毕业设计（论文）-E江水利枢纽设计.doc

河海大学函授本科河海大学函授本科 20152015 级级 毕业设计计算书毕业设计计算书 设计题目设计题目: : E 江水利枢纽设计 专业年级专业年级: : 河海水工 2015 级 学学 号号: : 指导老师指导老师: : 福建水利电力职业技术学院继教中心 2017 年 3 月 目目 录录 - 2 - 1 调洪演算 .1 1.1 泄洪能力 .1 1.2 调洪演算 .1 2 大坝轮廓尺寸的拟定 .3 2.1 坝顶高程计算 .3 2.2 坝顶宽度 .5 2.3 坝坡与马道 .6 2.4 坝体排水 .6 2.5 大坝防渗体 .6 3 土料设计 .8 3.1 粘性土料设计 .8 3.2 坝壳砂砾料设计 .10 4 渗流计算 .12 4.1 计算方法 .12 4.2 计算断面及计算情况的选择 .14 4.3 计算结果 .14 4.4 渗透稳定验算 .15 5 稳定计算 .16 5.1 计算方法 .16 5.2 上下游坝坡折线滑动法计算 .16 5.3 稳定成果分析 .16 6 基础处理部分 .18 6.1 河床部分 .18 6.2 坝肩处理 .18 7 细部构造设计 .20 7.1 坝的防渗体，排水设备 .20 7.2 反滤层设计 .20 7.3 护坡设计 .20 7.4 坝顶布置 .21 8 隧洞的体型设计 .22 8.1 进口建筑物 .22 8.2 洞身断面型式和尺寸 .23 8.3 出口消能段 .23 9 隧洞的水力计算 .24 9.3 计算工况 .24 9.4 平洞段底坡的确定 .24 9.5 洞内水面曲线 .24 9.6 出口消能验算 .25 10 隧洞的细部构造 .27 10.1 洞身衬砌.27 10.2 衬砌分缝、止水 .27 10.3 灌浆 .27 10.4 排水 .27 10.5 掺气槽 .27 10.6 锚筋加固 .27 1 1 1、调洪演算、调洪演算 1.11.1 泄洪能力泄洪能力 本次根据确定的泄洪方式，进行泄流能力分析，根据无压隧洞自由计算 其过流能力，泄流公式按下式计算。 3 2 0 Hg2mbQ = m自由出流系数，取 0.485； b溢流孔宽； H0H0=H+v2/2g，H堰上水头，考虑上游堰前水域开阔，取 H0=H。 E 江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线见表 1-1。 E E 江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线表江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线表 表 1-1 堰顶水头 H(m) b=6m 泄流量 (m3/s) 堰顶水头 H(m) b=7m 泄流量 (m3/s) 堰顶水头 H(m) b=8m 泄流量 (m3/s) 1.0 12.91.0 15.01.0 17.2 3.0 67.03.0 78.13.0 89.3 5.0 144.15.0 168.15.0 192.1 7.0 238.77.0 278.57.0 318.3 9.0 348.09.0 406.09.0 464.0 11.4 496.111.4 578.811.4 661.5 13.0 604.213.0 704.913.0 805.6 15.0 748.815.0 873.615.0 998.4 17.0 903.517.0 1054.117.0 1204.6 20.0 1152.920.0 1345.020.0 1537.2 1.21.2 调洪演算调洪演算 根据地形和地质资料泄洪洞布置时进口地高程为可取 2800m，而水库汛 限水位取等于正常蓄水位为 2820.50m，因此需要确定泄洪洞进口堰顶高程， 以满足泄洪洞产生无压过流以、工程经济性和下游防洪限制泄量的要求，本 2 设计拟订五组方案进行比较，调洪演算成果见表 1-2。 调洪演算成果表调洪演算成果表 表 1-2 方案 堰顶高程 z（m） 洞宽 B（m） 工况 下泄流量 Q（m3/s） 库容 V（万 m3） 库水位 Z（m） 设计672.6411232822.60 一2810m7m 校核753.7432162823.58 设计1040.4394752821.85 二2805m7m 校核1114.2412002822.63 设计1089.2415662822.80 三2810m6m 校核1650.7438912823.90 设计905.5398482822.02 四2805m6m 校核978.4418392822.93 设计752.2407042822.41 五2810m8m 校核837.4426932823.33 3 2 2 大坝轮廓尺寸的拟定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。 2.12.1 坝顶高程计算坝顶高程计算 根据碾压式土石坝设计规范 （SL2742001） （以下简称“规范” ）规 定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位 加正常运用条件下的坝顶超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算， 因该地区地震烈度为 7，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再 加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，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 y 按下式计算： AeRy+= 式中： R最大波浪在坝坡上的爬高，m； e最大风壅水面高度，m； A安全加高，m；根据坝的等级，设计运用条件时取 1.0m，非常运用 条件是取 0.5m； 根据“规范” ，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：正常运用条件 下为多年平均最大风速的 1.6 倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速， 根据气象资料统计，E 江水库多年平均最大风速为 15.0m/s，最大吹程为 12km。 平均波高及平均波长按下式计算： ) W gH (7 . 0th13 . 0 ) W gD (0018 . 0 th) W gH (7 . 0th13 . 0 W gh 7 . 0 2 m 45 . 0 2 7 . 0 2 m 2 m = 4 5 . 0 mm h438 . 4 T= 2 Tg L 2 m m = 式中： hm平均波高，m； Tm平均周期，s； W计算风速，m/s； D风区长度，m； Hm水域平均水深，m； g重力加速度，取 9.81m/s； Lm平均波长，m。 平均波浪爬高 Rm 参照“规范”附录 A.1.12 计算，初步拟定水库大坝上 游坝坡为 m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录 A.1.12 式计算： m L m h m w KK m R 2 1 式中： k斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定 k=0.75； kw经验系数，由风速 W、坡前水深 H、重力加速度 g 所组成的无维 量，查表 A.1.12-2 得设计条件：kw=1.00；校核条件：kw =1.00； gH/W m斜坡的坡度系数。 最大波浪在坝坡上的爬高设计值 R 按 2 级土石坝取累积概率 P=1%爬高值 R1%计算。根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率 P=1%的经 验系数 kp 值为 2.23。 风浪壅高按下式计算： cos 2 m 2 gH DKW e 式中： 5 K综合摩阻系数，计算时一般采用 K=3.610-6； 风向与水域中线的夹角； 其他符号同前。 根据以上公式及参数，坝顶超高计算成果见表 2-1。 坝顶超高计算成果表坝顶超高计算成果表 表 2-1 工 况 水位 (m) 设计 风速 (m/s) 平均 波长 (m) 平均 波高 (m) 平均波 浪爬高 (m) 风浪壅 高 （m） 设计 爬高 (m) 安全 加高 (m) 坝顶 超高 (m) 设计 (P=1%) 2822.41 24.07.570.250.380.032 0.851.01.88 校核 (P=0.05%) 2823.33 15.0 11.810.380.590.012 1.320.51.84 由于水库所在地区地震基本烈度 7，按水工建筑物抗震设计规范 （SL293-97） ，水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地 震区的地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，一般涌浪高度为 0.5m1.5m，该水库地震涌浪高度取用 1.0m，不考虑地震作用的附加沉陷计 算。 根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001）第 5.3.3 条规定，坝顶 高程分别按以下运用情况计算，取其最大值： （1）设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：2822.41+1.882824.29m； （2）正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：2821.4+1.88=2823.28m； （3）校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：2823.33+1.84=2825.17m； （4）正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高： 2821.4+1.84+1.0=2824.24m。 经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为 2825.17m，取 2825.2m。 6 2.22.2 坝顶宽度坝顶宽度 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“规范”规定，坝顶无特殊要求时， 高坝的顶部宽度可选用 1015m，中低坝可选用 510m。该水库挡水大坝坝 基高程为 2750，根据计算坝高为 75.2m，大于 70m，属高坝，故综合各方面 因素可取该土石坝坝顶宽度为 10m。 2.32.3 坝坡与马道坝坡与马道 土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、 施工方法及坝型等因素。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，上游坝坡上部取 2.5，下部取 3.0，下游自 上而下均取 2.5，下游在 2800m、2775m 高程处各变坡一次。 在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置 1.52宽的马道以使汇集坝 面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等 各方面因素其宽度取为 2.0。 2.42.4 坝体排水坝体排水 由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较适宜，另外采用棱 体排水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，校核洪水时下游水 位可由坝址流量水位曲线查得为 2755.22m，最后取棱体顶面高程为 2756.3m，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。 2.52.5 大坝防渗体大坝防渗体 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。 7 （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、稳定等方面的要求。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定，本设计允许渗透坡 降J=5，上游校核洪水时承受的最大水头为 73.33，墙的厚度 B73.33/5=14.666.参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为 5（满足大于 3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，有资料研究认为，斜心墙向上游倾斜的坡度为 1:0.251:0.75 时较好，本次设计取为 1:0.4，下游坡度取为 1:0.2，粘土 斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高 0.60.8m）并高于校核 洪水位为原则，最终取其墙顶高程为 2823.4，经计算底宽为 19.68,大 于 14.666.墙顶的上部留有 1.8m 的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜。 （2）坝基防渗 由坝址处地质剖面图，可知该坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基防渗措 施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等措施。 从材料来看由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽，又 根据碾压式土石坝设计规范 （SL274-2001） ，80m 以内的砂砾石地基可采 用混凝土防渗墙，由坝址处地质破面图，该坝基河槽段砂砾石最大层厚为 32m，因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙，根据水工建筑物 教材，厚度取 0.8m，防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于 1/10 倍坝高，本 次设计取 7.5m，防渗墙布置在心墙底面中部偏上，根据“规范”规定墙体底 部应深入岩基 0.51.0m，本次设计取 0.5m，岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸 坡逐渐变化。 8 9 3 3 土料设计土料设计 筑坝土料的实际与土坝结构设计、施工方案以及工程造价有关，一般力 求坝体内材料分区简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是 确定粘壤土的填筑干容重、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。 3.13.1 粘性土料设计粘性土料设计 粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最 优含水量（一般采用 25 击，其击实功能为 86.3tm/m3） 。由于最优含水量 随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压 实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝 经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含 水量控制2%3%。 根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重 max 和 平均最优含水量 w0。 设计干容重 d 为： md= max 式中： d 设计干容重， （/3） ； 在相应击实功能下的平均最大干容重， （/3） ； max 施工条件系数（或称压实系数） 。对于 1、2 级高坝，的值采 用 0.960.99 之间，三四级坝或低坝可采用 0.930.96，本设计取 =0.98。 粘性土的填筑含水量为： =PP 式中： 10 P土的塑限； P土的塑性指数； B稠度系数，对高坝可取-0.10.1 之间，低坝可取 0.10.2 之间， 本设计取 B=0.07。 设计最优含水量为： 00 WW 用下述公式计算最大干容重作为校核参考： = max r sW s va 1 )1 ( 式中： s土粒的比重； va压实土的含气量，粘土可取 0.05，砂质粘土取 0.04，壤土可取 0.03，本设计取为 0.05。 运用下式作校核： d1.021.12(d) 0 式中： (d) 0土料场的自然干容重； 对 1、2 级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工 碾压参数。 粘性土料设计成果表粘性土料设计成果表 表 3-1 料 场 1 # 下 2 # 下 1 # 上 2 # 上 3 # 下 比重s 2.672.672.652.742.7 最优含水量 22.0721.0222.323.816.9 设计干密度(g/cm3)1.61.651.561.541.8 塑限含水量 wp 1.5681.6171.52881.50921.764 填筑含水量 w 21.7820.6823.2824.6619.02 自然含水量% 21.7821.7922.3023.7218.88 塑性指数 24.824.225.626.315.9 11 料 场 1 # 下 2 # 下 1 # 上 2 # 上 3 # 下 孔隙此 e 19.4621.724.5723.514 湿密度 (g/cm3)0.7030.6510.7330.8160.531 浮密度 (g/cm3)35.71636.84835.61737.30035.068 内摩擦角 0.9811.0110.9520.9581.111 粘聚力(kpa)24.67 25.50 23.17 21.5 28 渗透系数 k（10- 6cm/s） 4.3174.81.93.963.0 土料的选用为：已经探明上下游共有 5 个粘土料场，总储量为 190 万 m3，因地理位置不同，各料场的物理性质、力学性质、和化学性质也存在一 定的差异，土料的采用以“近而好”为原则。根据上述土料物理力学性质从 渗透系数的角度来看均满足规范要求，因为根据筑坝材料的填筑标准规定， 渗透系数一般对均质坝不大于 1 10-4cm3/s，对心墙或斜墙不大于 1 10- 5cm3/s。1#下和 3#下料场的塑性指数小于 20，从压的角度宜采用 1#下和 3# 下料场的粘土料，所以可将 1#下和 3#下料场作为主料场，其余几个料场作 为辅助料场。 3.23.2 坝壳砂砾料设计坝壳砂砾料设计 坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下： ，或 1 1 min max e e Dr d d r rrr rrr D )( )( minmax maxmin 式中： emax最大孔隙比， emax=； 1/ min rs emin最小孔隙比，emin=； 1/ max rs e 填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e= ； 1/ d rs 沙粒比重； s 最大干容重，由试验求得； max r 最小干容重，由试验求得； min r 12 填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。 d r 非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求 Dr 不小于 0.70； 对于砂砾石，则依坝的级别而定，1、2、3 级坝 Dr 不小于 0.75，4、5 级坝 不小于 0.70。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重 rd=17.2KN/m3。 砂砾料的设计成果见表 3-2。 砂砾料设计成果表砂砾料设计成果表 表 3-2 料场4 # 上 1 # 上 2 # 下 3 # 下 不均匀系数 43454534 大于 5mm 砾石含量% 45484642 比重s 0.752.752.752.73 设计干容重 ra 1.86591.86591.86591.8524 设计孔隙比 e 0.47380.47380.47380.4738 保持含水量% 5555 湿容重 ru 1.961.961.961.95 浮容重 r 1.191.191.191.174 内摩檫角3630351035203640 粘聚力 0000 渗透系数 10-2cm/s 2222 砂砾料的选用为：除 3#下料场的不均匀系数不满足要求外（30） ， 其余几个料场，渗透系数、砾石含量、不均匀系数能满足要求，故而都可作 为筑坝的砂砾料。施工时可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下 游测，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出 4#上、1# 下料场级配较好，物理力学指标也较高，应优先采用。 砂砾料场上、下游共 8 处，总量为 1850 万立方米，大坝工程在 400 万 立方米左右。用两个料场可能数量不足，可以 1#上、2#下料场砂砾料作为辅 助之用。 13 4 4 渗流计算渗流计算 土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和 布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗 漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的 可能性，以便取适合的控制措施。 4.14.1 计算方法计算方法 选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将 坝体分为若干段，如图 4-1。应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定 任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等，计算简图如图 4-2、4-3、4-4。 图图4-14-1 大坝纵断面地质剖面图大坝纵断面地质剖面图 图图4-24-2 I-II-I断面图断面图 14 图图 4-34-3 II-IIII-II 断面图断面图 图图 4-44-4 III-IIIIII-III 断面图断面图 通过防渗体流量： T D THK B HHk q )( sin2 )( 112 2 1 2 1 通过防渗体后渗流量： T TL THK L THk q T 44 . 0 )( 2 )( 11 1 2 1 2 11 2 其中： K防渗体渗透系数，； , s/m10317 . 4 -8 H上游水深； H1逸出水深； B防渗体有效厚度； 防渗体等效和倾角； K2混凝土防渗墙渗透系数，1.51011 m/s； 15 T1下游水深； T冲积层厚度，取最大值 35m； D防渗墙厚度； K1防渗体后渗透系数，210-4m/s； KT冲积层渗透系数，210-4m/s； 假设： 不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用； 由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与 下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度； 对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落 差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下 0 游 水位为零。 由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线 末端即为坝趾。 4.24.2 计算断面及计算情况的选择计算断面及计算情况的选择 对河床中间断面 I-I 及左右对称的两典型断面 II-II、III-III 进行渗 流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水的工况进行。 4.34.3 计算结果计算结果 渗流计算结果见表 4-1。 渗流计算成果表渗流计算成果表 表 4-1 计算情况 计算项目 正常蓄水位设计洪水位 - 71.472.6 -34.0 35.2 上游水深 H（m） -32.0 33.2 - 2.205.06 -00 下游水深 t(m) -00 16 计算情况 计算项目 正常蓄水位设计洪水位 - 2.21085.0648 -0.1659 0.1718 逸出水深 H1(m) -0.1625 0.1687 - 9.309.58 -3.033.25 渗流量 q（10-4M3/s.m） -2.752.96 总渗流量 Q（万 m3/d） 1.387 1.442 4.44.4 渗透稳定验算渗透稳定验算 斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗 透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面 按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。 渗透坡降的计算公式： B H J 式中： 上游水深减逸出水深； 防渗体的平均厚度. 计算成果见表 4-2： 各种工况渗流逸出点坡降各种工况渗流逸出点坡降 表 4-2 填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为 510，故而认为渗透坡降 满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。 断 面 计算情况正常设计正常设计正常设计 坡 降 J 6.046.094.074.263.924.11 17 5 5 稳定计算稳定计算 5.15.1 计算方法计算方法 按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。 心（斜心）墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.部分浸水的非粘土坝 坡，由于水位上下的土料容重不同，有水时、C 值也有所降低，此时坝坡失 稳时最可能的滑动面近乎折线。 在滑动面上抗剪强度的发挥是一样的，安全系数的表示方式为 ； ； ； c K tg tg )( 1 1 c K tg tg )( 2 2 c K tg tg )( 3 3 式中： 1、 2、 3 为实验得到的抗剪强度指标。 5.25.2 上下游坝坡折线滑动法计算上下游坝坡折线滑动法计算 上下游坝坡稳定计算成果见表 5-1。 大坝上下游坝坡稳定计算成果表大坝上下游坝坡稳定计算成果表 表 5-1 5.35.3 稳定成果分析稳定成果分析 根据计算成果表可看出大坝上下游坡稳定均满足规范要求，由于上游坝 坡较缓，稳定渗流期以及库水位降低期，不考虑地震时，Kmin=1.42，考虑 地震时，Kmin=1.26；下游坡情况也类似，正常情况 Kmin=1.58，非常情况 Kmin1.52，坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程 量.鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡， 部 位 计算工况 上游水位 （m） 下游水位 （m） 最小安全系 数（Kmin） 规范值 施工期 1/3 坝高 27752752.201.431.35 稳定渗流期 2821.42755.061.421.35 水位降落期 2823.5827961.391.25 上 游 坡 正常蓄水位+地震 2821.42752.201.261.15 稳定渗流期（正常） 2821.42752.201.581.35 稳定渗流期（设计） 2822.602755.061.581.35 稳定渗流期（校核） 2823.582755.221.521.25 下 游 坡 正常蓄水位+地震 2821.42752.201.411.15 19 维持原拟订的剖面。 20 6 6 基础处理部分基础处理部分 6.16.1 河床部分河床部分 （1）渗流控制方案 条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（1015m 以下）时， 可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深 20m，最大达 35m，施工比较困难而不予采用。又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困 难，造价也高。帷幕灌浆在此地存在可灌性问题。混凝土防渗墙方案，施工 快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这 种方案。按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为 0.8m。 防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部与斜心墙连接。由于防渗 墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉 陷而导致裂缝。为此防渗墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入 斜心墙深厚度已经确定为 7.5m，底部深入基岩 0.5m，尖劈顶宽 0.25 宽，详 见构造设计。 （2）防渗墙的型式、材料及布置 根据以往经验，对于透水层厚度为 3060m 的情况，采用槽板式混凝土 防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。 混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵 蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有 良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象，而且能在水下施工。 防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度 看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心位置。 6.26.2 坝肩处理坝肩处理 坝肩两岸为覆盖层及全风化岩石，深约 20m，性质较差，为良好的透水 料，底部为半风化岩石，性质良好，但由于节理的作用，透水性也较强。针 对以上情况作以下处理，设置混凝土防渗墙至半风化岩基，与河床部分防渗 21 墙相连，并在墙下设置灌浆孔，详见细部构造设计图。 22 7 7 细部构造设计细部构造设计 7.17.1 坝的防渗体，排水设备坝的防渗体，排水设备 坝体防渗体内斜心墙，斜心墙上下游设置反滤层；坝基防渗体为防渗墙 和粘土截水墙；坝体排水为棱体排水。在排水体与坝体、坝基之间设置反滤 层；下游马道设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝 坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造 设计图。 7.27.2 反滤层设计反滤层设计 （1）设计标准 对于被保护土的第一层反滤料，考虑安全系数为 1.52.0，按太沙基准 确定，即 54/ 5/ 8515 1515 dD dD 式中,D15 为滤料粒径，小于该粒经土占总土重的 15%，d85 为被保护土 粒径，小于该粒径的土占总土重的 85%，d15 为保护土粒径，小于该粒径的 土占总土重的 15%。 第二层反滤料的选择也按上述办法进行。 按此标准天然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。 （2）设计结果 设计结果见表 7-1。 反滤层设计成果表反滤层设计成果表 表 7-1 7.37.3 护坡设计护坡设计 上游护坡用于砌石因其抵御风浪的能力较强，下游坝面直接铺上 20cm 的碎石作为护坡。上游护坡由至坝顶做至死水位以下（加设计浪高） ，为方 第一层 第二层 层数 部位 D50(mm) 厚度 hc () D50(mm) 厚度 hc () 防渗体周边部位 0.1201.030 排水部位 25209060 23 便起见做至 2795.0m 高程，见细部构造设计图。 7.47.4 坝顶布置坝顶布置 坝顶设置泥结石路面，坝顶向下游设 1%横坡以便汇集雨水，并设置纵向 排水沟，经坡面排水排至下游，坝顶设置栏杆以策安全，见细部构造详图。 24 8 8 隧洞的体型设计隧洞的体型设计 8.18.1 进口建筑物进口建筑物 由于进口岸坡地质条件较差，覆盖层较厚，因而采用塔式进口，塔顶设 置操作平台。 （1）进口喇叭口 平面上不扩散，而立面上洞顶以椭圆方程连接。 1 2 0 2 2 2 b y L x 式中： L渐变段的长度； b0进口洞顶到隧洞顶的高程差。 由规范可知 L 取隧洞本身段宽度的 23 倍，结合本工程 L 取 16 米，b0 取 4 米，最后椭圆方程为： 1 416 2 2 2 2 yx 进口堰面曲线，采用 WES-型堰面曲线，方程： yHx d 85 . 0 85 . 1 0 . 2 为不影响泄流能力，堰高取 10m； 定型设计水头： 95.11 100 88 HH maxd = 取。 m58.13Hd= 所以曲线方程为： 。 85 . 1 85 . 0 x 95.112 1 y = 进口上游段为椭圆曲线： 1 )( 2 2 2 2 d d d bH ybH aH x 25 a=0.280.30，取；，取 b=0.1695。 30 . 0 a a b a 387 . 0 所以椭圆曲线方程为： 1 03 . 2 )y03 . 2 ( 59 . 3 x 2 2 2 2 = - + （2）闸门型式及尺寸 工作及检修闸门均采用平板门，设在进口处，闸门宽 7m，高为 12.5m（正常水位减堰顶高程加浪高） 。 8.28.2 洞身断面型式和尺寸洞身断面型式和尺寸 根据以往工程经验，本无压隧洞采用门洞型断面。 调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸 7m15.5m（为保证无压泄流，由校 核洪水位减堰顶高程加相应浪高而得，13.58+1.84=15.42m,取 15.5m） ，由于 水流经堰顶马上跌落，所拟洞宽不变，而高度则以斜段为 1:1 坡按 cos450 折减，则洞身尺寸为 7m 11.0m。具体通过水面典线计算以后确定。进口以后 与斜洞连接，根据以往经验以 1:1 坡度连接，反弧段以 60.0m 半径圆弧相连 接，见隧洞纵剖面布置图。 8.38.3 出口消能段出口消能段 隧洞出口高程定为 2750.0m，由于下游出口离电站和大坝较远，较大的 冲坑不致影响大坝及电站的安全，且地质条件容许，因此采用挑流消能。由 于隧洞出口宽度小，单宽流量集中，因而在出口设置扩散段。 挑流参数鼻坎高程按高于下游最高水位 1.0m，定为 2756.0m；根据以往 工程经验挑角取 =25；因出口为平段，为了水流能平顺挑出采用了较大 的反弧半径 R=60m。 26 9 9 隧洞的水力计算隧洞的水力计算 水力计算包括洞内水面线及出口消能计算两部分。 9.39.3 计算工况计算工况 设计洪水位：2822.6m,下泄流量：672.6m3/s；校核洪水位：2823.58m, 下泄流量：753.7m3/s；堰顶高程：2810m。 因在宣泄校核洪水时也要满足各项要求，因而对校核情况进行水力计算。 9.49.4 平洞段底坡的确定平洞段底坡的确定 对于矩形断面 hc 可用下列公式计算： m75.10 78 . 9 7 . 75305 . 1 gB Q 3 2 2 3 2 2 kh = = 00465 . 0 64 . 2 )432.9025.75( 7 . 753 RCA Q i 432.90588 . 2 013 . 0 1 R n 1 C 64 . 2 7275.10 25.75 R m25.75775.10BhA 2 2 k k 2 k 2 2 k 6 1 6 1 k k 2 kk = = = = + = = 计算得到临界坡降 ic=0.00465；由于泄流时水流流速较大，为不影响隧 洞的泄流能力，隧洞应做成陡坡，鉴于坡度太大施工不便，底坡取 ic=0.006。 9.59.5 洞内水面曲线洞内水面曲线 由能量方程： ; 2 2 2 c c c h hg q hH 计算求 27 m834 . 2 h h9332. 08 . 92 57.95 h98.69 9356. 0 58.13 58.1398.69 0155 . 0 1 H P 0155 . 0 1 s/m67.107 7 7 . 753 q m98.69 6 . 275358.2823H c c 22 2 c 1 3 = += =-=-= = =-= 上 计算得收缩断面水深 hc=2.72m。 以收缩断面为起始位置，按公式 ill CR g2 g2 hh 22 2 2 1 12 上上上+= 依次向下游计算平洞段水面曲线。 由于泄洪隧洞流速较大（最大达 39.59m/s） ，因而必须考虑掺气的影响。 掺气后水