毕业论文-E江水利枢纽工程设计说明书及计算书.doc

E江水利枢纽工程设计说明书目录1 工程概况11.1 工程概况11.2 设计任务简述21.3 工程特性表22 设计基本资料52.1流域概况52.2气候特性52.3 水文特性62.4 工程地质72.5 建筑材料102.6 经济资料133 工程等别及建筑物级别143.1 工程等级143.2 建筑物级别143.3 永久性水工建筑物洪水标准144 调洪演算154.1 设计洪水与校核洪水154.2 调洪演算与方案选择155 坝型选择及枢纽布置185.1 坝址及坝型选择185.2 枢纽组成建筑物185.3 枢纽总体布置186第一主要建筑物大坝设计206.1 土石坝坝型选择206.2大坝轮廓尺寸的拟定216.3 土料设计236.4 渗流计算256.5 稳定分析计算296.6 基础处理306.7 细部构造设计317 泄水建筑物设计337.1 泄水方案选择337.2 隧洞选线与布置337.3 隧洞的体型设计337.4隧洞的水力计算347.5隧洞的细部构造377.6 放空洞设计388 水土保持及环境影响分析398.1 主要环境影响398.2 环境保护措施398.3 综合分析结论409施工导流419.1 施工导流方式419.2施工控制性进度41总结42致谢42参考文献42附录42计算书43摘要适当修建大坝可以实现一个流域地区发电、防洪、灌溉的综合效益E江位于我国西南部地区，通过对其地形地质、水文资料、气候特征的分析，结合当地的建筑材料，设计适合的枢纽工程来帮助流域地区实现很好的经济效益。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；详细作出大坝设计，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，进行水力、静力计算；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，进行水力、静力计算。水库建成后，可建装机容量约为24MW的水电站，多年平均发电量可达1.05亿度；可增加灌溉面积约10万亩；水库配合下游河道整治等措施，可以很大程度的减轻洪水对下游城镇、厂矿、农村、公路、铁路以及旅游景点的威胁；可为发展养殖创造有利条件。关键字：坝型选择 枢纽布置 大坝设计 基础处理SummaryProper construction of the dam can implement a comprehensive benefits of watershed areas of power generation, flood control, irrigation e River is located in southwestern region of China, by its topographic analysis of geological, hydrological data, climate, local building materials, designed to fit the project to help watershed areas to achieve good economic efficiency. According to flood control requirements, on reservoir for flood regulation calculation, determines dam top elevation and the flood buildings size; through analysis, on May of programme for comparison, determines hub composition buildings of forms, and outlines size and the project layout programme; detailed made dam design, through comparison, determines dam of basic profile and outlines size, developed Foundation processing programme and dam body constructed, for hydraulic, and static force calculation; on discharge buildings for design, select buildings of forms, and outlines size, determines layout programme, Elaboration of detail structure, hydraulic, static calculations.After being completed, is able to build capacity around the 24MW hydropower station, multi-annual average generating capacity of up to 105 million; to increase the irrigation area is about 100,000 acres; lower reservoirs combined with measures such as treatment, can greatly alleviate flooding downstream towns, factories, rural areas, highways, railways and tourist attractions of the threat can create favourable conditions for the development of aquaculture.Key words: dam dam design for project layout of type selection for Foundation treatment 1 工程概况1.1 工程概况E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域集雨面积2558km2，最大年降水量为1213mm，最小年降水量617mm，多年平均降水量为905mm。正常蓄水位2821.4m, 死水位2796.0m ，正常蓄水位时，水库面积为15.6 km2。根据E江河流规划，拟建一水电站，坝址以上集雨面积780 km2，设计装机24MW，多年平均发电量为1.05亿度，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。增加保灌面积10万亩，可减轻洪水对下游两岸的威胁，安全泄量应控制在Q900 m3/s以内。本工程同时兼有发电、灌溉、防洪、渔业等综合利用。1.1.1 发电水电站装机容量为24MW，多年平均发电量为1.05亿度。电站装机3台8MW机组。正常蓄水位2821.4m，死水位2796.0m，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。厂房型式为引水式厂房，厂房面积尺寸为32m13 m，发电机层高程：2760m，尾水管度高程：2748m，厂房顶高程：2772m。副厂房平面尺寸36m6 m。开关站尺寸为30m20 m。1.1.2 灌溉工程建成后将增加保灌面积10万亩。1.1.3 防洪为了减轻洪水对下游城镇、厂房和农村的威胁，根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900 m3/s。1.1.4 渔业正常蓄水位时，水库面积为15.16km2，为发展养鱼及其水产养殖创造了有利条件。1.1.5其它引水隧洞进口底高程2789m，出口高程2752.3m；引水隧洞直径4m，压力钢管直径2.3m，调压井直径12.0m；放空洞直径2.5m，可放空库水位至2770.00m。1.2 设计任务简述（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄水建筑物尺寸。（2）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景方案。（3）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，进行水力、静力计算。（4）对泄洪隧洞进行设计；选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，进行水力、静力计算。1.3 工程特性表表1-1 工 程 特 性 表序号项 目 名 称单 位数 值备 注一水文特性1坝址以上流域面积km27802多年平均流量m3/s3代表性流量4P=0.05%洪峰流量m3/s23205P=1%洪峰流量m3/s16806P=2%洪峰流量m3/s14207P=10%洪峰流量m3/s10408多年平均含沙量kg/ m30.5二水库特性1校核洪水位（P=0.05%）m2824.162设计洪水位（P=1%）m2822.993正常蓄水位m2821.44汛期限制水位2821.45死水位2796.06库容系数%7设计洪水位时最大下泄流量m3/s5848校核洪水位时最大下泄流量m3/s687三水能特性及电站指标1电站下游最高尾水位m2755.182电站下游正常尾水位m2752.23电站最大水头m4电站平均水头m5电站最小水头m6装机容量MW247电站设计流量m3/s44.18多年平均发电量亿千瓦时1.059装机利用小时小时4375续上表 工 程 特 性 表分类项目名称单位数值备 注四淹没指标1淹没耕地亩2迁移人口人3房屋间五主要建筑物1大坝坝型：粘土斜心墙坝坝顶高程m2826.7最大坝高m79坝顶长度m444.2风浪墙高m122泄洪方式：隧洞泄洪隧洞型式城门洞型进口堰顶高程m2812隧洞断面(进口)m2815.09隧洞断面(中部)m2811长度m3厂房地面式主厂房面积m23213副厂房m23664升压站m23020六水电站主要设备1水轮机台3单机容量kw84212发电机台3单机容量kw80003主变压器142 设计基本资料2.1流域概况E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域面积2558km2，在坝址以上流域面积为780 km2。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区性河流。地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，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。全区农田面积占总面积的20%，林木面积约占全区面积的30%，其种类有松、杉等，其余为荒山及草皮覆盖。2.2气候特性2.2.1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-53，发生在1月份。月平均气温统计表见表2，各月平均温度日数见表3。表2-1 月平均气温统计表（）123456789101112平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表2-2 平 均 温 度 日 数月份日数平均温度123456789101112061.20.3000000003.10302526.830.7303130313130313027.9300000000000002.2.2湿度本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年4月特别干燥，其相对湿度在51%73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786%。2.2.3降水量最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降水量为905mm，各月降雨天数见表4。表2-3 各月降雨日数统计表月份日数平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4风力及风向一般14月份风力较大，实测最大风速为19.1m/s，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15km。2.3 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径流。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，直到次年五月。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700m3/s，而最小流量为0.5 m3/s。2.3.1年日常径流坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录，经延长后有22年水文列，多年平均流量为17 m3/s。2.3.2洪峰流量经频率分析，求得不同频率的洪峰流量见表5，各月不同频率洪峰流量见表6。表2-4 不同频率洪峰流量表（m3/s）频 率0.05%1%2%5%10%流量（m3/s）23201680142011801040表2-5 各月不同频率洪峰流量（m3/s）月频率1234567891011121%4619121960012401550121067039023372%3617111553011201360109060031023335%23149114208501100830480250162810%19117937076098072041021015232.3.3固体径流E江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5kg/ m3。枯水极少，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。2.4 工程地质2.4.1水库地质库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。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岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万m3。2.4.2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，两边高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：（1）玄武岩：一般为深灰色、灰色，含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉，石英脉等贯穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层。但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成份为绿泥石、石英、方解石等。由于玄武岩成份不甚一致，风化程度不同，力学性质亦不同。可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩，其物理力学性质见表7、表8。渗透性：经试验得出k值为4.147.36米/昼夜。表2-6 坝基岩石物理力学试验表岩石名称比重Gs容重kn/m3建议采用抗压强度Mpa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.25060火山角砾岩2.9028.735120软弱玄武岩2.8527.01020坚硬玄武岩2.9629.2100160多气孔玄武岩2.8527.870180表2-7 全风化玄武岩物理力学试验表天然含水量w%干容重Kn/m3比重Gs液限WL塑限WF塑性指数Wn压缩系数浸水固结块剪00.5cm3/kn34cm3/kn内磨擦角凝紧力kpa2.516.32.9747.332.2616.90.05970.015123.3824.0（2）火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215cm，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至350Mpa。（3）凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物；遇水崩解，透水性很小。（4）河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32m，一般为20 m左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100mm，砾石直径一般为210mm；砂粒直径0.050.2mm；细小颗粒小于0.1mm。河床冲积层剪力试验成果见表9。表2-8 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号项目计算值容重(控制)kN/m3含水量(控制)三轴剪力(快剪)应 变(浸水固结快剪)内摩擦角凝聚力kPa内摩擦角凝聚力kPa含粒中的量砾细石次 数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小 值平均值37320.148备注三轴剪刀土样系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样的容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数K值为310-2cm/s110-2cm/s。（5）坡积层：在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运后，形成粘土与碎石的混合物质。2.4.3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育，可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距密者0.5m即有一条，疏者35m即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。2.4.4水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.011(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩的存在，使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层。渗透问题也不存在。2.4.5地震烈度本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间磨擦系数取0.65。2.5 建筑材料1、料场位置和储量根据坝区地形、地质剖面图以及地质勘测资料分析。河床部位冲积层主要为碎石和砾石，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。碎砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩石占极少数，沿河谷内分布，坝基附近最大冲积层厚度为30多m，一般为20m左右，靠岸边厚度逐渐减少。在坝址上下游各有四个砂砾料料场，储量比较丰富，总量达1850万m3。粘性土料料场上游有三个，下游有二个，有一定储量，总量为190万m3。料场离坝址均在2km左右。坝址上下游均有石料场(坚硬玄武岩)，离坝址较近，开采条件较好。2、物理力学性质：（1）土料：土料料场的物理力学性质见表10表13。（2）石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件好E江水利枢纽工程设计说明书及计算书表2-9 粘土的物理力学性质料场名称物 理 性 质渗透系数（10-6cm/s）力 学 性 质化学性自然含水量（%）自然容重比重孔隙率孔隙比稠 度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数（cm2/kg）有机含量灼热法（%）可溶盐含量（%）湿干流限（%）塑限（%）塑性指数砾砂粘土最大干密度（g/cm3）最优含水量（%）内摩擦角（o）凝聚力KPa（KN/m3）粗中细粉2mm2-0.5mm0. 5-0.05mm05-0.005mm0.005mm1#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.03949.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.08061表2-10 砂砾石的颗粒级配直径颗粒含量%料场300100(mm)10060(mm)6020(mm)202.5(mm)2.51.2(mm)1.20.6(mm)0.60.3(mm)0.30.15(mm)0.15(mm)1#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表2-11砂砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重（KN/m3）18.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率（%）32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱颗粒（%）2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.010-2cm/s左右。最大孔隙率0.44,最小孔隙率0.27。表2-12各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上34o3035o5035o102#上35o0037o1036o003#上34o4036o4035o404#上35o1037o4036o301#下34o1036o3035o202#下35o2038o0036o403#下34o3037o1035o504#下36o0038o2037o102.6 经济资料2.6.1库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、玉米等。库内尚未发现有价值可开采的矿产，淹没情况见表14。表2-13各高程淹没情况高 程 （米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002.6.2交通运输坝址下游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。3 工程等别及建筑物级别3.1 工程等级根据水利部发布的水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000的规定，综合考虑水库总库容，防洪效益，灌溉面积，电站装机容量，工程规模等控制。E江水利枢纽工程正常库容4.2亿m3，总库容4.4亿m3，属大（2）型，工程等别为等工程。3.2 建筑物级别水库库容属大（2）型,工程等别为等工程,主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。3.3 永久性水工建筑物洪水标准根据永久性水工建筑物级别为等工程，其洪水标准为：正常运用(设计)洪水重现期100年；非常运用(校核)洪水重现期2000年。4 调洪演算4.1 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。根据表5不同频率洪峰流量表及洪水标准，设计洪峰流量Q设=1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校= 2320m3/s（P=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水单位过程线进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线分别见附图1、2。具体计算见计算书一 设计洪水、校核洪水过程线推求计算表。4.2 调洪演算与方案选择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，并考虑与施工导流洞结合。水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄洪量等于来水流量，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。2、防洪限制水位的选择根据枢纽任务要求，取防洪限制水位与正常蓄水位相等。这是防洪库容与兴利库容完全不结合的情况。因为山区河流特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都预留一定的防洪库容是必要的。3、调洪演算设计、校核洪水过程线推求：本设计拟定四组方案进行比较，调洪演算成果见表15，具体演算过程见计算书二 调洪演算计算表。表4-1 设计、校核洪水调洪演算计算成果表方案孔口尺寸工况Q(m3/s)V(106m3)上游水位Z(m)超高Z(m)单宽流量Q/B1H=2811mB=7m设计校核583.0677.0420.34443.042822.972824.161.572.7683.396.72H=2812mB=7m设计校核529.0618.0424.60448.082823.192824.431.793.0375.688.33H=2812mB=8m设计校核584.0687.0420.55442.762822.982824.151.582.7573.085.94H=2813mB=8m设计校核528.0624.0425.02448.192823.212824.431.813.0366.078.0注：发电引水流量Q=44.1m3/s，与总泄流量相比较小，调洪演算时没有考虑这部分的影响，仅作为安全储备，Z为正常蓄水位以上超高。4、方案选择以上方案均能满足泄流量Q900m3/s的要求，同时考虑上游水位限制水位（按照库区淹没情况考虑，选定为2825m，因为超高2825m后，淹没损失为快速增加）。从这个角度上看四种方案都是可行的，因而方案的选择主要通过技术经济比较选定（这里只作定性分析），同时考虑与导流洞结合的问题。一般说来Z大，坝增高，大坝工程量加大；B大则增加隧洞的开挖及其他工程量；而Q/B越大消能越困难，衬砌要求也高。（1）第一、三两种方案比较：两者的Z、Q基本相同，第一方案的Q/B比第三方案大13%，第一方案的B比第三方案小13%，经综合考虑将第一种方案排除在外。（2）第二、四两种方案比较，两者的Z、Q基本相同，第二方案的Q/B比第四方案大13%，第二方案的B比第四方案小13%，同上所述考虑将第二种方案排除在外。（3）剩下的第三、四两种方案比较，两者的B相同，第三方案的Q/B比第四方案大10%，第三方案的Z比第四方案小9%。第三方案的水头较小，可降低闸门及启闭设备的造价，而且淹没损失及坝体工程量比第四方案小。经综合分析考虑，采用第三种方案，即堰顶高程H=2812m，溢流孔口净宽B=8m。该方案设计水位2822.98m，设计泄洪量584m3/s；校核水位2824.15m，校核泄洪量687.0m3/s。5 坝型选择及枢纽布置5.1 坝址及坝型选择1、坝址选择经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，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，河床覆盖层厚平均为20m，河床中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十条的破碎带，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好(对土石坝而言)。-剖面除与-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，若将坝建于此坝基及绕坝渗流可能较大，进行地基处理则工程量太大，综合考虑以上因素，坝轴线选在-处。2、坝型选择所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性强，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可行的。较高的混凝土重力坝也要求建在岩石地基上。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。5.2 枢纽组成建筑物1、挡水建筑物：土石坝。2、泄水建筑物：包括泄洪隧洞和放空洞，均与导流隧洞综合。3、水电站建筑物：包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。5.3 枢纽总体布置1、挡水建筑物土石坝，按直线布置在河湾地段，-坝址处。2、泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利。考虑到引水发电洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减少泄洪时影响发电，进出口相距80100m以上。3、水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房旁边。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置见附图3枢纽平面布置图。6第一主要建筑物大坝设计6.1 土石坝坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。本次设计只作定性分析确定土石坝坝型选择。均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，雨冬季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝（经探时坝址附近可筑坝的土料只有190万m3，远远不能满足要求），故而均质坝方案不可行。堆石坝坝坡较陡，工程量减小。堆石坝施工干扰相对较小。坝址附近有坚硬玄武岩石料场一处，储量达450万m3，开采条件较好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。但由于河床地质条件较差，冲积层最大达32m，平均也有20m，作堆石坝可能导致大量开挖，此方案也不予考虑。塑性斜墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝。塑性心墙坝（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝剖面的中部做心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适用不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳砂砾料同时上升，施工干扰大、工期长。从筑坝材料来看，由于坝址上下游5km内有可供筑坝的土料190万m3作为防渗体之用，又有1250万m3的砂砾料作坝壳，心墙坝和斜墙坝都是可行的。本地区为地震区，基本烈度为7度，从抗震性能及适应不均匀变形来看宜采用心墙坝；从施工及气候条件来看宜采用斜墙坝。由于本地区粘性土料自然含水量较高，不宜大量采用粘性土料，以薄心墙、薄斜墙较有利，又因坝基条件复杂、处理工程量大、工期长，以采用斜墙为宜。经综合考虑斜墙坝与心墙坝各自的优缺点，拟采用斜心墙坝。斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优点：斜心墙有足够的斜度，坝壳对心墙的拱效应作用减弱；斜心墙对下游支承棱体的沉降不如斜墙那样敏感，斜心墙应力状态较好，因而最终选择斜心墙坝方案。6.2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、防渗体及排水设备等。1、坝顶宽度根据交通要求及施工条件、防汛抢险的需要及以往工程的统计资料，本设计坝顶宽度采用10m。2、坝坡与戗道根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）有关规定，上游坡率取2.5，下游每隔25m左右变坡一次，变坡处设马道，坡率自下而上依次为2.75、2.50、2.25。设置马道有利坝坡稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素马道宽度取2.0m。3、坝顶高程坝顶高程分别按设计和校核两种情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值，坝顶高程计算成果见表16，具体计算详见计算书三坝顶高程计算书。坝顶高程由设计情况控制，设计坝顶高程取2828.8 m。表6-1 坝顶高程计算成果表序号计算情况计算项目设计情况校核情况备注1上游静水位（m）2822.982824.152河底高程（m）275027503坝前水深H(m)72.9874.154吹程D（km）15155风向与坝轴线夹角()20206风速V(m)28.6519.107平均波高h m (m)1480968平均波长Lm（m）4562959护坡糙率系数090910上游平均坝坡系数27327311风浪引起坝前壅高e(m)0.0400212平均波浪沿坝坡爬高(m)25516513设计波浪沿坝坡爬高(m)56936814安全超高A(m)1.00.5015坝项高程加风浪墙高(m)28297128283416坝项高程加0.4%沉陷再加风浪墙高 (m)283001282864其中风浪墙高1.2m4、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。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1.0m为原则。下游校核洪水时下游水位2755.06m，最后取为2756.06m。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。5、防渗体（1）坝的防渗体：坝防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防止开裂等要求为原则，并满足稳定的要求。斜心墙顶高程以设计水位加0.6m超高并高于校核洪水位的原则，最后取2826.50m，上留有2.30m的保护层。坝的防渗体为粘土斜心墙，其顶部最小厚度取5m（满足规范要求的3m以上机械化施工要求）；底部最小厚度根据粘土的允许渗透坡降确定，本设计允许渗透坡降取J=5，承受最大水头74.15m，斜墙底厚需大于14.83m，本设计取斜心墙上游坡为1:0.6，下游坡为1:0.2，底宽34.6m满足规范要求。（2）坝基防渗体：河床中部采用混凝土防渗墙，两岸因施工施工不便及冲积层逐渐减薄的改用粘土截水墙，根据混凝土防渗墙的强度和防渗、耐久性要求，墙厚度取0.9m。防渗墙插入斜心墙的深度按1/10坝高取为7.5m，渗径长度为15.9m，另根据上下游水位差68.15m需要的渗径长度为L=68.15/5=13.63m也满足。防渗墙位置在心墙底面中心偏上，底部嵌入岩基0.5m。岸坡截水墙底厚度按承受最大水头及粘土允许坡降J=5取用，沿岸坡厚度逐渐变化，大坝剖面图见附图4、5、6。6.3 土料设计筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法以及工程造价有关，按照坝体内材料分区尽量简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。1、粘性土料设计（1）计算公式。粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验，求得最大干容重、最优含水量(一般采用25击，其击实功能为86.3tm/m3)。最优含水量确定原则以使土样最优含水量接近其塑限含