土石坝毕业设计

1、ZF水库土石坝枢纽毕 业 设 计学生姓名: 朱 秀 娟 学校名称:华北水利水电学院指导教师: 王 雅 伟 完成日期: 前 言土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝，以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。也是世界坝工建设中应用最为广泛、发展最快的一种坝型。土石坝按坝高分为：低坝、中坝和高坝。按其施工方法分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。碾压式土石坝是应用最为广泛的一种坝型。按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压

2、式土石坝有以下几种主要类型：1、均质坝：坝体断面分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。 2、土质防渗体分区坝:即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝，包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝；防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。 3、非土料防渗体坝:防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝，按其位置也可分为心墙坝和面板坝。本次设计为ZF水库土坝枢纽工程；ZF水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。水库土坝

3、枢纽工程设计任务书、水文地质资料及其他相关原始资料是坝体设计的依据，必须全面了解设计任务，熟悉该河流的一般自然地理条件、坝址附近的水文和气象特性、枢纽及水库的地形、地质条件、当地材料、对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉基本资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计。通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大影响的主要因素和关键问题，为以后设计工作的进行打下良好的基础。“百年大计，安全第一”，大坝的安全性，重点考虑：（1）坝基范围内地质构造是否存在较大范围的夹层和强透水层，地基处理的工程范围和深度。（2）黄土处理问题。当黄土的重度大

4、于m3时，黄土的湿陷度较小可不进行处理；但如果黄土的重度小于m3时，黄土的湿陷性和压缩性较大，需要清除。本次设计内容：1、坝轴线选择；2、坝型选择；3、枢纽布置；4、挡水建筑物设计：包括土坝断面设计、平面布置、渗流计算、稳定计算、细部构造设计、基础处理等；5、泄水建筑物设计：溢洪道、导流洞设计，以水利计算为主；6、灌溉发电洞及枢纽电站。第一章 基本资料第一节 工程概况及工程目的ZF水库位于QH河干流上，水库控制流域面积4990km2，库容108 m3。水库以灌溉发电为主，结合防洪，可引水灌溉农田104亩，远期可发展到104104亩。灌区由一个引水流量为45m3/s的总干渠和四条分干渠组成，在总

5、干渠首及下游24km处分别修建枢纽电站和HZ电站，总装机容量，年发电量108kwh。水库防洪设计标准为百年设计，万年校核。枢纽工程由挡水坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。本次我们的任务是设计挡水坝枢纽工程。第二节 基本资料一、地形和地质图ZF坝址区地形图见附图5，ZF土坝坝线工程地质剖面图见附图6。二、库区工程地质条件库区附近分水岭高程均在820m 以上，基岩出露高程，大部分在800m 左右，主要为紫红色砂岩，间夹砾岩、粉沙岩和砂质页岩。新鲜基岩透水性不大。未发现大的构造断裂，水库蓄水条件良好。QH河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区

6、也未发现重要矿产。三、坝址区工程地质条件QH河在ZF水库坝址区呈一弯曲很大的S形。坝段位于S形的中、上段。坝段右岸为侵蚀型河岸，岸坡较陡，基岩出漏。上下坝线有300多米长的低平山梁（单薄分水岭），左岸为侵蚀堆积岸，岸坡较缓，有大片土层覆盖。右岸单薄分水岭是QH河环绕坝段左岸山体相对侧向侵蚀的结果。坝址区基岩以紫红色、紫灰色细砂为主，间夹砾岩、粉沙岩和少数砂质页岩。地层岩相变化剧烈，第四系除灰度不大的砂层、卵石层外，主要是黄土类土，在大地构造上处于相对稳定区，未发现有大的断裂构造迹象。坝址区左岸有一大塌滑体，体积约45104 m3, 对工程布置有一定影响。本区地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防

7、。1、上坝址上坝址位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH河上游。河床宽约300米，砂卵石覆盖层平均厚度5m ,渗透系数110-2 cm/s。一级阶地（Q4）表层具有中偏强湿陷性。左岸730 m高程以上为三级阶地（Q2）具中偏湿陷性。基岩未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿04-114各钻孔连线方向，在岩面下21-47m深度范围内，有一强透水带，=30L/（smm），下限最深至基岩下约80米。基岩透水性从上游向下游有逐渐增大的趋势，左岸台地黄土与基岩交界处的砾岩（最大厚度6米）透水性强，渗透系数k=10 m/d 。左岸单薄分水岭岩层仍属于中强透水性。平均=0.48L/（s

8、mm）应考虑排水，增加岩体稳定。2、下坝址下坝址位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向QH河下游，河床宽约120米，左岸为二、三级阶地，右岸731米高程下为基岩，以上为三级阶地。土层的物理力学性质见“工程地质剖面图”。左岸基岩有一条宽200-250米呈北东方向的强透水带，右岸单薄分水岭的透水性亦很大，左、右岸岩石中等透水带下限均可达岩面下80米左右。河床地段基岩透水性与中等透水带厚度具有从上游向下游逐渐变小的趋势。下游发现承压水，二、三级阶地砾石层透水性与上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。四、溢洪道工程地质条件上坝线方案溢洪道堰顶高程757m，沿建筑物轴线岩层倾向下游。岩性主要为坚硬的细砂岩，其中

9、软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的。下坝线溢洪道堰顶高程750m。基础以下10m左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑安全不利。五、水文与水利规划1、气象流域年平均降雨量686.1mm，70%集中在6-9月份，多年年平均气温8-9，多年平均最高气温29.1（6月），多年平均最低气温-14.3（1月），多年平均最大风速9 m/s，水位768.1米时水库吹程5.5km。2、水文分析（1）洪水洪水由暴雨形成，据统计7-8月发生最大洪峰流量的机会占88%。而且年际变化很大，实测最大洪峰流量2200m3/s，最小洪峰流量184 m3/s，相差12倍，流域洪水的

10、特点是风高、历时短、陡涨陡落。一次洪水持续时间一般3-5天。（2）年来水量水量的年内分配，汛期7-10月约占全年水量的62%，水量年际变化很大，实测最大年来水量1968108m3（1963年7月至1964年6月）。最小年来水量108m3（1965年7月至1966年6月）。相差倍。从历年来水量过程来看约7年一个周期，其中连续枯水段为四年。（3）年输沙量汛期7-10月的来沙量约占全年输沙量的94%，其中7、8两月约占83%。输沙量的年际变化很大，实测最大年输沙量1240104t，最小年输沙量173104t相差7倍。（4）水文分析成果表QH河水文分析成果表序号名称单位数量备注1利用水文系列年限年22

11、2代表性流量多年平均流量m3/s调查历史最大流量m3/s3 980设计洪水洪峰流量（p=1%）m3/s4 000校核洪水洪峰流量（p=%）m3/s6 550保坝洪水洪峰流量（p=%）m3/s9 1003洪量设计洪水洪量（p=1%）m31085d校核洪水洪量（p=%）m31085d4多年平均径流量m31085多年平均输沙量t1083、水利计算（1）死水位选择。为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当增加，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地，按20年淤积高程考虑，并根据以后使用情况加以计算调整。（2）调节性能的选定。灌溉保证率选取P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利

12、用余水发电。按上述原则，并按近期灌溉面积104亩进行水库调节计算。年调节和多年调节两个方案的水量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时数都较年调节性能水库提高20%。故确定本水库为多年调节性能水库。利用1949年7月至1971年6月共22年插补水文系列，采用“时历法”进行多年调节计算。（3）兴利水位的确定原则和指标。根据QH河洪水特性，汛期限制水位在7、8月为760.7m。7、8月以后可利用一部分防洪库容蓄水兴利，以防洪兼顾兴利为原则，确定9、10月水位为766.1m，汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为767.2m。电站的

13、主要任务是满足本灌区提灌用电的要求。因此在保证灌区工农业用水的基础上，确定电站的运用原则：灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水年则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。（4）防洪运用原则及设计洪水的确定。本水库属二级工程。水库建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作为非常保坝标准对水工建筑物进行复核。工程泄洪建筑物有溢洪道和导流泄洪洞。溢洪道净宽60米，分设5孔闸门，每孔闸门净宽12米，堰顶高程762米。通过施工导流、拦洪、泄洪度汛、非常时期放空水库以及在可能情况下有利于排沙等方面的综合分析和比较，泄洪洞洞

14、径确定为8米，进口底高程703.35米。调洪运用原则：当入库洪水为20年一遇时，为满足下游河道保滩淤地的要求，水库控制下泄流量为600 m3/s；当入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下泄流量为2000 m3/s；当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70 m3/（sm）；控制泄流；当入库洪水为万年一遇时，按下述原则操作：即库水位接近校核水位时，若水库水位仍持续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开泄洪，允许溢洪道局部破坏。（5）水库排沙和淤沙计算。ZF水库回水长25km，河道弯曲，河床宽300米左右，河床比降位.2%，是个典型的河道型水库。QH河泥沙年内8

15、3%集中在7、8两个月，平均含沙量13.8kg/m3，泥沙多年平均D50粒径为0.0155mm,颗粒较细。虽然本水库有可能利用异重流排沙，但由于流域的水文特性和下游工农业对水源的要求，决定了本水库只能高水头蓄水运用。在蓄水过程中，只能用灌溉和发电的剩余水进行排沙。经计算，多年平均排沙量只能占%，其余大部分的泥沙都淤积在水库中，从而减少了兴利库容。（6）水库工程特征值见下表水库工程特征值序 号名 称单 位数 量备 注1设计洪水时最大泄流量m3/s2 其中溢洪道815相应下游水位m2校核洪水时最大泄流量m3/s6 其中溢洪道5 600相应下游水位m3水库水位校核洪水位（P=%）m设计洪水位（P=1

16、%）m兴利水位m汛限水位M死水位m4水库容积总库容m3108校核洪水位设计洪水库容m3108防洪库容m3108兴利库容m3108其中公用库容m3108死库容8m31085库容系数6调节特性多年7导流泄洪洞型式明流隧洞工作闸门前为有压隧洞直径m810城门洞型压力隧洞8m消能方式挑流最大泄量（P=%）m/s1 最大流速m/s闸门尺寸m7弧形门启闭机t油压启闭机检修门m8斜拉门进口底部高程m8灌溉发电隧洞型式压力钢管内径m灌溉支洞内径m最大流量m3/s进口底部高程m9枢纽电站形式引水式厂房面积（长宽）mm39装机容量KW51 250每台机组过水能力m3/s六、建筑材料及筑坝材料技术指标的选定库区及坝

17、址下游石料丰富，有利于修建当地材料坝。1、土料坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5km。根据155组试验成果统计，土料平均粘粒含量为%，粉粒%，粉沙%，其中25%属粉质粘土，%属重粉质壤土，%属中粉质壤土。平均塑性指数，比重。最大干重度m3，最优含水量%，渗透系数10-5cm/s。具有中等压缩性，强度特性见下表。土料的强度特性试验方法统计方法抗剪强度指标/（o）C/(KNcm-2)饱和固结快剪（25组）算术平均算术小值平均快剪（82组）算术平均算术小值平均快剪（18组）算术平均算术小值平均算术平均算术小值平均算术平均算术小值平均快剪（8组）算术平均算术小值平均算术平均算术小值平

18、均三轴不排水剪（10组）算术平均算术小值平均三轴不排水剪（6组）算术平均算术小值平均三轴饱和固结不排水剪（6组）算术平均算术小值平均野外自然坡度角（29组）算术平均算术小值平均室内剪切试验算术平均算术小值平均算术平均算术小值平均2、砂砾料主要分布在河滩上，储量为205104m3，扣除漂时石及围堰淹没部分，可利用的砂砾料约（100151）104m3。其颗粒级配不连续，缺少中间粒径，根据野外29组自然坡度角试验和34组室内试验分析，统计成果如下：天然重度 m3，软弱颗粒含量%。颗粒组成见下表。砂砾料颗粒组成表粒径200804020521含量砂的储量很少，且石英颗粒少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料

19、，砂（D2mm）的相对紧密度为。3、石料坝址区石料较多，运距均在1公里内，为厚层砂岩储量可满足需要。溢洪道、导流洞的出渣也可利用。4、筑坝材料技术指标的选定经过试验，并参考有关文献资料及工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项指标，见下表筑坝材料技术指标 筑坝材料坝 体坝 基土料砂砾料堆石砂砾料黄土比重重度湿重度/（KN/m3）饱和重度/（KN/m3）干重度/（KN/m3）孔隙率n内摩擦角施工期总应力1031403120有效应力22稳定渗流期有效应力23水位降落有效应力23粘聚力C/( KN/cm2)渗透系数K/( cm/s)110-6110-2110-2110-5初始孔隙水压力系数七、工程效益及

20、淹没损失本水库建成后具有灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座综合利用的水库。水库近期可灌溉农田104亩，远期发展到104104亩。枢纽电站和HZ电站总装机容量为31450KW，年发电量108KWh，除满足农业提水浇灌用电外，还剩余0的电力供工农业用电。防洪方面，本水库控制流域面积4990km2，占全流域面积的39%，对下游河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负担也有一定的作用，可将下游100年一遇的洪水流量6010 m3/s削减到3360m3/s，相当于17年一遇；可将50年一遇洪水由6000 m3/s削减到2890m3/s，相当于12年一遇，另外，每年还可供给城市及工业用水

21、108m3。由于库区沿岸山峰重叠，村庄零散，耕地不多，淹没损失较小。按库区移民高程770m统计，共需迁移人口3115人，淹没耕地12157亩，房屋1223间，窑洞1470孔。八、施工条件1、施工区地质地形条件ZF水库的右岸坡较陡，坡度为30度左右，大部分基岩出漏高程在770-810m，主河槽在右岸，河宽约100米左右；左岸为堆积岸，台地宽200米左右，山岭高程在775米左右，岸坡较平缓，大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置在左岸施工布置较为困难。坝区为上二叠系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质页岩等岩层。右岸全部为基岩，河床砂卵石层总厚度约50m。覆盖层厚

22、度约5m，高漫滩表层亚砂土厚5-15m，左岸728m高程以下为基岩。基岩面向下游逐渐降低，土层增厚。砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水作业估计不会很困难。2、施工区气象与水文条件ZF水库坝址处没有建立水文气象站，根据附近气象站1958年至1963年和1970年至1972年共9年资料统计分析，最高气温29.1（6月），最低气温-14.3，多年平均日气温4-24。历年各月气温特征值见下表各月气温特征值 (单位：)月份1月23456789101112多年平均气温多年最高气温多年最低气温根据以上的气象资料统计分析，得出多年的平均各月降雨天数及各种频率的设计洪水过程线分见下两表多年平均各月降雨天数 项

23、目月份平均日降雨510mm天数平均日降雨510mm天数平均日降雨510mm天数平均日降雨510mm天数平均日降雨10mm天数1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月各种频率的设计洪水过程线时间/h流量/ （m3s-1）时间/h流量/ （m3s-1）P=1%P=5%P=5%(10月)P=1%P=5%P=5%(10月)122213339451670100233021814247152091253402045149150090075003005551140083097004206653128076811847503815512201395055010557116015975650105

24、59108064817135081017461102019176010602206398021227013622026592023290017401786790054025400023601606987527335020101487184929296017701387380048031267016021307578033247013801017776035230013801017972037216012909881700420392020121081836764119301150768543182010903、当地建筑材料（1）土料。根据当地建筑材料调查报告，土料场有5个。根据试井和钻孔情况，

25、从1：2000地形图初步计算4个土料场的总储量为104m3，为需要量的4倍多。各土料场的储量如下表各土料场的储量土料场南坪沟川坡上山大河滩合计高程/m746-805720-760710-749722-778储量/104m3（2）砂砾料。根据调查，坝址附近的三个砂砾场，开采总量约（100-151）104m3(水上部分)不够使用。（3）石料。未进行石场储量的调查试验工作。在坝址右岸有两个石料场。石场空间不够开阔，运输困难。（4）骨料。沿河调查，本地砂只能用于浆砌石和混凝土，其它用砂需外运。4、施工区对外交通、供电、通讯及房屋情况水库地处山区，对外交通条件差，主要靠公路运输。水库附近没有较大的电源。

26、最近的电源设备容量不大，只能供应水库1000KW，电量不足。水库开工后，应要求有关部门予以解决。水库开工后，要求架设专用通讯线路。住房问题也必须因地制宜解决。九、施工要求QH河灌区工程规模大，全部工程分水库枢纽、HZ电站、渠道三部分。水库枢纽包括土石混和坝、导流泄洪洞、溢洪道、灌溉发电洞及枢纽电站5项；渠道工程包括总干渠、一干渠、二干渠、三干渠、四干渠、扬水站6项；另有HZ电站工程。3部分共计12项工程，其中HZ电站、扬水站、枢纽电站厂房、机组由专业队施工。要求工程尽快受益以改变QH河灌区农业生产基本条件。工程预期8年基本建成受益，要求第5年汛前枢纽电站发电，总干渠受益。本次我们主要设计土石坝

27、、导流泄洪洞工程。 第二章 枢纽布置第一节 坝轴线选择根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析比较来选定坝址。上坝址：位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH 河上游。河床宽约300米，砂卵石层平均厚度5米。岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿04-114各钻孔连线方向，在岩面下21-47米深度范围内，有一强透水带，下限最深至基岩下约80米。应适当进行防渗处理，排水，增加岩体稳定。溢洪道堰顶高程757米，沿建筑物轴线倾向下游。岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道整个部分的抗滑稳定条件好。灌溉发电洞及枢纽电站沿线基岩以厚粉砂岩为主，岩

28、石完整，透水性不大，洞顶以上岩层厚度较小。应对渗漏及土体坍塌采取必要的工程措施。下坝址：位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向QH河下游；河床宽120米，右岸为二、三级阶地，左岸基岩中有一条200-500米呈北东方向的透水带，右岸单薄分水岭的透水性很大，左右岩石中等透水带下限均可达岩面下80米左右。下游发现呈压水，二、三级阶地砾石层透水性于上坝线相同，左岸坝脚靠近塌滑体。溢洪道堰顶高程750米，基础以下10米左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。灌溉发电洞及枢纽电站沿线全为基岩，工程安全比较可靠。具体上下两条坝线比较见下表。上下两条坝线的比较 方案因素上坝

29、线下坝线地形条件位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向QH 河上游；河床宽约300米；筑坝工程量相对较大；淹没面积相对较小。位于上坝址同一背斜的东南翼，岩层倾向QH河下游；河床宽120米，右岸为二、三级阶地，左岸坝脚靠近塌滑体，左岸较大冲沟对坝体安全不利。筑坝工程量相对较小；淹没面积相对较大。地质条件砂卵石层平均厚度5米。岩基未发现大范围的夹层，基岩的透水性不大。河床中段及近右岸地段，在岩面下21-47米深度范围内，有一强透水带，下限最深至基岩下约80米；基础需进行灌浆处理。左岸基岩中有一条200-500米呈北东方向的透水带，右岸单薄分水岭的透水性很大，左右岩石中等透水带下限均可达岩面下80米左右。

30、下游发现呈压水；基础需进行灌浆处理； 塌滑体对大坝安全有较大不利影响筑坝材料比较丰富比较丰富施工条件较好左岸坝脚靠近塌滑体，对施工安全有较大影响；左岸较大冲沟对施工不利。枢纽布置比较简单相对较复杂比较结果优先选用不宜选用综上所述，虽然下坝址的工程量比较小，但考虑地质方面的因素及塌滑体对大坝安全的影响。本次设计选用上坝址线。第二节 枢纽布置及工程等级枢纽布置应满足以下原则： 枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时，宜优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物，并经济比较确定。泄水引水建筑物进口附近的岸坡应有可靠的防护措施，当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时，坝坡

31、也应有防护措施。应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。当泄水建筑物出口消能后的水流从刷下游坝坡时，应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。对于多泥沙河流，应考虑布置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。导流泄洪洞：避开塌滑体，保证出口和进口的稳定以及洞身围岩的稳定。岩层倾向下游，出口段节理发育，应采取有效措施予以处理。为进一步保证出口段岩体的稳定，免除由内水压力引起的不良后果，我们采取修建无压洞。型式：明流隧洞，工作闸门前为有压；隧洞直径：8米；消能方式为挑流；闸门尺寸76.5米弧形闸门；进口底部高程为703.35米。

32、溢洪道：溢洪道应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。从地质地形图可知坝体右岸有天然的垭口，地质条件好，且有天然的石料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体较陡，岩体条件好，施工起来更快捷更经济合理。上坝线的抗滑稳定条件是好的；溢洪道修建于QH右岸山坡上，紧邻右坝肩。型式：由于闸址段地形条件好，所以采用正槽式溢洪道。溢洪道净宽60米，分设5孔闸门，每孔闸门净宽12米，堰顶高程757米。灌溉发电隧洞：其布置原则与导流泄洪洞基本相同。型式：压力钢管；内

33、径5.4米；进口底部高程731.64米。枢纽电站采用引水式，装机容量5*1250kw。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：根据水库总库容108 m3(校核洪水位时相应的库容)，在110亿m3间，属等工程；根据枢纽灌溉面积亩，在50150万亩间，属等工程；根据电站装机104KW，在51万KW间，属等工程。根据规范规定，对于具有综合利用效益的水利水电工程，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，因此本工程为等工程。同时又根据水工建筑物级别的划分标准，等工程中的主要建筑物为2级建筑物，所以本枢纽中的大坝、溢洪道、泄洪洞及电站厂房都为2级建

34、筑物。第三章 坝工设计第一节 坝型确定根据所给资料，选择大坝型式，还应根据地形、地质、建筑材料、工程量以及施工条件等方面综合考虑确定坝型。水库处于平原地区。由基本资料可知，库区土料丰富，料场距坝址较近，运输条件良好。施工简便，地质条件合理，造价低。通过以上几方面的综合分析比较，所以选用土石坝方案。大坝坝型宜采用土石坝。根据防渗结构的类型，常见土石坝型式有：心墙土石坝、斜墙土石坝、面板堆石坝、均质坝等，我拟采用斜墙土石坝。其理由是：1、上坝线河谷较宽（300米），覆盖层较深，交通不方便，不宜修建混凝土坝；2、坝址上、下游有丰富的宜做坝壳和防渗体的砂砾料和壤土，宜采用土石坝；3、坝址附近有丰富的重

35、粉质壤土；4、坝址地基覆盖层较厚，渗透性很高。综合考虑，最终确定采用碾压式斜墙土石坝。具体见下表坝型选择比较表 方案因素土质防渗心墙土质防渗斜墙均质坝地形条件可可可地质条件可可不可工程量较小小大建筑材料充足充足充足施工条件可可可综上所述，最终确定选用斜墙土石坝。第二节 挡水坝体断面设计一、坝顶高程确定坝顶高程时，应考虑正常蓄水情况和校核洪水情况，取其高值作为坝顶高程。土石坝是不允许漫顶溢流的，因此要求水库静水位必须有一定的超高Y。Y=R+e+A 水利水电工程建筑物(2-45) Y坝顶在水库静水位以上的超高，m；R最大波浪在坝坡上的爬高，m；e最大风雍水面高度，m;A安全加高，根据坝的等级和运用

36、情况，查水利水电工程建筑物表2-13。1、设计洪水位+正常运用情况设计任务书中，水文资料查得设计洪水位为768.10m，属正常运行情况二级建筑物，取A=1.0m，多年平均最大风速9m/s，在设计蓄水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的2倍。此取2倍计算公式： 其中：设计风速 v=29=18m/S吹 程 D=5.5km由地质剖面图（附图6）查得库底最低高程697m坝前水深H=71.1米当=0度时，cos取最大值1。则e=/2gH （查水利水电工程建筑物2-46）e=1821/2/9.8/=0.0046m由于D10km，且v=1020m/s，（查土坝设计6-12） 上游坝坡较缓初步采用1：，则

37、tay=1/=外层上游坝壳为砌石 取k=（查水利水电工程建筑物表2-14）R=2htan=1.26m水利水电工程建筑物2-47Y=R+e+A=+1=2.71m坝顶高程=设计静水位+波浪超高=+=770.81m考虑沉降量为坝高的%，取为%，则沉降量为%=0.22m则坝顶防浪墙高程为Y设计=+=771.03m。2、校核洪水位+非常运用情况由给定的ZF水库工程特征值知道校核洪水位为770.4米，属非常情况下的II级建筑物。土石坝坝顶安全超高值A=多年最大风速v=9m/s 吹程D=5.5Km坝前水深H=73.4m当=0度时，cos取最大值1。则e=/2gH （查水利水电工程建筑物2-46）e=921/

38、2/9.8/=0.011m由于3D30km，且v15m/s， (查土坝设计6-4) 2h =上游坝坡较缓初步采用1：故tan=1/=外层上游坝壳为砌石得k=R=(2h)tan=0.42mY=R+e+A=+=0.93m坝顶高程=校核水位+波浪雍高=+=771.33m考虑沉降量为坝高的%，取为%，则沉降量为%=0.22m则坝顶防浪墙高程为Y校核=+=771.55m。3、正常蓄水位+非常运用情况+地震安全超高正常高水位取兴利水位767.20m，本区地震烈度为6度，按7度设防，地震区安全超高取1.5m；坝体防浪墙顶高程为+=769.63m考虑沉降量为坝高的%，取为%，则沉降量为%=0.22m这种情况下

39、坝顶防浪墙顶高程应为Y正常=+=769.85m。坝顶防浪墙高程=max Y设计，Y校核，Y正常=771.55m。二、坝顶宽度坝顶宽度应考虑构造、交通要求和人防条件，同时还要考虑防汛抢险、抗震、人防需要。对中低坝可选用5-10m，对于高坝（坝高超过70m），最小宽度，可选用10-15m，鉴于本坝无交通等特殊要求，本坝坝顶宽度取12m。图3-1 坝顶结构图三、坝坡上下游边坡比见表3-2。 表3-2 上下游边坡比坝高(m)上游下游101：21：1：1：210201：1：1：21：20301：1：31：1：301：31：1：1：3坝高为73.35m防浪墙高1.2米)，坝顶高程：，坡度取值为：1、上游坝

40、坡：1:。2、下游坝坡：1:。四、马道为拦截雨水，防止坝面被水冲刷，同时便于交通、检测和观测，并且利于坝坡稳定，下游常沿高程每隔1030 m设置一条马道，其宽度不小于 m，马道一般设在坡度变化处，在下游坡，共设置五级马道。分别在高程767m、752m、737m、722m和棱体排水顶面，高程为707m；马道宽2m。上游坡不设马道。五、坝底宽度推算最大底宽为:（+3）+12+10=498.78m。六、防渗体尺寸的确定1、防渗体尺寸确定考虑采用机械施工，防渗体顶面宽度为3m；顶面高程满足高于正常运用情况下的静水位0.8m，且不低于非常运用情况下的静水位。实际选取0.7m，则防渗体顶面高程为+=768

41、.8m；上游坡度均为1:，下游坡度为1:，则底宽为3+（）（）=74.8m，满足斜墙底宽不小于H/5=（）5=14.38m。因此，本坝防渗体采用碾压式粘土斜墙，顶宽3m，底厚74.8m。2、尺寸确定斜墙顶部和上游坡设保护层，以防冲刷、冰冻和干裂，保护层材料常用砂、砾石或碎石，其厚度不得小于当地冰冻和干裂厚度。 （1）上游反滤层本坝将防渗体向下延伸至不透水层形成截水槽，边坡取1:1，底宽11，深5。斜墙反滤层：上游设三层反滤层第一层：粗砂，粒径15mm，厚0.5m。第二层：小卵石或碎石，粒径1575mm，厚0.5m。第三层：卵石或块石，粒径75250mm，厚0.6m。斜墙反滤层：下游设一层反滤层

42、：粗砂，粒径15mm，厚0.5m。（2）顶部反滤层顶部反滤层厚度为1.5m，采用附近料场的砂砾料。七、排水体本设计采用棱体排水。校核洪水时下游水位705.6m，选顶面高程为707m，采用堆石体，内坡为1: ，外坡为1:。顶宽为马道宽2米。八、细部构造设计1、坝顶构造 坝顶上游侧设置防浪墙，采用浆砌石，其底部与斜墙连接，高2.75米，宽0.8米。坝顶设坝顶面向下游设2%斜坡。2、护坡（1）上游护坡 上游上部由734.5m至防浪墙设砌石护坡， 护坡厚40cm，其下设砂砾反滤层110cm，结构为：第一层：粗砂，粒径15mm，厚0.2m。第二层：小卵石或碎石，粒径1575mm，厚0.3m。第三层：卵石

43、或小块石，粒径75250mm，厚0.6m。上游下部分为干砌块石护坡，厚度50cm。（2）下游护坡下游采用碎石和卵石全护坡，厚20cm。第三节 坝体渗流计算一、土坝渗流计算的目的（1）确定坝体浸润线和下游逸出点位置，绘制坝体及地基内的等势线分布图或流网图，为坝体稳定核算、应力应变分析和排水设备的选择提供依据。以便在不同部位正确采用土壤的容重，抗减强度等物理指标。（2）计算坝体与坝基的渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体、排水设备尺寸。（3）确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降，以判断该处的渗透稳定性。（4）确定库水位降落时下游坝壳内自由水面的位置，估算由此处产生的

44、孔隙压力，供上游坝坡稳定分析之用。二、计算方法渗流计算方法采用有限深透水地基上设灌浆帷幕的土石坝渗流，帷幕灌浆的防渗作用可以用相当于不透水底版的等效长度代替。三、计算组合方式按下列水位组合情况计算：（1）上游采用正常高水位与下游相应的最低水位；（2）上游设计洪水位与下游相应的最高水位；（3）上游校核洪水位与下游相应的最高水位；四、计算坝体做有防渗墙以拦截透水地基上的渗流。计算公式采用有限透水地基上带截水槽的斜墙的渗流计算方法。（一）最大断面0+220：由附图6得河底高程。 1、上游采用正常高水位与下游相应的最低水位上游正常高水位取为兴利水位，下游相应低水位取为700.55m。基础采用防渗处理，

45、视为基础不透水。（1）计算示意图（2）渗流量计算通过斜墙的渗流量计算公式：式中，K0=10-5cm； H1=70.2m； =（3+）/2=； sin=； 1=； T=0；心墙后的渗流量计算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=； L=； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；渗流量计算结果根据水流连续条件，则q1=q2=q求得h=8.48m； q=10-5m2/S（3）斜墙后的浸润线方程计算公式：式中，为防渗体斜墙后水位的高程，=h=则由上式简化得：y2 +=也即：y= x/m050150300y/m2、上游设计洪水位与下游相应的最高水位上游设计洪水位为，下游相应高水位取为70

46、5.60m。基础采用防渗处理，视为基础不透水。（1）计算示意图（2）渗流量计算通过心墙的渗流量计算公式：式中，K0=10-5cm； H1=71.1m； =（3+）/2=； sin= 1=； T=0；斜墙后的渗流量计算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=； L=； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；渗流量计算结果根据水流连续条件，则q1=q2=q求得h=11.47m q=10-5 m2/S（3）斜墙后的浸润线方程计算公式： 式中，为防渗体斜墙后水位的高程，=h=11.47m简化得： y2 +=从而得:x/m050150300y/m3、上游校核洪水位与下游相应的最高水位上游校

47、核洪水位取为兴利水位，下游相应高水位取为705.60m。基础采用防渗处理，视为基础不透水。（1）计算示意图（2）渗流量计算通过斜墙的渗流量计算公式：式中，K0=10-5cm； H1=73.4m； =（3+）/2=； sin=；1=； T=0；斜墙后的渗流量计算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=； L=； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；渗流量计算结果根据水流连续条件，则q1=q2=q 求得h= q=10-5 m2/S（3）斜墙后的浸润线方程计算公式：式中，为防渗体斜墙后水位的高程，=h=；简化得： y2 +从而得:x/m050150300y/m 断面0+220渗流工况

48、见下表计 算工 况防渗体平均厚度（m）上游水深透水地基厚度T（m）平均有效长度L（m）浸润线高度h（m）渗流量q（m2/S）上游采用正常高水位与下游相应的最低水位0(基础处理后)10-5上游设计洪水位与下游相应的最高水位0(基础处理后)10-5上游校核洪水位与下游相应的最高水位0(基础处理后)10-5（二）断面0+由附图6得到断面0+的底高程为710m，渗流汇入下游河中。1、上游采用正常高水位与下游相应的最低水位上游正常高水位取为兴利水位，下游相应低水位取为700.55m。基础采用防渗处理，视为基础不透水。（1）计算示意图（2）渗流量计算通过斜墙的渗流量计算公式：式中，K0=10-5cm/s； H1=； =（3+）/2= ； sin=； 1=； T=0心墙后的渗流量计算公式：式中：K=110-2cm/s； H2=； L=； m2=3； KT=10-2 cm/s； T=0；渗流量计算结果根据水流连续条件，则q1=q2=q求得h=7.94m q=10-5 m2/