混凝土面板堆石坝设计毕业

大学学士学位论文第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（℃）月份123456789101112平均气温4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-2平均温度天数月份天数气温123456789101112＜0℃61.20.3000000003.10～30℃2526.830.7303130313130313027.9＞30℃000000000000（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月份天数气温123456789101112＜5mm2.62.24.34.27.08.611.58.59.69.54.84.35～10mm0.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.110～30mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.14）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频率设计代表年径流年年内分配6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月10%27057884269541671526316210178.178.012725%35336898349446233522015011771.552.182.550%27752761851032519816813397.362.057.760.175%37234842335919230716510079.344.457.729.090%15037250130918711510167.274.149.851.452.5表1-5坝址设计洪水成果表频率0.05%1%2%5%10%流量（m³/s）23201680142011801040表1-6分期设计洪水洪峰成果表站名（坝址）分期各级频率P(%）设设计值（m³/s）5102050虞江坝址3个月（2月～4月月）4873712721654个月（1月～4月月）5184143172065个月（1月～5月月）12109467083666个月（12月～翌翌年5月）149012008964407个月（12月～翌翌年6月）237017701310843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）集水面积(km²）多年平均流量(m³/s）多年平均年悬移质质输沙量(万t）多年平均年推移质质输沙量(万t）多年平均悬移质含含沙量(kg/m³）最大年平均悬移质质含沙量最小年平均悬移质含沙量含沙量(kg/m³）年份含沙量(kg/m³）年份28875265(242）4240(4080）63.6(286）5.08(5.35）11.819862.7519801.3.3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水库水位库容曲线高程（m）211215220225230235240245250255260265270275面积（万m2）01.16491141972723484555486487498519581065库容（万m3）02.32128536131524884038604685541154415035190332355528612表1-9洪峰流量和时间表时间（t）洪峰流量（m³//s）时间（t）洪峰流量（m³//s）048.6391250354421000663.4545750976.95485001297.25135015137.75430018234.9572502145960216241147.563175.5272592661353019506994.53316507256.73614501.3.6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库水位Z（m）总库容V总（万m3）堰顶以上库容V（万m3）V/△t(m3/s))q(m3//s)q/2(m33/s)V/△t+q/2((m3/s))27019033.000.0044.1022.0522.0527119947.4914.4846.67164.1082.05928.7227220848.81815.81681.30383.51191.761873.0527321816.22783.22577.04667.64333.822910.8627422465.63432.63178.331004.10502.053680.3827523555.04522.04187.041385.74692.874879.9127624586.45553.45142.041807.73903.876045.9027725537.86504.86022.962266.531133.277156.2327826569.27536.26977.962759.391379.708357.6627927630.68597.67960.743284.101642.059602.7928028612.09579.08869.443838.831919.4210788.866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调洪计算表(P==1%)时间t（h）入库流量Q(m33/s)平均入库流量(mm3/s)V/△t+q/2((m3/s))q(m3/s))库水位Z（m）089.91109.77368.1789.91270.483129.63190.27388.0391.04270.486250.90275.47487.2699.80270.529300.04328.79662.93123.73270.6012357.54375.31867.98174.31270.7915393.08421.311068.98224.87270.9818449.53471.491265.41275.22271.1621493.44547.801461.68326.45271.3424602.17764.731683.03385.34271.5527927.291007.272062.42489.01271.91301087.241238.832580.68636.20272.42331390.421474.053183.31815.46273.01361557.691599.503841.901021.34273.66391641.321660.664420.061210.66274.23421680.001545.664870.071363.56274.67451411.331291.105052.171426.82274.85481170.881071.044916.461379.60274.7251971.20892.274607.901273.89274.4154813.34725.534226.281146.31274.0457637.71600.073805.501009.69273.6260562.44524.283395.88880.78273.2263486.12457.373039.39771.86272.8666428.62400.402724.90678.31272.5669372.172446.99597.61272.29表2-3校核洪水情况下，水库半图解法调洪计算表调洪计算表(P==1%)时间t（h）入库流量Q(m33/s)平均入库流量(mm3/s)V/△t+q/2((m3/s))q(m3/s)库水位Z（m）0124.16151.59626.95124.16270.613179.02262.75654.38121.65270.606346.48380.41795.49156.31270.739414.34454.041019.58212.36270.9312493.74518.281261.26274.15271.1615542.83581.801505.40337.99271.3818620.78651.101749.21403.17271.6221681.42742.051997.14470.92271.8524802.691041.622268.27546.70272.11271280.551390.992763.19689.57272.59301501.431710.773464.61902.12273.28331920.102035.594273.251161.82274.08362151.092208.845147.021460.08274.94392266.582293.295895.781730.24275.67422320.002134.496458.831942.26276.20451948.971782.956651.062016.39276.38481616.931479.056417.621926.48276.16511341.181232.185970.191757.82275.74541123.191001.925444.551565.82275.2357880.65828.674880.651367.21274.6860776.70724.014342.111184.66274.1563671.31631.613881.451034.04273.7066591.91552.933479.03906.62273.3069513.953125.34797.84272.95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方案溢流坝宽度B工况Q（m3/s）上游水位高Z（mm）超高△z（m）一38设计1250277.47.4校核1750279.49.4二50设计1310276.46.4校核1851278.28.2三60设计1370275.95.9校核1950277.47.4四75设计1427274.94.9校核2020276.46.4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：如对对渗漏量要求求高低，上、下下游水位变动动情况，分期期建设等；7．坝及枢纽的总工工程量、总工工期和总造价价。所选坝轴线处河床床冲积层较深深，两岸风化化岩透水性深深，基岩强度度低，且不完完整。从地质质条件看不宜宜修建拱坝。支支墩坝本身应应力较高，对对地基的要求求也很高，在在这种地质条条件下修建支支墩坝也是不不可行的。较较高的混凝土土重力坝也要要求建在岩石石地基上。通通过对各种不不同的坝型进进行定性分析析，综合考虑虑地形、地质质条件、建筑筑材料、施工工条件、综合合效益等因素素，最终选择择土石坝方案案。3.2枢纽总体布布置3.2.1枢纽建筑筑物组成本设计根据当地的的地形、地址址以及水文等等多方面的因因素，最终选选定枢纽的建建筑物组成为为：1．挡水建筑物：面面板堆石坝2．泄水建筑物：河河岸溢洪道3．水电站建筑物：：包括引水隧隧洞、调压井井、压力管道道、电站厂房房、开关站等等。3.2.2枢纽布置置1．挡水建筑物———面板堆石坝坝挡水建筑物按直线线布置，坝布布置在河湾地地段上。2．泄水建筑物———河岸溢洪道道泄洪采用河岸溢洪洪道方案，溢溢洪道布置在在大坝右岸。3．水电站建筑物引水隧洞、电站厂厂房布置于凸凸岸，由于风风化岩层较深深，厂房布置置在开挖后的的坚硬玄武岩岩上，开关站站布置在厂房房旁边。3.3土石坝坝型型选择影响土石坝坝型选选择的因素很很多，最主要要的是坝址附附近的筑坝材材料，还有地地形地质条件件、气候条件件、施工条件件、坝基处理理、抗震要求求等。应选择择几种比较优优越的坝型，拟拟定剖面轮廓廓尺寸，进而而比较工程量量、工期、造造价，最后选选定技术上可可靠、经济上上合理的坝型型。本设计限限于资料只作作定性分析确确定土石坝坝坝型选择。均质坝材料单一，施施工简单，但但坝身粘性较较大，冬雨季季施工较为不不便，且无足足够适宜的土土料来作均质质坝，故均质质坝方案不可可行。塑性斜墙坝（用砂砂砾料作为坝坝壳，以粘土土料作防渗体体设在坝体的的上游做斜墙墙）的斜墙与与坝壳两者施施工干扰相对对较小，工期期较短，但对对坝体、坝基基的沉降比较较敏感，抗震震性能较差，易易产生裂缝；；塑性心墙坝坝（用砂砾料料作为坝壳，以以粘土料作防防渗体设在坝坝剖面的中部部做心墙）与与斜墙坝相比比工程量相对对较小，适应应不均匀变形形，抗震性能能较好，但要要求心墙粘土土料与坝壳砂砂砾料同时上上升，施工干干扰大、工期期长。由于本本地区粘性土土料自然含水水量较高，不不宜大量采用用粘性土料，故故本设计中不不考虑。鉴于该河流本流域域大部分为山山岭地带，山山脉、盆地相相互交错于其其间，地形变变化剧烈，流流域内支流很很多，但多为为小的山区河河流，地表大大部分为松软软沙岩、页岩岩、玄武岩及及石灰岩的风风化层，汛期期河流含沙量量较大，冲积积层较厚，两两岸有崩塌现现象。堆石坝坝坝坡较陡，工工程量较小，施施工干扰相对对较小且对不不同坝址气候候条件和地形形地质条件都都具有较强的的适应性；又又为利用当地地的天然建筑筑材料等有效效资源，减少少外来建筑材材料的供应，故故本工程采用用面板堆石坝坝坝型的设计计。3.4大坝轮廓拟拟定大坝剖面轮廓尺寸寸包括坝顶高高程、坝顶宽宽度、上下游游坝坡、面板板和趾板设计计等。3.4.1坝体剖剖面设计1.坝顶高程根据《碾压式土石石坝设计规范范》（SL274—2001）（以下简简称“规范”）规定，坝坝顶高程分别别按照:①正常蓄水位位加正常运用用条件下的坝坝顶超高、②设计水位加加正常运用条条件下的坝顶顶超高、③校核水位加加非常运用下下的坝顶超高高进行计算，因因该地区地震震烈度为7，故还需考考虑正常蓄水水位加非常运运用时的坝顶顶超高再加上上地震涌浪高高度，最后取取以上四种工工况最大值，同同时并保留一一定的沉降值值。涉及的坝坝顶高程是针针对坝沉降以以后的情况而而言的，因此此，竣工时的的坝顶高程应应预留足够的的沉降量。根根据以往工程程经验，土石石坝预留沉降降量一般为坝坝高的0.4%。坝顶高程在水库正正常运用和非非正常运用期期间的静水位位以上应当有有足够的超高高，以保证水水库不漫顶，其其超高值△h由下式而定定：（3-1）式中：△h——坝坝顶在水库静静水位以上的的超高，m；R——最大波浪在坝坡上上的爬高，m；e——最大风浪引起坝前前壅高，m；A———安全超高，m。（1）最大波浪爬高RR由官厅水库公式：：（3-2）（3-3）（3-4）式中：———该流域最大大风速，取18m/s；——该流域最大吹程，取15km；——波浪入射角的折减减系数取0.96；——混凝土护面取0..9；——查表得取1.1。——的表达式如下下：（33-5）（3-6）（3-7）拟取定m=1.44，经计算得得=453，则取累积积频率10%的波高。由4-5至4-7计计算得=2..17m，m，由于该坝级别为33级，正常运运用情况下的的安全加高A=0.77m，非常情况况下的安全加加高A=0.44m。坝顶高程的计算：：1.设计洪水位加正常常运用情况的的坝顶超高：：=274.9+44.14+00.03+00.7=2779.77mm2.正常蓄水位加正常常运用情况的的坝顶超高：：=270+4.114+0.003+0.77=274..87m3.校核洪水位加非正正常运用情况况的坝顶超高高：=276.4+44.14+00.03+00.4=2880.97mm由以上可得坝顶高高程为2800.97m。由平面布布置图可知坝坝址处河床高高程为2166m,向下开挖6m清除砂卵石石覆盖层，则则坝高为2880.97--216+6=70.977m考虑到要预预留0.4%的沉降，则则坝高为700.97（1+0.44%）=71.255m，取最大坝坝高为71..3m，坝顶高程程为281..3m，坝高为2881.3-216+6=71.3m。2.坝顶宽度坝顶宽度主要取决决于交通、运运行、施工、构构造、抗震、防防汛及其他特特殊要求。当当无特殊要求求时，对高坝坝坝顶最小宽宽度可选用88m，对中低坝坝可选用8m。当坝顶有有交通要求时时，其宽度应应按照道路等等级要求遵照照交通部门的的有关规定来来确定。又坝坝高大于70米，属于中高坝。综合合考虑各因素素，本设计方方案坝顶宽度度采用8m。3.上下游边坡与马道道土石坝坝坡的陡缓缓直接影响着着工程的安全全性与经济性性，因而在选选择时应特别别重视。坝坡坡的确定，常常需综合考虑虑坝型、坝高高、坝的等级级、坝体及坝坝基材料的性性质、所承受受的荷载、施施工和运用条条件等因素。一一般参照已建建成类似工程程经验拟定坝坝坡，再经过过计算分析逐逐步修改确定定。在满足稳稳定要求的前前提下，应尽尽可能使坝坡坡陡些，以减减少坝体工程程量。土石坝坝上游坝坡长长期浸泡于水水中，土的抗抗剪强度下降降，会降低坝坝体的稳定性性。所以当材材料相同时，上上游坡常比下下游坡缓，对对于同一侧的的坝坡，水下下部分常比水水上部分缓，钢钢筋混凝土面面板堆石坝比比土坝陡。本设计中，上游坡坡率取1.4；下游坡率率为1.3,下游每隔300m设置马道。设设置马道有利利于坝坡稳定定，防止坝面面冲刷，便于于观测和检修修、设置排水水设备，也可可作为交通之之用，考虑这这些因素其宽宽度取为2.0m。3.4.2坝体分区设计混凝土面板堆石坝坝以堆石体为为支承结构，采采用混凝土面面板作为坝的的防渗体，并并将其设置在在堆石体上游游面，它由防防渗系统、垫垫层、过渡层层、主堆石体体、次堆石体体等组成。一、坝体材料分区区原则坝体中应有畅通的的排水通道且且坝料之间应应满足水力过过渡的要求，各各区坝料的透透水性宜按水水力过渡要求求从上游向下下游增加，下下游堆石区下下游水位以上上的坝料不受受此限制；坝坝轴线上游侧侧坝料应具有有较大的变形形模量且从上上游到下游坝坝料变形模量量可递减，以以保证蓄水后后坝体变形协协调，尽可能能减小对面板板变形的影响响，从而减小小面板和止水水系统遭到破破坏的可能性性；充分合理理利用枢纽的的开挖料，以以达到经济的的目的。二、坝体分区设计计根据分区原则，坝坝体从上游向向下游依次分分为：混凝土土面板（F）、垫层区（22A）、过渡渡区（3A）、主堆堆石区（3BBⅠ、3BⅡ）、下游次次堆石区（33C）及下游游护坡（3DD）。三、坝体填料设计计1.上游铺盖区（1AA）（细粉砂砂铺盖区）面板堆石坝设计规规范要求1000m以上的的高混凝土面面板堆石坝，在在面板下部的的上游侧设置置上游铺盖区区，而本设计计坝体高度为为73m属于中坝，因因此不需设专专门的上游铺铺盖区。2.垫层区（2A）垫层区位于混凝土土面板的底部部，主要为混混凝土面板提提供一个均匀匀的、稳定的的、具有低压压缩性的优良良基础，将作作用于面板上上的库水压力力较均匀的传传递给下游的的过渡区和堆堆石区，同时时又缓和下游游堆石体变形形对面板的影影响，改善面面板应力状态态，因此，垫垫层应为高密密实度而又具具有一定塑性性的堆石层。同同时，垫层与与面板直接接接触，垫层本本身在水压力力作用下产生生的变形对面面板影响更大大，故还应具具有尽可能大大的变形模量量；为使垫层层具有一定程程度的临时面面板作用，以以挡汛期洪水水，还需有低低透水性。有有时也作为坝坝体防渗的第第二道防线，是是最为重要的的一个区。垫层料由坝址上游游约200m处正开采的新新鲜灰岩岩料料和碎石加工工而成。设计计要求最大粒粒径为80mm，小于于5mm的颗颗粒含量为440%-500%，小于0.0075mmm的颗粒含量量为＜10%，级配连续续。设计干密密度2.211g／cm3，孔隙率155-20%，渗透系数数K=1×110-4cm／s，允许渗透透坡降J＞70。上下游游水平宽度均均为3m，垫层施工工的每层铺筑筑厚度40..0cm，用用10t振动碾碾压4遍以上。为为了改善坝体体与岸坡的连连接，在坝基基部位垫层向向下游延伸00.3H（H为该处作用用水头）。3.特殊垫层区（2BB）周边缝下游侧的特特殊垫层区，宜宜采用最大粒粒径小于400mm且内部稳定定的细反滤料料，薄层碾压压密实，以尽尽量减少周边边缝的位移。同同时对缝顶粉粉细砂、粉煤煤灰等能起到到反滤作用。4.过渡区（3A）过渡区（3A）位位于垫层区（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。设计中采用新鲜的的灰岩及砂砾砾岩夹砾配合合而成的材料料填筑，最大大粒径为3000mm，小小于5mmm的颗粒含量量为11.55%～25.5%%，且级配连连续，压实后后应具有低压压缩性和高抗抗剪强度，孔孔隙率为188%-20%%，水平宽度3m，等宽布置置。5.主堆石区（3B）位于坝轴线上游部部位，对于主主堆石区，堆石级配最最大粒径不得得超过压实层层厚度和小于于5mm颗粒粒含量不宜大大于20%。主堆堆石区为大坝坝主要支撑体体的一部分，兼兼作坝体排水水体。为新鲜鲜灰岩料。最最大粒径600mmm，小于5mmm的颗粒含含量小于155%，小于0.0075mmm的颗粒含量量小于5%。设计干密密度1.888g／cm3，孔隙率200%，铺料厚度度80.0cm。6.次堆石区（3C）次堆石料位于坝体体下游干燥部部位，采用砂砂砾料及其他他建筑开采的的弃料。级配配连续，最大大粒径8000mm，小于于5mm的颗颗粒含量小于于35%，小于于0.0755mm的颗颗粒含量小于于5%。设计干密密度1.700g／cm3，孔隙率211.6%，次次堆石区离坝坝轴线6m，顶高程为为276m，底高程为2116m，分区面坡度度0.6。7.下游护坡（3D）下游护坡保护坝体体下游坡面，增增强坝体的抗抗滑稳定性。下下游护坡采用用新鲜平整的的超径大石，填填筑厚度为11m。3.5混凝土面板板、趾板设计计3.5.1面板设计面板是堆石坝防渗渗系统的重要要组成部分，长长期在高水力力梯度作用下下工作，因此此混凝土面板板应具有较高高的防渗性能能，抗渗标号号一般不低于于W6。为使面板板适应这种变变形防止产生生较大的弯曲曲应力，混凝凝土应有一定定的强度。一一般可采用28天强度为20MPa的混凝土。1.面板厚度：面板计算算公式：（3-8）式中：a——坝顶顶处面板厚度度，一般a=0.33m；b——系数，一般取b==0.0011-0.00037。最终取t=0.33+0.0003H。由于本方案坝高为为72.3mm,属于中低坝坝，因此采用用0.3m等厚的面板板。2.面板分缝单块面板宽度通常常为12m，本设计中中单块面板宽宽度采用122m。在需要布布置垂直缝部部位的面板采采用相对较窄窄宽度的面板板，采用面板板宽度6m，以利于滑滑模施工。3.面板配筋面板宜采用单层双双向钢筋，钢钢筋宜置于面面板截面中部部，每向配筋筋率为0.3％～0.4％，水平向向配筋率可少少于竖向配筋筋率。4.面板混凝土面板混凝土应具有有优良的和易易性、抗裂性性、抗渗性和和耐久性。所所以本大坝面面板混凝土强强度等级为C25；面板混凝凝土的抗渗等等级应为W10。面板混凝凝土宜采用#525硅酸盐水泥泥或普通硅酸酸盐水泥，宜宜掺用粉煤灰灰或其他优质质掺合料同时时粉煤灰的质质量等级不宜宜低于Ⅱ级，粉煤灰灰掺量宜为15％～30％，面板混混凝土应掺用用引气剂，并并同时掺用高高效减水利或或普通减水剂剂。面板混凝凝土应采用二二级配骨料，石石料最大粒径径应不大于40mm。面板混凝凝土的水灰比比，温和地区区应小于0.50。面板混凝土防裂措措施面板建基面应平整整，不应存在在过大起伏差差、局部深坑坑或尖角，侧模应平直直。（2）面板混凝凝土配合比中中应采用优质质外加剂和掺掺合料，降低低水泥用量和和用水量，减减少水化热温温升和收缩变变形。（3）面板混凝凝土宜在低温温季节浇筑，混混凝土人仓温温度应加以控控制，并加强强混凝土面板板表面的保湿湿和保温养护护，直到蓄水水为止，或至至少90d。（4）面板混凝凝土浇筑至坝坝顶后，宜至至少间隔28d再浇筑防浪浪墙混凝土。（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系统的一部分分，它是坝身身防渗体和坝坝基防渗体的的连接结构。1．趾板布置设计(1)趾板宽宽度：岩石地地基上的趾板板宽度按容许许水力梯度确确定。趾板的的宽度b取决于作用用水头H和基岩性质质，要求水力力坡降J=H/b不超过容许许值(弱风化岩石石地基容许水水力梯度为10-200)经计算：趾趾板宽度为4.0m。(2)趾板厚厚度：根据《混混凝土面板堆堆石坝设计规规范》规定：：岩基上趾板板厚度可小于于其连接的面面板厚度，最最小设计厚度度应不小于0.3m。所以，趾趾板厚度取00.4m。(3)趾板上上游面垂直于于面板底面的的高度a：规范规定a应不小于0.8m，因此，取a=1m。(4)面板与与趾板处于同同一平面时，为为便于面板的的无轨滑模施施工，趾板宜宜提供不小于于0.6m的息止长度度，所以取息息止长度为1.0m。2.趾板混凝土根据水工设计规范范，趾板混凝凝土可采用与与面板混凝土土一样的标准准。趾板混凝凝土应具有优优良的和易性性、抗裂性、抗抗渗性和耐久久性。所以本本大坝趾板混混凝土强度等等级为C25；趾板混凝凝土的抗渗等等级应为W10。趾板混凝凝土宜采用#525硅酸盐水泥泥或普通硅酸酸盐水泥，宜宜掺用粉煤灰灰或其他优质质掺合料同时时粉煤灰的质质量等级不宜宜低于Ⅱ级，粉煤灰灰掺量宜为15％～30％，趾板混混凝土应掺用用引气剂，并并同时掺用高高效减水利或或普通减水剂剂。趾板混凝凝土应采用二二级配骨料，石石料最大粒径径应不大于40mm。面板混凝凝土的水灰比比，温和地区区应小于0.50。3.趾板配筋设计趾板宜采用单层双双向钢筋，每每向配筋率可可采用0.33%～0.4%。岩岩基上趾板钢钢筋的保护层层厚度为100cm～15cm。趾板应用锚锚筋与基岩连连接，锚筋参参数可按经验验确定。趾板板建基面附近近存在缓倾角角结构面时，锚锚筋参数应根根据稳定性要要求或抵抗灌灌浆压力确定定。4．趾板分缝设计目前有些工程沿趾趾板长度方向向在一般地段段不设永久伸伸缩缝，施工工缝间钢筋穿穿过，不设止止水，可简化化周边缝结构构，方便施工工。但本工程程地形复杂，趾趾板在地形变变化处或转弯弯处为适应趾趾板基础的不不均匀沉降需需设伸缩缝，间间距视其地形形变化而定。为加强趾板与基础础的连接，保保证趾板在固固结和帷幕灌灌浆压力及其其它外力作用用下的稳定，并并组成完整封封闭的防渗系系统，趾板用用锚杆锚固在在基岩上，锚锚杆直径为28mm，深入基岩岩锚固深度5m，孔、排双双向间距1.5m，呈梅花形形布置。5.防渗墙与连接接板设计坝基覆盖层防渗采采用混凝土防防渗墙。参照照已建工程经经验，并结合合施工要求和和设计规范，拟拟定厚度为2.5m，并将插入入基岩1m。同时，防防渗墙与趾板板之间设置宽4m的混凝土连连接板，保证证防渗墙与趾趾版之间为柔柔性连接。3.6分缝止水设设计大坝分周边缝、面面板垂直缝、面面板与趾板间间水平缝、防防浪墙沉降缝缝和施工缝等等。接缝止水水设计的原则则：能适应接接缝处的位移移和满足防渗渗要求，有利利于施工及保保证质量，各各道止水间应应形成统一的的防渗系统。3.6.1周边缝周边缝容易成为渗渗漏通道，是是面板坝最重重要的接缝。结结合我国面板板坝的经验，低低坝和50m以下中坝可可以只采用一一道底部止水水；中坝及100m以下高坝宜宜设置底、顶顶部两道止水水；100m以上的高坝坝宜选用底、顶顶部两道止水水或底、中、顶顶部三道止水水。本次设计中，大坝坝应设底部铜铜止水片，并并可在缝中部部或缝顶部设设一种止水。中中部止水是PPVC止水带带或橡胶止水水带，缝顶部部止水是无黏黏性或柔性填填料。底部铜铜止水片、中中部PVC或橡胶胶止水带、缝缝顶柔性填料料应自成封闭闭的止水系统统，或将中部部止水带和顶顶部柔性填料料连接至垂直直缝的铜止水水片上，实现现封闭。铜止止水片的底部部应设置垫片片。周边缝内内部应设置沥沥青浸渍木板板或其他有一一定强度的填填充板。3.6.2面板分缝为使面板易于伸缩缩以适应堆石石体变形并减减小结构拉力力和温度应力力，通常将面面板分成若干干条块，相邻邻条块间内设设止水，即伸伸缩缝。每一一条块从上到到下为一整体体结构，便于于面板浇筑时时采用滑模施施工。面板条条块分缝的水水平间距取决决于堆石体变变形和温度应应力大小、坝坝址河谷横剖剖面形状及施施工条件等因因素，一般为为12-188m，本设计中中，两岸岸坡坡较陡处的条条块缝距为6m，河床部分分伸缩缝间距距为12m。大坝面板只设垂直直缝，不设水水平缝，在两两坝肩附近的的面板内设张张性垂直缝，其其余部分的面面板内设压性性垂直缝，垂垂直缝内不设设填充料，缝缝面应涂刷薄薄层沥青乳剂剂，垂直缝在在距周边缝法法线方向约0.6m范围内，应应垂直于周边边缝布置。本本设计中，两两岸各8条张性垂直直缝，中间10条为压性垂垂直缝。压性性垂直缝底部部设铜片止水水；张性垂直直缝底部设铜铜片止水，缝缝顶设柔性止止水。3．河床段趾板、连连接板、防渗渗墙接缝由于防渗墙和连接接板、连接板板和趾板之间间的接缝位移移较大，该类类接缝设置为为柔性变形缝缝，缝底设铜铜止水片，缝缝中部设PVC止水，缝顶顶设柔性止水水，缝内填12mm厚沥青木板板，顶部覆盖盖粉煤灰（或或粉细沙）和和粘土料，连连接板和趾板板下铺一层50cm厚的2B料作为反滤滤料，再在上上铺一层400g//m2的土工织物物。

第4章坝体计算4.1渗流分析4.1.1概述述一、渗流分析计算算目的土石坝渗流分析的的目的有：①确定坝体的的浸润线的位位置，为坝体体的稳定分析析和布置观测测设备提供依依据；②确定坝体与与坝基的渗透透流量，以估估算水库的渗渗漏损失；③确定坝体和和坝底渗流区区的渗透坡降降，检查产生生渗透变形的的可能性，以以便采取适当当的控制措施施。二、渗流分析方法法土石坝的渗流分析析通常是把一一个实际比较较复杂的空间间问题转化为为平面问题。分分析方法主要要有流体力学学法、水力学学法、流网法法和实验法。流体力学法从渗流流的基本微分分方程（拉普普拉斯方程）出出发，引入特特定问题的边边界条件，以以求解渗流场场内任意点的的渗透要素（渗渗流速度、渗渗透坡降和渗渗透力等）。此此法立论严谨谨，但只在几几种很简单的的边界条件下下才有精确的的理论解，在在边界条件比比较复杂的实实际工程中难难于应用。水力学法是在一些些假定基础上上的近似解法法，只能求得得某一断面的的平均渗透要要素，不能准准确求出任一一点的渗透要要素。但此法法计算简单，所所确定的浸润润线、平均流流速、平均坡坡降和渗流量量等，一般也也能满足工程程设计要求的的精度，所以以在实际工程程中应用广泛泛。流网法是用绘制流流网来求解平平面渗流问题题中的各个渗渗流要素，故故又称图解法法，可用于边边界条件复杂杂的情况。试验方法很多，最最常用的是电电模拟法，利利用渗流场和和电流场在数数学上和物理理上具有相似似性，即都满满足拉普拉斯斯方程，从而而用电流模拟拟渗流，用电电压模拟渗流流水头，便可可求解渗流问问题。对重要工程或地基基条件比较复复杂的情况，往往往使用几种种方法进行渗渗流分析，以以便相互校对对。对中小型型工程的土坝坝通常只用水水力学法进行行渗流分析。本次设计仍采用水水力学法进行行分析，作如如下基本假定定：①坝体各部分分土料是均质质的，坝体内内任一点在各各方向的渗透透系数相同；；②渗透水流属属层流运动，符符合达西定律律，即渗透流流速v=kJ（k为渗透系数数，J为渗透坡降降）；③渗透水流为为稳定渐变流流，任意过水水断面上各点点的流速和水水头可认为是是常数。4.1.2渗流计计算一、计算原理选择水力学方法解解堆石坝渗流流问题。在趾趾板下部进行行了混凝土防防渗墙的处理理，因此渗流流分析计算近近似按照有限限透水地基上上斜墙坝渗流流计算方法。根根据坝内各部部分渗流状况况的特点，将将坝体分为若若干段，应用用达西定理近近似解土坝渗渗流问题，计计算假定任一一铅直过水断断面内各点渗渗透坡降均相相等。1．计算单宽渗流量量通过面板和防渗墙墙的渗流量q1：（4-1）通过面板后渗流量量q2：（4-2）式中：δ——面板板平均厚度，δ=0.3m；δ1——防渗墙厚度，δ1=2m；m2——下游边坡，mm2=1.40；H1——上游水深；H2——下游游水深；h——面板后后渗流水深。由水流连续条件qq1=q2联立求解上上两式可求得得（4-3）式中：（4-4）（4-5）（4-6）K、K0、KT——分别为坝身、面面板和砼防渗渗墙、地基的的渗流系数，其值见下表：表4-1渗流系数面板与砼防渗墙KK0坝身堆石K基岩KT渗流系数K（cmm/s）1.0×10-992.0×10-25×10-52.计算总渗流.图4-1堆石坝渗流流总示意图全坝的总渗流量为为：Q=1/2[q11×l1+（q1+q2）×l2+…+(qn-11+qn)×ln+qn×ln+1] （4-7）式中：q1、q22、…qn——断面1、2….n的单宽渗流流量；l1、l2、…ln、ln+1——相邻两断断面之间的距距离。渗流计算图4-2堆石坝渗流流计算剖面1.计算断面与计计算情况计算断面取为A--A断面渗流计算包括以下下水位组合情情况：a.上游正常蓄水位与与相应的下游游最低水位b.上游设计水位与下下游相应的最最低水位c.上游校核水位位与下游相应应的最低水位2.计算过程（1）正常蓄水位已知：正常蓄水位2700m；下游相应应的最低水位位为218..7m；坝前水深：H1==270-2166=54m；坝后水深深：H2=2218.7--216=2..7m；地基厚度T＝100m；L=72.31..3+72..31.4++8=203.21m根据水流连续条件件有q1=q2，将以上数数据代入两个个公式中联立立可解得:h=2.731mm；q1=q22=8.611410-8m3/（s·m）。（2）设计洪水位已知：设计洪水位2744.9m；下游相应应的最低水位位为227..2m；坝前水深：H1==274.9-216==58.9mm；坝后水深深：H2=2277.2-216=11.2m地基厚度T＝100m；L=72.31..3+72..31.4++8=203.21m。根据水流连续条件件有q1=q2，将以上数数据代入两个个公式中联立立可解得：h=11.2088m；q1=q22=9.844610-8m3/（s·m）。（3）校核洪水位已知：校核洪水位2766.9m；下游相应应的最低水位位为229..4m；坝前水深：H1==276.99-216=60.9m，坝后水深：H2==230.22-216=14.2m，地基厚度T＝100m；L=72.31..3+72..31.4++8=203.21m，根据水流连续条件件有q1=q2，将以上数数据代入两个个公式中联立立可解得：h=14.2077m；q1=q22=1.033110-7m3/（s·m）。计算表格表4-2渗流计算表表格参数正常状况设计状况校核状况K0（m/s）1.00E-1111.00E-1111.00E-111δ0.30.30.3sinα0.580.580.58L203.21203.21203.21H22.711.214.2T101010δ1222KT5.00E-0775.00E-0775.00E-077K2.00E-0442.00E-0442.00E-044H15458.960.9m21.41.41.4A11.00292EE-061.06655EE-061.09099EE-06A22.41336EE-082.41336EE-082.41336EE-08A37.61387EE-060.00013445260.0002200878h2.73111.20814.207q1=q28.61422EE-089.84646EE-081.0311E--07Q0.75915336250.86774991640.9086877732J0.00015772114.38529EE-053.62415EE-05根据上表得最终结结果如下表：：表4-3各状况渗流流计算结果设计工况上游水深H1（mm）下游水深H2（mm）浸润线高程h(mm)单宽流量q（m33/s）总渗流量Q（m33/s）正常状况542.72.7318.61422EE-080.7591533625设计状况58.911.211.2089.84646EE-080.8677499164校核状况60.914.214.2071.0311E--070.9086877732如上表所示，各工工况这下计算算所得单宽流流量，总渗流流量都非常小小，符合防渗渗要求，因此此不需要对大大坝进行渗流流处理。浸润线分析：面板板后渗流水深深（h）比下游水水深（坝后水水深H2）深2～3cm，故浸浸润线近似一一直线如图44-3。图4-3浸润线示意意图渗流稳定验算面板之后的坝体，由由于水头大部部分在防渗体体内损耗了，坝坝壳渗透坡降降及渗透速度度甚小，发生生渗透破坏的的可能性不大大。在坝体逸逸出点,渗透坡降较较大,予以验算。对于非粘性土，渗渗透破坏形式式可用坝体材材料不均匀系系数η来判别：当η<10时易发生流流土；当η>20时易发生管管涌，允许坡坡降J=0..1；当10<η<20时时不定，允许许坡降J=00.2。该坝的坝体材料不不均匀系数110<η<20，故其允许坡坡降应小于JJ=0.2。渗透坡降计算公式式：式中：△H——逸逸出水深减下下游水深；△L——计算长度，△△L=L1=L-m2×H2。表4-4渗流逸出点坡坡降表断面A-A计算情况正常状况设计状况校核状况坡降J0.00015772114.38529EE-053.62415EE-05经计算，各种工况况均满足要求求，因此认为为不会发生渗渗透破坏。4.2坝体稳定分分析4.2.1概述一．稳定分析目的的保证坝体在自重、孔孔隙压力和外外荷载作用下下，具有足够够的稳定性，不不致发生通过过坝体或坝体体连同地基的的剪切破坏。二．破坏形式常见的滑动破坏形形式有：圆弧弧滑动面，折折线滑动面和和复合滑动面面。三．荷载作用面板堆石坝稳定计计算考虑的荷荷载主要有自自重和地震荷荷载力。四．稳定分析方法法坝坡稳定分析的方方法大致可分分为强度分析析法和刚体极极限平衡法两两大类。强度度分析法是应应用土力学理理论通过某种种数值计算（如如有限单元法法）求出土坝坝剖面内各点点的应力分量量，然后与土土体具有的强强度比较，以以判定是否坍坍滑；刚体极极限平衡法则则根据坝体结结构及坝基情情况，假定滑滑动面形状，然然后计算滑动动面上是否具具有足够抵抗抗滑动体坍滑滑能力，目前前应用最广的的仍是后一种种方法。刚体体极限平衡法法依据滑动面面形状不同，又又可分为圆弧弧滑动法、折折线滑动法和和复式滑动法法等。五．控制标准坝坡抗滑稳定的安安全系数，应应不小于下表表规定的数值值。表4-5坝坡抗滑稳稳定最小安全全系数运用条件工程等级1234，5正常运用条件1.301.251.201.15非常运用条件1.201.151.101.054.2.2计算算方案选择混凝土面板堆石坝坝的坝坡一般般在1:1..4左右，堆堆石体重量可可达水平库水水压力的6--7倍，因而而坝体的整体体抗滑稳定是是足够的，稳稳定分析通常常只针对上下下游边坡，保保证坝体在正正常运用时不不发生局部滑滑动破坏。由由于面板堆石石坝的防渗面面板设于坝体体上游面，其其后堆石体透透水性大，因因而堆石体内内侵润线很低低，不存在水水的渗透压力力和孔隙水压压力等问题。这这对坝坡稳定定非常有利。混混凝土面板堆堆石坝稳定分分析通常可采采用折线法。图4-4非粘性土土坝稳定分析析图如图4-4所示，假定定任意滑动面面ADC，D点在上游水水位线延长线线上。将滑动动体分为DEBC和ADE两块，各块块重量分别为为W1，W2，两块土体体底面的抗剪剪强度分别为为，。采用折线线滑动静力学学计算法，假假定条块间的的作用力为P1，其方向平平行于DC面。则DEBC的平衡式为为（4-8）ADE的平衡式为为（4-9）以上两式中安全系系数应相等，因因此联立方程程得。取，并令，；；；（4-10）并再将以上两式联联解得（4-11）式中：（4-122）（4-13）（4-14）安全系数：（4--15）为求得坝坡的稳定定安全系数，应应假定不同的的、和上游水位位，即先求出出在某一水位位和下不同值时的的最小稳定安安全系数，然然后在同一水水位下再假定定不同的值，重重复上述计算算可求出在这这种水位下的的最小稳定安安全系数。一一般还必须至至少再假设两两个水位，才才能最后确定定坝坡的最小小稳定安全系系数。注：1）对于坝体体自重，在浸浸润线以上的的土体按湿重重度计算，浸浸润线以下、下下游水位以上上按饱和重度度计算，下游游水位以下按按浮重度计算算；2）坝体边坡的抗剪剪强度1=2=本设计中湿重度γγ1=18.8（N/m3），饱和重度度γ2=20.8（N/m3)，浮重度γ3=10.8（N/m3)。4.2.3工况选择择正常运用情况下，包包括水库蓄满满水时下游坝坝坡的稳定计计算，上游库库水位最不利利时上游坝坡坡的稳定计算算，这种最不不利水位大致致在坝底以上上1/3坝高处。稳定计算中需选取取不利工况和和不利部位进进行稳定计算算，本设计中中对上下游坡坡分别计算以以下几种工况况下的安全系系数：上游坡：1）11/3坝高水位2）正正常蓄水位3）正常常蓄水位+七级地震下游坡：4）设设计洪水位55）正常蓄水水位6）正常常蓄水位+七级地震4.2.4稳定定计算1．计算过程公式推推导如图4-5所示，线线段AB为坝坡的的平均边坡，设设其坡度为mm。建立如图所所示x-y坐标系系。图4-5稳定计算算分析图易知,直线AD的的方程为：，线AB的方程为为：，直线DC的方程为为：。各点坐标可可表示为：A点坐标为（0，00）；B点坐标为（72..3m，72.3）；C点坐标为（（722.3-H）m1+m2H，72.3）；D点坐标为（m2HH，H）；E点坐标为（m2HH，72.3）；F点坐标为（m2HH，m2H/m）；G点坐标为（mH，H）；I点坐标为（mh，h）；L点坐标为（m2hh，h）。有以上坐标可得：：EB=72.3mm-m2H；BC=（72.3--H）m1+m2H-72..3m；DF=m2H/mm-H；GD=m2H-mH；IL=m2h-mh；DE=72.3--H。最终得滑体块的重重量为：（4-16）（4-117）以上式中：（4-18）（4-19）（4-20）（4-21）（4-22）为简化计算，本计计算用Exccel进行计计算。有地震作用下的平平衡式如下：：（4--23）（4-24）在以下式中：；；；；；。a=F1×A1×CC1-W1×A1×D1b=W2×F1--F2×E1+W1×C1×A1+F1×A1×D1+W1×B1×D1-F1×B1×C1c=-W2×E11-W1×B1-F1×B1×D1-F2×F1表4-6上游稳定分分析表表4-7下游稳定分分析表表4-8地震荷载稳稳定分析续由以上各表查得上上下游各工况况下的最小安安全系数Kc如下表4-9所示：表4-9最小安全系系数坝体位置稳定分析工况最小安全系数Kcc坝区上游1/3坝高水位1.29正常蓄水位1.33正常蓄水位+7度度地震1.07坝区下游正常蓄水位1.26设计洪水位1.07正常蓄水位+7度度地震1.114.2.5计算结结果分析在本设计方案中，大大坝属于2级水工建筑筑物，正常运运用条件下坝坝坡抗滑稳定定最小安全系系数Kc=1..25，非常运用用条件下的最最小安全系数数Kc=1..05，由表4-9可知本方案案最小安全系系数都符合工工程要求。因因此，本方案案可行。4.3坝体沉降计计算对于堆石坝体沉降降变形的估算算，目前多采采用非线性有有限元和工程程类比等方法法，前者由于于计算模型本本身和计算参参数的准确性性等问题，一一般仅用于方方案的比较中中；后者由于于各种条件的的限制，也仅仅能是一种量量级的估算，都都只是一种近近似的方法，一一般采用下式式对坝顶垂直直沉降量进行行经验估算：：（4-25）式中：S2——待待建坝坝顶的的预计沉降值值；S1——已建坝顶顶顶原型观测测沉降量；E2——待建坝体体的变形模量量，可参照类类似工程选用用；E1——已建坝体体的变形模量量；H1、H2——分分别为已建和和待建坝的坝坝高。根据一般经验，设设定此面板堆堆石坝坝体的的压缩模量为为90MPa，采用用类比工程其其沉降量计算算成果列于表表4-10。表4-10沉降计算表表工程名称坝高（m）E1(MPa))S1(mm)S2(mm)威尔玛特351151792.6925塞沙纳11014511479.3453帕咯纳387534102.566麦根托斯754018777.2348估算本设计中面板板堆石坝坝顶顶沉降量（mmm）87.95598按上述工程类比可可知：未来十十年此面板堆堆石坝坝顶的的最大沉降量量可达到877.95988mm，小于坝坝高的0.44%。只要采采取相应的措措施，不会发发生坝体的破破坏。

第5章坝基处理5.1基础处理5.1.1坝基处理理河床部分的弱风化化基岩埋深较较浅,而两岸弱风风化埋深较深深;右岸在地面面以下约20m,左岸在地面面以下约30m。大部分趾趾板基础坐落落在强风化岩岩上。因此,采用截水墙墙与帷幕灌浆浆防渗和加固固趾板基础,两岸修建挡挡水墙以形成成趾板与坝头头的连接;同时进行固固结灌浆加固固基础。坝基趾板和截水墙墙防渗处理标标准是岩石的的透水率按5Lu控制。由于于坝基弱风化化岩埋藏较深深,河床趾板部部分采用灌浆浆处理,两岸趾板和和左右坝头采采用截水墙和和基础灌浆联联合解决坝基基防渗。5.1.2趾板基础础开挖为有利于周边缝附附近面板应力力的改善和延延长趾板渗径径的需要,沿趾板正向向向下游延伸伸15m的铺盖,开挖至趾板板等高程。趾趾板基础的开开挖,要求采用小小孔径、浅孔孔爆破,斜坡部分采采用预裂爆破破,趾板预留30cm的保护层人人工撬挖,保证趾板基基础岩面完整整平顺,避免破坏原原始岩体。趾趾板基础面不不得欠挖,超挖不得超超过20cm。由于河床覆盖层厚厚平均20m，河床中部部最大30m，综合考虑虑各种因素，决决定采用防渗渗墙，并与截截水槽相结合合，防渗墙厚厚度取为2..5m。混凝土防渗墙对材材料有如下要要求：①应有足够的的抗渗能力及及耐久性，能能防止环境水水的侵蚀和溶溶蚀；②有一定强度度，能满足压压应力、拉应应力和剪应力力等各项强度度的要求；③要求有良好好的流动性、和和易性以及在在运输过程中中不发生离析析现象，且能能在水下硬化化，骨料粒径径不宜过大等等，以便于用用导管法在泥泥浆下浇注。5.1.3灌浆施工工趾板混凝土达到一一定强度后，就进行固结结灌浆，灌浆按顺序序由河床往两两岸施灌，孔距加密为2m，灌浆压力3kg/ccm3。左岸吸浆量量比右岸大。平均灌入水水泥量为40.8kkg/m。固结灌浆浆分段验收后后格后进行帷帷幕灌浆，灌浆顺序也也由河床往两两岸，分三序施灌灌。6m～7m为一灌浆段段，顺序自上往往下，每延伸一灌灌浆段，灌浆压力递递增13kg//cm3，孔口段为33kg//cm3，最大灌浆压压力达9kg/ccm3。吸浆量左左岸大、右岸岸小，其主要原因因是左岸弱风风化岩埋藏深深，灌浆段大部部分处于强风风化岩体内。经经钻孔压水试试验检查，灌浆后基岩岩透水率均小小于5Lu。灌浆效效果良好，完全符合设设计要求。5.2细部构造设设计5.2.1防渗体、排排水设备坝体防渗体为混凝凝土面板，混混凝土面板直直接铺设在垫垫层的上游坡坡面上，起底底边与浇筑在在河床及两岸岸地基上的底底座相连接，其其顶边与防浪浪墙的底部相相连接；坝基基防渗体为混混凝土防渗墙墙。本地区石料比较丰丰富，采用堆堆石棱体排水水比较适宜。同同时堆石坝下下游有一定高高的水位，因因此不宜采用用贴坡排水。褥褥垫排水伸入入坝体内部，降降低浸润线效效果显著，但但是对地基的的不均匀沉陷陷的适应能力力较差，本工工程所在坝址址处的坝基地地质条件不适适合使用该方方案，因此设设计采用棱体体排水方案。按规范棱体顶面高高程高出下游游最高水位0..75m为原原则。下游校核洪水时时下游水位2224.2mm，因此，棱棱体顶面高程程最后取为2225.2mm，参考以往往工程经验，堆堆石棱体内坡坡取1:1..3，外坡取取1:1.5，顶宽宽取2.0mm。5.2.2护坡设计计为防止雨水冲刷，风风浪，冰层和和水流、动物物、冻胀干裂裂等对坝的破破坏，下游设设置浆砌石护护坡，水平厚厚度取为0..3m，底部设0..2m的垫层层，高度做到到排水顶部。5.2.3坝顶设计计国内外的面板坝普普遍都在其顶顶部上游侧设设置不透水的的挡墙，其形形状为L状，既起挡挡水作用，又又起挡土作用用，也是防浪浪墙。挡墙延延伸到两岸与与坝头基岩或或结构物相连连接，形成完完整的防渗体体系。因此也也是坝体防渗渗结构的一个个组成部分。挡挡墙与面板间间的接缝应按按周边缝处理理，止水结构构必须可靠。为减少防洪超高和和风浪超高所所需的坝体高高度，常用高高度较大的防防浪墙，以减减少堆石的填填筑量和面板板的面积，防防浪墙太高墙墙本身和坝顶顶细堆石料填填筑的费用都都将增加，墙墙高要和减少少堆石填筑量量节省的费用用比较，以达达到经济的墙墙高。本设计计中取高度为为5m，防浪墙墙高出坝顶高高度1m。为安全和防止将坝坝顶下游边缘缘石块蹬掉，坝坝顶下游侧设设护栏；顶设设置黄泥灌浆浆碎石路面，坝坝顶向下游设设2%横坡以便便汇集雨水，并并设置纵向排排水沟，经坡坡面排水排至至下游。5.2.4反滤层设设计设置反滤层可以阻阻止细颗粒流流失，防止排排水被细颗粒粒淤塞，但由由于面板堆石石坝堆石透水水性较好，材材料粒径相对对较大，小粒粒径材料比例例较小，设计计中可适当降降低要求，并并在本设计中中采用两层反反滤层。设置置在排水棱体体与坝体及坝坝基之间。

第6章溢洪道设计6.1泄水方案选选择在水利枢纽中常用用的泄水方案案主要有：河河岸溢洪道，泄泄水隧洞以及及坝身溢流。由由于本设计方方案是混凝土土面板堆石坝坝，因此在进进行方案选择择时率先排除除了坝身溢流流，又结合坝坝址地形，最最终确定使用用河岸溢洪道道泄洪。6.2溢洪道选线线溢洪道从进口到出出口存在平面面上和剖面上上选线与定位位问题。它关关系到工程造造价和运用可可靠性，应根根据溢洪道的用途途，综合考虑虑地形、地质质、水力学、施施工、运行、沿沿线建筑物、枢枢纽总布置以以及对周边环环境影响等因因素。本工程中枢纽布置置于河弯地段段，从地形上上来看，左岸岸山坡陡于右右岸，且地形形较为复杂，水水流条件不好好，所以溢洪洪道应该布置置于右岸；从从地质来看该该山梁除了表表面有一层较较深的风化岩岩外，下部大大部分为坚硬硬玄武岩，强强度较高，岩岩体中夹杂几几条破碎带，但但走向大多数数与隧洞轴线线成较大角度度。因此将溢溢洪道以及引引水发电隧洞洞布置于右岸岸凸出的山梁梁中。6.3溢洪道设计计6.3.1引水渠渠段设计设计原则1.渠内水流流速1..5≦v≤3.0m//s，2.边坡坡坡度m=0.3，3.导墙墙长度为堰顶顶水头的5-6倍，为35m，墙顶高程程可与最高洪洪水位平。4.衬砌砌厚度需20-300cm。二．基本公式A=（B+mh)h；vv=q/A。由调洪演算可知堰堰顶宽度为B1=755m，h=6..4m，q=20020m3/s，v=3..0m/s..m=0.33带入公式计计算得b=1033m。因此确定引水渠底底宽度为b=1033m，长度L=1500m，边坡坡度m=0.3，渠底高程程距堰顶为6.4m。渐变段：断面为矩矩形，长80米，底坡1:500。6.3.2控制堰堰段设计控制堰段的形式，基基本尺寸和布布置形式是溢溢洪道泄流能能力的决定性性因素。本方方案中控制堰堰为实用堰，采采用WES剖面。定型设计水头，按按堰顶的最大大作用水头HHmax的65%～94%计算：Hd=（0.65-0.994）Hmax==5m（1）堰顶上游段采用三段圆弧相连连，半径依次次为堰顶下游段曲线方程：6.3.3泄槽段设设计根据不同工程条件件，沿水流方方向泄槽在平平面上可能有有多种布置方方式。可以是是直线等宽布布置，也可以以是收缩式，扩扩散式，有时时也可能要设设置弯段。设计要求：1.横断面内流速分布布均匀。2.冲击波对水流扰动动影响小。3.在直线段和弯段之之间，可设置置缓和过渡段段。4.为降低边墙高度和和调整水流，宜宜在弯道及缓缓和过渡段渠渠底设置横向向坡。