[电力-水利]2013年E江水利枢纽工程设计说明书、计算书.doc

e江水利枢纽工程设计说明书1 工程概况1.1 工程概况e江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域集雨面积2558km2，最大年降水量为1213mm，最小年降水量617mm，多年平均降水量为905mm。正常蓄水位2821.4m, 死水位2796.0m ，正常蓄水位时，水库面积为15.6 km2。根据e江河流规划，拟建一水电站，坝址以上集雨面积780 km2，设计装机24mw，多年平均发电量为1.05亿度，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。增加保灌面积10万亩，可减轻洪水对下游两岸的威胁，安全泄量应控制在q900 m3/s以内。本工程同时兼有发电、灌溉、防洪、渔业等综合利用。1.1.1 发电水电站装机容量为24mw，多年平均发电量为1.05亿度。电站装机3台8mw机组。正常蓄水位2821.4m，死水位2796.0m，三台机满载时的流量44.1m3/s，尾水位2752.2m。厂房型式为引水式厂房，厂房面积尺寸为32m13 m，发电机层高程：2760m，尾水管度高程：2748m，厂房顶高程：2772m。副厂房平面尺寸36m6 m。开关站尺寸为30m20 m。1.1.2 灌溉工程建成后将增加保灌面积10万亩。1.1.3 防洪为了减轻洪水对下游城镇、厂房和农村的威胁，根据防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900 m3/s。1.1.4 渔业正常蓄水位时，水库面积为15.16km2，为发展养鱼及其水产养殖创造了有利条件。1.1.5其它引水隧洞进口底高程2789m，出口高程2752.3m；引水隧洞直径4m，压力钢管直径2.3m，调压井直径12.0m；放空洞直径2.5m，可放空库水位至2770.00m。1.2 设计任务简述（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及泄水建筑物尺寸。（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布景方案。（3）详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算。（4）对泄洪隧洞进行设计；选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案；拟定细部构造，进行水力、静力计算。1.3 工程特性表表1-1 工 程 特 性 表序号项 目 名 称单 位数 值备 注一水文特性1坝址以上流域面积km27802多年平均流量m3/s3代表性流量4p=0.05%洪峰流量m3/s23205p=1%洪峰流量m3/s16806p=2%洪峰流量m3/s14207p=10%洪峰流量m3/s10408多年平均含沙量kg/ m30.5二水库特性1校核洪水位（p=0.05%）m2824.162设计洪水位（p=1%）m2822.993正常蓄水位m2821.44汛期限制水位2821.45死水位2796.06库容系数%7设计洪水位时最大下泄流量m3/s5848校核洪水位时最大下泄流量m3/s687三水能特性及电站指标1电站下游最高尾水位m2755.182电站下游正常尾水位m2752.23电站最大水头m4电站平均水头m5电站最小水头m6装机容量mw247电站设计流量m3/s44.18多年平均发电量亿千瓦时1.059装机利用小时小时4375续上表 工 程 特 性 表分类项目名称单位数值备 注四淹没指标1淹没耕地亩2迁移人口人3房屋间五主要建筑物1大坝坝型：粘土斜心墙坝坝顶高程m2826.7最大坝高m79坝顶长度m444.2风浪墙高m122泄洪方式：隧洞泄洪隧洞型式城门洞型进口堰顶高程m2812隧洞断面(进口)m2815.09隧洞断面(中部)m2811长度m3厂房地面式主厂房面积m23213副厂房m23664升压站m23020六水电站主要设备1水轮机台3单机容量kw84212发电机台3单机容量kw80003主变压器102 设计基本资料2.1流域概况e江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域面积2558km2，在坝址以上流域面积为780 km2。本流域大部分为山岭地带，山脉和盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区性河流。地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少。全区农田面积占总面积的20%，林木面积约占全区面积的30%，其种类有松、杉等，其余为荒山及草皮覆盖。2.2气候特性2.2.1气温年平均气温约为12.8，最高气温为30.5，发生在7月份，最低气温-53，发生在1月份。月平均气温统计表见表2，各月平均温度日数见表3。表2-1 月平均气温统计表（）123456789101112平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.8表2-2 平 均 温 度 日 数月份日数平均温度123456789101112061.20.3000000003.10302526.830.7303130313130313027.9300000000000002.2.2湿度本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年4月特别干燥，其相对湿度在51%73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为6786%。2.2.3降水量最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降水量为905mm，各月降雨天数见表4。表2-3 各月降雨日数统计表月份日数平均降雨量12345678910111230mm0000000000002.2.4风力及风向一般14月份风力较大，实测最大风速为19.1m/s，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15km。2.3 水文特性e江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据实测短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直到次年五月。e江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700m3/s，而最小流量为0.5 m3/s。2.3.1年日常径流坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录，经延长后有22年水文列，多年平均流量为17 m3/s。2.3.2洪峰流量经频率分析，求得不同频率的洪峰流量见表5，各月不同频率洪峰流量见表6。表2-4 不同频率洪峰流量表（m3/s）频 率0.05%1%2%5%10%流量（m3/s）23201680142011801040表2-5 各月不同频率洪峰流量（m3/s）月频率1234567891011121%4619121960012401550121067039023372%3617111553011201360109060031023335%23149114208501100830480250162810%19117937076098072041021015232.3.3固体径流e江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5kg/ m3。枯水极少，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。2.4 工程地质2.4.1水库地质库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大。但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能坍方量约为300万m3。2.4.2坝址地质坝址位于e江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两边高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：（1）玄武岩：一般为深灰色、灰色，含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉，石英脉等贯穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层。但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石，副成份为绿泥石、石英、方解石等。由于玄武岩成份不甚一致，风化程度不同，力学性质亦不同。可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩，其物理力学性质见表7、表8。渗透性：经试验得出k值为4.147.36米/昼夜。表2-6 坝基岩石物理力学试验表岩石名称比重gs容重kn/m3建议采用抗压强度mpa半风化玄武岩3.0129.650破碎玄武岩2.9529.25060火山角砾岩2.9028.735120软弱玄武岩2.8527.01020坚硬玄武岩2.9629.2100160多气孔玄武岩2.8527.870180表2-7 全风化玄武岩物理力学试验表天然含水量w%干容重kn/m3比重gs液限wl塑限wf塑性指数wn压缩系数浸水固结块剪00.5cm3/kn34cm3/kn内磨擦角凝紧力kpa2.516.32.9747.332.2616.90.05970.015123.3824.0（2）火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为215cm，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至350mpa。（3）凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物；遇水崩解，透水性很小。（4）河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数。沿河谷内分布：坝基部分冲积层厚度最大为32m，一般为20 m左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10100mm，砾石直径一般为210mm；砂粒直径0.050.2mm；细小颗粒小于0.1mm。河床冲积层剪力试验成果见表9。表2-8 冲积层剪力试验成果表土壤名称代号项目计算值容重(控制)kn/m3含水量(控制)三轴剪力(快剪)应 变(浸水固结快剪)内摩擦角凝聚力kpa内摩擦角凝聚力kpa含粒中的量砾细石次 数17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小 值平均值37320.148备注三轴剪刀土样系筛去大于4mm颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。应变控制土样的容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数k值为310-2cm/s110-2cm/s。（5）坡积层：在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运后，形成粘土与碎石的混合物质。2.4.3地质构造坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石，节理特别发育，可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同。倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填。节理间距密者0.5m即有一条，疏者35m即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。2.4.4水文地质条件本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少、坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.011(minm)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩的存在，使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水。一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水。石灰岩地区外围岩石多为不透水层。渗透问题也不存在。2.4.5地震烈度本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间磨擦系数取0.65。2.5 建筑材料1、料场位置和储量根据坝区地形、地质剖面图以及地质勘测资料分析。河床部位冲积层主要为碎石和砾石，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石掺杂其中。碎砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩石占极少数，沿河谷内分布，坝基附近最大冲积层厚度为30多m，一般为20m左右，靠岸边厚度逐渐减少。在坝址上下游各有四个砂砾料料场，储量比较丰富，总量达1850万m3。粘性土料料场上游有三个，下游有二个，有一定储量，总量为190万m3。料场离坝址均在2km左右。坝址上下游均有石料场(坚硬玄武岩)，离坝址较近，开采条件较好。2、物理力学性质：（1）土料：土料料场的物理力学性质见表10表13。（2）石料：坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件好e江水利枢纽工程设计说明书及计算书表2-9 粘土的物理力学性质料场名称物 理 性 质渗透系数（10-6cm/s）力 学 性 质化学性自然含水量（%）自然容重比重孔隙率孔隙比稠 度饱和度颗粒级配（成分%，粒径d）击实剪力固结压缩系数（cm2/kg）有机含量灼热法（%）可溶盐含量（%）湿干流限（%）塑限（%）塑性指数砾砂粘土最大干密度（g/cm3）最优含水量（%）内摩擦角（o）凝聚力kpa（kn/m3）粗中细粉2mm2-0.5mm0. 5-0.05mm05-0.005mm0.005mm1#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.03949.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.08069表2-10 砂砾石的颗粒级配直径颗粒含量%料场300100(mm)10060(mm)6020(mm)202.5(mm)2.51.2(mm)1.20.6(mm)0.60.3(mm)0.30.15(mm)0.15(mm)1#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表2-11砂砾石的物理性质名称1#上2#上3#上4#上1#下2#下3#下4#下容重（kn/m3）18.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率（%）32.534.731.031.532.532.232.533.8软弱颗粒（%）2.01.50.91.22.50.81.01.2有机物含量淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色淡色注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.010-2cm/s左右。最大孔隙率0.44,最小孔隙率0.27。表2-12各料场天然休止角料场名称最小值最大值平均值1#上34o3035o5035o102#上35o0037o1036o003#上34o4036o4035o404#上35o1037o4036o301#下34o1036o3035o202#下35o2038o0036o403#下34o3037o1035o504#下36o0038o2037o102.6 经济资料2.6.1库区经济流域内都为农业人口，多种植稻米、玉米等。库内尚未发现有价值可开采的矿产，淹没情况见表14。表2-13各高程淹没情况高 程 （米）280728122817282228272832淹没人口（人）350036403890406053207140淹没土地（亩）3000322034103600460061002.6.2交通运输坝址下游120km处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20km，因此交通尚称方便。3 工程等别及建筑物级别3.1 工程等级根据水利部发布的水利水电工程等级划分及洪水标准sl252-2000的规定，综合考虑水库总库容，防洪效益，灌溉面积，电站装机容量，工程规模等控制。e江水利枢纽工程正常库容4.2亿m3，总库容4.4亿m3，属大（2）型，工程等别为等工程。3.2 建筑物级别水库库容属大（2）型,工程等别为等工程,主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。3.3 永久性水工建筑物洪水标准根据永久性水工建筑物级别为等工程，其洪水标准为：正常运用(设计)洪水重现期100年；非常运用(校核)洪水重现期2000年。4 调洪演算4.1 设计洪水与校核洪水本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落。根据表5不同频率洪峰流量表及洪水标准，设计洪峰流量q设=1680m3/s（p=1%），校核洪峰流量q校= 2320m3/s（p=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水单位过程线进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线分别见附图1、2。具体计算见计算书一 设计洪水、校核洪水过程线推求计算表。4.2 调洪演算与方案选择1、泄洪方式及水库运用方式本枢纽拦河大坝初定为土石坝，需另设坝外泄水建筑物。由于坝址两岸山坡陡峻，如采取开敞溢洪道的方案，可能造成开挖量太大而不经济，因而采用隧洞泄洪，并考虑与施工导流洞结合。水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄洪量等于来水流量，水库保持汛前限制水位不变；当来水流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。2、防洪限制水位的选择根据枢纽任务要求，取防洪限制水位与正常蓄水位相等。这是防洪库容与兴利库容完全不结合的情况。因为山区河流特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都预留一定的防洪库容是必要的。3、调洪演算设计、校核洪水过程线推求：本设计拟定四组方案进行比较，调洪演算成果见表15，具体演算过程见计算书二 调洪演算计算表。表4-1 设计、校核洪水调洪演算计算成果表方案孔口尺寸工况q(m3/s)v(106m3)上游水位z(m)超高z(m)单宽流量q/b1h=2811mb=7m设计校核583.0677.0420.34443.042822.972824.161.572.7683.396.72h=2812mb=7m设计校核529.0618.0424.60448.082823.192824.431.793.0375.688.33h=2812mb=8m设计校核584.0687.0420.55442.762822.982824.151.582.7573.085.94h=2813mb=8m设计校核528.0624.0425.02448.192823.212824.431.813.0366.078.0注：发电引水流量q=44.1m3/s，与总泄流量相比较小，调洪演算时没有考虑这部分的影响，仅作为安全储备，z为正常蓄水位以上超高。4、方案选择以上方案均能满足泄流量q900m3/s的要求，同时考虑上游水位限制水位（按照库区淹没情况考虑，选定为2825m，因为超高2825m后，淹没损失为快速增加）。从这个角度上看四种方案都是可行的，因而方案的选择主要通过技术经济比较选定（这里只作定性分析），同时考虑与导流洞结合的问题。一般说来z大，坝增高，大坝工程量加大；b大则增加隧洞的开挖及其他工程量；而q/b越大消能越困难，衬砌要求也高。（1）第一、三两种方案比较：两者的z、q基本相同，第一方案的q/b比第三方案大13%，第一方案的b比第三方案小13%，经综合考虑将第一种方案排除在外。（2）第二、四两种方案比较，两者的z、q基本相同，第二方案的q/b比第四方案大13%，第二方案的b比第四方案小13%，同上所述考虑将第二种方案排除在外。（3）剩下的第三、四两种方案比较，两者的b相同，第三方案的q/b比第四方案大10%，第三方案的z比第四方案小9%。第三方案的水头较小，可降低闸门及启闭设备的造价，而且淹没损失及坝体工程量比第四方案小。经综合分析考虑，采用第三种方案，即堰顶高程h=2812m，溢流孔口净宽b=8m。该方案设计水位2822.98m，设计泄洪量584m3/s；校核水位2824.15m，校核泄洪量687.0m3/s。5 坝型选择及枢纽布置5.1 坝址及坝型选择1、坝址选择经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择-、-两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近。从地质剖面图上可以看出：-剖面，河床覆盖层厚平均为20m，河床中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十条的破碎带，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好(对土石坝而言)。-剖面除与-剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武岩破碎带纵横交错，若将坝建于此坝基及绕坝渗流可能较大，进行地基处理则工程量太大，综合考虑以上因素，坝轴线选在-处。2、坝型选择所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性强，基岩强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可行的。较高的混凝土重力坝也要求建在岩石地基上。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。5.2 枢纽组成建筑物1、挡水建筑物：土石坝。2、泄水建筑物：包括泄洪隧洞和放空洞，均与导流隧洞综合。3、水电站建筑物：包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。5.3 枢纽总体布置1、挡水建筑物土石坝，按直线布置在河湾地段，-坝址处。2、泄水建筑物泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利。考虑到引水发电洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减少泄洪时影响发电，进出口相距80100m以上。3、水电站建筑物引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房旁边。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置见附图3枢纽平面布置图。6第一主要建筑物大坝设计6.1 土石坝坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。本次设计只作定性分析确定土石坝坝型选择。均质坝材料单一，施工简单，但坝身粘性较大，雨冬季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝（经探时坝址附近可筑坝的土料只有190万m3，远远不能满足要求），故而均质坝方案不可行。堆石坝坝坡较陡，工程量减小。堆石坝施工干扰相对较小。坝址附近有坚硬玄武岩石料场一处，储量达450万m3，开采条件较好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。但由于河床地质条件较差，冲积层最大达32m，平均也有20m，作堆石坝可能导致大量开挖，此方案也不予考虑。塑性斜墙坝（用砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝。塑性心墙坝（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝剖面的中部做心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适用不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳砂砾料同时上升，施工干扰大、工期长。从筑坝材料来看，由于坝址上下游5km内有可供筑坝的土料190万m3作为防渗体之用，又有1250万m3的砂砾料作坝壳，心墙坝和斜墙坝都是可行的。本地区为地震区，基本烈度为7度，从抗震性能及适应不均匀变形来看宜采用心墙坝；从施工及气候条件来看宜采用斜墙坝。由于本地区粘性土料自然含水量较高，不宜大量采用粘性土料，以薄心墙、薄斜墙较有利，又因坝基条件复杂、处理工程量大、工期长，以采用斜墙为宜。经综合考虑斜墙坝与心墙坝各自的优缺点，拟采用斜心墙坝。斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优点：斜心墙有足够的斜度，坝壳对心墙的拱效应作用减弱；斜心墙对下游支承棱体的沉降不如斜墙那样敏感，斜心墙应力状态较好，因而最终选择斜心墙坝方案。6.2大坝轮廓尺寸的拟定大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体及排水设备等。1、坝顶宽度根据交通要求及施工条件、防汛抢险的需要及以往工程的统计资料，本设计坝顶宽度采用10m。2、坝坡与戗道根据碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）有关规定，上游坡率取2.5，下游每隔25m左右变坡一次，变坡处设马道，坡率自下而上依次为2.75、2.50、2.25。设置马道有利坝坡稳定，便于观测和检修、设置排水设备，也可作为交通之用，考虑这些因素马道宽度取2.0m。3、坝顶高程坝顶高程分别按设计和校核两种情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值，坝顶高程计算成果见表16，具体计算详见计算书三坝顶高程计算书。坝顶高程由设计情况控制，设计坝顶高程取2828.8 m。表6-1 坝顶高程计算成果表序号计算情况计算项目设计情况校核情况备注1上游静水位（m）2822.982824.152河底高程（m）275027503坝前水深h(m)72.9874.154吹程d（km）15155风向与坝轴线夹角()20206风速v(m)28.6519.107平均波高h m (m)1480968平均波长lm（m）4562959护坡糙率系数090910上游平均坝坡系数27327311风浪引起坝前壅高e(m)0.0400212平均波浪沿坝坡爬高(m)25516513设计波浪沿坝坡爬高(m)56936814安全超高a(m)1.00.5015坝项高程加风浪墙高(m)28297128283416坝项高程加0.4%沉陷再加风浪墙高 (m)283001282864其中风浪墙高1.2m4、坝体排水本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1.0m为原则。下游校核洪水时下游水位2755.06m，最后取为2756.06m。参考以往工程，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。5、防渗体（1）坝的防渗体：坝防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防止开裂等要求为原则，并满足稳定的要求。斜心墙顶高程以设计水位加0.6m超高并高于校核洪水位的原则，最后取2826.50m，上留有2.30m的保护层。坝的防渗体为粘土斜心墙，其顶部最小厚度取5m（满足规范要求的3m以上机械化施工要求）；底部最小厚度根据粘土的允许渗透坡降确定，本设计允许渗透坡降取j=5，承受最大水头74.15m，斜墙底厚需大于14.83m，本设计取斜心墙上游坡为1:0.6，下游坡为1:0.2，底宽34.6m满足规范要求。（2）坝基防渗体：河床中部采用混凝土防渗墙，两岸因施工施工不便及冲积层逐渐减薄的改用粘土截水墙，根据混凝土防渗墙的强度和防渗、耐久性要求，墙厚度取0.9m。防渗墙插入斜心墙的深度按1/10坝高取为7.5m，渗径长度为15.9m，另根据上下游水位差68.15m需要的渗径长度为l=68.15/5=13.63m也满足。防渗墙位置在心墙底面中心偏上，底部嵌入岩基0.5m。岸坡截水墙底厚度按承受最大水头及粘土允许坡降j=5取用，沿岸坡厚度逐渐变化，大坝剖面图见附图4、5、6。6.3 土料设计筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法以及工程造价有关，按照坝体内材料分区尽量简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标。1、粘性土料设计（1）计算公式。粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验，求得最大干容重、最优含水量(一般采用25击，其击实功能为86.3tm/m3)。最优含水量确定原则以使土样最优含水量接近其塑限含水量，据此确定击数，得出多组平均最大干容重max和平均最大优含水量，具体试验成果已在任务书中提供。a、设计干容重计算公式为：d=mmax式中：d为设计干容重；m为施工条件系数，或称压实度,本工程拦河坝为级建筑物,m值通常采用0.960.99，本工程取m =0.98。设计最优含水量为o=o用下列公式计算设计干容重作为校核参考：max=s(1-va)/(1+s )式中：s为土粒比重； 为填筑含水量，以小数计（=p-ilip，液性指数il=0.070.10）； va -为压实土的含气量（粘土va=0.05，砂质粘土 va=0.04，砂质壤土va=0.03）再用下式作校核：d1.021.12(d)o(d)o为土场自然干容重。本工程拦河土石坝为二级建筑物，施工前,首先要进行现场碾压试验进行复核，据以选定施工碾压数，根据规范要求压实度应不小于0.98。（2）计算成果：粘土料设计成果见表17。表6-2 粘土料设计成果汇总表料场比重s最大干容重max(g/cm3)最优含水量w0 (%)塑限含水量wp(%)塑性指数ip自然含水量w(%)内磨擦角凝聚力c(kpa)渗透系数k(10-6cm/s)设计干容重(g/cm3)填筑含水量w(%)孔隙比e湿容重w(g/cm3)浮容重b(g/cm3)i#下2.671.6022.0723.1419.4624.824670.244.3171.56821.78 0.7341.890.96 ii#下2.671.6521.0222.2021.7024.225500.234.801.61720.68 0.7211.890.97 i#上2.651.5622.3025.0024.5725.623170.251.901.53023.28 0.9901.740.83 ii#上2.741.5423.8026.3023.5026.321500.383.961.50924.66 1.0931.640.83 #下2.701.8016.9020.014.015.92800.173.01.76419.02 0.5801.911.08 （3）土料的选用。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。下#料场因其渗透系数k=3010-6cm/s偏大，其余均可采用，并以“近而好”为原则，选取塑性指数小于20（其余均大于20）的下#料场为主料场，其余几个料场为辅助及备用。2、坝壳砂砾料设计（1）计算公式。坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下：dr=(emax-e)/(emax-emin)或 dr=(d-min) max /(max-min)d式中：emax -最大孔隙比，emax =s/min-1 emin -最小孔隙比，emin =s/max-1 e -为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比e =s/d-1 s -为砂粒比重min、max-为最小、最大干容重，由试验求得d -为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂砾石的干容重。根据碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）规定：砂砾石的相对密实度不应低于0.75,砂的密实度不应低于0.75,反滤料宜为0.70.因本工程址处地震基本烈度为7度,根据水工建筑物抗震设计规范（sl203-97）要求：对于无粘性土压实，要求浸润线以上材料的相对密度不低于0.75,浸润线以下材料的相对密度选用0.750.85,对于砂砾料,当大于5mm的粗料含量小于50%时，应保证细料的相对密度满足上述无粘性土压实的要求，并按要求分别提出不同含砾量的压实干密度作为填筑控制标准。（2）计算成果：砂砾石颗粒级配分析见计算书四，砂砾料设计成果见表18。表6-3 砂砾料设计成果汇总表料场比重s内磨擦角凝聚力c(kpa)渗透系数k(10-2cm/s)不均匀系数大于5mm砾石含量(%)设计孔隙比e保持含水量w(%)设计干容重(g/cm3)湿容重w(kn/m3)浮容重b(g/cm3)1#上2.753510024857.50.4151.952.051.242#上2.743600024657.00.4151.952.041.233#上2.763540022953.00.4151.962.061.254#上2.753630024060.10.4151.952.051.241#下2.753520023861.90.4151.952.051.242#下2.733640024264.20.4151.942.041.233#下2.733550026561.40.4151.942.041.234#下2.723710024559.30.4151.932.031.22 （3）砂砾料的选用。砂砾料场上下游共8处，总量为1850万m3，大坝工程在400万m3左右。施工时可考虑上游料填在坝的上游侧，下游砂砾料填在下游侧，这样有利于施工，减小相对干扰。3#上料场砂砾料的不均匀系数不满足要求(=2930)，不作为料场。考虑到筑坝用砂砾料的均匀性，含砾石量控制在40%左右。如此，3#下料场的含砾料比其它料场均高得多，不作为砂砾料场。从颗料级配曲线可以看出4#上、1#下料场砂砾料的颗粒级配明显较好，物理力学指标也较高，设计中优先采用，作为主料场，其余料场作为辅助和备用料场。6.4 渗流计算1、计算方法选择水力学法解土坝渗流问