1、 本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文題 目 均質土壩樞紐建筑物設計 學 院 工學院 專 業(yè) 水利水電工程 畢業(yè)屆別 2008 屆 姓 名 123456 指導教師 654321 職 稱 副教授 甘肅農(nóng)業(yè)大學教務處制二一二年 五 月 123456 均質土石壩樞紐建筑物設計目 錄摘要.1關鍵詞.1ABSTRACT.1KEY WORDS .1緒論.21 基本資料.21.1 地形地質.21。1.1 地形.21。1.2 庫區(qū)工程地質條件.21。1。3 壩址區(qū)工程地質條件.31。1.4 壩址區(qū)其他建筑物.31。2 水文與水利規(guī)劃.31。2.1 氣象.31。1。2 水文分析.41.2.3 水利計算.51。3 建筑材料及

2、筑壩材料技術指示的選定.71。3.1 土料.71.3。2 砂礫料.81.3.3 石料.81。3.4 筑壩材料技術指標的選定.81.4 工程效益.91。5 施工條件.91。5。1 施工地區(qū)氣象與水文條件.91.5。3 當?shù)亟ㄖ牧?土料.101。5。4 施工地區(qū)對外條件.101。5。5 工作日分析.102 樞紐布置.102。1 工程等級確定.102.2 壩軸線的選擇.102。3 壩型選擇.102。3。1 地質條件.102.3。2 水文條件.112.3。3 筑壩材料.112.3.4 壩型比較.112。4 樞紐布置.123 壩工設計.133.1 壩體剖面設計.133。1.1 壩頂高程的確定.133。

3、1。2 壩頂高程計算.133。3 壩頂寬度確定.173.4 壩坡選定 .173。5 馬道.183。6 壩體排水.184 滲流分析.184。1 滲流分析的目的.184。2 分析內容.194。3 滲流分析方法.194.4 滲流計算.204。4.1 正常蓄水位時的滲流分析.204.4.2 設計洪水位時的滲流分析.214.4.3 校核洪水位時的滲流分析.214。5 滲流分析.225 穩(wěn)定分析.225.1 計算工況與安全系數(shù).225。2 穩(wěn)定分析基本原理及方法 .235.2.1 最危險滑弧圓心范圍的確定.235.3 穩(wěn)定分析計算.245。3。1 上游為正常蓄水位的下游壩坡穩(wěn)定計算.245。3.2 上游為

4、校核洪水位時下游壩坡穩(wěn)定分析.305.3。3 上游為設計洪水位時上游壩坡穩(wěn)定計算.355.4 穩(wěn)定綜合分析.396 壩體細部構造.406。1 壩頂.406。2 護坡.406。3 排水結構.406。4 反濾層.416。5 壩坡排水.437 溢洪道設計.437.1 概述.437.2 溢洪道的線路和選型.437。3 溢洪道引水渠 .447。4 溢流堰控制段 .447.4.1 溢流堰的形式.447.4。2 初步擬定溢流堰孔口凈寬.447。5 泄槽設計 .477。5.1 泄槽的平面布置及縱、橫剖面.477.5。2 收縮段、擴散段和彎曲段設計.517。5。3 摻氣減蝕.517.5。4 邊墻高度確定.527

5、.5.5 泄槽的襯砌.527.6 溢洪道消能設計 .538 壩基處理.548。1 地基處理的主要要求.548。2 地基的處理.548。3 岸坡的處理.54參考文獻.55致謝.56 123456 均質土石壩樞紐建筑物設計均質土石壩樞紐建筑物設計123456（甘肅農(nóng)業(yè)大學工學院水利水電工程專業(yè)）摘要摘要：適當修建大壩可以實現(xiàn)一個流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。通過對青龍河地形地質、水文資料、氣候特征的分析,結合當?shù)氐慕ㄖ牧?設計適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實現(xiàn)很好的經(jīng)濟效益.根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調節(jié)計算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物

6、的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；詳細作出大壩設計,通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案與壩身構造，進行水力、靜力計算；對泄水建筑物進行設計，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案.水庫配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。關鍵詞關鍵詞：壩工設計；滲流分析；穩(wěn)定分析；溢洪道設計；基礎處理.Homogeneous earth dam pivot building design123456 （Institute of water conservancy and Hydropower Eng

7、ineering of Gansu Agricultural University）Abstract: Appropriate construction of dam can be achieved in a basin area of power generation, flood control, irrigation benefit。 D river is located in our country southwest, through to its geological, hydrological data， climate analysis， combined with the l

8、ocal building materials, design suitable for the project to help the region to achieve good economic benefit. According to the requirement of flood control， flood regulation computation of reservoir， to determine the crest elevation and release flood waters building size; through the analysis, on th

9、e possible options， determine the hub of the building form, dimensions and water conservancy hub layout plan made in detail; dam design, through the comparison, determining basic profiles and dimensions， make the foundation treatment scheme and the dam body structure, hydraulic, static calculation o

10、f outlet structures; design， choice of building form, outline dimensions， to determine the layout scheme, make detail structure， hydraulic， static calculation。 Reservoir with river regulation measures, can greatly reduce the flood on the downstream towns， factories and mines， rural, highway， railway

11、 and the tourist attractions of the threat; create favorable conditions for development of aquaculture。 Key words： Dam design;Seepage analysis; stability analysis; spillway design; foundation treatment緒論畢業(yè)設計的任務是把學生在專業(yè)主要課程內容所獲得的知識加以系統(tǒng)化、鞏固、擴大、深入，培養(yǎng)學生獨立解決本專業(yè)技術問題的能力及培養(yǎng)自學能力，培養(yǎng)學生的設計計算,編寫說明書和繪圖能力?；驹瓌t是：設計應

12、滿足功能要求，并力求經(jīng)濟、安全、施工便利和美觀,根據(jù)可能的和合理的方案進行技術經(jīng)濟比較來選定建筑物的型式、材料、布置。設計時注意的事項是:以嚴肅的態(tài)度對待資料,不自行修改或增減，一切必要的補充或修改必須征得指導教師的同意。本此設計包括：樞紐布置，壩體剖面設計，滲流、穩(wěn)定分析，細部構造設計以及溢洪道設計，地基處理等章節(jié).根據(jù)基本資料中的地質、水文資料確定壩址、壩型,根據(jù)工程的用途以及地形條件進行樞紐總體布置。由水文，氣象資料初步擬定壩體剖面后,經(jīng)過滲流分析，穩(wěn)定分析后驗證壩體的穩(wěn)定性性指標.之后對壩體細部構造設計，滿足大壩的功能要求。土石壩的壩頂是不容許過水的，因此必須設置獨立的泄水，本設計采用

13、正槽式溢洪道，布置在河道的左岸。在完成設計過程中主要參考了水工建筑物,SL 2742001碾壓式土石壩設計規(guī)范 ，在張老師的精心指導下完成本次設計.1 基本資料 1。1 地形地質1.1。1 地形地質 見 1：2000 壩址地形圖.1。1。2 庫區(qū)工程地質條件 水庫位于高山區(qū)，構造剝蝕地形。青龍河侵蝕能力較強，沿河形成不對稱河谷，由于構造運動影響,河流不斷下切,形成岸邊階地、陡岸.流域內地形北高南低,平均高程與 500m，最高峰海拔 1680m.河道蜿蜒曲折，河谷寬度 400100m 不等，河道比降 1/4001/600。庫區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在 200 米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛

14、，其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質頁巖組成。透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內外的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸，從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析，水庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小.經(jīng)過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風化作用較強,庫岸基本上是穩(wěn)定的.青龍河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散,除庫水位以下有一定淹沒外,浸沒問題不大，庫區(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。1。1.3 壩址區(qū)工程地質條件 本區(qū)地震基本裂度為六度,建筑物按七度設防 壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向青龍河上游，兩岸山體較厚。河床寬約 300米,河床地面高程 85m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度

15、 57 米，滲透系數(shù) K=1102 厘米/秒。水庫壩址選在青龍河下游的山谷河段上，共選出 2 條壩線，經(jīng)過比較，確定第一壩線，出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細砂巖互層，巖石堅硬、構造簡單、滲透性小.壩址區(qū)為剝蝕-中低山地形，河流經(jīng)壩址處急轉彎向北流向下游，由于受喬麥嶺背斜控制,巖層傾向上游，呈單斜構造狀。壩線區(qū)河谷較為開闊。右岸下游形成半島狀，因河流側向侵蝕,使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段層有 6-7 條，軟弱夾層有 13 條;左岸山坡平緩，覆蓋著 31m 厚的山麓堆積物，有斷層一條。河床壩基巖石構造較為發(fā)育，開挖揭露出斷層 40 余條，其中相對較大的有 10 多條。1。1。4 壩

16、址區(qū)其他建筑物溢洪道上壩線溢洪道位置巖性主要為堅硬的細砂巖,其中軟弱層多為透鏡體,溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的，下壩線溢洪道堰頂高程 750 米，基礎以下 10 米左右為砂質頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重,透水性大,對建筑物安全不利。1。2 水文與水利規(guī)劃1.2。1 氣象 根據(jù)資料統(tǒng)計，青龍河流域屬季風型大陸性氣候,冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約 10，年絕對最低氣溫為-29。2,最高氣溫為 38。7,月平均溫度變化較大，離壩址較遠的遷安站實測最高氣溫 39。多年平均降雨量為 700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年無霜期約 180 天，結冰期約 120 天，河道一般

17、在 12 月封凍，次年三月上旬解凍，凍層厚 0.40。6m,岸邊可達 1。0m。多年平均最大風速 23。7m/s，水庫吹程為 3km.1.1。2 水文分析 1。1.2.1 洪水 青龍河洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計七八月發(fā)生最大洪峰流量的機會占 88，而且年際變化很大，實測最大洪峰流量為 2200 秒立米(1962 年）,最小洪峰流量 184 秒立米(1965年）,相差 12 倍，流域洪水峰高、歷時短,陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時間一般 35 天。 1。1。2.2 年來水量 青龍河流域年徑流由年降雨產(chǎn)生，年徑流在地區(qū)與時間上分布與年降雨量基本一致，但年際間變化懸殊，實測徑流資料 19291983 年共 3

18、5 年資料中豐水年 1961 年達21.34104m3,枯水年 1965 年僅 16.77104m3，相似枯水年連續(xù)發(fā)生,多年平均徑流量9.6108m3。實測徑流資料如表 11 所示?？紤]到流域內人類活動對產(chǎn)流的影響，分別對未來規(guī)劃年 2000 年和 2020 年流域內耗水量進行了預測，得到個規(guī)劃年的徑流系列，如表 1-1 所示.根據(jù)徑流年內和年際變化特征,分別選擇 1986 年，2000 年和 2020 年為設計水平年.表 1-1 實測徑流表年份天然1986 年2000 年2020 年年份天然1986 年2000 年2020 年192911。09910.910.49510.24419572。

19、9322.7332。3572.163021。22921。0320。62570。383584.3984.1993.8053。603314。7294.5304。1253。8645919.86019.8519.24018.995326。1815。9825。5935.396604。6644.4654.0663。869337.5727.3737.0156.818613.4253.2262.8212.5833416.77416.57516。1715.9446218.19317.99417.58917。35359.0278。8288.4298。239633.6823.4833。0782。817362.114

20、1。9151.5101。3036413。40613。20712。80212。5663712.98612.78712.38212。121654。3284。1293.7343.5373815.43115.23214.82714.5666610。48010。2819.8769。1653910.89610.69710。29210.071676。1685。9695.5645.346404.2094。0103。6063。253682。6242。4232.0231.826413。3402.1411。7361。5286918。51718.31817.94317.682429。8249。6259.2208.95

21、9704.9744.7754.3704.1454312.48712.28811.88211。622713.1082.9092。5192。322444。7254.5261.1213.860723.4283。2292。8242。627457。2227.0236.6186。357739。3159.1168。7118。450468.3728。1737。7687。507749.1058。9068.5018.261478。1868.0247。7597.4877510。0899。7859.0679.278488。2358。0367.6317。3707611.32411。12510。72010.4594937

22、.02236.80336.39836。1377721。3421。14120.72620。475507。5117。3126。9076。6467813。05712.85812。45312.192515.5655.3864.9614。7387910.1199.9209。5199.251526.3626.1635.7585.559802.2332。0341。6451.4485317.91717.71817.31317。054811。7361.5371。1480。9515414.97614。77714。37214。111821。8911.6921。2981.1185513.69013.49113。086

23、12.825832.0911.8921。5171.320567.9967。7977。3927。131841。1。2。3 年輸沙量青龍河流域植被較好，泥沙來源在地區(qū)分布和洪水分布上一致。主要是土門子與某之間,其間來沙量約占某以上總輸沙量的 95%以上,而汛期輸沙量又集中在幾次特大洪水上。年際間泥沙量的變化懸殊。由統(tǒng)計分析得知,某站多年平均淤沙量為 389t,多年平均含沙量為 4。0kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為 762。8t/km2。從泥沙的組成情況來看，泥沙顆粒較粗,中值粒徑為 0.075mm，淤沙浮容重 0。9t/m3，內摩擦角為 12 度。1.1.2.3 水文分析成果表 表 1-2 水文分

24、析成果表序號姓 名單 位數(shù) 量備 注1利用水文系列年限352代表性流量多年平均流量立米/秒30。5調查歷史最大流量立米/秒3400設計洪水洪峰流量(P=1)立米/秒3600校核洪水洪峰流量(P=0.1）立米/秒5200保壩洪水洪峰流量（P=0。01%)立米/秒76003洪量設計洪水洪量(P=1%)億立米6。5五 天校核洪水洪量（P=0。1%)億立米8。2五 天4多年平均年徑流量億立米9.65多年平均輸沙量噸4311。2。3 水利計算 水文水利規(guī)劃成果如下： (）死水位選擇為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當加高,力求達到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地。按二十年淤積高程,選定死水位 1

25、04m。 （)調節(jié)性能的選定灌溉保證率選取 P=75，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電，從年調節(jié)和多年調節(jié)兩方案的水電量利用系數(shù)和壩高都相差不大,但是多年調節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機利用小時都較年調節(jié)性能水庫提高 20.故確定該水庫為多年調節(jié)性能水庫。 （）興利水位的確定原則和指標根據(jù)青龍河洪水特性,汛期限制水位在七、八月定為 140.5 米。七、八月以后可重復利用一部分防洪庫容蓄水興利以不降工程防洪標準，以防洪興利兼顧為原則，確定九、十月限制水位，提高為 136.2 米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超過百年設計洪水位考慮，確定汛末興利水位為 141 米。 (）防洪

26、運用原則及設計洪水的確定 某水庫屬一級工程.水庫大壩建筑物按千年一遇洪水設計，萬年一遇洪水校核。由于采用的洪水計算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作非常保壩標準對水工建筑物進行復核。 調洪運用原則： 入庫洪水為百年一遇時,為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標準，水庫控制下流量為 2000 秒立米。當入庫洪水為千年一遇時，溢洪道單寬流量以 70 每秒立米控制泄流。 當入庫洪水為萬年一遇時，按上述原則操作，即庫水位接近校核水位時，水庫水位仍繼續(xù)上漲，為確保大壩安全,溢洪道敞開洪，允許溢洪道局部破壞。 (）水庫排沙和淤沙計算某水庫回水長 25 公里，河道彎曲，河床比降為 2。2

27、，河床寬 300 米左右，是個典型的河道型水庫.水庫利用異重流排沙.在蓄水過程中，只能用灌溉、發(fā)電有盈余水進行排沙，經(jīng)計算，多年平均排沙量只占 5.2，94.8%的泥沙都要淤積在庫區(qū)內侵占興利庫容。淤沙高程為97.6m，堆沙庫容為 1.66108m3。 (）水庫工程特征值A。 樞紐下泄流量及相應下游水位水庫上游設計洪水位為 142.0m，相應下游水位為 92。0m，庫容為 8。32108m3，溢流壩相應的泄量為 1024m3/s；上游校核洪水位為 143。3m,相應下游水位為 92。4m，庫容為 8。70108m3，溢流壩相應的泄量為 1159 m3/s；上游正常蓄水位為 141m（與汛限水位

28、同高） ，相應下游水位為 86。1m；死水位為 90.0m，相應的庫容為 0.78108m3；表 1-3 水庫技術經(jīng)濟指標表序號名 稱單 位數(shù) 量備 注1水庫水位校核洪水位(P=0。01%)米考慮淤積 20 年設計洪水位（P=1）米考慮淤積 20 年興利水位米考慮淤積 20 年汛限水位米考慮淤積 20 年死水位米考慮淤積 20 年2水庫容積總庫容億立米5。05校核洪水位設計洪水位庫容億立米4。63序號名 稱單 位數(shù) 量備 注防洪庫容億立米14。93興利庫容億立米其中共用庫容億立米死庫容億立米3庫容系數(shù)4調節(jié)特性多年1.3 建筑材料及筑壩材料技術指示的選定 當?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植荚趬沃返貐^(qū)上、下游

29、河灘及兩岸階地。其中,土料主要分布在莊窩、土谷子等七處，沙礫卵石料主要有南杖子、某等八處,各料廠的材料物理性質基本滿足要求，可做大壩混凝土骨料及拱圍堰.1。3。1 土料 壩址上、下游均有土料場,儲量豐富，平均運距小于 1.5 公里，根據(jù) 155 組試驗成果統(tǒng)計，土料平均粘粒含量為 26。4，粉粒 55。9%，砂粉 17。6,其中 25%屬粉質粘土，60。7%屬重粉質壤土，14.3屬中粉質壤土，平均塑性指數(shù) 11。1，比重 2.75。最大干容重 1.67 噸/立米，最優(yōu)含水量 20。5，滲透系數(shù) 0.4410-6 厘米/秒.具有中等壓縮性，強度指標見下頁表.1。3.2 砂礫料 主要分布在河灘上,

30、儲量為 205 萬立米,扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的約 100151 萬立米，其顆粒級配不連續(xù)，缺少蹭粒徑，根據(jù)野外 29 組自然坡度角試驗，34 組室內試驗分析，統(tǒng)計成果如下： 自然么重 1。87 噸/立米，軟弱顆料含量 2.64. 不均勻系數(shù) 561 顆,顆組成見表 14：表 1-4 顆料組成（毫米)%2008040205210.50.250.583。774.257。746。238.634.632。829。724.74。9 砂的儲量很少,且石英顆料少，細度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料，砂(D2 毫米)的相對緊密度為 0.895。1。3.3 石料壩址區(qū)石料較多,儲量可滿足需要,溢洪道、導流

31、洞出碴也可利用。沙石料廠設在水庫下游 13km 的鹿尾山，大楊莊、薛莊,總儲量 1176 萬 m3.1。3.4 筑壩材料技術指標的選定本工程經(jīng)過試驗，并參考有關文獻資料及其他的工程的經(jīng)驗，最后選定其筑壩材料的各項技術指標見表 1-5.表 1-5 筑壩材料強度指標表容重（kg/cm）內 摩 擦 角筑壩材料名稱比重濕飽干孔隙率N施工期穩(wěn)定滲流期水位降落內凝力C（kg/cm3)滲透系數(shù)K（cm/S）初孔隙壓力系數(shù)B總應力有效應力有效應力有效應力壩體土料2。751.651.982。04102223230。211060。3壩體砂礫料1.802.10311102壩體堆石2.71。802。050。3340壩

32、基砂礫料1.80311102黃土地基1.601。912.02201105筑壩土料統(tǒng)計國外 9 座粘料含量 2030的高壩=21,C=0。4 公斤/厘米 2 左右，國內建國初期建成的壩選用指標一般較低，但近期建成的壩一般在 25左右初始孔隙水壓力系數(shù)一般在 0.30.4。我國岳城水庫施工期采用 0.21。據(jù)此采用的技術指標見下表。 砂礫料的強度指標，試驗結果與實際出入較大，統(tǒng)計國內 12 座水庫資料，平均值j在 32以上，特別是最近建成的橫山=38-39；毛家村=37，美國“土與土石壩”jj一書推薦，當相對緊密度 D0。7 時，=3435，鑒于本地砂礫料級配不好，故選j用=310。j 堆石指標一

33、般值在 3945之間，統(tǒng)計國外 9 座砂巖地區(qū)筑壩石料平均值為39。1，我國獅子灘堆石壩試驗為 3645，取用 3950，故本工程取用值40。左巖黃土臺地（Q2)壓縮系數(shù) SS=0。025，起始孔隙比 e0=0。725，平均料徑D50=0.1mm。如表 16 所示。表 16 壩體土料的壓縮曲線（r=2.65kg/cm2),平均料徑 d50=0.1mm。P(kg/cm2）012345678910110.6650.6450.6320。6120。5930.5750。5280。5200。5030.5000。4890。4801。4 工程效益 該水庫建成后能收到灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用水和人蓄吃水等多

34、方面效益,是一座綜合利用的水庫。一期建成，可謂秦皇島是提供工農(nóng)業(yè)、城市用水 1.82 億 m3,可使灤河中下游地區(qū) 120 萬畝農(nóng)田灌溉用水得到不同程度的改善和補充。二期建成,可調節(jié)水量 5。67 億 m3,年均發(fā)電量 9330 億 kwh,可全面解決冀東鋼鐵基地建設用水.1.5 施工條件1。5。1 施工地區(qū)氣象與水文條件該水庫沒有建立水文氣象站，根據(jù)氣象站 1958 年至 1963 年、1970 年至 1972 年共 9年資料,分析最高氣溫 29。1（6 月),最低氣溫14。3（1 月)，多年平均日氣溫 4-24,歷年各月氣溫特征值如下表 1-7：表 1-7 氣溫特征值表項 目1 月2 月3

35、 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11月12 月多年平均日氣溫4.51。14.611。318。121。723.621。716.410。318。92。1多年最高日氣溫4。67.217.022.225.029。123.026.530。122.418.938.1多年最低日氣溫14。30。05.81。03。110。518.914。41.91.90.710.01.5.3 當?shù)亟ㄖ牧希和亮?根據(jù)當?shù)亟ㄖ牧险{查報告，土料場有五個。根據(jù)試井及土鉆孔情況,從 1：2000 地形圖，初步計算四個土場的蘊藏量 2248.6 萬立米，為設計總量的 4 倍多。1。5。4 施工地區(qū)對外條件 水庫距盧龍縣

36、 35Km,新建公路至工地，交通方便。施工用電青龍山雙山子變電所架設 110kv 輸電線路供電，電力保障可靠。1。5.5 工作日分析根據(jù)沁水縣 1958 年1963 年和 1970 年1972 年九年降雨氣溫資料，參考其它土壩水庫氣溫,降雨停工標準，土料、砂礫料、石方、混凝土工程施工工作日確定如表 1-8:表 1-8 工程施工工作日表類 別土料砂礫隧洞石方混凝土一般石方工作日（天/年)2533073022502922 樞紐布置2。1 工程等級確定 根據(jù)資料可知，大壩為 2 級建筑物,正常應用洪水為 100 年一遇,非常運用洪水為 1000年一遇。輔助建筑物按級設計，臨時建筑物按級設計。2。2

37、壩軸線的選擇壩軸線選擇時,根據(jù)地形、地質、工程規(guī)模及施工條件、經(jīng)濟條件和技術綜合分析比較來選定。選在河谷的狹窄段，這樣壩軸線短，工程量小，但要綜合考慮對于兩岸壩段要有足夠寬度和高度。壩基和兩岸山體無大的不利構造問題，巖石應較完整，并應將壩基置于透水性小的堅實地層或厚度不大的透水層地基上。壩址附近有足夠數(shù)量符合設計要求的土、砂、石料且便于開采運輸。2.3 壩型選擇2。3.1 地質條件庫區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在 200 米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛，其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質頁巖組成。透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內外的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸,從隔水層分布、熔巖發(fā)

38、育情況分析，水庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風化作用較強,庫岸基本上是穩(wěn)定的.青龍河為山區(qū)性河流,兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，且?guī)靺^(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn).2.3。2 水文條件根據(jù)資料統(tǒng)計,青龍河流域屬季風型大陸性氣候，冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約 10，年絕對最低氣溫為-29.2，最高氣溫為 38.7,月平均溫度變化較大，離壩址較遠的遷安站實測最高氣溫 39。多年平均降雨量為 700mm，且多集中在夏季七、八月份.全年無霜期約 180 天，結冰期約 120 天，河道一般在 12

39、 月封凍,次年三月上旬解凍，凍層厚 0。4-0。6m，岸邊可達 1。0m。2。3。3 筑壩材料2.3.3.1 土料 壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運距小于 1.5 公里，根據(jù) 155 組試驗成果統(tǒng)計，土料平均粘粒含量為 26。4%，粉粒 55。9%，砂粉 17.6%，其中 25%屬粉質粘土，60.7%屬重粉質壤土，14.3屬中粉質壤土，平均塑性指數(shù) 11。1，比重 2.75。最大干容重 1。67 噸/立米，最優(yōu)含水量 20.5，滲透系數(shù) 0。4410-6 厘米/秒。具有中等壓縮性。2。3。3.2 砂礫料 主要分布在河灘上，儲量為 205 萬立米,扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的約100

40、151 萬立米。砂的儲量很少，且石英顆料少，細度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料，砂(D2 毫米）的相對緊密度為 0.895。2。3.3.3 石料壩址區(qū)石料較多，儲量可滿足需要，溢洪道、導流洞出碴也可利用.沙石料廠設在水庫下游 13km 的鹿尾山，大楊莊、薛莊，總儲量 1176 萬 m3。2。3。4 壩型比較重力壩:結構作用明確，設計方法簡便,安全可靠,對地形、地質條件適性強，樞紐泄洪問題容易解決，便于施工導流，施工方便。但其缺點是：壩體剖面尺寸大，材料用量多，壩體應力較低，材料強度不能充分發(fā)揮，壩體與地基接觸面積大,相應壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利,壩體體積大,在澆筑混凝土時，需要有較嚴格的溫度控制。

41、 拱壩:對地形的要求是左右兩岸對稱,岸坡平順無突變,在平面上向下游收縮的峽谷各段.壩端下游側要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該壩段左右兩岸不對稱分布,不適宜修建拱壩。 土石壩：對地質的要求：河谷兩岸的巖基必須能承受由拱端傳來的推力，要在任何情況下都能保證穩(wěn)定,不致危害壩體的安全。理想的地質條件是：基巖比較均勻、單一，堅固整齊，有足夠的強度,透水性小,能抵抗水的侵蝕，耐風化,岸坡穩(wěn)定、沒有大斷裂。 土石壩的優(yōu)點是可以就地取材，就近取材。節(jié)省大量水泥、木材和鋼材。減少工地的外線運輸量，能適應不同的地形、地質和氣候條件.大容量、多功能、高效率施工機械的發(fā)展，提高了土石壩建設的發(fā)展。通過以上比較

42、，綜合考慮工程施工的經(jīng)濟、安全、便利等因素，所以此處修建土石壩可行. 影響土石壩壩型選擇的因素很多,最主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形地質條件、氣候條件、壩基處理、抗震要求等。本設計限于資料制作定性分析確定土石壩壩型選擇。均質壩材料單一,施工簡單，且有足夠適宜的土料來做均質壩。綜合考慮,選擇修建均質土石壩的方案。2.4 樞紐布置 樞紐布置做到安全可靠，經(jīng)濟合理，施工互不干擾，管理運用方便。高、中壩和地震區(qū)的壩，不得采用布置在非巖石地基上的壩下埋管型式,低壩采用非巖石地基上的壩下埋管時，必須對埋管周圍填土的壓實方法,可能達到的壓實密度及其抵抗?jié)B透破壞的能力能否滿足要求進行保證。樞紐布置要考慮

43、建筑物開挖料的應用。土石壩樞紐通常包括攔河壩、溢洪道、泄洪洞輸水或引水洞及水電站等,應通過地形地質條件以及經(jīng)濟和技術等方面來確定。壩址選在地形地質有利的地方，使壩軸線較短，庫容較大，淹沒少。附近有豐富的筑壩材料，便于布置泄水建筑物。在高山深谷區(qū)常將壩址選在彎曲河段，把壩布置在彎道上,利用凸岸山脊抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定,并采取排水灌漿等相應加固措施，盡量避免將壩址選在工程地質條件不良的地段。如活斷層含形成整體滑動的軟弱夾層,以及粉細砂、軟粘土和淤泥等軟弱地基上.根據(jù)樞紐布置原則：樞紐中的泄水建筑物應做到安全可靠、經(jīng)濟合理、施工互不干擾、管理運用方便。 樞紐中的泄水建筑物應滿足設計規(guī)范的運用條件和要求

44、。選擇泄洪建筑物形式時要優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物。泄水引水建筑物進口附近的岸坡應有可靠的防護措施.應確保泄水建筑物進口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當泄水建筑物出口消能后的水流沖刷下游壩坡時，要比較調整尾水渠和采取工程措施保護壩坡腳的可靠性和經(jīng)濟性，可采取其中一種措施，也可同時采用兩種措施。對于多泥沙河流，要考慮布置排沙建筑物，并在進水口采取放淤措施。溢洪道選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實和地下水位較低的地點，宜選用地質條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤泥質土和粉砂、細砂地基,必要時應采取妥善處理措施.從地質地形圖可知壩體左岸地質

45、條件好，且有天然的石料廠,上下游均有較緩的灘地，兩岸巖體條件好，施工起來更快捷更經(jīng)濟合理.因此，溢洪道修建于右岸山坡上.由于閘址段地形條件好,所以采用正槽式溢洪道.3 壩工設計3。1 壩體剖面設計3。1。1 壩頂高程的確定 由基本資料可知，該流域多年平均最大風速 23.7m/s,水庫吹程為 2km。3。1.2 壩頂高程計算壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，按以下四種計算條件計算，取其大值：設計洪水位加正常運用條件的壩頂超過；正常蓄水位加正常運用條件的壩頂超高;校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高；常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高。壩頂超高 d 按式（31)計算，對于特殊的重

46、要工程，可取 d 大于計算值。d=R+e+A （3-1） 式中：R 為波浪在壩坡上的設計爬高，m；e 為風浪引起的壩前水位雍高，m;A 為安全加高，m，根據(jù)壩的級別按表 31 選用，其中非常運行條件(a）適用于山區(qū)、丘陵區(qū),非常運行條件（b）使用于平原區(qū)、濱海區(qū).式（3-1)中 R 和 e 的計算公式多很多，重要是經(jīng)驗半經(jīng)驗性的，適用于一定的條件，可按 SL 2742001碾壓式土石壩設計規(guī)范推薦的計算公式確定。涉及的壩頂高程是針對壩沉降以后的情況而言的，因此,竣工時的壩頂高程應預留足夠的沉降量.根據(jù)以往工程經(jīng)驗,土石壩預留沉降量一般為壩高的 1。表 3-1 土石壩安全加高 單位 m壩的級別1

47、234、5正常運用條件1。501。00。70.5非常運用條件（a）0。700.50.40。5非常運用條件(b）1。000。70.50。5e= (32)ghKvD2cos式中:e - 的風雍高度D- 水面吹程g- 重力加速度h- 延水庫吹程方向平均水域深度v- 計算風速- 計算風向與壩軸線法線的夾角(。 ） ，取為 0 度K-綜合摩阻系數(shù)，取 3。6106正常情況：e= = =0.022 mghKvD2cos5781. 921037 . 4 103.632-6 非正常情況: e= e= =0.005 mghKvD2cos3 .5881. 921037 .23 103.632-6由官廳水庫公式：h

48、=。0166v45D31 （3-3)l=10。4h8 . 0 （3-4)初擬 m=3, 用 = （3-5）mRmmwlhmKK21式中： -平均波浪爬高；mRm-單坡坡度系數(shù)；-斜坡的造率滲透系數(shù)，根據(jù)護坡類型由表 32 查的；K經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)表 3-3 查的。wK正常運用情況下：ghv=0 .14181. 94 .47=1.28 =1.01wK非正常運用情況下： ghv=3 .14381. 97 .23=0。63 =1。0wK查表 3-2 本設計采用砌石護坡,=0.80K表 32 造率及滲透性系數(shù)K護坡類型K光滑不透水護面1。00混凝土或混凝土板0.90草皮0.850。90砌石0.750.8

49、0拋填兩層塊石（不透水基礎)0.600.65拋填兩層塊石(透水基礎）0.500。55表 33 經(jīng)驗系數(shù)wKghv11.52。02。53.03。54.05。0wK1.001。021。081.161.221.251.281.30平均爬高： （36）45. 022)(0018. 0vgDvghm正常運用情況:=1.3145. 02)(0018. 0vgDgv245. 02)4 .47300081. 9(0018. 081. 94 .472非正常運用情況:h =0.61m45. 02)(0018. 0vgDgv245. 02)7 .23300081. 9(0018. 081. 97 .232平均周期：

50、 =4。438 (3mTmh7）正常運用情況：T =4.438=4.438=5.08mmh31. 1非正常運用情況：T =4。438=4。438=3.47mmh61. 0平均波長：正常運用情況：v=47。4m/s D=3km 代入式（33） 、 （3-4）得h=2.98m31450166. 0Dv314530166474. 0l=24.9m8 . 04 .10 h8 . 098. 24 .10h=5。560。5 為深水波lh9 .241 .14=1。56=40。26mml208. 5非正常運用情況:v=23.7m/是 D=3km 代入式（3-3） 、 （34）得h=1.25ml=12。4m=1

51、1.560.5 為深水波lh4 .123 .143 =1.56=18.78mml247. 3計算波浪爬高正常運用情況：h=142。0-85=57m =0。023hhm5731. 1 查表 3-4 得： =2。23%1RR非正常運用情況：143。385=58.3m =0.010.1hhm3 .5861. 0 查 3-4 得： =2。23%1RR表 3-4 不同累計頻率下的爬高與平均爬高比值（mpRR）hhm0。1124510142030500。32。131.861.761.651.611。481.391。311。190。99. =mRmmwlhmKK21 正常運用情況： =1。31m =4.02

52、6 mmhml =1.86 mmR26.4031. 13101. 18 . 02 非正常運用情況：=0.61m =18.78mmhml =0。86 mmR78.1861. 03101. 18 . 02故 正常運用情況: R=2.231.86=4。15 m非正常運用情況： R=2。230.86=1。92 m綜合以上可以得到： =R+ e+ A=4.15+0.022+1。0=5.172 m正常y正常正常正常非正常y= R+ e+ A=4。15+0.022+1.0=2.425 m非正常非正常非正常壩頂高程計算計入表 3-5 中p(）表 3-5 壩頂高程計算表波浪爬高R風雍高度e安全超高A地震波浪高度

53、水位(m)壩頂高程(m)設計洪水位4.150.0021。0142。0147。172正常蓄水位4。150.0021。0-142。0146.172校核洪水位1.920。0050.5143。3145.725正常蓄水位1.920.0050。50。5141.0143。925由以上可得壩頂高程為 147.172m.由平面布置圖可知壩址處河床高程為 84。0m，向下開挖 7m 清除砂卵石覆蓋層后期高程為 77.0m，則壩高為 147.277.0=70。2m，考慮到要預留 1的沉降里,則壩高為 70。2(1+1%）=70.9m，取壩高為 71.0m,壩頂高程為148.0m。3.3 壩頂寬度確定 壩頂寬度根據(jù)運

54、行、施工、構造、交通和地震等方面的要求綜合考慮確定。SL 274200碾壓式土石壩設計規(guī)范規(guī)定：高壩壩頂可選 1015m，中、低壩壩頂可選 510m.該設計大壩壩高 71m 屬于高壩，壩頂高度擬定為 12m。3。4 壩坡選定壩坡坡率關系到壩體穩(wěn)定以及工程量大小.上游壩坡長期處于飽和狀態(tài)，加之水庫水位有可能快速下降，是壩坡穩(wěn)定處于不利地位，故其坡率比下游坡率緩.粘性土料的穩(wěn)定壩坡為一曲面，上不破竇，下部坡緩，所以用粘性土料做成的壩坡，常沿高度分成數(shù)段,每隔 1030m，從上而下逐段放緩相鄰坡率差值取 0。25 或 0.5.由粉土、砂、輕壤土修建的均質壩，透水性較大，為了保持滲流穩(wěn)定，適當放緩下游

55、坡度.當壩基或壩體土料延壩軸線分布不一致時，分段采用不同坡率,在各段過渡區(qū),使壩坡緩慢變化.上下游邊坡比見表 36表 3-6 上下游邊坡比壩高（m）上游下游101：21：2.51：1。51：210201：2.251：2.751:21：2。520301：2.51：31：2.251：2.75301：31：3。51：2.51：3該壩壩高 71m，上游壩坡為 1:2。75、1：3.0、1：3。25,下游壩坡 1:2.25、1:2。5。如圖 31 所示。3。5 馬道 為防止壩面沖刷,同時便于交通、檢測、觀測維修并且有利于壩坡穩(wěn)定，沿高程每隔1030 m 設置一條馬道，其寬度不小于 1.5 m，馬道設在邊

56、坡坡度變化處. 該壩在上下游每隔 25 m 設置一條馬道,其寬度為 2 m，高程分別為 102 m、127 m.。3。6 壩體排水 壩體排水有棱體排水、貼破排水、壩內排水三種形式.棱體排水適用于下游有水壩型，故該壩使用棱體排水，它可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹,保護尾水范圍內下游壩腳不受波浪淘刷，還可與壩基排水想連接。當壩強度足夠時，還可發(fā)揮支撐作用,增加穩(wěn)定作用。 棱體排水體內坡坡率為 1:1。0，外坡坡率為 1:1。5，頂部寬度為 2.0 m。圖圖 31 壩體剖面示意圖壩體剖面示意圖4 滲流分析4。1 滲流分析的目的 在于：土中飽水程度不同，土料的抗剪強度等水力學特性也相應的發(fā)生變化，滲流分

57、析將為壩體內各部分土的飽水狀態(tài)的劃分提供依據(jù)；確定對壩坡穩(wěn)定有較重要影響的滲流穩(wěn)作用力；進行壩體防滲布置與土料配置，根據(jù)壩體內部的滲流參數(shù)與滲流逸出比降，檢驗土體的滲流穩(wěn)定性,防止發(fā)生管涌和流土，在此基礎上確定壩體及壩基中防滲體的尺寸和排水設施的容量和尺寸;確定通過壩體和河岸的滲水量損失并社會排水系統(tǒng)的容量。滲流分析可為壩型初選和壩坡穩(wěn)定分析打下基礎。4。2 分析內容確定壩體內浸潤線；確定滲流量。4。3 滲流分析方法在眾多滲流分析方法中，較水力學法和流網(wǎng)法比較簡單實用,同時也具有一定的精度。本設計采用水力學方法進行滲流分析.根據(jù)電擬試驗結果，上游三角形可用高為 H、寬為H 的矩形來代替，這一矩

58、形和上游三角形消耗同樣的水頭，而且通過同樣的滲流量，值由式 41 計算: （41)mm211式中： 為壩的上游邊坡系數(shù)1m土石壩不透水地基滲透計算，下游有棱體排水時：(1）下游無水時：見圖 41a 所示。 (a)下游無水下游無水 (b）下游有水）下游有水圖圖 41 有排水的均質土壩滲透計算見圖有排水的均質土壩滲透計算見圖由于排水體的滲透系數(shù)大于壩體的滲透系數(shù)，故浸潤線將進入排水體時下降加快，進入排水體后則驟降。壩體內浸潤線為拋物線，選用 O 點做原點的坐標系且作為拋物線的焦點，原點處拋物線 y 的坐標值為，焦點至原點的水平距離有拋物線性質可知0hgL，拋物線的標準方程為 y2=2px+C 根據(jù)

59、已知條件可求得： 20hLg （4-2）20022hhy此式滿足邊界條件 x=l 時 y=代入得：1H （4-3）LLHh2210通過 x 處斷面的流量為: 即:xhyKq2202 （4-4）2022hxKqy與式 4-1 聯(lián)立可知： （4-5）0hKq由式(4-3)求,式（4-5）計算 q，由式（4-4)繪制浸潤線。0h（2）下游有水時如圖 4-1b 所示 近似把高度內的壩體視為不透水,即參照式（4-3）求出值。式中換為、2H0H1H1H，即 2HLHHHh221210)(（46）計算滲流量 (47)LhHHKq2)(2022用式 4-1 繪制浸潤線(x 軸與下游水面一致） 。應假定高度內壩

60、體不透水與實際不符，2H算出偏大，引起繪制的浸潤線偏高，計算壩的穩(wěn)定是偏于安全，q 偏小。0h4。4 滲流計算4。4。1 正常蓄水位時的滲流分析上游水位為 141。0m，下游相應水位為 86.1 m 則上游水深=141。077.0=64.0 m,1H下游水深=86.1-77.0=9。1 m。 2HL=27。43 m11121Hmm643213 =（148141）3+12+(148-102）2.5-（10286。1）1.0=132。1 m1L L=+ L =27。42+132。1=159.53 mL1 代入式 4-5 得=9。18LLHHh22210)(53.15953.159) 1 . 964