1、1 樞紐概況及工程目 片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫總庫容7.16億立米，死庫容0.44億立米可進行防洪、興利的調節庫容6.72億立米。 拒馬河發源于河北省淶源縣，流經淶源、易縣、淶水山峽地區，至北京房山縣張坊鎮流入平原，并分南北兩支。南拒馬河經淶水至北河店與易水匯流至新城白溝鎮，北拒馬河匯合胡良河、琉璃河后在涿州縣東茨村入白溝河，往南流至白溝鎮匯合南拒馬河后為大清河。 拒馬河位于太行山東麓，流域面積約10000km2。地形特點，西部為山區，流域面積約5000km2，東部為平原。山區多為石質山區，植被較少，坡度較陡。僅上游淶源以上分水嶺處于黃土高原

2、邊緣地區。平原河槽較窄，坡度很緩。本流域且為華北暴雨中心所在，因此洪水大，危害較為嚴重。本工程可為東部平原房、淶、涿灌區的一百多萬畝農田灌溉、北京生活及工業用水提供水源。 樞紐建筑物包括主壩、付壩、溢洪道、導流泄洪洞、灌溉發電洞及樞紐電站。2 設計的基本資料2.1 地形、地質條件 庫區地形 圖2-1 片上水庫河谷斷面圖2.1.2 庫區工程地質條件 本區除第四系地層外，均為中震旦系，霧迷山組地層（Z2w），分層、厚度及巖性見表2.1。此外尚有燕山期輝綠巖墻侵入體。表2.1 地層厚度及巖性編號巖性厚度/m相應壩區分層編號備注Z52w板狀、厚層狀白云巖夾少量頁巖、石英巖、底部為雜色石英礫巖400Z4

3、2w厚層白云巖180-200Z32w硅質條帶灰巖夾硅質白云巖220-250Z22w硅質條帶狀、斑點狀白云質灰巖（局部變質成大理巖）夾絹云母片巖（在與輝綠巖接觸處滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本層為壩基地層Z12w厚層硅質白云巖約250輝綠巖和片巖透水性甚微，是本區相對隔水層。 本區構造，普遍發育有兩組構造裂隙，一組為走向北東70度左右，一組為走向北西300-340度，均為陡傾角裂隙。 本區地震烈度為7度。2.1.3 壩址區工程地質條件 （1）河床覆蓋層 河床寬600余米為第四系沖積砂卵石層所覆蓋，厚度為15-28m，靠左右岸邊各有一沖蝕槽，左側為古河床，以卵石層為主。地下水位約為10

4、5-106m。通過抽水試驗，滲透系數K最小為2.74×10-4m/s，最大8.56×10-3m/s，一般為（2.315.79）×10-3m/s，砂卵石層須防滲處理。在砂卵石層中，有砂質黏土及細沙夾層。砂質夾層分布在壩線下游02鉆孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，這些夾層順河方向延伸稍長，以窄條帶狀分布在古河床西側漫灘邊緣和古河床死洼處。河床右岸發現有含碎石、卵石的砂質黏土層，在基巖面上部，屬巖石的風化殘積層，厚度約1-2m。總觀，這些夾層分布范圍不大，厚度較薄，一般位置較深，因此對壩體穩定影響不大，但應摸清具體分布范圍，論證其對壩體穩定的影響和確

5、定處理措施。 （2）巖溶、滲漏問題 從巖性看，本區灰巖均系硅質和白云質灰巖（白云巖），結晶程度較好，相對不易被溶蝕。據鉆孔分析，本區巖溶發育，一是在壩址區高程70-90m較多發育，二是在片巖層的上下層面處較多發育，但溶洞很少，也很小。深層巖溶問題是不存在的，主要表現為巖溶裂隙。據壓水試驗，壩基巖石透水性較大，單位吸水量算術平均值為3.2升/分，大值平均值為14.5升/分，對壩基滲漏不利。但在壩下基巖中第2層絹云母片巖，在壩下普遍分布，厚度3-7m，沒有間斷現象，隔水性好，是防滲的有利條件。不存在順河斷層。壩基防滲處理時，河床砂卵石層宜做防滲墻，其下第2層片巖出露部分風化較嚴重，宜進行帷幕灌漿，

6、伸入基巖內3-5m，至新鮮巖層處。兩岸帷幕灌漿處理深度，左岸宜20-60m（伸入基巖），右岸巖石透水性較小，平均處理深度可為25m。 （3）地下水動態 據地下水位觀測，壩址區地下水位坡降較小，在右岸為地下水補給河水。但左岸地下水有一“凹陷帶”，從鉆孔資料看，主要是因為該段為古河床主流線部位，砂礫石層中孤石較多，因而透水性大，致使該段地下水位稍低。考慮兩岸地下水位較低，一般工程在106-110m左右，因此存在繞滲問題，建議適當向兩岸適當延長帷幕線，以減少繞滲量。特別是右岸，為防止滲流改變工程地質條件，建議筑壩帷幕與溢洪道帷幕相接，使其連成一體。 （4）左岸崩坡積物的工程地質條件 左岸壩肩部分，分

7、布有一崩坡積物，順河方向長約1000余米，寬約120余米，表面以30°坡傾向河谷。在高程140m處厚度最大，約47m，以上逐漸變薄。坡積物下基巖地形呈階梯狀。坡積物主要為土、碎石及大塊石，從表層坑井看，土的含量較多，約占50%形成圖夾碎石和塊石，碎石、塊石不起骨架作用，只局部地段塊石較多。經試驗分析知，屬中等失陷性，浸水下沉問題不嚴重，但厚度較大，總下沉量也是不小的。野外試驗變形模量值（算術平均值）為681kg/cm2，壓縮性不嚴重。滲透系數為1×10-5m/s，下部透水嚴重。因此筑壩時可以不挖除，但必須做好防滲處理以免蓄水后因滲漏惡化其工程地質條件。 （5） 其他建筑物的

8、工程地質條件 埡口付壩大壩右岸有一埡口，谷底高程141.0m，谷底寬60m，谷底覆蓋砂質黏土，厚度6-8m。在壩高192m高程處，谷寬230m。谷底右側沿斷層有輝綠巖墻侵入體，走向為北西330-340°，傾向南西，傾角80°，寬52m。輝綠巖風化嚴重，全風化帶厚約10m，半風化帶厚約15m，單位吸水量約升/分。 埡口右側巖層走向北西340°，傾向北東，傾角10°，在高程145-157米處分布有兩層片巖，下邊一層已滑石化，極軟弱，遇水崩解。埡口左側巖層走向近南北，傾向東，傾角10°，在高程185.5-138米處，有兩層片巖分布。據上述地質情況，埡

9、口為一斷層，不利地質條件比較集中，承載力低，抗滑穩定性較低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付壩問題不大。但應進行防滲處理，建議處理深度：右側一般30m，左側一般15-20m，斷層與輝綠巖墻侵入體接觸帶處處理深度不小于50m。2.2 水文與水利規劃2.2.1 氣象 本流域處于山區，夏季炎熱多雨。附近張坊站平均年降雨量740mm，年平均氣溫約為11.6，年內氣溫變化較大，最高溫度達43.5，最低溫度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在幾次暴雨上，特點是強度大，雨量集中。由于天氣系統及地形抬升的相互影響，張坊上游的紫荊關一帶極易

10、形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出現日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨過程一般為2-3天。2.2.2 水文分析 (1) 洪水 本流域洪水均為暴雨洪水，主要發生在七、八月份，一次洪水歷時5天左右。較大洪水多是單峰型，陡漲陡落，雙峰或多封不多，且為小水年。據實測20年資料統計，洪峰流量最大為9920m3/s（1963年），最小洪水為45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大為5.67億立米（1963年），最小洪量0.08億立米（1965年）相差77倍（實測洪水系表列從略）。本流域調查到的最大洪水為1801年，經計算得洪峰流量為20000

11、m3/s。考慮到下游為寬闊平原，并有京廣鐵路經過，大壩為土壩等情況，取19000m3/s作為校核大壩的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作為設計洪水流量，相應水位186.8m，依次選定泄水建筑物尺寸。洪水實測資料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分別為9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化過程線為典型，按洪峰流量比值放大計算得設計洪水、校核洪水過程線（見圖2.2）。圖2.2 片上水庫設計、校核洪水過程線 (2) 年來水量 本水庫上游擬建紫荊關水電站，年徑流按紫荊關-張坊站區間的徑流量計算，紫-張區間年徑流量最大為14.55億立米（

12、1956-1957年），最小為1.27億立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值為5.74億立米。 (3)年輸沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。據實測資料計算，紫-張區間多年平均輸沙量為46萬噸，推移質占總沙量的20%。經計算，紫荊關水電站建成后，本水庫多年平均來沙量為55萬噸。2.2.3 水庫特征值 （1）設計洪水考慮到本水庫應有一定的防洪庫容以攔蓄洪水，若降低洪水位對防洪、興利效益大為不利，而若提高洪水位，可能降低京-原鐵路標準或進行局部改建，協調二者，本水庫設計洪水位定位186.8m（P=1%），相應庫容為6.09億m3。 （2）

13、校核洪水京-原鐵路在拒馬河左側穿越，有十余座橋涵通過庫區，橋梁高程最低者為190.44m，墩頂高程為190.26m。考慮在校核洪水時不影響鐵路正常通車，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相應庫容為7.16億m3。 （3）死水位本庫為綜合利用水利樞紐，死水位確定應考慮工業、給水、灌溉、發電等用水要求，確定為130.0m。 （4）汛限水位 根據下游河道現有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s時，洪水不漫灘；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超過下游河道泄洪能力；遇校核洪水時，限泄最大流量7000m3/s；水位達到190m時，相應泄量為18000m3/s。根據上述分級標準和相

14、應洪水過程線，調洪計算按分級控制確定防洪庫容，求得設計洪水位以下防洪庫容2.98億m3，設計洪水位至190m庫容0.56億m3。故總防洪庫容為3.54億m3，相應汛限水位為167.5m。 1） 興利調節本庫工業需水4.0m3/s。農業灌溉毛定額為400m3/畝。水庫蒸發損失350萬m3/年。依據紫-張區間多年實測徑流量，加上紫荊關水電站汛期棄水量，進行徑流調節計算，由時歷法求得調節流量保證曲線及平、枯水年調節流量如圖2.3及表2.2所示。圖2.3 片上水庫流量保證率曲線表2.2 調節流量表標準毛調節流量秒立米折合毛水量億立米凈調節水量億立米工業用水量億立米灌溉用水量億立米平水年14.74.63

15、4.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表1.1調節后，平水年可用于灌溉的水量為3.27億立米，按毛灌溉定額400立米/畝計算，可灌溉82萬畝，遇到枯水年，則可灌溉49萬畝。2）水電站片上水庫興利任務，主要是農業灌溉和工業供水，發電服從灌溉和工業供水，在灌溉和工業引水出口各修建一水電站，利用灌溉和工業供水發電。灌溉供水電站為季節性發電，引水流量33m3/s，采用2臺機組，總裝機容量1.6萬千瓦。電站尾水位為105.0109.6m。工業給水結合發電，引水流量為4m3/s，裝機2臺機組，總裝機容量2500千瓦，電站尾水水位為110.3m。由于水頭變化范圍較大，庫水位

16、在149m以下時，工業用水用旁通管下泄，此時機組可進行檢修。3）工程等級及地震烈度本工程為大二型，主要建筑物：攔河壩、溢洪道、隧洞、廠房、引水洞為2級建筑物。設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。地震設計烈度取為7度。本區多年平均最大風速V多=18m/s。水庫吹程D=2.5km。4）樞紐主要技術指標見表2.5、2.6。表2.5 水庫特征值項目數量相應尾水位/m備注壩頂高程/m192.0校核水位/m190.1104.0（壩后）千年一遇設計水位/m186.8109.6（灌溉電站后）百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5發電最低水位/m138.0105.0

17、（灌溉電站后）死水位/m130.0總庫容億/m37.16防洪庫容億/m33.62興利庫容億/m36.09共用庫容億/m32.99死庫容億/m30.44汛期興利庫容/億m33.10表2.6 樞紐建筑物序號擋水建筑物最大壩高/m壩頂長度/m壩型尾水位或地面高程1主壩88.0（參考）1305.0（參考）下游無水（河底高程114.0）2付壩59.0（參考）200.0（參考）下游無水3泄洪、引水建筑物進/出口底坎高程/m洞徑或孔口尺寸/m閘門尺寸（孔數-寬×高）建筑物長度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.6×17.639221635.05泄洪洞124.0

18、/117.011×16.5（無壓段）1-11×125163300.06導流泄洪洞109.5/105.5有壓段D=6，無壓段6.5×8.51-5×4.51361.0520.07發電引水洞121.5/105.5（最低）D=54.0×5.042533.08工業引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.4×3647.04.09大電站裝機容量/千瓦2×800010小電站裝機容量/千瓦2×12502.3 建筑材料及筑壩材料技術指標的選定2.3.1土料及砂石料土料，壩上下游均有料場，上游料場儲量141.89萬m3，運距1.2

19、km，有效土層厚度2-5m；下游料場儲量263.85萬m3，運距2km，有效土層厚度一般約3-4m。砂石料，料場主要在壩下游，總儲量為4751.2萬m3，其中上游料場儲量89.5萬m3（占總儲量的1.9%）。平均運距12km。土料及砂石料儲量均滿足需要。據試驗，土場土料大部分為中壤土，少量為輕壤土及重壤土，部分含有少量僵石，土料質量符合筑壩要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，應合理開采，減少翻曬工作量。砂礫料質量，東莊料場，含泥量達24%，且缺少中間粒徑，級配欠佳，壓實性差，使用時應采取措施。總觀，各料場砂礫料的中間粒徑略少，含砂量大，加權平均值69%。大于150mm的顆粒多

20、者約占13.4%。上壩時，礫料集中現象難于避免，應采取相應措施，保證壩體滲透穩定性。2.3.2砼骨料及塊石料 河床砂卵石作為砼骨料，其質量，粗骨料符合要求，多為堅硬的火成巖及灰巖，渾圓度較好；細骨料一般偏細，且量缺少，開采時勢必棄料量所占比例較大。建議采用壩下游鐵索崖一帶為砼骨料場，擬開采量為65m3。壩體護坡塊石料：在壩上游兩岸，西溝及下游鐵索崖一帶均可開采。以鐵索崖一帶較好，多系厚層，相對完整。其他地方因夾片巖及薄層，相對利用率較低。2.3.3筑壩材料技術指標土料初始孔隙水壓力系數B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，變形模量68.1MPa，其余指標見表2.7.表2.

21、7 心墻壤土及砂礫料的設計指標筑壩材料名稱容重（kN/m3）內摩擦角（度）滲透系數K（cm/s）d（干）s（濕）b(飽和)f（浮）水上水下壤土16.719.320.310.322.520.51×10-6砂礫料（壩體）19.620.622.112.135321×10-2堆石體19.64037砂礫料（壩基）19.622.112.1321×10-32.4水庫淤積及淹沒2.4.1水庫淤積 本庫庫區河道縱坡約2.5%，屬帶狀均勻淤積，淤積前后河底比降基本不變，河道多年平均含沙量約1kg/m3，主要集中在汛期。水庫淤積按50年考慮，建庫后前10年流域來沙量1200萬m3，后4

22、0年紫荊關建庫后，水庫來沙量為2500萬m3，50年淤沙量為3700萬m3，根據各高程的淤積量，庫容曲線見圖2.4。圖2.4 片上水庫水位庫容、面積曲線2.4.2水庫淹沒 水庫主要由基巖組成，第四紀堆積物不多，沒有坍岸、浸沒問題，水庫兩岸沖溝發育，溝內均有居民點分布，耕地主要分布在階地上和沖溝邊。沿庫區左岸有京原鐵路，張坊至浦洼公路和輸電線等穿過。水庫淹沒面積在校核洪水位190m時為20km2，汛期最高蓄水位179m時為16.3km2。3 壩軸線、壩型選擇與樞紐布置3.1 壩段、壩線選擇在拒馬河穆家口至東莊河段內，自上游至下游分別相距4km和2km，選擇了千河口、片上、葫蘆臺3個壩址進行比較。

23、上游千河口壩址，河谷狹窄，基巖出露，宜采用重力壩型，壩體工程量小，但庫容較小，不滿足防洪興利要求。下游葫蘆臺壩址，庫區漏水嚴重，壩體工程量大，投資增加較多，效益相對增加不大。故上述二壩址均不適宜采用。 片上壩址，左岸有深約47m長約1000m的山麓崩積物，右岸為一單薄山脊，河床寬約600m，河床砂卵石層覆蓋層深約15-30m，砂礫石層以下基巖中有一連續性較好的第2層絹云母片巖，厚度最小3m，一般4-5m，可利用其做隔水層，省去河床基巖中約1km的帷幕灌漿工程量，減少施工工序與干擾。選擇片上壩址，采用土壩壩型，且帷幕線選在第2層絹云母片巖出露處比較有利。但河床段壩軸線位置，受第2層絹云母片巖出露

24、位置制約，兩岸部分受地質地形條件限制。為減少壩體工程量，左岸壩頭和坡積物相連；右岸山脊上游面較平緩，下游面較陡。為避免壩體騎在山脊上，對大壩穩定及沉陷不利，右岸壩頭位于山脊上游側坡地上，并與山脊平行。此時灌溉發電電站廠房布置于右岸山脊下游，不受大壩壩腳影響。故此，片上壩址壩軸線選擇只能為一條折線。3.2 主壩壩型選擇根據壩址區地形地質條件及建材情況，主壩采用混凝土壩，壩基及兩岸開挖量大，砼骨料較缺乏，故適宜采用土石壩。土壩又有四種壩型：心墻壩、斜墻壩、斜心墻壩和瀝青混凝土心墻壩。 前三種壩，在河床段都利用第2層絹云母片巖出露部分為帷幕線，河床砂礫石覆蓋層用砼防滲墻作防滲處理。左岸坡積物處，帷幕

25、線基本上垂直等高線延伸上山，自坡積物高程115m以上開挖截水槽，回填壤土與主壩防滲體及巖石岸坡相連，槽下基巖做帷幕灌漿處理。瀝青混凝土心墻壩的壩軸線位置仍選在上述三種壩型的軸線范圍內，但帷幕線伸向上游，河床段砂礫石用砼防滲墻處理，其下部基巖進行帷幕灌漿與隔水層（第2層片巖）相接。左岸坡積物處理與心墻壩相同。右岸帷幕線置于破碎帶上游側，基巖部分進行灌漿處理。四種壩型特性比較見表3.1。表3.1 四種壩型的工程量項目名稱及序號單位心墻壩斜墻壩斜心墻壩瀝青混凝土心墻壩一、壩基開挖1.清基萬m334.637.838.640.22.坡積物開挖萬m315.415.415.415.43.巖石劈坡萬m30.2

26、60.260.260.26小計萬m350.2653.4654.2656.42二、壩體填筑工程量1.土方填筑萬m3174.5209.0187.7244.92.砂礫石填筑萬m31571.11713.01655.01740.8小計萬m31745.61922.01842.71985.7三、防滲處理工程量1.砼防滲墻總進尺萬m324313.024532.024313.028000.02.防滲墻砼方量萬m320955.021110.020955.023500.03.灌漿工程量萬m39850.010665.09850.040650.0壩型比較如下： 斜墻壩地基處理與壩體填筑施工干擾小，地基處理在砂礫石覆蓋層

27、用砼防滲墻，其下基巖作帷幕灌漿，防滲帷幕線設于破碎帶上游。但帷幕線長，地基處理工程量很大，壩體工程量也很大，防滲墻與帷幕灌漿兩道工序，二者施工干擾也較大。斜心墻壩的壩體填筑工程量比斜墻壩多，左壩頭與坡積物的連接要差一些，施工干擾程度與斜墻壩相同，除了斜心墻防滲體對防止產生水平裂縫較為有利外，比心墻壩無其他優點。心墻壩與斜墻壩詳細比較，見表3.2。表3.2 心墻壩與斜墻壩比較比較條件心墻壩斜墻壩1.防滲體穩定性較好。比心墻壩差一些。2.工程量壩體填筑工程量較少，土方量少，可少占農田。壩體總工程量比心墻壩多176.4萬m3，土方比心墻壩多34.5萬m3,要多占下游農田。3.結構條件1）心墻與坡積物

28、連接較可靠；2）對壩體壓實要求及對土料性能（如抗剪強度）要求比斜墻相對可低一點；3）下游壩腳距電站廠房90m，廠房布置較心墻壩分布些。1）斜墻與坡積物連接較困難，貼坡鋪蓋部分做在坡積物上，若發生沉陷可能引起裂縫，安全程度不如心墻。2）心墻下部壩體壓實要求較高，對土料性能也較高。3）壩軸線偏下游，下游壩腳距電站廠房近，僅約20m，對電站布置不利。4.施工條件1）心墻壩土料在壩體中間，土料、砂礫料施工干擾大，且受氣候影響大。2）上游砂礫料場少，上游壩體砂礫料要由下游料場翻壩供應，干擾大。3）地基處理與壩體填筑的干擾大。1）施工干擾比心墻壩小，受氣候影響小。2）上游料場基本可滿足上游壩體砂礫料的需要

29、數量。3）地基處理與壩體填筑的的干擾比心墻壩小。綜上比較，認為斜墻壩較優。3.3主壩壩體布置（1）主壩采用壤土心墻、斜墻、斜心墻、瀝青混凝土心墻壩型之一，壩體上下游壩殼為砂礫石透水料組成，壩頂無交通要求。計算壩頂（或放浪墻頂）高程，壩頂長度，最大壩高。擬定壩頂寬度，計算最大壩底寬度。（2）設壩坡變坡點高程，并設置馬道。上游壩坡在1:2.5-2.75間選定，下游壩坡在1:2-2.5間選定。下游壩坡在高程118m以下設堆石排水體。堆石排水體與壩體和壩基之間設反濾層。（3）防滲體頂高程，不低于校核洪水位190.1m，黏土防滲體頂寬不小于施工最小寬度3m，底部寬度應大于水頭的1/4-1/5。心墻與兩岸

30、連接部分將心墻擴大1倍，擴大心墻漸變段長度取400-500m。黏土防滲體上、下游側設反濾層，瀝青混凝土心墻上下游側設過渡層。（4）壩體上游坡可采用塊石護坡，其下設碎石及礫石墊層。下游坡采用塊石護坡，下設碎石墊層。3.4 主壩地基處理 主壩地基左岸為崩積坡積物，最大厚度47m，右岸壩基有3-14m厚洪積土覆蓋層和單薄山脊，中間河床段為砂礫石覆蓋層，深15-28m，壩基巖層為石灰巖，透水性大，平均單位吸水率為3.2升/分，最大可達100-200升/分。河床段采用砼防滲墻處理，墻頂插入壤土心墻內6m，底部穿插入絹云母片巖內1m。3.5壩工設計 內容包括：最大剖面及特征剖面，滲流計算、穩定計算及細部構

31、造。求得壩頂高程后，在開挖后的河谷斷面圖上，可繪出壩頂高程線，與開挖后的岸坡線相交，可得壩頂長度，并用樁號表示出壩頭位置。繼而可得到最大壩高位置和特征剖面位置，并用樁號表示。 滲流計算是對最大剖面及特征剖面，采用水力學法計算單寬滲流量、浸潤線坐標，大壩總滲流量，驗算壩體滲流穩定性。計算工況可針對穩定滲流期（正常蓄水位情況）和校核洪水情況進行。 分區壩穩定計算，首先采用折線法，必要時可采用圓弧法或簡化的畢肖普法予以驗算對比。計算工況針對穩定滲流期下游坡、不利水位時上游坡、設計或校核洪水時下游坡，及穩定滲流期+地震期上下游坡。計算上述各種情況的最小安全系數，驗算是否滿足規范要求，不滿足時，應修改剖

32、面設計或提出改善工程措施。 對壩頂結構、壩坡、排水體、防滲體、壩體與壩基及與兩岸的連接進行細部結構設計。3.6地基處理措施 對主壩的壩基進行開挖、岸坡削坡、破碎帶處理，壩基防滲等處理措。3.7 付壩設計 付壩位于主壩右岸埡口內，壩址處地面高程141.0m，埡口底部寬約90m，校核洪水位處約寬230m。表面有8m厚坡積洪積物覆蓋層，覆蓋層底部有順溝方向、高傾角輝綠巖墻，寬約52m。埡口兩岸坡度約1:1.5，均為基巖出露，主要為硅質白云質灰巖，夾有兩層絹云母巖，沿溝地質條件無大差別。付壩宜采用壤土均質壩，底部作帷幕灌漿處理，深度約15m。 4 擋水建筑物方案4.1 壩工設計 為防止庫水位漫溢壩頂，

33、壩頂在水庫靜水位以上應有足夠的波浪超高。壩頂超高系指壩頂高于靜水位的高度。<<碾壓式土石壩設計規范>>（SDJ218-84）規定，其值按下式計算：Y=R+e+A （4-1） （4-2）式中： e風沿水面吹過所形成的水面升高，即風壅水面超出庫水面的高度，m; R自風雍水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，m; D水庫吹程，km或m; H沿水庫吹程方向的平均水域深度。初擬時，可近似取壩前水深m; K綜合摩擦系數，其值變化在（1.55.0）之間，計算時，取3.610 （ D以km計）或3.6（ D以m計）； V計算風速,m/s,正常運用情況下的I、II級壩采用V=（1.52

34、.0） （多年平均最大風速），本設計取2。正常運用條件下的、級壩采用V=1. 5，非常運用條件下的各級土石壩采用V=; 風向與壩軸線的夾角，（ °）；本設計取0°； A 安全超高，根據壩的等級和運用情況，按表1-11采用。具體計算分三種情況： 正常運行情況下 V=2=2*18=36m/s D=2.5km, H=82.8m, 吹程2.5km,該水庫為山區峽谷水庫，應用官廳水庫公式計算波高 （4-3）上游壩坡采用干砌石護坡，坡度取1：2.5。波浪爬高R的計算 （4-4）式中：h設計波高。 h=1.987m; m上游壩坡坡率。 m=2.5； n上游護坡糙率。干砌石護面為0.027

35、5；計算 建筑物等級為二級，查1表1-11，正常情況下A=1.5m,則正常運行情況下 此時:186.8+9.08=195.88m 4.1.2 非常運行情況下 V= =18m/s D=2.5 H=86.1m采用官廳公式計算波高h m =0.003同樣查（附表1）：非常情況下A=1.0m，則非常運用情況下: 190.1+3.813=193.9m 4.1.3 考慮地震影響此種情況下： 地震涌浪加高一般為0.51.5m,本設計取1.0m；地震附加沉陷值由于壩址位于8級震區，取壩高的1%，本設計取0.85m；安全加高為1.5m。則 地震安全加高=1+0.85+1.5=3.35m比較以上三種情況，應取最大

36、值，即非常運用情況下的194.88m。 壩頂高程已經滿足安全需要，不需要設混凝土防浪墻，壩頂設0.5m邊墩，滿足正常運行情況下的壩頂應高出庫內靜水位（186.8m）0.5m；非正常情況下應高出校核洪水位（190.1m）0.3m的要求。壩高=194.88-104=90.88m。以壩高的1%為預留沉陷值，則施工高程為 ，取 。4.2 壩頂和上下游護坡布置 4.2.1 壩頂寬度和上下游坡率擬定 壩頂寬度取決于構造要求，施工條件等是否為其他條件所利用。在寒冷地區壩坡坡率根據壩體及壩基土砂料的壓實密度和力學性質通過穩定計算確定，上游壩坡一般 比下游壩坡平緩，特別是砂礫料的滲透系數小于m/s時，水庫水位降

37、落會形成上游壩體的較高的不穩定浸潤線，不利于壩坡穩定；還有，如果堆石或砂礫石中還有風化顆粒，上游壩殼浸水后，其抗剪強度降低。初設時，查水工設計手冊土石壩上下游坡一般做成變坡的，自上至下逐級放緩。 根據許多土壩的統計資料，壩高H滿足 30m<H<100m 的壩頂最小寬度可由下式計算： （4-5） 本設計中壩高為90m，可將壩頂寬度擬訂為10m.上游壩坡變坡三次，上部坡率取2.5，中部取3.25.，下部取3.75。變坡處設馬道，寬2m.下游每隔約30m變坡一次，坡率自上而下依次為2 2.25 2.5 3。變坡處同樣設馬道，寬2m.設馬道以攔截并排除雨水，防止嚴重沖刷壩面，并兼作交通、檢

38、修、觀測之用，也有利于壩坡穩定。 4.2.2 壩頂布置 為排除雨水， 壩頂應具有向兩側傾斜的坡度，一般取2%3%。（本設計中取2%），以便于排除雨水。下游側設置邊石，坡面末端設縱向排水溝，以匯集雨水，排水溝斷面一般取0.20.20.40.4，本設計取0.30.3。 邊石采用混凝土建造，墻頂高出壩頂0.5，墻厚0.5，墻內設伸縮縫，間距為1.5m，縫內設止水。 壩頂下游側設邊石，用混凝土澆筑，厚0.4m.頂面高出路面約0.2m.邊石每隔100m設排水孔，將壩頂排水溝內匯集的雨水經壩面排水溝排至下游。 4.2.3 護坡 土石壩的上游要承受波浪淘刷、冰層和漂浮物的撞擊、順坡水流的沖刷等破壞作用；下游

39、壩面受雨水、大風、凍脹干裂，尾水部分的風浪、冰層、動植物等的破壞作用。因此，上下游壩面都需要設置護坡。 護坡范圍：上游壩面一般從壩頂護至水庫最低水位以下2.5m處，最低水位不確定或壩高不大的壩可護至壩底；下游壩面需要全部砌護，由壩頂護至排水棱體頂部，無排水棱體的護至壩腳。 選擇護坡材料的原則：能抵御風浪的沖擊，并能保護底層土料不被沖刷；就地取材，價格低廉，護坡施工簡單。因地制宜。 具體護坡布置如下： 上游護坡 采用干砌石護坡，雙層厚0.5m，砌石下接反濾層，原則布置2-3層碎石或礫石墊層，人工夯實，本設計取三層，每層厚0.2m。 下游護坡 下游壩坡工作條件較好，采用單層干砌石護坡，厚0.3m。

40、 壩面排水 為防止雨水沖刷，下游壩面需設置縱橫連接的排水溝，沿壩身與岸坡結合處，也設置排水溝攔截山坡上的雨水。縱向排水溝沿馬道內側布置，用漿砌石做成梯形或矩形斷面，橫向排水溝每隔50m布置一條，排水溝斷面寬、深取0.20.3m，本設計中取寬0.3m，深0.3m。4.3 防滲體設計 壩體防滲體 該土石壩采用黏土斜墻做防滲體。斜墻的上下側邊坡取決于穩定計算結果，一般下游坡不陡于1：2，上游坡不宜陡于1：2.5。本設計斜墻上游坡取為1：2.5，下游呈倒坡，取為1：2，頂寬取4.0m。>=190.1m，故取=195m，且滿足斜墻頂高出設計洪水位0.60.8m的要求。，又=m>18m，故取=

41、49.5m。具體見細部構造圖 4.3.2 壩基防滲下游為砂礫石地基，為保證地基滲流穩定，控制滲流量，在壩基處設置黏土防滲墻，與斜墻連成整體。截水槽底部是防滲的薄弱環節，為防止集中滲流，在基沿上澆筑混凝土蓋板，下部與帷幕灌漿連接。防滲墻結構簡單，工作可靠，防滲效果好，如采用大量機械施工，則可縮短明挖工期，施工質量有保證。 4.3.3 帷幕灌漿灌漿后地基滲透系數可達cm/s，允許水利坡降J取15，帷幕頂厚，帷幕愈向深處愈薄，應穿透強透水帶，其中最大深度約為40m。4.4 排水棱體本設計采用棱體排水，棱體排水可降低壩體浸潤線，防止壩坡凍脹，保證坡腳免受尾水沖刷，且對壩坡有支撐作用，增加壩坡穩定性。圖

42、見（圖4·4）棱體頂面應高出下游最高水位，超出高度應大于波浪爬高，對I、II級壩不小于1.0m，、級壩不小于0.5m，并應保證壩體浸潤線位于下游壩面凍層以下。 棱體頂寬根據檢查、觀測及施工要求確定，不小于1.0m,一般為12m。本設計取1.5m。棱體內坡由施工條件確定，一般為1：1.01：1.5，本設計取1：1.5；外坡根據壩基抗剪強度和施工條件確定，一般取1：1.51：2.0，本設計取1：2。為使滲流逸出坡降分布的更均勻，在棱體上游坡腳處應避免出現銳角。 圖4-4 棱體細部構造圖4.5大壩壩長由壩頂高程195m在壩址河谷斷面圖上可得壩長L=1311.8m。在壩軸線上截取5個特征斷面

43、，標號為0+92.4，0+246.7，0+761，0+985.2，0+1249.9。壩首標號0+000，壩末標號0+1311.8=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m，=257.6m，=68.9m。5 滲流計算5.1 土石壩滲流穩定分析 5.1.1 土石壩滲流穩定分析的任務 土石壩剖面尺寸初步擬定后，必須進行滲流分析和穩定分析，可為確定經濟可靠的壩體剖面提供依據，滲流分析的主要任務是： （1）確定壩體浸潤線和下游逸出點的位置，為壩體穩定計算和排水體選擇提供依據。 （2）計算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫滲漏損失和確定排水體尺寸。 （3）計算壩體與壩基滲流逸出處的滲透坡降，

44、以驗算其滲透穩定性。5.1.2 滲流分析的工況 滲流計算時，應考慮水庫運行中出現的不利條件，一般計算下列幾種工況： （1）穩定滲流期： 上游正常蓄水位為186.8m,相應下游最低水位為104.0m。此時壩體內滲流坡降最大，易產生滲透變形； （2）設計洪水位 上游設計洪水位為186.8m，相應下游最高水位為104.0m。此時壩內浸潤線高，滲流量大。 （3）校核洪水位 上游校核洪水位為190.1m，相應下游最高水位為104.0m。此時壩內浸潤線最高，滲流量最大。 5.1.3滲流計算假定 （1）本設計采用水力學法，基本假定如下：壩體土料為均質，壩體內任一點在各方向上的滲透系數K相同，且為常數。滲流為

45、二元穩定層流，滲流運動符合達西定律：V=KJ（V為滲透流速，K為滲透系數，J為滲透坡降）。滲流為漸變流，任意過水斷面上各點的坡降和流速相同。 （2）滲流計算假設：1)不考慮防滲體上游側壩殼損耗水頭的作用；2)由于砂石料滲透系數較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認為不會形成逸出高度；3)對于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時由于橫向落差，此時實際上不為平面滲流，但計算仍按平面滲流計算，近似認為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實際上不會形成逸出點，計算時假定浸潤線末端為壩址。滲流計算方法選擇水力學方法解土壩滲流問題。根據壩內各部分滲流狀況的特點，應

46、用達西定律近似解土壩滲流問題，計算假定任一鉛直過水斷面內各點滲透坡降均相等。計算見圖見下圖：斜墻與截水槽的單寬滲流量為： (T=0) （51）圖5.1 滲流計算簡圖斜墻與截水槽下游壩體與壩基的單寬滲流量為： () （52）式中：分別為防滲體、壩殼材料的滲透系數；斜墻的平均厚度，m；斜墻的傾角，（°）；由水流連續條件聯立求解式（39）與（310）可求得墻后滲水深 （53）將h代人上式即可求得q。 墻后浸潤線方程 總滲流量計算時，一般是根據地形和地基透水層分布情況，將壩體沿壩軸線分成若干曲邊壩段：先計算各壩段交界處的壩體單寬滲流量，然后按下式計算全壩的總滲流量： （54） 式中：各壩段長

47、度，m； 各壩段交界處的壩體單寬滲流量，。5.1.5 滲流計算公式和任務滲流計算時，根據壩體開挖線示意圖確定5個特征斷面，并根據比例關系確定已知數據，如等，然后運用公式（5-1）、（5-2）、（5-3）進行運算，最后運用公式（5-4）確定總滲流量。5.2主壩穩定滲流期黏土斜墻土料滲透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度 斜墻的平均坡角=24.2°計算斷面之間各壩段長度=92.4m，=154.3m，=514.3m，=224.3m， =257.6m，=68.9m（1） 最大剖面2-2斷面已知：黏土斜墻土料滲透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度下游坡坡率斜墻的平均坡角=24.2°L

48、=154.3m，=186.8m則墻后滲水深h為=7.03m將h代入單寬滲流量公式可得q墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計算方法同上Q=0.03壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規范要求。表5-1 穩定滲流期格剖面滲流計算表5.2.2 校核水位下滲流計算計算方法同穩定滲流期，選最大剖面2-2為例黏土斜墻土料滲透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2°L=154.3m，=190.1m則墻后滲水深h為=7.16m將h代入單寬滲流量公式可得q 墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計算方法同上，詳見表5-2。 Q=0.03壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規范要求。5.3 付壩 穩

49、定滲流期黏土斜墻土料滲透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度 斜墻的平均坡角=24.2°計算斷面之間各壩段長度=62.7m，=52.6m，=62.7m，=72.3m， (1)最大剖面2-2斷面已知：黏土斜墻土料滲透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2°L=70.7m，=186.8m則墻后滲水深h為=5.20m將h代入單寬滲流量公式可得q墻后浸潤線方(2) 其他特征剖面計算 計算方法同上，計算過程見表5-4.總滲流量Q=0.01，壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規范要求。5.3.2 校核水位下滲流計算計算方法同穩定滲流期，選最大剖面2-2為例黏土斜墻土料滲

50、透系數壩體砂卵石滲透系數斜墻平均厚度斜墻的平均坡角=24.2°L=70.7m，=190.1m則墻后滲水深h為=5.29m將h代入單寬滲流量公式可得q 墻后浸潤線方(3) 其他特征剖面計算方法同上，詳見表5-3。(4) 表5-3 校核水位下各特征剖面滲流計算表 Q=0.01壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規范要求。表5-1 主壩校核水位下各特征剖面滲流計算表樁號KoK&sinaL0+92.41.00E-081.00E-0416.370.4192.40+246.71.00E-081.00E-0426.50.41154.30+7611.00E-081.00E-0425.4250.4

51、1514.30+985.21.00E-081.00E-0419.510.41224.30+1242.91.00E-081.00E-0411.830.41257.60+1311.81.00E-081.00E-040.4168.9H1hqh*1E-1Q190.17.05 2.69E-0549.68 0.03 190.17.16 1.66E-0551.25 190.113.32 1.72E-05177.42 190.110.05 2.25E-05101.05 190.113.82 3.71E-05190.92 190.10Q=0.03壩體的單寬滲流量和總滲流量都符合規范要求。表5-2 主壩設計水位下各特征剖面滲流計算表樁號KoK&sinaL0+92.41.00E-081.00E-0416.370.4192.40+246