【文章內容簡介】 4校核洪峰流量Q校 = 2420m3/s（P=%）481216229920244 調洪演算結果與方案確定 調洪演算的結果本設計中擬定三組方案進行比較，成果見表21。表21 調洪演算成果方 案孔口尺寸（m）工 況Q(m3/s)上游水位Z(m)超高?Z(m)1209。∩=2810mB=8m設計校核6637572209。∩=2811mB=9m設計校核6807683209?！?2812mB=9m設計校核617702注： 1．發(fā)電引水量Q= m3/s，與總泄量相比較小，調洪演算未作考慮，僅做安全儲備，?Z為正常蓄水位以上超高。2．泄洪隧洞出口可以做成擴散段，使單寬流量q100m3/s，滿足下游抗沖要求。 方案的選擇從調洪演算的結果可以得出，假設的三組方案均能滿足下泄流量Q900 m3/s及上游水位超高?Z。一般上游水位超高?Z越大，大壩就要增高，致使大壩整體工程量也將加大，與此同時下泄流量Q過小對泄洪不利也不經濟。因此，采用第一種方案。即堰頂高程209?！?2810m，每個溢流孔凈寬b=8m。，設計泄洪量663m3/s；校核洪水位 ，校核泄洪量 757 m3/s。第三章 壩型選擇及樞紐布置概述 壩型選擇影響壩型選擇的因素有以下幾點：壩址附近的建筑材料、地形、地質條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。通過綜合分析對比來選定技術上可靠、經濟上合理的壩型。本設計可供選擇的有拱壩、重力壩、土石壩。 （1）拱壩2）對于拱壩，具有以下特點（1）具有雙向傳力的性能，在拱壩中一部分荷載經過拱的作用傳遞給兩岸巖體，另一部分荷載經過豎直懸臂梁的作用傳遞給壩底基巖。（2）拱和相同高重力壩相比一般可節(jié)省工程量的1/3～2/3，節(jié)省材料，減小造價，增加工程效益。（3）拱壩具有較高的超載能力。（4）拱壩具有輕韌、彈性和整體性好的特點，能借助巖基對地震動能的吸收，還具有較強的抗震能力。（3）重力壩重力壩一是利用壩體自重在水平面上產生壓應力來抵消由于水壓所引起的拉應力；二是依靠把體自重在壩基面上產生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩(wěn)定要求以滿足強度要求。重力壩的壩型特點有：（1）重力壩對地質、地形條件適應性強。因為壩底壓應力不高，所以其對地質條件要求較低。（2）重力壩結構作用明確。因為橫縫將重力壩分成若干壩段，各壩段可以獨立工作，所以重力壩結構作用明確。（3）重力壩的剖面尺寸往往因為穩(wěn)定和壩體拉應力強度條件控而做得較大。（4）由于重力壩壩體體積較大，致使施工期混凝土收縮應力也較大，為防止發(fā)生溫度裂縫，施工時對混凝土溫度控制的要求也相對較高。（4）土石壩土石壩的壩型優(yōu)點：（1）土石壩可就地取材，施工靈活，技術方便。（2）土石壩對地質、地形條件要求低，任意不良地基經過妥善處理后都可以筑土石壩。本工程壩址四周河谷地形平坦，原材料的取材和運輸都比較方便，綜合多種因素考慮，最終選擇土石壩方案。樞紐建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、水電站建筑物組成。 擋水建筑物部分 擋水建筑物是土石壩。樞紐布置圖見下圖31所示。圖31 土石壩樞紐布置圖第四章 大壩設計概述 土石壩壩型選擇土石壩壩型選擇應該根據整個地形的工程量、投資的工期、筑壩材料、地形地質條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求等各種因素綜合起來來進行研究比較，最后選定技術上可靠、經濟上合理的壩型。 均質壩均質壩有一下幾個特點：材料單一；施工便捷；但是剖面大，壩坡平緩；而且粘性土料受天氣影響大，壩體孔隙水壓力較大；雨季冬季施工較為不太方便；并且沒有足夠合適的土料來做均質壩。設計若采用均質壩，則壩體剖面尺寸較大，使得土料的抗剪強度降低，且工程量較大。由于壩區(qū)缺少防滲土料，且年平均氣溫較低，故不宜采用土質防滲體材料壩。 堆石壩堆石壩壩坡較陡，剖面小，造價低，施工干擾相對較小，施工速度快，抗震性能好，工程量小。然而在作堆石壩的時候可能導致大量開挖，所以不宜采用堆石壩方案。 面板壩面板壩整個壩體都是受力結構。并且面板壩的填筑量是所有土石壩中最小的。沒有防滲體的粘性土填方，所以施工受氣候影響較小，施工干擾也較小，可以全年持續(xù)施工。由于面板壩抗震能力差，在本此畢業(yè)設計中地壩址地區(qū)地震烈度為7度，因此不能選用面板壩方案。 本設計采用瀝青混凝土心墻壩該壩型工程量小，施工方便，攔洪度汛簡便。瀝青混凝土心墻的優(yōu)越性表現在嚴寒地區(qū)、高山地帶等不便捷地區(qū)也都可迅速施工，促使工程早日發(fā)揮相應效益。 土石壩剖面的基本尺寸 在設計土石壩剖面時時，一般依據壩高、壩型、壩基筑壩材料等情況，參考已經建成的大壩進行初步分析，通過滲流計算和穩(wěn)定分析來進行檢驗，最終達到確定安全經濟的剖面的目的。 壩頂高程的確定為防止庫水漫溢壩頂，壩頂在水庫靜水位以上應有足夠的波浪超高，見圖41所示。圖41按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SDJ21884）規(guī)定，其值按下式計算：y=R+e+A式中： e風沿水面吹過所形成的水面升高即風壅水面超出庫水位的高度，m； R自風壅水面算起的波浪沿傾斜壩坡爬升的垂直高度，簡稱波浪爬高，m；D水庫吹程，km或m； H沿水庫吹程方向的平均水域深度，初擬時，可近似取壩前水深，m；K綜合摩阻系數， (D以km計) （D以m計）； v計算風速，,正常運用情況下的二級壩采用v= (為多年平均最大風速)，非常運用條件下的各級土石壩采用v=；風向與壩軸垂線的夾角，（176。）；A安全加高。正常情況下，Ⅲ，非常情況下，Ⅲ。Y求得后，壩頂高程應取以下三種工況中最大的一個：(1)設計洪水位+正常運用情況超高。(2)校核洪水位+非常運用情況超高。(3)正常蓄水位+地震安全加高。+正常運用情況超高(1) 計算風壅水面超出水庫水位的高度e:式中：水庫吹程 D=15000m計算風速 v===21 故 (2)計算波浪爬高R：規(guī)范（SDJ21884）建議采用蒲田試驗站統(tǒng)計分析公式來計算R：當壩坡系數m=，波浪平均爬高可以按照下式計算：= 式中: 與壩坡的糙率和滲透性有關的系數,本此畢業(yè)設計中采用的是砌石護面,查資料可知=；Kw 是經驗系數,是由風速v,壩前水深H及重力加速度g組成的無維量=1,資料水工建筑物表52可知Kw=1；m 壩坡系數, 本設計中上游壩坡，m為3； 、平均波高與波長，m。計算平均波高: 可得：計算波浪平均周期： ==計算平均波長：采用我國《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SDJ2178）中的官廳水庫公式：式中2h和2L以米計，D以千米計v==21，D=15km將數據代入公式計算可得： ，判斷為深水波平均波長 ===故 = =對二級土石壩取保證率P=1%的波浪爬高作為設計爬高即R=，查教材《水工建筑物》表53爬高統(tǒng)計分布表可得： 所以設計波浪爬高= =風向與壩軸線的夾角β=，據斜向波折減系數表確定R=m(3) 計算安全加高A：查教材《水工建筑物》表111非溢流堤壩頂的安全超高下限值可知正常情況下二級土壩超高值為1m。故 =R+e+A=++1=所以 設計洪水位+正常運用情況超高=+=+非常運用情況超高(1) 計算風壅水面超出庫水位的高度e: 式中 D=21km H== (2) 計算波浪爬高R：= ,式中字母意義同前， , 查教材水工建筑物表52得Kw=1計算平均波高： 可得：計算波浪平均周期： ==計算平均波長：采用我國《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SDJ2178）中的官廳水庫公式：式中2h和2L以米計，D以千米計v==21，D=15km將數據代入公式計算可得： ，判斷為深水波平均波長 ===故 = =對二級土石壩取保證率P=1%的波浪爬高作為設計爬高即R=，查教材《水工建筑物》表53爬高統(tǒng)計分布表可得： 所以校核波浪爬高= =風向與壩軸線的夾角β=，據斜向波折減系數表確定R=m(3) 計算安全加高A： 查教材《水工建筑物》, 故 = R+e+A=++=所以 校核洪水位+非常運用情況超高=+=+地震安全加高地震安全加高=地震涌浪加高（h）+地震附加沉陷值（s）+安全加高（A）(1) 本次畢業(yè)設計中擬建水庫地震烈度為七度。(2) %倍。(3) 安全加高A， 故 Y=h+s+A=++1=所以正常蓄水位+地震安全加高=+=三種工況的計算對比詳見下表：項目設計+正常運用校核+非正常運用正常+地震上游靜水位河底高程276527652765壩前水深Hm吹程D150001500015000β風速v211414護坡粗糙系數坡度系數m333安全超高A1波浪爬高R1%0壩前壅高e0地震超高00超高y0壩頂高程壩頂高程應該取上面三種工況的最大的一種工況，最大值為: 校核洪水位非常運用情況超高=+=，防浪墻頂部高程可以替代壩頂高程，=，取壩頂高程2827..0m,則 壩高=28272765=62m考慮到壓縮沉陷，土石壩竣工時的壩頂高程=設計高程+壩體施工沉降超高。對于本設計，壩高62米為中型土石壩,%,其值為 62%= ,則壩體竣工時壩頂高程為: 2827+62%= 壩頂寬度壩頂寬度應該滿足反濾過渡層和心墻防滲體頂部布置的基本需要。和大壩穩(wěn)定并沒有很直接的聯系。按照交通、施工、構造、運行、防汛和抗震等基本要求，本設計中確定壩頂寬度為10m。 壩坡壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質等是影響土石壩邊坡的大小的幾個關鍵因素。邊坡的選擇從以下幾方面來決定：(1) 由于水庫庫水位下降的情況下，滲流力的方向指向上游，對上游壩坡穩(wěn)定不利。因此在土料相同的情況下，上游坡相對于下游坡來說應較緩些。(2) 按照受載情況，壩坡應建成上陡下緩的形狀來達到適應愈向底部荷載逐漸增加的特征的目的。所以土石壩上下游坡一般做成變坡，從上往下逐級放緩，每隔10到30米變坡一次。若壩基相對軟弱時，最末一級壩坡宜修建地更緩些，更加有利于壩坡穩(wěn)定。根據工程實踐經驗來擬定上下游壩坡尺寸：應該在上游少設變坡，考慮在高程2796m處設一道，坡率從上往下為1：，1:；下游坡每隔約21m變坡一次，坡率自上而下依次為1：、1：：。變坡處設馬道。本設計的防滲體分為壩體防滲部分和壩基防滲部分。在本此畢業(yè)設計中采用人工材料防滲體中的瀝青混凝土防滲體，瀝青混凝土防滲墻是由一定級配的碎石或卵石、砂、石料和瀝青按一定比例配合，通過熱拌、碾壓等程序后形成的防滲體。有心墻和斜墻兩種形式，本設計采用心墻形式。心墻可以是垂直的或向下游傾斜的，也可以設計成下部垂直、上部傾斜的。垂直心墻防滲面積最小，也最經濟。當壩體高度小于70米時，一般采用垂直心墻。在已建工程中，垂直心墻較多，積累了較豐富的工程經驗。本設計壩高小于70米，故采用垂直心墻。根據德國規(guī)程《大壩和蓄能水庫瀝青防滲》中的相關規(guī)定，瀝青混凝土心墻的厚度至少為最大壩頂高程高的的百分之一。并且最小厚度不能低于50cm。又根據我國瀝青混凝土防滲工程施工技術水平，建議中等高度的壩心墻厚度為5080厘米。本設計采用瀝青混凝土的心墻厚度為80厘米，且厚度不變。 對砂礫石地基處理主要是為了達到保證地基滲流穩(wěn)定的目的。本設計采用混凝土防滲墻，與瀝青混凝土防滲心墻連成整體，連接處宜做成柔性的。在土石壩防滲體后仍有一定量的滲水，因此應該在壩體下游部分設置排水設備。在本此畢業(yè)設計中采用棱體排水。 棱體頂面高程應該高于下游最高水位，超出高度應該不小于波浪爬高，查規(guī)范知，還應該保證壩體浸潤線在下游壩面凍層以之下。，棱體內坡為1：，外坡為1：，在棱體上游壩腳的地方削去銳角，可以使?jié)B流逸出坡降分布得更加均勻。 第五章 土石壩的滲流計算 設計說明 滲流分析在土石壩的剖面尺寸初步擬定之后，為確定經濟可靠的壩體剖面，必須進行滲流分析。 滲流分析方法本此畢業(yè)設計中采用水力學法，水力學法的基本假設如下：① 壩體土料為均質的情況下，壩大壩體內任一點的各方向上的滲透系數K是一樣的，并且為常數；② 滲流為二元穩(wěn)定層流，滲流運動符合達西定律：V=KJ(V為滲透流速，K為滲透系數，J為滲透坡降)；③ 滲流是漸變流，任何過斷面上各點的坡降和流速是一樣的。 典型計算斷面與計算情況對斷面1斷面2斷面33進行滲流計算。左右岸的典型斷面要求壩軸線處壩高為最大壩高的一