大頂子山航電樞紐畢業(yè)設計

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 2前言 3第一章 基本資料 1第一節(jié) 工程概況及工程目的 1第二節(jié)基本資料 4第二章 樞紐布置 15第一節(jié)壩軸線選擇 15第二節(jié)樞紐總體布置 17第三章壩工設計 22第一節(jié)設計依據(jù) 22第二節(jié)壩型比選 27第三節(jié)壩體結構設計 28第四節(jié)設計計算 42第五節(jié)基礎處理 49第四章泄洪閘設計 57第一節(jié)泄洪閘選型 57第二節(jié)水利計算 59第三節(jié)泄洪閘的消能防沖 60第五章結論 61參考文獻 錯誤！未定義書簽。摘要xx干流xx航電樞紐工程為大（1）型工程，工程等別為一等。洪水標準為100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。樞紐總平面布置從右至左為：船閘、10孔泄洪閘、河床式水電站、28孔泄洪閘、砼過渡壩段、土壩及壩上公路（橋）等，壩線全長3249.78m。其中土壩布置在左岸灘地上，全長1959.70m，為粘土均質壩。壩頂高程121.50m，壩頂寬度12m，最大壩高前言水資源的利用和開發(fā)是世界最為關注的內(nèi)容，進入二十世紀九十年代以來，受上游工農(nóng)業(yè)用水量不斷增長、人類活動和自然因素影響，xx哈爾濱江段來水量大幅度減少、水位嚴重下降。由于xx干流上無大型控制性航電樞紐，部分河段因缺水斷航，通航期斷航天數(shù)逐年增加。尤其近4年的連續(xù)枯水，哈爾濱航段通航期的斷航天數(shù)累計達451天，占通航總天數(shù)的54%，為優(yōu)化配置和合理利用水資源，為徹底改變環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，應采取必要的工程措施攔蓄徑流壅高水位，改善因xx水位過低而引起的水量、水質、水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境惡化等問題?；举Y料工程概況及工程目的一、工程地理位置xx航電樞紐工程位于xx干流哈爾濱下游46km處，地理位置為東經(jīng)12706至12715，北緯4558至4503，北岸屬于呼蘭縣，南岸屬于賓縣。工程對外交通便利。水路有xx航運至壩址。陸路自哈爾濱出發(fā)兩岸均有公路通往樞紐壩址，左岸有主要公路88km至票河，一般公路10km至楊林鄉(xiāng)，鄉(xiāng)村道路13km至壩址；右岸有主要公路26km至賓西，一般公路二、工程任務xxxx航電樞紐工程是xx流域水資源綜合開發(fā)利用的重要組成部分，是北水南調(diào)規(guī)劃方案實施后保持xx航道暢通的重要保證。樞紐工程的建設將從根本上解決xx航道礙航問題，解決哈爾濱市水環(huán)境惡化問題，促進xx兩岸經(jīng)濟發(fā)展。xx航電樞紐工程是一項航運與生態(tài)環(huán)境、航運與發(fā)電、航運與交通、航運與旅游、航運與供水、航運與灌溉、航運與水產(chǎn)養(yǎng)殖等互相結合的綜合利用工程，經(jīng)濟效益、社會效益顯著。xx的建設將對哈爾濱市經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生深遠影響，將帶動黑龍江省經(jīng)濟建設加速發(fā)展，推動振興老東北工業(yè)基地戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。三、工程興建緣由a）保證xx航運持續(xù)發(fā)展xx是連接黑龍江、烏蘇里江、第二xx和嫩江航運的紐帶，水量充沛，水運條件優(yōu)越，是國家內(nèi)河水運主要通道之一，黑龍江省完成的水運量80%左右發(fā)生或通過xx干流。xx水運在腹地內(nèi)的運輸體系中起著不可缺少的作用，可直接地促進沿江各市縣經(jīng)濟的發(fā)展，并對促進黑龍江省的其它地區(qū)、吉林、內(nèi)蒙部分地區(qū)及俄羅斯遠東沿江地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展起著重要的作用。然而，進入二十世紀九十年代以來，受上游工農(nóng)業(yè)用水量不斷增長、人類活動和自然因素影響，xx哈爾濱江段來水量大幅度減少、水位嚴重下降。由于xx干流上無大型控制性航電樞紐，部分河段因缺水斷航，通航期斷航天數(shù)逐年增加。尤其近4年的連續(xù)枯水，哈爾濱航段通航期的斷航天數(shù)累計達451天，占通航總天數(shù)的54%，經(jīng)濟損失3.25億元，嚴重影響了航運經(jīng)濟的發(fā)展。xx航道面臨著間斷斷航和全面斷航的危險。為此，需盡快在xx干流上建設大型控制性航電樞紐工程，確保航運的暢通。為優(yōu)化配置和合理利用水資源，1994年國家批準了《遼河、xx流域水資源綜合規(guī)劃》及有關部門對該規(guī)劃的審查意見，規(guī)劃提出2000年建設尼爾基水庫，向遼河調(diào)水27.81×108m3，2010年建設哈達山水庫，兩水庫向遼河調(diào)水65.67×108m3，為解決調(diào)水后的xx航運問題，審查意見同意xx目前，嫩江上游的尼爾基水庫已于2000年開工建設，在2005年之前即可竣工投入運行。按計劃2015年調(diào)水工程建成后，向流域外調(diào)水16.97×108m3，加上流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境用水量的大幅度提高，哈爾濱江段多年平均徑流量將由現(xiàn)403×108m3減少到264×根據(jù)1995年交通部審查通過的《xx干流航運規(guī)劃報告》，xx干流按Ⅲ級航道標準建設，在“八五”和“九五”期間完成佳木斯至同江（252km）河段和三姓淺灘（41km）二期整治工程的基礎上，2000年前重點整治哈爾濱至佳木斯河段，提高航道通航保證率，2001年～2010年繼續(xù)對三岔河擬建xx航電樞紐是xx干流局部渠化方案中確定的哈爾濱～依蘭航道大頂子、洪太、依蘭三個航運梯級中的上游梯級。xx航電樞紐的修建可以渠化上游128km航道，徹底改善哈爾濱區(qū)段的通航條件，并通過補水調(diào)節(jié)下游航道流量，保證壩下550m3/s的通航流量（保證率95%b）促進哈爾濱經(jīng)濟建設哈爾濱市是黑龍江省省會，市區(qū)面積1637平方公里，市區(qū)人口311.8萬人，是溝通東北亞、歐洲和太平洋這些大陸大洋的重要連接點，是中國東北部經(jīng)濟文化的中心，一座以冰雪旅游、避暑度假為主要特色的多功能旅游文化名城。哈爾濱市是黑龍江省政治、經(jīng)濟、文化、科技和商貿(mào)中心，2000年國民生產(chǎn)總值550億元，占全省國民生產(chǎn)總值的16.9%，在黑龍江省經(jīng)濟發(fā)展中有著舉足輕重的作用。xx水撫育壯大了哈爾濱，并且今后也是哈爾濱經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展道路的依托。然而，受上游工農(nóng)業(yè)用水量不斷增長、人類活動和自然因素影響，xx哈爾濱江段來水量大幅度減少、水位下降，自1999年以來，連續(xù)4年創(chuàng)歷史最低水位記錄。為哈爾濱市工業(yè)和居民生活供水的主要水源一、二水源地，取水塔上層取水口完全露出水面，下層取水口與水面持平，自來水公司啟用應急取水工程仍無法保證全市人民生活用水，居民正常生活受到限制，部分工廠因缺水而停產(chǎn)，城市綠化用水及生態(tài)環(huán)境用水遭到破壞。長期持續(xù)的枯水不僅導致供水不足，而且由于來水量少，水體自凈能力差，水質嚴重惡化。長期枯水使水面窄小，灘地長期裸露，自然及生態(tài)環(huán)境也日益惡化。xx、太陽島等著名的旅游景區(qū)也失去昔日那種碧水白帆、綠樹成蔭、環(huán)境舒適、氣候宜人的景色。xx持續(xù)枯水惡化了環(huán)境，嚴重影響哈爾濱市人民正常生活和經(jīng)濟發(fā)展。為徹底改變環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，應采取必要的工程措施攔蓄徑流壅高水位，改善因xx水位過低而引起的水量、水質、水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境惡化等問題。xx航電樞紐建成蓄水后，抬高了枯水期水位，增加了江道水面。一方面可以從根本上改變?nèi)∷畻l件，遇95%～98%的特枯水年，該江段水位不低于115.00m，比水源地取水工程設計水位112.00m高3.00m，不僅完全可以滿足水源地取水的水位要求，還增加枯水期和枯水年的城市供水量。另一方面可解決市區(qū)沿江公園因干旱少水而帶來的風沙彌漫、環(huán)境惡化等問題，而且還可結合市區(qū)排污工程改造，建設人工河渠、湖泊，改造現(xiàn)有河溝，引水入市區(qū)，建設水網(wǎng)化園林生態(tài)城市，以生態(tài)建設促城市建設，實現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，使哈爾濱市早日建成現(xiàn)代化的國際都市。第二節(jié)基本資料一、水文1、氣象xx流域屬中溫帶季風氣候區(qū)，冬季嚴寒干燥，長達半年之久；春季蒸發(fā)量大，濕度小，多風沙；夏季炎熱；秋季降溫急驟歷時短，年內(nèi)溫差較大。降雨多集中在季風控制的夏秋季節(jié)，尤其集中在7月～8月。流域多年平均降水量為400mm～750mm，以第二xx、拉林河雨量最高，可達750mm，個別地點可達900mm，一般地區(qū)在500mm左右，干旱的西南地區(qū)只有400mm?？偟淖兓厔轂樯絽^(qū)雨量要高于平原。哈爾濱市及其鄰近地區(qū)，大陸性氣候特點十分明顯，冬季嚴寒漫長，春季干燥多風，夏季降雨集中，秋季降溫急驟，常有凍害發(fā)生。據(jù)賓縣氣象站統(tǒng)計，本地區(qū)多年平均氣溫為4.3℃，最大凍土深度2.05m。多年平均降水量為583.4mm，年內(nèi)降水極不均勻，6月～9月降水量占年降水量的76%左右。多年平均風速為3.8m/s，6月～10月的多年平均最大風速為14.8m/s，累年最大風速為24m/s，相應風向S2、徑流a）徑流系列xx、遼河年逕流系列代表性問題，經(jīng)查閱《xx流域規(guī)劃》、《修訂遼河流域規(guī)劃》、《xx、遼河水資源綜合開發(fā)利用規(guī)劃》（以下簡稱三大規(guī)劃）及后來的歷次專項規(guī)劃后，采用的代表段為1951年～1982年32年徑流系列，平均流量為1210m3b）壩址徑流根據(jù)xx航電樞紐工程所在位置和徑流組成特點，壩址徑流計算以xx干流哈爾濱水文站和呼蘭河蘭西水文站為參證站。哈爾濱水文站控制面積為38.98×104km2，占壩址集水面積（43.21×104km2）的90.2%，是xx壩址徑流的主要來源。哈爾濱～xx壩址區(qū)間集水面積4.23×104xx壩址年徑流情況見表1.2-1。表1.2-1xx壩址年徑流設計成果表斷面位置項目均值設計值5%25%50%75%90%95%xx壩址(F=432100km2)Q0(m3/s)15502600190014801140842714W0(108489820599467360266225c）枯水流量xx哈爾濱水文站暢流期最小流量出現(xiàn)在4月下旬至6月。有些年份出現(xiàn)在7月份。哈爾濱站1951年～1982年累年實測最小流量為215m3/s，時間為1979年4月21日3、洪水a(chǎn))暴雨特性暴雨是形成本流域洪水的主要原因，xx流域的暴雨成因有冷鋒、氣旋、蒙古低壓、貝加爾湖低壓、臺風等，但華北氣旋及西南系統(tǒng)的江淮氣旋及臺風，一般只能到達北緯45°以南。由于本流域面積大，流域內(nèi)各地區(qū)在地形上也有很大差異，暴雨在流域內(nèi)分布不均勻，暴雨的天氣系統(tǒng)可分為三個區(qū)域。第一區(qū)為流域的東南部，本區(qū)大部分為山區(qū)，即第二xx、牡丹江、拉林河等xx南岸一些河流，地理位置偏南，正處在西南來的暖濕空氣控制下，水汽來源充沛，且大部分地帶處于迎風坡，有較好的地形抬升條件，因此暴雨的次數(shù)較多，其暴雨多為臺風和氣旋降雨，雨量大而集中，籠罩范圍廣，雨勢兇猛，一般產(chǎn)生漲勢兇猛的大洪水。第二區(qū)為嫩江流域，嫩江汛期多受北來系統(tǒng)影響，如蒙古低壓、貝加爾湖低壓、冷渦等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)降雨特點是連陰雨天，雨強不大。但由于在連陰雨中易出現(xiàn)暴雨，而且影響范圍廣闊，因此也能造成大洪水。如1998年洪水，降雨主要集中在6月中旬至8月中旬，共出現(xiàn)3次大的降雨過程，其中8月份的降雨使xx流域產(chǎn)生特大洪水。其它年份1969年、1988年也是類似的天氣系統(tǒng)和暴雨特征，造成嫩江流域的特大洪水。第三區(qū)是大興安嶺的東南坡和xx北岸的一些河流，地處西風帶的背風坡，西南來的氣流難以形成大暴雨，故本地區(qū)的暴雨一般是大型天氣系統(tǒng)內(nèi)中小尺度的氣旋擾動，使小股濕空氣逆向受地形抬升而形成，因此暴雨籠罩面積較小、強度不大。b)洪水特性xx流域的洪水主要由暴雨產(chǎn)生，由于流域面積大，氣象條件復雜，流域內(nèi)大洪水過程多由幾次暴雨洪水迭加形成。年最大洪峰流量多發(fā)生在7月～9月，少數(shù)發(fā)生在5月、6月或者10月。xx干流的洪水主要來自嫩江和第二xx。洪水受河槽調(diào)蓄的影響，洪水傳播時間較長，年最大洪峰出現(xiàn)在8月～9月份的較多，年最大洪峰出現(xiàn)在7月～9月占83.7%，出現(xiàn)在其它月份的占16.3%。根據(jù)實測資料分析，嫩江支流洪峰年內(nèi)發(fā)生次數(shù)較少，一般為1次～2次。第二xx暴雨出現(xiàn)次數(shù)較多，洪峰年內(nèi)可出現(xiàn)2次～3次，個別年份可出現(xiàn)4次～5次。嫩江干流、xx干流由于受河槽調(diào)蓄影響，洪水過程多為單峰型。xx流域一次洪水歷時，大支流一般為20天～30天，嫩江和第二xx為40天～60天，xx干流一次洪水歷時較長，可達到90天甚至更長一些，洪水過程線比較平緩，呈現(xiàn)大饅頭形，洪量分布在較長時段內(nèi)，因此短時段洪量所占的比重較小。哈爾濱站15天洪量占60天洪量的32.8%～44.9%，30天洪量占60天洪量的56.4%～71.6%。c)xx壩址設計洪水采用xx流域防洪規(guī)劃中有豐滿水庫影響的哈爾濱、通河站的設計洪峰和設計洪量成果，并分別建立有豐滿水庫影響的哈爾濱、通河站的設計洪峰和洪量與集水面積單對數(shù)關系圖，按xx壩址集水面積在關系圖上查出對應設計頻率的設計值，即為xx壩址的設計洪水。查《xx流域防洪規(guī)劃》得xx壩址設計洪峰流量見表1.2-2。表1.3-2xx壩址設計洪峰流量表單位：m3/P(%)0.33%0.5%1%2%3.33%4%5%10%20%50%Qm(m3/s)23200216001880016100140001330012400960068303210壩址設計洪水過程線按典型年法峰比放大。典型年采用哈爾濱站的1956年、1957年和1998年，經(jīng)演進后作為壩址的典型洪水過程線（演進參數(shù)采用《xx流域防洪規(guī)劃》里的：X=0.3,k=24h），按計算的縮放倍比推求出各設計頻率的設計洪水過程線。d)分期設計洪水xx干流xx航電樞紐工程分期設計洪水是根據(jù)暴雨洪水的季節(jié)變化特點，結合xx航電樞紐工程的施工情況，在可研成果的基礎上重新進行了分析計算，各分期劃分時間如下：汛前期：4月1日主汛期：7月15日汛后期：10月15日枯水期：12月1日由于每年汛期洪水開始與結束，常有提前和錯后情況，在施工過程中應注意當年的水情發(fā)展變化情況，采取必要的防汛措施。按照上述各分期的時段劃分，首先采用哈爾濱水文站1953年～2002年（共50年）有豐滿影響（現(xiàn)狀）的實測洪水資料，按年最大值法取樣（其中汛前期和汛后期各跨期5天取樣，主汛期采用工程設計洪水成果），分別統(tǒng)計出各分期最大流量系列，進行頻率計算，采用經(jīng)驗頻率計算成果。然后按xx壩址和哈爾濱站的面積比進行放大后作為xx壩址的分期洪水成果。xx壩址分期洪水各設計頻率的洪峰流量見表1.2-3。表1.3-3xx壩址分期洪水設計表單位:m3/設計頻率汛前期4月7大汛期7月10汛后期10月11枯水期12月3P=0.5%67202160063002060P=1%61101880057401900P=2%54901610051901730P=5%46401240044101500P=10%3980960038101310P=20%3280683035101110P=50%224032102340810e)洪水地區(qū)組成和遭遇xx流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，由于流域集水面積大，氣象條件多種多樣，各地區(qū)地形又有很大差異，所以整個流域由一次暴雨產(chǎn)生大洪水的年份很少，大部分是地區(qū)性的洪水匯合而成，所以洪水峰量組成比較復雜。eq\o\ac(○,1)哈爾濱站洪水組成和遭遇xx干流哈爾濱站洪水，是由嫩江、第二xx和拉林河來水組成。哈爾濱站歷史上發(fā)生的大洪水，就是上述三水組合遭遇的結果。人們常說：哈爾濱的洪水是嫩江打底，第二xx加碼，拉林河戴帽，就是說在嫩江水量較豐的基礎上，如果再與第二xx和拉林河的較大洪峰遭遇，三水的惡劣組合，就會使哈爾濱形成大洪水或特大洪水。也有嫩江和第二xx洪水遭遇或僅是嫩江干流來水特大，而形成哈爾濱較大洪水的。解放以來，哈爾濱站出現(xiàn)過8次洪峰流量大于8000m31）嫩江、第二xx、拉林河同時發(fā)生洪水，這種洪水造成哈爾濱大洪水的年份較多，如表中1956年、1960年屬這種類型的洪水。再如，解放前1932年、1934年洪水亦是此種類型。2）哈爾濱洪峰主要由第二xx、嫩江洪水組成，拉林河洪水較小，如1953年、1957年即為此種類型。3）哈爾濱洪峰主要來自嫩江，即嫩江洪水特大，第二xx、拉林河洪水均較小。如1969年、1998年即為此種類型。哈爾濱洪量主要來自嫩江，嫩江大賚站60天洪量占哈爾濱60天洪量的42.0%～84%，也就是說，嫩江來水是組成xx哈爾濱洪水的主要水量。eq\o\ac(○,2)xx壩址洪水組成和遭遇xx航電樞紐工程位于xx干流呼蘭河口下游46km處。在哈爾濱水文站至xx航電樞紐壩址區(qū)間，左岸有支流呼蘭河匯入，呼蘭河是xx的主要支流之一，流域面積3.57×104km2，是哈爾濱～4、水位～流量關系曲線根據(jù)xx航電樞紐工程壩址所處位置，高水部分采用《xx流域防洪規(guī)劃》中的洪水水面線，中低水部分參照黑龍江航道局測量大隊近幾年的實測流量成果進行綜合分析定線，推求出xx壩址水位～流量曲線見表1.3-4。表1.3-4xx壩址水位～流量曲線Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)107.20110110.001400113.004260116.0012800107.70260110.501750113.505000116.5015400108.00400111.002200114.006030117.0018200108.50536111.502650114.507230117.6523600816112.003150115.008560117.0018200109.501080112.503650115.5010400117.6523600注：各站高程系統(tǒng)為黃?；?、泥沙a）哈爾濱站來沙量哈爾濱站的懸移質輸沙量是從1953年至2001年統(tǒng)計的哈爾濱站多年平均懸移質輸沙量為665×104t，哈爾濱站無推移質輸沙量資料，取懸移質輸沙量的10%估算，即推移質輸沙量為66.5×104t。則哈爾濱水文站多年平均來沙量為732×104t。b）xx壩址來沙量xx壩址的懸移質輸沙量按哈爾濱斷面的懸移質輸沙量加上哈爾濱～xx區(qū)間懸移質輸沙量進行計算。哈爾濱～xx區(qū)間輸沙量采用呼蘭河蘭西水文站的多年平均懸移質輸沙模數(shù)（43.3t/km2）計算，其多年平均懸移質輸沙量為183×104t，計算的xx壩址多年平均懸移質輸沙量為848×104t，推移質輸沙量取懸移質輸沙量的10%估算，即推移質輸沙量為84.8×104t。則xx壩址多年平均來沙量為933×104t。c）水庫泥沙淤積分析xx樞紐屬徑流式電站，經(jīng)水庫泥沙數(shù)學模型計算分析，整個庫區(qū)呈緩慢淤積態(tài)勢，至水庫運用20年，水庫淤積趨于平衡，達到6718.0萬m3。6、冰情根據(jù)哈爾濱水文站冰情資料統(tǒng)計，多年平均封江日期為11月24日，開江日期為4月9日，平均封凍時間為135日，春季開江流冰時間平均為7日左右，最大冰厚為1.25m（1957年3月），平均流冰速度1.05m/s。另據(jù)哈爾濱站1956～2001年（xx航電樞紐庫區(qū)澇洲至壩址江段，河道順直，比降平緩，排冰行洪斷面寬闊，最窄的哈爾濱市江段天然情況下排冰斷面也在700m以上。根據(jù)實測資料統(tǒng)計分析，開江期平均水位變幅1.61m，最大水位變幅為2.47m（1957年），開江形勢基本上為文開江和半武開江?？紤]到施工期由于施工導流，使河道束窄，應在流冰期進行冰情觀測，視需要可及時采取工程措施進行排冰。7、水庫水面蒸發(fā)增損xx建庫后的蒸發(fā)增損按水體蒸發(fā)與陸面蒸發(fā)的差值計算，水體蒸發(fā)量采用距壩址較近的二龍山水庫蒸發(fā)實驗站成果，多年平均水體蒸發(fā)量為731mm哈爾濱站多年平均降水量為545mm，多年平均徑流深為30mm，經(jīng)計算，蒸發(fā)增損為二、工程地質1、區(qū)域地質概況a)地形地貌及地層巖性工作區(qū)位于xx中游，地處松嫩平原東南部。工作區(qū)的東南部和東北部邊緣為張廣才嶺和小興安嶺余脈，屬構造剝蝕低山丘陵地形，地面高程250m～665m。由華力西期和燕山期侵入巖、古生代變質巖系和中生代白堊系沉積巖等組成，地面起伏較大。西部及西北部廣闊的松嫩平原，為二級侵蝕堆積階地或稱之為崗阜狀高平原，地面高程135m～190m溝谷發(fā)育，相對切割深度10m～40m，組成物質主要為第四系中、上更新統(tǒng)沖積層。xx及其支流在其間流過，河谷開闊，漫灘發(fā)育，寬度一般1km～4km，最寬處可達15km，地面高程在113m～b)地質構造與區(qū)域穩(wěn)定性新華夏系構造是該區(qū)的主控構造，一級構造表現(xiàn)為第二巨型沉降帶（松嫩平原）和第二巨型隆起帶（張廣才嶺西坡和小興安嶺西坡），主要構造形跡為北北東向的斷裂及其次級斷裂。其它與本工程密切相關的地質構造，有新華夏式構造的二級斷裂構造依蘭—舒蘭斷裂構造帶、緯向構造體系的三級斷裂構造巴彥—虎頭斷裂構造帶（西段為xx斷裂）。工作區(qū)附近在挽近期有過活動的斷裂帶僅有依蘭—舒蘭斷裂帶，其位于壩址東南側，距壩址最近距離在70km以上。在庫區(qū)范圍內(nèi)xx工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.05g；地震基本烈度為6度。工程區(qū)地殼總體是穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的。c)水文地質條件區(qū)內(nèi)地下水根據(jù)賦存條件劃分為分布在低山丘陵區(qū)的基巖裂隙水和分布在河漫灘、階地、崗阜狀平原區(qū)的第四系松散巖類孔隙水兩大類型。基巖裂隙水賦存于巖石裂隙中主要的補給來源為大氣降水的入滲，排泄于山前臺地和河谷階地、漫灘中。第四系松散堆積物中孔隙水主要分布在漫灘、階地和崗阜狀平原區(qū)，受大氣降水的入滲和側向徑流補給，側向徑流和垂直排泄為主。2、壩址區(qū)的工程地質條件a)地質概況壩址處河谷呈寬闊不對稱的“U”字型，由河谷漫灘和二級階地構成，缺失一級階地。左岸較緩，坡度約20°左右，為高平原前緣斜坡,右岸較陡，坡度為50°左右，為丘陵前緣斜坡；河谷寬約3170m，河床靠右側，左側漫灘寬度約2250河漫灘、河床發(fā)育有第四系全新統(tǒng)沖積層（Q42al），由細砂及中、粗砂組成，呈松散~稍密狀態(tài)。二級階地發(fā)育有第四系上更新統(tǒng)哈爾濱組沖洪積層（Q3al），左岸上部為可塑狀粉質粘土、粉土，下部為細砂及中、粗砂，右岸為粉質粘土?；鶐r為白堊系泥巖。根據(jù)區(qū)域地質資料和鉆探、物探成果，確定xx斷裂（F5）自壩軸線樁號1+588以北土壩壩段通過壩址，斷裂帶頂界面縱波速度2000m/s~2200m/s，其波速值表現(xiàn)出節(jié)理發(fā)育的斷層影響帶性質。除此之外，壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)其他較大的斷層破碎帶，僅于鉆孔中發(fā)現(xiàn)數(shù)條寬度在5cm~壩址區(qū)基巖地層呈近水平產(chǎn)出，主要發(fā)育二組陡傾角節(jié)理，節(jié)理面多平直光滑。層間軟弱夾層一般不發(fā)育，其中在船閘部位，軟弱夾層較多，但連續(xù)性較差，一般寬度2cm~4cmb)泥巖工程地質特征各樞紐建筑物除土壩外，均坐落在白堊系嫩江組泥巖上，為一套湖相沉積地層，層理發(fā)育，易于沿層理面分離。礦物成分以次生礦物石英、方沸石和粘土礦物為主，其中粘土礦物以伊利石和混合層型的蒙脫石-伊利石為主。通過點荷載強度試驗，按15天強度計算，徑向強度約降低了45%，軸向強度約降低了19%。在迅速失水條件下數(shù)小時內(nèi)樣品表面即出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；在干濕交替條件下，巖石發(fā)生崩解破壞。因此，各水工建筑物基礎和永久邊坡應采取保護措施。樞紐布置第一節(jié)壩軸線選擇一、壩線比選本設計中比較了兩條壩線，即下壩線（Ⅰ線）和上壩線（Ⅳ線）。上壩線位于下壩線上游134m。兩條壩線相距較近，地形、地質條件基本相同，左壩肩均為上更新統(tǒng)細砂及粗砂，都存在繞壩滲漏問題；右壩肩均為嫩江組泥巖陡坡，屬弱~微透水巖體，都不存在繞壩滲漏問題，但下壩線右壩肩坡頂高程在158m左右，上壩線右壩肩坡頂高程約為165m~173m，下壩線可減少右壩肩和壩頂公路接入段的明挖工程量。兩條壩線土壩段均坐落于第四系全新統(tǒng)沖洪積砂層上，都存在壩基滲漏、滲透穩(wěn)定和基坑排水問題，都有xx斷裂帶在壩下通過。兩壩線其他樞紐建筑物部位基巖均為嫩江組泥巖，巖體的完整性、滲透性和風化狀態(tài)等條件基本一致，僅上壩線船閘部位存在f66-1、f66-2、f141-1三條小斷層，將對船閘基坑邊坡構成不利影響。綜上所述，下壩線的工程地質條件略優(yōu)于上壩線，故選則下壩線為壩軸線。二、各水工建筑物工程地質條件a）土壩壩段土壩坐落于松散地層上，主要工程地質問題為壩基砂性土的震動液化問題和壩基滲漏、繞壩滲漏問題及其滲透穩(wěn)定問題。建議設計時采取適當?shù)姆罎B加固措施，基巖部分樁號0+00m~0+330m垂直防滲處理深度基巖面以下3m，0+330m~1+991.42m段基巖面以下16m。b）混凝土重力壩段和二十八孔泄洪閘混凝土重力壩段和二十八孔泄洪閘布置在河漫灘南部、右側河床和江心洲左半部，覆蓋層厚4.50m~10.60m，巖性主要為級配不良細砂、級配不良中砂、級配不良粗砂，均呈松散~稍密狀態(tài)，且厚度分布不均。基巖為白堊系泥巖，巖面高程在102.8m~103.設計壩、閘建基高程100.5m，坐落于弱風化泥巖下部，巖體質量多為Ⅳ類，屬中等透水巖體，厚度8m~12m，其下為弱~微透水巖體，建議防滲處理深度13m~c）發(fā)電廠房發(fā)電廠房位于江心洲右半部，江心洲地面高程在112m~113m。覆蓋層厚10.80m~11.d）十孔泄洪閘十孔泄洪閘布置在江心洲右側河床上，地面高程在104.42m~106.61m。覆蓋層厚1.50m~3.65m，巖性主要為級配不良細砂和級配不良中砂，均呈松散~稍密狀態(tài)?；鶐r為白堊系泥巖，巖面高程在102.76m~103設計十孔泄洪閘建基高程101.0m，坐落于弱風化帶泥巖內(nèi)，巖體質量多為Ⅳ類，巖基屬弱透水巖體，弱透水巖體厚度5m~10m，透水率5.1Lu~8.0Lu，其下為微透水巖體，建議防滲處理深度11m~e）船閘船閘由上、下閘首和閘室構成，上、下閘首建基高程98.5m，閘室建基高程100.3閘基以下10m~15m范圍內(nèi)，屬弱~中等透水巖體，滲透系數(shù)建議值k=0.3m/d~0.6m/d。壩軸線上船閘及右岸連接段巖基屬弱透水巖體，厚度5m~10m，透水率5.1Lu~8.0Lu，其下為微透水巖體，建議防滲處理深度11m~12第二節(jié)樞紐總體布置一、工程等別和標準xx干流xx航電樞紐工程為大（1）型工程，工程等別為一等。洪水標準為100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。主要建筑物有船閘、泄洪閘、河床式水電站、土壩、過壩公路（橋）等。船閘上閘首按1級水工建筑物設計，下閘首、閘室按2級水工建筑物設計，導航墻、靠船墩、隔流堤按3級水工建筑物設計。泄洪閘、河床式水電站、土壩等級別為2級。地震基本烈度為6度，主要建筑物設計烈度為6度。二、樞紐總體布置1、樞紐總布置方案比選本設計以滿足通航要求為原則，按船閘和河床式水電站可能布置的位置，對以下的樞紐布置方案一、方案二進行比較。方案一：船閘布置在xx干流主河道右叉右岸側，河床式水電站緊挨船閘布置，河床式水電站左側依次為40孔泄洪閘、砼過渡壩段、土壩及壩上公路（橋）等。方案二：船閘布置在xx干流主河道右叉右岸側，船閘左側為10孔泄洪閘，河床式水電站布置在江心島上，河床式水電站左側依次為30孔泄洪閘、砼過渡壩段、土壩及壩上公路（橋）等。船閘、泄洪閘、砼過渡壩段和土壩及壩上公路（橋）等的結構布置以及樞紐地基處理兩方案相同。從樞紐整體水工模型試驗看，方案二的泄流能力和通航水流條件、水流流態(tài)均好于方案一。從樞紐布置整體協(xié)調(diào)性來看，方案一比方案二布置擁擠，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)不好。綜合上述分析，選方案二為最后樞紐布置方案。2、推薦的樞紐總平面布置通過對比選確定的xx航電樞紐布置進一步優(yōu)化設計，推薦方案的樞紐總平面布置從右至左為：船閘、10孔泄洪閘、河床式水電站、28孔泄洪閘、砼過渡壩段、土壩及壩上公路（橋）等，壩線全長3249.78m。a）船閘本布置為平面布置比選后的推薦方案，在工可推薦方案的基礎上進行了優(yōu)化，船閘布置在xx干流主河道右叉右岸側，上閘首作為樞紐擋水建筑物的一部分，上閘首頂高程同壩頂高程。閘室凈寬28.00m，閘室長180.00m。船閘上、下游引航道采用不對稱布置型式，船舶進出閘方式為曲線進閘，直線出閘。引航道底寬78.00m，直線段長450.00m，其中導航段兼調(diào)順段270.00m，停泊段180.00m。上下游引航道與泄洪閘之間均設隔流堤，上下游各b）泄洪閘結合河道在該斷面分為左右兩汊的地形，泄洪閘分兩組分別布置在右汊左岸、左汊及左岸灘地，即河床式水電站的兩側，船閘和河床式水電站之間布置10孔，河床式水電站左側布置28孔。1）右汊左岸10孔泄洪閘右汊左岸10孔泄洪閘，每孔凈寬20.00m，堰頂高程106.00m，堰型為折線堰。中墩寬3.00m，底長33.90m，頂長43.30m，右邊墩寬4.00m，底長33.90m，頂長43.30m，左邊墩寬7.00m，底長33.90m，頂長43.30m，兼作廠房環(huán)廠公路；閘墩頂高程為121.50m。閘室長33.90m；工作為弧門，檢修門為平板鋼閘門。閘室上部設交通橋、電纜廊道和門機軌道，交通橋總寬12.00m。泄洪閘的消能工為底流消能，長40.00m，厚1.00m，布置φ28的錨筋，間、排距為2.0m，深入巖石8.50m。左導流墻利用廠房的邊墻，右導流墻利用泄洪閘與船閘的連接墻。2）左汊及左岸灘地28孔泄洪閘左汊及左岸灘地28孔泄洪閘，每孔凈寬20.00m，堰頂高程107.00m，堰型為折線堰。中墩寬3.00m，底長33.90m，頂長43.30m，左右邊墩均寬4.00m，底長33.90m，頂長43.30m；閘墩頂高程為121.50m。閘室長33.90m；工作為弧門，檢修門為平板鋼閘門。閘室上部設交通橋、電纜廊道和門機軌道，交通橋總寬12.00m。泄洪閘的消能工位戽式底流消能，長11.49m，厚1.00m，布置φ28的錨筋，間、排距為2.0m，深入巖石8.50m。右導流墻利用廠房的邊墻，左導流墻接邊墩，長11.49m，墻頂高程為121.50m。為了不影響泄流，江心島及江心島兩側的泄洪閘上、下游地面開挖至108.00m高程；左側灘地的泄洪閘上、下游地面開挖至108.00m高程，上游開挖長度約100.00m，下游開挖長度約300.00m。c）河床式水電站河床式水電站布置在江心島上，左右與泄洪閘相連，主要建筑物由攔沙坎、引水渠、電站廠房、交通橋、尾水渠及開關站組成。電站廠房內(nèi)裝有六臺貫流式燈泡機組，單機容量11MW，總裝機容量66MW。廠房基礎建基面高程約為91.0m左右，座落在弱風化泥巖下部，強度較高，透水性微弱，地基抗壓抗滑穩(wěn)定性較好。廠房為擋水壩段的一部分，采用鋼筋混凝土封閉式結構，廠房縱軸線與壩軸線平行，方位角為NW352°47′1″，與主河道流向夾角約30°，尾水渠略向右側轉彎，即可與主河道平順銜接。廠房沿水流方向依次布置進水操作平臺、主機間及安裝間、交通橋、尾水操作平臺和尾水渠。生產(chǎn)副廠房布置在主機間下游側交通橋下層。開關站采用GIS與出線場結合的方式，兩臺主變壓器和GIS布置在安裝間下游側?？紤]大件設備的運輸、安裝及檢修，在高程121.50m壩頂平面設置一臺跨度為24.0m廠外交通為除有xx航運之外，其公路右岸可由哈爾濱市經(jīng)居仁鎮(zhèn)、滿井鄉(xiāng)到達壩址，左岸可由哈爾濱經(jīng)呼蘭至楊林鄉(xiāng)到達壩址，再經(jīng)壩（閘）上公路（橋），進入廠區(qū)。為了滿足消防和交通的需要，在安裝間側沿導流墻設一條寬度6.0道路，可直接由公路橋通過廠房屋頂進入廠區(qū)，在高程110.20m從廠房下游側進入廠內(nèi)；在#1機組斷端部設一條寬度為7.0m道路與尾水平臺相接，使得在廠房周圍形成環(huán)形通道。考慮主變壓器進廠檢修，在安裝場設置一“L”型主變搬運道。在安裝間下游側主變搬運道對應位置設置一進廠大門，門口尺寸為(寬×高)6.0×5.5m。d）砼過渡壩段在泄洪閘與土壩之間設48.00m長重力式擋水壩段，分兩個壩段，上游為直坡，下游坡比為1：0.7，壩頂寬12.00m，壩頂高程為121.50m，壩后為出線場和回車場；壩前為門庫。壩基位于泥巖的強風化帶下限。e）土壩土壩布置在左岸灘地上，全長1959.70m，為粘土均質壩。壩頂高程121.50m，壩頂寬度12m，最大壩高14.20m，上、下游坡均為單級坡，坡比1：3.0?？紤]土壩在設計洪水位及校核洪水位工況下上、下游水頭差相差不大，土壩上、下游均設混凝土板護坡，其中上游護坡厚度25cm，下游護坡厚度20考慮風浪及防凍要求，粘土填筑區(qū)頂高程為119.30m，頂寬12.0m，頂軸線與壩軸線重合，上下游邊坡均為1：3.0。粘土心墻兩側設50c為便于排水，防止浸潤線出逸處滲透變形和冰凍破壞，同時防止泄洪洪水對壩腳淘刷，壩下游坡設貼坡排水，貼坡排水頂高程除背江段為110.00m外，其余均為114.00m壩頂設交通公路，與閘上交通橋連接，交通公路按2級公路設計，路面為瀝青混凝土路面，厚度10cm?；鶎訛榘雱傂裕匣鶎訛?%水泥穩(wěn)定砂礫石整平層，最小厚度15cm、下基層為5%水泥穩(wěn)定砂礫石層15cm土壩位于河漫灘區(qū)，壩基座落于級配不良細、中、粗砂層，其透水性屬中等透水—強透水，下伏白堊系泥巖，為強風化—弱風化，屬微透水—中等透水。壩基防滲采用混凝土防滲墻?；炷练罎B墻位于壩軸線上游6m處。防滲墻頂插入粘土均質壩內(nèi)2.0m，底部嵌入泥巖強風化層內(nèi)1.0m，遇構造破碎帶嵌入2.0m。防滲墻厚度為40f）巖基處理船閘上閘、泄洪閘首先進行固結灌漿，然后帷幕灌漿；發(fā)電廠房基巖只進行固結灌漿；土壩基巖只進行帷幕灌漿。固結灌漿排距和孔距為3.00m，船閘上閘首孔深8.00m，發(fā)電廠房、泄洪閘基巖孔深5.00m。帷幕灌漿采用單排，孔距為2.00m，防滲帷幕體透水率的控制標準為不大于5Lu，10孔泄洪閘和船閘及與壩肩連接段自建基高程起防滲處理深度11.00m~12.00m；28孔泄洪閘壩段自建基高程起防滲處理深度13.00m~14.00m；發(fā)電廠房及右壩肩不做防滲處理；土壩段樁號0+00~0+330自基巖面起防滲處理深度第三章壩工設計第一節(jié)設計依據(jù)一、水文本設計確定泄水閘及其下游消能防沖設施、混凝土過渡壩段、土壩的建筑物級別為2級，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為300年一遇。設計洪水水位117.38m，最大泄量18335m3/s，相應下游設計洪水水位117.02m；校核洪水水位11二、地質a）地形條件壩址處河谷呈不對稱的“U”字型，左岸較緩，坡度約20°左右，為高平原前緣斜坡，土壩段處在河床左側的漫灘，地面高程在111.6m~113.9m，地形較平坦，相對高差在1m~3m，沼澤濕地、牛軛湖、砂丘、砂壟發(fā)育，河道迂回曲折，江心洲、邊灘較多，在漫灘上發(fā)育有北（汊）江，寬度在70m左右。b）工程地質條件選定壩址位于田家堡河段。壩址區(qū)地層主要為第四系和白堊系，右汊堆積物較薄，主要是級配不良中細砂和含砂低液限粘土，左汊堆積物稍厚，主要是粘土質細砂，含細粘土細砂，級配不良中、粗砂。河灘地堆積物較厚，主要是有機質土，粉土質細砂，含細粒土細砂，含砂低液限粘土和級配不良中、粗砂。河床下部基礎均為泥巖，呈灰色及紫紅色，泥質膠結，巖面高程在102m左右，全強風化厚度在1～3mc）地質構造及區(qū)域穩(wěn)定性xx斷裂可能穿過壩址，但其隱伏在第四系之下，壩址處大面積被第四系覆蓋，根據(jù)物探解譯資料，在樁號1+250~1+500處基巖波速較低，在1800m/s~1900m/s，而土壩段其他部位基巖波速在2000m/s~2200m/s，推測該部位可能是構造破碎帶。d）水文地質條件土壩段地下水主要為河漫灘區(qū)的第四系松散層孔隙潛水，含水層巖性為級配不良細砂、中砂、粗砂等，屬中等~強透水層，水量較豐富，勘探期間漫灘區(qū)地下水埋深在1.50m~3.00m，地下水水位在109.20m~111.50m。主要接受大氣降水補給和側向徑流補給，以蒸發(fā)和徑流的形式排泄，與地表水水力聯(lián)系密切。e）各層土的物理力學性質：各層土的顆分成果見表8.4－4，各層土的物理力學性質指標見表8.4－5，白堊系泥巖的物理力學指標見表8.4－6。表8.4－4各層土的顆粒分析成果統(tǒng)計表層號巖性名稱統(tǒng)計組數(shù)顆粒組成百分數(shù)（粒徑以mm計）礫粒砂粒粉粒粘粒粗細粗中細60~2020~22~0.50.5~0.250.25~0.0750.075~0.050.05~0.005<0.005①低液限粘土0.213.622.744.319.2②級配不良細砂90.85.0③級配不良細砂221.17.718.469.92.9④級配不良中砂88.027.331.632.01.1⑤級配不良粗砂923.529.819.326.41.0⑥低液限粘土132.064.04.0⑦含細粒土細砂28.782.39.0⑧級配不良細砂813.323.360.03.4⑨級配不良中砂222.741.833.52.0⑩級配良好粗砂415.047.518.418.01.1表8.4－5各層土的物理力學試驗成果統(tǒng)計表層號巖性名稱統(tǒng)計組數(shù)含水率濕密度干密度比重孔隙比飽和度孔隙度液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)垂直滲透系數(shù)飽和固結飽、固、快壓縮系數(shù)壓縮模量凝聚力內(nèi)摩擦角組%g/cm3%%%%cm/sMPa-1MPakPa度①低液限粘土624.31.931.572.680.758894330.117.812.30.541.51×10-60.1949.9037.721.0②級配不良細砂92.67③級配不良細砂222.66④級配不良中砂82.65⑤級配不良粗砂92.65⑥低液限粘土111.21.931.742.660.530563525.516.39.2<02.34×10-60.1609.7037.321.6⑦含細粒土細砂22.67⑧級配不良細砂82.66⑨級配不良中砂22.66⑩級配良好粗砂42.65]表8.4－6泥巖的物理力學指標統(tǒng)計表巖性名稱取樣深度試驗組數(shù)容重比重單向抗壓強度軟化系數(shù)彈性模數(shù)自然狀態(tài)飽和狀態(tài)自然狀態(tài)飽和狀態(tài)彈性模量泊桑比平均值波動范圍平均值波動范圍m~m組g/cm3MPaMpa泥巖13.98~18.5311.851.972.6~5.00.6522.20~24.00922.316.412.3~20.50.745.60×1030.34第二節(jié)壩型比選一、壩型比選根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質及當?shù)靥烊唤ㄖ牧系姆植?、儲量、物理力學特性和施工、運用及壩基處理等條件，并考慮到利用電站、船閘、泄洪閘等建筑物開挖料的可能性來選定壩型。初選粘土均質壩、土質防滲體分區(qū)壩（粘土心墻砂殼壩）、瀝青心墻砂殼壩及砼防滲墻砂殼壩4個壩型進行方案比較。壩基防滲處理為混凝土截滲墻方案，對于以上4種壩型均適用，因此，基礎防滲均采用混凝土截滲墻方案進行壩型方案比較。從施工、投資等方面綜合分析，選擇粘土均質壩為本設計壩型。二、選定方案土壩布置土壩布置在左岸灘地上，全長1959.70m，為粘土均質壩。壩頂高程121.50m，壩頂寬度12m，最大壩高14.20m，上、下游坡均為單級坡，坡比1：3.0?？紤]土壩在設計洪水位及校核洪水位工況下上、下游水頭差相差不大，土壩上、下游均設混凝土板護坡，其中上游護坡厚度25cm，下游護坡厚度20考慮風浪及防凍要求，粘土填筑區(qū)頂高程為119.30m，頂寬12.0m，頂軸線與壩軸線重合，上下游邊坡均為1：3.0。粘土心墻兩側設50c為便于排水，防止浸潤線出逸處滲透變形和冰凍破壞，同時防止泄洪洪水對壩腳淘刷，壩下游坡設貼坡排水，貼坡排水頂高程除背江段為110.00m外，其余均為114.00m壩頂設交通公路，與閘上交通橋連接，交通公路按2級公路設計，路面為瀝青混凝土路面，厚度10cm。壩頂公路利用壩身作路基，行車道寬度9.0m，雙向坡均為1.5％；兩側路肩寬度均為1.5m，坡比3%?；鶎訛榘雱傂?，上基層為6％水泥穩(wěn)定砂礫石整平層，最小厚度15cm、下基層為5%水泥穩(wěn)定砂礫石層15cm；路肩上層設10cm砂土改善罩面。壩上公路行車道與路肩之間設有路緣石，上設防護欄桿。壩上公路設有照明設施。土壩位于河漫灘區(qū)，壩基座落于級配不良細、中、粗砂層，其透水性屬中等透水—強透水，下伏白堊系泥巖，為強風化—弱風化，屬微透水—中等透水。壩基防滲采用混凝土防滲墻。混凝土防滲墻位于壩軸線上游6m處。防滲墻頂插入粘土均質壩內(nèi)2.0m，底部嵌入泥巖強風化層內(nèi)1.0m，遇構造破碎帶嵌入2.0m。防滲墻厚度為40第三節(jié)壩體結構設計根據(jù)上述的壩型比較成果，壩型采用均質土壩壩型。a）壩頂高程的確定1）風速風速采用賓縣氣象臺1973年～1999年5月～10月實測風速進行統(tǒng)計。其結果見表8.4-7。賓縣氣象臺風標距地面高度為8.0m，風標高度修正系數(shù)為HZ=1.04，修正值見表8.4-考慮氣象臺站隱蔽情況及氣象臺站所在地的地形高低取K1·K2=1.1×1.6＝1.76，求得庫面風速，見表8.4-7。表8.4-7庫面風速風向單位NSWWSWWWNWNWNNW氣象臺風速m/s6.010.158.729.749.798.088.19修正后風速m/s6.2410.569.0710.1310.188.408.52庫面風速m/s11.1316.4314.6615.8115.9113.8313.94計算風速設計情況取庫面風速的1.5倍，校核情況取庫面風速的1.0倍。2）風區(qū)長度風區(qū)長度采用等效風區(qū)長度，其中對壩頂高程影響最大的風向為WNW方向。3）風區(qū)內(nèi)水域平均水深Hm沿風向作出地形剖面圖求得，計算水位與相應設計情況下的靜水位一致。4）波浪的平均波高和平均波周期采用莆田實驗站公式計算：式中：hm—平均波高，（m）；Tm—平均波周期，（s）；W—計算風速，（m/s）；D—風區(qū)長度，（m）；Hm—水域平均水深，（m）；g—重力加速度（m/s2）。平均波長按下式計算：對于深水波，既當Hm≥0.5Lm公式可簡化成下式。式中：Lm——平均波長，(m);H——壩迎水面前水深，(m)。5）風壅水面高度按下式計算：式中：e—計算點處的風壅水面高度，(m)；D—風區(qū)長度，(m)；K—綜合摩阻系數(shù)，取K=3.6×10-6；β—計算風向與壩軸線法線的夾角，(°)。6）正向來波的平均波浪爬高按下式計算：式中：Rm—平均波浪爬高，(m)；KΔ—斜坡的糙率滲透系數(shù)，砼板護坡取KΔ=0.90；KW—經(jīng)驗系數(shù)；m—單坡的坡度系數(shù)。1～3級壩設計波浪爬高值應采用累計頻率為1%的爬高值R1%。7）壩頂在靜水位以上的超高值按下式計算：式中：y—壩頂超高，(m)；R—最大波浪在壩坡上的爬高，(m)；A—安全加高，(m)。設計壩體斷面為：壩頂寬度為12m，上游邊坡為1：3.0，上游邊坡采表8.4-8壩頂超高計算成果表計算情況風浪要素WNW風向單位設計洪水校核洪水計算靜水位m117.38118.00吹程m85098524計算風速m/s23.8715.91平均波浪高度m0.730.52平均波浪周期s3.793.20平均波浪長度m21.5415.88風壅水面高度m0.180.07波浪平均爬高m1.370.87累積波浪爬高(p=1%)m2.851.94安全加高m1.00.7壩頂超高m4.032.71計算壩頂高程m121.41120.71由計算可知，壩頂高程由設計洪水位控制，計算壩頂高程為121.41m，設計取為121.50m。b）壩體結構設計土壩位于左岸灘地上，全長1990.42m，為粘土均質壩。1）斷面設計：均質壩壩頂高程121.50m，壩頂寬度12m，最大壩高14.20m，上、下游坡均為單級坡，坡比1：壩軸線與粘土填筑區(qū)頂軸線重合，粘土填筑區(qū)頂寬12.0m，頂高程為119.30m，與壩頂高差2.2m，滿足本地區(qū)最大凍土深度2.05m的要求，上下游邊坡均為1：3.0。土壩上、下游均設砼板護坡，其中上游坡厚度為25cm，下游坡厚度為20cm，砼板下設碎石墊層30cm為便于排水，防止浸潤線出逸處滲透變形和冰凍破壞，同時防止泄洪洪水對壩腳淘刷，壩下游坡設貼坡排水，貼坡排水頂高程除背江段為110.00m外，其余均為114.00壩頂設交通公路，交通公路按2級公路設計，與規(guī)劃的哈爾濱市五環(huán)路相接，壩頂路面為瀝青混凝土路面。2）護坡設計：護坡型式比較護坡型式的不同影響到壩頂高程的不同，將直接影響壩體的投資。本次設計比較了混凝土板護坡及干砌塊石護坡兩種型式?；炷涟遄o坡布置見上述，砌石護坡方案為：通過計算復核，上、下游砌石厚度均為40cm，墊層布置同混凝土板護坡。護坡型式比較工程量及投資見表8.4－9。表8.4-9護坡型式比較土壩工程量及主要工程項目投資護坡型式工程項目單位比較單價（元）混凝土板護坡干砌塊石護坡1、壩頂高程m121.50121.102、工程量（1）粘土填筑m335613715613715（2）反濾過渡帶m31606361663616（3）壩殼碎石料m345180242161994（4）混凝土板護坡m346724315（5）干砌石護坡m323047096（6）護坡墊層m31453839738397（7）土方開挖m31013584183654、工程造價（工程直接費）萬元5627.85553.2由上表可見，砌石護坡與混凝土板護坡工程投資相差不大。但由于壩址附近缺乏塊石料，護坡所需塊石料需外運，而xx采石場及少陵山采石場距壩址較遠且交通不便利，上述兩采石場主要供應哈爾濱市、綏化市、呼蘭縣及巴彥縣建筑材料市場，料源供應及價格波動都將影響施工進度。同時上述兩采石場所生產(chǎn)的塊石塊徑較小，抗老化能力較差，而護坡厚度較厚需雙層砌石進而增加了施工難度及工期。因此在兩方案經(jīng)濟性相差不大的基礎上，考慮材料、施工及美觀等方面因素，護坡型式采用混凝土板護坡。護坡計算按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL274-2001進行設計。護坡砼板厚度按下式計算：式中：—系數(shù)，對于整體式大塊護面板取為＝1.0；b—沿波向板長（m）；—混凝土容重（kN/m3）,=24kN/m3；—水的容重（kN/m3）；=10kN/m3；m—壩坡坡率，m＝3.0；—波浪長度（m）；hp—設計波浪高度（m），設計波浪高度取累計概率p=1%的波浪高度h1%。選取典型斷面進行護坡厚度計算，計算成果詳見表8.4－10。表8.4－10護坡計算成果表項目平均波高累積頻率波高波浪長度護坡厚度單位mmmm設計0.731.6821.540.196校核0.521.2015.880.126根據(jù)計算成果，考慮冰凍要求，選取上游護坡厚度為25cm，下游護坡厚度20cm，強度等級為C20,抗凍標號F200。護坡砼板分縫尺寸為2m×2m，分縫材料取為三氈四油，護坡下設碎石墊層303）壩頂結構設計土壩壩頂寬度為12.0m，上設交通公路，壩上交通公路全長1990.42m，按2級公路設計，與閘上交通橋連接。壩上公路利用壩身作路基，計算行車速度80km/h，其中行車道寬度9.0m，雙向坡均為1.5％；兩側路肩寬度均為1.5m，坡比3％。壩頂路面為AC－13Ⅰ型瀝青混凝土路面，厚度10cm，采用重交通道路瀝青AH－110，路面石料采用潔凈、強度高的花崗巖，瀝青粘附等級4級；基層為半剛性，上基層為6％水泥穩(wěn)定砂礫石整平層，最小厚度15cm、下基層為5％水泥穩(wěn)定砂礫石層15cm，路面基層用水泥為425#普通硅酸鹽水泥；路肩上層設10cm壩上公路行車道與路肩之間設有路緣石，上設防護欄桿。路緣石每35m設一排水口。壩頂迎水面?zhèn)让?0m設一照明燈。燈座為50cm×50cm×100cm的砼基座，在砼基座內(nèi)設預埋件。沿照明一側壩肩部分埋設電纜溝。c）壩料設計（1）粘土料設計根據(jù)壩體斷面設計，均質壩粘土料填筑總方量為60.2萬m3。壩址區(qū)內(nèi)粘土料儲量豐富，所選料場位于xx北岸田堡村以北楊林至田堡村公路東側，距壩址左端點約5km，有田堡村至xx左岸灘地的土路自料場附近通至壩址附近，雨季無法通行，需要修建臨時道路。料場占地面積為48×104m2，占地類型為旱田。料場為河谷左岸的高平原，地面高程在122m~165m，巖性自上而下主要有①有機質土：黑褐色，含大量有機質，為耕植層，厚0.30m本料場地形起伏較大，剝離層平均厚0.50m，棄土量為25×104m3，有用層平均厚3.88m，儲量為186.4×10表8.4－11儲量計算成果表（平均厚度法）勘探點數(shù)量剝離層厚度剝離層平均厚度有用層厚度有用層平均厚度面積剝離層體積有用層儲量mmmm101010500.500.501.3~4..503.884824.8186.4粘土料場土的土工試驗成果見表8.4－12。表8.4－12粘土料場土的土工試驗成果統(tǒng)計表統(tǒng)計項目天然狀態(tài)下土的物理性指標液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)顆粒組成（%）控制密度控制狀態(tài)下土的力學性指標擊實試驗可溶鹽含量有機質含量含水率濕密度干密度比重孔隙比飽和度孔隙度砂粒粉粒粘粒垂直滲透系數(shù)固結試驗抗剪強度最大干密度最優(yōu)含水率中細(飽和)(飽·固·快)粒徑以mm計壓縮系數(shù)壓縮模量凝聚力內(nèi)摩擦角ωρρdGsesrnωLωpIPIL0.5-0.250.25-0.0750.075-0.050.05-0.005<0.005ρ控Kvav(1～3)Escφρdmaxω%g/cm3%%%g/cm3cm/sMPa-1MPakPa度g/cm3%%%統(tǒng)計組數(shù)252525252525252525252515151515151515151515平均值24.31.941.562.7029.619.310.35.05.549.440.11.686.05×10-70.17210.2015.820.41.7116.30.00590.43最大值29.32.061.712.7233.451.48×10-60.24516.5828.923.11.7918.40.01120.57最小值20.11.801.462.6926.721.36×10-70.0956.778.617.71.6514.10.00360.30注：控制密度為最大干密度的0.98倍，天然狀態(tài)下土的物理性指標統(tǒng)計組數(shù)為25組，其它各項試驗指標的統(tǒng)計組數(shù)為15組。本料場土的各項試驗指標除粘粒含量和含水率偏高外其他各項指標均能滿足均質壩土料的質量要求，可以用作均質壩的筑壩土料。施工中應加強質量控制，嚴格控制填筑時粘土含水量，避免出現(xiàn)碾壓不密實，以確保壩體安全運行。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001），含礫和不含礫的粘性土的填筑標準應以壓實度和最優(yōu)含水量作為設計控制標準。本工程土壩為二級建筑物，設計壓實度98%。從粘土料場擊實試驗看，其最大干密度為（1.65－1.79）g/cm3，平均最大干密度，最優(yōu)含水量為14.1％－18.8％，平均最優(yōu)含水量，土料平均塑限為19.3％，比高3％，而土料平均天然含水量偏高，比平均塑限高5％，比高8%。如果采用挖溝、適當晾曬以降低天然含水量的措施，勢必產(chǎn)生增加工期，提高土料單價等一些不利因素，因此設計干容重不宜過高，否則土料難于壓實，達不到設計要求的控制標準。由于本料場儲量為183萬m3，同時地形起伏較大，料場有挑選的條件，因此設計粘土料應盡量挑選天然含水量較低（20.1%—24%）的區(qū)域開采。采用設計干容重。另可用以下公式作為校核：式中：－土料比重，取2.70；－壓實土的含氣量，對應粘土取0.05；－設計最優(yōu)含水量，計算中暫取18％。計算得，其乘以設計壓實度0.98對應的干容重為1.68g/cm3，接近于設計值。設計擬定的粘土料的顆粒組成見圖8.4－1。（2）反濾料設計按照上述粘土料的設計，其d85=0.022－0.072mm。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL274-2001規(guī)定，當被保護土為粘性土時，其第一層反濾層的級配應根據(jù)被保護土小于0.075mm顆粒含量的百分數(shù)不同，而采取不同的方法：根據(jù)地質勘察報告可知，被保護土（粘土）不含大于5mm的顆粒，其小于0.075mm的顆粒含量為86.5％－96.9％，要求反濾層的顆粒級配D15≤9d85,即反濾料的D15≤0.198－0.648mm。結合本工程的實際情況，壩址區(qū)附近無可用于反濾的砂礫料產(chǎn)出，通河縣岔林河采砂場雖有砂礫料出產(chǎn)，但運距太遠，同時其D15＝0.646mm不易滿足反濾級配的要求；xx采石場與少陵山采石場出產(chǎn)的碎石棄料（石粉）雖可用做反濾，但含泥量較高，平均為40.6％，需經(jīng)篩分和水洗才能使用。因此，設計擬采用xx碼頭至壩址附近的xx河床及淺灘的中砂做為反濾層。此段江道每年采沙船采出的中砂約50×104m3左右，其儲量可以滿足工程建設的需要。根據(jù)土工試驗成果，此段河床部位巖性為級配不良中砂，其D15＝0.259mm，與規(guī)范要求的反濾級配稍有差距，但參照我國已建和在建的許多同類工程，對于反濾層的設計大多數(shù)均已突破了規(guī)范的限制。參照以往工程經(jīng)驗并結合本工程的實際情況，考慮到反濾料與壩殼保護料在開采、運輸及碾壓過程中的自然摻混作用，二者之間有很好的過渡。因此，本次設計反濾料為上述級配不良中砂，其D15＝0.259mm，D85＝0.866mm，Cu=3.03，Cc＝1.24，小于反濾料的顆粒組成見表8.4－13及圖8.4－1。表8.4-13反濾料的顆粒組成范圍表粒徑20-22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.050.05-0.005小于某粒徑土的百分數(shù)（％）3.742.739.513.01.1（3）壩殼保護料設計根據(jù)壩體斷面設計，均質壩壩殼保護料填筑方量為17.5萬m3。由地質勘察可知，壩址區(qū)附近出產(chǎn)的多為粉細砂、細砂及級配不良中砂。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定：均勻中、細砂及粉砂可用于中、低壩壩殼的干燥區(qū)?？紤]本工程土壩對應設計洪水期干燥區(qū)填筑量較小，且壩頂為哈市五環(huán)路的交通干線，通車量較大，洪水期飽和中細砂受振動荷載可能液化的不安全因素，因此利用壩址附近砂料場砂料不適宜，同時電站、船閘、泄洪閘等建筑物開挖棄料做為壩殼保護料也受條件限制。設計中調(diào)查了通河縣岔林河采砂場，該采砂場位于通河縣境內(nèi)的岔林河漫灘上，距壩址約170km，有砂石公路通至壩址附近的田堡村。該砂場有用層巖性為級配良好粗砂（含礫），可用做壩殼填筑料，估算其儲量可以滿足本工程的需要。但由于運距太遠，相應壩殼料單價太高。因此此砂礫料做為壩殼料顯然不合適。綜上所述，壩址區(qū)附近沒有適宜用做壩殼料的天然料場，設計考慮人工料場。通過調(diào)查，壩址附近10km范圍內(nèi)無砂礫料產(chǎn)出，因此考慮碎石料做為壩殼料。本次調(diào)查范圍內(nèi)僅有賓縣糖坊鄉(xiāng)xx采石場和巴彥縣西集鎮(zhèn)少陵山采石場生產(chǎn)碎石和塊石。xx采石場距右壩端約17km，其主要產(chǎn)品就是各種規(guī)格的碎石，也包括各種規(guī)格的塊石。所產(chǎn)石料的巖性主要為侏羅系下統(tǒng)寧遠村組（J3n）輝長巖，該采石場儲量在400×104m3少陵山采石場位于左壩端以北少陵山，距左壩端約25km，其主要產(chǎn)品是各種規(guī)格的碎石，也包括各種規(guī)格的塊石。所產(chǎn)石料的巖性主要為花崗閃長巖。該采石場儲量在300×104m3左右，可以滿足本工程建設的用量需要。距壩址附近的田堡村約20km按照上述反濾料的設計，以反濾料做為被保護土，其d15＝0.259mm，d85＝0.866mm，根據(jù)規(guī)范反濾規(guī)定，要求壩殼料D15/d85≤4－5，D15/d15≥5，亦即要求D15≤3.464－4.33mm，D15≥1.295mm。由于本次設計壩殼保護料為人工碎石料，因此設計提出壩殼碎石料的顆粒組成為D15≤3.464－4.33mm，D15≥1.295mm，同時其Cu不小于5，C＝1－3的級配良好碎石。本工程壩殼碎石料填筑以孔隙率作為控制指標，初步確定為25％。由于壩頂公路利用壩身作路基，參照《公路路基設計規(guī)范》（JTJ013－95）、《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTJ014－97）粘土填筑區(qū)頂以上壩殼料按重型擊實標準進行，以壓實度控制，要求路槽底面以下0－80cm壓實度不小于93％，80cm以下壓實度不小于90％，具體應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。第四節(jié)設計計算一、滲流計算1）滲流計算內(nèi)容①確定壩體浸潤線及其下游出逸點的位置，繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖；②確定壩體與壩基的滲流量；③確定壩坡出逸段與下游壩基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降；2）滲流計算水位組合情況①上游正常蓄水位（116.00m）與下游相應的最低水位（下游泄流550m3/s時的相應水位108.51m②上游設計洪水位(117.38m)與下游相應的水位（116.90m）；③上游校核洪水位（118.00m）與下游相應的水位（117.65m）；3）滲透系數(shù)滲流計算考慮壩體和壩基滲透系數(shù)的各向異性，即取粘土水平滲透系數(shù)為垂直滲透系數(shù)的5倍。填筑土料及壩基土的滲透系數(shù)及允許滲透比降采用值詳見表8.4-16。表8.4-16滲透計算設計參數(shù)表序號土料名稱垂直滲透系數(shù)（cm/s）水平滲透系數(shù)（cm/s）1均質壩筑壩粘土6.05×10-73.025×10-62反濾保護層5.29×10-25.29×10-23碎石壩殼料1×10-11×10-14壩基低液限粘土1.51×10-67.55×10-55壩基級配不良細砂5×10-35×10-36壩基級配不良中砂2×10-22×10-27壩基級配不良粗砂5×10-25×10-24）計算成果土壩滲流計算采用二維有限元滲流計算軟件“2D—FLOW”計算?？紤]壩體反濾層與壩殼碎石料滲透系數(shù)相差不大，為簡化計算，將二者歸為一層。滲流計算成果詳見表8.4-17。表8.4-17滲流計算成果表計算斷面滲透性0+5001+0001+400壩基滲透比降無截滲墻0.060.090.08有截滲墻0.0010.0010.04滲流量（m3/s.m）無截滲墻1.18×10-41.76×10-41.02×10-4有截滲墻3.76×10-52.76×10-53.19×10-5計算結果表明：均質壩壩基采取了砼截滲墻處理后，降低了壩體內(nèi)浸潤線的高度，減小了壩基滲流量，降低了壩基土內(nèi)的滲流比降。正常蓄水位時，土壩0+500、1+000斷面下游對應水位為108.51m，而壩體建基面高程分別為112.19m、111.18m，滲流結果表明，浸潤線較低，不會在壩體下游坡形成出逸點，此結果對于壩體下游坡的穩(wěn)定是有利的；有砼防滲墻情況下，土壩1+400斷面浸潤線出逸高度為0設計洪水位及校核洪水位工況下，土壩上、下游水頭差較小，浸潤線滲透比降也較小。土壩1+400斷面有、無砼防滲墻滲流等勢線比較見圖8.4—3圖8.4－4。（正常蓄水位工況、無砼防滲墻）圖8.4－3土壩1+400斷面滲流計算等勢線圖（正常蓄水位工況、有砼防滲墻）圖8.4－4土壩1+400斷面滲流計算等勢線圖二、穩(wěn)定計算（1）計算工況選擇本次設計分別計算施工、建成、蓄水的各個時期不同荷載下土壩穩(wěn)定性，同時對正常蓄水位情況與地震也給予了復核，共計算以下6種工況：1）施工期的上、下游壩坡；2）設計洪水位期的上、下游壩坡；3）最不利水位對應的上、下游壩坡；4）正常蓄水位遇地震上、下游坡；5）正常蓄水位對應的上、下游壩坡；6）校核洪水位期的上、下游壩坡。（2）計算方法壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法。對于均質壩采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法；穩(wěn)定計算方法按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)范附錄D的規(guī)定執(zhí)行。（3）計算斷面選取根據(jù)工程地質勘探和土工試驗成果，結合地形條件、土壩高度和填筑材料等，共選取3個典型斷面進行穩(wěn)定計算，所選斷面均為土體物理力學指標值相對較差、土壩較高，代表性較好的斷面。土壩和壩基土體物理力學指標設計值根據(jù)工程地質勘察和土工試驗成果經(jīng)分析后并參考國內(nèi)外已建和在建工程資料選取，見表8.4-18。（4）計算結果采用北京水利水電科學研究院編制的《土壩邊坡穩(wěn)定計算軟件》“stab95”進行計算。按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定：采用計及條塊間作用力的計算方法時，壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)：對于2級壩，在正常運用條件下，不小于1.35，在非常運用條件Ⅰ下，不小于1.25。在非常運用條件Ⅱ下，不小于1.15。典型斷面穩(wěn)定計算結果見表8.4-19。表8.4-18穩(wěn)定計算土類物理力學特性指標設計值部位土類名稱濕容重(KN/m3)飽和容重(ｋN/m3)凝聚力(kpa)摩擦角(°)壩體低液限粘土19.419.815.820.4壩殼反濾層1.751.95032/30壩殼級配碎石2.12.2042壩基低液限粘土19.319.512.518.0級配不良細砂19.520.4032/30級配不良中砂20.020.7035/33級配不良粗砂20.521.1034/32表8.4-19土壩典型斷面上、下游壩坡穩(wěn)定計算成果表計算方法計算工況簡化畢肖普法0+5001+2001+400基本組合正常蓄水位上游坡1.4821.4781.449下游坡1.6671.8781.520設計洪水位上游坡1.5341.5301.506下游坡1.5051.5481.478最不利水位上游坡1.4321.4521.376下游坡1.7051.9021.578非常組合施工期上游坡1.6401.6361.553下游坡1.8571.7541.568校核洪水位上游坡1.5651.5901.524下游坡1.5531.5881.522正常蓄水位+地震上游坡1.2321.2601.213下游坡1.4641.5591.319計算結果表明，土壩壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定，能夠滿足抗滑穩(wěn)定要求。所選的壩體剖面可以作為選定壩剖面。壩坡穩(wěn)定成果圖見圖8.4－5、圖8.4－6、圖8.4－7。圖8.4－5土壩1+400斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（設計洪水位下游坡）圖8.4－6土壩1+400斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（正常蓄水位下游坡）圖8.4－7土壩1+400斷面抗滑穩(wěn)定計算成果圖（最不利水位上游坡）三、沉降計算1）粘土均質壩沉降量計算：粘性土壩體和壩基的竣工時的沉降量和最終沉降量可用分層總和法計算：式中：S1——竣工時或最終的壩體和壩基總沉降量，m；ei0——第i層的起始孔隙比；eit——第i層相應于竣工時或最終的豎向有效應力作用下的孔隙比；hi——第i層土層厚度，m；n——土層分層數(shù)。對于非粘性土壩基的最終沉降量由下式計算：

式中：S∞——壩體或壩基的最終沉降量，m；pi0——第i計算土層由壩體荷載產(chǎn)生的豎向應力；eit——第i計算土層的變形模量。各部位的