【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 洞、電站廠房布置于凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風(fēng)化巖層較深，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊。 綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置見附圖 3—— 樞紐平面布置圖。 E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 20 6 第一主要建筑物 —— 大壩設(shè)計(jì) 土石壩壩型選擇 影響土石壩壩型選擇的因素很多，最主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。應(yīng)選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬定剖面輪廓尺寸，進(jìn)而比較工程量、工期、造價(jià)，最后選定技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本次設(shè)計(jì) 只作定性分析確定土石壩壩型選擇。 均質(zhì)壩材料單一，施工簡(jiǎn)單，但壩身粘性較大，雨冬季施工較為不便，且無(wú)足夠適宜的土料來(lái)作均質(zhì)壩 （ 經(jīng)探時(shí)壩址附近可筑壩的土料只有 190 萬(wàn) m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 ） ，故而均質(zhì)壩方案不可行。 堆石壩壩坡較陡，工程量減小。堆石壩施工干擾相對(duì)較小。壩址附近有堅(jiān)硬玄武巖石料場(chǎng)一處，儲(chǔ)量達(dá) 450 萬(wàn) m3，開采條件較好，可作為堆石壩石料，從材料角度可以考慮堆石壩方案。但由于河床地質(zhì)條件較差，沖積層最大達(dá) 32m，平均也有20m，作堆石壩可能導(dǎo)致大量開挖，此方案也不予考慮。 塑性斜墻壩 （ 用砂礫料作為壩 殼，以粘土料作防滲體設(shè)在壩體的上游做斜墻 ）的斜墻與壩殼兩者施工干擾相對(duì)較小，工期較短，但對(duì)壩體、壩基的沉降比較敏感，抗震性能較差，易產(chǎn)生裂縫。 塑性心墻壩 （ 以砂礫料作為壩殼，以粘土料作防滲體設(shè)在壩剖面的中部做心墻 ）與斜墻壩相比工程量相對(duì)較小，適用不均勻變形，抗震性能較好，但要求心墻粘土料與壩殼砂礫料同時(shí)上升，施工干擾大、工期長(zhǎng)。從筑壩材料來(lái)看，由于壩址上下游 5km 內(nèi)有可供筑壩的土料 190 萬(wàn) m3作為防滲體之用，又有 1250 萬(wàn) m3的砂礫料作壩殼，心墻壩和斜墻壩都是可行的。本地區(qū)為地震區(qū)，基本烈度為 7 度，從抗震性能及適應(yīng)不均勻變形來(lái)看宜采用心墻壩；從施工及氣候條件來(lái)看宜采用斜墻壩。由于本地區(qū)粘性土料自然含水量較高，不宜大量采用粘性土料，以薄心墻、薄斜墻較有利，又因壩基條件復(fù)雜、處理工程量大、工期長(zhǎng)，以采用斜墻為宜。 經(jīng)綜合考慮斜墻壩與心墻壩各自的優(yōu)缺點(diǎn)，擬采用斜心墻壩。斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)點(diǎn)： 斜 心墻有足夠的斜度，壩殼對(duì)心墻的拱效應(yīng)作用減弱；斜心墻對(duì)下游支承棱體的沉降不如斜墻那樣敏感，斜心墻應(yīng)力狀態(tài)較好，因而最終選擇斜心墻壩方案。 E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 21 大壩輪廓尺寸的擬定 大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩 坡、防滲體及排水設(shè)備等。 壩頂寬度 根據(jù)交通要求及施工條件、防汛搶險(xiǎn)的需要及以往工程的統(tǒng)計(jì)資料，本設(shè)計(jì)壩頂寬度采用 10m。 壩坡與戧道 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ SL2742020） 有關(guān)規(guī)定 ， 上游坡率取 ，下游每隔 25m 左右 變坡一次，變坡處設(shè)馬道，坡率自下而上依次為 、 、 。 設(shè)置馬道有利壩坡穩(wěn)定，便于觀測(cè)和檢修、設(shè)置排水設(shè)備，也可作為交通之用，考慮這些因素馬道寬度取 。 壩頂高程 壩頂高程分別按設(shè)計(jì)和校核 兩種 情況計(jì)算，取兩者之大者，并預(yù)留一定的沉降值，壩頂高 程計(jì)算成果見表 16，具體計(jì)算詳見計(jì)算書三 —— 壩頂高程計(jì)算書 。壩頂高程由設(shè)計(jì)情況控制，設(shè)計(jì)壩頂高程 取 m。 表 61 壩頂高程計(jì)算成果表 序號(hào) 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 設(shè)計(jì)情況 校核情況 備注 1 上游靜水位（ m） 2 河底高程（ m） 2750 2750 3 壩前水深 H(m) 4 吹程 D（ km） 15 15 5 風(fēng)向與壩軸線夾角 (176。 ) 20 20 6 風(fēng)速 V(m) 7 平均波高 h m (m) 1． 48 0． 96 8 平均波長(zhǎng) Lm（ m） 45． 6 29． 5 9 護(hù)坡糙率系數(shù) 0． 9 0． 9 10 上游 平均 壩坡 系數(shù) 2． 73 2． 73 E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 22 序號(hào) 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 設(shè)計(jì)情況 校核情況 備注 11 風(fēng)浪引起壩前壅高 e(m) 0． 02 12 平均 波浪沿壩坡爬高 (m) 2． 55 1． 65 13 設(shè)計(jì)波浪沿壩坡爬高 (m) 5． 69 3． 68 14 安全超高 A(m) 15 壩項(xiàng)高程 加風(fēng)浪墻高 (m) 2829． 71 2828． 34 16 壩項(xiàng)高程加 %沉陷 再加風(fēng)浪墻高 (m) 2830． 01 2828． 64 其中風(fēng)浪墻 高 壩體排水 本地區(qū)石料比較豐富，采用堆石棱體排水比較適宜。按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位 為原則。下游校核洪水時(shí)下游水位 ，最后取為。 參考以往工程，堆石棱體內(nèi)坡取 1:，外坡取 1:，頂寬 ，下游水位以上用貼坡排水。 防滲體 （ 1） 壩的防滲體 ：壩防滲體的尺寸以滿足構(gòu)造、施工以及防止開裂等要求為原則，并滿足穩(wěn)定的要求。斜心墻頂高程以設(shè)計(jì)水位加 超高并高于校核洪水位的原則，最后取 ， 上留有 護(hù)層。壩的防滲體為粘土斜心墻，其頂部最小厚度取 5m（滿足規(guī)范要求的 3m 以上機(jī)械化施工要求）；底部最小厚度根據(jù)粘土的允許滲透坡降確定，本設(shè)計(jì)允許滲透坡降取 [J]=5，承受最大水頭 ，斜墻底厚需大于 ，本設(shè)計(jì)取斜心墻上游坡為 1:，下游坡為 1:，底寬 滿足規(guī)范要求。 （ 2）壩基防滲體 ：河床中部采用混凝土防滲墻，兩岸因施工施工不便及沖積層逐漸減薄的改用粘土截水墻，根據(jù)混凝土防滲墻的強(qiáng)度和防滲、耐久性要求，墻厚度取 。防滲墻插入斜心墻的深度按 1/10 壩高取為 ，滲徑 長(zhǎng)度為 ，另根據(jù)上下游水位差 需要的滲徑長(zhǎng)度為 L=。防滲墻位置在心墻底面中心偏上，底部嵌入巖基 。岸坡截水墻底厚度按承受最大水頭及粘土允許坡降 [J]=5 取用，沿岸坡厚度逐漸變化，大壩剖面圖見 附圖 6。 E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 23 土料設(shè)計(jì) 筑壩材料的設(shè)計(jì)與土壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法以及工程造價(jià)有關(guān)，按照壩體內(nèi)材料分區(qū)盡量簡(jiǎn)單，就地、就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)主要任務(wù)是確定粘土的填筑干容重、含水量，礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量，砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)。 粘性土料設(shè)計(jì) （ 1） 計(jì)算公式。粘壤土用南京水利科學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀做擊實(shí)試驗(yàn)，求得最大干容重、最優(yōu)含水量 (一般采用 25 擊，其擊實(shí)功能為 ?m/m3)。最優(yōu)含水量確定原則以使土樣最優(yōu)含水量接近其塑限含水量，據(jù)此確定擊數(shù)，得出多組平均最大干容重 γ max和平均最大優(yōu)含水量，具體試驗(yàn)成果已在任務(wù)書中提供。 a、 設(shè)計(jì)干容重計(jì)算公式為： γ d=mγ max 式中： γ d—— 為設(shè)計(jì)干容重； m—— 為施工條件系數(shù)，或稱壓實(shí)度 ,本工程攔河壩為 Ⅱ 級(jí)建筑物 ,m值通常采用～ ，本工程取 m =。 設(shè)計(jì) 最優(yōu)含水量為 ω o=ω o 用下列公式計(jì)算設(shè)計(jì)干容重作為校核參考： γ max=△s(1 Va)/(1+△s ω ) 式中： △s —— 為土粒比重； ω —— 為填筑含水量，以小數(shù)計(jì)（ ω =ω =ω pILIp，液性指數(shù) IL=～）； Va 為壓實(shí)土的含氣量（粘土 Va=，砂質(zhì)粘土 Va=，砂質(zhì)壤土 Va=） 再用下式作校核： γ d≥ ～ (γ d)o (γ d)o—— 為土場(chǎng)自然干容重。 本工程攔河土石壩為二級(jí)建筑物，施工前 ,首先要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)進(jìn)行復(fù) 核，據(jù)以選定施工碾壓數(shù)，根據(jù)規(guī)范要求壓實(shí)度應(yīng)不小于 。 （ 2） 計(jì)算成果 ： 粘土料設(shè)計(jì)成果見表 17。 E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 24 表 62 粘土料設(shè)計(jì)成果匯總表 料場(chǎng) 比重 △ s 最大干容重 γ max (g/cm3) 最優(yōu)含水量W0 (%) 塑限含水量 Wp (%) 塑性指數(shù) Ip 自然含水量 W (%) 內(nèi)磨擦角 θ 凝聚力C (KPa) 滲透系數(shù) K (106cm/s) 設(shè)計(jì)干容重γ(g/cm3) 填筑含水量 W (%) 孔隙 比 e 濕容重γ w (g/cm3) 浮容重γ b (g/cm3) I下 24186。67ˊ II下 25186。50ˊ I上 23186。17ˊ II上 21186。50ˊ Ⅲ 下 280 （ 3） 土料的選用。已經(jīng)探明上、下游共有 5個(gè)粘土料場(chǎng)，總儲(chǔ)量為 190 萬(wàn) m3。因地理位置不同，各料場(chǎng)的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也存在一定的差異，土料的采用以“近而好”為原則 。 Ⅲ 下 料場(chǎng)因其滲透系數(shù) K=30 106cm/s 偏大，其余均可采用，并以“近而好”為原則，選取塑性指數(shù)小于 20（其余均大于 20）的Ⅰ 下 料場(chǎng)為主料場(chǎng)，其余幾個(gè)料場(chǎng)為輔助及備用。 壩殼砂礫料設(shè)計(jì) （ 1） 計(jì)算公式。 壩殼砂礫料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下： Dr=(emaxe)/(emaxemin) 或 Dr=(γ dγ min) γ max /(γ maxγ min)γ d 式中： emax 最大孔隙比， emax =△ S/γ min1 emin 最小孔隙比， emin =△ S/γ max1 e 為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的孔隙比 e =△ S/γ d1 △ S 為砂粒比重 γ min、γ max為最小、最大干容重，由試驗(yàn)求得 γ d 為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂礫石的干容重。 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742020）規(guī)定：砂礫石的相對(duì)密實(shí)度E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 25 不應(yīng)低于 ,砂的密實(shí)度不應(yīng)低于 ,反濾料宜為 . 因本工程址處地震基本烈度為 7 度 ,根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL20397）要求：對(duì)于無(wú)粘性土壓實(shí)，要求浸潤(rùn)線以上材 料的相對(duì)密度不低于 ,浸潤(rùn)線以下材料的相對(duì)密度選用 ～ ,對(duì)于砂礫料 ,當(dāng)大于 5mm的粗料含量小于 50%時(shí)，應(yīng)保證細(xì)料的相對(duì)密度滿足上述無(wú)粘性土壓實(shí)的要求，并按要求分別提出不同含礫量的壓實(shí)干密度作為填筑控制標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2） 計(jì)算成果：砂礫石顆粒級(jí)配分析見計(jì)算書四， 砂礫料設(shè)計(jì)成果見表 18。 表 63 砂礫料設(shè)計(jì)成果匯總表 料場(chǎng) 比重△ s 內(nèi)磨擦角 凝聚力 C (KPa) 滲透系數(shù)K (102cm/s) 不均勻系數(shù)η 大于 5mm礫石含量(%) 設(shè)計(jì)孔隙比 e 保持含水量W(%) 設(shè)計(jì)干容重(g/cm3) 濕容重γ w (kN/m3) 浮容重 γ b (g/cm3) 1上 35186。10ˊ 0 2 48 5 2上 36186。00ˊ 0 2 46 5 3上 35186。40ˊ 0 2 29 5 4上 36186。30ˊ 0 2 40 5 1下 35186。20ˊ 0 2 38 5 2下 36186。40ˊ 0 2 42 5 3下 35186。50ˊ 0 2 65 5 4下 37186。10ˊ 0 2 45 5 （ 3） 砂礫料的選用。砂礫料場(chǎng)上下游共 8 處，總量為 1850 萬(wàn) m3，大壩工程在400 萬(wàn) m3左右。施工時(shí)可考慮上游料填在壩的上游側(cè)，下游砂礫料填在 下游側(cè)，這樣有利于施工，減小相對(duì)干擾。 3上 料場(chǎng)砂礫料的不均勻系數(shù)不滿足要求 (η =2930)，不作為料場(chǎng)?？紤]到筑壩用砂礫料的均勻性，含礫石量控制在 40%左右。如此， 3下 料場(chǎng)的含礫料比其它料場(chǎng)均高得多，不作為砂礫料場(chǎng)。 從顆料級(jí)配曲線可以看出 4上 、 1下 料場(chǎng)砂礫料的顆粒級(jí)配明顯較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用，作為主料場(chǎng) ，其余 料場(chǎng)作為輔助和備用料場(chǎng)。 滲流計(jì)算 計(jì)算方法 選擇水力學(xué)法解土壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問(wèn)題，計(jì)算 假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲E 江水利樞紐工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 及計(jì)算書 26 透坡降均相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下。 通過(guò)心墻及地基防滲墻的滲流量 ： qⅠ =K(H2H12)/(2Bsina)+K2(H1T1)T/D 通過(guò)下游壩殼和地基的滲流量 ： qⅡ =K1(H12T12)/(2L1)+KT(H1T1)T/（ L+） 式中： K—— 防滲體滲透系數(shù)， K=10 6cm/s； K1—— 砂礫料壩殼的滲透系數(shù)， K1=210 2cm/s； K2—— 砼防滲心墻的滲