水庫土石壩水利工程設(shè)計與規(guī)劃摘要：該設(shè)計是以實例來進行介紹水庫土石壩水利工程規(guī)劃與設(shè)計。依據(jù)給定的數(shù)據(jù)資料確定工程的大小、水工建筑物的大小、壩軸線的位置、壩型的選擇、剖面擬定詳細確定了壩頂寬度、高程、壩坡、平臺、路面、排水、防浪墻、緣石等的型式和尺寸。采用水力學(xué)法對壩體進行了滲透穩(wěn)定分析，采用折線滑動法對壩坡進行了抗滑穩(wěn)定計算來確定溢洪道形式和細部尺寸。這次設(shè)計中重點講述了滲流計算的任務(wù)、方法和原理，并列出了詳細的計算方法和過程。關(guān)鍵詞：土石壩；溢洪道；水利工程1設(shè)計區(qū)域概況1.1工程任務(wù)和效益A水庫位于SY河干流上，庫容5.0511億m3,水庫控制面積4991km2。水庫以灌溉發(fā)電為主，兼具防洪功能。灌溉面積約104.1.1萬畝，總裝機容量約3.1451萬Kw。1.2基本情況1.2.1地形和地質(zhì)情況地形SY河是典型的山區(qū)性河流，庫區(qū)的兩側(cè)分水嶺高程全部都高于820米，河床底高程約低于700米。河道的右岸坡較陡，河道的左岸坡相對較緩，對布置安排樞紐工程相對有利，壩適宜筑在河道的窄口處，上游相對比較開闊，蓄水量也比較大，蓄水條件相對較好。地質(zhì)大壩的基礎(chǔ)主要為砂卵石，厚度約5m左右，滲透系數(shù)為1X10-2cm/s。在砂卵石的下面主要是砂巖和粉砂巖等結(jié)構(gòu)，新鮮基巖的透水性相對不大。暫時在結(jié)構(gòu)上沒有發(fā)現(xiàn)較大的構(gòu)造斷裂層，具體的地層分布見ZF土壩壩線工程的地質(zhì)剖面圖附圖6。1.2.2水文和水利計算基本情況設(shè)計洪水位約是768.2m，下游水位是700.56m。校核洪水位是770.5m，下游水位是705.65m。設(shè)計下泄流量是2000m3/s｛溢洪道流量為815m3/s｝，校核下泄流量是6830m3/s｛溢洪道流量為5600m3/s｝設(shè)計死水位是737.0m，設(shè)計死庫容1.05X108m3。1.2.3氣象和地理基本情況1.20年來的平均最大風(fēng)速是9m/s，設(shè)計洪水位的吹程是5500米，校核洪水位的吹程是7500米。近20年來最大平均凍土深度約1.0m。地震烈度為6度。2樞紐布置2.1工程標(biāo)準(zhǔn)2.1.1樞紐級別根據(jù)給定的資料并查看《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)等資料可知該工程的總裝機容量約為3.1451萬千瓦，灌溉面積約為104.1萬畝，水庫總庫容約為5.051億立方米。灌溉發(fā)電是水庫的主要功能，同時兼顧防洪，綜合該四方面考慮，按《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)中表2.1.1，確定本工程級別為二級，規(guī)模為大(2)型。2.1.2水工建筑物的級別和防洪標(biāo)準(zhǔn)土石壩水利工程設(shè)計的主要水工建筑物有土壩、溢洪道等建筑物，且前文已論證了本工程等別為二級，由此查SL252-2002中表2.2.1，確定溢洪道、土壩均為II級。按《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2002中表3.2.1,擋水建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)是按50年來進行設(shè)計，按50年來進行校核的。2.2壩軸線的選擇選擇合適的壩軸線需要根據(jù)大壩選址區(qū)的地形條件，壩型，壩基，地質(zhì)，樞紐中的各建筑物布置和施工條件等因素來進行綜合考慮，通過比較多種方案的技術(shù)性、經(jīng)濟性等因素來確定。按照現(xiàn)有的資料，綜合考慮可以選擇上壩線和下壩線兩個方案來實施。上壩線和下壩線的優(yōu)劣可以通過列表進行對比說明。如下表所示：表2.1壩軸線對比分析選擇說明表方案因素上壩線下壩線地形條件壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北部，巖層傾向QH河上游，河床寬300米左右。壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，河床寬約120米，巖層傾向QH河下游。下游左岸有體積約4.5X104.1m3的塌滑體，對工程布置略有影響。

地質(zhì)條件巖基中沒有現(xiàn)層，基巖透性不好。河床。左岸單薄分嶺巖層考慮排水，以增加巖體穩(wěn)定性。左岸基巖有一條寬約200?250米呈北北東方向的強透水帶，右岸單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下80米左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體，對壩體穩(wěn)定不利。筑壩材料庫區(qū)及壩址下游有豐富的土石料儲量，平均運距約1.5k米，有利于修建當(dāng)?shù)夭牧蠅?。施工河道較寬，便于施工河道較窄，施工困難鄉(xiāng)條件導(dǎo)有一定巖石厚度，出口段避開塌滑體的東邊界，透水性較大，巖流泄層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，宜采取措施予以處理。出口段宜修建紐樞洪洞無壓洞，保證出口段巖體穩(wěn)定。置溢洪道巖性主要為堅硬的細砂石，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件較基礎(chǔ)以下10左右為砂質(zhì)巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化好。嚴(yán)重，透水性大，對建筑物安全

灌基巖以厚層粉砂巖為主，巖溉發(fā)灌基巖以厚層粉砂巖為主，巖溉發(fā)石完整，透水性不大，洞頂以上電洞巖層厚度較小。電站廠房處巖石及樞風(fēng)化厚度約5?6米，對其產(chǎn)生紐電的滲漏及土體坍塌需采取必要的站措施2.3壩型的選擇按照現(xiàn)有的資料情況來看，大壩的壩型選擇上建議選用土石壩這種形式進行建造。從防滲的結(jié)構(gòu)類型來看，常用的土石壩類型有均質(zhì)型大壩，面板型大壩，斜墻土石大壩，心墻土石大壩等幾種類型。其中心墻土石壩是把土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中央位置，斜墻土石壩是把防滲體設(shè)在壩體上游面或接近上游面而斜心墻土石壩是土質(zhì)防滲體向上游傾斜。斜心墻壩是介于心墻壩和斜墻壩兩者類型之間但同時又具有這兩種壩的優(yōu)缺點，施工難度相對比較大，主要用于高土石壩。綜上所述本次設(shè)計不宜選用這種型式的大壩。針對均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲心墻壩和土質(zhì)防滲斜墻壩這三種不同的壩型我們列表進行比較它們的優(yōu)缺點，最終便于選定合適的壩型，詳見下表。表2.2壩型對比分析選擇表

方案因素均質(zhì)壩土質(zhì)防滲心墻壩土質(zhì)防滲斜墻壩地形條件多用于低壩適用于中高壩適用于高壩地質(zhì)條件適應(yīng)變形能力強，件要求較低對地質(zhì)條其抗震性能和不均勻沉陷的適應(yīng)性比心墻壩要差工壩體由均一的抗防滲體工程量土質(zhì)斜墻壩的上游程量滲性能好的土料筑成，壩體整個斷面起防滲作用，故防滲體工程量大。降低。壩坡較緩，防滲體的粘土用量和壩體總工程量一般要比土質(zhì)心墻壩大。建壩體絕大部分由大體均一的壩體內(nèi)設(shè)置專門防滲體，較于筑材料抗?jié)B性能好的土料筑成，對土料要求高。均質(zhì)壩對材料性能要求低。施結(jié)構(gòu)簡單，施工心墻壩由于心斜墻壩的斜墻支承工條件方便，施工碾壓困難，在多雨的條件下墻設(shè)在壩體中部，施工時就要求心墻在壩體上游面，可滯后壩體施工，兩者相互干

受含水量影響，則更難壓實。與壩體大體同時填筑，因而兩者相互干擾大，影響施工進度。擾小。比較結(jié)果按照設(shè)計提供的原始資料情況來看，此次設(shè)計的土石壩為中高壩并不適宜修建均質(zhì)壩。因為粘土心墻壩比粘土斜墻壩用的粘土相對比較少，適應(yīng)變形能力比較強，在冬季施工暖棚的跨度小，移動和升高相對來講比較方便，抗震性能也比較好，抗御炸彈能力較強，與兩岸的連接方便，因為根據(jù)給定的資料情況來看該大壩的選址址上下游都有足夠的料場，對后期粘土心墻壩的施工干擾較少,綜合考慮建議選擇粘土心墻壩比較適合。2.4樞紐的布置根據(jù)地形、地質(zhì)、施工、運用等各個方面的因素，按選定的壩軸線大致確定建筑物的建筑型式和位置確定樞紐工程和建筑物的等級。1、 灌溉發(fā)電洞：沿線的基巖主要為厚厚的粉砂巖層，該巖層具有巖石完整，透水性不大等特點。洞頂以上的巖層厚度則比較小。電站廠房的巖石風(fēng)化層厚度約為5至6m，產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌應(yīng)采取相應(yīng)的防護措施。詳見附圖5。2、 導(dǎo)流泄洪洞：適宜布在單分嶺，主考慮地質(zhì)條件，避開體并保證進出口的穩(wěn)定性此外綜合慮程序其對巖體漏的影響。洞線周巖厚度應(yīng)大倍開挖洞徑，口已避開塌滑東邊界，沿線層性主粉砂巖、巖礫巖，巖較為堅硬固系數(shù)為F=0.4X.1mpa，透水性大。巖層傾下游，在導(dǎo)流洪洞出口和邊坡應(yīng)采取效措進處理。考慮線巖體透水性大，保證泄洪洞巖體穩(wěn)定，建該段修無壓洞。2、溢洪的布置主要應(yīng)地及流的情況。僅需要保證建物安全，還需盡量小開挖工程量。布置岸單水嶺，沿筑物巖層傾下游。性為堅細砂巖，中軟弱多數(shù)為鏡體，洪擋水部分的抗滑定件比好。對溢洪左的挖坡采取加穩(wěn)措施。3壩工的設(shè)計3.1擋水壩體斷面設(shè)計壩頂高程，寬度，大壩的防滲和排水設(shè)備的基本尺寸，上下游邊坡等等條件應(yīng)是土石壩基本剖面的尺寸所包含的主要內(nèi)容。3.2壩頂寬度的選定壩頂寬度應(yīng)按照施工、運行、構(gòu)造和抗震等因素來確定，可以參照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001中的規(guī)定。中低壩的壩頂寬度可采用5至10米，高壩可采用10至15米。按照給定的資料情況來看，該壩為中壩，壩頂沒有交通要求，所以壩頂寬度選定為10米。3.3壩頂高程的選定水庫靜水位與壩頂超高的和等于壩頂高程，多種情況下取其最大值。本次設(shè)計暫時不考慮地震的特殊意外災(zāi)害等情況。1.正常運用情況下的壩頂超高計算Y水庫靜水位加上風(fēng)壅增水高度、壩體沉降量、壩面波浪爬高、防浪墻高及安全超高等共同決定了壩頂高程。y=r+e+a式中：a：安全加高；y：壩頂超高；r：最大波浪在壩坡上的爬高；e：最大風(fēng)雍水面高度。(單位：m)波浪在壩坡上的最大爬高R平均爬高值R米：* (3-1)式中：日山：平均波浪爬高；K△:坡的率滲性數(shù)，據(jù)面型得；KW：經(jīng)系數(shù)；hm、Lm：波的平均高和均波長，莆驗公式定；m：坡度系數(shù)。1平均波高hm波高h和波長L米可水庫公算g(2hl)/V2=0.0076V-1/12(gD/V2)1/3g(2ll)/V2=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.752hl當(dāng)D/V2=0—50，為計率5的波高；gD/2=20—100，為計率1%時的波高；V計速，/s。正情0年遇或多年大的152.0，校核情采多年平最大風(fēng)速。本設(shè)計常情況風(fēng)速采用年均最大的1.5倍1.5X9=1.5m/s，情況多年均最風(fēng)速9m/s。D程，應(yīng)于計洪位吹程為500，于校核水位吹程750米。h=2hL=0.0076V(-1/12)(gD/V2)1/3XV2/g=0.0076X13.5(-1/12)X(9.80X5500/13.52)1/3X13.52/9.80=0.758(米)gD/V2=9.80X5500/13.52=296所求2hL為10%累計頻率的波高。L米=2LL=0.331V(-1/2.15)(gD/V2)1/3.75XV2/g=0.331X13.5(-1/2.15)(9.80X5500/13.52)1/3.75X13.52/9.80=8.36(米)根據(jù)給定的資料情況設(shè)計洪水位為768.10米，由附壩工地質(zhì)剖面查，壩底程取99.00米處，則壩水深為H76810-69.0=69.10米，水域平均水深H米=69.10/2=34.55米；h/H米=0.758/34.55=0.0219<0.1查得：hp/h米=1.71h米=hp/1.71=0.758/1.71=0.44(米)坡性KA據(jù)面型采砌時K=.75080取A=0。經(jīng)驗系數(shù)KW依據(jù)W/(gH)1/2=13.5/(9.80X69.1)1/2=0.52,查得KW=1.00。平均波浪爬高Rm將h米=0.44米；L米=8.36米；KA=0.80；KW=1.00；米=2.5，代入公式3-1：.J- =0.57(米)1.結(jié)論結(jié)合防滲、排水、止水及錨固等工程措施，在符合安全、耐久的前提下，選用合理的的結(jié)構(gòu)型式和尺寸?？鼗€(wěn)定分析壩計中的一項重要內(nèi)容，目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全性。作者簡介：劉洋(2001-04-13)，男，漢族，籍貫：遼寧省鐵嶺市，學(xué)歷：本科，研究方