土石坝毕业设计

1、土石坝毕业设计工程提要E江水利枢纽系防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用的水利 工程，该水利枢纽工程由土石坝、泄洪隧洞、冲沙放空洞、引水隧洞、发 电站等建筑物组成。该工程建成以后，可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁，根据 下游防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900，本次经调洪计算 100年一遇设计洪水时，下泄洪峰流量为672.6。原100年一遇设计洪峰 流量为1680，水库消减洪峰流量1007.4；其发电站装机为3某8000kw，共2.4某104kw；建成水库增加保灌面积10万亩，正常蓄水位时，水库面积为17.70km2,为发展养殖创造了有利条件。综上该工程建成后发挥效益显著。1.1工程

2、等别及建筑物级别根据SDJ12-1978水利水电枢纽工程等级 划分设计标准(山区，丘陵区部分)之规定，水利水电枢纽工程根据其 工程规模、效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总 库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模由库容决定， 由于该工程正常蓄水位为2821.4m，库容约为3.85亿m3，估计校核情况 下的库容不会超过10亿m3，故根据标准(SDJ12-1978)，该工程等别为 二等，工程规模属于大(2)型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级， 临时性建筑物级别为4级。1.2洪水调节计算该工程主要建筑物级别为2级，根据防洪标准 (GB50201-94)规定2级建筑

3、物土坝堆石坝的防洪标准采用100年一遇设 计，2000年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用50年一遇设计，500年 一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用20年一遇标准。根据选定的方案调洪演算的设计洪水位2822.60m，校核洪水位 2823.58m，设计泄洪流量672.6m3/,校核泄洪流量753.7m3/。1.3坝型选择与枢纽布置通过各种不同的坝型进行定性的分析比较， 综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素， 最终选择土石坝的方案。根据工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽由土石坝、泄洪隧 洞、冲沙放空洞、水电站（包括：引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂 房、开关站）等

4、建筑物组成。本次根据工程经济性、正常运行安全稳定性以及地形地质条件等各方 面因素要求，并且将冲沙放空洞和泄洪隧洞与施工导流隧洞相结合对枢纽 建筑物进行了布置。枢纽平面布置见图5.2。1.4大坝设计根据方案比较分析，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的 优缺点，斜心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；斜心 墙坝对下游支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好， 本次设计大坝坝型采用粘土斜心墙坝。根据计算大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m，取2825.2m。最 大坝高为75.2m，大于70m，属高坝，故综合各方面因素可取该土石坝坝 顶宽度为10m。根据规范规定与实际结合，

5、上游坝坡上部取2.5,下部取3.0，下游 自上而下均取2.50，下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。在坝坡改 变处，尤其在下游坡，通常设置1.52m宽的马道（戗道）以使汇集坝 面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述 等各方面因素其宽度取为2.0m。本次设计，大坝坝脚排水体采用棱体排水措施，按规范棱体顶面高程 高出下游最高水位1m为原则，校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲 线查得为2755.22m，最后取棱体顶面高程为2756.3m，堆石棱体内坡取 1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。大坝坝体防渗采用粘土斜心墙，坝基采用混凝土

6、防渗墙。1.5泄水建筑物设计坝址地带河谷较窄，山坡陡峻，山脊高，经过比 较枢纽布置于河弯地段。由于两岸山坡陡峻，无天然垭口如采取明挖溢洪 道的泄洪方案，开挖量大，造价较高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置 于岸(右岸)，采取“龙抬头”无压泄洪的型式与施工导流洞结合。为满 足水库放空水位2770.0m的要求，还与导流洞结合设置了放空洞。根据调洪演算和计算比选确定溢流孔口尺寸7m某15.5m洞身尺寸为 7m11.0m，根据以往经验溢流孔口后以1:1坡度连接，反弧段以60.0m半 径圆弧相连接，见图7.1一隧洞纵坡面布置。1.6施工组织设计本工程拟定2022年开工，从截流开始到大坝填筑 完毕计4年，在

7、现有施工能力及保证质量的前提下，尽可能缩短工期，提 早发挥效益。截流和拦洪日期.针对该河流的水文特性，11月开始流量明显下 降，此时水深只有1.0m左右，因此，设计截流日期定为2022年11月1 日15日。实际施工中，根据当时的水文、气象条件及实际水情进行调整。2022年5月洪水期开始，围堰开始拦洪，围堰上升速度应以抢修到 拦洪水位以上为原则。水库蓄水过程一般按80%90%的保证率的流量过程线来预测，初始 发电水位为70%工作水深，即2808.5m。根据计算从8月1日封孔蓄水， 到9月底即可蓄到初始发电水位。因此第一台机组发电日期定为2022年 10月1日。实际发电日期根据当时水文、气象条件及

8、水情进行调整。(3)大坝竣工日期。按4m/月的速度上升，在2022年底实现大坝填筑 完成。本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧 烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页 岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸 有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总 面积的20%，林木面积约占全区的30%，其种类有松、杉等。其余为荒山 及草皮覆盖。2.1.2气象降雨(1)气象本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年四月特别干燥，其相对湿度在51%73%之间，夏季因降雨日数较 多，相对湿度随之增大，一般变

9、化范围为67%86%。该地区一般14月 风力较大，实测最大风速为15m/，风向为西北偏西，水库吹程为12km。 年平均气温约为12.8C，最高气温为30.5C，发生在7月份，最低气温- 5.3C，发生在1月份，见表2.1.1、2.1.2。表2.1.1月平均气温统计表(C) 月份123456月平均气温 4.88.311.214.816.318.0 月份 789101112 气温 18.818.316.012.48.65.912.8表2.1.2平均温度日数(天) 月温度 (C)123456789101112V061.20.3000000003.10302526.830.73031303131303

10、13027.930000000000000 (2) 降雨该地 区最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降水量为905mm。E江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大 流量为700秒，而最小流量为0.5。多年平均流量17。经频率分析，求得 不同频率的洪峰流量见表2.1.4、2.1.5。表2.1.4多年统计不同频率洪峰流量频率（）0.0512510流量（）23201680142011801040表2.1.5各月不同频率洪峰流量（单 位：）月份 P1234567891011121%4619121960012401550121067039028372%3617111

11、5530 11201360109060031023335%23149114208501100830480250162810%1911793 707609807204102101523固体径流：E江为山区性河流，含沙量大小均随 降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5kg/m3。枯水期极小， 河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。2.2工程地质2.2.1水库地质库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、 火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水 后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能 塌方量约为300万m3,在考虑水库淤积问题时

12、可作为参考。2.2.2坝址地质坝址位于E江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓， 坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其 岩性分述如下：（1）玄武岩一般为深灰色、灰色、有含泥量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石石脉，石英脉 等穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水 层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、 检长石、副成分为绿泥石、石英、方解石等。由于玄武岩成分不甚一致， 风化程度不同，力学性质亦异，可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩，破碎玄 武岩、软弱玄武岩、

13、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见表 2.2.1、2.2.2。表2.2.1坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重 容重Y（KN/m3）采用抗压强度（MPa）半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩 2.9529.250-60 火山角砾岩 2.9028.735 120 软弱玄武岩 2.8527.010 -20坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870 180表 2.2.2全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率W%干容重yKN/比重 液限Wl塑限Wp塑性指数IP压缩系数a浸水固结块剪力0 0.5cm3/KN34cm3/KN内摩擦角凝聚力KPa2.516.

14、32.9747.332.2616.90.05970.015128.3824.0 渗透性：经试验 得出发值为4.147.36m/d。（2）火山角砾岩角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2 15cm，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其 胶结程度较差者极限抗压强度低至350Mpa。（3）凝灰岩成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化 后成为粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。（4）河床冲积层主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中，卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩 和砂岩占极少数，沿河谷内分布。坝基部分冲积层厚度最大为32m，一般 为

15、20米左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小 颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100mm；砾石直径一般为210mm；砂粒直径0.050.2mm；细小颗粒小于0.1mm。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数K值为3某10-2cm/ 1.0某10-2cm/。冲积层剪力实验成果见表2.2.3。表2.2.3冲积层剪力试验成果表土壤名称项目计算值容重（控制） KN/m3含水量（控制）三轴剪力（块剪）应变控制浸水固结快剪内摩 擦角凝聚力KPa内摩擦角凝聚力KPa含中量细粒的砾石次数17128822最 大值 24.38.6647 1537.0325410.5 最小值 22.24.2

16、7353012.017550 平均值 23.086.4740 3418.225255.3 小值平均值 37 320.148 备注三 轴剪力土样控制系筛去大于4颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容 重。应变控制土样的容重系筛去大于0.1后制备的。以上两种试验的土样 系扰动的。（5 ） 坡积层在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬 运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。2.2.3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石、节理特别 发育，可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向 西北； 另一组的走向与岩层倾向大致相同，倾角一般都较大，近于垂直， 裂隙清晰，且为钙质泥质物

17、所充填，节理间距密者0.5m即有一条，疏者 35m即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、 泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。2.2.5地震烈度本地区地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取 0.65。2.3建筑材料2.3.1料场的位置和储量各料场的位置与储量见坝区地 形图。由于河谷内地形平坦，采运尚方便。沙砾料料场位于坝址上下游各 有四处，总量达1850万m3。粘性土料料场于上游有三处，下游两处，总 量190万m3。料场距坝址2km左右。各砂砾石料场渗透系数K值为2.0某10 2cm/。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。石料坚硬玄武岩可作 为堆石坝石料，储量较丰富，总

18、储量450万m3,在坝址附近有石料场一 处，覆盖层浅，开采条件较好。2.3.2各建筑材料的物理力学性质粘土的物理力学性质见表2.3.1， 砂石料的颗粒级配及物理力学性质见表2.3.22.3.3，各料场的天然休止 角见表2.3.4。表2.4.1各高程淹没情况高程（m）280728122817282228272832淹没人口（人）3500364038904060532071402.4.2交通运输坝址下游120km处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20km，因此交通尚称方便。3工程等别及建筑物级别根据SDJ12-1978水利水电枢纽工程等级划 分设计标准（山区，丘陵区部分）之规定，水利水电枢纽工程

19、根据其工 程规模、效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库 容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模由库容决定，由 于该工程正常蓄水位为2821.4m，库容约为3.85亿m3，估计校核情况下 的库容不会超过10亿m3，故根据标准（SDJ12-1978），该工程等别为二 等，工程规模属于大（2）型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级， 临时性建筑物级别为4级。4洪水调节计算4.1防洪标准该工程主要建筑物级别为2级，根据 防洪标准（GB50201-94）规定2级建筑物土坝堆石坝的防洪标准采用 100年一遇设计，2000年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用50年一遇 设计，5

20、00年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用20年一遇标准。表4.2.1E江水利枢纽工程坝址处设计洪水过程线时段（At=3）典型洪水设计洪水校核洪水时段（At=3）典型洪水设计洪水校核洪水100.00.01715.0211.8292.425.070.697.51813.0183.5253.4315.0211.8292.41911.5162.4224.2430.0423.5584.92010.0141.2195.0580.01129.4155 9.72110.0141.2195.06119.01680.02320.0229.5134.1185.2790.01270.61 754.6238.0112.

21、9156.0860.0847.11169.7245.070.697.5950.0705.9974.8 254.056.578.01040.0564.7779.8263.042.458.51135.0494.1682.4272.02 8.239.01230.0423.5584.9281.014.119.51325.0352.9487.4290.00.00.01 422.5317.6438.7ma 某(m3/)119.01680.02320.01520.0282.4389.9 洪量(万 m3)78611092153181617.5247.1341.2 倍比 KQ 14.119.54.3 调洪演算4

22、.3.1库容曲线该水库库容曲线根据提供的曲线图量算得高程容 积、面积表见表4.3.1。水库运用方式：洪水来临之前用闸门控制关水，当洪水来临时，并且 库水位涨到防洪限制水位时，开闸泄洪，起始由于来量较小，可以控制下 泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来水流量继续加大， 无法保持汛限水位不变时，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大， 流态为自由泄流。4.3.4泄洪能力本次根据确定的泄洪方式，进行泄流能力分析，根据 无压隧洞自由计算其过流能力，泄流公式按下式计算。m自由出流系数，取0.485；b溢流孔宽；H0H0=H+av2/2g，H堰上水头，考虑上游堰前水域开阔，取H0二H。E江水库

23、泄洪设施不同方案的泄流能力曲线见表4.3.2。表4.3.1调洪演算成果表方案堰顶高程AzS)洞宽B (m) 工况下泄流量Q (m3/) 库容V (万m3) 库水位Z (m) 一 2810m7m设 计 672.6411232822.60 校核 753.7432162823.58 二 2805m7m 设计1040.4394752821.85 校核 1114.2412002822.63 三 2810m6m 设计1089.2415662822.80 校核 1650.7438912823.90 四 2805m6m 设计905.5398482822.02 校核 978.4418392822.93 五 28

24、10m8m 设计752.2407042822.41 校核 837.4426932823.334.3.6 方案选择根据以上方 案只有一、五能满足泄流量Q900m3/，因而需对一、五方案的技术经济 进行比较，同时也应结合导流问题。一、五两方案堰顶高程均为2810m， 第五方案虽然库水位较低，但是与第一方案相比相差甚小，而洞宽相对较 大，会增大溢洪道开挖工程量，故选择第一方案较为合适，即堰顶高程为 Z=2810m，溢流孔口净宽B=7m，设计水位2822.60m，校核水位2823.58m， 设计泄洪流量672.6m3/,校核泄洪流量753.7m3/。图5.1沿坝轴线方向的大坝断面地质剖面图5.1.2坝

25、型选择所选的坝 轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不 完整。从地质条件看不宜建拱坝及支墩坝。较高的混凝土重力坝也要求修 建在岩石基础上，并且需要消耗大量水泥。土石坝适应地基变形能力较强， 对地基的要求较低，并能就地取材。通过各种不同的坝型进行定性的分析 比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等 因素，最终选择土石坝的方案。5.2枢纽布置根据工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽由土 石坝、泄洪隧洞、冲沙放空洞、水电站（包括：引水隧洞、调压井、压力 管道、电站厂房、开关站）等建筑物组成。5.2.1挡水建筑物一土坝挡水建筑物按直线布置，土坝布置

26、在河弯地 段上。5.2.2泄水建筑物一泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小 工程量，泄洪隧洞布置在凸岸（右岸），这样对流态也较为有利，考虑到 引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜，为减 少泄洪时影响发电，进出口相距80100m以上，冲沙放空洞位于泄洪隧洞 与水电站引水隧洞之间。5.2.3水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与 大坝之间，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关 站布置在厂房旁边。本次根据工程经济性、正常运行安全稳定性以及地形地质条件等各方 面因素要求，并且将冲沙放空洞和泄洪隧洞与施工导流隧洞相结合对枢纽 建筑物进行了布置

27、。枢纽平面布置见图5.2。土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破 堆石坝、水中倒土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来 看本次设计坝型应选择碾压式土石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置 和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和土质防渗体分区坝、非土 质材料防渗体分区坝。均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工 易受气候影响，冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。从本工程来看， 经探明坝址附近可筑坝的土料只有190万m3,远远不能满足均质坝填筑 土料数量上的要求，因此从材料上考虑均质坝方案是不宜采用的。土质防渗体分区坝主要有心墙坝、斜心墙坝、

28、斜墙坝和多种土质坝等 类型。心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝 型粘性土料所占比重不大，施工受季节影响较小，但施工时心墙与坝体同 时填筑，相互干扰较大。斜心墙坝和心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减 弱坝壳对心墙的“拱效应”，其抗裂性能优于心墙坝和斜墙坝。斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干 扰小，但其抗震性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在 地区为地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65，故不宜采用 斜墙坝。多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此 不予采用。非土质材料防渗体坝的防渗体一

29、般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等 材料组成，而其余部分由土石料组成，因工程附近建筑才来哦丰富，为就 地取材不宜采取该坝型。由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜 心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；斜心墙坝对下游 支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好，因而最终 采用斜心墙坝的方案。6.2大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、 上下游坝坡、防渗体等排水设备。6.2.1坝顶高程计算根据碾压式土石坝设计规范(SL2742001) (以下简称“规范”)规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条 件下的坝顶超高、设计水位加正常运用

30、条件下的坝顶超高、校核水位加非 常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为7，故还需考虑正 常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种 工况最大值，同时并保留一定的沉降值。平均波高及平均波长按下式计算：式中：hm平均波高，m； Tm平均周期，； W计算风速，m/； D风区长度，m； Hm水域平均水深，m； g重力加速度，取9.81m/2； Lm平均波长，m。平均波浪爬高Rm参照“规范”附录A.1.12计算，初步拟定水库大坝 上游坝坡为m=2.5,故波浪平均爬高按“规范”附录A.1.12式计 算： 式中：一一斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定=0.75；经验系

31、数，由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量，查表A.1.12-2得设计条件：=1.00； 校核条件： =1.00；m斜坡的坡度系数。最大波浪在坝坡上的爬高设计值R按2级土石坝取累积概率P=1%爬 高值R1%计算。根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率 P=1%的经验系数Kp值为2.23。风浪壅高按下式计算： 式中：K综合摩阻系数，计算时一般 采用K=3.6某10-6；B 风向与水域中线的夹角；其他符号同前。根据以上公式及参数，坝顶超高计算成果见表3.1.1。表3.1.1坝顶超高计算成果表工况水位(m)设计风速(m/)平均波长(m) 平均波高(m)平均波浪爬高(m)风浪壅高(

32、m)设计爬高(m)安全加高(m)坝顶超高(m)设计(P=1%)2822.4124.07.570.250.380.0320.851.01.88 校 核(P=0.05%)2823.3315.011.810.380.590.0121.320.51.84 由于水库所在 地区地震基本烈度7，按水工建筑物抗震设计规范(SL29397)， 水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌 浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，一般涌浪高度为0.5m1.5m，该 水库地震涌浪高度取用1.0m，不考虑地震作用的附加沉陷计算。根据碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)第5.3.3条规定，坝 顶高

33、程分别按以下运用情况计算，取其最大值：1、设计洪水位加正常 运用情况的坝顶超高：2822.41+1.88 = 2824.29m；2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：2821.4+1.88=2823.28m；3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：2823.33+1.84=2825.17m；4、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加 高： 2821.4+1.84+1.0=2824.24m。经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m，取 2825.2m。6.2.2坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件， 同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。

34、根据“规范”规定，坝 顶无特殊要求时，高坝的顶部宽度可选用1015m，中低坝可选用510m。 该水库挡水大坝坝基高程为2750，根据计算坝高为75.2m，大于70m，属 高坝，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。6.2.3坝坡与戗道土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运 用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程 的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前 提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。根据规范规定与实际结合，上游坝坡上部取2.5,下部取3.0，下游 自上而下均取2.50，下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。在

35、坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.52m宽的马道(戗道) 以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用， 综合上述等各方面因素其宽度取为2.0m。6.2.4坝体排水由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较 适宜，另外采用棱体排水可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形， 保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，校核洪水时下游 水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m，最后取棱体顶面高程为 2756.3m，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0,顶宽2.0m，下游水位 以上用贴坡排水。6

36、.2.5大坝防渗体大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两 个方面。(2)坝基防渗由坝址处地质剖面图，可知该坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕 灌浆等措施。从材料来看由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽， 又根据碾压式土石坝设计规范(SL2742001)，80m以内的砂砾 石地基可采用混凝土防渗墙，由坝址处地质破面图，该坝基河槽段砂砾石 最大层厚为32m，因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙，根 据水工建筑物教材，厚度取0.8m，防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于 1/10倍坝高，本次设计取7.5m，防渗墙布置在心墙底面中部

37、偏上，根据 规范”规定墙体底部应深入岩基0.51.0m，本次设计取0.5m，岸坡混 凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。大坝剖面尺寸设计见图6.1。图6.1大坝最大坝高处剖面尺寸图6.3 土料设计筑坝土料的实际与土 坝结构设计、施工方案以及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单， 就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容 重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和 干容重等指标。6.3.1粘性土料设计（1） 计算公式粘壤土用南京水利科学研究所 标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其 击实功能为86.3tm/m3）。由于最优含

38、水量随压实功能的大小而变，故 在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优 含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑 含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量控制A2%3%。根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均 最优含水量。设计干容重为： 式中： 设计干容重，（g/cm3）；一在相应击实功能下的平均最大干容重，（g/cm3）；m施工条件系数（或称压实系数）。对于1、2级高坝，m的值采用0.960.99 之间，三四级坝或低坝可采用0.930.96，本设计取m=0.98。粘性土的填筑含水量W为： W=WP+BIP式中：

39、WP土 的塑限；IP土的塑性指数；B稠度系数，对高坝可取-0.10.1之间，低坝可取0.10. 2之间，本设计取B=0.07。设计最优含水量为：用下述公式计算最大干容重作为校核参考：二式中：一一土粒的比重；压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。运用下式作校核： N1.021.12式中： 一一土料场的自然干容 重； 对1、2级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选 定施工碾压参数。(2)计算成果粘土料的设计成果见表6.3. 1表6.3.1粘性土料设计成果表料场12123比重2.672.672.652.742.7最优含水量 22.072

40、1.0222.323.816.9 设计干密度(g/cm3) 1.61.651.561.541.8 塑限含 水量 wp1.5681.6171.52881.50921.764 填筑含水量 w21.7820.6823.2824.6619.02 自然含水量21.7821.7922.3023.7218.88 塑性指数 24.824.225.626.315.9 孔隙此 e19.4621.724.5723.514 湿密度 p(g/cm3)0.7030.6510.7330.8160.531 浮密度 p(g/cm3)35.71636.84835.61737.30035.068 内摩擦角 0.9811.0110.

41、9520.9581.111 粘聚力 (kpa)24.6725.5023.1721.528 渗透系数 k (106cm/)4.3174.81.93.963.0 (3)土料的选用已经探明上下游共有5个粘土料场，总储量为190万m3,因地理位置不同，各料场的物理性质、 力学性质、和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原 则。根据上述土料物理力学性质从渗透系数的角度来看均满足规范要求， 因为根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝不大于110-4 cm 3/，对心墙或斜墙不大于110-5cm3/1#下和3料场的塑性指数小于 20,从压的角度宜采用1#下和3料场的粘土料，所以可将1

42、#下和3料场 作为主料场，其余几个料场作为辅助料场。6.3.2坝壳砂砾料设计（1）计算公式坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：，或式中：ema某最大孔隙比，ema某二； emin最小孔隙比，emin=；e填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e二； 一一沙粒比重；一一最大干容重，由试验求得； 最小干容重，由试验求得；填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求Dr不小于 0.70；对于砂砾石，则依坝的级别而定，1、2、3级坝Dr不小于0.75,4、5级坝不小于0.70。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重KN/m3。（2）计算成果砂

43、砾料的设计成果见表6.3.2表6.3.2砂砾料设计成果表料场4123不均匀系数43454534大于5mm砾石含量%45484642比重 0.752.752.752.73 设计干容重 ra1.86591.86591.86591.8524 设计孔隙 比 e0.47380.47380.47380.4738 保持含水量%5555 湿容重 ru1.961.961.961.95 浮容重 r1.191.191.191.174 内摩檫角 3630351035203640粘聚力 0000 渗透系数 10-2cm/2222 （3）砂砾 料的选用除料场的不均匀系数不满足要求外，其余几个料场，渗透系数、 砾石含量、不

44、均匀系数能满足要求，故而都可作为筑坝的砂砾料。施工时 可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下游测，这样有利于施工， 减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出、料场级配较好，物理力学指标 也较高，应优先采用。砂砾料场上下游共8处，总量为1850万立方米，大坝工程在400万 立方米左右。用两个料场可能数量不足，可以、料场砂砾料作为辅助之用。6.4渗流计算土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝 体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降， 检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。6.4.1计算方法

45、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，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题， 计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等，计算简图如图6.2。图6.2渗流计算示意图通过防渗体神流量：通过防渗体后渗流量： 其中：K防渗体渗透系数，；H上游水深；H1逸出水深；B防渗体有效厚度；a 防渗体等效和倾角；K2混凝土防渗墙渗透系数，m/； T1下游水深；T冲积层厚度，取最大值35m；D防渗墙厚度；K1防渗体后渗透系数，2某10-4m/；KT冲积层渗透系数，2某10-4m/； 假设：不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，

46、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；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 际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下0游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润 线末端即为坝趾。6.4.2计算断面及计算情况的选择对河床中间断面II及左右对称 的两典型断面IIII、IIIIII进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水 及设计洪水的工况进行。6.4.3计算结果渗流计算结果见表6.4.1。表6.4.1渗流计算成果表计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位上 游水深 H(m) I-l 71.472.6IITI34.035

47、.2m-m32.033.2 下游水深 t(m)I-I 2.205.06II-II00m-m00 逸出水深 H1(m)I -I 2.21085.0648H-n0.16590.1718m-m0.16250.1687 渗流量 q (10- 4M3/.m) I-I 9.309.58n-H3.033.25m-m2.752.96 总渗流量 Q (万 m3/d) 1.3871.4426.4.4渗透稳定验算斜心墙之后的坝壳，由于水头大 部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能 性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。 在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。渗透坡

48、降的计算公式： 式中：一一上游水深减逸出水深；防渗体的平均厚度.计算成果见表6.4.2：表6.4.2各种工况渗流逸出点坡降断面Iinnmm计算情况正常设计正常设计 正常设计坡降J6.046.094.074.263.924.11填筑土料的安全坡降，根据实 践经验一般为510，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反 滤层，故而认为不会发生渗透破坏。6.4.5成果分析与结论以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸坝肩开挖风化 岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带作为防渗措施。总渗流在正常蓄 水时为0.161m3/，设计洪水时为0.167m3/，与同类工程相比显然是很小 的。在计算中并考虑绕坝渗流及岩基透水

49、，混凝土防渗墙的渗透系数应取 较大值，这样取值估计的渗流量可能大于实际渗流量，但坝的渗透坡降 仍满足设计要求，说明取值合理.6.5稳定计算6.5.1计算方法按施工期、 稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。心(斜心) 墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.部分浸水的非粘土坝坡，由于 水位上下的土料容重不同，有水时j、C值也有所降低，此时坝坡失稳时 最可能的滑动面近乎折线。在滑动面上抗剪强度的发挥是一样的，安全系数的表示方式 为； ； 式中：1、2、3为实验得到的抗剪强度指标。6.5.2上下游坝坡折线滑动法计算上下游坝坡稳定计算成果见表 6.5.1。表6.5.1大坝上下游坝坡稳定

50、计算成果表部位计算工况上游水位（m）下游水位（m） 最小安全系数（Kmin）规范值上游坡施工期1/3 坝高 27752752.201.431.35 稳定渗流期 2821.42755.061.421.35 水位 降落期2823.5827961.391.25正常蓄水位+地震 2821.42752.201.261.15下游坡稳定渗流期（正 常）2821.42752.201.581.35 稳定渗流期（设 计） 2822.602755.061.581.35 稳定渗流期（校 核） 2823.582755.221.521.25正常蓄水位+地震 2821.42752.201.411.156.5.3稳定成果分析

51、根据计算成果表可看出大坝 上下游坡稳定均满足规范要求，由于上游坝坡较缓，稳定渗流期以及库水 位降低期，不考虑地震时，Kmin=1.42，考虑地震时，Kmin=1.26； 下游 坡情况也类似，正常情况Kmin=1.58，非常情况Kmin1.52，坝的稳定安全 系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量.鉴于各种因素考虑 不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面。6.6基础处理部分6.6.1河床部分（1）渗流控制方案条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（1015m以下）时，可采用回填 粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深20m，最大达35m，施工 比较困难而

52、不予采用.又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困难，造价 也高。帐幕灌浆在此地存在可灌性问题。混凝土防渗墙方案，施工快、材 料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方 案。按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为0.8m.防渗墙深入河床冲积层， 底部嵌入基岩，上部与斜心墙连接。由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起 防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝。为此防渗 墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入斜心墙深厚度已经确定 为7.5m，底部深入基岩0.5m，尖劈顶宽0.25宽，详见下文的构造设计。（2） 防渗墙的型式、材料及布置根据以往经验，对于透水层厚度 为30

53、-60m的情况，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种 型式。混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的 侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象.而且能在水 下施工。防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角 度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心位置。6.6.2坝肩处理坝肩两岸为覆盖层及全风化岩石，深约20m，性质较 差，为良好的透水料，底部为半风化岩石，性质良好，但由于节理的作用， 透水性也较强。针对以上情况作以下处理，设置混凝土防渗墙至半风化岩 基，与河床部分防渗

54、墙相连，并在墙下设置灌浆孔，详见细部构造设计图。6.7细部构造设计6.7.1坝的防渗体，排水设备坝体防渗体内斜心墙， 斜心墙上下游设置反滤层；坝基防渗体为防渗墙和粘土截水墙；坝体 排水为棱体排水。在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层； 下游戗道设 置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设 置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造设计图。6.7.2反滤层设计(1)设计标准.对于被保护土的第一层反滤料，考 虑安全系数为1.52.0，按太沙基准确定，即式中，为滤料粒径，小于该 粒经土占总土重的15%，d85为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重 的85%，d15为

55、保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的15%。第二层反滤料的选择也按上述办法进行。按此标准天然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。(2)设计结果设计结果见表6.7.1。表6.7.1反滤层设计成果表层数部位第一层第二层D50(mm)厚度 hc(cm)D50(mm)厚度hc(cm)防渗体周边部位0.1201.030排水部位 252090606.7.3护坡设计上游护坡用于砌石因其抵御风浪的能力较强，下 游坝面直接铺上20cm的碎石作为护坡.上游护坡由至坝顶做至死水位以下 (加设计浪高)，为方便起见做至2795.0m高程，见细部构造设计图。6.7.4坝顶布置坝顶设置泥结石路面，坝顶向下游设1%横坡以便

56、汇集 雨水，并设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游，坝顶设置栏杆以策安全， 见细部构造详图。图6.2大坝细部构造设计图7泄水建筑物设计7.1泄水方案选择坝址 地带河谷较窄，山坡陡峻，山脊高，经过比较枢纽布置于河弯地段。由于 两岸山坡陡峻，无天然垭口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，开挖量大，造 价较高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置于岸(右岸)，采取“龙抬头” 无压泄洪的型式与施工导流洞结合。为满足水库放空水位2770.0m的要求， 还与导流洞结合设置了放空洞。7.2隧洞选择与布置枢纽布置于河弯地段，从地形上来看隧洞应当布 置于这样不仅工程量省，而且水力条件也较好。从地质来看这个山梁除表 面有一层较深

57、的风化岩外，下部大部分为坚硬玄武岩，强度较高，岩体中 夹杂着几条破碎带，但走向大都与隧洞轴线成较大的角度。因此将泄洪洞、 放空洞连同引水发电隧洞均布置于右岸凸出的山梁里面，见图5.2-水利 工程枢纽布置。7.3隧洞的体型设计7.3.1进口建筑物由于进口岸坡地质条件较差， 覆盖层较厚，因而采用塔式进口，塔顶设置操作平台。（1）进口喇叭口平面上不扩散，而立面上洞顶以椭圆方程连接。L一渐变段的长度；一进口洞顶到隧洞顶的高程差。由规范可知L取隧洞本身段宽度的23倍，结合本工程L取16米， 取4米，最后椭圆方程为： 进口堰面曲线，采用WES-型堰面曲线， 方程：为不影响泄流能力，堰高取10m，定型设计水

58、头：取。所以曲线方程为：。进口上游段为椭圆曲线：0.280.30，取取。所以椭圆曲线方程为： （2） 闸门型式及尺寸工作及检修闸门均 采用平板门，设在进口处，闸门宽7m，高为12.5m（正常水位减堰顶高程 加浪高）。7.3.2洞身断面型式和尺寸根据以往工程经验，本无压隧洞采用门洞 型断面。调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸7m某15.5m （为保证无压泄流， 由校核洪水位减堰顶高程加相应浪高而得，13.58+1.84=15.42m,取15.5m），由于水流经堰顶马上跌落，所拟洞宽不变，而高度则以斜段为1:1坡按co450折减，则洞身尺寸为7m11.0m。具体通过水面典线计算以 后确定.进口以后与斜

59、洞连接，根据以往经验以1:1坡度连接，反弧段以 60.0m半径圆弧相连接，见图7.1一隧洞纵坡面布置。7.3.3出口消能段隧洞出口高程定为2750.0m，由于下游出口离电站 和大坝较远，较大的冲坑不致影响大坝及电站的安全，且地质条件容许， 因此采用挑流消能。由于隧洞出口宽度小，单宽流量集中，因而在出口设 置扩散段。挑流参数鼻坎高程按高于下游最高水位1.0m，定为2756.0m； 根据 以往工程经验挑角取。=25。； 因出口为平段，为了水流能平顺挑出采 用了较大的反弧半径R=60m。7.4隧洞的水力计算水力计算包括洞内水面线及出口消能计算两部分。7.4.1计算工况设计洪水位：2822.6m,下泄

60、流量：672.6m3/； 校核 洪水位：2823.58m,下泄流量：753.7m3/； 堰顶高程：2810m。因在宣泄校核洪水时也要满足各项要求，因而对校核情况进行水力计 算。7.4.2平洞段底坡的确定对于矩形断面hc可用下列公式计算：计算得到临界坡降；由于泄流时水流流速较大，为不影响隧洞的泄流能力， 隧洞应做成陡坡，鉴于坡度太大施工不便，底坡取。7.4.3洞内水面曲线由能量方程：计算得收缩断面水深。以收缩断面为起始位置，按公式依次向下游计算平洞段水面曲线。由于泄洪隧洞流速较大（最大达39.59m/），因而必须考虑掺气的影 响。掺气后水深按经验公式计算如下：平洞段水面线计算成果见表7.4.1。