【文章內(nèi)容簡介】 樞紐布置應(yīng)滿足以下原則： 樞紐中的泄水建筑物應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范的運用條件和要 求。選擇泄洪建筑物形式時，宜優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物，并經(jīng)濟比較確定。泄水引水建筑物進口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護措施，當(dāng)有平行壩坡方向的水流可能會沖刷壩坡時，壩坡也應(yīng)有防護措施。應(yīng)確保泄水建筑物進口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流從刷下游壩坡時，應(yīng)比較調(diào)整尾水渠和采取工程措施保護壩坡腳的可靠性和經(jīng)濟性，可采取其中一種措施，也可同時采用兩種措施。對于多泥沙河流，應(yīng)考慮布置排沙建筑物，并在進水口采取放淤措施。 導(dǎo)流泄洪洞：避開塌滑體，保證出口和進口的穩(wěn)定以及洞身圍 巖的穩(wěn)定。巖層傾向下游，出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理。為進一步保證出口段巖體的穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的不良后果，我們采取修建無壓洞。 型式：明流隧洞，工作閘門前為有壓；隧洞直徑： 8 米；消能方式為挑流；閘門尺寸 7 米弧形閘門；進口底部高程為 。 溢洪道： 溢洪道應(yīng)選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實和地下水位較低的地點，宜選用地質(zhì)條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤泥質(zhì)土和 14 粉砂、細砂地基，必要時應(yīng)采取妥善處理措施。從地質(zhì)地形圖可知壩體右岸有天然的 埡口，地質(zhì)條件好，且有天然的石料廠，上下游均有較緩的灘地，兩岸巖體較陡，巖體條件好，施工起來更快捷更經(jīng)濟合理。 上壩線的抗滑穩(wěn)定條件是好的； 溢洪道修建于 QH右岸山坡上，緊鄰右壩肩。 型式： 由于閘址段地形條件好，所以采用正槽式溢洪道。 溢洪道凈寬 60米，分設(shè) 5孔閘門，每孔閘門凈寬 12米，堰頂高程 757米。 灌溉發(fā)電隧洞：其布置原則與導(dǎo)流泄洪洞基本相同。 型式：壓力鋼管；內(nèi)徑 ；進口底部高程 。 樞紐電站采用引水式，裝機容量 5*1250kw。 根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》以及該工程的 一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下： 根據(jù)水庫總庫容 108 m3(校核洪水位時相應(yīng)的庫容 )，在 1~10億 m3 間，屬Ⅱ等工程；根據(jù)樞紐灌溉面積 712020 畝，在 50~150萬畝間，屬Ⅱ等工程；根據(jù)電站裝機 104KW，在5~1萬 KW間，屬Ⅳ等工程。 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對于具有綜合利用效益的水利水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時，整個工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，因此本工程為Ⅱ等工程。 同時又根據(jù)水工建筑物級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ等工程中的主要建筑物為 2 級建筑物，所以本樞紐中的大壩、溢洪道、泄洪洞及電站廠房都 為 2級建筑物。 第三章 壩工設(shè)計 第一節(jié) 壩型確定 根據(jù)所給資料，選擇大壩型式，還應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、建筑材料、工程量以及施工條件等 方面綜合考慮 確定壩型。 水庫處于平原地區(qū)。由基本資料可知，庫區(qū)土料豐富，料場距壩址較近，運輸條件良好。施工簡便，地質(zhì)條件合理，造價低。通過以上幾方面的綜合分析比較，所以選用土石壩方案。 大壩壩型宜采用土石壩。根據(jù)防滲結(jié)構(gòu)的類型，常見土石壩型式有：心墻土石壩、斜墻土石壩、面板堆石壩、均質(zhì)壩等，我擬采用斜墻土石壩。其理由是： 上壩線河谷較寬（ 300米），覆蓋層較深，交通不方 便 ，不宜修 建混凝土壩； 壩址上、下游有豐富的宜做壩殼和防滲體的砂礫料和壤土，宜采用土石壩； 壩址附近有豐富的重粉質(zhì)壤土； 壩址地基覆蓋層較厚，滲透性很高。綜合考慮，最終確定采用碾壓式 斜 墻土石壩。 具體見 下 表 15 壩型選擇比較表 方案 因素 土質(zhì)防滲心墻 土質(zhì)防滲斜墻 均質(zhì)壩 地形條件 可 可 可 地質(zhì)條件 可 可 不可 工程量 較小 小 大 建筑材料 充足 充足 充足 施工條件 可 可 可 綜 上 所 述， 最終 確定選用斜墻土石壩。 第二節(jié) 擋水壩體斷面設(shè)計 一、壩頂高程 確定壩頂高程時 ，應(yīng)考慮正常蓄水情況和校核洪水情況，取其高值作為壩頂高程。土石壩是不允許漫頂溢流的，因此要求水庫靜水位必須有一定的超高 Y。 Y=R+e+A 《水利水電工程建筑物》 (245) Y— 壩頂在水庫靜水位以上的超高， m； R— 最大波浪在壩坡上的爬高 ， m； e— 最大風(fēng)雍水面高度， m。A— 安全加高，根據(jù)壩的等級和運用情況，查 《水利水電工程建筑物》 表 213。 設(shè)計洪水位 +正常運用情況 16 設(shè)計任務(wù)書中，水文資料查得設(shè)計洪水位為 ，屬正常運行情況二級建筑物，取 A=，多年平均最大風(fēng)速 9m/s，在設(shè)計蓄水位時，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的 ~2倍。此取 2倍 計算公式： AeRy ??? 其中： 設(shè)計風(fēng)速 v=2 9=18m/S 吹 程 D= 由地質(zhì)剖面圖 （附圖 6） 查得庫底最低高程 697m 壩前水深 H== 當(dāng) β =0度 時， cosβ 取最大值 1。 則 e= /2gH （查《 水利水電工程建筑物 》 246） e= 182 1/2/由于 D≤ 10km，且 v=10~20m/s，（查《土壩設(shè)計》 612） Dvh 31340 2 ??? ?h 上游壩坡較緩初步采用 1： ，則 tayθ =1/= 外層上游壩殼為砌石 取 k=（查 《水利水電工程建筑物》 表 214） R= 2h tanθ = =《水利水電工程建筑物》 247 Y=R+e+A=++1= 壩頂高程 =設(shè)計靜水位 +波浪超高 =+= 考慮沉降量為壩高的 %~%，取為 %，則沉降量為 %= 則壩頂防浪墻高程為 Y 設(shè)計 =+=。 校 核洪水位 +非常運用情況 由給定的 ZF 水庫工程特征值知道校核洪水位為 ，屬非常情況下的 II 級建筑物。土石壩壩頂安全超高值 A= 多年最大風(fēng)速 v=9m/s 吹程 D= 壩前水深 H== 當(dāng)β =0度時， cosβ取最大值 1。 則 e= /2gH （查《水利水電工程建筑物》 246） 17 e= 92 1/2/由于 3≤ D≤ 30km，且 v＜ 15m/s， Dvh ??? (查《土壩設(shè)計》 64) 2h = 上游壩坡較緩初步采用 1： tanθ =1/= 外層上游壩殼為砌石得 k= R=(2h)tanθ = = Y=R+e+A=++= 壩頂高程 =校核水位 +波浪雍高 =+= 考慮沉降量為壩高的 %~%，取為 %，則沉降量為 %= 則壩頂防浪墻高程為 Y 校核 =+=。 正常蓄水位 +非常運用情況 +地震安全超高 正常高水位取興利水位 ，本區(qū)地震烈度為 6度，按 7度設(shè)防，地震區(qū)安全超高取 ； 壩體防浪墻頂高程為 ++= 考慮沉降量為壩高的 %~%，取為 %，則沉降量為 %= 這種情況下壩頂防浪墻頂高程應(yīng)為 Y 正常 =+=。 壩頂防浪墻高程 =max{ Y 設(shè)計 ， Y 校核 ， Y 正常 }=。 二、壩頂寬度 壩頂寬度應(yīng)考慮構(gòu)造、交通要求和人防條件，同時還要考慮防汛搶險、抗震、人防需要。對中低壩可選用 510m，對于高壩（壩高超過 70m），最小寬度，可選用 1015m，鑒于本壩無交通等特殊要求，本壩壩頂寬度取 12m。 18 圖 31 壩頂結(jié)構(gòu)圖 三、壩坡 上下游邊坡比見表 32。 表 32 上下游邊坡比 壩高 (m) 上游 下游 〈 10 1： 2～ 1： 1： ～ 1： 2 10～ 20 1： ～ 1： 1： 2～ 1： 20～ 30 1： ～ 1： 3 1： ～ 1： 〉 30 1： 3～ 1： 1： ～ 1： 3 壩高 為 =(防浪墻高 )， 壩頂高程： ， 坡度取值為 ： 上游壩坡 ： 1:。 下游壩坡 ： 1:。 四、馬 道 為 攔截雨水，防止壩面被 水 沖刷，同時便于交通、檢測和觀測，并且利于壩坡穩(wěn)定，下游常沿高程每隔 10～ 30 m設(shè)置一條馬道，其寬度不小于 m，馬道一般設(shè)在坡度變化處， 在下游坡，共設(shè)置 五 級馬道。 分別在高程 767m、 752m、 737m、 722m和 棱體排水頂面，高程為 707m； 馬道寬2m。 上游坡不設(shè) 馬道。 五、壩底寬度 推算最大底寬 為 :（ +3） +12+10=。 六 、防滲 體 尺寸的確定 防滲體尺寸確定 考慮采用機械施工，防滲體頂面寬度為 3m；頂面高程滿足高于 正常運用情況下的靜 水 位~， 且不低于非常運用情況下的靜水位。 實際選取 ，則防滲體頂面高程為+=；上游坡度均為 1:， 下游坡度為 1:， 則底寬為 3+（ ）（ ）=，滿足斜墻底寬不小于 H/5=（ ）247。 5=。 因此，本壩防滲體采用碾壓式粘土 斜 墻，頂寬 3m，底厚 。 尺寸確定 斜 墻頂部和上游坡設(shè)保護層，以防沖刷、冰凍和干裂， 保護層材料常用砂、礫石或碎石，其 19 厚度不得小于當(dāng)?shù)乇鶅龊透闪押穸?。 （ 1）上游反 濾層 本壩將防滲體向下延伸至不透水層形成截水槽，邊坡取 1:1，底寬 11，深 5。 斜墻反濾層： 上 游設(shè) 三 層反濾層 第一層：粗砂，粒徑≥ 15mm，厚 。 第二層：小卵石或碎石，粒徑 15~75mm，厚 。 第三層：卵石或塊石，粒徑 75~250mm，厚 ~。 斜墻反濾層：下游設(shè)一層反濾層：粗砂，粒徑≥ 15mm，厚 。 （ 2）頂部反濾層 頂部反濾層厚度為 ，采用附近料場的砂礫料。 七 、排水體 本設(shè)計采用棱體排水。 校核洪水時下游水位 ，選頂面高程為 707m， 采用堆石體，內(nèi)坡為 1: ，外坡為 1:。頂寬為馬道寬 2米。 八 、細部構(gòu)造設(shè)計 壩頂構(gòu)造 壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻，采用漿砌石，其底部與斜墻連接，高 米，寬 米 。壩頂設(shè) 壩頂面向 下游 設(shè) 2%斜坡 。 護坡 （ 1）上游護坡 上游上部由 ， 護坡厚 40cm，其下設(shè) 砂礫 反濾層 110cm，結(jié)構(gòu)為： 第一層：粗砂，粒徑≥ 15mm，厚 。 第二層：小卵石或碎石，粒徑 15~75mm，厚 。 第三層：卵石或小塊石，粒徑 75~250mm，厚 。 上游下部分為 干砌 塊石護坡 ，厚度 50cm。 （ 2） 下游護坡 下游采用 碎石和卵石 全 護坡，厚 20cm。 第三節(jié) 壩體滲流計算 一、土壩滲流計算的目的 （ 1） 確定壩體 浸 潤線和下游逸出點位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢線分布圖或流網(wǎng)圖，為壩 20 體穩(wěn)定核算、應(yīng)力應(yīng)變分析和排水設(shè)備的選擇提供依據(jù)。以便在不同部位正確采用土壤的容重，抗減強度等物理指標(biāo)。 （ 2） 計算壩體與壩基的滲流量，以便估計水庫滲漏損失和確定壩體、排水設(shè)備尺寸。 （ 3） 確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性。 （ 4） 確定庫水位降落時下 游壩殼內(nèi)自由水面的位置，估算由此處產(chǎn)生的孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析之用。 二、計算方法 滲流計算方法采用有限深透水地基上設(shè)灌漿帷幕的土石壩滲流，帷幕灌漿的防滲作用可以用相當(dāng)于不透水底版的等效長度代替。 三 、計算 組合方式 按 下列 水位組合 情況計算： （ 1）上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位； （ 2）上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)的最高水位； （ 3）上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位； 四 、計算 壩體做有防滲墻以攔截透水地基上的滲流。 計算公式采用有限透水地基上 帶截水槽的斜 墻 的滲流計算方法。 （一） 最大斷面 0+220： 由附圖 6得河底高程 。 上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位 上游正常高水位取為 興利水位 ，下游相應(yīng)低水位取為 。 基礎(chǔ)采用 防滲處理，視為基礎(chǔ)不透水。 （ 1）計算示意圖 21 1:1:OH1hH2斜 墻 壩 滲 流 計 算 圖LKKyxaK OTT（ 2）滲流量計算 ①通過 斜 墻的滲流量 計算公式： ThHKhHKq ?????11022101 )(s in2 )( ??? 式中， K0= 105cm； H1=； δ =（ 3+） /2=； sinα =； δ 1=； T=0； ② 心 墻后的滲流量 計算公式： TTL HhKHmL HhKq T ????? ?? )()(2 )( 2222222 式中： K=1 102cm/s； H2=； L=； m2=3； KT=102 cm/s； T=0； ③滲流量計算結(jié)果 根據(jù)水流連續(xù)條件，則 q1=q2=q 求得 h=； q= 105m2/S （ 3） 斜 墻后的浸潤線 方程 計算公式： 22 式中， 1H 為防滲體斜墻后水 位 的高程， 1H =h= 則 由上式