表1-10粘土的物理力學(xué)性質(zhì)料場名稱物理性質(zhì)滲透系數(shù)10-6cm/s力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度飽和度顆粒級配擊實剪力固結(jié)壓縮系數(shù)cm2/kg有機含量灼熱法%可溶鹽含量%流限%塑限%塑性指數(shù)礫砂粘土最大干密度g/cm3最優(yōu)含水量%內(nèi)摩擦角deg凝聚力kPa濕干粗中細粉>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表1-11砂礫石的顆粒級配顆直徑粒mm含量料場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礫石的物理性質(zhì)名稱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軟弱顆粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2表1-13各料場天然休止角料場名稱休止角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′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2章洪水調(diào)節(jié)計算2.1洪水調(diào)節(jié)計算這條河屬于典型的山河，洪水在這里漲落。設(shè)計洪峰流量Q=1680m/s(P=1%)，驗算洪峰流量QUOTEQ校=2320m3/s（P=0.05%）。2.1.1工程等別及建筑物級別正常水位為2836米，水庫庫容為720*106m32級為主體建筑，3級為次建筑，4級為臨時建筑。永久水工建筑物的洪水標準:正常洪水100年(設(shè)計)，異常洪水2000年(驗算)。2.1.2泄洪方式與水庫運用方案1.泄洪方式:為減少開挖量，且由于地形條件的限制，采用隧道泄洪方案。2.水庫運行方式:有洪水時，流量取閘門控制流量。洪水前限定水位不變。加大時，閘門全開，導(dǎo)致下泄流量增大。3.防洪限水位的選擇:防洪限水位與正常庫容相同。由于山區(qū)河流具有急升急降的特點，在整個汛期內(nèi)隨時都可能發(fā)生大洪水，需要隨時儲備一定的防洪庫容。2.2堰頂高程及泄洪孔口的選擇在防洪計算中，應(yīng)確定不同壩頂高程和壩體B寬的幾種方案，并通過對比分析選擇最佳方案。2.2.1堰頂高程及孔口尺寸選擇如果頂標高過低，孔口凈寬度較大，相應(yīng)地會增大泄洪能力，所需水庫容量可減小，可減小擋水建筑物高度，上游洪澇損失小;但此時隧道本身的工程量和造價會非常高，該項目允許的下游流量為900m3/s，因此下游不允許過量排放。如果高度過高，孔的總凈寬度小，則與之相反2.2.2方案擬定為了擬定最佳的壩頂高度和孔口尺寸，應(yīng)在技術(shù)可行的前提下，優(yōu)化包括排水隧洞和支護結(jié)構(gòu)在內(nèi)總造價。在設(shè)計中，根據(jù)已建工程的經(jīng)驗，初步擬定了四組壩頂標高和孔口尺寸(泄洪采用兩個孔口):方案1:=2815m,B=8m方案2:=2825m,B=8m方案3:=2825m,B=9m方案4:=2826m,B=8m2.3調(diào)洪演算結(jié)果與方案選擇2.3.1調(diào)洪演算結(jié)果針對該地區(qū)情況進行了四種的方案比較，見表。表2-1調(diào)洪演算成果方案孔口尺寸（m）工況Q(m3/s)上游水位Z(m)超高?Z(m)1=2815mB=8m設(shè)計校核1576.621533.792836.862836.620.860.622=2825mB=8m設(shè)計校核653.79733.162837.22838.231.22.233=2825mB=9m設(shè)計校核721.78806.032837.0728381.072.04=2826mB=8m設(shè)計校核590.52674.52837.392838.431.392.432.3.2方案選擇根據(jù)防洪調(diào)度演算，除方案1外，提出的幾種方案均滿足流量Q<900m3/s，上游水位Z<3.5m。因此，方案的選擇應(yīng)比較技術(shù)經(jīng)濟(本設(shè)計僅做定性描述)，并結(jié)合導(dǎo)流洞做選擇。一般情況下Q值過小，不利于泄洪和經(jīng)濟效益，?Z值越大，壩體越高，則壩體工程量越大。同時，綜上所述，擬定第三種方案。設(shè)計洪水位2837.07m，設(shè)計泄洪量721.78m3/s。實測洪水位2838m，實測洪量806.03m3/s。第3章壩型選擇及樞紐布置首先，在了解該地區(qū)工程概況后應(yīng)先進行壩址和壩型的選擇，在此基礎(chǔ)上進行樞紐布置，依據(jù)壩型的不同特點會有不同的壩軸線。所以必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)和氣候條件水文條件等選擇壩型，在選定壩型后確定壩軸線，然后進行樞紐布置的選擇。只有這樣才能更加方便和合理地建立大壩。3.1壩址及壩型選擇3.1.1壩址選擇根據(jù)地質(zhì)資料，比照地形圖中所示的河曲段作為壩址，選擇了兩個更有利的軸線I—I、II—II。這兩條軸線的河寬基本相似，所以大壩的建設(shè)量也基本相似。從地質(zhì)剖面可以看出:I—I河床有平均20米的覆蓋層,最大有32m,壩肩除了少范圍的有斷裂帶,其余是堅硬的玄武巖,地質(zhì)構(gòu)造整體良好,除了II—II和I—I有大致相同的土層厚度和風(fēng)化巖,玄武巖斷裂帶的底部自由交錯,如果大壩建成,然后壩體周圍的滲流可能比較大，對于地基處理量會增加，綜上所述，選擇I—I。3.1.2壩型選擇以下為常見的幾種壩型。圖3.1壩型的比較所選軸線處河床有較深的沖積層，壩體兩側(cè)是滲透性較深風(fēng)化巖，強度相對較低，基巖相對不完整。從地質(zhì)條件看，以兩側(cè)基巖為基礎(chǔ)修建拱壩以保持穩(wěn)定是不合適的。支墩壩由一系列的支持及其支持上游固定蓋板,蓋板的加載使他傳到支撐,然后從鞏固基礎(chǔ),所以基礎(chǔ)的要求也是非常高的,這種地質(zhì)條件不適宜建立支墩壩。混凝土重力壩需要建在巖石基礎(chǔ)上，是由壩體的重力來穩(wěn)定的。在本工程中，重力壩建成后，基坑開挖、回填、圍堰施工量大，防滲層灌漿至基巖，基坑排水難度大。綜上所述，最終確定土石壩方案。3.2樞紐組成建筑物3.2.1擋水建筑物樞紐擋水建筑物選用心墻土石壩方案。3.2.2泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，采用均與導(dǎo)流隧洞結(jié)合的方式。本工程由于壩址處較狹窄，山坡陡峭，明挖溢洪道會造成開挖量大，造價較高，且兩岸山坡沒有天然埡口，綜合考慮采用隧洞泄洪，與施工導(dǎo)流洞相結(jié)合。3.3樞紐總體布置3.3.1擋水建筑物——土石壩壩軸線選在1-1剖面處。擋水建筑物按直線布置，河床較窄布置壩軸線，減少工程量和工程造價。3.3.2泄水建筑物——泄洪隧洞因此,為了縮短隧道的長度,提高隧道的穩(wěn)定性,減少隧道的開挖和工程成本,安排在右岸泄洪洞,讓水流出隧道的主要渠道,直接進入和對流狀態(tài)也是有利的?？紤]周圍還有其他建筑物，溢洪道隧道應(yīng)遠離壩腳和廠房的位置。為減小泄洪引起的尾水波動，兩個壩的出水口距離在80~100m之間。第4章土石壩設(shè)計4.1壩型選擇由于壩址上下游有用于筑壩的粘土材料，壩體為防滲體，壩殼為沙礫材料，從筑壩材料來看，因此無論是心墻壩還是斜墻壩都是可行的。這個區(qū)域是一個地震災(zāi)區(qū)的基本強度7度。從抗震性能和非均勻變形的角度擬定采用心墻壩。該地區(qū)粘性土材料含水量高，不宜使用斜墻壩。薄心墻和薄斜墻更有利,因為土心墻的部分小于土壤斜墻在同一水力梯度,殘積土材料的施工進度可以快,可以節(jié)省成本。4.2大壩輪廓尺寸的擬定4.2.1壩頂寬度參考以往資料，根據(jù)結(jié)構(gòu)、施工和抗震等多方面條件，壩體高度選在60~100米之間，為中低壩體。壩頂寬度可達5-10m，工程采用8m。壩頂面向下游邊坡，邊坡坡度設(shè)為2%，在下游設(shè)置排水溝。4.2.2壩坡與馬道上游坡度為2.7。從理論上講，每隔15米~30米設(shè)置一次馬道。然而，由于上游邊坡長期浸泡在水中，除了施工期間，基本上沒有任何作用。考慮到下游建設(shè)和交通需求，自下往上下游分別設(shè)置為24m、23m、23m、23m。馬道的設(shè)置是為了施工、維護和觀察的需要，以及排水溝的使用。此外，馬道還應(yīng)滿足交通的需要。因此，馬道寬度應(yīng)為2.0m。4.2.3壩頂高程壩頂高程=水庫靜水位+壩頂超高，按以下情況取其最大值：a、正常蓄水位+正常條件的壩頂超高b、設(shè)計洪水位+正常條件的壩頂超高c、校核洪水位+非常條件的壩頂超高d、正常蓄水位+非常條件的壩頂超高+地震安全超高壩頂高程計算見表4.2表4-2壩頂高程計算表項目正常蓄水位+正常條件的壩頂超高設(shè)計洪水位+正常條件的壩頂超高校核洪水位+非常條件的壩頂超高正常蓄水位+非常條件的壩頂超高+地震安全超高上游靜水位（m)28362837.0728382836河底高程(m)2750275027502750壩前水深Hm(m)8687.078886吹程D（m)15000150001500015000風(fēng)向與壩軸線夾角β22.522.522.522.5風(fēng)速w（m/s)28.6528.6519.119.1平均波長Lm（m)32.6164622632.61646220.854920.8549護坡粗糙系數(shù)K△0.80.80.80.8上游壩坡坡腳m2.72.72.72.7經(jīng)驗系數(shù)Kw1111累積頻率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風(fēng)浪引起壩前壅高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壩頂高程2841.4802842.5502841.2762840.776壩高（m)91.48092.55091.27690.776沉降0.3%后壩高91.75492.82791.55091.048沉降0.3%后壩頂高程2841.7542842.8272841.5502841.048壩頂高程2843m，壩高93m。4.2.4壩體排水壩基排水的目的是收集和排放下游的滲流，以避免壩體和壩基的滲流變形。減少滲流帶，提高下游壩坡穩(wěn)定性;防止下游壩坡滲漏，減少凍裂帶以下入滲線;加速粘土和淤泥的固結(jié)，降低壩體或壩基的孔隙壓力。壩體排水一般有以下三種形式:棱體排水、貼坡排水和褥墊排水。棱體排水:適用于有水的下游，阻止凍脹壩體邊坡和滲透變形，且能降低滲透線，支撐壩體穩(wěn)定，保護下游壩腳。貼坡排水:適用于中、小型水庫和下游無水均勻的大壩，排水結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)省材料和容易維護,可以防止?jié)B透破壞,保護下游壩腳,但不能降低浸潤線,可憐的抗寒性。褥墊排水:適用于下游無水或下游水位很低的大壩。這種排水雖然可以有效降低滲透線，但對地基不均勻沉降的適應(yīng)性較差，容易發(fā)生裂縫。綜合以上和結(jié)合該地區(qū)特點，遂采用棱體排水。4.2.5壩內(nèi)防滲體防滲體的尺寸應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)、施工和防裂的要求，并滿足穩(wěn)定的要求。大壩防滲體為粘土心墻，其最小厚度（底部）由粘土的允許滲透梯度決定。設(shè)計粘土滲透比降j取5.0，最大水頭88m，心墻底部厚度必須大于88/4=22m，參照以往工程，考慮到機械施工的需要，心墻寬度3.8m，坡率m=0.2，底部寬度39.04。m大于22m，由于壩頂有防浪墻，防浪墻應(yīng)與大壩防滲體緊密相連，對心墻頂高程要求相對較低。心墻頂部高程高于校核水位。最后取2838.1米，上面留1.0米的保護層。巖心墻與地基的連接取決于粘性土截水槽。截水槽應(yīng)采用與大壩防滲體相同的土料填筑。其密實度不應(yīng)小于大壩同類土料的密實度。底部寬度應(yīng)根據(jù)回填土材料的允許滲透坡度和土與基巖界面的允許滲透坡度及防滲侵蝕的施工條件確定。截止水槽可開挖至壩基以下約10米深處，填滿壤土。截水槽斷面如下：坡度為1:1.0，底寬和滲透直徑不小于（1/3-1/5）h，其中h為最大水頭88m。（1/3～QUOTE1/5）*88=(21.3～317.6)m為了施工方便，頂寬與粘土心墻底寬同寬，取39.04m。由于邊坡取成1:1.0.所以截水槽底部的寬度為:B2=39.04-10*1*2=19.04m。4.2.6壩基防滲體壩基防滲體瀝青混凝土具有良好的柔韌性和形狀，其滲透系數(shù)很小。當(dāng)出現(xiàn)裂縫時，具有自修復(fù)功能，施工簡單，造價低廉，因此中間的河床，即兩側(cè)使用的混凝土截水墻，厚1米（視強度和不透水情況而定）。防滲墻進入心墻的深度應(yīng)大于壩高的1/10，取9.5米。防滲墻位于巖心墻底部中部，應(yīng)按0.5～1米的規(guī)定埋設(shè)在基巖中，設(shè)計為1m，根據(jù)地質(zhì)剖面，基坑開挖深度為39米。由于施工設(shè)計的發(fā)展和材料成本的降低，岸坡也采用了瀝青混凝土。圖4-2大壩基本剖面輪廓圖4.3滲流計算4.3.1計算斷面與計算情況對如圖的三個典型斷面進行滲流計算。以下水位組合情況可供參考：1.上游正常水位與相應(yīng)的下游最低水位2.上游設(shè)計水位與下游相應(yīng)的水位3.上游校核水位與下游相應(yīng)的水位圖4-3大壩剖面圖圖4.3.2計算結(jié)果表4-3滲流計算結(jié)果匯總表計算情況計算項目正常蓄水位設(shè)計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滲流量q(10-6m3QUOTE/s.m)1-17.657.737.882-24.564.704.823-36.656.756.884.3.3滲透穩(wěn)定驗算心墻背后的壩殼,坡和大壩的滲透速度很小，水頭損失大部分在防滲體內(nèi),因此滲透破壞的可能性不大。滲透逸出點坡降見表4-4。表4-4工況滲流逸出點坡降斷面1-1工況正常設(shè)計校核坡降J2.163.533.10斷面2-2工況正常設(shè)計校核坡降J1.691.862.39斷面3-3工況正常設(shè)計校核坡降J2.241.941.87根據(jù)實際經(jīng)驗，填充土安全邊坡一般為5~10，由上表可以看出，逃逸點處的入滲邊坡小于4。因此，入滲邊坡滿足要求，不會發(fā)生入滲破壞。4.3.4成果分析與結(jié)論采用心墻和混凝土防滲墻等防滲措施。單寬滲流相對較小，考慮壩體周圍滲流、巖石基礎(chǔ)滲透系數(shù)和防滲墻等因素，估計滲流會略有增加。但認為壩體滲流邊坡仍滿足設(shè)計要求。4.4穩(wěn)定分析計算土石壩滑面形狀與壩體結(jié)構(gòu)、壩基地質(zhì)條件和壩體工作條件有關(guān)。分以下幾種：曲線滑動面是一個頂部陡峭、底部漸變的曲面。在穩(wěn)定性分析中，弧常被用來代替，它們發(fā)生在粘土邊坡上。折線滑動面，當(dāng)邊坡被水淹沒時，滑動面的斷點通常在水位附近。多發(fā)生在非粘性土邊坡上，如薄心壩、斜壩體等。復(fù)式滑動面，當(dāng)壩基中存在軟弱夾層時，滑動面不再深，而是形成一個曲面復(fù)合滑動面。多發(fā)生在厚心墻壩或由粘土及非粘土構(gòu)成的多種土質(zhì)壩中。土石壩的荷載包括壩體自重、孔隙水壓力和滲流壓力等?？紤]壩體自重時，應(yīng)根據(jù)壩體在水面上的位置，分別選擇濕重和浮重。4.4.1工況選擇與穩(wěn)定計算成果在穩(wěn)定性計算中，應(yīng)選擇不利工況和不利位置進行穩(wěn)定性計算。本設(shè)計分別計算了以下工況下上下游邊坡的安全系數(shù):上游坡：1）1/3壩高水深H=31m；2）死水位2796.0m；3）正常蓄水位2836m；下游坡：4）設(shè)計洪水位2754.63m；5）正常蓄水位2752.2m。以上幾種工況下最小安全系數(shù)計算見表4-5表4-5各種工況上下游壩坡穩(wěn)定計算部位組合情況安全系數(shù)K最小安全系數(shù)Kmin上游坡（1）1/3壩高水深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）設(shè)計洪水位2754.63m1.361.361.731.59（5）正常蓄水位2752.2m1.601.381.451.384.4.2穩(wěn)定成果分析檢查規(guī)范顯示了壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)當(dāng)符合下列條件:正常使用的情況下不低于1.35,非常不少于1.25使用Ⅰ條件時,不小于1.15使用Ⅱ時的狀態(tài)。4.5大壩基礎(chǔ)處理與混凝土壩相比，土石壩對地基的要求較低。但是，為了解決地基滲漏、承載力和振動液化等問題，應(yīng)針對不同的地基采用不同的處理方案，使土石壩的施工經(jīng)濟、合理、安全可靠。根據(jù)壩基的實際情況，對河床段和河岸段分別進行地基處理。土石壩與混凝土壩相比，對地基的要求較低。但不同地基應(yīng)采用不同的處理方案，根據(jù)壩基的實際情況，分別對河床段和路堤段進行處理。4.5.1河床地基處理1.滲流控制方案在條件允許的情況下，采用垂直防滲方案較好，因為垂直防滲設(shè)施能可靠有效地截斷壩基滲漏。當(dāng)滲透層較淺（10m~15m）時，可采用回填土截污池。由于壩址河床沖積層平均水深20米，最大32米，施工難度大，不宜采用。另外，由于河床上有石塊，鋼板樁使用難度大，造價高。帷幕灌漿也是該地區(qū)的一個問題?；炷练罎B墻方案具有施工速度快、材料成本低、防滲效果好等優(yōu)點。適用于覆巖較厚的砂礫地基。因此，采用該方案。根據(jù)允許的混凝土坡度和水頭，厚度設(shè)置為0.8米。截水墻滲入河床沖積層。基巖埋于底部，上部與心墻相連，增加了接觸滲流直徑。由于防滲墻兩側(cè)沖積層易下沉，防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻之間的不均勻沉降將導(dǎo)致裂縫。因此，防滲墻頂部為楔形，兩側(cè)填充高塑性粘土，以適應(yīng)不均勻沉降。同時，還能保證在不均勻沉降過程中，土與墻緊密結(jié)合，不形成裂縫和集中滲漏。確定延伸至心墻的深度為9.5m，底部深入基巖1m，楔形頂部寬度為0.25m，結(jié)構(gòu)設(shè)計如下。2.防滲墻的型式、材料及布置混凝土防滲墻對材料有以下要求:(1)應(yīng)有足夠的抗?jié)B性和耐久性，防止環(huán)境水蝕;(2)具有一定強度，能滿足壓和拉應(yīng)力還有剪切應(yīng)力等強度要求;(3)要求流動性好，工作性好，在輸送過程中無離析現(xiàn)象，并可在水下硬化，骨料粒度不宜過大等，以便在泥漿澆注中采用導(dǎo)管法。所述不透水墻設(shè)置在傾斜中心墻下。從防滲的角度看，最好是上游，而從防裂的角度看，最好是心墻底面中心偏上。4.5.2反濾層設(shè)計在滲流出口和排水處，滲流邊坡較大，滲流速度較快。為防止土體在滲流作用下發(fā)生滲流變形，應(yīng)在壩體與防滲體之間、排水與壩體之間設(shè)置反濾層。當(dāng)受保護土為非粘性土，非均勻系數(shù)Cu≥5-8時，反濾層第一層的級配按下式確定:D15/d85≤4～5；D15/d15≥5式中：D15——反濾料粒徑；d85——被保護土粒徑；d15——被保護土粒徑。對于銅的不均勻系數(shù)大于8的保護土，計算粒徑應(yīng)取銅小于5-8的細粒部分的d85和d15；對于不連續(xù)級配的保護土，應(yīng)取級配曲線水平段（一般為1-5mm粒徑）以下的細粒部分的d85和d51。（這是本設(shè)計中土壤的情況。）當(dāng)?shù)谝粸V層的不均勻系數(shù)大于5-8時，應(yīng)控制大于5mm的顆粒含量小于60%，計算粒徑應(yīng)選用小于5mm的細顆粒的d85和d15。（2）當(dāng)保護土為粘性土?xí)r，第一濾層的級配應(yīng)采用以下方法確定：過濾要求：根據(jù)受保護土壤中小于0.075mm顆粒的百分比，采用不同的方法。當(dāng)被保護土中含有大于5mm的顆粒時，小于0.075m的顆粒百分比應(yīng)根據(jù)小于5mm的粒徑分布確定，粒徑應(yīng)根據(jù)小于5mm的顆粒的d85計算。當(dāng)被保護土不含大于5mm的顆粒時，小于0.075mm的顆粒百分比應(yīng)根據(jù)整個材料確定，粒徑應(yīng)根據(jù)整個材料的D85計算。對于小于0.075mm顆粒含量大于85%的土，其反濾層可按下式確定：D15≦9d85當(dāng)d85≦0.2mm時，取D15等于0.2mm。對于小于0.075mm顆粒含量為40%-85%的土，其反濾層可按下式確定：D15≦0.7mm（本設(shè)計的土料屬于這種情況）對于小于0.075mm顆粒含量為15%-39%的土，其反濾層按下式確定：D15≦0.7mm，（4d15-0.7mm）/25式中A小于0.075mm顆粒含量，%。若4d85≦0.75，應(yīng)取0.7mm。②排水要求：D15≥4d15式中的d15應(yīng)為全料的d15，當(dāng)4d15<0.1mm時，應(yīng)取D15不小于0.1mm。根據(jù)上述方法確定了過濾材料的第二層和第三層的選擇。但當(dāng)選擇第二層過濾材料時，第一層是受保護的土壤。選擇第三層時，應(yīng)保護第三層。等等。每個過濾層的設(shè)計都遵循這些原則。過濾層的厚度應(yīng)根據(jù)材料的級配、材料來源和應(yīng)用情況來確定。水平過濾層最小厚度為30cm，垂直或傾斜過濾層最小厚度為50cm。采用機械化施工時，應(yīng)按施工計劃確定最低水平厚度，但不得小于3.0cm。設(shè)計結(jié)果防滲體部位：第一層D15=0.6mm厚80cm,使用1＃下料場；第一層反濾層與壩殼之間，D15/d85≤4～5D15/d15>5滿足反濾要求，不需要設(shè)置第二層反濾層排水部位：第一層D15=8mm厚50cm,，使用4＃上料場。4.6護坡設(shè)計土石壩的上下游一般都設(shè)有護坡設(shè)施。上游護坡的作用是防止波浪沖刷、冰或漂浮物損壞、沿壩水蝕等危害;下游護坡是為了防止雨水侵蝕、風(fēng)浪、冰水流、動物、凍脹和干裂對大壩的破壞。如果下游邊坡是由碎石、卵石、砂礫構(gòu)成，沒有邊坡防護。上游邊坡采用干砌體，抗風(fēng)浪能力強。砌體層厚2.52m，下墊0.2m碎石層，防止水沖刷。下游壩面直接覆蓋0.3m碎石護坡。上游斜坡向上延伸至壩頂，壩底在靜水位以下6米。在設(shè)計中，高度設(shè)置為2790.0m。下游邊坡達到排水頂面。4.7壩頂布置壩頂設(shè)置黃泥灌漿碎石路面，壩頂向下游設(shè)2%橫坡以便匯集雨水，并設(shè)置縱向排水溝，經(jīng)坡面排水排至下游。構(gòu)造見下圖。第5章泄水建筑物設(shè)計5.1泄水方案選擇壩址區(qū)河谷狹窄，土坡陡，山脊高。由于河流兩岸都是陡峭的斜坡，所以沒有天然的通道。采用隧道泄洪方案。隧道縮短長度,減少工程量,排列的凸岸(右),“龍?zhí)ь^”無壓放電模型結(jié)合導(dǎo)流隧洞,引水期較低的進水口,轉(zhuǎn)移提高泄洪隧洞進口建于任務(wù)完成后,進口部分與身體連接的孔垂直曲線和斜坡,和阻塞原進口低。這樣可以節(jié)省工作量，降低成本。無壓隧洞一般能適應(yīng)較差的圍巖條件，但水力問題較為復(fù)雜，在設(shè)計時必須注意抗風(fēng)蝕，在水流攜砂時應(yīng)考慮抗磨損。高速水流段應(yīng)盡量布置直而寬，否則會產(chǎn)生激波。為了滿足水庫放空至2770.0的高程要求，結(jié)合導(dǎo)流洞設(shè)置放空洞。5.2泄水隧洞選線與布置隧洞從入口到出口在平面和斷面上存在著線路選擇和定位問題。項目相關(guān)的成本和應(yīng)用程序的可靠性,應(yīng)基于隧道的使用,綜合考慮地形、地質(zhì)、水力學(xué)、施工、操作,沿著建筑,中心布局和對周邊環(huán)境的影響和其他因素,在調(diào)查的基礎(chǔ)上,制定不同的計劃,技術(shù)比較選擇。在這個項目中，交叉口布置在河灣處。從地形上看，左岸邊坡比右岸陡，如果隧洞出口離主河道太遠，水流條件不佳，應(yīng)將隧洞布置在右岸。從地質(zhì)學(xué)的角度來看,除了有一個深層的風(fēng)化巖石表面上,大多數(shù)的下部脊與高強度硬玄武巖,和幾個巖體破碎區(qū)混合,但是大部分的罷工是在大角度的軸線隧道。因此，溢洪道隧道、防空洞、引水隧洞布置在突出的山梁右岸。5.3隧洞的體型設(shè)計5.3.1進口建筑物由于進口岸坡地質(zhì)條件較差，覆土較厚，采用塔頂進水口，塔頂設(shè)有操作平臺和啟閉機房。由于塔身獨立于水庫，與岸坡、壩頂交通必須修建工作橋，水平斷面呈矩形。1.堰面曲線（以堰頂為坐標原點）采用WES型堰面曲線，方程為：x1.85=2.0Hd0.85y，式中定型設(shè)計水頭Hd＝11m。堰頂上游段由三個圓弧連接，圓弧半徑分別為R1=5.5m、R2=2.2m和R3=0.44m。流量系數(shù)m與堰高p有關(guān)。p/hd反映了堰墻堵塞水流的垂直收縮程度。p/hd越小，m極值越小。為使m不致過小，實用中宜取P/Hd≥1/5～1/3。本工程中取堰高P=10.0m。3.閘門型式與尺寸工作閘門及檢修閘門均采用平板門。閘門寬9m，高13m。5.3.2洞身斷面型式與尺寸根據(jù)經(jīng)驗。采用城門洞型斷面。在防洪計算中，確定溢洪洞尺寸為9m×13m(為保證無壓力泄放，通過檢查洪水位，降低堰頂高度，并增加相應(yīng)的浪高，得到溢洪洞尺寸)。由于水在壩頂后立即下降，并且隨著流量的增加，沿程水深逐漸減小，因此，斜井的尺寸從上到下逐漸減小，采用逐漸過渡到隧洞的方式。斜面高度由斜面坡度(1:1.4)減小，孔尺寸為9m×11.86m，通過計算水面曲線確定。入口與斜井連接后，根據(jù)以往經(jīng)驗，以1:1的梯度連接，弧段與半徑60m的圓弧連接。5.3.3出口消能段隧道出口高度設(shè)置為2750.0m。由于下游出口距離電站和大壩較遠，大型沖刷對大壩和電站的安全運行不會造成較大影響，因此采用引水消能。由于隧道出口寬度小，所以在出口處設(shè)置擴散段。鼻坎型式及參數(shù):設(shè)計采用光滑連續(xù)的鼻坎。鼻坎標高應(yīng)比下游最高水位高1~2m，便于水舌下緣通氣。檢查洪水水位時，下游最高水位為2754.95，標高為2756米。轉(zhuǎn)向不夠平穩(wěn)，使拾取距離小;當(dāng)它太大時，鼻梁的下游延伸太長，增加了工作量。根據(jù)我國的工程實踐和實驗研究，利用入射角=30計算弧半徑R=53.0m。5.4隧洞水力計算在設(shè)計中，隧道要求無壓力排放。為了保證洞內(nèi)穩(wěn)定的開流狀態(tài)，避免閃變無壓流和閃變壓力流的開流過渡狀態(tài)，需要進行水力計算。首先確定平洞段底坡，然后計算水面線。高速隧道應(yīng)考慮曝氣的影響，在曝氣水面以上應(yīng)有足夠的間隙。出口段應(yīng)根據(jù)這兩個參數(shù)計算挑距L和沖刷坑深度tk，判斷其對工程的影響。5.4.1設(shè)計條件本工程運行中，設(shè)計水位：設(shè)=2836m，設(shè)計泄洪流量：Q設(shè)=721.28m3/s，校核水位：校=2838m，校核泄洪流量：Q校=806.03m3/s，堰頂高程∩=2825m，堰寬P=9.0m。由于驗算洪水也應(yīng)滿足要求，對驗算情況進行了水力計算。5.4.2平洞段底坡計算得到臨界坡降ik=0.0034。由于泄流過程中流速較高，為了不影響隧道的泄流能力，隧道中常采用臨界坡度稍大的陡坡。設(shè)計采用底坡i=0.004。5.4.3洞內(nèi)水面曲線由公式H=hc+q2/2gφ2B2hc2式中：H——堰前總有效水頭；φ——流速系數(shù)；hc——反弧段最低點水深。計算平洞初始段(弧最低點)水深hc=2.3m。以弧最低點為起始段，根據(jù)能量公式:下游依次計算平洞段水面曲線，如表5-4所示表5-4平洞段水面曲線S(m)030.7274.44117.98161.32204.46247.41290.14332.67343H(m)6.66.66.66.656.696.736.796.836.887為保證隧洞內(nèi)的明流，應(yīng)在水面線以上留有一定的間隙，高流量溢洪道隧洞曝氣水面以上間隙按規(guī)范要求為隧洞體面積的15%~25%。計算表明，該孔的截面滿足要求?？紤]到泄洪洞與導(dǎo)流洞在設(shè)計上的結(jié)合，導(dǎo)流期流量較大，有必要留下一定富裕。5.4.4出口消能計算1.挑距計算挑距L可用下面公式估算公式：（5-2）式中：L——挑距（m），鼻坎末端至沖坑最深點的水平距離； V——坎頂水面流速（m/s），可取為坎頂平均流速的1.1倍； α——鼻坎挑射角度； h1——坎頂平均水深h在鉛直方向投影，即h1=h·cosα； h2——坎頂至河床表面高差； g——重力加速度。計算得出挑距L為158.9m。2.沖坑深度沖坑穩(wěn)定深度tr與水流沖刷能力和河床抗沖能力有關(guān)，采用以下估算公式：tr=Krq0.5H0.25-t（5-3）式中：t——下游水位；H——上下游水位差；設(shè)計中，考慮到隧洞較長，沿程水頭損失很大，H以坎頂水流的總有效水頭計算；Kr——沖刷坑系數(shù)。對于堅硬巖石取Kr=0.9～1.2；堅硬但不完整巖石Kr=1.2～1.5；軟弱破碎的巖石Kr=1.5～2.0,設(shè)計中取Kr=1.2。計算得出最大沖刷坑深度為tr=29.33m。3.計算結(jié)果分析為確保沖坑不會危及建筑物的安全沖刷坑的中心線至建筑物的邊界應(yīng)有稱安全挑距，一般安全挑距要大于沖刷坑深度的2.5～5.0倍。本設(shè)計中沖坑離鼻坎邊界的挑距L=158.9m,L/tr=5.41>2.5，滿足設(shè)計要求。第6章施工組織設(shè)計6.1施工導(dǎo)流6.1.1導(dǎo)流標準及導(dǎo)流方案選擇本工程為二級水利樞紐，主體建筑物為二級，施工圍堰為四級建筑物。根據(jù)規(guī)范和工程規(guī)模，選擇引水標準作為20年一遇洪水重現(xiàn)期，即P=5%，引水流量Q=1180。根據(jù)設(shè)計資料可知，壩址分期泄洪量符合20年一遇洪水重現(xiàn)期標準，見表6-1。表6-1二十年一遇洪水流量（單位：）月頻率1234567891011125％231491142085011008304802501628土壩建在深厚覆蓋層上，不宜修建縱向圍堰，河床寬度不大，分期施工容易形成弱縫。壩址附近邊坡較陡，不宜采用明渠。壩址右岸有利于隧道布置。巖石多為堅硬玄武巖，采用隧道導(dǎo)流方案。針對河床深厚沖積層，巖基處理工程難度大、耗時長。為減少臨時工程投資，加快施工進度，上游圍堰與壩體結(jié)合。施工導(dǎo)流洞采用與溢洪道隧道相結(jié)合的方式。6.1.2施工分期本項目計劃工期為4年左右。采用隧道導(dǎo)流方案，土壩施工分四個階段進行。（1）完成引水隧道工程，并在截流前做好截流準備。（2）在圍堰的保護下停止水流，包括清水、基礎(chǔ)和防滲墻的施工。在汛期到來之前，圍堰將在洪水水位以上進行修復(fù)，部分剩余電力將注入大壩。(3)蓄水后，填滿堤壩，開始封孔蓄水。(4)封孔后，大壩繼續(xù)上升至設(shè)計高度。施工導(dǎo)流洞與溢洪道隧道相結(jié)合。6.1.3導(dǎo)流工程規(guī)劃布置隧洞和圍堰的型式和大小的選擇是一個技術(shù)經(jīng)濟問題，因此我們應(yīng)該制定多種方案進行比較，選擇隧洞的大小和圍堰的高度與導(dǎo)流隧洞和圍堰造價最小。由于資料有限，這里只提供一個方案。由于導(dǎo)流隧洞與永久隧洞在設(shè)計上是結(jié)合在一起的，所以將兩者的斷面尺寸相等設(shè)計是經(jīng)濟的。如果按照該尺寸進行調(diào)洪計算，可以得出上游水位過高，不能超過上游圍堰的填水能力，則應(yīng)增加隧道斷面尺寸。（1）隧洞斷面型式尺寸及布置。溢洪道段為寬7米、高10.5米的城門洞，洞底坡i=0.006，進口高程2797米，出口高程2750.00米，為使流態(tài)更好，進口呈直線布置，喇叭口與明渠連接。（2）調(diào)洪演算。上游截流圍堰是壩體的一部分，采用截流期和渡槽標準。攔洪期間形成的庫容在1億～1億立方米之間，設(shè)計洪水重現(xiàn)期為100～50年。本次設(shè)計將設(shè)計洪水頻率設(shè)為1%，故q1%為1680m3/s，下游圍堰采用臨時施工洪水標準，按標準洪水5%，q5%=1180m3/s。根據(jù)洪峰流量控制，將1%和5%的洪水進行放大，得到相應(yīng)的洪水過程線，進行洪水調(diào)節(jié)計算，截留水位為2779.68m，下泄洪量為721.78m3/s。在5%洪水情況下，保持水位為2773.01m，下泄洪量為665m3/s。（3）圍堰主要型式、尺寸及布置本工程采用圍堰作為年度擋水圍堰。由于當(dāng)?shù)厣暗[石材料豐富，上部圍堰作為壩體的一部分，所以上部和下部圍堰均采用砂礫石斜壁圍堰。根據(jù)設(shè)計洪水的靜水位和波浪高度之和的原理，通過洪水調(diào)節(jié)計算，得到壩頂高度上圍堰頂高程2786m，下圍堰頂高程2778m?？紤]施工要求，圍堰頂寬為8m?？紤]到邊坡穩(wěn)定性的要求，特別是上游圍堰作為壩體的一部分，對上游和下游邊坡圍堰的要求較高。圍堰建在基巖床上，基巖床為斜墻。通過滲流計算確定了防滲層的尺寸。通過滲流計算，圍堰蓋層厚度為1m。上圍堰粘土邊坡:外邊坡1:2.7，內(nèi)邊坡1:1.5;下游砂礫石坡度為上游1:3.0，下游1:1.5。下游圍堰下游粘土邊坡的上游坡度為1:3.0，下游外坡坡度為1:1.5，如圖6-1,6-2,6-3所示。上部圍堰作為壩體的一部分，完全包圍著基坑。下游圍堰不作為壩體，設(shè)置在離壩體不遠的地方，河床較窄。離開導(dǎo)流洞出口一定的安全距離6.2施工進度計劃由于本次設(shè)計屬于初步設(shè)計階段，只編制了施工進度大綱。大中型水電工程的施工組織設(shè)計標準分為工程準備期、工程準備期、主體工程施工期和工程竣工期四個階段，但并非所有四個階段都能完全分開，兩個階段的工作分階段也可以交錯進行。本工程總工期為施工準備期，主工程施工周期與工程竣工周期之和，施工準備期不計入總工期。6.2.1大壩施工控制性進度該項目計劃于2024年開工，從截流到大壩填筑完成持續(xù)四年。在現(xiàn)有施工能力和質(zhì)量保證的前提下，力爭減少工期時間，盡快運用到實際，發(fā)揮效益。(1)截流和滯留日期根據(jù)河流水文特征，11月流量開始明顯減少。因此，設(shè)計關(guān)閉日期設(shè)定為2019年11月1日至15日。在實際施工中，對水文氣象條件和實際水情進行了調(diào)整。(2)封孔及發(fā)電日期由于缺乏流量數(shù)據(jù)，為了安全考慮，在大壩升到溢洪道隧洞入口標高后進行蓄水。心墻填筑需要粘土和碎石同時上涌，施工進度受粘土上涌速度的控制。因此，密封和儲存水的日期是2027年4月1日。實際發(fā)電日期是根據(jù)目前的水文氣象條件和水況進行調(diào)整的。水庫蓄水過程一般按保證率80%-90%預(yù)測。初始發(fā)電水位為工作水深的70%。經(jīng)計算，4月1日至8月底，可完成初步發(fā)電水位。因此，機組的發(fā)電日期設(shè)定為2027年9月1日。實際發(fā)電日期根據(jù)當(dāng)時水文氣象條件和水質(zhì)條件進行調(diào)整。(3)大壩竣工日期按照5m/月的速度，大壩將于2027年5月完工。圖6-2施工橫道6.3施工總布置施工總平面布置是施工組織設(shè)計的重要組成部分。以施工總平面布置的形式反映永久性建筑物和臨時設(shè)施的布置。筑的總體布局應(yīng)充分把握和全面分析中心的布局項目,規(guī)模、形式、特征、施工條件的主要建筑和社會和項目所在地區(qū)的自然條件,合理確定和規(guī)劃的布局建設(shè)設(shè)施和臨時建筑,之間的關(guān)系,妥善處理施工現(xiàn)場的內(nèi)部和外部,確保施工質(zhì)量。加快建設(shè)進度，提高經(jīng)濟效益。6.3.1施工總布置的原則(1)建設(shè)臨時性設(shè)施與永久性建筑，應(yīng)考慮相互融合的可能性，統(tǒng)一規(guī)劃，最好實現(xiàn)“永久性臨時性工程”，即利用永久性工程來做臨時性工程。(2)在確定建設(shè)臨時設(shè)施及其規(guī)模時，應(yīng)當(dāng)研究將現(xiàn)有設(shè)施用于建設(shè)服務(wù)的可能性和合理性。（3）根據(jù)工程規(guī)模、歷時、水文特性和損失情況，論證主要建設(shè)設(shè)施和主要配套企業(yè)的防洪標準；（4）現(xiàn)場交通規(guī)劃必須滿足施工需要，滿足施工程序和過程。全面協(xié)調(diào)各項目、施工企業(yè)和區(qū)域交通之間的聯(lián)系與合作。使運輸盡可能方便，運輸組織合理，節(jié)約工程投資，降低運營成本。（5）建設(shè)總體布局緊湊，合理節(jié)約用地，盡量利用荒地、灘涂、坡地，不得占用或者少占好地。（6）施工現(xiàn)場布置應(yīng)避開不良地質(zhì)區(qū)和文物保護區(qū)。6.3.2施工總布置1.施工分區(qū)原則（1）本工程為粘土心墻壩，主體為土石方。施工分區(qū)布置應(yīng)以上壩土方開挖、加工、堆放場地和運輸路線為依據(jù)，形成重點工程的最優(yōu)施工工藝。（2）機電設(shè)備安裝地點和金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)靠近主安裝點。（3）施工管理中心設(shè)在主體工程、輔助企業(yè)和庫區(qū)。各施工區(qū)域應(yīng)靠近各施工對象。（4）生活福利設(shè)施應(yīng)當(dāng)考慮風(fēng)向、日照、噪聲、綠化、水源和質(zhì)量等因素。生產(chǎn)、生活設(shè)施應(yīng)當(dāng)有明確的界限。（5）特殊材料（炸藥、雷管、油料等）倉庫按有關(guān)安全規(guī)定的要求設(shè)置。（6）倉庫、車站、中轉(zhuǎn)站等主要建筑材料的儲運系統(tǒng)一般應(yīng)具有內(nèi)部和外部通信聯(lián)系。(7)在海灘、溝壑等場所的施工現(xiàn)場應(yīng)選擇傾倒場地。2.主要施工分區(qū)大、中型水利水電工程，可按以下分區(qū)：(1)主要項目區(qū)。(2)施工輔助企業(yè)區(qū)。(3)當(dāng)?shù)亟ú牡V區(qū)。(4)倉儲、車站等儲運系統(tǒng)。(5)機電、金屬結(jié)構(gòu)及大型施工機械設(shè)備安裝現(xiàn)場。(6)工程棄料堆放區(qū)。(7)施工管理中心及各施工區(qū)域。(8)生活福利區(qū)。各施工區(qū)域之間應(yīng)通過站點內(nèi)的交通進行連接，能夠滿足整個項目施工進度和工藝流程的要求，并盡可能協(xié)調(diào)統(tǒng)一布局，便于管理。3.本工程分區(qū)布置方式根據(jù)項目的特點,地形、地質(zhì)、施工現(xiàn)場的交通狀況,和施工管理組織形式,建筑的總體布局可以分為三種基本形式:集中、分散和混合,除了建筑材料礦區(qū)、轉(zhuǎn)運站和特殊材料倉庫。壩址右下角相對平坦，可用于施工場地布置。因此，本項目采用集中布置方式，主要施工場地選擇在對外交通線路引入的右岸。如圖所示。

總結(jié)綜上所述，土石壩是指利用傾倒、碾壓等技術(shù)手段，對當(dāng)?shù)氐耐痢⑹?、混合物進行堆積，筑壩的技術(shù)。土石壩有著施工材料簡單，為運輸提供便利，對項目的經(jīng)濟性有積極作用，但隨著施工質(zhì)量的要求日益提高，土石壩在碾壓等工藝上要加強。要設(shè)計一個土石壩，就要先了解工程概況，才能因地制宜，結(jié)合本工程概況和土石壩的優(yōu)缺點，確定壩型選擇土石壩根據(jù)選擇的壩型再確定樞紐布置，使得土石壩建在一個合適的位置，有利于抗洪和后續(xù)工作的開展，在做土石壩設(shè)計時，應(yīng)考慮到輪廓尺寸、滲流計算、穩(wěn)定分析等，進一步的就是泄水構(gòu)筑物的設(shè)計，包括方案的選擇，泄水隧洞選線與布置、隧洞體型設(shè)計等，再者就是施工組織設(shè)計，包括施工導(dǎo)流，施工進度安排和施工總布置。上述就是本設(shè)計的設(shè)計說明，在附錄中包含了本設(shè)計相應(yīng)的設(shè)計計算。由于作者知識有限，做的不好的請多指教，希望本設(shè)計能在實際中起到實際的相應(yīng)作用，也能夠為水利水電的壩型設(shè)計做出一定的參考和借鑒價值，讓水利水電發(fā)展的更利國利民。

致謝經(jīng)歷了幾個月的寫寫改改，我的畢業(yè)論文總算完成了。大學(xué)光陰匆匆而去，幾載年華幾度春秋，我懷著美好的夢想走進了這座陌生的校園，如今，風(fēng)景依舊我卻舍不得這記錄了我歡聲笑語的大學(xué)。首先，我要感謝這幾年來耐心教導(dǎo)我們的老師，他們不僅在學(xué)業(yè)上是給我們最大幫助的人，在為人處世上也給我們上了濃墨重彩的幾筆，特別是我們的專業(yè)課的老師們，他們用他們所學(xué)的知識和經(jīng)驗，毫不保留地教授給我們。尤其要感謝的是我的指導(dǎo)老師，沒有他的諄諄教誨，我的畢業(yè)論文就不會這么順利完成，我很慶幸遇到像我的指導(dǎo)老師這么認真負責(zé)的老師。其次，我要感謝陪我度過這幾年的可愛的同學(xué)們，我們一起玩耍，一起學(xué)習(xí)，互相幫助，互相勉勵，感謝他們對我的包容以及給予我的溫暖。最后，我要謝謝送我來到這個美好世界的父母，因為他們，我可以擁有屬于我自己的未來，正是因為他們不辭辛勞，默默支持，我才能順利地結(jié)束我的大學(xué)生涯，邁向更廣闊的天地。無論我在何時何地，他們都是我最要感謝的人。光陰荏苒，白云蒼狗，希望我的老師們，同學(xué)們和我的父母都能被時光忘記，被疾病遺漏，被幸福眷顧。

參考文獻[1]左東啟等.水工建筑物(上冊).南京:河海大學(xué)出版社[2]SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》.水利部,2001[3]SD134-84《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》[4]麥家煊.水工建筑物.清華大學(xué)出版社[5]吳持恭.水力學(xué).第4版.四川大學(xué)：高等教育出版社,2008[6]劉忠玉.土力學(xué).中國電力出版社,2007[7]SL303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》.水利部.2004[8]袁光裕等.水利工程施工.第5版.中國水利水電出版社,2009[9]周之豪等.水利水能規(guī)劃.第2版.中國水利水電出版社,1997[10]遲道才等.水利專業(yè)英語.中國水利水電出版社,2006[11]左啟東、顧兆勛、王文修等編著.水工設(shè)計手冊7—水電站建筑物.水利電力出版社—第二版,1989年5月[12]《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252—2000.2000年7月[13]劉瑞、張志鐵、葉知滿等編著.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué).水利水電出版社—第三版，2007年[14]金鐘元編著.水力機械.水利水電出版社—第二版，2007年[15]DL/T5127-2001《水力發(fā)電CAD制圖技術(shù)規(guī)定》[16]ParkR,PaulayT.ReinforcedConcreteStructures.NewYork:John&Wiley,1975

附錄一設(shè)計計算書第1章調(diào)洪演算1.1調(diào)洪演算原理采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大，得出設(shè)計與校核洪水過程線.1.擬定幾組不同堰頂高程∩及孔口寬度B的方案由公式做泄流能力曲線其中m——流量系數(shù)，與堰型有關(guān)，取0.502；H——作用水頭m；——側(cè)收縮系數(shù)取0.86；B——過水凈寬。g——重力加速度2.由公式確定設(shè)計洪水和校核洪水情況下的出起調(diào)流量3.由起調(diào)點開始分別在設(shè)計洪水和校核洪水單位過程線上做三條直線假定為洪水過程線，A、B并分別交設(shè)計洪水和校核洪水單位過程線于A1、A2、A3和B1、B2、B3,并根據(jù)圖讀出假設(shè)的泄水流量Q4.查出直線AAi（或BBI）與洪峰過程線所包圍的面積A，并根據(jù)下述公式換設(shè)計：V=A×（1680/24）×6×3600=1.512×106A校核：V=A×（2320/24）×6×3600=2.088×106A5.由各調(diào)節(jié)庫容與正常蓄水位以下庫容（720×106m3）之和得V總。 V總=Vi+720×1066.在V~H曲線上根據(jù)V總查出高程H。7.由上述所求得的Q、H值作出Q~H曲線與溢洪道泄流能力曲線交于一點，讀出所對應(yīng)的Q泄、H值圖1-11.2調(diào)洪計算過程方案一：=2815m,B=8m（1）做泄流能力曲線取一個水庫水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表表1-1泄流能力曲線水庫水位H流量Q28321072.29728331168.28928341266.98728351368.31728361472.21328371578.61328381687.4628391798.69928401912.2812841202828528432266.62起調(diào)流量=0.860.5028（2836-2815）=1472.21m3/s（2）設(shè)計洪水時：Q設(shè)=1680m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-2設(shè)計洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)1522.321.17851.781892721.782836.9715401.09181.650802721.562836.91616100.73241.107389721.112836.694Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=1576.62m3/s，H=2836.86m（3）校核洪水時：Q校=2320m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-3校核洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H（m)1546.676.67813.94366733.942836.61643.345.984512.49564732.502836.5417405.363711.19941731.202836.49Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=1533.79m3/s，H=2836.62m。圖1-2方案二：=2825m,B=8m（1）做泄流能力曲線取一個水庫水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表方案二表1-4泄流能力曲線水庫水位H流量Q2832283.3275283334605272835483.7732836558.1242837635.93622838717.0622839801.37122840888.74782841979.087828421072.29728431168.289起調(diào)流量=0.860.5028（2836-2825）=558.12m3/s（2）設(shè)計洪水時：Q設(shè)=1680m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-5設(shè)計洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)63019.577129.60058749.602837.2470018.230727.56482747.562837.1677016.693125.23997745.242837.06Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=653.79m3/s，H=2837.2m（3）校核洪水時：Q校=2320m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-6校核洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)676.6726.824156.00872776.012838.33773.3324.081750.28259770.282838.187022.146246.24127766.242837.93Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=733.16m3/s，H=2838.23m。圖1-3方案三：=2825m,B=9m（1）做泄流能力曲線取一個水庫水位H，由公式=0.860.5029H求得流量，如下表表1-7泄流能力曲線水庫水位H流量Q2832318.74342833389.42982834464.68422835544.24472836627.88952837715.42822838806.69472839901.54262840999.841328411101.47428421206.33428431314.326起調(diào)流量=0.860.5029（2836-2825）=627.89m3/s（2）設(shè)計洪水時：Q設(shè)=1680m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-8設(shè)計洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)70017.228326.04919746.052837.177015.738923.79722743.802837.0184014.616922.10075742.102836.94Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=721.78m3/s，H=2837.07m（3）校核洪水時：Q校=2320m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-9校核洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)773.3323.350648.75605768.76283887021.715145.34113765.342837.89966.6719.9441.63472761.632837.74Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=806.03m3/s，H=2838m。圖1-4方案四：=2826m,B=8m（1）做泄流能力曲線取一個水庫水位H，由公式=0.860.5028H求得流量，如下表表1-10泄流能力曲線水庫水位H流量Q2832224.83742833283.3275283434605272836483.7732837558.1242838635.93622839717.0622840801.37122841888.74782842979.087828431072.297起調(diào)流量=0.860.5028（2836-2826）=483.77m3/s（2）設(shè)計洪水時：Q設(shè)=1680m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-11設(shè)計洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)56022.659934.26177754.262837.4463021.085431.88112751.882837.3470019.361829.27504749.282837.23Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=590.52m3/s，H=2837.39m（3）校核洪水時：Q校=2320m3/s計算Q～H曲線列表如下：表1-12校核洪水位過程線假設(shè)泄水流量Q對應(yīng)的面積水庫攔蓄洪水ΔV（106m3）水庫總水量V（106m3）水庫水位H(m)58029.999762.63937782.642838.61676.6727.78358.0109778.012838.42773.3325.258452.73954772.742838.2Q～H曲線與Q=Bm?(2g)1/2H3/2的交點為：Q泄=674.5m3/s，H=2838.43m。圖1-5第2章壩頂高程計算2.1計算原理壩頂高程=水庫靜水位+壩頂超高，按以下情況取其最大值：a、正常蓄水位+正常條件的壩頂超高b、設(shè)計洪水位+正常條件的壩頂超高c、校核洪水位+非常條件的壩頂超高d、正常蓄水位+非常條件的壩頂超高+地震安全超高壩頂安全超高y的計算公式為：y=R+e+A（2-1）y——壩頂超高R——最大波浪在壩坡上的爬高，m（按規(guī)范二級大壩設(shè)計情況為1.0,山區(qū)丘陵去校核情況0.5）,按式（2-3）計算e——最大風(fēng)壅水面高度，按式（2-2）計算A——安全加高（按規(guī)范二級大壩設(shè)計情況為1.0,山區(qū)丘陵校核情況0.5）其中風(fēng)壅水面高度e=（2-2）式中e計算點處的風(fēng)壅水面高度，m；D風(fēng)區(qū)長度，m；K綜合摩阻系數(shù)，取3.6；β計算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，（22.5°）Hm水域平均水深mW設(shè)計風(fēng)速，正常運用條件下的2級壩采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5-2倍，,本設(shè)計取1.5倍，非常運用條件下采用多年平均年最大風(fēng)速平均波浪爬高（由于m=1.5—5）(2-3)設(shè)計波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級確定，2級壩采用累積頻率為1%的爬高值.正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關(guān)規(guī)定計算:式中Rm——平均波浪爬高m——單坡的坡度系數(shù),若坡角為a,即等于cota K△——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護面類型查規(guī)范得0.78 Kw——經(jīng)驗系數(shù),查規(guī)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之間,為累積頻率5%的波高h5，gD/W2在250～1000之間,為累積頻率10%的波高h10，累積頻率P的波高hp與平均波高hm的比值可由表查到。2.2壩頂高程計算結(jié)果見表2-1表2-1壩頂高程計算項目正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高設(shè)計洪水位+正常運用條件的壩頂超高校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高+地震安全超高上游靜水位（m)28362837.0728382836河底高程(m)2750275027502750壩前水深Hm(m)8687.078886吹程D（m)15000150001500015000風(fēng)向與壩軸線夾角β22.522.522.522.5風(fēng)速w（m/s)28.6528.6519.119.1平均波長Lm（m)32.6164622632.61646220.854920.8549護坡粗糙系數(shù)K△0.80.80.80.8上游壩坡坡腳m2.72.72.72.7經(jīng)驗系數(shù)Kw1111累積頻率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風(fēng)浪引起壩前壅高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壩頂高程2841.4802842.5502841.2762840.776壩高（m)91.48092.55091.27690.776沉降0.3%后壩高91.75492.82791.55091.048沉降0.3%后壩頂高程2841.7542842.8272841.5502841.048第3章滲流計算滲流計算應(yīng)包括以下內(nèi)容:1.確定壩體浸潤線及其下游逸出點的位置，繪制壩體及其壩基的等電位分布或流網(wǎng)絡(luò)圖。2.確定壩體和壩基滲漏；3.確定壩坡對下游壩基表面的逃逸比和不同土層之間的滲透比。4.確定水庫水位下降時上游壩坡浸潤線位置的孔隙壓力。5.確定壩肩的等電位、滲流和滲透坡降。滲流計算應(yīng)包括以下水位組合：1.上游正常蓄水位及下游相應(yīng)最低水位2.上游設(shè)計水位和下游相應(yīng)水位3.上游檢查水位和下游相應(yīng)水位3.1計算方法采用水力法解決土壩的滲流問題。根據(jù)壩體各部位的滲流特點，將壩體劃分為若干斷面，采用達西定律對土壩的滲流問題進行近似計算。假設(shè)任意一個垂直過水?dāng)嗝嫔细鼽c的滲透梯度相等。通過防滲體流量：QUOTE（4-1）通過防滲體后滲流量：QUOTE（4-2）假設(shè)：1）不考慮防滲體上游壩殼損失水頭的影響；2）由于礫石滲透系數(shù)大，防滲體損失了大部分水頭，出水與下游水位相差不大，認為不會形成出水高度。3）對于岸坡段，下游水位在壩底以下，由于上下游流量橫向下降，下游水位近似為零。由于沖積層在河床中的作用，岸坡上不會形成泄漏點，飽和線末端假定為壩趾。3.2.計算斷面與計算情況對河床中間斷面1-1以及左右岸坡段各一斷面2-2、3-3三個典型斷面進行滲流計算，斷面的簡化圖見附錄，計算按正常蓄水和設(shè)計洪水和校核洪水位三種情情況進行。圖3-11-1斷面計算簡圖相應(yīng)的計算系數(shù)Kc=3.0cm/s,Kw=1.0cm/sK=2.0×10-2cm/sK0=2.0×10-2cm/s1-1斷面（2750m高程）：（1）正常蓄水位與相應(yīng)下游水位正常蓄水位2836m下游相應(yīng)的最低水位為2752.2mH2=2.2mT=30mt=1mH1=86mδ=(3.8+39.04)/2=21.42mL=200.28mQUOTE由q1=q2計算得：h=2.775mq1=q2=7.65×10-6m3/s(2)設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)的水位設(shè)計洪水位2837.07m下游相應(yīng)的最低水位為2754.63mH2QUOTE=4.63mT=30mt=1mH1QUOTE=87.07mδQUOTE=(3.8+39.04)/2=21.42mL=203.93m由q1=q2計算得：h=4.87mq1=q2=7.73×10-6m3/sQUOTE(3)校核水位與下游相應(yīng)水位校核洪水位2838m下游相應(yīng)的最低水位為2754.95mH1=4.95mT=30mt=1mH2=88mδ=(4.8+39.04)/2=21.42mL=204.41m由q1=q2計算得：h=5.192mq1=q2=7.88×10-6m3/sQUOTE2-2斷面（2775高程）:圖3-22-2剖面簡圖上游壩底高程取在2786.76m處，下游壩底高程取在2762.11m處，經(jīng)簡化近似等效為上下游壩底高程均在2773.23m，壩與地基的接觸面近似為一水平面，覆蓋層深17m。（1）正常蓄水位與相應(yīng)下游水位正常蓄水位2836m下游相應(yīng)的最低水位為2752.2mH2=0mT=17mt=1mH1=62.77mδ=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2計算得：h=0.236mq1=q2=4.56×10-6m3/s(2)設(shè)計水位與下游相應(yīng)的水位設(shè)計洪水位2837.07m下游相應(yīng)的最低水位為2754.63mH2=0mT=17mt=1mH1=63.84mδ=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2計算得：h=0.243mq1=q2=4.7×10-6m3/s(3)校核水位與下游相應(yīng)水位校核洪水位2838m下游相應(yīng)的最低水位為2754.95mH2=0mT=17mt=1mH2=64.77mδQUOTE=(3.8+29.75)/2=16.78mL=169.56m由q1=q2計算得：h=0.249mq1=q2=4.82×10-6m3/s3-3斷面(2775高程)：上游壩底高程取在2753m處，下游壩底高程取在2750.23m處，經(jīng)簡化近似等效為上下游壩底高程均在2751.17m，壩與地基的接觸面近似為一水平面，覆蓋層深19m。圖3-33-3剖面簡圖（1）正常蓄水位與相應(yīng)下游水位正常蓄水位2836m下游相應(yīng)的最低水位為2752.2mH2=1.03mT=19mt=1mH1=84.83mδ=(3.8+38.57)/2=21.19mL=200.51m由q1=q2計算得：h=1.373mq1=q2=6.65×10-6m3/sQUOTE(2)設(shè)計水位與下游相應(yīng)的水位設(shè)計洪水位2837.07m下游相應(yīng)的最低水位為2754.63mH2=3.46mT=19mt=1mH1=85.9mQUOTE=(3.8+38.57)/2=21.19mL=204.16m由q1=q2計算得：h=3.775mq1=q2=6.75×10-6m3/sQUOTE(3）校核洪水位與下游相應(yīng)的水位校核洪水位2838m下游相應(yīng)的最低水位為2754.95mH1=3.78mT=19mt=1mH2=86.83mδ=(3.8+38.57)/2=21.19mL=204.64m由q1=q2計算得：h=4.096mq1=q2=6.88×10-6m3/sQUOTE3.3逸出點坡降計算1、做各種工況下的浸潤線（1）下游壩殼的浸潤線:（4-3）其中L為防滲體逸出點到下游水位與棱體內(nèi)坡交點的水平距離（2）防滲體的浸潤線:（4-4）其中QUOTE為各水位與防滲體上游交點到防滲體下游逸出點的水平距離2、做各斷面各工況下的流網(wǎng)圖，并根據(jù)下式求各逸出點的坡降QUOTE(4-5)其中，QUOTEΔh為兩根等勢線的水頭差，QUOTE(QUOTEΔH為上下游水位差，n為流網(wǎng)中等勢線條數(shù)QUOTEΔI為滲流逸出點所在網(wǎng)格相鄰兩根等勢線之間的平均流線長度各種工況下滲流逸出點坡降計算成果如表4-2：斷面1-1工況正常設(shè)計校核坡降J2.163.533.10斷面2-2工況正常設(shè)計校核坡降J1.691.862.39斷面3-3工況正常設(shè)計校核坡降J2.241.941.87表4-2逸出點滲透坡降成果表第4章土石壩穩(wěn)定計算在自重、水荷載、滲流壓力和地震荷載作用下，壩體或壩體與壩基共同作用時，壩體或壩體與壩基共同失穩(wěn)，如果截面尺寸不合適或壩體和地基土的抗剪強度不足。本次設(shè)計的穩(wěn)定性分析主要是針對邊坡的抗滑穩(wěn)定性進行的。穩(wěn)定性分析計算的目的是分析壩坡在各種工況下可能出現(xiàn)的失穩(wěn)形式，并檢查其穩(wěn)定性。4.1計算方法采用折線法法計算，具體的計算過程如下：計算公式為（5-1）（5-2）由于由以上二式聯(lián)立，可以求得安全系數(shù)(5-3)其中：QUOTEQUOTEQUOTE4.2計算過程各工況計算簡圖如下圖5-1（上游壩坡）和5-2（下游壩坡）圖5-1上游壩坡滑動面圖4-2上游壩坡滑動面計算過程見下表續(xù)上表第5章細部結(jié)構(gòu)計算5.1反濾層的設(shè)計計算： 設(shè)計反濾層時兩個條件需要滿足：（1）濾土要求；（2）排水要求。1.防滲墻的反濾層：按照規(guī)范被保護土是粘性土，小于0.075mm顆粒含量71%，在40%到85%之間。由濾土要求：0.7mm(6-1)由排水要求：4，且要滿足0.1mm(6-2)第一層反濾料從已經(jīng)探明的料場中可以發(fā)現(xiàn)只有1#下滿足要求，=0.6。第一層反濾層與壩殼之間：～5滿足反濾要求，故不需要設(shè)置第二層反濾層。2．壩殼與棱體排水，以及地基與棱體排水之間的反濾層的設(shè)計反濾層所保護的為無粘性土，不均勻系數(shù)為=39.818，5mm的含量為45.4%>40%，按規(guī)范要求取5mm以下的細顆粒（滿足5）的，作為計算粒徑。=2.8=0.6=QUOTE==QUOTE3.125<5～8QUOTE第一層反濾層的級配：

4～5由這兩個條件可以求得3，11.2～14,取=8mm。從已經(jīng)探明的料場中可以發(fā)現(xiàn)4#上滿足要求5.2護坡設(shè)計本工程采用開挖出的石料作為護坡材料，砌石護坡在最大浪壓力下所需要的球形直徑和質(zhì)量，平均粒徑平均質(zhì)量和厚度的計算（6-3）式中=2.7，取=1.34，累計頻率5%的波高3.09mρk塊石密度，取全分化玄武巖密度為1.66g/cm3。帶入數(shù)據(jù)計算得=2.025m質(zhì)量：===7.24t厚度為：32.62/3.09=10.56<15t=2.52m（6-4）第6章隧洞水力計算6.1設(shè)計條件本工程運行中，設(shè)計水位：設(shè)=2837.07m，設(shè)計泄洪流量：Q設(shè)=721.78m3/s 校核水位：校=2838m，校核泄洪流量：Q校=806.03m3/s堰頂高程=2825m，堰寬B=9.0m。進口堰面曲線（以堰頂為坐標原點）采用WESⅠ型堰面曲線,壩面鉛直，方程為：Xn=KHdn-1y（7-1）x1.85=2.0Hd0.85y（7-2）式中Hd——定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭Hmax的75%～95%計算Hd＝（2838-2825）×（75%～95%）=9.75～QUOTE12.35取Hd＝11m K，n——與上游面有關(guān)的系數(shù)和指數(shù),,當(dāng)壩面鉛直時,K=2.0,n=1,850 x1.85=2.0Hd0.85y=2.0×110.85yx1.85=2.0Hd0.85y=2.0×7.676y=15.35y上游連接段采用三圓弧法QUOTER1=0.5Hd=5.5me1=0.175Hd=1.925mR2=0.2Hd=2.2me2=0.276Hd=3.036mR3=0.04Hd=0.44me3=0.282Hd=3.1m反弧段半徑R=（0.5～1.0）(Hd+Zmax)=(0.5～1.0)(83.8+11)=47.4～94.8m(其中Zmax為最大的上下游水位差，取83.8m)初設(shè)平洞段長343m.寬9m6.2閘門型式與尺寸工作閘門及檢修閘門均采用平板門，設(shè)在進口處。閘門寬9.0m，閘門高度13m閘門高度=正常蓄水位-堰頂高程+浪高=2836-2825+2=13m取13m洞身斷面型式和尺寸為保證無壓流,溢流孔口高度=校核水位-堰頂高程+相應(yīng)浪高=2838-2825+1.2=14.2取14.5m6.3平洞段底坡QUOTEx=b+2hc=9+2×10.04=29.08mRC=A/x=10.04×9/29.08=3.11m（7-3）式中n——糙率系數(shù)取0.014C——謝才系數(shù) CC=1/nR1/6=×3.111/6=86.3QUOTE取i=0.0046.4隧洞水面曲線的計算由公式H=hc+q2/2gφ2B2hc2（7-4）式中：H——堰前總有效水頭；H=86m φ——流速系數(shù)；實用堰上自由出流長度較長，取0.95hc——反弧段最低點水深帶入數(shù)據(jù)H=hc+89.562/（2×9.81×0.952×hc2)hc=86-452.98/hc2 hc=2.33m計算得平洞起始斷面（反弧段最低點）水深經(jīng)試算hc=h1=2.33m。水面曲線計算：考慮到渠首深度h1=2.33m，取斷面為控制斷面。假設(shè)一系列下游斷面的水深分別為2.4m、2.5m、2.6m、2.7m、2.8m、2.9m、3.0m、3.1m和3.2m，則相應(yīng)斷面的長度s可以逐步計算。然后，根據(jù)已知渠道長度L=343m，渠道末端水深h計算如下：已知第一流段斷面1和2水深分別為h1=3.01m,h2=3.1m求流段長度△s。計算時取==1.1，步驟如下：①算斷面1和2的斷面單位流量Es1和Es2，已知h1=2.33m,V1=Q/A1=806.03/9/2.33=38.44m/sEs1=h1+=85.16m同樣可算得h2=2.4m,v2=37.32m/s,Es2=80.47m②計算平均水力坡度=(v1+v2)/2=（3