土石壩課程設(shè)計(jì)---水利樞紐

1、<p><b>　　水工建筑物課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　——平山水利樞紐</b></p><p>　　一 基本資料及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第一節(jié) 基本資料</b></p><p><b>　　1 概況</b>

2、;</p><p>　　平山水庫位于G縣縣城西南3公里處的平山河中游，該河系睦水的主要支流，全長28公里，流域面積為556平方公里，壩址以上控制流域面積為431平方公里；沿河道有地勢比較平坦的小平原，地勢自南向東由高變低。最低高程為、62.5m；河床比降3‰，河流發(fā)源于蘇塘鄉(xiāng)大源錠子，這個流域物產(chǎn)豐富，土地肥沃，下游盛產(chǎn)稻麥，上游蘊(yùn)藏著豐富的竹子、木材等土特產(chǎn)。</p><p>　　由于平

3、山河為山區(qū)性河流，雨后山洪常給農(nóng)作物和村鎮(zhèn)造成災(zāi)害，另外，當(dāng)雨量分布不均勻時，又易造成干旱現(xiàn)象，因此有關(guān)部門對本地區(qū)做了多次勘測以開發(fā)著棵的水利資源。</p><p><b>　　2 樞紐任務(wù)</b></p><p>　　樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪、航運(yùn)、養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。</p><p>　　據(jù)初步規(guī)劃，本工程灌溉面積為

4、20萬畝（高程在102m以上），裝機(jī)容量9000千瓦。防洪方面，由于水庫調(diào)洪作用，使平山河下游不致洪水成災(zāi)，同時配合下游睦水水利樞紐，對睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域規(guī)劃中規(guī)定本樞紐通過設(shè)計(jì)洪水流量時，控制最大瀉流流量不超過900m³/s。在航運(yùn)方面，上游庫區(qū)能增加航運(yùn)里程20公里，下游可利用發(fā)電尾水等航運(yùn)條件，使平山河下游四季都能筏運(yùn)，并擬建竹木最大過壩能力為25噸的筏道。</p><p>&

5、lt;b>　　3 地形地質(zhì)概況</b></p><p>　　地形情況：平山河流域多為丘陵山區(qū)，在[平山河上游都為大山區(qū)，河谷山勢陡峭，河谷邊坡一般為60°～70°，地勢高差都在80～120m，河谷沖割很深，山脈走向大約為東西方向，巖基出露很好，河床一般為100m左右，河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更顯著形成S形，沿河灘及坡積層發(fā)育，尤以壩址下游段的平山咀下游一帶及壩下陳家

6、上游一嗲更為發(fā)育，其他地方則很少，在壩軸下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，起覆蓋物教厚，巖基產(chǎn)狀凌亂。</p><p>　　地質(zhì)情況：靠上游有泥盆五通沙巖，靠下游有二疊紀(jì)灰?guī)r，幾條壩軸線皆落在五通沙巖上面。地質(zhì)構(gòu)造特征有：在平山咀以南，即石灰?guī)r與沙巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其走向近東南，傾向大致向北西，在第一壩軸線左側(cè)的為五通沙巖，特別破碎，在100多米范圍內(nèi)就有三、四處小斷層，產(chǎn)狀凌亂，壩區(qū)右岸破碎深達(dá)60多米的

7、鉆空巖芯獲得率僅為20%，可見巖石裂隙十分發(fā)育。 巖石的滲水率都很小，右岸一般為0.001～0.01，個別達(dá)到0.07～0.08，而左岸多為0.001～0.01。</p><p>　　壩區(qū)下游石灰?guī)r中，發(fā)現(xiàn)兩處溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者對大壩及庫區(qū)無影響，但后者朝東南方向發(fā)展的話，則可能通向庫壁，待將來蓄水后，庫水可能順著溶洞流到庫外，為此，目前正加緊勘測工作，以便得出明確結(jié)論和處理意見。</p

8、><p>　　壩址覆蓋層沿壩軸線厚度達(dá)1.5～5.0m，K=1×10cm/s，浮容重V 浮=10.4KN/m³，內(nèi)摩擦角Φ=35°。</p><p><b>　　4 水文、氣象</b></p><p>　　1）水文：由于流域徑流資料缺乏，設(shè)計(jì)年月徑流量及洪水量不能直接由實(shí)測徑流分析得到，必須通過降雨徑流見解推求。根據(jù)

9、省水文站由C城站插補(bǔ)延長得三天雨量計(jì)算頻率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm，五十年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q%=1860m³/s，Q%=1550 m³/s ，Q%=1480 m³/s，多年平均來水量為4.55億³。</p><p>　　2）氣象：多年平均風(fēng)速10m/s，水庫吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，庫區(qū)氣候溫和，年平均

10、氣溫16.9℃，年最高氣溫40.5℃，年最低氣溫-14.9℃。</p><p><b>　　5 其他</b></p><p>　　1）壩頂無交通要求；</p><p>　　2）對外交通情況 </p><p>　　水路：由B城至溪口為、南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，為內(nèi)河航運(yùn)，全長256公里，可通行3～6噸木船

11、，枯水季節(jié)只能通行3噸以下的船只，水運(yùn)較為困難。 </p><p>　　公路：附近公路干線為AF干道，B城至C城段全長為356KM，晴雨無阻，但目前C城至壩址尚無公路通行。 </p><p>　　鐵路：D城為樂萬鐵路，由B城至D城180KM，至工地還有53公里。</p><p>　　3）地震：本地區(qū)為5～6度，設(shè)計(jì)時可不考慮。</p>&

12、lt;p><b>　　第二節(jié) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1 工程等級：根據(jù)規(guī)范自定。</p><p><b>　　2 水庫規(guī)劃資料</b></p><p>　　1）正常水位：113.10m </p><p>　　2）最高洪水位（校核）：113.50m&

13、lt;/p><p>　　3）死水位：105.0m（發(fā)電極限工作深度為8m）</p><p>　　4）灌溉最低庫水位：104.0m</p><p>　　5）總庫容：2.00億m³ </p><p>　　6）水庫有效庫容：1.05億m³</p><p>　　7）庫

14、容系數(shù)：0.575</p><p>　　8）發(fā)電調(diào)節(jié)流量Q =7.35 m³/s，相應(yīng)的下游水位68.2m；</p><p>　　9）發(fā)電最大引用流量Q=28 m³/s，相應(yīng)的下游水位68.65m；</p><p>　　10）通過設(shè)計(jì)洪水位時（Q%），溢洪道最大瀉量Q=1340 m³/s，相應(yīng)下游最高洪水位74.3m。通過校核洪水位流量

15、時，溢洪道最大泄水量Qmax=1660m3/s，相應(yīng)下游最高洪水位75.0m。</p><p>　　3 樞紐組成建筑物</p><p>　　1）大壩：布置在1＃壩軸線上；</p><p>　　2）溢洪道：堰頂高程為107.50m；</p><p>　　3）水電站：裝機(jī)容量為9000千瓦，三臺機(jī)組，廠房尺寸為30×9平方米；<

16、;/p><p>　　4）灌溉：主要灌溉區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15 m³/s，相應(yīng)最大渠道水深1.75m，渠底寬為3.5m，渠道邊坡1：1</p><p>　　5）水庫放空遂洞：為便于檢修大壩和其他建筑物，擬利用導(dǎo)流遂洞做放空洞，洞底高程為70.0m，洞直徑為3.5m；</p><p>　　6）筏道：為干筏道，上游坡不陡于1：4

17、，下游坡不陡于1：3，轉(zhuǎn)運(yùn)平臺高程115.0m，平臺尺寸為30×30m²。</p><p><b>　　4 筑壩材料</b></p><p>　　樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现?，根?jù)初步勘察，土料可才用壩軸線下游1.5～3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一般土質(zhì)尚佳，可做筑壩之用、。砂料可在壩軸線下游1～3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口出

18、兩岸河灘開采。石料可利用采石場開采，采石場可利用壩22下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量較好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。</p><p>　　1） 土料：主要有粘土和壤土，可采用壩下游1.5～3.0公里丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一般土質(zhì)尚佳，可做筑壩之用。起性能見附表1；</p><p>　　2） 砂土：從壩下游0.5～3.5公里河灘上開采，儲量多，可供筑壩

19、使用，其性能見附表2；</p><p>　　3） 石料：可在壩址下游附近開采，石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，儲量豐富，便于開采，其性能見附表3。</p><p>　　附表1 土料特性表</p><p>　　附表2 砂土特性表</p><p>　　附表3 石料特性表</p><p><b>　　二

20、 樞紐布置</b></p><p>　　（一） 工程等別及建筑物級別</p><p>　　1. 水庫樞紐建筑物組成</p><p>　　根據(jù)水庫樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞（擬利用導(dǎo)流洞作放空洞）、筏道。</p><p><b>　　2. 工程規(guī)模&l

21、t;/b></p><p>　　根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：</p><p>　　（1）各效益指標(biāo)等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為20萬畝，屬Ⅲ等工程；根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦即9MW，小于10MW，屬Ⅴ等工程；根據(jù)總庫容為2.00億m3，在10～1.0億m3，屬Ⅱ等工程。</p><p>　?。?）水庫樞紐等別

22、：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時，整個工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，故本水庫樞紐為Ⅱ等工程。</p><p>　?。?）水工建筑物的級別：根據(jù)水工建筑物級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ等工程的主要建筑物為2級水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道，水庫放空隧洞為2級水工建筑物；次要建筑物筏道為3級水工建筑物。</p><p>　?。ǘ?/p>

23、 各組成建筑物的選擇</p><p>　　1. 擋水建筑物型式的選擇</p><p>　　在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。</p><p><b>　?。?）重力壩方案</b></p><p>　　從樞紐布置處地形地質(zhì)平面圖及1#壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質(zhì)頁巖，

24、覆蓋層沿壩軸線厚1.5～5.0m，五通砂巖厚達(dá)30～80m，若建重力壩清基開挖量大，目前C城至壩址尚無鐵路、公路通行，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運(yùn)輸不方便，且不能利用當(dāng)?shù)刂尾牧?，故修建重力壩不?jīng)濟(jì)。</p><p><b>　?。?）拱壩方案</b></p><p>　　修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端

25、下游側(cè)要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S形，1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對平緩，峽谷不對稱，成不對稱的“U”型，下游河床開闊，無建拱壩的可能。</p><p><b>　　（3）土石壩方案</b></p><p>　　土石壩對地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術(shù)簡單，可

26、實(shí)行機(jī)械化施工，也能充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，覆蓋層也不必挖去，因此造價相對較低，所以采用土石壩方案。</p><p>　　2. 泄水建筑物型式的選擇</p><p>　　土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，在壩軸線下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量。</p

27、><p>　　3. 其它建筑型式的選擇</p><p>　?。?）灌溉引水建筑物</p><p>　　采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進(jìn)口設(shè)有攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段；洞身筋混凝土襯砌；出口段設(shè)有一彎曲段連接渠首，并采用設(shè)置擴(kuò)散段的底流消能方式。主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相應(yīng)渠道最大水深1.75m，渠底寬3.

28、5m，渠道邊坡1∶1。</p><p><b>　　（2）水電站建筑物</b></p><p>　　因?yàn)橥潦瘔尾灰瞬捎脡问剿娬?，而宜采用引水式發(fā)電，所以這里用單元供水式引水發(fā)電。</p><p><b>　?。?）過壩建筑物</b></p><p>　　主要是筏道，采用干筏道。起運(yùn)平臺高程115.

29、00m平臺尺寸為30×20m2，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3。</p><p>　?。?）施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞</p><p>　　施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞，均采用有壓式。為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.00m，洞直徑為3.50m。</p><p>　　（三） 樞紐總體布置方案的確定</p>&

30、lt;p>　　擋水建筑物——土石壩（包括副壩在采用鋼內(nèi)）按直線布置在河彎地段的1#壩址線上，泄水建筑物——溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處；灌溉引水建筑物——引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置；水電站建筑物——引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸（凸岸），在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊；施工導(dǎo)流洞及水庫放空洞布置在左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制在藍(lán)圖上（地形地質(zhì)平面圖）。&

31、lt;/p><p><b>　　三 土壩設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。┮唬▔涡瓦x擇</b></p><p>　　影響土石壩壩型的因素有：壩高；建筑材料；壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件；施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場地、運(yùn)輸條件、初期度汛等施工條件；樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接

32、；樞紐開發(fā)目標(biāo)和運(yùn)行條件；土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價</p><p>　　樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危瑩?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.5~3.5公里的丘陵與平原地區(qū)的土料，且儲量特別多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游1~3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料利用采石場開采，采石場可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖、質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬、巖石出露、覆蓋淺，易

33、開采。</p><p>　　從建筑材料上說，均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。</p><p>　　1. 均質(zhì)壩 壩體材料單一，施工工序簡單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長，可簡化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩

34、，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會減少，工期延長，故在寒冷和多雨地區(qū)的使用受限制，故不選擇均質(zhì)壩。</p><p>　　2. 多種土質(zhì)壩 該壩型顯然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內(nèi)的當(dāng)?shù)馗鞣N筑壩；土料用量較均質(zhì)壩少，施工氣候的影響也相對小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復(fù)雜，施工干擾大，故也不選用多種土質(zhì)分區(qū)壩。</p><p>　　3. 斜墻壩 斜墻壩與心墻

35、壩，一般的優(yōu)缺點(diǎn)無顯著差別，粘土斜墻壩沙礫料填筑不受粘土填筑影響和牽制，沙礫料工作面大，施工方便；考慮壩址的地質(zhì)條件，由于壩基有破碎帶和覆蓋層，截水槽開挖和斷層處理要花費(fèi)很多時間，并且不容易準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)，斜墻截水槽接近壩腳，處理時不影響下游沙礫料填筑，處理壩基和填筑沙礫料都有充裕的時間，工期較心墻壩有把握；土料及石料儲量豐富，填筑材料不受限制。 </p><p>　　4. 心墻壩 心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼

36、上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；使其因壩主體的變形而產(chǎn)生裂縫的可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對小，粘土心墻冬季施工時暖棚跨度比斜墻小。移動和升高較便利。</p><p>　　綜合以上分析，最終選擇心墻壩。</p><p>　?。ǘ?大壩輪廓尺寸的擬定</p&g

37、t;<p>　　大壩輪廓尺寸包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲排水設(shè)備等。</p><p><b>　　1. 壩頂寬度</b></p><p>　　本壩頂無交通要求，根據(jù)施工條件和防汛搶險(xiǎn)需要以及以往工程的統(tǒng)計(jì)資料，對于中低壩取5-10m。本設(shè)計(jì)壩頂寬度采用B=7.0m。</p><p><b>　　2. 壩坡&l

38、t;/b></p><p>　　因最大壩高約115.0-62.50=52.5m,故采用三級變坡。</p><p>　　上游壩坡 ： 從壩頂?shù)綁熙嘁来螢?:2.75；1:3;1:3.25</p><p>　　下游壩坡 : 從壩頂?shù)綁熙嘁来螢?:2.5;1:2.75;1:3.0</p><p>　　馬道: 第一級馬道高程為62.5+20=

39、82.5m,第二級馬道高程為102.5m,馬道寬度取2.0m。</p><p><b>　　3. 壩頂高程</b></p><p>　　壩頂高程等于水庫靜水位與超高Y之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取最大值：①正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；②校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。最后需預(yù)流一定的壩體沉降量，此處取壩高的1%。計(jì)算公式采用下列算式：</p>

40、;<p><b>　　,</b></p><p>　　式中：——波浪在壩坡上的最大爬高，m；</p><p>　　——最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值，m； =0.01m; </p><p>　　——安全加高，m，根據(jù)壩的等級和運(yùn)用情況，按表1-1確定。</p><

41、;p>　　——壩前水域平均水深，粗略估計(jì)為50m；</p><p>　　——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（6~12）之間，計(jì)算時一般取;</p><p>　　b——風(fēng)向與水域中線的夾角，（）；</p><p>　　——計(jì)算風(fēng)速和水庫吹程；</p><p>　　表1-1 安全加高 （單位：m）</p><p&g

42、t;　　該壩屬于2級水工建筑物，安全加高分別?。赫＿\(yùn)用情況下1.0m，非常運(yùn)用情況下0.5m。</p><p>　　下面采用我國水利水電科學(xué)研究院推薦的計(jì)算波浪在壩頂上的爬高：</p><p>　　式中：——設(shè)計(jì)波高，；</p><p>　　m——壩坡坡率，取m=3.0；</p><p>　　n——壩坡護(hù)面糙率 ，取n =0.025<

43、/p><p>　　由所給的設(shè)計(jì)資料中只有多年平均風(fēng)速=10m/s，故取正常運(yùn)用情況和非正常運(yùn)用情況波高均為==0.614m，則。</p><p>　　兩種計(jì)算成果見表1-３</p><p>　　壩頂高程最后結(jié)果：116.10m。</p><p>　　驗(yàn)算：壩頂高程116.10m均大于 設(shè)計(jì)洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=

44、113.60m； 校核洪水位113.50m。</p><p><b>　　所以滿足要求。</b></p><p><b>　　（三） 滲流計(jì)算</b></p><p>　　1.　滲流計(jì)算的基本假定</p><p>　　1）心墻采用粘土料，滲透系數(shù),壩殼采用砂土料，滲透系數(shù),兩者相差倍，可以把粘土心

45、墻看做相對不透水層，因此計(jì)算時可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。</p><p>　　2）土體中滲流流速不大，且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律平均流速v等于滲透系數(shù)Ｋ與滲透比降i的乘積，v=Ki；</p><p>　　3）發(fā)生滲流時土體的空隙體積不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。</p><p>　　2.　滲流計(jì)算條件：</p><p>　　流

46、計(jì)算時應(yīng)考慮以下組合情況，取其最不利情況作為控制條件：1）上游正常水位，下游相應(yīng)的最低水位；2）上游校核洪水位相應(yīng)的下游最低水位；3）對上游壩坡最不利的庫水降落后的落差。</p><p>　　由于缺乏資料所以擬定如下工況進(jìn)行計(jì)算：設(shè)計(jì)洪水位（取與正常蓄水位）113.10m，相應(yīng)的下游最低水位為74.3m；校核洪水位113.50m，相應(yīng)的下游水深為75.00m。</p><p>　　3.

47、滲流分析的方法</p><p>　　采用水利學(xué)法進(jìn)行土壩滲流計(jì)算。將壩內(nèi)滲流分為若干等份，應(yīng)用維爾金斯公式和水流連續(xù)方程求解滲流流量和浸潤線方程。</p><p>　　4. 計(jì)算斷面及公式</p><p>　　本設(shè)計(jì)僅對河槽截面處進(jìn)行最大斷面的滲流計(jì)算，并假設(shè)地基為不透水。采用的公式：</p><p><b>　　單寬流量<

48、/b></p><p>　　將心墻看作等厚的矩形，則平均寬度為 ：</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　=144.5m</b></p><p>　　L=144.5-33.3-9.475=101.73（設(shè)計(jì)情況）</p><p>　　L=1

49、44.5-32.5-9.475=102.53（校核情況）</p><p><b>　　已知 </b></p><p>　　通過心墻的單寬流量 </p><p>　　通過心墻下游壩殼的單寬流量為</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果見表</b></p><p>　　6. 總的滲

50、流量計(jì)算</p><p>　　從地質(zhì)地形平面圖上可以看出大壩沿軸線大約長為400m，沿整個壩段的滲流量為：Q=μLq 式中μ是考慮到壩寬，厚度，滲流量沿壩軸線的不均勻分布而加的折減系數(shù)，μ=0.8 </p><p>　　Q正=0.8×400×6.50×10=m³/s</p><p>　　Q校=0.8×4

51、00×6.36×10=m³/s</p><p><b>　　6 浸潤線方程</b></p><p>　　正常水位 = </p><p><b>　　校核水位 = </b></p><p><b>　　（四）壩坡穩(wěn)定計(jì)算</b></

52、p><p>　　面板壩下游采用的是是堆石，所以C=0，常形成折線狀的滑弧面，形狀如圖所示：</p><p>　　圖中所示的各數(shù)據(jù)應(yīng)滿足以下關(guān)系：</p><p>　　φ´-β）-ctg（θ-φ´）-（1+）tg（φ-б）=0</p><p>　　φ´=tg（tgφ/K）φ´= tg（tgφ/ K） φ

53、´= tg（tgφ/ K）</p><p>　　查設(shè)計(jì)資料沙土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，φ=φ=φ=30º，由于設(shè)計(jì)原始資料中無相關(guān)的數(shù)據(jù)，在此也無法提供實(shí)驗(yàn)資料，所以假定 θ=25 º， б=5 º， β=10 º，</p><p>　　φ´=φ´= φ´=13 º，帶入上面三個式子中解得K=2.5

54、> K=1.35。2級水工建筑物正常運(yùn)行情況下=。因而該假定的滑動坡面是穩(wěn)定的。（此處須 了解原因）</p><p>　?。ㄎ澹┎牧霞皹?gòu)造設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(1) 防滲體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1. 防滲體尺寸</b></p><p>　　土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿

55、足控制防滲比降和滲流量要求,還要便于施工。防滲體頂部考慮機(jī)械化施工的要求,取3.5m,土斜墻上下游坡度取1:0.3，。</p><p>　　上下游最大作用水頭差，H=113.50-62.50=51.00（下游無水工況），根據(jù)規(guī)定，粘土心墻的容許滲透坡降[J]不宜大于4，這里取[J]=4，故墻厚T>=H/[J]=51.00/4=12.75m。</p><p>　　心墻底寬為3.5+（5

56、1.00+0.5）0.32=34.4m>12.75m.，滿足要求。</p><p><b>　　2. 防滲體尺寸</b></p><p>　　防滲體頂部在靜水位以上超高，對于正常運(yùn)用情況心墻為0.3-0.6m，取0.5m，最后防滲體頂部高程取為113.10+0.50=113.60m。（在非常運(yùn)用情況下，不應(yīng)低于該工況下的最高水位）</p><

57、p><b>　　3. 防滲體保護(hù)層</b></p><p>　　心墻頂部以及心墻的上游側(cè)均應(yīng)設(shè)保護(hù)層，防止冰凍和干裂。保護(hù)層可采用砂或者碎石，其厚度不小于該地區(qū)的凍結(jié)或干燥深度，此處取1.0m，上部碎石厚0.50m，下部礫石石厚0.50m。心墻上游保護(hù)層應(yīng)分層碾壓填筑，達(dá)到和壩體相同的標(biāo)準(zhǔn)。其外坡坡度應(yīng)按穩(wěn)定計(jì)算確定，使保護(hù)層不至沿斜墻面或連同心墻一起滑動。具體見壩頂構(gòu)造。</p

58、><p>　　(2) 壩體排水設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.排水設(shè)施選擇</b></p><p>　　常用的壩體排水有以下幾種形式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水以及綜合式排水。</p><p>　　（1）貼坡排水：不能降低浸潤線，多用于浸潤線較低和下游無水的情況，故不選用。</p><p>　

59、?。?）棱體排水：可降低浸潤線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)上游壩腳不受尾水沖刷，且有支撐壩體增加壩體穩(wěn)定的作用，且易于檢修，是效果較好的一種排水形式。</p><p>　?。?）壩內(nèi)排水：其中褥墊排水對不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修，當(dāng)下游水位高過排水設(shè)施時，降低浸潤線的效果將顯著降低；網(wǎng)狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。</p><p>　　綜合以上分析選擇棱體排水方

60、式。</p><p>　　2.堆石棱體排水尺寸</p><p>　　頂寬2.0m，內(nèi)坡1：1.5，外坡1：2.0，頂部最高水位須高出下游最高水位對1、2級壩不小于1.0m，通過校核洪水位113.50m，假設(shè)相應(yīng)下游最高洪水位為75.00m，超高取1.5m，所以頂部高程為75.00+1.5=76.5m。</p><p>　　(3)反濾層和過濾層</p>

61、<p>　　1. 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　1）保護(hù)無粘性土料（粉砂、砂、砂礫卵礫石、碎石等）</p><p>　　碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議按下述準(zhǔn)則選用，，同時要求兩者的不均勻系數(shù)及不大于5～8，級配曲線形狀最好相似。</p><p>　　式中：——反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%；&l

62、t;/p><p>　　——被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的15%及85%。</p><p>　　上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料,當(dāng)選擇第二層反濾料時，以第一層反濾料為被保護(hù)土，二選擇第三層反濾料時，則以第二層反濾料為被保護(hù)土。</p><p>　　按次標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料一般不能滿足要求，須對土料進(jìn)行篩選。</p><p&g

63、t;<b>　　2）保護(hù)粘性土料</b></p><p>　　粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無粘性土強(qiáng)，通常不用上述兩式設(shè)計(jì)反濾層，而用以下方法設(shè)計(jì)。</p><p>　?、贊M足被保護(hù)粘性土的細(xì)粒不會流失</p><p>　　根據(jù)被保護(hù)土的小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)不同，而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5mm的顆粒時，則取其小于5mm

64、的級配確定小于0.075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及計(jì)算粒徑。如被保護(hù)土不含有大于5mm的顆粒時，則按全料確定小于0.0075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及。</p><p>　　a.對于小于0.075mm的顆粒含量大于85%的粘性土，按式.設(shè)計(jì)反濾層，當(dāng)，取等于0.2mm 。</p><p>　　b.對于小于0.075mm的顆粒含量為40%～85%的粘性土按式.設(shè)計(jì)反濾層。</p>&l

65、t;p>　　c.對于小于0.075mm的顆粒含量為15%～39%的粘性土按式設(shè)計(jì)反濾層。式中，為小于0.075mm時顆粒含量1%。若，應(yīng)取0.7mm。</p><p><b>　　②滿足排水要求</b></p><p>　　以上三種土還應(yīng)符合式，以滿足排水要求。式中應(yīng)為被保護(hù)粘性土全料的，若時不小于0.1mm 。</p><p><

66、b>　　3）護(hù)坡墊層</b></p><p>　　墊層料的粒徑不能過大，而且含有適量的細(xì)料。本壩屬于中壩，取最大粒徑為80-100mm,粒徑小于5mm的顆粒含量宜選為30%-50%， 同樣應(yīng)滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標(biāo)準(zhǔn)可降低些，建議按下式的簡便方法選擇粒徑。</p><p>　　.， .。</p><p><b>

67、;　　2.設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p>　　由于設(shè)計(jì)原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級配情況，這里無法用計(jì)算方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計(jì)，只能參考相關(guān)規(guī)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。初步擬結(jié)果如下：</p><p><b>　　(4)護(hù)坡設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.上游護(hù)坡：采用目前最常用的漿砌石護(hù)坡。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩

68、腳，厚度為40cm，下部設(shè)厚度均為30cm的碎石和粗沙墊層。見圖：</p><p>　　2.下游護(hù)坡：下游設(shè)厚度為40cm的碎石護(hù)坡，護(hù)坡下面設(shè)厚度為40cm的粗沙墊層。見圖：</p><p><b>　　(5)頂部構(gòu)造</b></p><p><b>　　1.壩頂寬度</b></p><p>　　

69、對中低壩可取5-10m，此處取B=7.0m</p><p><b>　　2.防浪墻</b></p><p>　　采用C15水泥漿砌快石放浪墻，高為1.2m，基本尺寸見圖，墻身每隔15m布置一道設(shè)有止水的沉陷縫，墻頂設(shè)有高2.8m的燈柱。</p><p><b>　　3.壩頂蓋面</b></p><p&g

70、t;　　(6)馬道和壩頂，壩面排水設(shè)計(jì)</p><p>　　1.馬道：第一級馬道高層為82.50m，第二級馬道高層為102.50m，馬道寬為2.0m。</p><p>　　2.壩頂排水：壩頂設(shè)有防浪墻，為了便于排水，把頂做成自上游\傾向下游的坡，坡度為3%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。</p><p><b>　　3.壩面排水</b><

71、/p><p><b>　?。?）布置</b></p><p>　　在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝?？v向排水溝（與壩軸線平行）設(shè)在各級馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m設(shè)置1條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水工自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩址排水溝?？v橫排水溝互相連通，橫向排水溝之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩側(cè)傾斜，坡度取0.2%，以便將雨水排向橫向排水溝。壩體與

72、岸坡連接處應(yīng)設(shè)計(jì)排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。</p><p>　?。?）排水溝尺寸及材料</p><p>　　1）尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，所以無法用計(jì)算的方法確定斷面尺寸，根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn)，排水溝寬度及深度一般采用20-40cm，具體的尺寸見圖。</p><p>　　2）材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。見圖</

73、p><p>　　(7)地基處理及壩體與岸坡的連接</p><p>　　結(jié)合本壩壩基情況，從壩軸線剖面圖可知，地基處理如下：</p><p><b>　　1. 地基處理</b></p><p>　?。?） 河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，且鉆1處巖芯獲得率都比較高。吸水量也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即

74、可。</p><p>　　（2） 鉆2及右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對較厚，鉆2處的上層巖芯獲得率只有12%，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。</p><p>　?。?）平山咀大溶洞：經(jīng)勘探后分析對大壩及庫區(qū)均無影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時還應(yīng)與粘土斜墻相連，向上庫區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。</p><p>　　2. 壩體與地基

75、的連接</p><p>　?。?） 河槽部位（即鉆1部位），巖芯獲得率及吸水量均能達(dá)到要求，采用在斜墻底端局部加厚的方式與地基相連。</p><p>　?。?） 鉆2到右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有12%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下0.5m深處，內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定：邊坡采用1：2.0；底寬，滲徑不小于（1/3～1/5）H，其中

76、H為最大作用水頭（下游無水時為51.00m），底寬取1/3.4×51.00=15.0m。</p><p>　　3. 壩體與岸坡的連接</p><p>　　土壩與岸坡的接合面是工程中較軟弱的環(huán)節(jié)，應(yīng)妥加處理，避免沿接合面發(fā)生集中滲流，土壩裂縫等現(xiàn)象。左壩肩到左灘地，坡積風(fēng)化層5～10m，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時基本與基巖大致平行。右壩肩到右灘地坡積風(fēng)化

77、層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。</p><p>　　四 溢洪道設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬?溢洪道路線選擇和平面位置的確定</p><p>　　根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，選擇正槽式溢洪道，引水渠末端設(shè)置圓形漸變段，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，尾水渠設(shè)護(hù)袒。成直線布置在右岸的天然埡口。</p><p><b>　

78、　堰面形式及孔口尺寸</b></p><p>　　1 采用WES型堰面形狀 </p><p><b>　　取</b></p><p>　　取 </p><p>　　點(diǎn)下游曲線方程： </p><p>　　坡度（與水平線段夾角為）的下游直線

79、段與曲線段相切點(diǎn)的坐標(biāo)值，做一階導(dǎo)數(shù)：</p><p><b>　　=1.667</b></p><p>　　切點(diǎn)坐標(biāo)為（10，9）</p><p>　　反弧圓心的確定：反弧半徑，為校核洪水閘門全開時反弧水深，本設(shè)計(jì)中，反弧圓心點(diǎn)坐標(biāo)</p><p>　　圓弧與直線相交點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p>

80、<b>　　2 孔口尺寸設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）、單寬流量的確定。</p><p><b>　　——單寬流量</b></p><p>　　根據(jù)堰頂形式可選 </p><p><b>　　則 </b></p><p&g

81、t;　　取孔口寬度為10 則 </p><p>　　——孔口寬度 ——中閘墩（取2.0），邊墩（取3.0m）</p><p><b>　　則 溢流前緣總長為</b></p><p>　　——閘墩側(cè)收縮系數(shù)，取0.95</p><p>　　——流量系數(shù)，取0.48</p>

82、<p>　　——重力加速度，9.81</p><p>　　溢洪道在開挖的時候，為了增強(qiáng)防沖刷能力，需要設(shè)置襯砌，粗糙率取</p><p><b>　　3、引水渠</b></p><p>　　引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前。為提高泄洪能力，渠內(nèi)流速。渠底寬度大于堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，取為107.50m。引水渠斷面

83、尺寸的擬定，具體計(jì)算結(jié)果和過程見表1-5。</p><p>　　表 1-5 引水渠斷面尺寸計(jì)算成果</p><p>　　計(jì)算公式：，，假設(shè)。</p><p>　　由計(jì)算可以擬定引水渠底寬B=90m，引水渠與控制堰之間設(shè)漸變段，采用圓弧連接，圓弧半徑R=10m，圓弧的圓心角為90°；引水渠前段采用梯形斷面，邊坡采用1：1.5；底坡均為1：1

84、0的逆坡。最后引水渠總長L=65m。</p><p>　　進(jìn)水渠與控制堰之間為漸變段，采用弧線連接。</p><p><b>　　4 控制段</b></p><p>　?。?）擬定控制段的形式</p><p>　　為了控制瀉流能力，設(shè)置平面鋼閘門，</p><p>　　取 &l

85、t;/p><p>　　查表： </p><p>　　與泄槽底版相連采用反弧曲面，（其中為校核洪水位全開時的反弧最低點(diǎn)）</p><p><b>　　5 泄 槽</b></p><p>　　泄槽布置在基巖上，斷面為挖方，為適應(yīng)地形，瀉槽分為收縮段、瀉槽一段、瀉槽二段，根據(jù)已建的工程擬定收縮段收縮角為1

86、2度。首端與控制堰同寬B=61m。末端采用矩形。</p><p><b>　　5、出口消能</b></p><p>　　溢洪道出口段為沖溝，巖石質(zhì)地較好，離大壩較遠(yuǎn)，采用挑流消能。水流沖刷不會危及大壩安全。</p><p><b>　?。ㄈ┧τ?jì)算</b></p><p>　　泄槽水面線計(jì)算：對稱

87、布置由地質(zhì)平面圖可知堰頂?shù)较掠嗡娓叱蹋?4.3）處的水平距離是86，高差33.2。坡降i=33.2/86=0.386＞iK，屬急流，槽內(nèi)形成bⅡ型降水曲線，屬于明渠非均勻流的計(jì)算。</p><p><b>　?。?）、基本計(jì)算</b></p><p>　　采用各段試算的方法計(jì)算</p><p>　?。?）、基本計(jì)算公式</p>

88、<p>　　流段距離： </p><p>　　式中收縮斷面處開始計(jì)算</p><p>　?。?）、用試算法進(jìn)行求 </p><p>　　取幾組的值，進(jìn)行試算，使得兩公式算的相等</p><p><b>　　列表如下：</b></p><p>　　經(jīng)計(jì)算滿足要求。 ， &l

89、t;/p><p><b>　　作出瀉槽水面線：</b></p><p><b>　　4 摻氣水深</b></p><p>　　（1）、摻氣發(fā)生的位置</p><p>　　按經(jīng)驗(yàn)公式： </p><p><b>　　——單寬流量</b></p&

90、gt;<p>　　理論上是不需要考慮的，但是一般還是在4段末考慮摻氣，從而減小影響。從水面線上得到此點(diǎn)的流速，，代入 </p><p>　　——不計(jì)波動和摻氣的水深</p><p>　　——不計(jì)波動和摻氣的計(jì)算斷面的平均流速</p><p>　　——修正系數(shù)，一般為本題目中取1.2</p><p><b>　　則

91、 </b></p><p>　　邊墻的超高一般為，取0.6</p><p>　　槽面到墻頂?shù)拇怪本嚯x為，取為1.8m。</p><p><b>　?。?）鼻坎型式</b></p><p>　　選用結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、鼻坎上水流平順、挑距較遠(yuǎn)、應(yīng)用廣泛的連續(xù)式鼻坎。鼻坎挑角。鼻坎高程高出下游最高水位（設(shè)計(jì)時

92、74.30m、校核時75.00m）1～2m，取76.00m，反弧半徑R=10m。見圖12所示。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　?。?）水舌挑射距離計(jì)算</p><p>　　式中： L——水舌挑距，m； ——坎頂水面流速, m/s，按鼻坎處平均流速v的1.1倍； ——坎頂垂直方向水

93、深m，</p><p>　　——坎頂至河床面高差，m。 。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果見表1-11</p><p>　　表 1-11 水舌挑射距離計(jì)算結(jié)果</p><p>　?。?） 沖刷坑深度的計(jì)算（由河床表面至坑底）</p><p><b>　　， ，</b>

94、;</p><p>　　式中：——水墊厚度，自水面算至坑底，m； ——沖坑深度，m；</p><p>　　——單寬流量，； ——上下游水位差，m； </p><p><b>　　——下游水深，m；</b></p><p>　　——沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖，軟弱破碎、裂隙發(fā)育的基

95、巖。此工程下游河床存在破碎帶和一假想逆斷層，巖層裂隙發(fā)育，所以取。</p><p>　　沖坑計(jì)算結(jié)果見表1-12。</p><p>　　表 1-12 沖刷坑深度計(jì)算結(jié)果 </p><p><b>　　（4） 安全驗(yàn)算</b></p><p><b>　　，安全。</b><

96、/p><p>　　（四）襯砌及構(gòu)造設(shè)計(jì)</p><p>　　包括襯砌、排水、止水和分縫。</p><p>　　泄槽中的水流流速較大，采用厚50cm的混凝土襯砌，引水渠的流速較低可選用石灰漿砌塊石水泥勾縫。襯砌縱向接縫采用平接縫，沿水流向橫縫采用搭接型式?？v橫向分縫距離分別取為10m、20m，縫下設(shè)縱橫向排水溝，并設(shè)有銅片止水裝置，在排水溝頂面鋪瀝青麻片，以防止施工時水泥

97、漿或運(yùn)用時泥沙堵塞排水溝，各橫向排水溝的水流應(yīng)通過泄槽兩側(cè)的縱向排水溝排往下游，縱向排水管設(shè)置兩排，以保證排水通暢。</p><p>　　（五） 地基處理及防滲</p><p>　　堰頂處來自水重和底板的重量較大，泄槽段高速水流的沖擊作用也較大，再加上此處的巖芯獲得率較小，故需進(jìn)行地基處理，初步擬定采用局部水泥灌漿，挑流消能的鼻坎由連接面板（即泄槽襯砌之延續(xù)）和齒墻兩部分組成，起到防滑兼