處石料豐富，可采用溢洪道開挖的石料，故采用堆石體棱體排水設(shè)備。根據(jù)?水工建筑物?堆石體頂面應(yīng)高出下游最高水位2109.7m并且三級(jí)壩不得小于1.0m，故取高程為2110.7m，頂寬不小于1.0m取2m。其內(nèi)坡根據(jù)施工條件取1:1.5，外坡取1:2。由外向內(nèi)分別鋪設(shè)粗砂0.2m，卵石0.3m，最后用石料堆砌。具體構(gòu)造見圖。反濾層設(shè)計(jì)〔1〕?碾壓式土石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(SL274-2001)進(jìn)行反濾層設(shè)計(jì)。對(duì)于被保護(hù)的第一層反濾料，考慮平安系數(shù)1.5～2.0，按太沙基準(zhǔn)那么確定，即式中：為反濾料粒徑，小于該粒徑土占總土重的15%；為被保護(hù)的土粒徑，小于該粒徑土占總土重的85%；為被保護(hù)的土粒徑，小于該粒徑土占總土重的15%。第二、三層反濾料的選擇也按上述方法進(jìn)行。按此標(biāo)準(zhǔn)天然沙礫料不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。〔2〕設(shè)計(jì)結(jié)果：粘土部位：第一層d=0.45mm天然砂，厚20cm第二層d=2.0mm卵石料，厚30cm護(hù)坡及壩坡設(shè)計(jì)〔1〕上游護(hù)坡上游護(hù)坡坡面，從就地取材及材料經(jīng)濟(jì)考慮，設(shè)干砌石護(hù)坡，厚0.3m，下面鋪厚0.2m碎石墊層，護(hù)坡范圍上至壩頂,下至上游壩址?！?〕下游護(hù)坡下游護(hù)坡坡面采用草皮護(hù)坡，護(hù)坡范圍上至壩頂，下至排水棱體。下游坡面上設(shè)有排水溝，以聚集坡面流水，避雨水漫流壩面造成壩坡沖刷。據(jù)?水工建筑物?可知：垂直壩軸線方向每隔100m設(shè)置縱向排水溝連接橫向排水溝，岸坡排水設(shè)置成矩形，排水溝為0.5×0.4m。〔3〕壩坡根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與實(shí)際結(jié)合，上游坡率取1.9，下游自上而下分別取1.7,1.8,1.9，下游自下而上每20m變坡一次。為了有利于壩坡的穩(wěn)定，和有利于壩體的觀測(cè)與檢修，以及設(shè)置排水設(shè)備等，在變坡處設(shè)置馬道，上、下游壩坡均設(shè)置1.5米寬的馬道，并在下游馬道靠壩體處設(shè)有0.5m×0.4m的截流溝，做壩體排水用。為了保護(hù)大壩壩坡坡面不受波浪，雨水，冰雹及穴居動(dòng)物的破壞，防止波浪的淘刷，冰層和飄浮物的損害，順壩水流的沖刷等對(duì)壩的危害，上、下游壩坡面應(yīng)設(shè)置護(hù)坡。護(hù)坡選擇原那么：能抵抗各種因素對(duì)護(hù)坡的破壞作用，施工維護(hù)方便，造價(jià)廉價(jià)及能就地取材。壩頂布置壩頂上面用泥結(jié)石鋪設(shè)路面，厚0.3m。壩頂要向下游傾斜3%的坡度，以利于壩頂排水，上游設(shè)高1.2m，厚0.3m的防浪墻,下游設(shè)寬0.3m，深0.2m的縱向排水溝。

第5章溢洪道設(shè)計(jì)5.1溢洪道路線選擇和平面位置確實(shí)定根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，利用樞紐右岸的天然埡口，采用正槽式溢洪道，進(jìn)水渠末端設(shè)置圓形漸變段，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，布置在地形圖上的溢洪道軸線處。5.2溢洪道根本數(shù)據(jù)由于沒有做調(diào)洪演算，初步擬定溢洪道水力計(jì)算成果見下表：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〕校核2162.49108.32109.75.3工程布置引渠段由于地形、地質(zhì)條件限制，溢流堰往往不能緊靠庫區(qū)，需在溢流堰前開挖進(jìn)水渠，將庫水平順地引向溢流堰。流速應(yīng)大于懸移質(zhì)不淤流速，小于渠道的不沖流速，設(shè)計(jì)流速宜采用3～5m/s，本設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)流速v為3m/s。進(jìn)水渠的橫斷面在巖基上接近矩形，邊坡根據(jù)巖層條件確定，新鮮巖石一般為1:0.1～1:0.3，風(fēng)化巖石為1:0.5～1:1.0，本設(shè)計(jì)采用邊坡坡率m為1:0.5。從地形圖可知進(jìn)水渠水深3.98m。根據(jù)計(jì)算公式：可以初步擬定進(jìn)水渠斷面尺寸，具體計(jì)算結(jié)果見下表：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〕校核2162.49108.33.980.57.08由計(jì)算可以擬定進(jìn)水渠底寬B為12m〔平安設(shè)計(jì)〕。在進(jìn)水渠與控制段之間設(shè)漸變段，采用圓弧連接，圓弧半徑R=15m；進(jìn)水渠前段采用梯形斷面，邊坡采用1:0.5，進(jìn)水渠總長(zhǎng)L=55.62m?？刂贫螌掜斞咝沽髂芰Π匆韵鹿接?jì)算：式中：Q--流量，；--淹沒系數(shù)，取為1；B--溢流堰總凈寬，m；--計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭,m；c--上游堰坡影響系數(shù)，〔當(dāng)上游堰面為鉛直時(shí)，c=1.0〕；ε--閘墩側(cè)收縮系數(shù)；〔1〕堰頂高程和堰寬的設(shè)計(jì)校核情況下：Q=108.3假定堰寬6m，m=0.36，側(cè)收縮系數(shù)ε取0.92。經(jīng)試算，堰頂高程取2156.8m。堰上最大水頭Hmax為5.69m，定型設(shè)計(jì)水頭Hd=(0.75~0.95)Hmax=4.28m~5.41m取Hd=4.5m。V=q/A=18.05/(1*5.69)=3.17m/s;P=0.5m。堰底高程：2156.8-0.5=2156.3m。堰下收縮斷面的水深計(jì)算公式：式中：q--起始計(jì)算斷面單寬流量，；--起始計(jì)算斷面渠底以上總水頭，m；Θ--泄槽底坡坡角；Φ--起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95。經(jīng)試算，h1=1.98m。泄槽正槽式溢洪道在溢流堰后多用泄水陡槽與出口消能段相連接，以便將過堰洪水平安得泄向下游河道。泄槽一般位于挖方地段，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)地形、地質(zhì)、水流條件及經(jīng)濟(jì)等因素合理確定其形式和尺寸?！?〕泄槽的平面布置及縱、橫剖面泄槽在平面上宜盡可能采用直線、等寬布置，不設(shè)置收縮段、擴(kuò)散段和彎曲段，這樣使水流平順、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。泄槽縱剖面設(shè)計(jì)主要決定縱坡。泄槽縱坡必須保證泄流時(shí)，溢流堰下為自由流和槽中不發(fā)生水躍，使水流始終處于急流狀態(tài)。因此泄槽縱坡必須大于臨界坡度，由地形地質(zhì)平面圖上可知，為適應(yīng)地形，本工程的泄槽至少要設(shè)置兩段，泄槽第一段的高差為44.08m，水平距離為102.2m，長(zhǎng)111.3m，坡降i為0.43；泄槽第二段的高差為4.2m，水平距離為38.8m，長(zhǎng)39.0m，坡降i為0.107。因泄槽縱坡i須大于臨界坡度，須對(duì)泄槽的初定縱坡進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于矩形斷面泄槽臨界坡度計(jì)算公式，ik按下式計(jì)算：由推得臨界水深和謝才系數(shù)按下式計(jì)算式中：q--泄槽的單寬流量，；α--動(dòng)能修正系數(shù)，可近似取1；g--重力加速度，；--相應(yīng)臨界水深的水力半徑，m；n--糙率，噴混凝土護(hù)面，所以取0.021。將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得ik=0.005。因此應(yīng)地勢(shì)而建的縱坡i1=0.43，i2=0.107的泄槽符合要求。〔2〕泄槽的水力計(jì)算泄槽水面線應(yīng)根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中：--分段長(zhǎng)度，m；、--分段始末斷面水深，m；、--分段始末斷面平均流速，；、--流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；Θ--泄槽底坡角度；--泄槽底坡，；--分段內(nèi)平均摩阻坡降；--泄槽槽身糙率系數(shù)，0.02；--分段平均流速，，；--分段平均水力半徑，，m。堰下收縮斷面處起始計(jì)算水深起始斷面流速公式水力半徑式中：--起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95；--起始計(jì)算斷面單寬流量，；Θ--泄槽底坡坡角；--起始計(jì)算斷面渠底以上總水頭，m。試算法求的值：，，，，取幾組值代入公式右邊得到的結(jié)果與比擬，假設(shè)不相等，那么繼續(xù)取值代入公式進(jìn)行計(jì)算，直到等式兩邊的值相等。經(jīng)試算得泄槽水面線表如下所示：

泄槽一段水面線h()v(/s)(/s)R()()()1.9809.1169.5721.9121.8284.4520.0181.8621.8621.80010.0281.7445.38710.6551.6490.0263.0744.9361.60011.2811.5556.81812.0871.4600.0394.8499.7841.40012.8931.3668.90513.9671.2700.0638.21918.0031.20015.0421.17512.12116.5461.0790.10915.97733.9801.00018.0500.98217.45420.3060.8850.21444.27178.2510.80022.5630.78927.27123.2350.33935.848112.2370.75523.9070.7450.76730.619泄槽二段水面線h()v(/s)(/s)R()()()2.0009.0259.5261.9001.8094.3630.0189.2169.2161.80010.0281.7195.38710.8971.5970.02822.19231.4081.53411.7671.4757.417兩段泄槽用反弧段連接反弧半徑公式如下：式中：--佛汝徳數(shù)；--泄槽一段的段末流速，m/s；--泄槽一段的段末水深，m。反弧最低點(diǎn)處的水深h分別為0.755m、1.534m，因此相應(yīng)的R分別為13.12m、5.41m。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，繪制水面線見下列圖：〔3〕摻氣減蝕SL253-2000?溢洪道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定：摻氣水深可按下式計(jì)算式中：--不計(jì)波動(dòng)和摻氣的水深，m；--不計(jì)波動(dòng)和摻氣的計(jì)算斷面平均流速，m/s；--修正系數(shù)，一般為1.0～1.4，本設(shè)計(jì)取1.0。邊墻的超高一般為，取1。各段摻氣后的水深及邊墻高見下表。泄槽一段邊墻高h(yuǎn)(m)平均v(m/s)h平均ha邊墻1.9801.8009.5721.8902.0713.11.60010.6551.7001.8812.91.40012.0871.5001.6812.71.20013.9671.3001.4822.51.00016.5461.1001.2822.30.80020.3060.9001.0832.10.75523.2350.7780.9582.0泄槽二段邊墻高h(yuǎn)(m)平均v(m/s)h平均ha邊墻2.0001.8009.5261.9002.0813.11.53410.8971.6671.8492.8由于泄槽段各分段邊墻相差大，為節(jié)省材料，泄槽采用梯形的形式?！?〕泄槽襯砌為保護(hù)槽底不受沖刷和巖石不受風(fēng)化，防止高速水流鉆入巖石縫隙，將巖石掀起，泄槽都需要進(jìn)行襯砌。對(duì)泄槽襯砌的要求是：襯砌材料能抵抗水流沖刷；在各種荷載作用下能夠保持穩(wěn)定；外表光滑平整，不致引起不利的負(fù)壓和空蝕；做好底板下排水，以減小作用在底板上的揚(yáng)壓力；做好接縫止水，隔絕高速水流侵入底板底面，防止因脈動(dòng)壓力引起的破壞等。本設(shè)計(jì)泄槽處于巖基上，下泄水流速度大，故采用混凝土襯砌，襯砌厚度為0.5m。為防止產(chǎn)生溫度裂縫，設(shè)置縱橫縫。縱、橫向分縫距離分別取為10m、20m，縫下設(shè)縱、橫向排水溝，并設(shè)有銅片止水裝置，在排水溝頂面鋪瀝青麻片，以防止施工時(shí)水泥漿或運(yùn)用時(shí)泥沙堵塞排水溝，各橫向排水溝的水流應(yīng)通過泄槽兩側(cè)的縱向排水溝排往下游。出口消能段〔1〕消能工的設(shè)計(jì)原那么及形式溢洪道宣泄洪水,一般是單寬流量大、流速高、能量集中。假設(shè)消能措施考慮不當(dāng)高速水流與下游河道的正常水流不能妥善銜接,下游河床和岸坡就會(huì)遭到?jīng)_刷,甚至危及大壩平安。所以,消能措施的合理選擇和設(shè)計(jì),對(duì)工程具有重大的意義。消能工消能是通過局部水力現(xiàn)象,把水流中的一局部動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能,隨水流散。實(shí)現(xiàn)這種能量轉(zhuǎn)換的途徑有：水流內(nèi)部的紊動(dòng)、摻混、剪切和漩滾，水股的擴(kuò)散及水股之間的碰撞；水流和固體邊界的劇烈摩擦和撞擊；水流與周圍氣體的摩擦與摻混。常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能和消力戽效能等。本出口消能段采用底流消能。〔2〕底流消能底流消能是通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多余?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的外表漩滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪切和摻混作用。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果好、對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化小等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)高、中、低水頭。但護(hù)坦較長(zhǎng)，土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價(jià)較高，一般適用于地質(zhì)條件較差的壩基。根據(jù)?溢洪道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，溢洪道消能防沖建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)：3級(jí)建筑物按30年一遇洪水設(shè)計(jì)。根據(jù)資料，由于下泄流量都較小，故按最大下泄流量設(shè)計(jì)，即按千年一遇的洪水設(shè)計(jì)。水力學(xué)研究說明，水躍前收縮斷面的水深h1與躍后水深h2的共軛關(guān)系滿足式中：v1——躍前流速，m/s；h1=1.534m,v1=11.767m/s,代入數(shù)據(jù)得h2=5.86m，F(xiàn)r1=v1/〔gh1〕1/2=3.03，水躍躍長(zhǎng)為消能池長(zhǎng)度為取消能池長(zhǎng)度為25m；當(dāng)河床不易開挖或開挖太深造價(jià)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可在護(hù)坦末端修建消能坎，壅高坎前水位形成消能池，以保證在建筑物下游產(chǎn)生淹沒程度不大的水躍?？哺?.4襯砌及構(gòu)造設(shè)計(jì)包括襯砌、排水、止水和分縫。本設(shè)計(jì)泄槽處于巖基上，下泄水流速度大，故采用混凝土襯砌，襯砌厚度為0.5m。為防止產(chǎn)生溫度裂縫，設(shè)置橫縫。橫向分縫距離取10m，縫下設(shè)縱橫向排水溝，并設(shè)有銅片止水裝置，在排水溝頂面鋪瀝青麻片，以防止施工時(shí)水泥漿或運(yùn)用時(shí)泥沙堵塞排水溝。5.5地基處理及防滲溢流堰堰頂處來自水重和底板的重量較大，泄槽段高速水流的沖擊作用也較大，再加上溢流堰所處的地質(zhì)條件在巖石破碎帶，故需進(jìn)行地基處理，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，初步擬定采用局部水泥灌漿，泄槽至挑流鼻坎底部均采用鋼筋進(jìn)行錨固。

結(jié)論本設(shè)計(jì)在考慮了地形、地貌、地質(zhì)條件后，擬定了壩軸線位置，進(jìn)行大壩及溢洪道的首部樞紐布置。在壩線、壩型的比選時(shí)，雖沒有進(jìn)行詳細(xì)的工程造價(jià)比擬，但也有從技術(shù)、施工、局部經(jīng)濟(jì)比擬，屬于技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包含了心墻土壩及溢洪道的布置，主要建筑物設(shè)計(jì)，壩頂排水，馬道排水溝，棱體排水等排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，有效控制滲流破壞，降低浸潤(rùn)線。另外還有護(hù)坡，防浪墻等一些細(xì)部設(shè)計(jì)。并且考慮了設(shè)計(jì)水位、正常蓄水位兩種工況來計(jì)算浸潤(rùn)線。計(jì)算結(jié)果溢出點(diǎn)高程均在排水棱體之內(nèi)，設(shè)計(jì)符合要求。穩(wěn)定計(jì)算局部，雖然只計(jì)算了下游壩坡正常蓄水位的情況，且只計(jì)算了壩址一點(diǎn)的穩(wěn)定系數(shù)，且從這一點(diǎn)可看出該壩的抗滑最小平安系數(shù)稍大于標(biāo)準(zhǔn)允許值，說明擬定的大壩結(jié)構(gòu)尺寸屬于超穩(wěn)定，建議將壩坡略微減緩。溢洪道設(shè)計(jì)方面，計(jì)算了控制堰的堰面曲線，泄槽水面線，消力池相關(guān)水力計(jì)算，以保證設(shè)計(jì)合理。由于時(shí)間關(guān)系，結(jié)構(gòu)計(jì)算只進(jìn)行了溢流堰的設(shè)計(jì)，尚未進(jìn)行穩(wěn)定分析。計(jì)算過程中，試算局部運(yùn)用EXCEL計(jì)算，結(jié)果相對(duì)精確。但其中的試算過程不能夠表達(dá)。本設(shè)計(jì)依照標(biāo)準(zhǔn)要求，根本完成了一般設(shè)計(jì)的內(nèi)容，但沒考慮地震的情況，也沒對(duì)溢洪道的控制段和陡槽段局部進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，尚有缺乏之處。

感想體會(huì)隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過十幾周的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比擬欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。以上即為我的心得體會(huì)，總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的確實(shí)覺得困難比擬多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師朱老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。

致謝在此畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，首先我向我們的指導(dǎo)老師朱云蘭老師表示衷心的感謝和崇高的敬意，同樣感謝幫助過我的同學(xué)。在設(shè)計(jì)期間，朱老師在百忙之中抽出時(shí)間來指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)，并且解答相關(guān)的疑難問題，可以說這次設(shè)計(jì)不僅是我個(gè)人的成果，同時(shí)還凝結(jié)著老師的心血。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)期間，本組成員之間的互助互愛、團(tuán)結(jié)更是必不可少的。有問題自己解決不了的提出來大家一起解決，這無疑增強(qiáng)了我們自己動(dòng)手翻閱書籍、刻苦鉆研、獨(dú)立思考問題的能力，也是對(duì)我們大學(xué)期間以來所學(xué)根底課和專業(yè)課的一次綜合測(cè)試，是將理論系統(tǒng)化、綜合化應(yīng)用于實(shí)踐的評(píng)估，也為我們將來走向工作崗位奠定根底。最后，再次向幫助過我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。由于本人對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果做的不是太完善，在設(shè)計(jì)中不可防止的會(huì)存在問題，還希望老師和同學(xué)給予批評(píng)指正。

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附錄一：計(jì)算書一、壩頂高程確定因土石壩不允許漫頂溢流,要求壩頂距上游靜水位必需有一定的超高,超高值由下式確定:Y=R+e+A式中:R—最大波浪在壩坡上的爬高；e—最大風(fēng)壅水面高度；k—綜合摩住阻系數(shù),k=3.6×10-6；H—壩前水深；β—風(fēng)向與壩軸線的夾角，因e很小，風(fēng)向難定，為平安與方便起見，取β=0；V、D—計(jì)算風(fēng)速〔在正常運(yùn)用條件下，3級(jí)壩設(shè)計(jì)風(fēng)速取多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍；在非常運(yùn)用條件下，取多年平均年最大風(fēng)速〕和吹程；A—平安加高；(對(duì)于本設(shè)計(jì):查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表得:正常運(yùn)行取A=0.70;非常運(yùn)行取A=0.40)1.1計(jì)算超高YY=R+e+A計(jì)算波浪爬高R波浪爬高按下式計(jì)算：式中：Rm—平均波浪在壩坡上的爬高；m—單坡的坡度系數(shù)，初步擬定為1.9；—斜坡的糙率滲透性系數(shù),根據(jù)樞紐的根本情況,確定水庫采用砌石護(hù)面,查?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表-1得與壩坡粗糙率有關(guān)的系數(shù)=0.75~0.8,采用0.8；Kw—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表-2得kw=1.00；hm,Lm—分別為平均波高和波長(zhǎng)〔m〕。對(duì)于丘陵水庫，當(dāng)風(fēng)速v<26.5m/s,吹程D<7500m時(shí)，波浪波高和平均波長(zhǎng)可采用鶴地水庫公式：由以上公式算得非常運(yùn)用條件下：h2%=1.40m,Lm=9.55m；正常運(yùn)用條件下：h2%=2.57m,Lm=14.32m。由?碾壓式土石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL274-2001知，設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等別確定，1、2、3級(jí)壩采用累積頻率為1％的爬高值R1％。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表知累積頻率為2%時(shí)，①非常運(yùn)用情況下：h2%/hm=2.23,h2%=1.40m,所以hm=0.63m，；②正常運(yùn)用情況下：h2%/hm=2.23,h2%=2.57m,所以hm=1.15，。再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表知累積頻率為1%時(shí)，①非常運(yùn)用情況下：Rp/Rm=2.23,Rm=0.91m,所以R1%=2.03m；②正常運(yùn)用情況下：Rp/Rm=2.23,Rm=1.51m,所以R1%=3.37m。計(jì)算壩前水位壅高e各水位下正常與非常運(yùn)用時(shí)的水位壅高值e運(yùn)用情況校核水位設(shè)計(jì)水位正常水位正常運(yùn)用0.00450.00470.0049非常運(yùn)用0.00200.00210.0022平安加高A查標(biāo)準(zhǔn)?碾壓土石壩標(biāo)準(zhǔn)?表得:正常運(yùn)行取A=0.70m；非常運(yùn)行取A=0.40m。壩頂高程計(jì)算結(jié)果表：運(yùn)用情況靜水位HReAy壩頂高程=H+y設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用超高y2160.902.030.00470.72.73472163.63正常洪水位+正常運(yùn)用超高y2158.982.030.00490.72.73492161.71校核洪水位+非常運(yùn)用超高y2162.493.370.00200.43.77202166.26正常洪水位+非常運(yùn)用超高y2158.983.370.00220.43.77222162.75根據(jù)?碾壓式土石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL274-2001，壩頂高程應(yīng)取以上四種運(yùn)用情況中的最大值，即壩頂高程為2166.26m。設(shè)計(jì)的壩頂高程是指大壩沉降穩(wěn)定后的壩頂高程，因此竣工時(shí)的壩頂高程應(yīng)預(yù)留足夠的沉降量，一般施工良好的土石壩，壩體沉降量約為壩高的0.2%～0.4%，為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)某两盗?，按壩高?.4%預(yù)留,那么施工壩頂高程為2166.26+〔2166.26-2107.93-1.2〕×0.4%=2166.49m，防浪墻高1.2m，那么碾壓壩頂高程為2165.29m，壩高57.36m。1.2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(jià)有關(guān)，一般力求壩體內(nèi)的材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)的主要目的是確定粘土的填筑干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)，同時(shí)要使材料具有較高的強(qiáng)度，以減小壩體斷面尺寸，防滲體較小的滲透性，以保證滲透穩(wěn)定。粘性土料設(shè)計(jì)計(jì)算公式：選用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行土料的擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)擊實(shí)次數(shù)，得出該組平均最大干容重和平均最優(yōu)含水量：設(shè)計(jì)干容重為：式中：——設(shè)計(jì)干容重〔g/cm3〕；——在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重；m——施工條件系數(shù)〔壓實(shí)系數(shù)〕，對(duì)于1、2級(jí)高壩，m值采用0.96~0.99之間，3、4級(jí)壩可采用0.93~0.96，本設(shè)計(jì)取m=0.96。粘性土的填筑含水量W為：W=Wp+IlIp式中：Wp——土的塑限含水量；Il——液性系數(shù)，取0.07~0.1，本次設(shè)計(jì)取0.1；Ip——土的塑性指數(shù)；設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量：〔樣最優(yōu)含水量接近其塑限含水量〕用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考：式中：G——土粒比重；W——填筑含水量；Va——壓實(shí)土的含氣量，粘土取0.05。運(yùn)用下式校核：為土場(chǎng)的干容重(對(duì)于1、2級(jí)壩，還應(yīng)進(jìn)行碾壓試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核，據(jù)以確定碾壓參數(shù))計(jì)算過程最大干容重=KN/，設(shè)計(jì)干容重=m=0.96×12.7=12.2KN/,填筑含水量W==40.9%,濕容重=〔1+W〕=12.2×〔1+40.9〕=17.9KN/，飽和容重KN/，浮容重KN/。比重G最大干容重γmax(kN/m3)最優(yōu)含水量W0(%)設(shè)計(jì)干容重γd(kN/m3)塑性指數(shù)IP填筑含水量W(%)飽和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)濕容重γw(kN/m3)內(nèi)摩擦角φ粘聚力C(kpa)滲透系數(shù)K(10-6cm/s)2.712.740.912.219.840.918.38.317.917.3520.90.825〔3〕計(jì)算成果匯總表石渣壩殼料設(shè)計(jì)〔按非粘性土料設(shè)計(jì)〕〔1〕計(jì)算公式填筑指標(biāo)以相對(duì)密度表示：設(shè)計(jì)相對(duì)密度要求不低于0.7~0.75，地震區(qū)為防震動(dòng)液化，浸潤(rùn)線以下局部土體設(shè)計(jì)相對(duì)寬度不低于0.75~0.85，設(shè)計(jì)Dr=0.8?！?〕計(jì)算過程設(shè)計(jì)孔隙比最大干容重=KN/，設(shè)計(jì)干容重=m=0.96×22=21.12KN/，填筑含水量W==2.9%,濕容重=〔1+W〕=21.12×〔1+2.9%〕=21.73KN/，飽和容重KN/，浮容重KN/。〔3〕計(jì)算成果匯總表比重G設(shè)計(jì)孔隙比e孔隙率〔%〕設(shè)計(jì)干容重γd(kN/m3)填筑含水量W(%)飽和容重rsat(kN/m3)浮容重rb(kN/m3)濕容重γw(kN/m3)內(nèi)摩擦角φ粘聚力C(kpa)滲透系數(shù)K(10-6cm/s)2.870.41429.321.122.927.3117.3121.7350.9550.75

二、土石壩的滲透計(jì)算土石壩的滲流計(jì)算主要是確定壩體浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)，同時(shí)確定壩體與壩基的滲流量，以估算水庫的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(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。2.1計(jì)算方法及公式選用水力學(xué)解土石壩滲流問題根據(jù)心墻土壩在有限透水地基上，心墻筑至不透水層，無排水設(shè)備情況計(jì)算滲流量。不考慮心墻上游壩體局部對(duì)滲流的影響時(shí)，其滲流計(jì)算可通過下式求出單寬滲流量，心墻下游坡滲流水深和滲流高度：浸潤(rùn)線方程為式中：K1、K2、K3——壩殼、心墻和壩基的滲流系數(shù)，K1=7.58×cm/s，K2=8.25×cm/s，K3=1.0×cm/s；T——透水地層深度，23.44m；H1——上游水深,m；h——逸出水深,m；δ——防滲體有效厚度，m；L——滲流區(qū)長(zhǎng)度，m；m2——上游坡率，m2=1.9；a0——下游溢出點(diǎn)高度，m。2.2計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇對(duì)河床中間斷面I—I及由I—I斷面向西100m的II—II斷面，向東77.9m的III—III斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水時(shí)進(jìn)行。2.3浸潤(rùn)線繪制I—I斷面〔壩底工程2107.93m〕設(shè)計(jì)洪水位：H1=52.97mδ=18.15mT=23.44m由計(jì)算圖得l=102.44m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.77m；q=1.16×㎡/s浸潤(rùn)線方程為：浸潤(rùn)線曲線為：正常蓄水位：H1=51.05mδ=18.15mT=23.44m由計(jì)算圖得l=102.44m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.72m；q=1.1×㎡/s浸潤(rùn)線方程為：浸潤(rùn)線曲線為：II—II斷面〔壩底工程2131.865m〕設(shè)計(jì)洪水位：H1=29.035mδ=11.26mT=27.665m由計(jì)算圖得l=58.36m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.14m；q=8.4×㎡/s浸潤(rùn)線方程為：浸潤(rùn)線曲線為：正常蓄水位：H1=27.115mδ=11.26mT=27.665m由計(jì)算圖得l=58.36m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.08m；q=7.67×㎡/s浸潤(rùn)線方程為：浸潤(rùn)線曲線為：III—III斷面〔壩底工程2132.23m〕設(shè)計(jì)洪水位：H1=28.67mδ=12.05mT=31.658m由計(jì)算圖得l=57.75m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.19m；q=9.1×㎡/s浸潤(rùn)線方程為：浸潤(rùn)線曲線為：正常蓄水位：H1=26.75mδ=12.05mT=31.658m由計(jì)算圖得l=57.75m計(jì)算得出單寬流量和逸出點(diǎn)高程：h=1.13m；q=8.3×㎡/s浸潤(rùn)線