【文章內容簡介】 據(jù)本工程的等別及水工建筑物級別劃分的規(guī)定知，永久性主要建筑物為2級建筑物，如土石壩。永久性次要建筑物為3級建筑物，如溢洪道、灌溉發(fā)電洞、樞紐電站等。臨時建筑物為4級建筑物，如導流泄洪洞、導流圍堰等。第三節(jié) 壩型選擇壩型及影響選擇的因素碾壓式土石壩可分為均質壩、土質防滲體分區(qū)壩和非土質材料防滲體壩三種基本型式。壩型選擇應綜合考慮以下因素，并經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。（1）壩址區(qū)河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特征及地震烈度等地形地質條件；（2）筑壩材料的種類、性質、數(shù)量、位置和運輸條件；（3）施工導流、施工進度與分期、填筑強度、氣象條件、施工場地、運輸條件和初期度汛等施工條件；（4）壩高：高壩多采用土質防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質壩，條件合適時宜采用混凝土面板堆石壩；（5）樞紐布置、壩基處理以及壩體與泄水、引水建筑物等的連接；（6）運行條件：如對滲漏量要求高低，上、下游水位變動情況，分期建設等；（7）壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價。壩型選擇根據(jù)所給出的基本資料，在壩址附近有豐富的土料，且大部分為重、中粉質壤土，可作為防滲材料。壩址上、下游及兩岸灘地又有大量的砂礫料，可作為壩殼材料，同時其它開挖棄料亦可作為壩殼材料。因此大壩壩型將選用土石壩。根據(jù)防滲結構的類型，常見的形式有心墻土石壩、斜墻土石壩、斜心墻土石壩、面板堆石壩及均質壩。從建筑材料上來看，土石壩的形式采用心墻壩、斜墻壩及斜心墻壩均可以。心墻壩是指心墻設在壩的中部，施工時要求心墻與壩體大體同時填筑，因而相互干擾大，影響施工進度。同時心墻可能產生拱效應。斜墻壩指防滲體設在壩體上游面或接近上游面，同心墻相比，斜墻在施工時與壩體的相互干擾小，壩體上升速度快，但斜墻上游坡緩，填筑工程量比心墻大；此外，由于斜墻斜躺在壩體上，對壩體沉降變形的影響較敏感，易產生裂縫，抗震性能亦不如心墻。斜心墻是指心墻設在壩體中央向上游傾斜，斜心墻即克服了心墻壩的施工干擾大和可能產生的拱效應；又克服了斜墻壩對變形敏感等問題。通過以上各方面的比較，選定斜心墻作為此工程的大壩的防滲體。第三章 壩工設計第一節(jié) 土石壩斷面設計土石壩斷面設計的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡度、防滲結構、排水設備的形式及基本尺寸。根據(jù)設計規(guī)范的要求及參照已建工程的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并考慮本工程的具體情況，對本工程的各項數(shù)據(jù)設計如下。壩坡壩坡的確定應根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料的性質、壩所承受以及施工和運用條件等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。根據(jù)給定的基本資料及參照已建壩的經(jīng)驗和資料，選定上、下游壩坡如下：上游壩坡從上而下為：1: 1:下游壩坡從上而下為：1: 1: 1:壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通、運行、施工、構造、抗震、防汛及其他特殊要求，由于在本工程大壩上無特殊要求，因此只要滿足高壩的最小壩頂寬度要求：B＞Bmin=10m，取B=12m。壩頂高程由于土石壩是不允許漫項溢流的，因此壩頂高程由水庫靜水位加上風浪壅水增加高度、壩面波浪爬高及安全超高確定，同時壩頂高程的計算，應同時考慮以下3種情況：（1）設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；（2）校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；（3）正常高水位加非常運用情況的壩頂超高再加地震區(qū)安全超高。壩頂超高按下式計算：Y=R+e+A式中：Y—壩頂在水庫靜水位以上的超高；R—最大波浪在壩坡上的爬高e—最大風壅水面高度；A—安全加高根據(jù)本工程給定的基本資料，按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》SL2742001中關于以上各項的規(guī)定及說明進行計算取值，使得壩頂高程能夠滿足規(guī)定條件壩頂高程的計算成果見表31表31 壩頂高程計算表運用情況靜水位波浪爬高R風壅水面高度e安全加高A壩項超高Y壩頂高程設計+正常校核+非常正常+非常+地震+(地震)為了減少施工工程量，在大壩上游設置防浪墻。驗算：壩頂高程（）＞設計洪水位+，（+=）＞校核洪水位（）滿足了壩頂高程的規(guī)范要求。馬道設置根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）的要求，土質防滲體分區(qū)壩和均質壩上游壩坡宜少設馬道；且馬道寬度應根據(jù)用途確定。根據(jù)以上要求，上游壩坡在上游壩坡變坡處設置1道馬道，高程設在740m處。下游壩坡4道馬道，分別在高程755m、740m、725m、710m處，且在高程755m、740m上的2處馬道處變坡。馬道的寬度設置為2m。防滲體設計壩的防滲體應滿足將滲透坡降、下游壩體浸潤線及滲流量降低到允許范圍內，還要滿足結構和施工的要求。作為為壩的防滲體的材料有土質防滲體和人工材料防滲體，其中用的最多的是土質防滲體。土質防滲體分區(qū)壩的防滲體斷面尺寸應根據(jù)防滲土料的質量（如允許滲透比降、塑性、抗裂性能等），防滲土料的數(shù)量和施工難易程度，防滲體下面壩基的性質及處理措施，防滲土料與壩殼材料單價比值等因素研究確定。設計地震烈度8度、9度的地區(qū)可適當加厚。土質防滲體斷面應滿足滲透比降、下游浸潤線和滲透流量的要求，應自上而下逐漸加厚，；底部厚度，斜墻不宜小于水頭的1/5，心墻不宜小于水頭的1/4。土質防滲體頂部在正常蓄水位或設計洪水位以上的超高，～，～。非常運用條件下，防滲體頂部不應低于非常運用條件的靜水位，并應核處風浪爬高。但當防滲體頂部設有防浪墻時，防滲體頂部調和可不受上述限制，但不得低于正常運用的靜水位。土質防滲體頂部和土質斜墻上游應設保護層，且保護層厚度應不小于該地區(qū)的凍結和干燥深度，還應滿足施工需要。斜墻上游保護層的填筑標準應和壩體相同，其坡度應滿足穩(wěn)定要求。根據(jù)以上要求及本工程的具體情況，防滲尺寸設計的具體情況如下：防滲體采用斜心墻，斜心墻的上游坡度設為1:，下游坡度設為1:。防滲墻的頂部高程，由于大壩壩頂設有防浪墻時，防滲體頂部高程不得低于正常運用的靜水位。防滲墻的斷面設計為自上而下逐漸加厚，頂部的水平寬度設為4m，底部厚度18m。地基處理對于表層的腐殖土，以及可能造成集中滲流和可能發(fā)生滑動的表層土石，如草皮、稀泥等先行清理。由于地基存在沖洪積之砂卵礫石層，故采用混凝土防滲墻。，嵌入基巖。由于防滲墻兩側沖擊層有沉陷，易引起防滲墻頂部心墻與兩側斜心墻的不均勻沉陷，故混凝土防滲墻頂部做成楔形體。同時由于有一部分巖基具有中等透水帶，因此需對此巖基做帷幕灌漿。以滿足地基的滲漏要求。排水設計（1）排水形式的選擇排水形式的選擇必須結合壩基排水的需要及形式，同時根據(jù)下列情況，以技術經(jīng)濟比較確定：1）壩型、壩體填土和壩基土的性質，以及壩基的工程地質和水文地質條件；2）下游有水、無水、下游水位高低和持續(xù)時間，以及泥沙淤積影響；3）施工情況及排水設備的材料；4）筑壩地區(qū)的氣候條件。均質壩和下游壩殼用弱透水材料填筑的土石壩，宜優(yōu)先選用豎式排水，基底部可用褥墊排水將滲水引出。若需要降低壩體內的孔隙壓力，可在上、下游坡不同高度設置壩體水平排水層。由于壩體排水有多種形式，結合本工程的特點及基本情況，選定棱體排水為壩體排水的形式。它的主要作用為能夠降低壩體浸潤線防止?jié)B透變形，而且還可以支撐壩體，增加壩體的穩(wěn)定性和保護下游壩腳免遭淘刷。（2）棱體排水的構造要求棱體排水設計應遵循下列規(guī)定：1）頂部高程應超出下游最高水位，超過的高度，1級、3級、并超過波浪沿坡面的爬高；2）頂部高程應使壩體滑潤線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結深度；3）頂部寬度應根據(jù)施工條件及檢查觀測需要確定，；4）應避免在棱體上游坡腳處出現(xiàn)銳角。根據(jù)以上條件及本工程的實際工程情況，棱體排水的斷面尺寸如下：，頂部高程為710m，棱體的邊坡設為1:。第二節(jié) 壩體的滲流分析一、壩體滲透計算滲流分析的主要目的（1）確定壩體浸潤線和下游出逸點的位置，以便在不同部位正確采用土壤的容重、抗剪強度等物理、力學指標，為壩體穩(wěn)定、應力與變形的計算和排水設備的選擇提供依據(jù)，也為水上、水下分區(qū)設置土料提供依據(jù)。（2）確定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備的尺寸。（3）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸坡降，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）確定庫水位降落時上游壩殼內自由水面的位置，估算由此產生的孔隙水壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析之用。計算情況選擇滲流計算考慮下列水位組合情況：（1）上游正常高水位與下游相應最低情況；（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位；（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；（4）庫水位降落時對上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。本次設計中只考慮前三種情況，第四種情況暫不考慮。滲透分析的計算方法根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）應用水力學法進行計算。計算斷面及公式本次設計不僅對河槽處最大斷面進行滲流計算，而且還左、右岸各取一個斷面進行滲流計算。其計算的基本公式采用：單寬滲流量 q = 浸潤線方程 y = 單寬流量計算由于本工程地基處理中，上層沖積層采用混凝土防滲墻，下層透水性巖基采用帷幕灌漿處理，因此可近似地為不透水地基上的壩體的滲流計算。單寬滲流計算公式：通過斜心墻的滲流量為： q1 = 斜心墻后的滲流量為： q2 = 斜心墻后的浸潤線起點高度為： h0 = 式 中： A1’=+ A3’=+其中：K0—斜心墻粘土滲透系數(shù)；取1106cm/sK —土石壩壩殼料滲透系數(shù)；102cm/sa—斜心墻下游面角度；45176。（1）上游正常高水位與下游相應最低情況其結果列于表32。表32 滲流單寬流量計算表（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位；其結果列于表33。表33 滲流單寬流量計算表（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；其結果列于表34。表34 滲流單寬流量計算表繪制浸潤線（1）上游正常高水位與下游相應最低情況最大斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表35。表35 最大斷面正常高水位情況下浸潤線圖31 正常高水位最大斷面的浸潤線左岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表36。表36 左斷面正常高水位情況下浸潤線圖32 正常高水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表37。表37 右斷面正常高水位情況下浸潤線圖33 正常高水位右岸斷面的浸潤線（2）上游設計洪水位與下游相應最高水位最大斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表38。表38 最大斷面設計洪水位情況下浸潤線圖34 設計洪水位最大斷面的浸潤線左岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表39。表39 左斷面設計洪水位情況下浸潤線圖35 設計洪水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表310。表310 右斷面設計洪水位情況下浸潤線圖36 設計洪水位右岸斷面的浸潤線（3）上游校核洪水位與下游相應的最高水位；最大斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表311。表311 最大斷面校核洪水位情況下浸潤線圖37 校核洪水位最大斷面的浸潤線左岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表312。表312 左斷面校核洪水位情況下浸潤線圖38 校核洪水位左岸斷面的浸潤線右岸斷面處：浸潤線方程為：y = x∈(,)，計算結果列于下表313。表313 右斷面校核洪水位情況下浸潤線圖39 校核洪水位右岸斷面的浸潤線二、壩體滲透穩(wěn)定計算滲透計算包括的內容（1）判別土的滲透變形形式，即管涌、流土、接觸沖刷或接觸流失等；（2）判明壩和壩基土體的滲透穩(wěn)定；（3）判明壩下游滲流出逸段的滲透穩(wěn)定。滲透變形形式的判別由于滲透變形的形式主要與土類和土粒級配等因素有關。一般粘性土，土粒間具有一定的粘聚力，而且孔隙很小，在滲流作用下，其破壞形式為流土，但在斜心墻的兩側都設置了反濾層，因此斜心墻的滲透穩(wěn)定是安全的。對于壩殼料，根據(jù)細顆粒含量判別，此法以土體中細顆粒（粒徑d＜2mm）含量Pz作為判別滲透變形的依據(jù)。按照伊斯托明娜的建議，根據(jù)砂礫料顆粒組成知Pz=%，壩體可能發(fā)生流土。由于在壩體滲流逸出處的滲透坡降小于容許坡降，因此壩體的滲透變形是安全的。三、反濾層設計根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）反濾層的材料應該是耐久的、抗風化的砂石料。防滲體下游和滲流逸出處的反濾層應滿足下列要求：（1）使被保護土不發(fā)生滲透變形；（2）滲透性大于被保護土，能通暢地排出滲透水流；（3）不致被細粒土淤塞失效；（4）在防滲體出現(xiàn)裂縫情況下，土顆粒不會被 帶出反濾層，能使裂縫自動愈合。反濾層設計的內容反濾層設計包括掌握被保護土、壩殼料和料場砂礫料的顆粒級配，根據(jù)反濾層在壩的不同部位確定反濾層的類型，計算反濾層的級配、層數(shù)和厚度。反濾層設計根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001）附錄B計算設計反濾層的級配及層數(shù)。對于被保護土的第一層濾料，可用下式確定：D15/d85≤4～5D15/d15≥5其中：D15——反濾料的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d 85——被保護土的粒徑