【文章內容簡介】 m3/s；。5 壩型選擇及樞紐布置 壩址及壩型選擇壩址選擇經(jīng)過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇ⅠⅠ、ⅡⅡ兩條較有利的壩軸線，兩軸線河寬基本相近，從而大壩工程量基本相近。從地質剖面圖上可以看出：ⅠⅠ剖面，河床覆蓋層厚平均為20m，河床中部最大達32m，壩肩除10m左右范圍的風化巖外，還有數(shù)十條的破碎帶，其余為堅硬玄武巖，地質構造總體良好(對土石壩而言)。ⅡⅡ剖面除與ⅠⅠ剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風化巖外，底部玄武巖破碎帶縱橫交錯，若將壩建于此壩基及繞壩滲流可能較大，進行地基處理則工程量太大，綜合考慮以上因素，壩軸線選在ⅠⅠ處。壩型選擇所選壩軸線處河床沖積層較深，兩岸風化巖透水性強，基巖強度低，且不完整。從地質條件看不宜修建拱壩。支墩壩本身應力較高，對地基的要求也很高，在這種地質條件下修建支墩壩也是不可行的。較高的混凝土重力壩也要求建在巖石地基上。通過對各種不同的壩型進行定性分析，綜合考慮地形、地質條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩方案。 樞紐組成建筑物擋水建筑物：土石壩。泄水建筑物：包括泄洪隧洞和放空洞，均與導流隧洞綜合。水電站建筑物：包括引水隧洞、調壓井、壓力管道、電站廠房、開關站等。 樞紐總體布置擋水建筑物—土石壩，按直線布置在河灣地段，ⅠⅠ壩址處。泄水建筑物—泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，為縮短長度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，這樣對流態(tài)也較為有利?？紤]到引水發(fā)電洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠離壩腳和廠房為宜。為減少泄洪時影響發(fā)電，進出口相距80～100m以上。水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置于凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風化巖層較深，廠房布置在開挖后的堅硬玄武巖上，開關站布置在廠房旁邊。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。6第一主要建筑物——大壩設計 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，還有地形地質條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。應選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬定剖面輪廓尺寸，進而比較工程量、工期、造價，最后選定技術上可靠，經(jīng)濟上合理的壩型。本次設計只作定性分析確定土石壩壩型選擇。均質壩材料單一，施工簡單，但壩身粘性較大，雨冬季施工較為不便，且無足夠適宜的土料來作均質壩（經(jīng)探時壩址附近可筑壩的土料只有190萬m3，遠遠不能滿足要求），故而均質壩方案不可行。堆石壩壩坡較陡，工程量減小。堆石壩施工干擾相對較小。壩址附近有堅硬玄武巖石料場一處，儲量達450萬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。但由于河床地質條件較差，沖積層最大達32m，平均也有20m，作堆石壩可能導致大量開挖，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在壩體的上游做斜墻）的斜墻與壩殼兩者施工干擾相對較小，工期較短，但對壩體、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在壩剖面的中部做心墻）與斜墻壩相比工程量相對較小，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上升，施工干擾大、工期長。從筑壩材料來看，由于壩址上下游5km內有可供筑壩的土料190萬m3作為防滲體之用，又有1250萬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，從抗震性能及適應不均勻變形來看宜采用心墻壩；從施工及氣候條件來看宜采用斜墻壩。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，又因壩基條件復雜、處理工程量大、工期長，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，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：斜心墻有足夠的斜度，壩殼對心墻的拱效應作用減弱；斜心墻對下游支承棱體的沉降不如斜墻那樣敏感，斜心墻應力狀態(tài)較好，因而最終選擇斜心墻壩方案。大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體及排水設備等。壩頂寬度根據(jù)交通要求及施工條件、防汛搶險的需要及以往工程的統(tǒng)計資料，本設計壩頂寬度采用10m。壩坡與戧道根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）有關規(guī)定，下游每隔25m左右變坡一次，變坡處設馬道，、。設置馬道有利壩坡穩(wěn)定，便于觀測和檢修、設置排水設備，也可作為交通之用。壩頂高程壩頂高程分別按設計和校核兩種情況計算，取兩者之大者，并預留一定的沉降值，壩頂高程計算成果見表16，具體計算詳見計算書三——壩頂高程計算書。壩頂高程由設計情況控制， m。表61 壩頂高程計算成果表序號計算情況計算項目設計情況校核情況備注1上游靜水位（m）2河底高程（m）275027503壩前水深H(m)4吹程D（km）15155風向與壩軸線夾角(176。)20206風速V(m)7平均波高h m (m)1．480．968平均波長Lm（m）45．629．59護坡糙率系數(shù)0．90．910上游平均壩坡系數(shù)2．732．7311風浪引起壩前壅高e(m)0．0212平均波浪沿壩坡爬高(m)2．551．6513設計波浪沿壩坡爬高(m)5．693．6814安全超高A(m)15壩項高程加風浪墻高(m)2829．712828．3416%沉陷再加風浪墻高 (m)2830．012828．64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。參考以往工程，堆石棱體內坡取1:，外坡取1:，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造、施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，本設計允許滲透坡降取[J]=5，，本設計取斜心墻上游坡為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。 土料設計筑壩材料的設計與土壩結構設計、施工方法以及工程造價有關，按照壩體內材料分區(qū)盡量簡單，就地、就近取材，因材設計。土料設計主要任務是確定粘土的填筑干容重、含水量，礫質土的礫石含量、干容重、含水量，砂礫料的相對密度和干容重等指標。粘性土料設計（1）計算公式。粘壤土用南京水利科學研究所標準擊實儀做擊實試驗，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，具體試驗成果已在任務書中提供。a、設計干容重計算公式為：γd=mγmax 式中：γd——為設計干容重；m——為施工條件系數(shù)，或稱壓實度,本工程攔河壩為Ⅱ級建筑物,～，本工程取m =。設計最優(yōu)含水量為ωo=ωo用下列公式計算設計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（ω=ω=ωpILIp，液性指數(shù)IL=～）； Va 為壓實土的含氣量（粘土Va=，砂質粘土 Va=，砂質壤土Va=）再用下式作校核：γd≥～(γd)o(γd)o——為土場自然干容重。本工程攔河土石壩為二級建筑物，施工前,首先要進行現(xiàn)場碾壓試驗進行復核，據(jù)以選定施工碾壓數(shù)。（2）計算成果：粘土料設計成果見表17。表62 粘土料設計成果匯總表料場比重△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(%)內磨擦角θ凝聚力C(KPa)滲透系數(shù)K(106cm/s)設計干容重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個粘土料場，總儲量為190萬m3。因地理位置不同，各料場的物理性質、力學性質和化學性質也存在一定的差異，土料的采用以“近而好”為原則。Ⅲ下料場因其滲透系數(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下料場為主料場，其余幾個料場為輔助及備用。壩殼砂礫料設計（1）計算公式。壩殼砂礫料填筑的設計指標以相對密實度表示如下：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)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）規(guī)定：,.因本工程址處地震基本烈度為7度,根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL20397）要求：對于無粘性土壓實，,～,對于砂礫料,當大于5mm的粗料含量小于50%時，應保證細料的相對密度滿足上述無粘性土壓實的要求，并按要求分別提出不同含礫量的壓實干密度作為填筑控制標準。（2）計算成果：砂礫石顆粒級配分析見計算書四，砂礫料設計成果見表18。表63 砂礫料設計成果匯總表料場比重△s內磨擦角凝聚力C(KPa)滲透系數(shù)K(102cm/s)不均勻系數(shù)η大于5mm礫石含量(%)設計孔隙比e保持含水量W(%)設計干容重(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。施工時可考慮上游料填在壩的上游側，下游砂礫料填在下游側，這樣有利于施工，減小相對干擾。3上料場砂礫料的不均勻系數(shù)不滿足要求(η=2930)，不作為料場?？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下料場的含礫料比其它料場均高得多，不作為砂礫料場。從顆料級配曲線可以看出4上、1下料場砂礫料的顆粒級配明顯較好，物理力學指標也較高，設計中優(yōu)先采用，作為主料場，其余料場作為輔助和備用料場。 滲流計算計算方法選擇水力學法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內各部分滲流狀況的特點，將壩體分為若干段，應用達西定理近似解土壩滲流問題，計算假定任一鉛直過水斷面內各點滲透坡降均相等。計算簡圖如下。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設計，K2=109cm/s；KT——地基的滲透系數(shù)，河床沖積層KT=3102cm/s，岸坡風化層KT=103cm/s；H——壩前水深；H1——逸出點水深；T——透水層高度；T1——下游水深；D——防滲體厚度；L——地基滲流長度；L1——下游壩殼區(qū)的滲流長度。假設：（1）不考慮防滲體上游側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，認為不會形成名逸出高度；（3）對于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時由于橫向落差，此時實際上不為平面滲流，但計算仍按平面滲流計算，近似認為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實際不會形成逸出點，計算時假定浸潤線