土石坝课程设计

1、水工建筑物课程设计平山水利枢纽指导老师：刘依松姓名：张勇强班级 ：20071015学号： 2007101532专业：水利水电工程基本资料及数据设计第一节 基本资料1 概况平山水库位于 G 县县城西南 3公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流， 全长 28公里，流域面积为 556平方公里，坝址以上控制流域面积为 431 平方公 里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为、 62.5m;河床比降3%。，河流发源于苏塘乡大源锭子，这个流域物产丰富，土地 肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的竹子、木材等土特产。由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当

2、 雨量分布不均匀时， 又易造成干旱现象， 因此有关部门对本地区做了多次勘测以 开发着棵的水利资源。2 枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼及供水等任务进行 开发。据初步规划， 本工程灌溉面积为 20 万亩（高程在 102m 以上），装机容量 9000 千瓦。防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下 游睦水水利枢纽， 对睦水下游也能起到一定的防洪作用， 在流域规划中规定本枢 纽通过设计洪水流量时，控制最大泻流流量不超过 900m3/s。在航运方面，上游 库区能增加航运里程 20 公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游 四季都能筏运，并拟建竹

3、木最大过坝能力为 25 吨的筏道。3 地形地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在 平山河上游都为大山区，河谷山势 陡峭，河谷边坡一般为6070,地势高差都在80120m河谷冲割很深， 山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更显著形成 S 形，沿河滩及坡积层发育， 尤以坝址下游 段的平山咀下游一带及坝下陈家上游一嗲更为发育， 其他地方则很少， 在坝轴下 游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。地质情况：靠上游有泥盆五通沙岩，靠下游有二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落 在五通沙岩上面。地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与

4、沙岩分界处，发 现一大断层，其走向近东南， 倾向大致向北西， 在第一坝轴线左侧的为五通沙岩， 特别破碎，在 100 多米范围内就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深 达 60 多米的钻空岩芯获得率仅为 20%，可见岩石裂隙十分发育。 岩石的渗水率 都很小，右岸一般为 0.0010.01，个别达到 0.070.08，而左岸多为 0.0010.01。坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对 大坝及库区无影响， 但后者朝东南方向发展的话， 则可能通向库壁， 待将来蓄水 后，库水可能顺着溶洞流到库外，为此，目前正加紧勘测工作，以便得出明确结 论和处理意见。坝址覆盖层沿坝

5、轴线厚度达1.55.0m, K=1 x 10 4cm/s，浮容重 V浮=10.4KN/m3，内摩擦角=35。4 水文、气象1 ）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水量不能直接由实测径 流分析得到，必须通过降雨径流见解推求。根据省水文站由C城站插补延长得三 天雨量计算频率；千年一遇雨量 498.1mm二百年一遇雨量348.2mm五十年一遇雨量 299.9mm 雨洪峰流量 Qo.1%=186O0ys , Q0.5%=1550 m/s , Q,%=1480 m/s ，多年平均来水量为 4.55 亿3。2）气象：多年平均风速 10m/s,水库吹程 D=9Km多年平均降雨量 430mm年,

6、库区气候温和，年平均气温16.9 C,年最高气温40.5 C,年最低气温-14.9 C。5 其他1 ）坝顶无交通要求；2）对外交通情况水路：由B城至溪口为、南江段上水，自溪口至 C城系睦水主流，为内河 航运,全长 256公里,可通行 36吨木船, 枯水季节只能通行 3吨以下的船只, 水运较为困难。公路：附近公路干线为AF干道，B城至C城段全长为356KM晴雨无阻， 但目前C城至坝址尚无公路通行。铁路：D城为乐万铁路，由B城至D城180KM至工地还有53公里。3）地震：本地区为 5 6 度，设计时可不考虑。第二节 设计数据1 工程等级：根据规范自定。2 水库规划资料1）正常水位： 113.10m

7、2）最高洪水位（校核） ： 113.50m3）死水位：105.0m （发电极限工作深度为8m）4）灌溉最低库水位： 104.0m5）总库容： 2.00 亿 m36）水库有效库容： 1.05 亿 m37）库容系数： 0.5758）发电调节流量 Qp =7.35 m 3/s ，相应的下游水位 68.2m；9）发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应的下游水位68.65m； 10）通过设计洪水位时（Q%,溢洪道最大泻量Qmax=1340 m3/s，相应下游最高 洪水位74.3m。通过校核洪水位流量时，溢洪道最大泄水量 Qmax=16603iis，相 应下游最高洪水位 75.0m。3 枢纽组成建

8、筑物1) 大坝：布置在1#坝轴线上；2) 溢洪道：堰顶高程为107.50m；3) 水电站：装机容量为9000千瓦，三台机组，厂房尺寸为30X 9平方米；4) 灌溉：主要灌溉区位于河流右岸，渠首底高程 102m灌溉最大引用流量8.15 m3/s，相应最大渠道水深1.75m,渠底宽为3.5m,渠道边坡1： 15) 水库放空遂洞：为便于检修大坝和其他建筑物，拟利用导流遂洞做放空洞， 洞底高程为70.0m,洞直径为3.5m；6) 筏道：为干筏道，上游坡不陡于1： 4,下游坡不陡于1： 3,转运平台高程 115.0m,平台尺寸为30 X 30n2o4 筑坝材料枢纽大坝采用当地材料筑坝，根据初步勘察，土料

9、可才用坝轴线下游1.5 3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之 用、砂料可在坝轴线下游13公里河滩范围内及平山河出口出两岸河滩开采。 石料可利用采石场开采，采石场可利用坝22下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量较好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。1) 土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下游1.53.0公里丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用。起性能见附表1；2) 砂土：从坝下游0.53.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性 能见附表2；3) 石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富， 便

10、于开采，其性能见附表3o附表1土料特性表土壤类别干容重c(KN/rr3)最优含 水率(%空隙率n(%内摩擦角粘着力(KPa )渗透系数K(cm/s)粘土15.4254018 30371X 10 6壤土15.814.541.723 41121X 10 5坡土16.022.539.822 (湿)33 (干)7.5 (湿)1X 10 3附表2 砂土特性表土壤 类别干容重c(KN/n3)空隙率n(%内摩擦角渗透系数K(cm/s)浮容重(KN/n3)砂土1640.6301X 10 210.06附表3石料特性表干容重 c (KN/n3)空隙率n (%内摩擦角1.83.338二 枢纽布置(一) 工程等别及建

11、筑物级别1. 水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑 物、灌溉渠道、水库放空隧洞(拟利用导流洞作放空洞)、筏道。2. 工程规模根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 以及该工程的一些指标确定 工程规模如下：(1) 各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为 20万亩，属川等工程；根据电 站装机容量9000千瓦即9MW，小于1OM0属V等工程；根据总库容为 2.00亿 m,在io1.0亿m,属U等工程。(2) 水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效 益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定， 故本水库枢纽 为U等工

12、程。(3) 水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，U等工程的主要 建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。(二) 各组成建筑物的选择1. 挡水建筑物型式的选择在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。(1) 重力坝方案从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基 岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.55.0m，五通砂岩厚达3080m若建重力坝清基开挖量大，目前 C城至坝址尚无 铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便

13、，且不能利用当 地筑坝材料，故修建重力坝不经济。(2) 拱坝方案修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。 该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成 S形，1#坝址处没有雄厚的 山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。(3) 土石坝方案土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建， 且施工 技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去， 因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。2. 泄水建筑物型式的选

14、择土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷 呈马鞍形， 右岸有马鞍形垭口， 采用正槽式溢洪道泄洪， 泄水槽与堰上水流方向 一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流 量。3. 其它建筑型式的选择（1）灌溉引水建筑物 采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门 室及渐变段； 洞身筋混凝土衬砌； 出口段设有一弯曲段连接渠首， 并采用设置扩 散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m,渠底宽3.5m,渠道边坡1 ： 1。（ 2）水电站建筑物

15、因为土石坝不宜采用坝式水电站， 而宜采用 引水式发电， 所以这里用单元供 水式引水发电 。（3）过坝建筑物主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为30X 20吊，上 游坡不陡于 1： 4，下游坡不陡于 1： 3。（4）施工导流洞及水库放空洞 施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为 70.00 m,洞直径为3.50m。（三）枢纽总体布置方案的确定 挡水建筑物土石坝（包括副坝在采用钢内）按直线布置在河弯地段的 1#坝址线上， 泄水建筑物 溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处 ；灌溉引水建 筑物引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布

16、置； 水电站建筑物引水隧洞、 电站 厂房、开关站等布置在右岸（凸岸） ，在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基 岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。 综合考虑各方面因素， 最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上 （地形地质平面图） 。三 土坝设计 ）一（坝型选择 影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工 导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛 等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽 开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价枢纽大坝采用当地材料筑坝， 据初步勘察

17、，土料可以采用坝轴线下游 1.53.5 公里的丘陵与平原地区的土料，且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。 砂料可在坝轴线下游 13公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。 石料利 用采石场开采， 采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适， 其石质为石灰岩、 砂岩、 质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。1. 均质坝 坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗 透比降较小， 有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量， 此外坝体和坝基、 岸坡及混 凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其 他坝

18、型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型 缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延 长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。2. 多种土质坝该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地 各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种 材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。3. 斜墙坝 斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料 填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条 件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时

19、间， 并且 不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理 坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富， 填筑材料不受限制。4. 心墙坝 心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上， 其自重通过本身传到 基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较 大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主 体的变形而产生裂缝的可能性小， 粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬 季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。综合以上分析，最终选择心墙坝。（二）大坝轮廓尺寸的拟定大坝轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度

20、、上下游坝坡、防渗排水设备 等。1. 坝顶宽度本坝顶无交通要求，根据施工条件和防汛抢险需要以及以往工程的统计资 料，对于中低坝取5-10m。本设计坝顶宽度采用B=7.0m。2. 坝坡因最大坝高约115.0-62.50=52.5m,故采用三级变坡。（1）上游坝坡：从坝顶到坝踵依次为1:2.75 ; 1:3;1:3.25（2）下游坝坡： 从坝顶到坝踵依次为1:2.5;1:2.75;1:3.0（3）马道：第一级马道高程为62.5+20=82.5m,第二级马道高程为 102.5m,马道宽度取2.0m。3. 坝顶咼程坝顶高程等于水库静水位与超高 丫之和，并分别按以下运用情况计算， 取最大值：正常蓄水位加

21、正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预流一定的坝体沉降量，此处取坝高的 1%计算公式 采用下列算式：丫二 Re +a,kv2dke - cosb2gHm式中：R波浪在坝坡上的最大爬高，m ；e最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m；1. 1 2 12 1 ,e=.1m;2 9.8 5A安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表 1-1确定。Hm 坝前水域平均水深，粗略估计为 5m；K 综合摩阻系数，其值变化在（612）1 3之间，计算时一般取 K 1.01 2;b风向与水域中线的夹角,(0 )；计算风速和水库吹程m3 / s、Km ；运用情况坝的

22、级别1级2级3级4、5级正常1.51. 10.70.5非常0.70.50.40.3（单位：m）表1-1 安全加高A该坝属于2级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用情况下1.m，非常运用情况下0.5m。下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝顶上的爬高：R .45hlm 1 n .6式中：hi设计波高,hi.166V5/4D1/3m ；m坝坡坡率，取 n坝坡护面糙率用情况波高均为 hi.166 15/4 91/3m=.614m ， 则m=3.；，取 n =0.025由所给的设计资料中只有多年平均风速 V=10m/s，故取正常运用情况和非正常运R .45 .614 3. 1 0.025 .

23、6.8423m。两种计算成果见表1- 3运用情况静水位（mr( me(m)A(m)坝顶咼程（m）考虑1烦陷设计洪水113.10.84230.011114.95114.95116.09校核洪水113.50.84230.010.5114.85坝顶高程最后结果：116.10m。验算：坝顶高程116.10m均大于 设计洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=113.60m ； 校核洪水位 113.50m。所以满足要求。（三）渗流计算1. 渗流计算的基本假定1）心墙采用粘土料，渗透系数k 1.0 106cm/s,坝壳采用砂土料，渗透系数k 1.0 10 2cm/s,两者相差104倍，可

24、以把粘土心墙看做相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔行降落水头的作用。2） 土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律平均流速v等于渗透系数K与渗透比降i的乘积，v=K i ;3）发生渗流时土体的空隙体积不变，饱和度不变，渗流为连续的。2. 渗流计算条件：流计算时应考虑以下组合情况，取其最不利情况作为控制条件：1）上游正常水位，下游相应的最低水位；2）上游校核洪水位相应的下游最低水位；3）对上 游坝坡最不利的库水降落后的落差。由于缺乏资料所以拟定如下工况进行计算：设计洪水位（取与正常蓄水位）113.10m,相应的下游最低水位为74.3m；校核洪水位113.50m,相应的下游水深

25、为 75.00m。3. 渗流分析的方法采用水利学法进行土坝渗流计算。将坝内渗流分为若干等份，应用维尔金斯公式和水流连续方程求解渗流流量和浸润线方程。正常蓄水位 二113.1校核洪水位1：31135102.51 :门7116 1坝顶咼程1 : 2.5 -仝2.5-1 ： 3. 25丄 _心墙-102.5二1： 2:2 75一 1： 3 _JLL -浸润线62.5he62.5排水棱体82.576575.0:2下游校核水位4. 计算断面及公式本设计仅对河槽截面处进行最大断面的渗流计算，并假设地基为不透水。采 用的公式：yH；2L5 单宽流量将心墙看作等厚的矩形，则平均宽度为(d1 d2)/2(3.5

26、 34.4)18.95m;D 7/2 (116.12(82.5 76.5)102.5)3.0 22.5 2(102.5 82.5) 2.75(76.562.5) 2.0=144.5mL=144.5-33.3-9.475=101.73 (设计情况)L=144.5-32.5-9.475=102.53 (校核情况)已知6ke 1.0 10 cm/ s k 1.0 10 cm/ s通过心墙的单宽流量ke（H； H；）（其中为防渗体的等效宽度通过心墙下游坝壳的单宽流量为qk(H； H；)2L计算结果见表计算情况Z上(m)Z下(m)H1(m)H2(m)d(m)D(m)L(m)q 10 7 m3/ (s)H

27、e(m)正常畜水位113.174.350.611.818.95144.5101.76.511.86校核洪水位113.5755112.518.95144.5102.56.3612.556.总的渗流量计算从地质地形平面图上可以看出大坝沿轴线大约长为400m,沿整个坝段的渗流量为：Q=Lq式中卩是考虑到坝宽，厚度，渗流量沿坝轴线的不均匀分布而加的折减系数，卩=0.8Q 正=0.8X400X 6.50 X 10 7 = 2.08 10 4m3/sQ 校=0.8X 400X 6.36 X 10 7 = 2.04 10 4 m3/s6浸润线方程校核水位 Hx _H22 (He2 H22)x/ L = .1

28、56.25 0.01195x(四) 坝坡稳定计算-ctg ( 2 - B) -ctg (B - i )- (1+- ) tg ( 3- 6) =0 v2w2 1 =tg 1 (tg i/Kc ) 2 = tg 1 (tg 2/ 忑) 3 = tg 1 (tg 3/ 忑)查设计资料沙土的抗剪强度指标，1 = 2= 3=30o，由于设计原始资料中无相关的数据，在此也无法提供实验资料，所以假定 0 =25 o,6 =5 o, B =10o, i = 2= 3=13 0,带入上面三个式子中解得Kc=2.5 Kemin =1.35。2级水工建筑物正常运行情况下 色=丄。因而该假定的滑动坡面是稳定的。(此

29、处w23.9须了解原因)(五) 材料及构造设计(1) 防渗体设计1. 防渗体尺寸土质防渗体的尺寸应满足控制防渗比降和渗流量要求，还要便于施工。防渗体顶 部考虑机械化施工的要求,取3.5m, 土斜墙上下游坡度取1:0.3 ,。上下游最大作用水头差，H=113.50-62.50=51.00 (下游无水工况)，根据规定， 粘土心墙的容许渗透坡降J不宜大于4 ,这里取J=4 ,故墙厚T=H/J=51.00/4=12.75m。心墙底宽为 3.5+ (51.00+0.5)0.3 2=34.4m12.75m.,满足要求。2. 防渗体尺寸防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况心墙为 0.3-0.6m，取

30、0.5m, 最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50= 113.60m。（在非常运用情况下，不应低 于该工况下的最高水位）3. 防渗体保护层心墙顶部以及心墙的上游侧均应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或 者碎石，其厚度不小于该地区的冻结或干燥深度，此处取1.0m，上部碎石厚0.50m,下部砾石石厚0.50m。心墙上游保护层应分层碾压填筑，达到和坝体相 同的标准。其外坡坡度应按稳定计算确定，使保护层不至沿斜墙面或连同心墙一 起滑动。具体见坝顶构造。（2）坝体排水设计1. 排水设施选择常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水。（1）贴坡排水：不能降低浸润

31、线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不 选用。（2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受 尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用， 且易于检修，是效果较好的一种 排水形式。（3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦， 而且排水效果较褥垫排水差。综合以上分析选择棱体排水方式。2. 堆石棱体排水尺寸顶宽2.0m，内坡1： 1.5，外坡1： 2.0，顶部最高水位须高出下游最高水位对 1、 2级坝不小于1.0m，通过校核洪水位113.50m,假设相应下游最高洪水位为 7

32、5.00m,超高取1.5m,所以顶部高程为75.00+1.5=76.5m。（3）反滤层和过滤层1. 设计规范及标准1 ）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料， 建议按 下述准则选用D15/d854 5 ,D15d55，同时要求两者的不均匀系数”二d60 d o及D60Di。不大于58,级配曲线形状最好相似。式中：D15反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%;d15 被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的 15% 85%上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料，当选择第二层反滤料时，以第 一层反滤料为被

33、保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。按次标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。2）保护粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反 滤层，而用以下方法设计。 满足被保护粘性土的细粒不会流失根据被保护土的小于0.075mm含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被 保护土含有大于5mnt勺颗粒时，则取其小于5mnt勺级配确定小于0.075mm的颗粒 含量百分数及计算粒径d85。如被保护土不含有大于5mm的颗粒时，则按全料确 定小于0.0075mm的颗粒含量百分数及d*5。a. 对于小于0.075mm的颗粒含量大于85%勺粘性土，按式9

34、d85.设计反 滤层，当 9d$50.2mm，取 D15 等于 0.2mm。b. 对于小于0.075mm的颗粒含量为40%-85%勺粘性土按式D150.7mm.设计反滤层。c. 对于小于0.075mm的颗粒含量为15%- 39%勺粘性土按式Dis 0.7 （40 A）（4d85 0.7）/25设计反滤层。式中，A为小于0.075mm时颗粒 含量 1%。若 4d85 0 7mm，应取 0.7 mm。 满足排水要求以上三种土还应符合式D154d15，以满足排水要求。式中d15应为被保护粘 性土全料的d15，若4d15 0.1mm时D15不小于0.1mm。3 ）护坡垫层垫层料的粒径不能过大，而且含有

35、适量的细料。本坝属于中坝，取最大粒径 为80-100mm粒径小于5mm的颗粒含量宜选为30%-50%同样应满足土粒不流失 及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。D15（块石）10D（垫层）5d15（垫层）.，d15（垫层下被保护的土 ）“2. 设计结果由于设计原始资料中没有提供各土、 砂、石料的颗粒级配情况，这里无法用计算 方法进行反滤层的设计，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟结厚度果如下：(4)护坡设计1.上游护坡：采用目前最常用的浆砌石护坡。护坡范围从坝顶一直到坝脚, 为40cm,下部设厚度均为30cm的碎石和粗沙垫层。见图：聚砌石40m碎石厚范3

36、上游护坡粗砂石庠汕酗2. 下游护坡：下游设厚度为40cm的碎石护坡，护坡下面设厚度为40cm的粗沙垫 层。见图：（5）顶部构造1. 坝顶宽度对中低坝可取5-10m,此处取B=7.0m2. 防浪墙采用C15水泥浆砌快石放浪墙，高为1.2m,基本尺寸见图，墙身每隔15m布置 一道设有止水的沉陷缝，墙顶设有高 2.8m的灯柱。3. 坝顶盖面（6）马道和坝顶，坝面排水设计1. 马道：第一级马道高层为82.50m,第二级马道高层为102.50m,马道宽为2.0m2. 坝顶排水：坝顶设有防浪墙，为了便于排水，把顶做成自上游 倾向下游的坡， 坡度为3%将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。3. 坝面排水（1）布置在

37、下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。 沿坝轴线每隔200m设置1条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水 工自坝顶直至棱体排水处的排水沟，再排至坝址排水沟。纵横排水沟互相连通， 横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两侧倾斜，坡度取0.2%，以便将雨水排向横向排水沟。坝体与岸坡连接处应设计排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。（2）排水沟尺寸及材料1）尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20-40cm,具体的尺寸见图。2）材料：排水沟通常采用浆砌石或混凝土预制块。综合考虑选用浆砌石块石。

38、 见图TCLJ坝坡谨商排水 1； $0单住；w（7）地基处理及坝体与岸坡的连接结合本坝坝基情况，从坝轴线剖面图可知，地基处理如下：1. 地基处理（1） 河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，且钻1处岩芯获 得率都比较高。吸水量也较低，故只需清除覆盖层即可，挖至基岩即可。（2）钻2及右岸河滩：覆盖层和坡积物相对较厚，钻 2处的上层岩芯获得 率只有12%岩层裂隙较为发育，拟采用局部帷幕灌浆。（3）平山咀大溶洞：经勘探后分析对大坝及库区均无影响，为安全起见，可 修筑土铺盖，用水泥砂浆填缝。铺盖同时还应与粘土斜墙相连，向上库区及右岸 延伸展布，将岩溶封闭。2. 坝体与地基的连接（1）河槽部位（

39、即钻1部位），岩芯获得率及吸水量均能达到要求，采用在 斜墙底端局部加厚的方式与地基相连。（2）钻2到右岸河滩：上部岩层裂隙较发育，岩芯获得率只有 12%而覆盖层也较左岸厚，采用截水槽的方式与基岩相连。截水槽可挖至基岩以下0.5m深处，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用1:2.0 ;底宽，渗径不小于（1/3 1/5） H,其中H为最大作用水头（下游无水时为 51.00m），底宽取1/3.4 X 51.00=15.0m。3. 坝体与岸坡的连接土坝与岸坡的接合面是工程中较软弱的环节，应妥加处理，避免沿接合面发生集中渗流，土坝裂缝等现象。左坝肩到左滩地，坡积风化层510m需彻底清除，左岸坡上修建混凝

40、土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。右坝 肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。四 溢洪道设计（一）溢洪道路线选择和平面位置的确定根据本工程地形地质条件，选择正槽式溢洪道，引水渠末端设置圆形渐变段, 泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在右岸的天然垭口。（二）堰面形式及孔口尺寸1采用WES型堰面形状Hd Hmax（75% 95%）6 （0.75 0.95）4.5m 5.7mPi .3HdP20.5Hd取 p120mP122 mR10.5Hd2.5mb 0.175Hd 0.875mR20.20Hd1.0mb20.276Hd 1.38mR30.04Hd0

41、.2mb30.282Hd 1.41mo点下游曲线方程：y0.1273X185坡度Me 0.6 (与水平线段夹角为590 )的下游直线段与曲线段相切点的坐取 H d 5.0m标值，做一阶导数：dy 0.1273*1.85* x0.85 1/ 0.6=1.667 dx切点坐标为(10, 9)反弧圆心的确定：反弧半径 R (410)h , h为校核洪水闸门全开时反弧水深，本设计中R 10m，反弧圆心o点坐标180 59Xo x Mg y) Rcot() 23.46my0 p2 R 12m圆弧与直线相交点坐标为:Xj Xo Rsi n59 14.89my1 9 (X| 10)/0.6 17.15m2孔

42、口尺寸设计(1 )、单宽流量的确定。计算情况上游水 位(m下泄最大流量3Q (m /s)水深H(m设计113.1013405.60校核113.5016806.003q m 2gH$q单宽流量根据堰顶形式可选 m 0.480.95则 q 29.67 m3/s3Qmax 1660m / s取孔口宽度为10mLQmax166056mq29.67Ln 一5.6则n 610L0nb (n 1)db孔口宽度d 中闸墩(取2.0 m)，边墩(取3.0m)则溢流前缘总长为L0nb (n 1)d16 10 2 5 2 370m3nb m、., 2gH0 36 10 0.95 0.48 -2 9.81623178

43、0m /s闸墩侧收缩系数，取0.95m 流量系数，取0.48g重力加速度，9.81 m3 /s溢洪道在开挖的时候，为了增强防冲刷能力，需要设置衬砌，粗糙率取n 0.0163、引水渠引水渠的作用是将水流平顺的引至溢流堰前。为提高泄洪能力，渠内流速 v4.0m/s。渠底宽度大于堰宽，渠底末端高程与控制堰顶高程相同，取为 107.50m。引水渠断面尺寸的拟定，具体计算结果和过程见表1-5。计算情况上游水 位（m下泄最大流量Q （m3/s）水深H（m边坡坡率m底宽B(m)设计113.1013405.601.571.36校核113.5016606.001.583.22计算公式：Q.vA , A 二（B

44、十 mH）H，假设 v 3.0m/s。由计算可以拟定引水渠底宽 B=90m，引水渠与控制堰之间设渐变段，采用圆弧连接， 圆弧半径R=10m，圆弧的圆心角为 90;引水渠前段采用梯形断面，边坡采用1： 1.5;底坡均为1: 10的逆坡。最后引水渠总长 L=65m。进水渠与控制堰之间20m为渐变段，采用弧线连接。4 控制段（1）拟定控制段的形式为了控制泻流能力，设置平面钢闸门，b h 10m 6mH d(0.75 0.95) H(0.75 0.95) 6.04.5m 5.7mR 0.3HdF20.5Hd取 R 20mF222m查表：m 0.467x ( 0.282 0.85)Hdy (00.37)

45、Hd与泄槽底版相连采用反弧曲面，R （36）h （其中h为校核洪水位全开时的 反弧最低点）5泄槽泄槽布置在基岩上，断面为挖方，为适应地形，泻槽分为收缩段、泻槽一段、 泻槽二段，根据已建的工程拟定收缩段收缩角为12度。首端与控制堰同宽B=61m 末端采用矩形。5、出口消能溢洪道出口段为冲沟，岩石质地较好，离大坝较远，采用挑流消能。水流冲 刷不会危及大坝安全。（三）水力计算泄槽水面线计算：对称布置由地质平面图可知堰顶到下游水面高程 （74.3 m ） 处的水平距离是 86m，高差33.2 m。坡降i=33.2/86=0.386 心，属急流，槽内形成bn型降水曲线，属于明渠非均匀流的计算(1)、基本

46、计算采用各段试算的方法计算(2) 、基本计算公式2iVi )2)流段距离:22V2、)(hi cos2g2_2n v4乔式中收缩断面处开始计算hiv 2g(Ho hi cos )LhL02h(3) 、用试算法进行求hiHo6mF222mHoHoF2 62228mqQmaxi66023.7m3/sL070取几组hi的值，进行试算，使得两公式算的hi相等0.95cos 0.933列表如下:hi的值i.5i.4i.3i.2i.iqi.0926i.0907i.08876i.08687i.0849j2g(H hi cos )A bh V Q n 0.015 i 0.31623 x b 2h R -AxhvV平均RR平均v22gJss1.08521.8431.05224.3431.03522.89922.3711.0051.02926.7520.09415.18515.1850.98524.06123.4800.9580.98229.5370.11119.66534.8500.93525.34824.7040.9110.93432.7810.13126.8