【正文】 ...............................................420 / 47第 1 章 基本資料 工程概況ZF 水庫(kù)位于 QH 河干流上，水庫(kù)控制流域面積 4990km2，庫(kù)容108m3。0 / 47 《水工建筑物課程設(shè)計(jì)》 課題名稱： 土 石 壩 設(shè) 計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 水 工(本科) 133 姓 名： 袁 明 煒 編寫(xiě)日期： 2022 年 7 月 1 日 水利與環(huán)境學(xué)院1 / 47摘要適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。水庫(kù)配合下游河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對(duì)下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。h。2． 水利計(jì)算防洪運(yùn)用原則及設(shè)計(jì)洪水的確定。水庫(kù)排沙和淤沙計(jì)算。新鮮基巖透水性不大。壩段位于“S ”形的中、上段。壩址區(qū)基巖以紫紅色、紫灰色細(xì)砂巖為主，間夾礫巖、粉砂巖和少數(shù)砂質(zhì)頁(yè)巖。(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。巖基未發(fā)現(xiàn)大范圍的夾層，基巖的透水性不大。左岸單薄分水嶺巖層仍3 / 47屬于中強(qiáng)透水性，平均 W=左岸基巖有一條寬 200~250m 呈北北東方向的強(qiáng)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(dá)巖面下 80m左右。(1) 土料。最大干重度，最優(yōu)含水量 %，滲透系數(shù) 105cm/s。其顆粒級(jí)配不連續(xù)，缺少中間粒徑，根據(jù)野外 29 組自然坡度角試驗(yàn)，34 組室內(nèi)試驗(yàn)分析，統(tǒng)計(jì)成果分析如下：天然重度 ，軟弱顆粒含量 %。壩址區(qū)石料較多，運(yùn)距均在 1km 以內(nèi)，為厚層砂巖，儲(chǔ)量可滿足需要。3．當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?1) 土料。(2) 砂礫料。在壩址右岸有兩個(gè)石料場(chǎng)。 表 5 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)壩 體 壩 基筑 壩 材 料 土料砂礫料堆石砂礫料黃土比重(kN/m 3) 27.5濕重度(kN/m 3) 飽和重度(kN/m 3) 干重度(kN/m 3) 孔隙率 n 總應(yīng)力 10內(nèi)摩擦施工期 有效應(yīng)力22 31 40 31 206 / 47穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力23角水位降落有效應(yīng)力23粘聚力 C(kN/cm2) 滲透系數(shù) K(cm/s1) 1106 1102 1102 1105初始孔隙水壓力系數(shù) 表 6 各土料場(chǎng)的儲(chǔ)量土場(chǎng) 南坪溝 川坡 上山 大河灘 合計(jì)高程(m)746~805720~760710~749722~778儲(chǔ)量(104m3) 7 / 472 樞紐布置 壩軸線選擇壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。9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(jí)階地，右岸 731m 高程以下為基巖，以上為三級(jí)階地。發(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè)40m 左右,導(dǎo)流泄洪洞布置在左岸 .比較結(jié)果 分析后，初步選定壩軸線位置在上壩線，主要考慮到下壩線的塌滑體，對(duì)工程存在不利的隱患。表 4 水利水電工程分等指標(biāo)表防洪 排澇灌溉供水水力發(fā)電工程等別水庫(kù)總庫(kù)容 （ 108m3）保護(hù)城市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田（萬(wàn)畝）排澇面積（104ha）灌溉面積（104ha）供給城鎮(zhèn)及礦區(qū)裝機(jī)容量（MW ）一 10特別重要33.3013.3310特別重要1200二10～1.0重要～ 3～10～重要1200～300三 ～0. 中等 中 300～509 / 471 ～ ～ ～ 等四～0.01一般～～～一般50～10五 　33　 10表 5 水工建筑物級(jí)別表 6 水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別水工建筑物級(jí)別 水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別1 Ⅰ3 Ⅱ5 Ⅲ本工程水庫(kù)庫(kù)容為 108m3，所以該工程為Ⅱ 等工程。為進(jìn)一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的后果，建議該段修建無(wú)壓洞?；A(chǔ)以下 10m 左右為砂質(zhì)頁(yè)巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重，透水性大，對(duì)建筑物安全不利?？蓪⒐喔劝l(fā)電洞移至上壩線溢洪道軸線西側(cè) 40m 左右.結(jié)論：導(dǎo)流泄洪洞，上下方案布置位置相同,均為左岸；溢洪道，上壩線方案宜布置在左岸單薄分水嶺,下壩線方案宜布置在右岸 Z 溝；灌溉發(fā)電洞及樞紐電站，上壩線方案可布置在左岸東凹溝附近三級(jí)階地上。土石壩壩高均從清基后的地面算起。除了含腐殖質(zhì)太多的土料外，所有的土石料都可筑壩，只要適當(dāng)?shù)呐渲迷趬误w部位即可。：由相對(duì)不透水或弱透水土料構(gòu)成中央防滲體，而以透水土石料作為下游支撐體。：壩的支撐體由透水或半透水土石料組成，上游防滲面板由鋼筋混凝土、瀝青混凝土或塑料薄膜等材料構(gòu)成。建筑材料 庫(kù)區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防滲墻的各種材料，無(wú)需另外購(gòu)買(mǎi)庫(kù)區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防滲墻的各種材料，無(wú)需另外購(gòu)買(mǎi)庫(kù)區(qū)當(dāng)?shù)叵掠瓮潦县S富，有利于修建防滲墻的各種材料，無(wú)需另外購(gòu)買(mǎi)適用條件 不僅適宜低壩，也適宜于髙壩不僅適宜低壩，也適宜于髙壩一般使用于中、低高度壩比較結(jié)果 本設(shè)計(jì)土壩是高壩，因此均質(zhì)壩不適合，而斜墻對(duì)于沉降以及地震的適應(yīng)能力比心墻小，因此防滲體定為粘土心墻。 壩頂高程由于土石壩是不允許漫項(xiàng)溢流的，因此壩頂高程由水庫(kù)靜水位加上風(fēng)浪壅水增加高度、壩面波浪爬高及安全超高確定，同時(shí)壩頂高程的計(jì)算，應(yīng)同時(shí)考慮以下 3 種情況：（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；（2）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高；（3）正常高水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高再加地震區(qū)安全超高。 上下游邊坡壩坡的確定應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩的等級(jí)、壩體和壩基材料的性質(zhì)、壩所承受以及施工和運(yùn)用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。 防滲體設(shè)計(jì)防滲體尺寸確定考慮采用機(jī)械施工，防滲體頂面寬度為 3m；頂面高程滿足高于正常運(yùn)用情況下的靜水位 ，且不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。尺寸確定心墻頂部和上游坡設(shè)保護(hù)層，以防沖刷、冰凍和干裂，保護(hù)層材料常用砂、礫石或碎石，其厚度不得小于當(dāng)?shù)乇鶅龊透闪押穸取Ｕ承酝恋奶烊缓孔詈?，稍高于塑限含水量，使土料處于硬塑狀態(tài)。本設(shè)計(jì)采用水力學(xué)法，水力學(xué)法建立在一些基本假定上，是一種近似19 / 47解法，只能求得過(guò)水?dāng)嗝嫔蠞B流要素的平均值，但其計(jì)算簡(jiǎn)單，且精度一般可以滿足工程要求。計(jì)算公式：?jiǎn)螌挐B流量 q = ??LHK21?浸潤(rùn)線方程 y = xq1單寬滲流計(jì)算公式：通過(guò)心墻的滲流量為： q 1 = ???21hHK?心墻后的滲流量為： q 2 = L20 / 47其中： —上游水深；1H—墻后逸出水深，m；h—基巖透水深度，取最大值 15m；T—黏土心墻平均厚度；?—防滲體后堆石體滲透系數(shù)，10 4m/s；2K—下游水深；2H—粘土滲透系數(shù)，10 7 m/s；1k—下游坡比。河床高度為 699m，壩頂寬度為 12m，壩高為，m = m =。河床高度為 699m，壩頂寬度為 12m，壩高為，m = m =。Ｊ=Ｊ允許=，所以滿足要求?；A(chǔ)采用防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。*105（m3/s）*105（m3/s） *105（m3/s）正常蓄水位出圖設(shè)計(jì)洪水位出圖校核洪水位出圖28 / 47 結(jié)論：（1）正常蓄水位下，簡(jiǎn)化得心墻后的浸潤(rùn)線方程：y2 += 當(dāng) x= 時(shí)，y=8m，校核安全（2）設(shè)計(jì)洪水位下，簡(jiǎn)化得心墻后的浸潤(rùn)線方程：y2 += 當(dāng) x= 時(shí)，y=8m，校核安全（3）校核洪水位下，簡(jiǎn)化得心墻后的浸潤(rùn)線方程：y2 += 當(dāng) x= 時(shí)，y=8m，校核安全 29 / 47第 5 章 土石壩壩坡穩(wěn)定分析及計(jì)算 壩體荷載壩體浸潤(rùn)線以上的部分按濕容重計(jì)，浸潤(rùn)線以下于壩體外水位之間的部分按飽和容重計(jì)，壩體水位以下部分按浮容重計(jì)。本水庫(kù)為大(2)型二等工程，主要建筑物為二級(jí)則可忽略地震力。 穩(wěn)定計(jì)算 瑞典圓弧滑動(dòng)法采用圓弧滑動(dòng)法有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算安全系數(shù) 校核安全系數(shù)施工期穩(wěn)定計(jì)算 滲流穩(wěn)定期穩(wěn)定計(jì)算 水位驟降期穩(wěn)定計(jì)算 35 / 47第 6 章 細(xì)部構(gòu)造 壩頂構(gòu)造壩頂設(shè)置黃泥灌漿碎石路面，壩頂向下游設(shè) 1%橫坡以便匯集雨水，并設(shè)置縱向排水溝，經(jīng)坡面排水排至下游。壩表面為土、砂、砂礫石等材料時(shí)應(yīng)設(shè)專門(mén)的護(hù)坡。上游護(hù)坡做至壩頂，下做至死水位以下（加設(shè)計(jì)浪高）。 反濾層既要求把壩體滲水排除壩外，又要求不產(chǎn)生土壤的滲透破壞，在滲流的出口或進(jìn)入排水處。所采用反濾層位于被保護(hù)土的上部，滲流方向主要由下向上見(jiàn)圖。102360457864206014102 砂躒石土料級(jí)配圖 反濾層設(shè)計(jì)成果匯總表38 / 47d=～ 1m～～ 第一層 第二層 層 數(shù) 類 型 D50(mm) 厚度 hc (㎝ ) D50(mm) 厚度hc (㎝)非粘性土反濾層土料 20 1 3039 / 47 排水體排水設(shè)備是土石壩的一個(gè)重要組成部分。設(shè)置壩體排水設(shè)施，可以將滲入壩體內(nèi)的水有計(jì)劃的排出壩外，以達(dá)到降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙水壓力，防止?jié)B透變形，增加壩坡的穩(wěn)定性，防止凍脹破壞的目的。是一種可靠的，應(yīng)用廣泛的排水型式，可以降低浸潤(rùn)線，保護(hù)下游坡角不受尾水淘刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用是效果較好的一種排水型式，但石料用量大，費(fèi)用高，與壩體施工有干擾，檢修有干擾。(3)褥墊排水。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、土料、心墻型式等選擇排水型式，也可以將幾種不同的排水型式組合在一起，形成綜合式排水。結(jié)論：排水設(shè)備選擇為棱體排水，內(nèi)坡坡率 1:，外坡坡率 1:，頂寬 ，高 8m