毕业设计---大坝枢纽的设计.doc

本科毕业论文本科毕业论文 题 目 高阳镇大坝枢纽的设计 学 院 工学院 专 业 水利水电 毕业届别 2012 姓 名 123456 指导教师 654321 职 称 助 教 甘肃农业大学教务处制 二一二年五月 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 1 目 录 摘要: .1 关键词: .1 abstract： 1 key words .1 前沿 2 1.设计基本资料 4 1.1.枢纽任务4 1.1.1. 流域概况4 1.2.2 气候特征 .4 1.2.3 水文特征 .4 2.工程等别及建筑物的级别 6 3.水文水利计算 7 3.1 水文计算 .7 3.1.1 点绘经验频率曲线 .7 3.2 用三点法计算算需要的统计参数 .9 3.3 选配理论频率曲线 10 3.4 推求 50 年一遇的设计洪峰流量 .11 3.5 推求设计洪水过程 12 3.6 水利计算 14 3.6.1 防洪限制水位的选择 14 4.坝型选择及枢纽布置 .14 4.1 坝型的选择 14 4.2 坝型的比较 14 4.3 泄水建筑物的选择。 15 5.非溢流坝段的设计 .16 5.1 坝顶宽度的确定 16 5.2 坝顶高程的确定 16 5.3 坝体断面设计 18 6.稳定分析的基本原理和计算法 .18 6.1 非溢流坝分析计算 18 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 2 6.1.1 设计洪水情况下的荷载计算 18 6.1.2 设计洪水情况下的稳定及应力分析 20 6.1.3 校核洪水情况下的荷载计算 20 6.1.4 校核洪水情况下的稳定应力分析 22 7.溢流坝的设计 .23 7.1 溢流坝的布置与构造设计 23 7.1.1 溢流坝形式的选择 23 7.1.2 顶部曲线段的设计 23 7.1.3 中间直线段的设计 24 7.1.4 反弧段的设计 24 7.2 下游曲线段消能设计 24 7.3 消能工的水利计算 25 7.3.1 设计流量情况下 25 7.3.2 校核流量情况下 26 7.3.3 计算消力池池深 27 7.3.4 计算消力池池长。 28 7.3.5 消力池构造设计 28 7.3.6 海漫设计 28 7.3.7 放冲槽 29 7.3.8 计算堰顶高程29 8.坝体细部构造 .31 8.1 非溢流坝顶构造 31 8.2 溢流坝顶构造 31 9.坝体分缝及止水 .31 9.1 坝体分缝的目的 31 9.2 坝体分缝及止水设计 32 9.2.1 横缝及止水 32 9.2.2 纵缝及止水 33 9.3 廊道系统 33 9.3.1 基础灌浆廊道 33 9.3.2 检查排水廊道 34 9.4 坝体排水 34 10.坝体材料分区 35 11.基础处理 35 11.1 地基开挖与清理 .36 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 3 11.2 固结灌浆 .36 11.3 帷幕灌浆 .37 11.3.1 帷幕的深度设计 .37 11.3.2 帷幕厚度的确定 .37 11.3.3 帷幕伸入到两岸的范围 .38 11.4 坝基排水 .38 参考文献 .40 致 谢 .41 附表 142 附图 143 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 1 高阳镇大坝枢纽的设计 王多平 （甘肃农业大学工学院 08 水利水电工程） 摘要摘要:高阳镇位于湖北省宜昌市兴山县中的南部、长江一支流香溪河中游，属于三峡库区移民搬迁镇。本 设计根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄洪建筑物尺寸；通过分析，对可能的方 案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；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，拟定地基处理方案与坝身构造，进行应力分析，稳定计算，对泄水建筑 物进行设计，选择建筑物的形式，轮廓尺寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行应力，稳定计算；水库正 常蓄水位为 162m，建成后可以提高高阳镇河段的水位，使消落区水位变化产生的一些环境问题得到有 效的改善，并配合一些绿化等综合环境工程措施，该河段逐步形成山清水秀，适于居住、休闲和旅游的 环境，为高阳镇发展商贸旅游经济提供支持。 关关键词键词:高阳镇水利枢纽；重力坝；溢流坝；非溢流坝；应力稳定分析 gao yang town water control project design wang duo ping (gansu agricultural university ，linstitute of water conservation and hydropower engineering，grade 2008,no2008162036) abstract：gaoyang town is located in the city of yichang in hubei province in central of southern china，which reaches of the yangtze river a tributary of the xiang river，the town belongs to the relocation of three gorges area，according to the flood control requirements of the design of reservoirs for flood adjustment calculation to the determine analysis，in the from of hub and outline the size and layout of water control program；the design of the discharge structure，choose the form of buildings，determine the layout of the program，develop the structure in details. the reservoir normal water level is 1 62m. the project will promote the water level of gaoyang town，the fluctuating water level change some of the environmental issues effectively，and it will promote the gaoyang town to be a beautiful town. key words：gaoyang town gravity dam； hydro project deign； calculation of non-spillway 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 2 前沿 高阳镇位于湖北省宜昌市兴山县中的南部、长江一支流香溪河中游，属于三峡库区 移民搬迁镇。该镇处于三峡水库汛期 145m 水位的回水末端，每年经历水位 175m145m175m 的变动，其消落区出露时间长，水位变幅大，消落区污染物滞留累积 并且在高温下会成为细菌、病毒、蚊蝇衍生源，易诱发原有疾病的爆发流行或产生新的 流行性疾病，严重污染当地的居民环境。根据河流规划拟建一座水库，本设计的任务是 进行水库枢纽的的设计。水库正常蓄水位为 162m。建成后可以提高高阳镇河段的水位， 使消落区水位变化产生的一些环境问题得到有效的改善，并配合一些绿化等综合环境工 程措施，使该河段逐步形成山清水秀，适于居住、休闲和旅游的环境，为高阳镇发展商 贸旅游经济提供支持。 高阳镇水利枢纽工程由挡水建筑物和泄水建筑物两部分构成，大坝为混凝土实体重力坝。 大坝坝顶高程为（168.94m，坝顶宽 6m，最大坝高 23.94m） 。 经对所给流域概况，地形地质条件、水文、气候和库区建筑材料进行分析，高阳镇水利 枢纽工程设计报告分 5 部分。 1. 工程等级及建筑物的级别的确定。工程等级及建筑物的级别的确定。分析工程级别的 确定因素，确定本工程等别拟定为等，工程规模为中型，其主要挡水建筑物，泄水 建筑物级别为 3。 2. 水文水利计算。根据适线法、三点法、同倍比放大法，推求出理论频率曲线和典型洪 水过程线。 3. 坝型选择和水利枢纽布置。分析坝址区地形、地址条件和坝址区的建筑材料。综合考 虑坝型确定为实体重力坝。定性分析各种坝的优缺点，选定混凝土重力坝作为本设计 的大坝形式。 4. 水利枢纽布置。对挡水建筑物非溢流坝和溢流坝段的稳定分析，在根据地形地质条件 做出总体布置。 5. 坝基处理方案。根据坝址地质条件，对不同地质条件的坝基，采取相应的处理方案， 最后在进行一些细部构造的处理。 根据李建中.水力学m.陕西科学技术出版社，2002；林继庸.水工建筑物第五 版m.中国水利水电出版社，2010 年 5；祁庆合. 水工建筑物m.北京：中国水利水电 出版社，2004.等教材和参考资料，在老师的精心修改下，最终完成了高阳镇水利枢纽 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 3 工程设计任务 。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 4 1.设计基本资料 1.1. 枢纽任务 高阳镇位于湖北省宜昌市兴山县中的南部、长江一支流香溪河中游，属于三峡库区 移民搬迁镇。该镇处于三峡水库汛期 145m 水位的回水末端，每年经历水位 175m145m175m 的变动，其消落区出露时间长，水位变幅大，消落区污染物滞留累积 并且在高温下会成为细菌、病毒、蚊蝇衍生源，易诱发原有疾病的爆发流行或产生新的 流行性疾病，严重污染当地的居民环境。根据河流规划拟建一座水库，本设计的任务是 进行水库枢纽的的设计。水库正常蓄水位为 162m。建成后可以提高高阳镇河段的水位， 使消落区水位变化产生的一些环境问题得到有效的改善，并配合一些绿化等综合环境工 程措施，使该河段逐步形成山清水秀，适于居住、休闲和旅游的环境，为高阳镇发展商 贸旅游经济提供支持。 1.2. 自然地理与水文气候特征 1.1.1. 流域概况 阳镇位于湖北省宜昌市兴山县中的南部、长江一支流香溪河中游，属于三峡库区移 民搬迁镇。香溪河是长江一级支流，发源于鄂西的大神农架群山中，与长江北岸的西陵 峡口汇入长江。河道全长 103km，流域面积 3102km2，年平均径流量 19.56 亿 m3，入江口 距离重庆市 572km，香溪河两岸青山环绕，四季花果飘香，溪水四季常绿，清澈见底。 本流域大部分为山岭地带，境内山峦叠嶂，沟壑纵横，具有溪河 156 条，人口密度 80 人/km2。地质属于三叠系侏罗系地层组成的单斜构造，地层完整有序，没有大的断 层和地层明显有缺失与重复，构造条件比较简单。 1.2.2 气候特征 香溪河流域属于亚热带大陆性季风气候区， 夏长冬短，四季分明。春季冷暖多变， 雨水多；夏季雨量集中；秋季多阴雨。年平均气温 17.1oc，年平均降雨量 984mm，降雨多 集中在 410 月，约占全年降雨量的 88%。全年总日照数 1577.9h，盛行风向西南，最大 风速 22m/s，24h 最大降雨量为 190.1mm。 1.2.3 水文特征 香溪河是常年径流的河流，但是其枯、洪水位变幅大，汛期最大洪峰流量可达到 2700m3/s，最枯流量仅仅 7.73m3/s。香溪河属于山溪型河流，集中时间短，汇流快，洪峰 持续时间一般在一天左右。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 5 坝址下游约 330m 处有兴山水文站，水文站控制面积 1900，占全流域面积的 61.3%。 因为坝址与站址之间没有支流加入，可直接应用兴山水文站的资料进行坝址设计水位的 计算。今有洪峰流量资料见附表 1，该站典型年年径流量月份分配见附表 2。自 1830 年 兴山水文站有记录以来，1935 年发生的第一次洪水洪峰流量为 2720 m3/s，1945 年发生 的第二次洪水洪峰流量为 2590m3/s，1951 年发生的第三次洪水洪峰流量为 2410 m3/s（作 为最大处理） ，可以为组成不连续序列的资料，推求理论频率曲线参数。 水文站的一次洪水过程，与其控制流域内的降雨强度级降雨历时有关。在兴山水文实 测的洪峰流量序列中，1982 年位于第四，但是洪水总量较大（排位第二） 。从水库安全角 度考虑，选择 1982 年实测洪水过程线作为高阳镇水位调节坝的设计洪水典型。 表表 1-11-1 19821982 年洪水流量过程资料年洪水流量过程资料 时段（小时） 16121824303642 典型洪量（m3/s） 0.75 7.50 52.50 178.50 85.50 57.00 42.90 33.30 时段（小时） 4854606672788490 典型洪量（m3/s） 24.00 19.50 14.25 10.50 7.35 4.95 1.80 0.90 1.3. 地质地貌 坝址区香溪河呈近南北流向，河谷宽 170m，河底高程 145m 左右，左侧稍高，在枯水 期存在河漫滩。地貌上处在不对称的宽谷与“v”字型河谷之间过度型河段，总体左岸稍 陡于右岸。左岸自然边坡的坡度在 35o左右，右岸边坡的坡度在 30o左右。 坝址河段，因岩层走向与河流走向呈斜交，为斜向谷，左岸斜顺向破，右岸属于斜 逆向坡。其岸坡形态，左岸主要受岩层层面的控制，右岸受顺河向反倾长大裂隙的控制。 因而河床基岩顶面的形态，左岸的岩层层面大体一致，右岸与较陡反倾裂隙大体一致， 呈现左缓右陡的不对称形状。河槽最深的部位偏向右岸。 坝址区基岩地层为侏罗纪中统下沙溪庙组（j2x）下部地层，其岩性为黄色灰绿色 中后层石英长石砂岩与紫红色粉质泥岩、粉细砂岩互层。按其抗压强度分为坚硬 半坚硬岩类和软质岩类。 冲积（qa1）层，堆积于香溪河河床，其堆积厚度有左岸向右岸逐渐增厚。在左岸厚 5m 至 15m，河床中部级右岸厚度约为 20m。其岩性为含漂石的砂卵（砾）石，漂石的砂卵 （砾）石成分主要是灰岩、长石石英砂岩。 坝基上部为河床堆积的砂卵（砾）石和左岸人工杂填的砂砾石及泥岩碎块石，前者 厚 520m，后者最大厚度 710m。砂卵（砾）石，除表层外为比较密实，较均一，强度 相对较高；人工杂填土，较松散，强度低不宜作为坝基。下伏基岩，左岸河段以粉砂质 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 6 泥岩为主夹砂岩，右岸河段以石英长石砂岩为主夹粉砂质泥岩，中分化、岩体较完整。 坝基岩（土）体中的河床砂卵（砾）层具有强的透水性；下伏基岩左岸河床段，高 程 117m 至 150m 以上岩体，具有中等透水；右岸河段，在基岩顶以下 45m 属于弱透水。 右岸地基为厚层的石英长石砂岩，稳定，强度高，但右侧高切坡的稳定性是其主要 工程地质问题，边坡开挖设计应重点考虑一组长大的外倾结构面。左岸属于类围岩， 具有成洞条件，进出口地质条件相对较好。 区内地震动峰加速度为 0.03g，相应的地震基本烈度度，地震动反应谱特征周期为 0.35s，本工程不作抗震计算。 1.4. 建筑材料 该地区块石均为厚层灰岩，储存丰富，质量基本满足工程要求，开采条件较好，运 输方便；天然的砂砾石料，因三峡库水淹没或移民工程的开采利用，基本缺乏，可考虑 人工来料。 1.5. 其他 坝址附近的高阳镇处于昭君文化景点集中的区域，规划定位为旅游商贸城，并且作 为县城的交通中转枢纽，所以该区交通便利。区内有水能、矿产、林特、旅游四大自然 资源，且依托四大资源，不断探索将资源优势转变为经济优势的途径，为经济社会进一 步发展奠定了基础。 2.工程等别及建筑物的级别 根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （sl252-2000） ，综合考虑，水库防洪、 治涝、供水等各种效益，本工程等别拟定为等，工程规模为中型，其主要挡水建筑物、 泄水建筑物的级别为 3 级。 表 2-1 水利水电枢纽工程的等别 防洪治涝灌溉供水发电 治涝 面积 灌溉 面积 供水 对象 装机容量 工 程 等 别 工程规模水库总库容 (10 8m3) 保护城镇及 工矿企业的 重要性 保护 农田 (104 亩) (10 4亩)(10 4亩)重要性 (10 4 kw) i 大(1)型 10 特别 重要 500200150 特别 重要 120 大(2)型101.0重要500100206015050重要12030 中型1.00.10中等100306015505中等305 iv 小(1)型0.10.01一般30515350.5一般51 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 7 v 小(2)型0.010.001 9 时，海漫长度计算公式如下 =8.58.98=77.389.8m。 t h) 5 . 125 . 8(lp 下游水深； t h 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 30 所以，海漫长取 76.3m，采用浆砌石衬砌，厚度为 50cm。 7.3.7 放冲槽 在海漫末端欲留足够块径大于 30cm 的石块，当水流冲刷河床，冲刷坑预计的深度逐 渐发展时，预留海漫末端的石块将沿冲刷坑的斜坡陆续滚下，散铺在 冲刷坑上游坡面上， 自动形成护面，使冲刷不在向下游侧扩散。参照以往的设计，防冲槽大多数采用宽浅式， 其深度 t 一般取 1.5-2.5m，取 2m；底宽 b 取 2-3 倍的深度，b=22=4m。 7.3.8 计算堰顶高程 因为堰顶高程取决于上游设计水位和和设计水头由式（7-2）可得到堰上总水头 （7- 3/2 0 2 gmb q h 5） 已知设计流量，及， 当时，流量系数smq/ 9 . 2256 3 1 mb60 s hh ，侧收缩系数与和有关，先假设，自由出流，则将数502 . 0 d mm 0 h9 . 00 . 1 据带入上式 mh07 . 7 81 . 9 2600 . 1502 . 0 9 . 0 9 . 2256 3/2 0 此为的第一次近似值，将和已知的堰流孔数，按半圆形墩头和自由出 0 h 0 h6n 流（） 查得闸墩系数，按照圆弧边墩查得边墩系数，75 . 0 0 h hs 45 . 0 0 70 . 0 k 因为则计算侧收缩系数。707 . 0 10 07 . 7 0 b h （7-nb h n k 0 0 ) 1(2 . 01 6） 93 . 0 106 07 . 7 7 . 045 . 0 ) 16(2 . 01 此为的第二次近似值，用以重新计算，得 0 h mh84 . 6 81 . 9 2600 . 1502 . 0 94 . 0 9 . 2256 3/2 0 （7- g v hhd 2 2 0 0 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 31 7） mhd65 . 6 19 . 0 84 . 6 则堰顶高程=上游水位-=165.35-6.65=158.7m。即，然而，要求 d hmzy 7 . 158 正常蓄水位为 162m，则之间的高差，所以需要修建闸门，为了经济mh3 . 3 7 . 158162 选用平板刚闸门，闸门高预留一定的超高，最终设置闸门高度。mhz5 . 3 2检验在校核情况下是否满足要求。 已知校核流量，及， 当时，流量系数smq/ 5 . 3398 3 2 mb60 s hh ，侧收缩系数与和有关，先假设，自由出流，则将数502 . 0 d mm 0 h9 . 00 . 1 据带入上式 mh29 . 9 81 . 9 2600 . 1502 . 0 9 . 0 5 . 3398 3/2 0 此为的第一次近似值，将和已知的堰流孔数，按半圆形墩头和自由出流 0 h 0 h6n （） 查得闸墩系数，按照圆弧边墩查得边墩系数，75 . 0 0 h hs 45 . 0 0 70 . 0 k 因为则计算侧收缩系数929 . 0 10 29 . 9 0 b h nb h n k 0 0 ) 1(2 . 01 99 . 0 106 929 . 0 7 . 045 . 0 ) 16(2 . 01 此为的第二次近似值，用以重新计算，得 0 h mh29 . 9 81 . 9 2600 . 1502 . 0 99 . 0 5 . 3398 3/2 0 g v hhd 2 2 0 0 mhd94 . 8 354 . 0 29 . 9 则上游水位=堰顶高程+=158.7+8.94=167.64m， d h 可以得到在校核水位下上游水位 z=167.644168.94， 则设计溢流净宽 b=60m，符合要求 8.坝体细部构造 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 32 8.1 非溢流坝顶构造 对于非溢流坝，坝顶高度应高出水库静水位，并考 虑浪高和一定的超高；坝顶宽度不考虑实际的交通要求， 一般不小于 2 米，所以设坝顶宽度设为 6 米，计算得坝 顶高程 168.94 米。波护墙高度设为 1.2m，放浪墙宽度 为 30cm，下游设置防护栏杆就可以了。 。 坝顶路面应有适当的横向坡度，设置相应的排水管， 并将集水引至上游水库或坝体排水管内，引水管出口宜 图 8-1 坝顶细部构造 布置在水位以下，以免污染坝面；坝顶两侧为人行道，宜高出路面 2030cm。坝顶上游 设置防护墙，坝顶下游设置栏杆。具体的布置如图 8-1 所示。 8.2 溢流坝顶构造 溢流坝顶高程为了保证交通的通畅和非溢流坝保持一致。其宽度主要根据坝顶的构造 而定。溢流坝顶主要的构造有交通桥、工作桥、便桥和人行道。但是该坝为调节坝，无 需修建闸门，无需修建闸墩，所以只考虑交通桥。在可能的情况下，可以将工作桥和交 通桥结合使用。上面所有的构造都通过 t 形梁支承在闸墩上，t 形梁要求能够承载上面所 有的荷载。两侧同非溢流坝相同的布置人行道和防护墙和防护栏杆。 9.坝体分缝及止水 9.1 坝体分缝的目的 为了满足施工要求（如混凝土浇筑的能力及施工工期的温度控制）以及为了防止在运 行期间由于温度的变化和地基的不均匀沉降等导致坝体出现裂缝，在坝体内分缝。根据 分缝的布置可以分为横缝和纵缝。 9.2 坝体分缝及止水设计 9.2.1 横缝及止水 横缝有永久缝和临时缝两种，临时缝一般在坝基条件不好的情况下，为了提高坝体的 整体性而设置的。本枢纽坝基条件良好，务须设临时缝。永久缝是为了防止出现由于不 均匀沉降或温度变化而出现裂缝而设置的。 横缝是垂直于坝轴线设置的，将坝体分为若干段。横缝间距一般为 1220 米。本枢纽在 各坝段间均设置横缝。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 33 横缝内需要设置专门的止水。 永久性横缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，不用预留缝宽。 止水片。 第一道止水：一般以紫铜片为材料，厚度 1.01.5mm，距离上游坝面 1m 左右，伸入 混凝土中的长度为 2025cm，具体尺寸参见图 9-1（a） （b） 。 第二道止水：材料为不锈钢片，尺寸和上面一样，距离上一止水 0.8m。 止水片的底部必须与基岩连接好，止水片应埋入基岩内，深度为 3050m，取 50cm， 在基岩内挖方形坑后插入止水片，再回填沥青，如图 9-1(c)所示。 沥青井，是止水的辅助设施，在低坝中可简略，但须确保前面的止水片的止水质量。 排水井，直径 40cm，距第二止水 0.8m，通至廊道。 检查井，会给施工带来极大的不便，不于设置。 由于坝的下游有水，在下游最高尾水位以下的坝面以内也需设置止水，一般只需设置 一道。 图 9-1 止水示意图 9.2.2 纵缝及止水 重力坝纵缝的方向与坝轴线平行。缝面能传递压应力和剪应力，故对临时施工纵缝必 须灌浆以保障坝体的整体工作。 规范中规定，纵缝间距一般为 1530m。拟订设置的 纵缝如图 9-2（a）所示。 由于溢流坝在坝基曲线段附出现拉应力和较大的剪应力，需在此设置永久纵缝，以减 小拉应力和剪应力。纵缝设置在基本三角形的顶点处，即如图 9-2（a）所示的位置。由 于在曲线段，有下泄水流，需在此设置止水。止水设置参见上面横缝的止水设置。 纵缝面应设水平方向键槽，因为键槽承受压力和剪力，所以键槽应有足够的强度，以 免被破坏。一般纵缝键槽为斜三角形，上斜面和第一主应力正交，下斜面和第二主应力 正交。具体的键槽形式如图 9-2（b）所示。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 34 图 9-2 纵缝及键槽示意图 9.3 廊道系统 在混凝土坝中，为了灌浆、排水、观测、检查及交通要求，必须在坝体内设置各种 廊道，这些廊道在坝体内互相连通，构成廊道系统。 9.3.1 基础灌浆廊道 帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力， 保证灌浆质量，并加强坝基接触面上的抗渗和抗剪能力。因此，常需在坝内靠近上游坝 踵处设置一个专门的基础灌浆廊道。其上游距坝面 0.050.1 倍的水头，且不小于 45 米，也不宜距坝踵过远，以免降低较小扬压力的作用。取 l1=（166.45-150） 0.1=1.65m 取 l1 =3m。即在坝踵附近距上游面 3m 出设置灌浆廊道，如图 9-3 所示。 灌浆廊道的断面一般采用上圆下方的城门洞的型式，宽度约为 2.02.5 米。高度为 2.23.5 米，则取宽为 2m，高为 4m。以满足钻孔、灌浆工作空间的需要，具体设计的尺 寸如图 9-4(b)。廊道与基岩应保持一定的距离，而且最好不要小于 1.5 倍的廊道宽度， 取底面距基岩面 4m。在廊道下游侧应能钻孔设排水及扬压力观测孔。基础灌浆廊道是沿 地形向两岸逐渐提高的。两岸斜坡段的坡度不宜大于 4045，以便于转孔、灌浆操 作和搬运操作。灌浆廊道应由设在两岸设置的横向廊道接出坝外。 灌浆廊道兼有排水作用，需要在其上游侧设排水沟、下游侧设坝基排水孔幕及扬压 力观测孔，并在靠近廊道的最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后，井横 向排水管自流或由水泵抽水排至下游坝外。廊道位于左岸的出口高程为 150m，位于右岸 的出口高程为 150m。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 35 图 9-3 坝基灌浆廊道示意图 9.3.2 检查排水廊道 为了便于巡视，常在靠近坝体上游面处每隔 1520m 高程设置一个检查廊道，一般还 兼做排水廊道。该廊道也多用上圆下方的型式，最小宽度为 1.2 米，最小高度为 2.2 米。 照此形式设计如图 11-2 所示。 9.4 坝体排水 在坝体各种接缝面内虽已经设置了止水系统，但渗水仍再所难免。为了减小渗水对坝 体的不利影响，在靠近坝体上游面设排水管幕，排水管用预制多孔混凝土管，坝体排水 管的间距一般为 23 米；管内径为 1220cm,管径太小排水减压效果差，且容易堵塞。 则取管间距 3m，内径 20cm，渗水由排水管进入廊道，然后通过排水沟再由通向下游的排 水管将渗水排出坝外，排水管与廊道的连通采用直通式，所以该重力坝采用坝体排水管。 坝身排水管应该靠近上游面，以便及早排除渗水，但与坝面距离一般不得小于坝前水 深的 1/101/20，以免渗透坡降过大，导致坝面混凝土溶滤破坏。排水管和廊道的连通 形式如图 9-3 所示。 10.坝体材料分区 重力坝的建筑材料主要是混凝土，水工的混凝土要求具有一定的抗渗、抗冻、抗冲 刷、抗侵蚀、低热、抗裂等性能。应符合混凝土重力坝设计规范中的规定。混凝土 的强度随着龄期的增长而增长，因此，在规定设计标号时应同时规定设计龄期。坝体混 凝土的强度一般采用 90 天龄期，对于有其他要求的混凝土的龄期，可根据需要需要确定。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 36 坝体各部位工作条件不同。为了节约和合理利用水泥，通常将坝体混凝土按不同部位 和不同工作条件分区，采用不同标号，一般可分为下列各分区（如图 10-1 所示）： 图 10-1 混凝土分区 区上下游水位以上坝体外部表面混凝土； 区上下游水位变化区的坝体外表面混凝土； 区上下游水位以下坝体外部表面混凝土； 区基础混凝土； 区坝体内部混凝土； 区抗冲刷的混凝土（例如溢流面、泄水孔和闸墩等） 。 选定各区混凝土强度标号，除应满足所在部位的应力要求外，为了防止施工期间发生 温度裂缝，还应减少整个水利枢纽中不同混凝土标号的类别，这样也便于施工。相邻区 的混凝土的强度标号不宜超过两级，以避免引起坝内应力重分布或产生裂缝。分区的厚 度一般不得小于 2 米。 11.基础处理 重力坝的坝基应具有足够的强度和承载能力。但地基总是存在着种种的缺陷，为了 能在具有某些缺陷的的岩基上修建重力坝，应对基岩进行必要的处理，以保证大坝的安 全。 坝基处理的目的在于提高其强度、稳定性、耐久性和抗渗能力，具体的措施通常包括 开挖、清理、灌浆、排水和特殊软弱地带的处理等。 11.1 地基开挖与清理 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 37 坝基的开挖就是把覆盖层缓和风化破碎的岩石、砂卵石层和强风化岩体挖掉，使大坝 直接建筑在坚实的岩石上。重力坝地基的开挖深度，一般应根据岩石强度及完整性，并 结合上部结构对地基的要求来确定。对于本枢纽的低坝(50m)来说，宜挖到弱风化层的 上部的基岩。开挖的边坡必须稳定。各坝段的地基面上下游高差不宜过大。两岸岸坡坝 段的地基开挖面形状，在平行坝轴线方向上，如岸坡平缓则开挖要求与河床坝段相同， 如岸坡较陡，因坝段有侧向稳定的问题，宜开挖成有足够宽度的台阶状。 基岩开挖后，在浇注混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，包括：清除一切松动的岩 块，打掉突出的尖角，基坑中原有的勘探钻井、孔、洞等均应回填封堵。开挖爆破不能 损害设计开挖线以下基岩的质量；当基岩为易风化的岩石，如页岩、粘土岩等时，在设 计开挖线或边线以上宜留有保护层 0.20.3 米，待混凝土浇注时才随挖注浇。 11.2 固结灌浆 固结灌浆的目的是：1，胶结坝基岩石裂隙；2，填实基岩下埋藏的溶洞、溶槽等用 混凝土回填后，其顶部及周围与岩石间裂隙，提高基岩承载能力，减少不均匀沉陷；3， 增强帷幕部位的基岩以提高帷幕灌浆压力；4，固结基岩与坝体混凝土的接触面，提高接 触面抗剪强度。5，断层破碎带及两侧影响带固结灌浆提高其承载能力，减少沉陷。6， 提高基岩的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，提高基岩的抗压、抗剪强度， 降低坝基的渗透性。 固结灌浆一般布置在坝基受力较大的部位和强度较低的部位以及对改善坝体应力有利 的部位。通常以布置在坝趾附近为宜。一方面能加固受力较大的坝趾附近岩体；另一方 面可以改善坝踵应力，使之不出现或少出现拉应力。至于坝踵附近，在帷幕灌浆和防渗 要求允许的情况下，从改善和坝踵应力考虑，以不布置或少布置固结灌浆为宜。 灌浆范围从坝踵上游 0.10.15 倍坝高开始，到坝趾 0.150.2 倍坝高为止。按照该 要求从坝踵前 3m 开始到坝趾下游 4 米结束。灌浆孔常布置成梅花形或井字形。孔距从 1020m 开始，采用内插逐步加密，最终孔距 24 米。孔深一般为 515 米，应根据地 质情况并参照灌浆实验确定。孔径一般为 1538mm。具体尺寸参见图 11-1。 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 38 图 11-1 固结灌浆孔的布置 11.3 帷幕灌浆 帷幕灌浆的重要目的是降低坝底渗透压力，也有利于坝基内产生机械或化学管涌，即 防止基岩裂隙中的填充物被带走或溶滤，减少坝基渗透流量等。帷幕灌浆最常用的是水 泥浆，有时也用化学灌浆。 帷幕灌浆常在灌浆廊道内进行，一般先进行固结灌浆，并利用已浇注混凝土坝块的压 重，采用分级灌注法，即自上而下钻进一段，灌注一段，灌好后再钻深一段，如此继续 加深，直到必要的深度为止。 帷幕灌浆的设计，主要是确定帷幕的深度、厚度、伸入岸坡的范围。 11.3.1 帷幕的深度设计 如果不透水层基岩面不深，则帷幕灌浆应钻灌到不透水层。如果不透水层很深可将帷 幕伸入相对隔水层内 35 米。如果相对隔水层很深，帷幕深度可根据降低渗透压力、防 止管涌等设计要求来确定，一般可在（0.30.7）倍的坝高范围内选择。 由于枢纽处主要岩层为为侏罗纪中统下沙溪庙组（j2x）下部地层，其岩性为黄色灰绿色 中后层石英长石砂岩与紫红色粉质泥岩、粉细砂岩互层。按其抗压强度分为坚硬 半坚硬岩类和软质岩类。确定灌浆深度在，mhh 7 . 162 . 794.237 . 03 . 0)7 . 03 . 0(）（ 所以，取 h=15m 的深度。 11.3.2 帷幕厚度的确定 对于中低坝只需设置一排的帷幕灌浆就可以了，则对一排的灌浆来说其厚度 l4=(0.70.8)c （11-1） 王多平：高阳镇大坝枢纽的设计 39 式中：c孔距，一般为 1.54 米，最好由现场实验确定，此处取 3 米 则厚度为l4=0.7c=0.73=2.1m 11.3.3 帷幕伸入到两岸的范围 防渗帷幕伸入岸坡的范围、深度及帷幕轴线的方向，应根据工程地质、水文地质条件 确定，并应与河床部位的帷幕保持连续。当不透水层或相对不透水层距地面不远时，帷 幕可与不透水层或相对不透水层衔接。当帷幕需要深入很长才能和不透水层或相对不透 水层相衔接时，可以伸到原来地下水位线与最高库水位的交点。 11.4 坝基排水 帷幕灌浆不能完全截断渗流。为了进一步的降低坝底渗透压力，常要设置坝基排水设 施。 坝基排水设施一般包括：排水孔和坝基面排水。一般在帷幕灌浆完成以后，在灌浆廊 道内钻设排水管，形成排水管幕。排水管距帷幕孔的距离不小于 2 米。必须注意排水孔 不得穿过帷幕，一般略向下游倾斜，与帷幕成 1015交角。排水孔距为 23 米，拟 订为 3 米。孔径为 100150mm，不宜过小以防堵塞，拟订 150mm。空深为帷幕深的 4060%，高中坝的孔深不宜小于 10 米，拟订 50%21.6=10.8 米。排水孔通过坝内预埋 钢管引至廊道边沟内，汇入集水井。 对能充分利用排水作用的基础，除设一道主排水外，对于