土石坝课程设计--水利枢纽工程设计.doc

e 江 水 利 土 石 坝 枢 纽 工 程 设 计 - 59 -毕业设计说明及计算书设计题目 e 江水利枢纽工程设计 专业年级 水利水电建筑工程2010级 学 号 ahg2010068 姓 名 冶 贵 荣 指导老师 沈 长 松 评阅老师 继续教育学院2012年4月目录设计说明书第一部分 综合说明51、设计资料51.1、工程枢纽概况51.2、枢纽任务61.3、工程地质概况81.3.1、水库地质：81.3.2、坝址地质：82、气象特性92.1、气温：92.2、湿度：102.3、降雨量：102.4、风力及风向：112.5、水文特性：112.6、建筑材料132.6.1、各料场的位置与储量见坝区地形图。132.6.2、物理学性质土料132.7、经济资料132.7.1、库区经济132.7.2、对外交通情况14第二部分：主要建筑物143 设计数据143.1、工程等级:143.2、其他建筑物153.3、枢纽组成建筑物154、筑坝材料165、枢纽布置175.1、工程等别及建筑物级别175.1.1、水库枢纽建筑物组成186、工程规模186.1、各效益指标等别186.2、水库枢纽等级18第三部分：坝型比选197 各组成建筑物的选择197.1. 挡水建筑物型式的选择197.1.1、重力坝方案197.1.2拱坝方案197.1.3土石坝方案207.1.4 泄水建筑物型式的选择208 其它建筑型式的选择208.1、灌溉引水建筑物208.2、水电站建筑物208.3过坝建筑物218.4施工导流洞及水库放空洞218.5、 枢纽总体布置方案的确定219 土坝设计229.1 坝型选择229.1.1. 均质坝249.1.2.、多种土质坝249.1.3、 斜墙坝259.1.4、心墙坝2510、大坝轮廓尺寸的拟定25101、坝顶宽度2610.2、坝坡与戗道2610.3、坡顶高程2610.6、坝基防渗体3111、设计洪水与校核洪水31设计计算书第四部分:调洪演算3212、调洪演算与方案选择3212.1、泄洪方式及水库运用方式3212.2、防洪限制水位的选择3312.3、调洪演算3312.4、方案选择3413 渗流计算3413.1、渗流计算的基本假定3413.2、渗流分析的方法3513.3、计算断面及公式3615、坝坡稳定计算3616、材料及构造设计3716.1、 防渗体设计3716.1.1、. 防渗体尺寸3716.2.2、防渗体保护层3816.3、坝体排水设计3816.3.1、反滤层和过滤层3916.4、护坡设计4116.5、排水沟尺寸及材料4317、地基处理及坝体与岸坡的连接4417.1、地基处理4417.2、坝体与地基的连接4517.3、坝体与岸坡的连接45第五部分：第二主要建筑物设计4518、溢洪道设计4518.1、溢洪道路线选择和平面位置的确定4618.2、孔口尺寸设计4818.3、控制段4918.4、泄 槽4918.5、出口消能5019、水力计算5019.1、基本计算5019.2、基本计算公式5019.3、鼻坎型式5019.4、水舌挑射距离计算5120、衬砌及细部构造设计5220.1、坝的防渗体，排水设备5220.2、反滤层设计5320.3、护坡设计5320.4、坝顶布置5421、地基处理及防渗5421.1、渗流控制方案5520.2、防渗墙的型式、材料及布置。5520.3、坝肩处理56总结56致谢56参考文献57设计说明书一 基本资料及数据设计第一部分 综合说明1、设计资料1.1、工程枢纽概况e江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122km，流域面积2558km；在坝址以上流域面积为780km。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错期间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大，冲击层较厚，两岸有崩塌现象本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20%，林木面积约占全区的30%，其种类有松、衫等。其余为黄山及草皮覆盖。因此，有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水资源。1.2、枢纽任务枢纽主要任务是以灌溉发电为主，并结合防洪，养鱼及供水等任务进行开发。初步规划，灌溉方面：本工程灌溉面积为10万亩（高程在102m以上），发电方面：装机容量24kw。发电量为1.05亿度。防洪方面：可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁。根据防洪要求，设计洪水时控制最大泄流流量不超过900 m3/s。渔业方面：正常蓄水位时，水库面积为15.16km，为发展养殖业创造了有力的条件。其它方面：引水隧道进水口底高程为2789.00m，出口底高程为2752.30m，引水隧洞直径为4m，压力钢管直径为2.3m，调压井直径为12.0m；防空洞直径为2.5m。可防空水位芷水位2770.00m项目参数项目参数基本资料枢纽任务防洪 发电 灌溉水库容积特性死库容100106m3上游集雨面积780km2兴利库容288106m3年降雨量905mm调洪库容38106m3年平均气温12.8坝底高程2750.00m月平均流量174m3/s电站厂房布置方式坝后引水式年输沙量33000m3取水方式单管多机有压引水最大风速及吹程19.1m/s，15km发电机高程2760m岩性玄武岩尾水管底高程2748m地震烈度7度厂房顶高程2772m该坝设有泄洪洞、放空洞连同引水发电隧洞布置于右岸凸出的山梁里面，详见枢纽平面布置图。该枢纽平面布置图如下图所示：1.3、工程地质概况1.3.1、水库地质：库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾石与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍塌是不可避免的。经过勘测，估计可能塌方量约为300万立方，在考虑水库淤积问题时作为参考。1.3.2、坝址地质：坝址位于e江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。 坝址区地层以玄武岩为主，兼有少量火山角砾石和凝岩灰穿过，由于玄武岩成分不一致分化程度不同，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全分化玄武岩等，其物理性质见下表 表6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重（knm）建议采用抗压强度（mpa)半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.250-60火山角砾石2.928.735-120软弱玄武岩2.852710-120坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180全风化玄武岩物理力学性质实验表天然含水率w（%干容重（knm）比重液限wl塑限wp塑限指数ip压缩系数a侵水固结块剪0-0.5（mkn106-63-4（mkn106-6内摩擦角 凝聚力（kpa） 2.516.32.9747.332.2616.95.971.5123.38242、气象特性2.1、气温：年平均气温约为12.8，最高气温为30.5，发生在7月份，最低气温-5.3，发生在一月份，各月平均气温见表1，平均温度的天数见表2表2平均温度日数 月份日数平均温度123456789101112061.20.3000000003.10-302526.830.7303130313130313027.9300000000000002.2、湿度：本地区气候特征是冬干夏湿，每年十一月至次年和四月特别干燥，其相对湿度为51-73%之间，夏雨因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67-86%2.3、降雨量：最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降雨量为905mm，各月降雨数见表3 表3各月降雨日数统计表 月份日数平均降雨量1234567891011125mm2.62.24.34.278.611.58.59.69.54.84.35-10mm0.30.20.21.422.42.72.72.62.40.80.110-30mm0.10.10.70.52.34.64.93.82.21.30.60.130mm0000000000002.4、风力及风向：一般1-4月风量较大，实测最大风速为19.1m每秒相当于8级风力，风向为西北偏西，水库吹成为15km2.5、水文特性：e江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节江流。根据实测短期水文气象资料研究一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。 e江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦具有山区河流的特性，实测最大流量为700立方米每秒， 年日常径流:坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17立方米每秒， 洪峰流量:经频率分析，求的不同平率的洪峰流量如表4，各月不同平率的洪峰流量见表5 表4不同平率的洪峰流量频率0.05%1%2%5%10%流量（ms）23201680142011801040表5不同平率的洪峰流量见 月份频率1234567891011121%4619121960012401550121067039028372%3617111553011201360109060031023335%23149114208501100830480250162810%1911793707609807204102101523 固体径流：e江为山区性河流，含沙大小均岁降水强度量的大小而变化，平均年含沙量为0.5kg每立方，枯水极少，河水清澈见底，初不估算30年后坝前淤积高程为2765m。2.6、建筑材料2.6.1、各料场的位置与储量见坝区地形图。由于和谷内地地形平坦，采用尚方便。2.6.2、物理学性质土料见表9-表12，石料：坚硬的玄武岩可作为堆石坝石料，储量较为丰富，在坝址附近有石料场一处， 覆盖层浅，开采条件较好。2.7、经济资料2.7.1、库区经济 流域都为农业人口，多种植稻米、玉米等。库区内尚未发现有价值可采的矿石，表13 各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002.7.2、对外交通情况坝址下游120km处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20km。因此交通尚称方便。第二部分：主要建筑物3 设计数据3.1、工程等级:工程的灌溉面积为10万亩,装机容量24mw ,多年平均发电量1,05亿度。 根据sdj12-78水利水电工程枢纽等级划分及设计标准综合考虑水库总库容防洪效益、灌溉面积、电站装机容量，工程规模由库容（正常蓄水位时3.54亿m，永久性水工建筑物的洪水标准：永久性挡水建筑和泄水建筑物正常洪水（设计时）的重现期为100年，非常运用洪水（校核时）的重理期为200年；水电站厂房正常与非正常运用洪水标准分别为50年500年；临时性水工建筑物采用洪水标准为2030年。本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量取100年一遇，即q设1680m3/s，（p1%），校核洪峰流量取2000年一遇，即q校2320m3/s，（p0.05%）。采用以洪峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线。3.2、其他建筑物主要建筑物：挡水坝，溢洪道，电站厂房。次要建筑物：筏道，导流洞（后改为泻洪洞）。该水库正常蓄水位为2821.40m，汛前限制水位取与正常蓄水位相等，死水位为2796.0m，设计洪水位为2821.72m，校洪水位为2823.08m。死库容为1亿m3，兴利库容为2.88亿m3，调洪库容为0.38亿m3。3.3 枢纽组成建筑物3.3.1大坝：布置在1坝轴线上；3.3.2溢洪道：堰顶高程为107.50m；3.3.3水电站：装机容量为9000千瓦，三台机组，厂房尺寸为309平方米；3.3.4灌溉：主要灌溉区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15 m/s，相应最大渠道水深1.75m，渠底宽为3.5m，渠道边坡1：13.3.5水库放空遂洞：为便于检修大坝和其他建筑物，拟利用导流遂洞做放空洞，洞底高程为70.0m，洞直径为3.5m；3.3.6筏道：为干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为3030m。4、 筑坝材料：枢纽大坝采用当地材料筑坝，根据初步勘察，土料可才用坝轴线下游1.53.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用、。砂料可在坝轴线下游13公里河滩范围内及平山河出口出两岸河滩开采。石料可利用采石场开采，采石场可利用坝22下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量较好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。4.1 土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下游1.53.0公里丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用。起性能见附表1；4.2 砂土：从坝下游0.53.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见附表2；4.3 石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，便于开采，其性能见附表3。附表1 土料特性表土壤类别干容重（kn/m）最优含水率（%）空隙率n（%）内摩擦角粘着力（kp）渗透系数k（cm/s）粘土15.42540183037110壤土15.814.541.7234112110坡土16.022.539.822（湿）33（干）7.5（湿）110附表2 砂土特性表土壤类别干容重（kn/m）空隙率n（%）内摩擦角渗透系数k（cm/s）浮容重（kn/m）砂土1640.63011010.06附表3 石料特性表干容重（kn/m）空隙率n（%）内摩擦角1.83.3385 枢纽布置5.1 工程等别及建筑物级别5.1.1. 水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。6 工程规模 根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准以及该工程的一些指标确定工程规模如下：6.1、各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩，属等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9mw，小于10mw，属等工程；根据总库容为2.00亿m3，在101.0亿m3，属等工程。6.2、水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为等工程。6.3水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物第三部分：坝型比选。7 各组成建筑物的选择7.1. 挡水建筑物型式的选择 在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。7.1.1、重力坝方案 从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.55.0m，五通砂岩厚达3080m，若建重力坝清基开挖量大，目前c城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。7.1.2拱坝方案 修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成s形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“u”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。7.1.3土石坝方案 土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。7.1.4 泄水建筑物型式的选择 土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。8 其它建筑型式的选择8.1、灌溉引水建筑物采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡11。8.2、水电站建筑物 因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。8.3过坝建筑物 主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为3020m2，上游坡不陡于14，下游坡不陡于13。8.4施工导流洞及水库放空洞 施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m。8.5、 枢纽总体布置方案的确定挡水建筑物土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在图纸上。坝址选择经过比较先择地形图所示河湾地段作为坝址，并选择、两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近，从地质剖面图上可以看出：剖面，河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十要的破碎带，其余为坚硬的玄武岩，地质构造总体良好（对土石坝而言），剖面降与剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武岩破碎带纵横交错，若将坝建于此，则绕坝渗流可能较大，进行地基处理则工程量太大，综合考虑以上因素，坝轴线选择处。9 土坝设计9.1 坝型选择影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.53.5公里的丘陵与平原地区的土料，且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游13公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料利用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩、质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。9.1.1. 均质坝 坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。9.1.2.、多种土质坝 该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。9.1.3、 斜墙坝 斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。 9.1.4、心墙坝 心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。综合以上分析，最终选择心墙坝。10、大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。101、坝顶宽度坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据以往工程经验的统计资料，坝高h在30100m的范围内时，坝顶的宽度最小取h/10，并水小于5m。最终本设计的坝顶宽度取为10m。10.2、坝坡与戗道土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、远用情况、地基条件、施工方法及坝型等因供素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。根据规范规定与实际结合，上游上部坡率取2.5，下部取3.0，下游自上而下分别取2.2，2.5，下游每25m变坡一次。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.52m宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，考虑这些因素其宽度取为2.0m。10.3、坡顶高程坝顶高程分别按设计工况、校核工况及正常加震情况下的三种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取量大值，同时并保留一定的沉降值。坝顶高程在水库正常运用和非常运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值d按下式而定：d=hb+e+a式中hb波浪沿着坝坡的爬高（m）；e坝前库水因风浪引起的壅高；a安全加高（m），根据坝的等级及运用情况按下表选用土坝坝顶的安全起高值运用情况坝的级别iiiiiiiv、v正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3e=0.036（vf）2dcos/h（cm）式中vf为风速（m/s）d为库面吹程（km），d12km；风向与坝轴线方向所成的夹角，25；h为坝前的水深（m）；波浪的爬高可按下述公式计算：hb3.2k（2h1）tan式中：h1为波高；k为坝坡的粗糙系数，块石取k0.750.8，混凝土板取k0.91.0；为上游的坝面坡角，arctan（1/2.5）21.8，2h1=0.0166vf（5/4）d（1/3）vf当计算为设计工况时，风速取多年平均最大风速的1.5倍；当计算为校核工况时，风速取多年平均最大风速。结果取两者之大者，并预留一定的沉降值。结果见下表，设计竣工时坝顶高程为2825m。坡顶高程计算成果表计算项目 计算情况设计情况校核情况上游静水位（m）2821.722823.08河地变程（m）2750坝前水深h（m）71.7273.08吹程d（km）12风向与坝轴线夹角25风浪引起坝前高e（m）0.00630.0062风速v（m/s）1515波高2h（m）1.1221.122护坡粗糙系数0.78上游坝面坡角21.8波浪沿坝坡爬高（m）1.1201.120安全超高a（m）1.00.5坝顶高程（m）2823.852824.71坝顶高程加0.4%沉陷（m）2824.152825, 式中：波浪在坝坡上的最大爬高，m； 最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m； =0.01m; 安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表1-1确定。坝前水域平均水深，粗略估计为50m；综合摩阻系数，其值变化在（612）之间，计算时一般取;b风向与水域中线的夹角，（）；计算风速和水库吹程； 表1-1 安全加高 （单位：m）运用情况坝的级别1级2级3级4、5级正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.310.4、坝体排水本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜，它可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，下游校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2754.88m最后取2756.0m参考以往工程，堆石棱体内坡取1：1.5，外坡取1：2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。10.5、大坝防渗体大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。（1）坝体的防渗坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面要求。该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，本设计允许渗透坡降j5，上游校核洪水时承受的最大水头为73.08m，墙的厚度b73.08/514.616m。参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5m（满足大于3m机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1：0.41：1.0之间，根据第十一届国际大坝会议上瑞典和南斯拉夫等论文介绍，斜心墙的上游坡度为1：0.41：0.6之间较好，最后本设计取为1：0.6，下游坡度取为1：0.2，底宽取34.93m，大于14.616m。粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为2823.1m，墙顶的上部预留有1.9m的保护层，并将粘土斜心墙稍斜向上游。10.6、坝基防渗体河床中部采用沥青混凝土防渗墙，两岸坡同样用混凝土防渗墙，厚度取0.8m（由强度和防渗条件定），防渗墙伸入心墙的长度由接触面允许渗透坡降而定。上下游最大水头差为67.9m（正常水位时），取j5.0，则l67.9/513.58m，设计伸入7.5m。这样接触面长度为27.5+0.815.8m，防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上，岸坡混凝土防渗墙底厚沿岸坡，逐渐变化，大坝的剖面图如下图所示：11、设计洪水与校核洪水本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量取100年一遇，即q设1680m3/s，（p1%），校核洪峰流量取2000年一遇，即q校2320m3/s，（p0.05%）。采用以洪峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线。设计计算书第四部分:调洪演算12、调洪演算与方案选择12.1、泄洪方式及水库运用方式本枢纽拦河大坝初定为土石坝，需另设坝外泄水建筑物。由于坝址两岸山坡陡峻，如采取开敞溢洪道的方案，可能造成开挖量太大而不经济，因而采用隧洞泄洪，并考虑与施工导流结合。水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来水流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。12.2、防洪限制水位的选择防洪限制水位取与正常水位重合，这是防洪库容与兴利库容全不结合的情况，因为山区河流特点是爆涨爆落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都须留一定的防洪库容是必要的。12.3、调洪演算本设计拟订四组方案进行比较，调洪演算成果见下表调洪演算成果表方案孔口尺寸工况qm3/sv(106m3)上游水位z超高z一z=2810mb=7m设计5653982821.721.62校核6694202823.082.98二z=2809mb=7m设计6483982821.721.62校核7404182822.912.81三z=2810mb=8m设计6533972821.61.5校核7504132822.772.67四z=2811mb=8m设计6003992821.871.77校核6984212823.13.0012.4、方案选择以上方案均能满足泄流量q900m3/s，上游水位最高z k=1.35。2级水工建筑物正常运行情况下=。因而该假定的滑动坡面是稳定的。（此处须 了解原因）16、材料及构造设计16.1、 防渗体设计16.1.1、. 防渗体尺寸土质防渗体的尺寸应满足控制防渗比降和渗流量要求,还要便于施工。防渗体顶部考虑机械化施工的要求,取3.5m,土斜墙上下游坡度取1:0.3，。上下游最大作用水头差，h=113.50-62.50=51.00（下游无水工况），根据规定，粘土心墙的容许渗透坡降j不宜大于4，这里取j=4，故墙厚t=h/j=51.00/4=12.75m。心墙底宽为3.5+（51.00+0.5）0.32=34.4m12.75m.，满足要求。防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况心墙为0.3-0.6m，取0.5m，最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50=113.60m。（在非常运用情况下，不应低于该工况下的最高水位）16.2.2、防渗体保护层心墙顶部以及心墙的上游侧均应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或者碎石，其厚度不小于该地区的冻结或干燥深度，此处取1.0m，上部碎石厚0.50m，下部砾石石厚0.50m。心墙上游保护层应分层碾压填筑，达到和坝体相同的标准。其外坡坡度应按稳定计算确定，使保护层不至沿斜墙面或连同心墙一起滑动。具体见坝顶构造。16.3、坝体排水设计16.3.1、排水设施选择常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水。贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不选用。棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用，且易于检修，是效果较好的一种排水形式坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。综合以上分析选择棱体排水方式。2.堆石棱体排水尺寸顶宽2.0m，内坡1：1.5，外坡1：2.0，顶部最高水位须高出下游最高水位对1、2级坝不小于1.0m，通过校核洪水位113.50m，假设相应下游最高洪水位为75.00m，超高取1.5m，所以顶部高程为75.00+1.5=76.5m。16.3.1、反滤层和过滤层设计规范及标准保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按下述准则选用，同时要求两者的不均匀系数及不大于58，级配曲线形状最好相似。 式中：反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%； 被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的15%及85%。 上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。按次标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。2）保护粘性土料 粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。满足被保护粘性土的细粒不会流失 根据被保护土的小于0.075mm含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm的颗粒时，则取其小于5mm的级配确定小于0.075mm的颗粒含量百分数及计算粒径。如被保护土不含有大于5mm的颗粒时，则按全料确定小于0.0075mm的颗粒含量百分数及。a.对于小于0.075mm的颗粒含量大于85%的粘性土，按式.设计反滤层，当，取等于0.2mm 。b.对于小于0.075mm的颗粒含量为40%85%的粘性土按式.设计反滤层。c.对于小于0.075mm的颗粒含量为15%39%的粘性土按式设计反滤层。式中，为小于0.075mm时颗粒含量1%。若，应取0.7mm。满足排水要求 以上三种土还应符合式，以满足排水要求。式中应为被保护粘性土全料的，若时不小于0.1mm 。 3）护坡垫层 垫层料的粒径不能过大，而且含有适量的细料。本坝属于中坝，取最大粒径为80-100mm,粒径小于5mm的颗粒含量宜选为30%-50%， 同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。.， .。 2.设计结果由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配情况，这里无法用计算方法进行反滤层的设计，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟结果如下：16.4、护坡设计1.上游护坡：采用目前最常用的浆砌石护坡。护坡范围从坝顶一直到坝脚，厚度为40cm，下部设厚度均为30cm的碎石和粗沙垫层。见图：2.下游护坡：下游设厚度为40cm的碎石护坡，护坡下面设厚度为40cm的粗沙垫层。见图：(5)顶部构造1.坝顶宽度对中低坝可取5-10m，此处取b=7.0m2.防浪墙采用c15水泥浆砌快石放浪墙，高为1.2m，基本尺寸见图，墙身每隔15m布置一道设有止水的沉陷缝，墙顶设有高2.8m的灯柱。3.坝顶盖面(6)马道和坝顶，坝面排水设计1.马道：第一级马道高层为82.50m，第二级马道高层为102.50m，马道宽为2.0m。2.坝顶排水：坝顶设有防浪墙，为了便于排水，把顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为3%，将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。3.坝面排水（1）布置在下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。沿坝轴线每隔200m设置1条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水工自坝顶直至棱体排水处的排水沟，再排至坝址排水沟。纵横排水沟互相连通，横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两侧倾斜，坡度取0.2%，以便将雨水排向横向排水沟。坝体与岸坡连接处应设计排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。16.5、排水沟尺寸及材料1）尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20-40cm，具体的尺寸见图。2）材料：排水沟通常采用浆砌石或混凝土预制块。综合考虑选用浆砌石块石。见图17、地基处理及坝体与岸坡的连接 结合本坝坝基情况，从坝轴线剖面图可知，地基处理如下：17.1、地基处理 （1） 河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，且钻1处岩芯获得率都比较高。吸水量也较低，故只需清除覆盖层即