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静安河水库枢纽工程设计含4张CAD图,文本
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静安河水库枢纽工程设计 摘 要静安河水库位于某省，是静安河上一个主要控制工程，其控制面积18100平方公里，占静安河流域面积的99.4。水库建成后，配合下游河道整治等措施，保证下游沿河两岸河北、山东、河南广大平原地区和京广铁路的安全，可以解除相当于1956年、1963年洪水的灾害，通过河南省月亮渠灌溉农田约60余万亩，并经卫运河、南运河输水，补充天津市工业用水和居民生活用水，电站装机3400千瓦，平均年发电量10920万度，此外库区还有养鱼和和发展水产之利。本设计为分区材料心墙拦河大坝，隧洞结构设计为主，溢洪道设计为辅，根据要求分别设计布置主坝，副坝，溢洪道，以及隧洞等水工建筑物。主坝为均质土坝，坝高161.52m，大坝上游坝坡1:2.75，下游坝坡坡度1:2.5。大坝坝顶宽度12m。大坝采用防渗墙，下游设置棱体排水。溢洪道位于大坝左侧144m高程处，溢洪道主要作用是满足水库排水需要，保证大坝的安全与稳定。隧洞布置于大坝右侧，入水口位置位于121m高程处。水流通过主出水口灌溉下游农田，部分水流由支渠用来发电。Abstract Jing River Reservoir is located in a province, is the Jing River, a major control engineering, the control area of 18,100 square kilometers, accounting for Jing River Basin area of 99.4%.Building of the reservoir, with the downstream river training and other measures to ensure downstream along the river in Hebei, Shandong, Henan and Beijing-Guangzhou railway vast plain area of security, you can lift the equivalent of 1956 flood disaster in 1963,Henan Province, the moon hrough the irrigation canalabout 60 million mu of farmland, and by Wei Canal, South Canal water, industrial water and residents in Tianjin to add water, power station installed capacity of 3400 kilowatts, the average annual generation capacity of 109.2 million degrees, in addition to the reservoir area and the development of fish and thereFisheries of the profits. Layout were designed under the requirements of the main dam, auxiliary dam, spillway, and the tunnel and other hydraulic structures.Main dam with all-earth dam, the dam height 156.6m, dam upstream slope 1:3.0, downstream slope gradient of 1:2.5.Dam crest width of 12m, Dam using cut-off tank, the downstream prism drainage.144m elevation in the left side of the spillway at the dam, spillway main role is to meet the needs of reservoir water to ensure the security and stability of the dam.Arranged on the dam on the right tunnel, the inlet location is at 121m elevation. Irrigation water downstream through the main outlet of farmland, part of the water used to generate electricity from the branch canals.目录1 原始资料及设计数据- 1 -1.1 兴建缘由、工程效益- 1 -1.2 设计资料- 1 -1.2.1 水库标准：- 1 -1.2.2 设计水位、库容及泄量- 1 -1.2.3 地层及水文地质概况- 2 -（1）坝基地层- 2 -（2）坝基水文地质概况- 3 -（3）第三纪砂、粘土设计数据- 3 -（4）有关砂页岩的设计数据- 3 -1.2.4 土料蕴藏情况以及筑坝材料物理力学指标- 4 -（1）土料蕴藏状况- 4 -（2）筑坝材料物理力学指标- 4 -1.2.5 风速与吹程- 5 -1.2.6 输沙量- 5 -1.2.7 灌区- 5 -1.2.8 引水隧洞- 6 -1.2.9 该坝区为6度地震区- 6 -1.2.10 施工碾压机械- 6 -2 土坝设计- 6 -2.1 枢纽布置- 6 -2.1.1主坝坝轴线选择- 6 -2.1.2 副坝轴线布置选择- 7 -2.1.3 溢洪道布置- 7 -2.1.4 隧洞布置- 8 -(1)布置原则- 8 - （2）方案选择- 8 - （3）进出口建筑物布置- 9 - （4）进口建筑物的型式- 9 - （5）出口建筑物型式- 9 -2.1.5 电站布置- 10 -2.2 坝型选择- 10 -2.3 工程等别、建筑物级别确定- 10 -2.4 大坝设计- 10 -2.4.1 剖面尺寸拟定- 10 -2.4.1.1 坝顶高程- 10 -2.4.1.2 坝顶宽度及坝顶- 14 -2.4.1.3 坝坡- 15 -（1） 上下游坝坡确定- 15 -（2） 护坡设计- 15 -2.4.1.4 防渗排水设施拟定- 19 -（1） 坝体防渗土质心墙- 19 -（2） 坝基防渗- 19 -（3) 排水设施- 20 -2.4.1.5 坝体与坝基、岸坡等的连接- 21 -（1）坝体与坝基的连接- 22 -（2）坝体与岸坡的连接- 22 -（3）坝体与其他建筑物的连接- 22 -2.4.2 土方量校核计算- 22 -2.4.3 土料设计- 24 -2.4.3.1 土料要求：从数量、质量上要求- 24 -（1）对筑坝土料的要求- 24 -（2）对防渗土料的要求- 24 -（3）对反滤料、过渡层料和排水体料的要求- 24 -2.4.3.2 粘性土料填筑标准设计- 25 -（1）.填筑含水量- 25 -（2） 设计干容重- 25 -2.4.3.3 非粘性土料设计- 26 -2.4.4 地基处理- 26 -2.4.4.1 坝基处理- 26 -2.4.4.2岸坡处理- 26 -2.4.5 渗流计算- 27 -2.4.5.1 计算的水位：设计洪水位组合- 27 -2.4.5.2 渗流计算断面- 27 -2.4.5.3 各断面浸润线、总渗流量- 29 -2.4.6 稳定计算- 34 -2.4.6.1 手算- 34 -2.4.6.2 电算- 39 -2.4.7 细部构造- 41 -2.4.7.1 反滤层设计- 41 -(1) 需设置反滤层的有关部位- 41 -(2) 设置反滤层的主要目的- 41 -(3) 设计准则- 41 -（4）主要步骤- 41 -2.4.7.2 有关坝面、排水沟布置构造- 45 -3 溢洪道、隧洞设计- 46 -3.1 溢洪道设计- 46 -3.1.1 溢洪道位置确定- 46 -3.1.2 引水段设计- 46 -3.1.3控制段设计- 47 -3.1.3.1堰型选择- 47 -3.1.3.2孔口宽度计算- 48 -3.1.4泄水槽设计- 50 -3.1.4.1初拟陡槽坡度- 50 -3.1.4.2水面线推求- 51 -（1）计算判断闸型- 51 -(2） 计算分界断面- 51 -3.1.4.3确定边墙高度- 54 -3.1.4.4泄水槽的底部衬砌以及构造设计- 56 -（1）衬砌的分缝与止水- 56 -（2）衬砌的排水- 56 -（3）衬砌的厚度与锚筋加固- 57 -3.1.5出口段设计- 57 -3.1.5.1消能型式选择- 57 -（1）挑流鼻坎高度的确定- 57 -（2） 挑射角的选择- 57 -（3）反弧半径R的确定- 57 -（4）主要构造- 57 -3.1.5.2挑距及冲刷坑渗流计算- 59 -（1）挑距的计算- 59 -（2）冲坑深度的计算- 60 -3.2 隧洞设计- 61 -3.2.1 线路布置与方案选择- 61 -3.2.1.1 隧洞选线的主要原则- 61 -3.2.1.2 方案选择- 61 -3.2.1.3 本枢纽隧洞是结合导流、泄洪、放空、发电与灌溉等各种作用为一体。- 61 -3.2.1.4 初拟洞径- 61 -3.2.2 进出口高程初拟- 61 -3.2.2.1 进口高程- 61 -3.2.2.2 出口高程- 61 -3.2.2.3 纵坡- 61 -3.2.3 水力计算- 62 -3.2.3.1主洞（以10天放空为控制计算洞径）- 62 -3.2.3.2支洞(支洞从主洞内引出）- 69 -（1）灌溉洞：- 69 -（2）发电洞：- 70 -3.2.4确定进出口高程、型式- 70 -3.2.4.1进出口高程确定- 70 -3.2.4.2进、出口型式- 70 -（1）进口型式：- 70 -（2） 龙抬头进口型式- 70 -3.2.5 出口消能- 71 -3.2.5.1主洞出口采用差动式挑流消能- 71 -3.2.5.2灌溉支洞- 71 -3.2.6 结构计算- 71 -3.2.6.1确定衬砌厚度h- 71 -3.2.6.2计算各种荷载产生的弯矩和轴向力- 72 -(1) 垂直山岩压力产生的弯矩和轴力- 72 -(2)衬砌自重产生的弯矩和轴力- 74 -(3)均匀内水压力产生的弯矩和轴向力- 75 -(4)不均匀内水压力产生的弯矩和轴力- 75 -(5)均匀外水压力下产生的弯矩和轴力- 76 -(6)不均匀外水压力下产生的弯矩和轴力- 77 -(1) 第一种荷载组合- 78 -（2） 第二种荷载组合- 78 -3.6.2.4混凝土的配筋计算- 79 -（1）第一种荷载组合- 79 -（2）第二种荷载组合- 80 -3.6.2.5混凝土应力校核- 80 -（1）第一种荷载组合- 81 -（2）第二种荷载组合- 81 -总结- 82 -参考文献：- 83 -1 原始资料及设计数据1.1 兴建缘由、工程效益静安河水库位于河南省，是静安河上一个主要控制工程，其控制面积18100平方公里，占静安河流域面积的99.4%。水库建成后，配合下游河道整治等措施，保证下游沿河两岸河北、山东、河南广大平原地区和京广铁路的安全，可以解除相当于1956年、1963年洪水的灾害，通过河南省月亮渠灌溉农田约60余万亩，并经卫运河，南运河输水，补充天津市工业用水和居民生活用水，电站装机容量3400千瓦，平均年发电量10920万度；此外，还水库还兼有养鱼和发展水利之利。1.2 设计资料1.2.1 水库标准： 设计：千年一遇洪水 校核：万年一遇洪水（计算） 总库容：11.1亿m31.2.2 设计水位、库容及泄量 表1-1 设计水位、库容及泄量设计标准库水位（m）库 容亿m3库面积（km2）溢洪道最大泄量Q（m3/s）进口单宽流量q m3/s/m相应尾水位（m）万年一遇加20%154.811.1792060108.3万年一遇洪水152.8572044107.8千年一遇洪水151.09.0汛后最高蓄水位（正常高水位）149.08.235.2死水位125.02.1淤积高程120.01.7发电死水位133.01.2.3 地层及水文地质概况（1）坝基地层两坝肩基础上部为黄土，厚约10-20米，下部为第三纪粘土层；坝基基础为第四纪砂卵石层，平均厚度为11米，其下部为第三纪粘土层；右岸140米高程以下为较坚硬的砂页岩；地层分布详见坝轴线地质剖面图；各地层物理力学性质：第四纪砂卵石层颗粒组成：表1-2 颗粒组成比重干容重d（t/m3）孔隙率n（%）d10（mm）d50（mm）d80（mm）不均匀系数d1mm的含量（%）2.65-2.661.9-2.217-28.50.230-5040-60200-30080砂卵石层的渗透系数平均为K=3.4*10-3cm/s。管涌梯度为0.1左右。第三纪粘土层表1-3 颗粒组成比重天然干容重（t/m3）天然含水量（%）颗分（%）渗透系数K（cm/s）易溶盐含量（%）有机质含量（%）0.050.050.0050.0052.751.631.70242334431*10-80.070.2黄土设计数据表1-4 黄土设计数据干容重（t/m3）湿容重（t/m3）含水量（%）抗剪强度渗透系数（cm/s）凝聚力（kg/cm2）内摩擦角1.571.90210.1221.16*10-3大坝建成后黄土压缩变形与湿陷变形的总和平均为35cm。（2）坝基水文地质概况坝基地下水可分为潜水和承压水潜水埋藏在第四纪砂卵石层，在建坝前，河槽及河滩段地下水位一般在104106米，两岸阶地，地下水位逐渐抬高，右岸、级阶地潜水位为106110米，在坝肩水位为117米；左岸水位由117米逐渐抬高到122米。承压水主要埋藏在第四纪砂卵石层含水层内，承压水为一般高于潜水位，在河槽及河漫滩段承压水位为108109米，两岸高地和两坝肩还要高。（3）第三纪砂、粘土设计数据表1-5 第三纪砂、粘土设计数据天然干容重（g/cm3）天然含水量（%）湿容重（g/cm3）抗剪强度摩擦系数（砼与地基）地基允许承载力（kg/cm2）地基应力不均匀系数内摩擦角（度）凝聚力（kg/cm2）砂1.5151.722600.44=3粘土1.6120.20.352.50.05沙砾0.050.005粉粒10亿立米，对应工程等级为等。设计灌溉面积为60万余亩，在50150万亩范围内，对应工程等级为等。电站装机容量为3400千瓦，小于1万千瓦，对应工程等级为等。又由规定“按表中分等指标分属几个不同等别时，整个工程的等别应以其中的最高等别为准”。故该枢纽工程为一级工程。2.4 大坝设计2.4.1 剖面尺寸拟定2.4.1.1 坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范（SDJ218-84）第4.4.3条坝顶高程等于水库静水位与超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：.设计洪水位加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；.正常高水位加非常运用情况的坝顶超高，再按第4.4.2条规定加地震安全超高。坝顶在水库静水位以上的超高按水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（SDJ12-78）第四章有关规定，并由下式确定： （2-1）式中 y坝顶超高，m R最大波浪在坝坡上的爬高，m；参照碾压式土石坝设计规范 （SDJ218-84）附录计算； e最大风壅水面高度，m A安全加高，m安全加高A安全加高A应根据坝的等级和运用条件，按表4.4.2（碾压式土石坝设计规范（SL2742001）计算规定采用：.设计洪水位时，对应正常运用情况下：A=1.5m；.校核洪水位时，对应非常运用情况下：A=0.7m；.正常高水位时，对应非常运用情况下：A=0.7m。 正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：查水工建筑物抗震设计规范（SL20397）5.2得，地震安全加高取0.51.5m，此处取为1.0m，则A=0.7+1.0=1.7m最大风壅水面高度e（m）,可按下式计算： （2-2）式中 K综合摩阻系数，其值变化在(1.55.0)*10(-6)之间，一般可取3.6*10-6；W水面以上10m处的风速，m/s；D吹程，m；Hm坝前水域的平均水深，m；计算风向与坝轴线法线的夹角；g重力加速度，取为9.81m2/s。确定上述5个参数值：（级坝）W: 正常运用条件下，级坝取多年平均最大风速的1.52.0倍；非常运用条件下，级坝取多年平均最大风速，即34m/s。设计洪水位加正常运用条件：W=60m/s校核洪水位加非常运用条件：W=34m/s正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：W=34m/sD: 由所给资料知，库水位为151154.8m的吹程为12.7公里，即D=12.7km。Hm: 根据枢纽布置，坝基平均高程取为105.0m，故坝前水域水深可按下式计算：Hm=库水位-坝基高程则：设计洪水位加正常运用条件：Hm=151.0-105.0=46.0m校核洪水位加非常运用条件：Hm=154.8-105.0=49.8m正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：Hm=149.0-105.0=44.0m: 由所给资料知，风向与坝轴线成西偏南10，而是指计算风向与坝轴线法线的夹角，坝轴线为南北方向，故可确定=10。将上述各参数代入公式3-2，得到不同工况下的e值：设计洪水位加正常运用条件：e=0.180m校核洪水位加非常运用条件：e=0.053m正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：e=0.060m最大波浪在坝坡上的爬高R(m)根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）附录A，波浪平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式，即： （2-3）式中 hm平均波高，m Tm平均波周期，s W计算风速，m/s D吹程，m Hm坝前水域平均水深 g重力加速度，取为9.81m2/s.为方便计算，可根据碾压式土石坝设计规范（SDJ21884）（莆田试验站方法图）查图，得到不同工况下的ghm/W2，进而得到不同工况下的平均波高。设计洪水位加正常运用条件：gD/ W2=34.6075，gH/ W2=0.12535，ghm/ W2=0.0083，hm=3.0459m，Tm=4.6981m校核洪水位加非常运用条件：gD/ W2=107.7742，gH/ W2=0.42261，ghm/ W2=0.0121，hm=1.426m，Tm=4.777m正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：gD/ W2=107.7742，gH/ W2=0.37339，ghm/ W2=0.0120，hm=1.414m，Tm=4.756m平均波长可按下式计算： （2-4）式中 Lm平均波长 H坝前水深由上述计算得到的Tm、H代入公式进行迭代计算，可得到不同工况下的平均波长：设计洪水位加正常运用条件：Lm=10.890m校核洪水位加非常运用条件：Lm=7.452m正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：Lm=7.419m波浪爬高R的计算初拟上游坝坡1:2.75，即m=2.75。根据规范，平均波浪爬高Rm可按下式计算： （2-5）式中 Rm平均波浪爬高，m K斜坡的糙率渗透性系数 Kw经验系数，查表得到各系数的确定：K的确定：采用砌石护坡，查规范表A.1.12-1知，K取0.80。Kw的确定：根据规范知，应先计算出不同工况下的W/(gH)0.5，再查表A.1.12-2得到相应的Kw。设计洪水位加正常运用条件：W/(gH)0.5=1.68，Kw取为1.042校核洪水位加非常运用条件：W/(gH)0.5=1.08，Kw取为1.003正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：W/(gH)0.5=1.14，Kw取为1.006将数据代入公式2-5，可得：设计洪水位加正常运用条件：Rm=1.650m；对于级坝，设计波浪爬高采用累积频率为1%的爬高值，又hm/Hm=0.0230.1，查规范表A.1.8得，R=2.42Rm=3.993m。校核洪水位加非常运用条件：Rm=1.697m；对于级坝，设计波浪爬高采用累积频率为1%的爬高值，又hm/Hm=0.0220.1，查规范表A.1.8得，R=2.42Rm=4.107m。正常高水位加非常运用条件并考虑地震情况：Rm=1.650m；对于级坝，设计波浪爬高采用累积频率为1%的爬高值，又hm/Hm=0.02430米。所以上游坝坡初拟定为1：3.0，下游坝坡初拟定为1：2.5。当坝高超过1030米，坝坡从上至下可分级放缓，上下两级的坡比差值一般不超过0.5，变坡处设置密度不小于1.52.0m的马道，一般在下游每隔1030米设置一条。用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼做交通、检修和观测之用，还有利于坝坡稳定。故马道设在135米高程处，宽度取2米。马道上修排水沟，汇水、排水、防冲刷。（2） 护坡设计由于砌石护坡抵御风浪的能力较强因此在本次设计中选择使用砌石护坡，上游的护坡由于要接受风浪的冲刷、冰层和漂浮物的冲击以及顺坝水流的冲刷，要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性能，因此采用双层浆砌石护坡。下游护坡主要受到雨水冲刷采用双层干砌石护坡。在砌石护坡下用碎石、砂砾石组成30cm厚的垫层。护坡覆盖范围（根据碾压式土石坝设计规范第4.7.4条规定):上游护坡覆盖的范围从坝顶至水库最低水位以下3m（、级坝不小于2.5m）。护坡在马道及护坡末端等处设置基座，以利于护坡的稳定，下游护坡由坝顶护至排水棱体（初拟在下游坝脚采用堆石棱体排水）。坡度厚度要根据碾压式土石坝设计规范（SDJ218-84）附录一进行计算：块石在最大局部压力作用下所需的直径D（D为换算球形直径）为： (2-6)式中 D石块的换算球形直径，m D50石块的平均粒径，m Kt随坡率变化的系数 k块石密度，t/m3，根据资料查得，k =2.5 t/m3 w块石密度，t/m3，w=1.0 t/m3 hp累积频率为5%的波高，m，重要工程累积频率可适当提高。下面分别计算式中的参数： m值由于上游坝坡经常受到风浪侵袭，护坡的作用比较大，因此在计算中以上游坝坡的参数为准，m=3。 Kt值查碾压式土石坝设计规范附表1.12，得Kt=1.4。 hp值参考碾压式土石坝设计规范附表1.2。先确定hm/H的值（hm为平均波高，H为平均水深），下面就不同工况下的hm/H值分别进行计算：A、设计洪水位对应正常运用条件下: hm=2.611 H=46 hm/H=0.057B、校核洪水位对应非常运用条件下: hm=1.673 H=49.8 hm/H=0.034C、正常水位对应非常运用条件下: hm=1.603 H=44 hm/H=0.036通过查碾压式土石坝设计规范附表1.2，发现当p=5%时，hp/hm在1.92.24之间，取hp/hm=2.0。由此可得hp在三种不同工况下的值：A、设计洪水位对应正常运用条件下：hm=2.611 hp=2hm=5.222B、校核洪水位对应非常运用条件下：hm=1.673 hp=2hm=3.346C、正常水位对应非常运用条件下: hm=1.603 hp=2hm=3.206将上述计算所得的参数代入公式2-4即可求出D在三种不同工况条件下的值，下面进行列表计算：表2-1 块石在最大局部压力作用下所需的直径D计算表参数 工况kwmKthpD设计洪水位加正常运用2.5131.45.2220.4846校核洪水加非常运用2.5131.43.3640.3213正常高水位加非常运用2.5131.43.2060.3032选取上表中最大的D即设计洪水位工况下的D,此时平均波长Lm=65.19，Lm/hp=12.481.5 故土方量验算满足要求。 总的粘壤土量为：109.81万m3 V储/V需=600/109.81=5.461.5总的砂砾量为：960.67万m3V储/V需=3000/960.67=3.121.5因此土方量验算满足要求。2.4.3 土料设计土石坝最大的优点是可以就地取材，所以，筑坝材料应尽可能采用坝址附近的材料，包括枢纽其他建筑物的开挖土石料。土石坝设计前，必须查明坝址附近各种天然土石料的种类、储量、分布、性能，以及枢纽建筑物开挖料的性质、可用数量等，通过技术经济比较，选择适当的坝型、填筑标准及施工方法。2.4.3.1 土料要求：从数量、质量上要求（1）对筑坝土料的要求具有或经加工处理后具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有长期稳定性；就地、就近取材，减少弃料，少占或不占农田，并优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用；便于开采、运输和压实。（2）对防渗土料的要求斜墙坝防渗土料的渗透系数不大于1*10-5cm/s；水溶盐含量不大于3%；对于斜墙，有机质含量不大于2%，超过此规定需进行论证；有较好的塑性和渗透稳定性；浸水与失水时体积变化小；用于填筑防渗体的砾石土，粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%，最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3，0.075mm以下的颗粒含量不应小于15%，填筑时不得发生粗料集中架空现象。（3）对反滤料、过渡层料和排水体料的要求质地致密，抗抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求；具有要求的级配；具有要求的透水性；反滤料和排水体料中粒径小于0.075mm的颗粒含量应不超过5%。2.4.3.2 粘性土料填筑标准设计（1）.填筑含水量根据我国的筑坝经验，填筑时设计含水量应略高于塑限含水量，可按下式计算： （2-8）式中 设计含水量，以小数计； p塑限含水量，以小数计； B稠度系数，低坝取0.10.2，高坝取0.070.1； Ip土料的塑性指数，以小数计查资料得相关数据如下：p =0.18，Ip=0.16，B取为0.05，则=0.18+0.05*0.16=0.188（2） 设计干容重粘性土的理论最大干重度按下式估算： （2-9）式中 s土粒重度； 0水的重度； 填土最优含水量； Sp填土饱和度，一般粘土取0.80.9。填土的设计干重度可按下式确定： （2-10）式中：M施工条件系数，查资料知，M=0.95由资料知：s=27.0KN/m3，0=9.81 KN/m3，Sp取为0.9代入上述公式计算得：（d）max=17.26 KN/m3，d=16.40KN/m3根据击实试验得到的最大干重度及最优含水量分别为：45击实下 d=16.15 KN/m3 40击实下 d=15.67 KN/m3 由于填筑含水量19.6%与天然含水量19%相近，根据工地碾压工具的实际情况，确定设计干重度d=15.67 KN/m3。按填筑压实度要求：45击实下 P=15.67/16.15=0.9740击实下 P=15.67/15.7=0.99根据规范要求，级坝P不应小于98%100%，故40击实下的土料满足要求。综上，采用粘土B类第2种土料40次击实下的作为粘性土料填筑是合理的。并且料场距坝址较近，交通运输方便。2.4.3.3 非粘性土料设计坝壳的沙、沙砾、砂卵石筑坝材料要求达到一定的填筑密度，以便有足够的抗剪强度、抗压强度，以减少变形，增加坝体稳定，防止砂料液化。坝壳沙砾料设计以相对密度Dr表示，可根据试验求得的最大、最小空隙比计算，即： （2-11）式中 emax、emin砂土的最大和最小空隙比； e砂土的设计空隙比。非粘性土的填筑标准以相对密度Dr为设计控制指标，砂砾料的相对密度应不低于0.75，砂的相对密度不应低于0.70，反滤料的相对密度以0.70为宜，在地震区要求更高，在0.750.85内选用。资料中已经给出砂卵石的相对密度Dr=0.75，满足设计要求。且块石料场距坝址13公里，有小铁路直通大坝，产地岩石为奥陶纪中厚层石灰岩，开采便利、储量质量均满足工程要求。2.4.4 地基处理2.4.4.1 坝基处理由资料上给出大坝建成后黄土压缩变形与湿陷变形综合平均为35cm1.30 满足稳定计算要求。2.4.6.2 电算图 2-12图 2-13电算结果和手算结果有一定差距，这是因为手算中土条的长度都是一个一个由方格纸上量出的，必然存在一定的误差，这些误差是不可避免的。并不是计算错误，这也是电算的意义所在，在实际的设计中都是采用电算的方法进行稳定计算，更方便，也更精确。2.4.7 细部构造2.4.7.1 反滤层设计(1) 需设置反滤层的有关部位 心(斜)墙与坝壳结合处 截水槽与坝基砂卵石结合处凡是颗粒级配不连续结合部位(2) 设置反滤层的主要目的 防止粘性土料或无粘性土细颗粒发生渗透变形而带出。(3) 设计准则 对于保护粘性土，要求 对于保护无粘性土，要求D15反滤料粒径；d15、d85被保护土粒径；（4）主要步骤点绘颗粒分布曲线计算判断颗粒的均匀性程度若较大，取58的细粒部分的d85，d15作为计算粒径，修改颗分曲线累计为100，求修改后的颗分曲线段(设计反滤层的要耱是，允许极细颗粒通过，反淤堵，保证中细颗粒的流失)。重新计算修正后的颗分曲线的，若满足85%，其反滤层可按下式计算： （2-24）式中 反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总重的15% 被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的85%查图得，=9*0.065=0.585mm，故取排水要求当 （2-25）式中 反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总重的15； 被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的15。=4*0.002=0.008mm5，需要调整最大D15的值，使比值不大于5，故可取最大D15=0.05mm，取最大D15为控制点1，最小D15为控制点2。最大D15除以1.2得出最大D10=0.5/1.2=0.417，由最大D10乘以6得D60=2.5mm，将最大D60=2.5mm作为控制点3。最大D60除以5确定反滤层带细料的最小D60=0.5mm，将此点作为控制点4。反滤料的最大D100=0.79mm75mm，最小D5=0.075mm，将这两个点作为控制点5和6。为减少施工中的分离，控制反滤料的最大D90和最小D10非常重要。用最小D15除以1.2得初始最小D10=0.083mm，根据防止分离准则，取最大D90=20mm，将D90作为控制点7。连接控制点4、2、5，确定反滤料上包线，连接控制点6、7、3、1确定反滤料下包线，将上、下包线延至100%，即为反滤料级配的初步设计结果。图2-15 第一层反滤层级配曲线校核：将设计的反滤土作为被保护土，坝壳土料作为保护土。图2-16 坝壳坝基砂砾料颗粒分布曲线第一层反滤料的不均匀系数故可按下式校核：抗管涌要求：渗透性要求：式中 反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总重的15； 被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的85。被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总重的15。除心墙与坝壳之间需设置反滤层外，在颗粒有突变的部位，如防渗墙与坝基接触处，坝坡与贴坡接触处，均需设置反滤层。 2.4.7.2 有关坝面、排水沟布置构造为了防止两岸山坡上的雨水冲刷坝面，除砌石、堆石护坡外，均需设坝面排水。坝面排水包括坝顶、坝坡、坝头及坝下游等部位的集水、截水和排水设施。 除堆石坝与基岩交坡处外，坝坡与岸坡连接处均须设置排水沟，其集雨面积应包括岸坡集水面积。坝体与岸坡连接处必须设置排水沟，其集水面积应包括岸坡集水面积在内。坝面排水系统的布置，一般是在护坡上设置纵横联通的排水沟。纵向排水沟淹马道内侧设置，横向排水沟的间距约为50100m。排水沟宜采用混凝土或浆砌石砌筑。（其余细部构造见大坝设计）3 溢洪道、隧洞设计3.1 溢洪道设计3.1.1 溢洪道位置确定（见土坝设计第一章枢纽布置）3.1.2 引水段设计引水段包括进水渠和渐变段，其作用是将水流平顺的引向控制段，力求减少水头损失，以改善过堰水流的流态，保证泄流能力，所以引水段应尽量满足引渠段、水流顺、流速小的要求。参考水工建筑物（河海大学出版社04版）引水渠设计有以下要求：1. 进水渠布置时，应尽量短而直，其横断面一般为梯形断面。进水渠较长时，宜在控制段之前设置渐变段，其长度不宜小于2倍堰上水深，如需设置弯道，其轴线转弯半径不宜小于4倍渠底底宽。弯道与控制堰间一般应有2倍宴上水头的直线长度，以使水流平顺进入控制段。2. 限制引水渠进口底宽B0与末端底宽B之比B0/B=1.53.0，从而可减少进口水头损失。3. 堰前进水渠需设一段直线翼墙或对称扭曲八字墙，堰顶单宽流量q0（或堰顶水头H）越大，堰前直线或扭曲八字墙亦应越大。4. 进水渠的渠内流速应大于渠道的不淤流速，而小于不冲流速，因此设计流速宜采用35m/s以减少水头损失。 根据后面控制段的计算，已经确定控制段的闸门总宽B=146.4m参考水工建筑物（河海大学出版社04版）第四章第三节的内容，在引水渠的进口段，采用圆弧形式向水库扩大成喇叭口形。圆弧半径取50m。引水渠进口段底宽确定为B0进 =B+2R=146.4+240=226.4m，引水渠的末端用扭曲八字墙与控制段的矩形断面连接，因此引水渠末端底宽与控制段相同B=146.4m，所以B0与B的关系为： B0/B=226.4/146.4=1.546 满足B0/B=1.53.0 （3-1）引水渠横断面采用梯形断面，由于可能会建在土基上，从边坡的稳定性考虑，边坡坡度m=2。引水渠平面布置详见下图：图3-1 引水渠平面布置图3.1.3控制段设计3.1.3.1堰型选择控制堰的形式有宽顶堰和实用堰，以及堰上带胸墙的孔口等形式。宽顶堰结构简单、施工简单，但流量系数较实用堰小。适用于泄量较小的中小型工程。实用堰流量系数较大，在相同泄量下，其泄流前缘长度较短，因此在实际工程中采用较多。当垭口狭窄，沿水流方向的山体或垭口比较单薄，地面高程比较低，两旁山脊较高时，更宜采用实用堰形式。实用堰结构及施工方面比较复杂，且实用堰的泄流能力受下游库水位变化影响较大，当下游水位较高时，开始受淹没水流影响，这样对泄洪道泄洪不利，所以宜采用宽顶堰。在垭口地面高程稍高于正常睡眠且地面较平缓应用较广。由于该溢洪道为一级建筑物，为降低洪水位，减少库区淹没面积，降低建筑物的高程，并消减下泄的最大流量，设置闸门控制，亦有利于水库蓄水，此时闸门顶高程应略高于正常蓄水位，且应低于设计洪水位。控制段的建筑物均采用钢筋混凝土结构。初步拟定堰顶高程和闸底板长度:堰顶高程为144.0米，堰长为20米（闸门底板上下游长度）则闸门高为：正常蓄水位-堰顶高程+超高 =149.0-144.0+0.5=5.5米所以闸门顶高程为：144.0+5.5=149.5米。3.1.3.2孔口宽度计算由于溢流堰后接陡槽，故为自由式堰流情况，根据水闸设计规范按下式计算 （3-2） 式中 Q过闸流量 B0闸孔总净宽，m H0计入行近流速水头的堰上水深，m g重力加速度，可采用9.81 m堰流流量系数 堰流侧收缩系数； 堰流淹没系数。 由控制条件： （3-3）按校核情况计算，溢洪道取最大泄流量Q=7920/s,进口单宽流量=60/s。故B=7920/60=132m故初拟=1211=132m闸孔用三个三联孔和两个单联孔。边墩厚1.0m，中墩厚1.0m，缝墩厚取0.8m.。故=132+1.06+1.02+0.88=146.4m。其示意图如下：图3-2 闸孔示意图式中各系数的确定：H0的确定: H=154.8-144.0=10.8m A=Q校核/A=7920/(226.4+269.6)10.80.5=2.96m/s 10.8+2.962/2/9.81=11.25m的确定:由于溢流堰后接陡槽，为自由出流，故取=1.0的确定： （3-4）式中：N闸孔数 分别为缝墩、中墩、边墩所对应闸孔的侧收缩系 数。：b0为闸孔净宽 b0=12.0mBs=12.0+1.0=13.0mb0/bs=12/13.0=0.923查附表得=0.987：b0=12.0m Bs=b0+=12.0+1.6=13.6mB0/bs=12/13.6=0.88查附表得=0.98:b0=12.0mBs=bo+bb bb为边墩边缘线至上游河道水边线之间距离校核情况下：H=154.8m故河道水深h=154.8-144.0=10.8m上游河道即引水渠 m=2.0故：bb=10.82=21.6mBs=12.0+21.6=33.6mB0/bs=0.36,查附表得=0.915因此：=（0.9804+0.9876+0.9152)/12=0.973m的确定：查溢洪道设计规范表A.2.3-1，堰流流量系数取为0.385所以因此满足流量要求。q=7920/146.4=(L/H0）故按长闸型公式计算。(2） 计算分界断面图3-4 水面线推求计算图 1）计算A断面处水深hk先计算简易开敞式陡坡控制断面水深 Hk0=ki*hk （3-6）式中 ki-下游坡度校正系数 将i2=0.025带入得ki=0.917由 （3-7）得hk=6.68m则 hk=kL*hk0式中，为长闸型系数 （3-8）其中，长闸型闸墩前移影响系数=1-0.45e/L (e 闸墩尾部至陡坡控制断面间的距离 L闸墩长度) =1 =1.012则hk=KiKLhk=6.68*1.012*0.917=6.20m2）计算B断面处水深 B断面处水深：h1=0.6hk=0.6*6.68=4.01m A/B断面之间距离：L1=3hk=36.68=20.04mA、B断面之间水面线可用直线相连，B断面后水面线的推求用分段求和法计 算，起始断面为B断面，水深h1=4.01m。3）计算正常水深h0泄水槽剖面为矩形，其底宽b=146.4mA=bh0=146.4h0，=146.4+2h0，i=1/40，边坡m=2.0，n=0.012故用试算法计算正常水深，得Q=7920时，水深h0=2.36m。4）推求水面线推求水面线的目的是确定泄洪时各点的水位，以便确定边墙高度。起始断面为B断面，水深为h=4.01m比较正常水深及临界水深 h0=2.36m2.55.0，满足2.5L/Tkmin=0.2%满足最小配筋要求。3.6.2.5混凝土应力校核参考隧洞设计规范附录四，用以下公式进行校核： （3-33）式中： i衬砌内圈的混凝土应力，N/cm2； i衬砌外圈的混凝土应力，N/cm2； gh钢筋混凝土结构，混凝土的容许轴向拉力,gh=14.3N/cm2； F衬砌横截面的面积，F=hb=30100=3000cm2； Fr衬砌横截面的折算面积，cm2
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