毕业设计说明书

本文格式为Word版，下载可任意编辑——毕业设计说明书1本设计的主要内容

E江水利枢纽系防洪、发电、浇灌、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、厂矿和农村的要挟，根据下游防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900m3/s，本次经调洪计算100年一遇设计洪水时，下泄洪峰流量为672.6m3/s。原100年一遇设计洪峰流量为1680m3/s，水库消减洪峰流量1007.4m3/s；其发电站装机为3×8000kw，共2.4×104kw；建成水库增加保灌面积10万亩，正常蓄水位时，水库面积为15.16km2，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、浇灌面积、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，相应兴利库容约为3.85亿m3，估计校核状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洪水调理计算

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。

根据资料统计分析得100年一遇设计洪峰流量为Q设=1680m3/s（p=1%），2000年一遇校核洪峰流量为Q校=2320m3/s，（p?0.05%）。

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/s,校核泄洪流量753.7m3/s。

1.3坝型选择与枢纽布置

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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。

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状况控制为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，上游坝坡坡比上部取2.5，下部取3.0，下游坝坡坡比自上而下均取2.50，上游坝坡在2787.6m高程、下游坝坡在2800m及2775m高程处均设置1.5～2m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，最终取棱体顶面高程为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，无自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

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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×15.5m，洞身尺寸为7m?11.0m，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。

1.6施工组织设计

本工程拟定2023年开工，从截流开始到大坝填筑完毕计4年，在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。

（1）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，设计截止日期定为2023年11月1～15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。

2023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。

（2）封孔及发电日期。鉴于流量资料不足，为安全起见在大坝上升至泄洪隧洞进口高程以后进行封孔。斜心墙坝填筑要求粘土与砂砾同时上升，施工进度由粘土上升速度控制。按4m/月的速度上升，至泄洪洞高程（2810m）需15月，即到2023年7月。因此定在2023年8月1日进行封孔蓄水。

水库蓄水过程一般按80%～90%的保证率的流量过程线来预计。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2023年10月1日。实际发电日期根据当时水文、气象条件及水情进行调整。

（3）大坝竣工日期。按4m/月的速度上升，在2023年底实现大坝填筑完成。

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表1-1E江水利枢纽工程特性表

参数项目参数项目防洪，发电，浇灌、渔枢纽任务业洪基集水面积年降雨量780km隧1213mm洞本年平均气温资地震裂度料最大风速吹程岩性坝型最大坝高坝顶高程大坝坝顶宽度正常蓄水位设计洪水位校核洪水位死水位兴利库容调洪库容死库容19.1m/s厂15km房玄武岩斜心墙坝75.20m2825.20m10m2821.40m2822.60m2823.58m2796m3.85亿m4.25亿m1.00亿m3332泄溢流方式隧洞溢洪断面型式进口高程洞身尺寸布置方式发动机安装高门洞型2810m7m×11m坝后引水式12.8℃485m/s3月平均流量7度电程站引用流量电站装机引水管道主厂房平面尺寸2760m44.1m/s24MW压力隧洞及钢管32m×13m3

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2水文

2.1流域概况

枢纽工程所在地E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域面积2558km2，在坝址以上流域面积为780km2。

本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交织于其间，地形变化猛烈，流域内支流好多，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。

2.2气象及水文特性

2.2.1气候特性

本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年4月特别枯燥，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%。根据E江气象站资料统计，年平均气温为12.8℃，最高气温30.5℃，发生在7月份，最低气温-5.3℃，发生在1月份，本区域各月平均气温及平均温度的天数详见表2-1及2-2。该地区一般1～4月风力较大，实测最大风速为19.1m/s，相当于8级风力，风向为西北偏西，水库吹程为15km。

本区域多年平均降雨量为905mm，最大年降雨量达1213mm，最小年降雨量为617mm，降雨量年内分派不均，以7月份为最多，年内降水量最大三个月为6、7、8月，各月降雨天数详见表2-3。

表2-1月平均气温统计表单位：℃月份123456789101112月平均12.8气温4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.9表2-2平均温度日数单位：天月温度＜00～30＞301625021.226.8030.330.70403005031060300703108031090300100310110300123.127.90

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表2-3各月降雨日数统计表月降雨量＜5mm5－10mm10－30mm12.60.30.1234567891011122.44.34.27.08.611.58.59.69.54.84.30.20.21.42.02.42.72.72.62.40.80.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.12.2.2水文特性

E江径流的主要来源于降水，在此山区流域内无湖泊调理径流。根据短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。

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700m3/s，而最小流量为0.5m3/s。多年平均流量17m3/s。经频率分析，求得不同频率的洪峰流量及各月不同频率的洪峰流量分别见表2-4、2-5。

表2-4多年统计不同频率洪峰流量单位：m/s频率（%）流量0.05232011680214205118010104033

表2-5各月不同频率洪峰流量单位：m/s月份P1%2%5%10%1463623192191714113121197419151195678910112823161512373328236001240155012106703905301120136010906003104203708501100830760980720480250410210E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。枯水期微小，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。

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3工程地质

3.1库区工程地质条件及评价

3.1.1库区地质概况

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可作为参考。

3.1.2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一致，倾角一般都较大，近于垂直，裂隙明了，且为钙质泥质物所充填，节理间距密者0.5m即有一条，疏者3～5m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。

3.1.3区域地震烈度

本地区地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65。

3.1.4库区水文地质条件

本区地形高差大，表流占去大半，缺乏猛烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少且坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01l/（min·m）。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为良好的不透水性岩层，正由于这些隔水的与透水的玄武岩存在逐使玄武岩区产生大量互不连贯的地下水，一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水，石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。

3.2坝址工程地质条件及评价

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，两岸高山耸峙，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

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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、柔弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见表3-1、3-2。

表3-1坝基岩石物理力学性质试验表

岩石名称半风化玄武岩破碎玄武岩火山角砾岩柔弱玄武岩坚硬玄武岩多气孔玄武岩比重Δ3.012.952.902.852.962.85容重γ（KN/m）29.629.228.727.029.227.83建议采用抗压强度（MPa）5050～6035～12010～20100～16070～180表3-2全风化玄武岩物理力学性质试验表自然含干容γ3水率W%KN/m2.516.3比重Δ2.97液限Wl47.3塑限Wp32.26塑性指数IP16.9压缩系数α浸水固结块剪力凝聚力KPa24.00～0.53～4内摩擦33cm/KNcm/KN角Φ0.05970.015128.38渗透性：经试验得出发值为4.14～7.36m/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，胶结紧凑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350㎏/m2。

（3）凝灰岩：成土状或页片状，岩性柔弱，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20m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10～100mm；砾石直径一般为2～10mm；砂粒直径0.05～0.2mm；细小颗

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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3×102cm/s～1.0×102cm/s。冲积层剪力试验成果见表3-3。

表3-3冲积层剪力试验成果表土壤名称项目容重（控制）3计算值KN/m含水量（控制）三轴剪力（块剪）内摩擦角凝聚力KPa837.012.018.2应变控制浸水固结快剪凝聚力内摩擦角KPa2232°43′10.517°55′025°25′5.3次数17128最大值24.38.6647°15′含中量最小值22.24.2735°30′细粒的平均值23.086.4740°34′砾石小值37°32′0.148平均值三轴剪力土样控制系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。备注应变控制土样的容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。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。

3.3建筑材料

3.3.1料场的位置与储量

各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地形平坦，采运尚便利。沙砾料料场位于坝址上下游各有四处，总量达1850万m3。粘性土料料场于下游有三处，上游两处，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2.0×10－2cm/s。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。

3.3.2建筑材料的物理力学性质

粘土的物理力学性质见表3-4，砂石料的颗粒级配及物理力学性质分别见表3-5～3-6，各料场的自然休止角见表3-7。

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表3-4粘土的物理力学性质

物理性质颗粒级配，稠度自然容重料自然场含水名量称（%）（kN/m3）mm（%）湿干比重率孔隙和比流限塑限塑性（‰）（%）指数度2~>2mm0.50.5~0.05~

案进行比较，调洪演算成果见表4-3。

表4-3调洪演算成果表方案堰顶高程△z（m）洞宽B（m）工况设计一2810m7m校核设计二2805m7m校核设计三2810m6m校核设计四2805m6m校核设计五2810m3下泄流量3Q（m/s）672.6753.71040.41114.21089.21650.7905.5978.4752.2837.4库容3V（万m）41123432163947541200415664389139848418394070442693库水位Z（m）2822.602823.582821.852822.632822.802823.902822.022822.932822.412823.338m校核注：发电引水流量Q=44.1m/s，与总泄流量相比较小，调洪演算时没有考虑这部分的影响，

仅作为安全储存，△Z为正常蓄水位以上超高。

（5）方案选择

根据以上方案只有一、五能满足泄流量Q

水设施等。

1、坝顶高程

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2023）（以下简称“规范〞）规定，坝顶高程分别依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条件下的坝顶超高、校核水位加十分运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为7度，故还需考虑正常蓄水位加十分运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最终取以上四种工况最大值，同时并保存一定的沉降值。

坝顶高程在水库正常运用和十分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y按下式计算：

y=R+e+A（5-1）

式中：

R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，m，根据坝的等级，设计运用条件时取1.0m，十分运用条件是取0.5m；

根据“规范〞，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：正常运用条件下为多年平均最大风速的1.6倍，十分运用条件下，采用多年平均最大风速，根据气象资料统计，E江水库多年平均最大风速为15.0m/s，最大吹程为12km。

平均波高及平均波长按下式计算：

gD0.450.0018(2)ghmgHm0.7W=0.13th[0.7()]th{}gHm0.7W2W20.13th[0.7(2)]W（5-2）

0.5Tm=4.438hm（5-3）

2gTmLm=2π（5-4）

式中：

hm——平均波高，m；

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Tm——平均周期，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，取9.81m/s2；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：

KKR??wm1?m2式中：

hLmm（5-5）

K?——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定K?=0.75；

Kw——经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度g所组成的无维量

W/gH，查表A.1.12-2得设计条件：Kw=1.00；校核条件：Kw=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：

KW2De?cos?2gHm（5-6）

式中：

K——综合摩阻系数，计算时一般采用K=3.6×10-6；β——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5-1。

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表5-1坝顶超高计算成果表

水位(m)设计平均风速波长(m/s)(m)7.57平均平均波风浪壅波高浪爬高高(m)(m)（m）0.250.380.380.59设计爬高(m)安全加高(m)1.00.5坝顶超高(m)1.881.84工况设计(P=1%)2822.4124.00.0320.850.0121.32校核2823.3315.011.81(P=0.05%)由于水库所在地区地震基本烈度7度，按《水工建筑物抗震设计规范》（SL293—97），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0.5m～1.5m，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》（SL274-2023）第5.3.3条规定，坝顶高程分别按以下运用状况计算，取其最大值：

（1）设计洪水位加正常运用状况的坝顶超高：2822.41+1.88＝2824.29m；（2）正常蓄水位加正常运用状况的坝顶超高：2821.4+1.88=2823.28m；（3）校核洪水位加十分运用状况的坝顶超高：2823.33+1.84=2825.17m；（4）正常蓄水位加十分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状况控制为2825.17m，取2825.2m。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、防震等特别需要。根据“规范〞规定，坝顶无特别要求时，高坝的顶部宽度可选用10～15m，中低坝可选用5～10m。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。

3、坝坡与戗道

上游考虑在一半坝高附近变坡一次，上部坡率取2.5，下部坡率取3.0，变坡处设戗道。下游每隔25m设一戗道，坡率自下而上依次为2.50、2.50、2.50。

设置戗道有利坝坡稳定，便于观测和检修、设置排水设施，也可作为交通之用，考虑这些因素其宽取2.0m。

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4、坝体排水

本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适合。根据规范要求，2级坝棱体顶面高程应高出下游最高水位不小于1.0m为原则（本次设计取1.0m）。可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m，最终取棱体顶面高程为2756.3m，参考以往工程，排水棱体顶宽为2.0m，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。

5、防渗体

（1）坝身防渗体。防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防止开裂等要求为原则，也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土斜心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降面定。本设计粘土允许坡取[J]=5，承受最大水头73.33m，墙厚B﹥73.33/5=14.67ｍ。参考以往工程，斜心墙顶宽度取5m（满足大于3m机械化施工要求），上游坡率m1=0.6,下游坡率m2=0.2，底宽34.33m大于14.67m。斜心墙顶高程以设计水位加0.6m超高并高于校核水为原则，最终取2823.4m，墙顶的上部留有1.8m的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜。

（2）坝基防渗体。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。

从建筑材料来看，由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽；根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274——2023）“80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙〞，坝址处地质剖面图显示，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，防渗墙伸入心墙的长度由接触面允许渗透坡降而定，上下游最大水头差为69.2m（正常水位时），取[J]=5.0，则l=67.3/5=13.84m。设计伸7.5m，这样接触面长度为2×7.5+0.9=15.9m，防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上。根据“规范〞规定墙体底部应深入岩基0.5～1.0m，本次设计取0.5m，岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡厚度逐渐变化。

大坝典型剖面设计图见图5-3。

24

1128020234001000630020232502023142.52023260正常蓄水位2821.4设计洪水位2822.4泥结石路面浆砌石封顶校核洪水位2823.33混凝土桩25×25@10002825.22823.4心墙顶高程500碎石护坡厚20cm1:2干砌块石护坡厚50cm碎石垫层厚20cm1:2.5.5横向排水沟纵向排水沟2800.0死水位2796.0浆砌石压脚1:0.62787.6坝壳填土1:3.01:0.4反滤层粘土斜心墙1:2.5坝壳填土浆砌石隔埂2775.01:2.5反滤层2756.302750.0干砌块石排水棱体2750.0反滤层河床冲积层2718.0岩基层混凝土防渗墙（厚80cm）深入岩基50cm5-3大坝典型剖面设计图（高程单位m，尺寸单位cm）

25

5.3土料设计

筑坝材料的设计与土坝结构设计、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。

5.4.1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86.3t·m/m3）。由于最优含水量随落实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的落实功能，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2%～3%。根据以上的击实次数和击实功能，得出多组平均最大干容重?含水量W0。

设计干容重为

max

和平均最优

?d?m?max（5-7）

式中：?d为设计干容重；m为施工条件系数，或称落实度，m值对于一二级坝或高坝采用0.96～0.99，三四级坝或低坝采用0.93～0.96。本设计的m=0.98。

粘性土的填筑含水量Ｗ为：

Ｗ=ＷP＋B·IP（5-8）

式中：ＷP为土的塑限，IP为土的塑性指数，B为稠度系数，对高坝可取-0.1～0.1之间，低坝可取0.1～0.2之间，本设计取B=0.07。

设计最优含水量为

W0?W0（5-9）

用以下公式计算设计干容重作为校核参考：

?max??s(1?Va)（5-10）

1??sW式中：△S为土粒比重；W为填筑含水量，以小数计（W=Wp+Il，液性指数I=0.07～0.10）；Va为落实土的含气量（粘土Va=0.05，砂质粘土Va=0.04，砂质

26

壤土Va=0.03）。

还应当用下式作校核

?d≥1.02～1.12（?d）0（5-11）

式中：（?d）0为土场自然干容重。

对于一二级坝，还应当进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压数度。

2、计算成果

粘土料设计成果见表5-2。

表5-2粘性土料设计成果表

料场比重△s最优含水量设计干密度(g/cm)塑限含水量Wp填筑含水量w自然含水量%塑性指数孔隙此e湿密度ρ(g/cm)浮密度ρ(g/cm)内摩擦角Φ粘聚力(kpa)渗透系数k（10cm/s）-63331#下2.6722.071.61.56821.7821.7824.819.460.70335.7160.98124.67o4.3172#下2.6721.021.651.61720.6821.7924.221.70.65136.8481.01125.50o4.81#上2.6522.31.561.528823.2822.3025.624.570.73335.6170.95223.17o1.92#上2.7423.81.541.509224.6623.7226.323.50.81637.3000.95821.5o3.963#下2.716.91.81.76419.0218.8815.9140.53135.0681.11128o3.03、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、力学性质及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，由于根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝要求不大于1?10-4cm3/s，对心墙或斜墙不大于1?10-5cm3/s。1#下和3#下料场的塑性指数小于20，从压的角度宜采用1#下和3#下料场的粘土料，所以可将1#下和3#下料场作为主料场，其余几个料场作为辅助料场。

27

5.3.2坝壳砂砾料设计

1、计算公式

坝壳砂砾填筑的设计指标以相对密实度表示如下：

emax?eDr?emax?emin或Dr?（5-12）

(rd?rmin)rmax(rmax?rmin)rdmin

（5-13）

式中：emax为最大孔隙比，emax=△s/?-1；e为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、

max

砂卵石的孔隙比，e=△s/?d-1；△s为砂粒比重；?、?min

为最大、最小干容重，

由试验求得；?d为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。

设计相对密实度要求不低于0.70～0.75，地震区为防震动液化，浸润线以下部分土体设计密实度大小不低于0.75～0.85。

2、计算成果

砂砾料的设计成果见表5-3。

表5-3砂砾料设计成果表

料场不均匀系数大于5mm砾石含量%比重△s设计干容重ra设计孔隙比e保持含水量%湿容重rw浮容重rb内摩檫角粘聚力渗透系数10cm/s-24#上43450.751.86590.473851.961.1936o30′021#上45482.751.86590.473851.961.1935o10′022#下45462.751.86590.473851.961.1935o20′023#下34422.731.85240.473851.951.17436o40′02（3）砂砾料的选用除3#上料场砂砾料的不均匀系数不满足要求外（?=28＜30）其余几个料场，渗透系数、砾石含量、不均系数均能满足要求，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侧，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出4#上、1#下料场砂砾料的颗粒级配明显较好，物理力学指标也

28

较高，设计中优先采用。

砂砾料场上下游共8处，总量为1850万m3，大坝工程在400万m3左右，用两个料场可能数量不足，可以1#上、2#下料场砂砾料作为辅助之用。

5.4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。

5.4.1计算方法

选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，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，大坝纵断面地质剖面图见图5-4，各断面渗流计算简图如下图所示。

5-4大坝纵断面地质剖面图

29

正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：1：2.52.522800.20m1：2.521：32坝基防渗墙顶高程2757.5m坝基：2750.0m2875.20m1：2.522756.3m2755.22m岩基：2715.0mI—I断面正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：1：2.52.521：2800.20m2.5岩基：2715.0m2岩基：2715.0mII—II断面正常蓄水位：2821.4m设计洪水位：2822.41m坝顶高程：2825.20m1：1：2.52.521：岩基：2715.0m2800.20m2.5岩基：2715.0mIII—III断面

30

通过防渗体神流量：

k(H2?H1)K2(H1?T1)q1??T2Bsin?D（5-14）

通过防渗体后渗流量：

2k(H?T1)KT(H1?T1)q2?11?T2L1L?0.44T（5-15）

其中：

K——防渗体渗透系数，4.317×10-8m/s；H——上游水深；H1——逸出水深；B——防渗体有效厚度；α——防渗体等效和倾角；

K2——混凝土防渗墙渗透系数，1.5×10-11m/s；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，2×10-4m/s；KT——冲积层渗透系数，2×10-4m/s；

假设：①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；

②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；

③对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。

由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝趾。

225.4.2计算断面及计算状况的选择

对河床中休止面I—I及左右对称的两典型断面II—II、III—III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。

5.4.3计算结果

31

渗流计算结果见表5-4。

5-4渗流计算成果表计算状况计算项目上游水深H（m）下游水深t(m)逸出水深H1(m)渗流量-43q（10M/s.m）3正常蓄水位71.434.032.02.20002.21080.16590.16259.303.032.751.387设计洪水位72.635.233.25.06005.06480.17180.16879.583.252.961.442Ⅰ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-ⅢⅠ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-ⅢⅠ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-ⅢⅠ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-Ⅲ总渗流量Q（万m/d）5.4.4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。

渗透坡降的计算公式：

?HJ?B式中：

（5-16）

??──上游水深减逸出水深；

?──防渗体的平均厚度.

计算成果见表5-5

表5-5各种工况渗流逸出点坡降

断面计算状况坡降JⅠ—Ⅰ正常6.04设计6.09Ⅱ—Ⅱ正常4.07设计4.26Ⅲ—Ⅲ正常3.92设计4.11填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5～10，故而认为渗透坡降满足

32

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。

5.4.5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/s，设计洪水时为0.167m3/s，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，混凝土防渗墙的渗透系数应取较大值，K2=1.5×10-9m/s，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。

5.5稳定计算

5.5.1计算方法

按施工期、稳定渗流期、库水位下降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?、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

tg?1?tg(?3)tg(?1)tg(?2)tg?2?tg?3?Kc；Kc；Kc；（5-17）

式中：?1、?2、?3为试验得到的抗剪强度指标。

5.5.2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5-6。

表5-6大坝上下游坝坡稳定计算成果表部位计算工况施工期1/3坝高稳定渗流期水位下降期正常蓄水位+地震稳定渗流期（正常）稳定渗流期（设计）稳定渗流期（校核）正常蓄水位+地震上游水位（m）27752821.42823.58~27962821.42821.42822.602823.582821.4下游水位（m）2752.202755.06——2752.202752.202755.062755.222752.20最小安全系数（Kmin）1.431.421.391.261.581.581.521.41规范值1.351.351.251.151.351.351.251.15上游坡下游坡33

5.5.3稳定成果分析

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；下游坡状况也类似，正常状况Kmin=1.58，十分状况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。

5.6基础处理

5.6.1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（10～15m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32m，施工比较困难而不予采用。又由于河床有孤石，采用钢板也比较困难，造价也高。帷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适合的，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0.90m。

防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与斜心墙连接。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，伸入斜心墙的深度已经确定为7m，底部深入基岩0.5m，尖劈顶宽0.25m。

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30～60m的状况，采用槽板式混凝土防渗墙比较适合，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滚动性、和易性以便在运输中不发生离折现象，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点好，综合考虑布置于心墙底面中心偏上。

5.6.2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，性质较好，但由于节理的作用，透水性也较强。针对以上情

34

况作以下处理：挖粘土截水槽至半风化岩基，基岩与粘土接触面设置混凝土齿墙，齿墙与河床部分防渗墙相连，在齿墙下设置灌浆孔，详见细部构造设计。

5.7细部构造设计

1、大坝的防渗体设计

坝体防渗体为粘土斜心墙，心墙上下游均设置反滤层；坝基防渗体为混凝土防渗墙和粘土截水墙（具体根据各坝段地质状况确定方案）。

2、护坡设计

为防止坝身受风浪淘刷及雨水冲刷，同时考虑到当地石料开采运输比较便利，且石料储量丰富，本次设计对上游坝坡拟采用干砌石进行护砌、下游坝坡拟采用碎石护坡。

护坡的覆盖范围：考虑到工程施工实际状况，设计上游坝坡于高程2787.6m起坡护砌至坝顶，护坡底部采用浆砌石压脚；下游坝坡由排水棱体顶护至坝顶。

结合工程经验，确定上游坝坡块石护坡厚度为0.50m，护坡下部设0.20m厚碎石垫层；下游坝坡碎石护坡厚度为0.2m。

在坡脚、坡顶以及坝坡与岸坡的接合部，均设置浆砌石结构压顶或隔埂，结构尺寸宽×高为0.4×0.6m。

3、坝面排水设计

为避免雨水漫流冲刷坝坡，在下游坝坡上设置纵、横排水沟，横向排水沟断面尺寸0.3×0.2m，纵向排水沟断面尺寸0.4×0.3m，均为浆砌石结构。横向排水沟垂直坝轴线方向布置于下游坝面，坝面设置2条横向排水沟，结合踏步布置，大坝下游坡面与两岸交接处各设一条岸坡排水沟；纵向排水沟在下游坡戗道上游处各布置一条。纵、横向排水沟相互连通成为整体。具体布置见大坝设计图纸。

4、上、下游坝坡人行踏步

为便利对大坝进行巡查和观测，在上、下游坝坡增设浆砌石人行踏步，踏步位置根据工程需要和实际状况，上下游坡各布置两道，具体布置状况可详见大坝设计图纸。踏步宽2.0m，台阶宽×高为0.15im×0.25m，浆砌石结构。

5、坝体排水

采用棱体排水，在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层；排水棱体顶宽为2.0m，顶部高程为2756.3m，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m。

35

6、坝顶布置

设计坝顶高程为2825.2m，坝顶宽10.0m，坝顶总长约500m。为防止雨水对坝顶冲刷，本次设计在坝顶修建泥结碎石道路，考虑与排水沟、护坡封顶衔接，路面宽取9.0m，两侧设高×宽为1.0×0.5m的混凝土路缘石，坝顶道路路面结构从下向上依次为0.20m厚手摆块石基层、0.15m厚泥结碎石路面。坝顶路面向上、下游分别倾斜2%。为改善大坝防汛交通条件，结合水库的运行管理要求，坝面上游侧每50m设置一照明灯具。

7、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1.5～2.0，按太少基准则确定，即

D15/d85≤4～5（5-18）D15/d15≥5（5-19）

式中：D15为反滤料粒径，小于该粒径土占总土重的15%；d85为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%；d15为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的15%。

其次、三层反滤料的选择也按上述方法进行。

按此标准自然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。（2）设计结果：

粘土（防渗体周边）部位：第一层d50=0.45mm厚20cm

其次层d50=2.0mm厚30cm

排水部位：第一层d50=30mm厚20cm

其次层d50=90mm厚60cm

8、细部构造图细部构造见图5-5。

2030202320cm厚碎石垫层90横向排水沟

36

1000500砼路缘石50×100干砌块石护坡厚50cm碎石垫层厚20cm50015cm厚泥结石路面20cm厚手摆块石基层混凝土桩25×25@1000碎石护坡厚20cm1:2.5205002%.51:2横向排水沟粘土斜墙d50=2mm30cm厚d50=0.45mm20cm厚坝顶布置

1:2.520230402023cm厚碎石垫层2030浆砌石纵向排水沟

203005020cm厚碎石垫层20cm厚浆砌石排水沟坝体50岸坡岸坡排水沟

37

15i浆砌石边墙厚20cm20浆砌石基础1:i2023浆砌石踏步

浆砌石踏步5050cm厚干砌块石护坡20.51:2200上游戗道100M10浆砌块石20cm厚碎石垫层1001:111:

浆砌石压脚

400600

浆砌石压顶及隔埂

38

1:2.520002756.301:2.051.:1干砌块石排水棱体2750.01:d50=90mm60cm厚d50=30mm20cm厚1:21:1柔性薄钢板1:1沥青充填750900750

防渗墙与斜心墙连接

50300250500灌浆1002023:高塑性粘土1:125050050011

排水棱体

32525

截水墙与基岩连接

5-5大坝细部构造设计图

39

6泄水建筑物设计

6.1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，无自然垭口，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。隧洞布置于凸岸（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放至2770.0m高程要求还与导流洞结合设置了放空洞。

6.2隧洞选线与布置

枢纽布置于河弯地段，从地形来看隧洞当应布置于凸岸，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的风化岩外，下部大部分耿坚硬玄武岩，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，平面布置见图5-2。

6.3隧洞的体型设计

6.3.1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

y2x2?2?12Lb0（6-1）

连接。

L—渐变段的长度；

b0—进口洞顶到隧洞顶的高程差。

由规范可知L取隧洞本身体宽度的2～3倍，结合本工程L取16米，b0取4米，最终椭圆方程为：

y2x2?2?12164

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2、进口堰面曲线。

采用WES-Ⅰ型堰面曲线，方程x1.85?2.0Hd0.85y。为不影响泄流能力，堰高取10m，则定型设计水头：

Hd=Hmax×88100=11.95

取Hd=13.58m。所以曲线方程为：

y=11.850.85x2×11.95。

堰顶上游段为椭圆曲线：

?bHd?y?x2??122(aHd)?bHd?（6-2）

2a?0.28～0.30，取a?0.30

a?0.87?3ab（6-3）

取b=0.1695。所以椭圆曲线方程为：

x2(2.03-y)2+=13.5922.032

3、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）。

6.3.2洞身断面型式和尺寸

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×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cos45°折减，则洞身尺寸为7m?11.0m。具体通过水面典线计算以后确定.进口以后与斜洞连接，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。

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6.3.3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θ=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。

6.4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。1、设计条件

设计洪水位：2822.6m，下泄流量：672.6m3/s；校