郭庄水利枢纽工程施工组织设计.doc

河北工程大学毕业设计郭庄水利枢纽工程施工组织设计第1章 总述1.1 概况郭庄水库位于王家河中游平阳县内，坝址位于郭庄村，距县城18km，控制流域面积160km2，占总流域面积的68%，流域为以安山岩为主的石山区，耕地所占比重极小还不到10%，流域内植被较好，植被度达70%以上，王家河干流全长41.8km，平均纵坡1/98.3。本地区多年平均降雨量为950mm，但年内及年际的分配极为不均，多集中在雨季，7、8月份降雨量占全年降雨量的68%，多年平均径流深336mm，多年平均径流量5920万m3，根据实测暴雨资料，利用综合单位线，结合历史洪水调查推算求得坝址百年一遇洪水为2080m3/s，千年一遇洪水为2710m3/s，洪水特点是峰高而历时短，持续时间不到一天，主要集中在汛期发生。郭庄水库主要任务是调节水量，供平阳县的生活用水，以灌溉为主，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可得到综合利用的效果。水库总库容5030万m3，多年调节水库，在保证率75%的情况下，可灌溉王家河下游南岸农田11万亩，灌溉最大引水量10m3/s，由于来水较大，除利用灌溉用水发电外，还可利用丰水年的弃水发电，电站装机两台，总装机容量2000千瓦，全年可发电300万度，郭庄水库的修建可使五十年一遇的洪水洪峰流量由1840m3/s削减到1320m3/s，千年一遇洪水洪峰流量由2710m3/s削到1980m3/s，减轻下游洪水灾害。水库养鱼水面2130亩，库区淹没移民304户1550人，1590间房及土地赔偿1490亩，王平公路线10km，603通讯线路6km。1.2 基本资料1.2.1 水文资料年径流：王家河流域水量丰沛，年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致。年径流在年际间变化悬殊，郭庄水库实测资料19631982年20年资料中，丰水年1976年达1.34亿m3，枯水年1985仅1238万m3，相差1.2亿m3，约合10.8倍。且丰枯水年连续发生。多年平均径流量为5920万m3。 洪水：王家河洪水由暴雨形成，本地区暴雨历史短，强度大，地面坡度陡，洪峰陡涨陡落，一次洪水一般历时12天。本流域洪水多发生在七、八月，出现在七月占42%，出现在八月占58%，王家河多年平均69月洪量占年径流量的70%左右，一天洪量占六天洪量的80%以上，大水年尤为集中，如1972年最大三天洪量占年径流量达68%。表1-1 洪水计算成果表项目洪峰流量(秒立米)洪量(万立米)24小时三天六天特征值均值900238328380Cv1.351.351.351.30Cs/Cv2.502.502.502.50频率(%)0.127105866927830.226505636577280.52380512608673120804545716252184039852058651586342463529101290296410490201020259365429表1-2 郭庄水库坝址以上不同频率设计洪水过程线时间不同频率(%)流量(秒立米)月日时0.11251072828659411311420511553100826392197123220184883034627430024910271050636979862112206820807741487113314167212591840621565161026861342290306187945734572212082056843030918915722431329285134112242661731676867729212578853025486503898663321686表1-3 相应于各时期的流量特征值 月份频率洪水期中水期枯水期5%700362%110672表1-4 全年各月流量平均值：（P10%）月份1234567Q(m3/s)0.160.120.180.180.220.485.77月份89101112Q(m3/s)2.170.610.570.550.35气象：全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约950毫米，且多集中在夏季的七、八月。流域多年平均气温为摄氏14，年最低气温12，但延续时间不长，最高气温可达40，夏秋多东南风，冬春多北风。全年无霜期180天，结冰期约90天，河道一般十二月封冻，次年三月上旬解冻，冰厚0.20.5米，岸边可达1米。多年平均最大风速Vmax=12m/s，水库最大吹程：1.2km。温升率2.5摄氏度/时。(1)水库年蒸发损失深度400mm，年渗损失深度500mm。(2)坝址处各月平均降雨天数表1-5 坝址处各月平均降雨天数月份123456510mm0.430.571.430.971.722.001020mm0.140.140.141.571.141.292030mm/0.140.570.430.7130mm/0.290.43月份789101112510mm2.291.571.721.431.570.571020mm2.432.720.710.861.000.292030mm1.431.430.430.430.43/30mm2.002.290.430.14/4、坝址以下老河道出口处水位流量关系曲线见附图5、水库面积、容积与水位关系见附图1.2.2 地形、地质坝址处河谷较窄，宽约120m，坝基和两岸均为安山岩，所属时代为震旦纪岩层，风化较重，一般风化深13m，两岸岩石裸露，高出河床50100m，河床部分基岩埋深一般515m，河床质为砂卵石，砂卵石粒径一般为0.110cm，大的可达30cm，含中粗砂，基岩透水性不大。坝址处右岸山坡高峻，岩体完整，风化作用较轻，左岸山坡相对低矮平缓，岩石风化较重河床右边宽度30m，中上部坡积层厚数米，下部为褐红粘土胶结的砂卵石厚10m，不含泥，基岩表面有较多的裂隙，情况不如右边，但仍是良好的地基，河床中部约90m范围内的砂卵石厚515m，内部夹有薄层灰色淤泥，使砂卵石的力学性质有所降低，下部基岩表层节理发育，钻探所得岩心多为碎块，风化层厚0.63.5m，但钻进中不漏浆，说明基岩透水性不大，河床中有垂直方向的断层，走向约为北45东，属受挤压产生的，破碎带宽数米，裂隙闭合。坝址处沿II轴线地形地质剖面图见附图2该地区地震烈度为7度安山岩物理力学性质指标如下：重度26.5kN/m3，坚固系数810单位弹性抗力系数6080MPa 弹性模量1.6104MPa1.2.3 当地建筑材料 1.土料共有七个土料区，除林场在库区外，其余都在库区，各土料区的土料性质和储量详见下表：表1-6 各土料区的土料性质和储量土区名称自然重度KN/m3自然含水量塑性含水量流限含水量土类储量(万m3)范围平均值万水山16.1-17.116.721.024.7034.95重粉质壤土15.0郭庄后地15.0-15.715.319.419.3529.20中粉质壤土9.0郭庄东岗15.8-16.616.021.317.9529.15重粉质壤土8.0后山15.7-16.315.322.22.5指挥部前15.3-15.915.620.23.5山前15.5-16.015.821.05.0林场15.1-16.616.321.06.02.砂卵石砂卵石分布在大坝上下游河滩，枯水季节河水位降低，上游在坝脚100m以外，1500m以内，平均取深1.5m，约45万m3，下游在坝脚100m以外，2000m以内取深1.2m，约40万m3，休止角经现场试验最小32，最大40.7 3.石料石料来源于溢洪道开挖的安山岩。坝体430m高程以上堆石粒径建议不小于300mm，小于300mm的用于上下游坝坡，430m高程以下，孔隙率不得超过30。 4.风化料在左岸坝头有可供筑坝的风化片麻岩。储量68万m3，其自然休止角37.5-39.1，自然含水量9。夯实后干重度平均达18.1KN/m3(铺厚25cm)。5.土石料的物理力学指标根据现场和室内试验结果，筑坝土石料可按下表所列数据进行设计计算。表1-7 土石料的物理力学指标指标单位坝基砂卵石坝体土料(均质坝)土料(心、斜墙坝)砂卵石风化料堆石水上水下水上水下水上水下饱和快剪度3012.313.86353235324038CKPa20.623.0饱和固结快剪度16.817.8CKPa22.024.1比重2.712.692.712.712.712.71干重度KN/m319.016.316.520.019.019.0含水量%1718.37.010.03.0湿重度KN/m319.319.521.420.919.6饱和重度KN/m320.020.520.722.622.022.0浮重度KN/m310.010.510.712.612.012.0渗透系数m/s2.010-51.110-71.010-82.010-52.010-6 5.交通条件对外交通计划新建从平阳县经郭庄村到达工地的公路，坝顶无交通要求。 6.施工条件采用低围堰、底孔导流、分期施工的导流方法进行施工。各项施工辅助企业，仓库及生活等临时建设施布置在坝址下游两岸。1.2.4 水利规划计算成果淤积高程 421.0m死水位 427.0m正常蓄水位 443.0m设计洪水位（P=1%） 450.0m，相应的泄量1470m3/s(溢洪道泄量1350m3/s，泄洪洞泄量120m3/s)校核洪水位（P0.2%） 451.0，最大泄量2095m3/s，(溢洪道泄量1950m3/s，泄洪洞泄量145m3/s)正常蓄水位、设计洪水位时下游水位 405m校核洪水位时下游水位 407m1.3 工程综合说明综合考虑该坝址处的地形、地质条件、建筑材料及其工程效益，选择土石坝作为郭庄水利枢纽的挡水建筑物。主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。根据SDJ1278水利水电工程枢纽等别划分及设计标准(山区，丘陵部分)，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5030万m3控制，属中型。郭庄水利枢纽组成包括：挡水建筑物、泄水建筑物和发电站建筑物。本枢纽是以灌溉为主的综合利用水利工程，规划总库容为5030万m3，灌溉下游农田11万亩，水电站装机两台，总装机容量为2000千瓦，设计年发电300万度。第2章 枢纽布置2.1 枢纽组成及建筑物级别枢纽布置就是研究枢纽中各个水工建筑物的相互位置，是枢纽设计中一项重要内容，需以设计、施工、运行管理、经济等各方面进行全面论证，综合比较，最后以若干各比较方案中选择最好的枢纽布置方案。郭庄水利枢纽组成包括：挡水建筑物、泄水建筑物和发电站建筑物。根据SDJ1278水利水电工程枢纽等别划分及设计标准(山区，丘陵部分)，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5030万m3控制，属中型。主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。永久性水工建筑物洪水标准，正常运用（设计）洪水重现期10050年；非常运用（校核）洪水重现期1000年。2.2 建筑物类型及枢纽布置方案比较及选定2.2.1 建筑物类型1 坝型选择影响坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的建筑材料，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。本设计可供选择的有重力坝、拱坝、土石坝。1）对于重力坝具有以下工作特点（1）重力坝筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏等的能力强。因而失事率低，工作安全可靠。（2）对地质、地形条件适应性强。由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低。（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。（4）结构作用明确。由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确。（5）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度条件控制而做得较大。材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。（6）因坝体体积较大，施工期混凝土收缩应力也较大，为防止发生温度裂缝，施工时对混凝土温度控制的要求较高。2） 对于拱坝，具有以下特点（1） 具有双向传力的性能，拱坝荷载一部分通过拱的作用传给两岸岩体，另一部分通过竖直悬臂梁传给坝底基岩。因此，拱坝的选择要由良好的地形地质条件，如V形U形和梯形山谷。拱坝理想的地质条件时基岩坚硬致密，质地均匀，有足够的强度，透水性小，抗风化能力强，无大的断裂构造和软弱夹层。（2） 拱是推力结构，有利于发挥工材料的抗压性性能，可使坝体做得较薄，一般可节省同高重力坝工程量的1/32/3，节省材料，减小造价，增加工程效益。（3） 拱坝具有较高的超载能力。（4） 拱坝轻韧，富有弹性和整体性好，借助岩基对地震动能的吸收，具有较强的抗震能力。此外，拱坝体型复杂，剖面较薄，设计施工难度大，对施工质量、筑坝材料强度和防渗要求，以及对地形、地质条件及地基处理的要求均较高。3) 对土石坝，具有以下特点（1）土石坝可就地取材，与混凝土坝相比，节省大量水泥、钢材和木材，且减少了筑坝材料远途运输费用。（2）对地质、地形条件要求低，任何不良地基经处理后均可筑土石坝。（3）施工方法灵活，技术简单，且管理方便，利于加高扩建。它的缺点由：不允许坝顶溢流（过水土石坝除外），所需溢洪道或其他泄水建筑物的造价往往很大；在河谷狭窄、洪水流量大的河道上施工导流较混凝土坝困难；采用黏性土料作防渗体时，黏性土料施工受气候条件影响大。根据郭庄水库坝址处资料，该地对外交通不便，也不具有适宜建拱坝的有利地形，河床部分基岩埋深1524m，但具有储量丰富的土石料。综合考虑该坝址处的地形、地质条件、建筑材料及其工程效益，选择土石坝作为郭庄水利枢纽的挡水建筑物。2 泄水建筑物的选择考虑到郭庄水利枢纽该地区在丰水年汛期洪峰流量较大，千年一遇洪水为2710 m3/s，该枢纽挡水建筑物为不过水土石坝，因此，泄水建筑物选择溢洪道和泄洪隧洞共同担任泄洪。3 枢纽布置方案确定挡水建筑物选择土石坝。挡水建筑物按直线布置，坝布置在河湾地段上。泄水建筑物包括泄洪隧洞和溢洪道。由于坝址处右边山坡高峻，岩体完整，风化作用较轻，左岸山坡相对低矮平缓，岩石风化较河床右边重，岩石表面由较多的裂缝，情况不如右边，但仍是良好的地基。对于泄洪隧洞，为了缩短长度，减小工程量，泄洪隧洞布置在右岸，而将溢洪道布置在左岸山坡。第3章 土坝设计1.1 坝型选择土石坝是由黏性土、非黏性土、堆石等材料组成。过去常将土石坝按建筑材料组成而分为土坝和堆石坝。土石坝根据坝体的防渗材料及其结构分为均质坝、分区坝、人工防渗材料坝。均质坝坝体的绝大部分是由大体上均一的土料或相对均一的弱透水性材料组成，坝体的整个断面起防渗和稳定作用。这种坝由于土料的渗透系数小，因此施工期坝体内要产生孔隙压力，加上其抗剪强度较小，所以这种坝型大多数为中低坝。均质坝有以下优点：（1）由于材料基本是均质，所以坝体断面简单，施工容易，施工机械、施工方法比较单一。（2）由于全断面防渗，所以一些相对弱透水性的材料也可以用来填筑均质坝。（3）由于这种坝一般较低，坝坡比较平缓，在承载力相当低的软基上也可修建。均质坝的缺点是由于边坡较缓，工程量大，且需要大量的土料，因此往往要占用大量耕地。分区坝可由土质防渗体与几种透水性不同的材料分区所组成，根据防渗体的位置，主要可分为心墙坝、斜心墙坝和斜墙坝。心墙坝的防渗体设置在坝体中央，即坝轴线处。这种坝适应变形的条件较好，特别是当两岸坝肩很陡时，是应优先选用的坝型。其特点是：心墙与坝壳比较具有明显的较高压缩性，因此沿着心墙边界接触面出现的剪应力会使心墙有效垂直应力大幅度下降，即产生所谓拱效应。因心墙必须与两侧坝壳平起上升，施工难度较大。斜墙坝防渗墙设置在把提上游面或接近上游面。由于较低抗剪强度的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，工程量大。正因为防渗体处在上游，故坝壳可单独领先上升，施工比心墙坝容易，基础处理干扰较小，雨季施工亦便于安排，拦洪度汛也较容易。斜心墙坝介于心墙坝与斜墙坝之间。这种坝是为了克服心墙坝可能产生拱效应和斜墙坝对变形敏感等的不足而发展起来的，很适合高土石坝。人工防渗材料坝的防渗体由钢筋混凝土、沥青混凝土、钢板、塑料薄膜或其他人工材料组成，而坝体其余部分仍由土、砂、石料组成。考虑到充分利用坝址附近各种土石料，以及当地气候、工程造价、工期等各种因素，最终选择斜墙坝方案。1.2 地基处理及断面拟定3.2.1地基处理土石坝对地基的要求比混凝土坝低，但从解决地基渗水承载力小，压缩性大，抗剪强度低及振动液化等问题方面，通常需对地基采取不同的处理措施。无论哪种地基，筑坝前都需要进行清基，清除可能造成集中渗流和发生滑动的表层土石。河床部分：该枢纽河床部分基岩埋深1524m，河床质为砂卵石，厚度为2022m。对砂卵石地基的处理，主要是保证地基渗流稳定，控制渗流量，处理措施为：在坝体中上游侧设置垂直或水平防渗如黏土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕或铺盖等，下右侧设排水减压措施如排水井、反滤盖重等。由于坝址处砂卵石层深度不大，可开挖深槽直达基岩，槽内回填黏土与斜墙连成整体。由于坝基岩风化，节理发育，是防渗的薄弱环节。为防止发生集中渗流在槽底设混凝土齿墙。坝肩岸坡处理：挖黏土截水槽至半风化岩基，基岩与粘土接触面设置混凝齿墙，齿墙与河床部分防渗相连，详见细部构造设计。3.2.2断面拟定1 坝顶高程(1) 正常情况下的坝顶超高（）= （3-1） （3-2）R-波浪爬高,m。按蒲田试验站统计分析公式计算,先计算平均爬高，平均爬高按按下式计算：= （3-3） =0.0018 （3-4） =4.0 （3-5）式中： -与坝坡的糙率和渗透性有关的系数，本设计采用砌石护面，查教材水工建筑物表51得：=0.750.80,取K=0.78;H-沿水库吹程方向的平均水域深度，初拟时，可近似取坝前水深，m；H=450.0-405.0=45.0m；-经验系数,由风速V=18m/s,坝前水深H=45.0m及重力加速度g=9.81m/s2组成的无维量=0.8545,查教材水工建筑物表5-2得=1.0V-风速，正常运用条件下的级坝采用V=1.5 =1.512=18m/s-折减系数,取风向与坝轴线垂直的夹角为00，查教材水工建筑物表5-4可知：=1m-坝坡系数，为坝坡倾角，初拟时取m=2.5;D-水库吹程，m；由本设计资料查得D=1200m；-平均坡高，=0.0018-波浪平均周期； -平均波长,假设，故为深水波；-平均爬高: =波浪设计爬高R按建筑物的级别确定,对于、土石坝取保证率P=1%的波浪爬高值，该土石坝等级属于级，故P=1%。根据=0.5718,H=45m得/H=0.3/45=0.006查教材水工建筑物表5-3得R/=2.23则:R=2.23=2.230.43=0.96 e-风壅水面超出库水位的高度,m； K-平均摩阻系数,；-风向与坝轴垂线的夹角，（）；H-平均水深,坝前水深为67m,eA-安全加高,根据坝的等级和运用情况查教材水工建筑物表1-11则：A=0.7m，则正常运用情况下坝顶超高为: =0.96+0.001+0.7=1.661m(2) 非常运用条件下的坝顶超高（） R波浪爬高，按蒲田试验站公式计算：V=12m/s =0.00180.3661m =0.28 按P1%，0.004，2.23则：R2.232.230.28=0.62m e-风壅水面超出库水位的高度,m;e A安全超高，查表得A0.5m则：非常运用情况下坝顶超高为：0.62+0.001+0.51.12m(3) 地震情况下坝顶超高（地震安全加高）Y：Y地震涌浪加高（h）+地震附加沉陷值（s）+安全加高（A） （3-6）h地震涌浪加高，一般为0.51.5m,取为1.0ms地震附加沉陷值，因本区属7度地震区，则取为坝高的1%，则为0.45mA安全加高，查表取为0.7m 则：Y1.0+0.45+0.72.15m(4) 坝顶高程的确定及坝高的确定坝顶高程应分别按以下三种情况计算，并取最大值,坝顶高程max452.12m坝顶高程452.12m。坝体施工沉陷超高，本设计取坝高的0.4，即450.4=0.18m。则坝顶高程452.12+0.18452.30m453m。 2 坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防汛等要求。由设计资料，本设计为中坝，坝顶无交通要求，岸边冬季冻层厚达1m，以及为满足放浪墙顶和两侧反滤层的布置要求，坝顶宽度取8m。 3 坝顶长度本设计中坝顶高程453m，坝基高程405.0m，坝高453-405.0=48m，在地形图上坝轴线处，测量图上距离，然后按比例换算可得坝长432.0m。4 上下游边坡土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、地基性质等因素。上游在距坝基高30m处变坡一次，上部坡率取2.5，下部坡率取2.75。变坡处设马道，宽2.0m。下游距坝基高30m处变坡一次，变坡处设马道，宽2.0m。上部坡率取2.0，下部坡率2.5。设置马道以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼作交通。检修观测之用，也有利于坝坡稳定。5 排水体为了有效地排除坝体和坝基的渗透水，降低坝体的浸润线和坝基的渗透压力，汇集排走坝坡排水沟的雨水，防止下游尾水冲刷坝脚，并对坝坡其 一定支撑作用，应在坝趾附近设置排水体。本设计采用棱体排水，能在一定程度上降低下游坝体浸润线。排水体顶宽取2.0m，以利于行走观察。排水体顶部高程高出下游水位2.0m，为409.0m。棱体内坡率为1：1.5，外坡率取为1：2.0。6 截水槽对于河床中部和两岸岸坡，可开挖深槽直达基岩，槽内回填黏土，与斜墙连成整体。（截水槽底部是防渗的薄弱环节，为防止发生几种渗流，可在岩石表面喷一层混凝土再回填黏土）截水槽设于距上游坝脚15m处。基底部宽度按回填土料的容许坡降【J】设计，即H/J【J】【J】取为4，H为正常蓄水情况下作用水头，H=443.0405.0=38.0m，则TH/【J】=38.0/4=9.5m为了减小工程量，可在槽底设混凝土齿墙，以延长槽底与地基的接触渗径截水槽具体布置见下图：齿墙下部深入基岩0.5m，底座厚1.0m，上部深入槽底3.0m，则0.5+4+32=10.59.5m。3.3 渗流计算3.3.1 计算说明1 土石坝渗流分析的任务土石坝的剖面尺寸初步拟定后，必须进行渗流分析和稳定分析，为确定经济可靠的坝体剖面提供依据。渗流分析的主要任务是：（1）确定坝体浸润线和下游逸出点的位置，为坝体稳定计算和排水体选择提供依据。（2）计算坝体与坝基的渗流量，以估算水库渗漏损失和确定排水体尺寸。（3）计算坝体与坝基渗流逸出处的渗透坡降，以演算其渗透稳定性。2 渗流分析方法选择水力学方法解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，应用达西定律近似解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。斜墙与截水槽的单宽渗流量为： （37）斜墙与截水槽下游坝体与坝基的单宽渗流量为： （38）式中： 分别为防渗体、坝壳材料、河床质砂卵石的渗透系数； 斜墙与截水槽的平均厚度，m； 斜墙的倾角，（）；下游坡坡率。由水流连续条件联立求解式（37）与（38）可求得 （39）式中 假设：（1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；（2）由于砂石料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差不是很大，认为不会形成逸出高度；（3）对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际上不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端为坝址。3 计算断面总渗流量计算时，一般是根据地形和地基透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段。先计算各坝段交界处的坝体单宽渗流量，然后按下式计算全坝的总渗流量： （310）式中：各坝段长度，m；各坝段交界处的坝体单宽渗流量，。4 渗流分析的工况渗流计算时，应考虑水库运行中出现的不利条件，一般需计算下列几种工况：（1）上游正常蓄水位与下游相应最低水位，此时坝内渗流的坡降最大，易产生渗透变形；（2）上游设计洪水位与下游相应最高水位，此时坝内浸润线高，渗流量大；设计（3）上游校核洪水位与下游相应最高水位，此时坝内浸润线最高；（4）库水降落时，对上游坝坡稳定最为不利，应确定其浸润线，为稳定计算提供依据。本设计中，计算主要针对正常蓄水位及校核洪水位时进行。3.3.2 渗流计算正常蓄水位上游水位443m，下游相应水位405m的渗流计算分段情况: 1-1断面高程425，距左岸66m；2-2断面高程405，距左岸158；3-3断面高程408，距左岸220m。1-1断面的渗流计算单宽流量：上游水位443m，下游无水，坝底高程为425m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量：已知,斜墙的渗透系数K0=1.010-8m/s；上游水深H1443-425=18m，斜墙的平均厚度为：代入上式：通过下游坝体的单宽流量按下式计算：，坝体渗透系数K=2.010-5m/s。计算长度：L=(443-425)2.25+4+(443-425)2=80.5m则由得：h=1.65m则单宽流量：/(sm)22 断面的渗流计算单宽渗流量：用下式计算通过斜墙和截水墙的单宽流量 h：斜墙后渗水深。已知斜墙渗透系数；坝前水深H1443-40538m，地基厚度T15m，斜墙的平均厚度为：截水槽的平均厚度将、K0、H1、T等代入上式有：用下式计算通过斜墙下游坝体和坝基的单宽流量：=f2 (h)已知坝体渗透系数K2.010-5m/s；坝基厚度T15m；H22m；m22.25；渗径长：代入上式有：=f2 (h)根据水流连续条件有，联立求解得：h 式中取：K1.010-8cm/s代入上式有：h0.67m则单宽流量 1.15/（sm）3-3 断面的渗流计算单宽流量：上游水位443m，下游无水，坝底高程为408m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量： 已知斜墙的渗透系数：代入上式： 通过下游坝体的单宽流量按下式计算：坝体渗透系数为，计算长度： 由得：h3.76m则单宽流量： /(sm) 总渗流量计算已知：（sm）, （sm） （sm）, ，则总渗流量为：则一天的总渗流量为： 校核洪水位情况11 断面的渗流计算单宽流量：上游水位451m，下游无水，坝底高程为425m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量：已知，斜墙的渗透系数K0=1.010-8m/s；上游水深H13278.0-3269.7=8.3m，斜墙的平均厚度为：代入上式：通过下游坝体的单宽流量按下式计算：，坝体渗透系数K=2.010-5m/s。计算长度：L=(453-425)2.25+4+(452-425)2=118.75m则由得：h=2.9m则单宽流量：/(sm)22 断面的渗流计算单宽渗流量：用下式计算通过斜墙和截水墙的单宽流量 h：斜墙后渗水深。已知，斜墙渗透系数；坝前水深H1451-40546m，地基厚度T15m，斜墙的平均厚度为：截水槽的平均厚度将、K0、H1、T等代入上式有：用下式计算通过斜墙下游坝体和坝基的单宽流量：=f2 (h) 已知坝体渗透系数K2.010-5m/s；坝基厚度T15m；H22m；m22.25；渗径长：代入上式有：=f2 (h)根据水流连续条件有，联立求解得：h 式中取：K1.010-8cm/s代入上式有：h3.0m则单宽流量 1.6/（sm）3-3 断面的渗流计算单宽流量：上游水位443m，下游无水，坝底高程为408m，无排水设备，用下式计算通过斜墙的单宽渗流量： 已知，斜墙的渗透系数：代入上式： 通过下游坝体的单宽流量按下式计算：坝体渗透系数为，计算渗径长度： 由得：h5.2m则单宽流量： /(sm) 总渗流量计算已知：(sm), (sm ), (sm), ，则总渗流量为：则一天的总渗流量为：3.4 稳定分析3.4.1计算说明（1）目的验算设计断面是否稳定，保证土坝在自重、渗透压力、孔隙水压力和其他外荷载的作用下具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝基接触面的整体剪切破坏。 （2）荷载组合土石坝应对以下几种荷载组合情况的坝坡惊醒稳定计算：正常运用情况（设计情况）包括：上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位或上游为设计洪水位，下游为相应最高水位形成稳定渗流时的下游坝坡；水库水位正常降落时的上游坝坡；库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上13坝高处。非常运用情况(校核情况)包括：施工或竣工期的上、下游坝坡；库水位骤降时的坝坡；校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡；正常运用情况加地震影响的上、下游坝坡；水库蓄满，排水设备失效时的下游坝坡。在本设计中，根据坝的实际情况分析，仅做坝底以上13坝高处的上游坝坡的稳定分析计算。（3）分析方法按照坝坡滑裂面的形式不同，坝坡稳定分析方法为圆弧法、直线或折线滑动面法和复式滑动面法。本设计中坝型为黏土料墙坝，因此采用折线滑动面法对上游坝壳以及斜墙连同上游保护层一起滑动时的稳定计算。（4）计算工况坝坡稳定分析计算时应考虑水库运行中的不利条件，一般需计算下列几种工况：正常运用情况下：上游为正常蓄水位与下游相应最低水位。上游校核洪水位与下游相应最高水位。上游距坝基13高水位时。非常运用情况下：上游校核洪水位与下游相应最高水位。库水位骤降时本设计中，稳定分析计算主要针对上游距坝基13高水位上游校核洪水位与下游相应最高水位的工况进行。（5）控制标准在本设计中，坝坡抗滑稳定安全系数的容许值见下表：表32 容许最小抗滑稳定安全系数运行条件工程级别、正常运用1.301.251.201.15非常运用1.201.151.101.05正常运用加地震1.101.051.051.003.4.2稳定计算1 计算工况（1）上游水位大约在坝底以上三分之一坝高处的上游坝坡。（2）上游水位为校核洪水位，下游为相应水位的下游坝坡。2 稳定计算（1）上游水位大约在坝底以上三分之一坝高处的上游坝坡。上游水位为443m，下游水位为405m；按下式计算安全系数K：联立上述三式，消去、，可解得K。计算简图已知：=35，=17.8，=32，为计算简便，上游坝坡取平均值m=2.75.(1) =63.4, =12, 假设=12，取单宽重量、，分别按下式计算：将以上数据代入中，得, 因为，所以将以上数据代入式中，得解得，K=2.23(2)假设同理则有：代入式中，得K=2.22(3) 假设同理则有：代入式中，得K=2.18表36 13坝高水深H=16m上游坝坡稳定计算3645.153811.03925.3024.1（KN）802.232564.322952.18925.30832221379.421987.34925.30872.183234.983501.24803.40632.262187.432379.59803.40672.251121.491289.87803.40722.222764.422937.42689.35652.131927.431927.43689.35752.241098.231097.39689.35832.15表37 坝前水深H=18m上游坝坡稳定计算3478.513620.32798.3024.1（KN）692.252523.802709.44798.30732.171120.371379.52798.30862.153870.473219.40663.91732.232579.372269.14663.91852.221273.491305.87663.91962.193047.313275.45520.31722.261997.432402.41520.31852.22989.671579.36520.31942.24表38 坝前水深H=14m上游坝坡稳定计算3073.413247.34753.4924.1（KN）672.272432.172709.27753.49742.221796.822189.36753.49832.192796.432989.91612.76652.262042.542137.13612.76732.241289.931409.78612.76792.252437.422687.63567.38802.251569.381792.72567.38852.181897.831021.31567.38922.20上游为校核水位，下游为相应水位的下游坝坡上游水位为451m，下游水位为407m，按下式计算安全系数K计算简图 已知：=35，=32，为计算简便，下游坝坡取平均值m=2.25.(1) 假设=24, =13,取单宽重量、，分别按下式计算：将以上数据代入中，得将以上数据代入式中：解得，K=1.61在此工况下，重新设定不同的、角，计算其安全系数，并列于下表：水库水位（）（）()()上游为校核水位451米下游为相应水位407米23.5134386136.961.67243965.781.6124.52796941.5623.5154012.3079.371.62242790.731.5624.51470.261.5223.5173127.4145.801.6223.82394.001.6024.11437.641.57经分析计算知，在此情况下当=24.3，=15时，取得=1.52。3.4.3综合分析由上述计算成果知：该坝在正常条件下最小稳定安全系数为2.13，大于规范规定的数值1.20；在非常动用条件下的最小稳定安全系数为1.52，大于规范规定的1.10，因此所拟定的土坝断面尺寸是合理的，满足稳定要求。3.5 细部构造设计3.5.1坝顶布置为防止防渗体干裂和雨水冲蚀，满足维修和防汛要求，坝顶设置沥青碎石和护面厚0.3m，其下设0.2m厚碎石垫层。坝顶向下游设2%横坡以便汇集雨水。坝面末端设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游。排水沟断面尺寸为0.2m0.2m。墙内应设计伸缩缝，间距为20m，缝内设止水。在坝顶上游侧设置防浪墙，采用浆砌石建造，厚0.6m，墙顶高出坝顶1.2m，基础牢固地埋入坝体防渗体内0.6m。在坝顶下游侧设边石，边石采用浆砌石修筑，厚0.4m。顶面高出路面0.4m，边石内每隔50m设排水孔，以将坝顶排水沟内汇集的雨水经坝面排水沟排到下游。细部构造详见图：图3-4 上游坝基处护坡3.5.2坝的防渗体和排水设备坝体防渗体为斜墙，斜墙上、下游坡设反滤层。坝基防渗体为黏土截水槽和砼齿墙，坝体排水为棱体排水，在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层；下游马道设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水。岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集雨水，防止雨水淘刷坝坡，细部构造详见图：图3-5 上游护坡图3-6 岸坡排水图3-7 坝坡纵向排水3.5.3 反滤层设计标准采用天然砂石料作为反滤料时，第一层反滤料与被保护土的粒径之间应满足如下关系： （滤土原则） （3-18） （排水原则） （3-19）式中：第一层反滤料中，小于该粒径的土占总土重15%的粒径，mm； 被保护土中，小于该粒径的土占总土重85%的粒径，mm； 被保护土中，小于该粒径的土占总土重15%的粒径，mm；选择第二层反滤料时，以第一层反滤料作为被保护土，同样按以上要求进行，其后以此类推。按此标准天然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。3.5.4 护坡设计上游护坡用干砌石，因其抵御风