【文章內(nèi)容簡介】 導流隧洞相結合對樞紐建筑物進行了布置。 樞紐建筑物平面布置圖6 大壩設計 土石壩壩型的選型影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要影響因素有附近的筑壩材料、地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。本次選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬訂剖面輪廓尺寸，然后對工程量、工期、造價進行比較，最后選定技術經(jīng)濟可靠合理的壩型。本設計限于資料只作定性的分析來確定土石壩壩型。土石壩按其施工方法可分為碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水中倒土壩和水力沖填壩。從地形地質(zhì)條件以及附近建筑材料來看本次設計壩型應選擇碾壓式土石壩。碾壓式土石壩根據(jù)土料配置的位置和防滲體所用材料種類的不同，又分為均質(zhì)壩和土質(zhì)防滲體分區(qū)壩、非土質(zhì)材料防滲體分區(qū)壩。均質(zhì)壩材料單一，工序簡單，但壩坡較緩，剖面大，工程量大，施工易受氣候影響，冬季施工較為不便，壩體空隙水壓力大。從本工程來看，經(jīng)探明壩址附近可筑壩的土料只有190萬m3，遠遠不能滿足均質(zhì)壩填筑土料數(shù)量上的要求，因此從材料上考慮均質(zhì)壩方案是不宜采用的。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩主要有心墻壩、斜心墻壩、斜墻壩和多種土質(zhì)壩等類型。心墻壩土質(zhì)防滲體設在壩體中部，兩側為透水性較好的砂石料，該壩型粘性土料所占比重不大，施工受季節(jié)影響較小，但施工時心墻與壩體同時填筑，相互干擾較大。斜心墻壩和心墻壩基本類似，并且可以改善壩體應力狀態(tài)，能顯著減弱壩殼對心墻的“拱效應”，其抗裂性能優(yōu)于心墻壩和斜墻壩。斜墻壩土質(zhì)防滲體設在上游或接近上游面，該壩型斜墻與壩體施工干擾小，但其抗震性和適應不均勻沉降的性能不如心墻壩。由于該工程所在地區(qū)為地震烈度定為7度，故不宜采用斜墻壩。多種土質(zhì)壩施工工序復雜，相互干擾較大，施工易受氣候影響，在此不予采用。非土質(zhì)材料防滲體壩的防滲體一般有混凝土、瀝青混凝土或土工膜等材料組成，而其余部分由土石料組成，因工程附近建筑材料來源豐富，為就地取材不宜采取該壩型。由上述比較可以看出，斜心墻壩綜合了心墻壩與斜墻壩的優(yōu)缺點，斜心墻有足夠的斜度，能減弱壩殼對心墻的拱效應作用；斜心墻壩對下游支承棱體的沉陷不如斜墻那樣敏感，斜心墻壩的應力狀態(tài)較好，因而最終采用斜心墻壩的方案。 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、防滲體等排水設備。 壩頂高程計算根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274—2001）（以下簡稱“規(guī)范”）規(guī)定，壩頂高程（取其最大值）分別按照正常蓄水位加正常運用條件下的壩頂超高、設計水位加正常運用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運用下的壩頂超高進行計算，因該地區(qū)地震烈度為7186。，故還需考慮正常蓄水位加非常運用時的壩頂超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四種工況最大值，同時并保留一定的沉降值。壩頂高程在水庫正常運用和非常運用期間的靜水位以上應該有足夠的超高，以保證水庫不漫頂，其超高值y按下式計算：式中：R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；e——最大風壅水面高度，m；A——安全加高，m，根據(jù)壩的等級，；根據(jù)“規(guī)范”，計算大壩波浪爬高時，所采用設計風速：，非常運用條件下，采用多年平均最大風速，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，最大吹程為12km。平均波高及平均波長按下式計算：式中：hm——平均波高，m；Tm——平均周期，s；W——計算風速，m/s；D——風區(qū)長度，m；Hm——水域平均水深，m；g——重力加速度，；Lm——平均波長，m。平均波浪爬高Rm參照“規(guī)范”，初步擬定水庫大壩上游壩坡為m=，故波浪平均爬高按“規(guī)范”：式中：——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護面類型為砌石護面確定=；——經(jīng)驗系數(shù)，由風速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無維量，：=；校核條件：=；m——斜坡的坡度系數(shù)。最大波浪在壩坡上的爬高設計值R按2級土石壩取累積概率P=1%爬高值R1%計算。根據(jù)計算該水庫在設計條件下和校核條件下的累積概率P=1%。風浪壅高按下式計算：式中：K——綜合摩阻系數(shù)，計算時一般采用K=106；β——風向與水域中線的夾角；其他符號同前。根據(jù)以上公式及參數(shù)。 壩頂超高計算成果表工 況水位(m)設計風速(m/s)平均波長(m)平均波高(m)平均波浪爬高(m)風浪壅高（m）設計爬高(m)安全加高(m)壩頂超高(m)設計(P=1%) 校核(P=%) 由于水庫所在地區(qū)地震基本烈度7176。，按《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL293—97），水工建筑物抗震計算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震區(qū)的地震涌浪高度，可根據(jù)設計烈度和壩前水深，～，不考慮地震作用的附加沉陷計算。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL2742001），壩頂高程分別按以下運用情況計算，取其最大值：設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高：+＝；正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高：+=；校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高：+=；正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高，再加地震安全加高：++=。 壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通需要、構造要求和施工條件，同時還要考慮防汛搶險、防空、防震等特殊需要。根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定，壩頂無特殊要求時，高壩的頂部寬度可選用10~15m，中低壩可選用5~10m。該水庫擋水大壩壩基高程為2750，大于70m，屬高壩，故綜合各方面因素可取該土石壩壩頂寬度為10m。 壩坡與戧道土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運用情況、地基條件、施工方法及壩型等因素。一般是參考已建成類似工程的經(jīng)驗擬定壩坡，再通過計算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應盡可能使壩坡陡些，以減小壩體工程量。根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實際結合，，下游在2800m、2775m高程處各變坡一次。在壩坡改變處，尤其在下游坡，～2ｍ寬的馬道（戧道）以使匯集壩面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時兼作交通、觀測、檢修之用。 壩體排水由于本地區(qū)石料比較豐富，故采用堆石棱體排水比較適宜，另外采用棱體排水可以降低壩體浸潤線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護下游壩址免受尾水淘刷，并可支撐壩體，增加下游壩坡的穩(wěn)定性。按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位1m為原則，，堆石棱體內(nèi)坡取1:，外坡取1:，下游水位以上用貼坡排水。 大壩防滲體大壩防滲體的設計主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個方面。（1） 壩體的防滲壩體防滲的結構和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤線控制滲透坡降的要求，同時還要滿足構造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求。該壩體采用粘土斜心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而定，本設計允許滲透坡降[J]=5，墻的厚度B﹥，斜心墻的頂部寬度取為5ｍ（滿足大于3ｍ機械化施工要求），粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為1:～1:，有資料研究認為，斜心墻向上游傾斜的坡度為1:～1:，本次設計取為1:，下游坡度取為1:，粘土斜心墻的頂部高程以設計水位加一定的超高（～）并高于校核洪水位為原則，,，并粘土斜心墻頂部向下游傾斜。（2） 壩基防滲由壩址處地質(zhì)剖面圖，可知該壩基為砂礫石地基，對砂礫石地基防滲措施主要有開挖截水槽回填粘土、混凝土防滲墻、帷幕灌漿等措施。從材料來看由于附近粘土材料儲量較少，故不適合采用粘土截水槽，又根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274——2001），80m以內(nèi)的砂礫石地基可采用混凝土防滲墻，由壩址處地質(zhì)剖面圖，該壩基河槽段砂礫石最大層厚為32m，因此該壩基河床中部及兩岸坡均采用混凝土防滲墻，根據(jù)水工建筑物教材，防滲墻伸入壩體防滲體的長度不小于1/10倍壩高，防滲墻布置在心墻底面中部偏上，根據(jù)“規(guī)范”～，岸坡混凝土防滲墻底高程沿岸坡逐漸變化。 大壩最大壩高處剖面尺寸圖 土料設計筑壩土料的實際與土壩結構設計、施工方案以及工程造價有關，一般力求壩體內(nèi)材料分區(qū)簡單，就地、就近取材，因材設計。土料設計主要任務是確定粘壤土的填筑干容重、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最大干容重、最優(yōu)含水量（一般采用25擊，m/m3）。由于最優(yōu)含水量隨壓實功能的大小而變，故在土料的設計中常根據(jù)土料的實際施工機具的壓實功能，選擇相應的最優(yōu)含水量作為填筑土料的含水量。根據(jù)國內(nèi)外的筑壩經(jīng)驗，常將粘土的填筑含水量控制在最優(yōu)含水量的附近，其上下偏離最優(yōu)含水量控制A2%～3%。根據(jù)以上的擊實次數(shù)和擊實功能，得出的多組平均最大干容重和平均最優(yōu)含水量。設計干容重為：式中： ——設計干容重，（ｇ/㎝3）； ——在相應擊實功能下的平均最大干容重，（ｇ/㎝3）；ｍ ——施工條件系數(shù)（或稱壓實系數(shù)）。對于2級高壩，～，～，本設計?。?。粘性土的填筑含水量Ｗ為：Ｗ=ＷP＋ＢＩP 式中：ＷP——土的塑限；ＩP——土的塑性指數(shù)；B——稠度系數(shù)，～，～，本設計取B=。設計最優(yōu)含水量為：用下述公式計算最大干容重作為校核參考：=式中：──土粒的比重；──壓實土的含氣量，。運用下式作校核：≥～式中：──土料場的自然干容重；對2級壩，還應該進行現(xiàn)場碾壓試驗，以便復核，并據(jù)以選定施工碾壓參數(shù)。（2） 計算成果 粘性土料設計成果表料 場12123比重△s最優(yōu)含水量設計干密度(g/cm3)塑限含水量wp填筑含水量w自然含水量%塑性指數(shù)孔隙此e14濕密度ρ(g/cm3)浮密度ρ(g/cm3)內(nèi)摩擦角Φ粘聚力(kpa) 186。 186。 186。 186。28186。滲透系數(shù)k（106cm/s）（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(zhì)、力學性質(zhì)、和化學性質(zhì)也存在一定的差異，土料的采用以“近而好”為原則。根據(jù)上述土料物理力學性質(zhì)從滲透系數(shù)的角度來看均滿足規(guī)范要求，因為根據(jù)筑壩材料的填筑標準規(guī)定，滲透系數(shù)一般對均質(zhì)壩不大于1104㎝3/s，對心墻或斜墻不大于1105㎝3/s。1下和3料場的塑性指數(shù)小于20，從壓的角度宜采用1下和3料場的粘土料，所以可將1下和3料場作為主料場，其余幾個料場作為輔助料場。 壩殼砂礫料設計（1） 計算公式壩殼砂礫料設計指標以相對密實度表示如下：，或式中：emax——最大孔隙比， emax=；emin——最小孔隙比，emin=；e ——填筑的沙、沙卵石、或地基原狀沙、沙卵石的孔隙比，e=； ——沙粒比重；——最大干容重，由試驗求得；——最小干容重，由試驗求得； ——填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的干容重。非粘性土料填筑一般要達到密實狀態(tài)，；對于砂礫石，則依壩的級別而定，在地震區(qū)要求更高。一般沙礫料的干容重KN/m3。（2） 計算成果 砂礫料設計成果表料場4123不均勻系數(shù)43454534大于5mm礫石含量%45484642比重△s設計干容重ra設計孔隙比e保持含水量%5555濕容重ru浮容重r’內(nèi)摩檫角36186。30180。35186。10180。35186。20180。36186。40180。粘聚力0000滲透系數(shù)102cm/s2222（3）砂礫料的選用除料場的不均勻系數(shù)不滿足要求外，其余幾個料場，滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)能滿足要求，故而都可作為筑壩的砂礫料。施工時可考慮上游料填在壩的上游測，下游砂礫料填在下游測，這樣有利于施工，減小相對干擾。從顆粒級配曲線可以看出、料場級配較好，物理力學指標也較高，應優(yōu)先采用。砂礫料場上下游共8處，總量為1850萬立方米，大壩工程在400萬立方米左右。用兩個料場可能數(shù)量不足，可以、料場砂礫料作為輔助之用。 滲流計算土石壩的滲流計算主要確定壩體的浸潤線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測設備提供依據(jù)；同時確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。 計算方法選擇水力學方法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點，將壩體分為若干段，應用達西定理近視解土壩滲流問題，計算假定任一鉛直過水斷面內(nèi)各點滲透坡降均相等。 滲流計算示意圖通過防滲體神流量：通過防滲體后滲流量：其中：K——防滲體滲透系數(shù)，；H——上游水深；H1——逸出水深；B——防滲體有效厚度；α——防滲體等效和傾角；K2——混凝土防滲墻滲透系數(shù)，m/s；T1——下游水深；T——沖積層厚度，取最大值35m；D——防滲墻厚度；K1——防滲體后滲透系數(shù)，2104m/s；KT——沖積層滲透系數(shù)，2104m/s；假設：①不考慮防滲體上游側壩殼損耗水頭的作用；②由于沙礫料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認為不會形成逸出高度；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，此時實際上不是平面滲流，但計算仍按平面滲流計算，近似認