【正文】 地位于壩線下游右岸約 200m 的蕁麻溝右側2350～ 2400m 高程以上 地形陡峻，巖 石 露 頭良好， 2350m 高程以下為坡積、洪積成因的塊石碎石土，地形坡度 20～ 30176。 巖性 均 為上石炭～下二迭巨厚層灰?guī)r， 28 成分 由鈣質、生物碎屑和角礫組成，方解石細脈或團塊較多，碎屑結構，巨厚層狀構造，層理不明顯，巖性致密堅硬 ， 抗風化能力強 ，一般弱風化深度 5～ 8m。料場內較大斷裂和破碎帶發(fā)育 稀疏 ， 但 裂隙發(fā)育 ，特別是近岸局部地段卸荷裂隙發(fā)育較多，巖體完整性較差。 經 取 樣 室內 試驗，天然密度 ，比重 ，飽和吸水率 ， 單軸飽和抗壓強度 76Mpa，軟化系數(shù) ， 泊松比 ， 縱波速 4000～ 5000m/s，凍融損失率 ～ %。 經室內檢測，巖石化學成分以方解石為主，含量占 98～ 100%，石英、泥質、磁（褐）鐵礦含量占 1～ 2%。 本料場距離壩址近，開采條件方便，開采場地較為開闊，但隨開采高度的增加，給料場開采和運輸帶來不便。 工程等級 工程級別為二級，工程規(guī)模為大（ 2）型。 水庫規(guī)劃資料 1） 正常水位： ； 2） 設計 洪水位： ； 3） 校核洪水位： 4） 總庫容： 億 m3； 5） 發(fā)電調節(jié)流量 Qp=，相應下游水位 ； 6） 發(fā)電最大引用流量 Qmax=28 m3/s，相應下游水位 ； 7） 通過設計洪水位流量（ Q1%）時，溢洪道最大泄水量 Qmax=1340 m3/s，相應下游最高洪水位 。 樞紐組成建筑物 1）大壩 ：布置在 1壩軸線上； 2）溢洪道 ：堰頂高程為 ； 3）水電站 ：裝機容量 9000KW， 3 臺機組，廠房尺寸為 309m2； 4）灌溉 ：主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程 102m，灌溉最大引用流量 ，相應渠道最大水深 ，渠底寬 ，渠道邊坡 1:1； 5）水庫放空隧洞 ：為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導流隧洞作放空洞，洞底高程為 ，洞直徑為 。 29 6）筏道 ：為干筏道，上游坡不陡于 1:4，下游坡不陡于 1:3，轉運平臺高程 ，平臺尺寸為 3020m2。 筑壩材料 1）土料 ：主要有粘土和壤土，可采用壩下 ，儲量多，質量尚佳，可作為筑壩材料，其性能見表 。 2）砂土 ：可從壩上下游 ，儲量多，可 供筑壩使用，其性能見表 。 3）石料 ：可在壩址下游附近開采，石質為石灰?guī)r及砂巖，質地堅硬，儲量豐富，其性能見表 。 表 土料特性表 土壤類別 干容重 γd（ KN/m3) 最優(yōu)含水率 W 最優(yōu) （％） 孔隙率 n（％） 內摩擦角 Φ 粘聚力 Ｃ（Ｋ pa） 滲透系數(shù) Ｋ（ cm/s) 粘土 25 40 18176。 30′ 37 1 106 壤土 23176。 41′ 12 1 105 坡土 22176。（濕） 33176。（干） （濕） 1 103 表 砂土特性表 土壤類別 干容重 γd（ KN/m3) 孔隙率 n（％） 內摩擦角 Φ 滲透系數(shù) Ｋ（ cm/s) 浮容重γ′（ KN/m3) 砂土 16 300 1 102 表 石料特性表 干容重γ d（ KN/m3) 孔隙率 n（％） 內摩擦角 Φ 33 38? 210 2 樞紐布置 樞紐的組成建筑物及等級 水庫樞紐建筑物組成 根據(jù)水庫樞紐的任務，該樞紐組成建筑物包括：攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞（擬利用導流洞作放空洞 ）、筏道。 工程規(guī)模 根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》以及該工程的一些指標確定工程規(guī)模如下： 1）各效益指標等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為 20 萬畝 ,即 20/15= 萬 ha，在 ～ 萬 ha之間，屬Ⅲ等工程；根據(jù)電站裝機容量 9000 千瓦 ,即 9MW，小于 10MW，屬Ⅴ等工程；根據(jù)總庫容為 億 m3，在 10～ 億 m3，屬Ⅱ等工程。 2）水庫樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標分屬不同等別時，整個工程的等別應按其最高的等別確定，故本水庫樞紐為Ⅱ等工程 。 3）水工建筑物的級別：根據(jù)水工建筑物級別的劃分標準，Ⅱ等工程的主要建筑物為 2 級水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫放空隧洞為2級水工建筑物；次要建筑物筏道為 3級水工建筑物。 擋水建筑物型式的選擇 在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。 1）重力壩方案 從樞紐布置處地形地質平面圖及 1壩軸線地質剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質頁巖，覆蓋層沿壩軸線厚 ～ ，五通砂巖厚達 30～ 80m， 若建重力壩清基開挖量大，目前 C 城至壩址尚無鐵路、公路通行，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運輸不方便，且不能利用當?shù)刂尾牧?，故修建重力壩不經濟? 2）拱壩方案 修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端下游側要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成 S形， 1壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對平緩，峽谷不對稱，成不對稱的“ U”型，下游河床開闊，無建拱壩的可能。 3）土石壩方案 211 土石壩對地形、地質條件要求 低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術簡單，可實行機械化施工，也能充分利用當?shù)亟ㄖ牧?，覆蓋層也不必挖去，因此造價相對較低，所以采用土石壩方案。 泄水建筑物型式的選擇 土石壩最適合采用岸邊溢洪道進行泄洪，在壩軸線下游 300m 處的兩岸河谷呈馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄洪能力大，結構簡單，運行安全可靠，適用于各種水頭和流量。 其它建筑型式的選擇 1）灌溉引水建筑物 采用有壓式引水隧洞與灌溉渠首連接。進口設有攔污柵、進水喇叭口 、閘門室及漸變段；洞身采用鋼筋混凝土襯砌；出口段設有一彎曲段連接渠首，并采用設置擴散段的底流消能方式。主要灌區(qū)位于河流右岸，渠首底高程 102m，灌溉最大引用流量 ，相應渠道最大水深，渠底寬 ，渠道邊坡 1:1。 2）水電站建筑物 因為土石壩不宜采用壩式水電站，而宜采用引水式發(fā)電，所以這里用單元供水式引水發(fā)電。 3）過壩建筑物 主要是筏道，采用干筏道。起運平臺高程 平臺尺寸為 30 20m2， 上游坡不陡于 1:4，下游坡不陡于 1:3。 4）施工導流洞及水庫放空洞 施工導流洞 及水庫放空洞，均采用有壓式。 為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導流隧洞作放空洞，洞底高程為 ，洞直徑為 。 樞紐總體布置方案的確定 擋水建筑物：土石壩（包括副壩在內）按直線布置在河彎地段的 1壩址線上。 泄水建筑物：溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處。 灌溉引水建筑物：引水隧洞緊靠在溢洪道的右側布置。 水電站建筑物：引水隧洞、電站廠房、開關站等布置在右岸（凸岸），在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關站布置在廠房旁邊。 施工導流洞及水庫放空洞：布置在左岸的山體內。 綜 合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制地形地質平面圖，見附圖一。 212 3 土石壩設計 影響土石壩壩型選擇的因素有：壩高；筑壩材料；壩址區(qū)的地形地質條件；施工導流、施工進度與分期、填筑強度、氣象條件、施工場地、運輸條件、初期度汛等施工條件；樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；樞紐的開發(fā)目標和運行條件；土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價。 樞紐大壩采用當?shù)夭牧现?，?jù)初步勘察， 土料可以采用壩軸線下游 公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一 般質量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游 1～ 3公里河灘范圍內及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場開采，采石場可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質為石灰?guī)r、砂巖，質量良好，質地堅硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。各種材料的特性見表 － 。 從建筑材料上說，該樞紐壩型選擇均質壩、多種土質分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。 1）均質壩 。壩體材料單一，施工工序簡單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡、及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長，可簡化防 滲處理。但是，由于土料抗剪強度比用在其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴寒及降雨影響，有效工日會減少，工期延長，故在寒冷及多雨地區(qū)的使用受限制。故不選擇均質壩。 2）多種土質分區(qū)壩 。該壩型雖然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內的當?shù)馗鞣N筑壩材料；土料用量較均質壩少，施工受氣侯的影響也相對小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復雜，施工干擾大，故也不選用多種土質分區(qū)壩。 3）斜墻壩 。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上壩；土質斜墻靠在透 水壩殼上，如果壩殼沉降大，將使斜墻開裂；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩方便，斜墻與地基接觸應力比心墻小，同地基結合不如心墻壩；斷面較大，特別是上游坡較緩，壩腳伸出較遠，填筑工程量較心墻大。故也不選用斜墻壩。 4）心墻壩 。用作防滲體的土料位于壩 下游 ～ 公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲量很多，一般質量尚佳，可作筑壩之用；用作透水料的砂土 可從壩上下游 ~ 公里河灘上開采，儲量多，可供筑壩使用，這樣便于分別從上下游上料，填筑透水壩殼，使施工方便，爭取工期。心墻壩的優(yōu)點還有：心墻位于壩體中間而 不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產生較大的接觸應力，有利于心墻與地基結合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；當庫水位下降時，上游透水壩殼中水分迅 213 速排泄，有利于上游壩坡穩(wěn)定，使上游壩坡比均質壩或斜墻壩陡；下游壩殼浸潤線也比較低，下游壩坡也可以設計得比較陡；在防滲效果相同的情況下，土料用量比斜墻壩少，施工受氣候影響相對小些；位于壩軸線上的心墻與岸坡及混凝土建筑物連接比較方便。 通過以上分析認為宜選用心墻壩。 土石壩的剖面設計指 壩坡、壩頂寬度、壩頂高程。 壩坡 因最大壩高約 =,故采用三級變坡。 1）上游壩坡 ：從壩頂至壩踵依次為 1： ； 1： ； 1： 。 2）下游壩坡 ：從壩頂至壩趾依次為 1： ； 1： ； 1： 。 3）馬道 ：第一級馬道高程為 ，第二級馬道高程 ，馬道寬度取 。 壩頂寬度 本壩頂無交通要求，對中低壩的 壩頂寬度 B 取 510m，本設計取 B=。 壩頂高程 壩頂高程等于水庫靜水位與超高 Y 之和，并 分別按以下運用情況計算，取最大值： ① 設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高； ② 校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。 最后需預留一定的壩體沉降量，此處取壩高的 %。計算公式采用下列兩式： Y R e A= + + () 20 cos2 mKV De gH b= () 式中： Y——壩頂超高； R——波浪在壩坡上的最大爬高， m； e——最大風壅水面高度，即風壅水面超出原庫水位高度的最大值， m； Hm——壩前水域平均水深， m； K——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（ ～ ） 106 之間，計算時一般取 K=106； b——風向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角，（ 176。）； V0、 D——計算風速和水庫吹程， m3/s、 Km。 A——安全加高， m，根據(jù)壩的等級和運用情況，按表 確定。 表 安全加高 A （單位： m） 運用情況 壩的級別 1 級 2 級 3 級 5 級 正常 非常 該壩屬于 2 級水工建筑物，安全加高分別?。赫＿\用情況下 ，非常運用情況下 。 214 參考林昭著的《碾壓式土石壩》一書，以往計算壩頂超高公式中多包括風壅水面高度 e ，由于該值不大，一般不到 10cm，故可忽略，壩頂超高計算式可簡化為 Y R A=+。 下面采用我國水利水電科學研究院推