钟吕水利枢纽复合土工膜防渗面板堆石坝设计说明书

钟吕水利枢纽复合土工膜防渗面板堆石坝设计-PAGE112--PAGE1-摘要本设计主要是为了开发利用乐安河流域的水利资源，建设一个以发电为主，兼顾灌溉、供水及防洪等综合利用效益的水利水电枢纽工程。枢纽概况如下：钟吕水利枢纽为复合土工膜防渗面板堆石坝，装机6400kW,电站设计水头174m，保证出力1461kW，装有两台3200kW机组，正常蓄水位276.2m，最大坝高54.5m，坝顶宽度8m，主坝长203.3m，上游边坡1：1.5，下游为二级变坡，在255m高程上设马道，马道以上边坡1：1.52，马道以下边坡1：1.53。本设计主要内容为：调洪演算计算坝顶高程；坝型比选；第一主要建筑物设计；施工组织设计以及主副坝及上下游围堰标段投标文件的编写，其中投标文件技术标为本次设计专题。复合土工膜面板防渗堆石坝是一种新坝型，其防渗材料复合土工膜的设计和施工是该坝型设计的技术关键，在本设计中作详细说明。投标文件技术标的主体内容为投标标段的施工组织设计、项目管理机构及相关人员的资格审查资料等，是对投标标段施工及管理的详细说明，是本次设计的重点所在。投标标段的施工难点在于主副坝及上下游围堰的土石方和混凝土填筑量很大，需要充足的材料供应、合理的施工现场组织设计和完善全面的管理措施。本设计参考部分碾压土石坝、混凝土面板堆石坝的规范和实例，结合一些已建成的复合土工膜土石坝对枢纽进行细部设计，同时也注重水利枢纽工程的整体统一性。设计书编写过程中严格按照规范设计，设计结果精确可靠，施工组织设计详细合理。关键词：复合土工膜、堆石坝、施工组织、投标文件技术标全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractThepurposeofthisdesignistodevelopthewaterresourcesofLeanRiverBasin,constructingapower-based,takingintoaccountirrigation,watersupplyandfloodprotectionetc.ofcomprehensiveutilizationefficiency.Theprojectisdesignedasfollows:ZhonglvProjectisarockfilldamwithcompositeimpermeablegeomembranepanels,installed6400kW,thedesignheadofthepowerstationis174m,thefirmcapacityis1461kW,withtwo3200kWengineunits.Thenormalwaterlevelis276.2m,maximumheightofthedamis54.5m,whilecrestwidthofwhichis8m,thelengthofthemaindamis203.3m.Upstreamslopeis1:1.5,downstreamslopehastwodifferentslopes,attheelevationof255mconstructaroad,slopeabovetheroadis1:1.52,belowtheroadis1:1.53.Theprimarycoverageofthedesignis:Calculationoffloodcrestelevation;damtypeselection;thefirstmajorbuildingdesign;constructionorganizationdesignandthemainandsecondarydamandtheupstreamanddownstreamcofferdamofthepreparationoftenderdocumentsfortenders,inwhichthetechnicalstandardtenderdocumentsfeature-baseddesign.Impermeablegeomembranecompositepanelisanewrock-filldamtype,anditsimperviousgeomembranecompositematerialsdesignandconstructionofthedamdesignisthekeytechnologyinthedesignwhichwillbedetaildiscussed.Themainsubjectofthetenderdocumentsthecontentsofthetechnicalbidforthetendertheconstructionoforganizationaldesign,projectmanagementagenciesandrelatedpersonnelinformationsuchasqualification,thetenderbidfortheconstructionandmanagementofthedetaileddescription,isthefocusofthedesign.Constructiontenderbidauxiliaryandthemaindifficultyliesintheupstreamanddownstreamcofferdamoftheearthandalargeamountofconcretefillingtheneedforadequatesupplyofmaterials,areasonableconstructionsitedesignandimprovethecomprehensivemanagementmeasures.

Partofthedesignofrollercompactedembankmentdams,concretefacedrockfilldamofthenormsandexamples,combinedwithsomeearth-rockdambuiltonthehubofcompositegeomembranetodetaildesign,aswellaswater-controlprojectfocusedontheoverallunity.Preparationofdesigndocumentsinstrictaccordancewiththenormsofdesign,designaccurateandreliable,detailedandreasonableconstructionorganizationdesign.

Keywords:compositegeomembrane,rockfilldam,constructionorganizations,thetechnicalstandardtenderdocuments目录第一部分枢纽设计1综合说明 81.1建设目的和依据 81.2建设的条件 81.3建设的规模及综合利用效益 81.3.1建设规模 81.3.2综合利用效益 81.4工程特性表 92自然地理条件 122.1地形条件 122.2水文特性 122.3工程地质条件 132.3.1库区工程地质 132.3.2坝址工程地质 132.3.3引水发电隧洞工程地质条件 162.4气象、地震及其他 162.4.1气象、地震 162.4.2天然建筑材料 173设计条件和设计依据 183.1设计任务 183.2设计依据 184洪水调节计算 194.1调洪演算 194.1.1调洪演算原理 194.1.2洪水调洪演算方法 214.2洪水标准分析 214.3洪水建筑物的型式选择 214.4调洪演算及泄水建筑物尺寸确定 224.4.1调洪演算过程 224.4.2洪水过程线的模拟 234.4.3计算公式 234.4.4计算结果 244.4.5方案选择 244.4.6坝顶高程的确定 245主要建筑物型式选择及枢纽布置 285.1枢纽等别及组成建筑物级别 285.2坝型选择 285.2.1各种常见坝型比较 285.2.2土石坝各坝型比较 305.3泄水建筑物型式选择 335.4水电站建筑物 345.5枢纽方案的综合比较 345.5.1挡水建筑物——复合土工膜防渗堆石坝 345.5.2泄水建筑物——正槽溢洪道 355.5.3水电站建筑物 356第一主要建筑物设计 366.1大坝轮廓尺寸及防浪墙设计 366.1.1L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度 366.1.2坝体分区 366.1.3L型挡墙设计 376.1.4坝坡与马道 436.2堆石料设计 436.2.1堆石料基本特性参数 436.2.2主、次堆石料设计 446.2.3下垫层、过渡层设计 446.2.4堆石体设计技术参数表 446.2.5堆石体填筑技术参数表 456.3复合土工膜设计 456.3.1复合土工膜的选型和分区 456.3.2土工膜强度校核 466.4大坝稳定分析 486.4.1计算原理及方法 486.4.2坝坡稳定分析 496.4.3坝坡面复合土工膜的稳定分析 506.5副坝设计 516.5.1副坝及主坝的连接及副坝型式选择 516.5.2副坝的地基处理防渗设计 546.6细部构造设计及地基处理 546.6.1坝顶构造 546.6.2护坡设计 546.6.3分缝及止水 546.6.4坝基处理 556.7趾板设计 576.7.1趾板的作用 576.7.2趾板最大剖面设计 586.8坝体沉降估算 586.9工程量计算 596.9.1工程量计算的依据及项目划分 596.9.2主体工程量计算 607施工组织设计 617.1基本资料分析 617.1.1工程概况 617.1.2施工条件 617.1.3有效工日分析 627.2施工导流 627.2.1导流标准 627.2.2施工导流方式及大坝施工分期 627.2.3导流建筑物规划布置 637.3主体工程施工 657.3.1堆石体施工 657.3.2混凝土施工 687.3.3导流隧洞施工 707.4施工交通运输 737.5施工工厂设施 737.6施工总平面布置 747.7施工总进度 74第二部分投标文件8投标文件商务标 758.1投标函 768.2投标函附录 778.3授权委托书 788.4投标保函 798.5工程量清单报价 808.5.1工程量清单报价说明（采用综合单价投标报价） 808.5.2工程量报价表格 809投标文件技术标（专题） 839.1施工总说明 849.1.1工程概况 849.1.2施工条件 849.1.3投标项目范围和主要工程量 859.1.4施工管理目标 869.1.4.6环境保护目标 879.2施工总布置 879.2.1施工总布置原则 879.2.1.1临时设施布置及建造规划 889.2.1.2水流控制和施工期防汛 889.2.2施工进度计划 899.2.3资源安排计划 899.2.3.1施工进场 899.2.3.2现场施工准备 909.2.3.3现场组织机构 919.2.3.4具体管理措施 929.3施工方案 939.3.1本标工程主要施工特点 939.3.2主要施工程序 939.3.3主要施工方法 949.4施工管理措施 949.4.1工期保证措施 949.4.2质量保证措施 959.4.3安全保证措施 959.4.3.1消防安全保证措施 959.4.3.2人员安全保证措施 959.4.4文明施工保证措施 969.4.5环境保护措施 969.4.5.1环境保护管理 969.4.5.2环保措施 969.4.6冬雨季施工措施 979.4.6.1冬季施工 979.4.6.2雨季施工措施 989.5质量保证体系及措施 989.5.1质量目标 989.5.2质量保证体系 999.5.3施工质量控制措施 1009.5.3.1施工前控制 1009.5.3.2施工过程中质量控制 1019.5.4质量技术措施 1019.6施工安全保证措施 1029.6.1总则 1029.6.2安全目标 1029.6.3安全保障体系 1029.6.4安全管理措施 1029.6.5生产安全措施 1039.6.6生活区安全管理 1049.7环境保护与文明施工 1059.7.1环境保护方案与措施 1059.7.1.1大气、尘土、噪声污染防治措施 1059.7.1.2水污染防治措施 1069.7.1.3生态环境的保护 1069.7.2文明施工 1069.7.2.1文明施工目标 1069.7.2.2明施工实施方案 1079.7.3施工对外关系 1089.7.3.1与当地政府的关系 1089.7.3.2与当地群众的关系 1089.7.3.3与工程业主、监理方、设计单位的关系 1099.8资格审查资料 1099.8.1投标人基本情况表 1099.8.2法律地位证明文件 1099.8.3工程质量和安全情况材料 1099.8.4经历 1099.8.5财务状况表 1099.8.6诉讼情况材料 1099.9投标辅助资料 1109.9.1项目经理简历表 1109.9.2项目总工程师简历表 1109.9.3拟投入本工程的主要技术人员表 1109.9.4临时设施布置及用地需求表 1109.9.5主要施工机械设备表 111参考文献 1121综合说明1.1建设目的和依据钟吕水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.2建设的条件建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。1.3建设的规模及综合利用效益1.3.1建设规模本电站装机6400kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.5×15.7m2。开关站尺寸为11.5×27.25m2。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2310万m3。1.3.2综合利用效益1.3.2.1发电装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700×104kW·h，保证出力为1461kW。本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.2m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.5×15.7m2，其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.5×27.25m2。1.3.2.2灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。1.3.2.3供水供钟吕村及其下游村民生活用水。1.3.2.4防洪可减轻洪水时对钟吕村及其下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为248m3/s。1.3.2.5渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。1.3.2.6其他工程计划在三年内完成。1.4工程特性表表1-1工程特性表序号及名称单位数量备注一、水库流域面积km233正常高水位m276.2死水位m248.0汛前限制水位m273.0设计洪水位m277.72校核洪水位m278.85设计泄洪流量m3/s210校核泄洪流量m3/s291总库容万m32310死库容万m3172.0兴利库容万m31770有效库容万m31920二、大坝坝型复合土工膜防渗堆石坝坝顶高程m279.5防浪墙顶高程m280.7坝顶宽度m8.0最大坝高m54.5上游坝坡1∶1.50下游坝坡1∶1.52，1：1.53主坝坝轴线长m203.30副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m95.83导流洞型式圆形断面导流洞进口底高程m227.5导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m400三、溢洪道溢流前缘净宽m10堰顶高程m273设计流量m3/s210.0校核流量m3/s291.0闸门型式平板闸门尺寸（宽×高）m210×6四、厂房系统1．动能指标最大净水头m174.0额定水头m174.0最小水头m143.0引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612．厂房厂房型式地面式厂房面积m231.5×15.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.5×27.25五、引水系统进水口型式塔式进水口高程m244.5压力钢管直径m1.2管壁厚度mm10有压隧洞洞径m1.8衬砌厚度cm50钢衬厚度mm4调压井最高涌浪水位m280.0调压井最低涌浪水位m226.322自然地理条件2.1地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km2。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m3/s，多年平均总径流量4040万m3，P=0.1%的洪峰流量为551.5m3/s,三日洪量为1569万m3，P=2%的洪峰流量为364.5m3/s,三日洪量为965万m3。流域多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位276.2m，对应库容V正=1930万m3。流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m3。估计水库淤积年限与高程关系（见表2-1）：表2-1水库淤积特性淤积年限（年）泥沙淤积量（万m3）淤积高程（m）5011.05236.0810022.10237.78水库水位—库容关系曲线（见表2-2）：表2-2水库水位—库容关系曲线表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m3）011.0522.1172.01910.02145.2坝址水位-流量关系曲线（见表2-3）：表2-3坝址水位-流量关系曲线表流量(m3/s)0628.966.7121.97196.05281.78365.95水位(m)227.5228228.5229229.5230230.52312.3工程地质条件2.3.1库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好，未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2坝址工程地质2.3.2.1地貌坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280～450m，坝区河床较宽，约20～50m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角30～40度，右岸山体较为单薄，山坡角20～30度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。2.3.2.2地质岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：（1）泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N40°～60°E，NW<38°～60°。（2）质砂岩：青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。（3）第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚1～1.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚1～6m，分布于两岸山坡及冲沟部位。（4）质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。2.3.2.3地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。（1）主要断层：F5压扭性断层：产状N35°，NW<80°，宽0.1～0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12压扭性断层：产状N40°E，NW<66°，宽0.2～0.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22层间挤压破碎带：产状N55°E，NW<55°，宽0.1～0.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。F29压扭性断层：产状N25°E，NW<70°，宽0.08～0.1m，主要由碎裂岩组成，见0.5～1.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。（2）裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是NE向层面，裂隙产状N40°～60°E，NW<38°～60°，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW<30°～50°W，SW或NE<40°～80°，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。（3）风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42°E，NW<38°，厚分别为2m和0.4m，风化夹层为强风化岩石和强风化至弱风化上部岩石。（4）岩体风化坝区岩体风化，主要受地形、岩性、构造等因素影响，一般表现为表面的均匀风化，沿断层有风化加深现象。坝址左岸240m高程以上为强风化中下部岩石，240m高程以下为弱风化岩石，235～270m高程为强风化岩石，270m高程以上为全风化岩石。局部残留有0～1.5m厚第四系残坡积壤土。2.3.2.4水文地质条件坝址区地下水类型主要为第四系松散堆物孔隙潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水补给，排泄于河床及河谷，地下水动态类型属降水-径流型。鉴于本坝址的工程地质条件差，适用于当地材料坝。坝址区岩石的透水性及相对不透水埋深经先导孔压水试验，左岸山坡相对不透水层埋深10～24m，上部透水岩层q值一般为6.7～196.7Lu，大者达341.7Lu，属中等—严重透水层；河床部位相对不透水层埋深11～17m，上部透水岩层q值一般为7～29.9Lu，属中等—严重透水层；右岸山坡相对不透水层埋深19～27m，上部透水岩层q值一般为5.6～50.3Lu，大者达127.3Lu，属中等—较严重透水层，中间夹严重透水层透镜体。2.3.2.5建基面岩体有关地质参数建议值（1）与基面岩石接触面之间的摩擦系数：强风化千枚岩：f=0.3～0.38弱风化千枚岩：f=0.5～0.6（2）坝基岩体结构面之间的摩系：裂隙夹泥与含断层泥的断层：f=0.3～0.35一般裂隙、断层：0.35～0.45（3）岩石的弹性模量：弱风化千枚岩：E=(0.8～1.0)×104MPa（4）岩石泊松比：弱风化千枚岩：µ=0.25～0.3（5）试验参数①堆石试验参数（见表2-4）软化系数：微新岩石>0.7弱风化岩石>0.55饱和抗压强度：微新岩石>40MPa弱风化岩石>25MPa表2-4堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm3）C(kPa)Φ（）KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8②复合土工膜试验参数（见表2-5）表2-5复合土工膜试验参数表项目单位量值备注单位面积质量g/m2>1100>1300350/0.4/350350/0.6/350膜厚250m高程以上mm0.4250m高程以下mm0.6周边缝等处mm0.8周边缝、水平缝、分缝处宽条纵向拉伸强度kN/m>15>18350/0.4/350350/0.6/350伸长率%>50窄条纵向拉伸强度kN/m>15>18350/0.4/350350/0.6/350伸长率%>50摩擦系数与水泥砂浆0.577与现浇砼0.6粘结力kg/cm2>0.1渗透系数cm/s<1×10-112.3.3引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300～400m，相对高程100～200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩Ұ层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为16～40Mpa，软化系数0.63～0.93，属半坚硬—较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4气象、地震及其他2.4.1气象、地震流域内气候：流域内多年平均气温16.7℃，以一月份平均气温4.6℃为最低，七月份平均气温28℃为最高，历年极端最高气温41℃，极端最低气温-11℃。风速及吹程：多年平均最大风速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属Ⅵ度以下，设计时可不考虑地震荷载。降雨量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2天然建筑材料2.4.2.1砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约10～15km,有公路相通，运输方便。梨苗场、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。2.4.2.2堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。3设计条件和设计依据3.1设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；（3）详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；（4）进行施工组织设计：决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度，大坝主体工程量的计算，编制概预算、施工招标公告及施工投标文件。3.2设计依据包括相关参考文献、主要设计规范以及上级机关批文。1、中华人民共和国水利部.混凝土面板堆石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社，19982、中华人民共和国水利部.水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98）.北京：中国水利水电出版社，19983、中华人民共和国水利部.水工建筑物荷载设计规范.北京：中国水利水电出版社，19984、中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分.北京：中国水利水电出版社，20005、中华人民共和国水利部.水工挡土墙设计规范.北京：中国水利水电出版社，20074洪水调节计算4.1调洪演算4.1.1调洪演算原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程：(4-1)运动方程：(4-2)式中——过水断面面积，m2；——时间，s；——流量，m3/s；——沿水流方向距离，m；——水位，m；——重力加速度，m/s2；——断面平均流速，m/s；——流量系数，m3/s。一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(4-1)进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式：(4-3)式中,——分别为计算时段初、末的入库流量，m3/s；——计算时段中的平均入库流量，m3/s，；——分别为计算时段初、末的下泄流量，m3/s；——计算时段中的平均下泄流量，m3/s，；V1,V2——分别为计算时段初、末水库的蓄水量，m3；——V1与V2之差；——计算时段。公式(4-3)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。当已知水库入库洪水过程线时，，，均为已知，V1，则是计算时段开始时的初始条件。于是，式(4-3)中的未知数仅剩下V2，，当前一时段的V2，求出后，其值即成为后一时段的V1，值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解V2，是不可能的，必须再有一个方程式,与式(4-3)联立，才能同时解出V2，的确定值。假定暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则下泄流量q是泄水建筑物泄流水头H的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时(4-4)式中A——系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关。B——指数，对于堰流B一般等于3/2，对于闸孔出流一般B=1/2根据水力学公式，H与q的关系曲线可求。若是堰流H即为库水位Z与堰顶高程之差；若是闸孔出流H即为库水位Z与闸孔中心线高程之差。因此可以根据H与q的关系曲线求出库水位Z与下泄流量q的关系曲线q=f(Z)，由库水位Z，又可借助于水库容积特性曲线V=f(Z),求出相应的水库蓄水容积V，则式(4-4)可用下泄流量q与库容V的关系曲线代替，即q=f(V)，与式(4-3)联立方程组，可求解。当水库承担下游防洪任务时，要求保持q不大于下游允许的最大下泄流量时，就要利用闸门控制流量q，计算方法与上面一致。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是，H即为库水位Z与堰顶高程之差，由于资料有限仅有0.1%和2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线。本设计中调洪演算是为了定出设计、校核水位和相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线，通过假定下泄流量q，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量V，通过V=f(Z)可查出对应的水位，得到q=f(Z)曲线，通过两条q-Z曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.1.2洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，半图解法。本设计采用的是简化三角形法，也叫高切林法。4.2洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为364.5m3/s，三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。P=0.1%洪峰流量为551.5m3/s，三日洪量为1569万m3。4.3洪水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为复合土工膜防渗面板堆石坝，因此泄水建筑物一般不布置在河床，而选用溢洪道或泄水隧洞。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。(1)泄水隧洞：其布置得一般原则是地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见，坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深10～24m，上部透水层q值为6.7～196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层，地质条件不好。而且本工程最大坝高54.5m，正常蓄水位276.2m，要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量很大，故不采用泄水隧洞泄洪。(2)河岸溢洪道：布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道，河岸溢洪道又分为正槽溢洪道和侧槽溢洪道。正槽溢洪道——过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道——水流过堰后急转近90°，再经泄槽下泄。正槽溢洪道在水力学上的特点是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，结构简单、施工方便。侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸，岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近90°，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，然而，侧槽内的水流现象的复杂性，并不仅仅表现在流量的沿程的变化上，水流自堰跌入侧槽后，在惯性的作用下，冲向侧槽对岸壁，并向上翻腾，然后再重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且，本工程地质条件较差，建侧槽溢洪道对结构方面的要求会很高，危险性大，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4调洪演算及泄水建筑物尺寸确定4.4.1调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量q,由洪水过程线求出库容V，由库容V，查水位-库容曲线，找出相应的水位H，从而，对于每一组情况下可作出一条Q～H曲线；根据公式,又可作出一条Q～H曲线；对应于每一种情况，可从Q～H图中确定相应交点的Q和H值。4.4.2洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有P=2%、P=0.1%的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。按照规范，洪水过程线应用P=3\*ROMANIII型曲线拟合，但实际操作过程中较难，故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽量拟合为P=3\*ROMANIII型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线），根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图4-1中的实线）。图4-3调洪演算图4-2洪水过程线图4-1三角形法图4-3调洪演算图4-2洪水过程线图4-1三角形法4.4.3计算公式计算采用公式：（4-5）式中——侧收缩系数，ε=0.93；——流量系数，m=0.5；——溢流孔口净宽；——堰上水头。4.4.4计算结果计算结果见表4-1：表4-1调洪方案汇总表方案孔宽（m）堰高（m）设计洪水位（m）设计下泄流量（m3/s）校核洪水位（m）校核下泄流量（m3/s）18272277.30200278.913002273277.78172279.612793274278.39151279.8923549272277.06211278.593135273277.58181279.282916274278.20161279.57243710272277.00230278.753528273277.72210278.852919274278.32184279.60273注：发电引用最大流量5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。4.4.5方案选择以上方案中，设计状况下，均能够满足要求，选择设计下泄流量较接近最大下泄流量的方案，并通过经济技术比较选定。本设计对此只做定性分析。一般来说堰顶高程越低、孔口宽越大，坝高就越低，可减少工程量；而堰顶高程越高、孔口宽越小，可减少溢洪道开挖量，对上述八种方案进行综合考虑，最后采用方案⑻，即堰顶高程273.0m，溢流孔口净宽10m；该方案设计洪水位277.72m，超高1.52m，设计下泄流量210.00m3/s，校核洪水位278.85m,超高2.65m，校核泄洪量291.00m3/s。4.4.6坝顶高程的确定4.4.6.1工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定校核水位278.85m，对应的库容为2310万m3，查《水利水电工程等级划分及洪水标准SL252—2000》得本工程等别为=3\*ROMANIII级，工程规模为中型。相应其主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。水工建筑物为3级的洪水标准：设计下洪水重现期为50年，校核下洪水重现期为1000年。4.4.6.2波浪要素计算由于大坝所在地区为丘陵地区，所以根据《水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997》,波浪要素宜采用鹤地水库公式计算（V0<26.5m/s及D<7500m）。（4-6）（4-7）式中——累积频率为2%的波高(m)；Lm——平均波长(m)。为水面以上10m处的风速，正常运用条件下=3\*ROMANIII级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，=3\*ROMANIII级坝采用累积频率为1%的爬高值h1%。按上述公式算出的为h2%，再根据频率法按下表可得出h1%。表4-2不同累积频率下的波高与平均波高比值(hp/hm)hm/Hm0.010.112451014205090<0.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.370.1～0.23.252.822.32.131.931.871.641.541.380.950.43波浪中心线高出计算静水位hz按下式计算：（4-8）式中：H为水深；h1%为累积频率1%的波高。计算结果为：表4-3各工况下波高、波长及波浪中心线高出计算静水位的距离h2%Hh1%Lmhz正常水位下1.31149.701.4239.3170.683设计水位下1.31151.221.4239.3170.683校核水位下0.71352.350.7746.2110.3034.4.6.3挡墙顶高程的确定根据《碾压式土石坝设计规范》公式(5.3.1),堰顶上游L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定：（4-9）式中——坝顶超高；——最大波浪在坝坡上的爬高，按h1%算；——最大风雍水面高度，按hz算；——安全超高。《碾压式土石坝设计规范》5.3.1规定的安全加高值见下表：表4-4土坝坝顶安全超高值(m)坝的级别1234、5设计1.501.000.700.50校核山区、丘陵区0.700.500.400.30平原、滨海区1.000.700.500.30L型防浪墙高程=max（4-10）通过计算：正常蓄水位+正常运用情况：m设计洪水位+正常运用情况：m校核洪水位+非常运用情况：m故挡墙顶高程为280.03，考虑施工方便和施工的精度，选取L型挡墙顶高程为280.7m。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》5.4.4要求，防浪墙顶要高出坝顶1~1.2m，本设计取1.2m,则坝顶高程为279.5m。4.4.6.4闸门设计因为B=10m，不是很宽，采用单扇闸门挡水，选用平板闸门。闸门的高度由正常蓄水位确定，取6m，则其宽高比为1.67，满足在1.6至2.0的范围之内。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。闸墩(边墩)的长度应满足工作桥、交通桥及启闭机等布置要求，取10m。闸墩高度取决于闸门和启闭机的形式，应保证开启后的闸门底缘高出水库最高洪水位，并留有一定安全超高，取7m，闸墩厚度取0.5m。堰前渠底高程通常应较堰顶为低，对于实用堰，此差值宜不小于堰上水头的，由此，堰前喇叭口进水口底板高程取271.5m。5主要建筑物型式选择及枢纽布置5.1枢纽等别及组成建筑物级别由上一章经过调洪演算得，校核洪水位为278.85m，水电站装机容量为6400kW,水库总库容为0.29×108m3,根据我国水利部颁发的现行规范——《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程等别为三等。B江水利枢纽工程：工程等别为三等；主要建筑物级别：3级；次要建筑物级别：4级；临时建筑物级别：5级。5.2坝型选择坝型选择是坝工设计中首先要解决的一个重要问题，因为它关系到整个枢纽的工程量、投资和工期。坝高、筑坝材料、地形、地质、气候、施工和运行条件等都是影响坝型选择的主要因素。5.2.1各种常见坝型比较水利枢纽中的挡水建筑物拦河坝常见的主要型式有：重力坝、拱坝、支墩坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝、面板堆石坝等。下面根据本工程的地形、地质条件和材料储备情况对以上坝型进行比较，选择适合的坝型。5.2.1.1拱坝拱坝是在平面上呈凸向上游的挡水建筑物，借助拱的作用将上游水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将荷载传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将荷载传给基岩。其主要特点：1)受力条件好，河谷形状深窄较好；2)坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；3)超载能力强，安全度高；4)抗震性能好；5)施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。而本工程地形河谷较宽，特别是地质条件较差：断层裂隙发育，岩石破碎，强度低，根据实验，相对不透水层埋藏较深，透水层属中等—严重透水层，若建造拱坝，则开挖量必然巨大，且大坝的安全性不高，故不宜建拱坝。5.2.1.2支墩坝支墩坝是由一系列支墩和其支承的上游挡水盖板所组成，库水压力泥沙压力等由盖板传给支墩，再由支墩传给地基。支墩坝结构较复杂，且对地质条件和拱坝一样高，故对本工程，不宜采用支墩坝的型式。5.2.1.3重力坝重力坝工作原理：一是依靠自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；二是利用坝体自重在水平面上产生压应力来抵消由于水压所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝的主要特点：1)抗冲刷能力强；2)结构简单；3)对地形地质条件适应性能好；4)坝体与地基的接触面积大，受扬压力影响大；5)重力坝的剖面尺寸较大；6)坝体体积大，水泥用量多，混凝土水化热高，散热条件差。对于本工程，地质条件差，地基承载能力较低，且弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数f=0.5～0.6，为达到稳定要求必然增加断面面积，增加工程量，而且，用来拌和混凝土的砂砾石料只有在离坝址10～15km处才有料场，这样会大大增加工程造价，不合理，故不宜选用重力坝。5.2.1.4土石坝通过以上几种坝型分析，并结合本工程坝址附近具有储量丰富且质量较好的堆石料的情况，建议采用土石坝（又称为当地材料坝）的型式。土石坝的优点：1)筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料。2)适应地形变形能力强。土石坝的结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低；3)施工方法选择灵活性大。能适应不同的施工方法，且工序简单、施工速度快，质量容易保证。4)结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维修加高。不足之处：1)坝顶不能溢流，常需另开溢洪道；2)施工导流不如混凝土坝方便，因而相应也增加了工程造价；3)坝体断面大，土料填筑的质量易受气候影响。5.2.2土石坝各坝型比较我国幅员辽阔，各种自然条件、土料特性等千差万别，需要根据具体情况，发展和选择适宜形式的土石坝。在坝型选择中，不应拘泥于现存观点。筑坝技术在不断进步，新的施工机械也在不断出现，以前看来似乎没有什么前途的面板堆石坝，由于应用大型振动碾提高压实效果，今日已发展成为具有强大生命力的坝型。土石坝设计中的许多问题，不少是偏经验性的，在很大程度上需要依靠分析和判断。应用沥青混凝土作防渗体的土石坝，采用土工薄膜防渗的土石坝以及定向爆破堆石坝等，在各种条件下都有一定的应用和发展前景。5.2.2.1均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝可以适应任意的地形、地质条件；对筑坝土料的要求逐渐放宽；既可采用先进的施工机械进行建造，在条件不具备时，也可采用比较简单的施工机械修筑，因而对我国的中小型工程是值得优先考虑的坝型。均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用。这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生孔隙水压力，影响土料的抗剪强度，所以，坝坡较缓，工程量大。一般适用于中、低高度的坝，但近年来也有向高坝发展的趋势，特别是在具有较大内摩擦角的含粘性的砂质和砾质土的情况下，由于在坝的中部设置竖向和水平排水，可以大大降低坝体内的浸润线，并减少孔隙水压力。心墙坝和斜墙坝的土质心墙和斜墙便于与坝基内的垂直和水平防渗体系相连接，心墙和斜墙坝可以在深厚的覆盖层上修建。这种坝型不仅适宜于建低坝，也适宜于建高坝。斜墙坝的坝壳可以超前于防渗体提前进行填筑，而且不受气候条件限制，也不依赖于地基灌浆施工的进度，施工干扰小。但斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量较大。斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接较困难，故高坝中斜墙坝所占的比例较心墙坝为小。高度超过100m的斜墙坝，绝大多数采用内斜墙，即斜墙坡度变陡，斜墙上游还填筑一部分坝壳。目前世界上已建的高200～300m级的土石坝几乎都是心墙坝。碾压技术的进步和采用砾石土作为防渗体为建造高心墙坝创造了条件。心墙的坡度超过1:0.5时，会影响坝坡的稳定，需将坝坡放缓。近年的发展趋势是采用薄心墙，这样有利于降低孔隙水应力。心墙土料的压缩性较坝壳料高，易产生拱效应，对防止水力劈裂不利，对坝的安全有影响。为此，很多高坝都采用斜心墙，其上游坡设计成1:0.5～1:0.6，以利于克服拱效应和两侧坝壳平起上升，但是其施工干扰大，受气候条件的影响也大，这是弱点。高的心墙坝和斜墙坝多做成分区坝或多种土质坝，从防渗体到坝壳料，颗粒由细到粗逐步过渡，这对于充分利用土石料，增加坝的稳定性和抗震能力都是有利的。但是就本工程而言，坝址附近粘土很少。坝址上下游有一定的粘土分布，但都是当地农民耕地，要利用这些粘土，则必须把当地农民迁移，增加工程中移民费用，在经济比较中不合算，故也不采用均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝型式。5.2.2.2堆石坝堆石坝属于土石坝的一种，是以石料为主要填筑材料的挡水建筑物，坝体由堆石体、防渗体和过渡层三部分组成，与前述土坝相比具有剖面小、造价低、施工速度快、抗震性能好等优点，且本工程坝址附近广泛分布有岩性较坚硬，力学强度高，质量较好，储量丰富的堆石料，因此可优先考虑选择建造堆石坝方案。堆石坝的坝型可按防渗材料、防渗体位置、堆石施工方法以及坝顶是否过水进行划分：1)按防渗体材料分类：堆石坝防渗材料最常见的是土料、沥青混凝土、钢筋混凝土及新兴的复合土工膜；2)按防渗体位置分类：心墙堆石坝，斜墙堆石坝，斜心墙堆石坝，混凝土（或复合土工膜防渗）面板堆石坝；3)按堆石施工方法分类：有堆石、砌石、定向爆破等；4)按坝体是否过水分类：绝大多数堆石坝是不过水的，中小型工程偶也设计建筑溢流堆石坝。下面就几种堆石坝坝型进行定性分析。1)混凝土面板堆石坝在上述几种坝型中，新型面板堆石坝得到了迅速发展，在工程中得到广泛运用，之所以能如此迅速发展，与下述优点密切有关：①可以充分利用当地材料筑坝，大量节省三材和投资；②面板设于堆石体上游面，整个坝体都是受力结构，水压力在上游面的铅直分力有助于坝的稳定，坝体工程量是土石坝中最小的；③振动碾压导致的高密实度堆石体变形小，面板抗裂防渗有了保证，坝的运行安全度也被认为是很高的，而且经论证，即使面板少许漏水，也不会危及堆石体的稳定和坝的安全；④面板兼起护坡防渗作用，经济合理；⑤运行安全，维修方便，面板在上游面，便于检查维修，即使水库不能放空也便于潜水检修；⑥坝体结构简单，坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小，便于机械化施工作业，气候影响也小，基本可全年施工，加快施工进度。设计建造这种坝时自然也应注意她仍存在的弱点：其一是面板对基础沉陷很敏感，故要重视坝基缺陷的处理；其二是面板抗漂浮物冲击、抗严寒冰冻及抗环境水侵蚀作用方面性能稍差。混凝土面板坝所具有的这些突出优点：工程量较小，施工方便，拦洪渡汛简单，对于在我国水利资源丰富的西南、西北高山峡谷区的河流上建坝更有重要意义。在具备大型振动碾等设备的条件下，是很有竞争力的坝型。坝壳材料既可用堆石，也可用砂砾石料。总之，这一新型坝优点很突出，值得大力推广应用，但仍注意精心设计，精心施工。2)其他形式堆石坝在其他形式堆石坝中，有一定应用前景的有：以沥青混凝土作为防渗体的堆石坝、定向爆破堆石坝以及土工薄膜防渗的土石坝。沥青混凝土斜墙坝具有与混凝土面板相同的特点，又可称为沥青混凝土面板坝。已建的以沥青混凝土作为防渗体的堆石坝中，面板坝的数量居多。定向爆破筑坝是在地形、地质条件适当的河谷的一岸或两岸布置炸药室。使爆破产生的岩快大部分抛掷到预定的位置堆积成坝，拦截河道。采用这种方法筑坝，一次爆破可得石方数万、数十万甚至上百万立方米，爆破抛射出的石块下落时以高速填入堆石体，紧密度较大，孔隙率可在28%以下，从而可节约大量人力、物力和财力。但爆破对山体的破坏作用较大，使岩体内的裂缝加宽，有时可形成绕坝渗流通道，并可使隧洞、溢洪道周围的地质条件以及岸坡的稳定条件恶化。此外，爆破后填平补齐、整修清理的工作量仍然很大，坝基处理与防渗体施工均有一定困难。因此，这种坝型主要适用于山高、坡陡、窄河谷以及地质条件良好的中、小型工程。土工薄膜防渗的土石坝不仅继承了钢筋混凝土面板堆石坝的优点，而且土工膜的施工比钢筋混凝土面板价格便宜，施工更加快捷方便，同时克服了面板对基础沉陷很敏感的缺点，但是土工膜受一定的气候条件限制，气温过低就不能发挥作用。就本工程而言，气温适中，不存在该问题。5.3泄水建筑物型式选择本设计采用的坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见5.2.2），因此泄水建筑物不能布置于河床，根据本工程的地质、地形条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞进行比较选择。泄水隧道布置的一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其它建筑物无相互不良影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单，岩体完整稳定，岩石坚硬，上覆岩层厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围堰破碎地下位很高或渗水量很大的岩层和可能坍滑的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，坝层褶皱挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层埋深经先导孔压水实验，左岸相对不透水层埋深10～24m，且属中等—严重透水层。因此要避开透水层布置泄水隧洞工程量很大，故不宜采用。正槽溢洪道：以宽顶堰或各种实用堰为溢流控制的河岸溢洪道，蓄水时控制堰（设闸门或不设闸门）与拦河坝一起组成挡水前缘，泄洪时堰顶高程以上的水可自堰顶溢流而下，并经一条顺过堰流向的陡坡泄槽泄往下游河道。水力学上的特点是：泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠。结构简单，施工方便，因而为大中小型工程广泛采用，尤其是拦河坝为石土坝的水库。但应注意，在高水头、大流量以及不利的地形、地质条件下，溢洪道的兴建要解决高速水流所引起的一系列水力学和结构问题。从地形条件说，溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地段；从地质条件说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上。侧槽溢洪道：当拦河坝难以本身溢流，且两岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大开挖量时，侧槽溢洪道可能成为经济合理的泄洪建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘长度而引起的开挖量增加减少，从而可以较长的溢流前缘换取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程。当无闸门控制时后者突然增加了兴利库容，对中小型工程尤有利。侧槽溢洪道的水流现象相对复杂。泄洪时沿溢流前缘全长同时进水，进槽水的水流并须立即弯近90°，顺槽轴线流向下游，对不同的侧槽横断面，其所通过的流量不同。在侧槽范围内水流是沿程变量的非均匀流。侧槽的水流现象复杂，并不仅表现在流量的沿程变化上，水流自侧槽堰跌入侧槽之后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并向上翻腾，然后在重力作用下转弯向下游流去。这样在槽中就形成一个横轴螺旋流。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。若采用侧槽溢洪道，考虑侧槽内流态复杂，则侧槽及泄水段的衬砌工程含量很大；同时考虑到堆石坝溢洪道可紧靠坝体布置这一优点，故采用正槽溢洪道，布置在左岸。泄水建筑物采用正槽溢洪道，其堰顶高程273.0m，溢流孔净宽10m，闸门顶高程应高于正常蓄水位0.3～0.5m，故最终选择闸门宽为10m，高为6m，则其宽高比10/6=1.818，满足在1.6至2.0的范围之内。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。平板闸门。放空洞与导流隧洞相结合，施工结束后，导流隧洞即作为放空洞使用。隧洞采用圆形断面，直径为2.4m，隧洞进口预留闸墩，以便改为防空洞时布置闸门，蓄水时下闸挡水，当放空库容时开闸放水。（具体布置见大坝平面布置图）。5.4水电站建筑物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。本工程采用引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s，厂房位于段莘江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积31.5×15.7m2,其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，多年平均发电量为1700×104kw·h，保证出力1461kw。开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.5×27.25m2。5.5枢纽方案的综合比较5.5.1挡水建筑物——复合土工膜防渗堆石坝堆石坝按直线布置，坝轴线布置于河床较窄处，以尽量减少工程量，减低工程造价。本工程地形上右岸有一低矮垭口，顶高程为276m，直接填筑石料会有很大的工程量，故考虑在右岸低矮垭口处设混凝土挡墙作为副坝挡水。5.5.2泄水建筑物——正槽溢洪道泄水建筑物采用正槽溢洪道，为减少开挖量，减少堆石料填筑量，溢洪道与堆石坝坝体紧密连接，布置于左岸。虽然右岸有天然垭口，本是布置溢洪道的有利条件，但是垭口下游地形太陡，不能布置溢洪道，所以综合比较把溢洪道布置于左岸。溢洪道与坝体以混凝土挡墙隔开，挡墙既能导流，又能防渗。5.5.3水电站建筑物引水式水电站，设计水头174m。引水隧洞布置于右岸山体中；电站厂房布置于段莘江湾湖山村左岸下游340m处，地面式；开关站位于厂房左上侧。6第一主要建筑物设计6.1大坝轮廓尺寸及防浪墙设计6.1.1L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度由第四章第六节计算可得：L型挡墙顶高程280.7m，根据混凝土面板堆石坝设计规范可知：L型挡墙墙顶高出坝顶1～1.2m，且L型挡墙墙底高程需高于正常蓄水位（若低于正常蓄水位，须加强土工膜与L型挡墙止水设计）。取L型挡墙墙顶高出坝顶1.2m，则坝顶高程▽坝顶=280.7－1.2=279.5m。坝顶宽度应由运行、布置坝顶设施和施工的要求来确定，按照坝高的不同，本工程可取5～10m，取坝顶宽度B=8m。6.1.2坝体分区为充分利用石场及施工现场的开挖料，应根据堆石体在坝内不同部位的不同作用，对坝体进行合理的分区。一般情况，应对堆石体各部分分别提出材料特性、最大粒径、粒径级配、碾压后的密实度和变形模量以及透水性和施工工艺要求，这就需要根据堆石体各部分的受力条件和所起的作用进行研究，将堆石体作适当分区，以方便施工及降低工程造价。堆石坝也可概分为靠上游部分的过渡区和靠中下游部分的堆石体。过渡区内紧靠面板的部分，起直接制成面板的作用，一般应具有高变形模量，均匀性和低透水性，其位置相当于面板的垫层，故又称为垫层。垫层下游其余部分的过渡区，其垫层与下游堆石区间的过渡作用。堆石按其所在的部位，又划分为两个区，靠近中央及上游部位的堆石区，受水压力作用较大，离地面也较近，较为重要，特性与技术要求较高，故专分为一个小区，称为主堆石区；靠下游部位的堆石区主要起保持坝体整体和下游坝坡稳定作用，特性和技术要求较低，为次堆石区。这样，对堆石体的分区，按上述分为：(Ⅰ)垫层，（Ⅱ）过渡层，（Ⅲ）主堆石区，（Ⅳ）次堆石区。根据上述要求，考虑到本工程当地堆石料及应力状态因素，，将大坝大致分区如图6-1所示：1—素混凝土；2—无砂混凝土；3—过渡区；4—主堆石区；5—次堆石区；6—下游保护层；7—碎石反滤层；8—特殊垫层区图6-1坝体分区图6.1.3L型挡墙设计6.1.3.1尺寸选择在面板堆石坝中，一般都在坝顶上游边缘处设置钢筋混凝土防浪墙，用以降低坝顶高度，减少堆石体的工程量，而混凝土的用量则增加不多，这样可降低工程量和造价，加快施工进度。防浪墙一般为悬臂式结构，在浪压力作用下，必须能保持稳定和满足结构应力要求。在复合土工膜面板堆石坝中，土工织物穿入L型挡墙，共同构成一个防渗整体。堆石坝因各段坝高不同，各段坝顶的沉陷与下游位移量难免有所差异，为避免因此而产生的不均匀变形裂缝与温度裂缝，防浪墙应设置伸缩接缝。坝顶上游侧设置L型防浪墙，根据防浪墙底部高程宜高于正常蓄水位的要求，取防浪墙底部高程为276.7m，则墙高h=280.7-276.7=4.0m。L型挡墙尺寸见图6-2（尺寸单位m，高程单位m）。图6-2L型挡墙尺寸图6.1.3.2荷载计算及工况分析计算荷载时，应乘以该荷载对应的作用分项系数，其中土压力为1.2，静水压力为1.0，浪压力为1.2。图6-3荷载计算示意图a.土压力土压力采用朗肯土压力理论计算，取单宽1m。(6-1)式中——土压力；——土的容重；——土体厚度；——土压力系数。其中静止土压力系数，被动土压力系数，主动土压力系数。（。）计算得，4.232，；kN，kN，kNb.静水压力（包括水平静水压力和铅直静水压力）(6-2)式中——水的容重；H——水深。c.浪压力由于，故坝前发生深水波，根据公式(6-3)计算浪压力：(6-3)式中——波浪中心线高出静水位的高度，由公式(4-8)计算，结果见表4-3。d.弯矩计算根据计算书第二章第二节计算知：工况一：不挡水情况下，只有静止土压力共同作用，（逆时针）；工况二：设计洪水位情况下，静水压力、浪压力和主动土压力共同作用，（顺时针）；工况三：校核洪水位情况下，静水压力、浪压力和静止土压力共同作用，（顺时针）；由于工况一的合弯矩最大，故最危险工况为工况一。6.1.3.3基础承载力计算图6-4L型挡墙底板基底压力图根据公式：（6-4）式中—挡墙基底应力的最大值或最小值；—作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN）；—作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和；A—挡墙基底面的面