【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工以及防止開裂等要求為原則，并滿足穩(wěn)定的要求。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，，本設(shè)計(jì)取斜心墻上游坡為1:，下游坡為1:。（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。防滲墻插入斜心墻的深度按1/，=。防滲墻位置在心墻底面中心偏上。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。 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，?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γmax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：γd=mγmax 式中：γd——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,～，本工程取m =。設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量為ωo=ωo用下列公式計(jì)算設(shè)計(jì)干容重作為校核參考：γmax=△s(1Va)/(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=ωpILIp，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：γd≥～(γd)o(γd)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)。（2）計(jì)算成果：粘土料設(shè)計(jì)成果見表17。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γmax(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γw(g/cm3)浮容重γb(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=30106cm/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=(γdγmin) γmax /(γmaxγmin)γd式中：emax 最大孔隙比，emax =△S/γmin1 emin 最小孔隙比，emin =△S/γmax1 e 為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的孔隙比e =△S/γd1 △S 為砂粒比重γmin、γmax為最小、最大干容重，由試驗(yàn)求得γd 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》（SL2742001）規(guī)定：,.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)于無粘性土壓實(shí)，,～,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γw(kN/m3)浮容重γb(g/cm3)1上35186。10ˊ024852上36186。00ˊ024653上35186。40ˊ022954上36186。30ˊ024051下35186。20ˊ023852下36186。40ˊ024253下35186。50ˊ026554下37186。10ˊ02455 （3）砂礫料的選用。砂礫料場(chǎng)上下游共8處，總量為1850萬m3，大壩工程在400萬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)。考慮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題，計(jì)算假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下。通過心墻及地基防滲墻的滲流量： qⅠ=K(H2H12)/(2Bsina)+K2(H1T1)T/D通過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=106cm/s；K1——砂礫料壩殼的滲透系數(shù)，K1=2102cm/s；K2——砼防滲心墻的滲透系數(shù)，本工程按照S8設(shè)計(jì)，K2=109cm/s；KT——地基的滲透系數(shù)，河床沖積層KT=3102cm/s，岸坡風(fēng)化層KT=103cm/s；H——壩前水深；H1——逸出點(diǎn)水深；T——透水層高度；T1——下游水深；D——防滲體厚度；L——地基滲流長(zhǎng)度；L1——下游壩殼區(qū)的滲流長(zhǎng)度。假設(shè)：（1）不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用；（2）由于砂礫料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水與下游水位相差不是太大，認(rèn)為不會(huì)形成名逸出高度；（3）對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤(rùn)線末端即為壩趾。計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇對(duì)河床中間斷面0+22左岸0+07右岸0+380的①—①、②—②、③—③三個(gè)典型斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，斷面大概位置見下圖，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水時(shí)進(jìn)行。滲流計(jì)算斷面位置簡(jiǎn)圖計(jì)算結(jié)果：具體計(jì)算見計(jì)算書五——大壩滲流計(jì)算書，計(jì)算成果見表19。表64 滲流計(jì)算結(jié)果匯總表計(jì)算情況計(jì)算項(xiàng)目正常蓄水位()設(shè)計(jì)洪水位()上游水深H(m)①—①②—②③—③下游水深T1(m)①—①②—②00③—③00逸出水深H1(m)①—①②—②③—③單位寬度滲流量p(m3/s?m)①—①106106②—②106106③—③106106總滲流量Q(m3/d)滲透穩(wěn)定驗(yàn)算斜心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了，壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土斜心墻的接觸面本身就按允許坡降設(shè)計(jì)，發(fā)生滲透破壞的可能性也不大。在斜心墻逸出點(diǎn)，滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。坡降計(jì)算公式:J=（HH1）/B，滲流逸出點(diǎn)坡降見表20。表65 斜心墻逸出點(diǎn)滲流坡降計(jì)算成果表斷面①—①②—②③—③計(jì)算情況正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)坡降J填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為5～10，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。成果分析與結(jié)論以斜心墻、混凝土防滲墻與兩岸壩肩開挖風(fēng)化巖填以粘土形成粘土截水墻的垂直防滲帶作為防滲措施。在計(jì)算中并考慮繞壩滲流及基巖透水，防滲墻滲透系數(shù)按理論取值可能偏小按承受水力梯度抗?jié)B標(biāo)號(hào)取為S8，109m/s。由于這些因素的存在估計(jì)滲流量會(huì)略有增大，壩的滲透坡降仍滿足設(shè)計(jì)要求。 穩(wěn)定分析計(jì)算計(jì)算方法按施工期、穩(wěn)定滲流期、庫水位降落三個(gè)控制時(shí)期核算土石壩的穩(wěn)定。心(斜心)墻壩的上下游壩坡滑動(dòng)時(shí)常形成折線滑動(dòng)面。部分浸水的非粘土壩坡，由于水位上下的土料容重不同，有水時(shí)ψ、C值也有所降低，此時(shí)壩坡失穩(wěn)時(shí)最可能的滑動(dòng)面近乎折線。采用剛體極限平衡法計(jì)算時(shí)，假定各滑塊體在滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮是一樣的，安全系數(shù)的表示方式為：tgψ1=；tgψ2=；tgψ3=式中：（ψ1）、（ψ2）、（ψ3）為試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。上下游壩采用坡折線滑動(dòng)法穩(wěn)定計(jì)算的簡(jiǎn)圖如下上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表21。表66 上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表部位組 合 情 況最小安全系數(shù)Kmin上游坡1/3壩高水深H=26m死水位2796m正常蓄水位下游坡正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位時(shí)安全系數(shù)均滿足要求。穩(wěn)定成果分析由表21可知，大壩上下游壩坡在正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用情況下均能滿足規(guī)范要求，而且壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮加陡壩坡以節(jié)省工程量。鑒于各種因素考慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡，維持原擬定剖面。 基礎(chǔ)處理防滲墻方案比選（1）滲流控制方案。條件允許時(shí)優(yōu)先考慮垂直防滲方案。在透水層較淺（10～15m以下）時(shí)，可采用回填粘土截水槽方案，由于壩址處河床沖積層平均深20m，最大達(dá)32m，施工比較困難而不予采用。又由于河床有孤石，采用鋼板樁也比較困難，造價(jià)也高。帷幕灌漿對(duì)沖積層存在可灌性問題。沖擊鉆造孔筑混凝土防滲墻方案，施工快、材料省、防滲效果好，對(duì)于這種深度透水層是比較合適的，決定采用這種方案。防滲墻深入河床沖積層，底部嵌入基巖，上部則與斜心墻連接,兩側(cè)以高塑性粘土填筑，，詳見下文的構(gòu)造設(shè)計(jì)。（2）防滲墻的型式、材料及布置。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于透水深度為30～60m的情況，采用槽板式混凝土防滲墻外包薄鋼板比較合適，本設(shè)計(jì)采用此型式?；炷练罎B墻要求材料有足夠的抗?jié)B能力及耐久性，能防止環(huán)境水的侵蝕；有一定的強(qiáng)度，滿足壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、剪應(yīng)力等各項(xiàng)強(qiáng)度要求有良好的流動(dòng)性、和易性以便在運(yùn)輸中不發(fā)生離析現(xiàn)象，而且能在水下施工。防滲墻布置于斜心墻之下，從防滲角度看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一點(diǎn)為好，綜合考慮布置于心墻底面中心偏上。壩肩處理壩肩兩岸為覆蓋層及全風(fēng)化巖石，深約20m，性質(zhì)較差，為良好的透水料，底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)較好，但由于節(jié)理的作用，透水性也較強(qiáng)。針對(duì)以上情況作如下處理：開挖粘土截水槽至法風(fēng)化巖基，基巖與粘土接觸面設(shè)置混凝土齒墻，齒墻與河床部分防滲墻相連，在齒墻下設(shè)置灌漿孔，詳見細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)壩的防滲體、排水設(shè)備壩體防滲體為斜心墻，斜心墻上下游設(shè)置反濾層；壩基防滲體為防滲墻和粘土截水墻；壩體排水為棱體排水，在排水體與壩體、壩基之間設(shè)置反濾層；下游戧道設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡，詳見附圖7。反濾層設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料，～，按太沙基準(zhǔn)則確定，即D15/d85≤4～5 D15/d15≥5式中：D15 為反濾料粒徑，小于該粒經(jīng)土占總土重的15%；d85 為被保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的85%；d15 為被保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%。第二、三層反濾料的選擇也按上述辦法進(jìn)行。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，天然砂礫料不能滿足要求，須對(duì)砂礫進(jìn)行篩選。（2）設(shè)計(jì)結(jié)果：粘土（防滲體周邊）部位：第一層d50=第二層d50=排水部位： 第一層d50=30mm厚20cm第二層d50=90mm厚60cm護(hù)坡設(shè)計(jì)上游護(hù)坡用400mm厚干砌塊石，因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)；下游壩面直接鋪上200mm厚的碎石