【正文】 1 前 言 設計任務書及原始資料是工作的依據(jù)，因此首先要全面了解設計任務，熟悉該河流的一般自然地理條件，壩址附近的水文和氣象特性，樞紐及水庫的地形、地質(zhì)條件，當?shù)夭牧希瑢ν饨煌坝嘘P(guān)規(guī)劃設計的基本數(shù)據(jù)，只有在熟悉基本資料的基礎(chǔ)上才能正確地選擇建筑物的類型，進行樞紐布置、建筑物設計及施工組織設計。因此，應把必要的資料整理到說明書中。通過對資料的了解和分析，初步掌握原始資料中對設計和施工有較大影響的主要因素和關(guān)鍵問題，為以后設計工作的進行打下良好的基礎(chǔ)。 本次設計內(nèi)容 及要求 ： （ 1） 壩軸線選擇。 （ 2） 壩型選擇。 （ 3） 樞紐布置。 （ 4） 擋水建筑物設計：包括土壩斷面設計、平面布置、滲流計算、穩(wěn)定計算、細部構(gòu)造設計、基礎(chǔ)處理等。 （ 5） 泄水建筑物設計：溢洪道或?qū)Я鞫丛O計（僅選其中一項），以水利計算為主。 選取溢洪道設計 。 （ 6） 施工導流方案論證（選作內(nèi)容）。 僅作簡單的闡述。 工程設計概要 ZH 水 庫 位于 QH 河干流上，水 庫 控制流域面 積 4990km2， 庫 容 108m3。水庫 以灌溉 發(fā)電為 主， 結(jié)合 防洪，可引水灌溉 農(nóng) 田 104畝 ， 遠 期可 發(fā) 展到 105畝 。灌 區(qū) 由一 個 引水流量 45m3/s 的 總 干渠 和 4 條 分干渠 組 成，在 總 干渠渠首及下游 24km 處 分 別 修建 樞紐電 站和 HZ電 站， 總裝 機容量 ，年發(fā)電 量 108kw h。水 庫 防洪 標 準 為 百年 設計 ，萬年校核。 樞紐 工程由 擋 水 壩、 溢洪道、 導 流泄洪洞、灌溉 發(fā)電 洞及 樞紐電 站 組 成。 摘要：土壩設計 滲流計算 穩(wěn)定計算 細部結(jié)構(gòu) 2 第一章 基本數(shù)據(jù) 第一節(jié) 工程概況及工程目的 本水庫建成后具有灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用水和人畜吃水等多方面的效益，是一座綜合利用的水庫。水庫近期可灌溉農(nóng)田 104畝 ， 遠 期可 發(fā) 展到 105畝 。 樞紐電 站和 HZ 電 站， 總裝 機容量 ，年發(fā)電 量 108kwh。除滿 足 農(nóng)業(yè) 提水灌溉用 電 外 ，還 剩余 50%的 電力供 工 農(nóng)業(yè) 用 電 。防洪方面，水 庫 控制流域面 積 4990km2，占全流域面 積 的 39%， 對 下流河道防洪、削 減 洪峰、 減輕 防汛 負擔 也有一定的作用， 可將 下游 100 年一遇的洪水流量 6010m3/s削 減 到 3360m3/s，相當 于 17 年一遇； 可將 50年一遇洪水流量 6000m3/s 削 減 到 2890m3/s，相 當 于 12 年一遇。另外，每 年還 可供 給城 市及 工業(yè) 用水 108m3。 由于市 庫區(qū) 沿岸山峰重迭， 村莊零散，耕地不多，故淹 沒損 失 較 小。按 庫區(qū) 移民高程 770m 統(tǒng)計 ，共需 遷 移人口 3115 人，淹 沒 耕地 12157 畝 ，房屋 1223 間 ， 窯洞 1470 孔。 3 第二節(jié) 基本數(shù)據(jù) 工程等別及建筑物的級別 工程等 別 ZH水 庫 工程，水 庫總庫 容 108m3， 灌溉農(nóng)田 104畝 ， 遠 期可 發(fā) 展到 105畝 。水 電 站 總裝 機容量 ，年發(fā)電 量 108kw h。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，參照《水利水電樞紐工程等級劃分》 SL2522021 的規(guī)定，本工程等別為 II 等工程。 建筑物級別 根據(jù) 本工程的等別及水工建筑物級別劃分的規(guī)定知，永久性主要建筑物為 2 級建筑物；永久性次要建筑物為 3 級建筑物；臨時建筑物為 4 級建筑物。 地形和地質(zhì)圖 ZF 壩區(qū)地形圖見附圖， ZF 土壩壩線工程地質(zhì)剖面圖見附圖 6。 工程地質(zhì)條件 庫區(qū)工程地質(zhì)條件 庫區(qū)兩岸分水嶺高程均在 820m 以上，基巖出露高程大部分在 800m 左右，主要為紫紅色砂巖，間夾礫巖、粉砂巖和砂質(zhì)葉巖。新鮮基巖透水性不大。未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造斷裂，水庫蓄水條件良好。 QH 河為山區(qū)河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區(qū) 也未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 QH 河在 ZF 水庫壩址區(qū)呈一彎度很大的 S 形。壩段位于 S 形的中、上段。壩段右岸為侵蝕河岸，岸坡較陡，基巖出露。上下壩線有約 300m 長的低平山梁（單薄分水嶺），左岸為侵蝕堆積岸，岸坡較緩，有大片土層覆蓋。右岸單薄分水嶺是 QH河環(huán)繞壩段左岸山體相對側(cè)向侵蝕的結(jié)果。 壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細砂巖為主，間來件礫巖、粉砂巖和少數(shù)砂質(zhì)葉巖。地層巖相變化劇烈，第四系除厚度不大的砂層、卵石層外，主要是黃土類土，在大地構(gòu)造上處于相對穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構(gòu)造跡象。 壩址區(qū)左岸有一 大塌滑體，體積約 45 104m3， 對工 程布置有一定的影 響 。 4 本區(qū)地震基本烈度為 6 度，建筑物按 7 度設防。 （ 1）上壩址 上壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向 QH 河上游。河床寬約 300m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度 5m，滲透系數(shù) 1 102cm/s。一 級階 地（ Q4）表 層 具中 偏強濕 陷性。左岸 730m 高程以 上為 三 級階 地（ Q2），具中偏弱 濕 陷性。 巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。河床中段及近右岸地段，沿113111115104114 各鉆孔聯(lián)機方向，在巖面下 21～ 47m深度范圍內(nèi)，有一強透水帶， w=～ 30L/（ s m m），下限最深至基巖下約 80m?；鶐r透水性從上游向下游有逐漸增大的趨勢，左岸臺地黃土與基巖交界處的礫巖（最大厚度 6m）透水性強，滲透系數(shù) K=10m/d。左岸單薄分水嶺巖層仍發(fā)屬于中強透水性，平均 w=～30L/（ s m m），應考慮排水，增加巖體穩(wěn)定。 （ 2）下壩址 位于上壩址同一背斜的東南翼，巖層傾向下游；河床寬約 120m，左岸為二、三級階地，右岸 731m 高程以下為基巖，以上為三級階地。土層的物理力學性質(zhì)見附圖 6“工程地質(zhì)剖面圖”。 左岸基巖有一條寬 200～ 250m呈北東方 向的強透水帶，右岸 Z 溝單薄分水嶺的透水性亦很大，左右岸巖石中等透水帶下限均可達巖面下 80m左右。河床地段基巖透水性與中等透水帶厚度具有從上游向下游逐漸變小的趨勢。下游發(fā)現(xiàn)承壓水，二、三級階地礫石層透水性與上壩線相同，左岸壩腳靠近塌滑體。 壩址區(qū)其它建筑物地段的工程地質(zhì)條件 壩址區(qū)其它建筑物包括導流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站。按上壩線方案，導流泄洪洞、溢洪道均布置在左岸單薄分水嶺，灌溉發(fā)電洞則布置在左岸東凹溝附近三級階地上。下壩線方案溢洪道可布置在右岸 Z 溝，灌溉發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè) 40m左右， 導流泄洪洞位置與上壩線位置相同。 （ 1）導流泄洪洞 沿洞線周圍巖石厚度大于 3 倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細砂巖及礫巖，巖石較為堅硬，堅固系數(shù) Fk=4，單軸彈性抗力系數(shù) K0=20MPa/cm，彈性模量 E= 104 MPa，透水性較大。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定， 5 免除由內(nèi)水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。 （ 2）溢洪道 上壩線方案溢洪道堰頂高程 757m，沿建筑物軸線巖層傾向下游。巖性主要為堅硬的細砂巖，其中軟 弱層多為透鏡體，溢洪道各部分的抗滑穩(wěn)定條件是好的。下壩線溢洪道堰頂高程 750m。基礎(chǔ)以下 10m 左右為砂質(zhì)葉巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風化嚴重，透水性大，對建筑物安全不利。 （ 3）灌溉發(fā)電洞及樞紐電站 上壩線方案沿線基巖以厚層粉砂巖為主，巖石完整，透水性不大，洞頂以上巖層厚度較小。在建筑物的基巖巖面上有 0～ 5m厚的礫巖及厚度不等的亞黏土層，電站廠房處巖石風化厚度約 5～ 6m，對其產(chǎn)生的滲漏及土體坍塌應采取必要的工程措施。下壩線方案沿線全為基巖，工程安全比較可靠。 施工區(qū)地質(zhì)地形地質(zhì)條件 ZF 水庫的右岸坡較 陡，坡度為 30176。左右，大部分基巖出露高程為 770～ 810m。主河槽在右岸，河寬約 100m；左岸為堆積岸，左岸臺地寬 200m 左右，山嶺高程在775m 左右，岸坡較平緩，大都為土層覆蓋。水庫樞紐處施工場地狹窄，樞紐建筑物全部布置在左岸，施工布置較為困難。 壩區(qū)為上二迭系石千峰組的紫紅色、紫灰色細砂巖，間夾同色礫巖及砂質(zhì)葉巖等巖層。右岸全部為基巖，河床砂卵石總厚度約 50m，覆蓋層厚度約 5m。高漫灘表層亞砂土厚 5～ 15m，左岸 728m高程以下為基巖。基巖面向下游逐漸降低，土層增厚。砂卵石層透水性不會很強，施工開挖排水 作業(yè)估計不會很困難。 水文氣象條件 氣象 流域內(nèi)年平均降雨量 ， 70%集中在 6～ 9 月，多年平均最高氣溫 ℃（ 6 月），多年平均最低氣溫 ℃（ 1 月），多年年平均氣溫 8～ 9℃。多年平均師大風速 9m/s，水位 。 （ 1）氣溫資料 ZF 水庫壩址處沒有建立水文氣象站，根據(jù)附近氣象站 1958 年至 1963 年和 1970年至 1972 年共 9 年資料統(tǒng)計分析，最高氣溫 ℃（ 6 月），最低氣溫 ℃（ 1月），多年平均日氣溫 4～ 24℃，多年年平均氣溫 8～ 9℃。 歷年各月氣溫特征值見 6 表 21。 表 21 各月氣溫特征值 ℃ 月份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 多年平均氣溫 多年最高氣溫 17 多年最低氣溫 （ 2）降雨資料 根據(jù)附近氣象站 1958 年至 1963 年和 1970 年至 1972 年共 9 年資料統(tǒng)計分析，得出多年的平均各月降雨天數(shù)見表 22。 表 22 多年平均各月降雨天數(shù) 項目 月份 平均日降雨 5～ 10mm 天數(shù) 平均日降雨 10～ 20mm 天數(shù) 平均日降雨 20～ 30mm 天數(shù) 平均日降雨 30～ 40mm 天數(shù) 平均日降雨 ＞ 40mm 天數(shù) 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 水文分析 （ 1）洪水 洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計 7～ 8 月發(fā)生最大洪峰流量的機會占 88%，而且年際變化很大，實測最大洪峰流量 2200m3/s（ 1954 年），最小洪峰流量 184m3/s（ 1965 7 年），相差 12 倍。流域洪水的特 點 是峰高， 歷時 短，陡 漲 陡落。一次洪水持 續(xù)時間一般 3～ 5d。各種頻率的設計洪水過程線見表 23。 表 23 各種頻率的設計洪水過程線 時間 /h 流量 /（ m3 s1） 時間/h 流量 /（ m3 s1） P=1% P=5% P=5%(10 月 ) P=1% P=5% P=5%(10 月 ) 1 222 133 39 45 1670 1002 3 302 181 42 47 1520 912 5 340 204 51 49 1500 900 7 500 300 55 51 1400 830 9 700 420 66 53 1280 768 11 847 503 81 55 1220 13 950 550 105 57 1160 15 975 650 105 59 1080 648 17 1350 810 174 61 1020 19 1760 1060 220 63 980 21 2270 1362 202 65 920 23 2900 1740 178 67 900 540 25 4000 2360 160 69 875 27 3350 2021 148 71 849 29 2960 1770 138 73 800 480 31 2670 1602 130 75 780 33 2470 1380 101 77 760 35 2300 1380 101 79 720 37 2160 1290 98 81 700 420 39 2020 1210 81 83 676 41 1930 1150 76 85 43 1820 1090 （ 2）年來水量 水量的年內(nèi)分配，汛期 7～ 10 月約占全年水量的 62%，水量年際變化很大，實測最大年來水量 1968 108m3（ 1963 年 7月至 1964 年 6 月）。最小年 來 水量 108m3（ 1965 年 7月至 1966 年 6 月）。相差 倍。 從歷 年 來 水量 過 程 來 看 約 7 年一個 周期，其中 連續(xù) 枯水段 為 4年。 8 （ 3