水利水电毕业论文

资料范本资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载水利水电毕业论文地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容摘要本文为面混凝土面板堆石坝设计说明书，根据所给基本资料及面板堆石坝的特点进行调洪演算，本设计中一共选取了四种方案，经过调洪演算并结合下游防洪要求及经济因素等的考虑，最终选择方案四，即选择堰宽为75m的方案。本设计主要进行了调洪演算、坝体分区设计、溢洪道设计、溢洪道水面线计算、坝体渗流分析及坝体稳定计算等几个方面。本设计中河岸溢洪道布置在河流右岸，为正槽溢洪道。大坝高71.3m，上游坝坡坡度为1.4，下游坡度为1.3坝轴线长度为449.4m，布置在河流转弯处。经坝体稳定分析和渗流计算，本方案满足要求。关键词：混凝土面板堆石坝调洪演算坝体设计渗流计算稳定验算河岸溢洪道ABSTRACTThispaperforthesurfaceofconcretefacerockfilldamdesignspecifications,accordingtothebasicinformationandgiventhecharacteristicsofconcretefacerockfilldamforfloodregulatingcalculation,thetotalselectioninthedesignofthefourkindsofsolutions,throughthecombinedwiththedownstreamfloodcontrolrequirementsforfloodregulatingcalculation,andeconomicfactors,finallyfouroptions,whichchoosestheplanofdamis75mwide.Thisdesignmainlyforfloodregulatingcalculation,design,designofspillway,thesurfacespillwaydampartitionline,damseepageanalysisanddambodystabilitycalculation.ThedesignandarrangementofthespillwayintheBanksoftheriverontherightbankoftheriver,spillwaywasrightinthegroove.71.3mhighdam,theupstreamdamslopedegreeis1.4,thedownstreamslope1.3damaxislengthof449.4m,decorateinthebend.Thisschemebythedamseepagecalculation,stabilityanalysisandmeettherequirements.Keywords:concretefacerockfilldam,floodrouting,designofdambody,seepagecalculation,Stabilitycalculation,Thebankspillway目录

TOC\o"1-2"\h\u

12140

摘要

I

31239

ABSTRACT

II

29683

第1章工程基本资料

1

29603

1.1流域概况及枢纽任务

1

31787

1.2设计要求

2

7168

1.3枢纽设计基本资料

2

24488

第2章调洪计算

9

31974

2.1调洪演算

9

14204

2.2方案选取

15

12287

第3章坝址选择及枢纽布置

17

28692

3.1坝址及坝型选择

17

2985

3.2枢纽总体布置

18

23387

3.3土石坝坝型选择

18

8993

3.4大坝轮廓拟定

19

3246

3.5混凝土面板、趾板设计

25

7448

3.6分缝止水设计

27

5532

第4章坝体计算

29

15353

4.1渗流分析

29

12689

4.2坝体稳定分析

36

3439

4.3坝体沉降计算

46

8147

第5章坝基处理

49

8928

5.1基础处理

49

9856

5.2细部构造设计

50

762

第6章溢洪道设计

53

20081

6.1泄水方案选择

53

17548

6.2溢洪道选线

53

10023

6.3溢洪道设计

53

1343

6.4溢洪道水力计算

56

6959

结语

65

17125

专题：河岸溢洪道的适用条件

67

24739

外文文献及翻译

71

5242

FuzzyEarthworkDynamicAllocationandOptimizationforConstructionofHighConcreteFaceRockfillDam

71

11952

高混凝土面板堆石坝施工过程中土石方分配的模糊优化

75

26643

参考文献

79

26693

谢辞

81

第1章工程基本资料1.1流域概况及枢纽任务1.1.1流域概况虞江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。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。1.1.2枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用。1）发电装机24MW，多年平均发电量为1.05亿度。本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为270m，汛期限制水位可取与正常蓄水位相等，3台机组满发时的流量为44.1m³/s，尾水位为218.7m，河底高程为216m。厂房形式为引水式厂房，厂房平面尺寸为32×13m×m，发电机高程为221m，尾水管底高程为219m，厂房顶高程为233m，副厂房平面尺寸为35×6m×10m，开关站尺寸为30×20m×15m。2）灌溉增加保灌面积10万亩。3）防洪可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁。根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为1500m³/s。4）渔业正常蓄水位时，水库面积为180km²，为发展养殖业创造了有利条件。5）其它引水隧洞进口底高程为250m，出口底高程为214m；引水隧洞直径为4m，压力钢管直径为2.3m，调压井直径为12.0m；放空洞直径为2.5m，可放空水库至水位230m。1.2设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：1）根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用进行坝线、坝型的选择，枢纽布置方案比较通过初步分析确定。绘制枢纽平面布置及下游立视图。2）进行泄水建筑物的剖面设计（2个剖面形式，进行技术经济比较分析确定），内容包括：拟定断面，水力计算稳定应力分析等，并绘制设计图纸。3）进行挡水建筑物的剖面设计（2～3个剖面形式，进行技术经济比较分析确定），内容包括：拟定挡水坝剖面，稳定应力分析等，并绘制设计图。4）进行细部构造设计和地基处理设计，包括：混凝土标号分区、分缝、止水、廓道、排水以及开挖、清理、灌浆、断层处理等，并绘制有关设计图。1.3枢纽设计基本资料1.3.1气候特性（1）气温：年平均气温约为12.8℃，最高气温为30.5℃，发生在7月份，最低气温-5.3℃，发生在1月份。各月平均气温见表1-1，各平均气温天数见表1-2。表1-1月平均气温统计表（℃）表1-2平均温度天数（2）湿度：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，一般变化范围为67%～86%。（3）降水量：最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。各月降雨天数见表1-3。表1-3各月降雨天数统计表4）风力及风向：一般1～4月风力较大，实测最大风速为18米/秒，风向为西北偏西，水库吹程为15公里。1.3.2水文特征径流年内分配极不均匀，每年6月～11月为汛期，径流量占年径流量的80%以上，12月～翌年5月为枯水期，径流量不足年径流量的20%，其中尤以3月～4月份最枯，径流量不足年径流量的4%。附近A站最丰水年年平均流量为315m³/s，最枯水年年平均流量为89.2m³/s，丰枯水年径流比3.53倍;附近B站最丰水年年平均流量507m³/s(1971年6月～1972年5月)，最枯水年年平均流量为180m³/s(1980年6月～1981年5月)，丰枯水年径流比2.82倍。该坝址设计代表年径流年内分配成果见表1-4，设计洪水成果见表1-5，分期设计洪峰成果见表1-6。表1-4坝址设计代表年径流年内分配成果表单位：m³/s表1-5坝址设计洪水成果表表1-6分期设计洪水洪峰成果表西南某河为多沙性河流，流域内植被破坏较严重，水土流失现象较为普遍。泥沙年际、年内变化较大，有90%以上的泥沙集中于汛期。坝址处多年平均悬移质输沙量4080万吨，多年平均含沙量5.35kg／m³，最大年平均悬移质含沙量11.8kg／m³（1986年），最小年平均悬移质含沙量2.75kg／m³（1980年）。推移质输沙量按悬移质输沙量的7%计为286万吨，则该坝址多年平均输沙总量为4370万t。泥沙特征值统计见表1-7。表1-7坝址泥沙特征值统计表（1973年～2003年系列）1.3.3工程地质1）设计采用地质资料及参数坝区N14a(Ⅰ线)岩组泥岩碎屑较多或泥岩碎屑为主，以钙泥质胶结为主，岩石强度较低：弱风化砾岩、砂砾岩单轴湿抗压强度Rb=18.7～25.0MPa，=21.8MPa，软化系数0.62～0.81，平均0.68，属软岩。N14b(Ⅲ线)以灰岩碎屑为主，以钙质胶结为主，岩石强度较高：弱风化上部（180m高程以上）单轴湿抗压强度Rb=25.7～39.1MPa，=31.5MPa，软化系数0.44～0.60，平均0.52，属偏软的中硬岩；（180m高程以下）弱风化下部～微风化带岩石单轴湿抗压强度Rb=37.8～80.9MPa，=56.7MPa，软化系数0.54～0.92，平均0.72，属偏硬的中硬岩。N15灰岩角砾岩弱风化带岩石Rb=49.6MPa，软化系数0.50～0.93，平均0.71，为中硬岩，微风化带岩石Rb=62.4MPa，软化系数0.74，为坚硬岩。1.3.4交通条件对外交通以公路运输为主。目前坝址左岸有公路通过，为2级公路，该公路高程约239m，为混凝土路面，路宽约5～5.5m；坝址右岸有公路与外界联系。施工前期，利用右岸公路与外界联系，后期计划围堰作为跨河通道，主要利用左岸原有公路与外界联系。对外交通计划需新修公路2km，扩建公路4km，加固桥梁一座。1.3.5水库水位与库容关系曲线及水位流量关系水库水位关系见表1-8，水位流量关系见表1-91。表1-8水库水位库容曲线表1-9洪峰流量和时间表1.3.6效益及淹没损失通过现场调查，落实淹没实物指标为：库区淹没影响4个村，居民170户762人；淹没影响居民房屋共计31649.56m²；淹没土地总面积为12721.72亩,其中农用地5559.76亩(耕地1089.97亩,园地1278.08亩,草地1350.09亩,林地1841.25亩；鱼塘0.37亩),建设用地126.35亩，未利用土地7035.61亩(包括河流水面3661.07亩)；淹没的专项设施有：四级公路2.84km，吊桥一座，10kV输电线路7.02km,光缆线路2.97km，供水管线0.28km，库区内有12个铅锌矿平洞和8个铁矿平洞被淹。第2章调洪计算2.1调洪演算2.1.1水库资料洪水过程线图2-1设计洪水过程线图2-2校核洪水过程线2.水库容积特性曲线图2-3水库容积特性曲线2.1.2基本原理1．利用单辅助线法进行调洪计算。根据库容曲线Z-V，拟订的泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式确定算Q-Z关系为。本设计拟订五组方案进行比较，其计算方法如下所示。计算公式：（2-1）式中：──计算时段中的平均入库流量（m³/s），它等于；──计算时段初的下泄流量（m³/s）；──计算时段末的下泄流量（m³/s）；──计算时段初水库的蓄水量（m³）；──计算时段末水库的蓄水量（m³）；──计算时段，一般取2-6小时，需化为秒数,本设计取1小时。式中q、（v/△t+q/2）均可与水库水位建立函数关系。因此，可根据选定的计算时段Δt值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位与下泄流量关系曲线，然后计算并绘制曲线：q-f（v/△t+q/2）和q-z关系曲线即是水位下泄流量关系曲线。具体的计算方法参考《水利水能规划》书。2．将入库洪水Q-t和计算的q-t点绘在一张图纸上，二者的交点即为所求的下泄洪水流量最大值qm。3．根据公式即可求得此时对应的水头H和上游水位Z。4．计算工况： 计算工况分为校核和设计两种。5．水位流量关系曲线的确定：本工程泄洪方式采用WES堰流曲线。水位流量关系曲线由下式确定：（2-2）式中：H为堰顶以上水头；流量系数：M1；溢流孔宽：B待拟定。2.1.3演算方案方案：正常蓄水位270；溢洪道宽度B=75m。表2-1水库单辅助线计算表依据上表画出单辅助线所用曲线，即：q-f（v/t+q/2）关系曲线和q-z关系曲线见图2-4和图2-5。图2-4q-f（v/t+q/2）关系曲线图2-5q-z关系曲线表2-2设计洪水情况下，水库半图解法调洪计算表表2-3校核洪水情况下，水库半图解法调洪计算表经以上计算，将设计和校核洪水过程线和下泄流量过程线画在同一张图纸上（见图2-6以及图2-7），可以发现两线交点为q-t曲线的最高点，此最高点就是下泄最大流量，依据此流量在q-z曲线中查出相应的水位即为设计或校核水位高程。图2-6该水库设计洪水过程线于下泄流量过程线图2-7该水库校核洪水过程线于下泄流量过程线在图2-6和2-7上可以查出：设计状况下：最大下泄流量为qm=1250m³/s，对应上游水位z=277.4m。校核状况下：最大下泄流量为qm=1765m³/s，对应上游水位z=279.4m。2.2方案选取表2-4对拟定方案进行比较以上四个方案都符合要求，由于该方案采用河岸溢洪道泄洪，因此要综合考虑溢洪道泄洪时的水流条件、溢洪道开挖量、经济因素及泄洪时对下游的影响。综合考量之后，我决定选择方案四。第3章坝址选择及枢纽布置3.1坝址及坝型选择3.1.1坝址选择混凝土面板堆石坝的坝轴线选择，既要考虑坝址的地形地质条件，又要考虑面板堆石坝的特点，且有利于其他建筑物的布置。重点是选择较理想的趾版线位置，使趾版地基尽量置于坚硬、非冲蚀性和可灌的岩基上，尽量避开断裂发育、强烈风华、夹泥、岩溶等不利地址因素，使趾板开挖量和趾板地基处理工作量减少。另一方面要选择有利的地形，使坝轴线采用直线形式，并尽可能与直线正交，以节省坝体工作量和方便施工。3.1.2坝型选择坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：1．坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件；2．筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运输条件；3．施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件；4．坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝；5．枢纽布置、坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物等的连接；6．运行条件：如对渗漏量要求高低，上、下游水位变动情况，分期建设等；7．坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可行的。较高的混凝土重力坝也要求建在岩石地基上。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。3.2枢纽总体布置3.2.1枢纽建筑物组成本设计根据当地的地形、地址以及水文等多方面的因素，最终选定枢纽的建筑物组成为：1．挡水建筑物：面板堆石坝2．泄水建筑物：河岸溢洪道3．水电站建筑物：包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。3.2.2枢纽布置1．挡水建筑物——面板堆石坝挡水建筑物按直线布置，坝布置在河湾地段上。2．泄水建筑物——河岸溢洪道泄洪采用河岸溢洪道方案，溢洪道布置在大坝右岸。3．水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，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。3.3土石坝坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型选择。均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，冬雨季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝，故均质坝方案不可行。塑性斜墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝；塑性心墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝剖面的中部做心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳砂砾料同时上升，施工干扰大、工期长。由于本地区粘性土料自然含水量较高，不宜大量采用粘性土料，故本设计中不考虑。鉴于该河流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。堆石坝坝坡较陡，工程量较小，施工干扰相对较小且对不同坝址气候条件和地形地质条件都具有较强的适应性；又为利用当地的天然建筑材料等有效资源，减少外来建筑材料的供应，故本工程采用面板堆石坝坝型的设计。3.4大坝轮廓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、面板和趾板设计等。3.4.1坝体剖面设计1.坝顶高程根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（以下简称“规范”）规定，坝顶高程分别按照:①正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、②设计水位加正常运用条件下的坝顶超高、③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。涉及的坝顶高程是针对坝沉降以后的情况而言的，因此，竣工时的坝顶高程应预留足够的沉降量。根据以往工程经验，土石坝预留沉降量一般为坝高的0.4%。坝顶高程在水库正常运用和非正常运用期间的静水位以上应当有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值△h由下式而定：（3-1）式中：△h——坝顶在水库静水位以上的超高，m；R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；e——最大风浪引起坝前壅高，m；A——安全超高，m。（1）最大波浪爬高R由官厅水库公式：（3-2）（3-3）（3-4）式中：——该流域最大风速，取18m/s；——该流域最大吹程，取15km；——波浪入射角的折减系数取0.96；——混凝土护面取0.9；——查表得取1.1。——的表达式如下：（3-5）（3-6）（3-7）拟取定m=1.4，经计算得=453，则取累积频率10%的波高。由4-5至4-7计算得=2.17m，m，由于该坝级别为3级，正常运用情况下的安全加高A=0.7m，非常情况下的安全加高A=0.4m。坝顶高程的计算：1.设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：=274.9+4.14+0.03+0.7=279.77m2.正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：=270+4.14+0.03+0.7=274.87m3.校核洪水位加非正常运用情况的坝顶超高：=276.4+4.14+0.03+0.4=280.97m由以上可得坝顶高程为280.97m。由平面布置图可知坝址处河床高程为216m,向下开挖6m清除砂卵石覆盖层，则坝高为280.97-216+6=70.97m考虑到要预留0.4%的沉降，则坝高为70.97（1+0.4%）=71.25m，取最大坝高为71.3m，坝顶高程为281.3m，坝高为281.3-216+6=71.3m。2.坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通、运行、施工、构造、抗震、防汛及其他特殊要求。当无特殊要求时，对高坝坝顶最小宽度可选用8m，对中低坝可选用8m。当坝顶有交通要求时，其宽度应按照道路等级要求遵照交通部门的有关规定来确定。又坝高大于70米，属于中高坝。综合考虑各因素，本设计方案坝顶宽度采用8m。3.上下游边坡与马道土石坝坝坡的陡缓直接影响着工程的安全性与经济性，因而在选择时应特别重视。坝坡的确定，常需综合考虑坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料的性质、所承受的荷载、施工和运用条件等因素。一般参照已建成类似工程经验拟定坝坡，再经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，以减少坝体工程量。土石坝上游坝坡长期浸泡于水中，土的抗剪强度下降，会降低坝体的稳定性。所以当材料相同时，上游坡常比下游坡缓，对于同一侧的坝坡，水下部分常比水上部分缓，钢筋混凝土面板堆石坝比土坝陡。本设计中，上游坡率取1.4；下游坡率为1.3,下游每隔30m设置马道。设置马道有利于坝坡稳定，防止坝面冲刷，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素其宽度取为2.0m。3.4.2坝体分区设计混凝土面板堆石坝以堆石体为支承结构，采用混凝土面板作为坝的防渗体，并将其设置在堆石体上游面，它由防渗系统、垫层、过渡层、主堆石体、次堆石体等组成。一、坝体材料分区原则坝体中应有畅通的排水通道且坝料之间应满足水力过渡的要求，各区坝料的透水性宜按水力过渡要求从上游向下游增加，下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制；坝轴线上游侧坝料应具有较大的变形模量且从上游到下游坝料变形模量可递减，以保证蓄水后坝体变形协调，尽可能减小对面板变形的影响，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性；充分合理利用枢纽的开挖料，以达到经济的目的。二、坝体分区设计根据分区原则，坝体从上游向下游依次分为：混凝土面板（F）、垫层区（2A）、过渡区（3A）、主堆石区（3BⅠ、3BⅡ）、下游次堆石区（3C）及下游护坡（3D）。三、坝体填料设计1.上游铺盖区（1A）（细粉砂铺盖区）面板堆石坝设计规范要求100m以上的高混凝土面板堆石坝，在面板下部的上游侧设置上游铺盖区，而本设计坝体高度为73m属于中坝，因此不需设专门的上游铺盖区。2.垫层区（2A）垫层区位于混凝土面板的底部，主要为混凝土面板提供一个均匀的、稳定的、具有低压缩性的优良基础，将作用于面板上的库水压力较均匀的传递给下游的过渡区和堆石区，同时又缓和下游堆石体变形对面板的影响，改善面板应力状态，因此，垫层应为高密实度而又具有一定塑性的堆石层。同时，垫层与面板直接接触，垫层本身在水压力作用下产生的变形对面板影响更大，故还应具有尽可能大的变形模量；为使垫层具有一定程度的临时面板作用，以挡汛期洪水，还需有低透水性。有时也作为坝体防渗的第二道防线，是最为重要的一个区。垫层料由坝址上游约200m处正开采的新鲜灰岩岩料和碎石加工而成。设计要求最大粒径为80mm，小于5mm的颗粒含量为40%-50%，小于0.075mm的颗粒含量为＜10%，级配连续。设计干密度2.21g／cm3，孔隙率15-20%，渗透系数K=1×10-4cm／s，允许渗透坡降J＞70。上下游水平宽度均为3m，垫层施工的每层铺筑厚度40.0cm，用10t振动碾压4遍以上。为了改善坝体与岸坡的连接，在坝基部位垫层向下游延伸0.3H（H为该处作用水头）。3.特殊垫层区（2B）周边缝下游侧的特殊垫层区，宜采用最大粒径小于40mm且内部稳定的细反滤料，薄层碾压密实，以尽量减少周边缝的位移。同时对缝顶粉细砂、粉煤灰等能起到反滤作用。4.过渡区（3A）过渡区（3A）位于垫层区（2A）和主堆石区（3B）之间，起过渡作用，材料的粒径级配和密实度要求位于两者之间，对低透水的垫层料起渗流保护和排水作用。要求过渡区材料具有较高的密实度和较大的变形模量，同时还应具有防止垫层内细颗粒流失的反滤作用，并保持自身抗渗稳定性。设计中采用新鲜的灰岩及砂砾岩夹砾配合而成的材料填筑，最大粒径为300mm，小于5mm的颗粒含量为11.5%～25.5%，且级配连续，压实后应具有低压缩性和高抗剪强度，孔隙率为18%-20%，水平宽度3m，等宽布置。5.主堆石区（3B）位于坝轴线上游部位，对于主堆石区，堆石级配最大粒径不得超过压实层厚度和小于5mm颗粒含量不宜大于20%。主堆石区为大坝主要支撑体的一部分，兼作坝体排水体。为新鲜灰岩料。最大粒径600mm，小于5mm的颗粒含量小于15%，小于0.075mm的颗粒含量小于5%。设计干密度1.88g／cm3，孔隙率20%，铺料厚度80.0cm。6.次堆石区（3C）次堆石料位于坝体下游干燥部位，采用砂砾料及其他建筑开采的弃料。级配连续，最大粒径800mm，小于5mm的颗粒含量小于35%，小于0.075mm的颗粒含量小于5%。设计干密度1.70g／cm3，孔隙率21.6%，次堆石区离坝轴线6m，顶高程为276m，底高程为216m，分区面坡度0.6。7.下游护坡（3D）下游护坡保护坝体下游坡面，增强坝体的抗滑稳定性。下游护坡采用新鲜平整的超径大石，填筑厚度为1m。3.5混凝土面板、趾板设计3.5.1面板设计面板是堆石坝防渗系统的重要组成部分，长期在高水力梯度作用下工作，因此混凝土面板应具有较高的防渗性能，抗渗标号一般不低于W6。为使面板适应这种变形防止产生较大的弯曲应力，混凝土应有一定的强度。一般可采用28天强度为20MPa的混凝土。1.面板厚度：面板计算公式：（3-8）式中：a——坝顶处面板厚度，一般a=0.3m；b——系数，一般取b=0.001-0.0037。最终取t=0.3+0.003H。由于本方案坝高为72.3m,属于中低坝，因此采用0.3m等厚的面板。2.面板分缝单块面板宽度通常为12m，本设计中单块面板宽度采用12m。在需要布置垂直缝部位的面板采用相对较窄宽度的面板，采用面板宽度6m，以利于滑模施工。3.面板配筋面板宜采用单层双向钢筋，钢筋宜置于面板截面中部，每向配筋率为0.3％～0.4％，水平向配筋率可少于竖向配筋率。4.面板混凝土面板混凝土应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。所以本大坝面板混凝土强度等级为C25；面板混凝土的抗渗等级应为W10。面板混凝土宜采用#525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，宜掺用粉煤灰或其他优质掺合料同时粉煤灰的质量等级不宜低于Ⅱ级，粉煤灰掺量宜为15％～30％，面板混凝土应掺用引气剂，并同时掺用高效减水利或普通减水剂。面板混凝土应采用二级配骨料，石料最大粒径应不大于40mm。面板混凝土的水灰比，温和地区应小于0.50。面板混凝土防裂措施面板建基面应平整，不应存在过大起伏差、局部深坑或尖角，侧模应平直。（2）面板混凝土配合比中应采用优质外加剂和掺合料，降低水泥用量和用水量，减少水化热温升和收缩变形。（3）面板混凝土宜在低温季节浇筑，混凝土人仓温度应加以控制，并加强混凝土面板表面的保湿和保温养护，直到蓄水为止，或至少90d。（4）面板混凝土浇筑至坝顶后，宜至少间隔28d再浇筑防浪墙混凝土。（5）当面板裂缝宽度大于0.2mm或判定为贯穿性裂缝时，应采取专门措施进行处理。3.5.2址板设计址板是大坝防渗系统的一部分，它是坝身防渗体和坝基防渗体的连接结构。1．趾板布置设计(1)趾板宽度：岩石地基上的趾板宽度按容许水力梯度确定。趾板的宽度b取决于作用水头H和基岩性质，要求水力坡降J=H/b不超过容许值(弱风化岩石地基容许水力梯度为10-20)经计算：趾板宽度为4.0m。(2)趾板厚度：根据《混凝土面板堆石坝设计规范》规定：岩基上趾板厚度可小于其连接的面板厚度，最小设计厚度应不小于0.3m。所以，趾板厚度取0.4m。(3)趾板上游面垂直于面板底面的高度a：规范规定a应不小于0.8m，因此，取a=1m。(4)面板与趾板处于同一平面时，为便于面板的无轨滑模施工，趾板宜提供不小于0.6m的息止长度，所以取息止长度为1.0m。2.趾板混凝土根据水工设计规范，趾板混凝土可采用与面板混凝土一样的标准。趾板混凝土应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。所以本大坝趾板混凝土强度等级为C25；趾板混凝土的抗渗等级应为W10。趾板混凝土宜采用#525硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，宜掺用粉煤灰或其他优质掺合料同时粉煤灰的质量等级不宜低于Ⅱ级，粉煤灰掺量宜为15％～30％，趾板混凝土应掺用引气剂，并同时掺用高效减水利或普通减水剂。趾板混凝土应采用二级配骨料，石料最大粒径应不大于40mm。面板混凝土的水灰比，温和地区应小于0.50。3.趾板配筋设计趾板宜采用单层双向钢筋，每向配筋率可采用0.3%～0.4%。岩基上趾板钢筋的保护层厚度为10cm～15cm。趾板应用锚筋与基岩连接，锚筋参数可按经验确定。趾板建基面附近存在缓倾角结构面时，锚筋参数应根据稳定性要求或抵抗灌浆压力确定。4．趾板分缝设计目前有些工程沿趾板长度方向在一般地段不设永久伸缩缝，施工缝间钢筋穿过，不设止水，可简化周边缝结构，方便施工。但本工程地形复杂，趾板在地形变化处或转弯处为适应趾板基础的不均匀沉降需设伸缩缝，间距视其地形变化而定。为加强趾板与基础的连接，保证趾板在固结和帷幕灌浆压力及其它外力作用下的稳定，并组成完整封闭的防渗系统，趾板用锚杆锚固在基岩上，锚杆直径为28mm，深入基岩锚固深度5m，孔、排双向间距1.5m，呈梅花形布置。5.防渗墙与连接板设计坝基覆盖层防渗采用混凝土防渗墙。参照已建工程经验，并结合施工要求和设计规范，拟定厚度为2.5m，并将插入基岩1m。同时，防渗墙与趾板之间设置宽4m的混凝土连接板，保证防渗墙与趾版之间为柔性连接。3.6分缝止水设计大坝分周边缝、面板垂直缝、面板与趾板间水平缝、防浪墙沉降缝和施工缝等。接缝止水设计的原则：能适应接缝处的位移和满足防渗要求，有利于施工及保证质量，各道止水间应形成统一的防渗系统。3.6.1周边缝周边缝容易成为渗漏通道，是面板坝最重要的接缝。结合我国面板坝的经验，低坝和50m以下中坝可以只采用一道底部止水；中坝及100m以下高坝宜设置底、顶部两道止水；100m以上的高坝宜选用底、顶部两道止水或底、中、顶部三道止水。本次设计中，大坝应设底部铜止水片，并可在缝中部或缝顶部设一种止水。中部止水是PVC止水带或橡胶止水带，缝顶部止水是无黏性或柔性填料。底部铜止水片、中部PVC或橡胶止水带、缝顶柔性填料应自成封闭的止水系统，或将中部止水带和顶部柔性填料连接至垂直缝的铜止水片上，实现封闭。铜止水片的底部应设置垫片。周边缝内部应设置沥青浸渍木板或其他有一定强度的填充板。3.6.2面板分缝为使面板易于伸缩以适应堆石体变形并减小结构拉力和温度应力，通常将面板分成若干条块，相邻条块间内设止水，即伸缩缝。每一条块从上到下为一整体结构，便于面板浇筑时采用滑模施工。面板条块分缝的水平间距取决于堆石体变形和温度应力大小、坝址河谷横剖面形状及施工条件等因素，一般为12-18m，本设计中，两岸岸坡较陡处的条块缝距为6m，河床部分伸缩缝间距为12m。大坝面板只设垂直缝，不设水平缝，在两坝肩附近的面板内设张性垂直缝，其余部分的面板内设压性垂直缝，垂直缝内不设填充料，缝面应涂刷薄层沥青乳剂，垂直缝在距周边缝法线方向约0.6m范围内，应垂直于周边缝布置。本设计中，两岸各8条张性垂直缝，中间10条为压性垂直缝。压性垂直缝底部设铜片止水；张性垂直缝底部设铜片止水，缝顶设柔性止水。3．河床段趾板、连接板、防渗墙接缝由于防渗墙和连接板、连接板和趾板之间的接缝位移较大，该类接缝设置为柔性变形缝，缝底设铜止水片，缝中部设PVC止水，缝顶设柔性止水，缝内填12mm厚沥青木板，顶部覆盖粉煤灰（或粉细沙）和粘土料，连接板和趾板下铺一层50cm厚的2B料作为反滤料，再在上铺一层400g/m2的土工织物。第4章坝体计算4.1渗流分析4.1.1概述一、渗流分析计算目的土石坝渗流分析的目的有：①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；②确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失；③确定坝体和坝底渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便采取适当的控制措施。二、渗流分析方法土石坝的渗流分析通常是把一个实际比较复杂的空间问题转化为平面问题。分析方法主要有流体力学法、水力学法、流网法和实验法。流体力学法从渗流的基本微分方程（拉普拉斯方程）出发，引入特定问题的边界条件，以求解渗流场内任意点的渗透要素（渗流速度、渗透坡降和渗透力等）。此法立论严谨，但只在几种很简单的边界条件下才有精确的理论解，在边界条件比较复杂的实际工程中难于应用。水力学法是在一些假定基础上的近似解法，只能求得某一断面的平均渗透要素，不能准确求出任一点的渗透要素。但此法计算简单，所确定的浸润线、平均流速、平均坡降和渗流量等，一般也能满足工程设计要求的精度，所以在实际工程中应用广泛。流网法是用绘制流网来求解平面渗流问题中的各个渗流要素，故又称图解法，可用于边界条件复杂的情况。试验方法很多，最常用的是电模拟法，利用渗流场和电流场在数学上和物理上具有相似性，即都满足拉普拉斯方程，从而用电流模拟渗流，用电压模拟渗流水头，便可求解渗流问题。对重要工程或地基条件比较复杂的情况，往往使用几种方法进行渗流分析，以便相互校对。对中小型工程的土坝通常只用水力学法进行渗流分析。本次设计仍采用水力学法进行分析，作如下基本假定：①坝体各部分土料是均质的，坝体内任一点在各方向的渗透系数相同；②渗透水流属层流运动，符合达西定律，即渗透流速v=kJ（k为渗透系数，J为渗透坡降）；③渗透水流为稳定渐变流，任意过水断面上各点的流速和水头可认为是常数。4.1.2渗流计算一、计算原理选择水力学方法解堆石坝渗流问题。在趾板下部进行了混凝土防渗墙的处理，因此渗流分析计算近似按照有限透水地基上斜墙坝渗流计算方法。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。1．计算单宽渗流量通过面板和防渗墙的渗流量q1：（4-1）通过面板后渗流量q2：（4-2）式中：δ——面板平均厚度，δ=0.3m；δ1——防渗墙厚度，δ1=2m；m2——下游边坡，m2=1.40；H1——上游水深；H2——下游水深；h——面板后渗流水深。由水流连续条件q1=q2联立求解上两式可求得（4-3）式中：（4-4）（4-5）（4-6）K、K0、KT——分别为坝身、面板和砼防渗墙、地基的渗流系数，其值见下表：表4-1渗流系数2.计算总渗流.图4-1堆石坝渗流总示意图全坝的总渗流量为：Q=1/2[q1×l1+（q1+q2）×l2+…+(qn-1+qn)×ln+qn×ln+1] （4-7）式中：q1、q2、…qn——断面1、2….n的单宽渗流量；l1、l2、…ln、ln+1——相邻两断面之间的距离。渗流计算图4-2堆石坝渗流计算剖面1.计算断面与计算情况计算断面取为A-A断面渗流计算包括以下水位组合情况：a.上游正常蓄水位与相应的下游最低水位b.上游设计水位与下游相应的最低水位c.上游校核水位与下游相应的最低水位2.计算过程（1）正常蓄水位已知：正常蓄水位270m；下游相应的最低水位为218.7m；坝前水深：H1=270-216=54m；坝后水深：H2=218.7-216=2.7m；地基厚度T＝10m；L=72.31.3+72.31.4+8=203.21m根据水流连续条件有q1=q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得:h=2.731m；q1=q2=8.61410-8m3/（s·m）。（2）设计洪水位已知：设计洪水位274.9m；下游相应的最低水位为227.2m；坝前水深：H1=274.9-216=58.9m；坝后水深：H2=227.2-216=11.2m地基厚度T＝10m；L=72.31.3+72.31.4+8=203.21m。根据水流连续条件有q1=q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得：h=11.208m；q1=q2=9.84610-8m3/（s·m）。（3）校核洪水位已知：校核洪水位276.9m；下游相应的最低水位为229.4m；坝前水深：H1=276.9-216=60.9m，坝后水深：H2=230.2-216=14.2m，地基厚度T＝10m；L=72.31.3+72.31.4+8=203.21m，根据水流连续条件有q1=q2，将以上数据代入两个公式中联立可解得：h=14.207m；q1=q2=1.03110-7m3/（s·m）。计算表格表4-2渗流计算表格根据上表得最终结果如下表：表4-3各状况渗流计算结果如上表所示，各工况这下计算所得单宽流量，总渗流量都非常小，符合防渗要求，因此不需要对大坝进行渗流处理。浸润线分析：面板后渗流水深（h）比下游水深（坝后水深H2）深2～3cm，故浸润线近似一直线如图4-3。图4-3浸润线示意图渗流稳定验算面板之后的坝体，由于水头大部分在防渗体内损耗了，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。在坝体逸出点,渗透坡降较大,予以验算。对于非粘性土，渗透破坏形式可用坝体材料不均匀系数η来判别：当η<10时易发生流土；当η>20时易发生管涌，允许坡降J=0.1；当10<η<20时不定，允许坡降J=0.2。该坝的坝体材料不均匀系数10<η<20，故其允许坡降应小于J=0.2。渗透坡降计算公式：式中：△H——逸出水深减下游水深；△L——计算长度，△L=L1=L-m2×H2。表4-4渗流逸出点坡降表经计算，各种工况均满足要求，因此认为不会发生渗透破坏。4.2坝体稳定分析4.2.1概述一．稳定分析目的保证坝体在自重、孔隙压力和外荷载作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝体连同地基的剪切破坏。二．破坏形式常见的滑动破坏形式有：圆弧滑动面，折线滑动面和复合滑动面。三．荷载作用面板堆石坝稳定计算考虑的荷载主要有自重和地震荷载力。四．稳定分析方法坝坡稳定分析的方法大致可分为强度分析法和刚体极限平衡法两大类。强度分析法是应用土力学理论通过某种数值计算（如有限单元法）求出土坝剖面内各点的应力分量，然后与土体具有的强度比较，以判定是否坍滑；刚体极限平衡法则根据坝体结构及坝基情况，假定滑动面形状，然后计算滑动面上是否具有足够抵抗滑动体坍滑能力，目前应用最广的仍是后一种方法。刚体极限平衡法依据滑动面形状不同，又可分为圆弧滑动法、折线滑动法和复式滑动法等。五．控制标准坝坡抗滑稳定的安全系数，应不小于下表规定的数值。表4-5坝坡抗滑稳定最小安全系数4.2.2计算方案选择混凝土面板堆石坝的坝坡一般在1:1.4左右，堆石体重量可达水平库水压力的6-7倍，因而坝体的整体抗滑稳定是足够的，稳定分析通常只针对上下游边坡，保证坝体在正常运用时不发生局部滑动破坏。由于面板堆石坝的防渗面板设于坝体上游面，其后堆石体透水性大，因而堆石体内侵润线很低，不存在水的渗透压力和孔隙水压力等问题。这对坝坡稳定非常有利。混凝土面板堆石坝稳定分析通常可采用折线法。图4-4非粘性土坝稳定分析图如图4-4所示，假定任意滑动面ADC，D点在上游水位线延长线上。将滑动体分为DEBC和ADE两块，各块重量分别为W1，W2，两块土体底面的抗剪强度分别为，。采用折线滑动静力学计算法，假定条块间的作用力为P1，其方向平行于DC面。则DEBC的平衡式为（4-8）ADE的平衡式为（4-9）以上两式中安全系数应相等，因此联立方程得。取，并令，；；；（4-10）并再将以上两式联解得（4-11）式中：（4-12）（4-13）（4-14）安全系数：（4-15）为求得坝坡的稳定安全系数，应假定不同的、和上游水位，即先求出在某一水位和下不同值时的最小稳定安全系数，然后在同一水位下再假定不同的值，重复上述计算可求出在这种水位下的最小稳定安全系数。一般还必须至少再假设两个水位，才能最后确定坝坡的最小稳定安全系数。注：1）对于坝体自重，在浸润线以上的土体按湿重度计算，浸润线以下、下游水位以上按饱和重度计算，下游水位以下按浮重度计算；2）坝体边坡的抗剪强度1=2=本设计中湿重度γ1=18.8（N/m3），饱和重度γ2=20.8（N/m3)，浮重度γ3=10.8（N/m3)。4.2.3工况选择正常运用情况下，包括水库蓄满水时下游坝坡的稳定计算，上游库水位最不利时上游坝坡的稳定计算，这种最不利水位大致在坝底以上1/3坝高处。稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，本设计中对上下游坡分别计算以下几种工况下的安全系数：上游坡：1）1/3坝高水位2）正常蓄水位3）正常蓄水位+七级地震下游坡：4）设计洪水位5）正常蓄水位6）正常蓄水位+七级地震4.2.4稳定计算1．计算过程公式推导如图4-5所示，线段AB为坝坡的平均边坡，设其坡度为m。建立如图所示x-y坐标系。图4-5稳定计算分析图易知,直线AD的方程为：，线AB的方程为：，直线DC的方程为：。各点坐标可表示为：A点坐标为（0，0）；B点坐标为（72.3m，72.3）；C点坐标为（（72.3-H）m1+m2H，72.3）；D点坐标为（m2H，H）；E点坐标为（m2H，72.3）；F点坐标为（m2H，m2H/m）；G点坐标为（mH，H）；I点坐标为（mh，h）；L点坐标为（m2h，h）。有以上坐标可得：EB=72.3m-m2H；BC=（72.3-H）m1+m2H-72.3m；DF=m2H/m-H；GD=m2H-mH；IL=m2h-mh；DE=72.3-H。最终得滑体块的重量为：（4-16）（4-17）以上式中：（4-18）（4-19）（4-20）（4-21）（4-22）为简化计算，本计算用Excel进行计算。有地震作用下的平衡式如下：（4-23）（4-24）在以下式中：；；；；；。a=F1×A1×C1-W1×A1×D1b=W2×F1-F2×E1+W1×C1×A1+F1×A1×D1+W1×B1×D1-F1×B1×C1c=-W2×E1-W1×B1-F1×B1×D1-F2×F1表4-6上游稳定分析表表4-7下游稳定分析表表4-8地震荷载稳定分析续由以上各表查得上下游各工况下的最小安全系数Kc如下表4-9所示：表4-9最小安全系数4.2.5计算结果分析在本设计方案中，大坝属于2级水工建筑物，正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数Kc=1.25，非常运用条件下的最小安全系数Kc=1.05，由表4-9可知本方案最小安全系数都符合工程要求。因此，本方案可行。4.3坝体沉降计算对于堆石坝体沉降变形的估算，目前多采用非线性有限元和工程类比等方法，前者由于计算模型本身和计算参数的准确性等问题，一般仅用于方案的比较中；后者由于各种条件的限制，也仅能是一种量级的估算，都只是一种近似的方法，一般采用下式对坝顶垂直沉降量进行经验估算：（4-25）式中：S2——待建坝坝顶的预计沉降值；S1——已建坝顶顶原型观测沉降量；E2——待建坝体的变形模量，可参照类似工程选用；E1——已建坝体的变形模量；H1、H2——分别为已建和待建坝的坝高。根据一般经验，设定此面板堆石坝坝体的压缩模量为90MPa，采用类比工程其沉降量计算成果列于表4-10。表4-10沉降计算表按上述工程类比可知：未来十年此面板堆石坝坝顶的最大沉降量可达到87.9598mm，小于坝高的0.4%。只要采取相应的措施，不会发生坝体的破坏。第5章坝基处理5.1基础处理5.1.1坝基处理河床部分的弱风化基岩埋深较浅,而两岸弱风化埋深较深;右岸在地面以下约20m,左岸在地面以下约30m。大部分趾板基础坐落在强风化岩上。因此,采用截水墙与帷幕灌浆防渗和加固趾板基础,两岸修建挡水墙以形成趾板与坝头的连接;同时进行固结灌浆加固基础。坝基趾板和截水墙防渗处理标准是岩石的透水率按5Lu控制。由于坝基弱风化岩埋藏较深,河床趾板部分采用灌浆处理,两岸趾板和左右坝头采用截水墙和基础灌浆联合解决坝基防渗。5.1.2趾板基础开挖为有利于周边缝附近面板应力的改善和延长趾板渗径的需要,沿趾板正向向下游延伸15m的铺盖,开挖至趾板等高程。趾板基础的开挖,要求采用小孔径、浅孔爆破,斜坡部分采用预裂爆破,趾板预留30cm的保护层人工撬挖,保证趾板基础岩面完整平顺,避免破坏原始岩体。趾板基础面不得欠挖,超挖不得超过20cm。由于河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大30m，综合考虑各种因素，决定采用防渗墙，并与截水槽相结合，防渗墙厚度取为2.5m。混凝土防渗墙对材料有如下要求：①应有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；②有一定强度，能满足压应力、拉应力和剪应力等各项强度的要求；③要求有良好的流动性、和易性以及在运输过程中不发生离析现象，且能在水下硬化，骨料粒径不宜过大等，以便于用导管法在泥浆下浇注。5.1.3灌浆施工趾板混凝土达到一定强度后，就进行固结灌浆，灌浆按顺序由河床往两岸施灌，孔距加密为2m，灌浆压力3kg/cm3。左岸吸浆量比右岸大。平均灌入水泥量为40.8kg/m。固结灌浆分段验收后格后进行帷幕灌浆，灌浆顺序也由河床往两岸，分三序施灌。6m～7m为一灌浆段，顺序自上往下，每延伸一灌浆段，灌浆压力递增13kg/cm3，孔口段为33kg/cm3，最大灌浆压力达9kg/cm3。吸浆量左岸大、右岸小，其主要原因是左岸弱风化岩埋藏深，灌浆段大部分处于强风化岩体内。经钻孔压水试验检查，灌浆后基岩透水率均小于5Lu。灌浆效果良好，完全符合设计要求。5.2细部构造设计5.2.1防渗体、排水设备坝体防渗体为混凝土面板，混凝土面板直接铺设在垫层的上游坡面上，起底边与浇筑在河床及两岸地基上的底座相连接，其顶边与防浪墙的底部相连接；坝基防渗体为混凝土防渗墙。本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。同时堆石坝下游有一定高的水位，因此不宜采用贴坡排水。褥垫排水伸入坝体内部，降低浸润线效果显著，但是对地基的不均匀沉陷的适应能力较差，本工程所在坝址处的坝基地质条件不适合使用该方案，因此设计采用棱体排水方案。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位0.75m为原则。下游校核洪水时下游水位224.2m，因此，棱体顶面高程最后取为225.2m，参考以往工程经验，堆石棱体内坡取1:1.3，外坡取1:1.5，顶宽取2.0m。5.2.2护坡设计为防止雨水冲刷，风浪，冰层和水流、动物、冻胀干裂等对坝的破坏，下游设置浆砌石护坡，水平厚度取为0.3m，底部设0.2m的垫层，高度做到排水顶部。5.2.3坝顶设计国内外的面板坝普遍都在其顶部上游侧设置不透水的挡墙，其形状为L状，既起挡水作用，又起挡土作用，也是防浪墙。挡墙延伸到两岸与坝头基岩或结构物相连接，形成完整的防渗体系。因此也是坝体防渗结构的一个组成部分。挡墙与面板间的接缝应按周边缝处理，止水结构必须可靠。为减少防洪超高和风浪超高所需的坝体高度，常用高度较大的防浪墙，以减少堆石的填筑量和面板的面积，防浪墙太高墙本身和坝顶细堆石料填筑的费用都将增加，墙高要和减少堆石填筑量节省的费用比较，以达到经济的墙高。本设计中取高度为5m，防浪墙高出坝顶高度1m。为安全和防止将坝顶下游边缘石块蹬掉，坝顶下游侧设护栏；顶设置黄泥灌浆碎石路面，坝顶向下游设2%横坡以便汇集雨水，并设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游。5.2.4反滤层设计设置反滤层可以阻止细颗粒流失，防止排水被细颗粒淤塞，但由于面板堆石坝堆石透水性较好，材料粒径相对较大，小粒径材料比例较小，设计中可适当降低要求，并在本设计中采用两层反滤层。设置在排水棱体与坝体及坝基之间。第6章溢洪道设计6.1泄水方案选择在水利枢纽中常用的泄水方案主要有：河岸溢洪道，泄水隧洞以及坝身溢流。由于本设计方案是混凝土面板堆石坝，因此在进行方案选择时率先排除了坝身溢流，又结合坝址地形，最终确定使用河岸溢洪道泄洪。6.2溢洪道选线溢洪道从进口到出口存在平面上和剖面上选线与定位问题。它关系到工程造价和运用可靠性，应根据溢洪道的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置以及对周边环境影响等因素。本工程中枢纽布置于河弯地段，从地形上来看，左岸山坡陡于右岸，且地形较为复杂，水流条件不好，所以溢洪道应该布置于右岸；从地质来看该山梁除了表面有一层较深的风化岩外，下部大部分为坚硬玄武岩，强度较高，岩体中夹杂几条破碎带，但走向大多数与隧洞轴线成较大角度。因此将溢洪道以及引水发电隧洞布置于右岸凸出的山梁中。6.3溢洪道设计6.3.1引水渠段设计设计原则1.渠内水流流速1.5≦v≤3.0m/s，2.边坡坡度m=0.3，3.导墙长度为堰顶水头的5-6倍，为35m，墙顶高程可与最高洪水位平。4.衬砌厚度需20-30cm。二．基本公式A=（B+mh)h；v=q/A。由调洪演算可知堰顶宽度为B1=75m，h=6.4m，q=2020m3/s，v=3.0m/s.m=0.3带入公式计算得b=103m。因此确定引水渠底宽度为b=103m，长度L=150m，边坡坡度m=0.3，渠底高程距堰顶为6.4m。渐变段：断面为矩形，长80米，底坡1:50。6.3.2控制堰段设计控制堰段的形式，基本尺寸和布置形式是溢洪道泄流能力的决定性因素。本方案中控制堰为实用堰，采用WES剖面。定型设计水头，按堰顶的最大作用水头Hmax的65%～94%计算：Hd=（0.65-0.94）Hmax=5m（1）堰顶上游段采用三段圆弧相连，半径依次为堰顶下游段曲线方程：6.3.3泄槽段设计根据不同工程条件，沿水流方向泄槽在平面上可能有多种布置方式。可以是直线等宽布置，也可以是收缩式，扩散式，有时也可能要设置弯段。设计要求：1.横断面内流速分布均匀。2.冲击波对水流扰动影响小。3.在直线段和弯段之间，可设置缓和过渡段。4.为降低边墙高度和调整水流，宜在弯道及缓和过渡段渠底设置横向坡。5.矩形断面弯道的弯道半径宜采用6～10倍泄槽宽度据已建工程拟收缩段收缩角θ=11°，首端底宽与控制堰同宽，b1=75m，末端底宽b2拟为50m，断面取为矩形，则渐变段长，取整则L1为60m，底坡。泄槽段上接渐变段下接出口消能段，拟定断面为矩形，宽50m，长300m，低坡。6.3.4泄槽衬砌构造泄槽衬砌的目的是防止冲刷，保护岩石不受风化，也避免高速水流钻入基岩裂隙以致掀起岩石。本设计中溢洪道布置在岩基上，一般采用混凝土衬砌，取厚度为0.3m。由于是混凝土衬砌，因此需设置横向和纵向温度缝，间距为10m，衬砌表面设置温度钢筋网，含筋率为0.2%。衬砌与基岩之间用锚筋连接，在平面上为梅花形布置，间距为2m，钢筋为直径25mm的螺纹钢。为了降低水库向下游渗流的扬压力，衬砌下需布置排水沟。6.3.5消能段设计溢洪道的常用消能方式是鼻坎调流效能或消力池底流消能。溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。挑流参数：鼻坎高程按高于下游水位2.0m，即为232.5+2=234.5m；根据以往经验，挑角取为θ=29°；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=16m，相应坎高a=2m。尾水渠其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L=10m护坦。6.4溢洪道水力计算水力计算包括引水渠水头损失计算、溢洪道水面线计算和出口段消能计算等。6.4.1引水渠水头损失计算基本公式；；；。式中：hj——局部水头损失，m；hf——沿程水头损失，m；——局部水头损失系数；——引渠流速，m/s；g——重力加速度（m/s2）；L——引渠长度，m；——动能系数，一般为1.0；C——谢齐系数；R——水力半径，m；A——过水断面面积，m2；x——湿周，m；n——引渠糙率；；。式中：——淹没系数，取1.0；m——实用堰的流量系数为0.502；b——堰宽，m；H0——包括行近流速水头的坎上水头，m；Q——流量，m3/s。——侧收缩系数取为1；求堰前水深和堰前引水渠道流速采用式算法，联立公式可求得，具体计算见表6-1。表6-1流速计算表由计算表6-1流速可知，均小于3m3/s，满足要求。求引水渠总水头损失。，，；式中=0.1（渠道匀缓进口，局部水头损失系数采用0.1）。具体计算成果见表6-2表6-2总水头损失作出库水位与流量关系。库水位=堰顶高程+堰上水头+水头损失，具体计算见表6-3.表6-3库水位与流量关系6.4.2溢洪道水面曲线计算基本公式；式中：hk——临界水深，m；b——泄槽首端宽度，m；Q——槽内泄量，m3/s；g——重力加速度，m/s2；q——单宽流量，m3/s.m；BK——相应临界水深的水面宽，m；ik——临界坡降；AK，XK，RK，CK——临界水深时对应的过水断面积（m2）、湿周（m）、水力半径（m2）、谢齐系数。E1+iL=E2+hf，，；式中：E1——1-1断面的比能，m；E2——2-2断面的比能，m；h1，h2——1-1及2-2断面水深，m；——1-1及2-2断面平均流速，m/s；hf——沿程水头损失，m；iL——1-1及2-2断面的底部高程差，m；L——断面间长度，m；n——泄槽糙率；——两断面间平均流速，m/s；——两断面间平均水力半径，m。渐变段水面线计算（1）临界水深hk及临界底坡ik渐变段首端宽b1=75m，尾端宽b=50m，断面为矩形。具体见表6-4：表6-4临界水深及底坡计算渐变段，故属陡坡急流，槽内形成bⅡ型降水曲线。属明渠非均匀流计算。渐变段水面线计算渐变段计算过程见表6-5。表6-5渐变段水面线计算有计算得渐变段末端水深分别为h设=4.36m，h校=5.50m。泄槽段水面线设计泄槽段断面为矩形，宽50m，长300m，i=1:10。（1）临界水深hk和临界坡降ik表6-6临界水深及临界坡降计算，故泄槽属于急流，按陡槽计算。泄槽段末端水深——采用式算法。末端水深具体计算见表6-7表6-7末端水深计算经试算，设计水位时，h。=1.27m；校核洪水位时，h。=1.66m。（3）泄槽段水面线计算采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算见表6-8。表6-8泄槽段水面线计算溢洪道水面线成果及护砌高度。计算溢洪道水面线是为确定边墙高度、边墙及衬砌底板的结构设计和下游消能计算提供依据。（1）溢洪道边墙高度计算公式为：；h——不掺气时水深，m；——当流速大于7~8m/s时掺气增加水深，m；△——安全超高，设计时取1.0，校核时取0.7,m；H——边墙高度，m。边墙高度计算表6-9引水渠边墙高计算控制堰边墙高度与引渠等高。设计水位时，边墙高度H=5.60m；校核水位时，边墙高度H=6.88m，取6.9m。表6-10收缩段边墙高表6-11泄槽段边墙高出口消能计算溢洪道出口消能计算的任务是：估算下泄水流的挑射距离；选择挑流鼻坎形式，确定挑流鼻坎方式、反弧半径、挑射角等尺寸，以保证达到最优消能效果，估算下游冲刷坑的深度和范围。计算公式：；。式中L——挑距，m；v1——坎顶水股断面中心点上水流质点的流速，其值近似取陡槽末端的流速，m/s；θ——鼻坎挑射角度；g——重力加速度，m/s2；h1——坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m；S2——坎顶距下游水面线垂直距离，m；ts——冲坑中最大水深，m；K——岩石冲刷系数；Z——（堰项高程+堰顶水深+堰顶流速水头）+下游水位，m；q——单宽流量，m3/s.m；t——下游水深，m，下游无水，t=0；——入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程式求得：即。挑距计算表6-12挑距计算校核冲刷坑范围设计情况校核情况因此冲坑不会危及挑坎安全。结语关于面板堆石坝的设计，没有多少成熟的理论，更多的是工程实践经验，因此在设计面板堆石坝的过程中，实在的计算并不多，大多都是根据规范和实际工程经验取值。因此，花在计算的时间不是很多，而更多的时间被用在找各种施工规范上。由于课本对于面板堆石坝的介绍比较少，因此需要查询各种资料，来对坝体进行设计。在今半学期的设计中，让我对大学所学专业知识进行了一次大的综合运用，让自己掌握了设计过程中所用到的知识。通过本次设计，也让我对于Word，excel及cad有了更近一步的了解，增强了对于软件的掌握程度。在设计过程中有问题是正常的，当我们遇到难题时，我们积极和老师交流并运用互联网用最短时间将问题解决。现在设计已近尾声，非常感谢老师和同学们对我的帮助。四年时光已近消逝，我非常珍惜这最后和同学们及老师在一起的时光。相信以后，当你我回首往事时，这段时光是我们最美好的。专题：河岸溢洪道的适用条件摘要：本文介绍了河岸溢洪道的类型、特点、结构组成、孔口拟定、消能防冲等方面，并对以上方面进行了详细分析。关键词：河岸溢洪道，衬砌，溢流堰，泄槽为了宣泄水库多余的水量，防止洪水漫坝失事，确保工程安全，以及满足放空水库和防洪调节等要求，在水利枢纽中一般都设有泄水建筑物。常用的泄水建筑物有深式泄水建筑物和溢洪道。河岸溢洪道一般适用于土石坝、堆石坝等水利枢纽。河床溢洪道即溢流坝，通常用于重力坝枢纽。河岸溢洪