1、PAGE 89水庫土石壩樞紐畢 業 設 計學生姓名: 學校名稱: 指導教師: 完成日期: 前 言土石壩泛指由當地土料、石料或混合料，經過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。當壩體材料以土和砂礫為主時，稱土壩，以石渣、卵石、爆破石料為主時，稱堆石壩；當兩類當地材料均占相當比例時，稱土石混合壩。土石壩是歷史最為悠久的一種壩型。也是世界壩工建設中應用最為廣泛、發展最快的一種壩型。土石壩按壩高分為：低壩、中壩和高壩。按其施工方法分為：碾壓式土石壩；沖填式土石壩；水中填土壩和定向爆破堆石壩等。碾壓式土石壩是應用最為廣泛的一種壩型。按照土料在壩身內的配置和防滲體所用的材料種類，碾壓式土石壩有以下幾種主要類型：

2、1、均質壩：壩體斷面分防滲體和壩殼，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。 2、土質防滲體分區壩:即用透水性較大的土料作壩的主體，用透水性極小的黏土作防滲體的壩，包括黏土心墻壩和黏土斜墻壩。防滲體設在壩體中央的或稍向上游且略為傾斜的稱為黏土心墻壩；防滲體設在壩體上游部位且傾斜的稱為黏土斜墻壩，是高、中壩中最常用的壩型。 3、非土料防滲體壩:防滲體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料建成的壩，按其位置也可分為心墻壩和面板壩。本次設計為水庫土壩樞紐工程；ZF水庫建成后具有灌溉、發電、防洪、解決工業用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座綜合利用的水庫。水庫土壩樞紐工程設計任務書、水文地質資料

3、及其他相關原始資料是壩體設計的依據，必須全面了解設計任務，熟悉該河流的一般自然地理條件、壩址附近的水文和氣象特性、樞紐及水庫的地形、地質條件、當地材料、對外交通及有關規劃設計的基本數據，只有在熟悉基本資料的基礎上才能正確地選擇建筑物的類型，進行樞紐布置、建筑物設計及施工組織設計。通過對資料的了解和分析，初步掌握原始資料中對設計和施工有較大影響的主要因素和關鍵問題，為以后設計工作的進行打下良好的基礎。“百年大計，安全第一”，大壩的安全性，重點考慮：（1）壩基范圍內地質構造是否存在較大范圍的夾層和強透水層，地基處理的工程范圍和深度。（2）黃土處理問題。當黃土的重度大于14.5kN/m3時，黃土的濕

4、陷度較小可不進行處理；但如果黃土的重度小于14.5kN/m3時，黃土的濕陷性和壓縮性較大，需要清除。目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc424892038 第一章 基本資料 PAGEREF _Toc424892038 h 5 HYPERLINK l _Toc424892039 第一節 工程概況及工程目的 PAGEREF _Toc424892039 h 5 HYPERLINK l _Toc424892040 第二節 基本資料 PAGEREF _Toc424892040 h 5 HYPERLINK l _Toc424892041 第二章 樞紐布置 PAGEREF

5、 _Toc424892041 h 18 HYPERLINK l _Toc424892042 第一節 壩軸線選擇 PAGEREF _Toc424892042 h 18 HYPERLINK l _Toc424892043 第二節 樞紐布置及工程等級 PAGEREF _Toc424892043 h 20 HYPERLINK l _Toc424892044 第三章 壩工設計 PAGEREF _Toc424892044 h 22 HYPERLINK l _Toc424892045 第一節 壩型確定 PAGEREF _Toc424892045 h 22 HYPERLINK l _Toc424892046

6、第二節 擋水壩體斷面設計 PAGEREF _Toc424892046 h 22 HYPERLINK l _Toc424892047 第三節 壩體滲流計算 PAGEREF _Toc424892047 h 27 HYPERLINK l _Toc424892048 第四節 土壩穩定計算 PAGEREF _Toc424892048 h 56 HYPERLINK l _Toc424892049 第五節 細部構造 PAGEREF _Toc424892049 h 59 HYPERLINK l _Toc424892050 第四章 溢洪道的設計 PAGEREF _Toc424892050 h 63 HYPERL

7、INK l _Toc424892051 第一節 溢洪道地形資料 PAGEREF _Toc424892051 h 63 HYPERLINK l _Toc424892052 第二節 溢洪道地質資料 PAGEREF _Toc424892052 h 63 HYPERLINK l _Toc424892053 第三節 溢洪道的位置選擇 PAGEREF _Toc424892053 h 63 HYPERLINK l _Toc424892054 第四節 溢洪道布置 PAGEREF _Toc424892054 h 63 HYPERLINK l _Toc424892055 第五章 導流泄洪洞設計 PAGEREF _

8、Toc424892055 h 67 HYPERLINK l _Toc424892056 第一節 導流泄洪洞的基本任務和基本數據 PAGEREF _Toc424892056 h 67 HYPERLINK l _Toc424892057 第二節 泄洪洞的工程布置 PAGEREF _Toc424892057 h 67 HYPERLINK l _Toc424892058 第六章 結論 PAGEREF _Toc424892058 h 86第一章 基本資料第一節 工程概況及工程目的Z水庫位于QH河干流上，水庫控制流域面積4990km2，庫容5.05108 m3。水庫以灌溉發電為主，結合防洪，可引水灌溉農田

9、71.2104畝，遠期可發展到104104畝。灌區由一個引水流量為45m3/s的總干渠和四條分干渠組成，在總干渠首及下游24km處分別修建樞紐電站和HZ電站，總裝機容量31.45MW，年發電量1.129108kwh。水庫防洪設計標準為百年一遇，校核標準為萬年一遇。樞紐工程由擋水壩、溢洪道、導流泄洪洞、灌溉發電洞及樞紐電站組成。本次我們的任務是設計擋水壩樞紐工程。第二節 基本資料一、地形和地質圖1:2000壩址附近地形圖見附圖3，建議壩軸線地質圖見附圖4。二、庫區工程地質條件庫區兩岸分水嶺高程均在820m 以上，基巖出露高程，大部分在800m 左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉沙巖和砂質頁巖。

10、新鮮基巖透水性不大。未發現大的構造斷裂，水庫蓄水條件良好。QH河為山區性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區也未發現重要礦產。三、壩址區工程地質條件QH河在ZF水庫壩址區呈一彎曲很大的S形。壩段位于S形的中、上段。壩段右岸為侵蝕型河岸，岸坡較陡，基巖出漏。上下壩線有300多m長的低平山梁（單薄分水嶺），左岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是QH河環繞壩段左岸山體相對側向侵蝕的結果。壩址區基巖以紫紅色、紫灰色細砂為主，間夾礫巖、粉沙巖和少數砂質頁巖。地層巖相變化劇烈，第四系除灰度不大的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構造上處于相對穩定

11、區，未發現有大的斷裂構造跡象。壩址區左岸有一大塌滑體，體積約45104 m3, 對工程布置有一定影響。本區地震基本烈度為6度，建筑物按7度設防。1、上壩址上壩址位于壩區中部背斜的西北，巖層傾向QH河上游。河床寬約300m，砂卵石覆蓋層平均厚度5m ,滲透系數110-2 cm/s。一級階地（Q4）表層具有中偏強濕陷性。左岸730 m高程以上為三級階地（Q2）具中偏濕陷性。基巖未發現大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下21-47m深度范圍內，有一強透水帶，=5.4630L/（smm），下限最深至基巖下約80m。基巖透

12、水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢，左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚度6m）透水性強，滲透系數k=10 m/d 。左岸單薄分水嶺巖層仍屬于中強透水性。平均=0.48L/（smm）應考慮排水，增加巖體穩定。2、下壩址下壩址位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向QH河下游，河床寬約120m，左岸為二、三級階地，右岸731m高程下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學性質見“工程地質剖面圖”。左岸基巖有一條寬200-250m呈北東方向的強透水帶，右岸單薄分水嶺的透水性亦很大，左、右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發現

13、承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。四、溢洪道工程地質條件上壩線方案溢洪道堰頂高程757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩定條件是好的。下壩線溢洪道堰頂高程750m。基礎以下10m左右為砂質頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑安全不利。五、水文與水利規劃1、氣象流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在6-9月份，多年年平均氣溫8-9，多年平均最高氣溫29.1（6月），多年平均最低氣溫-14.3（1月），多年平均最大風速9 m/s，水位768.1米時水庫吹程5.5km。2、水文分析

14、（1）洪水洪水由暴雨形成，據統計7-8月發生最大洪峰流量的機會占88%。而且年際變化很大，實測最大洪峰流量2200m3/s（1954年），最小洪峰流量184 m3/s（1965年），相差12倍，流域洪水的特點是峰高、歷時短、陡漲陡落。一次洪水持續時間一般3-5d。（2）年來水量水量的年內分配，汛期7-10月約占全年水量的62%，水量年際變化很大，實測最大年來水量1968108m3（1963年7月至1964年6月）。最小年來水量3.34108m3（1965年7月至1966年6月）。相差5.9倍。從歷年來水量過程來看約7年一個周期，其中連續枯水段為四年。（3）年輸沙量汛期7-10月的來沙量約占全年

15、輸沙量的94%，其中7、8兩月約占83%。輸沙量的年際變化很大，實測最大年輸沙量1240104t（1969年7月至1970年6月），最小年輸沙量173104t相差7倍。水文分析成果表QH河水文分析成果表序號名稱單位數量備注1利用水文系列年限年222代表性流量多年平均流量m3/s21.9調查歷史最大流量m3/s3 980設計洪水洪峰流量（p=1%）m3/s4 000校核洪水洪峰流量（p=0.1%）m3/s6 550保壩洪水洪峰流量（p=0.01%）m3/s9 1003洪量設計洪水洪量（p=1%）m35.001085d校核洪水洪量（p=0.1%）m37.951085d4多年平均徑流量m36.941

16、085多年平均輸沙量t431.001083、水利計算（1）死水位選擇。為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當增加，力求達到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地，按20年淤積高程考慮，并根據以后使用情況加以計算調整。（2）調節性能的選定。灌溉保證率選取P=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區工農業用水，電站則利用余水發電。按上述原則，并按近期灌溉面積71.2104畝進行水庫調節計算。年調節和多年調節兩個方案的水量利用系數和壩高都相差不大，但是多年調節性能的水庫能提供的電量和裝機利用小時數都較年調節性能水庫提高20%。故確定本水庫為多年調節性能水庫。利用1949年7月至1971年6月共22年插補水

17、文系列，采用“時歷法”進行多年調節計算。（3）興利水位的確定原則和指標。根據QH河洪水特性，汛期限制水位在7、8月為760.7m。7、8月以后可利用一部分防洪庫容蓄水興利，以防洪兼顧興利為原則，確定9、10月水位為766.1m，汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超過百年設計洪水位考慮，確定汛末興利水位為767.2m。電站的主要任務是滿足本灌區提灌用電的要求。因此在保證灌區工農業用水的基礎上，確定電站的運用原則：灌溉季節多引水發電，非灌溉季節少引水發電，遇豐水年則充分利用棄水多發電，提高年水量的利用系數。（4）防洪運用原則及設計洪水的確定。本水庫屬二級工程。水庫建筑物按百年一遇洪水設計，千年一遇洪水校

18、核。由于采用的洪水計算數值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作為非常保壩標準對水工建筑物進行復核。工程泄洪建筑物有溢洪道和導流泄洪洞。溢洪道凈寬60米，分設5孔閘門，每孔閘門凈寬12米，堰頂高程757米。通過施工導流、攔洪、泄洪度汛、非常時期放空水庫以及在可能情況下有利于排沙等方面的綜合分析和比較，泄洪洞洞徑確定為8米，進口底高程703.35米。調洪運用原則：當入庫洪水為二十年一遇時，為滿足下游河道保灘淤地的要求，水庫控制下泄流量為600 m3/s；當入庫洪水為百年一遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標準，水庫控制下泄流量為2000 m3/s；當入庫洪水為千年一遇時，溢洪

19、道單寬流量以70 m3/（sm）；控制泄流；當入庫洪水為萬年一遇時，按下述原則操作：即庫水位接近校核水位時，若水庫水位仍持續上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開泄洪，允許溢洪道局部破壞。（5）水庫排沙和淤沙計算。Z水庫回水長25km，河道彎曲，河床寬300m左右，河床比降位.2%，是個典型的河道型水庫。QH河泥沙年內83%集中在7、8兩個月，平均含沙量13.8kg/m3，泥沙多年平均D50粒徑為0.0155mm,顆粒較細。雖然本水庫有可能利用異重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工農業對水源的要求，決定了本水庫只能高水頭蓄水運用。在蓄水過程中，只能用灌溉和發電的剩余水進行排沙。經計算，多年平均排沙

20、量只能占5.2%，其余大部分的泥沙都淤積在水庫中，從而減少了興利庫容。（6）水庫工程特征值見下表Z水庫工程特征值序 號名 稱單 位數 量備 注1設計洪水時最大泄流量m3/s2 000.00其中溢洪道815相應下游水位m700.552校核洪水時最大泄流量m3/s6 830.00其中溢洪道5 600相應下游水位m705.603水庫水位校核洪水位（P=0.01%）m770.40設計洪水位（P=1%）m768.10興利水位m767.20汛限水位M760.70死水位m737.004水庫容積總庫容m35.05108校核洪水位設計洪水庫容m34.63108防洪庫容m31.36108興利庫容m33.51108

21、其中公用庫容m31.10108死庫容8m31.051085庫容系數50.506調節特性多年7導流泄洪洞型式明流隧洞工作閘門前為有壓隧洞直徑m810城門洞型壓力隧洞8m消能方式挑流最大泄量（P=0.01%）m/s1 230.00最大流速m/s23.10閘門尺寸m76.50弧形門啟閉機t300.00油壓啟閉機檢修門m89.00斜拉門進口底部高程m703.358灌溉發電隧洞型式壓力鋼管內徑m5.40灌溉支洞內徑m3.00最大流量m3/s45.00進口底部高程m731.649樞紐電站形式引水式廠房面積（長寬）mm3916.20裝機容量KW51 250每臺機組過水能力m3/s8.05六、建筑材料及筑壩材

22、料技術指標的選定庫區及壩址下游石料豐富，有利于修建當地材料壩。1、土料壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運距小于1.5km。根據155組試驗成果統計，土料平均粘粒含量為26.4%，粉粒55.9%，粉沙17.6%，其中25%屬粉質粘土，60.7%屬重粉質壤土，14.3%屬中粉質壤土。平均塑性指數11.1，比重27.5。最大干重度16.7kN/m3，最優含水量20.5%，滲透系數0.4410-5cm/s。具有中等壓縮性，強度特性見下表。土料的強度特性試驗方法統計方法抗剪強度指標/（o）C/(KNcm-2)飽和固結快剪（25組）算術平均23.272.80算術小值平均20.961.93快剪（82組

23、）算術平均21.542.93算術小值平均21.302.93快剪（18組）算術平均21.302.93算術小值平均21.001.94算術平均22.685.83算術小值平均20.033.56算術平均22.505.83算術小值平均23.803.56快剪（8組）算術平均28.804.51算術小值平均25.752.93算術平均29.004.51算術小值平均28.702.93三軸不排水剪（10組）算術平均20.002.88算術小值平均25.201.30三軸不排水剪（6組）算術平均13.302.80算術小值平均25.200.80三軸飽和固結不排水剪（6組）算術平均18.204.20算術小值平均22.303.5

24、0野外自然坡度角（29組）算術平均35.70算術小值平均31.20室內剪切試驗算術平均31.10算術小值平均29.10算術平均31.00算術小值平均29.002、砂礫料主要分布在河灘上，儲量為205104m3，扣除漂時石及圍堰淹沒部分，可利用的砂礫料約（100151）104m3。其顆粒級配不連續，缺少中間粒徑，根據野外29組自然坡度角試驗和34組室內試驗分析，統計成果如下：天然重度18.7kN/ m3，軟弱顆粒含量2.64%。顆粒組成見下表。砂礫料顆粒組成表粒徑2008040205210.50.250.05含量83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9砂的儲

25、量很少，且石英顆粒少，細度模數很低，不宜作混凝土骨料，砂（D2mm）的相對緊密度為0.895。3、石料壩址區石料較多，運距均在1公里內，為厚層砂巖儲量可滿足需要。溢洪道、導流洞的出渣也可利用。4、筑壩材料技術指標的選定經過試驗，并參考有關文獻資料及工程的經驗，最后選定其筑壩材料的各項指標，見下表筑壩材料技術指標 筑壩材料壩 體壩 基土料砂礫料堆石砂礫料黃土比重27.527.0重度濕重度/（KN/m3）16.518.018.018.016.0飽和重度/（KN/m3）19.819.1干重度/（KN/m3）10.411.010.510.2孔隙率n0.33內摩擦角施工期總應力1031403120有效應

26、力22穩定滲流期有效應力23水位降落有效應力23粘聚力C/( KN/cm2)2.0滲透系數K/( cm/s)110-6110-2110-2110-5初始孔隙水壓力系數0.3七、工程效益及淹沒損失本水庫建成后具有灌溉、發電、防洪、解決工業用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座綜合利用的水庫。水庫近期可灌溉農田71.2104畝，遠期發展到104104畝。樞紐電站和HZ電站總裝機容量為31450KW，年發電量1.129108KWh，除滿足農業提水澆灌用電外，還剩余0的電力供工農業用電。防洪方面，本水庫控制流域面積4990km2，占全流域面積的39%，對下游河道防洪、削減洪峰、減輕防汛負擔也有一定的作用

27、，可將下游100年一遇的洪水流量6010 m3/s削減到3360m3/s，相當于17年一遇；可將50年一遇洪水由6000 m3/s削減到2890m3/s，相當于12年一遇，另外，每年還可供給城市及工業用水0.63108m3。由于庫區沿岸山峰重疊，村莊零散，耕地不多，淹沒損失較小。按庫區移民高程770m統計，共需遷移人口3115人，淹沒耕地12157畝，房屋1223間，窯洞1470孔。八、施工條件1、施工區地質地形條件Z水庫的右岸坡較陡，坡度為30度左右，大部分基巖出漏高程在770-810m，主河槽在右岸，河寬約100米左右；左岸為堆積岸，臺地寬200米左右，山嶺高程在775米左右，岸坡較平緩，

28、大都為土層覆蓋。水庫樞紐處施工場地狹窄，樞紐建筑物全部布置在左岸施工布置較為困難。壩區為上二疊系石千峰組的紫紅色、紫灰色細砂巖，間夾同色礫巖及砂質頁巖等巖層。右岸全部為基巖，河床砂卵石層總厚度約50m。覆蓋層厚度約5m，高漫灘表層亞砂土厚5-15m，左岸728m高程以下為基巖。基巖面向下游逐漸降低，土層增厚。砂卵石層透水性不會很強，施工開挖排水作業估計不會很困難。2、施工區氣象與水文條件ZF水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據附近氣象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年資料統計分析，最高氣溫29.1（6月），最低氣溫-14.3，多年平均日氣溫4-24。歷年各月氣溫特征值見下表各

29、月氣溫特征值 (單位：)月份1月23456789101112多年平均氣溫4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高氣溫4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最低氣溫-4.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0根據以上的氣象資料統計分析，得出多年的平均各月降雨天數及各種頻率的設計洪水過程線分見下兩表多年平均各月降雨天數項目月份平均日降雨510mm天數平均日降雨510mm天數平均日降雨510mm天數平均日降雨510mm天數平均日降雨10mm天數1月0.6

30、22月0.370.133月1.000.080.254月1.000.630.500.250.135月2.001.120.250.500.256月1.371.000.630.251.007月2.751.881.001.001.388月1.372.270.250.252.69月1.450.880.130.630.7510月0.870.880.380.250.1311月0.730.880.1312月0.13各種頻率的設計洪水過程線時間/h流量/ （m3s-1）時間/h流量/ （m3s-1）P=1%P=5%P=5%(10月)P=1%P=5%P=5%(10月)12221333945167010023302

31、181424715209125340204514915009007500300555114008309700420665312807681184750381551220139505501055711601597565010559108064817135081017461102019176010602206398021227013622026592023290017401786790054025400023601606987527335020101487184929296017701387380048031267016021307578033247013801017776035230013801

32、017972037216012909881700420392020121081836764119301150768543182010903、當地建筑材料（1）土料。根據當地建筑材料調查報告，土料場有5個。根據試井和鉆孔情況，從1：2000地形圖初步計算4個土料場的總儲量為2248.6104m3，為需要量的4倍多。各土料場的儲量如下表各土料場的儲量土料場南坪溝川坡上山大河灘合計高程/m746-805720-760710-749722-778儲量/104m3913.6855.7119.9359.42248.6（2）砂礫料。根據調查，壩址附近的三個砂礫場，開采總量約（100-151）104m3(水上

33、部分)不夠使用。（3）石料。未進行石場儲量的調查試驗工作。在壩址右岸有兩個石料場。石場空間不夠開闊，運輸困難。（4）骨料。沿河調查，本地砂只能用于漿砌石和混凝土，其它用砂需外運。4、施工區對外交通、供電、通訊及房屋情況水庫地處山區，對外交通條件差，主要靠公路運輸。水庫附近沒有較大的電源。最近的電源設備容量不大，只能供應水庫1000KW，電量不足。水庫開工后，應要求有關部門予以解決。水庫開工后，要求架設專用通訊線路。住房問題也必須因地制宜解決。九、施工要求QH河灌區工程規模大，全部工程分水庫樞紐、HZ電站、渠道三部分。水庫樞紐包括土石混和壩、導流泄洪洞、溢洪道、灌溉發電洞及樞紐電站5項；渠道工程

34、包括總干渠、一干渠、二干渠、三干渠、四干渠、揚水站6項；另有HZ電站工程。3部分共計12項工程，其中HZ電站、揚水站、樞紐電站廠房、機組由專業隊施工。要求工程盡快受益以改變QH河灌區農業生產基本條件。工程預期8年基本建成受益，要求第5年汛前樞紐電站發電，總干渠受益。本次我們主要設計土石壩、導流泄洪洞工程。 第二章 樞紐布置第一節 壩軸線選擇根據地形、地址、工程規模及施工條件，通過經濟和技術的綜合分析比較來選定壩址。上壩址：位于壩區中部背斜的西北，巖層傾向QH 河上游。河床寬約300米，砂卵石層平均厚度5米。巖基未發現大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115

35、-104-114各鉆孔連線方向，在巖面下21-47米深度范圍內，有一強透水帶，下限最深至基巖下約80米。應適當進行防滲處理，排水，增加巖體穩定。溢洪道堰頂高程757米，沿建筑物軸線傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道整個部分的抗滑穩定條件好。灌溉發電洞及樞紐電站沿線基巖以厚粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。應對滲漏及土體坍塌采取必要的工程措施。下壩址：位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向QH河下游；河床寬120米，右岸為二、三級階地，左岸基巖中有一條200-500米呈北東方向的透水帶，右岸單薄分水嶺的透水性很大，左右巖石中等透水帶下限均可達巖面下

36、80米左右。下游發現呈壓水，二、三級階地礫石層透水性于上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。溢洪道堰頂高程750米，基礎以下10米左右為砂質頁巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。灌溉發電洞及樞紐電站沿線全為基巖，工程安全比較可靠。具體上下兩條壩線比較見下表。上下兩條壩線的比較 方案因素上壩線下壩線地形條件位于壩區中部背斜的西北，巖層傾向QH 河上游；河床寬約300米；筑壩工程量相對較大；淹沒面積相對較小。位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向QH河下游；河床寬120米，右岸為二、三級階地，左岸壩腳靠近塌滑體，左岸較大沖溝對壩體安全不利。筑壩工程量相對較小；淹沒面積相對較大

37、。地質條件砂卵石層平均厚度5米。巖基未發現大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，在巖面下21-47米深度范圍內，有一強透水帶，下限最深至基巖下約80米；基礎需進行灌漿處理。左岸基巖中有一條200-500米呈北東方向的透水帶，右岸單薄分水嶺的透水性很大，左右巖石中等透水帶下限均可達巖面下80米左右。下游發現呈壓水；基礎需進行灌漿處理； 塌滑體對大壩安全有較大不利影響筑壩材料比較豐富比較豐富施工條件較好左岸壩腳靠近塌滑體，對施工安全有較大影響；左岸較大沖溝對施工不利。樞紐布置比較簡單相對較復雜比較結果優先選用不宜選用綜上所述，雖然下壩址的工程量比較小，但考慮地質方面的因素及塌滑體對

38、大壩安全的影響。本次設計選用上壩址線。第二節 樞紐布置及工程等級樞紐布置應滿足以下原則： 樞紐中的泄水建筑物應滿足設計規范的運用條件和要求。選擇泄洪建筑物形式時，宜優先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物，并經濟比較確定。泄水引水建筑物進口附近的岸坡應有可靠的防護措施，當有平行壩坡方向的水流可能會沖刷壩坡時，壩坡也應有防護措施。應確保泄水建筑物進口附近的岸坡的整體穩定性和局部穩定性。當泄水建筑物出口消能后的水流從刷下游壩坡時，應比較調整尾水渠和采取工程措施保護壩坡腳的可靠性和經濟性，可采取其中一種措施，也可同時采用兩種措施。對于多泥沙河流，應考慮布置排沙建筑物，并在進水口采取放淤措施。導流泄洪

39、洞：避開塌滑體，保證出口和進口的穩定以及洞身圍巖的穩定。巖層傾向下游，出口段節理發育，應采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體的穩定，免除由內水壓力引起的不良后果，我們采取修建無壓洞。型式：明流隧洞，工作閘門前為有壓；隧洞直徑：8米；消能方式為挑流；閘門尺寸76.5米弧形閘門；進口底部高程為703.35米。溢洪道：溢洪道應選擇在地形開闊、岸坡穩定、巖土堅實和地下水位較低的地點，宜選用地質條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤泥質土和粉砂、細砂地基，必要時應采取妥善處理措施。從地質地形圖可知壩體右岸有天然的埡口，地質條件好，且有天然的石料廠，上下游均有較

40、緩的灘地，兩岸巖體較陡，巖體條件好，施工起來更快捷更經濟合理。上壩線的抗滑穩定條件是好的；溢洪道修建于QH右岸山坡上，緊鄰右壩肩。型式：由于閘址段地形條件好，所以采用正槽式溢洪道。溢洪道凈寬60米，分設5孔閘門，每孔閘門凈寬12米，堰頂高程757米。灌溉發電隧洞：其布置原則與導流泄洪洞基本相同。型式：壓力鋼管；內徑5.4米；進口底部高程731.64米。樞紐電站采用引水式，裝機容量5*1250kw。根據水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準以及該工程的一些指標確定工程規模如下：根據水庫總庫容5.05108 m3(校核洪水位時相應的庫容)，在110億m3間，屬等工程；根據樞紐灌溉面積712000畝，在

41、50150萬畝間，屬等工程；根據電站裝機3.145104KW，在51萬KW間，屬等工程。根據規范規定，對于具有綜合利用效益的水利水電工程，各效益指標分屬不同等別時，整個工程的等別應按其最高的等別確定，因此本工程為等工程。同時又根據水工建筑物級別的劃分標準，等工程中的主要建筑物為2級建筑物，所以本樞紐中的大壩、溢洪道、泄洪洞及電站廠房都為2級建筑物。第三章 壩工設計第一節 壩型確定根據所給資料，選擇大壩型式，還應根據地形、地質、建筑材料、工程量以及施工條件等方面綜合考慮確定壩型。水庫處于平原地區。由基本資料可知，庫區土料豐富，料場距壩址較近，運輸條件良好。施工簡便，地質條件合理，造價低。通過以上

42、幾方面的綜合分析比較，所以選用土石壩方案。大壩壩型宜采用土石壩。根據防滲結構的類型，常見土石壩型式有：心墻土石壩、斜墻土石壩、面板堆石壩、均質壩等，我擬采用斜墻土石壩。其理由是：1、上壩線河谷較寬（300米），覆蓋層較深，交通不方便，不宜修建混凝土壩；2、壩址上、下游有豐富的宜做壩殼和防滲體的砂礫料和壤土，宜采用土石壩；3、壩址附近有豐富的重粉質壤土；4、壩址地基覆蓋層較厚，滲透性很高。綜合考慮，最終確定采用碾壓式斜墻土石壩。具體見下表壩型選擇比較表 方案因素土質防滲心墻土質防滲斜墻均質壩地形條件可可可地質條件可可不可工程量較小小大建筑材料充足充足充足施工條件可可可綜上所述，最終確定選用斜墻土

43、石壩。第二節 擋水壩體斷面設計一、壩頂高程確定壩頂高程時，應考慮正常蓄水情況和校核洪水情況，取其高值作為壩頂高程。土石壩是不允許漫頂溢流的，因此要求水庫靜水位必須有一定的超高Y。Y=R+e+A 水利水電工程建筑物(2-45) Y壩頂在水庫靜水位以上的超高，m；R最大波浪在壩坡上的爬高，m；e最大風雍水面高度，m;A安全加高，根據壩的等級和運用情況，查水利水電工程建筑物表2-13。1、設計洪水位+正常運用情況設計任務書中，水文資料查得設計洪水位為768.10m，屬正常運行情況二級建筑物，取A=1.0m，多年平均最大風速9m/s，在設計蓄水位時，宜采用相應洪水期多年平均最大風速的1.52倍。此取2

44、倍計算公式： 其中：設計風速 v=29=18m/S吹 程 D=5.5km由地質剖面圖（附圖6）查得庫底最低高程697m壩前水深H=768.1-697=71.1米當=0度時，cos取最大值1。則e=0.0036v2Dcos/2gH （查水利水電工程建筑物2-46）e=0.00361825.51/2/9.8/71.1=0.0046m由于D10km，且v=1020m/s，（查土壩設計3-12） 上游壩坡較緩初步采用1：3.5，則tay=1/3.5=0.286外層上游壩殼為砌石 取k=0.8（查水利水電工程建筑物表2-14）R=3.2k2htan=3.20.81.7150.286=1.26m水利水電工

45、程建筑物2-47Y=R+e+A=1.26+0.451+1=2.71m壩頂高程=設計靜水位+波浪超高=768.1+2.71=770.81m考慮沉降量為壩高的0.2%0.4%，取為0.3%，則沉降量為73.810.3%=0.22m則壩頂防浪墻高程為Y設計=770.81+0.22=771.03m。2、校核洪水位+非常運用情況由給定的Z水庫工程特征值知道校核洪水位為770.4米，屬非常情況下的II級建筑物。土石壩壩頂安全超高值A=0.5多年最大風速v=9m/s 吹程D=5.5Km壩前水深H=770.4-697=73.4m當=0度時，cos取最大值1。則e=0.0036v2Dcos/2gH （查水利水電

46、工程建筑物2-46）e=0.036925.51/2/9.8/73.4=0.011m由于3D30km，且v15m/s， (查土壩設計3-4) 2h =0.572上游壩坡較緩初步采用1：3.5故tan=1/3.5=0.286外層上游壩殼為砌石得k=0.8R=3.2k(2h)tan=3.20.80.5720.286=0.42mY=R+e+A=0.42+0.01+0.5=0.93m壩頂高程=校核水位+波浪雍高=770.4+0.93=771.33m考慮沉降量為壩高的0.2%0 .4%，取為0.3%，則沉降量為73.810.3%=0.22m則壩頂防浪墻高程為Y校核=771.33+0.22=771.55m。

47、3、正常蓄水位+非常運用情況+地震安全超高正常高水位取興利水位767.20m，本區地震烈度為6度，按7度設防，地震區安全超高取1.5m；壩體防浪墻頂高程為767.2+0.93+1.5=769.63m考慮沉降量為壩高的0.2%0.4%，取為0.3%，則沉降量為72.630.3%=0.22m這種情況下壩頂防浪墻頂高程應為Y正常=769.63+0.22=769.85m。壩頂防浪墻高程=max Y設計，Y校核，Y正常=771.55m。二、壩頂寬度壩頂寬度應考慮構造、交通要求和人防條件，同時還要考慮防汛搶險、抗震、人防需要。對中低壩可選用5-10m，對于高壩（壩高超過70m），最小寬度，可選用10-15

48、m，鑒于本壩無交通等特殊要求，本壩壩頂寬度取12m。圖3-1 壩頂結構圖三、壩坡上下游邊坡比見表3-2。 表3-2 上下游邊坡比壩高(m)上游下游101：21：2.51：1.51：210201：2.251：2.751：21：2.520301：2.51：31：2.251：2.75301：31：3.51：2.51：3壩高為771.55-697-1.2=73.35m(防浪墻高1.2米)，壩頂高程：770.35，坡度取值為：1、上游壩坡：1:3.5。2、下游壩坡：1:3.0。四、馬道為攔截雨水，防止壩面被水沖刷，同時便于交通、檢測和觀測，并且利于壩坡穩定，下游常沿高程每隔1030 m設置一條馬道，其寬

49、度不小于1.5 m，馬道一般設在坡度變化處，在下游坡，共設置五級馬道。分別在高程767m、752m、737m、722m和棱體排水頂面，高程為707m；馬道寬2m。上游坡不設馬道。五、壩底寬度推算最大底寬為:73.35（3.5+3）+12+10=498.78m。六、防滲體尺寸的確定1、防滲體尺寸確定考慮采用機械施工，防滲體頂面寬度為3m；頂面高程滿足高于正常運用情況下的靜水位0.60.8m，且不低于非常運用情況下的靜水位。實際選取0.7m，則防滲體頂面高程為768.1+0.7=768.8m；上游坡度均為1:3.5，下游坡度為1:2.5，則底寬為3+（768.8-697）（3.5-2.5）=74.

50、8m，滿足斜墻底寬不小于H/5=（768.9-697）5=14.38m。因此，本壩防滲體采用碾壓式粘土斜墻，頂寬3m，底厚74.8m。2、尺寸確定斜墻頂部和上游坡設保護層，以防沖刷、冰凍和干裂，保護層材料常用砂、礫石或碎石，其厚度不得小于當地冰凍和干裂厚度。 （1）上游反濾層本壩將防滲體向下延伸至不透水層形成截水槽，邊坡取1:1，底寬11，深5。斜墻反濾層：上游設三層反濾層第一層：粗砂，粒徑15mm，厚0.5m。第二層：小卵石或碎石，粒徑1575mm，厚0.5m。第三層：卵石或塊石，粒徑75250mm，厚0.50.6m。斜墻反濾層：下游設一層反濾層：粗砂，粒徑15mm，厚0.5m。（2）頂部反

51、濾層頂部反濾層厚度為1.5m，采用附近料場的砂礫料。七、排水體本設計采用棱體排水。校核洪水時下游水位705.6m，選頂面高程為707m，采用堆石體，內坡為1:3.0 ，外坡為1:3.0。頂寬為馬道寬2米。八、細部構造設計1、壩頂構造 壩頂上游側設置防浪墻，采用漿砌石，其底部與斜墻連接，高2.75米，寬0.8米。壩頂設壩頂面向下游設2%斜坡。2、護坡（1）上游護坡 上游上部由734.5m至防浪墻設砌石護坡， 護坡厚40cm，其下設砂礫反濾層110cm，結構為：第一層：粗砂，粒徑15mm，厚0.2m。第二層：小卵石或碎石，粒徑1575mm，厚0.3m。第三層：卵石或小塊石，粒徑75250mm，厚0

52、.6m。上游下部分為干砌塊石護坡，厚度50cm。（2）下游護坡下游采用碎石和卵石全護坡，厚20cm。第三節 壩體滲流計算一、土壩滲流計算的目的（1）確定壩體浸潤線和下游逸出點位置，繪制壩體及地基內的等勢線分布圖或流網圖，為壩體穩定核算、應力應變分析和排水設備的選擇提供依據。以便在不同部位正確采用土壤的容重，抗減強度等物理指標。（2）計算壩體與壩基的滲流量，以便估計水庫滲漏損失和確定壩體、排水設備尺寸。（3）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩定性。（4）確定庫水位降落時下游壩殼內自由水面的位置，估算由此處產生的孔隙壓力，供上游壩坡穩定分析之用。

53、二、計算方法滲流計算方法采用有限深透水地基上設灌漿帷幕的土石壩滲流，帷幕灌漿的防滲作用可以用相當于不透水底版的等效長度代替。三、計算組合方式按下列水位組合情況計算：（1）上游采用正常高水位與下游相應的最低水位；（2）上游設計洪水位與下游相應的最高水位；（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；四、計算壩體做有防滲墻以攔截透水地基上的滲流。計算公式采用有限透水地基上帶截水槽的斜墻的滲流計算方法。（一）最大斷面0+220：由附圖4得河底高程699.0m。 1、上游采用正常高水位與下游相應的最低水位上游正常高水位取為興利水位767.2m，下游相應低水位取為700.55m。基礎采用防滲處理，視為基礎不

54、透水。（1）計算示意圖（2）滲流量計算通過斜墻的滲流量計算公式：式中，K0=0.4410-5cm； H1=70.2m； =（3+74.8）/2=38.9； sin=0.32； 1=74.8； T=0；心墻后的滲流量計算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=3.55； L=356.5； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；滲流量計算結果根據水流連續條件，則q1=q2=q求得h=8.48m； q=0.8610-5m2/S（3）斜墻后的浸潤線方程計算公式：式中，為防滲體斜墻后水位的高程，=h=8.48則由上式簡化得：y2 +0.172x=71.91也即：y= 71.91-0.172

55、x x/m050150300y/m8.487.966.794.512、上游設計洪水位與下游相應的最高水位上游設計洪水位為768.1，下游相應高水位取為705.60m。基礎采用防滲處理，視為基礎不透水。（1）計算示意圖（2）滲流量計算通過心墻的滲流量計算公式：式中，K0=0.4410-5cm； H1=71.1m； =（3+74.8）/2=38.9； sin=0.32 1=74.8； T=0；斜墻后的滲流量計算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=8.6； L=356.5； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；滲流量計算結果根據水流連續條件，則q1=q2=q求得h=11.47m

56、q=0.8710-5 m2/S（3）斜墻后的浸潤線方程計算公式： 式中，為防滲體斜墻后水位的高程，=h=11.47m簡化得： y2 +0.174x=131.5609從而得:x/m050150300y/m11.4711.0810.278.913、上游校核洪水位與下游相應的最高水位上游校核洪水位取為興利水位770.4，下游相應高水位取為705.60m。基礎采用防滲處理，視為基礎不透水。（1）計算示意圖（2）滲流量計算通過斜墻的滲流量計算公式：式中，K0=0.4410-5cm； H1=73.4m； =（3+74.8）/2=38.9； sin=0.32；1=74.8； T=0；斜墻后的滲流量計算公式：

57、式中：K=110-2cm/s； H2=8.6； L=356.5； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；滲流量計算結果根據水流連續條件，則q1=q2=q 求得h=11.63m q=0.9310-5 m2/S（3）斜墻后的浸潤線方程計算公式：式中，為防滲體斜墻后水位的高程，=h=11.63；簡化得： y2 +0.186x-135.2569=0從而得:x/m050150300y/m11.6311.2210.368.91 斷面0+220滲流工況見下表計 算工 況防滲體平均厚度（m）上游水深透水地基厚度T（m）平均有效長度L（m）浸潤線高度h（m）滲流量q（m2/S）上游采用正常高水位與下游

58、相應的最低水位38.970.20(基礎處理后)356.58.480.8610-5上游設計洪水位與下游相應的最高水位38.971.10(基礎處理后)356.511.470.8710-5上游校核洪水位與下游相應的最高水位38.973.40(基礎處理后)356.511.630.9310-5（二）斷面0+150.6由附圖4得到斷面0+150.6的底高程為710m，滲流匯入下游河中。1、上游采用正常高水位與下游相應的最低水位上游正常高水位取為興利水位767.2，下游相應低水位取為700.55m。基礎采用防滲處理，視為基礎不透水。（1）計算示意圖（2）滲流量計算通過斜墻的滲流量計算公式：式中，K0=0.4

59、410-5cm/s； H1=57.2m； =（3+58.8）/2=30.9 ； sin=0.32； 1=58.8； T=0心墻后的滲流量計算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=3.55； L=363.5m； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；滲流量計算結果根據水流連續條件，則q1=q2=q求得h=7.94m q=0.7110-5 m2/S（3）斜墻后的浸潤線方程計算公式：式中，為防滲體斜墻后水位的高程，=h=7.94則由上式簡化得：y2 +0.142x=62.98554也即：y= 62.98554-0.142x x/m050150300y/m7.947.476.444.4

60、92、上游設計洪水位與下游相應的最高水位上游設計洪水位為768.1，下游相應高水位取為705.60m。基礎采用防滲處理，視為基礎不透水。（1）計算示意圖（2）滲流量計算通過心墻的滲流量計算公式：式中，K0=0.4410-5cm； H1=58.1m； =（3+58.8）/2=30.9； sin=0.32； 1=58.8； T=0斜墻后的滲流量計算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=8.6； L=363.5m； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；滲流量計算結果根據水流連續條件，則q1=q2=q求得h=11.08m q=0.7210-5 m2/S（3）斜墻后的浸潤線方程計算公式