江河土石坝枢纽布置及施工组织设计说明书.doc

江河土石坝枢纽布置及施工组织设计说明书第一章 工程概况1.1 流域概况该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地交错于其间，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，全区农田面积仅占总面积的20，林木面积约占全区的30，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。1.2 气候特性1.气温 年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。表1-1 月平均气温统计表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表1-2 平均温度日数日数 月份平均温度12345678910111第 | 页 1261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000002.湿度 本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿度为5173%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%。3.降水量 最大年降水量可达1213毫米，最小为617毫米，多年平均降水量为905毫米。表1-3 各月降雨日数统计表日数 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000004.风力及风向 一般14月风力较大，实测最大风速为14.1米秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15公里。1.3 水文特性该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，直至次年五月。该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秒立米，而最小流量为0.5秒立米。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延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。2洪峰流量 经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。表1-4 不同频率洪峰流量（秒立米）频率0.0512510流量23201680142011801040表1-5 各月不同频率洪峰流量（秒立米） 月频率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015233固体径流 该江为山区性河流，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0.5公斤立米。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。1.4 工程地质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300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。2坝址地质 坝址位于该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，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过，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，这些小岩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，副成分为绿泥石、石英、方解石等，由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，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、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。渗透性：经试验得出k值为4.14-7.36米/昼夜。(2) 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215厘米，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35MPa。(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。表1-6 坝基岩石物理力学性质试验表岩石名称比重容重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2.9529.250-60火山角砾岩2.9028.735-120软弱玄武岩2.8527.010-20坚硬玄武岩2.9629.2100-160多气孔玄武岩2.8527.870-180表1-7 全风化玄武岩物理力学性质试验表天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指数压缩系数a浸水固结块剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6内摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824(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，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右；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10100毫米；砾石直径一般为210毫米；砂粒直径0.050.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。见表2-8。冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数k值为310-2厘米/秒110-2厘米/秒。表1-8 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（块剪）应变（拉制）（浸水固结快剪）内摩擦角凝聚力（kPa）内摩擦角凝聚力（kPa）含 中量细粒的砾石次数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373214.8备注三轴剪力土样备系筛去大于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。(5) 坡积层 在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。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0.5米即有一条，疏者35米即有一条，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。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，玄武岩的透水性不同，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0.01 l/(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存在，遂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数多，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。5. 本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。1.5 建筑材料1料场的位置与储量各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。2物理力学性质(1) 土料：见表2-9表2-12。(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，开采条件较好。1.6 经济资料1库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。表1-9 各高程淹没情况高程（米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002交通运输坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通尚称方便。112表1-10 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%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deg凝聚力kPa湿干粗中细粉2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.005mmkN/m31#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26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表1-11 砂砾石的颗粒级配颗 直径粒 mm含量料场300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#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1-12 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/m318.617.919.119.018.618.518.418.0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2.010-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表1-13 各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下360038203710第二章 洪水调节计算2.1 洪水调节计算本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q设=1680m/s（P=1%），校核洪峰流量Q校= 2320 m/s（P=0.05%）。2.1.1 工程等别及建筑物级别一项水利枢纽的成败对国际民生有直接影响。但不同规模工程影响程度也不同。为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性适当统一起来，水利枢纽及其组成建筑物要分等分级，即先按工程的规模，效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后再对个组成建筑物按其所属枢纽级别，建筑物作用及重要性进行分级。枢纽工程，建筑物的等级不同，对其规划，设计，施工运行管理的要求也不同，等级越高者要求越高。正常蓄水位为2836 m,其相应水库库容为 720106 m3根据SDJ-78（水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区。丘陵区部分），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7.2亿m/S，估计校核情况下库容不会超过10亿m/S）控制属大（2）型。主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。永久性水工建筑物洪水标准：正常应用（设计）洪水重限期100年，非常应用（校核）洪水重限期2000年。2.1.2泄洪方式与水库运用方案1.泄洪方式：由于地形条件的限制，为减小工程开挖量，采用隧洞泄洪方案。2.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。3.防洪限制水位的选择：防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容完全不结合情况，因为山区河流的特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时候都预留一定的防洪库容是必要的。2.1.3 调洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过程线。拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q调，由Q调开始，假定三条泄洪过程线，在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q调，H）绘制的QH曲线与由绘制的QH曲线相交，所得交点即为所要求的下泄流量及相应水位。 2.2 堰顶高程及泄洪孔口的选择调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。2.2.1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小；但是这时隧洞本身工程量及造价会很高，而且本工程下游允许流量为900 m3/s，这样过大的下泄流量为下游所不能允许。如果堰顶高程取的高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。2.2.2 方案拟定要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化，通过各种可行方案的经济比较决定。设计中参照已建工程经验，初步拟定四组堰顶高程与孔口尺寸如下（采用两孔泄洪）：方案一：=2815m，B=8m 方案二：=2825m, B=8m方案三：=2825m, B=9m 方案四：=2826m, B=8m 2.3 调洪演算结果与方案选择2.3.1 调洪演算结果本设计中拟定四组方案进行比较，成果见表2-1。表1-1 调洪演算成果方 案孔口尺寸（m）工 况Q(m3/s)上游水位Z(m)超高Z(m)1=2815mB=8m设计校核1576.621533.792836.862836.620.860.622=2825 mB=8m设计校核653.79733.162837.22838.231.22.233=2825mB=9m设计校核721.78806.032837.0728381.072.04=2826mB=8m设计校核590.52674.52837.392838.431.392.43注：发电引水量Q=44.1 M3/S，与总泄量相比较小，调洪演算未作考虑，仅做安全储备，Z为正常蓄水位以上超高。2.3.2 方案选择从调洪演算结果来看，拟定的四组方案中除了方案一不满足其他方案均满足流量Q900 m3/s,上游水位超高Z3.5m的要求,从这个角度看三组方案都是可以的。因而方案的选择要通过技术经济比较选定(本设计中仅作定性说明),同时也应考虑与导流洞相结合的问题。一般来说，Z越大，大坝必须增高，大坝工程量也将加大，同时Q过小后对泄洪不利，不经济。故而采用第三种方案，即堰顶高程=2825m，每个溢流孔净宽b=9m。该方案设计洪水位2837.07m,设计泄洪量721.78 m3/s；校核洪水位 2838m，校核泄洪量806.03 m3/s。第三章 坝型选择及枢纽布置坝址和坝型选择与枢纽布置密切相关，不同坝轴线适用于不同的坝型和枢纽布置。同一坝址也可能有不同的坝型和枢纽布置方案。必须根据综合利用要求，结合地形、地质条件，选择不同的坝址和相应的坝轴线，作出不同坝型的各种枢纽布置方案，进行技术经济比较，然后才能择优选择出坝轴线位置及相应的合理位置和枢纽布置。3.1坝址及坝型选择3.1.1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。从地质图上可以看出： -剖面，河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大34m，坝肩除了10m左右范围的风化岩外，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好。-剖面出与-剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武破碎带纵横交错，渗流比较严重，需要进行的地基处理工程量大。综合考虑以上因素，坝轴线选在1-1剖面处。而且挡水建筑物按直线布置，坝轴线布置于河床较窄处，以尽量减少工程量，减低工程造价。3.1.2坝型选择常见坝型有土石坝、混凝土重力坝、混凝土拱坝、支墩坝，他们对地质条件有不同的要求，详见表4.1。表3.1 坝 型 比 较地质条件土石坝混凝土重力坝混凝土拱坝岩土性质坝基岩（土）应具有抗水性（不溶解），压缩性也应较小，尽量避免有很厚的泥炭、淤泥、软粘土、粉细砂、湿陷性黄土等不良土层坝基要求尽可能为岩基，应有足够的整体性、均一性，并具有一定的承载力、抗水性和耐风化性能，覆盖层与风化层不宜过厚坝基应为完整、均一、承载力高、强度大、耐风化、抗水的坚硬岩基，覆盖层和风化层不宜过厚地质构造以土层均一、结构简单、层次较稳定、厚度变化小的为佳，最好避开严重破碎的大断层带尽量避开大断层带、软弱带以及节理密集带等不良地质构造应避开大断层带、软弱带以及节理密集带等不良地质构造坝基与坝肩稳定应避免有能使坝体滑动的性质不良的软弱层及软弱夹层。两岸坝肩接头处，地形坡度不宜过陡坝基应有足够的抗滑稳定性，应尽量避免有不利于稳定的滑移面（软弱夹层、缓倾角断层等）两岸坝基在地形地质条件上应大致对称（河谷宽高比最好不超过3.5），在拱推力作用下，不能发生滑移和过大变形，拱座下游应有足够的稳定岩体渗漏及渗流稳定应有足够的渗流稳定性，应避开难以处理的易渗透变形破坏的土层与可液化土层，并避免渗漏量过大岩石的透水性不宜过大，不致产生大量漏水。避免产生过大的渗透压力岩石的透水性要小，应避免产生过大的渗透压力（特别是两岸坝肩的侧向渗透压力）注：1.土石坝的心墙基础要求较高的渗透稳定条件，一般须采取相应的工程措施。 2.支墩坝对地质条件的适应性较强，但须注意防止产生过大的侧向渗透压力，软弱夹层及软弱破碎带产生渗透变形破坏以及相邻支墩产生过大的不均一沉陷。 所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建靠两岸基岩来维持稳定的拱坝。支墩坝是由一系列支墩和其支承的上游挡水盖板所组成，其所承受荷载都是由盖板传给支墩再由支墩传至地基，因此本身应力较高，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行的。混凝土重力坝是靠坝身自重来维持稳定的，其要求建在岩石地基上。本工程若建重力坝则基础开挖、回填量大，围堰工程量也很大，防渗层要灌浆到基岩工程量大，同时基坑排水也较困难。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。3.2枢纽组成建筑物3.2.1 挡水建筑物 枢纽挡水建筑物选用心墙土石坝方案。3.2.2 泄水建筑物本设计采用的坝型为粘土心墙土石坝，因此泄水建筑物不能布置于河床，根据本工程的地质、地形条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞进行比较选择。泄水隧道布置的一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其它建筑物无相互不良影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单，岩体完整稳定，岩石坚硬，上覆岩层厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围堰破碎地下位很高或渗水量很大的岩层和可能坍滑的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。正槽溢洪道：以宽顶堰或各种实用堰为溢流控制的河岸溢洪道，蓄水时控制堰（设闸门或不设闸门）与拦河坝一起组成挡水前缘，泄洪时堰顶高程以上的水可自堰顶溢流而下，并经一条顺过堰流向的陡坡泄槽泄往下游河道。水力学上的特点是：泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠。结构简单，施工方便，因而为大中小型工程广泛采用，尤其是拦河坝为石土坝的水库。但应注意，在高水头、大流量以及不利的地形、地质条件下，溢洪道的兴建要解决高速水流所引起的一系列水力学和结构问题。从地形条件说，溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地段；从地质条件说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上。侧槽溢洪道：当拦河坝难以本身溢流，且两岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大开挖量时，侧槽溢洪道可能成为经济合理的泄洪建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘长度而引起的开挖量增加减少，从而可以较长的溢流前缘换取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程。当无闸门控制时后者突然增加了兴利库容，对中小型工程尤有利。侧槽溢洪道的水流现象相对复杂。泄洪时沿溢流前缘全长同时进水，进槽水的水流并须立即弯近90，顺槽轴线流向下游，对不同的侧槽横断面，其所通过的流量不同。在侧槽范围内水流是沿程变量的非均匀流。侧槽的水流现象复杂，并不仅表现在流量的沿程变化上，水流自侧槽堰跌入侧槽之后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并向上翻腾，然后在重力作用下转弯向下游流去。这样在槽中就形成一个横轴螺旋流。泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，均与导流隧洞结合。本工程由于坝址处较窄，山坡陡峭，山脊高，且两岸山坡没有天然垭口 ，如采用明挖溢洪道的方案，则会造成开挖量大，造价较高。因而通过以上比较采用隧洞泄洪，并考虑与施工导流洞相结合。3.2.3 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。装机容量24MW，多年平均发电量1.2亿度。本电站装3台8 MW 机组。正常蓄水位2823.6米，死水位为2796.0米，3台机组满发时的流量为44.1秒每米，尾水位为2752.2米。厂房为引水式，厂房平面尺寸为32*13平方米，发电机高程为2760.0米，尾水管底高程为2748.0米，厂房顶高程为2772.0米。副厂房平面尺寸为32*6平方米。安装场平面尺寸为8*13平方米。开关站尺寸为30*20平方米。3.3 枢纽总体布置 3.3.1 挡水建筑物土石坝 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作为备用坝址的两个方案通过以下几个方面定性地加以比较，最终确定坝轴线位置。1.地质条件：-坝轴线方案和-坝轴线方案均处在以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿过的地层中，地质条件较为相似，但-剖面，河床覆盖层厚平均20m，河床中部最大34m，坝肩除了10m左右范围的风化岩外，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好。-剖面出与-剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，然而底部玄武破碎带纵横交错，渗流比较严重，需要进行的地基处理工程量大，从而增加了总体工期和造价。因此从地质条件来比较-坝轴线方案优于-坝轴线方案。2.地形条件：-坝轴线方案和-坝轴线方案都位于该江中游地段的峡谷地带，河床平缓，坡降不大是其主要地形条件。但此枢纽具有过木要求，所以必须在枢纽布置中考虑到是否对过木有利。-坝轴线方案水流较为平顺，坝趾附近无较明显河道弯曲出现；而-坝轴线方案坝趾以下不远处紧接河道拐弯处，水流不利于过木。所以，从地形条件来比较-坝轴线方案优于-坝轴线方案。建筑材料： 因为-坝轴线和-坝轴线附近建筑材料都比较丰富，覆盖层浅，开采条件较好，而且河谷地地形平坦，采运都比较方便，所以，在建筑材料方面不能区分出两种方案的优劣。施工条件及工程量： 从地形图上可以看出：-坝轴线方案和-坝轴线方案在布置施工场地、内外交通运输和进行施工导流等方面没有明显的区别，两种方案都是比较便于施工的。通过比较两轴线河宽，发现-坝轴线的河宽比-坝轴线河宽窄，这样可以减小工程量，降低工程造价。因此，在在施工条件及工程量方面，-坝轴线方案稍优于-坝轴线方案。3.综合效应：对于不同坝址与相应的坝址选择，不仅要综合考虑防洪、发电、灌溉、航运等部门的经济效益，还要考虑库区的淹没损失和枢纽上下游的生态影响等，要做到综合效益最大，有害影响最小。对于-坝轴线方案和-坝轴线方案，通过多方面比较-坝轴线方案稍优于-坝轴线方案。所以 ，综合考虑以上因素，坝轴线选在1-1剖面处。而且挡水建筑物按直线布置，坝轴线布置于河床较窄处，以尽量减少工程量，减低工程造价。3.3.2 泄水建筑物泄洪隧洞 经以上分析可知，本工程选用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞路线的选定是设计中非常重要的一环，关系到隧洞的造价和运用可靠性。应在地质勘探基础上，拟定不同方案进行技术经济比较优选，争取得到地质条件良好、路线短、水流顺畅以及对水利枢纽其他建筑物无相互影响的洞线方案。 此处从以下三方面定性地比较隧洞布置在左岸和右岸两种方案：（1）地质条件：左岸的主要岩石构成主要包括：大量的凝灰岩，大量的半风化玄武岩和少量的坚硬玄武岩；而右岸主要岩石构成主要包括：大量的坚硬玄武岩和半风化玄武岩。凝灰岩成土状或页片状，岩性软弱，与风化后成为碎屑的混合物近似，遇水崩解，渗透性很小；半风化玄武岩建议采用的抗压强度为50MPa，强度不高，力学性质不佳； 坚硬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，这些小岩脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩强度高，力学性质出众，建议采用抗压强度100-160MPa。坝址附近无大的断层，但左右岸露出的岩石，节理特别发育，所以左右岸都常见岩块崩落的现象。因此，就地质条件来比较右岸优于左岸。（2）水文地质条件：本地区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不是很丰富，对工程比较有利。但左岸多为凝灰岩和半风化玄武岩，而右岸多为坚硬玄武岩和半风化玄武岩，根据压水试验资料，凝灰岩和坚硬玄武岩都是不透水性良好的岩层，而半风化玄武岩则为透水性良好的岩层。所以就水文地质条件不能充分判断左岸方案和右岸方案的优缺点。（3）路线相关指标：从已给出的地形图可以看出，若在左岸布置泄洪隧洞则需要相当长的路线，而且中间必然会出现弯段，然而尽量避免出现弯段是水工隧洞布置的一个基本原则；若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞可以直接和主河道相连，不出现较大角度的弯段，从而减少了出现水力不利条件的几率，从而减少了衬砌等部位的造价，而且隧洞路线长度大大减小，减少了大量的开挖量，所以无论对于施工量和工程造价来说，右岸方案都优于左岸。因此，为增加隧洞稳定、缩短隧洞长度、减小开挖工程量和降低隧洞的工程造价，泄洪隧洞布置在右岸，这样水流经隧洞流出直接入主河道，对流态也有利。考虑到电站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为好。为减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚，两者进出口相距80至100m以上。3.3.3 水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置在右岸，在泄洪隧洞与大坝之间；由于风化岩层较厚，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房附近。第四章 土石坝设计4.1 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。本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型。均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，粘土材料施工受气候影响大。本河流为典型的山区河流，雨季较长，且无足够适宜的土料来作均质坝（竟探明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。堆石坝与土坝相比具有剖面小，造价低，施工速度快，抗震性好的优点。虽然坝址附近有坚硬玄武岩石料场一处，储量达450万m3，开采条件也较好，可作为堆石坝土料，从材料角度可以考虑堆石坝方案，但由于堆石坝宜建在变形小的岩石基础上，而本河床地质条件较差，冲积层最大达32 m，平均也有20 m，做堆石坝会导致大量开挖，工程量太大，因此堆石坝方案不可行。综上所述，本工程只能建分区坝，且采用土质防渗体，因为从材料角度看坝址附近既有粘土料又有砂砾料，适宜建较经济的土质防渗体分区坝，下面从防渗体位置角度选坝型。塑性斜墙坝（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游作斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，可以分期施工，工期较短，水库可以部分蓄水，分期投运，但斜墙对坝体、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体的上游作斜墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，更为经济，适应不均匀变形抗震性较好，但要求心墙土料与坝表砂砾料同时上升，施工干扰大，工期长。从筑坝材料来看，由于坝址上下游2km内有可供筑坝的粘土料190万m3作为防渗体之用，又有250万m3的砂砾料作坝壳，心墙坝与斜墙坝都是可行的。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；从施工条件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率较高，不宜大量采用，以薄心墙、薄斜墙较有利，又因在同一水力坡降时，土心墙剖面小于土斜墙，故土料施工进度可较快，费用较省。而斜墙上游坝坡较平坦，工程量大，所以综合考虑选心墙坝。4.2 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。4.2.1 坝顶宽度根据构造、施工、运行、抗震以及交通要求，并参考以往工程的统计资料，本坝高在60 m100 m间属中低坝，坝顶宽度可选用5-10m,本工程采用8m。坝顶面向下游侧放坡，坡度根据降雨强度取2%，并在下游侧设排水沟。坝顶上游侧设防浪墙，墙顶高于坝顶1.0 m，下游侧设栏杆。4.2.2 坝坡与马道上游坡率取2.7，理论上每隔15 m30 m就应设马道，但由于上游坡长期浸没在水中除施工期有用外，其余基本上无用，因此在上游坡仅不设马道。考虑到下游施工、交通要求，下游自下而上依次每隔24m、23m、23m、23m处设马道，下游坡率为2.5。马道是为了施工和检修以及观测工作的需要而设置的，也是为了设置排水沟之用，另外还要满足交通的需要，为此马道宽取2.0 m。4.2.3 坝顶高程 坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：A、正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高B、设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高C、校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高D、正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高坝顶高程计算见表4.1表4-1 坝顶高程计算表项目正常蓄水位+正常运用条件的坝顶超高设计洪水位+正常运用条件的坝顶超高校核洪水位+非常运用条件的坝顶超高正常蓄水位+非常运用条件的坝顶超高+地震安全超高上游静水位（m)28362837.0728382836河底高程(m)2750275027502750坝前水深Hm(m)8687.078886吹程D（m)15000150001500015000风向与坝轴线夹角22.522.522.522.5风速w（m/s)28.6528.6519.119.1平均波长Lm（m)32.6164622632.61646220.8549 20.8549 护坡粗糙系数K0.80.80.80.8上游坝坡坡脚m2.72.72.72.7经验系数Kw1111累积频率10%的波高h10%(m)2.7110474772.71104751.6331386221.6331386平均波高hm（m)1.585 1.585 0.955 0.955 平均波浪爬高Rm1.9980283911.99802841.2400245651.24002461%波浪爬高R1%4.456 4.456 2.765 2.765 风浪引起坝前壅高e(m)0.024 0.024 0.011 0.011 安全超高A(m)110.51超高y(m)5.480 5.480 3.276 3.776 地震超高（m)0001坝顶高程2841.480 2842.550 2841.276 2840.776 坝高（m)91.480 92.550 91.276 90.776 沉降0.3%后坝高91.754 92.827 91.550 91.048 沉降0.3%后坝顶高程2841.754 2842.827 2841.550 2841.048 坝顶高程2843m，坝高93m。 4.2.4 坝体排水 坝体坝基设排水有以下目的：收集并有计划地将渗流排到下游，以免坝体和坝基发生渗透变形；减小渗流作用区，提高下游坝坡的稳定性；防止下游坝坡上有渗流逸出，并把浸润线降低到冻裂区以下；加速粘性土和淤泥的固结，减小坝体或坝基个别部位的孔隙压力。 坝体排水通常有棱体排水、贴坡排水、褥垫排水三种形式。 棱体排水：适用于下游有水的情况，能有效的降低坝体浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚，且有支持坝体增加稳定的作用。 贴坡排水：适用于中小型水库且下游无水的均质坝，以及有良好防渗体、坝体浸润线较低的中等高度的土石坝，这种排水虽然结构简单、省料且便于检修，可防止渗透破坏，保护下游坝脚，但不能降低浸润线，且防冻性较差。褥垫排水：适用于下游无水或下游水位很低的情况，这种排水虽然降低浸润线效果显著，有利于坝基排水，但对地基不均匀沉陷适应能力较差易断裂。 本地区下游有水，地基覆盖层较厚，不均匀沉陷可能较大，且本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。按规范棱体顶部高程应超出下游最高水位不小于1.0 m为原则，校核洪水位时下游水位2754.95，最高取为2756.5m。参考以往工程，堆石体内坡取1：1.5，外坡取1：2.0，顶宽2.0 m，下游水位以上用贴坡排水。4.2.5 坝内防渗体 防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防裂等要求为原则，也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降而定。本设计粘土允许渗透坡降取J=5.0，承受最高水头为88m，心墙底部厚须大于88/4=22m。参考以往工程，并考虑机械施工的需要，心墙顶宽取3.8 m，坡率m=0.2，底宽39.04m大于22 m。由于坝顶设防浪墙，防浪墙要与坝体防渗体紧密连接，所以对心墙的顶高程要求相对较低。心墙顶高程以高于校核水位为原则，最后取为2838.1m，上留1.0 m的保护层。心墙与地基的连结靠粘性土截水槽，截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑，其压实度不应小于坝体同类土料，底宽应根据回填土料的允许渗透比降、及土料与基岩接触面抗渗流冲刷的允许渗透比降和施工条件确定。截水槽可挖至坝基以下深处10m左右，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用1：1.0；底宽，渗径不小于（1/31/5）H，其中H为最