前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段,是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過程,是對大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識的全面總結(jié)。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為《長河水利樞紐工程粘土斜墻壩設(shè)計(jì)》。根據(jù)任河干流綜合治理開發(fā)的迫切需要，擬定長河水電站的開發(fā)目標(biāo)和主要任務(wù)以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游和改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用效益。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較、壩體剖面設(shè)計(jì)、溢流壩設(shè)計(jì)、水工隧洞設(shè)計(jì)、細(xì)部構(gòu)造、繪制設(shè)計(jì)圖紙等。畢業(yè)設(shè)計(jì)中，遇到了一些問題。比如在設(shè)計(jì)水工隧洞時，不能理清整體思路，但在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過資料查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算逐步清晰。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識和基本技能進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本組全體成員齊心協(xié)力、互助合作，發(fā)揮了積極合作的團(tuán)隊(duì)精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)手稿的電子排版整理，并得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝。在此次設(shè)計(jì)中使我加深了對新規(guī)范、規(guī)程、手冊等相關(guān)內(nèi)容的理解，鞏固了專業(yè)知識，提高了綜合分析、解決問題的能力。在繪圖時熟練掌握了各種建筑制圖軟件，以及多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。以上所有這些從不同方面達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算工作量很大，在計(jì)算過程中以手算為主，輔以一些計(jì)算軟件的校正。由于自己水平有限，難免有不妥和疏漏之處，敬請各位老師批評指正。作者第一部分設(shè)計(jì)說明書1基本資料1.1工程等別及建筑物級別長河水電站以上流域面積1712km2，總庫容約3.154億m3，總裝機(jī)容量為140MW，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）及《水電工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180-2003）規(guī)定，確定樞紐工程屬二等工程，由于攔河壩壩高超過100m，提高一級，為1級建筑物，泄水及放空建筑物進(jìn)水口、引水系統(tǒng)進(jìn)水口等主要建筑物為2級建筑物，引水遂洞、發(fā)電廠房等次要建筑物為3級建筑物，臨時建筑物為4級。根據(jù)《中國地震動參數(shù)加速度區(qū)劃圖》（1：400萬，2001年版）工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g（地震基本烈度為Ⅵ度）。地震設(shè)計(jì)烈度按Ⅵ度采用。擬定工程為二等工程，并通過各建筑物的級別確定和洪水標(biāo)準(zhǔn)確定，地震設(shè)計(jì)烈度按Ⅵ度采用。各建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)見表1-1表1-1各建筑物設(shè)計(jì)洪水頻率參數(shù)表序號建筑物設(shè)計(jì)洪水頻率校核洪水頻率1土石壩500年一遇設(shè)計(jì)2000年一遇校核2泄水及放空建筑物進(jìn)水口、引水系統(tǒng)進(jìn)水口500年一遇設(shè)計(jì)5000年一遇校核3消能防沖設(shè)施50年一遇設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)依據(jù)1.2.1工程開發(fā)任務(wù)根據(jù)城口縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，以及任河干流綜合治理開發(fā)的迫切需要，結(jié)合任河干流地形、地質(zhì)、水位和工程建設(shè)條件，擬定長河水電站的開發(fā)目標(biāo)和主要任務(wù)以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游和改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用效益。1.2.2設(shè)計(jì)參數(shù)（1）特征水位見表1-2表1-2方案項(xiàng)目正常蓄水位死水位設(shè)計(jì)校核土石壩方案上游水位（m）680650681.37682.55下游水位（m）552.60553.48相應(yīng)下泄量（m3/s）42584746水文、氣象資料①壩址徑流根據(jù)大竹河水文站1959年至2002年徑流系列統(tǒng)計(jì)：多年平均流量：44.0m3/s徑流總量：13.9億m3各月多年平均流量見表1-3②壩址洪水不同重現(xiàn)期的洪水流量見表1-4③水位及水能主要參數(shù)水位及水能主要參數(shù)列于表1-5、表1-6④泥砂多年平均含沙量：1.03kg/m3多年平均輸沙率：45.4kg/s多年平均輸沙總量：171萬t推移質(zhì)輸沙量：26.7萬t⑤氣象a.氣溫城口氣象站歷年逐月氣溫統(tǒng)計(jì)資料見表1-7b.降雨城口氣象站歷年逐月平均降水日數(shù)見表1-8c.風(fēng)速城口氣象站歷年逐月最大風(fēng)速及相應(yīng)風(fēng)向見表2.8表1-3各月多年平均流量單位：m3/s項(xiàng)目一二三四五六年歷年平均流量7.588.4219.637.959.665.144.0項(xiàng)目七八九十十一十二年歷年平均流量88.358.688.557.725.411.344.0m3/s項(xiàng)目單位頻率(%)0.02%0.1%0.2%0.5%1%2%5%10%20%洪峰流量m3/s610052804920443040603670314027102250洪量一日億m33.122.702.522.282.091.891.631.411.17三日億m35.504.764.454.013.683.342.872.482.07表1-5特征水位及下泄流量項(xiàng)目水庫水位(m)最大泄流量(m3/s)下游水位(m)正常蓄水位680死水位650校核洪水位((P=0.02%)683.665028554.00設(shè)計(jì)洪水位(P=0.2%)681.794132552.380.5%洪水位681.073811551.851%洪水位680.583592551.452%洪水位680.153416551.155%洪水位680.003140550.65項(xiàng)目單位短洞方案長洞方案正常蓄水位m680680死水位m650650正常蓄水位庫容萬m32925429254死水位庫容萬m31501015010調(diào)節(jié)庫容萬m31424414244最大水頭m166.83184.88最小水頭m128.19142.22加權(quán)平均水頭m146.38162.22算術(shù)平均水頭m146.39161.99庫容系數(shù)%10.310.3水量利用系數(shù)%95.3594.68調(diào)節(jié)特性年調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)城口氣象站歷年逐月氣溫統(tǒng)計(jì)資料月份一二三四五六七八九十十一十二年多年平均氣溫2.64.58.514.418.321.624.12419.114.18.94.113.7最高氣溫7.39.414.221.124.927.63030.824.919.714.59.319.5最低氣溫0.41.24.79.813.817.219.919.615.610.85.50.99.9表1-8城口氣象站歷年逐月平均降水日數(shù)單位：天降雨量(mm)一二三四五六七八九十十一十二年≥0.19.69.413.214.516.115.216.515.414.814.311.410.1161≥0.54.84.87.610.412.211.812.410.811.810.87.05.1110≥5.00.81.13.35.37.27.08.16.47.46.12.81.256.5≥10.00.10.10.50.91.41.51.81.51.61.00.40.110.8≥30.0000.10.20.50.60.80.70.70.30.104.0≥50.000000.10.20.30.30.30.1001.1表1-9城口站歷年逐月最大風(fēng)速及相應(yīng)風(fēng)向單位：m/s月份一二三四五六七八九十十一十二年實(shí)測最大風(fēng)速5.36.77.39.39.012.711.712.07.07.06.06.012.7相應(yīng)風(fēng)向SWESEWNWNNWESESSEESEESEWSWESESSWNNWSSE壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)結(jié)構(gòu)面抗剪斷強(qiáng)度建議值：泥化結(jié)構(gòu)面：f′=0.15~0.2C′=0.003~0.005MPa(L17、L18、L20、L21)泥夾巖屑：f′=0.25~0.3C′=0.02~0.05MPa(J23、L15~L21)巖屑夾泥：f′=0.35~0.4C′=0.05~0.07MPa(J27、J29、J37、J40)無充填結(jié)構(gòu)面：f′=0.45~0.55C′=0.05~0.1MPa(L22)巖塊巖屑：f′=0.45~0.5C′=0.1~0.2MPa(J6~J22、J24、J26、J30~J35、L23~L28)膠結(jié)結(jié)構(gòu)面：f′=0.60~0.75C′=0.1~0.2MPa(J42、L8)表1-10巖體力學(xué)參數(shù)建議值巖體分類抗壓強(qiáng)度砼/巖石巖石/巖石變形模量飽和干燥抗剪斷強(qiáng)度抗剪斷強(qiáng)度f′C′f′C′E0(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(GPa)含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖弱風(fēng)化45~5065~700.8~1.00.7~1.00.8~1.10.7~1.15~10微風(fēng)化55~6075~801.0~1.21.0~1.21.1~1.251.1~1.312~15新鮮70~7585~901.2~1.31.2~1.31.25~1.351.3~1.515~18F1-1斷層帶0.26~0.94開挖邊坡比：崩積層1:1.15~1.25；砂卵石層1:1.25～1.5；強(qiáng)風(fēng)化含礫凝灰質(zhì)砂巖為1:0.75~1.0，弱風(fēng)化含礫凝灰質(zhì)砂巖為1:0.5，微風(fēng)化含礫凝灰質(zhì)砂巖為1:0.2~0.3。每隔10~20m高度增設(shè)馬道，馬道寬3~4m。炭質(zhì)板巖沖刷系數(shù)K=1.5-1.7，在水深約3.0m時允許抗沖流速3.5m/s；含礫凝灰質(zhì)砂巖沖刷系數(shù)K=1.1-1.2，允許抗沖流速6.5~7.5m/s。（4）水文地質(zhì)鉆孔地下水位、相對隔水層頂板埋藏深度匯總表見表1-11按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）評定標(biāo)準(zhǔn)，工程區(qū)環(huán)境水對混凝土的分解型、分解結(jié)晶復(fù)合型、結(jié)晶型等腐蝕性判定，壩址區(qū)地表水無各類型腐蝕；壩址區(qū)地下環(huán)境水對混凝土有弱溶出型腐蝕，無其他類型腐蝕。引水系統(tǒng)無各類型腐蝕。表1-11鉆孔地下水位、相對隔水層頂板埋藏深度匯總表項(xiàng)目鉆孔位置及編號地下水位（m）q≤1.0Lu（m）q≤3.0Lu（m）孔深高程孔深高程孔深高程壩址上段Ⅰ勘線左岸ZK636.45703.3834.50705.3334.50705.33ZK1226.20639.1317.70647.636.50658.83ZK2552.3649.6516.75685.209.90692.05ZK2657.16566.1449.11574.1949.11574.19河中ZK70.30542.7221.25521.7711.2531.82Zk890.3543.0916.3527.095.80537.59右岸ZK817.20733.9328.30722.8312.43738.70ZK1325.80644.2135.30634.718.70661.31ZK4616.70542.9247.20512.4242.20517.42ZK2761.8556.1328.80589.1314.50553.43ZK2838.0680.6052.50666.1047.0671.60壩址下段Ⅱ勘線左岸ZK162.90672.4981.62653.7766.12669.27ZK230.00609.4164.43574.9838.37601.04ZK7959.75619.2162.2616.7662.20616.76ZK4848.8772.90>48.8>48.8河中ZK30.20541.8136.03505.8920.24521.77右岸ZK456.00590.3671.00575.3614.0632.36ZK545.10681.8871.50655.489.95717.03ZK3762.35554.2917.40599.2412.65603.99（5）建筑材料特性及設(shè)計(jì)參數(shù)筑壩材料相對密度試驗(yàn)成果、巖石試驗(yàn)成果及大型三軸剪切試驗(yàn)鄧肯模型(E-B)參數(shù)見表1-12、1-13、1-14表1-12相對密度試驗(yàn)成果表試樣名稱最大干密度g/cm3最小干密度g/cm3墊層料2.271.67小區(qū)料2.271.68過渡料2.201.67主堆料2.171.66砂礫料2.231.88壩肩覆蓋層2.061.57樣品名稱單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)彈性模量(×104MPa)泊松比干燥狀態(tài)塊體密度（g/cm3）吸水率（%）飽和吸水率（%）比重飽和干燥飽和干燥飽和干燥2.730.150.232.78新鮮1611966.858.480.180.24微風(fēng)化1611886.548.220.220.212.700.370.532.77弱風(fēng)化1611866.428.020.280.212.700.370.532.76強(qiáng)風(fēng)化54.589.52.864.210.250.172.561.982.382.73砂礫石1601776.127.770.140.232.730.600.782.77壩肩覆蓋層72.31023.905.830.200.122.680.570.772.74表1-13表1-14大型三軸剪切試驗(yàn)鄧肯模型(E-B)參數(shù)表試樣名稱ρ(g/cm3)Φо(度)ΔΦ(度)KnRfKbm墊層料風(fēng)干2.2253.57.81047.10.290.63飽和51.97.0861.40.350.62426.30.34小區(qū)料風(fēng)干2.2253.47.51109.20.270.67飽和52.46.9832.20.340.65418.30.35過渡料風(fēng)干2.1856.511.01011.60.250.63飽和54.710.0822.00.280.62378.20.35砂礫料風(fēng)干2.2055.09.41318.30.340.70飽和53.68.71230.30.340.72935.10.06壩肩覆蓋層風(fēng)干1.9049.79.7281.80.440.65飽和44.16.0165.20.550.6273.70.51安全系數(shù)a.溢洪道等抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表1-15b.根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001，土石壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表1-16表1-15巖基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合抗滑抗剪斷基本組合1.303.00特殊組合(1)1.202.50(2)1.102.30表1-16土石壩壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合正常運(yùn)用條件非常運(yùn)用條件滑楔法1.301.502壩線、壩型選擇2.1壩址的確定因任河河流在庫區(qū)河曲較發(fā)育，曲流婉轉(zhuǎn)，只有長河鎮(zhèn)上游1.5km的冉家壩處約1000多米河段比較順直，水面較窄，一般寬度30~50m，兩岸山體對稱，河漫灘、階地均不發(fā)育。近長河鎮(zhèn)，右岸地勢較緩，河道逐漸開闊，河流流經(jīng)長河鎮(zhèn)形成了一個“S”型大轉(zhuǎn)彎。冉家壩上游河谷兩岸山坡略緩，沖溝發(fā)育，為考慮充分利用水頭又不延長河鎮(zhèn)，冉家壩處約1000多米河段成為長河水電站唯一較好的壩址區(qū)。壩址區(qū)河流流向在壩區(qū)上游由SSW流向NNE，以大轉(zhuǎn)折流入壩址區(qū)后，在壩址區(qū)河流由SE流向NW，出壩區(qū)后又折轉(zhuǎn)向NNE，河流在壩區(qū)及上下游附近呈“S”型。壩址區(qū)河道順直，河谷狹窄，水面寬30~40m。壩區(qū)兩岸山體雄厚，山脊高陡，地勢右高左低，右岸山頂高程1621m，左岸山頂高程1423m，屬中山區(qū)。河谷呈“V”字型，兩岸無階地分布，地形基本對稱，右岸略緩于左岸，山坡較順直，左岸在650m高程以下自然邊坡較陡，坡度約45~60°、局部75°，650m高程以上略緩，坡度35~45°，右岸在高程640m以下自然邊坡較陡，坡度45~55°，以上較緩，坡度35~40°。兩岸沖溝不發(fā)育，山坡植被較稀少，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象以崩坍為主，壩址上段右岸壩坡和壩址下段左岸壩坡有崩坍堆積。該河段河道順直，河谷狹窄，兩岸山體雄厚，結(jié)合地質(zhì)勘探成果和現(xiàn)場地形條件，該河段具備修建高壩的條件，確定該河段為長河水電站壩址。本階段經(jīng)復(fù)核選定該壩址。2.2壩線、壩型選擇2.2.1壩線擬定沿冉家壩河段從上游到下游布置了三條勘線，分別為Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′線，通過對壩址區(qū)進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘探工作，分別在原Ⅰ勘線的下游50m處布置了一條輔助地勘線（Ⅰ//—Ⅰ//）；在Ⅲ勘線附近以原Ⅲ勘線右岸為端點(diǎn)向上游偏轉(zhuǎn)17.9布置一勘線，為Ⅲ//—Ⅲ//；并對左右兩岸的覆蓋層分布情況進(jìn)行了大量的地質(zhì)測繪和詳勘。以Ⅰ勘線混凝土拱壩和Ⅲ勘線粘土斜墻壩進(jìn)行比較。在壩址上段Ⅰ勘線適宜修建砼壩，下段Ⅲ勘線適宜修建粘土斜墻壩，將通過進(jìn)一步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后最終選定壩型。經(jīng)勘探，Ⅲ//—Ⅲ//左岸仍存在較厚覆蓋層，一直延伸至Ⅱ-Ⅱ′上游沖溝，右岸Ⅰ、Ⅱ兩線630.00m高程以上存在覆蓋層，為徹底避開兩岸覆蓋層，使趾板基礎(chǔ)座落在較好的基礎(chǔ)上，避免基礎(chǔ)開挖影響岸坡覆蓋層，擬將Ⅲ—Ⅲ//線的斜墻壩壩線進(jìn)行微調(diào)，右岸位于Ⅲ-Ⅲˊ線處不變，左岸以Ⅲ-Ⅲˊ線為端點(diǎn)向上游旋轉(zhuǎn)21.56至Ⅱ-Ⅱ′下游側(cè)，然后再沿岸坡折線至沖溝處。整個壩軸線為折線，簡稱折線方案（Ⅵ-Ⅵ′線）。本階段根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)情況對Ⅰ、Ⅲ//和Ⅵ—Ⅵ/勘線進(jìn)行壩型、壩線比較。壩址區(qū)內(nèi)河道較順直，水面寬30~40m，河谷狹窄，呈“V”字型。兩岸無階地分布，地形基本對稱，右岸略緩于左岸。兩岸山坡較順直，左岸在650m高程以下自然邊坡較陡，坡度約45~60°，局部75°，650m高程以上略緩，坡度35~45°；右岸在高程640m以下自然邊坡較陡，坡度一般圖2-1地形圖45~55°，公路邊為陡崖或陡坎，以上較緩，坡度一般35~40°，局部20~25°。Ⅱ′線與Ⅲ/—Ⅲ/線之間的沖溝和Ⅲ/—Ⅲ/線左岸壩軸線下游附近沖溝規(guī)模較大，溝深源長，常年有水流。其余沖溝溝淺源短，干枯無水。根據(jù)查明的地質(zhì)情況，覆蓋層多分布于邊坡中上部，范圍較廣，右岸崩坡積層主要分布于Ⅰ-Ⅰ′線與Ⅱ-Ⅱ′線之間，壩址下段Ⅲ-Ⅲˊ線下游邊坡也有少量分布，其分布范圍和厚度均比左岸小，其中壩址上段右岸Ⅰ-Ⅰ′線下游約150m，上游約200m，高程630~930m范圍內(nèi)分布較厚崩坡積層，高程630~720m覆蓋層厚一般1.3~7.15m，高程720~930m覆蓋層厚一般13~23.8m，最厚達(dá)25.5m，Ⅲ-Ⅲˊ線下游厚度一般為1.0~4.6m，局部厚7.18m；左岸覆蓋層分布高程為575.0~1190.0m，上下游最大寬度為1150m左右，厚度一般為5~20m，覆蓋層厚度大于15.0m的主要分布在Ⅲ-Ⅲ′線高程630~800m附近和Ⅲ-Ⅲ//線~Ⅱ-Ⅱ′線之間高程660~980m一帶，厚度大于30m的分布于Ⅱ、Ⅲ間，高程710~910m，揭露最大厚度為33.7m。崩坡積體成分主要為碎塊石、大塊石及少量壤土，結(jié)構(gòu)松散，大塊石之間多架空，塊石直徑最大可達(dá)2~5m。Ⅰ-Ⅰ′線左、右兩岸中上部強(qiáng)、弱風(fēng)化層厚度較大，且右岸大于左岸，河床風(fēng)化淺。據(jù)鉆探、硐探資料及地質(zhì)測繪成果，左岸強(qiáng)風(fēng)化巖體主要分布于高程660m以上邊坡，厚度為0~8.25m，高程660m以下為陡崖，無全、強(qiáng)風(fēng)化巖體分布，出露的基巖為弱風(fēng)化巖體，左岸弱風(fēng)化下限埋深14.80~25.0m（高程650.53~714.83m），厚度為11.90~13.10m；以下為微風(fēng)化至新鮮基巖。河床無全、強(qiáng)風(fēng)化層，弱風(fēng)化層下深埋深11.2m（高程531.82m），厚5.2m；微風(fēng)化層下限埋深22.2m（高程520.82m），厚11.0m；以下為新鮮巖石。右岸強(qiáng)風(fēng)化巖體主要分布于高程560m以上邊坡，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深8.2~8.7m（高程661.31~742.93m），厚2.90~7.20m；弱風(fēng)化下限埋深5.9~52.4m（高程553.72~739.53m），厚度為3.4~43.7m；以下為微風(fēng)化~新鮮基巖。Ⅱ-Ⅱ′線左岸強(qiáng)、弱風(fēng)化層厚度大，河中和右岸強(qiáng)、弱風(fēng)化層較薄。據(jù)鉆孔資料，左岸崩坡積層厚度為7.6~28.50m，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深16.0~34.2m，弱風(fēng)化下限埋深40.5~62.20m，微風(fēng)化下限埋深74.8~76.70m；河床無強(qiáng)、弱風(fēng)化層，ZK3孔微風(fēng)化層下限埋深17.3m（高程524.71m），厚7.8m，以下為新鮮巖石；右岸覆蓋層厚度0~2.0m，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為0.9~3.6m，弱風(fēng)化下限埋深9.35~15.50m，微風(fēng)化下限埋深57.6~76.05m。根據(jù)洞探資料，Ⅱ-Ⅱ′線左岸弱卸荷帶深約27.0m，右岸弱卸荷帶深約20.0m。Ⅲ-Ⅲ″線趾板線（Ⅳ-Ⅳ′線）巖石風(fēng)化特征與Ⅱ-Ⅱ′線相似，左岸風(fēng)化破碎巖體厚度大于右岸。根據(jù)鉆孔資料，趾板線（Ⅳ-Ⅳ′線）左岸強(qiáng)風(fēng)化下限埋深約3.0m（高程677.74m），厚度約1.0m；弱風(fēng)化下限埋深為32.0~64.9m（高程546.30~614.00m），厚度26.5~58.3m；以下為微風(fēng)化巖石。河床無全、強(qiáng)風(fēng)化巖層，弱風(fēng)化下限埋深為6.6~14.5m（高程536.34~542.53m），厚度為6.6~13.4m；微風(fēng)化下限埋深為8.5~32.0m（高程525.33~534.44m），厚度為1.9~17.2m；以下為新鮮巖石。右岸基本無全風(fēng)化層，強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為0.9~3.5m（高程615.74~679.15m），厚度為0.2~2.8m；弱風(fēng)化下限埋深為10.6~31.7m（高程606.04~654.65m），厚度9.7~28.2m；微風(fēng)化下限埋深為34.3~79.3m，厚度為23.7~56.6m。2.2.2壩型方案擬定壩址上段Ⅰ、Ⅱ勘線兩岸地形比較對稱，地形陡峻，河谷狹窄呈“V”型，谷底寬40~50m，680m高程河谷寬約324m~348m，寬高比2.33~2.58，從地形、地質(zhì)條件判斷，比較適合進(jìn)行混凝土壩布置。根據(jù)前述地質(zhì)條件，雖然兩勘線右岸高高程均存在覆蓋層，但Ⅱ勘線左岸和河床覆蓋層較Ⅰ勘線厚，弱風(fēng)化下限及相對隔水層埋深Ⅱ勘線比Ⅰ勘線深，從地質(zhì)條件分析，Ⅰ勘線優(yōu)于Ⅱ勘線，所以本階段選Ⅰ線作為壩址上段的代表壩軸線進(jìn)行比較。Ⅰ-Ⅰ′除左、右兩岸中上部強(qiáng)、弱風(fēng)化層厚度較大外，下部和河床挖除弱風(fēng)化巖石后，微風(fēng)化~新鮮巖體完整性較好，堅(jiān)硬，飽和單軸抗壓強(qiáng)度一般50~70MPa，巖體的體積節(jié)理數(shù)為5~10條/m3，巖體縱波速4000~5500m/s，巖體完整系數(shù)在0.78左右，屬Ⅱ類巖體，可作為碾壓混凝土重力壩和拱壩壩基。均適宜修筑混凝土壩。由于Ⅰ-Ⅰ′線兩岸地形陡俊，右岸高高程和左岸下段存在較厚(約25m)崩坡積層，無布置岸邊溢洪道的合適地形和地質(zhì)條件，不適合布置混凝土面板堆石壩和岸邊溢洪道。所以對Ⅰ-Ⅰ′初擬進(jìn)行混凝土拱壩和碾壓混凝土重力壩方案比較。Ⅲ//線位于Ⅰ勘線下游約900多米處，接近于“S”型的轉(zhuǎn)彎處，谷底寬約80m，680m高程處河谷寬317m，寬高比較Ⅰ、Ⅱ勘線大，右岸山體下游側(cè)即為長河鎮(zhèn)，山體較薄，無布置拱壩的拱肩抗力體，右岸壩肩可以進(jìn)行重力壩布置，但左岸邊坡覆蓋層深厚，最厚達(dá)30多米，分布范圍廣，垂直向高程為575.0~1190.0m，上下游寬度為1150m左右，做拱壩和重力壩壩肩開挖量大，邊坡和拱肩支護(hù)處理工作量大，投資多，與粘土斜墻壩比，只趾板局部開挖至基巖，大部分覆蓋層只挖除表層，其余作為壓覆壩體的一部分，開挖支護(hù)工程量將大為減少，而且右岸壩頭邊坡坡度上緩下陡，高程660m以上邊坡坡度約35，有布置岸邊溢洪道的有利地形條件，適合進(jìn)行當(dāng)?shù)夭牧蠅尾贾?，所以?/線宜布置當(dāng)?shù)夭牧蠅?，不再進(jìn)行混凝土壩比較。為避左岸覆蓋層對Ⅲ″線微調(diào)為Ⅵ線（折線壩線），只進(jìn)行當(dāng)?shù)夭牧蠅尾贾?。而壩?5km范圍以內(nèi)沒有土源，無布置粘土心墻壩的條件，所以本階段選Ⅲ-Ⅲ″線和Ⅵ-Ⅵ′勘線布置粘土斜墻壩與Ⅰ勘線的混凝土拱壩和碾壓混凝土重力壩進(jìn)行比較。2.2.3Ⅰ勘線、Ⅲ-Ⅲ″線和Ⅵ-Ⅵ′勘線壩型、壩線比較從地形、地質(zhì)、水工樞紐布置、對當(dāng)?shù)夭牧系睦玫确矫孢M(jìn)行綜合比較。①地形、地質(zhì)條件Ⅰ-Ⅰˊ勘線兩岸地形陡峻，山體雄厚，河道順直，河谷狹窄呈“V”型，枯水期水面寬30~40m，水深約2~4m，正常蓄水位680m處河谷寬約290m。兩岸地形基本對稱，左岸自然坡度為37~60°，下陡上緩，右岸自然坡度為45~57°。左岸覆蓋層主要分布于高程660m以上，厚度1.0~4.8m，右岸主要分布于高程630~930m，厚度1.5~25.5m，河床砂卵礫石層厚約6.0m?；鶐r為單一的震旦系下統(tǒng)含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖（Zayl2）。巖體風(fēng)化河床較淺，左岸其次，右岸較深，弱風(fēng)化下限埋深左岸14.8~25m，右岸5.9~52.4m，河床約11.2m。具備修建混凝土拱壩和混凝土重力壩的基本條件。但兩岸切坡向延伸的NW~NWW向結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，通過壩址上段大小斷層25條，擠壓破碎帶14條，與NNW~NE向節(jié)理交切，可構(gòu)成塊體側(cè)裂面或拉裂面，順坡向緩傾角節(jié)理斷續(xù)分布，可構(gòu)成底滑面，所以兩岸壩肩巖體被切割呈大小不等塊體，對壩肩抗滑穩(wěn)定極為不利。且壩基地下水位及相對隔水層埋深較大，因此作為高拱壩的兩壩肩工程地質(zhì)條件差；而重力壩兩岸壩基開挖面較大，左右壩頭均有不利的裂隙結(jié)構(gòu)面組合為不穩(wěn)定塊體，雖部分將被挖除，但尚有部分殘留于壩頭巖體內(nèi)，存在局部不穩(wěn)定體，基礎(chǔ)加固處理工程量大。Ⅲ//—Ⅲ//線較Ⅰ-Ⅰ′線稍寬緩，兩岸山脊高陡，山體雄厚，枯水期水面寬30~40m，水深約1~3m，正常蓄水位680m處河谷寬約317m。兩岸地形基本對稱，左岸稍緩，坡度為35~40°，右岸自然坡度37~51°。但Ⅲ-Ⅲ″壩軸線左岸覆蓋層分布廣、厚度大、結(jié)構(gòu)松散，塊徑大小不一，有架空現(xiàn)象，邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，開挖將引起上部覆蓋層失穩(wěn)，雖可經(jīng)削坡支護(hù)處理，但邊坡支護(hù)處理難度大、工期長、投資大，這是制約選擇該壩線的主要工程地質(zhì)問題。而Ⅵ-Ⅵ′壩線除右岸與壩頭交接附近有覆蓋層分布外，其它線及以下邊坡均基巖出露。左岸沖溝上游壩頭及趾板以上邊坡覆蓋層較薄，厚度一般1~2m。兩岸自然邊坡基本穩(wěn)定，無因開挖覆蓋層引起的邊坡穩(wěn)定問題；沖左岸溝下游覆蓋層較厚，但基本不擾動它，只清除表層的松散腐植土后作為壓腹壩體的一部分。綜上所述，Ⅰ-Ⅰ′線具備修建混凝土壩、Ⅲ—Ⅲ//線和Ⅵ-Ⅵ′線具備修建粘土斜墻壩的地形、地質(zhì)條件，但混凝土拱壩、碾壓混凝土重力壩對壩基的工程地質(zhì)條件要求高，特別是對兩拱肩的工程地質(zhì)條件要求更高，除建基面需置于微風(fēng)化巖或完整的弱風(fēng)化巖下部外，對壩基的斷層、擠壓破碎帶均需槽挖處理，壩址上段拱壩兩壩肩NW-NWW向結(jié)構(gòu)面發(fā)育，特別是右壩肩，該組結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，與緩傾角和其它走向的中陡傾角結(jié)構(gòu)面組合后，構(gòu)成壩肩不穩(wěn)定體，兩壩肩的巖體抗滑穩(wěn)定條件差，壩肩抗滑穩(wěn)定問題突出，壩基開挖和加固處理工程量大。此外，兩壩肩開挖大、工期長、投資大，風(fēng)險也大，綜合比較Ⅵ-Ⅵ′壩線沒有特殊的地質(zhì)問題，地質(zhì)條件簡單、明朗，相對較優(yōu)。綜合以上各個方面，僅從地形條件看，混凝土拱壩和粘土斜墻壩均有建壩可能，但拱壩方案對地質(zhì)要求較高，左右岸拱肩槽存在不利滑動結(jié)構(gòu)面，碾壓混凝土壩方案略好，但開挖形成高邊坡和基礎(chǔ)處理工作量大，另外筑壩所需的大量材料均需從外縣萬源等運(yùn)進(jìn)，混凝土骨料也要從較遠(yuǎn)的料場運(yùn)進(jìn)，對交通條件較差的大長河區(qū)須增加很多運(yùn)輸成本，在投資方面沒有優(yōu)勢，相反，粘土斜墻壩方案可充分利用當(dāng)?shù)夭牧希偷亻_采，且Ⅵ線避開左岸深厚覆蓋層問題，總投資還是較拱壩和碾壓混凝土壩省，也沒有制約性的技術(shù)難度，因此本階段選Ⅵ線粘土斜墻壩方案。溢洪道位于右壩頭，利用右岸山坡開挖而成，溢洪道軸線與壩軸線夾角132.2°。由進(jìn)水渠、控制段、泄槽、挑流鼻坎及尾水渠等建筑物組成。引水隧洞進(jìn)水口均位于大壩上游附近水庫內(nèi)廠房位于壩址下游任河左岸城口縣境內(nèi)的雷打石，距壩址區(qū)約5~6km，引水系統(tǒng)長約2.9km。3擋水建筑物3.1粘土斜墻壩設(shè)計(jì)為了減少左岸崩坡積層的開挖，避免岸坡形成高邊坡，壩軸線在左岸向上游偏轉(zhuǎn)144.06°，挖除表層松散的崩坡積層，充分利用深部崩坡積層作為斜墻的支承體。左岸壩頭段，受地形和崩坡積層的影響，采用粘土斜墻壩，右岸壩頭段設(shè)溢洪道左導(dǎo)墻。3.1.1壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)壩頂高程確定根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式計(jì)算：y=R+e+A（3-1）式中：y—壩頂超高，m；R—最大波浪在壩坡上的爬高，m；e—最大風(fēng)壅水面高度，m；A—安全加高，由表3-1確定。表3-1壩頂超高安全加高運(yùn)用情況安全加高(m)正常運(yùn)用1.5非常運(yùn)用0.7壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值：（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高（2）校核洪水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高（3）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高（4）正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高計(jì)算各種不同設(shè)計(jì)情況下的壩頂高程如表3-2所示。表3-2各種不同設(shè)計(jì)情況下的壩頂高程參數(shù)工況超高Y（m）壩頂高程(m)取值（兩種取其大值）設(shè)計(jì)洪水位正常運(yùn)用條件5.9687.27√正常蓄水位685.9校核洪水位 非常運(yùn)用條件3.04685.59正常蓄水位683.04考慮在上游側(cè)設(shè)置防浪墻，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001規(guī)定，擬定防浪墻的高度為1.2m，墻頂部高程代替壩頂高程，則壩底高程為：687.27-1.2=686.07m，壩高為686.07–530=156.07m。2)壩體斷面設(shè)計(jì)根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001規(guī)定：壩高超過70m為高壩，高壩的壩頂寬度10~15m，考慮施工、運(yùn)行要求及參考國內(nèi)外已建工程的經(jīng)驗(yàn)，壩頂寬度采用10.0m。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001規(guī)定，上游防浪墻墻高1.2m，底寬0.5m，墻頂高程687.27m，墻底高程686.07m，墻底高出正常蓄水位（680.00m）6.07m。下游墻高0.5m。根據(jù)《水工建筑物》（第五版）中土石壩壩坡部分：黏性土料的穩(wěn)定壩坡唯一曲面，上部坡陡，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，每段10~30m，從上而下逐段放緩，相鄰坡率差值取0.25或0.5。參考國內(nèi)外已建和在建中100m以上高土壩的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程填筑石料的質(zhì)量，初選每30m設(shè)一級3.0m寬的馬道，確定上游壩坡為1:1.4，下游壩坡（實(shí)坡）為1:1.3～1:1.53）細(xì)部構(gòu)造（1）壩頂根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001規(guī)定，防浪墻高度設(shè)為1.2m，壩頂上面用碎石鋪設(shè)路面，壩頂向下游傾斜1%的坡度，上游側(cè)設(shè)1.2m高的放浪墻，下游側(cè)設(shè)緣石。（2）壩體防滲壩體防滲采用粘土斜墻防滲體。斜墻頂高程為687.27-1.2=686.07m，高出設(shè)計(jì)洪水位4.7m，頂部保護(hù)層厚度為687.27–686.27=1m，根據(jù)SL274-2001《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定；壩高超過70m為高壩，高壩頂寬可選為5～10m，故斜墻頂寬選為5m，自頂向下逐漸加厚，邊坡為1:4，計(jì)算點(diǎn)水頭為H=681.37–530=151.37m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取允許滲透坡降[J]=5，底部厚度40m>H/[J]=151.37/5=30.27，滿足要求。（3）壩基防滲參考《水工設(shè)計(jì)手冊》第四卷，斜墻總是用齒墻與基巖連接。齒墻下部切近巖石的深度，根據(jù)巖石情況決定。良好的巖石，只需切近30～50cm,不好的巖石需切近幾米。齒墻的最小寬度約90cm。因此壩基防滲采用齒墻，等厚40m，深8m。壩體排水設(shè)備土石壩排水主要有棱體排水和貼坡排水兩種。棱體排水：適用于下游有水的各種壩型。它可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍內(nèi)的下游壩腳不受波浪淘刷，還可與壩基排水相連。當(dāng)壩基強(qiáng)度足夠時，可發(fā)揮支撐壩體、增加穩(wěn)定的作用。但所需石料用量大，費(fèi)用較高，與壩體施工有干擾，檢修較困難。貼坡排水：又稱為表面排水，這種形式的排水構(gòu)造簡單，用料節(jié)省，施工方便，易于檢修，可以防止壩坡土發(fā)生滲流破壞，保護(hù)壩體免受下游波浪淘刷。但不能有效的降低浸潤線，而且因冰凍而失效。常用于土質(zhì)防滲體分區(qū)壩。綜合考慮采用堆石棱體排水設(shè)備。參考《水工建筑物》教材土石壩壩體排水一章，棱體頂寬不小于1.0m,取3m，頂面超出下游水位的高度，對1、2級壩不小于1.0m，故排水體頂部高程為554.6m，高出下游最高水位2m。棱體內(nèi)坡根據(jù)施工條件確定，一般為1:1.0～1:1.5,外坡為1:1.5～1:2.0，所以設(shè)定內(nèi)坡1:1.5，外坡1:2。如圖3-1所示。圖3-1棱體排水5）壩體剖面見圖3-2圖3-2壩體剖面圖3.2穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析是確定壩的剖面和評價壩體安全的主要依據(jù)。穩(wěn)定分析的可靠程度對壩的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有重要影響。對于無粘性土的壩坡，如斜墻壩的下游壩坡、斜墻的上游保護(hù)層、保護(hù)層連同斜墻和壩基中有軟弱夾層的滑動等常形成折線形的滑動面。這是，可假設(shè)滑動體由若干楔形體組成，采用滑楔法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)，圖如3-3圖3-3斜墻與保護(hù)層折線滑動面由《水工建筑物》土石壩一章知，根據(jù)各楔形塊的力平衡條件，建立兩側(cè)塊體間相互作用力P的計(jì)算關(guān)系式如下：(3-2)其中：式中：Wi—為塊的自重，KN；—為土料的內(nèi)摩擦角，°；Qi—為土條的水平慣性力，KN；Pi—為楔形塊間的相互作用力，KN；—為P的傾角；—為抗剪斷強(qiáng)度，MPa；K—為安全系數(shù)。成果表見3-3表3-3壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果表計(jì)算工況計(jì)算最小安全系數(shù)規(guī)范允許最小安全系數(shù)滑楔法滑楔法一、正常運(yùn)用情況1、水庫死水位上游壩坡2.171.302、設(shè)計(jì)洪水位下游壩坡1.931.30二、非常運(yùn)用情況3、校核洪水位下游壩坡1.941.50從表3-3可看出各設(shè)計(jì)工況下壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，且有一定的安全儲備。3.3滲流分析土石壩的滲流分析的內(nèi)容包括：1）確定壩體內(nèi)的浸潤線；2）確定滲流的主要參數(shù)—滲流流速和比降；3）確定滲流量。目的在于：為穩(wěn)定分析時，劃分飽水區(qū)提供依據(jù)、定對穩(wěn)定有影響的滲流作用力、行壩體防滲體布置和土料選擇。滲流計(jì)算包括以下水位組合情況：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位；上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位；上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位；庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況以第二種情況為例：根據(jù)壩軸線地址剖面圖的地形、地址情況，沿壩軸線分三段進(jìn)行計(jì)算，見圖3-4圖3-4滲流計(jì)算剖面圖（1）Ⅰ-Ⅰ斷面單寬滲流量：參考《水工計(jì)算手冊》，斜墻土壩在有限透水地基上、有齒墻、有排水設(shè)備的情況下，單寬滲流量和斜墻后滲流水深可由下式聯(lián)立試算解出：q=（3-3）q=（3-4）式中：q—單寬滲流量,m3/s；—等厚度，m；t—齒墻厚度，m；—斜墻中線的傾角，°；T—齒墻深度，m；m—下游坡度；K1—為壩身的滲透系數(shù)；K2—為斜墻與齒墻的滲透系數(shù)；K3—為壩基的滲透系數(shù)。經(jīng)試算：h=23.305m，而（2）Ⅱ-Ⅱ斷面單寬滲流量：單寬滲流量和斜墻后滲流水深可由下式聯(lián)立試算解出：（3-5）得出：全壩長的總滲流量計(jì)算則Q=q1L1+q2L2+q3L3=2.49×104m3/d<3.15億m3，滿足防滲要求4溢洪道溢洪道布置于右岸，本工程屬二等工程，泄水及放空建筑物為2級建筑物，按500年一遇洪水設(shè)計(jì)，2000年一遇洪水校核。4.1工程地質(zhì)條件粘土斜墻壩溢洪道位于下壩址右岸山坡上，軸線方向N22.6°W。溢洪道所處山體雄厚，沿線地面高程約560~730m，自然邊坡坡度約25~35°，沖溝不發(fā)育，在泄槽段分布有二條小沖溝，溝淺源短、干枯無水。第四系覆蓋層為坡積、崩坡積層，分布范圍較廣，主要為壤土夾碎塊石，據(jù)勘探成果，堰首及進(jìn)水渠部位覆蓋層厚度0.5~4.0m，泄槽段覆蓋層厚度1.0~7.18m。溢洪道沿線基巖主要為震旦系下統(tǒng)躍嶺河群上段（Zayl2）的含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖及少量寒武系魯家坪組的炭質(zhì)板巖。震旦系含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖，為溢洪道的主要地層，溢洪道進(jìn)水渠、堰首、挑流鼻坎等均置于該地層上；寒武系炭質(zhì)板巖較軟，抗風(fēng)化性能弱，呈板狀，完整性差，分布于沖刷坑一帶。在泄槽段分布有一條輝長巖脈γ33a(2)，寬3.0~4.0m，與圍巖呈熔融接觸，膠結(jié)尚好。溢洪道沿線構(gòu)造較發(fā)育，分布有f9、f11、f12、f40、f45、f52、f56、f58、f69、f70、等斷層10條，J1、J3、J4、J5、J38、J39、等擠壓破碎帶6條，L34、L11、L31等裂隙3條。地質(zhì)建議開挖邊坡：崩積層1:1.1~1.25，強(qiáng)風(fēng)化巖為1:0.75~1.0，弱風(fēng)化巖為1:0.5，微風(fēng)化巖為1:0.2~0.3，每隔15~20m高度增設(shè)馬道。4.2水力設(shè)計(jì)因?yàn)殚_敞式溢洪道泄洪能力大，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，施工、管理和維修方便，水流條件較好，可省去閘門和啟閉設(shè)備，所以選用開敞式溢洪道。溢流堰的設(shè)計(jì)1）溢流堰的剖面尺寸：根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》知，堰面曲線由下式推求（4-1）式中：x—為堰頂橫軸線；y—為縱向軸線；Hd—為下游水位與堰頂?shù)母卟睢＝?jīng)計(jì)算求得堰面曲線為其中：堰的尺寸見下圖4-1圖4-1堰的剖面尺寸2）溢流堰體穩(wěn)定計(jì)算SL253-2000《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》指出：堰的穩(wěn)定分析可采用剛體極限平衡法。堰沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下列抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算：(4-2)式中：K—為按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；—為堰體混凝土與基巖接觸面間的抗剪摩擦系數(shù)；—為堰體混凝土與基巖接觸面間的抗剪斷凝聚力，KPa；—為作用于堰體上的全部荷載對堰體混凝土與基巖接觸面的法向分量，KPa；—為作用于堰體上的全部荷載對堰體混凝土與基巖接觸面的切向分量，KN；A—堰體與基巖接觸面的面積，m2?；炷僚c基巖的抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)：f＇=1.0，C＇=0.9MPa。溢流堰沿基礎(chǔ)面的抗滑穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算成果見表4-1。所有工況的抗滑穩(wěn)定安全和基礎(chǔ)面應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。表4-1溢流堰穩(wěn)定成果表設(shè)計(jì)荷載組合情況穩(wěn)定計(jì)算roψS(.)<R(.)/rd1正常蓄水位2531<10746設(shè)計(jì)洪水位1907<11131校核洪水位2063<11254一側(cè)擋水一側(cè)檢修2531<10618泄槽段1）漸變段①漸變段長度：已知漸變段首端斷面寬B=51m，末端寬45m，則漸變段收縮角為25°。漸變段長度（水平投影長）為②漸變段進(jìn)口水深：漸變段底坡i應(yīng)大于或等于臨界底坡ik則臨界水深h1=hk=臨界坡度選用i=1/20=0.05>ik,屬于陡坡，因此漸變段進(jìn)口水深h1=hk=9.59m。③漸變段出口水深采用能量守恒公式計(jì)算：（4-3）已知：進(jìn)口水深h1=9.59m,經(jīng)試算h2=10.0m合適。2)陡坡段①反弧半徑：反弧半徑按下式確定R=(8～10)hc（4-4）（4-5）式中：R—為反弧半徑，m；—為臨界水深，m；—為流速系數(shù)；q—為單寬流量，；H—為堰上水深，m；P—為堰頂與下游河床的高差，m；Z—為坎頂與出口地面的高差，m；P0—為堰頂與坎頂?shù)母卟睿琺；B0—為溢流區(qū)的水平投影，m；經(jīng)計(jì)算R=(8～10)×3.43=(27.43～34.29)m半徑取30m②陡坡段長度：陡坡水平投影總長（4-6）式中：—為陡坡長度P—為陡坡總跌差經(jīng)計(jì)算L=245.95m3）流速及摻氣水深已知各斷面水深H后，便可算出各斷面的過水?dāng)嗝婷娣eA及v，用公式計(jì)算摻氣高度，水深加摻氣高度等于摻氣水深?？紤]摻氣水深，按（4-7）式中：—為修正系數(shù)，取1.4；H—為斷面水深，m；hb—為摻氣水深，m。經(jīng)計(jì)算得4）邊墻高度溢洪道邊墻高度，應(yīng)按計(jì)算出來的最大水深加一定超高。邊墻超高一般取0.5-1.5m，取1.0m。即：h=14.59m。消能段對溢洪道的消能方式比較了底流消能和挑流消能兩種方案。兩方案溢洪道的孔數(shù)、堰頂高程、泄流能力、泄槽寬度、縱坡均相同，區(qū)別僅在于泄槽末端的消能建筑物上。底流消能方案中消力池首部易發(fā)生氣蝕破壞；而且工程投資過大，雖然底流消能可以降低泄洪霧化的影響，但溢洪道出口遠(yuǎn)離樞紐主要建筑物和岸坡崩坡積體，泄洪霧化的影響不是控制因素。而挑流消能方案國內(nèi)使用較多，是一種比較常用而又安全經(jīng)濟(jì)的消能方式，雖然本工程河床較窄，挑流消能對岸坡和河床沖刷有一定影響，但通過對挑坎型式的合理設(shè)計(jì)和加強(qiáng)岸坡的防護(hù)是可以避免的，因此本階段溢洪道采用挑流消能方式。根據(jù)《水力學(xué)計(jì)算手冊》及工程實(shí)際情況采用連續(xù)式鼻坎挑流,其具有施工簡便,不易氣蝕的特點(diǎn).加上河床巖性比較堅(jiān)硬,所以河床兩岸均為弱風(fēng)化巖石,巖性抗菌素沖刷能力較強(qiáng),所以選用連續(xù)式,又該泄洪洞的出口河床為淺水河槽,所以選用25°的挑角較好,挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位。1)挑距按下式計(jì)算（4-8）式中：L—自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m；—挑射水舌水面射出角，近似可取鼻坎挑角，°；h1—挑流鼻坎末端法向水深，m；h2—鼻坎坎頂至下游河床高程差，m；v1—鼻坎坎頂水面流速，可按鼻坎處平均流速v的1.1倍計(jì)，m/s。鼻坎平均流速式中：z0—鼻坎末端斷面水面以上的水頭，m；—流速系數(shù)。將其代入上述中，即：v=41.46m/sL=199.67m2)由《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》最大沖坑水墊厚度估算公式：25.05.25.05.0Hqtk式中：tk—水墊厚度，自由水面至坑底m；q—單寬流量，m3/s；H—上下游水位差，m；α—沖坑系數(shù)，取0.8。經(jīng)計(jì)算=27.68m則消能段計(jì)算成果表見表4-2表4-2消能段計(jì)算成果表計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算工況上游水位（m）下游水位（m）流量q(m3/s)挑流坎頂高程（m）z0(m)(°)校核情況682.55565.3105.37574.41108.1430計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算工況V(m3/s)V1(m3/s)h1(m)h2(m)L(m)T(m)校核情況41.4645.61.169.11199.6727.683）校核：因挑距L=199.67>2.5tk=2.5×27.68=69.2m滿足要求4.2.4溢流堰泄流能力溢流堰泄流能力按下式計(jì)算（4-10）式中：Q—流量,m3/s；B－溢流堰總凈寬,m；Ho－計(jì)入行近流速的堰上水頭,m；m－流量系數(shù)，取m=0.50；σm－淹沒系數(shù)，取0.995；－側(cè)收縮系數(shù)；C－上游面坡度影響修正系數(shù)，當(dāng)上游面為鉛直時，C=1；g－重力加速度，取9.81m/s2。泄流能力計(jì)算成果見表1.4-2表1.4-4溢洪道泄流能力計(jì)算成果表洪水頻率（%）計(jì)算下泄流量（m3/s）水庫水位（m）坎頂流速（m/s）53140680.0040.8423416680.1541.260.24132681.7942.590.025028683.6643.624.3工程布置溢洪道布置于右岸，整個建筑物由進(jìn)水渠、溢流堰、陡槽、挑流鼻坎和尾水渠等組成。溢流堰至挑流鼻坎長321.08m，溢洪道全長約519.5m。由地形條件布置進(jìn)水渠底板高程661.50m，長約165m，寬60m。堰前右岸山體側(cè)設(shè)7m混凝土翼墻，漸變至山體邊坡，并與半徑R=30m的圓弧連接?？繅误w側(cè)（左岸）設(shè)44m長混凝土導(dǎo)墻，頭部采用四分之一橢圓形。該段渠底設(shè)0.3m厚混凝土襯砌。溢洪道為3孔開敞式溢洪道，每孔凈寬13m，堰頂高程667.50m，堰面曲線為WES型，曲線方程y=0.0663x1.81，下游接R=25m圓弧，上游接雙圓弧曲線及3:2斜坡。溢流堰頂設(shè)弧形工作閘門和平面檢修閘門，弧形工作閘門采用液壓啟閉機(jī)操作，平面檢修閘門采用門機(jī)操作。閘墩厚度為3.00m，溢洪堰總寬51m，靠山體側(cè)設(shè)混凝土齒墻與山坡連接，靠壩體側(cè)設(shè)混凝土高趾墻與趾板相連。溢洪道頂部分別設(shè)寬8m交通橋和寬5m工作橋以及油壓啟閉機(jī)房等。溢洪道陡槽坡度由緩變陡，第一級坡1:20，第二級坡12，中間采用y=0.05x+0.0957x2拋物線連接。底寬45m，底板厚0.6m，下設(shè)錨筋，底板基礎(chǔ)布置縱橫交錯的排水系統(tǒng)。為避免陡槽底板混凝土產(chǎn)生空蝕，陡槽設(shè)2道摻氣槽，摻氣槽結(jié)構(gòu)采用挑坎與通氣孔組合型式。陡槽段邊墻微風(fēng)化巖石區(qū)為直立貼坡式，弱風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖石區(qū)為衡重式。墻頂高程根據(jù)水面線及高速水流摻氣高度擬定為8～10m。溢流堰堰基上游部分設(shè)一道帷幕，并向兩岸山體延伸。堰基及挑坎基礎(chǔ)分別進(jìn)行固結(jié)灌漿。挑流鼻坎為分條挑流鼻坎，共分3條，每條寬15m?？岔敻叱?68.85m~574.39m，挑角為10.28°~33.99°，反弧半徑30~40m。鼻坎后設(shè)30.00m混凝土護(hù)坦。出水渠底高程565.30m。溢洪道主要高邊坡位于進(jìn)水渠和溢流堰控制段，最大邊坡高度138m，開挖邊坡采用全風(fēng)化層1:1.2，強(qiáng)風(fēng)化巖石為1:0.75，弱風(fēng)化巖石為1:0.5，微風(fēng)化或新鮮巖石為1:0.25。每10m坡高設(shè)一級馬道，馬道寬度1m和4m相間布置。為了確保邊坡穩(wěn)定，對高邊坡上的強(qiáng)、弱風(fēng)化區(qū)采用常規(guī)噴錨處理，對局部不穩(wěn)定體采用預(yù)應(yīng)力錨束隨機(jī)支護(hù)。除在整個開挖面布設(shè)系統(tǒng)排水孔，以利山坡排水外，每級4m寬的馬道上增設(shè)排水溝和深排水孔一排，以降低巖體內(nèi)部水壓。5引水建筑物5.1工程地質(zhì)條件引水隧洞沿線山體雄厚，地形陡峻，山高坡陡，山頂高程多在850~1420m，最高峰老寨子，高程1450m，相對高差約870m，屬中山區(qū)，沿線沖溝較發(fā)育，沖溝多垂直或近垂直引水隧洞方向分布，多數(shù)沖溝溝淺源短、干枯無水，少數(shù)溝深源長，長年流水。引水隧洞沿線及廠房基巖多裸露，在緩坡帶分布有第四系覆蓋層，為崩坡積壤土夾碎塊石，厚度薄。基巖為震旦系下統(tǒng)躍嶺河群上段（Zayl2）含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖，局部夾沉凝灰?guī)r。引水系統(tǒng)斷層不甚發(fā)育，無區(qū)域性大斷層分布，沿線揭露有f19、f20、f153、f158等4條小斷層和J37、J58、J61、J114等4條擠壓破碎帶，以及L6、L5、L15等3條裂隙。引水隧洞沿線地下水以基巖裂隙水為主，巖層透水性弱，含水量小，對洞室圍巖穩(wěn)定不致于構(gòu)成大的影響。但在斷層帶及兩側(cè)附近巖體的透（導(dǎo)）水性增強(qiáng)，含水量增大。據(jù)本次地質(zhì)測繪，引水洞線一帶部分沖溝常年流水，可見沿線地下水位高，地下水位與洞身相對高差最大可達(dá)約500m以上，外水壓力較大。5.2方案比較5.2.1進(jìn)水口型式比較1）進(jìn)水口邊坡下陡上緩，高程620m以下邊坡坡度55o左右，以上邊坡坡度為35~40o。第四系覆蓋層主要分布于高程620m以上邊坡，厚度一般為1.0~5.0m，巖性為黃、灰黃色壤土夾碎塊石，結(jié)構(gòu)松散；基巖巖性為含礫凝灰質(zhì)巖屑砂巖，高程620m以下基巖多裸露。根據(jù)壩線鉆孔資料，進(jìn)水口處地表巖石以強(qiáng)~弱風(fēng)化為主，強(qiáng)風(fēng)化厚度為2.0~5.5m，弱風(fēng)化下限埋深為33.0m左右，以下為微風(fēng)化~新鮮基巖。進(jìn)水口邊坡結(jié)構(gòu)面以節(jié)理裂隙為主，斷層不發(fā)育。走向NW或NWW、傾向SW或NE、傾角10~45o的類似L9、L46、L24等順坡或逆坡向中緩傾角節(jié)理裂隙較發(fā)育，面扭曲、粗糙、延伸較長、微張、附黃泥膜。進(jìn)水口邊坡未見不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，邊坡覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖均較薄，自然邊坡穩(wěn)定性較好。進(jìn)水口位置如向下游移動，距離壩體太近，造成施工干擾；而且隧洞轉(zhuǎn)彎過大，水損增加；如向上游移動，則進(jìn)洞方向與等高線斜交，造成開挖量增大，上壩公路及洞線變長，因此進(jìn)水口位置選擇較合適。根據(jù)進(jìn)水口部位的地形地質(zhì)條件，本階段擬定岸塔式進(jìn)水口和豎井式進(jìn)水口兩種布置形式進(jìn)行比較。從水工布置看，岸塔式進(jìn)水口和豎井式進(jìn)水口均為常見的進(jìn)水口布置形式，兩種進(jìn)水口形式均可行，工程規(guī)模相似。由于進(jìn)水口部位邊坡較陡，表層有第四系崩坡積層，覆蓋層厚約1～5m，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，豎井式進(jìn)水口后邊坡高度約36m，邊坡穩(wěn)定性差，支護(hù)工作量較大。而岸塔式進(jìn)水口的后邊坡高度約14m，開挖范圍小，開挖邊坡低，利于邊坡穩(wěn)定，對永久運(yùn)行的安全有利；岸塔式進(jìn)水口工程投資略??；從攔污柵運(yùn)行方面，岸塔式進(jìn)水口的攔污柵為垂直式安裝，啟閉力相對較小；豎井式進(jìn)水口進(jìn)洞處由于斷面較大，進(jìn)洞較岸塔式困難；且閘門前隧洞段不具備檢修條件；綜上分析，故本階段推薦采用岸塔式進(jìn)水口。5.2.2洞線比較進(jìn)水口位于任河左岸，距離大壩左壩頭上游約220米。經(jīng)型式比選，采用岸塔式布置。進(jìn)水口底板高程要滿足以下要求：當(dāng)水庫在死水位運(yùn)行時，進(jìn)口不產(chǎn)生吸氣漩渦；滿足進(jìn)水口防淤要求；隧洞縱坡不宜過大，以利施工。進(jìn)水口最小淹沒深度按戈登公式估算：S=cVd1/2（5-1）式中S——進(jìn)水口淹沒深度，mV——閘孔斷面流速，m/sd——閘孔高度，mC——與進(jìn)水口幾何形狀有關(guān)的系數(shù)，進(jìn)水口設(shè)計(jì)良好和水流對稱，取0.55；邊界復(fù)雜和側(cè)向水流，取0.73。計(jì)算得最小淹沒深度為4.68m，即閘門底板高程應(yīng)低于638.72m，最終確定進(jìn)水口底板高程為637.0m。進(jìn)水口前緣兩側(cè)按照10°角擴(kuò)散，為防止推移質(zhì)泥沙進(jìn)入隧洞，進(jìn)水口前緣進(jìn)水渠底板高程低于攔污柵底板2m，為635.00m。結(jié)合廠區(qū)地形地質(zhì)條件，擬定兩個廠房位置即上廠址和下廠址，引水洞線布置擬定了三個方案，進(jìn)水口位置及布置基本相同，均位于大壩上游約220m的任河左岸，方案一對應(yīng)上廠址，方案二和方案三對應(yīng)下廠址。上、下廠址之間相距約100m，中間隔一條沖溝。①方案一該方案廠房為上廠址，引水洞線平面上呈三段折線布置，進(jìn)水口段走向?yàn)镹52°E，距進(jìn)水口約102.5m隧洞走向轉(zhuǎn)為N82°W，高壓豎井后以N40°W垂直進(jìn)廠。進(jìn)水口采用岸塔式布置，底板高程為637.0m，閘門及攔污柵檢修平臺高程為685.0m。進(jìn)水口設(shè)攔污柵和事故閘門各一道。引水隧洞全長2199.18m，從樁號0+047.9m開始縱向按1.593%布置。壓力管道由上平段、豎井、下平段組成。②方案二該方案將調(diào)壓井上移至沖溝右側(cè)的山脊梁，引水洞線從進(jìn)水口后由N52°E轉(zhuǎn)至N83.29°W，岔管采用梳齒型分岔的鋼筋混凝土岔管，由N18.3°W垂直進(jìn)廠，采用下廠址。引水隧洞全長2672m，從樁號0+047.9m開始縱向按1.59%布置。③方案三該方案將調(diào)壓井下移至沖溝左側(cè)的山脊梁，引水洞線從進(jìn)水口后由N52°E轉(zhuǎn)至N88°W，在調(diào)壓井前85.5m處轉(zhuǎn)至N18.3°W，由N18.3°W垂直進(jìn)廠，廠房位置與方案二相同。引水隧洞全長約2791m，從樁號0+047.9m開始縱向按1.44%布置。壓力管道布置與方案二相同。④方案比較三個方案布置中方案一洞線最短，其次是方案二，方案三洞線最長，造成水損的依次增加，減少發(fā)電量。在地形地質(zhì)方面，三個方案總的地形條件相差不大，引水隧洞地質(zhì)條件無較大的差別，但方案一的廠房位置避開了下游沖溝的影響；斷層、節(jié)理相對不發(fā)育；邊坡穩(wěn)定，地質(zhì)條件較好。方案二和方案三的廠房部位地勢相對平緩；但有斷層f153穿過；J111擠壓破碎帶走向與開挖邊坡走向交角較小、順坡傾向，傾角小于坡角，對邊坡穩(wěn)定不利，與其它方向結(jié)構(gòu)面切割組合可構(gòu)成不穩(wěn)定體；上下游均分布有大沖溝，溝長源深，可能形成小的水石流或泥石流，對廠房的有一定的影響，邊坡上節(jié)理和卸荷裂隙均有分布，各結(jié)構(gòu)面相互切割組合可能構(gòu)成不穩(wěn)定小塊體，地質(zhì)條件較差；總體來說，方案一的地形地質(zhì)條件較好；根據(jù)上述比較，本階段引水洞線推薦采用方案一的布置形式。既廠房為上廠址，引水洞線平面上呈三段折線布置，進(jìn)水口段走向?yàn)镹52°E，距進(jìn)水口約102.5m隧洞走向轉(zhuǎn)為N82°W，高壓豎井后以N40°W垂直進(jìn)廠。5.3水力計(jì)算引水系統(tǒng)水頭損失計(jì)算引水隧洞隨機(jī)噴錨支護(hù)段（隨機(jī)噴混凝土厚10cm）綜合糙率取0.028，系統(tǒng)噴錨支護(hù)段（噴混凝土厚15cm）綜合糙率取0.022，鋼筋混凝土襯砌段平均糙率取0.014，鋼襯段平均糙率取0.012。經(jīng)計(jì)算，引水系統(tǒng)1#、2#機(jī)水頭損失表達(dá)式為：h=4.199310-4Q2+4.496010-4q2（5-2）式中：Q為主洞流量，q為支管流量，當(dāng)兩臺機(jī)通過額定流量時，q=58.4m3/s時，水頭損失h1=7.61m。5.3.2進(jìn)水口形式電站引水發(fā)電進(jìn)水口位于任河左岸，距離大壩左壩頭上游約220米，采用岸塔式布置。進(jìn)水口底板高程637.00m，滿足最小淹沒深度以及防淤要求。5.3.3攔污柵設(shè)計(jì)擋污設(shè)備的功用就是防止有害的污物進(jìn)入進(jìn)水口，同時不使這些漂浮物堵塞進(jìn)水口，影響進(jìn)水能力，主要的攔污設(shè)備是攔污柵。攔污柵計(jì)算的有關(guān)條件與水流徑過攔污柵時的水頭損失與過柵流速及柵條形狀有關(guān)。攔污柵總面積小，則過柵流速大，水頭損失大，漂浮物對攔污柵的撞擊力大，而且清污困難，反之，攔污柵面積過大，又會增加造價，甚至布置困難，由清污方便的觀點(diǎn)看來，過柵流速以不超過1.0m/s為宜，過柵毛流速為0.97m/s。5.3.4進(jìn)口段 進(jìn)口段包括進(jìn)口喇叭段，閘室段，通氣孔，漸變段等；（1）進(jìn)口喇叭口段：為了與孔口的水流形態(tài)相適應(yīng)，使水流平順，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞，同時盡量減少局部水頭損失，提高瀉流能力，在隧洞進(jìn)口首部，其形狀應(yīng)與孔口銳緣出流流線相吻合，一般順?biāo)鞣较蜃鞒扇蚴湛s的矩行端面喇叭口型，其收縮曲線為1/4橢圓曲線，頂面橢圓方程為：（5-3）所取得的橢圓方程a值,為參照碧口水電站及經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際條件條件取a為10m,再根據(jù)中國水利水電出版社出版的《水工建筑為》p240最佳a(bǔ)/b的選擇，所以必經(jīng)確定隧洞的洞身的尺寸。根據(jù)隧洞的分類及類型，根據(jù)工程的實(shí)際。本工程高水頭大流量工程，所以應(yīng)選擇過水條件好，受力條件好的斷面。圓形斷面一般為圓形；其亦具備了受力條件好，且斷面濕周小，當(dāng)過水面積一定是，圓形斷面較其他斷面如馬蹄形、圓拱形等斷面具有較大的過水能力，所以采用圓形斷面。洞徑確定:根據(jù)《水力學(xué)》按管流公式計(jì)算：(5-4）式中：--流量系數(shù),取0.69； Ho--作用于隧洞的有效水頭（Ho=庫水位－出口頂部高程）；A—出口斷面面積，m2。經(jīng)計(jì)算校核洪水位所需的洞徑r=3.8mD=7.6m所以根據(jù)《水工建筑物》P240表6-1查得取a=8.5m,所以a/b最佳為5.4則b=5.4m橢圓方程為：x2/8.52+y2/5.42=1

（2）進(jìn)口閘室段閘孔尺寸為5.3×6.6m，進(jìn)水口攔污柵段由分流隔墩分成2孔，每孔凈寬為5.0m，高12m，設(shè)一道攔污柵，過柵毛流速為0.97m/s。進(jìn)口喇叭段頂板為1/4橢圓曲線（橢圓方程為x2/8.52+y2/5.42=1），進(jìn)水口收縮段長6.7m，水平凈寬由12.0m收縮為5.3m、豎向凈高由12m收縮為6.6m。閘室段長7.2m，閘門孔口尺寸為5.36.6m(bh)，流速3.34m/s，底檻高程637.00m，門后1.2×1.7m的通氣兼進(jìn)人孔，后接10m長漸變段。在高程676.00m處設(shè)攔污柵檢修平臺，平臺面積11.712.0m(長寬)，攔污柵檢修平臺有爬梯通至閘門檢修平臺，閘門檢修平臺高程685.00m，平臺上有攔污柵啟吊排架及閘門啟閉機(jī)排架，平臺通過27.4m長的交通橋與上壩公路相連。進(jìn)水塔高50m。（3）通氣孔當(dāng)閘門部分開啟時，孔口處的水流流速很大，閘門后的空氣被水流帶走，形成負(fù)壓，而引起氣蝕破壞和閘門的振動，危及工程的安全運(yùn)行。為了防止氣蝕破壞和閘門的振動，通常在主閘門后設(shè)通氣孔。此外，用平壓管充水平壓時，主閘門與檢修閘門之間的空氣排除，通氣孔又可作排氣孔。故通氣孔常擔(dān)負(fù)著補(bǔ)氣、排氣的雙重任務(wù)。對改善流態(tài)、避免運(yùn)行事故起著重要作用。通氣孔的通氣量：Qa=0.09VwA(5-5)通氣孔的面積：a==1.13m2式中：a—--通氣孔的面積--通氣孔允許的風(fēng)速，取40m/sVW--閘門孔口處的水流速度A--閘門后的隧洞的全面積通氣孔的直徑：d=1.2m（4）平壓管為了減少啟閉力，檢修閘門在靜水中開啟，在墻與閘內(nèi)設(shè)置繞過檢修門槽的平壓管，檢修完畢后，開啟檢修閘門前，先打開平壓管的閘門，將水引入檢修閘與主閘之間，使檢修閘門兩側(cè)水位相同，水壓力平衡以減少啟閉力。平壓管取便于操作平壓管閥門處平壓管井，尺寸1000×1400mm。（5）漸變段為了便于閘門布置，閘室段設(shè)為矩形斷面,為了保證洞內(nèi)有好的水流條件及受力條件，洞身設(shè)計(jì)成圓形。兩種斷面需要漸變段，進(jìn)行連接結(jié)構(gòu)尺寸，形狀及水流的過渡，漸變段的長度，則長度為10.0m。進(jìn)水口收縮段長6.7m，水平凈寬由12.0m收縮為5.3m、豎向凈高由12m收縮為6.6m。閘室段長7.2m。（6）洞身段根據(jù)《水力學(xué)》管道經(jīng)驗(yàn)直徑D確定：（5-6）式中：Q——管道的輸水能力；V——管道的允許流速；則D=3.8m直徑D=7.6m>1.8m，滿足施工要求。根據(jù)提供的地質(zhì)地形圖,引水隧洞洞身段需分成三段,以達(dá)到引水要求，這樣亦有利于工程施工,即有上平段、豎井段、下平段1)上平段沿水平方向布置,其底部高程為637.0m,則洞軸線高程為640.30m,根據(jù)所提供的地質(zhì)地形剖面圖,其長度可取31.6m，馬蹄形斷面，開挖直徑為7.6m，襯后直徑為6.6m。2)豎井段豎井中心距調(diào)壓井中心30m，豎井采用圓形斷面，鋼筋混凝土襯砌，內(nèi)徑為6.6m。3)下平段管徑為3.6m，長度為125.5m。5.4工程布置引水發(fā)電系統(tǒng)包括進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井等部分。電站引水發(fā)電進(jìn)水口位于任河左岸，距離大壩左壩頭上游約220米，采用岸塔式布置。進(jìn)水口底板高程637.00m，滿足最小淹沒深度以及防淤要求。進(jìn)水口攔污柵段由分流隔墩分成2孔，每孔凈寬為5.0m，高12m，設(shè)一道攔污柵，過柵毛流速為0.97m/s。進(jìn)口喇叭段頂板為1/4橢圓曲線（橢圓方程為x2/8.52+y2/5.42=1），進(jìn)水口收縮段長6.7m，水平凈寬由12.0m收縮為5.3m、豎向凈高由12m收縮為6.6m。閘室段長7.2m，閘門孔口尺寸為5.36.6m(bh)，流速3.34m/s，底檻高程637.00m，門后1.2×1.7m的通氣兼進(jìn)人孔，后接10m長漸變段。在高程676.00m處設(shè)攔污柵檢修平臺，平臺面積11.712.0m(長寬)，攔污柵檢修平臺有爬梯通至閘門檢修平臺，閘門檢修平臺高程685.00m，平臺上有攔污柵啟吊排架及閘門啟閉機(jī)排架，平臺通過27.4m長的交通橋與上壩公路相連。進(jìn)水塔高50m。引水隧洞沿線山體雄厚，地形陡峻，山高坡陡，上覆山體厚度大，引水隧洞全長2181.28m（進(jìn)洞點(diǎn)至調(diào)壓室中心線），距進(jìn)洞口102m為第一個平面轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，隧洞走向由N52°E轉(zhuǎn)為N82°W。引水隧洞底坡需滿足以下幾種要求：1)滿足施工期和運(yùn)行檢修期的排水要求；2)縱坡到達(dá)引水調(diào)壓室處，要保證在水力學(xué)過渡過程中調(diào)壓室的最低涌浪不會產(chǎn)生露底情況，并有一定的安全余地；3)引水隧洞沿線洞頂?shù)淖钚毫Υ笥?m水頭。4)縱坡稍大些可增大調(diào)壓室阻抗孔的高度并降低壓力豎井的高度，可降低工程投資。根據(jù)此原則，引水隧洞段全長2181.28m，縱向按“一坡到底”布置，起坡點(diǎn)樁號為引0+47.900m，中心高程640.30m，終坡點(diǎn)樁號為引2+169.207m，中心高程606.50m，坡度1.593%。在樁號0+102.634m處的第一個平面轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，隧洞走向由N52°E轉(zhuǎn)為N82°W。引水隧洞全長采用馬蹄形開挖斷面，洞徑7.6m，底寬4.5m。第二部分設(shè)計(jì)計(jì)算書1壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1壩頂高程1.1.1計(jì)算正常運(yùn)用情況下的壩頂超高：壩頂超高△h按下式計(jì)算：△h=R+e+A（1-1）1)計(jì)算波浪爬高R：波浪爬高按蒲田試驗(yàn)站公式計(jì)算.先計(jì)算平均爬高,再計(jì)算設(shè)計(jì)爬高R,平均爬高按下式計(jì)算：=（1-2）式中：－平均波浪爬高，m；—平均波高,m；—平均波長,m；m—單坡的坡度系數(shù)，m=1.5~5.0m；—斜坡的糙率滲透性系數(shù),根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》護(hù)面類型由表-1查得；—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表-2查得。根據(jù)樞紐的基本情況,確定水庫采用砌石護(hù)面,查《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表-1，坡粗糙率有關(guān)的系數(shù),采用。已知風(fēng)速12.7×壩前水深H=681.370-540=151.37m,取g為9.81m/s2,求得無維量：查規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表-2得經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kw=1.00；取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為0o，查規(guī)范表得折減系數(shù)kβ=1,初擬定壩坡m=2.5；又知吹程D=1500m。平均波高=（1-3）==1.33m平均波長=25=251.33=33.18m將上式各值代入得:=根據(jù)爬高值累積概率P按工程等級給來確定,對該樞紐Ⅰ級土石壩取P=1%的爬高值R1%；根據(jù)=1.33m、H=151.37m得<0.1查規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表A.1.13,，則2)計(jì)算風(fēng)雍水面高度：風(fēng)雍水面高度按下式計(jì)算：e=（1-4）式中綜合摩阻系數(shù)K值變化在（1.5~5.0）10范圍內(nèi)，計(jì)算時取K=3.610；水庫平均水深近似取為e=3)安全加高:按Ⅰ級壩和正常運(yùn)用情況查規(guī)范表1.3.1,A=1.5m則正常運(yùn)用情況下壩頂超高為△h=4.39+0.001+1.5=5.9m1.1.2計(jì)算非常運(yùn)用條件下的壩頂超高非常運(yùn)用條件下的壩頂超高計(jì)算公式與正常情況下一樣，所不同的是風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速v=12.7m/s，壩前水深H=687.27–530=157.27m，水庫平均水深H/2=157.27/2=78.14。先計(jì)算波浪爬高值R：由=0.8，，查規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表-2得經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kw=1.00；取風(fēng)向與壩軸線垂線的夾角為0o，查規(guī)范表得折減系數(shù)kβ=1，m=2.5；平均波高==0.71m平均波長=250.71=17.70m將上式各值代入得:=按P=1%，<0.1查規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表A.1.13,，則再按下式計(jì)算風(fēng)雍水面高度ee=查《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范,A=0.7m則非常運(yùn)用情況下壩頂超高為△h=2.34+0.006+0.7=3.04m1.1.3壩頂高程及壩高：設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高為：681.37+5.9=687.27m正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高為：680.0+5.9=685.9m校核洪水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高為：682.55+3.04=685.59m正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高為：680.0+3.04=683.04m1.1.4已知表1-1建筑物設(shè)計(jì)洪水頻率參數(shù)表建筑物設(shè)計(jì)洪水頻率校核洪水頻率土石壩500年一遇設(shè)計(jì)2000年一遇校核方案項(xiàng)目正常蓄水位死水位設(shè)計(jì)校核土石壩方案上游水位（m）680650681.37682.55下游水位（m）552.60553.48相應(yīng)下泄量（m3/s）425847461.1.51)超高計(jì)算結(jié)果見表1-3表1-3超高計(jì)算結(jié)果參數(shù)工況R(m)e(m)A(m)Y(m)正常運(yùn)用情況4.390.0011.55.9非常運(yùn)用情況2.340.0060.73.042)壩頂高程計(jì)算結(jié)果見表1-4表1-4壩頂高程計(jì)算結(jié)果參數(shù)工況超高Y（m）壩頂高程(m)取值（兩種取其大值）設(shè)計(jì)洪水位正常運(yùn)用條件5.9687.27√正常蓄水位685.9校核洪水位非常運(yùn)用條件3.04685.59正常蓄水位683.04考慮在上游側(cè)設(shè)置1.2m高的防浪墻，用防浪墻頂部高程代替壩頂高程，則壩頂高程為：687.27-1.2=686.07m，壩高為686.07–530=156.07m。1.2壩頂寬度參照原華東水利學(xué)院主編的《水工設(shè)計(jì)手冊》第4~58頁規(guī)定：壩高100米以上，壩頂寬度宜用下計(jì)算：B=（1-5）式中：B—壩頂寬度，m；H—壩高，m。B===10.2m，確定壩寬10m。1.3壩坡及馬道1.3.1壩坡：參考《水工建筑物》教材土石壩一章，斜墻壩上下游壩坡坡率可參考心墻壩的數(shù)值選用，上游壩坡可適當(dāng)放緩，下游壩坡宜適當(dāng)偏陡。初擬上游壩坡為1:1.406，下游壩坡為1:1.3,1:1.3,1:1.4,1:1.4，1:1.5。1.3.2馬道：在下游變坡處沒30m設(shè)一級馬道，寬3m，上游不設(shè)。1.4細(xì)部構(gòu)造1.4.1壩頂壩頂上面用碎石鋪設(shè)路面，壩頂向下游傾斜1%的坡度，上游側(cè)設(shè)1.2m高的放浪墻，下游側(cè)設(shè)緣石。1.4.2壩體防滲壩體防滲采用粘土斜墻防滲體。斜墻頂高程為686.07m，高出設(shè)計(jì)洪水位4.7m，頂部保護(hù)層厚度為687.27–686.27=1m，根據(jù)SL274-2001《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定；壩高超過70m為高壩，高壩頂寬可選為5～10m，故斜墻頂寬選為5m，自頂向下逐漸加厚，邊坡為1:4，計(jì)算點(diǎn)水頭為H=681.37–530=151.37m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取允許滲透坡降[J]=5，底部厚度40m>H/[J]=1