涪陵龙潭桃子沟大坝设计工作报告(091105).doc

龙潭水利工程（一期） 技施设计工作报告 重庆涪陵区水利电力建筑勘测设计院重庆市涪陵龙潭水利工程（一期）桃子沟水库枢纽工程下闸蓄水阶段验收 设 计 工 作 报 告重庆市涪陵水利电力建筑勘测设计院二00九年九月-44-批 准： 李家伦审 定： 乌晓明审 查： 陶世宏编 写： 彭建中 颜 睿 梁洪国目 录1、工程概况12、工程规划设计要点23、工程设计审查意见落实44、工程标准54.1设计依据54.2溢洪洞及放空冲砂管设计74.3取水建筑设计194.4拦河坝设计215、设计变更315.1一般设计变更315.2重大设计变更326、设计文件质量管理336.1 设计项目管理体制336.2 设计文件质量管理336.3 工程设计变更的质量管理347、设计服务348、工程评价348.1桃子沟大坝设计安全评价348.2溢洪洞设计安全评价358.3取水建筑物安全评价359、经验与建议36附件：371、设计机构设置和主要工作人员情况表372、工作设计大事记403、技术标准目录42 龙潭水利工程（一期）桃子沟水库枢纽工程下闸蓄水设计工作报告1、工程概况重庆市涪陵龙潭水利工程（一期）是以灌溉、城市供水为主，兼有农村人畜饮水综合效益的中型水利工程，由借水工程、桃子构水库枢纽、输水工程组成。工程位于涪陵区长江南岸西部，是以拟建的桃子沟水库为骨干，另将已建成的新桥、八一桥水库作为中转补偿调节水库，加上灌区内若干小型水利工程组成的长藤结瓜的系统工程。工程通过青烟洞副二级站，经马鞍山隧洞，跨流域调水到桃子沟水库囤蓄，并直接向涪陵主城区供水，并补充桃子沟灌区因桃子沟水库自身来水不足灌溉及人饮用水量的缺额。桃子沟水库位于涪陵区马武镇平桥村，涪陵蒲江河支流桃子沟的下游。地理坐标为东经10715，北纬2934。距涪陵城区约34km，对外交通十分方便。桃子沟水库区间集雨面积8.35km2，多年平均径流量442万m3，多年平均降雨量1140.1mm。龙潭水利工程为三等中型工程，其中永久性主要建筑物为3级，洪水标准采用50年一遇设计；次要建筑物为4级，洪水标准采用30年一遇设计；临时性建筑物为5级，洪水标准采用20年一遇设计；消能防冲设施洪水标准采用30年一遇设计。主要建筑物包括桃子沟水库、借水建筑物、输水管道、渠道及渠系建筑物等。桃子沟水库正常蓄水位596.5m，总库容1280万m3，属年调节水库。设计灌面4.23万亩，其中新增灌面3.599万亩，改善灌面0.634万亩，灌溉设计保证率75，年灌溉用水量1210万m3；解决沿途5个乡镇农村5.2万人的生活用水及4.86万人的场镇供水、4.3万头牲畜饮水，年用水量426万m3；城市供水1460万m3。工程区大地构造位于新华夏系第三沉降带四川盆地东部，属川东弧形构造带的组成部分，构造迹线以南北向为主。地震基本烈度定为度。桃子沟水库建坝岩体主要为侏罗系中统遂宁组（J2Sn）砂、泥岩互层，地质构造简单，无大的不良构造。拦河坝为钢筋砼面板堆石坝，坝顶高程600.60m，最大坝高59.6m，河床趾板建基面高程541.00m，坝顶长度202.0m。水库溢洪采用右岸岸边溢洪斜洞方式，堰顶高程596.50m，堰宽4.50m，自由泄流，最大泄流量36.2m3/s，底流消能。右岸放水建筑物为由一个流量调节阀控制流量的岸边直塔式3层取水结构。左右干渠及管道总长26.04km，支渠长9.5 km。另自龙潭河借水到桃子沟水库的马鞍山隧洞等渠系建筑物总长8.77km。桃子沟水库淹没占地1066亩，安置人口63户211人。桃子沟水库大坝施工枯期采用围堰挡水，汛期大坝坝身临时挡水，隧洞泄流的导流度汛方式。导流隧洞布置在大坝右岸，为城门洞型，尺寸为3.0m3.87m。工程由桃子沟水库及其灌区、借水建筑物和桃子沟至涪陵城输水管道等组成。工期39个月。工程静态投资19879.25万元，总投资20204.91万元。2、工程规划设计要点龙潭河干流的规划工作始于六十年代，原涪陵地区水电局及有关单位进行了大量的勘测、规划工作。在涪陵水电（80）字第90号和涪陵水电（83）字 第43号文中规划提出：在上游首段山区建黑塘中型水库，发展龙潭浅丘平坝农灌，减轻龙潭镇及农田遭受洪水威胁，并为中游发电提供补充水源。1999年5月涪陵区水利电力局编制的并经重庆市计委、市水电局联合审批的重庆市涪陵区水中长期供求计划已将长江南岸西区位于龙潭河上游的黑塘水库纳入2010年（规划设计水平年）前规划新建的工程。现龙潭河干流上已按规划建成了六座电站和两座中型龙头水库（八一桥、新桥水库），水能开发任务已基本完成，为黑塘水库的开发准备好了条件。为了更好的开发利用好水资源，管理保护好水资源，2001年8月，涪陵区水利电力局联合涪陵区水利电力建筑勘测设计院，在龙潭河干流前期规划工作及龙潭河水资源开发现状的基础上，共同编制完成了重庆市涪陵区龙潭河流域水利规划报告。报告中明确提出在2010年建成黑塘水库的远景目标，以在满足龙潭河流域农业灌溉、乡镇供水及农村人畜饮水等对水量需求的基础上，将有限的富裕水量调配到相对缺水的相邻流域，解决随着国民经济的发展，社会对水量、水质需求越来越大、越来越高的矛盾，实现科学合理地优化水资源配置的目标。根据龙潭河规划的要求，并考虑解决涪陵区长江南岸西部丘陵地区农田灌溉用水、涪陵主城区供水、场镇及农村人畜饮水，促进涪陵区社会经济的可持续发展，决定先修建涪陵龙潭水利工程的一期工程，即为青烟洞副二级站取水，经马鞍山隧洞，跨流域调水到桃子沟水库囤蓄，再通过输水建筑物接入涪陵，向主城区供水。规划设计考虑的要点是龙潭河有已建的新桥和八一桥水库两座，为青烟洞电站的蓄水水库，为不影响电站的发电用水，只能从2座水库下游取水，且考虑汛期水库弃水较多，无法全部直接利用，必须考虑找一个中转水库囤蓄再输水调配。根据工程要求，在浦江的桃子沟流域拟定了桃子沟水库，坝址控制流域面积8.35km2，总库容1280万m3。3、工程设计审查意见落实2000年5月受涪陵区水电局的委托，涪陵区水利电力建筑勘测设计院在2000年9月完成了涪陵西水东调水利工程（现更名为涪陵龙潭水利工程）项目建议书的编制工作，2001年初重庆市水利局以渝水规函20011号文关于涪陵区西水东调水利工程项目建议审查意见的函及重庆市计委以渝计委农2001172号关于涪陵西水东调水利工程项目建议书的批复，同意进一步开展该工程的前期工作，并要求按基建程序上报可行性研究报告。2001年4月涪陵区水利电力建筑勘测设计院受涪陵区水电局委托，完成了涪陵龙潭水利工程可行性研究报告，2001年12月重庆市水利局对该工程进行了审查，并以渝水规函31号文向重庆市计委提交了关于涪陵区龙潭水利工程可行性研究报告审查意见的函，认为可研报告基本达到了国家有关规范规定的深度。 2002年3月底重庆市计委组织了对本工程可研报告的审查，2002年6月4日重庆市发展计划委员会下达渝计委农2002637号文关于涪陵区龙潭水利工程可行性研究报告的批复，认为修建龙潭水利工程是十分必要的，同意建设龙潭水利工程，并要求抓紧工程的初步设计工作。2002年12月，受水利部委托水利部长江水利委员会对可研报告进行了审核，认为可研报告设计内容及深度基本满足可行性阶段要求。2002年6月底我院完成了涪陵龙潭水利工程初步设计报告的编制。2003年1月，按水利部长江水利委员会的审核意见及重庆市水利局、重庆市计委审批的意见，我院又对涪陵龙潭水利工程初步设计报告进行了修改，完成了涪陵龙潭水利工程的初步设计报告编制工作。2003年7月，重庆市水利局和重庆市计划发展委员会以与水基200312号文下达了关于涪陵区龙潭水利工程（一期）初步设计的批复。同意工程建设任务是以农业灌溉、城市供水为主，兼有灌区场镇和农村人畜饮水等综合作用，审批工程总投资为20204.91万元。4、工程标准4.1设计依据4.1.1工程等别与建筑物级别桃子沟水库总库容1280万m3，依据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，本工程为三等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。设计洪水标准为50年一遇，相应的洪水流量为22.2m3/s；校核洪水标准为1000年一遇，相应的洪水流量为36.2m3/s；消能防冲洪水设计标准为30年一遇，相应的洪水流量为19.8m3/s。水库枢纽包括钢筋砼面板堆石坝、溢洪洞、放水塔等建筑物。溢洪洞和放水塔布置在右岸，按3级建筑物进行设计。4.1.2 设计依据（1）设计依据1）初设报告2）招标设计文件（2）设计主要遵循的技术规范1）水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）2）水工混凝土结构设计规范（SL/T19196）3）水工混凝土施工规范（SDJ20782）4）混凝土面板堆石坝设计规范（SL22898）5）混凝土面板堆石坝施工规范（SL4994）6）水工建筑物荷载设计规范（DL50771997）7）水工建筑物抗震设计规范（DL50732000）8）水工隧洞设计规范(DL/T5195-2004)；9）土石坝安全监测技术规范SL 60-944.1.3设计基本资料（1）水文1）控制流域面积11.70km22）多年平均径流量442万m3（2）气象桃子沟水库流域及灌区均属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、雨量充沛、四季分明、光照适宜，无霜期长，伏旱突出等特点。多年平均气温18.1，极端最高气温42.2，极端最低气温-2.2。多年平均降水量1094.7mm，多年平均蒸发量1126.8mm，多年平均日照1300h。无霜期340d，多年平均相对湿度79%，多年平均最大风速18m/s，最大风速24.4m/s。4.1.4主要设计参数设计水位与流量特征水位水位高程（m）相应泄流量（m3/s）正常水位596.50设计洪水位598.3622.2校核洪水位599.0736.2死水位570.004.2工程地质4.2.1 技施设计阶段地勘成果技施设计阶段对大坝进行了补充地勘工作，主要对左岸蠕滑体进行了勘察。该蠕滑体后缘在构造作用下拉开，上部最大宽度12m，可见深约5m，下部充填破碎岩块，推测深58m ，滑体地表坡度1535，滑面为J2sn6-3与J2sn6-2砂泥岩接触面，滑面物质为褐黄色泥，含水量高，呈软塑，已泥化。滑体后缘长100150m，前缘长约70 m，滑面方向长约70m，平均厚8m ，体积5.6万m3。库区蓄水后，蠕滑体不会向坝址滑塌，但库内崩滑体因前缘临空，在库水作用下，降低结构面的强度，且滑面倾角811，边坡坡角大于滑面倾角，蓄水后，该崩滑体前缘局部块体可能向库内滑塌。4.2.2 技施设计阶段各建筑物基坑工程地质条件（1）趾板基础设计建基面高程541.0m，开挖至建基面高程，坝基为侏罗系遂宁组（J3sn）砂岩，岩层产状32111，发育两组裂隙，20485，延伸1m，开度小于5mm，线裂隙率1条/m；10952，延伸23m，开度小于5mm，线裂隙率3条/m。为弱风化岩体，较完整，坝基岩体质量为类。右岸坝基：设计边坡比1：2，实际开挖坡比1：2.2，边坡岩性共分以下层：第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，分布在573574m高程以上。第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩，底板高程568568.5m，顶板高程573574m。第5层（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩，底板高程549550m，顶板高程568568.5m。第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，分布在546550高程。岩层产状2901013，发育两组裂隙，20083，延伸1m，开度小于20mm，泥质充填；11880，延伸11.5m，开度小于10mm，间距12m，该条裂隙为卸荷裂隙，在其附近岩体完整性稍差。其它边坡段坝基为弱风化岩体，较完整，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。左岸坝基：设计边坡比1：2，实际开挖坡比1：2.4、1：2.8、1：2.1，边坡岩性共分以下层：第7层（J2sn7）紫红色粉砂质泥岩，分布在583m高程以上。第6层3小层（J2sn6-3）浅灰色细粒砂岩，底板高程574.5574m，顶板高程583m。第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，底板高程560560.5m，顶板高程574.5574m第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩，底板高程554555m，顶板高程560560.5m。第5层（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩，底板高程547.5548m，顶板高程554555m。第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，分布在547.5548m高程以下。岩层产状30289。在泥岩中发育两组裂隙，11580；3029，层面裂隙，两组裂隙延伸短，多闭合，面较平直。边坡段坝基为弱风化岩体，较完整，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。（2）堆石基础右岸坝基：设计边坡比1：0.251：0.5，实际开挖坡比1：0.57、1：0.55、1：2.1，边坡岩性共分以下层：由上至下：第四系覆盖粘土，厚约3m；第6层3小层（J2sn6-3）浅灰色细粒砂岩，分布在590595m高程以上。第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，底板高程574581m，顶板高程590595m。第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩，底板高程565575m，顶板高程574581m。第5层（J2sn5-3）紫红色粉砂质泥岩，底板高程548549m，顶板高程565575m；第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，分布在548549m高程以下。岩层产状2903001213，在砂岩中发育有多条裂隙，产状1131207580，浅表张开13cm，间距0.51.5m，浅表张开13cm，下部泥质充填。20083，浅表张开最宽20cm，裂隙间有泥质充填。边坡段坝基清除覆盖层，坝基置于强风化岩体上部，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。左岸坝基：设计边坡比1：0.251：0.5，实际开挖坡比1：0.57、1：0.55，边坡岩性共分以下层：由上至下：第7层（J2sn7）紫红色粉砂质泥岩，分布在585592m高程以上。第6层3小层（J2sn6-3）浅灰色细粒砂岩，底板高程584584.5m，顶板高程585592m。第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，底板高程565570m，顶板高程584584.5m第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩夹0.8m厚的紫红色粉砂质泥岩，底板高程555561m，顶板高程565570m。第5层（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩，未见底板。岩层产状3059，在J2sn6-3砂岩中发育裂隙，产状11277，浅表张开13cm，间距0.51.5m，浅表张开13cm，下部泥质充填，45条。20268，浅表张开最宽13cm，裂隙间有泥质充填。两组裂隙组成“X”型节理，岩体完整性差，局部出现超挖现象。边坡段坝基清除覆盖层，坝基置于强风化岩体上部，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。河床坝基：轴距0-200-64m，549547m高程以下坝基为第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，其它部分坝基为（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩。岩层产状30311，11579，延神23m，开度小于10mm，间距0.40.8m。坝基置于强风化岩体上部，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。（3）上游边坡右岸：设计边坡比1：0.5，实际开挖坡比1：0.57、1：0.55，边坡岩性共分以下层：由上至下：第四系覆盖粘土，分布在600m高程以上。第6层3小层（J2sn6-3）浅灰色细粒砂岩，底板高程593594m，顶板高程600m。第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，底板高程575574.5m，顶板高程593594m第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩，底板高程568569m，顶板高程575574.5m。第5层（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩，底板高程549550m，顶板高程568569m；第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，顶板高程549550m。岩层产状2728，在砂岩中发育裂隙，产状11277，浅表张开23cm，间距0.51.5m，浅表张开13cm，下部泥质充填，45条。337812，浅表张开最宽13cm，裂隙间有泥质充填。两组裂隙组成“X”型节理，岩体完整性差，局部出现超挖现象。边坡段坝基上部为强风化岩体，中下部为弱风化岩体，较完整，坝基岩体质量砂岩类，泥岩类。左岸：设计边坡比1：0.5，实际开挖坡比1：0.57、1：0.55、1：2.1，边坡岩性共分以下层：由上至下：第7层（J2sn7）紫红色粉砂质泥岩，底板高程590582m。第6层3小层（J2sn6-3）浅灰色细粒砂岩夹1.5m厚泥岩，底板高程576577m，顶板高程590582m。第6层2小层（J2sn6-2）紫红色粉砂质泥岩，底板高程562564m，顶板高程576577m。第6层1小层（J2sn6-1）浅灰色细粒砂岩夹0.5m厚泥岩，底板高程553555m，顶板高程562564m。第5层（J2sn5）紫红色粉砂质泥岩，底板高程544545m，顶板高程553555m；第4层（J2sn4）浅灰色细粒砂岩，顶板高程544545m。岩层产状3028，在砂岩中发育裂隙，产状11277，浅表张开23cm，间距0.51.5m，浅表张开13cm，下部泥质充填，45条。337812，浅表张开最宽13cm，裂隙间有泥质充填。两组裂隙组成“X”型节理，岩体完整性差，局部出现超挖现象。边坡段坝基上部为强风化岩体，中下部为弱风化岩体，较完整。4.2.3 坝址岩石物理力学参数建议值大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程600.6m601.0m，趾板建基面最低高程541.0m，相应最大坝高60.0m。开挖揭示基础岩性分界位置与初设勘察揭示基本一致，趾板两岸岩体强风化深度与初设基本一致，根据坝基岩体完整性和强度等综合判定岩体基本质量指标，坝基砂岩类岩体，泥岩类岩体。技施设计阶段对趾板基础取3块砂岩样进行了抗压强度试验，其饱和抗压强度44.5Mpa，参照初设阶段的物理力学参数指标，提供以下设计建议值。 项 目层位（岩性）抗剪断强度摩擦系数承载力弹性模量变形模量泊松比密度比重fc(MPa)fMPaGPaGPam3/s泥岩0.550.600.200.400.420.81.02.54.023.00.322.702.75泥质粉砂岩0.700.750.40.550.601.52.078670.302.422.73砂岩0.800.850.70.600.653.03.5131411130.142.52.70混凝土/泥岩，f=0.40.45，c=0 MPa 4.2.4 不良工程地质体（1）河床淤泥、孤石在轴距0-29.40+85.28m河床段，分布淤泥和孤石，作为堆石区基础，存在压缩变形问题，影响坝体堆石区稳定性，设计对该不良地质体全部开挖清除，保证堆石基础置于岩石上。（2）右岸541570m高程分布卸荷体边坡为砂泥岩互层，在泥岩中存在有钙质泥岩软弱夹层，厚约25cm，硬塑，产状29811，在541568m高程间，发育有一卸荷裂隙带，带宽约5m，延伸1012m，张开34cm，裂隙间有泥质充填，该段边坡成型差。为保证在趾板段不产生变形，设计对该高程段破碎泥岩挖除，布置28mm锚杆，底层设单层双向钢筋，浇筑C20砼满足趾板基础，对裂隙带采用回填灌浆，达到分散基础应力，满足变形稳定要求。（3）原大坝放空冲沙管在坝区破碎岩体边坡J2sn5泥岩，在泥岩中存在有钙质泥岩软弱夹层，厚约25cm，硬塑。在该区段发育有一卸荷裂隙带，带宽约1.7m，可见延伸8090m，最大张开20cm，最小35cm，裂隙间有泥质充填。泥岩破碎，冲沙管管身不能按设计“U”槽成型，为满足“U” 型槽，设计对该段泥岩进行清除，裂隙带采用回填灌浆。（4）原大坝放空冲砂管出口滑塌区该滑坡体为一扇形滑坡，前缘为原河床右岸，后缘为基岩与粘土界，顺河向长150m，垂直河床长80m，厚约10m，滑体地表坡度2025，物质组成为亚粘土夹少量的小碎石，碎石占10%左右，松散堆积，为中等土层。在施工时因开挖冲沙管基础部分，开挖滑坡前缘的抗滑土体，导致土层滑塌，增加开挖量。4.2.6各建筑物基础处理（1）趾板基础对泥化夹层和卸荷裂隙块体开挖清除部分岩体，回填混凝土，为满足趾板基础变形稳定要求，对趾板基础进行固结灌浆，设计2排，孔距3m，孔深上游排7m，下游排1015m。为保证坝基渗漏稳定要求，设计单排帷幕，位于上下游固结孔间，孔距3m，孔深按不透水底界Q4LU，河床孔深4045m，岸坡段孔深3540m。（2）堆石区基础坝体堆石区，对基础要求低，主堆石区置于强风化岩体下部或弱风化岩体上，次堆石区清除浅表堆积层，基础置于砂泥岩上。本段基础适宜该建筑物基础。 (3) 上游边坡为保证上游边坡稳定，对上游边坡进行喷护。4.3溢洪洞及放空冲砂管设计4.3.1溢洪洞设计（一）溢洪洞结构布置溢洪洞由引水渠、溢流堰、斜洞、消力池、下平段及尾水渠六部分组成，总长297.27m。引水渠长约15m，右侧护坡，左侧为水库水面。溢流堰为上游面垂直的WES剖面，堰顶高程为596.50m，根据实用堰的流量系数（查图计算后m0.46）及堰顶宽度为4.5m，经反复的调洪演算，其结果为：P=0.1时Q=36.2 m3/s，H=599.07m；P=2%时Q=22.2 m3/s，H=598.36m，H=598.36m。龙抬头斜洞段受水流条件及施工条件影响，其断面设计为3.0m2.37m（宽高）的城门洞型衬砌，长82.2m，坡比为11。斜洞段通过反弧段与消力池顺利衔接，消力池底高程为547.20m，池宽3.0m，长19.0m，池深1.3m。下平段宽3.0m，长148.08m，出口底板高程为547.055m。尾水渠为跌坎消能段，渠长约55m。溢洪建筑物采用龙抬头斜洞与导流洞结合的二合一方案，不影响水库的规模，不影响大坝安全，经济可行，方便运行及管理。（二）设计计算（1）水利计算A.溢洪洞泄流能力计算根据溢洪道设计规范（DL/T51662002）开敞式幂曲线实用堰泄流能力计算公式: QCmB式中：侧收缩系数B溢流堰净宽，取B4.5mC上游面坡度影响修正系数m流量系数h堰上水头，mg重力加速度，9.81m/s2Q流量，m3/s 经计算，设计洪水位时，泄流量为Q设22.2m3/s 校核洪水位时，泄流量为Q校36.2m3/s斜洞段水利计算根据溢洪道设计规范（DL/T51662002）（附录公式A.24），起始断面从溢流堰末端（溢0+002.62）算起，泄槽槽身粗糙系数n=0.015。校核洪水位时沿程各断面最大流速及最大水深见下表。泄槽水面线计算成果表桩号流速（m/s）水深（加掺气水深）(m)洞高(m)斜洞段0+005.658.91.522.3860+055.6526.80.622.3860+068.5127.40.612.386下平段3.73.43.8由上表知，斜洞段水流速度较大，洞高为满足施工断面要求而进行设计。B.消力池深度及长度计算根据溢洪道设计规范（DL/T51662002），下挖式消力池深度计算公式: Sh2htZ式中：S水深，m； 水跃淹没度，一般取1.051.10； h2池中发生临界水跃时的跃后水深，m； ht下游水深，m； Z消力池出口水面落差，m， Z水流自消力池出流的流速系数，可取0.95；b消力池深度。消力池长度Lk0.8L 式中：L自由水跃长度。经计算，消力池深1.3m，长19m。（2）结构计算根据各种工况的应力计算结果，并通过同其他类似工程的类比最终确定结构配筋见表4-1：表4-1 配 筋 部位配筋方式水平筋溢流堰单层配筋受力筋级钢筋直径16mm间距250mm分布筋级钢筋直径12mm间距250mm斜洞段单层配筋受力筋级钢筋直径16mm间距250mm分布筋级钢筋直径12mm间距250mm消力池单层配筋受力筋级钢筋直径16mm间距250mm分布筋级钢筋直径12mm间距250mm下平段单层配筋受力筋级钢筋直径16mm间距250mm分布筋级钢筋直径12mm间距250mm4.3.2放空冲砂管设计（一）放空冲砂管的结构布置大坝放空冲砂管布置于导流洞内，钢管管径为600，分斜卧管及下平段两部分，前端斜卧管处设置放空冲砂阀两个，位于导流洞进口顶部边坡及进口处，放空高程分别为562.20m、553.50m。下平段长136m，外包C20钢筋砼50cm，放空冲砂管尾部贯穿导流洞封堵堵头，出口位于溢洪洞消力池前部。（二）设计计算根据各种工况的应力计算结果，并通过同其他类似工程的类比最终确定结构配筋见下表：表4-2 配 筋 部位配筋方式水平筋冲砂管单层配筋温度筋级钢筋直径18mm间距250mm分布筋级钢筋直径12mm间距260mm4.3.3导流洞设计（一）导流洞的结构布置导流洞位于大坝右岸，包括引水明渠、洞身段和尾水明渠段。由于本工程溢洪建筑物采用龙抬头斜洞与导流洞结合的二合一方案，导流洞局部洞身段与尾水明渠段在工程运行阶段将成为溢洪建筑物的消力池、下平段及尾水明渠段。进口底板高程549.00m，设计坡降3，导流洞横断面为城门型，开挖断面为3.60m(宽)4.47m（高）， 设计最大导流量67.00m3/S。由于明渠段底板有部分为覆盖层残积粘土，基岩为J2sn6-1层强风化砂岩，两侧开挖边坡高11.50m，为覆盖层和J2sn6-1层强风化砂岩，覆盖层粘土开挖边坡高3.50m，边坡的稳定性和抗冲刷性能较差。因此，明渠段侧墙采用M7.5浆砌块石衬砌，边坡采用喷C25砼支护。底板采用C15素砼衬砌。洞口段采用C20钢筋衬砌长度15m。洞身段围岩为新鲜、完整的泥岩及砂岩段，围岩类别为、类，因此，本工程洞身段采用喷C25钢筋挂网砼。（二）导流洞的封堵导流洞为本工程建设期为了满足防洪要求而设置的临时性泄洪建筑物，主体工程竣工后将对其封堵。本工程导流洞的封堵采用C20防渗砼实心堵头，顶部预埋回填灌浆管，为了减少施工难度，该堵头处未进行扩挖，而采用了环向砂浆锚杆及围岩固结灌浆的方式。由于大坝放空管贯穿导流洞堵头，为堵头施工时提供了良好的排水装置及砼施工时的冷却装置，加之导流洞洞泾较小，因此，本导流洞堵头采用一次性浇筑的方式。（三）堵头设计计算根据现有的导流洞堵头计算方法，本工程采用了修正的抗剪断强度计算公式：式中：K抗滑稳定安全系数； f混凝土与岩石间的摩擦系数； c混凝土与岩石间的凝聚力； A混凝土与岩石接触面积； 接触面有效面积系数； W沿滑动面垂直方向上的分力； P作用于堵头的水平推力。经上式计算，堵头的有效长度为3.3m，考虑到堵头位于导流洞与溢洪洞的结合部位，上部围岩较为薄弱，参考类似工程，最终将导流洞堵头的长度确定为10m。4.4取水建筑设计（一）结构布置桃子沟渠系取水建筑物包括放水塔及引水隧洞。放水塔位于近坝右岸库内，为岸边塔式结构。壁厚1.2m，高36.2m，砼框架结构。为满足灌溉对水温的要求，采用分层取表层水方式，设计流量2.26m3/s，放水塔底板高程565.00m，分三层引水，从上至下每层的高程分别为：586.00m、577.00m、568.00m。放水塔每层均设计有放水阀，放水阀通过DN600的压力管道均与底层的检修阀及流量调节阀相连接，后接消力池、引水隧洞。引水隧洞为无压隧洞，洞长328.20m，出口底板高程564.772m。放水塔埋入基岩部分用锚杆与岩体相连，然后回填砼。放水塔基础为泥岩，岩体呈块状结构，完整性和稳定性较好。为了改变放水塔内潮湿的工作环境，在塔内设有600mm600mm通风道及排水管道。放水塔顶部设有控制值班室，室内安装有5t电动单梁桥机一台，便于放水塔内设备的吊装和检修；值班室内布置配电设备及控制台，能够实现阀门启闭的自动化控制。（二） 设计计算（1）水力计算桃子沟取水建筑物流量由流量调节阀直接控制。阀门出流的过水能力计算采用下列公式：阀门自由出流流量系数，淹没系数，A流道面积。h0阀门全水头。表4-3 闸孔出流水力计算成果表 水 头 项 目46810开启度（m）1111流量（m3/s）2.503.063.543.96由于桃子沟引水隧洞为无压隧洞，放水塔内设消力池，将有压水变为无压水。消力池水力计算采用挖深式消力池水力计算。表4-4 消力池水力计算成果表 消力池长度（m）消力池宽（m）消力池深度（m）9.01.52.0（2）结构计算放水塔稳定计算：放水塔为半埋藏式水工建筑物，放水塔的稳定计算，主要是抗浮计算。经计算，校核洪水位+检修工况，抗浮稳定安全系数K=2.43，满足规范要求。基底应力最危险工况为空库情况，经计算，上=0.043Mpa，下=0.609Mpa，满足地基承载力要求。放水塔结构的配筋计算采用PC1500程序集的G-13 多孔方圆及方形涵洞内力及配筋计算程序，根据各种工况的应力计算结果最终确定结构配筋见表4-5：表4-5 配 筋 部位配筋方式水平筋高程565.00576.40双层配筋受力筋级钢筋直径25mm间距150mm分布筋级钢筋直径14mm间距300mm高程576.40590.00双层配筋受力筋级钢筋直径22mm间距150mm分布筋级钢筋直径12mm间距300mm高程590.00600.60双层配筋受力筋级钢筋直径18mm间距150mm分布筋级钢筋直径12mm间距300mm4.5拦河坝设计（一）结构布置桃子沟水库位于涪陵西北方向，坝址距城区34公里，坝轴线在600.60m高程处两端点控制点坐标（右端点：XA3272302.1000 YA36427719.5000；左端点：XB=3272504.0996 YB=36427719.1000 ）。桃子沟水库正常蓄水位596.50m，设计洪水位598.36m，校核洪水位599.07m，经计算初步确定坝顶高程为600.60m，考虑到坝体堆石的沉降，在坝顶轴线中部的24.0m段（对应河床位置）预留了0.4m的超高，此段坝顶高程601.00m，再两侧放坡至左右岸重力墩，两岸重力墩高程保持为600.60m，防浪墙顶高程对应为602.20m601.80m；大坝趾板基础置于弱风化的泥质粉砂岩和泥岩上，趾板最低建基面高程541.00m，相应最大坝高为59.6m。坝顶宽6.0m，坝顶长202.00m ，上、下游坡比均采用1:1.4，下游坝坡于583.50m、570.50m和557.50 m高程处各设置一条2.0m宽马道；大坝下游建基面最低高程为543.00m，坝体最大底宽168.69m。坝体从上游向下游依次分为垫层区，特殊垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区以及下游干砌砼块护坡。 垫层区水平填筑宽度3.0m，骨料为灰岩，采用最大粒径为80mm的良好级配料，小于5mm的含量为25-35%；小于0.075mm的颗粒含量宜小于5%；0.5m厚薄层碾压，填筑干密度不小于2.2g/cm3，填筑孔隙率20%，渗透系数为（29）10-3cm/s。垫层填筑时考虑施工方便和填筑进度等因素，在垫层上游侧采用混凝土挤压边墙进行施工，挤压边墙铺填厚度为40cm，梯形断面，顶宽10cm，底宽69cm，上游面放坡1：1.35，下游面放坡1：8，设计抗压强度46Mpa，干密度为2.0 g/cm32.25 g/cm3。挤压边墙对应面板分缝位置采用人工凿槽分缝，切缝深15cm，宽6mm，最后采用沥青灌缝。 特殊垫层区水平填筑宽度为2.0m，骨料为灰岩，填筑厚度为1.2m，采用最大粒径为80mm的良好级配料，碾压层厚0.2m，用轻便振动碾压设备压实。在与面板接触部位，控制水平最小宽度0.2m范围内，采用最大粒径小于20mm的良好级配料，并掺加水泥2%3%（以重量计），碾压层厚0.2m，用轻便碾压振动设备压实。其填筑标准同垫层区。 过渡层水平填筑宽度3.0m，骨料为砂岩，控制最大粒径300mm，小于5mm的含量为5-20%，小于0.075mm的含量小于5%，级配连续，碾压层厚0.4m，压实干容重2.15g/cm3，填筑孔隙率小于19.7%，渗透系数为（29）10-2cm/s。 主堆石区采用微风化新鲜砂岩填筑，控制最大粒径700mm，级配良好，小于5mm的颗粒含量小于5%，小于0.075mm的含量小于2%，碾压层厚0.8m，填筑干密度2.1g/cm3，孔隙率小于21.6%。 次堆石区位于坝体下游侧，受水压力影响小，变形模量相对较低，但要求具有强透水性和高抗剪强度。填筑骨料为砂岩，其最大粒径1.0m，碾压层厚1.5m，填筑干密度2.00g/cm3，填筑孔隙率小于25.3%。为保护下游坡面免受损坏，坝体下游面采用C15预制砼块护坡，砼块为边长0.3m的正六边形，厚0.15m，中部预留5cm的排水孔。坝体上游面采用0.5m等厚钢筋砼面板防渗，面板设置垂直伸缩缝，河床段缝间距为12m，坝肩岸坡段缝间距为6m。面板中部设置单层双向钢筋，每向配筋率为0.4%，面板砼标号为C25，抗渗标号W8。面板浇筑前，在挤压边墙上部铺设沥青乳胶，采用两油两砂一碾。 大坝趾板宽5m，厚0.5m，趾板设置单层双向钢筋，每向配筋率0.4%，趾板砼标号C25，抗渗标号W8，趾板与基岩锚筋锚固，并进行固结灌浆。大坝河床段趾板基础高程为541m，座落在新鲜完整的砂岩上，趾板下游侧基岩出露高程抬升，距趾板下游55m左右，基础开挖高程提升到最高550m，然后又向下游下伏。大坝河床趾板建基面与坝体建基面形成了9m的高差，在施工期间，为使坝体垫层区和面板砼不受反向水压的破坏，在河床段543m高程的垫层区设计预留了12根反渗管，排除坝体的水，在面板砼浇筑时，考虑到施工方便和施工期间降雨少，坝体内反渗水较小，只保留了MB14面板上的5根反渗管，最后在蓄水前再封堵。面板坝接缝的止水设计根据接缝位置及其工作特性而有所不同。位于面板和趾板之间周边缝缝内用沥青木板充填，设置二道止水，底部为铜片止水，缝表面敷设“GB”填料，并加PVC遮盖带薄膜保护。面板垂直缝分压性缝和张性缝，设底部铜片止水，顶部“GB”填料止水并加PVC遮盖带薄膜保护。坝顶防浪墙设置垂直缝，缝间距10m，缝间设置一道铜片止水并加PVC遮盖带薄膜保护。桃子沟面板堆石坝的趾板和面板砼在2005年3月至2006年12月期间完成浇筑，2006年9月由业主、监理和施工三方对趾板和面板进行了初步检查，面板未发现裂缝，而趾板发现了5条裂隙，宽度为0.07mm0.5mm，根据面板堆石坝技术规范要求，对缝宽0.2mm以上的裂隙进行了处理，沿裂隙面进行人工开槽，再用M25环氧砂浆进行了封堵。桃子沟大坝面板于2007年11月经过现场检查发现8条裂缝，裂缝宽0.2mm的有6条、裂缝宽0.2mm的有2条，我设计方于2007年12月根据实际情况出具了面板裂缝化学灌浆处理方案的技术要求，施工单位于2008年1月完成了对面板裂缝的化学灌浆处理，但未对裂缝表面进行封闭处理，处理完后也未对裂缝进行质量检测，2008年3月现场检查发现原处理的几条裂缝表面开裂，根据现场情况现对大坝面板裂缝又进行了加固处理。1、对开裂裂缝采取钻骑缝检查孔进行压水试验，每条缝布设检查孔2个，压水试验透水率合格标准为不大于0.3Lu。2、检查不合格的缝应重新化学灌浆+表面粘贴封闭处理，检查合格的缝应进行表面粘贴封闭处理。3、化学灌浆处理按原技术要求执行。4、表面粘贴封闭处理采用涂刷液体橡胶（SG305-C1）及水泥基渗透结晶材料（PSI-200）的方式。经过处理后，大坝趾板和面板裂缝的开裂得到了有效的控制，符合规范要求。大坝坝基处理旨在防止地基产生过大变形和不均匀沉陷，应做到减小地基变形，提高抗剪强度，防止渗漏和地基材料的冲蚀，改善地基表面的平整度，并消除有害于坝体稳定性的不利因素，使之符合大坝正常和安全运行的要求。趾板是承上启下的防渗结构，又是灌浆的顶盖。趾板基础开挖一般要求开挖至坚硬的、无松动的、非冲蚀性可灌浆弱风化岩层的中下部基岩面上。趾板基础开挖一般要求将强风化的岩层挖除，置于弱风化中下部，两岸挖出较陡悬岩，边坡缓于1:0.5。上游主堆石区基础在趾板下游1/61/3坝底宽范围内开挖清除强风化层，其余下游堆面区基础开挖清除覆盖层即可。坝基及两岸岸坡在距趾板下游10m范围内挖出陡坡，且不允许出现反坡。 为了改善趾板整体的力学性能，提高趾板基础的整体性、均匀性及承载能力，对河床段和两坝肩趾板均进行固结灌浆，固结灌浆孔2排，在帷幕线上、下游侧各布置1排，孔距3.0m，上游排孔深7m，下游排孔深10m15m，下游排兼作副帷幕。为了提高趾板以下深层围岩的抗渗性能，在2排固结灌浆中间布设1排帷幕灌浆孔，孔距3m，帷幕范围按渗透剖面4吕荣线控制，河床段孔深4045m，岸坡段孔深3540m。以形成上下衔接的整体防渗帷幕，防止坝体和坝肩渗漏。大坝基础开挖后，上游趾板建基面开挖较深，在大坝轴线上游范围内形成了2030m的高边坡，为确保不影响大坝趾板的安全，对高边坡进行了喷锚支护。砂岩段采用喷6cm厚的C20砼，M10水泥砂浆22锚杆L=2m，外露10cm，间、排距为3.53.5m，梅花型布置，排水孔采用100PVC管，孔、排距为4m；泥岩段采用挂网喷锚，喷15cm厚的C20砼，钢筋网采用6250250mm，M10水泥砂浆22锚杆L=2m，外露10cm，间、排距为3.53.5m，梅花型布置，排水孔采用100PVC管，孔、排距为4m。（二）大坝安全监测土石坝安全监测技术规范SL 60-94的要求见下表。土石坝安全检测项目分类表序号监测类别观测项目建筑物级别一巡视检查巡视检查（含日常、年度和特别三类）二变形1、 表面变形;2、 内部变形；3、 裂缝及接缝；4、 岸坡位移；5、 混凝土面板变形三渗流1、 渗流量；2、 坝基渗流压力；3、 坝体渗流压力；4、 绕坝渗流四压力（应力）1、 孔隙水压力；2、 土压力（应力）；3、 接触土压力；4、 混凝土面板压力五水文、气象1、 上、下游水位；2、 降水量、气温；3、 水温；4、 波浪；5、 坝前（及库区）泥沙；6、 冰冻六地震反应1、 地震强震；2、 动孔隙水压力七水流泄水建筑物水力学注：有者为必设项目。有者为一般项目，可根据需要选设。 对必设项目，如有因工程实际情况难以实施者，应报上级主管部门批准后缓设或免设。桃子沟面板堆石坝属于等三级建筑物，按土石坝安全监测技术规范SL 60-94的要求，本工程只设置了巡视检查、变形监测（表面变形检测）、渗流监测（渗流量和绕坝渗流）和水文、气象监测。1、巡视检查要求对大坝建筑物、取水口等附属设施、监测设施和附近山体必须定期进行巡视检查。巡视检查分为日常巡视检查、年度巡视检查和特别巡视检查三类。当水库放空时和遇到地震、大洪水等特殊情况时亦应进行全面巡视检查。2、变形监测（1）坝体变形观测采用坝体表面变形监测：在坝顶和下游三级马道设置15