钟吕水利枢纽复合土工膜堆石坝设计【含CAD图纸+文档】
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摘 要设计背景：本工程位于江西婺源县乐安河一级支流小港水的上游约160m处，坝址以上控制流域面积33。本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体零乱，冲沟发育。流域内多年平均气温,多年平均降雨均值2047.7。径流主要由降水形成，多年平均流量，多年平均总径流量4040万。坝址及库区位于相对稳定地块内，地震烈度属七度以下。坝址区出露的地层古老，经历了多次构造运动，断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹杂变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉长岩，岩性坚硬。设计方法：用三角形法拟定洪水过程线，根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，以确定坝顶高程。对可能的方案进行分析比较，确定主要组成建筑物的形式，轮廓尺寸及布置。详细做出大坝设计，拟定细部构造，进行水力静力计算，护坡、趾板和施工组织的专题设计。本设计以一般混凝土面板堆石坝和一些已建复合土工膜堆石坝为参考，在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑整体工程的统一性。设计内容：本次面板堆石坝设计的主要内容包括调洪演算，L型挡墙、复合土工膜设计，边坡稳定分析，副坝，趾板空间布置，工程量计算，导流施工设计。本次设计我们掌握了堆石坝的设计方法，而且了解到堆石坝的一些重要的特点和设计时应该注意的地方，并且我本人也在趾板和溢洪道的专题设计中，掌握了相关知识。完成了专业知识从理论学习到实际运用的过渡，体会到了作为一名水利工作者所肩负的责任。并对今后的工作打下了坚实的基础。关键词：堆石坝、复合土工膜、护坡设计、趾板、施工组织设计AbstractDesign Background: The project is located in Wuyuan, Jiangxi Lean Hsiaokang River water level upstream tributary about 160, more than control site drainage area 33. The upper reaches of the watershed for the low mountains, steep mountains, the middle and lower reaches for the hilly areas, mountain messy, gully development. Basin for many years the average temperature, average rainfall for many years an average of 2047.7. Formed mainly by the runoff of precipitation, over the average traffic flow for many years an average of 40.4 million total. Dam and reservoir area is located in a relatively stable block, the seismic intensity is 7 degrees Celsius. Dam site the oldest strata exposed, through a number of tectonic movement, fault fracture, rock crusher, rock and flexural folds common. Lithology former Sinian the fourth paragraph of Banxi Group 1000 Green clay sericite metamorphic rock inclusions of sandstone, loose Quaternary deposits and metamorphic gabbro, lithologic hard. Design Method: Using a triangle to develop flood hydrograph method, in accordance with the requirements of flood control, flood regulation on the calculation of the reservoir to determine the crest elevation. The program may be analyzed to determine the form of the main components of buildings, the outline of the size and layout. Dam made a detailed design, preparation of detailed construction, calculated for static hydraulic, spillway and the themes and designs for the plinth. The design of general concrete faced rockfill dam and a number of composite geomembrane has been rock-fill dam built as a reference, pay attention to detail in the breakdown of the design of an independent at the same time, considering the unity of the overall project. Design elements: The concrete face rockfill dam, including the main elements of design flood calculation, L-type retaining wall, composite geomembrane design, slope stability analysis, auxiliary dam, spillway design, spatial arrangement of the plinth, engineering calculation, lead Construction of the design flow. The design we have a design method of rock-fill dam, rockfill dam and that some of the important characteristics and the design should be noted that the local, and plinth I am also the topics and spillway design, acquire the relevant knowledge . From the completion of the professional knowledge to the practical application of theoretical study of the transition, experienced workers, as a water responsibilities. Future work and laid a solid foundation. Key Words: rockfill dam, composite geomembrane,slope protection design, toe board, construction of organizational design.目录第一章 综合说明11.1 工程特性表11.2 建设目的和依据21.3 建设的条件31.4 建设的规模及综合利用效益31.4.1 建设规模31.4.2 综合利用效益3第二章 自然地理条件42.1 地形条件42.2 水文特性42.3 工程地质条件42.3.1库区工程地质42.3.2坝址工程地质52.3.3 引水发电隧洞工程地质条件82.4 气象、地震及其他82.4.1 气象、地震82.4.2 天然建筑材料8第三章 设计条件和设计依据103.1 设计任务103.2 设计依据10第四章 洪水调节计算124.1 洪水调洪演算124.1.1 洪水调洪演算原理124.1.2洪水调洪演算方法134.2 洪水标准分析134.3 洪水建筑物的型式选择144.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定154.4.1 调洪演算过程154.4.2 洪水过程线的模拟154.4.3 计算公式164.4.4 计算结果164.4.5 方案选择174.4.6 坝顶高程的确定174.4.7 闸门设计194.4.8 泄水建筑物的设计19第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置205.1 坝轴线确定205.2 枢纽等别及组成建筑物级别215.3 坝型选择225.3.1 定性分析225.3.2 定量分析265.4 泄水建筑物型式选择275.5 水电站建筑物285.6 枢纽方案的综合比较295.6.1 挡水建筑物复合土工膜防渗堆石坝295.6.2 泄水建筑物正槽溢洪道295.6.3 水电站建筑物29第六章 第一主要建筑物设计306.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计306.1.1 L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度306.1.2 坝体分区306.1.3 L型挡墙设计316.2 堆石料设计416.2.1 堆石料基本特性参数416.2.2 主、次堆石料设计416.2.3 垫层、过渡层设计416.2.4 堆石体设计技术参数表426.2.5 堆石体填筑技术参数表426.3 复合土工膜设计426.3.1 复合土工膜的选型和分区426.3.2 土工膜强度及厚度校核446.4 大坝稳定分析456.4.1 计算原理及方法456.4.2 坝坡稳定分析476.4.3 坝坡面复合土工膜的稳定分析476.5 副坝设计486.5.1 副坝及主坝的连接及副坝型式选择486.5.2 副坝的地基处理防渗设计526.6 主副坝连接段设计526.7 细部构造设计及地基处理536.7.1 坝顶构造536.7.2 护坡设计536.7.3 分缝及止水536.7.4 坝基处理546.8趾板设计 （专题）556.8.1 趾板的作用556.8.2 趾板剖面设计566.8.3 趾板配筋606.8.4 趾板地基处理606.9 溢洪道设计616.9.1 溢洪道的总体布置616.9.2 进水渠设计616.9.3 控制段设计616.9.4 泄槽设计636.9.5 出口消能段设计636.10 坝体沉降估算63第七章 施工组织设计647.1 基本资料分析647.1.1 工程概况647.1.2 施工条件647.1.3 有效工日分析647.2 施工导流657.2.1 导流标准657.2.2 施工导流方案及大坝施工分期657.2.3 导流建筑物规划布置667.3 主体工程施工697.3.1 堆石体施工697.3.2 混凝土施工747.3.3 导流隧洞施工767.4 施工交通运输道路布置797.5 施工总进度80参考文献81摘 要设计背景：本工程位于江西婺源县乐安河一级支流小港水的上游约 160m 处，坝址以上控制流域面积 332km。本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体零乱，冲沟发育。流域内多年平均气温16.7 C,多年平均降雨均值2047.7mm。径流主要由降水形成，多年平均流量s/m28. 13，多年平均总径流量4040 万3m。坝址及库区位于相对稳定地块内，地震烈度属七度以下。坝址区出露的地层古老，经历了多次构造运动，断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹杂变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉长岩，岩性坚硬。设计方法：用三角形法拟定洪水过程线，根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，以确定坝顶高程。对可能的方案进行分析比较，确定主要组成建筑物的形式，轮廓尺寸及布置。详细做出大坝设计，拟定细部构造，进行水力静力计算护坡、 趾板和施工组织的专题设计。 本设计以一般混凝土面板堆石坝和一些已建复合土工膜堆石坝为参考，在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑整体工程的统一性。设计内容：本次面板堆石坝设计的主要内容包括调洪演算，L型挡墙、 复合土工膜设计，边坡稳定分析，副坝，趾板空间布置，工程量计算，导流施工设计。本次设计我们掌握了堆石坝的设计方法，而且了解到堆石坝的一些重要的特点和设计时应该注意的地方，并且我本人也在趾板和溢洪道的专题设计中，掌握了相关知识。完成了专业知识从理论学习到实际运用的过渡，体会到了作为一名水利工作者所肩负的责任。并对今后的工作打下了坚实的基础。关键词：堆石坝、复合土工膜、护坡设计、趾板、施工组织设计AbstractDesign Background: The project is located in Wuyuan, Jiangxi Lean HsiaokangRiver water level upstream tributary about 160, more than control site drainage area 33.The upper reaches of the watershed for the low mountains, steep mountains, the middleand lower reaches for the hilly areas, mountain messy, gully development. Basin formany years the average temperature, average rainfall for many years an average of2047.7. Formed mainly by the runoff of precipitation, over the average traffic flow formany years an average of 40.4 million total. Dam and reservoir area is located in arelatively stable block, the seismic intensity is 7 degrees Celsius. Dam site the oldeststrata exposed, through a number of tectonic movement, fault fracture, rock crusher,rock and flexural folds common. Lithology former Sinian the fourth paragraph of BanxiGroup 1000 Green clay sericite metamorphic rock inclusions of sandstone, looseQuaternary deposits and metamorphic gabbro, lithologic hard. Design Method: Using a triangle to develop flood hydrograph method, in accordancewith the requirements of flood control, flood regulation on the calculation of thereservoir to determine the crest elevation. The program may be analyzed to determinethe form of the main components of buildings, the outline of the size and layout. Dammade a detailed design, preparation of detailed construction, calculated for statichydraulic, spillway and the themes and designs for the plinth. The design of generalconcrete faced rockfill dam and a number of composite geomembrane has been rock-filldam built as a reference, pay attention to detail in the breakdown of the design of anindependent at the same time, considering the unity of the overall project. Designelements: The concrete face rockfill dam, including the main elements of design floodcalculation, L-type retaining wall, composite geomembrane design, slope stabilityanalysis, auxiliary dam, spillway design, spatial arrangement of the plinth, engineeringcalculation, lead Construction of the design flow. The design we have a design methodof rock-fill dam, rockfill dam and that some of the important characteristics and thedesign should be noted that the local, and plinth I am also the topics and spillwaydesign, acquire the relevant knowledge . From the completion of the professionalknowledge to the practical application of theoretical study of the transition, experiencedworkers, as a water responsibilities. Future work and laid a solid foundation. Key Words: rockfill dam, composite geomembrane,slope protection design, toeboard, construction of organizational design.- 2 -目录第一章 综合说明第一章 综合说明.1 11.1 工程特性表.11.2 建设目的和依据.21.3 建设的条件.31.4 建设的规模及综合利用效益.31.4.1 建设规模.31.4.2 综合利用效益.3第二章 自然地理条件第二章 自然地理条件.4 42.1 地形条件.42.2 水文特性.42.3 工程地质条件.42.3.1 库区工程地质.42.3.2 坝址工程地质.52.3.3 引水发电隧洞工程地质条件.82.4 气象、地震及其他.82.4.1 气象、地震.82.4.2 天然建筑材料.8第三章 设计条件和设计依据第三章 设计条件和设计依据.10103.1 设计任务.103.2 设计依据.10第四章 洪水调节计算第四章 洪水调节计算.12124.1 洪水调洪演算.124.1.1 洪水调洪演算原理.124.1.2 洪水调洪演算方法.134.2 洪水标准分析.134.3 洪水建筑物的型式选择.144.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定.154.4.1 调洪演算过程.154.4.2 洪水过程线的模拟.154.4.3 计算公式.164.4.4 计算结果.164.4.5 方案选择.174.4.6 坝顶高程的确定.174.4.7 闸门设计.194.4.8 泄水建筑物的设计.19第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置.20205.1 坝轴线确定.205.2 枢纽等别及组成建筑物级别.215.3 坝型选择.225.3.1 定性分析.225.3.2 定量分析.265.4 泄水建筑物型式选择.275.5 水电站建筑物.285.6 枢纽方案的综合比较.295.6.1 挡水建筑物复合土工膜防渗堆石坝.295.6.2 泄水建筑物正槽溢洪道.295.6.3 水电站建筑物.29第六章 第一主要建筑物设计第六章 第一主要建筑物设计.30306.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计.306.1.1 L 型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度.306.1.2 坝体分区.306.1.3 L 型挡墙设计.316.2 堆石料设计.416.2.1 堆石料基本特性参数.416.2.2 主、次堆石料设计.416.2.3 垫层、过渡层设计.416.2.4 堆石体设计技术参数表.426.2.5 堆石体填筑技术参数表.426.3 复合土工膜设计.426.3.1 复合土工膜的选型和分区.426.3.2 土工膜强度及厚度校核.446.4 大坝稳定分析.456.4.1 计算原理及方法.456.4.2 坝坡稳定分析.476.4.3 坝坡面复合土工膜的稳定分析.476.5 副坝设计.486.5.1 副坝及主坝的连接及副坝型式选择.486.5.2 副坝的地基处理防渗设计.526.6 主副坝连接段设计.526.7 细部构造设计及地基处理.536.7.1 坝顶构造.536.7.2 护坡设计.536.7.3 分缝及止水.536.7.4 坝基处理.546.8 趾板设计 （专题）.556.8.1 趾板的作用.556.8.2 趾板剖面设计.566.8.3 趾板配筋.606.8.4 趾板地基处理.606.9 溢洪道设计.616.9.1 溢洪道的总体布置.616.9.2 进水渠设计.616.9.3 控制段设计.616.9.4 泄槽设计.636.9.5 出口消能段设计.636.10 坝体沉降估算.63第七章 施工组织设计第七章 施工组织设计.64647.1 基本资料分析.647.1.1 工程概况.647.1.2 施工条件.647.1.3 有效工日分析.647.2 施工导流.657.2.1 导流标准.657.2.2 施工导流方案及大坝施工分期.657.2.3 导流建筑物规划布置.667.3 主体工程施工.697.3.1 堆石体施工.697.3.2 混凝土施工.747.3.3 导流隧洞施工.767.4 施工交通运输道路布置.797.5 施工总进度.80参考文献参考文献.81第一章 综合说明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注一、水库流域面积km233正常高水位m276.5设计洪水位m277.7校核洪水位m279.2设计泄洪流量m3/s217.5校核泄洪流量m3/s316总库容万m32261.8兴利库容万m31799二、大坝坝型复合土工膜防渗堆石坝坝顶高程m280防浪墙顶高程m281.2坝顶宽度m8.0最大坝高m52.5上游坝坡11.55下游坝坡11.53 主坝坝轴线长m211副坝型式重力式挡墙副坝坝轴线长m90.30导流洞型式圆形导流洞进口底高程m227.5导流洞出口底高程m226.5导流洞半径Rm2.4导流洞长度m330三、溢洪道溢流前缘净宽m10堰顶高程m273设计流量m3/s217.5校核流量m3/s316闸门型式平板闸门尺寸（宽高）m2106四、厂房系统- 1 -1动能指标最大净水头m174.0额定水头m174.0最小水头m143.0引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.515.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.527.25五、工程量主坝堆石料填筑量m3583849混凝土方量(L型挡墙)m3844混凝土方量（趾板）m3997.8混凝土方量（现浇混凝土保护层）m31539.2混凝土方量(副坝)m37639.41.2 建设目的和依据B 江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、 供水、 防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金已到位，施工准备工作已经就绪。1.4 建设的规模及综合利用效益1.4.1 建设规模本电站装机 6400 kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.515.7。开关站尺寸为 11.527.25。水库总库容（校核洪水位以下的全部库容）为2261.8万m3。1.4.2 综合利用效益- 3 -1.4.2.1 发电装机 6400kW，电站设计水头为 174m，多年平均发电量为 1700104kWh，保证出力为 1461kW。 本电站装 2台3200kW机组，正常蓄水位为276m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游 340m 处，地面式，总面积为 31.515.7，其中主厂房宽 10.8m，主厂房内安装二台 HL110-WJ-76，配 SFW-J3000-6/1480 的水轮发电机组，机组安装高程为 103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为 11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。1.4.2.3 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为250m3/s。1.4.2.5 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积 1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。- 5 -第二章 自然地理条件2.1 地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约 160m 处，坝址以上控制流域面积 33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量 1.28m/s，多年平均总径流量 4040 万m，p=0.1%的洪峰流量为 551.5m/s,三日洪量为 1569 万 m，p=2%的洪峰流量为364.5m/sec,三日洪量为965 万m。流域多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位 276m，对应库容V 正=1910.0 万m。流域河段多年平均输砂量为 0.29万吨，泥沙容重估算为 1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系（见表 2-1）：表2-1 淤积年限与高程关系表淤积年限（年）泥沙淤积量（万m）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水库水位库容关系曲线（见表2-2）： 表2-2 水库水位库容关系曲线表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2坝址水位-流量关系曲线（见表2-3）：表2-3 坝址水位-流量关系曲线表2.3 工程地质条件- 6 -水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量（m/s）06.028.966.77121.97196.05281.782.3.1 库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好，未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在 300m 高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、 岸边再造、 浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2 坝址工程地质2.3.2.1 地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为 280450m，坝区河床较宽，约 2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角 3040度，右岸山体较为单薄，山坡角 2030 度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。2.3.2.2 地层岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩，其岩性特征为：（1）绿泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状构造，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状 N4060E，NW3860。（2）变质砂岩：青灰色，主要矿物成分未石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。（3）第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚 11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。- 7 -（4）变质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。2.3.2.3 地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层 20条。 坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。（1）主要断层：F5 压扭性断层：产状 N35，NW80，宽 0.1 0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12 压扭性断层：产状 N40E，NW66，宽 0.20.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22 层间挤压破碎带：产状 N55E，NW55，宽0.10.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。F29 压扭性断层：产状 N25E，NW70，宽 0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见 0.51.5cm 厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。（2）裂隙：坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是 NE 向层面，裂隙产状 N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍见Fe、 Mn 质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是 NW3050W，SW 或 NE4080，裂面光滑平整，见 Fe、Mn 质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。（3）风化夹层：坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层 WJ1，WJ2，产状 N42E，NW0.7弱风化岩石0.55饱和抗压强度：微新岩石40MPa弱风化岩石25MPa表2-4 堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm）C(KPa)。KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8 复合土工膜试验参数（见表2-5）表2-5 复合土工膜试验参数表项 目单 位量 值备 注单位面积质量g/m211001300350/0.4/350350/0.6/350膜 厚250m高程以mm0.4- 9 -上250m高程以下mm0.6周边缝等处mm0.8周边缝、水平缝、分缝处宽条纵向拉伸强度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸长率%50窄条纵向拉伸强度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸长率%50摩 擦 系 数与水泥砂浆0.577与现浇砼0.6粘 结 力kg/cm20.1渗 透 系 数cm/s110-112.3.3 引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程 300400m 相对高程 100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、 变质粉砂岩、 凝灰质千枚岩与粉砂质板岩层。 绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的 19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为 1640Mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4 气象、地震及其他2.4.1 气象、地震流域内气候：流域内多年平均气温 16.7，以一月份平均气温 4.6为最低，七月份平均气温 28为最高，历年极端最高气温41，极端最低气温-11。风速及吹程：多年平均最大风速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。- 10 -2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约 1015km,有公路相通，运输方便。梨苗场 、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。2.4.2.2 堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。- 11 -第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；（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，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；（4）进行施工组织设计：决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度，大坝主体工程量的计算，编制招标文件及施工投标文件。3.2 设计依据1、左东启，王世夏，林益才主编，水工建筑物（上册）。南京：河海大学出版社。1995。2、 沈长松、 王世夏、 林益才、 刘晓青编著，水工建筑物。 北京：中国水利水电出版社。2008。3、 傅志安，凤家骥，混凝土面板堆石坝。 武汉：华中理工大学出版社。 1993。4、蒋国澄，傅志安，凤家骥，混凝土面板坝工程。武汉：湖北科学技术出版社1997。 5、袁光裕主编，水利工程施工。北京：中国水利水电出版社。2006。 6、赵振兴主编，水力学。北京：清华大学出版社。2005。 7、 河海大学、 大连理工大学、 西安理工大学、 清华大学，水工钢筋混凝土结构学。北京：中国水利水电出版社。2007。 8、沈长松等，钟吕水电站-复合土工膜防渗堆石坝。土石坝工程，第 3 期 。2003。 9、中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝设计规范。北京；中国水利水电出版社。1998。 10、中华人民共和国水利部，水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98）。北京：中国水利水电出版社。1998。 11、 中华人民共和国水利部，水工建筑物荷载设计规范。 北京：中国水利水电出版社。1998。 - 12 -12、中华人民共和国水利部，水工挡土墙设计规范（SL_379-2007）。北京：中国水利水电出版社。2007。 13、中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝施工规范（SL49-94）。北京：中国水利水电出版社。1994。 14、中华人民共和国水利部，面板堆石坝接缝止水技术规范（DLT5155-2000）。北京：中国水利水电出版社。2000。 15、中华人民共和国水利部,水利水电工程施工组织设计规范（SL303-2004）.北京:中国水利水电出版社. 2004。 16、 中华人民共和国水利部，第2版（2000版）。 水利水电土建工程施工合同条件（GF-2000-0208）。北京：中国水利水电出版社。 17、中华人民共和国水利部，水利工程工程量清单计价规范（GB50501-2007）。北京：中国水利水电出版社。 18、中华人民共和国水利部，水利水电工程设计工程量计算规定（SL3282005）。北京：中国水利水电出版社。 19、中华人民共和国标准施工招标资格预审文件（2007年版） 20、中华人民共和国标准施工招标文件（2007年版） 21、 中华人民共和国水利部，水利建筑工程概算定额（上、 下册），黄河水利出版社 22、方国华、朱成立等编著，新编水利水电工程概预算。黄河水利出版社，2003。 23、 中华人民共和国水利部，混凝土面板堆石坝设计规范。 北京；中国水利水电出版社。1998。 24、中华人民共和国水利部，水利水电工程土工合成材料应用。- 13 -第四章 洪水调节计算4.1 洪水调洪演算4.1.1 洪水调洪演算原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程：0sQt （4-1）运动方程： 221Ksvgvsvgsz （4-2）式中： 过水断面面积(m2) t 时间（s） Q 流量（m3/s） s 沿水流方向距离（m） Z 水位（m） g 重力加速度(m/s2) v 断面平均流速(m/s) K 流量系数(m3/s)一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(41)进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式： tVtVVqqQQqQ122121)(21)(21 (4-3)式中：1Q,2Q 分别为计算时段初、末的入库流量(m3/s)Q 计算时段中的平均入库流量(m3/s)，Q=(1Q+2Q)/2 式中：q1,q2 分别为计算时段初、末的下泄流量(m3/s) q 计算时段中的平均下泄流量(m3/s) 2/21qqq式中： V1,V2 分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m3) V V1与V2之差t 计算时段- 14 -公式(4-3)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。显然，公式中并未计入洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计入沿程流速变化和动库容等影响，这些因素均是其近似性的一个方面。当已知水库入库洪水过程线时，Q1，Q2，Q均为已知，V1，q1,则是计算时段t开始时的初始条件。于是，式(4-3)中的未知数仅剩下 V2，q2,当前一时段的V2,q2求出后，其值即成为后一时段的V1，q1值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解 V2，q2是不可能的，必须再有一个方程式 q2=f(V2),与式(4-3)联立，才能同时解出 V2，q2的确定值，假定暂不计及自水库取水的兴利部门泻向下游的流量，则下泻量 q 是泄水建筑物泻流水头 H 的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时 AHBHfq (44)式中：A 系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关。 B 指数，对于堰流 B 一般等于3/2，对于闸孔出流一般B=1/2根据水力学公式，H 与 q 的关系曲线可求。若是堰流 H 即为库水位 Z 与堰顶高程之差；若是闸孔出流 H 即为库水位 Z 与闸孔中心线高程之差。因此可以根据H 与 q 的关系曲线求出 Z 与 q 的关系曲线 q=f(Z),并且，由库水位 Z，又可借助于水库容积特性曲线 V=f(Z), 求出相应的水库蓄水容积 V，则式(4-4)可用下泄流量q 与库容V的关系曲线代替，即q=f(V),与式(43)联立方程组，求解V2，q2。当水库承担下游防洪任务时，要求保持 q 不大于下游允许的最大下泄流量qmax时，就要利用闸门控制流量 q，但计算的基本公式和方法与上面介绍的是一致的。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是q=AH3/2,H 即为库水位 Z 与堰顶高程之差，由于资料有限仅有 0.1%和2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线（具体做法见本章 4.4节）。本设计中调洪演算是为了定出设计、校核水位和相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线（式 44），通过假定下泄流量q，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量 V，通过 V=f(Z)可查出对应的水位，得到 q=f(Z)曲线，通过两条 q-Z曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.1.2 洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，半图解法。本设计采用的是简化三角形法，也叫高切林法。4.2 洪水标准分析- 15 -设计情况，采用 50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为364.5 m3/s,三日洪量为 965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。 p=0.1%洪峰流量为551.5 m3/s,三日洪量为 1569 万m3。4.3 洪水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、 泄水闸、 泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见 5.2 节），因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根据本工程的地形、 地质条件，对正槽溢洪道、 侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。 避开围岩破碎、 地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深 1024 米，上部透水层 q 值为 6.7196.7Lu，大者达到 341.7Lu，属中等-严重透水层。本工程最大坝高 54.7 米，正常蓄水位 276 米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道水流过堰后急转近90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。- 16 -正槽溢洪道在水力学上的特点是，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，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，另外，结构简单、施工方便。侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸（说明见 5.5 节），岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近 90，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，然而，侧槽内的水流现象的复杂性，并不仅仅表现在流量的沿程的变化上，水流自堰跌入侧槽后，在惯性的作用下，冲向侧槽对岸壁，并向上翻腾，然后再重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且，本工程地质条件较差，建侧槽溢洪道对结构方面的要求会很高，危险性大，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定4.4.1 调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量 q,由洪水过程线求出库容 V，由库容 V，查水位-库容曲线，找出相应的水位 H，从而，对于每一组情况下可作出一条 QH 曲线；根据公式232 HgmBQ,又可作出一条 QH 曲线；对应于每一种情况，可从 QH 图中确定相应交点的 Q和H 值。4.4.2 洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有p=2%、 p=0.1%的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。按照规范，洪水过程线应用 PIII 型曲线拟合，但实际操作过程中较难，故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽- 17 -量拟合为 PIII 型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线），根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图中的实线）。 4.4.3 计算公式计算采用公式：232 HgmBQ （4-5）式中：侧收缩系数， 计算由公式：()001 0.21kHnnbexx= -+轾臌； 0H堰上水头n堰流的孔数b溢流宽度0x闸墩系数kx边墩系数（本设计采用圆弧形边墩，系数取0.7）m流量系数，m=0.502 B溢流孔口净宽 H堰上水头4.4.4 计算结果计算结果见表 4-1： 表4-1 调洪方案汇总表- 18 -图 4-1 三角形法图4-2 洪水过程线图4-3 调洪演算4.4.5 方案选择以上 16个方案设计下泄流量均不大于允许最大下泄流量250m3/s 且均满足允许下泄流量。方案 3、4的设计洪水位小于本设计的正常蓄水位，故舍弃。方案5、 9、 10、 13、 14、 15的设计下泄流量均小于200 m3/s，太小，故不采用。 因此在剩余的 1、 2、 6、 7、 8、 11、 12、 16方案中需通过经济技术比较：本设计对此只做定性分析，同时也考虑与导流洞结合的问题。一般情况下坝高是由校核情况控制的，超高越大坝就越高，大坝工程量加大；B 大则增加隧洞的开挖及其它工程量，而Q/B 即单宽流量越大消能越困难，衬砌要求也高。 方案1、 2、 6的Q/B 偏大；方案11、 16的Q/B 虽然最小但是泄流量偏小；方案8、 7、 12的下泄量都接近允许设计洪水最大下泄量但方案 12比方案7、8 的Q/B 更小，所以经过综合比较最后采用12方案：即堰顶高程 273m，溢流孔口净宽 10m；该方案设计洪水位277.7m，设计下泄流量217.5m3/s，校核洪水位279.2m，校核泄洪量 316m3/s。4.4.6 坝顶高程的确定4.4.6.1 工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定- 19 -方案堰顶高程(m)堰顶宽度B(m)设计洪水位H设(m)设计下泄流量Q设(m3/s)校核洪水位H校(m)校核下泄流量Q校(m3/s)设计情况单宽流量Q/B（m/s）12717276.9 200.0 278.7 284.2 28.6 28276.6 216.3 278.2 306.2 27.0 39276.3 229.7 277.8 323.3 25.5 410276.1 243.8 277.5 338.3 24.4 52727277.6 187.8 279.5 273.3 26.8 68277.3 204.3 279.0 295.0 25.5 79277.1 218.3 278.6 310.8 24.3 810276.8 230.0 278.3 327.2 23.0 92737278.3 177.5 280.2 263.6 25.4 108278.1 191.7 279.8 283.6 24.0 119277.9 204.5 279.5 300.0 22.7 12121010277.7 277.7 217.5 217.5 279.2 279.2 316.0 316.0 21.8 21.8 132747279.1 165.4 281.0 251.6 23.6 148278.9 178.5 280.6 271.8 22.3 159278.7 191.4 280.3 288.5 21.3 1610278.5 200.0 280.0 303.1 20.0 校核水位 279.2m 对应的库容为 2261.8 万 m3,所以本工程等别为 III 等，工程规模为中型。相应其主要建筑物级别为 3级，次要建筑物为4级。水工建筑物为3级的洪水标准：设计下洪水重现期为 10050 年，校核下洪水重现期为 20001000 年。4.4.6.2 波浪要素计算 由于大坝所在地区为丘陵地区，波浪要素宜采用鹤地水库公式计算（适用于库水较深，V026.5m/s 及D7.5km）。 312081020%200625. 0VgDVVgh （4-6） 2120200386. 0VgDVgLm （4-7）式中%2h累积频率为2%的波高(m) Lm平均波长(m) V0为水面以上 10m处的风速，正常运用条件下 III 级坝，采用多年平均最大风速的 1.5倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值%1h。按上述公式算出的为%2h，再根据频率法按下表可得出%1h。表4-2 不同累积频率下的波高与平均波高比值(hp/hm)hm/Hm%p0.010.1124510142050900.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.370.10.23.252.822.32.131.931.871.641.541.380.950.43 波浪中心线高出计算静水位 hz按下式计算： mmzLHcthLhh22%1 （4-8）式中：H为水深；h1%为累积频率1%的波高。 计算结果为：表4-3 计算结果 4.4.6.3 挡墙顶高程的确定- 20 -h2%hmh1%Lmhz正常水位下1.310.591.429.320.682设计水位下1.310.591.429.320.682校核水位下0.710.320.776.210.303根据 碾压式土石坝设计规范 ,堰顶上游 L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定：y=R+e+A （4-9）式中：y-坝顶超高R-最大波浪在坝坡上的爬高，按h1%算e-最大风雍水面高度，按hz算A-安全超高 表 4-4 土坝坝顶安全超高值(m)运用情况坝 的 级 别IIIIIIIV、V正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3L型防浪墙高程=max正常校核设计正常蓄水位校核洪水位设计洪水位yyy （4-10）通过计算：97. 131. 331. 3校核正常设计；yyy则 设计洪水位+设计y=277.7+3.31=281.01m 校核洪水位+校核y=279.2+1.97=281.17m正常蓄水位+正常y=276.5+3.31=279.91m防浪墙顶高程墙顶=281.17m，取为281.2m。预留沉陷（281.2227.5）（0.20.4）0.10740.2148，取0.2m，在施工过程中应考虑到预留沉陷量。 根据混凝土面板堆石坝设计规范SL228-98要求，防浪墙顶要高出坝顶11.2m，本设计取1.2m,则坝顶高程为 280m。4.4.7 闸门设计因为 B=10m，不是很宽，采用单扇闸门挡水，选用平板闸门。闸门的高度由挡正常蓄水位（或设计洪水位） +0.30.5m 超高确定，即 H=276.5（或277.7）+0.30.5-273=3.85.2。 再根据 水利水电钢闸门设计规范SL74-95 中推荐的露顶式闸门的标准尺寸，最终确定闸门宽10m，高6m。另外布置时将闸门放在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴着堰面下泄。4.4.8 泄水建筑物的设计- 21 -泄水建筑物溢流堰采用实用堰的形式；消能方式为挑流消能。堰顶高程由调洪演算得为 273.0m，挑坎高程 231.0m。- 22 -第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置5.1 坝轴线确定针对该地形、地质条件，坝轴线的布置原则是：1）坝轴线最短；2）尽量与岸坡地形等高线垂直；3）避开不利的地质情况；4）有利于输、泄水建筑物的布置。对一般土石坝而言，选择坝轴线主要是选择理想的趾板线位置，是趾板地基尽量置于坚硬、非冲蚀性可灌的岩基上，保证其良好的防渗性能，尽量避开断裂发育、强烈风化、夹泥、岩溶等不利地质因素，使趾板开挖量和趾板地基处理工作量减少。另一方面要选择有利的地形，使趾板线尽量可能平直，趾板下游岸坡不过陡，使岸坡附近可压缩堆石厚度逐渐增加，以减少纵向的变形梯度，减小周边缝的位移量。 在选定趾板线位置时，也可适当调整坝轴线位置，以取得最佳组合。本工程因上游右岸地形有突变，造成趾板有凹点，并且太往上游，左岸山体高度不够，所以初选坝轴线是应该使其靠近下游，但是，如果往下游太多，如图5-1 所示坝轴线，会造成坝体与右岸地形线的交线在较低高程处就截止，这就意味着副坝要从较低高程处修建，增大了副坝的高度与长度，使工程投资加大，显然不合理，而且，溢洪道也将难以布置，需要转弯，并且增加了开挖量。所以将坝轴线向上游移动。- 23 -图图5-1图图5-2如图 5-2 所示坝轴线，此时，问题任然存在，所以不能够保持坝轴线与主流方向垂直，可以将坝轴线以左端为原点顺时针旋转，综合考虑溢洪道的布置，副坝的高度，主流方向等因素，最终坝轴线如图5-3 所示。图5-35.2 枢纽等别及组成建筑物级别- 24 -由上一章经过调洪演算得，校核洪水位为 279.2m，水电站装机容量为6400kW,水库总库容为 2261.8万 m3,本工程等别为三等。B 江水利枢纽工程：工程等别为三等； 主要建筑物级别：3级； 次要建筑物级别：4级； 临时建筑物级别：5级。5.3 坝型选择 坝型选择是坝工设计中首先要解决的一个重要问题，因为它关系到整个枢纽的工程量、 投资和工期。 坝高、 筑坝材料、 地形、 地质、 气候、 施工和运行条件等都是影响坝型选择的主要因素。5.3.1 定性分析5.3.1.1 各种常见坝型比较水利枢纽中的挡水建筑物拦河坝常见的主要型式有：重力坝、拱坝、支墩坝、土石坝及新型坝型如碾压混凝土坝、面板堆石坝等。下面根据本工程的地形、地质条件和材料储备情况对以上坝型进行比较，选择适合的坝型。（1）拱坝）拱坝拱坝是在平面上呈凸向上游的挡水建筑物，借助拱的作用将上游水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将荷载传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将荷载传给基岩。其主要特点：1) 受力条件好，河谷形状深窄较好；2) 坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；3) 超载能力强，安全度高；4) 抗震性能好；5) 施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。而本工程地形河谷较宽，特别是地质条件较差：断层裂隙发育，岩石破碎，强度低，根据实验，相对不透水层埋藏较深，透水层属中等严重透水层，若建造拱坝，则开挖量必然巨大，且大坝的安全性不高，故不宜建拱坝。- 25 -（2）支墩坝）支墩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，库水压力泥沙压力等由盖板传给支墩，再由支墩传给地基。支墩坝结构较复杂，且对地质条件和拱坝一样高，故对本工程，不宜采用支墩坝的型式。（3）重力坝）重力坝重力坝工作原理：一是依靠自重在坝基面上产生摩阻力来抵抗水平水压力以达到稳定要求；二是利用坝体自重在水平面上产生压应力来抵消由于水压所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝的主要特点：1) 抗冲刷能力强；2) 结构简单；3) 对地形地质条件适应性能好；4) 坝体与地基的接触面积大，受扬压力影响大；5) 重力坝的剖面尺寸较大；6) 坝体体积大，水泥用量多，混凝土水化热高，散热条件差。对于本工程，地质条件差，地基承载能力较低，且弱风化岩与混凝土之间的摩擦系数 f=0.50.6,为达到稳定要求必然增加断面面积，增加工程量，而且，用来拌和混凝土的砂砾石料只有在离坝址 1015km 处才有料场，这样会大大增加工程造价，不合理，故不宜选用重力坝。（4）土石坝）土石坝通过以上几种坝型分析，并结合本工程坝址附近具有储量丰富且质量较好的堆石料的情况，建议采用土石坝（又称为当地材料坝）的型式。土石坝的优点：1) 筑坝材料就地取材，节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料。2) 适应地形变形能力强。土石坝的结构具有适应地基变形的良好条件，对地基的要求比混凝土坝的低；3) 施工方法选择灵活性大。 能适应不同的施工方法，且工序简单、 施工速度快，质量容易保证。4) 结构简单，造价低廉，运行管理方便，工作可靠，便于维修加高。不足之处：1) 坝顶不能溢流，常需另开溢洪道；2) 施工导流不如混凝土坝方便，因而相应也增加了工程造价；- 26 -3) 坝体断面大，土料填筑的质量易受气候影响。5.3.1.2 土石坝各坝型比较我国幅员辽阔，各种自然条件、土料特性等千差万别，需要根据具体情况，发展和选择适宜形式的土石坝。 在坝型选择中，不应拘泥于现存观点。 筑坝技术在不断进步，新的施工机械也在不断出现，以前看来似乎没有什么前途的面板堆石坝，由于应用大型振动碾提高压实效果，今日已发展成为具有强大生命力的坝型土石坝设计中的许多问题，不少是偏经验性的，在很大程度上需要依靠分析和判断。应用沥青混凝土作防渗体的土石坝，采用土工薄膜防渗的土石坝以及定向爆破堆石坝等，在各种条件下都有一定的应用和发展前景。（1）均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝）均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝均质坝、 土质防渗体的心墙坝和斜墙坝可以适应任意的地形、 地质条件；对筑坝土料的要求逐渐放宽；既可采用先进的施工机械进行建造，在条件不具备时，也可采用比较简单的施工机械修筑，因而对我国的中小型工程是值得优先考虑的坝型。均质坝坝体材料单一，施工方便，当坝址附近有数量足够的适宜土料时可以选用。这种坝所用的土料的渗透系数较小，施工期坝体内会产生孔隙水压力，影响土料的抗剪强度，所以，坝坡较缓，工程量大。 一般适用于中、 低高度的坝，但近年来也有向高坝发展的趋势，特别是在具有较大内摩擦角的含粘性的砂质和砾质土的情况下，由于在坝的中部设置竖向和水平排水，可以大大降低坝体内的浸润线，并减少孔隙水压力。心墙坝和斜墙坝的土质心墙和斜墙便于与坝基内的垂直和水平防渗体系相连接，心墙和斜墙坝可以在深厚的覆盖层上修建。这种坝型不仅适宜于建低坝，也适宜于建高坝。斜墙坝的坝壳可以超前于防渗体提前进行填筑，而且不受气候条件限制，也不依赖于地基灌浆施工的进度，施工干扰小。但斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量较大。斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接较困难，故高坝中斜墙坝所占的比例较心墙坝为小。 高度超过100m的斜墙坝，绝大多数采用内斜墙，即斜墙坡度变陡，斜墙上游还填筑一部分坝壳。目前世界上已建的高 200300m 级的土石坝几乎都是心墙坝。 碾压技术的进步和采用砾石土作为防渗体为建造高心墙坝创造了条件。 心墙的坡度超过 1:0.5时，会影响坝坡的稳定，需将坝坡放缓。近年的发展趋势是采用薄心墙，这样有利于降低孔隙水应力。心墙土料的压缩性较坝壳料高，易产生拱效应，对防止水力劈裂不利，对坝的安全有影响。为此，很多高坝都采用斜心墙，其上游坡设计成 1:0.51:0.6，以利于克服拱效应和两侧坝壳平起上升，但是- 27 -其施工干扰大，受气候条件的影响也大，这是弱点。高的心墙坝和斜墙坝多做成分区坝或多种土质坝，从防渗体到坝壳料，颗粒由细到粗逐步过渡，这对于充分利用土石料，增加坝的稳定性和抗震能力都是有利的。但是就本工程而言，坝址附近粘土很少。坝址上下游有一定的粘土分布，但都是当地农民耕地，要利用这些粘土，则必须把当地农民迁移，增加工程中移民费用，在经济比较中不合算，故也不采用均质坝、土质防渗体的心墙坝和斜墙坝型式。（2）堆石坝）堆石坝堆石坝属于土石坝的一种，是以石料为主要填筑材料的挡水建筑物，坝体由堆石体、防渗体和过渡层三部分组成，与前述土坝相比具有剖面小、造价低、施工速度快、抗震性能好等优点，且本工程坝址附近广泛分布有岩性较坚硬，力学强度高，质量较好，储量丰富的堆石料，因此可优先考虑选择建造堆石坝方案。堆石坝的坝型可按防渗材料、 防渗体位置、 堆石施工方法以及坝顶是否过水进行划分：1) 按防渗体材料分类：堆石坝防渗材料最常见的是土料、 沥青混凝土、 钢筋混凝土及新兴的复合土工膜；2) 按防渗体位置分类：心墙堆石坝，斜墙堆石坝，斜心墙堆石坝，混凝土（或复合土工膜防渗）面板堆石坝；3) 按堆石施工方法分类：有堆石、砌石、定向爆破等；4) 按坝体是否过水分类：绝大多数堆石坝是不过水的，中小型工程偶也设计建筑溢流堆石坝。下面就几种堆石坝坝型进行定性分析：1) 混凝土面板堆石坝 在上述几种坝型中，新型面板堆石坝得到了迅速发展，在工程中得到广泛运用，之所以能如此迅速发展，与下述优点密切有关： 可以充分利用当地材料筑坝，大量节省三材和投资； 面板设于堆石体上游面，整个坝体都是受力结构，水压力在上游面的铅直分力有助于坝的稳定，坝体工程量是土石坝中最小的； 振动碾压导致的高密实度堆石体变形小，面板抗裂防渗有了保证，坝的运行安全度也被认为是很高的，而且经论证，即使面板少许漏水，也不会危及堆石体的稳定和坝的安全； 面板兼起护坡防渗作用，经济合理； 运行安全，维修方便，面板在上游面，便于检查维修，即使水库不能放空也便于潜水检修；- 28 - 坝体结构简单，坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小，便于机械化施工作业，气候影响也小，基本可全年施工，加快施工进度。设计建造这种坝时自然也应注意她仍存在的弱点：其一是面板对基础沉陷很敏感，故要重视坝基缺陷的处理；其二是面板抗漂浮物冲击、抗严寒冰冻及抗环境水侵蚀作用方面性能稍差。混凝土面板坝所具有的这些突出优点：工程量较小，施工方便，拦洪渡汛简单，对于在我国水利资源丰富的西南、西北高山峡谷区的河流上建坝更有重要意义。 在具备大型振动碾等设备的条件下，是很有竞争力的坝型。 坝壳材料既可用堆石，也可用砂砾石料。总之，这一新型坝优点很突出，值得大力推广应用，但仍注意精心设计，精心施工。2) 其他形式堆石坝在其他形式堆石坝中，有一定应用前景的有：以沥青混凝土作为防渗体的堆石坝、定向爆破堆石坝以及土工薄膜防渗的土石坝。沥青混凝土斜墙坝具有与混凝土面板相同的特点，又可称为沥青混凝土面板坝。已建的以沥青混凝土作为防渗体的堆石坝中，面板坝的数量居多。定向爆破筑坝是在地形、 地质条件适当的河谷的一岸或两岸布置炸药室。 使爆破产生的岩快大部分抛掷到预定的位置堆积成坝，拦截河道。采用这种方法筑坝一次爆破可得石方数万、数十万甚至上百万立方米，爆破抛射出的石块下落时以高速填入堆石体，紧密度较大，孔隙率可在 28%以下，从而可节约大量人力、物力和财力。但爆破对山体的破坏作用较大，使岩体内的裂缝加宽，有时可形成绕坝渗流通道，并可使隧洞、 溢洪道周围的地质条件以及岸坡的稳定条件恶化。 此外爆破后填平补齐、整修清理的工作量仍然很大，坝基处理与防渗体施工均有一定困难。 因此，这种坝型主要适用于山高、 坡陡、 窄河谷以及地质条件良好的中、 小型工程。土工薄膜防渗的土石坝不仅继承了钢筋混凝土面板堆石坝的优点，而且土工膜的施工比钢筋混凝土面板价格便宜，施工更加快捷方便，同时克服了面板对基础沉陷很敏感的缺点，但是土工膜受一定的气候条件限制，气温过低就不能发挥作用。就本工程而言，气温适中，不存在该问题。5.3.2 定量分析5.3.2.1 钢筋混凝土面板堆石坝与复合土工膜防渗面板堆石坝的方案比较以下选用两个最合理的方案进行优选：方案一：钢筋混凝土面板堆石坝；方案二：复合土工膜防渗面板堆石坝。- 29 -从三方面对上述两方案进行具体比较：（1） 从枢纽布置方面来看，因为都属堆石坝，只是防渗体有所不同，故在枢纽布置中，两方案并无差异；（2） 从施工角度来看，两方案堆石体部分无差别，相比较而言，钢筋混凝土面板堆石坝的面板比复合土工膜的工作量大。就防渗体而言，复合土工膜施工比较方便快捷，且没有分缝要求，另外也无止水要求；而钢筋混凝土面板需要考虑配筋，分缝和设止水的要求。（3） 从工程造价角度看：面板总面积：15434.85m21) 钢筋混凝土面板方案：钢筋混凝土面板单价：450元/m3钢筋混凝土面板造价：45015434.850.5=347.28 万元止水单价：300 元/m止水造价：3001071.41=32.14 万元（按15m分缝）钢筋混凝土面板方案总造价：348.49万元2) 复合土工膜造价复合土工膜单价：20元/m2复合土工膜造价：2015434.85=30.87 万元素混凝土单价：300 元/m3素混凝土保护层造价：30015434.850.1=46.30 万元复合土工膜方案总造价：77.17万元由上可知，复合土工膜方案造价远小于钢筋混凝土面板方案。从以上比较，最后 B 江水利枢纽工程采用复合土工膜防渗面板堆石坝。5.4 泄水建筑物型式选择本设计采用的坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见 5.2.2），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。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，坝层褶皱挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层埋深经先导- 30 -孔压水实验，左岸相对不透水层埋深 1024m，且属中等严重透水层。因此要避开透水层布置泄水隧洞工程量很大，故不宜采用。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。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。若采用侧槽溢洪道，考虑侧槽内流态复杂，则侧槽及泄水段的衬砌工程含量很大；同时考虑到堆石坝溢洪道可紧靠坝体布置这一优点，故采用正槽溢洪道，布置在左岸。泄水建筑物采用正槽溢洪道，其堰顶高程 273.0m，溢流孔净宽 10m，闸门顶高程应高于正常蓄水位或设计洪水位 0.30.5m,故最终选择闸门宽为 10m，高为6m，平板闸门（详见4.4.6.4）。放空洞与导流隧洞相结合，施工结束后，导流隧洞即作为放空洞使用。隧洞采用圆形断面，直径为 2.4m，隧洞进口预留闸墩，以便改为防空洞时布置闸门，蓄水时下闸挡水，当放空库容时开闸放水。（具体布置见大坝平面布置图）。- 31 -5.5 水电站建筑物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。本工程采用引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s ， 厂 房 位 于 段 莘 江 湾 湖 山 村 左 岸 下 游 340m 处 ， 地 面 式 ， 总 面 积31.515.7m2,其中主厂房宽 10.8m，主厂房内安装二台 HL110-WJ-76，配 SFW-J3000-6/1480 的水轮发电机组，机组安装高程为 103m，多年平均发电量为1700104kwh ， 保 证 出 力 1461kw 。 开 关 站 位 于 厂 房 的 左 上 侧 ， 尺 寸 为11.527.25m2。5.6 枢纽方案的综合比较5.6.1 挡水建筑物复合土工膜防渗堆石坝堆石坝按直线布置，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。本工程地形上右岸有一低矮垭口，顶高程为274m，直接填筑石料会有很大的工程量，故考虑在右岸低矮垭口处设混凝土挡墙作为副坝挡水。5.6.2 泄水建筑物正槽溢洪道泄水建筑物采用正槽溢洪道，为减少开挖量，减少堆石料填筑量，溢洪道与堆石坝坝体紧密连接，布置于左岸。虽然右岸有天然垭口，本是布置溢洪道的有利条件，但是垭口下游地形太陡，不能布置溢洪道，所以综合比较把溢洪道布置于左岸。5.6.3 水电站建筑物引水式水电站，设计水头 174m。引水隧洞布置于右岸山体中；电站厂房布置于段莘江湾湖山村左岸下游 340m处，地面式；开关站位于厂房左上侧。- 32 -第六章 第一主要建筑物设计6.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计6.1.1 L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度由第四章第六节计算可得：L 型挡墙顶高程 281.2m，根据混凝土面板堆石坝设计规范可知：L 型挡墙墙顶高出坝顶 11.2m，且 L 型挡墙墙底高程需高于正常蓄水位（若低于正常蓄水位，须加强土工膜与L型挡墙止水设计）。取 L 型挡墙墙顶高出坝顶 1.2m，则坝顶高程坝顶=281.21.2=280m。坝顶宽度应由运行、 布置坝顶设施和施工的要求来确定，按照坝高的不同，本工程可取58m,取坝顶宽度B=8m。6.1.2 坝体分区为充分利用石场及施工现场的开挖料，应根据堆石体在坝内不同部位的不同作用，对坝体进行合理的分区。 一般情况，应对堆石体各部分分别提出材料特性、最大粒径、 粒径级配、 碾压后的密实度和变形模量以及透水性和施工工艺要求，这就需要根据堆石体各部分的受力条件和所起的作用进行研究，将堆石体作适当分区，以方便施工及降低工程造价。土工膜堆石坝一般分为防渗区、 过渡区、 堆石区、 下游护坡。 过渡区内紧靠面板的部分，起直接制成面板的作用，一般应具有高变形模量，均匀性和低透水性，其位置相当于面板的垫层，故又称为垫层。垫层下游其余部分的过渡区，起垫层与下游堆石区间的过渡作用。堆石按其所在的部位，又划分为两个区，靠近中央及上游部位的堆石区，受水压力作用较大，离地面也较近，较为重要，特性与技术要求较高，故专分为一个小区，称为主堆石区；靠下游部位的堆石区主要起保持坝体整体和下游坝坡稳定作用，特性和技术要求较低，为次堆石区。这样，对堆石体的分区，按上述分为：() 垫层，（）过渡层，（）主堆石区，（）次堆石区。根据上述要求，考虑到本工程当地堆石料及应力状态因素，将大坝大致分区如图所示：- 33 -图图6-1 坝体分区图坝体分区图6.1.3 L型挡墙设计6.1.3.1 L型挡墙尺寸选择在面板堆石坝中，一般都在坝顶上游边缘处设置钢筋混凝土防浪墙，用以降低坝顶高度，减少堆石体的工程量，而混凝土的用量则增加不多，这样可降低工程量和造价，加快施工进度。防浪墙一般为悬臂式结构，在浪压力作用下，必须能保持稳定和满足结构应力要求。在复合土工膜面板堆石坝中，土工织物穿入L型挡墙，共同构成一个防渗整体堆石坝因各段坝高不同，各段坝 顶的沉陷与下游位移量难免有所差异，为避免因此而产生的不均匀变形裂缝与温度裂缝，防浪墙应设置伸缩接缝。坝顶上游侧设置 L型防浪墙，根据防浪墙底部高程宜高于正常蓄水位的要求，取防浪墙底部高程为 276+0.2=276.2m，则墙高h=280.4-276.2=4.2m。坝顶上游侧底部设 0.6m宽的检修走道。 - 34 -L型挡墙尺寸见图 6-2（尺寸单位m，高程单位m）。图6-2 L 型挡墙断面图6.1.3.2 L型挡墙荷载计算（1）荷载计算方法）荷载计算方法 土压力：土压力采用朗肯土压力理论计算，取单宽1m。KH21E2 （6-1）式中：E土压力；土的容重； H土体厚度； K土压力系数。1）主动土压力系数： aK=245tan2 （6-2） 式中： 内摩擦角，由于挡墙后坝顶路面，采用的是细堆石料，故试验参数选用 A组，=38.58aK=245tan2=258.3845tan2=0.2322）被动土压力系数 pK=245tan2=4.314 （6-3） 3）静止土压力系数： sin10K=0.3764 静水压力：221HPww （6-5）式中：w水的容重； H 水深。- 35 -浪压力：坝前水深 H大于105. 32/mL，为深水波。 2/2/)(22012%120LLLhhLPzL （6-6）式中：0 水的容重 %1h累积频率 1%的波高。 图6-3 浪压力计算示意图zh波浪中心线高出计算静水位L1、L2见图6-3（2）工况一：正常蓄水位 及 工况二完建工况）工况一：正常蓄水位 及 工况二完建工况 图 6-4 正常蓄水位工况由于挡墙底高程在正常蓄水位上，虽然浪压力会对挡墙产生作用，但较小故忽略，因此作用在挡墙上的力只有墙后填土压力。 由于在墙后填土的作用下墙有背离填土移动的趋势，故墙后填土压力应为主动土压力。墙 底 截 面 处 以 上 的 土 压 力kN02.26232. 03 . 360.2021KH21E22a1其产生的弯矩 28.62kN/m3/3. 326.02M（逆时针） 墙身截面以上的土压力kN73.18232. 08 . 260.2021KH21E22a2- 36 -（3）工况三：设计洪水位 ）工况三：设计洪水位 底板底截面以上： 静止水压力：kNHPww91. 47 .2767 .27781. 92121221）（产生的弯矩 M0=4.911/3=1.64 kNM（顺时针）浪压力：2/2/)(22012%120LLLhhLPzL=2/181. 92/14. 11)42. 1682. 01 (81. 92 =27.66 kN作用点距墙身底截面m16. 181. 9/66.2731112131102. 2114. 22122e在墙身底截面产生的弯矩M3=27.661.16=32.09 kNM（顺时针）判断墙后填土压力是何种土压力：若是被动土压力，则ppKHE25 . 0=471.2KN 远大于静止水压力与浪压力，故不可能是被动土压力。且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况 下 土 压 力 近 似 为 静 止 土 压 力 22.425 . 0020KHE。 产 生 的 弯 矩M1=42.223.3/3=46.44 KNM(逆时针)墙身底截面以上：- 37 -图 6-5 底板截面荷载示意图静止水压力：kNHPww23. 12121浪压力：2/2/)(22012%120LLLhhLPzL=2/5 . 081. 92/295. 15 . 0)102. 25 . 0(81. 92 =21.68 kN作用点距底板底截面me91.081.9/68.21315.05.02131102.25.0795.12122在墙身底截面产生的弯矩 M3=21.680.91 =19.73 kNM（顺时针）产生的土压力为静止土压力，静止土压力: 0205 . 0KHE=30.40kNM= 30.402.83=28.37 kNM（逆时针）（4）工况四：校核洪水位 ）工况四：校核洪水位 底板截面以上： - 38 -图 6-6 工况三 墙身底截面荷载示意图图6-7 工况四 底板截面荷载示意图 静止水压力：kNHPww66.302121 浪压力：2/2/)(22012%120LLLhhLPzL=2/5 . 281. 92/155. 05 . 2)073. 15 . 2(81. 92 =15.87 kN作用点距底板底截面：me88.181.9/87.15315.25.22131573.3655.22122在底板底截面产生的弯矩 M3=15.871.88 = 29.84 kNM（顺时针）判断墙后填土压力是何种土压力：若是被动土压力，则ppKHE25 . 0=471.2 KN 远大于静止水压力与浪压力，故不可能是被动土压力。且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况下土压力近似为静止土压力：静止土压力: 0205 . 0KHE=42.22kN对底截面产生的弯矩 M1=42.223.3/3=46.44 KNM(逆时针)墙身底截面处以上： 静止水压力： kNHPww62.19281. 92121221对底板底截面产生的弯矩 M0=19.622/3 =13.08 kNM（顺时针） 浪压力：2/2/)(22012%120LLLhhLPzL- 39 -图6-8 工况四 墙身底截面荷载示意图=2/281. 92/283. 02)073. 12(81. 92= 14.79kN作用点距墙身底截面me5 . 181. 9/79.1431222131073. 12283. 22122在底板底截面产生的弯矩 M3=14.791.5 = 22.19 kNM（顺时针）产生的土压力为静止土压力，静止土压力: 0205 . 0KHE=30.40kNM= 30.402.83=28.37 kNM（逆时针）6.1.3.3 最危险工况判定 由于抗滑稳定验算和基底应力验算时不同工况下虽然荷载大小不同，但各种工况下的规范允许值也不同，故不宜判断何种工况为最危险工况，为避免判断错误，对各种工况均进行验算。挡墙配筋计算时的最危险工况判定具体见6.1.3.6。6.1.3.4 L型挡墙的抗滑稳定计算摩擦公式：HGfKc （6-7）式中：KC 沿基底面的抗滑稳定安全系数，基本组合为1.25，特殊组合为1.1 f 摩擦系数，f=0.50.6,取f=0.5； G 作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN）；H 作用在挡墙上全部平行于基底面的荷载（kN）。查水工挡土墙设计规范表3.1.1，3级坝的挡土墙级别为3级。根据 水工挡土墙设计规范 表3.2.7 规定，土质地基上 3级挡土墙在基本组合下的抗滑稳定安全系数的允许值为 1.05。计算05. 102. 5K，故满足抗滑稳定要求。6.1.3.5 L型挡墙的基底应力计算WMAGminmax （6-8）式中：minmaxPP 挡墙基底应力的最大值或最小值； G 作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN）； M作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和；- 40 -A 挡墙基底面的面积；W 挡墙基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩。工况一：正常蓄水位工况一：正常蓄水位（如图6-4） 计算得：MPamkN25/82.6180.68667. 231. 9423.2612minmax工况二：完建工况工况二：完建工况同正常蓄水位工况工况三：设计洪水位工况工况三：设计洪水位工况（见图 6-5）：计算得：MPamkN25/46.5862.73667. 222.20417.2642minmax工况四：校核洪水位工况四：校核洪水位(见图6-7)计算得：MPamkNWMAGPP25/18.5832.78667. 287.2642732minmax各种工况下挡墙平均基底应力均小于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的 1.2 倍；且挡墙基底应力的最大值与最小值之比为 1.7小于规范允许的 2.5。所以基底应力满足要求。6.1.3.6 L型挡墙抗倾覆稳定计算根据 水工挡土墙设计规范 （SL379-2007）规定，土质地基上的挡土墙，在同时满足以下 2个规定的要求时，可不进行抗倾覆稳定计算。1. 在各种计算情况下，挡土墙平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；2. 挡土墙基地应力的最大值与最小值之比不大于2.5（特殊组合）。 本设计挡土墙同时满足以上 2个规定，故不进行抗倾覆稳定计算。6.1.3.7 L型挡墙配筋计算（注：以下钢筋 代表 II 级钢、代表I 级钢）（1）墙身配筋计算）墙身配筋计算最危险工况判定：工况一：正常蓄水位工况一：正常蓄水位 墙身底截面上只受到主动土压力产生的弯矩。- 41 - 其产生的弯矩 M118.732.8/3=17.48 kNm（逆时针）工况二：完建工况 工况二：完建工况 与正常蓄水位工况相同图工况三：设计洪水位工况三：设计洪水位静止土压力产生的弯矩M1=28.37 kNm（逆时针） 静止水压力产生的弯矩 M2=0.205 kNm（顺时针） 浪压力产生的弯矩 M3=19.73 kNm（顺时针） 工况四：校核洪水位工况四：校核洪水位 静止土压力产生的弯矩 M1=28.37 kNm（逆时针） 静止水压力产生的弯矩 M2=13.08kNm（顺时针） 浪压力产生的弯矩 M3=22.19 kNm（顺时针） 配筋计算：210lqlgMkQkG （2-9）式中： 0 安全级别，该防浪墙属3级，结构安全级别为II 级，0 . 10； 设计状况系数，0 . 1； G 、Q 永久、可变荷载分项系数，浪压力取1.2；静止土压力和主动土压力取1.2 ；静水压力取1.0 mKNM976.2048.172 . 1正常 mKNM122.10205. 02 . 173.192 . 137.282 . 1设计mKNM28. 837.282 . 119.222 . 108.132 . 1校核工况一二最危险工况。根据 水工挡土墙设计规范SL_379-2007 ,墙身配筋可按固支在底板上的悬臂板按受弯构件计算。由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚度c=30mm，a=35mm,取单位宽度 1m 进行计算，混凝土采用 C25，则轴心抗压强度设计值2/9 .11mmNfc。钢筋采用级钢筋，2/300mmNfy截面抵抗矩系数：20hbfMKcs （2-10）式中： K=1.2- 42 -358. 00098. 046510009 .1110976.202 . 12620sbcshbfMK468. 085. 00098. 0211bs，属于适筋破坏。 钢筋面积：20761.18030046510000098. 09 .11mmfhbfAycs配筋率：%15. 0039. 04651000761.180min000hbAs故采用最小配筋率配筋：2000min5 .69715. 04651000mmhbAs选配 10110（2714mmAs），分布钢筋采用8250。在下游侧采用构造对称配筋，配10110，分布钢筋采用8250。配筋图见细部构造图。（2）底板配筋计算）底板配筋计算根据 水工挡土墙设计规范SL_379-2007 ,前趾和底板配筋可按固支在墙体上的悬臂板按受弯构件计算。最危险工况判定：根据 水工挡土墙设计规范SL_379-2007 ,前趾和底板配筋可按固支在墙体上的悬臂板按受弯构件计算。最危险工况判定：基底反力作用点距 2-2 截面 me47. 18 .6874.638 .68274.6339 . 2基底反力在 2-2 截面产生的弯矩：（基地反力见图2-12） )(51.28247. 1)8 .6874.63(29 . 21逆时针mKNM；盖土重在此截面产生的弯矩2M=167.232.9/2=242.48MKN（顺时针）；自重在此截面产生的弯矩41.4929 . 29 . 25 . 05 .233MMkN（顺时针）；各力在 2-2 截面产生的弯矩之和：kQkGkGsMMMM12120. 120. 105. 1设计- 43 -图6-9 mKN84. 3)51.28248.242(20. 141.4905. 1 工况四：校核洪水位工况四：校核洪水位基底反力作用点距2-2 截面 me50. 132.7872.6332.78272.6339 . 2基底反力在 2-2 截面产生的弯矩：（基地反力见图 2-14） 94.30850. 1)32.7872.63(29 . 21MMkN(逆时针)；盖土重在此截面产生的弯矩2M=167.232.9/2=242.48MKN（顺时针）；自重在此截面产生的弯矩41.4929 . 29 . 25 . 05 .233MMkN（顺时针）；各力在 2-2 截面产生的弯矩之和：kQkGkGsMMMM12120. 120. 105. 1设计 mKN87.27)94.30848.242(20. 141.4905. 1故最危险工况为校核洪水位工况。由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚度c=30mm，a=35mm,取单位宽度 1m 进行计算，混凝土采用 C25，则轴心抗压强度设计值2/9 .11mmNfc。钢筋采用级钢筋，2/300mmNfy。截面抵抗矩系数：20hbfMKcs式中：K=1.2358. 0013. 046510009 .111087.272 . 12620sbcshbfMK468. 085. 0013. 0211bs，属于适筋破坏。 钢筋面积：2079.2393004651000013. 09 .11mmfhbfAycs配筋率：%15. 0052. 0465100079.239min000hbAs故采用最小配筋率配筋：2000min5 .69715. 04651000mmhbAs- 44 -图 6-11选配 10110（2714mmAs），分布钢筋采用 8250。6.2 堆石料设计6.2.1 堆石料基本特性参数 软化系数： 微新岩石 0.7；弱风化岩石 0.55 饱和抗压强度： 微新岩石 40MPa；弱风化岩石 表6-125 MPa表6-1组别试 验 干 密 度（g/2）C(MPa)0KnRfGFDA2.104738.586800.350.820.460.201.5B2.056037.726000.320.810.430.181.86.2.2 主、次堆石料设计由于料场石料为千枚岩，故坝体填筑料采用千枚岩。 坝体的材料分区由上游向下游分为无砂混凝土、 下垫层、 过渡层、 主堆石区、 次堆石区。（1） 主堆石区：采用微新千枚岩，饱和抗压强度40MPa， 软化系数0.7，控制最大粒径 800（600）mm，d10=5mm，含泥量5%，不均匀系数Cu15，级配连续，碾压后渗透系数 k10-3cm/s，设计干密度2.1g/cm。（2） 次堆石区：采用弱风化下部以下千枚岩，饱和抗压强度25MPa， 软化系数0.5，设计干密度 2.05g/cm。6.2.3 垫层、过渡层设计（1） 无砂混凝土层：主要为固结边坡，并为复合土工膜面板提供优质基础，改善复合土工膜的受力状态，增加界面摩擦系数，其水平厚度为 0.1m，采用粒径10-15mm的卵石，抗压强度40MPa，渗透系数10cm/s。（2）下垫层：水平厚度 1.0m，采用采用微新千枚岩，饱和抗压强度40MPa， 软化系数0.7，控制最大粒径 300mm，d10=5mm，含泥量5%，不均匀系数Cu5.5，级配连续，碾压后渗透系数 k10-3cm/s，设计干密度2.1g/cm。（3） 过渡层：水平厚度 3.0m，采用微新千枚岩，饱和抗压强度40MPa， - 45 -软化系数0.7，控制最大粒径 300mm，d10=5mm，含泥量5%，不均匀系数Cu5.5，级配连续，碾压后渗透系数 k10-3cm/s，设计干密度2.1g/cm。6.2.4 堆石体设计技术参数表通过碾压试验和室内试验，得出坝体各坝区堆石体的设计技术参数如下表：表6-2：填筑分区强度（MPa）干密度（g/2）孔隙率（%）渗透系数（/s）不均匀系数含泥量（%）Dmax5粒径下垫层402.12010-35.5530010过渡区402.12010-35.5530010主堆石区402.12010-315580010次堆石区252.052010-3155800106.2.5 堆石体填筑技术参数表坝体填筑前，通过爆破碾压联合试验，确定填筑有关技术参数见下表：表6-3：填筑分区铺料方法铺料厚度（）加水量（%）碾压遍数（遍）碾压速度（km/h）下垫层后退法407.51062.5过渡区后退法407.51062.5主堆石区进占法807.51082.5次堆石区进占法807.51082.56.3 复合土工膜设计6.3.1 复合土工膜的选型和分区6.3.1.1 材料种类、特性及主要性能土工膜可分为三大类：土工膜、加筋土工膜和复合土工膜。（1） 土工膜：以聚合物为原料，用吹塑法、 挤塑法、 辊轧法制成。 聚乙烯、 软聚氯乙烯、聚异丁乙烯橡胶膜均可作为土石坝的防渗材料。（2） 加筋土工膜：在聚合物膜的内部加筋，加筋材料一般为锦纶丝布、锦纶帆布、丙纶针刺织物等。其作用提高了土工膜的抗拉、抗顶破、抗撕裂的强度。- 46 -（3） 复合土工膜：是将聚合物膜与针刺土工织物加热压合或用胶粘剂粘合。土工织物保护土工膜以防止土工膜被接触的卵石碎石刺破，防止铺设时被人和机械压坏，亦可防止运输时损坏。土工织物又可起排水层的作用，以排出膜背后的渗透水或空隙水，防止膜被水和气抬起而失温，并可加速膜下面的软土或堆石排水固结，并提高与砂卵石接触面的摩擦系数，因而复合土工膜是最理想的土石坝防渗材料。其一个突出优点是即使聚合物膜发生破坏，由于土工织物的水力阻力能限制大量漏水。抗刺破能力比单膜提高许多。6.3.1.2 复合土工膜选型土工膜选择的关键取决于能否满足工程要求。良好的均匀性和防渗性能是选择土工膜首先遇到的问题。 一般塑料制品，尤其是热压塑料制品，质地比较均一。渗透系数也较合成橡胶小，工程中选用较多。涂塑的制品均匀性较差，本工程不予选用。橡胶制品也有压制的和涂刷的两种，前者较后者优，但橡胶制品渗透系数一般较塑料制品大，故本工程也不采用。土工膜厚度，直接影响工程质量。 减少渗量、 避免施工破损、 水压击穿、 地基变形、撕裂土工膜等都要求土工膜有一定的厚度。加筋与复合土工膜可明显增大抗刺破和耐水压能力，本设计拟定采用复合土工膜防渗。 6.3.1.3 防护层及下垫层及复合土工膜分区堆石坝上游面用土工膜防渗，膜下应铺设垫层和过渡层，两层合称为堆石坝的支持层。垫层为过渡区上最上游的部分，与复合土工膜接触，直接起支承与保护作用，因此，垫层应能起类似于柔性垫板作用，应具有尽可能大的密实度与变形模量。先将上游面基本整平，铺碎石过渡层。过渡层最大粒径15cm左右，最小粒径5cm左右，要核算过渡层与堆石的层间系数，即D15d85 710 （对粗糙多棱的料用大值，反之用小值）式中：D15 堆石的计算块径，小于该块径的料按重量计占堆石总量的 15%d85 过渡层的计算块径，小于该块径的料按重量计占过渡料总量的 85%垫层粒径，膜厚 1左右，用粒径小于 1的小碎石或小于 2.0砾卵石；膜厚 0.6左右，用粒径小于 0.5的砾石：对于（300400）g的复合土工膜，可用小于 4的卵砾石或碎石作垫层。垫层材料最大粒径为 100mm，最小粒径可小于5mm，本设计采用无砂混凝土浇筑，水平厚度为 100mm,下面再铺一层下垫层，水平厚度为 1m。垫层与过渡层之间，也要满足层间系数的要求。- 47 -本设计现采用如下方案：250 高程以下采用 350g/0.6PE/350g 的复合土工膜，250 高程以上采用 350g/0.4PE/350g 的复合土工膜，堆石体上游面浇一层 10厚无砂砼，在无砂砼上每 2m 间隔 0.4m 刷一层 2砂浆，以利排水，然后铺设土工膜，表面浇 10厚砼保护层，土工膜底部、两岸边锚固于混凝土（粘土）齿槽内，顶部主要锚于 L型挡墙内。6.3.2 土工膜强度及厚度校核采用薄膜理论进行强度校核（考虑张在长条缝上的膜）。 水利水电工程土工合成材料应用技术规范C.0.1 规定，土工膜厚度计算依下式进行：pbT204. 0 (6-13)式中：T单宽土工膜所受拉力，kN/m； p膜上作用水压力，kPa； b预计膜下地基可能产生的裂缝宽度，m； 膜的拉应变，%。假设裂缝宽度 b=0.01m，利用曲线交会法，分别从250m和 227.5m高程从纵向和横向两方面验算，250m采用0.4mm厚土工膜，227.5m采用0.6mm厚土工膜。图6-10 曲线交会法计算简图本设计采用的土工膜情况为：250m高程以上采用0.4mm厚度的复合土工膜；250m高程以下采用 0.6mm厚度的复合土工膜，以下采用曲线交会法进行应力校核计算。在水位最高的情况下，即校核洪水位情况下，进行应力校核：- 48 -对于膜厚为 0.4mm的土工膜，最危险处位于 250m高程，此时水压力最大，为：KPaP45.286)2502 .279(81. 9max，取0.01bm=。 则按1/20.204/Tpbe=可以求出第一条 T 曲线。同理可求得对于膜厚为 0.6mm的土工膜，最危险处位于 225m高程，此时水压力最大，为：KPaP18.507)5 .2272 .279(81. 9max，取0.01bm=，由1/20.204/Tpbe=可以求出第二条 T 曲线。用上述两条曲线与给定的复合土工膜拉伸曲线相交，两曲线的交点即为所选复合土工膜在压力 p作用时的工作拉力T及相应的工作应变 ，由此计算安全系数，选择满足要求的土工膜。则应力安全系数可如下式求得：maxTTKT=。复合土工膜厚度计算及强度分析列表计算如下：表6-4 复合土工膜厚度计算及强度分析表工况0.6mm 纵向0.6mm横向0.4mm 纵向0.4mm横向相应的 T663.553.69相应的Tmax39.5137.9430.3333.69KT6.596.328.549.13由上表可知：表中所有安全系数均大于水利水电工程土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98）中45K硚的规范要求，故土工膜厚度满足要求。6.4 大坝稳定分析6.4.1 计算原理及方法（1） 计算方法） 计算方法常用的土石坝坝坡稳定分析方法有：瑞典圆弧法、毕肖普法和折线法。瑞典圆弧法较适用于土坝，厚土斜墙和厚土心墙堆石坝。折线法较适用于混凝土面板堆石坝，薄土斜墙和薄土心墙堆石坝。本工程为复合土工膜防渗堆石坝，与面板堆石坝接近，采用折线法。在进行堆石体坡面稳定设计之前，要通过现场碾压试验和室内大型三轴试验，测得堆石体各区的干容重和内摩擦角。但在进行试验和采用这些参数时，应考虑堆石体各部分自重的垂直压应力的不同对这些参数的影响。比如，在堆石体的较低部位，所受的垂直压应力较大，石块的棱角可能被压碎，使石块与石块之- 49 -间咬合较差，因此其内摩擦角就相对较小；反之，在堆石体的较高部位，自重的垂直压应力较小，石块之间的咬合作用较好，其内摩擦角也相对较大。由于在分析堆石体上游坡面的稳定程度时，不考虑上游的库水压力的作用，因而上下游坡面的稳定计算的方法基本相同。所以本设计中只进行了下游坡面的稳定计算。（2） 计算原理） 计算原理计算时，先假定以堆石体的坡面，与水平面相交的坡角，绘制堆石体的横剖面图，然后在横剖面图上，假定几种由折线组成的可能滑动面，如图6-11：21图图 6-11折线法计算简图折线法计算简图将滑动土体分为 DEC 和ADE两块，各块重量分别计为W1、 W2,两块土体底面的抗剪强度分别为1j、2j。 采用折线滑动静力计算法，假定条块间作用力为P，其方向为水平。则 DEBC 土块的平衡式为： 0cos1sin111111tgWKcWP （3-1）ADE土块的平衡式为： 0)cos(sin)sin(1cos1211222211222PWtgPKtgWKcc （3-2）考虑各滑动面上抗剪发挥程度一样，两式中安全系数cK应相等，因此可联立方程求解cK。- 50 -在我国的 碾压式土石坝设计规范 中，对折线法稳定分析规定的稳定安全系数要求中，堆石体坝坡抗滑稳定最小安全系数 k 根据正常运行条件和级工程等级，取K=1.2。6.4.2 坝坡稳定分析验算下游坝坡是否稳定：假定 14组滑动面，分别按上述方法算出cK。(具体计算过程见计算书)得出的cK最小值为 1.42，均满足要求，坝坡稳定。 但由于在取14个滑动面的时候存在一些主观性，并不一定会刚好取到坝坡的最危险截面，故结果存在一定的误差。6.4.3 坝坡面复合土工膜的稳定分析根据规范要求采用极限平衡法计算复合土工膜稳定，具体方法如下。1) 混凝土护坡与复合土工膜间抗滑稳定计算混凝土护坡与复合土工膜间抗滑稳定计算现浇混凝土保护层厚 10，设竖缝，缝距 15m，缝内放沥青处理过的木条 1m长，间断 1，且在护坡混凝土板线设=1、 孔距2m的排水孔，使其畅通排水。因此水库水位降落时，混凝土护坡与复合土工膜间的水与水库水位同步下降，对混凝土板不产生反压力。 故竣工期、 满蓄期以及摩水位下降期抗滑稳定分析相同。现浇混凝土与复合土工膜的擦系数采用0.6，粘结力按 0.0、0.1 kg/2 分别计算稳定安全系数。由受力平衡可得安全系数 K为：sintantcfK （6-14）式中：f 为摩擦系数；为坝坡与水平面夹角；c 为粘结力；t 为混凝土保护层厚度（取 10）；为混凝土密度。计算结果见下表：表6-12 粘结力c(kg/2)0.00.1安全系数K0.938.562显然，经过涂沥青处理和现浇混凝土护坡后，坝坡是稳定的。2) 复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算- 51 -图6-12极限平衡法示意图考虑不利运行情况，分竣工期未蓄水和水库满蓄运行两种情况。由于蓄水后水压力使复合土工膜对下垫层施加很大压力，使其安全系数更大，故只计算竣工期未蓄水情况。复合土工膜与垫层水泥浆之间摩擦系数根据文献资料采用 0.577，粘结力c=0.0、0.1kg/2分别计算。由受力平衡可得安全系数 K为：sintan膜WtcfK （6-15）式中：f 为摩擦系数；为坝坡与水平面夹角；c 为粘结力；t 为混凝土保护层厚度（取 10）；为混凝土密度；膜W为土工膜重量。计算结果见下表：表 6-13粘结力c(kg/2)0.00.1安全系数K0.8945.811故复合土工膜满足抗滑稳定要求。6.5 副坝设计6.5.1 副坝及主坝的连接及副坝型式选择 由于右岸山体顶高程较低，低于坝高，且有个垭口，故应修建副坝，以挡水。6.5.1.1 副坝的型式选择副坝的形式可以选为：重力式挡墙、堆石坝体等，本工程如果考虑原料的来源方便，考虑采用与主坝一样材料的复合土工膜堆石坝。根据地形条件得出，河岸右侧副坝所在位置的山坡上下游坡度都较陡，如按上下游坡度则布置不下。故本设计拟采用重力式挡墙。副坝采用重力式混凝土挡墙，考虑到汽车上坝要求，在副坝的坝顶做公路面，使其与主坝同宽，坝顶高程与主坝同高，为280m。 墙身顶宽 8m，临水面垂直。 其剖面见图 6-13：- 52 -图图6-13 副坝剖面图副坝剖面图式中，坝底最小宽度B=0cH （6-16） H三角形基本剖面的高。H=m7 . 92687 .277坝底设 c混凝土容重，c=23.5kN/m3； 0水容重，0=9.81kN/m3；扬压力折减系数，河岸取为0.35；则mHBc78. 635. 081. 95 .237 . 90，同时要考虑副坝坝顶交通要求，取副坝宽 B=8m。下游坡度 m=82. 07 . 9/8，在 0.60.9 之间，满足要求。6.5.1.2 副坝的稳定验算采用摩擦公式，计算校核水位下的抗滑稳定安全系数K： K=PUWf)( （6-17）式中： W作用于滑动面以上的力在铅直方向分量代数和； P作用于滑动面以上的力在水平方向分量代数和； U 作用于滑动面上的扬压力； f 滑动面上抗剪摩擦系数，根据资料，混凝土与弱风化千枚岩之间的摩擦系数为 f=0.50.6，取 f=0.5；- 53 -工况一：正常蓄水位工况一：正常蓄水位1） 扬压力Fa=wH=9.818.5=83.39kNFb= Fa=83.39kN考虑在河岸段，扬压力折减系数=0.35 Fc=0.35 Fb=0.3583.39=29.192kN mU=0.5( FbFc )10.5Fc5.66=0.5(83.39+29.19)1+0.529.197=158.46KN2）浪压力：zmwLhhLP%14 式中：w 水的容重； mL 波浪波长；%1h 波浪浪高； zh 波浪中心线高出静水位高度。 zmwLhhLP%14 =9.819.32（1.42+0.682）/4= 48.05kN3）静水压力 KNHPww39.3545 . 881. 95 . 05 . 0224）副坝重 SWc=KN1 .2270)1282 . 15 . 0(5 .23稳定验算（抗剪强度公式）：62. 205.4839.354)46.1581 .2270(5 . 0K 由 水工建筑物 表2-7 得，挡墙的 K=1.05（3级建筑物，基本组合），则K=2.621.05， 抗滑稳定满足要求。工况二 完建工况同工况一工况二 完建工况同工况一工况三：设计洪水位工况三：设计洪水位1.荷载计算1）扬压力- 54 - 图6-15 副坝计算简图Fa=wH=9.819.7=95.16kNFb= Fa=95.16kN考虑在河岸段，扬压力折减系数=0.35 Fc=0.35 Fb=0.3595.16=33.312kN mU=0.5( FbFc )10.5Fc5.66=0.5(95.16+33.31)1+0.533.317=180.82KN2）浪压力 zmwLhhLP%14 =9.819.32（1.42+0.682）/4 = 48.05kN3）静水压力KNHPww51.4617 . 981. 95 . 05 . 0224）副坝重 SWc= =KN1 .2270)1282 . 15 . 0(5 .232稳定验算（抗剪强度公式）： 05. 251.46105.48)82.1801 .2270(5 . 0K由水工建筑物表 2-7 得，挡墙的 K=1.05（3 级建筑物，基本组合），则K=2.051.05， 抗滑稳定满足要求。 工况四：校核洪水位工况四：校核洪水位1.荷载计算1）扬压力Fa=wH=9.8111.2=109.76kNFb= Fa=109.76kN考虑在河岸段，扬压力折减系数=0.35 Fc=0.35 Fb=0.35109.76=38.422kN mU=0.5( FbFc )10.5Fc5.66=0.5(109.76+38.42)1+0.538.427=208.56KN2）浪压力 zmwLhhLP%14- 55 - =9.816.21（0.77+0.303）/4 = 16.34kN3）静水压力KNHPww28.6152 .1181. 95 . 05 . 0224）副坝重 SWc= =KN1 .2270)1282 . 15 . 0(5 .232稳定验算（抗剪强度公式）： 63. 128.61534.16)56.2081 .2270(5 . 0K由水工建筑物表 2-7 得，挡墙的K=1.0（3 级建筑物，特殊组合），则K=1.631.0， 抗滑稳定满足要求。6.5.1.3 副坝坝顶设计考虑到汽车上坝要求，副坝坝顶宽度与主坝相同，采用8m，并且上游面与主坝采用相似设计，设置顶高程相同的上游挡墙，挡墙与坝体融为一体。鉴于本设计中挡墙的体积较大，自身的稳定能满足要求且水压力作用不大，采用素混凝土设计。6.5.1.4 副坝分缝为防止在运用期由于温度变化发生伸缩变形和地基可能产生不均匀沉陷而引起裂缝，以及为了适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制等，需设置垂直于坝轴线的横缝。本设计横缝间距取 15m，其缝面为平面，不设键槽，不进行灌浆，各坝段独立工作。缝的宽度取 1cm，缝内用沥青油毛毡填充。横缝采用一道止水，止水片距上游面1m，止水片下端伸入地基中40cm，并用混凝土紧密嵌固。 6.5.2 副坝的地基处理防渗设计副坝为一重力式混凝土挡墙，坝基采用垂直防渗。 在坝基面进行帷幕灌浆，灌至相对不透水层以下 5m。同时注意堆石坝防渗体和重力式混凝土副坝防渗体的连接，防止出现渗漏通道。将主坝堆筑面延伸至挡墙面，同时将主坝土工膜插入副坝挡水面混凝土中，使其紧密连接，其接缝采用沥青进行灌填来保证接触缝不漏水，- 56 -1:1.55副坝混凝土图 6-16 主副坝连接图可加强防渗，避免集中渗漏。这样就组成了复合土工膜与混凝土挡墙的一个整体的防渗体。主坝趾板处的灌浆与副坝的帷幕灌浆相连接，在交接处进行交叉灌浆即趾板的灌浆穿过挡墙的帷幕灌浆，这样就组成复合土工膜趾板帷幕灌浆副坝本身混凝土挡墙帷幕灌浆的一个整体防渗体。6.6 主副坝连接段设计主坝与副坝的接合主要有两种形式：第一种类型是使土坝与混凝土翼墙式连接；第二种类型是混凝土坝插入土坝坝身中。翼墙式连接常用在较低的土石坝与溢流坝或泄洪闸的连接，插入式连接较翼墙式连接可靠，且这种连接方式简单，在很多情况下比翼墙式接合造价低。故本设计采用插入式连接。土石坝（主坝）的坡脚向副坝延伸，考虑到止水，连接处采用混凝土，主坝趾板与其紧密相连，同时在副坝侧面设置锚固钢筋，插入主坝堆石体中，使其紧密连接。下游主坝堆石体堆筑到副坝挡水垂直面，连接段止水与灌浆见6.5.2节。副坝在转弯处采用圆弧，考虑行车的要求，副坝与主坝坝顶的连接采用 25m的转弯半径（设计汽车时速 20km/h）。具体布置如枢纽布置图 BJ-1。6.7 细部构造设计及地基处理6.7.1 坝顶构造由坝的高度、坝顶结构、防汛管理、交通要求和施工场地要求等因素综合考虑本工程取坝宽 8m，并设 L 型挡墙，具体尺寸见图6-2。具体图形见细部构造图。6.7.2 护坡设计为保护堆石坝免受波浪雨水冲刷以及冰层和漂浮物的损害，防止坝体材料发生冻结、膨胀和收缩以及人畜破坏等，需设置护坡结构。护坡结构要求坚固耐久，能够抵抗各种不同因素对坝坡的破坏作用，护坡材料应该尽量就地取材，方便施工和维修（本次采用坝区丰富的千枚岩作为护坡的材料）。上游护坡常采用堆石、干砌石或浆砌石、混凝土或钢筋混凝土等形式，由于上游有混凝土保护层起护坡作用，故不再设计上游面得护坡。下游护坡要求略低，可采用草皮、 干砌石、 堆石等型式。 由于筑坝材料是堆石，故不采用草皮型式。重点比较砌石和堆石护坡。- 57 -（1）砌石护坡。砌石护坡是人工将块石铺砌于碎石或砾石垫层上。砌石力求嵌紧石块大小应根据风浪大小通过计算决定。砌石护坡要求石料比较坚硬并且耐风化，可采用干砌或者浆砌两种形式。通常干砌石厚度为0.20.6m，底部设0.150.25m后的垫层，当有反滤要求时，垫层应当适当加厚并按反滤层要求设计。浆砌石护坡厚度一般为 0.250.4m，另需预留一定数量的排水孔，并每隔24m设置变形缝以防止发生裂缝。根据经验，上述砌石护坡适用于浪高小于2m的情况。 当风浪较大时，可在砌石护坡上用水泥砂浆或细骨料混凝土填缝，以承受较大的风浪压力，并具有良好的抗冰层推力的性能，但要留有一定的缝隙或设排水孔，以便坝排水畅通。（2）堆石护坡。堆石护坡是将适当级配的石块倾倒在坝面垫层上的一种护坡型式因堆石抗风浪冲刷的能力低于砌石，其厚度大于砌石护坡，一般护坡厚约为0.50.9m，垫层厚度约为0.40.5m。 堆石护坡施工进度快，节省人力，但工程量比砌石护坡要大，多用于石料丰富的地区。两种方案的比较：浆砌石相对于堆石来说节省材料，同时可以减小大坝的工程量，加快施工进度，但是增加了工人的工作量，要承担增加的工人施工费用。本次工程所在地为江西，工人施工费用相对较低，经比较采用浆砌石护坡。由于下游波浪较小，资料缺失，故直接采用经验值，取浆砌石护坡厚度为0.4m。6.7.3 分缝及止水6.7.2.1 周边缝及止水周边缝是面板和底座间设置的一种柔性接缝，使面板不受约束，适应较大的周边缝是面板和底座间设置的一种柔性接缝，使面板不受约束，适应较大的位移，也是坝体可能的主要渗漏源，是接缝的重要部位。参照各工程资料，周边位移，也是坝体可能的主要渗漏源，是接缝的重要部位。参照各工程资料，周边缝的沉陷是一般不超过缝的沉陷是一般不超过 4 46cm6cm，张开和切向变位亦不超过，张开和切向变位亦不超过 2 23cm3cm；故本工程采用；故本工程采用周边缝缝宽周边缝缝宽 2cm2cm。 接缝间选用两道止水，即顶部用沥青处理木条，中间为单一土工。 接缝间选用两道止水，即顶部用沥青处理木条，中间为单一土工膜。膜。6.7.2.2 面板缝本工程保护层面板分缝的目的是适应坝体变形，分设垂直和周边缝两种，按目前工程上采用面板宽度，均不受混凝土温度和干缩应力的影响；考虑本坝址地形岸陡谷窄的因素，以及施工机具设备和混凝土生产能力的条件，确定面板用垂直缝分为 15块块条，垂直缝间距15m，采用平接硬缝，缝间沥青处理木条。6.7.2.3 L 型挡墙接缝及止水型挡墙接缝及止水- 58 -L 型挡墙与面板间的接缝应按周边缝处理，除设底部铜片止水外，缝内填预柔塑性填料；由于此接缝高程高于正常蓄水位，缝内中、上部预柔塑性填料用沥青浸渍木板代替。6.7.2.4 趾板分缝及止水本工程趾板不设伸缩缝，通过合理的混凝土配合比可以解决出现收缩裂缝的问题。只设 15m的施工缝，施工缝按冷缝处理，只打毛不设止水，但要求钢筋通过施工缝。施工缝分缝见趾板大图。6.7.4 坝基处理6.7.4.1 坝基及岸坡开挖（1） 河床基础处理） 河床基础处理坝基开挖自两岸岸坡从上而下进行，并尽早开始，在导流工程完成能投入使用时，两岸的岸坡部分开挖均应已全部完成，以免在基坑抽干后因岸坡上尚需开挖而影响基坑内的施工。对坝基的岩石开挖宜适当控制炸药用量，以防止因爆破而影响开挖面以下的岩石。对底座部分的地基开挖采用预裂爆破，这样既可以避免减少超挖，又保护基岩减少其磨损程度。底座的地基应连续平顺，避免任何突变，更不允许开挖成台阶状。 堆石体地基在趾板下游0.30.5坝高范围内的岸坡宜开挖成 1：0.5的坝坡。对于复合土工膜堆石坝，整个堆石体都在防渗体下游，支撑水库压力。堆石体底宽为坝高的 2.6 倍以上，所有水荷载基本上都传递到坝轴线上游部分的坝基上。 许多坝的观测结果都证实水库蓄水引起的下游坝壳的变形是极小的。 因此坝轴线以下部分吧唧的开挖和处理要求可以与上游部分有所不同。这样根据坝高和所处部位不同，分别确定处理措施，可以在确保安全的前提下，减少不必要的开挖和处理工作量，加快施工进度，节省工程投资。一般讲堆石体地基分为不同区域分别确定处理要求：(1)趾板下游至约 1/6坝底宽度处。 这一区域承受的水荷载最大，其变形将直接影响到面板变形，其处理标准应较为严格。要求将表土及松散的风化岩石予以清除，达到较完整的基岩面。在此范围内应对倒悬体或垂直岩面挖掉。(2)上游坝基约 1/6底宽至坝轴线处。 这一区域内可以用土方机械开挖和清理，将土状表层沉积物清除，露出基岩面即可。在坚硬岩石露头间的土状物或松散分化岩石可以用反铲或其他工具挖除，也可用人工清理，但不必清洗干净。干净的砂砾石层可以留在原地。岩石倒悬体或陡坡可以不清除。- 59 -(3)坝轴线下游部分的坝基。 由于其变形不影响到面板，故处理要求更可放宽。一般要将表土及松散堆积物清除即可。 岩石露头间的松散物也不必挖除。 河床砂砾石层也可以利用。6.7.4.2 固结灌浆除为特殊加固深层而采取深孔固结灌浆外，一般是在岩石表层钻孔，进行固结灌浆。固结灌浆的主要目的：1）改善岩石力学性能，如提高岩石的弹性模量和岩石承载强度，提高岩石的密实度，增进岩石的均一性，减少岩石变形和不均匀沉降；2）改善岩石条件，减少坝基岩石开挖深度；3）基础岩石表层大面积的固结灌浆和帷幕前面较深钻孔的固结灌浆，对截断基础岩石内的渗流有利，可以增进帷幕的防渗效能；4）上游坝基以外的固结灌浆也常能起到削减幕前水头的作用。固结灌浆的施工特点是：孔浅、孔多，灌浆孔在坝基内呈面状分布，当岩石裂隙中充填有黏土等杂质时，有时需要划分孔组，使用风水进行群孔冲洗，而后进行群孔灌浆。6.7.4.3 帷幕灌浆及排水帷幕灌浆是在坝基内，平行于坝轴线，并多在其上游处，用灌浆方法将浆液灌入到岩石的裂隙或沙砾石层的空隙中去，形成一道防渗的条带。帷幕灌浆的主要目的：1）截断基础渗流，保证设计水头，以满足水库及坝工设计的经济效益；2）降低基础扬压力，从而使大坝基础段面减小，节省工程量，降低造价，缩短工期；3）防止集中渗流，避免在基础中发生冲刷、管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全。帷幕灌浆施工的特点：钻孔较深，钻孔呈线形排列多采用单孔灌浆，灌浆压力也较大。6.8 趾板设计 （专题二）6.8.1 趾板的作用- 60 -趾板是布置在混凝土面板的周边，坐落在河床及两岸岩基上的混凝土结构，通常建在坚硬、不冲蚀、可灌浆的岩基上。图6-17 趾板横截面图 上图中：（a）趾板厚度；（b）超挖高度；（c）趾板下游面垂直于面板底面的高度应不小于0.9m；（d）直板段宽度；（f）滑模息止长度（斜长段）； （g）趾板宽度。趾板的主要作用是：将面板和地基防渗结构连接起来，提供灌浆的压重，同时也是面板的底部支撑和面板滑模施工的起始点。趾板的横截面如图 6-17 示，图中“x”为面板底面线与趾板底面线的交点，各截面的“x”点连线称为趾板的基准线，亦称为趾板轴线。趾板的基准线在空间上呈一系列的连续折线段，折线转角应根据地形、地质条件来确定，以最大限度的保证每段趾板都是布置在地质条件较好、 开挖量最少、 混凝土方量最省和施工最方便的岸坡上，并尽可能以较小锐角转折。根据国内外的经验，趾板的定线应分两期在施工中最终完成。- 61 - 趾板周边缝线坝轴线图6-18 趾板6.8.2 趾板剖面设计1） 确定趾板尺寸的原则：） 确定趾板尺寸的原则：（1）趾板是面板坝防渗系统中的重要组成部分，其基本尺寸必须满足坝基渗流控制和止水系统可靠工作的要求，并结合地基处理措施确定。（2）趾板的尺寸必须能够满足填筑坝体和坝基（包括岸坡）之间的变形协调的要求，保证面板端部具有良好的受力和变形条件。（3）应满足施工方面的要求。2） 趾板的宽度） 趾板的宽度 S：为防止趾板地基在设计水头作用下产生冲蚀，必须根据趾板地基的地质条件，选择合理的允许渗透坡降来确定趾板的宽度，即趾板宽度与岩基性质和作用水头H有关。趾板地基的允许水力坡降可参考以下经验数据：对于新鲜、微风化基岩：H/S20；对于弱风化基岩：H/S=1020对于强风化基岩：H/S=510；对于全风化基岩：H/S=35。一般采用 1/101/20 的水头宽度，同时为了方便灌浆施工，趾板的宽度不小于 3m，根据水头大小分段采用，在“x”线按折线改变其宽度。具体布置见计算书及大图。3） 趾板的厚度） 趾板的厚度 h：趾板的厚度应满足自身的稳定和起到灌浆盖板的作用，同时还应考虑温度应力和施工要求。由于趾板地基是经过灌浆处理的，因此，对于大多数坝的趾板要保证其最小设计厚为 0.3m。高坝趾板的设计厚度可采用0.4m0.5m。本设计趾板厚度分别取为0.3m及0.4m，具体布置见计算书及大图。4)趾板端部斜长段趾板端部斜长段趾板端部斜长段是作为面板滑膜施工时起始工作面，要求该段与面板在同一平面上，即 QT段的坡度与面板坡度相同，该段的长度一般要求不小0.8m。5）面板端部下堆石体厚度）面板端部下堆石体厚度 a为使面板边缘能够自由下沉，避免硬性支承，消除面板固端应力，趾板下游端面应垂直面板，即 QT垂直TE或TF；同时要求面板下部与基岩面之间应保持一定厚度的堆石体，在最大坝高处趾板下游端的最小堆石厚度a不得小于 0.81.0m，对于两岸较高部位的趾板，可适当放宽此项要求。本设计均取0.9m。- 62 -6）趾板的结构形式）趾板的结构形式趾板必须建在在稳定或经过处理后的稳定地基上，以防止趾板产生较大的变形或滑动失稳，在选择坝轴线和趾板基准线时应充分研究趾板地质条件，要避开不利于稳定的大断层、缓倾角裂隙等不利因素。根据趾板所处位的位置、趾板地基的地质条件和岸坡施工条件的不同，趾板的布置形式也不相同。通常按趾板所处的位置分为河床段趾板和岸坡段趾板。、河床段的趾板，其布置形式比较简单，趾板轴线“X”平行于坝轴线，趾板底面一般是水平面，趾板斜长段QT的坡度与面板坡度一致。、岸坡段趾板，由于该段布置在斜坡上，C 点高于B 点，趾板底面为非水平面，其轴线“X”与坝轴线亦不平行。故趾板横截面上面板的坡度m不等于面板的设计坡度 m，即11qb（1b为坝坡坡角）。因此，岸坡段趾板的横截面形式及布置就较为复杂。总结国内外经验，大致可分为三种基本形式：(a) 趾板底面开挖成与该段岸坡平行或接近相同坡度的平面，以趾板轴线为控制线。 这种布置的优点在于趾板地基开挖较少，特别是对于陡峭的地形更为有利。其缺点是由于趾板具有一定的横向坡度，因此，趾板施工时，立模和浇筑以及在趾板表面进行钻孔灌浆均较难，不利于机械化施工。(b) 趾板横截面上其底面线为水平线，但不同的地段趾板的不等，在这种情况下“X”线可能在趾板范围之外。 此种形式的优点是趾板的施工、 钻孔和灌浆均较方便，有利于机械化施工，缺点是开挖量大。(c) 岸坡段趾板横截面几何形状与河床段水平段趾板相同，但不同段落上趾板的角不同，只是将趾板横剖面底面线开挖成与水平线具有一定的夹角，使得斜长段 QT的坡度与面板的迎水面坡度m相同。这种形式的优点是开挖工作简单，开挖工程量较（b）型小，缺点与（a）型基本相同。原地面线面板面板原地面线图 6-19 a类型的趾板 图 6-20 b 类型的趾板- 63 -原地面线 图6-21 c 类型的趾板本工程趾板采用(b)形式布置,首先确定横剖面上面板迎水面与水平线的夹角1，这是一空间角度，根据 混凝土面板坝工程 得横剖面上趾板坡角1，公式如下： 2/12222/122/122221mBCLm1BCmLBCcosm （6-19）式中：B,C为 BC 段趾板两端点的高程； L趾板BC 段在坝轴线方向上的投影长度； m面板垂直于坝轴线方向上的设计坡度，即堆石坝上游坡面。当 CB 垂直于坝轴线时，L=0,则1=0。当 CB 平行于坝轴线时，则公式变为： 211cosmm由上述公式可计算出趾板坡角，从而可确定趾板各剖面尺寸，各剖面趾板坡角计算结果如表 6-14 表6-14 趾板各坡角计算表第一段第二段第三段 第 四 段第五段第六段第七段第 八 段第九段第十段第十一段B-C1511.71010 7.5017.515558.8L3.6514.4519.7045.0024.0051.008.4022.5013.7518.9513.00m1.551.551.551.551.551.551.551.551.551.551.55cos0.990.930.900.860.870.840.990.930.880.860.93角（度）7.1421.725.2330.8529.2232.859.2322.1628.2030.1321.98断面形式共九种，具体剖面见大图BJ-3- 64 -6.8.3 趾板配筋趾板的配筋是为了限裂，不能盲目增加配筋，配筋可以增加趾板的刚度但会使其更加不适应地基变形。由于趾板是浇筑在岩石地基上的混凝土板，结构应力较小，一般只需在趾板内布置一层温度钢筋，要求通过钢筋与基岩锚固以发挥组合梁的作用。趾板钢筋的各向含筋率可按照平板段设计厚度的0.3才采用。钢筋采用单层双向配筋，保护层厚度为 10cm。 在周边接缝处加配构造钢筋。 钢筋布置在趾板顶部，单层双向，各向含钢筋率为 0.30.4。 本设计采用单层双向配筋，保护层厚度取为 10cm。横向配筋率取为 0.3，纵向配筋率取为0.3。1）厚度为 0.3m的趾板：取单宽1m，min=0.3% ，则：min0bhAs=1000(300-100)0.3%=600mm2查 水工钢筋混凝土结构学 附录三表2，可选用12180，As=628mm2。2）厚度为 0.4m的趾板：取单宽 1m，min=0.3% ，则：min0bhAs=1000(400-100)0.3%=900mm2查 水工钢筋混凝土结构学 附录三表2，可选用12125，As=905mm2。锚筋设计：采用直径 28mm钢筋两向间距 1m，伸入基岩 5m，顶端弯成180,弯钩与顶面温度钢筋勾连。趾板剖面配筋见大图 BJ-3。6.8.4 趾板地基处理6.8.4.1.开挖：趾板地基开挖是在两岸削坡的同时自上而下进行的。 对覆盖层及表面全强风化岩层，可以用推土机、挖土机等直接开挖，对比较坚硬的风化岩石则要采用浅孔松动爆破方式开挖。趾板的开挖边坡，风化岩石可取1：0.51：0.8，取 1：0.6。趾板开挖应保证趾板下游 35 m 的平段。右岸副坝压浆板基础要求开挖至强风化中部以下。6.8.4.2 固结灌浆本工程坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，应进行固结灌浆，特别是表层的固结灌浆，因为位于趾板底部的基岩表层渗径最短，岩石较破碎，又不可能使用较高的灌浆压力，铺盖式固结灌浆就显得特别重要。固结灌浆必须要有足够的深度- 65 -以 能 穿 过 表 层 的 裂 隙 和 强 透 水 层 为 准 ， 一 般 孔 深 0.1H=0.1 （ 277.53-224.5）=5.303，最小 5m，取 5m，不分序。6.8.4.3 帷幕灌浆对基岩进行帷幕灌浆是趾板地基防渗处理的重要措施之一，帷幕灌浆深度现为 0.33H0.66H=（0.330.66）（277.53224.5）=17.50m35.00m。本工程由任务书可得，河床部位相对不透水层埋深 1117m，故灌浆孔深取 22m，距趾板上游边界处 1m。采用单排帷幕灌浆孔，孔距为 2m，钻孔方向尽可能做成垂直的，以利于施工。6.8.4.4 断层破碎带及节理裂隙的处理对于贯穿趾板上下游的断层破碎带及张开节理，应逐条进行清理，即进行清理后局部开挖和回填混凝土处理。通常对较小的构造破碎带，清理深度为其宽度的 23 倍，然后用水泥砂浆或混凝土回填，形成混凝土塞。同时在断层破碎带两侧加强灌浆，并在趾板下游侧用反滤排水层覆盖保护，以提高这些地段的渗透稳定性，避免沿这些薄弱层面形成渗透通道。本工程在趾板基础范围内(含趾板下游 6 m)的断层破碎带和软弱夹层进行深挖回填混凝土处理,并在趾板后 1/2 水头长的范围内断层表面采用 0.5 m 厚反滤料和0.5 m厚过渡料覆盖。6.9 溢洪道设计6.9.1 溢洪道的总体布置见大图布置6.9.2 进水渠设计进水渠的布置应遵循下列原则：选择有利的地形地质条件在选择轴线方向时应使进水顺畅进水渠较长时宜在控制段之前设置渐变段其长度视流速等条件确定不宜小于 2 倍堰前水深渠道需转弯时轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度，本工程为40m弯道至控制堰闸之间宜有长度不小于 2 倍堰上水头的直线段，本工程为12m。6.9.3 控制段设计- 66 -本工程为正槽溢洪道，控制段采用开敞式非真空实用堰，有较大的超泄能力。图 6-22 溢洪道堰面曲线（1）堰顶下游堰面曲线由溢洪道设计规范 SL253-2000得，堰顶下游堰面曲线采用WES曲线1nndxkHy-= （6-20）式中： dH堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高11.33dPH的高堰，取max(0.750.95)dHH=:，对于11.33dPH的低堰，取max(0.650.85)dHH=:，maxH为校核流量下的堰上水头，本设计为河岸溢洪道，堰高较低，11.33dPH时，k值见表A.1.1，当1/1.0dPH时，取k=2.02.2，所以k取2.0（2）堰顶上游堰头曲线堰顶上游堰头曲线采用三圆弧曲线k=2.0，n=1.85，R1=2.75，R2=1.1，R3=0.22- 67 -b1=0.175Hd =0.8225m，b2=0.276Hd =1.297m，b3=0.2818Hd =1.325m。（3）实用堰末端与泄槽连接段该处采用反弧连接，反弧半径R可取36倍反弧最低点水深，R=10m。6.9.4 泄槽设计泄槽段纵坡常取大于临界底坡的陡坡，使泄槽水流为急流，避免水跃。但具体纵坡视当地条件仍可在较大范围内变化，一般来说，地基较差者纵坡应较缓，常用纵坡为 1%15%，坚强的岩基纵坡可以很陡，如1：1.本工程左岸布置溢洪道处的岩性中等，故纵坡采用 1：4，全程不变，断面为矩形。6.9.5 出口消能段设计消能方式采用连续式鼻坎挑流消能鼻坎的 =30，反弧半径R=10m，挑距L=64.86m，冲坑st=14.68，所以/4.42sL t=（45），符合要求。6.10 坝体沉降估算对施工良好的土石坝，坝体沉降值约占坝高的 0.2%到0.4%，即0.11-0.22m。施工期坝体自重引起的垂直沉降在坝轴线深度方向的分布近似呈二次抛物线，即drcEhHhS （6-20）式中： S 计算点的垂直沉降，cm；H 坝高，cm； H 计算点以上的填筑高度，cm； rcE坝体自重下的变形模量，g/cm2； d 堆石体密度，g/cm3。 当 h0.5H 时，即在坝体中部达到沉降最大值，其值为：- 68 - drcEHS42 （6-21）本工程mEHSdrc18. 005. 2108000452504422符合要求，本设计最大沉降取0.2m。- 69 -第七章 施工组织设计7.1 基本资料分析7.1.1 工程概况钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约 160m 处，坝址以上控制流域面积 33km。工程坝高 52.5m,坝顶长度为 211m,正常蓄水位276.5m,设计洪水位277.7m,校核洪水位 279.2m。溢洪道布置在左岸，为开敞式正槽溢洪道，堰顶顶高程273m,净宽10m。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游 340m 处，地面式，总面积为31.515.7m2，其中主厂房宽 10.8m，主厂房内安装二台 HL110-WJ-76 水轮机，配SFW-J3000-6/1480 的水轮发电机组，机组安装高程为 103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为 11.527.25m2。7.1.2 施工条件7.1.2.1 施工工期主体工程工期暂定为 3 年，2009 开始准备，2010 年开工，2012 年年 7 月 30日第一台机组发电。7.1.2.2 坝址地形、地质以及建筑材料坝址以上控制流域面积 33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉常岩。坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。7.1.2.3 气象、水文资料见第二章（2.2 、2.4）。7.1.3 有效工日分析1.工日分析按下式进行：- 70 -月有效工日=日历天数因雨雪、气温不能施工天数其他原因停工天数2.依据： （1）坝区各种降雨天数统计 （2）坝区各种气温天数统计 （3）法定假日：5.1、 10.1、 10.2、 10.3、 1.1,清明节一天，春节及星期六、 星期天。 （4）各种工作因雨、气温停工标准。7.2 施工导流7.2.1 导流标准1、大坝是级建筑物，工期为 3年，围堰工程的使用年限1.5 年，围堰工程规模：库容0.18310 m,故导流建筑物级别为 V 级。2、导流建筑物的设计洪水标准根据导流建筑物的级别：V级和类型：土石坝可得，洪水重现期为 105年。（本设计建议采用20年）3、坝体施工期临时挡水渡汛洪水标准根据坝型为土石坝，拦洪库容0.18310 m，得洪水重现期为5020年。4、导流建筑物的封堵与水库蓄水标准：(1)规范规定的下闸设计流量采用时段 510 年的重现期的月或旬平均流量，封堵工程设计标准为 1020年重现期流量。(2)封堵后坝体的度汛标准：当导流建筑物封堵后，大坝进入施工运行期，这时坝体度汛标准根据土石类，大坝级别为级，故设计洪水重现期为 10050年；校核洪水重现期 200100年。(3) 水库蓄水标准：采用90%保证率作为水库蓄水标准5、过水围堰导流标准： 重现期320年7.2.2 施工导流方案及大坝施工分期7.2.2.1 施工导流方案施工导流的基本方法，大体上可分为两类：一类是分段围堰法导流，另一类是全断面围堰法导流。本工程河谷狭窄，且地质条件较差，不宜采用分段围堰法导流，分段围堰法导流通过束窄河床，使水流流速增大，河床被冲刷。全段面围堰法导流，其泄水道类型有：隧洞导流、明渠导流、涵管导流。全段围堰法中的隧洞导流适用于一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峭，山岩坚实的情况；明渠导流适用于岸坡平缓的平原河道；涵管导流一般在修筑土- 71 -坝堆石坝工程中采用，仅用于导流流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流任务。本工程河谷狭窄，且地质条件较差，不宜采用分段围堰法导流，分段围堰法导流通过束窄河床，使水流流速增大，河床被冲刷。故采用全段围堰法导流，因工程位于山区，排除明渠导流方案，且本工程要求建成后，有放空水库的放空洞故可与施工导流时的导流隧洞结合，同时，涵管导流的涵管一般设于枯水位以上也不宜采用。 故采用隧洞导流方案。 枢纽完成后，将导流隧洞用闸门封孔作为放空洞。经计算本工程采用全段围堰法导流（隧洞导流）7.2.2.2 大坝施工分期（1）第一期： 20092010.10.31,截流前，完成导流隧洞工程，并做好截流准备工作。 （2）第二期：2010.11.12011.4.30 , 截流开始，在围堰的保护下，进行大坝基础工程施工（包括排水、 基坑开挖及基础处理），然后进行大坝填筑，在梅雨、台风汛期汛期来到之前将大坝抢修到拦洪水位以上。（3）第三期：2011.5.12012.5.10（封孔），拦洪后填筑大坝到开始封孔蓄水。（4）第四期：2012.5.112012.7.30封孔以后大坝继续升高至坝顶设计高程。根据大坝二期工程量的计算，满足最大施工能力的要求，故采用全断面坝体拦洪度汛。 7.2.2.3 度汛方案采用全断面坝体拦洪度汛。 7.2.3 导流建筑物规划布置7.2.3.1 导流隧洞(1) 隧洞尺寸隧洞尺寸根据类似工程，导流隧洞采用圆形断面，直径为2.4m(2) 隧洞布置隧洞布置隧洞轴线应结合地形地质条件选定，尽可能布置成直线，长度尽可能短，但必须考虑进出口与上下游围堰之间保持 2050m的距离，防止水流冲刷围堰。进出口段为 U型渠，呈直线布置,在进口设置喇叭段。渠底到顶部的高2.7m。隧洞进口底高程为 227.5m,出口底高程为226.5m，隧洞长330m，底坡为0.303%。隧洞进- 72 -口处预留闸墩，以便以后改成放空洞，洞口宽度小于6m，不设中墩。隧洞进出口顶部岩石覆盖层厚度一般不小于 1.02.0倍隧洞净宽，视地质条件而定，（1.02.0）2.4=2.44.8m，所以上游在 227.52.44.1=234m 高程开挖，下游在 226.52.44.1=233m高程开挖。7.2.3.2 拦洪高程（1）原理）原理根据已定的隧洞尺寸和泄流条件，经过调洪演算确定上游拦洪水位及拦洪高程。洪水过程线采用频率为 5%的设计流量（洪峰流量按频率为 2%的1/2）。与第四章洪水调节相同，通过假定下泄流量，在图中求出增加的库容，再通过库容查库容水位关系曲线，得到流量水位曲线 1。计算隧洞下泻能力曲线 2。曲线 1 和曲线 2 的交点即为拦洪水位及其对应的下泄流量。（2）隧洞下泄能力曲线的确定）隧洞下泄能力曲线的确定 隧洞按有压流计算，则隧洞下泄流量关系曲线如下)(2)(21100pphHgmhHgfV （7-1）其中，m流量系数，取为 0.85 V洞内平均流速 0H隧洞进口水深 ph隧洞出口底坎以上水深 5%的流量库容以及水位为了简化计算，都取为2%情况下的一半，则表7-1V（万m）QH流速Vh1hpmH1Ho1154.80 125247.1727.65229.523.020.8556.93284.43- 73 -图7-1 隧洞泄水能力曲线201.36100249.3022.12229.322.820.8537.32264.82300.0350253.3411.06228.82.30.8510.93238.43做 Q-H曲线，得交点，可知拦洪水位251.5m，sQ/m6 .753则mH2545 . 25 .251拦。7.2.3.3 围堰(1) 围堰型式围堰型式本设计采用枯水期挡水围堰维护基坑修筑大坝。由于该围堰不能作为坝体的一部分，期工程完成后即要拆除，因此，围堰不能做得高，因而不能保证在筑坝时遇到较大来水时不漫顶，该围堰按过水围堰设计。围堰高为3m。过水土石围堰可采用：混凝土面板过水土石围堰、 加筋过水土石围堰。 混凝土面板土石围堰施工较复杂，对于只有 3 米高的围堰而言，采用这种围堰会造成较大的浪费，加筋过水土石围堰体积较小，施工工序少，其造价低于混凝土面板过水土石围堰。围堰挡水时段选在枯水期，即2010.11.12011.4.30。(2) 围堰尺寸围堰尺寸上游围堰顶宽取 5m,围堰高 3m,上游面坡度取1:2.5，下游面坡度取1:1.5。 上游围堰的尺寸和断面形式如图 7-2。其中钢筋网由纵向主筋、横向构造筋及横向加筋组成，纵向主筋直径 20mm，间距 30cm；横向构造筋 15mm，间距 20cm；横向加筋 20mm，间距 1.5m。 水平向主锚筋采用30mm，垂直间距1.5m、 水平间距0.8m。 图 图7-2 上游围堰断面图 图上游围堰断面图 图 7-3 钢筋网及水平向主锚筋构造图钢筋网及水平向主锚筋构造图下游围堰顶宽也取 5m,围堰高2m,上游面坡度取1:1.5，下游面坡度取1:2.5。 下游围堰的尺寸和断面形式如图 7-3，材料同上。 - 74 -1- 钢筋网； 2- 水平向主锚筋图图7-4 下游围堰断面图下游围堰断面图具体布置见大图 BJ-3。(3) 围堰的平面布置围堰的平面布置本设计水利枢纽采用全段围堰法，基坑坡趾距离主体工程轮廓的离取 20m，以便布置排水设施，交通运输道路及堆放材料和模板等。7.3 主体工程施工7.3.1 堆石体施工(1) 施工强度计算施工强度计算a.将大坝分成四期：第期：上、下游围堰；第期：坝底到拦洪高程，即5 .2525 .224；第期：拦洪高程到溢洪道高程，即2735 .252；第 IV 期：溢洪道高程至坝顶，即2 .279273。b.计算公式根据大坝分期按下列公式计算（梯形河谷适用）各期工程量：HmmblHmmbLHV21212336 （7-3）式中：V 计算部分坝体工程量（m3）；L 计算部分坝体顶部长度（m）；H 计算部分坝体高度（m）；b 计算部分坝体顶宽（m）；- 75 -l 计算部分坝体底部长度（m）；式中: V 计算部分坝体工程量（m3）；T 该期有效施工天数。c.计算结果表7-1 主体工程量及施工强度施工分期(围堰)说明位置高程(m)227.5230.5225.5254252.5273273279.2TV平QKQQ平大8 . 15 . 1K取 1.5工程量(4103m)0.435137.03418.25942.6564施工工期2010.10.12010.10.312010.11.12011.4.302011.5.12012.5.102012.5.112012.7.30有效工日(天)2213227456平均施工强度(天/3m)197.82805.6666.4474.3最大施工强度(天/3m)296.74208.4999.6711.5 (2) 施工机械选择及数量分析施工机械选择及数量分析a.机械选择开挖机械：正向铲 W200(2m3)； 运输机械：自卸汽车 佩尔利尼T20（载重量20T，容积11.7 m3）；整平机械：推土机 移山-80T2-80； 碾压机械：振动碾 YZ3-50（自重 15T,加重50T）b.机械生产率- 76 -图7-5 坝体分期示意图 周期性运行机械生产率（正向铲挖掘机、自卸汽车）)/(8603班mKKKqtPptv （7-5）式中：q土斗或车箱几何容积；vK土斗或车箱的充盈系数；tK时间利用系数；pK体积换算系数；t机械运行一次循环时间。 nttvLttttttt装空回运空回运卸装 （7-6） 式中：n挖土机装满一车的斗数 t挖土机循环工作的时间卸t可取 12.5分钟，包括调车、等待时间，取2min。正 向 铲 挖 掘 机 ：32mq，75. 0vK，75. 0tK，30. 177. 01pK，min46. 06 .272 . 123sst 1.2 为修正系数对于正向铲挖掘机：min46. 06 .272 . 123tsst)/(09.152630. 175. 075. 0246. 08608603班铲mKKKqtPptv自卸机车：37 . 11mq，75. 0vK， ， ，则： 振动碾的生产率： （7-7）式中：V 碾压机开行速度，V=1500m/h；B 滚筒长度(m), B=2.0m；C 搭接长度(m)，C=0.2m；h 铺土厚度(m)，h=0.8m；n 压实遍数，n=6； 时间利用系数， ； 体积换算系数， ； 取 1台。- 77 - 推土机查定额，移山-80T2-80 合理运距取 40m，台班 0.931.346，推土机生产率为 ,取为 130m3/班。机械数量: ,取17 台。c.配套机械数量计算 一台挖土机正常工作时，配合的汽车数n，由下式确定： 则 ，取 11 台 即一台挖土机配 11 台自卸汽车。 进行工艺配套验算（即 ）： 故满足要求。机械数量: ,取2 台 d.机械数量计算 （7-8）式中： 施工机械数量； 各期最大施工强度， ； 采用台班制，本工程采用一天两班制； 施工机械效率， 。计算如下表： 表7-2施工分期正向铲数量1211自卸汽车数量11221111震动碾数量1111推土机数量21753（3）堆石体施工工艺）堆石体施工工艺（1）坝面填筑工艺坝面填筑的
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