达拉河水电站混凝土面板堆石坝设计.doc

达拉河水电站混凝土面板堆石坝设计信息与工程技术学院 农业水利专业 张旻（指导教师：曾 赟 助教）摘 要 本设计以达拉河口水电站的工程概况、水文气象、工程地质情况为基础，在设计中对技术、安全等方面进行了分析、比较。根据这些基本资料，确定采用砼面板堆石坝方案，并完成了挡水建筑物设计、坝体稳定分析、构造设计等工作。关键词 达拉河水电站；砼面板堆石坝方案design of concrete panel rock-fill dam in the dala river power stationabstract base on the project overview, hydrometeorology and geological situation of the dala river power station, the factors of technology and safety are considered in the design. finally concrete panel rock-fill dam scheme is adopted. and then block water buildings, stability analysis and construct design are completed.key word the power station of dala river；concrete panel rock-fill dam schem迭部达拉河水电站工程位于甘肃省迭部县境内的达拉河上，二零零三年九月二十六日全体员工进驻工地，十月二十八日工程正式开工，达拉河口水电站是迭部县通过招商引资建设的第一座电站，位于迭部县城东南30公里处，坝高67米，总库容1506万立方米，装机容量525万千瓦，年发电量273亿千瓦时，工程总投资37亿元。迭部县水能资源丰富，蕴藏量总共为80万千瓦，目前开发不到3。达拉河是白龙江在迭部县境内的最大支流，发源于四川，在迭部县境内全长124公里，水流湍急，落差大，水能储量达104万千瓦。迭部县与甘肃宏源电力公司经过一年多的协商，签订了开发协议。协议签订后，宏源公司委托西北电力勘测设计院对达拉河流域进行了总体勘测，最后宏源公司计划在达拉河采用三级开发，共修建3座电站。达拉河口水电站是该公司修建的第一座电站，也是目前甘南州最大的一座水电站，计划45年建成。我的任务主要是通过达拉河口水电站的工程概况、水文气象、工程地质情况完成坝址，坝型的选择和坝体结构布置坝体材料分区设计坝坡稳定计算，坝的构造设计以及坝的地基处理。我基本上完成了设计任务，对自己的设计成果较为满意。1 工程概述1.1 工程概况达拉河是白龙江上游最大的一条支流，主源发源于四川省若尔盖县境内的马蹄子，穿过岷山呈南北向流入甘肃省迭部县达拉乡境内，在尼敖乡政府上游3km处汇入白龙江，河流全长约124km，流域面积2688km2，坝址处多年平均流量21.8m3/s。在迭部县境内长约41km，境内流域面积770km2，总落差约477m，河道平均比降约11.6。达拉河口水电站工程以发电为主，推荐方案枢纽布置主要有砼面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、右岸排砂洞等建筑物组成。设计正常蓄水位2265m，总库容1506万m3，坝高67m，引水隧洞长8361m,总装机容量52.5mw（317.5mw）。 1.2 工程特性表名称单位数量备注名称单位数量备注一 水文三 厂房尾水位坝址以上流域面积km2621校核尾水位m2063.10坝址多年平均径流量亿6.88设计尾水位m2061.10多年平均流量21.8正常尾水位m2055.13设计洪水流量590四 动能校核洪水流量922额定水头m190施工导流流量193坝址电站设计流量31.86196厂址装机容量mw52.5多年平均悬移质输沙量万t保证出力mw12.31多年平均含沙量0.64多年平均发电量亿kwh2.73多年平均推移质输沙量万t6.65年利用小时数h5193二 水库五 主要建筑物正常蓄水位m2265.00坝顶高程m2271校核洪水位m2268.00最大坝高m67设计洪水位m2266.90溢洪道长度m221死水位m2245.00引水隧洞长度m8783.1总库容万1740排沙洞进口底板高程m2213调节库容万1031排沙洞出口底板高程m2210调节特性季节调排沙洞长度m651.42 水文气象2.1 流域水文概况2.1.1 流域自然地理概况达拉河是白龙江上游最大的一条支流，发源于四川省境内南杂克喀(狼家岭)，流域面积2688km2，源头至河口全长124km，河流穿行于高山峡谷之间，峡谷深窄，水流湍急。流域内天然植被较好，森林覆盖率在60%以上，水量也相对稳定。沿河有多条支沟加入，境内支沟主要有森多括、措玛尔曲、拉孜柯、次哇隆。坝址位于迭部县境内的达拉河下游，流域面积2621km2。2.1.2 气象工程位置距迭部县气象台较近，该台1973年建站，属国家基本台，观测项目齐全，精度高，年限长，可满足设计要求，因此，选择该台作为本工程气象资料代表站。据统计资料，其主要气象要素如下：多年平均气温 7.0极端最高气温 35.5极端最低气温 -19.9相应季节50年重现期的最大风速 22.5m/s相应洪水期最大风速的多年平均值 15m/s多年平均降水量 595.9mm 上坝址处的风区长度（吹程） 1.7km下坝址处的风区长度（吹程） 1.8km年蒸发量 1461.7mm2.1.3 水文基本资料达拉河上无水文站，但在白龙江上游先后建有电尕寺、根古、白云、旺藏寺、麻亚寺、麻亚寺(二)、立节、香椿沟等水文站，各站都是国家基本测站，资料精度较高。本次设计依据站为白云、麻亚寺(二)站，水文资料系列建站至1997年（共计36年），实测水文资料均已整编，经分析认为两站资料合理，可用于本阶段的设计。2.1.4 径流白龙江上游径流以降水补给为主，径流年内分配与降水量年内分配基本一致，但各月分配不均匀，大部分径流集中在69月四个月，占全年径流量的53.6%，123月仅占12.9% 。白麻区间是达拉河口坝址的设计依据区间，经过绘制白麻区间年径流时序过程及差积曲线等的分析，认为系列具有一定的代表性。用水文比拟法，将白麻区间年径流设计成果按面积比折算到达 拉河口坝址，得到坝址年径流成果，见表2.1.1。表2.1.1 各水文站、河口坝址年径流和枯水期径流设计成果表 流量单位：m3/s时段位置均值cvcs/cvp(%)1020508090年径流(5-4月）白云站19.40.28226.223.818.914.712.9麻亚寺(二)站49.20.24264.858.848.339.134.8白-麻区间30.10.25240.136.229.523.721.0河口坝址21.829.026.221.417.215.2枯期径流(12-3月）白云站9.00.222.511.610.68.827.306.61麻亚寺(二)站20.50.182.525.423.520.217.316.0白-麻区间11.50.202.514.813.411.39.538.70河口坝址8.3310.79.708.186.906.30cv:变差系数 cs:偏态系数 p:指定频率2.2 洪水分析2.2.1 洪水（1）暴雨洪水特点本地区暴雨一般发生在510月间，大暴雨多出现在78月间，一日雨量占三日雨量的80%左右。暴雨可分为霖暴雨和雷暴雨，秋季大面积连阴雨中的暴雨，历时长强度小，造成洪水机会较多，属霖暴雨。在夏季一般是雷暴雨，笼罩面积小，但强度大，常造成局部地区洪水。白龙江上游植被较好，洪水涨落平缓，一次洪水过程一般在三五天，峰型较肥胖。达拉河的原始森林茂盛，植被良好，流域为羽状，一次洪水过程一般三天左右，洪水过程较矮平，多为单峰型。2）历史洪水达拉河河段及白龙江上游有关历史洪水调查资料，是来自1983年6月出版的甘肃省水利厅刊印的甘肃省洪水调查资料。本次确定1904年洪水是从1904年以来至今最大的洪水，其重现期定为100年，1935年洪水为100年来的第二位，重现期定为50年。（3）设计洪水将白麻区间设计洪水成果，按面积比的2/3次方，折算到达拉河口坝址，得到坝址洪水成果，见表2.2.1表2.2.1 各站及坝址设计洪水成果表流量单位：m3/s, 洪量单位：106m3位 置项目均 值 cvcs/cvp(%)0.10.2125白云站qm1320.783.5836746539451339麻亚寺(二)站qm2900.773.5181016101170980739白麻区间qm1750.803.511401020731611456w110.70.623.551.446.535.230.424.0w329.70.603.513712594.982.165.4河 口坝址qm141922821590493368厂址qm1449378356005013742.3 特征水位（1）水库特征水位表表2.3.1 水库特征水位表特征水位单 位水位高程正常蓄水位m2265.00设计洪水位m2266.90校核洪水位m2268.00死水位m2245.00 (2)坝址区下游水位（见表）设计泄流能力表洪水标准上游水位设计下游泄流下游水位泄水建筑物泄流量（m3/s）（m）量（m3/s）（m）溢洪道泄洪排沙洞设计洪水（p=1）2266.95252207.5267258校核洪水位 （p=0.1）22688222208.7561261p=2022381932205.6193p=50224597.62204.797.6（3）发电水头及厂房尾水位最大水头：211.1m最小水头：173.8m加权平均水头：198.6 m设计水头：190m3台机发电引用流量30.90m3/s，相应尾水位2055.10m。3 工程地质3.1 水库区工程地质条件3.1.1 库区基本地质条件1 地形地貌当正常蓄水位2265m时，上、下坝址水库全长约6km，回水至勾结寺一带。两坝址库区地形为中高山峡谷地貌，两岸山体雄厚，分水岭高程都在2600m以上，相对高差300500m。库区两岸冲沟较发育，较大者有库首的次哇沟和库中段的拉孜沟，均发育在右岸。冲沟沟底不甚开阔，底坡较大，单沟延长10km左右。其中拉孜沟沟内有常年流水，为沟源雪水和地下水出露。其它冲沟规模均较小。水库区两岸发育有、级堆积阶地，级阶地高出河水面610m；级堆积阶地高出河水面1520m左右。阶地堆积物上部为0.51.0m的坡积碎石土，下部为冲积砂卵砾石层。2 地质构造水库区未发现有较大规模断裂通过，构造相对简单。断层主要以层间挤压带为主，破碎带宽度一般为2040cm，多发育在板岩带中；裂隙亦基本以层面裂隙为主，宽度0.20.3cm，充填岩粉、岩屑及钙质等，裂面波状起伏，延伸长度一般大于15m。3 水文地质条件库盘由相对不透水的地层组成，水文地质条件较简单。库区地下水类型按埋藏条件分为孔隙潜水和基岩裂隙水两类。4 物理地质现象水库区基岩岸坡未发现较大规模的变形体和滑坡，物理地质现象主要表现为浅表部的松动卸荷或轻微倾倒变形，但水库内两岸岸坡及坡脚处广泛分布有大量的崩、坡积堆积体，当正常蓄水位2265m时，前缘部位将淹没在水下。上坝址前崩、坡积体自然稳定状态较好，前缘部位在库水的浸泡下将产生局部的坍岸。3.2 基本工程地质条件3.2.1 物理地质现象（1）岩体风化上、下坝址岩体风化较浅，两岸强风带岩体厚度46m，河床基本无强风化岩体；弱风体岩体两岸厚度525m，河床10m左右。局部因地形原因，钻孔揭露弱风化岩体较深，主要分布在下坝址两坝肩部位，深度达37.0m。（2）卸荷及边坡变形上、下坝址区边坡变形主要表现为浅部的卸荷拉裂和倾倒，根据两岸勘探硐揭露，坝区两岸卸荷带厚度在35.0m，倾倒岩体主要分布在下坝址左坝肩溢洪道下游侧岸坡，厚度510.0m，分布高程2290.02220.0m。3.2.2 水文地质条件(1) 地下水类型坝址区地下水按其埋藏类型可分为基岩裂隙水及松散堆积层孔隙性潜水。 (2) 岩体透水性坝址区岩体透水性主要受岩性、构造发育情况等因素的影响和控制。3.2.3 岩（土）体力学参数建议值岩体物理力学参数建议值野外变形和抗剪（断）试验成果基本反映了不同位置、不同工程特性的岩体力学特性。对于各质量级别的岩体，原则是依据试验成果为基础，考虑本工程的规模和工程特性，结合岩体的工程地质特征和岩体力学特性综合选取各物理力学参数建议值。因两岸岩体未揭露级岩体，因此在参数选取上采用其它工程相同岩性已使用的参数进行类比给出，详见表3.2.1。表3.2.1 坝址区岩石(体)物理力学参数建议值表岩石名称岩体类别风化程度物 理 指 标力 学 指 标密度孔隙率吸水率抗压强度(mpa)软化系数模量值(gpa)泊桑比抗剪(断)强度变形模量e0弹性模量es抗剪断(砼/岩石)抗剪(砼/岩石)g/cm3%干湿fc(mpa)fc(mpa)变质砂岩微风化2.730.71.00.100.1211013080900.700.888.015.010200.271.01.11.01.10.800.900变质砂岩夹长石石英砂岩弱微2.701.01.450.250.329011070800.50.75.08.08120.300.81.00.80.90.600.800变质砂岩夹板岩强风化2.681.50.43050250.50.32.03.0350.340.50.60.30.40.400.550覆盖层工程特性及力学参数建议值上、下坝址所涉及的覆盖层主要为级阶地、河床砂卵砾石层和崩、坡积物，在参数取值上主要通过类比其他工程资料，给出的参数建议值，见表3.2.2。开挖边坡建议值各类岩（土）体开挖边坡建议值见表3.2.3。表3.2.2 覆盖层主要参数建议值岩 性渗透参数参 数 建 议 值允许承载力变形模量抗剪指标允许渗透坡降cm/smpafcmpa冲 积10-20.40.4540450.50.5500.100.15崩坡积10-20.30.3535400.40.500.150.20表3.2.2 覆盖层主要参数建议值岩 性渗透参数参 数 建 议 值允许承载力变形模量抗剪指标允许渗透坡降cm/smpafcmpa冲 积10-20.40.4540450.50.5500.100.15崩坡积10-20.30.3535400.40.500.150.20表3.2.3 工程建筑物开挖边坡值表岩石名称风化程度开 挖 边 坡 值永 久临 时水上水下水上水下变质砂岩夹板岩强1:0.751:1.11:1.251:1.51:0.751:0.5弱1:0.41:0.51:0.51:0.4微1:0.31:0.41:0.41:0.3崩坡积块碎石及碎石土/1:1.01:1.751:1.51:2.01:1.01:1.51:1.5冲积砂卵砾石层/1:1.01:1.51:1.51:2.01:1.01:1.754 坝址、坝型选择4.1 坝址选择4.1.1 坝址拟定根据达拉河高则回水湾以下河段水电规划设计推荐的三级开发方案中的第三级达拉河口电站作为一期开发梯级。国电公司西北勘测设计研究院多次组织各专业设计人员对该河段进行实地踏勘，从地形、地质条件及岩石的出露情况，从工程难易、技术条件复杂程度和工程投资考虑，结合业主对电量的质量、数量和投资效益等要求，经综合技术经济比较分析，拟定在次哇沟口下游450950m 河段开展坝址坝线比较工作。次哇峡谷河段总长约500m， 上游受左岸崩塌堆积体限制（距次哇沟口约450m），下游以峡谷出口为限；该河段有两处适合作为坝址，一处是次哇沟口下游500m 处，为上坝址；另一个处是距次哇沟口下游830m处，为下坝址。4.1.2 坝址选择 (1)上、下坝址首部枢纽布置根据上、下坝址的地形、地质条件，并结合首部枢纽各水工建筑物的布置特点，上坝址适合布置拱坝，各类泄水、引水建筑物可紧凑布置在坝体上。下坝址适合布置砼面板堆石坝，可利用左岸的山梁布置溢洪道。由于两坝址相距较近，为了在技术、经济上有可比性，两坝址均以正常蓄水位2265.00m、死水位2245.00m、采用右岸引水的方案进行设计布置。上坝址枢纽布置：大坝采用碾压砼双曲拱坝，为一变圆心、变半径等厚的双曲拱坝，坝顶高程2269.00m，最大坝高94m，坝顶宽度6m，坝底宽28m。坝顶设3孔泄洪表孔，尺寸为3-56m（宽高），采用挑流消能；坝身2230m高程设1孔泄洪排沙底孔，尺寸为33m；坝身右侧2235m高程设电站进水口，坝后经砼明涵进入引水隧洞。施工期导流隧洞布置在右岸。下坝址枢纽布置：大坝采用砼面板堆石坝，坝顶高程2271.00m，最大坝高67m，坝顶宽度8m，上游坝坡1：1.4，下游坝坡1：1.88（综合）；河床部位趾板底部设0.8 m厚的砼防渗墙伸入基岩，最大深度23m。溢洪道为岸边开敞式，布置在左岸坝肩，消能方式为混合消能；发电引水隧洞进水塔设在右岸，相邻布置泄洪排沙洞，施工期作为导流洞，进口高程2213.00m，洞径4.5m。(2)上、下坝址比较上、下坝址相距400m左右，两坝址地质条件基本相同，均未发现大规模构造出露。也未发现大规模的不稳定变形岩体，均具备修建中等规模挡水坝的工程地质条件。上坝址地形适合修建砼拱坝，但左岸上游侧#崩塌堆积体，距坝线较近，在拱坝基础及坝肩开挖中将触及#崩塌堆积体下游侧缘，需结合坝肩开挖，进行一定的防护处理，开挖处理量较大；上坝址河床覆盖层厚35m左右，修建砼拱坝基础开挖量较大，同等规模工程坝高增加较大，也增加了工程设计、施工的技术难度。下坝址地形地质条件，适合修建当地材料坝。下坝址河床覆盖层厚度20m左右，较上坝址覆盖层浅，河床防渗体工程量小；上游库区#崩塌堆积体距坝线较远，对库岸稳定影响较小；左岸坝肩山梁较单薄，利用左岸山梁可布置溢洪道，下坝址满足修建混凝土面板坝要求。上坝址两岸地形地质条件好，枢纽布置简单紧凑，砼拱坝超载能力强，安全度高，但施工技术要求高，受气候条件制约影响工期，需要人工骨料和人工制砂且运距远（坝址下游约15km），费用较高。下坝址砼面板堆石坝施工工艺简单，不受气候条件的影响，风区长度约为1.8km（坝前风向到对岸的距离），计算风向与坝轴线法线的夹角为60，相应季节50年重现期的最大风速为22.5m/s，相应洪水期最大风速的多年平均值为15m/s。工期有保证，堆石料场在坝址下游5km处，运距相对较近，且还可利用开挖料，费用较低。综上所述，下坝址砼面板堆石坝具有施工简单、工期有保证、投资小等优点，经综合比较后，选定下坝址为推荐坝址。4.2 坝型选择根据选定下坝址的地形地质条件，设计上进行坝型选择。由于下坝址左坝肩岩体比较单薄，故不宜修建砼拱坝；且天然建材缺乏，宜采用当地材料坝，在当地材料坝中，又因粘土料缺乏。因此，在同一坝线上设计进行沥青砼心墙土石坝与砼面板堆石坝的比较。4.2.1 坝型比较（1）两种坝型用同一坝线，地形条件及场内外交通条件基本相同；（2）坝体防渗：砼面板坝优于沥青心墙坝，沥青砼施工工艺要求高，两岸插入岸坡岩石，施工复杂；面板位于堆石体的表面，面板与趾板连接，形成坝体防渗体系，施工质量易保证。(3)筑坝材料：筑坝材料均为堆石料，主堆石为开采石料，次堆石为利用开挖石料。面板坝工程量小，还可以充分利用溢洪道开挖料。所以，砼面板坝优于沥青心墙坝。(4)施工条件：面板坝优于沥青心墙坝，砼面板坝的坝体填筑与砼面板、趾板、基础砼防渗墙、帷幕灌浆的施工，干扰小或不存在干扰。沥青心墙坝，沥青心墙与两侧过渡料一起同时上升，沥青心墙与基础灌浆的施工相互干扰、坝体填筑与基础砼防渗墙的施工工期存在干扰。(5)运行条件：砼面板坝水荷载直接作用于面板上，坝体为整体受力结构，稳定性好，坝体无孔隙水压力，抗震性能好。砼面板位于坝体上游表面，维护和检修比较方便。上述比较可以看出，砼面板坝工程量小，费用低，安全性好，施工进度有保证等优点。因此，综合比较后，选定砼面板堆石坝作为推荐坝型。5 挡水建筑物设计5.1 设计依据5.1.1 工程等别及建筑物级别达拉河口水电站工程开发以发电为主，正常蓄水位2265.00m，装机容量52.5mw，水库总库容1506万m3，根据水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（sl252-2000）规定，枢纽工程属中型等工程。枢纽主要建筑物有砼面板堆石坝、左岸侧槽溢洪道、右岸泄洪排沙洞、引水建筑物及电站厂房。拦河坝为永久性主要建筑物，故属于3级建筑物，厂房为3级建筑物，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。5.1.2 基本资料 基本资料气象、水文、洪水标准及特征水位见2、3章。5.2 坝体结构布置5.2.1 坝顶高程确定根据碾压式土石坝设计规范（sl2742001）推荐的官厅公式计算风浪爬高和风壅水面高度。=0.0076w()=0.331w()h当=20250时,为累积频率5%的波高h,m;当=2501000时，为累计频率10%的波高h，m；w计算风速，m/s；d风区长度，m；l平均波长，m；g重力加速度，取9.81m/s表5.2.1 平均波高计算表运用情况设计风速w(m/s)风区长度(km)风浪要素平均波高hm(m)波高hp(m)波长lm(m)正常蓄水22.51.80.98927110.358110.507318设计洪水22.51.80.98927110.358110.507318校核洪水151.80.5959386.9010660.305609当hm/hm0.1时，p(%)5的累积频率下，hp/hm1.95。波浪爬高计算公式：当m=1.55.0时 r= r平均波浪爬高，m； m单坡的坡度系数； k斜坡的糙率参透性系数；k=0.9 (混凝土或混凝土板k=0.9) k经验系数。kw=1.0 当m1.25时r=kkrh r无风情况下，平均波高h=1.0m时，光滑不透水护面（k=1）的爬高值（m=1.25时，r02.50）。当1.25m1.5时，可由m1.25和m1.5的计算值按内插法确定。表5.2.2 波浪爬高计算表运用情况m=1.5时的平均波浪爬高rm(m)m=1.25时的平均波浪爬高rm(m)m=1.4时的平均波浪爬高rm(m)波浪爬高r(m)正常蓄水1.1444092281.141466311.1432320612.549407设计洪水1.1444092281.141466311.1432320612.549407校核洪水0.7250069670.687620830.7100525121.583417当hm/h0.1时，p（%）1的累积频率下，r/rm=2.23。风壅水面高度计算公式e=cos式中：e计算点处的风壅水面高度，m；d风区长度，m；k综合摩阻系数，取3.610；计算风向与坝轴线法线的夹角，（60）。安全加高：本设计中，砼面板堆石坝为3级建筑物。1正常运行时（即正常蓄水和设计洪水时）安全加高为0.7m2非常运行时（即校核洪水时）安全加高为0.4m坝顶高程计算公式：y=r+e+a 式中：y表示坝顶超高（m），r最大波浪在坝坡的爬高（m），e最大风壅水面高度（m），a安全加高（m）。表5.2.3 坝顶超高计算表运用情况库水位(m)坝前水深hm(m)设计风速w(m/s)风区长度d(km)波浪爬高r(m)风壅水面高度e(m)安全加高a(m)坝顶超高y(m)正常蓄水22656122.51.82.549410.0027440.73.2522设计洪水2266.962.922.51.82.549410.0026610.73.2521校核洪水226864151.81.583420.0011620.41.9846表5.2.4 坝顶高程计算表运用情况库水位(m)坝顶超高y(m)蓄水后附加沉降(m)坝顶高程(m)正常蓄水22653.2521513070.62268.852151设计洪水2266.93.2520684250.62270.752068校核洪水22681.9845794110.62270.584579经计算分析，并考虑地震沉降值等因素，根据经验一般取0.51.5m的附加沉降量，在本设计中取0.6m，确定坝顶高程2271.00m。5.2.2 坝体材料分区设计5.2.2.1 坝体材料分区原则(1) 满足坝体各部位的变形协调，尽量减小坝体上游部位变形量；(2) 从坝体上游区各料区向下游区的材料渗透系数依次递增，并符合料区间的水力过渡要求；(3) 划分应尽量简单；(4) 利用枢纽开挖的石渣料。5.2.2.2 坝料分区考虑以上分区原则，依其工作性质将坝体填筑体分成三个主要区域：1区：为防渗补强区，用防渗土料填筑而成，其目的是用于不透水土料去覆盖周边缝及高程较低处面板，当面板出现裂缝和板间缝、周遍缝张开时，防渗土料可以起辅助防渗作用，而松散细料将随水流进入缝中，并受面板下垫层料的反滤作用而淤堵裂缝使其自愈而恢复防渗性能。设置1区造价增加不多，对加强防渗十分有利。根据经验大约取在坝高1/3处。1区包括1x趾板。1a为面板上游防渗土料。1b为土料上游的石渣防护，对1a起保护作用。2区：为垫层区，直接位于面板下部，是混凝土面板堆石坝中最重要的部位之一，它既是防渗面板的基础，又是坝体防渗的第二道防线。2区包括2f面板。2a为垫层料区。2b为特殊垫层料区3区：为堆石区，该区是面板坝的主体，是承受水荷载的主要支撑体，通过它将水荷载传递到地基中去，该区的沉降变形将直接影响到面板的可靠工作。因此，要求本区上游部分要用低压缩性、级配良好的坝料填筑，并要求碾压到足够的密实度。下游部分的变形对面板影响较小，材料及压实要求可适当降低。3区又分为3a、3b、3c、3d和3 e区，各区之间均应满足变形模量递减和水力过渡的原则。3a区为过渡料区。3b区为主堆石料区。3c区为次堆石料区。3d区为大块石组成的下游护坡。3e区坝基过渡反滤料区。反滤层是保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌，流土等不利渗透变形的最直接，最有效的措施。3f区下游排水棱体5.2.2.3 坝体材料分区设计(1)垫层料区（2a、2b）垫层料采用达拉河砂砾石料场的特别筛选的优良级配料，在满足水力梯度的要求及施工机械所必须的宽度要求的同时，尽量减小垫层宽度；垫层区的水平宽度一般在3m左右，这是采用自卸汽车直接卸料，推土机铺料，平整等施工工艺所要求的最小宽度。在本设计中垫层料水平宽度为3m。（2）过渡料区（3a）过渡料区材料采用的细堆石料、经筛选加工的级配连续细石料。过渡料区水平宽度3m，在岸坡及坝基部位适当加宽。（3）主堆石料区（3b）本工程此料区采用下游益道桑巴石料厂开采的质地坚硬的砂岩石料。为提高坝坡稳定性及有利于排水，堆石体布置在坝体上游侧。（4）次堆石料区（3c）任意料区位于坝体下游区，受水荷载影响很小，主要起稳定坝坡的作用，可用任意料填筑。因此，该料区可充分利用左岸溢洪道开挖料。（5）下游坝坡护坡料区（3d）该料区主要是利用大块石采用机械和人工摆放整齐，防止下游坝坡被雨水冲刷。同时，又使坝下游面美观坚固。（6）坝基反滤料区（3e）该区为坝体基础覆盖层与坝壳料之间的反滤料，反滤的作用是滤土排，防止土工建筑物在渗流溢出处遭受管涌，流土等渗透变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷，铺筑厚度2m。（7）下游排水棱体（3f）排水棱体位于坝体下游坝脚处，又称滤水坝趾。一般情况下，排水棱体顶宽不小于1 m，顶面超出下游最高水位的高度，棱体内坡根据施工条件决定，一般为1:1.01:1.5，外坡取为1:1.51:2.0。在本设计中排水棱体将坝体渗水排至坝外，保持下游坝体的干燥，该料区采用开采粒径较大石料填筑，排水棱体高10m，顶宽8m，顶高程2216m，上游坡以1:1.5与坝体相嵌，下游坡1:1.6为坝体坡面。(8)上游压坡体料区（1a、1b）该料区布置在坝踵部位，高度大约为坝高的1/3。既上游铺盖区1a和盖重区1b，顶高程2233.50m，顶宽均为3m。1a区采用防渗土料，上游坡1：1.75，下游侧紧贴坝面和趾板；1b区采用石渣料压坡，用于保护防渗土料，防止库水冲蚀，上游坡1：2。上游坝坡压坡体的作用是保护下部周边缝及面板，并提高其防渗的可靠性。5.2.2.4 筑坝材料和填筑标准1 筑坝材料选用 在设计过程中，对可能用于筑坝的材料进行必要的试验分析，结合坝体各部位受力特性，尽可能的利用施工开挖的优良石渣料，最大限度节省投资，降低成本。垫层区应选用质地新鲜，坚硬且具有较好耐久性的石料，可以是经过加工的开采石料或天然砂砾石料；除坝坡表面的堆石必须坚硬并耐风化外，对堆石体岩块质量无明确要求。故根据坝址区料场勘测和试验结果，垫层料、过渡料是采用达拉河口砂砾料场的料、主堆石料采用益道桑巴石料场开采的弱风化石料，石料为中厚层砂岩，质地坚硬。该料抗压强度为95198mpa，软化系数0.520.77，密度2.682.74g/cm3。次堆石料可利用溢洪道开挖料，剔除强风化部分，主要为弱风化的变质砂岩夹长石石英砂岩，该区石料抗压强度为70110mpa，软化系数0.50.7，密度2.7g/cm3。2 坝料级配参数（1）垫层料：垫层料应具有连续级配，最大粒径为80100mm，粒径小于5mm的颗粒含量为30%50，小于0.075mm的颗粒含量小于8%，含泥量小于6%。施工时填筑层厚度一般采用主堆石区铺层厚度之半，以便与堆石体平起。本设计采用40cm，压实干容重2.25t/m3。（2）过渡料：过渡料石料最大粒径为300mm，粒径小于5mm的颗粒含量为20%30，小于0.075mm的颗粒含量小于5%，级配连续。施工时填筑层厚度40cm。压实干容重2.20t/m3（3）主堆石：主堆石料要求最大粒径小于800mm，小于5 mm 的颗粒含量小于1020%，小于0.075mm的颗粒含量小于5%，级配连续。主堆石区硬岩的铺筑层厚度一般为80100 cm。本设计中填筑层厚度80cm， 压实干容重2.15t/m3。（4）次堆石料本区主要利用溢洪道开挖料，填筑层厚度80cm， 压实干容重2.10t/m3。5.3 坝坡稳定计算5.3.1 基本资料（1）工程等级：大坝为3级建筑物（2） 稳定安全系数控制标准：表5.2.4.2 坝坡抗滑稳定安全系数运行工况最小安全系数瑞典法毕肖普法正常运用条件1.201.3非常运用条件i1.101.2非常运用条件ii1.061.15（3） 地震：设计烈度为度。（4） 材料物理参数坝坡稳定计算材料参数，坝坡稳定分析的关键在于获得可靠的抗剪强度指标，见附录表1。5.3.2 计算工况：（1）正常运行工况：（）稳定渗流期正常水位运行工况；（2）非常运行期：（）施工期（）正常运行工况+遇地震工况；（）校核洪水位运行工况由于本次设计时间有限，稳定计算只做正常蓄水位工况下，下游坝坡任意三个滑弧。5.3.3 计算模型计算断面以河床最大横剖面作为计算断面，由于达拉河大坝建基在覆盖层上，所以，计算坝坡稳定时，计算剖面取大坝及基础覆盖层。坝体为沿河床最大剖面，基础覆盖层垂直方向到基岩面，深度20m，水平方向沿坝趾向上游延伸40m，坝脚下游延伸40m，作为本次计算模型。5.3.4 计算方法坝坡稳定计算，采用简单条分法-瑞典圆弧法进行稳定分析计算。这一方法在我国应用已有80年的历史，积累了比较丰富的经验。计算中采用总应力分析法，对线性参数指标进行了计算分析。计算公式如下：=i-下标，代表土条编号；w-土条重量；u-孔隙水压力；l、-分别为土条沿滑裂面的长度和坡角；、-有效抗剪强度指标。进行总应力分析时，略去其中含u的项，同时将、换成总应力强度指标。当土坡中有渗流水存在时，应计入渗流对稳定的影响。此时，在计算土条重量w时，对浸润线以下的部分取饱和容重，浸润线以上的部分取湿容重。5.3.5计算成果及分析坝坡稳定计算成果如下：滑弧位置1：计算得：k=1.978，满足要求。见附录表4。滑弧位置2：计算得：k=1.757，满足要求。见附录表5。滑弧位置3：计算得：k=1.792，满足要求。见附录表6。由于本次坝坡稳定分析计算未使用程序计算，且由于时间限制，所选取的三个滑弧位置不一定是最危险的。1606 坝构造设计6.1 坝顶构造6.1.1 坝顶宽度本工程坝顶无交通要求，仅考虑运行，施工的需要，根据砼面板堆石坝设计规范（sl22898）有关规定，参考国内已建工程，坝顶宽度采用8m。6.1.2 防浪墙高度面板坝普遍在其顶部设置l形的钢筋混凝土防浪墙，以利于节省坝体堆石量，墙高46m。本设计中坝体设置“l”型防浪墙，防浪墙底部高于正常蓄水位2.5m， 墙底高程2267.50m，坝顶以上墙高1.2m，顶部高程2272.20m；上游面为垂直面，上游侧底部设0.6m宽检修人行道，底部翼缘与砼面板相接，下游面为“l”型插入坝体内部，墙高4.7m。防浪墙见图6.1.1。图6.1.16.1.3 马道、边坡设计坝体边坡及上坝道路。根据坝体边坡稳定分析计算，本工程为建基基础为砂卵砾石覆盖层，且目前地质和材料试验工作深度有限，类比国内已建工程一般多采用1：1.31：1.4，而且1：1.31：1.4的坡度具有足够的安全度。故选定砼面板坝上游面坝坡1：1.4，下游坝面坡1：1.4。砼面板坝下游坝坡常沿高程每隔1030m设置一条马道，用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修、观测之用，而且马道有利于坝坡的稳定。在本设计中下游坝坡以高程每隔1518m设置一条马道。下游坝面结合施工道路布置四层8m宽施工马道，下游面综合坡1：1.88。坝体剖面图见图6.1.2。图6.1.26.2 砼面板设计砼面板是大坝防渗主体结构，应满足抗渗要求，具有较高的抗裂性和足够的柔性；并具有低收缩性能，以承受不均匀变形和防止面板开裂；具有足够的耐久性，满足抗冻、抗风化等要求。为了保证结构要求上的最小厚度，即0.3m0.5m。所以砼面板厚度采用变厚度，顶部厚度选用0.3m，以下按公式 t=0.3+0.0035h(m)计算，其中 t为面板厚度，h为计算断面至面板顶部的垂直距离。砼面板内配置单层双向钢筋，以承受砼的温度应力和干缩应力。一般情况下各向配筋率为0.3%0.5%,本设计各向配筋率均按0.4%考虑，每方砼含筋量为96kg/m3。根据坝体变形及施工条件对砼面板进行分缝，面板设置垂直缝，间距一般为1218 m，本设计中垂直缝间距河床部位受压区采用12m，两岸岸坡坝段受拉区按6m分缝。面板砼的材料应具有优良的和易性、抗裂性、抗渗性和耐久性。面板一般采用28天强度r=2025 mpa的混凝土。故在本设计中砼强度等级选用c25w8f300。6.3 趾板设计趾板是布置在防渗面板的周边，座落在河床覆盖层及两岸基岩上的砼结构。趾板与面板通过设有止水的周边缝共同作用，形成坝基以上的防渗体。趾板的最小宽度，一般取为3m，趾板的厚度一般取为0.8m。在本设计中河槽部位的趾板建基在河床覆盖层上，采用一块连接板、一块趾板，厚度为0.8m，宽度均为3m。连接板与面板相接，趾板与防渗墙连接；两岸趾板建基在岸坡弱风化基岩上，趾板厚度为0.6m，宽度为4m。基岩上的趾板采用砂浆锚杆将趾板与基岩连成整体。趾板与面板、趾板与防渗墙的连接见图6.1.3。趾板分缝结合面板分缝布置，考虑到面板周边缝止水的施工工序，趾板缝与面板分缝应错开布置，趾板施工缝间距一般为15m左右，本设计中趾板分缝为12m ，河床部位与面板缝丁字型错开，两岸趾板分缝与面板缝错开布置。趾板内配置单层双向钢筋，单向配筋率均按0.4%考虑，每方砼含筋量为96kg/m3。趾板砼材料要求同面板砼， 混凝土强度等级采用c25w8f300。图6.1.36.4 接缝止水设计周边缝止水：为了防渗可靠，便于施工，面板与趾板相接的周边缝设计为两道止水。缝底部设“f”型铜止水，顶部设“sr”塑性止水。板间缝止水：板间缝分为压性缝和张性缝，均设两道止水，底部采用“w”型铜止水，顶部设“sr”塑性止水。趾板伸缩缝止水：趾板下游端设“d”型铜止水，上游端设橡胶止水，表面设“sr”塑性止水。防渗墙与板接缝止水：同周边缝止水。防浪墙与面板的接缝，底部采用“w”型止水，缝顶面采用“sr”防水材料铺盖接缝面，表层粘贴sr”防水板。7 地基处理7.1 基础开挖(1)趾板基础河床部位的趾板座落在河床覆盖层上，在坝体填筑前，将覆盖层上部结构松散的崩、坡积剔除，对结构较密实的崩冲积砂卵砾石进行碾压处理后，作为河床部位趾板的基础。(2)左、右岸趾板基础达拉河坝址岩体岩性为浅变质石英砂岩，长石石英砂岩夹沙质板岩、泥钙质板岩及薄层状灰岩。岩体风化较浅，两岸强风化岩体厚4m6m，坝区两岸卸荷裂隙带厚度4m6m。所以，要求挖除强风化层，趾板基础建在弱风化基岩上部，对断层破碎带采用砼槽塞处理。(3)其它部位坝基为使趾板与垫层过渡料基础均匀连续，垫层过渡料基础在河床部位与趾板基础同高程。两岸坝基要求清除表部草皮、树根，坝断面范围内的岸坡，应清除表面松动石块、凹块积土和孤石，使基础面大致平坦，两岸不许有倒坡；对坝基范围内的竖井、平洞、坑槽、钻孔进行回填处理。坝轴线下游