片上水库毕业设计5.doc

河北工程大学毕业设计1 枢纽概况及工程目 片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。 拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。 拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。 枢纽建筑物包括主坝、付坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。2 设计的基本资料2.1 地形、地质条件2.1.1 库区地形 图2-1 片上水库河谷断面图2.1.2 库区工程地质条件 本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表2.1。此外尚有燕山期辉绿岩墙侵入体。表2.1 地层厚度及岩性编号岩性厚度/m相应坝区分层编号备注Z52w板状、厚层状白云岩夹少量页岩、石英岩、底部为杂色石英砾岩400Z42w厚层白云岩180-200Z32w硅质条带灰岩夹硅质白云岩220-250Z22w硅质条带状、斑点状白云质灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩（在与辉绿岩接触处滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本层为坝基地层Z12w厚层硅质白云岩约250辉绿岩和片岩透水性甚微，是本区相对隔水层。 本区构造，普遍发育有两组构造裂隙，一组为走向北东70度左右，一组为走向北西300-340度，均为陡倾角裂隙。 本区地震烈度为7度。2.1.3 坝址区工程地质条件 （1）河床覆盖层 河床宽600余米为第四系冲积砂卵石层所覆盖，厚度为15-28m，靠左右岸边各有一冲蚀槽，左侧为古河床，以卵石层为主。地下水位约为105-106m。通过抽水试验，渗透系数K最小为2.7410-4m/s，最大8.5610-3m/s，一般为（2.315.79）10-3m/s，砂卵石层须防渗处理。在砂卵石层中，有砂质黏土及细沙夹层。砂质夹层分布在坝线下游02钻孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，这些夹层顺河方向延伸稍长，以窄条带状分布在古河床西侧漫滩边缘和古河床死洼处。河床右岸发现有含碎石、卵石的砂质黏土层，在基岩面上部，属岩石的风化残积层，厚度约1-2m。总观，这些夹层分布范围不大，厚度较薄，一般位置较深，因此对坝体稳定影响不大，但应摸清具体分布范围，论证其对坝体稳定的影响和确定处理措施。 （2）岩溶、渗漏问题 从岩性看，本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。据钻孔分析，本区岩溶发育，一是在坝址区高程70-90m较多发育，二是在片岩层的上下层面处较多发育，但溶洞很少，也很小。深层岩溶问题是不存在的，主要表现为岩溶裂隙。据压水试验，坝基岩石透水性较大，单位吸水量算术平均值为3.2升/分，大值平均值为14.5升/分，对坝基渗漏不利。但在坝下基岩中第2层绢云母片岩，在坝下普遍分布，厚度3-7m，没有间断现象，隔水性好，是防渗的有利条件。不存在顺河断层。坝基防渗处理时，河床砂卵石层宜做防渗墙，其下第2层片岩出露部分风化较严重，宜进行帷幕灌浆，伸入基岩内3-5m，至新鲜岩层处。两岸帷幕灌浆处理深度，左岸宜20-60m（伸入基岩），右岸岩石透水性较小，平均处理深度可为25m。 （3）地下水动态 据地下水位观测，坝址区地下水位坡降较小，在右岸为地下水补给河水。但左岸地下水有一“凹陷带”，从钻孔资料看，主要是因为该段为古河床主流线部位，砂砾石层中孤石较多，因而透水性大，致使该段地下水位稍低。考虑两岸地下水位较低，一般工程在106-110m左右，因此存在绕渗问题，建议适当向两岸适当延长帷幕线，以减少绕渗量。特别是右岸，为防止渗流改变工程地质条件，建议筑坝帷幕与溢洪道帷幕相接，使其连成一体。 （4）左岸崩坡积物的工程地质条件 左岸坝肩部分，分布有一崩坡积物，顺河方向长约1000余米，宽约120余米，表面以30坡倾向河谷。在高程140m处厚度最大，约47m，以上逐渐变薄。坡积物下基岩地形呈阶梯状。坡积物主要为土、碎石及大块石，从表层坑井看，土的含量较多，约占50%形成图夹碎石和块石，碎石、块石不起骨架作用，只局部地段块石较多。经试验分析知，属中等失陷性，浸水下沉问题不严重，但厚度较大，总下沉量也是不小的。野外试验变形模量值（算术平均值）为681kg/cm2，压缩性不严重。渗透系数为110-5m/s，下部透水严重。因此筑坝时可以不挖除，但必须做好防渗处理以免蓄水后因渗漏恶化其工程地质条件。 （5） 其他建筑物的工程地质条件 垭口付坝大坝右岸有一垭口，谷底高程141.0m，谷底宽60m，谷底覆盖砂质黏土，厚度6-8m。在坝高192m高程处，谷宽230m。谷底右侧沿断层有辉绿岩墙侵入体，走向为北西330-340，倾向南西，倾角80，宽52m。辉绿岩风化严重，全风化带厚约10m，半风化带厚约15m，单位吸水量约0.09-4.3升/分。 垭口右侧岩层走向北西340，倾向北东，倾角10，在高程145-157米处分布有两层片岩，下边一层已滑石化，极软弱，遇水崩解。垭口左侧岩层走向近南北，倾向东，倾角10，在高程185.5-138米处，有两层片岩分布。据上述地质情况，垭口为一断层，不利地质条件比较集中，承载力低，抗滑稳定性较低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付坝问题不大。但应进行防渗处理，建议处理深度：右侧一般30m，左侧一般15-20m，断层与辉绿岩墙侵入体接触带处处理深度不小于50m。2.2 水文与水利规划2.2.1 气象 本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6，年内气温变化较大，最高温度达43.5，最低温度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响，张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般为2-3天。2.2.2 水文分析 (1) 洪水 本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大为5.67亿立米（1963年），最小洪量0.08亿立米（1965年）相差77倍（实测洪水系表列从略）。本流域调查到的最大洪水为1801年，经计算得洪峰流量为20000m3/s。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，取19000m3/s作为校核大坝的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作为设计洪水流量，相应水位186.8m，依次选定泄水建筑物尺寸。洪水实测资料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分别为9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算得设计洪水、校核洪水过程线（见图2.2）。图2.2 片上水库设计、校核洪水过程线 (2) 年来水量 本水库上游拟建紫荆关水电站，年径流按紫荆关-张坊站区间的径流量计算，紫-张区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。 (3)年输沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料计算，紫-张区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%。经计算，紫荆关水电站建成后，本水库多年平均来沙量为55万吨。2.2.3 水库特征值 （1）设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本水库设计洪水位定位186.8m（P=1%），相应库容为6.09亿m3。 （2）校核洪水京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿m3。 （3）死水位本库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水要求，确定为130.0m。 （4）汛限水位 根据下游河道现有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过下游河道泄洪能力；遇校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；水位达到190m时，相应泄量为18000m3/s。根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿m3，设计洪水位至190m库容0.56亿m3。故总防洪库容为3.54亿m3，相应汛限水位为167.5m。 1） 兴利调节本库工业需水4.0m3/s。农业灌溉毛定额为400m3/亩。水库蒸发损失350万m3/年。依据紫-张区间多年实测径流量，加上紫荆关水电站汛期弃水量，进行径流调节计算，由时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量如图2.3及表2.2所示。图2.3 片上水库流量保证率曲线表2.2 调节流量表标准毛调节流量秒立米折合毛水量亿立米净调节水量亿立米工业用水量亿立米灌溉用水量亿立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表1.1调节后，平水年可用于灌溉的水量为3.27亿立米，按毛灌溉定额400立米/亩计算，可灌溉82万亩，遇到枯水年，则可灌溉49万亩。2）水电站片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m3/s，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。电站尾水位为105.0109.6m。工业给水结合发电，引水流量为4m3/s，装机2台机组，总装机容量2500千瓦，电站尾水水位为110.3m。由于水头变化范围较大，库水位在149m以下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。3）工程等级及地震烈度本工程为大二型，主要建筑物：拦河坝、溢洪道、隧洞、厂房、引水洞为2级建筑物。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。地震设计烈度取为7度。本区多年平均最大风速V多=18m/s。水库吹程D=2.5km。4）枢纽主要技术指标见表2.5、2.6。表2.5 水库特征值项目数量相应尾水位/m备注坝顶高程/m192.0校核水位/m190.1104.0（坝后）千年一遇设计水位/m186.8109.6（灌溉电站后）百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5发电最低水位/m138.0105.0（灌溉电站后）死水位/m130.0总库容亿/m37.16防洪库容亿/m33.62兴利库容亿/m36.09共用库容亿/m32.99死库容亿/m30.44汛期兴利库容/亿m33.10表2.6 枢纽建筑物序号挡水建筑物最大坝高/m坝顶长度/m坝型尾水位或地面高程1主坝88.0（参考）1305.0（参考）下游无水（河底高程114.0）2付坝59.0（参考）200.0（参考）下游无水3泄洪、引水建筑物进/出口底坎高程/m洞径或孔口尺寸/m闸门尺寸（孔数-宽高）建筑物长度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.617.639221635.05泄洪洞124.0/117.01116.5（无压段）1-11125163300.06导流泄洪洞109.5/105.5有压段D=6，无压段6.58.51-54.51361.0520.07发电引水洞121.5/105.5（最低）D=54.05.042533.08工业引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.43647.04.09大电站装机容量/千瓦2800010小电站装机容量/千瓦212502.3 建筑材料及筑坝材料技术指标的选定2.3.1土料及砂石料土料，坝上下游均有料场，上游料场储量141.89万m3，运距1.2km，有效土层厚度2-5m；下游料场储量263.85万m3，运距2km，有效土层厚度一般约3-4m。砂石料，料场主要在坝下游，总储量为4751.2万m3，其中上游料场储量89.5万m3（占总储量的1.9%）。平均运距12km。土料及砂石料储量均满足需要。据试验，土场土料大部分为中壤土，少量为轻壤土及重壤土，部分含有少量僵石，土料质量符合筑坝要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，应合理开采，减少翻晒工作量。砂砾料质量，东庄料场，含泥量达24%，且缺少中间粒径，级配欠佳，压实性差，使用时应采取措施。总观，各料场砂砾料的中间粒径略少，含砂量大，加权平均值69%。大于150mm的颗粒多者约占13.4%。上坝时，砾料集中现象难于避免，应采取相应措施，保证坝体渗透稳定性。2.3.2砼骨料及块石料 河床砂卵石作为砼骨料，其质量，粗骨料符合要求，多为坚硬的火成岩及灰岩，浑圆度较好；细骨料一般偏细，且量缺少，开采时势必弃料量所占比例较大。建议采用坝下游铁索崖一带为砼骨料场，拟开采量为65m3。坝体护坡块石料：在坝上游两岸，西沟及下游铁索崖一带均可开采。以铁索崖一带较好，多系厚层，相对完整。其他地方因夹片岩及薄层，相对利用率较低。2.3.3筑坝材料技术指标土料初始孔隙水压力系数B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，变形模量68.1MPa，其余指标见表2.7.表2.7 心墙壤土及砂砾料的设计指标筑坝材料名称容重（kN/m3）内摩擦角（度）渗透系数K（cm/s）d（干）s（湿）b(饱和)f（浮）水上水下壤土16.719.320.310.322.520.5110-6砂砾料（坝体）19.620.622.112.13532110-2堆石体19.64037砂砾料（坝基）19.622.112.132110-32.4水库淤积及淹没2.4.1水库淤积 本库库区河道纵坡约2.5%，属带状均匀淤积，淤积前后河底比降基本不变，河道多年平均含沙量约1kg/m3，主要集中在汛期。水库淤积按50年考虑，建库后前10年流域来沙量1200万m3，后40年紫荆关建库后，水库来沙量为2500万m3，50年淤沙量为3700万m3，根据各高程的淤积量，库容曲线见图2.4。图2.4 片上水库水位库容、面积曲线2.4.2水库淹没 水库主要由基岩组成，第四纪堆积物不多，没有坍岸、浸没问题，水库两岸冲沟发育，沟内均有居民点分布，耕地主要分布在阶地上和冲沟边。沿库区左岸有京原铁路，张坊至浦洼公路和输电线等穿过。水库淹没面积在校核洪水位190m时为20km2，汛期最高蓄水位179m时为16.3km2。3 坝轴线、坝型选择与枢纽布置3.1 坝段、坝线选择在拒马河穆家口至东庄河段内，自上游至下游分别相距4km和2km，选择了千河口、片上、葫芦台3个坝址进行比较。上游千河口坝址，河谷狭窄，基岩出露，宜采用重力坝型，坝体工程量小，但库容较小，不满足防洪兴利要求。下游葫芦台坝址，库区漏水严重，坝体工程量大，投资增加较多，效益相对增加不大。故上述二坝址均不适宜采用。 片上坝址，左岸有深约47m长约1000m的山麓崩积物，右岸为一单薄山脊，河床宽约600m，河床砂卵石层覆盖层深约15-30m，砂砾石层以下基岩中有一连续性较好的第2层绢云母片岩，厚度最小3m，一般4-5m，可利用其做隔水层，省去河床基岩中约1km的帷幕灌浆工程量，减少施工工序与干扰。选择片上坝址，采用土坝坝型，且帷幕线选在第2层绢云母片岩出露处比较有利。但河床段坝轴线位置，受第2层绢云母片岩出露位置制约，两岸部分受地质地形条件限制。为减少坝体工程量，左岸坝头和坡积物相连；右岸山脊上游面较平缓，下游面较陡。为避免坝体骑在山脊上，对大坝稳定及沉陷不利，右岸坝头位于山脊上游侧坡地上，并与山脊平行。此时灌溉发电电站厂房布置于右岸山脊下游，不受大坝坝脚影响。故此，片上坝址坝轴线选择只能为一条折线。3.2 主坝坝型选择根据坝址区地形地质条件及建材情况，主坝采用混凝土坝，坝基及两岸开挖量大，砼骨料较缺乏，故适宜采用土石坝。土坝又有四种坝型：心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝和沥青混凝土心墙坝。 前三种坝，在河床段都利用第2层绢云母片岩出露部分为帷幕线，河床砂砾石覆盖层用砼防渗墙作防渗处理。左岸坡积物处，帷幕线基本上垂直等高线延伸上山，自坡积物高程115m以上开挖截水槽，回填壤土与主坝防渗体及岩石岸坡相连，槽下基岩做帷幕灌浆处理。沥青混凝土心墙坝的坝轴线位置仍选在上述三种坝型的轴线范围内，但帷幕线伸向上游，河床段砂砾石用砼防渗墙处理，其下部基岩进行帷幕灌浆与隔水层（第2层片岩）相接。左岸坡积物处理与心墙坝相同。右岸帷幕线置于破碎带上游侧，基岩部分进行灌浆处理。四种坝型特性比较见表3.1。表3.1 四种坝型的工程量项目名称及序号单位心墙坝斜墙坝斜心墙坝沥青混凝土心墙坝一、坝基开挖1.清基万m334.637.838.640.22.坡积物开挖万m315.415.415.415.43.岩石劈坡万m30.260.260.260.26小计万m350.2653.4654.2656.42二、坝体填筑工程量1.土方填筑万m3174.5209.0187.7244.92.砂砾石填筑万m31571.11713.01655.01740.8小计万m31745.61922.01842.71985.7三、防渗处理工程量1.砼防渗墙总进尺万m324313.024532.024313.028000.02.防渗墙砼方量万m320955.021110.020955.023500.03.灌浆工程量万m39850.010665.09850.040650.0坝型比较如下： 斜墙坝地基处理与坝体填筑施工干扰小，地基处理在砂砾石覆盖层用砼防渗墙，其下基岩作帷幕灌浆，防渗帷幕线设于破碎带上游。但帷幕线长，地基处理工程量很大，坝体工程量也很大，防渗墙与帷幕灌浆两道工序，二者施工干扰也较大。斜心墙坝的坝体填筑工程量比斜墙坝多，左坝头与坡积物的连接要差一些，施工干扰程度与斜墙坝相同，除了斜心墙防渗体对防止产生水平裂缝较为有利外，比心墙坝无其他优点。心墙坝与斜墙坝详细比较，见表3.2。表3.2 心墙坝与斜墙坝比较比较条件心墙坝斜墙坝1.防渗体稳定性较好。比心墙坝差一些。2.工程量坝体填筑工程量较少，土方量少，可少占农田。坝体总工程量比心墙坝多176.4万m3，土方比心墙坝多34.5万m3,要多占下游农田。3.结构条件1）心墙与坡积物连接较可靠；2）对坝体压实要求及对土料性能（如抗剪强度）要求比斜墙相对可低一点；3）下游坝脚距电站厂房90m，厂房布置较心墙坝分布些。1）斜墙与坡积物连接较困难，贴坡铺盖部分做在坡积物上，若发生沉陷可能引起裂缝，安全程度不如心墙。2）心墙下部坝体压实要求较高，对土料性能也较高。3）坝轴线偏下游，下游坝脚距电站厂房近，仅约20m，对电站布置不利。4.施工条件1）心墙坝土料在坝体中间，土料、砂砾料施工干扰大，且受气候影响大。2）上游砂砾料场少，上游坝体砂砾料要由下游料场翻坝供应，干扰大。3）地基处理与坝体填筑的干扰大。1）施工干扰比心墙坝小，受气候影响小。2）上游料场基本可满足上游坝体砂砾料的需要数量。3）地基处理与坝体填筑的的干扰比心墙坝小。综上比较，认为斜墙坝较优。3.3主坝坝体布置（1）主坝采用壤土心墙、斜墙、斜心墙、沥青混凝土心墙坝型之一，坝体上下游坝壳为砂砾石透水料组成，坝顶无交通要求。计算坝顶（或放浪墙顶）高程，坝顶长度，最大坝高。拟定坝顶宽度，计算最大坝底宽度。（2）设坝坡变坡点高程，并设置马道。上游坝坡在1:2.5-2.75间选定，下游坝坡在1:2-2.5间选定。下游坝坡在高程118m以下设堆石排水体。堆石排水体与坝体和坝基之间设反滤层。（3）防渗体顶高程，不低于校核洪水位190.1m，黏土防渗体顶宽不小于施工最小宽度3m，底部宽度应大于水头的1/4-1/5。心墙与两岸连接部分将心墙扩大1倍，扩大心墙渐变段长度取400-500m。黏土防渗体上、下游侧设反滤层，沥青混凝土心墙上下游侧设过渡层。（4）坝体上游坡可采用块石护坡，其下设碎石及砾石垫层。下游坡采用块石护坡，下设碎石垫层。3.4 主坝地基处理 主坝地基左岸为崩积坡积物，最大厚度47m，右岸坝基有3-14m厚洪积土覆盖层和单薄山脊，中间河床段为砂砾石覆盖层，深15-28m，坝基岩层为石灰岩，透水性大，平均单位吸水率为3.2升/分，最大可达100-200升/分。河床段采用砼防渗墙处理，墙顶插入壤土心墙内6m，底部穿插入绢云母片岩内1m。3.5坝工设计 内容包括：最大剖面及特征剖面，渗流计算、稳定计算及细部构造。求得坝顶高程后，在开挖后的河谷断面图上，可绘出坝顶高程线，与开挖后的岸坡线相交，可得坝顶长度，并用桩号表示出坝头位置。继而可得到最大坝高位置和特征剖面位置，并用桩号表示。 渗流计算是对最大剖面及特征剖面，采用水力学法计算单宽渗流量、浸润线坐标，大坝总渗流量，验算坝体渗流稳定性。计算工况可针对稳定渗流期（正常蓄水位情况）和校核洪水情况进行。 分区坝稳定计算，首先采用折线法，必要时可采用圆弧法或简化的毕肖普法予以验算对比。计算工况针对稳定渗流期下游坡、不利水位时上游坡、设计或校核洪水时下游坡，及稳定渗流期+地震期上下游坡。计算上述各种情况的最小安全系数，验算是否满足规范要求，不满足时，应修改剖面设计或提出改善工程措施。 对坝顶结构、坝坡、排水体、防渗体、坝体与坝基及与两岸的连接进行细部结构设计。3.6地基处理措施 对主坝的坝基进行开挖、岸坡削坡、破碎带处理，坝基防渗等处理措。3.7 付坝设计 付坝位于主坝右岸垭口内，坝址处地面高程141.0m，垭口底部宽约90m，校核洪水位处约宽230m。表面有8m厚坡积洪积物覆盖层，覆盖层底部有顺沟方向、高倾角辉绿岩墙，宽约52m。垭口两岸坡度约1:1.5，均为基岩出露，主要为硅质白云质灰岩，夹有两层绢云母岩，沿沟地质条件无大差别。付坝宜采用壤土均质坝，底部作帷幕灌浆处理，深度约15m。 4 挡水建筑物方案4.1 坝工设计 为防止库水位漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以上应有足够的波浪超高。坝顶超高系指坝顶高于静水位的高度。（SDJ218-84）规定，其值按下式计算：Y=R+e+A （4-1） （4-2）式中： e风沿水面吹过所形成的水面升高，即风壅水面超出库水面的高度，m; R自风雍水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度，m; D水库吹程，km或m; H沿水库吹程方向的平均水域深度。初拟时，可近似取坝前水深m; K综合摩擦系数，其值变化在（1.55.0）之间，计算时，取3.610 （ D以km计）或3.6（ D以m计）； V计算风速,m/s,正常运用情况下的I、II级坝采用V=（1.52.0） （多年平均最大风速），本设计取2。正常运用条件下的、级坝采用V=1. 5，非常运用条件下的各级土石坝采用V=; 风向与坝轴线的夹角，（ ）；本设计取0； A 安全超高，根据坝的等级和运用情况，按表1-11采用。具体计算分三种情况：4.1.1 正常运行情况下 V=2=2*18=36m/s D=2.5km, H=82.8m, 吹程2.5km,该水库为山区峡谷水库，应用官厅水库公式计算波高 （4-3） 上游坝坡采用干砌石护坡，坡度取1：2.5。波浪爬高R的计算 （4-4）式中：h设计波高。 h=1.987m; m上游坝坡坡率。 m=2.5； n上游护坡糙率。干砌石护面为0.0275；计算 建筑物等级为二级，查1表1-11，正常情况下A=1.5m,则正常运行情况下 此时:186.8+9.08=195.88m 4.1.2 非常运行情况下 V= =18m/s D=2.5 H=86.1m采用官厅公式计算波高h m =0.003 同样查（附表1）：非常情况下A=1.0m，则非常运用情况下: 190.1+3.813=193.9m 4.1.3 考虑地震影响此种情况下： 地震涌浪加高一般为0.51.5m,本设计取1.0m；地震附加沉陷值由于坝址位于8级震区，取坝高的1%，本设计取0.85m；安全加高为1.5m。则 地震安全加高=1+0.85+1.5=3.35m 比较以上三种情况，应取最大值，即非常运用情况下的194.88m。 坝顶高程已经满足安全需要，不需要设混凝土防浪墙，坝顶设0.5m边墩，满足正常运行情况下的坝顶应高出库内静水位（186.8m）0.5m；非正常情况下应高出校核洪水位（190.1m）0.3m的要求。坝高=194.88-104=90.88m。以坝高的1%为预留沉陷值，则施工高程为 ，取 。4.2 坝顶和上下游护坡布置 4.2.1 坝顶宽度和上下游坡率拟定 坝顶宽度取决于构造要求，施工条件等是否为其他条件所利用。在寒冷地区坝坡坡率根据坝体及坝基土砂料的压实密度和力学性质通过稳定计算确定，上游坝坡一般 比下游坝坡平缓，特别是砂砾料的渗透系数小于m/s时，水库水位降落会形成上游坝体的较高的不稳定浸润线，不利于坝坡稳定；还有，如果堆石或砂砾石中还有风化颗粒，上游坝壳浸水后，其抗剪强度降低。初设时，查水工设计手册土石坝上下游坡一般做成变坡的，自上至下逐级放缓。 根据许多土坝的统计资料，坝高H满足 30mH=190.1m，故取=195m，且满足斜墙顶高出设计洪水位0.60.8m的要求。，又=m18m，故取=49.5m。具体见细部构造图 4.3.2 坝基防渗下游为砂砾石地基，为保证地基渗流稳定，控制渗流量，在坝基处设置黏土防渗墙，与斜墙连成整体。截水槽底部是防渗的薄弱环节，为防止集中渗流，在基沿上浇筑混凝土盖板，下部与帷幕灌浆连接。防渗墙结构简单，工作可靠，防渗效果好，如采用大量机械施工，则可缩短明挖工期，施工质量有保证。 4.3.3 帷幕灌浆灌浆后地基渗透系数可达cm/s，允许水利坡降J取15，帷幕顶厚，帷幕愈向深处愈薄，应穿透强透水带，其中最大深度约为40m。4.4 排水棱体本设计采用棱体排水，棱体排水可降低坝体浸润线，防止坝坡冻胀，保证坡脚免受尾水冲刷，且对坝坡有支撑作用，增加坝坡稳定性。图见（图44）棱体顶面应高出下游最高水位，超出高度应大于波浪爬高，对I、II级坝不小于1.0m，、级坝不小于0.5m，并应保证坝体浸润线位于下游坝面冻层以下。 棱体顶宽根据检查、观测及施工要求确定，不小于1.0m,一般为12m。本设计取1.5m。棱体内坡由施工条件确定，一般为1：1.01：1.5，本设计取1：1.5；外坡根据坝基抗剪强度和施工条件确定，一般取1：1.51：2.0，本设计取1：2。为使渗流逸出坡降分布的更均匀，在棱体上游坡脚处应避免出现锐角。 图4-4 棱体细部构造图4.5大坝坝长由坝顶高程195m在坝址河谷断面图上可得坝长L=1311.8m。在坝轴线上截取5个特征断面，标号为0+92.4，0+246.7，0+761，0+985.2，0+1249.9。坝首标号0+000，坝末标号0+1311.8=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m，=257.6m，=68.9m。5 渗流计算5.1 土石坝渗流稳定分析 5.1.1 土石坝渗流稳定分析的任务 土石坝剖面尺寸初步拟定后，必须进行渗流分析和稳定分析，可为确定经济可靠的坝体剖面提供依据，渗流分析的主要任务是： （1）确定坝体浸润线和下游逸出点的位置，为坝体稳定计算和排水体选择提供依据。 （2）计算坝体与坝基的渗流量，以估算水库渗漏损失和确定排水体尺寸。 （3）计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡降，以验算其渗透稳定性。5.1.2 渗流分析的工况 渗流计算时，应考虑水库运行中出现的不利条件，一般计算下列几种工况： （1）稳定渗流期： 上游正常蓄水位为186.8m,相应下游最低水位为104.0m。此时坝体内渗流坡降最大，易产生渗透变形； （2）设计洪水位 上游设计洪水位为186.8m，相应下游最高水位为104.0m。此时坝内浸润线高，渗流量大。 （3）校核洪水位 上游校核洪水位为190.1m，相应下游最高水位为104.0m。此时坝内浸润线最高，渗流量最大。 5.1.3渗流计算假定 （1）本设计采用水力学法，基本假定如下：坝体土料为均质，坝体内任一点在各方向上的渗透系数K相同，且为常数。渗流为二元稳定层流，渗流运动符合达西定律：V=KJ（V为渗透流速，K为渗透系数，J为渗透坡降）。渗流为渐变流，任意过水断面上各点的坡降和流速相同。 （2）渗流计算假设：1)不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；2)由于砂石料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；3)对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际上不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端为坝址。5.1.4渗流计算方法选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，应用达西定律近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。计算见图见下图：斜墙与截水槽的单宽渗流量为： (T=0) （51）图5.1 渗流计算简图斜墙与截水槽下游坝体与坝基的单宽渗流量为： () （52）式中：分别为防渗体、坝壳材料的渗透系数；斜墙的平均厚度，m；斜墙的倾角，（）；由水流连续条件联立求解式（39）与（310）可求得墙后渗水深 （53）将h代人上式即可求得q。 墙后浸润线方程 总渗流量计算时，一般是根据地形和地基透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段：先计算各坝段交界处的坝体单宽渗流量，然后按下式计算全坝的总渗流量： （54） 式中：各坝段长度，m； 各坝段交界处的坝体单宽渗流量，。5.1.5 渗流计算公式和任务渗流计算时，根据坝体开挖线示意图确定5个特征断面，并根据比例关系确定已知数据，如等，然后运用公式（5-1）、（5-2）、（5-3）进行运算，最后运用公式（5-4）确定总渗流量。5.2主坝5.2.1稳定渗流期黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度 斜墙的平均坡角=24.2计算断面之间各坝段长度=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m， =257.6m，=68.9m（1） 最大剖面2-2断面已知：黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度下游坡坡率斜墙的平均坡角=24.2L=154.3m，=186.8m则墙后渗水深h为=7.03m将h代入单宽渗流量公式可得q墙后浸润线方(2) 其他特征剖面计算方法同上Q=0.03坝体的单宽渗流量和总渗流量都符合规范要求。表5-1 稳定渗流期格剖面渗流计算表5.2.2 校核水位下渗流计算计算方法同稳定渗流期，选最大剖面2-2为例黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度斜墙的平均坡角=24.2L=154.3m，=190.1m则墙后渗水深h为=7.16m将h代入单宽渗流量公式可得q 墙后浸润线方(2) 其他特征剖面计算方法同上，详见表5-2。 Q=0.03坝体的单宽渗流量和总渗流量都符合规范要求。5.3 付坝5.3.1 稳定渗流期黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度 斜墙的平均坡角=24.2计算断面之间各坝段长度=62.7m，=52.6m，=62.7m，=72.3m， (1)最大剖面2-2断面已知：黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度斜墙的平均坡角=24.2L=70.7m，=186.8m则墙后渗水深h为=5.20m将h代入单宽渗流量公式可得q墙后浸润线方(2) 其他特征剖面计算 计算方法同上，计算过程见表5-4.总渗流量Q=0.01，坝体的单宽渗流量和总渗流量都符合规范要求。5.3.2 校核水位下渗流计算计算方法同稳定渗流期，选最大剖面2-2为例黏土斜墙土料渗透系数坝体砂卵石渗透系数斜墙平均厚度斜墙的平均坡角=24.2L=70.7m，=190.1m则墙后渗水深h为=5.29m将h代入单宽渗流量公式可得q 墙后浸润线方(3) 其他特征剖面计算方法同上，详见表5-3。(4) 表5-3 校核水位下各特征剖面渗流计算表 Q=0.01坝体的单宽渗流量和总渗流量都符合规范要求。表5-1 主坝校核水位下各特征剖面渗流计算表桩号KoK&sinaL0+92.41.00E-081.00E-0416.370.4192.40+246.71.00E-081.00E-0426.50.41154.30+7611.00E-081.00E-0425.4250.41514.30+985.21.00E-081.00E-0419.510.41224.30+1242.91.00E-081.00E-0411.830.41257.60+1311.81.00E-081.00E-040.4168.9H1hqh*1E-1Q190.17.05 2.69E-0549.68 0.03 190.17.16 1.66E-0551.25 190.113.32 1.72E-05177.