大顶子山航电枢纽毕业设计

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 2前言 3第一章 基本资料 1第一节 工程概况及工程目的 1第二节基本资料 4第二章 枢纽布置 15第一节坝轴线选择 15第二节枢纽总体布置 17第三章坝工设计 22第一节设计依据 22第二节坝型比选 27第三节坝体结构设计 28第四节设计计算 42第五节基础处理 49第四章泄洪闸设计 57第一节泄洪闸选型 57第二节水利计算 59第三节泄洪闸的消能防冲 60第五章结论 61参考文献 错误！未定义书签。摘要xx干流xx航电枢纽工程为大（1）型工程，工程等别为一等。洪水标准为100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。枢纽总平面布置从右至左为：船闸、10孔泄洪闸、河床式水电站、28孔泄洪闸、砼过渡坝段、土坝及坝上公路（桥）等，坝线全长3249.78m。其中土坝布置在左岸滩地上，全长1959.70m，为粘土均质坝。坝顶高程121.50m，坝顶宽度12m，最大坝高前言水资源的利用和开发是世界最为关注的内容，进入二十世纪九十年代以来，受上游工农业用水量不断增长、人类活动和自然因素影响，xx哈尔滨江段来水量大幅度减少、水位严重下降。由于xx干流上无大型控制性航电枢纽，部分河段因缺水断航，通航期断航天数逐年增加。尤其近4年的连续枯水，哈尔滨航段通航期的断航天数累计达451天，占通航总天数的54%，为优化配置和合理利用水资源，为彻底改变环境恶化的现状，应采取必要的工程措施拦蓄径流壅高水位，改善因xx水位过低而引起的水量、水质、水环境及生态环境恶化等问题。基本资料工程概况及工程目的一、工程地理位置xx航电枢纽工程位于xx干流哈尔滨下游46km处，地理位置为东经12706至12715，北纬4558至4503，北岸属于呼兰县，南岸属于宾县。工程对外交通便利。水路有xx航运至坝址。陆路自哈尔滨出发两岸均有公路通往枢纽坝址，左岸有主要公路88km至票河，一般公路10km至杨林乡，乡村道路13km至坝址；右岸有主要公路26km至宾西，一般公路二、工程任务xxxx航电枢纽工程是xx流域水资源综合开发利用的重要组成部分，是北水南调规划方案实施后保持xx航道畅通的重要保证。枢纽工程的建设将从根本上解决xx航道碍航问题，解决哈尔滨市水环境恶化问题，促进xx两岸经济发展。xx航电枢纽工程是一项航运与生态环境、航运与发电、航运与交通、航运与旅游、航运与供水、航运与灌溉、航运与水产养殖等互相结合的综合利用工程，经济效益、社会效益显著。xx的建设将对哈尔滨市经济发展产生深远影响，将带动黑龙江省经济建设加速发展，推动振兴老东北工业基地战略目标的实现。三、工程兴建缘由a）保证xx航运持续发展xx是连接黑龙江、乌苏里江、第二xx和嫩江航运的纽带，水量充沛，水运条件优越，是国家内河水运主要通道之一，黑龙江省完成的水运量80%左右发生或通过xx干流。xx水运在腹地内的运输体系中起着不可缺少的作用，可直接地促进沿江各市县经济的发展，并对促进黑龙江省的其它地区、吉林、内蒙部分地区及俄罗斯远东沿江地区经济发展起着重要的作用。然而，进入二十世纪九十年代以来，受上游工农业用水量不断增长、人类活动和自然因素影响，xx哈尔滨江段来水量大幅度减少、水位严重下降。由于xx干流上无大型控制性航电枢纽，部分河段因缺水断航，通航期断航天数逐年增加。尤其近4年的连续枯水，哈尔滨航段通航期的断航天数累计达451天，占通航总天数的54%，经济损失3.25亿元，严重影响了航运经济的发展。xx航道面临着间断断航和全面断航的危险。为此，需尽快在xx干流上建设大型控制性航电枢纽工程，确保航运的畅通。为优化配置和合理利用水资源，1994年国家批准了《辽河、xx流域水资源综合规划》及有关部门对该规划的审查意见，规划提出2000年建设尼尔基水库，向辽河调水27.81×108m3，2010年建设哈达山水库，两水库向辽河调水65.67×108m3，为解决调水后的xx航运问题，审查意见同意xx目前，嫩江上游的尼尔基水库已于2000年开工建设，在2005年之前即可竣工投入运行。按计划2015年调水工程建成后，向流域外调水16.97×108m3，加上流域内工农业及生态环境用水量的大幅度提高，哈尔滨江段多年平均径流量将由现403×108m3减少到264×根据1995年交通部审查通过的《xx干流航运规划报告》，xx干流按Ⅲ级航道标准建设，在“八五”和“九五”期间完成佳木斯至同江（252km）河段和三姓浅滩（41km）二期整治工程的基础上，2000年前重点整治哈尔滨至佳木斯河段，提高航道通航保证率，2001年～2010年继续对三岔河拟建xx航电枢纽是xx干流局部渠化方案中确定的哈尔滨～依兰航道大顶子、洪太、依兰三个航运梯级中的上游梯级。xx航电枢纽的修建可以渠化上游128km航道，彻底改善哈尔滨区段的通航条件，并通过补水调节下游航道流量，保证坝下550m3/s的通航流量（保证率95%b）促进哈尔滨经济建设哈尔滨市是黑龙江省省会，市区面积1637平方公里，市区人口311.8万人，是沟通东北亚、欧洲和太平洋这些大陆大洋的重要连接点，是中国东北部经济文化的中心，一座以冰雪旅游、避暑度假为主要特色的多功能旅游文化名城。哈尔滨市是黑龙江省政治、经济、文化、科技和商贸中心，2000年国民生产总值550亿元，占全省国民生产总值的16.9%，在黑龙江省经济发展中有着举足轻重的作用。xx水抚育壮大了哈尔滨，并且今后也是哈尔滨经济社会可持续发展道路的依托。然而，受上游工农业用水量不断增长、人类活动和自然因素影响，xx哈尔滨江段来水量大幅度减少、水位下降，自1999年以来，连续4年创历史最低水位记录。为哈尔滨市工业和居民生活供水的主要水源一、二水源地，取水塔上层取水口完全露出水面，下层取水口与水面持平，自来水公司启用应急取水工程仍无法保证全市人民生活用水，居民正常生活受到限制，部分工厂因缺水而停产，城市绿化用水及生态环境用水遭到破坏。长期持续的枯水不仅导致供水不足，而且由于来水量少，水体自净能力差，水质严重恶化。长期枯水使水面窄小，滩地长期裸露，自然及生态环境也日益恶化。xx、太阳岛等著名的旅游景区也失去昔日那种碧水白帆、绿树成荫、环境舒适、气候宜人的景色。xx持续枯水恶化了环境，严重影响哈尔滨市人民正常生活和经济发展。为彻底改变环境恶化的现状，应采取必要的工程措施拦蓄径流壅高水位，改善因xx水位过低而引起的水量、水质、水环境及生态环境恶化等问题。xx航电枢纽建成蓄水后，抬高了枯水期水位，增加了江道水面。一方面可以从根本上改变取水条件，遇95%～98%的特枯水年，该江段水位不低于115.00m，比水源地取水工程设计水位112.00m高3.00m，不仅完全可以满足水源地取水的水位要求，还增加枯水期和枯水年的城市供水量。另一方面可解决市区沿江公园因干旱少水而带来的风沙弥漫、环境恶化等问题，而且还可结合市区排污工程改造，建设人工河渠、湖泊，改造现有河沟，引水入市区，建设水网化园林生态城市，以生态建设促城市建设，实现生态效益与经济效益的协调发展，使哈尔滨市早日建成现代化的国际都市。第二节基本资料一、水文1、气象xx流域属中温带季风气候区，冬季严寒干燥，长达半年之久；春季蒸发量大，湿度小，多风沙；夏季炎热；秋季降温急骤历时短，年内温差较大。降雨多集中在季风控制的夏秋季节，尤其集中在7月～8月。流域多年平均降水量为400mm～750mm，以第二xx、拉林河雨量最高，可达750mm，个别地点可达900mm，一般地区在500mm左右，干旱的西南地区只有400mm。总的变化趋势为山区雨量要高于平原。哈尔滨市及其邻近地区，大陆性气候特点十分明显，冬季严寒漫长，春季干燥多风，夏季降雨集中，秋季降温急骤，常有冻害发生。据宾县气象站统计，本地区多年平均气温为4.3℃，最大冻土深度2.05m。多年平均降水量为583.4mm，年内降水极不均匀，6月～9月降水量占年降水量的76%左右。多年平均风速为3.8m/s，6月～10月的多年平均最大风速为14.8m/s，累年最大风速为24m/s，相应风向S2、径流a）径流系列xx、辽河年迳流系列代表性问题，经查阅《xx流域规划》、《修订辽河流域规划》、《xx、辽河水资源综合开发利用规划》（以下简称三大规划）及后来的历次专项规划后，采用的代表段为1951年～1982年32年径流系列，平均流量为1210m3b）坝址径流根据xx航电枢纽工程所在位置和径流组成特点，坝址径流计算以xx干流哈尔滨水文站和呼兰河兰西水文站为参证站。哈尔滨水文站控制面积为38.98×104km2，占坝址集水面积（43.21×104km2）的90.2%，是xx坝址径流的主要来源。哈尔滨～xx坝址区间集水面积4.23×104xx坝址年径流情况见表1.2-1。表1.2-1xx坝址年径流设计成果表断面位置项目均值设计值5%25%50%75%90%95%xx坝址(F=432100km2)Q0(m3/s)15502600190014801140842714W0(108489820599467360266225c）枯水流量xx哈尔滨水文站畅流期最小流量出现在4月下旬至6月。有些年份出现在7月份。哈尔滨站1951年～1982年累年实测最小流量为215m3/s，时间为1979年4月21日3、洪水a)暴雨特性暴雨是形成本流域洪水的主要原因，xx流域的暴雨成因有冷锋、气旋、蒙古低压、贝加尔湖低压、台风等，但华北气旋及西南系统的江淮气旋及台风，一般只能到达北纬45°以南。由于本流域面积大，流域内各地区在地形上也有很大差异，暴雨在流域内分布不均匀，暴雨的天气系统可分为三个区域。第一区为流域的东南部，本区大部分为山区，即第二xx、牡丹江、拉林河等xx南岸一些河流，地理位置偏南，正处在西南来的暖湿空气控制下，水汽来源充沛，且大部分地带处于迎风坡，有较好的地形抬升条件，因此暴雨的次数较多，其暴雨多为台风和气旋降雨，雨量大而集中，笼罩范围广，雨势凶猛，一般产生涨势凶猛的大洪水。第二区为嫩江流域，嫩江汛期多受北来系统影响，如蒙古低压、贝加尔湖低压、冷涡等系统，这些系统降雨特点是连阴雨天，雨强不大。但由于在连阴雨中易出现暴雨，而且影响范围广阔，因此也能造成大洪水。如1998年洪水，降雨主要集中在6月中旬至8月中旬，共出现3次大的降雨过程，其中8月份的降雨使xx流域产生特大洪水。其它年份1969年、1988年也是类似的天气系统和暴雨特征，造成嫩江流域的特大洪水。第三区是大兴安岭的东南坡和xx北岸的一些河流，地处西风带的背风坡，西南来的气流难以形成大暴雨，故本地区的暴雨一般是大型天气系统内中小尺度的气旋扰动，使小股湿空气逆向受地形抬升而形成，因此暴雨笼罩面积较小、强度不大。b)洪水特性xx流域的洪水主要由暴雨产生，由于流域面积大，气象条件复杂，流域内大洪水过程多由几次暴雨洪水迭加形成。年最大洪峰流量多发生在7月～9月，少数发生在5月、6月或者10月。xx干流的洪水主要来自嫩江和第二xx。洪水受河槽调蓄的影响，洪水传播时间较长，年最大洪峰出现在8月～9月份的较多，年最大洪峰出现在7月～9月占83.7%，出现在其它月份的占16.3%。根据实测资料分析，嫩江支流洪峰年内发生次数较少，一般为1次～2次。第二xx暴雨出现次数较多，洪峰年内可出现2次～3次，个别年份可出现4次～5次。嫩江干流、xx干流由于受河槽调蓄影响，洪水过程多为单峰型。xx流域一次洪水历时，大支流一般为20天～30天，嫩江和第二xx为40天～60天，xx干流一次洪水历时较长，可达到90天甚至更长一些，洪水过程线比较平缓，呈现大馒头形，洪量分布在较长时段内，因此短时段洪量所占的比重较小。哈尔滨站15天洪量占60天洪量的32.8%～44.9%，30天洪量占60天洪量的56.4%～71.6%。c)xx坝址设计洪水采用xx流域防洪规划中有丰满水库影响的哈尔滨、通河站的设计洪峰和设计洪量成果，并分别建立有丰满水库影响的哈尔滨、通河站的设计洪峰和洪量与集水面积单对数关系图，按xx坝址集水面积在关系图上查出对应设计频率的设计值，即为xx坝址的设计洪水。查《xx流域防洪规划》得xx坝址设计洪峰流量见表1.2-2。表1.3-2xx坝址设计洪峰流量表单位：m3/P(%)0.33%0.5%1%2%3.33%4%5%10%20%50%Qm(m3/s)23200216001880016100140001330012400960068303210坝址设计洪水过程线按典型年法峰比放大。典型年采用哈尔滨站的1956年、1957年和1998年，经演进后作为坝址的典型洪水过程线（演进参数采用《xx流域防洪规划》里的：X=0.3,k=24h），按计算的缩放倍比推求出各设计频率的设计洪水过程线。d)分期设计洪水xx干流xx航电枢纽工程分期设计洪水是根据暴雨洪水的季节变化特点，结合xx航电枢纽工程的施工情况，在可研成果的基础上重新进行了分析计算，各分期划分时间如下：汛前期：4月1日主汛期：7月15日汛后期：10月15日枯水期：12月1日由于每年汛期洪水开始与结束，常有提前和错后情况，在施工过程中应注意当年的水情发展变化情况，采取必要的防汛措施。按照上述各分期的时段划分，首先采用哈尔滨水文站1953年～2002年（共50年）有丰满影响（现状）的实测洪水资料，按年最大值法取样（其中汛前期和汛后期各跨期5天取样，主汛期采用工程设计洪水成果），分别统计出各分期最大流量系列，进行频率计算，采用经验频率计算成果。然后按xx坝址和哈尔滨站的面积比进行放大后作为xx坝址的分期洪水成果。xx坝址分期洪水各设计频率的洪峰流量见表1.2-3。表1.3-3xx坝址分期洪水设计表单位:m3/设计频率汛前期4月7大汛期7月10汛后期10月11枯水期12月3P=0.5%67202160063002060P=1%61101880057401900P=2%54901610051901730P=5%46401240044101500P=10%3980960038101310P=20%3280683035101110P=50%224032102340810e)洪水地区组成和遭遇xx流域洪水主要由暴雨产生，由于流域集水面积大，气象条件多种多样，各地区地形又有很大差异，所以整个流域由一次暴雨产生大洪水的年份很少，大部分是地区性的洪水汇合而成，所以洪水峰量组成比较复杂。eq\o\ac(○,1)哈尔滨站洪水组成和遭遇xx干流哈尔滨站洪水，是由嫩江、第二xx和拉林河来水组成。哈尔滨站历史上发生的大洪水，就是上述三水组合遭遇的结果。人们常说：哈尔滨的洪水是嫩江打底，第二xx加码，拉林河戴帽，就是说在嫩江水量较丰的基础上，如果再与第二xx和拉林河的较大洪峰遭遇，三水的恶劣组合，就会使哈尔滨形成大洪水或特大洪水。也有嫩江和第二xx洪水遭遇或仅是嫩江干流来水特大，而形成哈尔滨较大洪水的。解放以来，哈尔滨站出现过8次洪峰流量大于8000m31）嫩江、第二xx、拉林河同时发生洪水，这种洪水造成哈尔滨大洪水的年份较多，如表中1956年、1960年属这种类型的洪水。再如，解放前1932年、1934年洪水亦是此种类型。2）哈尔滨洪峰主要由第二xx、嫩江洪水组成，拉林河洪水较小，如1953年、1957年即为此种类型。3）哈尔滨洪峰主要来自嫩江，即嫩江洪水特大，第二xx、拉林河洪水均较小。如1969年、1998年即为此种类型。哈尔滨洪量主要来自嫩江，嫩江大赉站60天洪量占哈尔滨60天洪量的42.0%～84%，也就是说，嫩江来水是组成xx哈尔滨洪水的主要水量。eq\o\ac(○,2)xx坝址洪水组成和遭遇xx航电枢纽工程位于xx干流呼兰河口下游46km处。在哈尔滨水文站至xx航电枢纽坝址区间，左岸有支流呼兰河汇入，呼兰河是xx的主要支流之一，流域面积3.57×104km2，是哈尔滨～4、水位～流量关系曲线根据xx航电枢纽工程坝址所处位置，高水部分采用《xx流域防洪规划》中的洪水水面线，中低水部分参照黑龙江航道局测量大队近几年的实测流量成果进行综合分析定线，推求出xx坝址水位～流量曲线见表1.3-4。表1.3-4xx坝址水位～流量曲线Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)Z(m)Q(m3/s)107.20110110.001400113.004260116.0012800107.70260110.501750113.505000116.5015400108.00400111.002200114.006030117.0018200108.50536111.502650114.507230117.6523600816112.003150115.008560117.0018200109.501080112.503650115.5010400117.6523600注：各站高程系统为黄海基面5、泥沙a）哈尔滨站来沙量哈尔滨站的悬移质输沙量是从1953年至2001年统计的哈尔滨站多年平均悬移质输沙量为665×104t，哈尔滨站无推移质输沙量资料，取悬移质输沙量的10%估算，即推移质输沙量为66.5×104t。则哈尔滨水文站多年平均来沙量为732×104t。b）xx坝址来沙量xx坝址的悬移质输沙量按哈尔滨断面的悬移质输沙量加上哈尔滨～xx区间悬移质输沙量进行计算。哈尔滨～xx区间输沙量采用呼兰河兰西水文站的多年平均悬移质输沙模数（43.3t/km2）计算，其多年平均悬移质输沙量为183×104t，计算的xx坝址多年平均悬移质输沙量为848×104t，推移质输沙量取悬移质输沙量的10%估算，即推移质输沙量为84.8×104t。则xx坝址多年平均来沙量为933×104t。c）水库泥沙淤积分析xx枢纽属径流式电站，经水库泥沙数学模型计算分析，整个库区呈缓慢淤积态势，至水库运用20年，水库淤积趋于平衡，达到6718.0万m3。6、冰情根据哈尔滨水文站冰情资料统计，多年平均封江日期为11月24日，开江日期为4月9日，平均封冻时间为135日，春季开江流冰时间平均为7日左右，最大冰厚为1.25m（1957年3月），平均流冰速度1.05m/s。另据哈尔滨站1956～2001年（xx航电枢纽库区涝洲至坝址江段，河道顺直，比降平缓，排冰行洪断面宽阔，最窄的哈尔滨市江段天然情况下排冰断面也在700m以上。根据实测资料统计分析，开江期平均水位变幅1.61m，最大水位变幅为2.47m（1957年），开江形势基本上为文开江和半武开江。考虑到施工期由于施工导流，使河道束窄，应在流冰期进行冰情观测，视需要可及时采取工程措施进行排冰。7、水库水面蒸发增损xx建库后的蒸发增损按水体蒸发与陆面蒸发的差值计算，水体蒸发量采用距坝址较近的二龙山水库蒸发实验站成果，多年平均水体蒸发量为731mm哈尔滨站多年平均降水量为545mm，多年平均径流深为30mm，经计算，蒸发增损为二、工程地质1、区域地质概况a)地形地貌及地层岩性工作区位于xx中游，地处松嫩平原东南部。工作区的东南部和东北部边缘为张广才岭和小兴安岭余脉，属构造剥蚀低山丘陵地形，地面高程250m～665m。由华力西期和燕山期侵入岩、古生代变质岩系和中生代白垩系沉积岩等组成，地面起伏较大。西部及西北部广阔的松嫩平原，为二级侵蚀堆积阶地或称之为岗阜状高平原，地面高程135m～190m沟谷发育，相对切割深度10m～40m，组成物质主要为第四系中、上更新统冲积层。xx及其支流在其间流过，河谷开阔，漫滩发育，宽度一般1km～4km，最宽处可达15km，地面高程在113m～b)地质构造与区域稳定性新华夏系构造是该区的主控构造，一级构造表现为第二巨型沉降带（松嫩平原）和第二巨型隆起带（张广才岭西坡和小兴安岭西坡），主要构造形迹为北北东向的断裂及其次级断裂。其它与本工程密切相关的地质构造，有新华夏式构造的二级断裂构造依兰—舒兰断裂构造带、纬向构造体系的三级断裂构造巴彦—虎头断裂构造带（西段为xx断裂）。工作区附近在挽近期有过活动的断裂带仅有依兰—舒兰断裂带，其位于坝址东南侧，距坝址最近距离在70km以上。在库区范围内xx工程区的地震动峰值加速度为0.05g；地震基本烈度为6度。工程区地壳总体是稳定或基本稳定的。c)水文地质条件区内地下水根据赋存条件划分为分布在低山丘陵区的基岩裂隙水和分布在河漫滩、阶地、岗阜状平原区的第四系松散岩类孔隙水两大类型。基岩裂隙水赋存于岩石裂隙中主要的补给来源为大气降水的入渗，排泄于山前台地和河谷阶地、漫滩中。第四系松散堆积物中孔隙水主要分布在漫滩、阶地和岗阜状平原区，受大气降水的入渗和侧向径流补给，侧向径流和垂直排泄为主。2、坝址区的工程地质条件a)地质概况坝址处河谷呈宽阔不对称的“U”字型，由河谷漫滩和二级阶地构成，缺失一级阶地。左岸较缓，坡度约20°左右，为高平原前缘斜坡,右岸较陡，坡度为50°左右，为丘陵前缘斜坡；河谷宽约3170m，河床靠右侧，左侧漫滩宽度约2250河漫滩、河床发育有第四系全新统冲积层（Q42al），由细砂及中、粗砂组成，呈松散~稍密状态。二级阶地发育有第四系上更新统哈尔滨组冲洪积层（Q3al），左岸上部为可塑状粉质粘土、粉土，下部为细砂及中、粗砂，右岸为粉质粘土。基岩为白垩系泥岩。根据区域地质资料和钻探、物探成果，确定xx断裂（F5）自坝轴线桩号1+588以北土坝坝段通过坝址，断裂带顶界面纵波速度2000m/s~2200m/s，其波速值表现出节理发育的断层影响带性质。除此之外，坝址区未发现其他较大的断层破碎带，仅于钻孔中发现数条宽度在5cm~坝址区基岩地层呈近水平产出，主要发育二组陡倾角节理，节理面多平直光滑。层间软弱夹层一般不发育，其中在船闸部位，软弱夹层较多，但连续性较差，一般宽度2cm~4cmb)泥岩工程地质特征各枢纽建筑物除土坝外，均坐落在白垩系嫩江组泥岩上，为一套湖相沉积地层，层理发育，易于沿层理面分离。矿物成分以次生矿物石英、方沸石和粘土矿物为主，其中粘土矿物以伊利石和混合层型的蒙脱石-伊利石为主。通过点荷载强度试验，按15天强度计算，径向强度约降低了45%，轴向强度约降低了19%。在迅速失水条件下数小时内样品表面即出现龟裂现象；在干湿交替条件下，岩石发生崩解破坏。因此，各水工建筑物基础和永久边坡应采取保护措施。枢纽布置第一节坝轴线选择一、坝线比选本设计中比较了两条坝线，即下坝线（Ⅰ线）和上坝线（Ⅳ线）。上坝线位于下坝线上游134m。两条坝线相距较近，地形、地质条件基本相同，左坝肩均为上更新统细砂及粗砂，都存在绕坝渗漏问题；右坝肩均为嫩江组泥岩陡坡，属弱~微透水岩体，都不存在绕坝渗漏问题，但下坝线右坝肩坡顶高程在158m左右，上坝线右坝肩坡顶高程约为165m~173m，下坝线可减少右坝肩和坝顶公路接入段的明挖工程量。两条坝线土坝段均坐落于第四系全新统冲洪积砂层上，都存在坝基渗漏、渗透稳定和基坑排水问题，都有xx断裂带在坝下通过。两坝线其他枢纽建筑物部位基岩均为嫩江组泥岩，岩体的完整性、渗透性和风化状态等条件基本一致，仅上坝线船闸部位存在f66-1、f66-2、f141-1三条小断层，将对船闸基坑边坡构成不利影响。综上所述，下坝线的工程地质条件略优于上坝线，故选则下坝线为坝轴线。二、各水工建筑物工程地质条件a）土坝坝段土坝坐落于松散地层上，主要工程地质问题为坝基砂性土的震动液化问题和坝基渗漏、绕坝渗漏问题及其渗透稳定问题。建议设计时采取适当的防渗加固措施，基岩部分桩号0+00m~0+330m垂直防渗处理深度基岩面以下3m，0+330m~1+991.42m段基岩面以下16m。b）混凝土重力坝段和二十八孔泄洪闸混凝土重力坝段和二十八孔泄洪闸布置在河漫滩南部、右侧河床和江心洲左半部，覆盖层厚4.50m~10.60m，岩性主要为级配不良细砂、级配不良中砂、级配不良粗砂，均呈松散~稍密状态，且厚度分布不均。基岩为白垩系泥岩，岩面高程在102.8m~103.设计坝、闸建基高程100.5m，坐落于弱风化泥岩下部，岩体质量多为Ⅳ类，属中等透水岩体，厚度8m~12m，其下为弱~微透水岩体，建议防渗处理深度13m~c）发电厂房发电厂房位于江心洲右半部，江心洲地面高程在112m~113m。覆盖层厚10.80m~11.d）十孔泄洪闸十孔泄洪闸布置在江心洲右侧河床上，地面高程在104.42m~106.61m。覆盖层厚1.50m~3.65m，岩性主要为级配不良细砂和级配不良中砂，均呈松散~稍密状态。基岩为白垩系泥岩，岩面高程在102.76m~103设计十孔泄洪闸建基高程101.0m，坐落于弱风化带泥岩内，岩体质量多为Ⅳ类，岩基属弱透水岩体，弱透水岩体厚度5m~10m，透水率5.1Lu~8.0Lu，其下为微透水岩体，建议防渗处理深度11m~e）船闸船闸由上、下闸首和闸室构成，上、下闸首建基高程98.5m，闸室建基高程100.3闸基以下10m~15m范围内，属弱~中等透水岩体，渗透系数建议值k=0.3m/d~0.6m/d。坝轴线上船闸及右岸连接段岩基属弱透水岩体，厚度5m~10m，透水率5.1Lu~8.0Lu，其下为微透水岩体，建议防渗处理深度11m~12第二节枢纽总体布置一、工程等别和标准xx干流xx航电枢纽工程为大（1）型工程，工程等别为一等。洪水标准为100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。主要建筑物有船闸、泄洪闸、河床式水电站、土坝、过坝公路（桥）等。船闸上闸首按1级水工建筑物设计，下闸首、闸室按2级水工建筑物设计，导航墙、靠船墩、隔流堤按3级水工建筑物设计。泄洪闸、河床式水电站、土坝等级别为2级。地震基本烈度为6度，主要建筑物设计烈度为6度。二、枢纽总体布置1、枢纽总布置方案比选本设计以满足通航要求为原则，按船闸和河床式水电站可能布置的位置，对以下的枢纽布置方案一、方案二进行比较。方案一：船闸布置在xx干流主河道右叉右岸侧，河床式水电站紧挨船闸布置，河床式水电站左侧依次为40孔泄洪闸、砼过渡坝段、土坝及坝上公路（桥）等。方案二：船闸布置在xx干流主河道右叉右岸侧，船闸左侧为10孔泄洪闸，河床式水电站布置在江心岛上，河床式水电站左侧依次为30孔泄洪闸、砼过渡坝段、土坝及坝上公路（桥）等。船闸、泄洪闸、砼过渡坝段和土坝及坝上公路（桥）等的结构布置以及枢纽地基处理两方案相同。从枢纽整体水工模型试验看，方案二的泄流能力和通航水流条件、水流流态均好于方案一。从枢纽布置整体协调性来看，方案一比方案二布置拥挤，与周围环境协调不好。综合上述分析，选方案二为最后枢纽布置方案。2、推荐的枢纽总平面布置通过对比选确定的xx航电枢纽布置进一步优化设计，推荐方案的枢纽总平面布置从右至左为：船闸、10孔泄洪闸、河床式水电站、28孔泄洪闸、砼过渡坝段、土坝及坝上公路（桥）等，坝线全长3249.78m。a）船闸本布置为平面布置比选后的推荐方案，在工可推荐方案的基础上进行了优化，船闸布置在xx干流主河道右叉右岸侧，上闸首作为枢纽挡水建筑物的一部分，上闸首顶高程同坝顶高程。闸室净宽28.00m，闸室长180.00m。船闸上、下游引航道采用不对称布置型式，船舶进出闸方式为曲线进闸，直线出闸。引航道底宽78.00m，直线段长450.00m，其中导航段兼调顺段270.00m，停泊段180.00m。上下游引航道与泄洪闸之间均设隔流堤，上下游各b）泄洪闸结合河道在该断面分为左右两汊的地形，泄洪闸分两组分别布置在右汊左岸、左汊及左岸滩地，即河床式水电站的两侧，船闸和河床式水电站之间布置10孔，河床式水电站左侧布置28孔。1）右汊左岸10孔泄洪闸右汊左岸10孔泄洪闸，每孔净宽20.00m，堰顶高程106.00m，堰型为折线堰。中墩宽3.00m，底长33.90m，顶长43.30m，右边墩宽4.00m，底长33.90m，顶长43.30m，左边墩宽7.00m，底长33.90m，顶长43.30m，兼作厂房环厂公路；闸墩顶高程为121.50m。闸室长33.90m；工作为弧门，检修门为平板钢闸门。闸室上部设交通桥、电缆廊道和门机轨道，交通桥总宽12.00m。泄洪闸的消能工为底流消能，长40.00m，厚1.00m，布置φ28的锚筋，间、排距为2.0m，深入岩石8.50m。左导流墙利用厂房的边墙，右导流墙利用泄洪闸与船闸的连接墙。2）左汊及左岸滩地28孔泄洪闸左汊及左岸滩地28孔泄洪闸，每孔净宽20.00m，堰顶高程107.00m，堰型为折线堰。中墩宽3.00m，底长33.90m，顶长43.30m，左右边墩均宽4.00m，底长33.90m，顶长43.30m；闸墩顶高程为121.50m。闸室长33.90m；工作为弧门，检修门为平板钢闸门。闸室上部设交通桥、电缆廊道和门机轨道，交通桥总宽12.00m。泄洪闸的消能工位戽式底流消能，长11.49m，厚1.00m，布置φ28的锚筋，间、排距为2.0m，深入岩石8.50m。右导流墙利用厂房的边墙，左导流墙接边墩，长11.49m，墙顶高程为121.50m。为了不影响泄流，江心岛及江心岛两侧的泄洪闸上、下游地面开挖至108.00m高程；左侧滩地的泄洪闸上、下游地面开挖至108.00m高程，上游开挖长度约100.00m，下游开挖长度约300.00m。c）河床式水电站河床式水电站布置在江心岛上，左右与泄洪闸相连，主要建筑物由拦沙坎、引水渠、电站厂房、交通桥、尾水渠及开关站组成。电站厂房内装有六台贯流式灯泡机组，单机容量11MW，总装机容量66MW。厂房基础建基面高程约为91.0m左右，座落在弱风化泥岩下部，强度较高，透水性微弱，地基抗压抗滑稳定性较好。厂房为挡水坝段的一部分，采用钢筋混凝土封闭式结构，厂房纵轴线与坝轴线平行，方位角为NW352°47′1″，与主河道流向夹角约30°，尾水渠略向右侧转弯，即可与主河道平顺衔接。厂房沿水流方向依次布置进水操作平台、主机间及安装间、交通桥、尾水操作平台和尾水渠。生产副厂房布置在主机间下游侧交通桥下层。开关站采用GIS与出线场结合的方式，两台主变压器和GIS布置在安装间下游侧。考虑大件设备的运输、安装及检修，在高程121.50m坝顶平面设置一台跨度为24.0m厂外交通为除有xx航运之外，其公路右岸可由哈尔滨市经居仁镇、满井乡到达坝址，左岸可由哈尔滨经呼兰至杨林乡到达坝址，再经坝（闸）上公路（桥），进入厂区。为了满足消防和交通的需要，在安装间侧沿导流墙设一条宽度6.0道路，可直接由公路桥通过厂房屋顶进入厂区，在高程110.20m从厂房下游侧进入厂内；在#1机组断端部设一条宽度为7.0m道路与尾水平台相接，使得在厂房周围形成环形通道。考虑主变压器进厂检修，在安装场设置一“L”型主变搬运道。在安装间下游侧主变搬运道对应位置设置一进厂大门，门口尺寸为(宽×高)6.0×5.5m。d）砼过渡坝段在泄洪闸与土坝之间设48.00m长重力式挡水坝段，分两个坝段，上游为直坡，下游坡比为1：0.7，坝顶宽12.00m，坝顶高程为121.50m，坝后为出线场和回车场；坝前为门库。坝基位于泥岩的强风化带下限。e）土坝土坝布置在左岸滩地上，全长1959.70m，为粘土均质坝。坝顶高程121.50m，坝顶宽度12m，最大坝高14.20m，上、下游坡均为单级坡，坡比1：3.0。考虑土坝在设计洪水位及校核洪水位工况下上、下游水头差相差不大，土坝上、下游均设混凝土板护坡，其中上游护坡厚度25cm，下游护坡厚度20考虑风浪及防冻要求，粘土填筑区顶高程为119.30m，顶宽12.0m，顶轴线与坝轴线重合，上下游边坡均为1：3.0。粘土心墙两侧设50c为便于排水，防止浸润线出逸处渗透变形和冰冻破坏，同时防止泄洪洪水对坝脚淘刷，坝下游坡设贴坡排水，贴坡排水顶高程除背江段为110.00m外，其余均为114.00m坝顶设交通公路，与闸上交通桥连接，交通公路按2级公路设计，路面为沥青混凝土路面，厚度10cm。基层为半刚性，上基层为6%水泥稳定砂砾石整平层，最小厚度15cm、下基层为5%水泥稳定砂砾石层15cm土坝位于河漫滩区，坝基座落于级配不良细、中、粗砂层，其透水性属中等透水—强透水，下伏白垩系泥岩，为强风化—弱风化，属微透水—中等透水。坝基防渗采用混凝土防渗墙。混凝土防渗墙位于坝轴线上游6m处。防渗墙顶插入粘土均质坝内2.0m，底部嵌入泥岩强风化层内1.0m，遇构造破碎带嵌入2.0m。防渗墙厚度为40f）岩基处理船闸上闸、泄洪闸首先进行固结灌浆，然后帷幕灌浆；发电厂房基岩只进行固结灌浆；土坝基岩只进行帷幕灌浆。固结灌浆排距和孔距为3.00m，船闸上闸首孔深8.00m，发电厂房、泄洪闸基岩孔深5.00m。帷幕灌浆采用单排，孔距为2.00m，防渗帷幕体透水率的控制标准为不大于5Lu，10孔泄洪闸和船闸及与坝肩连接段自建基高程起防渗处理深度11.00m~12.00m；28孔泄洪闸坝段自建基高程起防渗处理深度13.00m~14.00m；发电厂房及右坝肩不做防渗处理；土坝段桩号0+00~0+330自基岩面起防渗处理深度第三章坝工设计第一节设计依据一、水文本设计确定泄水闸及其下游消能防冲设施、混凝土过渡坝段、土坝的建筑物级别为2级，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为300年一遇。设计洪水水位117.38m，最大泄量18335m3/s，相应下游设计洪水水位117.02m；校核洪水水位11二、地质a）地形条件坝址处河谷呈不对称的“U”字型，左岸较缓，坡度约20°左右，为高平原前缘斜坡，土坝段处在河床左侧的漫滩，地面高程在111.6m~113.9m，地形较平坦，相对高差在1m~3m，沼泽湿地、牛轭湖、砂丘、砂垄发育，河道迂回曲折，江心洲、边滩较多，在漫滩上发育有北（汊）江，宽度在70m左右。b）工程地质条件选定坝址位于田家堡河段。坝址区地层主要为第四系和白垩系，右汊堆积物较薄，主要是级配不良中细砂和含砂低液限粘土，左汊堆积物稍厚，主要是粘土质细砂，含细粘土细砂，级配不良中、粗砂。河滩地堆积物较厚，主要是有机质土，粉土质细砂，含细粒土细砂，含砂低液限粘土和级配不良中、粗砂。河床下部基础均为泥岩，呈灰色及紫红色，泥质胶结，岩面高程在102m左右，全强风化厚度在1～3mc）地质构造及区域稳定性xx断裂可能穿过坝址，但其隐伏在第四系之下，坝址处大面积被第四系覆盖，根据物探解译资料，在桩号1+250~1+500处基岩波速较低，在1800m/s~1900m/s，而土坝段其他部位基岩波速在2000m/s~2200m/s，推测该部位可能是构造破碎带。d）水文地质条件土坝段地下水主要为河漫滩区的第四系松散层孔隙潜水，含水层岩性为级配不良细砂、中砂、粗砂等，属中等~强透水层，水量较丰富，勘探期间漫滩区地下水埋深在1.50m~3.00m，地下水水位在109.20m~111.50m。主要接受大气降水补给和侧向径流补给，以蒸发和径流的形式排泄，与地表水水力联系密切。e）各层土的物理力学性质：各层土的颗分成果见表8.4－4，各层土的物理力学性质指标见表8.4－5，白垩系泥岩的物理力学指标见表8.4－6。表8.4－4各层土的颗粒分析成果统计表层号岩性名称统计组数颗粒组成百分数（粒径以mm计）砾粒砂粒粉粒粘粒粗细粗中细60~2020~22~0.50.5~0.250.25~0.0750.075~0.050.05~0.005<0.005①低液限粘土0.213.622.744.319.2②级配不良细砂90.85.0③级配不良细砂221.17.718.469.92.9④级配不良中砂88.027.331.632.01.1⑤级配不良粗砂923.529.819.326.41.0⑥低液限粘土132.064.04.0⑦含细粒土细砂28.782.39.0⑧级配不良细砂813.323.360.03.4⑨级配不良中砂222.741.833.52.0⑩级配良好粗砂415.047.518.418.01.1表8.4－5各层土的物理力学试验成果统计表层号岩性名称统计组数含水率湿密度干密度比重孔隙比饱和度孔隙度液限塑限塑性指数液性指数垂直渗透系数饱和固结饱、固、快压缩系数压缩模量凝聚力内摩擦角组%g/cm3%%%%cm/sMPa-1MPakPa度①低液限粘土624.31.931.572.680.758894330.117.812.30.541.51×10-60.1949.9037.721.0②级配不良细砂92.67③级配不良细砂222.66④级配不良中砂82.65⑤级配不良粗砂92.65⑥低液限粘土111.21.931.742.660.530563525.516.39.2<02.34×10-60.1609.7037.321.6⑦含细粒土细砂22.67⑧级配不良细砂82.66⑨级配不良中砂22.66⑩级配良好粗砂42.65]表8.4－6泥岩的物理力学指标统计表岩性名称取样深度试验组数容重比重单向抗压强度软化系数弹性模数自然状态饱和状态自然状态饱和状态弹性模量泊桑比平均值波动范围平均值波动范围m~m组g/cm3MPaMpa泥岩13.98~18.5311.851.972.6~5.00.6522.20~24.00922.316.412.3~20.50.745.60×1030.34第二节坝型比选一、坝型比选根据坝址区的地形、地质及当地天然建筑材料的分布、储量、物理力学特性和施工、运用及坝基处理等条件，并考虑到利用电站、船闸、泄洪闸等建筑物开挖料的可能性来选定坝型。初选粘土均质坝、土质防渗体分区坝（粘土心墙砂壳坝）、沥青心墙砂壳坝及砼防渗墙砂壳坝4个坝型进行方案比较。坝基防渗处理为混凝土截渗墙方案，对于以上4种坝型均适用，因此，基础防渗均采用混凝土截渗墙方案进行坝型方案比较。从施工、投资等方面综合分析，选择粘土均质坝为本设计坝型。二、选定方案土坝布置土坝布置在左岸滩地上，全长1959.70m，为粘土均质坝。坝顶高程121.50m，坝顶宽度12m，最大坝高14.20m，上、下游坡均为单级坡，坡比1：3.0。考虑土坝在设计洪水位及校核洪水位工况下上、下游水头差相差不大，土坝上、下游均设混凝土板护坡，其中上游护坡厚度25cm，下游护坡厚度20考虑风浪及防冻要求，粘土填筑区顶高程为119.30m，顶宽12.0m，顶轴线与坝轴线重合，上下游边坡均为1：3.0。粘土心墙两侧设50c为便于排水，防止浸润线出逸处渗透变形和冰冻破坏，同时防止泄洪洪水对坝脚淘刷，坝下游坡设贴坡排水，贴坡排水顶高程除背江段为110.00m外，其余均为114.00m坝顶设交通公路，与闸上交通桥连接，交通公路按2级公路设计，路面为沥青混凝土路面，厚度10cm。坝顶公路利用坝身作路基，行车道宽度9.0m，双向坡均为1.5％；两侧路肩宽度均为1.5m，坡比3%。基层为半刚性，上基层为6％水泥稳定砂砾石整平层，最小厚度15cm、下基层为5%水泥稳定砂砾石层15cm；路肩上层设10cm砂土改善罩面。坝上公路行车道与路肩之间设有路缘石，上设防护栏杆。坝上公路设有照明设施。土坝位于河漫滩区，坝基座落于级配不良细、中、粗砂层，其透水性属中等透水—强透水，下伏白垩系泥岩，为强风化—弱风化，属微透水—中等透水。坝基防渗采用混凝土防渗墙。混凝土防渗墙位于坝轴线上游6m处。防渗墙顶插入粘土均质坝内2.0m，底部嵌入泥岩强风化层内1.0m，遇构造破碎带嵌入2.0m。防渗墙厚度为40第三节坝体结构设计根据上述的坝型比较成果，坝型采用均质土坝坝型。a）坝顶高程的确定1）风速风速采用宾县气象台1973年～1999年5月～10月实测风速进行统计。其结果见表8.4-7。宾县气象台风标距地面高度为8.0m，风标高度修正系数为HZ=1.04，修正值见表8.4-考虑气象台站隐蔽情况及气象台站所在地的地形高低取K1·K2=1.1×1.6＝1.76，求得库面风速，见表8.4-7。表8.4-7库面风速风向单位NSWWSWWWNWNWNNW气象台风速m/s6.010.158.729.749.798.088.19修正后风速m/s6.2410.569.0710.1310.188.408.52库面风速m/s11.1316.4314.6615.8115.9113.8313.94计算风速设计情况取库面风速的1.5倍，校核情况取库面风速的1.0倍。2）风区长度风区长度采用等效风区长度，其中对坝顶高程影响最大的风向为WNW方向。3）风区内水域平均水深Hm沿风向作出地形剖面图求得，计算水位与相应设计情况下的静水位一致。4）波浪的平均波高和平均波周期采用莆田实验站公式计算：式中：hm—平均波高，（m）；Tm—平均波周期，（s）；W—计算风速，（m/s）；D—风区长度，（m）；Hm—水域平均水深，（m）；g—重力加速度（m/s2）。平均波长按下式计算：对于深水波，既当Hm≥0.5Lm公式可简化成下式。式中：Lm——平均波长，(m);H——坝迎水面前水深，(m)。5）风壅水面高度按下式计算：式中：e—计算点处的风壅水面高度，(m)；D—风区长度，(m)；K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6；β—计算风向与坝轴线法线的夹角，(°)。6）正向来波的平均波浪爬高按下式计算：式中：Rm—平均波浪爬高，(m)；KΔ—斜坡的糙率渗透系数，砼板护坡取KΔ=0.90；KW—经验系数；m—单坡的坡度系数。1～3级坝设计波浪爬高值应采用累计频率为1%的爬高值R1%。7）坝顶在静水位以上的超高值按下式计算：式中：y—坝顶超高，(m)；R—最大波浪在坝坡上的爬高，(m)；A—安全加高，(m)。设计坝体断面为：坝顶宽度为12m，上游边坡为1：3.0，上游边坡采表8.4-8坝顶超高计算成果表计算情况风浪要素WNW风向单位设计洪水校核洪水计算静水位m117.38118.00吹程m85098524计算风速m/s23.8715.91平均波浪高度m0.730.52平均波浪周期s3.793.20平均波浪长度m21.5415.88风壅水面高度m0.180.07波浪平均爬高m1.370.87累积波浪爬高(p=1%)m2.851.94安全加高m1.00.7坝顶超高m4.032.71计算坝顶高程m121.41120.71由计算可知，坝顶高程由设计洪水位控制，计算坝顶高程为121.41m，设计取为121.50m。b）坝体结构设计土坝位于左岸滩地上，全长1990.42m，为粘土均质坝。1）断面设计：均质坝坝顶高程121.50m，坝顶宽度12m，最大坝高14.20m，上、下游坡均为单级坡，坡比1：坝轴线与粘土填筑区顶轴线重合，粘土填筑区顶宽12.0m，顶高程为119.30m，与坝顶高差2.2m，满足本地区最大冻土深度2.05m的要求，上下游边坡均为1：3.0。土坝上、下游均设砼板护坡，其中上游坡厚度为25cm，下游坡厚度为20cm，砼板下设碎石垫层30cm为便于排水，防止浸润线出逸处渗透变形和冰冻破坏，同时防止泄洪洪水对坝脚淘刷，坝下游坡设贴坡排水，贴坡排水顶高程除背江段为110.00m外，其余均为114.00坝顶设交通公路，交通公路按2级公路设计，与规划的哈尔滨市五环路相接，坝顶路面为沥青混凝土路面。2）护坡设计：护坡型式比较护坡型式的不同影响到坝顶高程的不同，将直接影响坝体的投资。本次设计比较了混凝土板护坡及干砌块石护坡两种型式。混凝土板护坡布置见上述，砌石护坡方案为：通过计算复核，上、下游砌石厚度均为40cm，垫层布置同混凝土板护坡。护坡型式比较工程量及投资见表8.4－9。表8.4-9护坡型式比较土坝工程量及主要工程项目投资护坡型式工程项目单位比较单价（元）混凝土板护坡干砌块石护坡1、坝顶高程m121.50121.102、工程量（1）粘土填筑m335613715613715（2）反滤过渡带m31606361663616（3）坝壳碎石料m345180242161994（4）混凝土板护坡m346724315（5）干砌石护坡m323047096（6）护坡垫层m31453839738397（7）土方开挖m31013584183654、工程造价（工程直接费）万元5627.85553.2由上表可见，砌石护坡与混凝土板护坡工程投资相差不大。但由于坝址附近缺乏块石料，护坡所需块石料需外运，而xx采石场及少陵山采石场距坝址较远且交通不便利，上述两采石场主要供应哈尔滨市、绥化市、呼兰县及巴彦县建筑材料市场，料源供应及价格波动都将影响施工进度。同时上述两采石场所生产的块石块径较小，抗老化能力较差，而护坡厚度较厚需双层砌石进而增加了施工难度及工期。因此在两方案经济性相差不大的基础上，考虑材料、施工及美观等方面因素，护坡型式采用混凝土板护坡。护坡计算按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001进行设计。护坡砼板厚度按下式计算：式中：—系数，对于整体式大块护面板取为＝1.0；b—沿波向板长（m）；—混凝土容重（kN/m3）,=24kN/m3；—水的容重（kN/m3）；=10kN/m3；m—坝坡坡率，m＝3.0；—波浪长度（m）；hp—设计波浪高度（m），设计波浪高度取累计概率p=1%的波浪高度h1%。选取典型断面进行护坡厚度计算，计算成果详见表8.4－10。表8.4－10护坡计算成果表项目平均波高累积频率波高波浪长度护坡厚度单位mmmm设计0.731.6821.540.196校核0.521.2015.880.126根据计算成果，考虑冰冻要求，选取上游护坡厚度为25cm，下游护坡厚度20cm，强度等级为C20,抗冻标号F200。护坡砼板分缝尺寸为2m×2m，分缝材料取为三毡四油，护坡下设碎石垫层303）坝顶结构设计土坝坝顶宽度为12.0m，上设交通公路，坝上交通公路全长1990.42m，按2级公路设计，与闸上交通桥连接。坝上公路利用坝身作路基，计算行车速度80km/h，其中行车道宽度9.0m，双向坡均为1.5％；两侧路肩宽度均为1.5m，坡比3％。坝顶路面为AC－13Ⅰ型沥青混凝土路面，厚度10cm，采用重交通道路沥青AH－110，路面石料采用洁净、强度高的花岗岩，沥青粘附等级4级；基层为半刚性，上基层为6％水泥稳定砂砾石整平层，最小厚度15cm、下基层为5％水泥稳定砂砾石层15cm，路面基层用水泥为425#普通硅酸盐水泥；路肩上层设10cm坝上公路行车道与路肩之间设有路缘石，上设防护栏杆。路缘石每35m设一排水口。坝顶迎水面侧每50m设一照明灯。灯座为50cm×50cm×100cm的砼基座，在砼基座内设预埋件。沿照明一侧坝肩部分埋设电缆沟。c）坝料设计（1）粘土料设计根据坝体断面设计，均质坝粘土料填筑总方量为60.2万m3。坝址区内粘土料储量丰富，所选料场位于xx北岸田堡村以北杨林至田堡村公路东侧，距坝址左端点约5km，有田堡村至xx左岸滩地的土路自料场附近通至坝址附近，雨季无法通行，需要修建临时道路。料场占地面积为48×104m2，占地类型为旱田。料场为河谷左岸的高平原，地面高程在122m~165m，岩性自上而下主要有①有机质土：黑褐色，含大量有机质，为耕植层，厚0.30m本料场地形起伏较大，剥离层平均厚0.50m，弃土量为25×104m3，有用层平均厚3.88m，储量为186.4×10表8.4－11储量计算成果表（平均厚度法）勘探点数量剥离层厚度剥离层平均厚度有用层厚度有用层平均厚度面积剥离层体积有用层储量mmmm101010500.500.501.3~4..503.884824.8186.4粘土料场土的土工试验成果见表8.4－12。表8.4－12粘土料场土的土工试验成果统计表统计项目天然状态下土的物理性指标液限塑限塑性指数液性指数颗粒组成（%）控制密度控制状态下土的力学性指标击实试验可溶盐含量有机质含量含水率湿密度干密度比重孔隙比饱和度孔隙度砂粒粉粒粘粒垂直渗透系数固结试验抗剪强度最大干密度最优含水率中细(饱和)(饱·固·快)粒径以mm计压缩系数压缩模量凝聚力内摩擦角ωρρdGsesrnωLωpIPIL0.5-0.250.25-0.0750.075-0.050.05-0.005<0.005ρ控Kvav(1～3)Escφρdmaxω%g/cm3%%%g/cm3cm/sMPa-1MPakPa度g/cm3%%%统计组数252525252525252525252515151515151515151515平均值24.31.941.562.7029.619.310.35.05.549.440.11.686.05×10-70.17210.2015.820.41.7116.30.00590.43最大值29.32.061.712.7233.451.48×10-60.24516.5828.923.11.7918.40.01120.57最小值20.11.801.462.6926.721.36×10-70.0956.778.617.71.6514.10.00360.30注：控制密度为最大干密度的0.98倍，天然状态下土的物理性指标统计组数为25组，其它各项试验指标的统计组数为15组。本料场土的各项试验指标除粘粒含量和含水率偏高外其他各项指标均能满足均质坝土料的质量要求，可以用作均质坝的筑坝土料。施工中应加强质量控制，严格控制填筑时粘土含水量，避免出现碾压不密实，以确保坝体安全运行。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），含砾和不含砾的粘性土的填筑标准应以压实度和最优含水量作为设计控制标准。本工程土坝为二级建筑物，设计压实度98%。从粘土料场击实试验看，其最大干密度为（1.65－1.79）g/cm3，平均最大干密度，最优含水量为14.1％－18.8％，平均最优含水量，土料平均塑限为19.3％，比高3％，而土料平均天然含水量偏高，比平均塑限高5％，比高8%。如果采用挖沟、适当晾晒以降低天然含水量的措施，势必产生增加工期，提高土料单价等一些不利因素，因此设计干容重不宜过高，否则土料难于压实，达不到设计要求的控制标准。由于本料场储量为183万m3，同时地形起伏较大，料场有挑选的条件，因此设计粘土料应尽量挑选天然含水量较低（20.1%—24%）的区域开采。采用设计干容重。另可用以下公式作为校核：式中：－土料比重，取2.70；－压实土的含气量，对应粘土取0.05；－设计最优含水量，计算中暂取18％。计算得，其乘以设计压实度0.98对应的干容重为1.68g/cm3，接近于设计值。设计拟定的粘土料的颗粒组成见图8.4－1。（2）反滤料设计按照上述粘土料的设计，其d85=0.022－0.072mm。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，当被保护土为粘性土时，其第一层反滤层的级配应根据被保护土小于0.075mm颗粒含量的百分数不同，而采取不同的方法：根据地质勘察报告可知，被保护土（粘土）不含大于5mm的颗粒，其小于0.075mm的颗粒含量为86.5％－96.9％，要求反滤层的颗粒级配D15≤9d85,即反滤料的D15≤0.198－0.648mm。结合本工程的实际情况，坝址区附近无可用于反滤的砂砾料产出，通河县岔林河采砂场虽有砂砾料出产，但运距太远，同时其D15＝0.646mm不易满足反滤级配的要求；xx采石场与少陵山采石场出产的碎石弃料（石粉）虽可用做反滤，但含泥量较高，平均为40.6％，需经筛分和水洗才能使用。因此，设计拟采用xx码头至坝址附近的xx河床及浅滩的中砂做为反滤层。此段江道每年采沙船采出的中砂约50×104m3左右，其储量可以满足工程建设的需要。根据土工试验成果，此段河床部位岩性为级配不良中砂，其D15＝0.259mm，与规范要求的反滤级配稍有差距，但参照我国已建和在建的许多同类工程，对于反滤层的设计大多数均已突破了规范的限制。参照以往工程经验并结合本工程的实际情况，考虑到反滤料与坝壳保护料在开采、运输及碾压过程中的自然掺混作用，二者之间有很好的过渡。因此，本次设计反滤料为上述级配不良中砂，其D15＝0.259mm，D85＝0.866mm，Cu=3.03，Cc＝1.24，小于反滤料的颗粒组成见表8.4－13及图8.4－1。表8.4-13反滤料的颗粒组成范围表粒径20-22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.050.05-0.005小于某粒径土的百分数（％）3.742.739.513.01.1（3）坝壳保护料设计根据坝体断面设计，均质坝坝壳保护料填筑方量为17.5万m3。由地质勘察可知，坝址区附近出产的多为粉细砂、细砂及级配不良中砂。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：均匀中、细砂及粉砂可用于中、低坝坝壳的干燥区。考虑本工程土坝对应设计洪水期干燥区填筑量较小，且坝顶为哈市五环路的交通干线，通车量较大，洪水期饱和中细砂受振动荷载可能液化的不安全因素，因此利用坝址附近砂料场砂料不适宜，同时电站、船闸、泄洪闸等建筑物开挖弃料做为坝壳保护料也受条件限制。设计中调查了通河县岔林河采砂场，该采砂场位于通河县境内的岔林河漫滩上，距坝址约170km，有砂石公路通至坝址附近的田堡村。该砂场有用层岩性为级配良好粗砂（含砾），可用做坝壳填筑料，估算其储量可以满足本工程的需要。但由于运距太远，相应坝壳料单价太高。因此此砂砾料做为坝壳料显然不合适。综上所述，坝址区附近没有适宜用做坝壳料的天然料场，设计考虑人工料场。通过调查，坝址附近10km范围内无砂砾料产出，因此考虑碎石料做为坝壳料。本次调查范围内仅有宾县糖坊乡xx采石场和巴彦县西集镇少陵山采石场生产碎石和块石。xx采石场距右坝端约17km，其主要产品就是各种规格的碎石，也包括各种规格的块石。所产石料的岩性主要为侏罗系下统宁远村组（J3n）辉长岩，该采石场储量在400×104m3少陵山采石场位于左坝端以北少陵山，距左坝端约25km，其主要产品是各种规格的碎石，也包括各种规格的块石。所产石料的岩性主要为花岗闪长岩。该采石场储量在300×104m3左右，可以满足本工程建设的用量需要。距坝址附近的田堡村约20km按照上述反滤料的设计，以反滤料做为被保护土，其d15＝0.259mm，d85＝0.866mm，根据规范反滤规定，要求坝壳料D15/d85≤4－5，D15/d15≥5，亦即要求D15≤3.464－4.33mm，D15≥1.295mm。由于本次设计坝壳保护料为人工碎石料，因此设计提出坝壳碎石料的颗粒组成为D15≤3.464－4.33mm，D15≥1.295mm，同时其Cu不小于5，C＝1－3的级配良好碎石。本工程坝壳碎石料填筑以孔隙率作为控制指标，初步确定为25％。由于坝顶公路利用坝身作路基，参照《公路路基设计规范》（JTJ013－95）、《公路沥青路面设计规范》（JTJ014－97）粘土填筑区顶以上坝壳料按重型击实标准进行，以压实度控制，要求路槽底面以下0－80cm压实度不小于93％，80cm以下压实度不小于90％，具体应根据现场试验确定。第四节设计计算一、渗流计算1）渗流计算内容①确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；②确定坝体与坝基的渗流量；③确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；2）渗流计算水位组合情况①上游正常蓄水位（116.00m）与下游相应的最低水位（下游泄流550m3/s时的相应水位108.51m②上游设计洪水位(117.38m)与下游相应的水位（116.90m）；③上游校核洪水位（118.00m）与下游相应的水位（117.65m）；3）渗透系数渗流计算考虑坝体和坝基渗透系数的各向异性，即取粘土水平渗透系数为垂直渗透系数的5倍。填筑土料及坝基土的渗透系数及允许渗透比降采用值详见表8.4-16。表8.4-16渗透计算设计参数表序号土料名称垂直渗透系数（cm/s）水平渗透系数（cm/s）1均质坝筑坝粘土6.05×10-73.025×10-62反滤保护层5.29×10-25.29×10-23碎石坝壳料1×10-11×10-14坝基低液限粘土1.51×10-67.55×10-55坝基级配不良细砂5×10-35×10-36坝基级配不良中砂2×10-22×10-27坝基级配不良粗砂5×10-25×10-24）计算成果土坝渗流计算采用二维有限元渗流计算软件“2D—FLOW”计算。考虑坝体反滤层与坝壳碎石料渗透系数相差不大，为简化计算，将二者归为一层。渗流计算成果详见表8.4-17。表8.4-17渗流计算成果表计算断面渗透性0+5001+0001+400坝基渗透比降无截渗墙0.060.090.08有截渗墙0.0010.0010.04渗流量（m3/s.m）无截渗墙1.18×10-41.76×10-41.02×10-4有截渗墙3.76×10-52.76×10-53.19×10-5计算结果表明：均质坝坝基采取了砼截渗墙处理后，降低了坝体内浸润线的高度，减小了坝基渗流量，降低了坝基土内的渗流比降。正常蓄水位时，土坝0+500、1+000断面下游对应水位为108.51m，而坝体建基面高程分别为112.19m、111.18m，渗流结果表明，浸润线较低，不会在坝体下游坡形成出逸点，此结果对于坝体下游坡的稳定是有利的；有砼防渗墙情况下，土坝1+400断面浸润线出逸高度为0设计洪水位及校核洪水位工况下，土坝上、下游水头差较小，浸润线渗透比降也较小。土坝1+400断面有、无砼防渗墙渗流等势线比较见图8.4—3图8.4－4。（正常蓄水位工况、无砼防渗墙）图8.4－3土坝1+400断面渗流计算等势线图（正常蓄水位工况、有砼防渗墙）图8.4－4土坝1+400断面渗流计算等势线图二、稳定计算（1）计算工况选择本次设计分别计算施工、建成、蓄水的各个时期不同荷载下土坝稳定性，同时对正常蓄水位情况与地震也给予了复核，共计算以下6种工况：1）施工期的上、下游坝坡；2）设计洪水位期的上、下游坝坡；3）最不利水位对应的上、下游坝坡；4）正常蓄水位遇地震上、下游坡；5）正常蓄水位对应的上、下游坝坡；6）校核洪水位期的上、下游坝坡。（2）计算方法坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。对于均质坝采用计及条块间作用力的简化毕肖普法；稳定计算方法按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规范附录D的规定执行。（3）计算断面选取根据工程地质勘探和土工试验成果，结合地形条件、土坝高度和填筑材料等，共选取3个典型断面进行稳定计算，所选断面均为土体物理力学指标值相对较差、土坝较高，代表性较好的断面。土坝和坝基土体物理力学指标设计值根据工程地质勘察和土工试验成果经分析后并参考国内外已建和在建工程资料选取，见表8.4-18。（4）计算结果采用北京水利水电科学研究院编制的《土坝边坡稳定计算软件》“stab95”进行计算。按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：采用计及条块间作用力的计算方法时，坝坡抗滑稳定的安全系数：对于2级坝，在正常运用条件下，不小于1.35，在非常运用条件Ⅰ下，不小于1.25。在非常运用条件Ⅱ下，不小于1.15。典型断面稳定计算结果见表8.4-19。表8.4-18稳定计算土类物理力学特性指标设计值部位土类名称湿容重(KN/m3)饱和容重(ｋN/m3)凝聚力(kpa)摩擦角(°)坝体低液限粘土19.419.815.820.4坝壳反滤层1.751.95032/30坝壳级配碎石2.12.2042坝基低液限粘土19.319.512.518.0级配不良细砂19.520.4032/30级配不良中砂20.020.7035/33级配不良粗砂20.521.1034/32表8.4-19土坝典型断面上、下游坝坡稳定计算成果表计算方法计算工况简化毕肖普法0+5001+2001+400基本组合正常蓄水位上游坡1.4821.4781.449下游坡1.6671.8781.520设计洪水位上游坡1.5341.5301.506下游坡1.5051.5481.478最不利水位上游坡1.4321.4521.376下游坡1.7051.9021.578非常组合施工期上游坡1.6401.6361.553下游坡1.8571.7541.568校核洪水位上游坡1.5651.5901.524下游坡1.5531.5881.522正常蓄水位+地震上游坡1.2321.2601.213下游坡1.4641.5591.319计算结果表明，土坝坝坡稳定安全系数均大于规范规定，能够满足抗滑稳定要求。所选的坝体剖面可以作为选定坝剖面。坝坡稳定成果图见图8.4－5、图8.4－6、图8.4－7。图8.4－5土坝1+400断面抗滑稳定计算成果图（设计洪水位下游坡）图8.4－6土坝1+400断面抗滑稳定计算成果图（正常蓄水位下游坡）图8.4－7土坝1+400断面抗滑稳定计算成果图（最不利水位上游坡）三、沉降计算1）粘土均质坝沉降量计算：粘性土坝体和坝基的竣工时的沉降量和最终沉降量可用分层总和法计算：式中：S1——竣工时或最终的坝体和坝基总沉降量，m；ei0——第i层的起始孔隙比；eit——第i层相应于竣工时或最终的竖向有效应力作用下的孔隙比；hi——第i层土层厚度，m；n——土层分层数。对于非粘性土坝基的最终沉降量由下式计算：

式中：S∞——坝体或坝基的最终沉降量，m；pi0——第i计算土层由坝体荷载产生的竖向应力；eit——第i计算土层的变形模量。各部位的