【毕业论文】ZF土坝枢纽设计35205.doc

zf土坝枢纽设计目 录第一章 设计内容1第二章 基本资料22.1 地形和地质图22.2 库区工程地质条件22.3 坝址区工程地质条件22.4 坝址区其他建筑物地段的工程地质条件32.5 水文与水利规划32.6 建筑材料及筑坝材料技术指标的选定72.7 工程效益及淹没损失82.8 施工条件92.9 施工要求11第三章 设计说明书123.1 坝轴线选择123.2 坝型选择133.3 枢纽布置143.4 坝工设计153.5 溢洪道设计323.6 导流泻洪洞设计403.7 地基处理46第四章 结论47参考文献48第1章 设计内容1.1 坝轴线选择。1.2 坝型选择。1.3 枢纽布置。1.4 档水建筑物设计：包括土坝断面设计、平面布置、渗流计算、稳定计算、细部构造设计、基础处理等。1.5 泄水建筑物设计：溢洪道或导流溢洪洞设计（选其中一项），以水利计算为主。1.6 施工导流方案论证（选做内容）。第2章 基本资料zf水库位于qh河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容5.05108m3。水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田71.2104亩,远期可发展到10.4105亩。灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和4条分干渠组成，在总干渠渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和hz电站，总装机容量31.45mw，年发电量1.129108kwh。水库防洪标准为百年设计，万年校核。枢纽工程由档水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。2.1地形和地质图zf坝址区地形图见附图5，zf土坝坝线工程地质剖面图见附图6。2.2库区工程地质条件库区两岸分水岭高程均在820m以上，基岩出露高程，大部分在800m左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉砂岩和砂质页岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。qh河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区也未发现重要矿产。2.3坝址区工程地质条件qh河在zf水库坝址区呈一弯度很大的s形。坝段位于s形的中、上段。坝段右岸为侵蚀型河岸，岸坡较陡，基岩出露。上下坝线有约300m长的低平山梁（单薄分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。右岸单薄分水岭是qh河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂岩为主，间夹砾岩、粉砂岩和少数砂质页岩。地层岩相变化剧烈，第四系除厚度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45104m3，对工程布置有一定影响。本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。1.上坝址上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向qh河上游。河床宽约300m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5 m，渗透系数110-2cm/s。一级阶地（q4）表层具中偏强湿陷性。左岸730 m高程以上为三级阶地（q2），具中偏弱湿陷性。岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113-111-115-104-114各钻孔连线方向，在岩面下2147m深度范围内，有一强透水带，=5.4630l/(s.m.m)，下限最深至基岩下约80m。基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚6m）透水性强，渗透系数k=10m/d。左岸单薄分水岭岩层仍属于中强透水性，平均=0.48l/(s.m.m)，应考虑排水，增加岩体稳定。2.下坝址位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向下游；河床宽度约120m，左岸为二、三级阶地，右岸731m高程以下为基岩，以上为三级阶地。土层的物理力学性质见附图6“工程地质剖面图”。左岸基岩有一条宽200250m呈北东方向的强透水带，右岸z沟单薄分水岭的透水性亦很大，左右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80m左右。河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。2.4坝址区其他建筑物地段的工程地质条件坝址区其他建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。按上坝线方案，导流泄洪洞、溢流道均布置在左岸单薄分水岭，灌溉发电洞则布置在左岸东凹沟附近三级阶地上。下坝线方案溢洪道可布置在右岸z沟，灌溉发电洞移至上坝线溢洪道轴线西侧40m左右，导流泄洪洞位置与上坝线位置相同。1.导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于3倍开挖洞径，出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬，坚固系数fk=4，单轴弹性抗力系数ko=20mpa/cm，弹性模量e=0.4104mpa，透水性较大。岩层倾向下游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。为进一步保证出口段岩体稳定，免除由内水压力引起的后果，建议该段修建无压洞。2.溢流道上坝线方案溢洪道堰顶高程757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。下坝线溢洪道堰项高程750m。基础以下10m左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。3.灌溉发电洞及枢纽电站上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性不大，洞顶以上岩层厚度较小。在建筑物的基岩岩面上有05m厚的砾岩及厚度不等的亚黏土层，电站厂房处岩石风化层厚度约56m，对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。下坝线方案沿线全为基岩，工程安全比较可靠。2.5水文与水利规划2.5.1气温流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在69月，多年年平均气温890c，多年平均最高气温29.10c（6月），多年平均最低气温-14.3 c(1月)，多年平均最大风速9m/s，水位768.1m时水库吹程5.5km。2.5.2水文分析1.洪水洪水由暴雨形成，据统计78月发生最大洪峰流量的机会占88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量2200m3/s(1954年)，最小洪峰流量184 m3/s(1965年)，相差12倍。流域洪水的特点是峰高，历时短，陡涨陡落。一次洪水持续时间一般35d。2.年来水量水量的年内分配，汛期710月约占全年水量的62%，水量年际变化很大，实测最大年来水量1968108m3(1963年7月至1964年6月)。最小年来水量3.34108m3(1965年7月至1966年6月)，相差5.9倍。从历年来水量过程来看约7年一个周期，其中连续枯水段为4年。3.年输沙量汛期710月的来沙量约占全年输沙量的94%，其中7、8两月约占83%。输沙量的年际变化很大，实测最大年输沙量1240104 t (1969年7月至1970年6月)，最小年输沙量173104 t ，相差7倍。4.水文分析成果表水文分析成果见表2-1表2-1 qh河水文分析成果序号名称单位数量备注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调查历史最大流量m3/s3980设计洪水洪峰流量(p=1%)m3/s4000校核洪水洪峰流量(p=0.1%)m3/s6550保坝洪水洪峰流量(p=0.01%)m3/s91003洪量设计洪水洪量(p=1%)m35.001085d校核洪水洪量(p=0.1%)m37.951085d4多年平均径流量m36.941085多年平均输沙量t4311042.5.3水利计算1.死水位选择为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当增加，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地，按20年淤积高程考虑，并根据今后运用情况加以计算调整。2.调节性能的选定灌溉保证率选取p=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余水发电。按上述原则，并按近期灌溉面积71.2104亩进行水库调节计算。年调节和多年调节两个方案的水量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时数都较年调节性能水库提高20%。故确定本水库为多年调节性能水库。利用1949年7月至1971年6月共22年插补水文系列，采用“时历法”进行多年调节计算。3.兴利水位的确定原则和指标根据qh河洪水特性，汛期限制水位在7，8月定为760.7m。7、8月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利，以防洪为主，兼顾兴利为原则，确定9、10月限制水位为766.1m，汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为767.2m。电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求。因此在保证灌区工农业用水的基础上，确定电站的运用原则：灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水年则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。4.防洪运用原则及设计洪水的确定本水库属二级工程。水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作为非常保坝标准对水工建筑物进行复核。工程泄洪建筑物有溢洪道和导流泄洪洞。溢洪道净宽60m，分设5孔闸门，每孔闸门净宽12m，堰顶高程757m。通过施工导流、拦洪、泄洪度汛、非常时期放空水库以及在可能情况下有利于排沙等方面的综合分析和比较，泄洪洞洞径确定为8 m，进口底高程为703.35m。调洪运用原则：当入库洪水为20年一遇时，为满足下游河道保滩淤地的要求，水库控制下泄流量为600 m3/s；当入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下泄流量为2000m3/s；当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70 m3/s控制泄洪；当入库洪水为万年一遇时，按下述原则操作：即库水位接近校核水位时，若水库水位仍然持续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开泄洪，允许溢洪道局部破坏。5.水库排沙和淤沙计算zf水库回水长25km，河道弯曲，河床宽300m左右，河床比降为2.2%，是个典型的河道型水库。qh河泥沙年内的83%集中在7、8两个月，平均含沙量为13.8kg/m3，泥沙多年平均d50粒径为0.0155mm，颗粒较细。虽然本水库有可能利用异重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工农业对水源的要求，决定了本水库只能高水头蓄水运用。在蓄水过程中，只能用灌溉和发电的剩余水进行排沙。经计算，多年平均排沙量只占5.2%，其余大部分的泥沙都淤积在水库中，从而减少兴利库容。6.水库工程特征值水库工程特征值见表2-2。表2-2 zf水库工程特征值序号名 称单 位数 量备 注1设计洪水时最大泄流量m3/s2000.00其中溢洪道815相应下游水位m700.552校核洪水时最大泄流量m3/s6830.00其中溢洪道5600相应下游水位m705.603水库水位校核洪水位(p=0.01%)m770.40设计洪水位(p=1%)m768.10兴利水位m767.20汛限水位m760.70死水位m737.004水库容积总库容m35.05108校核洪水位设计洪水位库容m34.63108防洪库容m31.36108兴利库容m33.51108其中共用库容m31.10108死库容m31.051085库容系数50.50%6调节特性多年7导流泄洪洞形式明流隧洞工作闸门前为有压隧洞直径m8城门洞型压力隧洞8m消能方式挑流最大泄量(p=0.01%)m3/s1230.00最大流速m/s23.10闸门尺寸mm76.50弧形门启闭机t300.00油压启闭机检修门mm89.00斜拉门进口底部高程m703.358灌溉发电隧洞形式压力钢管内径m5.40灌溉支洞内径m3.00最大流量m3/s45.00进口底部高程m731.649枢纽电站形式引水式厂房面积(长宽)mm3916.20装机容量kw51250每台机组过水能力m3/s8.052.6建筑材料及筑坝材料技术指标的选定库区及坝址下游土石料丰富,有利于修建当地材料坝。1.土料坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5km。根据155组试验成果统计，土料平均黏粒含量为26.4%，粉粒55.9%，粉砂17.6%,其中25%属粉质黏土，60.7%属重粉质壤土,14.3%属中粉质壤土。平均塑性指数11.1，最大干重度16.7kn/ m3，最优含水量20.5%，渗透系数0.4410-5cm/s。具有中等压缩性，强度特性见表2-3。表2-3 土料的强度特性试验方法统计方法抗剪强度指标/（0）c/kpa饱和固结快剪（25组）算术平均23.2728.0算术小值平均20.9619.3快剪(82组)算术平均21.5429.3算术小值平均21.3029.3快剪(18组)算术平均21.3029.3算术小值平均21.0019.4算术平均22.6858.3算术小值平均20.0335.6算术平均22.5058.3算术小值平均23.8035.6快剪(8组)算术平均28.8045.1算术小值平均25.7529.3算术平均29.0045.1算术小值平均28.7029.3三轴不排水剪(10组)算术平均20.0028.8算术小值平均25.2013.0三轴不排水剪(6组)算术平均13.3028.0算术小值平均25.208.0三轴饱和固结不排水剪(6组)算术平均18.2042.0算术小值平均22.3035.0野外自然坡度角(29组)算术平均35.70算术小值平均31.20室内剪切试验算术平均31.10算术小值平均29.10算术平均31.00算术小值平均29.002.砂粒料主要分布在河滩上,储量为205104m3，扣险漂石及围堰淹没部分，可利用的砂砾料约（100151）104 m3。其颗粒级配不连续，缺少中间粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析，统计成果分析如下：天然重度18.7kn/m3，软弱颗粒含量2.64%。颗粒组成见表2-4。表2-4 砂砾料颗粒组成粒径/mm2008040205210.50.250.05含量/%83.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9砂的储量很少,且石英颗粒少,细度模数很低,不宜作混凝土骨料,砂(d2mm）的相对紧密度为0.895。3.石料坝址区石料较多，运距均在1km以内，为厚层砂岩，储量可满足需要。溢洪道、导流洞出碴也可利用。4.筑坝材料技术指标的选定经过试验，并参考有关文献资料及其他工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项技术指标，见表2-5。表2-5 筑坝材料技术指标筑坝材料坝体坝基土料砂砾料堆石砂砾料黄土重度湿重度/（kn.m-3）16.518.018.018.016.0饱和重度/（kn.m-3）19.819.1干重度/（kn.m-3）10.411.010.510.2孔隙度n0.33内摩擦角施工期总应力1031403120有效应力22稳定渗流期有效应力23水位降落有效应力23黏聚力c/kpa20渗透系数k/(cm.s-1）110-6110-2110-2110-5初始孔隙水压力系数0.32.7工程效益及淹没损失本水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。水库近期可灌溉农田71.2104亩(1hm2=15亩)，远期发展到104104亩。枢纽电站和hz电站总装机容量为31450kw，年发电量为1.129108kw.h，除满足农业提水浇灌用电外，还剩余50%的电力供工农业用电。防洪方面，本水库控制流域面积4990km2，占全流域面积的39%，对下游河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负担也有一定的作用，可将下游100年一遇的洪水流量由6010m3/s削减到3360m3/s，相当于17年一遇；可将50年一遇洪水由6000 m3/s削减到2890m3/s，相当于12年一遇。另外，每年还可供给城市及工业用水0.63108m3。由于库区沿岸山峰重叠，村庄零散，耕地不多，故淹没损失较小。按库区移民高程770m统计，共需迁移人口3115人，淹没耕地12157亩，房屋1223间，窑洞1470孔。2.8施工条件2.8.1施工区地质地形条件zf水库的右岸坡较陡，坡度为300左右，大部分基岩出露高程为770810m。主河槽在右岸，河宽约100m左右；左岸为堆积岸，左岸台地宽200m左右，山岭高程在775m左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置在左岸，施工布置较为困难。坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质页岩等岩层。右岸全部为基岩，河床砂卵石层总厚度约50m，覆盖层厚度约5m。高漫滩表层亚砂土厚55m，左岸728 m高程以下为基岩。基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。2.8.2施工区气象与水文条件zf水库坝址处没有建立水文气象站，根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析，最高气温29.10c(6月),最低气温-14.30c(1月)，多年平均日气温4240c。历年各月气温特征值见表2-6。表2-6 各月气温特征值月 份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月多年平均气温4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1多年最高气温4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.98.1多年最低气温-4.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.70.0根据坝址附近一气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析,得出多年的平均各月降雨天数见表2-7。表2-7 多年平均各月降雨天数月份项目平均日降雨510mm天数平均日降雨1020mm天数平均日降雨2030mm天数平均日降雨3040mm天数平均日降雨40mm天数1月0.622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各种频率的设计洪水过程线见表2-8。表2-8 各种频率的设计洪水过程线时间/h流量/m3s-1时间/h流量/m3s-1p=1%p=5%p=5%(10月)p=1%p=5%p=5%(10月)12221333945167010023302181424715209125340204514915009007500300555114008309700420665312807681184750381551220139505501055711601597565010559108064817135081017461102019176010602206398021227013622026592023290017401786790054025400023601606987527335020101487184929296017701389380048031267016021307578033247013801017776035230013801017972037216012909881700420392020121081836764119301150768543182010902.8.3当地建筑材料1.土料根据当地建筑材料调查报告，土料场有5个。根据试井和钻孔情况，从1：2000地形图初步计算4个土场的总储量为2248.6104m3，为需要量的4倍多。各土料场的储量见表2-9。表2-9 各土料场的储量土场南坪沟川坡上山大河滩合计高程/m746805720760710749722778储量/m3(104)9136855711993594224862.砂粒料根据调查，坝址附近的3个砂砾场，开采总量约（100151）104m3(水上部分)，不够使用。3.石料未进行石场储量的调查试验工作。在坝址右岸有两个石料场。石场空间不够开阔，运输困难。4.骨料沿河调查，本地砂只能用于浆砌石和混凝土，其他用砂需外运。2.8.4施工地区对外交通、供电、通讯及房屋水库地处山区，对外交通条件较差，主要靠公路运输。水库附近没有较大的电源。最近的电源设备容量不大，只能供水库1000kw，电量不足。水库开工后，应要求有关部门予以解决。水库开工后要求架设专用通讯线路。住房问题是也必须因地制宜解决。2.9施工要求qh河灌区工程规模大，全部工程分为水库枢纽、hz电站、渠道3部分。水库枢纽包括土石混合坝、导流泄洪洞、溢洪道、灌溉发电洞及枢纽电站5项；渠道工程包括总干渠、一干渠、二干渠、三干渠、四干渠、扬水站6项；另有hz电站工程。3部分共计12项工程，其中hz电站、扬水站、枢纽电站厂房、机组安装由专业队施工。要求工程尽快受益以改变qh河灌区农业生产基本条件。工程预期8年基本建成受益，要求第5年汛前枢纽电站发电，总干渠受益。第3章 设计说明书3.1坝轴线的选择根据坝址的地质、地形、枢纽布置、施工条件等，通过技术比较分析确定选上坝址。3.1.1地形方面的因素河床的宽度是否便于布置建筑物和施工，两种方案的工程量大小；下坝线下游的45104m3的塌滑体对工程施工不利，左岸山体较大的冲沟对坝体安全不利；淹没面积及移民的数量。3.1.2地质方面的因素坝基内是否存在较大范围的夹层和强透水带，地基处理的工程量和难度；黄土处理问题。当黄土的重度大干14.5kn/m3时，黄土的湿陷性较小，可不进行处理。但如果黄土的重度小于14.5kn/m3时，黄土的湿陷性和压缩性较大，需要清除。上下两条坝线左岸均有单薄分水岭，分水岭的透水性较强，需要进行灌浆处理。塌滑体对大坝的影响。3.1.3地形、地质等进行对比说明 方案因素上坝线下坝线地形条件河床宽度宽,工程量大河床宽度窄,工程量小地质条件无塌滑体类不稳定地形;左岸有单薄分水岭,其透水性较强,需进行灌浆处理下游有45104m3的塌滑体对工程施工不利,左岸山体较大的冲沟对坝体安全不利;左岸有单薄分水岭,其透水性较强,需进行灌浆处理筑坝材料有土料场,储量丰富, 石料较多,平均运距小于1km;施工条件f地形,距离不太远枢纽布置导流泄洪洞:沿洞线周围岩石厚度大于3倍开挖洞径，出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬，坚固系数fk=4，单轴弹性抗力系数ko=20mpa/cm，弹性模量e=0.4104mpa，透水性较大。岩层倾向下游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。为进一步保证出口段岩体稳定，免除由内水压力引起的后果，该段应修建无压洞。溢流道:堰顶高程757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。灌溉发电洞及枢纽电站: 上坝线方案沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性不大，洞顶以上岩层厚度较小。在建筑物的基岩岩面上有05m厚的砾岩及厚度不等的亚黏土层，电站厂房处岩石风化层厚度约56m，对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施,对岩基进行处理。导流泄洪洞: 同上坝线溢流道:堰项高程750m。基础以下10m左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。灌溉发电洞及枢纽电站:下坝线方案沿线全为基岩，工程安全比较可靠。比较结果选上坝线根据上坝线和下坝线的地质、地形、枢纽布置、施工条件等方面具体条件，通过技术经济比较分析后，现选用上坝线作为坝址。3.2坝型的选择已知最高水位（校核洪水位（p=0.01%）为770.4m、上坝线河谷最低高程699m，两者之差为71.4m，查碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）规定，判定此坝属高坝。根据zf水库地形、地质、建筑材料、施工情况、工程量、投资等方面，综合比较后选坝型为土质防渗斜心墙。详细比较见下表。 方案因素土质防渗心墙土质防渗斜墙均质坝地形条件适用高坝适用高坝用于低坝。地质条件抗震性能和适应不均匀沉陷的能力优于斜墙能克服心墙坝可能产生的拱效应和斜坝墙对变形敏感等问题。工程量建筑材料坝址附近有丰富的土料。坝址上下游及两岸有一定数量的砂、砾石可以使用坝址附近有丰富的土料，坝址上下游及两岸有一定数量的砂、砾石可以使用坝址附近有丰富的土料。施工条件心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时要求心墙与坝体同时填筑，因而相互干扰大，影响施工进度。斜墙坝的斜墙支撑在坝体上游面，施工干扰小。土石坝主体施工不受斜墙限制，可以先行施工坝体，而且目前大型施工机械的出现解决了斜墙的变形问题，施工速度较快。均质坝的坝体绝大部分是由均一的土壤筑成，坝坡较缓、剖面大、黏性土料的施工受气候的影响较大。3.3枢纽的布置3.3.1土石坝枢纽的组成土石坝枢纽组成可以概括为3大类，即土石坝、溢洪道和隧洞。土石坝用以拦蓄洪水，形成水库；溢洪道用以宣泄洪水，确保大坝安全；隧洞则用以灌溉、发电、导流、泄洪、排砂等。水电站建筑物有电站厂房，进厂房压力钢管，开关站等。3.3.2枢纽总体布置枢纽布置应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、管理运用方便。枢纽布置应遵循的一般原则是：（1）坝址、坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。（2）枢纽布置应该满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作。（3）在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用。（4）枢纽中各建筑物布置要紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。（5）尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或灌溉）。水工隧洞路线选择的原则：（1）隧洞的路线应该尽量避开不利的地质构造，围岩可能不稳定及地下水位高，渗水量丰富的地段，以见效作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。（2）洞线在平面上应该力求短，直，这样既可以减少工程费用，施工方便，并且有良好的水流条件。（3）隧洞应该有一定的埋深。（4）隧洞的纵坡，应该根据运用要求，上下游衔接，施工和检修等因素综合分析比较确定。（5）对于长隧洞，选择洞线时还应该注意利用地形，地质条件，布置一些施工支洞，斜井，竖井，以便增加工作面，有利于改善施工条件，加快施工进度。（6）枢纽的外观应该与周围环境相互协调，在可能条件下注意美观。根据选定的坝轴线从zf水库的地形、地质、施工、运用等方面现确定土石坝、导流泻洪洞、溢洪道、灌溉发电洞的位置和建筑形式：（1）坝址：枢纽建筑物的布置要根据地形，以方便施工的原则，充分利用地形来布置枢纽建筑物。坝址已经选定上坝线（2）挡水建筑物：土质斜心墙坝，轴线已定。（3）溢洪道：布置地点为附图5溢洪道位置，选择正槽溢洪道。溢洪道布置要避开冲沟，溢洪道挑坎布置于冲沟与河流相交的地方，以利于挑流消能，同时与河流有一个小的夹角，出水流态有利于河床水流消能，避免河床造成大的冲刷。（4）导流泻洪洞：其布置主要考虑地质情况，避开可能的塌滑体，并保证出口和进口的稳定以及洞身围岩的稳定，此外还应考虑岩体破碎程度及其对岩体渗漏的影响。（5）灌溉发电洞：其布置原则与导流泄洪洞基本相同。布置：水电站适合布置于交通方便，施工方便开挖比较少的地形。所以电站厂房布置于左岸下游110米的山湾的地方。有利于减少开挖，电站尾水归河的流态好。厂房开挖小，比较经济。位于电站450米的高程的坡度很小，可以布置开关。3.3.3工程等级根据基础资料中工程效益、库容及工厂规模等数据，对照水利水电枢纽工程登记划分（sl252-2000），确定水库枢纽属级工程，主要建筑物为2级建筑物。3.4坝工设计土石坝基本剖面尺寸：坝顶高程、坝顶宽度、上下游边坡、防渗和排水设备的基本尺寸。1、防浪墙国内外的土石坝坝普遍都在其顶部上游侧设置不透水的挡墙，它即起当水作用，又起挡土作用，也是防浪墙。防浪墙延伸到两岸与坝头基岩或结构物相连接，形成完整的防渗系统。因此它是坝体防渗结构的一个组成部分。在各种形式的防浪墙中，直墙防浪较为有效，各坝多采用l形钢筋混凝土墙。之所以能够采用高防浪墙，是因为经碾压填筑的坝体具有较好的稳定性且沉降量较小，且在施工期基本完成，不会危机高防浪墙的防渗性；坝越高节省的筑坝工程量越多。有时为了进一步节省筑坝方量，可在坝顶下游一侧另设挡墙，如成屏一级坝的防浪墙高5.25m，在坝顶下游侧另设4m高的挡墙，形成“垂直戴帽”结构，致使坝体填筑方量节约达17。加高防浪墙也是加高坝体的措施之一，萨尔瓦兴娜坝在施工过程中决定将坝顶加高6m，就是采用高8m的防浪墙并咱坝顶下游侧加设2.6m高的挡墙来实现的。根据碾压式土石坝设计规范（sl274-2001），确定防浪墙高度4米。防浪墙顶高出坝顶1米-1.2米。取高出坝顶1米。防浪墙采用直防浪墙，用“l”型钢筋混凝土墙。防浪墙建基高程应高于正常高水位，防浪墙与面板间的接缝应按周边缝来处理，止水结构必须可靠。堆石体在自重作用下和水荷载作用下产生蠕变，竣工后还会继续发生沉降及水平位移，坝体填筑是要预留填筑超高。有效降低了坝顶高程，大大的节省了工程量。大坝坝顶宽度取8米，坝顶下游设计护拦，取护拦的高度为0.5米。防浪墙与面板连接处设计垂直于面板的接缝，防浪墙底宽实际与垫层水平宽度相同。取3.5米，防浪墙采用混凝土浇筑。过度层与坝内排水体水平宽度取3.5米，为了方便机械化施工，排水体设置在过渡层后，排水体下依次分别设计主堆石体和次堆石体。下游护坡采用大块石堆砌，厚度取0.5米。防浪墙与面板之间设计接缝，底部设计铜片止水，期于均设计为填预塑柔性填料，取用沥青木版。经过计算得设计波高为0.625米，风浪在坝上爬高为2.6米，风浪引起的水位壅高为0.005米，正常情况下的安全超高为3.35米，非正常情况下的安全超高为3.05米。所以坝顶高程在设计情况下为452米，校核情况下为451.76米，这两个之间取大的。最后确定坝顶高程为452米。防浪墙高出坝顶1米，防浪墙顶高程为771.68米。根据资料8，坝顶宽度一般取为5米到8米，坝顶设计公路通行，以方便人行。取坝顶宽度为8米。计算得坝高54米。为了方便施工，坝剖面在下游坡设计两个马道，每隔20米高程一个，分别在432米高程设计一个宽度为2米的马道，在412米高程设计一个马道。设置马道有利于坝坡的稳定。2、坝坡土石坝坝土石坝坝坡取决于坝型、坝高、坝的等级、土石料的性质、所承受的荷载、施工和运行条件等因素。其范围大致在1:2-1:4之间。当坝较高时，可每隔8-15m变一次坡，相邻坡率差取0.25-0.5，变坡处下游通常设置1.52.0m宽的马道。土质防渗体的斜墙坝，当坝壳采用堆石料时，下游常用坡度为1:1.51:2.5，上游常用坡度为1:1.71:2.7。斜墙坝的下游坝坡坡度可适当偏陡，上游坝坡则可适当放缓，石质坝坡可放缓0.2。参考所查斜心墙堆石坝资料列举相近的工程实例，如美国的圆峰大坝，坝高134m，坝顶宽13.4m，最大坝底宽度大于500m，基岩为玄武岩，覆盖层厚30m，坝体上游坡1:1.8，下游坡1:1.7。巴西的芬纳斯大坝，坝高127m，基岩为石英岩，覆盖层厚几米，坝体上游坡1:2.0，下游坡1:1.8。美国的玛蒙特湖大坝，坝高142.8m，基岩为风化片麻岩，覆盖层厚42.4m，坝体上游坡1:3，下游坡1:2。我国小浪底为壤土斜心墙堆石坝，坝顶宽15m，最大坝高154m，最大坝底宽度864m。覆盖层深度80多米，大坝上游坡1:2.6，下游坡1:1.75参考已建工程zf水库上游坝由上而下坝坡为：1:3.0 1:3.0zf水库上游坝由上而下坝坡为：1:2.5 1:2.5 1:3.03、护坡根据资料7：土石坝的上下游面通常都应设置护坡。上游面护坡是为了保护上游坡细粒土免受波浪的冲刷；防止靠近泄水建筑物处的上游坡遭受顺坝水流的冲刷；防止冰层和漂浮物的损害。下游面护坡为防止雨水冲刷；防止有水部分的风浪、冰层和水流作用；防止坝体无粘土料被风吹散；以及防止蛇、鼠、白蚁等动物对坝体的破坏。护坡的形式、厚度及材料粒径应根据坝的等级、运用条件和当地材料情况，根据以上因素经技术、经济比较确定。上游护坡采用砌石护坡。下游护坡采用干砌石护坡。4、坝底高程坝基面初选在上坝线上，河流河谷底基岩表面为覆盖层，厚度5米，坝基需开挖覆盖层，初步设计开挖1米。则最低坝基面高程取为698米，沿高程698m开挖，清除覆盖层，以砂卵石为地基。5、坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通、运行、施工、构造、抗震、防汛及其他特殊要求。碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）规定，高坝的坝顶宽度可选用1015m，中、低坝可选用510m。，坝顶没有公路运输要求，可以不做特殊路面，只需铺设碎石、砾石或草皮即可。若有公路通过，其宽度要按照道路等级要求遵照交通部门的有关规定来确定。坝顶上下游两侧要铺设路缘石。为了排水，坝顶应有23的倾斜度。当上游设置防浪墙时，防浪墙应由坚固、稳定、不透水并与防渗体紧密结合的浆砌石或钢筋混凝土构成。墙高自坝顶起应高于1m。此时坝顶下游侧应设置沟槽，以汇集雨水，经坡面排水沟排走。根据坝高和规范规定，选用坝顶宽度为10m。坝顶没有公路运输要求。坝顶盖面材料采用密实砂砾石。6、坝顶高程坝顶高程由水库静水位加风浪雍水增加的高度、坝面波浪爬高及安全超高决定。按照设计和校核情况计算取最大者。相应静水位加安全超高。按照资料7，安全超高公式（2-45）y=r + +ay:坝顶在水库静水位以上的超高；mr:最大波浪在坝坡上的爬高； m:最大风壅水面高度；ma:为安全超高；ma值按资料7表2-13取设计=0.7 校核=0.5；其中r和e按照资料7公式计算r=3.2k.（hj）.tan (m) (m) (m)式中： ：风向与坝轴线法向的夹角。hj:设计波高；m：由风浪要素计算确定；k：坝坡护坡面糙系数，砌石取0.75；k：综合摩擦系数，一般取（1.5-5）,计算时取3.6；v：水面以上10 m处的风速，m/s；d:吹程；mh：坝前水深，m；:上游面坡角。计算水库静水位以上的超高值时，风速值的选取采用多年平均最大风速。坝顶高程分别按正常情况和非正常情况计算。正常情况的库水位可取设计洪水位，非正常情况的库水位可取校核洪水位。按上述两种情况计算后，取两者中的高值。坝顶高程的计算应同时考虑以下三种情况：1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；2、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；。取其中最大作为坝顶高程。以上坝顶高程指的是坝体沉降稳定后的数据，因此竣工时的坝顶高程应有足够的预留沉降值。对施工质量良好的土石坝，坝体沉降值约占坝高的0.2%-0.4%。当坝顶设防浪墙时，以上计算高程作为防浪墙顶高程，同时还要求：正常情况下坝顶应高出静水位0.5 m，在非常运行情况下，坝顶不低于静水位。坝顶高程计算表运用情况静水位最大波浪在坝坡上的爬高r最大风壅水面高度 e为安全超高 a超高y防浪墙高程坝顶高程正常768.11.2320.00441.02.24770.3771.68770.68非常770.40.7820.00190.51.28771.68验算：坝顶高程设计洪水位+0.5m 即768.1+0.5=768.6m 校核洪水位770.4m满足坝顶高程规范要求，取坝顶高程为770.68坝顶高程为坝体预留10%沉陷量，则施工高程为（770.68-698）0.4%+770.68770.97，坝高为770.68-698=72.68m7、防渗体防渗墙的顶部高程应高于设计洪水位0.3-0.6m，取防渗墙顶高程为769.0m，虽然低于校核洪水位，但由于斜心墙和防浪墙连接，所以不受影响。心墙顶部设无黏性土料的保护层，以防心墙冻裂或干缩。保护层的厚度干缩应根据当地冰冻厚度或干缩深度而定，但不得小于1.0m。本工程设计厚度为1.68m。地基防渗采用粘土性截水槽，上部厚度39.79m，下部宽度31.79m,截水槽边坡1：1。8、坝体排水设备选择与尺寸拟定常用的坝体排水形式有表面式排水（贴坡排水