e江河土石坝枢纽布置及施工组织设计方案一说明书

设计（论文）专用纸前言毕业设计是我们在校期间最后的、总结性的重要教学环节，其目的是：1．巩固、加深、扩大我们所学的基本理论和专业知识，并使之系统化；2．培养我们运用所学的理论知识解决实际技术问题功能力，初步掌握设计原则、方法和步骤；3．培养我们具有正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风；4．锻炼我们独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练。本次毕业设计为土石坝设计，设计满足枢纽布置安全要求。本设计结合国内外一些土石坝实例作出比较合理的选择，设计以减小工程量，布局经济合理为原则。本设计共分六章。第一章为本工程的一些概况，包括枢纽任务、流域概况、气候特性、水文特性、工程地质、建筑材料、经济资料等的介绍；第二章为洪水调节计算，主要内容为泄洪方式和拟定泄洪建筑物孔口尺寸的选择，及防洪库容、上游设计和校核洪水位和相应的下泄流量的确定；第三章为坝型选择及枢纽布置，主要通过不同方案的初步技术经济比较，选定坝型，并确定水利枢纽的布置方案；第四章为土石坝的设计，主要通过分析比较，确定大坝基本剖面型式与轮廓尺寸，通过渗流验算和静力稳定计算以论证选用坝坡的合理性；第五章为泄水建筑物的设计，主要为泄水方案、线路的选择和隧洞的水力计算；第六章为施工组织设计，也是本次设计的深入部分，主要进行施工导流和施工控制性进度的设计，而施工交通运输、施工总布置由于能力有限和时间关系并没有做进一步的设计。由于没有参加过实际工程的施工组织设计，工作经验有限，查阅参考资料又有许多局限性，设计中定会存在一些缺点和错误，请老师批评指正。 设计（论文）专用纸摘要本水利枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物和水电站建筑物等组成，同时具有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。本次设计主要内容如下:1.根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道尺寸；2.对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3.通过详细设计和比较，确定大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造；4.坝型选定后，选择建筑物的型式及轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，进行水力、静力计算。5.决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。.关键词：水利枢纽土石坝粘土心墙坝调洪演算泄水建筑物施工进度 设计（论文）专用纸AbstractThiswatercontrolprojectisconsistofretainingstructures,outletstructures,hydropowerstationbuilding.andithasthecomprehensivefunctionoffloodcontrol,powergeneration,irrigation,fishery.Themaincontentsofthisdesignasfollows，firstly,Accordingtotherequirementsoffloodcontrol，wecalculatethereservoirfloodregulation,anddeterminethetopelevationandspillwaysize;Secondly,Comparingwiththepossiblesolutions,wedeterminethetypeofthehubofthebuildingoutline,boundarydimensionandthelayoutofwatercontrolproject.Thirdly,Throughthedetaileddesignandcomparison,wedeterminethebasicprofileandoutlinethesize,drawsupthefoundationtreatmentplananddambodystructure;Fourthly;Afterdamtypeselected,wechoosethetypeandsizeofthebuildingoutline,determinethelayoutplan;drawupdetailstructure,carriesonthehydraulicandthestaticcalculation;Fifthly,Wedeterminetheproject’sconstructiondiversionscheme,andarrangethecontrollingofconstructionprogress..Keywords:WatercontrolprojectEarthdamDamclaycorewallFloodreliefoperationsLeakingwaterbuildingsConstructionprogress 设计（论文）专用纸目录前言3摘要4Abstract5第一章工程概况11.1流域概况11.2气候特性11.3水文特性21.4工程地质31.5建筑材料51.6经济资料6第二章洪水调节计算102.1洪水调节计算102.2堰顶高程及泄洪孔口的选择112.3调洪演算结果与方案选择11第三章坝型选择及枢纽布置133.1坝址及坝型选择133.2枢纽组成建筑物143.3枢纽总体布置15第四章土石坝设计184.1坝型选择184.2大坝轮廓尺寸的拟定184.3土料设计224.4渗流计算304.5稳定分析计算334.6大坝基础处理354.7护坡设计384.8坝顶布置38第五章泄水建筑物设计425.1泄水方案选择425.2泄水隧洞选线与布置425.3隧洞的体型设计425.4隧洞水力计算43第六章施工组织设计466.1施工导流466.2施工进度计划496.3施工总布置52参考文献55 设计（论文）专用纸结论56总结与体会57谢辞58附录一设计计算书59第一章调洪演算59第二章坝顶高程计算68第三章土石料的设计71第四章渗流计算75第五章土石坝稳定计算81第六章细部结构计算90第七章隧洞水力计算92第八章施工组织设计98附录二外文翻译103 设计（论文）专用纸第一章工程概况1.1流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20％，林木面积约占全区的30％，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。1.2气候特性1.气温年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。表1-1月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-2平均温度日数日数月份平均温度12345678910111第|页12℃61.20.3000000003.1℃25.026.830.7303130313130313027.9℃0000000000002.湿度本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4第114页第114页 设计（论文）专用纸月特别干燥，其相对湿度为51~73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67~86%。3.降水量最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表1-3各月降雨日数统计表日数月份平均降雨量123456789101112<5mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.35-10mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.110-30mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.1>30mm0000000000004.风力及风向一般1~4月风力较大，实测最大风速为14.1米／秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15公里。1.3水文特性该江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。该江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒立米，而最小流量为0.5秒立米。1．年日常径流坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。2．洪峰流量经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表1-4不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量23201680142011801040表1-5各月不同频率洪峰流量（秒立米）月频率123456789101112第114页第114页 设计（论文）专用纸1％4619121960012401550121067039028372％3617111553011201360109060031023335％23149114208501100830480250162810％19117937076098072041021015233．固体径流该江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤／立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。1.4工程地质1．水库地质库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2．坝址地质坝址位于该江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，对其岩性分述如下：(1)玄武岩一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。渗透性：经试验得出k值为4.14-7.36米/昼夜。(2)火山角砾岩角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2~15厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至35MPa。(3)凝灰岩成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。表1-6坝基岩石物理力学性质试验表第114页第114页 设计（论文）专用纸岩石名称比重Δ容重γkN/m3建议采用抗压强度MPa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180表1-7全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率%干容重kN/m3比重Δ液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪0~0.5m2/kN×10-63~4m2/kN×10-6内摩擦角Φ凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824(4)河床冲积层主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10~100毫米；砾石直径一般为2~10毫米；砂粒直径0.05~0.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。见表2-8。冲积层的渗透性能经抽水试验后得，渗透系数k值为3×10-2厘米/秒~1×10-2厘米/秒。表1-8冲积层剪力试验成果表土壤名称代号项目计算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含中量细粒次数17128822第114页第114页 设计（论文）专用纸的砾石最大值24.38.6647°15′37.032°43′10.5最小值22.24.2735°30′12.017°55′0平均值23.086.4740°34′18.225°25′5.3小值平均值37°32′14.8备注三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。(5)坡积层在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。3．地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育。可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距，密者0.5米即有一条，疏者3—5米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。4．水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩的透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01l/(min•m)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层数多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。5.本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。1.5建筑材料1．料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。2．物理力学性质(1)土料：见表2-9—表2-12。(2)石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。第114页第114页 设计（论文）专用纸1.6经济资料1．库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。表1-9各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002．交通运输坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。第114页第114页 设计（论文）专用纸表1-10粘土的物理力学性质料场名称物理性质渗透系数10-6cm/s力学性质化学性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数cm2/kg有机含量灼热法%可溶盐含量%流限%塑限%塑性指数砾砂粘土最大干密度g/cm3最优含水量%内摩擦角deg凝聚力kPa湿干粗中细粉>2mm2~0.5mm0.5~0.05mm0.05~0.005mm<0.005mmkN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080第114页第114页 设计（论文）专用纸表1-11砂砾石的颗粒级配颗直径粒mm含量料场300~100100~6060~2020~2.52.5~1.21.2~0.60.6~0.30.3~0.15<0.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表1-12砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重，kN/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率，%32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱颗粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.0×10-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表1-13各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上34°30′35°50′35°10′2#上35°00′37°10′36°00′3#上34°40′36°40′35°40′4#上35°10′37°40′36°30′1#下34°10′36°30′35°20′第114页第114页 设计（论文）专用纸2#下35°20′38°00′36°40′3#下34°30′37°10′35°50′4#下36°00′38°20′37°10′第114页第114页 设计（论文）专用纸第二章洪水调节计算2.1洪水调节计算本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q设=1680m³/s（P=1%），校核洪峰流量Q校=2320m³/s（P=0.05%）。2.1.1工程等别及建筑物级别一项水利枢纽的成败对国际民生有直接影响。但不同规模工程影响程度也不同。为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性适当统一起来，水利枢纽及其组成建筑物要分等分级，即先按工程的规模，效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后再对个组成建筑物按其所属枢纽级别，建筑物作用及重要性进行分级。枢纽工程，建筑物的等级不同，对其规划，设计，施工运行管理的要求也不同，等级越高者要求越高。正常蓄水位为2836m,其相应水库库容为720×106m3根据SDJ-78（水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区。丘陵区部分）），综合考虑水库总库容，防洪效益，灌溉面积，电站装机容量，工程规模由库容（正常蓄水位时7.2亿m³/S，估计校核情况下库容不会超过10亿m³/S）控制属大（2）型。主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久性水工建筑物洪水标准：正常应用（设计）洪水重限期100年，非常应用（校核）洪水重限期2000年。2.1.2泄洪方式与水库运用方案1.泄洪方式：由于地形条件的限制，为减小工程开挖量，采用隧洞泄洪方案。2.水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。3.防洪限制水位的选择：防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容完全不结合情况，因为山区河流的特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时候都预留一定的防洪库容是必要的。2.1.3调洪演算原理采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线。拟定几组不同堰顶高程Ñ及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q调，由Q调开始，假定三条泄洪过程线，在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q调，H）绘制的Q～H曲线与由第114页第114页 设计（论文）专用纸绘制的Q～H曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。2.2堰顶高程及泄洪孔口的选择调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程Ñ及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。2.2.1堰顶高程及孔口尺寸选择原则堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小；但是这时隧洞本身工程量及造价会很高，而且本工程下游允许流量为900m3/s，这样过大的下泄流量为下游所不能允许。如果堰顶高程取的高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。2.2.2方案拟定要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化，通过各种可行方案的经济比较决定。设计中参照已建工程经验，初步拟定四组堰顶高程与孔口尺寸如下（采用两孔泄洪）：方案一：Ñ=2815m，B=8m方案二：Ñ=2825m,B=8m方案三：Ñ=2825m,B=9m方案四：Ñ=2826m,B=8m2.3调洪演算结果与方案选择2.3.1调洪演算结果本设计中拟定四组方案进行比较，成果见表2-1。表1-1调洪演算成果方案孔口尺寸（m）工况Q(m3/s)上游水位Z(m)超高∆Z(m)1Ñ=2815mB=8m设计校核1576.621533.792836.862836.620.860.622Ñ=2825mB=8m设计校核653.79733.162837.22838.231.22.233Ñ=2825m设计721.782837.071.07第114页第114页 设计（论文）专用纸B=9m校核806.0328382.04Ñ=2826mB=8m设计校核590.52674.52837.392838.431.392.43注：发电引水量Q=44.1M3/S，与总泄量相比较小，调洪演算未作考虑，仅做安全储备，∆Z为正常蓄水位以上超高。2.3.2方案选择从调洪演算结果来看，拟定的四组方案中除了方案一不满足其他方案均满足流量Q<900m3/s,上游水位超高∆Z<3.5m的要求,从这个角度看三组方案都是可以的。因而方案的选择要通过技术经济比较选定(本设计中仅作定性说明),同时也应考虑与导流洞相结合的问题。一般来说，∆Z越大，大坝必须增高，大坝工程量也将加大，同时Q过小后对泄洪不利，不经济。故而采用第三种方案，即堰顶高程Ñ=2825m，每个溢流孔净宽b=9m。该方案设计洪水位2837.07m,设计泄洪量721.78m3/s；校核洪水位2838m，校核泄洪量806.03m3/s。第114页第114页 设计（论文）专用纸第三章坝型选择及枢纽布置坝址和坝型选择与枢纽布置密切相关，不同坝轴线适用于不同的坝型和枢纽布置。同一坝址也可能有不同的坝型和枢纽布置方案。必须根据综合利用要求，结合地形、地质条件，选择不同的坝址和相应的坝轴线，作出不同坝型的各种枢纽布置方案，进行技术经济比较，然后才能择优选择出坝轴线位置及相应的合理位置和枢纽布置。3.1坝址及坝型选择3.1.1坝址选择经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近。从地质图上可以看出：Ⅰ-Ⅰ剖面，河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大34m，坝肩除了10m左右范围的风化岩外，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好。Ⅱ-Ⅱ剖面出与Ⅰ-Ⅰ剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武破碎带纵横交错，渗流比较严重，需要进行的地基处理工程量大。综合考虑以上因素，坝轴线选在1-1剖面处。而且挡水建筑物按直线布置，坝轴线布置于河床较窄处，以尽量减少工程量，减低工程造价。3.1.2坝型选择常见坝型有土石坝、混凝土重力坝、混凝土拱坝、支墩坝，他们对地质条件有不同的要求，详见表4.1。表3.1坝型比较地质条件土石坝混凝土重力坝混凝土拱坝岩土性质坝基岩（土）应具有抗水性（不溶解），压缩性也应较小，尽量避免有很厚的泥炭、淤泥、软粘土、粉细砂、湿陷性黄土等不良土层坝基要求尽可能为岩基，应有足够的整体性、均一性，并具有一定的承载力、抗水性和耐风化性能，覆盖层与风化层不宜过厚坝基应为完整、均一、承载力高、强度大、耐风化、抗水的坚硬岩基，覆盖层和风化层不宜过厚地质构造以土层均一、结构简单、层次较稳定、厚度变化小的为佳，最好避开严重破碎的大断层带尽量避开大断层带、软弱带以及节理密集带等不良地质构造应避开大断层带、软弱带以及节理密集带等不良地质构造第114页第114页 设计（论文）专用纸坝基与坝肩稳定应避免有能使坝体滑动的性质不良的软弱层及软弱夹层。两岸坝肩接头处，地形坡度不宜过陡坝基应有足够的抗滑稳定性，应尽量避免有不利于稳定的滑移面（软弱夹层、缓倾角断层等）两岸坝基在地形地质条件上应大致对称（河谷宽高比最好不超过3.5），在拱推力作用下，不能发生滑移和过大变形，拱座下游应有足够的稳定岩体渗漏及渗流稳定应有足够的渗流稳定性，应避开难以处理的易渗透变形破坏的土层与可液化土层，并避免渗漏量过大岩石的透水性不宜过大，不致产生大量漏水。避免产生过大的渗透压力岩石的透水性要小，应避免产生过大的渗透压力（特别是两岸坝肩的侧向渗透压力）注：1.土石坝的心墙基础要求较高的渗透稳定条件，一般须采取相应的工程措施。2.支墩坝对地质条件的适应性较强，但须注意防止产生过大的侧向渗透压力，软弱夹层及软弱破碎带产生渗透变形破坏以及相邻支墩产生过大的不均一沉陷。所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建靠两岸基岩来维持稳定的拱坝。支墩坝是由一系列支墩和其支承的上游挡水盖板所组成，其所承受荷载都是由盖板传给支墩再由支墩传至地基，因此本身应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不行的。混凝土重力坝是靠坝身自重来维持稳定的，其要求建在岩石地基上。本工程若建重力坝则基础开挖、回填量大，围堰工程量也很大，防渗层要灌浆到基岩工程量大，同时基坑排水也较困难。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。3.2枢纽组成建筑物3.2.1挡水建筑物枢纽挡水建筑物选用心墙土石坝方案。3.2.2泄水建筑物本设计采用的坝型为粘土心墙土石坝，因此泄水建筑物不能布置于河床，根据本工程的地质、地形条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞进行比较选择。泄水隧道布置的一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其它建筑物无相互不良影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单，岩体完整稳定，岩石坚硬，上覆岩层厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围堰破碎地下位很高或渗水量很大的岩层和可能坍滑的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。第114页第114页 设计（论文）专用纸正槽溢洪道：以宽顶堰或各种实用堰为溢流控制的河岸溢洪道，蓄水时控制堰（设闸门或不设闸门）与拦河坝一起组成挡水前缘，泄洪时堰顶高程以上的水可自堰顶溢流而下，并经一条顺过堰流向的陡坡泄槽泄往下游河道。水力学上的特点是：泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠。结构简单，施工方便，因而为大中小型工程广泛采用，尤其是拦河坝为石土坝的水库。但应注意，在高水头、大流量以及不利的地形、地质条件下，溢洪道的兴建要解决高速水流所引起的一系列水力学和结构问题。从地形条件说，溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地段；从地质条件说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上。侧槽溢洪道：当拦河坝难以本身溢流，且两岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大开挖量时，侧槽溢洪道可能成为经济合理的泄洪建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘长度而引起的开挖量增加减少，从而可以较长的溢流前缘换取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程。当无闸门控制时后者突然增加了兴利库容，对中小型工程尤有利。侧槽溢洪道的水流现象相对复杂。泄洪时沿溢流前缘全长同时进水，进槽水的水流并须立即弯近90°，顺槽轴线流向下游，对不同的侧槽横断面，其所通过的流量不同。在侧槽范围内水流是沿程变量的非均匀流。侧槽的水流现象复杂，并不仅表现在流量的沿程变化上，水流自侧槽堰跌入侧槽之后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并向上翻腾，然后在重力作用下转弯向下游流去。这样在槽中就形成一个横轴螺旋流。泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，均与导流隧洞结合。本工程由于坝址处较窄，山坡陡峭，山脊高，且两岸山坡没有天然垭口，如采用明挖溢洪道的方案，则会造成开挖量大，造价较高。因而通过以上比较采用隧洞泄洪，并考虑与施工导流洞相结合。3.2.3水电站建筑物包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。装机容量24MW，多年平均发电量1.2亿度。本电站装3台8MW机组。正常蓄水位2823.6米，死水位为2796.0米，3台机组满发时的流量为44.1秒每米，尾水位为2752.2米。厂房为引水式，厂房平面尺寸为32*13平方米，发电机高程为2760.0米，尾水管底高程为2748.0米，厂房顶高程为2772.0米。副厂房平面尺寸为32*6平方米。安装场平面尺寸为8*13平方米。开关站尺寸为30*20平方米。3.3枢纽总体布置3.3.1挡水建筑物——土石坝经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ两条较有利的坝轴线作为备用坝址的两个方案通过以下几个方面定性地加以比较，最终确定坝轴线位置。1.地质条件：Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案和Ⅱ-Ⅱ第114页第114页 设计（论文）专用纸坝轴线方案均处在以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过的地层中，地质条件较为相似，但Ⅰ-Ⅰ剖面，河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大34m，坝肩除了10m左右范围的风化岩外，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好。Ⅱ-Ⅱ剖面出与Ⅰ-Ⅰ剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，然而底部玄武破碎带纵横交错，渗流比较严重，需要进行的地基处理工程量大，从而增加了总体工期和造价。因此从地质条件来比较Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案优于Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案。2.地形条件：Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案和Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案都位于该江中游地段的峡谷地带，河床平缓，坡降不大是其主要地形条件。但此枢纽具有过木要求，所以必须在枢纽布置中考虑到是否对过木有利。Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案水流较为平顺，坝趾附近无较明显河道弯曲出现；而Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案坝趾以下不远处紧接河道拐弯处，水流不利于过木。所以，从地形条件来比较Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案优于Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案。建筑材料：因为Ⅰ-Ⅰ坝轴线和Ⅱ-Ⅱ坝轴线附近建筑材料都比较丰富，覆盖层浅，开采条件较好，而且河谷地地形平坦，采运都比较方便，所以，在建筑材料方面不能区分出两种方案的优劣。施工条件及工程量：从地形图上可以看出：Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案和Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案在布置施工场地、内外交通运输和进行施工导流等方面没有明显的区别，两种方案都是比较便于施工的。通过比较两轴线河宽，发现Ⅰ-Ⅰ坝轴线的河宽比Ⅱ-Ⅱ坝轴线河宽窄，这样可以减小工程量，降低工程造价。因此，在在施工条件及工程量方面，Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案稍优于Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案。3.综合效应：对于不同坝址与相应的坝址选择，不仅要综合考虑防洪、发电、灌溉、航运等部门的经济效益，还要考虑库区的淹没损失和枢纽上下游的生态影响等，要做到综合效益最大，有害影响最小。对于Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案和Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案，通过多方面比较Ⅰ-Ⅰ坝轴线方案稍优于Ⅱ-Ⅱ坝轴线方案。所以，综合考虑以上因素，坝轴线选在1-1剖面处。而且挡水建筑物按直线布置，坝轴线布置于河床较窄处，以尽量减少工程量，减低工程造价。3.3.2泄水建筑物——泄洪隧洞经以上分析可知，本工程选用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞路线的选定是设计中非常重要的一环，关系到隧洞的造价和运用可靠性。应在地质勘探基础上，拟定不同方案进行技术经济比较优选，争取得到地质条件良好、路线短、水流顺畅以及对水利枢纽其他建筑物无相互影响的洞线方案。此处从以下三方面定性地比较隧洞布置在左岸和右岸两种方案：（1）地质条件：左岸的主要岩石构成主要包括：大量的凝灰岩，大量的半风化玄武岩和少量的坚硬玄武岩；而右岸主要岩石构成主要包括：大量的坚硬玄武岩和半风化玄武岩。凝灰岩成土状或页片状，岩性软弱，与风化后成为碎屑的混合物近似，遇水崩解，渗透性很小；半风化玄武岩建议采用的抗压强度为50MPa，强度不高，力学性质不佳；第114页第114页 设计（论文）专用纸坚硬玄武岩一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉，石英脉等贯穿其中，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩强度高，力学性质出众，建议采用抗压强度100-160MPa。坝址附近无大的断层，但左右岸露出的岩石，节理特别发育，所以左右岸都常见岩块崩落的现象。因此，就地质条件来比较右岸优于左岸。（2）水文地质条件：本地区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不是很丰富，对工程比较有利。但左岸多为凝灰岩和半风化玄武岩，而右岸多为坚硬玄武岩和半风化玄武岩，根据压水试验资料，凝灰岩和坚硬玄武岩都是不透水性良好的岩层，而半风化玄武岩则为透水性良好的岩层。所以就水文地质条件不能充分判断左岸方案和右岸方案的优缺点。（3）路线相关指标：从已给出的地形图可以看出，若在左岸布置泄洪隧洞则需要相当长的路线，而且中间必然会出现弯段，然而尽量避免出现弯段是水工隧洞布置的一个基本原则；若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞可以直接和主河道相连，不出现较大角度的弯段，从而减少了出现水力不利条件的几率，从而减少了衬砌等部位的造价，而且隧洞路线长度大大减小，减少了大量的开挖量，所以无论对于施工量和工程造价来说，右岸方案都优于左岸。因此，为增加隧洞稳定、缩短隧洞长度、减小开挖工程量和降低隧洞的工程造价，泄洪隧洞布置在右岸，这样水流经隧洞流出直接入主河道，对流态也有利。考虑到电站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为好。为减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚，两者进出口相距80至100m以上。3.3.3水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置在右岸，在泄洪隧洞与大坝之间；由于风化岩层较厚，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房附近。第114页第114页 设计（论文）专用纸第四章土石坝设计4.1坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型。均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，粘土材料施工受气候影响大。本河流为典型的山区河流，雨季较长，且无足够适宜的土料来作均质坝（竟探明坝址附近可筑坝的土料只有190万m3，远远不能满足要求），故而均质坝方案不可行。堆石坝与土坝相比具有剖面小，造价低，施工速度快，抗震性好的优点。虽然坝址附近有坚硬玄武岩石料场一处，储量达450万m3，开采条件也较好，可作为堆石坝土料，从材料角度可以考虑堆石坝方案，但由于堆石坝宜建在变形小的岩石基础上，而本河床地质条件较差，冲积层最大达32m，平均也有20m，做堆石坝会导致大量开挖，工程量太大，因此堆石坝方案不可行。综上所述，本工程只能建分区坝，且采用土质防渗体，因为从材料角度看坝址附近既有粘土料又有砂砾料，适宜建较经济的土质防渗体分区坝，下面从防渗体位置角度选坝型。①塑性斜墙坝（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游作斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，可以分期施工，工期较短，水库可以部分蓄水，分期投运，但斜墙对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝。②塑性心墙坝（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游作斜墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，更为经济，适应不均匀变形抗震性较好，但要求心墙土料与坝表砂砾料同时上升，施工干扰大，工期长。从筑坝材料来看，由于坝址上下游2km内有可供筑坝的粘土料190万m3作为防渗体之用，又有250万m3第114页第114页 设计（论文）专用纸的砂砾料作坝壳，心墙坝与斜墙坝都是可行的。本地区为地震区，基本烈度为7度，从抗震性能及适应不均匀变形来看宜采用心墙坝；从施工条件及气候条件来看宜采用斜墙坝。由于本地区粘性土料自然含水率较高，不宜大量采用，以薄心墙、薄斜墙较有利，又因在同一水力坡降时，土心墙剖面小于土斜墙，故土料施工进度可较快，费用较省。而斜墙上游坝坡较平坦，工程量大，所以综合考虑选心墙坝。4.2大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体及排水设备等。4.2.1坝顶宽度根据构造、施工、运行、抗震以及交通要求，并参考以往工程的统计资料，本坝高在60m～100m间属中低坝，坝顶宽度可选用5-10m,本工程采用8m。坝顶面向下游侧放坡，坡度根据降雨强度取2%，并在下游侧设排水沟。坝顶上游侧设防浪墙，墙顶高于坝顶1.0m，下游侧设栏杆。4.2.2坝坡与马道上游坡率取2.7，理论上每隔15m～30m就应设马道，但由于上游坡长期浸没在水中除施工期有用外，其余基本上无用，因此在上游坡仅不设马道。考虑到下游施工、交通要求，下游自下而上依次每隔24m、23m、23m、23m处设马道，下游坡率为2.5。马道是为了施工和检修以及观测工作的需要而设置的，也是为了设置排水沟之用，另外还要满足交通的需要，为此马道宽取2.0m。4.2.3坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：A、正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高B、设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高C、校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高D、正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高坝顶高程计算见表4.1表4-1坝顶高程计算表项目正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高上游静水位（m)28362837.0728382836河底高程(m)2750275027502750第114页第114页 设计（论文）专用纸坝前水深Hm(m)8687.078886吹程D（m)15000150001500015000风向与坝轴线夹角β22.522.522.522.5风速w（m/s)28.6528.6519.119.1平均波长Lm（m)32.6164622632.61646220.854920.8549护坡粗糙系数K△0.80.80.80.8上游坝坡坡脚m2.72.72.72.7经验系数Kw1111累积频率10%的波高h10%(m)2.7110474772.71104751.6331386221.6331386平均波高hm（m)1.5851.5850.9550.955平均波浪爬高Rm1.9980283911.99802841.2400245651.24002461%波浪爬高R1%4.4564.4562.7652.765风浪引起坝前壅高e(m)0.0240.0240.0110.011安全超高A(m)110.51超高y(m)5.4805.4803.2763.776地震超高（m)0001坝顶高程2841.4802842.5502841.2762840.776坝高（m)91.48092.55091.27690.776第114页第114页 设计（论文）专用纸沉降0.3%后坝高91.75492.82791.55091.048沉降0.3%后坝顶高程2841.7542842.8272841.5502841.048坝顶高程2843m，坝高93m。4.2.4坝体排水坝体坝基设排水有以下目的：收集并有计划地将渗流排到下游，以免坝体和坝基发生渗透变形；减小渗流作用区，提高下游坝坡的稳定性；防止下游坝坡上有渗流逸出，并把浸润线降低到冻裂区以下；加速粘性土和淤泥的固结，减小坝体或坝基个别部位的孔隙压力。坝体排水通常有棱体排水、贴坡排水、褥垫排水三种形式。棱体排水：适用于下游有水的情况，能有效的降低坝体浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚，且有支持坝体增加稳定的作用。贴坡排水：适用于中小型水库且下游无水的均质坝，以及有良好防渗体、坝体浸润线较低的中等高度的土石坝，这种排水虽然结构简单、省料且便于检修，可防止渗透破坏，保护下游坝脚，但不能降低浸润线，且防冻性较差。褥垫排水：适用于下游无水或下游水位很低的情况，这种排水虽然降低浸润线效果显著，有利于坝基排水，但对地基不均匀沉陷适应能力较差易断裂。本地区下游有水，地基覆盖层较厚，不均匀沉陷可能较大，且本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。按规范棱体顶部高程应超出下游最高水位不小于1.0m为原则，校核洪水位时下游水位2754.95，最高取为2756.5m。参考以往工程，堆石体内坡取1：1.5，外坡取1：2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。4.2.5坝内防渗体防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防裂等要求为原则，也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降而定。本设计粘土允许渗透坡降取[J]=5.0，承受最高水头为88m，心墙底部厚须大于88/4=22m。参考以往工程，并考虑机械施工的需要，心墙顶宽取3.8m，坡率m=0.2，底宽39.04m大于22m。由于坝顶设防浪墙，防浪墙要与坝体防渗体紧密连接，所以对心墙的顶高程要求相对较低。心墙顶高程以高于校核水位为原则，最后取为2838.1m，上留1.0m的保护层。心墙与地基的连结靠粘性土截水槽，截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑，其压实度不应小于坝体同类土料，底宽应根据回填土料的允许渗透比降、及土料与基岩接触面抗渗流冲刷的允许渗透比降和施工条件确定。截水槽可挖至坝基以下深处10m左右，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用1：1.0；底宽，渗径不小于（1/3～1/5）H，其中H为最大作用水头为88m第114页第114页 设计（论文）专用纸（1/3～1/5）*88=(21.3～317.6)m为了施工方便，顶宽跟粘土心墙底宽取成一样，取39.04m，满足要求。由于边坡取成1:1.0.所以截水槽底部的宽度为:B2=39.04-10*1*2=19.04m。4.2.6坝基防渗体坝基防渗体。沥青混凝土有良好的柔性与塑形，渗透系数很小，当产生裂缝时，还有自行愈合的功能，而且施工简单，造价低廉，因此河床中部及两岸均采用混凝土防渗墙，厚度取1米（由强度及防渗条件所定）。防渗墙深入心墙的高度宜大于1/10坝高，取9.5m。防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上，按规定其应嵌入基岩0.5~1m，本设计中取1m。由地质剖面图查得地基开挖深度39m，由于施工设计的发展和材料成本的降低，在本工程在岸坡也用沥青混凝土。图4-1大坝基本剖面轮廓图4.3土料设计筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单，就近、就地取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容重、含水量、砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。第一，筑坝材料选择：选择用来筑坝土石料调查和土工试验应分别按照《水利水电工程天然建筑材料勘察规程SL251-2000》和《土工试验规程SL237-1999》的有关规定，查明坝址附近各种天然土石料的性质储量和分布，以及枢纽建筑物开挖料的性质和可利用的数量。第114页第114页 设计（论文）专用纸在当地有多种适于筑坝的土石料时应进行技术经济比较后选用筑坝土石料选择应遵守下列原则：(1)具有或经加工处理后具有与其使用目的相适应的工程性质并具有长期稳定性.(2)就地就近取材减少弃料少占或不占农田并优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用(3)便于开采运输和压实.枢纽建筑物开挖料的利用应与天然土石料场开采料一样,从材料性质数量弃料对环境的影响,施工进度安排及工程费用等进行论证料场应统一规划.料场开采或枢纽建筑物的开挖料原则上均可直接作为筑坝材料或经处理后用于坝的不同部位,但沼泽土膨润土和地表土不宜采用.防渗土料应满足下列要求:(1)渗透系数均质坝不大于1*10-4cm/s,心墙和斜墙不大于1*10-5cm/s.(2)水溶盐含量指易溶盐和中溶盐(按质量计)不大于3%.(3)有机质含量(按质量计)均质坝不大于5%,心墙和斜墙不大于2%,超过此规定需进行论证(4)有较好的塑性和渗透稳定性.(5)浸水与失水时体积变化小.以下几种粘性土不宜作为坝的防渗体填筑料,必须采用时应根据其特性采取相应的措施:(1)塑性指数大于20和液限大于40%的冲积粘土(2)膨胀土(3)开挖压实困难的干硬粘土(4)冻土(5)分散性粘土(6)红粘土可用于填筑坝的防渗体用于高坝时应对其压缩性进行论证经处理改性的分散性粘土仅可用于填筑级低坝的防渗体,其所选用的反滤料应经过试验验证,防渗体与坝基岸坡接触处等易产生集中渗流的部位以及易受雨水冲刷的坝表面不得采用分散性粘土填筑.湿陷性黄土或黄土状土可用于填筑防渗体,但压实后应不再具有湿陷性采用的反滤料级配应经过试验验证.用于填筑防渗体的砾石土粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%,最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3,0.075mm以下的颗粒含量不应小于15%,填筑时不得发生粗料集中架空现象.人工掺合砾石土中各种材料的掺合比例应经试验论证.当采用含有可压碎的风化岩石或软岩的砾石土作防渗料时,其级配和物理力学指标应按碾压后的级配设计.用膨胀土作为土石坝防渗料时填筑含水量应采用最优含水量的湿侧,并在顶部设盖重层,盖重层产生的约束应力应足以制约其膨胀性,盖重层应采用非膨胀土.采用土工膜作为防渗体材料时应按照<>的规定执行.反滤料过渡层料和排水体料应符合下列要求:第114页第114页 设计（论文）专用纸(1)质地致密抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求.(2)具有要求的级配(3)具有要求的透水性(4)反滤料和排水体料中粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%.反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料也可采用块石砾石轧制或天然和轧制的掺合料.3级低坝经过论证可采用土工织物作为反滤层料场开采和建筑物开挖的无粘性土包括砂砾石,卵石,漂石等石料和风化料砾石土均可作为坝壳料并应根据材料性质用于坝壳的不同部位.细砂及粉砂可用于中低坝坝壳的干燥区,但地震区不宜采用.采用风化石料和软岩填筑坝壳时,应按压实后的级配研究确定材料的物理力学指标,并应考虑浸水后抗剪强度的降低压缩性增加等不利情况,对软化系数低不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜填筑在干燥区.下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区应采用透水料填筑。开采坝壳堆石料应遵守下列规定(1)开采前应彻底清除覆盖层;(2)不同程度的风化料与新鲜石料应分区开采;(3)易风化的软岩如泥岩页岩宜边开采边填筑;(4)宜进行爆破设计必要时进行爆破试验.护坡石料应采用质地致密抗水性和抗风化性能满足工程运用条件要求的硬岩石料.第二，填筑要求：填筑标准应根据以下因素综合研究确定（1）坝的级别，高度，坝型和坝的不同部位；（2）土石料的压实特性和采用的压实机具；（3）坝料的填筑干密度和含水率与力学性质的关系以及设计对土石料力学性质的要求；（4）土料的天然干密度天然含水率以及土料进行干燥或湿润处理的程度；（5）当地气候条件对施工的影响；（6）设计地震烈度及其他动荷载作用；（7）坝基土的强度和压缩性；（8）不同填筑标准对造价和施工难易程度的影响。含砾和不含砾的粘性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标。设计干密度应以击实最大干密度乘以压实度求得。粘性土的压实度应符合下列要求：（1）1级，2级坝和高坝的压实度应为98%~100%，3级中低坝及3级以下的中坝压实度应为96%~98%。（2）设计地震烈度为8度，9度的地区宜取上述规定的大值。（3）有特殊用途和性质特殊的土料的压实度宜另行确定。粘性土的最大干密度和最优含水率应按照《SL237-1999第114页第114页 设计（论文）专用纸土工试验规程》规定的击实试验方法求取，对于砾石土应按全料试样求取最大干密度和最优含水率。砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标并应符合下列要求：(1)砂砾石的相对密度不应低于0.75,砂的相对密度不应低于0.7,反滤料宜为0.7.(2)砂砾石中粗粒料含量小于50%时,应保证细料(小于5mm的颗粒)的相对密度也符合上述要求.(3)地震区的相对密度设计标准应符合<>.堆石的填筑标准宜用孔隙率为设计控制指标并应符合下列要求:(1)土质防渗体分区坝和沥青混凝土心墙坝的堆石料,孔隙率宜为20%~28%.(2)沥青混凝土面板坝堆石料的孔隙率宜在混凝土面板堆石坝和土质防渗体分区坝的孔隙率之间选择.(3)采用软岩风化岩石筑坝时孔隙率宜根据坝体变形应力及抗剪强度等要求确定.(4)设计地震烈度为8度,9度的地区可取上述孔隙率的小值.堆石的碾压质量可用施工参数包括碾压设备的型号,振动频率及重量,行进速度,铺筑厚度碾压遍数等及干密度同时控制.堆石碾压时宜加水加水量宜通过碾压试验确定,对于软化系数较高的硬岩堆石应通过碾压试验确定是否加水.设计填筑标准应在施工初期通过碾压试验验证,当采用砾石土风化岩石软岩膨胀土湿陷性黄土等性质特殊的土石料时,对1级,2级坝和高坝宜进行专门的碾压试验论证其填筑标准.粘性土的施工填筑含水率应根据土料性质填筑部位气候条件和施工机械等情况控制在最优含水率的-2%~+3%偏差范围以内有特殊用途和性质特殊的粘性土的填筑含水率应另行确定.填筑含水率还应符合下列要求:1．上限值(1)不影响压实和运输机械的正常运行;(2)施工期间土体内产生的孔隙压力不影响坝坡的稳定;(3)在压实过程中不产生剪切破坏.2．下限值(1)填土浸水后不致产生大量的附加沉降,使坝顶高程不满足设计要求,坝体发生裂缝以及在水压力作用下不产生水力劈裂等;(2)不致产生松土层而难以压实在冬季负气温下填筑时应使土料在填筑过程中不冻结,粘性土的填筑含水率宜略低于塑限,砂和砂砾料中的细料部分的含水率宜小于4%,并适当提高填筑密度.筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法以及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单，就地、就近取材，因材设计。土石坝坝体主要由坝壳、防渗体、排水设备以及护坡等组成。由于它们工作条件不同，因而对材料要求也不同。筑坝材料应具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有良好的长期稳定性。第114页第114页 设计（论文）专用纸土料设计的目的是确定粘性土的填筑干容重,含水量；砂砾料的相对密度和干容重；砾质土的砾石含量，干容重，含水量；堆石料的级配，干容重，孔隙率。要使土石坝有较小的变形，以防止裂缝；要使其有较高强度，以减少坝体断面；要使防渗体有较小渗透性，以保证渗流稳定性。从而使土石坝设计安全合理，经济可靠。4.3.1粘性土料设计1.土料各项指标表表4-2土料各项指标表序号123456789项目粘粒含量塑性指数渗透系数有机质含量可溶盐含量天然含水量PH紧密密度SO2/R2O3防渗体粘土料15%~40%10~20碾压后小于10^（-5）cm/s。并小于坝体透水料的50倍<2%<3%与最优含水量及塑限相近为宜〉7宜大于天然密度〉22.粘性土料的填筑标准：(1)设计指标：gd　=P*gdmax（4-1）式中：gd——设计填筑干容重gdmax——标准击实试验最大干容重P——施工条件系数，或称压实度，P值对于一二级坝或高坝采用0.98～1.00，三四级坝或低坝采用0.96～0.98。本设计取P=0.98。(2)施工时主要控制填筑含水量ω，选在最优含水量附近。(3)粘性土料设计的步骤：①初拟设计含水量ω：ω=ωp+ILIp（4-2）式中：ωp——土料的塑限含水量，以小数计；Ip——土料的塑性指数，以小数计；IL——土料的液性指数，亦称稠度，高坝可取0.07～0.1，低坝可取0.10～0.20。本设计取0.08②计算填土的最大干重度：gd=gs(1-Va)/(1+wgs/g0)（4-3）式中：Va——压实土体单位体积中的含气率，粘土0.05，壤土0.04，砂壤土第114页第114页 设计（论文）专用纸0.03；gs——土粒容重；ω——填筑含水量。③拟定填土的设计填筑干重度,④校验填土的设计干重度,γd≥1.02~1.12γdo（4-4）式中：γd——设计干容重；γdo——土场自然干容重。⑤调整含水量ω使满足填筑要求。一，二级坝还要进行现场碾压试验，以便于复核，并据此选定施工碾压参数。要求施工实际干容重的合格率，对1.2级坝的心墙斜墙，为90%，对3，4级坝的心墙斜墙及1，2级均质坝，为80%~90%3.计算结果第114页第114页 设计（论文）专用纸表4-3粘性土料设计成果表料场比重Gs最大干容重γdmaxkN/m3最优含水量（%）设计干容重(g/cm3)塑限ωp%塑性指数Ip设计填筑含水量%自然含水量%孔隙比e干容重γwkN/m3湿容重γwkN/m3内摩擦角φ液限%渗透系数K有机质含量%可溶盐含量%1#下2.6715.69622.0715.38223.1419.4624.69724.80.73415.1618.9124.6742.64.3171.730.072#下2.6716.18721.0215.86322.221.723.93624.20.72115.1818.9125.543.94.81.90.0191#上2.6515.30422.314.9982524.5726.96625.60.9913.0317.3523.1749.571.92.20.112#上2.7415.10723.814.80526.323.528.18026.310.9312.8416.3721.549.93.960.250.113#下2.717.65816.917.305201421.12015.90.5816.6419.11283431.90.08第114页第114页 设计（论文）专用纸4．土料的选用上下游共有5个粘土料场，储量丰富。因地理位置不同，各料场的物理性质，力学性质和化学性质也存在一定差异，土料采用以“近而好”为原则。规范指出粘土的渗透系数大于10×10-6cm/s,所有料场均满足要求。可溶盐含量都不大于3%，1#上的有机质含量为2.20%，大于规定的2%，故不予采用。2#下和2#上的塑性指数大于20%和液限大于40%，根据规范不能作为坝的防渗体材料。3#下的渗透系数比1#下的小，防渗性能好，最大干容重比1#下的大，压缩性能好，且3#下的含水量比1#下小，施工时只需加水，故选3#下为主料场，1#下为副料场。4.3.2坝壳砂砾料设计1.砂砾料各项指标表4-4砂砾料各项指标表序号项目指标备注1砾石含量5mm至相当3/4填筑层厚度的颗粒在20%~80%范围内干燥区的渗透系数可小些含泥量可适当增加强震区砾石含量下限应予提高砂砾料中的砂料应尽可能采用粗砂2紧密密度〉2g/cm33含泥量（粘粒及粉粒）≤8%4内摩擦角〉30o5渗透系数碾压后大于10^(-3)cm/s大于防渗体的50倍2.计算公式坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：Dr=(emax-e)/(emax-emin)（4-5）e=n/(1-n)（4-6）式中：emax为最大孔隙比；emin为最小孔隙比；e为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比;n为孔隙率。设计干容重gd=Gs*9.81/(1+e)（4-7）浮容重γ，=（Gs-1）*9.81/（1+e）（4-8））3.计算成果第114页第114页 设计（论文）专用纸砂砾料的计算成果见表4-5表4-5砂砾料计算成果汇总表料场d60(mm)d10(mm)不均匀系数Cu>5mm砾石含量%比重Gs孔隙率n%设计孔隙比e相对密实度Dr设计干容重γd(KN/m3)湿容重γw(KN/m3)浮容重(KN/m3)内摩擦角φ粘聚力ckPa渗透系数K（10-2cm/s）1#上300.742.86472.7532.50.480.73218.21018.611.58835°10′022#上250.641.67482.7434.70.530.61217.55217.911.14636°00′023#上170.628.3352.52.76310.450.80918.68219.111.91335°40′024#上300.742.86462.7531.50.460.78418.4801911.76036°30′021#下10.80.3828.4246.52.7532.50.480.73218.21018.611.58835°20′022#下11.60.716.57432.7332.20.470.74718.15818.511.50736°40′023#下12.50.525.00442.7332.50.480.73218.07718.411.45635°50′024#下12.20.620.3345.42.7233.80.510.66217.6641811.17037°10′02第114页第114页 设计（论文）专用纸4.砂砾料的选用土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性。应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。认为不均匀系数Cu=30～100时较易压实，Cu<5～10时则压实性能不好。除了3#上和1#下、2#下、3#下，4#下料场砂砾料的不均匀系数小于30,不满足要求外，其余几个渗透系数，砾石含量，不均匀系数均满足要求，故都可以作筑坝材料。施工时可考虑上游料填在坝的上游侧，下游料填在坝的下游侧，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线上可以看出，4#上料场的砂砾料颗粒级配较好，物理力学指标也较高，故选4#上作为主料场。4.4渗流计算4.4.1渗流计算方法选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。本设计采用有限深透水地基上土石坝的渗流计算来求解。计算简图见图5—41。通过防渗体渗流量：（4-9）通过防渗体后渗流量：（4-10）式中：Kc为粘性土料渗透系数，取3.0×10-6cm/s；K为砂砾土料渗透系数，取2.0×10-2cm/s；Kw为混凝土地基渗透系数，取1.0×10-7cm/s；K0为冲积层渗透系数，取2.0×10-2cm/s；δ为心墙平均厚度，即δ=(δ1+δ2)/2；t为混凝土防渗墙厚度，取1m；H1为上游水深；T为河床冲积层厚度；H2为下游水深；L为斜坡内坡脚至下游水位在排水棱体上游坡交点的水平距离；H为心墙下游在反虑层中的浸润线高度假设：①虑防渗体上游侧坝壳内的水头损失作用（坝壳的渗透系数k=Kw=2×10-2cm/s第114页第114页 设计（论文）专用纸，心墙的渗透系数KC=4.317×10-6cm/s，混凝土防渗墙渗透系数，kd=0.216×cm/s，则可看出防渗墙的土料渗透系数Kc比坝壳土料K、Kw小103~104倍）②由于砂砾料渗透系数较大且下游有排水，则认为逸出水与下游水位相差不大，认为不会形成逸出高度；③将心墙简化成等厚度的矩形断面；④对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零，由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝址；⑤考虑到截水墙下面的玄武岩是坚硬的，渗透系数较小，所以认为墙下基岩表层的绕坝渗漏量为零。4.4.2计算断面与计算情况计算断面；对如图的河床中间断面1-1以及左右岸坡段各一断面2-2、3-3三个典型断面进行渗流计算。渗流计算包括以下水位组合情况：1.上游正常水位与相应的下游最低水位2.上游设计水位与下游相应的水位3.上游校核水位与下游相应的水位图4-2大坝剖面图图第114页第114页 设计（论文）专用纸4.4.3计算结果表4-6渗流计算结果汇总表计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位校核洪水位上游水深H1（m）1-18687.07882-262.7763.8464.773-384.8385.986.83下游水深H2（m）1-12.24.634.952-20003-31.033.463.78逸出水深h（m）1-12.4514.875.1922-20.2360.2430.2493-31.3733.7754.096渗流量q(10-6m3/s.m)1-17.657.737.882-24.564.704.823-36.656.756.884.4.4渗透稳定验算心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体内部损耗，坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土心墙的接触面是按允许坡降设计的估计问题也不大。在心墙逸出点，渗透坡降较大，予以验算。渗透逸出点坡降见表4-6。表4-7各种工况渗流逸出点坡降断面1-1工况正常设计校核坡降J2.163.533.10断面2-2工况正常设计校核坡降J1.691.862.39断面3-3工况正常设计校核坡降J2.241.941.87填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5～10，由上表可知逸出点的渗透坡降均小于4，第114页第114页 设计（论文）专用纸故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙设有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。4.4.5成果分析与结论工程采用心墙、混凝土防渗墙，粘土截水槽作为防渗措施。单宽渗流量相对较小，考虑绕坝渗流以及岩基透水、防渗墙的渗透系数可能取值偏小等因素，估计渗透流量会略有增大。但认为坝的渗透坡降仍满足设计要求。4.5稳定分析计算土石坝在自重、水荷载、渗透力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同坝基有可能发生失稳。当坝基内有软弱夹层，有可能发生塑性流动。另外，饱和细沙受地震作用还可能发生液化失稳。土石坝稳定分析的目的在于分析坝体及地基在各种不同的工作条件下可能发生的失稳形式，检验其稳定性，并经反复修改确定出经济断面。本设计中的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。稳定分析计算的目的在于分析坝坡在各种不同工作条件下可能产生的失稳形式，校核其稳定性。土石坝滑滑动面的形状与坝体结构，坝基地质条件及坝的工作条件有关，大致有以下几种：曲线滑动面、折线滑动面及复式滑动面等三种。曲线滑动面为顶部陡而底部渐缓的曲面，曲面近似圆弧。稳定分析中多以圆弧代替，多发生在粘性土坡中。折线滑动面多发生在非粘性土坡，如薄心墙坝、斜墙坝坝体中。当土坡进水时，滑动面折点一般在水位附近。复式滑动面多发生在厚心墙坝或由粘土及非粘土构成的多种土质坝中。当坝基内有软弱夹层时，滑动面不再往下深切，而是夹层形成曲直面组合复式滑动面。土石坝所受的荷载包括坝体自重，渗透压力，孔隙水压力，地震荷载等。其中，我们考虑了坝体自重及地震荷载两种力。在考虑坝体自重的时候，应根据其位于水上，上下的情况分别选取湿容重，浮容重计算。4.5.1计算方法以折线滑动法为理论基础，相关公式见SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》、《土力学》、《水工建筑物》等参考文献，并假设滑动面只在坝壳中，而防渗体不连同坝壳一起滑动。对于部分浸水的非粘性土坝坡，由于水上与水下的物理性质不同，滑裂面不是一个平面，而是近似折线面，如图4-3所示心墙坝的上游坝坡。图中ADE为任一滑裂面，折点D在上游水位处，以铅直线DE将滑动土体分为两块，其重量分别为W1，W2，假定条块间作用力为P1，其方向平行DC面，两块土体底面的抗剪强度分别为，，则第114页第114页 设计（论文）专用纸图4-3非粘性土坡稳定计算简图土块BCDE的平衡式为（4-11）土体ADE的平衡式为：（4-12）由以上二式联立，可以求得安全系数K。4.5.2工况选择与稳定计算成果稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，本设计中对上下游坡分别计算以下几种工况下的安全系数：上游坡：1）1/3坝高水深H=31m；2）死水位2796.0m；3）正常蓄水位2836m；下游坡：4）设计洪水位2754.63m；5）正常蓄水位2752.2m。计算以上几种工况下的上下游坝坡的最小安全系数，计算成果见表4-8第114页第114页 设计（论文）专用纸表4-8各种工况上下游坝坡稳定计算成果部位组合情况安全系数K最小安全系数Kmin上游坡（1）1/3坝高水深H=31m2.292.112.452.11（2）死水位2796m2.362.072.192.07（3）正常蓄水位2836m2.082.082.081.99下游坡（4）设计洪水位2754.63m1.361.361.731.59（5）正常蓄水位2752.2m1.601.381.451.384.5.3稳定成果分析主要建筑物土坝的等级为Ⅱ级，查规范可知其坝坡抗滑稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件下不低于1.35，非常运用条件Ⅰ时不低于1.25，非常运用条件Ⅱ时不低于1.15。表5-7中各工况下的安全系数均满足要求。4.6大坝基础处理相对于混凝土坝而言，土石坝对地基的要求是较低的。但从解决地基渗漏、承载力、振动液化等问题考虑，通常需对不同地基采用不同的处理方案，从而使土石坝建设经济合理，安全可靠。设计中根据坝基的实际情况对河床段与河岸段分别进行地基处理。4.6.1河床地基处理1.渗流控制方案条件允许时优先考虑垂直防渗方案，因为垂直防渗设施能可靠而有效地截断坝基渗透水流，在透水层较浅（10m~15m以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深20m，最大达32m第114页第114页 设计（论文）专用纸，施工比较困难，不宜采用。又由于河床有孤石，采用钢板桩也较困难，造价也高。帷幕灌浆在此地也存在可灌性问题。混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，且适用于覆盖层较厚的砂砾石地基，因此采用此方案。按混凝土允许坡降及水头定出厚度为0.8m。防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与心墙连接，以增加接触渗径。由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝，为此防渗墙顶部做成尖劈型，两侧以高塑性粘土填筑，以适应不均匀沉陷。同时也可保证土体与墙体在不均匀沉陷过程中能紧密相贴而不至于形成空隙而集中渗漏，伸入心墙的深度已经确定为9.5m，底部深入基岩1m，尖劈顶宽0.25m。详见下文的构造设计。2.防渗墙的型式、材料及布置混凝土截水墙（人工开挖深槽）：一般是上部的12m-15m厚的透水层，敞口开挖明槽，填筑土截水墙，下部10余米开挖直槽，浇筑混凝土截水墙。适用于无造孔机具而建造混凝土截水墙。土截水墙：要求坝基冲击层小于15m，以使截水墙达到基岩表面，否则在截水槽的深度开挖中，槽壁的稳定不易保持。防渗铺盖：是一种水平防渗设备，其结构简单、可靠、造价低廉。当采用铅直防渗设备有困难或不经济时可采用这种型式。这种处理方式不能完全截断渗流，但可增长渗径、降低渗透坡降、减少渗流量。泥浆槽防渗墙：在较厚的透水地基上开挖泥浆槽，不但非常困难，而且工程量大，所需的防渗墙体厚，墙体回填的不均匀沉陷难于控制。混凝土防渗墙（机钻造孔槽）：当透水坝基的厚度大于31m时，如用土撑法开挖直井，浇筑混凝土截水墙，则施工困难，工期长，造价高，故应采用机械造孔，浇筑混凝土防渗墙。混凝土防渗墙有柱列式混凝土防渗墙和板槽式混凝土防渗墙两种形式，柱列式是用冲击钻或回转钻将砂卵石层钻成圆孔。钻孔时用泥浆固壁，并带出钻屑；钻到基岩后，用循环泥浆清除孔底碎屑，在泥浆下浇筑混凝土。板槽式是用冲击钻或挖沟机在砂卵石层中造成直立槽孔，造孔时用泥浆固壁，并带出钻屑；钻到基岩清孔后，在泥浆下浇筑混凝土墙。针对本坝址具体情况，并根据以往经验，对于透水层厚度为30m-60m的情况，采用板槽式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种形式。混凝土防渗墙对材料有如下要求：①应有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；②有一定强度，能满足压应力、拉应力和剪应力等各项强度的要求；③要求有良好的流动性、和易性以及在运输过程中不发生离析现象，且能在水下硬化，骨料粒径不宜过大等，以便于用导管法在泥浆下浇注。防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度来看偏下游一点为好，综合考虑布置于心墙底面中心偏上4.6.2反滤层设计在渗流出口与进入排水处，渗透坡降较大，流速较高，土壤易发生渗透变形。为防止土体在渗流作用下发生渗透变形，在坝壳与防渗体之间、排水与坝体之间须设置反滤层。被保护土为无粘性土料，且不均匀系数Cu≥5-8时，其第一层反滤层的级配应按下式计算确定：第114页第114页 设计（论文）专用纸D15/d85≤4～5（4-13）D15/d15≥5（4-14）式中：D15——反滤料粒径，小于该粒径土占土总重的15%d85——被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%d15——被保护土粒径，小于该粒径土占土总重的15%对于以下的情况，按下列方法处理后，仍可以用上面的方法来判断选取反滤层：①对于不均匀系数Cu>8的被保护土，宜取Cu≦5-8的细粒部分的d85、d15作为计算粒径；对于级配不连续的被保护土，应取级配曲线平段以下（一般是1-5mm粒径）细粒部分的d85、d51做为计算粒径。（本设计的土料属于这种情况。）②当第一层反滤层的不均匀系数Cu>5-8时，应控制大于5mm的颗粒含量小于60%，选用5mm以下的细粒部分的d85、d15作为计算粒径。（2）当被保护土为粘性土时，其第一层反滤层的级配应按下列方法确定：①滤土要求根据被保护土小于0.075mm颗粒含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm颗粒时，应按小于5mm颗粒级配确定小于0.075m颗粒含量百分数，及按小于5mm颗粒级配的d85作为计算粒径。当被保护土不含大于5mm颗粒时，应按全料确定小于0.075mm颗粒含量的百分数，及按全料的d85作为计算粒径。对于小于0.075mm颗粒含量大于85%的土，其反滤层可按下式确定：D15≦9d85（4-15）当9d85≦0.2mm时，取D15等于0.2mm。对于小于0.075mm颗粒含量为40%-85%的土，其反滤层可按下式确定：D15≦0.7mm（本设计的土料属于这种情况）（4-16）对于小于0.075mm颗粒含量为15%-39%的土，其反滤层按下式确定：D15≦0.7mm+（40-A）（4d15-0.7mm）/25（4-17）式中A---小于0.075mm颗粒含量，%。若4d85≦0.75，应取0.7mm。②排水要求D15≥4d15（4-18）式中的d15应为全料的d15，当4d15<0.1mm时，应取D15不小于0.1mm。选择第二、第三层反滤料时也按以上方法确定。但选择第二层反滤料时，以第一层为被保护土；选择第三层时以第三层为被保护；以此类推。根据这些原则设计各个反滤层。反滤层的厚度应根据材料的级配，料源，用途等情况综合确定。水平反滤层的最小厚度可采用30cm，垂直或倾斜的反滤层的厚度可采用50cm。采用机械化施工时，最小的水平厚度视施工方案而定，但不宜小于3.0cm。设计结果防渗体部位：第一层D15=0.6mm厚80cm,使用1＃下料场；第一层反滤层与坝壳之间，D15/d85≤4～5D15/d15>5满足反滤要求，不需要设置第二层反滤层排水部位：第一层D15=8mm厚50cm,，使用4＃上料场。第114页第114页 设计（论文）专用纸4.7护坡设计土石坝的上下游一般都要设置护坡。上游护坡的作用是为防止波浪淘刷，冰层或漂浮物的损害，顺坝水流冲刷等危害；下游护坡的作用是防止雨水冲刷，风浪，冰层和水流、动物、冻胀干裂等对坝的破坏。如下游坡是由堆石，卵石，碎石砌成，可不设护坡。干砌石护坡在最大局部浪压力下所需的换算球形直径D、质量Q、平均粒径D50、平均质量Q50按以下诸式计算：(4-19)(4-20)式中：D、D50——石块的换算球形直径和平均粒径，m；Q、Q50——石块的质量和平均质量，t；Kt——随坡率变化的系数，对m=2.7，Kt=1.34；Ρk、ρw——石块和水的密度护坡厚度t按下式计算:当Lm/hp≤15时；(4-21)当Lm/hp〉15时；(4-22)式中:Lm——平均波长，m；hp——累积频率为5%的波高,m上游坡采用干砌石，该型式护坡抵御风浪的能力较强，砌石层厚2.52m，下设0.2m碎石垫层以防水流淘刷；下游坝面直接铺上0.3m的碎石作为护坡。上游坡上做至坝顶，下做到死水位以下6m，设计中取为2790.0m高程；下游坡做到排水顶部。4.8坝顶布置坝顶设置黄泥灌浆碎石路面，坝顶向下游设2%横坡以便汇集雨水，并设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游。构造见下图。第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第五章泄水建筑物设计5.1泄水方案选择坝址地带河谷较窄、土坡较陡、山脊高，经过比较枢纽布置于河湾地段。由于两岸山坡陡峻，无天然垭口，如采用明挖溢洪道的泄洪方案，开挖量大，造价较高，故采用隧洞泄洪方案。为缩短长度、减少工程量，隧洞布置于凸岸(右岸)，采用“龙抬头”无压泄洪的型式与导流隧洞相结合，导流期间用低位进水口，导流任务完成后抬高进水口建成泄洪洞，进口段与洞身以竖曲线及斜井相连，并封堵原低位进口段。这样可以节省工程量、降低造价。这样无压隧洞一般能适应较差的围岩条件，但水力学问题较复杂，设计中须注意防空蚀问题，水流挟沙时还要考虑抗磨蚀。高速水流段应尽量直线等宽布置，否则将出现冲击波。为满足水库放空至2770.0高程要求，还与导流洞结合设置了放空洞。5.2泄水隧洞选线与布置隧洞从进口到出口存在平面上和剖面上选线与定位问题。它关系到工程造价和运用可靠性，应根据隧洞的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置以及对周边环境影响等因素，在勘测基础上，拟定不同方案进行技术比较选定。本工程中枢纽布置于河弯地段，从地形上来看，左岸山坡陡于右岸，且若布置隧洞则其出口处偏离主河道太远，水流条件不好，所以隧洞应该布置于右岸；从地质来看该山梁除了表面有一层较深的风化岩外，下部大部分为坚硬玄武岩，强度较高，岩体中夹杂几条破碎带，但走向大多数与隧洞轴线成较大角度。因此将泄洪隧洞、防空洞以及引水发电隧洞布置于右岸凸出的山梁中。5.3隧洞的体型设计5.3.1进口建筑物由于进口岸坡地质条件较差，覆盖层较厚，因而采用塔式进口，塔顶设有操作平台和启闭机室。由于塔身独立于水库中，其与岸坡及坝顶的交通必须建工作桥，水平截面采用矩形。1.堰面曲线（以堰顶为坐标原点）采用WES型堰面曲线，方程为：x1.85=2.0Hd0.85y，式中定型设计水头Hd＝11m。堰顶上游段采用三段圆弧相连，半径依次为R1=5.5m,R2=2.2m,R3=0.44m。流量系数m与堰高P有关，P/Hd反映了水流受堰壁阻挡发生垂向收缩的程度，P/第114页第114页 设计（论文）专用纸Hd越小者m极值也越小。为使m不致过小，实用中宜取P/Hd≥1/5～1/3。本工程中取堰高P=10.0m。3.闸门型式与尺寸工作闸门及检修闸门均采用平板门，设在进口处。闸门宽9m，高13m。5.3.2洞身断面型式与尺寸根据以往工程经验，本无压隧洞采用城门洞型断面。调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸为9m×13m(为保证无压泄流，由校核洪水位减堰顶高程加相应浪高而得)。由于水流经堰顶后马上跌落，而且经流速的增大，水深沿程逐渐降低，因此，斜井尺寸自上而下逐渐减小，采用渐变式过渡到隧洞段。斜井段高度以斜段为1:1.4坡度折减，而洞身尺寸为9m×11.86m，具体通过水面曲线计算以后确定。进口以后与斜井连接，根据以往经验以1：1坡度连接，反弧段以60m半径圆弧相连接。5.3.3出口消能段隧洞出口高程定为2750.0m，由于下游出口离电站和大坝较远，较大的冲刷坑不会影响大坝及电站的安全运行，且地质条件容许，因而采用挑流消能。由于隧洞出口宽度小，单宽流量大，所以在出口处设置扩散段。鼻坎的型式与参数：设计采用平顺连续式挑流鼻坎。鼻坎高程应高出下游最高水位1～2m，以利于挑流水舌下缘的掺气。校核洪水位时下游最高水位2754.95，高程定为2756m。转向不够平顺，使挑距较小；过大时，又使鼻坎下游延伸太长，增加工程量。根据我国的工程实践和试验研究，采用挑射角α=30º，此可推算出反弧半径R=53.0m。5.4隧洞水力计算设计中要求隧洞为无压泄流。为保证洞内稳定的明流状态，不出现忽而无压流、忽而有压流的明满流过渡流态，需进行水力计算。先确定平洞段底坡，然后进行水面线计算，高流速洞还应考虑掺气影响，掺气水面以上要有足够的净空；出口段应计算挑距L及冲刷坑深度tk，根据这两个参数来判断其对工程的影响。5.4.1设计条件本工程运行中，设计水位：Ñ设=2836m，设计泄洪流量：Q设=721.28m3/s校核水位：Ñ校=2838m，校核泄洪流量：Q校=806.03m3/s堰顶高程Ñ∩=2825m，堰宽P=9.0m。因在下泄校核洪水时也应满足各项要求，因此对校核情况进行水力计算。第114页第114页 设计（论文）专用纸5.4.2平洞段底坡计算得到临界坡降ik=0.0034。由于泄流时水流流速较大，为不影响隧洞的泄流能力，隧洞常用稍大于临界坡降的陡坡。设计采用底坡i=0.004。5.4.3洞内水面曲线由公式H=hc+q2/2gφ2B2hc2（5-1）式中：H——堰前总有效水头；φ——流速系数；hc——反弧段最低点水深。计算得平洞起始断面（反弧段最低点）水深hc=2.3m。以反弧段最低点为起始断面，按能量公式：依次向下游计算得出平洞段水面曲线，见表5-1表5-1平洞段水面曲线S(m)030.7274.44117.98161.32204.46247.41290.14332.67343H(m)6.66.66.66.656.696.736.796.836.887为保证洞内为明流，水面线以上应留有一定的净空，按规范要求高流速泄流隧洞掺气水面以上的净空为洞身面积的15%～25%。由计算知洞身断面满足要求。由于设计中泄流隧洞考虑与导流隧洞相结合，导流期的流量较大，留有一定的富裕是应该的。5.4.4出口消能计算1.挑距计算挑距L可用下面公式估算公式：（5-2）式中：L——挑距（m），鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离；V——坎顶水面流速（m/s），可取为坎顶平均流速的1.1倍；α——鼻坎挑射角度；h1——坎顶平均水深h在铅直方向投影，即h1=h·cosα；h2——坎顶至河床表面高差；g——重力加速度。计算得出挑距L为158.9m。3.冲坑深度冲坑稳定深度tr与水流冲刷能力和河床抗冲能力有关，采用以下估算公式：第114页第114页 设计（论文）专用纸tr=Krq0.5H0.25-t（5-3）式中：t——下游水位；H——上下游水位差；设计中，考虑到隧洞较长，沿程水头损失很大，H以坎顶水流的总有效水头计算；Kr——冲刷坑系数。对于坚硬岩石取Kr=0.9～1.2；坚硬但不完整岩石Kr=1.2～1.5；软弱破碎的岩石Kr=1.5～2.0,设计中取Kr=1.2。计算得出最大冲刷坑深度为tr=29.33m。4.计算结果分析冲刷坑的中心线至建筑物的边界应有一定的距离（称安全挑距），以确保冲坑不会危及建筑物的安全,一般安全挑距要大于冲刷坑深度的2.5～5.0倍。本设计中冲坑离鼻坎边界的挑距L=158.9m,L/tr=5.41>2.5，满足设计要求。第114页第114页 设计（论文）专用纸第六章施工组织设计6.1施工导流6.1.1导流标准及导流方案选择导流标准是选择导流设计流量进行导流设计的标准，导流设计流量是选择导流方案，设计导流建筑的依据。我国采用的导流标准，按现行规范《水利水电施工组织设计规范》SDJ338-89，需根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限和工程规模等指标，将导流建筑物分为级，见下表6-1：表6-1导流建筑物级别划分项目级别保护对象失事后果使用年限围堰工程规模堰高（m）库容（亿方）Ⅲ有特殊要求Ⅰ级建筑物淹没重要的城镇、工矿企业、交通干线、或推迟工程总工期及第一台机组发电，造成重大灾害和损失>3>50>1.0ⅣⅠ、Ⅱ级建筑物淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程总工期及第一批机组发电而造成较大的经济损失1.5~315~500.1~1.0ⅤⅢ、Ⅳ级永久建筑物淹没基坑，但对总工期及其第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小<1.5<15<0.1本工程为二等水利枢纽工程，主要建筑物为二级，施工围堰选为为Ⅳ级建筑物。根据规范及工程规模，选用导流标准为二十年一遇洪水重现期，即P=5%，导流流量Q=1180根据设计资料，可知坝址处相应于二十年一遇洪水重现期标准的分期洪水流量见表6-2。表6-2二十年一遇洪水流量（单位：）月频率1234567891011125％231491142085011008304802501628第114页第114页 设计（论文）专用纸土坝建于深厚的覆盖层上，不宜修建纵向围堰：且河床宽度不大，若分期修建土坝，容易形成接头薄弱面，加之坝体方量较大，保证其持续均衡生产十分重要，因而采用全断面围堰拦洪方案。坝址附近山坡陡峻，不宜采用导流明渠，涵管的泄流能力又有限。坝址右岸利于布置隧洞，山岩大部分为坚硬玄武岩，故采用隧洞导流方案。鉴于河床冲积层较深，岩基处理工程艰巨，时间长，为降低临时工程的投资，加快施工进度，将上游围堰与坝体结合，施工导流隧洞与泄洪隧洞结合。6.1.2施工分期本工程拟定工期为4年左右。采用隧洞导流方案，土坝施工分四期进行。（1）截流前，完成导流隧洞工程，并做好截流准备工作。（2）截流开始，在围堰的保护下，包括清水，清基，防渗墙施工。汛期来到之前将围堰抢修到拦洪水位以上，有余力则进行一部分坝体填筑。（3）拦洪后填筑大坝到开始封孔蓄水。（4）封孔以后大坝继续升高至设计高程。施工导流隧洞与泄洪隧洞结合。6.1.3导流工程规划布置隧洞及围堰型式和尺寸的选择，是个技术经济问题，本应拟定多种方案进行比较，选择导流隧洞及围堰造价最小的隧洞尺寸及围堰高程，因资料有限，这里只做一个方案。由于设计时将施工导流隧洞与永久隧洞结合，将两者的断面尺寸设计成相等上是比较经济的。如果按这个尺寸进行调洪演算，得出上游水位（拦洪水位）太高以至超过上游围堰的填筑能力，应加大隧洞的断面尺寸。（1）隧洞断面型式尺寸及布置。泄洪洞断面为城门洞型，宽7m，高10.5m。隧洞底坡i=0.006，进口高程2797m，出口高程为2750.00m。为使流态较好，进口布置成直线，设置喇叭口，并与明渠相连。（2）调洪演算。上游拦洪围堰为坝体的一部分，因此采用施工期拦洪渡汛标准。拦洪时所形成的库容为1.0亿-0.1亿m3之间，设计洪水重现期为100-50年。本设计将设计洪水频率定为1%，则Q1%=1680m3/s。下游围堰按临时性建筑物选用洪水标准，按规范采用5%洪水，Q5%=1180m3/s。对1%，5%洪水按洪峰流量控制进行放大，得出相应的洪水过程线，进行调洪演算，得到1%洪水时的拦洪水位为2779.68m，下泄流量为721.78m3/s。5%洪水时的拦洪水位为2773.01m，下泄流量为665m3/s。（3）围堰主要型式、尺寸及布置本工程采用围堰拦洪，为全年挡水围堰。鉴于当地砂砾料丰富，上游围堰作为坝体的一部分，因而上下游围堰均采用砂砾石粘土斜墙围堰。经过调洪演算，堰顶高程以不低于设计洪水的静水位与波浪高度和堰顶安全加高之和为原则，得上游围堰堰顶高程为2786m,下游围堰堰顶高程为2778m.第114页第114页 设计（论文）专用纸考虑到施工的要求围堰的顶宽取为8m。考虑边坡稳定的要求，尤其是上游围堰作为坝体的一部分，围堰的上下游边坡要求更高。建在基岩河床上，围堰选用斜墙式，防渗铺盖的尺寸经过渗流计算确定。通过渗流计算，可以得出围堰铺盖厚1m。上游围堰的上游粘土斜墙的坡度：外坡1：2.7，内坡1:1.5；下游沙砾料的坡度上游侧1：3.0，下游侧1:1.5。下游围堰的下游粘土斜坡上游坡坡度：1：3.0，下游侧外坡1:1.5，如图6-1,6-2,6-3。第114页第114页 设计（论文）专用纸上游围堰作为坝体的一部分把基坑全部包围起来。下游围堰不作为坝体，布置在离坝不远而河床又比较狭窄的地方，还考虑离开导流洞出口一定的安全距离。6.2施工进度计划由于本设计属于初步设计阶段，所以只编制轮廓性施工进度。大中型水利水电工程建设，施工组织设计规范规定划分四个阶段，包括工程筹备期，工程准备期，主体工程施工期和工程完建期，但并非所有工程的四个阶段均能截然分开，某些工程的相邻两个阶段工作也可以交错进行。工程施工总工期为工程准备期，主体工程施工期及工程完建期三者之和，工程筹建期不计入总工期。6.2.1大坝施工控制性进度本工程拟定2013年开工，从截流开始到大坝开始填筑完毕计4年，在现有的施工能力及保证质量的前提下，尽可能缩短工期，提早发挥效益。（1）截流和拦洪日期针对该河流的水文特性，11月开始流量明显下降，因此，设计截流日期定为2013年11月1-15日，实际施工中，根据当时的水文、气象条件及实际水情进行调整。（2）封孔及发电日期鉴于流量资料不足，为安全着想在大坝上升至泄洪隧洞进口高程以后进行封孔蓄水。心墙坝填筑要求粘土与砂砾同时上升，施工进度由粘土上升速度控制。因此封孔蓄水日期定为2016年4月1日。实际的发电日期根据当时水文、气象条件及水情进行调整。水库蓄水过程一般按80%-90%的保证率的流量过程线来预测。初始发电水位为70%工作水深。根据计算从4月1日封孔蓄水，到8月底即可蓄到初试发电水位，因此机组发电日期定为2016年9月1日，实际发电日期根据当时水文，气象条件及水情进行调整。第114页第114页 设计（论文）专用纸（3）大坝竣工日期按5m/月的速度上升，在2016年5月实现大坝填筑完成。6.2.2施工顺序安排（1）明确控制点截流、拦洪、封孔、发电。（2）截流前应完成的工程（导流隧洞工程）。其中隧洞进出口开挖一般为2-4个月；洞身开挖：日平均进尺2-3m（视施工条件而定），月平均进尺50-70m；隧洞混凝土衬砌，可与开挖同时进行。为避免干扰和安全需要，一般落后于开挖面50-70m；回填灌浆在混凝土衬砌以后，不早于15天，不迟于30天内进行，固结灌浆在回填灌浆后一星期进行；导流时，洞身衬砌应有足够的强度。（3）截流以后拦洪以前（汛期）应完成的工程。围堰工程及排水；基础开挖及防渗墙施工。（4）与封孔蓄水有关的工程上游移民，工程设备拆迁，库内清理等工程；引水隧洞工程，按进口段明渠开挖、洞身开挖、洞身进口混凝土、衬砌及进口设备安装；基础处理工程应保证蓄水；完成溢洪道工程，保证蓄水或泄水；大坝进度必须赶在洪水前面。（5）发电前应完成的工程引水系统及厂房工程；开关站、机电设备安装。6.2.3节点控制工期1.根据施工施工导流、发电目标等要求，节点控制工期如下：施工准备：2012年度；工程开工：2013年1月1日；隧洞完工日期：2013年10月；工程截流：2013年11月1日-11月15日；大坝拦洪时间：2014年5月；引水隧洞完工日期：2016年4月；大坝填筑完工日期：2016年5月；发电厂房完工日期：2016年7月；机组安装完工日期：2016年8月；发电日期：2016年9月；工程竣工日期：2016年11月；2.施工横道图如图6-4第114页第114页 设计（论文）专用纸图6-4施工横道第114页第114页 设计（论文）专用纸6.3施工总布置施工总布置是施工组织设计的重要组成部分，它以施工总布置图的形式反映拟建的永久建筑物、施工设施及临时设施的布局。施工总布置应充分掌握、综合分析枢纽工程布置，主体建筑物规模、形式、特点、施工条件和工程所在地区社会、自然条件等因素，合理确定并统筹规划布置施工设施和临时建筑，妥善处理施工场地内外关系，以保证施工质量。加快施工进度、提高经济效益。6.3.1施工总布置的原则（1）施工临时设施与永久建筑物，应考虑互相结合、统一规划的可能性，最好做到“临时工程永久化”，即利用永久工程做临时工程。（2）确定施工临时设施及其规模时，应研究利用已有设施为施工服务的可能性与合理性。（3）主要施工设施和主要辅助企业的防洪标准应根据工程规模、工期长短、水文特性和损失大小进行论证。（4）场内交通规划必须满足施工需要，适应施工程序、工艺流程。全面协调单项工程、施工企业、地区间交通运输的链接与配合。力求使交通联系简便，运输组织合理，节省工程投资，减少运营费用。（5）施工总布置应紧凑、合理节约用地，并尽量利用荒地、滩地、坡地，不占或少占良田。（6）施工场地布置应避开不良地质区域、文物保护区域。6.3.2施工总布置1.施工分区原则（1）本工程为以当地材料为主的粘土心墙坝,施工分区布置宜以土石料采挖、加工、堆料场和上坝运输路线为主，使枢纽工程施工形成最优流程。（2）机电设备、金属结构安装场地宜靠近主要安装点。（3）施工管理中心宜设在主体工程、辅助企业和仓库区适中地段；各施工区应靠近各施工对象。（4）生活福利设施应考虑风向、日照、噪声、绿化、水源水质等因素，其生产、生活设施应有明显界限。（5）特种材料仓库（炸药、雷管、油料等）应根据有关安全规程的要求布置。（6）主要施工物资仓库、站场、转运站等储运系统一般应布置在场内外交通衔接处.（7）弃渣地点应选在施工场地的滩地、沟谷等处。2.主要施工分区大、中型水利水电工程，可按以下分区：（1）主体工程区。（2）施工辅助企业区。第114页第114页 设计（论文）专用纸（3）当地建材开采区。（4）仓库、站场等储运系统。（5）机电、金属结构和大型施工机械设备安装场地。（6）工程弃料堆放区。（7）施工管理中心及各施工区。（8）生活福利区。各施工分区之间应以场地内交通为纽带，能适应整个工程施工进度和工艺流程的要求，在布置上尽可能协调统一，便于管理。3.本工程分区布置方式根据工程特点、施工场地的地形、地质、交通条件、施工管理组织形式等，施工总布置一般除建筑材料开采区、转运站及特种材料仓库外，可分为集中式、分散式和混合式3种基本形式。本工程坝址下游右岸处地势较平，可供施工场地布置用。所以，本工程采用集中布置的方式，主要施工场地选择在对外交通线路引入的右岸。如成果图所示。6.3.3场内交通线路布置1.场内交通布置原则（1）场内生产干线与对外交通线路衔接畅通，使外来物料能直接运送至需要地点或工厂仓库。具体布置时应先外后内，先铁路后公路。（2）场内生产干、支线系统布置应尽量短接，并与主要物料流向一致，做到大宗客货流的运输路线最短。（3）生产干线应避开地方居民点、职工生活福利区，不穿行辅助企业和施工现场，并距企业出入口、外墙、场地边缘、危险品仓库等设施有一定的距离。主要生产干线避免平面交叉，以保证运输安全。（4）主要干、支线尽量成环形系统，使场内交通有较大的灵活性。（5）正确选择联系两岸的桥渡位置、地形地物控制点，利用地形合理布局，使基建工程量最小，临时工程投资最省。2.公路线路布置确定线路走向：（1）在画有分区布置的地形图上，标明两岸联系的渡桥位置、地形、地物地质上的控制点，如垭口、滑塌区、对外交通线进入场区位置等。（2）将运输量大、流向基本一致的供需单位和必经、必绕的控制点，按工艺布置的首尾顺序和物料流向用一条或几条线路联系起来，组成不同的干、支线布置方案。（3）用支线、联络线将其他各供需单位与上述干、支线相联系。3.两岸交通桥渡位置选择跨河桥渡位置是场内交通线路的重要控制点，在施工中起着重要的保证作用，因此，应重点研究，妥善处理。建桥位置选择（1）服从生产干线的总方向，并满足线路的一般要求。（2）两岸有较好的岩层条件，避开溶洞、滑塌等不良地质、水文地质地段。第114页第114页 设计（论文）专用纸（3）考虑主河流及较大及支流在施工导流、泄洪等不同水力条件下河道的变化，把桥位置选在其影响范围之外，或采取相应措施下，不得阻碍水流、不抬高尾水位为宜。（4）考虑施工方便，两岸联系快捷，距离施工区既近又满足安全要求，并避免干扰。根据经验，桥址选在坝轴线下游1～2km为宜。（5）桥位选在河道顺直、水流稳定、河槽较窄的河段上；轴线尽量垂直高水位主流方向，避开支流汇合处回流、浅滩等水流不稳定的河段。（6）满足通航要求。桥位选择要与桥型选择相结合。本工程将桥位选择在离坝轴线下游500m处。如图所示。6.3.4施工辅助企业及辅助设施布置布置原则（1）沙、石加工系统应尽量靠近料场，并选择水源充足、运输及供电方便、有足够堆料场地和适当坡度而便于排水、清淤的地段。（2）空压机站、修钎厂宜分散布置在石方开挖集中的地点或其他用风地点附近。（3）综合加工厂最好相邻布置，并靠近主体工程施工处，有条件时可与混凝土系统相邻布置。（4）机械修配厂、汽车修配厂、汽车保养厂宜相邻布置，以利于共用加工修配力量。其位置宜选在后方较平坦、宽阔、交通方便的地段。（5）低压变电站或自备电厂宜布置在负荷中心附近。（6）施工供水尽量集中。选择水质、水量满足要求，且靠近主要用水地点，并使干管总长度最短。如用水地点分散，可采用多水源分区供水的方式。（7）有条件时将比较固定的且难以迁建的辅助企业，如机械修配厂、汽车修配厂、金属结构加工制作等，尽量布设于基地，既可以为工程服务又可以为社会服务。（8）机电设备、金属结构安装场地宜靠近主要安装地点，也可以直接布置在永久设备仓库内，以便共用库房、起重设备和场地。（9）凡对空气、水源有污染的企业，有噪声、振动的企业，布置时应考虑环境保护的要求。（10）氧气厂宜布置在空气洁净而偏僻的地方。（11）弃料场的布置，不能影响各项永久工程和导流工程的施工运行，弃料要一次到位，避免转运；尽可能利用开挖料渣，填筑围堰，开拓施工场地。第114页第114页 设计（论文）专用纸参考文献[1]左东启等.水工建筑物(上册).南京:河海大学出版社[2]SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》.水利部,2001[3]SD134-84《水工隧洞设计规范》[4]麦家煊.水工建筑物.清华大学出版社[5]吴持恭.水力学.第4版.四川大学：高等教育出版社,2008[6]刘忠玉.土力学.中国电力出版社,2007[7]SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》.水利部.2004[8]袁光裕等.水利工程施工.第5版.中国水利水电出版社,2009[9]周之豪等.水利水能规划.第2版.中国水利水电出版社,1997[10]迟道才等.水利专业英语.中国水利水电出版社,2006[11]左启东、顾兆勋、王文修等编著.水工设计手册7—水电站建筑物.水利电力出版社—第二版,1989年5月[12]《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000.2000年7月[13]刘瑞、张志铁、叶知满等编著.水工钢筋混凝土结构学.水利水电出版社—第三版，2007年[14]金钟元编著.水力机械.水利水电出版社—第二版，2007年[15]DL/T5127-2001《水力发电CAD制图技术规定》[16]ParkR,PaulayT.ReinforcedConcreteStructures.NewYork:John&Wiley,1975第114页第114页 设计（论文）专用纸结论本次设计是关于E江河土石坝枢纽布置的初步设计，包括了挡水建筑物，泄水建筑物，输水建筑物的设计和它们的布置。本设计是属于初步设计，只是对E江河水利枢纽进行系统的研究，所以很多地方做得不是很详细。本次设计根据充分利用水资源、综合利用工程设施和就地取材的原则，通过不同方案的分析比较，论证本工程及主要建筑物的等级标准，选定坝址，确定工程总体布置方案、主要建筑物型式和控制性尺寸、水库各种特征水位，制定施工导流方案、施工总进度，并进行选定方案的设计。本次设计相较以前我们做的设计，历时较长，内容较多，其间有很多做得不足的地方。特别是在渗流稳定验算部分，由于以前接触流网法接触的少，虽然在设计中花了很多时间去研究流网的画法，也请教了老师和同学，但最终还是没弄明白怎么画，只能照着类似的图，大体画了一个，所以在用流网校核渗流稳定的时候得到的渗透坡降就不是那么准确。除此之外，在进行稳定计算的时候，由于稳定计算这一部分工程量较大，需要借助相关软件或VB程序来算，由于老师给我们的软件用不了，而VB对于我这样的生手来说，在较短的时间内又无法上手，最终只能用传统的方法来算，为了节省点工程量，就只算了稳定渗流期1-1断面无地震情况下上下游坝坡的安全系数，所以，得出的结果比较片面。还有施工组织设计，这是我最生疏的部分，也恰好是我的深入设计部分，由于在整个设计过程中没安排好时间，在做到这一部分时，时间已经很紧了，而这一部分又是内容很多，资料又不足，所以对这一部分就没有做很详细的设计，虽然是深入部分，但却很粗糙，不过也很认真的去研究了施工进度的控制和并粗略的画了施工横道图。总之，这次设计虽然花费了很大精力，也很努力的去完成，但还是有很多不足，在设计中也存在很多纰漏，望老师谅解！第114页第114页 设计（论文）专用纸总结与体会经过三个月，十二周的紧张工作，本次设计终于接近尾声了！从一开始的毫无头绪，到最终的思路清晰，这一路上真的付出了好多，同时也收获了很多。这次设计最大的问题是没把时间安排好，刚开始的一个月，总以为时间很多，就整天无所事事，在那一个月里一点进度都没有，直到于老师打电话到宿舍来催，我才意识到时间的紧迫，才发现同一小组的成员都做了好多了，从此紧张的毕业设计生活才拉开帷幕，而这样毕业设计生活却以不断去赶超别人的进度进行下去，有点狼狈。同时我也意识到以后做什么事一定要有时间就做，不要等到最后期限才去赶。不过虽然在赶进度，但还是很认真的去完成了这次设计，就连一开始被我跳过的土料分析，最后也抽时间去好好的做了一遍。这次设计让我感触最深的是，规范真的对我们工程类的真的很重要，没有规范设计真的很难做下去，本次设计过程中，在跟着规范走的同时，也查阅了很多资料，先是网上找了类似的模板，然后照着模板对着规范参照着课本一点一点的往下做，遇到不懂的先在网上查相关的知识，再找同学讨论，最后才去问老师，整个设计做下来竟然下了好多规范。而我想这些规范在以后我的工作中应该都很有用，所以这次设计也算是对以后工作的预热吧！这次设计让我收获最多的当然是我们专业方面的知识，为期三个月的设计，时间不算长，却把我们四年所学的东西大体的总结了一遍，我在做设计的同时，也不断查阅课本上的相关知识，发现设计做完，以前忘得差不多的知识现在又有了清晰的轮廓。除此之外，在进行分组设计的同时，也加强了我同学间的合作意识，和提高了我的沟通协作能力。第114页第114页 设计（论文）专用纸谢辞毕业设计需要我们较为全面的了解基本资料，综合系统的复习和巩固以前所学专业知识，查阅大量相关资料。这是一次综合性设计，工作量大且复杂。对于这次设计，我的知识水平是远远不够的。之所以能够完成设计任务，是在设计过程中我得到老师和同学的许多帮助。在整个设计过程中，我们的指导老师也给了我许多帮助和建议。在此，我对所有帮助过我的老师和同学表示诚挚的谢意！同时也感谢学校给我们提供如此丰富的资料库，让我再设计过程中能够很便捷的查到相关内容，让我在设计过程中遇到的问题得到了有效的解决。第114页第114页 设计（论文）专用纸附录一设计计算书第一章调洪演算主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。正常运用（设计）洪水重现期100年；非常运用（校核）洪水重现期2000年。采用隧洞泄洪方案水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。1.1调洪演算原理采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线.1.拟定几组不同堰顶高程Ñ∩及孔口宽度B的方案由公式做泄流能力曲线其中m——流量系数，与堰型有关，取0.502；H——作用水头m；——侧收缩系数取0.86；B——过水净宽。g——重力加速度2.由公式确定设计洪水和校核洪水情况下的出起调流量3.由起调点开始分别在设计洪水和校核洪水单位过程线上做三条直线假定为洪水过程线，A、B并分别交设计洪水和校核洪水单位过程线于A1、A2、A3和B1、B2、B3,并根据图读出假设的泄水流量Q4.查出直线AAi（或BBI）与洪峰过程线所包围的面积A，并根据下述公式换设计：V=A×（1680/24）×6×3600=1.512×106A校核：V=A×（2320/24）×6×3600=2.088×106A5.由各调节库容与正常蓄水位以下库容（720×106m3）之和得V总。V总=Vi+720×1066.在V~H曲线上根据V总查出高程H。7.由上述所求得的Q、H值作出Q~H曲线与溢洪道泄流能力曲线交于一点，读出所对应的Q泄、H值第114页第114页 设计（论文）专用纸图1-11.2调洪计算过程方案一：Ñ=2815m,B=8m（1）做泄流能力曲线取一个水库水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表表1-1泄流能力曲线水库水位H流量Q28321072.29728331168.28928341266.98728351368.31728361472.21328371578.61328381687.4628391798.69928401912.28128412028.15828422146.28528432266.62第114页第114页 设计（论文）专用纸起调流量=0.860.5028（2836-2815）=1472.21m3/s（2）设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-2设计洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)1522.321.17851.781892721.782836.9715401.09181.650802721.562836.91616100.73241.107389721.112836.694Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=1576.62m3/s，H=2836.86m（3）校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-3校核洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H（m)1546.676.67813.94366733.942836.61643.345.984512.49564732.502836.5417405.363711.19941731.202836.49Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=1533.79m3/s，H=2836.62m。第114页第114页 设计（论文）专用纸图1-2方案二：Ñ=2825m,B=8m（1）做泄流能力曲线取一个水库水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表方案二表1-4泄流能力曲线水库水位H流量Q2832283.32752833346.15982834413.05272835483.7732836558.1242837635.93622838717.062第114页第114页 设计（论文）专用纸2839801.37122840888.74782841979.087828421072.29728431168.289起调流量=0.860.5028（2836-2825）=558.12m3/s（2）设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-5设计洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)63019.577129.60058749.602837.2470018.230727.56482747.562837.1677016.693125.23997745.242837.06Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=653.79m3/s，H=2837.2m（3）校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-6校核洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)676.6726.824156.00872776.012838.33773.3324.081750.28259770.282838.187022.146246.24127766.242837.93Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=733.16m3/s，H=2838.23m。第114页第114页 设计（论文）专用纸图1-3方案三：Ñ=2825m,B=9m（1）做泄流能力曲线取一个水库水位H，由公式=0.860.5029H求得流量，如下表表1-7泄流能力曲线水库水位H流量Q2832318.74342833389.42982834464.68422835544.24472836627.88952837715.42822838806.69472839901.54262840999.841328411101.47428421206.33428431314.326起调流量第114页第114页 设计（论文）专用纸=0.860.5029（2836-2825）=627.89m3/s（2）设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-8设计洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)70017.228326.04919746.052837.177015.738923.79722743.802837.0184014.616922.10075742.102836.94Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=721.78m3/s，H=2837.07m（3）校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-9校核洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)773.3323.350648.75605768.76283887021.715145.34113765.342837.89966.6719.9441.63472761.632837.74Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=806.03m3/s，H=2838m。第114页第114页 设计（论文）专用纸图1-4方案四：Ñ=2826m,B=8m（1）做泄流能力曲线取一个水库水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表表1-10泄流能力曲线水库水位H流量Q2832224.83742833283.32752834346.15982835413.05272836483.7732837558.1242838635.93622839717.0622840801.37122841888.74782842979.087828431072.297起调流量=0.860.5028（2836-2826）=483.77m3/s（2）设计洪水时：Q设=1680m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-11设计洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)56022.659934.26177754.262837.4463021.085431.88112751.882837.3470019.361829.27504749.282837.23Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=590.52m3/s，H=2837.39m第114页第114页 设计（论文）专用纸（3）校核洪水时：Q校=2320m3/s计算Q～H曲线列表如下：表1-12校核洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV（106m3）水库总水量V（106m3）水库水位H(m)58029.999762.63937782.642838.61676.6727.78358.0109778.012838.42773.3325.258452.73954772.742838.2Q～H曲线与Q=Bmє(2g)1/2H3/2的交点为：Q泄=674.5m3/s，H=2838.43m。图1-5第114页第114页 设计（论文）专用纸第二章坝顶高程计算2.1计算原理坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：A、正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高B、设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高C、校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高D、正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高坝顶安全超高y的计算公式为：y=R+e+A（2-1）y——坝顶超高R——最大波浪在坝坡上的爬高，m（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵去校核情况0.5）,按式（2-3）计算e——最大风壅水面高度，按式（2-2）计算A——安全加高（按规范二级大坝设计情况为1.0,山区丘陵校核情况0.5）其中风壅水面高度e=（2-2）式中e----计算点处的风壅水面高度，m；D----风区长度，m；K----综合摩阻系数，取3.6；β----计算风向与坝轴线法线的夹角，（22.5°）Hm---水域平均水深mW---设计风速，正常运用条件下的2级坝采用多年平均年最大风速的1.5-2倍，,本设计取1.5倍，非常运用条件下采用多年平均年最大风速平均波浪爬高（由于m=1.5—5）(2-3)设计波浪爬高值应根据工程等级确定，2级坝采用累积频率为1%的爬高值.正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:式中Rm——平均波浪爬高m——单坡的坡度系数,若坡角为a,即等于cotaK△——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查规范得0.78Kw——经验系数,查规范得1.0波浪平均波高和平均周期（由于D<20000m,W<20m/s）gh/W2=0.0076W-1/12(gD/W2)1/3(2-4)gLm/W2=0.331W-1/2.15(gD/W2)1/3.75(2-5)式中h,gD/W2在20～250之间,为累积频率5%的波高h5，gD/W2在250～1000之间,为累积频率10%的波高h10，累积频率P的波高hp第114页第114页 设计（论文）专用纸与平均波高hm的比值可由表查到。2.2坝顶高程计算结果见表2-1表2-1坝顶高程计算项目正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高上游静水位（m)28362837.0728382836河底高程(m)2750275027502750坝前水深Hm(m)8687.078886吹程D（m)15000150001500015000风向与坝轴线夹角β22.522.522.522.5风速w（m/s)28.6528.6519.119.1平均波长Lm（m)32.6164622632.61646220.854920.8549护坡粗糙系数K△0.80.80.80.8上游坝坡坡脚m2.72.72.72.7经验系数Kw1111累积频率10%的波高h10%(m)2.7110474772.71104751.6331386221.6331386平均波高hm（m)1.5851.5850.9550.955第114页第114页 设计（论文）专用纸平均波浪爬高Rm1.9980283911.99802841.2400245651.24002461%波浪爬高R1%4.4564.4562.7652.765风浪引起坝前壅高e(m)0.0240.0240.0110.011安全超高A(m)110.51超高y(m)5.4805.4803.2763.776地震超高（m)0001坝顶高程2841.4802842.5502841.2762840.776坝高（m)91.48092.55091.27690.776沉降0.3%后坝高91.75492.82791.55091.048沉降0.3%后坝顶高程2841.7542842.8272841.5502841.048第114页第114页 设计（论文）专用纸第三章土石料的设计3.1粘性土料的设计1．计算公式（1）粘性土料的填筑干容重以压实干容重为设计指标，并按压实度确定γd=Pγdmax(3-1)式中：P——填土的压实度；gd——设计填筑干容重；gdmax——标准击实试验最大干容重。对Ⅰ、Ⅱ级坝和各种等级的高坝P应不低于0.98～1.00；对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级坝（高坝除外）应不低于0.96～0.98。(2)用下式校核设计填筑干容重γd≥1.02~1.12γd(3-2)式中：γd——设计干容重；γdo——土场自然干容重。（3）由下式确定填筑含水量gd=gs(1-Va)/(1+ωOPgs/g0)（3-3）式中：Va——压实土体单位体积中的含气率，粘土0.05，壤土0.04，砂壤土0.03；gs——土粒容重；ωOP——填筑含水量。其中，设计最优含水量取在塑限附近略高于塑限：ω=ωp+ILIp(3-4)式中ωp——土料的塑限含水量，以小数计；Ip——土料的塑性指数，以小数计；IL——土料的液性指数，亦称稠度，高坝可取-0.01～0.1，低坝可取0.10～0.20。2.计算过程粘性土料设计的计算成果见表3-1。第114页第114页 设计（论文）专用纸表3-1粘性土料设计成果表料场比重Gs最大干容重γdmaxkN/m3最优含水量（%）设计干容重(g/cm3)塑限ωp%塑性指数Ip设计填筑含水量%自然含水量%孔隙比e干容重γwkN/m3湿容重γwkN/m3内摩擦角φ液限%渗透系数K有机质含量%可溶盐含量%1#下2.6715.69622.0715.38223.1419.4624.69724.80.73415.1618.9124.6742.64.3171.730.072#下2.6716.18721.0215.86322.221.723.93624.20.72115.1818.9125.543.94.81.90.0191#上2.6515.30422.314.9982524.5726.96625.60.9913.0317.3523.1749.571.92.20.112#上2.7415.10723.814.80526.323.528.18026.310.9312.8416.3721.549.93.960.250.113#下2.717.65816.917.305201421.12015.90.5816.6419.11283431.90.08第114页第114页 设计（论文）专用纸3.2砂砾料设计1.计算公式坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：Dr=(emax-e)/(emax-emin)(3-5)式中：emax——最大孔隙比,为0.7857；emin——最小孔隙比，为0.3699e——填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比e=n/(1-n)；rd——填筑的砂、砂卵石或原状砂、砂卵石干容重。rd=Gs*9.81/(1+e)（3-6）2.根据砂砾场颗粒粒径，画出个料场砂砾曲线图，如图3-1、3-2所示。(1)在图上找出d60和d10时所对应的土粒含量.从而求得不均匀系数Cu=d60/d10(2)在图上直接查出大于5mm的颗粒含量.图3-11-4号上料场颗粒级配图图3-21-4号下料场颗粒级配图各砂砾场的渗透系数均为2.0×10-2厘米/秒左右,最大孔隙率为0.44,最小孔第114页第114页 设计（论文）专用纸隙率为0.27,在下表中为列出.第114页第114页 设计（论文）专用纸2.计算成果砂砾料的计算成果见表3-2。表3-2砂砾料计算成果料场d60(mm)d10(mm)不均匀系数Cu>5mm砾石含量%比重Gs孔隙率n%设计孔隙比e相对密实度Dr设计干容重γd(KN/m3)湿容重γw(KN/m3)浮容重(KN/m3)内摩擦角φ粘聚力ckPa渗透系数K（10-2cm/s）1#上300.742.86472.7532.50.480.73218.21018.611.58835°10′022#上250.641.67482.7434.70.530.61217.55217.911.14636°00′023#上170.628.3352.52.76310.450.80918.68219.111.91335°40′024#上300.742.86462.7531.50.460.78418.4801911.76036°30′021#下10.80.3828.4246.52.7532.50.480.73218.21018.611.58835°20′022#下11.60.716.57432.7332.20.470.74718.15818.511.50736°40′023#下12.50.525.00442.7332.50.480.73218.07718.411.45635°50′024#下12.20.620.3345.42.7233.80.510.66217.6641811.17037°10′02第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第四章渗流计算渗流计算应包括以下内容:1.确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及其坝基内的等势线分布图或流网图；2.确定坝体与坝基的渗流量；3.确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；4.确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置空隙压力；5.确定坝肩的的等势线、渗流量和渗透比降．渗流计算应包括以下水位组合情况：1.上游正常蓄水位与下游相应的最低水位2.上游设计水位与下游相应的水位3.上游校核水位与下游相应水位4.1计算方法选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。通过防渗体流量：（4-1）通过防渗体后渗流量：（4-2）假设：1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2）由于砂砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。4.2.计算断面与计算情况对河床中间断面1-1以及左右岸坡段各一断面2-2、3-3三个典型断面进行渗流计算，断面的简化图见附录，计算按正常蓄水和设计洪水和校核洪水位三种情情况进行。第114页第114页 设计（论文）专用纸图4-11-1断面计算简图相应的计算系数Kc=3.0cm/s,Kw=1.0cm/sK=2.0×10-2cm/sK0=2.0×10-2cm/s1-1断面（2750m高程）：（1）正常蓄水位与相应下游水位正常蓄水位2836m下游相应的最低水位为2752.2mH2=2.2mT=30mt=1mH1=86mδ=(3.8+39.04)/2=21.42mL=200.28m由q1=q2计算得：h=2.775mq1=q2=7.65×10-6m3/s(2)设计洪水位与下游相应的水位设计洪水位2837.07m下游相应的最低水位为2754.63mH2=4.63mT=30mt=1mH1=87.07mδ=(3.8+39.04)/2=21.42mL=203.93m由q1=q2计算得：h=4.87mq1=q2=7.73×10-6m3/s第114页第114页 设计（论文）专用纸(3)校核水位与下游相应水位校核洪水位2838m下游相应的最低水位为2754.95mH1=4.95mT=30mt=1mH2=88mδ=(4.8+39.04)/2=21.42mL=204.41m由q1=q2计算得：h=5.192mq1=q2=7.88×10-6m3/s2-2断面（2775高程）:图4-22-2剖面简图上游坝底高程取在2786.76m处，下游坝底高程取在2762.11m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2773.23m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深17m。（1）正常蓄水位与相应下游水位正常蓄水位2836m下游相应的最低水位为2752.2mH2=0mT=17mt=1mH1=62.77mδ=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2计算得：h=0.236mq1=q2=4.56×10-6m3/s(2)设计水位与下游相应的水位第114页第114页 设计（论文）专用纸设计洪水位2837.07m下游相应的最低水位为2754.63mH2=0mT=17mt=1mH1=63.84mδ=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2计算得：h=0.243mq1=q2=4.7×10-6m3/s(3)校核水位与下游相应水位校核洪水位2838m下游相应的最低水位为2754.95mH2=0mT=17mt=1mH2=64.77mδ=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2计算得：h=0.249mq1=q2=4.82×10-6m3/s3-3断面(2775高程)：上游坝底高程取在2753m处，下游坝底高程取在2750.23m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2751.17m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深19m。图4-33-3剖面简图（1）正常蓄水位与相应下游水位正常蓄水位2836m下游相应的最低水位为2752.2mH2=1.03mT=19mt=1mH1=84.83m第114页第114页 设计（论文）专用纸δ=(3.8+38.57)/2=21.19mL=200.51m由q1=q2计算得：h=1.373mq1=q2=6.65×10-6m3/s(2)设计水位与下游相应的水位设计洪水位2837.07m下游相应的最低水位为2754.63mH2=3.46mT=19mt=1mH1=85.9m=(3.8+38.57)/2=21.19mL=204.16m由q1=q2计算得：h=3.775mq1=q2=6.75×10-6m3/s(3）校核洪水位与下游相应的水位校核洪水位2838m下游相应的最低水位为2754.95mH1=3.78mT=19mt=1mH2=86.83mδ=(3.8+38.57)/2=21.19mL=204.64m由q1=q2计算得：h=4.096mq1=q2=6.88×10-6m3/s4.3逸出点坡降计算1、做各种工况下的浸润线（1）下游坝壳的浸润线用下式求（4-3）其中L为防渗体逸出点到下游水位与棱体内坡交点的水平距离（2）防渗体的浸润线用下式计算（4-4）其中为各水位与防渗体上游交点到防渗体下游逸出点的水平距离2、做各断面各工况下的流网图，并根据下式求各逸出点的坡降(4-5)第114页第114页 设计（论文）专用纸其中，Δh为两根等势线的水头差，(ΔH为上下游水位差，n为流网中等势线条数ΔI为渗流逸出点所在网格相邻两根等势线之间的平均流线长度各种工况下渗流逸出点坡降计算成果如表4-2：表4-2逸出点渗透坡降成果表断面1-1工况正常设计校核坡降J2.163.533.10断面2-2工况正常设计校核坡降J1.691.862.39断面3-3工况正常设计校核坡降J2.241.941.87第114页第114页 设计（论文）专用纸第五章土石坝稳定计算土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同坝基有可能发生失稳。本设计中的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。稳定分析计算的目的在于分析坝坡在各种不同工作条件下可能产生的失稳形式，校核其稳定性。5.1计算方法采用折线法法计算，具体的计算过程如下：计算公式为（5-1）（5-2）由于由以上二式联立，可以求得安全系数(5-3)其中：5.2计算过程各工况计算简图如下图5-1（上游坝坡）和5-2（下游坝坡）第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸图5-1上游坝坡滑动面第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸图5-2上游坝坡滑动面计算过程见下表5-1第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页 设计（论文）专用纸续上表第114页第114页 设计（论文）专用纸第六章细部结构计算6.1反滤层的设计计算：反滤层的设计要满足两个条件：（1）滤土要求；（2）排水要求。1.防渗墙的反滤层：按照规范被保护土是粘性土，小于0.075mm颗粒含量71%，在40%到85%之间。由滤土要求：0.7mm(6-1)由排水要求：4，且要满足0.1mm(6-2)第一层反滤料从已经探明的料场中可以发现只有1#下满足要求，=0.6。第一层反滤层与坝壳之间：～5满足反滤要求，故不需要设置第二层反滤层。2．坝壳与棱体排水，以及地基与棱体排水之间的反滤层的设计反滤层所保护的为无粘性土，不均匀系数为=39.818，5mm的含量为45.4%>40%，按规范要求取5mm以下的细颗粒（满足5）的，作为计算粒径。=2.8=0.6===3.125<5～8第一层反滤层的级配：4～5由这两个条件可以求得3，11.2～14,取=8mm。从已经探明的料场中可以发现4#上满足要求6.2护坡设计本工程采用开挖出的石料作为护坡材料，砌石护坡在最大浪压力下所需要的球形直径和质量，平均粒径平均质量和厚度的计算（6-3）式中=2.7，取=1.34，----累计频率5%的波高3.09m第114页第114页 设计（论文）专用纸ρk----块石密度，取全分化玄武岩密度为1.66g/cm3。带入数据计算得=2.025m质量：===7.24t厚度为：32.62/3.09=10.56<15t=2.52m（6-4）第114页第114页 设计（论文）专用纸第七章隧洞水力计算7.1设计条件本工程运行中，设计水位：Ñ设=2837.07m，设计泄洪流量：Q设=721.78m3/s校核水位：Ñ校=2838m，校核泄洪流量：Q校=806.03m3/s堰顶高程Ñ=2825m，堰宽B=9.0m。进口堰面曲线（以堰顶为坐标原点）采用WESⅠ型堰面曲线,坝面铅直，方程为：Xn=KHdn-1y（7-1）x1.85=2.0Hd0.85y（7-2）式中Hd——定型设计水头，按堰顶最大作用水头Hmax的75%～95%计算Hd＝（2838-2825）×（75%～95%）=9.75～12.35取Hd＝11mK，n——与上游面有关的系数和指数,,当坝面铅直时,K=2.0,n=1,850x1.85=2.0Hd0.85y=2.0×110.85yx1.85=2.0Hd0.85y=2.0×7.676y=15.35y上游连接段采用三圆弧法R1=0.5Hd=5.5me1=0.175Hd=1.925mR2=0.2Hd=2.2me2=0.276Hd=3.036mR3=0.04Hd=0.44me3=0.282Hd=3.1m反弧段半径R=（0.5～1.0）(Hd+Zmax)=(0.5～1.0)(83.8+11)=47.4～94.8m(其中Zmax为最大的上下游水位差，取83.8m)初设平洞段长343m.宽9m7.2闸门型式与尺寸工作闸门及检修闸门均采用平板门，设在进口处。闸门宽9.0m，闸门高度13m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+浪高=2836-2825+2=13m取13m洞身断面型式和尺寸为保证无压流,溢流孔口高度=校核水位-堰顶高程+相应浪高=2838-2825+1.2=14.2取14.5m7.3平洞段底坡x=b+2hc=9+2×10.04=29.08mRC=A/x=10.04×9/29.08=3.11m第114页第114页 设计（论文）专用纸（7-3）式中n——糙率系数取0.014C——谢才系数CC=1/nR1/6=×3.111/6=86.3取i=0.0047.4隧洞水面曲线的计算由公式H=hc+q2/2gφ2B2hc2（7-4）式中：H——堰前总有效水头；H=86mφ——流速系数；实用堰上自由出流长度较长，取0.95hc——反弧段最低点水深带入数据H=hc+89.562/（2×9.81×0.952×hc2)hc=86-452.98/hc2hc=2.33m计算得平洞起始断面（反弧段最低点）水深经试算hc=h1=2.33m。水面曲线计算：已知渠首水深h1=2.33m,以此断面作为控制断面，假设一系列的下游断面水深h为2.4m,2.5m,2.6m,2.7m,2.8m,2.9m,3.0m,3.1m,3.2m应用式逐段向下推算，即可求得各相应流段的长度△s，然后再根据已知的渠道长度L=343m，求渠末水深h，具体计算如下：已知第一流段断面1和2水深分别为h1=3.01m,h2=3.1m求流段长度△s。计算时取==1.1，步骤如下：①算断面1和2的断面单位流量Es1和Es2，已知h1=2.33m,V1=Q/A1=806.03/9/2.33=38.44m/sEs1=h1+=85.16m同样可算得h2=2.4m,v2=37.32m/s,Es2=80.47m②计算平均水力坡度=(v1+v2)/2=（38.44+37.32）/2=37.88m/s断面1的湿周、水力半径R1、谢才系数C分别为：R1=A1/=9*2.33/（9+2*2.33）=1.54mC1=(1/n)(R1)1/6=76.718m1/2/s第114页第114页 设计（论文）专用纸同样可算得：R2=1.57m,C2=76.966m1/2/s所以：=1.55m,=76.842m1/2/s则0.157第Ⅰ流段长度为△s1=(Es2-Es1)/（i-）=30.72m以第Ⅰ流段长度处△s1=30.72m的水深h2=2.4m作为第Ⅱ流段的控制面水深，再假设h1=3.2m，重复上述的计算过程，又可求得第二流段的长度△s2。如此逐段计算，即可求得各相应流段的长度及累加长度△s经试算可得隧洞末端L=343m处水深h末=3.1244m。计算结果见水面曲线计算表7-3整理得出平洞段水面曲线，见表7-1表7-1平洞段水面曲线S(m)030.7274.44117.98161.32204.46247.41290.14332.67343H(m)2.332.42.52.62.72.82.93.03.13.1244由于隧洞泄流时流速较大（最大达35m/s），因此必须考虑高速水流掺气的影响。掺气后的水深按以下公式计算：ha=h+△h(7-5)△h=(7-6)式中：V、R——为不计掺气时断面的平均流速和水力半径；ha——考虑掺气后的水深。K——掺气系数取0.0081按上式计算结果如表7-2表7-2掺气后平洞段水面曲线S(m)030.7274.44117.98161.32204.46247.41290.14332.67343H(m)6.66.66.66.656.696.736.796.836.887第114页第114页 设计（论文）专用纸表7-3平洞段水面曲线计算表h2h1V1V2V平均R1R2RC1C2CJEs1Es2ΔSS2.42.3338.4437.3237.881.541.571.5576.71876.96676.8420.15785.1680.4730.7230.722.52.437.3235.8236.571.571.611.5976.96677.30677.1360.14280.4774.4543.7274.442.62.535.8234.4535.131.611.651.6377.30677.62977.4680.12674.4569.1243.54117.982.72.634.4533.1733.811.651.691.6777.62977.93777.7830.11369.1264.3943.34161.322.82.733.1731.9932.581.691.731.7177.93778.23178.0840.10264.3960.1643.14204.462.92.831.9930.8831.431.731.761.7478.23178.51278.3720.09260.1656.3742.94247.4132.930.8829.8530.371.761.801.7878.51278.78078.6460.08456.3752.9742.74290.143.1329.8528.8929.371.801.841.8278.78079.03778.9090.07652.9749.8942.53332.673.12443.128.8928.6628.781.841.841.8479.03779.09879.0680.07249.8949.1910.35343.02第114页第114页 设计（论文）专用纸7.5隧洞断面尺寸图7-1隧洞断面尺寸洞身断面尺寸要满足以下两个条件：1．高宽比1～1.5；2．S静/S总=15％～30％。（1）对于出口处断面：h水=7mS静/S总=3.124*9/101.56=28.3％满足要求；H/B=11.86/9=1.32满足要求。（2）对于收缩断面：h水=6.6mS静/S总=2.33*9/101.56=20.6％满足要求；7.6出口消能验算（1）坎顶水深hb根据高等教育出版社，吴特恭主编《水力学》第4版下册P25，长江流域规划办公室整理了一些原型观测及模型试验资料，得出计算流速系数的经验公式为：（7-7）式中：称为流能比；q为单宽流量，；为上游水面至挑坎顶部高差，即。第114页第114页 设计（论文）专用纸故，则坎顶平均流速其中，HO为上下游水位差，此处取最大水位差为86m坎顶平均水深(2)挑距L（7-8）式中：L—水舌挑距（m），是鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离；V—坎顶水面流速（m/s），可取为坎顶平均流速的1.1倍；θ—鼻坎挑射角度，取为30°；—坎顶平均水深h在铅直方向的投影，即；—坎顶至河床表面高差（m），如冲坑已形成，作为冲坑进一步发展时，可算至坎底。计算得：L=158.9m（3）冲坑深度trtr=Krq0.5H0.25-t（7-9）式中：t——下游水位；t=4.95mH——上下游水位差；设计中，考虑到隧洞较长，沿程水头损失很大，H以坎顶水流的总有效水头计算；H=83.05mKr——冲刷坑系数，设计中取Kr=1.2；q——单宽流量，考虑到隧洞沿程水头损失较大，单宽流量以出口处计算。q=89.56m2/s计算得：tr=29.33m。冲刷坑中心线至建筑物的边界应有一定的距离（称安全挑距），以确保冲坑不会危及大坝和其他建筑物的安全。一般安全挑距大于最大可能冲坑深度的2.5～5.0倍。本设计L/tr=5.4，满足要求。第114页第114页 设计（论文）专用纸第八章施工组织设计8.1施工导流1.调洪演算（1）对1%，5%洪水按洪峰流量控制进行放大，得出相应的洪水过程线如下图8-1图8-1洪水过程线（2）按第一章方法分别进行调洪演算取Ñ=2825m,B=9mQ起=627.89m3/s由于Q1%=Q设=1680m3/s,所以1%洪水时的水库水位为2837.07m，下泄流量为721.78/s，对应的拦洪水位2779.68m对5%洪水时的调洪演算如下表8-15%洪水位过程线假设泄水流量Q对应的面积水库拦蓄洪水ΔV(106m3)水库总水量V(106m3)水库水位H(m)6307.30611.046672731.052836.487006.45949.7666128729.772836.437705.66268.5618512728.562836.388404.90817.4210472727.422836.33第114页第114页 设计（论文）专用纸图8-2由图8-2知5%洪水时的水库水位为2836.2m，下泄流量为665/s，对应的拦洪水位为2773.012．围堰计算堰顶高程由下式确定Z=Zo+d（8-1）式中：Zo—设计洪水静水位，m；d—土石围堰在静水位以上的超高，m；d可按下式计算：d=Rm+δ（8-2）式中，Rm为波浪爬高，由下式确定平均波浪爬高（由于m=1.5—5）(8-3)设计波浪爬高值应根据工程等级确定，上游围堰采用累积频率为1%的爬高值，下游围堰采用5%的爬高值式中Rm——平均波浪爬高m——单坡的坡度系数,若坡角为a,即等于cotaK△——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型查规范得0.78Kw——经验系数,查规范得上游取1.04，下游取1.07δ为安全超高，根据规范上游取0.7，下游取0.5则上游围堰超高为d上=4.517+0.7=5.217m下游围堰超高为d下=3.033+0.5=3.533m加上0.2%的沉降量后，堰顶高程为第114页第114页 设计（论文）专用纸上游：Z上=2750+（2779.68+5.217-2750）*1.02=2785.59m下游：Z下=2750+（2773.01+3.533-2750）*1.02=2777.09m8.2施工总进度计划工程量计算（1）大坝开挖方量估算大坝开挖量V1=A1×B=2933.496.35=145.6万m3其中,A1（m2）为大坝开挖竖直投影面积，由CAD图上量得；B(m)为坝宽。（2）大坝填筑方量估算坝壳料填筑方量V1=A2×l=18722.79×489.5=916.48万m3其中，A2（m2）为大坝横剖面面积（不包括心墙），l为大坝纵轴线长大坝心墙填筑方量V3=A3×l=2185.38489.5=106.97万其中，A3（m2）为大坝心墙横剖面面积（3）上游围堰填筑方量估算围堰砂砾料填筑方量V4=A4×l1=2112.25×400.68=84.65万m3其中，A4（m2）为上游围堰横剖面面积（不包括心墙），l1为上游围堰纵轴线长围堰心墙填筑方量V5=A5×l1=897.05×400.68=35.94万m3其中，A5（m2）为围堰心墙横剖面面积（4）下游围堰填筑方量估算围堰砂砾料填筑方量V6=A6×l2=1937.52×422.54=81.87万m3其中，A6（m2）为下游围堰横剖面面积（不包括心墙），l2为下游围堰纵轴线长围堰心墙填筑方量V7=A7×l2=672.98×422.54=28.44万m3其中，A7（m2）为围堰心墙横剖面面积（5）隧洞挖方量估算泄洪隧洞挖方量V8=A8×l3=65.36×415.14=17.23万m3其中，A8（m2）为隧洞断面面积，l3为隧洞长引水发电洞挖方量V9=A9×l4=12.57×427.18=0.54万m3其中，A9（m2）为隧洞断面面积，l4为隧洞长8.3施工有效工日计算根据《水利水电工程施工组织设计规范》土石坝采取一般防护措施的停工标准，施工有效工日计算如下表：1.粘土开挖：表8-2粘土开挖有效工日11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000433334第114页第114页 设计（论文）专用纸因雨停工天数假日天数433643有效工日222525202423总计1392.粘土填筑：表8-3粘土填筑有效工日11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数222223假日天数644754有效工日222525202423总计1393.沙石料的开采：表8-4砂石料开采有效工日11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数111111假日天数455766有效工日252525212423总计143第114页第114页 设计（论文）专用纸4.沙石料的填筑：表8-5砂石料填筑有效工日11121234日历天数303131293130因气温停工天数000000因雨停工天数111111假日天数455766有效工日252525212423总计143第114页第114页 设计（论文）专用纸附录二外文翻译原文：EmbankmentDames1SelectionofembankmenttypeIngeneral,therearetwotypesofembankmentdames:earthandrockfill.Theselectionisdependentuponthematerialsfromtherequiredexcavationandavailableborrow.Itshouldbenotedthatrockfillscanshadeintosoilfillsdependinguponthephysicalcharacteroftherockandthatnohardandfastsystemofclassificationandbemade.Rockswhicharesoftandwilleasilybreakdownundertheactionofexcavationandplacementcanbeclassifiedwithearthfills.Rockswhicharehardandwillnotbreakdownsignificantlyaretreatedasrockfills.Theselectionandthedesignofanearthembankmentarebaseduponthejudgmentandexperienceofthedesignerandistoalargeextentofanempiricalnature.Thevariousmethodsofstabilityandseepagesanalysesareusedmainlytoconfirmtheengineer’sjudgment.2FreeboardAllearthdamsmusthavesufficientextraheightknownasfreeboardtopreventovertoppingbythepool.Thefreeboardmustbeofsuchheightthatwaveaction,windsetup,andearthquakeeffectswillnotresultinovertoppingofthedam.Inadditiontofreeboard,anallowancemustbemadeforsettlementoftheembankmentandthefoundationwhichwilloccuruponcompletionoftheembankment.3TopwidthThewidthoftheearthdamtopisgenerallycontrolledbytherequiredwidthoffillforeaseofconstructionusingconventionalequipment.Ingeneral,thetopwidthshouldnotbelessthan30tiffadangerexistsofanovertoppingwavecausedeitherbymassivelandslidesinthepoolorbyseismicblocktipping,thenextratopwidthoferosionresistivefillwillberequired.4AlignmentThealignmentofanearthfilldamshouldbesuchastominimizeconstructioncostsbutsuchalignmentshouldnotbesuckastoencourageslidingorcrackingoftheembankment.Normallytheshorteststraightlineacrossthevalleywillbesatisfactory,butlocaltopographicandfoundationconditionsmaydictateotherwise.Damslocatedinnarrowvalleysoftenaregivenanalignmentwhichisarchedupstreamsothatdeflectionsoftheembankmentunderpoolloadwillputtheembankmentincompressionthusminimizingtransversecracking5Abutments第114页第114页 设计（论文）专用纸Threeproblemsaregenerallyassociatedwiththeabutmentofearthdams:(1)seepage,(2)instability,and(3)transversecrackingoftheembankment.Iftheabutmentconsistsofprevioussoilsitmaybenecessarytoconstructanupstreamimperviousblanketanddownstreamdrainagemeasurestominimizeandcontrolabutmentseepage.Wheresteepabutmentsexist,especiallywithsuddenchangesofslopesorwithsteepbluff,thereexistsadangeroftransversecrackingoftheembankmentfills.Thiscanbetreatedbyexcavationofabutmenttoreducetheslope,especiallyintheimperviousandtransitionzones,especiallytheupstream,shouldbeconstructedoffillswhichhavelittleornocohesionandawell-distributedgradationofsoilswhichpromoteselfhealingshouldtransversecrackingoccur.6StageconstructionItisoftenpossible,andinsomecasesnecessary,toconstructthedamembankmentinstages.Factorsdictatingsuchaprocedureare(1)awidevalleypermittingtheconstructionofthediversionoroutletworksandpartoftheembankmentatthesametime;(2)aweakfoundationrequiringthattheembankmentnotbebuilttoorapidlytopreventoverstressingthefoundationsoils;(3)awetborrowareawhichrequiresaslowconstructiontopermitanincreaseinshearstrengththroughconsolidationofthefill.Insomecasesitmaybenecessarytoprovideadditionaldrainageofthefoundationorfillbymeansofsanddrainwellsorbymeansofhorizontaldrainageblankets7EmbankmentsoilsMostsoilsaresuitableforuseforembankmentconstruction,however,therearephysicalandchemicallimitations,soilswhichcontainexcessivesaltsorothersolublematerialsshouldnotbeused.Substantialorganiccontentshouldnotexistinsoilslignite,sufficientlyscatteredthroughthefilltopreventthedangerofspontaneouscombustion,isnotobjectionable.Fatclayswithhighliquidlimitsmayprovedifficulttoworkandshouldbeavoided.8CompactionrequirementsThestrengthoftheimperviousandsemi-impervioussoilsdependsuponthecompacteddensities.Thesedependinturnuponthewatercontentandweightofthecompactingequipment.Thedesignoftheembankmentisthusinfluencedbythewatercontentoftheborrowsoilsandbythepracticablealternationstothewatercontenteitherpriortoplacementofthefillorafterplacementbutpriortorolling.Ifthenaturalwatercontentistoohigh,thenitmaybereducedinborrowareabydrainage,orbyharrowing.Ifthesoilistoodryitshouldbemoistenedintheborrowareaeitherbysprinklingorbypondingandthenpermittedtostabilizethemoisturecontentbeforeuse.Therangeofplacementwatercontentisgenerallybetween2percentdryto2or3percentwetofthestandardporteroptimumwatercontent.Perviousshouldbecompactedtoatleast80percentofrelativedensity.Ifnecessary,testfillsshouldbeconstructedwithvariationsinplacement,thefillmustbeplacedinthinliftsandcompactedbymechanicalhandtampers.Slloverhangsshouldeitherberemovedorfilledwithleanconcretepriortofillplacement9TypesofinstrumentsThetypeofinstrumentationdependsuponthesizeandcomplexityofproject.Thedevicesincommonuseare:(1)piezometers;(2)surfacemovements;(3)settlementpages;(4)inclinometers;(5)internalmovementandstrainindicators;(6)pressure第114页第114页 设计（论文）专用纸cells;(7)movementindicatorsatconduitjointsandothersconcretestructures.10SpillwaysAspillwayisthesafetyvalveforadam.Itmustbedesignedtodischargemaximumflowwhilekeepingthereservoirbelowapredeterminedlevel.Asafespillwayisextremelyimportant.Manyfailuresofdamhaveresultedfromimproperlydingedspillwayorspillwaysofinsufficientcapacity.Spillwaysizeandfrequencyofusedependontherunoffcharacteristicsofthedrainagebasinandthenatureoftheproject.Thedeterminationandselectionofthereservoirinflowdesignfloodmustbebasedonanadequatestudyofthehydrologicfactorsofthebasin.Theroutingoftheflowpastthedamrequiresareasonably,conservativedesigntoavoidlossoflifeandpropertydamage.Spacelimitationsdonotpermitanadequatehydrologictreatmentoffloodflows.However,dataaresuppliedforestimateofmaximumflowsfortheinitialprojectstudies.Amoredetailedhydrologicanalysisisnecessaryfortheutilizationoftheannualandlong-termsteamflowinaproperprojectformulation.（1）StreamFlowsThestudyofstreamorriverflowinvolves:(1)thedeterminationoftheamountofwateravailablethroughoutaperiodofyears;and(2)thedeterminationofthemaximumvolumesofwaterthatmustbehandledforspillwaydesignanddamsafety.Inthefirstaspect,theflowisstudiedforperiodsofdroughtandperiodsofexcesswaterinrelationtouseintheprojectdevelopment.Priorwaterrightsmustbeinvestigatedandprogrammedintothisstudy.Amasscurveofthestreamrunoffoveraperiodofyearsisdevr1cpedtodeterminetheavailablewater.Themasscurveistheaccumulativetotalofthevolumesofflowpastagivenpointonthestreamoveraperiodcitime.Unfortunately,mostofthesmallstreamsdonothavesufficientrecordstodevelopthehydrologicinformationTheengineerusuallydevelopssyntheticcurvesIrvinneighboringstreamdataandrainfallinformation,however,methodsareavailableinvarioustexts,journals,andreportstoestimatestreamflow.Thesecondaspectinvolvesestimatingmaximumfloodflowtodeterminespillwayrequirementanddamsafety.Studiesshowthatfloodflowsareassociatedwithfrequencyoftheeventoccurringwithindifferenttimeperiods.Thispermitstheengineertomakearealisticestimateoftheriskoffloodscausingdamagebyexceedingtheestimateddesignflow.IffailureofthedamwouldresultinlossofLife,thespillwaymusthavesufficientcapacitytopreventfailurewhenthemaximumprobablefloodisroutedthroughthereservoir.Thisisparticularlyimportantinrackandearthfilldamthatmaybeovertoppedduringaflood.Concretedamnscangenerallywithstandexistovertoppingwithoutfailureifthestructuralanalysisadherestothegenerallyacceptedsafetyfactors.Thecaseofdamfailurethatdoesnotendangerlifemaybejustifiediftheorganizationinvolvedfullyrealizestheriskandensuingdamages.Thissituationmayexistonlow,smallreservoir-typedams.Aquickestimateofmaximumprobable(lowcanbeobtainedfromafigure.Dischargedeterminedfromthesecurvesshouldbemodifiedbyapplicationofhydrologicdatapertinenttothearea.Thecurvesarebasedonrecordsofunusualflood第114页第114页 设计（论文）专用纸dischargesforunregulatedstreams.Creager’sgivestheequationfurtheenvelopecurveinthegeneralformasinwhichQisestimatedmaximumfloodpeak,cfs;qiscorrespondingfloodexpressedincfspersquaremileofdrainagearea;Aisdrainagebasinareainsquaremiles;Ciscoefficientdependingoncharacteristicsofdrainagearea.Theengineershouldnotacceptthefloodpeakestablishedfromtheseexperiencecurveswithoutfirstbringingthedatauptodatetoshowallrecentfloodeventsandthepertinenttotheareaofstudy.ThecoefficientofC=100generallyprovidesaconservativeestimateoffloodpotentialforinitial(orinitialdesignlayout.Anadvancedproceduretoestimatethemaximumfloodistotransposestormsproducinggreatfloodsintheregionoverthedrainagebasin.Theresultingfloodisanalyzedtodeterminethepeakflowandtheflowhydrograph.Thehydrographistherelationshipofdischargeandtimeforflood-producingcharacteristics.Asimilarapproachresultsfromstudyingthemaximumprobableprecipitationwhencombinedwithotherflood-contributingcharacteristicofthebasin(includingmeltingsnow)toproducethefloodhydrograph.Floodlessthanmaximummaybeusedforstructureswherelossofhumanlifeisnotinvolved.Inminorstructureswithinsignificantstorage,whereitispermissibletoanticipatefailurewithintheusefullifeoftheproject,a50-yearorl00-yenrfrequencyfloodmaybeusedfortheinflowdesignflood.（2）SpillwayTypesSiteconditionsgreatlyinfluencethelocation,type,andcomponentsofthespillway.Thetypeofdarnconstructionisalsoinfluencedbythetypeofspillwayandspillwayrequirements.Therearesixgeneralcategoriesofspillways:(I)overflow,(2)troughorchute,(3)sidechannel,(4)shaftorgloryhole,(5)siphon,and(6)gated.Thedesignermayuseoneoracombinationoftypestofulfilltheprojectneeds.Somedesignswilluseonetypeofspillwayfornormaloperationandforfloodpeaksuptoa50-Yearor100-yearfrequencystorm.Anemergencyspillwayprovidesadditionsafetyifemergenciesarisethatwasnotcoveredbynormaldesignassumption.Suchsituationscouldresultfromfloodaboveacertainlevel,malfunctioningspillwaygates,orenforcedshutdownofoutletworks.Theemergencyspillwaypreventsovertoppingthemainportionofthedamandisparticularlyneededforearthandrockembankments.Theoverflowspillwayiswellsuitedtoconcretedarns.Itiscommonlyusedwheredamshavesufficientcrestlength(orthedesireddischargecapacityandwherethefoundationmaterialissolidorcanbeprotectedagainstsouring.Somedamsuseafreeoverflowornon-supportedtype;othersincorporateachuteortroughtocarrythe(lowtothedownstreamchannel.Chutespillwaysareoftentealfirearthdamsorwhentherearepoordownstream第114页第114页 设计（论文）专用纸foundationmaterials.Sidechannelsandshaftspillwaysarereadilyadaptedtonarrowcanyonswherespriteislimited.Limitationsoncrestlengthormaintainingaconstantheadwaterlevelfittheflowcharacteristicsofasiphonspillway.Gatedspillwaysareusedwhenitisdesirabletolimittheeffectsofthedamduringhighflowsandpreventexcessiveflooding.Thespillwaymaybepartofthedamoraseparatestructure.Itsfunctionmustbeintegratedwiththedam.Thelocation,size,andotherdamfeatureinfluencethespillwayLocationandarrangement.Thefinalplanisgovernedbytheoveralleconomyandhydraulicsufficiencyofthespillway.译文：土石坝1坝址的选择一般说来，土石坝有两种类型：土坝和堆石坝，坝型的选择取决于能从需要开挖的地点和从可用的料场处取得合用材料的情况。应该注意，根据岩石的物理特性，堆石能逐渐变化为填土，因而不能对土石料作出严格而固定的分类。那些软弱和在开挖填筑时容易碎裂的岩石可归入填土类。而坚硬和不会大量碎裂的岩石，则列为堆石类。一座大坝的选择和设计都有赖于设计人员的判断和经验，而且在很大程度上是属于经验性的。各种上同的稳定和渗透分析方法，主要是作为证实工程师的判断而使用的。2超高所有的土坝都必须有一个足够的额外高度，称为超高，已防止库水漫顶。超高的高度必须足以在波浪作用、风力壅高和地震的影响下，不会导致坝的漫顶。除了超高外，对于坝建成时发生的坝体和坝基沉陷，还必须在高度上留有余地。3坝顶宽度土坝的坝顶宽度一般由常规设备便于地施工的填筑宽度来控制。通常，坝顶宽度应不小于30英尺。如果存在着大规模坍塌方进入水库，或者有因地震使岩块倒落而引发波浪漫顶的危险，则需要采用抗冲刷的材料填筑跟宽的坝顶宽度。4坝顶宽度土坝的坝轴线选定应尽量使建设费用降到最少，但是也不会因此引起坝体发生滑动或开裂。一般说来，一条横跨河谷的最短直线，可能满足要求。但是，当地的地形和地基条件可能要求采用另外的方案。位于峡谷的坝，常采用向上游拱出的坝轴线，以便在坝体受库水压力作用而发生变形时，能使坝体压紧，从而减少其横向开裂。5两岸坝座一般有三个问题与土坝坝座有关：渗透；不稳定；坝体的横向开裂。如果坝座是有由透水的沉积土构成，就可能需要构建一道上游不透水铺盖和下游排水设施，以尽量减少和控制坝座内的渗透。第114页第114页 设计（论文）专用纸在坝座岸很陡的地方，特别在边坡突变有陡壁处，那里的坝体会有横向裂缝的危险。这个问题可以用于开挖坝座放缓边坡处理，这样的处理在不透水区和过渡区特别需要。过渡区尤其是在上游侧的过渡区，必须用黏着力而颗粒级良好的土料来填筑，这种土料如发生横向裂缝时能自行愈合。6分期施工土坝的分期施工往往是可能的，而且在一般情况下是必须的。要求这样施工程序的因素是：河谷宽阔，可以允许慢流或泄水工程与一部分坝体同时施工；地基软弱，要求坝体不要过快填筑，以防止地基中产生过大的应力；场料潮湿，要求放慢施工，以使土料能通过固结作用来增加抗剪强度。在某些情况下，可以需要增设基础排水设施或填筑排水沙井，或采用水平透水的排水。7坝体的土料大多数土料适用于坝体填筑。然而，在物理和化学性上有一定的限制。含有过多盐分或可溶物质的土料，不可使用。在土料里，不应存在大量的有机质成分。褐煤若能通过填筑而充分分散，无自燃之愈，就不妨使用。而具有高度流限的费粘土，多半难于施工，必须避免使用。8压实的要求不透水和半透水的土料的强度取决于压实的密度。压实密度又取决于土料的含水量和压实设备的重量。因此，料场土料的含水量和在堆筑前或堆筑后而为碾压前的堆土实际含水量变化，都会影响坝体的设计。如果天然含水量太高，可以在料场用排水或将土料耙松的办法来降低。如果土料太干燥，则须在料场用洒水或泡水的办法吧土料湿润，然后再让土料在使用前保持稳定的含水量。填筑时的含水量范围一般介于比标准普氏最优含水量低2%~3%之间。透水性土料至少应压实到相对密度的80%。如果需要，应该变换填筑层的含水量、铺层厚度、碾压遍数和碾压机的形式等，进行填筑实验。对于坡度很陡的坝座部位，必须用薄层填筑，并用手扶打夯机夯实。所有外悬突出部分，均应填土填筑以前挖除或贫混凝土填平。9观测仪器的类型观测仪器的类型取决于工程的规模和复杂性。通用的装置是：测压计；表面位移标志；沉陷量测仪；测斜仪；内部位移和应变指示仪；压力盒（压力传感器或压应变计）；地震加速仪；在管道接头和其他混凝土结构上的位移标志。10溢洪道溢洪道相当于坝上的一个安全阀，它必须设计成能够泄放最大的流量，而同时能保持水库的水位，在预定的水位一下。一个安全的溢洪道是极为重要的，许多坝的失事时由溢洪道设计不当或者溢洪道容量不足造成的。溢洪道的尺寸和使用频率取决于流域的径流特性和工程的性质。入库设计洪水的选择和确定，则必须在充分研究流域水文因素的基础上进行。对于过坝水流的调泄，需要有合理审慎的设计、以避免生命财产的损失。第114页第114页 设计（论文）专用纸由于篇幅的限制，这里不允许对洪水流量（1）河川流量对江河流量的研究包括：确定经若干年一段时间内所能获得的水量的水文分析作充分的讨论。但是提供了作工程初步研究的最大流量估计资料。至于在工程的正式规划中对河川水流做年或多年利用时，则需要进行跟详细的水文分析。确定溢洪道设计和大坝安全所必须宣泄的最大流量。第一方面，要联系工程开发中的用水情况，按枯水期和丰水期来研究流量。优化的用水量必须调查清楚，并纳入研究中。要做出若干年一段时间内河川径流的累积曲线，以便确定可利用的水量。累计曲线表示一定时间内通过河道上某一地点的累积总水量。遗憾的是，大部分小河流上没有足够的记录可用来编制水文资料。工程技术人员通常都从相邻的河流数据和雨量资料编制处综合曲线。但是从各种教材、杂志和报告中也可以得到各种估算河川流量的方法。第二方面包括最大洪水流量的估算，用于确定所需要的溢洪道容量和坝的安全度。研究表明，洪水流量与不同时期中洪水的出现频率有关。这样，工程技术人员就能彻底估计洪水超过估算流量所造成损失的危害性。如果坝的失事会造成生命伤亡，则溢洪道必须有充分的容量，以防止最大可能洪水通过水库时发生失事。这种情况对于发生洪水时可能漫顶的土坝和堆石坝，尤为重要。混凝土如果在结构分析中遵守通用的安全系数，通常都能够经受一定程度的漫顶而不致失事。对于不致于危及生命的失事情况，如果有关部门充分估计到所冒的风险以及随之而造成的损失，则也是允许的。这种情况可能存在于小水库的低坝上。用查图法可以快速估算出最大的可能流量。由这些曲线定出的流量，应采用与该地区有关的水文资料加以修正。这些曲线系根据未经整治的河流上的非常洪水流量记录作出的。克里格（Creager）给出包络线的一般公式为：式中：Q为估算的最大洪峰流量，立方英尺/秒；q为相应洪峰流量，以每平方英里流域面积上立方英尺/秒计；A为流域面积，以平方英里计；C为流域面积特性系数。工程技术人员首先要取得列有全部近期洪水过程的资料，以及与研究地区有关的资料，然后才能采用从这些经验曲线上取出的洪峰流量。在初设置中取系数C=100，通常可以得到偏于安全的洪水可能值。估算最大洪水的一种最先进方法是，将地区内能产生大洪水的暴雨转换成流域的洪水。将所得到的洪水加以分析，就可能用来确定洪峰流量和流量过程线。流量过程线是表示洪水生产特性的流量-时间关系曲线。如果综合流域内的其他洪水形成特性（包括融雪）来研究最大可能降水量，则也可以得到相似的方法求出洪水过程线。对于失事不会导致人员伤亡的结构物，也可以采用比最大洪水小的洪水量。在蓄水量不多的较小结构上，容许在工程使用年限内发生预期的失事时，入库设计洪水可以采用50或100年一遇的频率。第114页第114页 设计（论文）专用纸（2）溢洪道形式坝址条件对于溢洪道的位置，形式和组成部分有很大的影响。而溢洪道的型式和对泄洪的各种要求对于坝的构成型式也有影响溢洪道有六种常用类型：顶部溢洪式；陡槽式；测槽式④竖井或喇叭口式；⑤虹吸式；⑥闸门式。设计人员可以采用一种或几种形式的组合以满足工程的要求有些设计中，采用一种型式溢洪道供正常运行用，应付50年或100年一遇的暴雨的洪峰。另一个非常溢洪道，则在发生正常设计假定中没有考虑情况时，提供附加安全高度。这类情况可以发生在红说超过某一水位，溢洪道闸门发生故障或泄水道强制关闭时。非常溢洪道能防止坝的重要部分漫顶，对于土坝和堆石坝就显得特别需求。顶部溢洪式溢洪道很适合于混凝土坝，常用在那些坝顶长度可以满足所需泄洪容量的地方，和坝基兼顾或能抗冲刷地方。有些坝上采用自由溢洪式，另一些坝上则设置陡槽将水泄下游河道。陡槽式溢洪道常用在土坝或下游地基材料不良的地方。侧槽和竖井溢洪道则多用于空间受到限制的峡谷中。虹吸式溢洪道的水流特征适用于坝顶长度有限或要保持固定水位的地方。当希望在大流量时减少坝的阻水影响和防止淹没过多时，都采用有闸门的溢洪道。溢洪道可以是坝的一部分，也可以是另一个单独建筑物。他的功能必须和坝结合成整体来考虑。坝的位置，尺寸和其他部分都影响泄洪道的位置和最终的布置则要由溢洪道能满足水力条件和总的经济效益来决定。第114页第114页 设计（论文）专用纸第114页第114页