【文章內(nèi)容簡介】 表28 P=%調(diào)洪演算過程時(shí)間t（h）入庫洪水量Q(m3/s)時(shí)段平均Q1+Q2/2(m3/s)下泄流量q(m3/s)時(shí)段平均下泄流量q1+q2/2(m3/s)時(shí)段內(nèi)水庫存水量變化▽V(104m3)水庫存水量V(104m3)水庫水位Z(m)00 0 02071811 2 3 6 5 44 53 第三章 壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 壩軸線的選擇根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274——2001）的規(guī)定，壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。壩軸線應(yīng)因地制宜。宜采用直線。當(dāng)采用折線時(shí)，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。根據(jù)樞紐工程壩址所在地形，擬選兩條壩軸線進(jìn)行比較。南山水庫水利樞紐工程壩軸線比較如表31所示：表31南山水庫水利樞紐工程壩軸線比較表壩軸線11壩軸線22壩軸線地形地質(zhì)條件11壩軸線位于河道的中段，兩岸山體厚實(shí)，河谷較22壩軸線窄，河谷基巖完整而堅(jiān)硬，風(fēng)化層薄，巖石穩(wěn)定。22壩軸線位于河道的首段，為河谷收縮段。河谷較11壩軸線寬，左岸地形為一凹進(jìn)河岸的山谷，對壩體布置不利。河床基巖尚屬完整而堅(jiān)硬，風(fēng)化層較薄，越往下游基巖巖性越好。壩型擋水建筑物為土石壩。擋水建筑物為土石壩。壩基處理方式11壩軸線處兩岸山體厚實(shí)，巖性良好，風(fēng)化層薄，地基處理工程量及填筑工程量較22壩軸線小。22壩軸線附近沖谷多切深，于此建壩壩肩巖體單薄，填筑工程量較11壩軸線大。樞紐布置壩址左岸有埡口，可布置溢洪道，右岸埡口巖石風(fēng)化較深，強(qiáng)度較差，可在右岸布置導(dǎo)流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、電站廠房。壩址區(qū)有左右兩個(gè)埡口，左岸埡口，可布置溢洪道，右岸埡口巖石風(fēng)化較深，強(qiáng)度較差，可在右岸布置導(dǎo)流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、電站廠房。施工條件兩岸山體厚實(shí)，土料填筑量較少，施工時(shí)間較短。需要填筑大量土料，施工時(shí)間較長。總工程量較22壩軸線小。較11壩軸線大。工程總投資較22壩軸線小。較11壩軸線大。經(jīng)以上兩方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，11壩軸線較22壩軸線優(yōu)越，所以選擇11壩軸線為最終的壩軸線。 壩型的選擇壩型一：重力壩重力壩是一種古老而且應(yīng)用廣泛的壩型,它因主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定而得名。重力壩的結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,抗御洪水能力強(qiáng),抵抗戰(zhàn)爭破壞等意外事故的能力強(qiáng),工作安全可靠,至今仍廣泛使用。 重力壩的工作原理 重力壩的工作原理是在水壓力及其他荷載的作用下,主要依靠壩體自身重量在滑動面上產(chǎn)生的抗滑力來抵消壩前水壓力,以滿足穩(wěn)定的要求,同時(shí),也靠壩體自重在水平載面上產(chǎn)生的壓重力來抵消由于水壓力所引起的拉重力,以滿足強(qiáng)度的要求。其基本剖面為上游近于垂直的三角形剖面,眼垂直軸線方向常沒永久伸縮縫,將壩體分成若干獨(dú)立工作的壩段,壩體剖面較大。 重力壩的特點(diǎn) 重力壩之所以能長久地被采用，主要是因?yàn)樗哂幸韵聨状髢?yōu)點(diǎn)：。重力壩的斷面大,筑壩材料抗沖刷能力強(qiáng),適用于在壩頂溢流和壩身設(shè)置泄水孔。在施工期可以利用壩體或底孔導(dǎo)流。樞紐布置方便一般不需要另設(shè)河岸溢洪道或洪隧洞。在意外情況下,即使從壩頂少量過水,一般也不會招致壩體失事； ,結(jié)構(gòu)簡單,施工技術(shù)比較容易掌握。壩體板樣,立模和混凝土澆筑和振搗都比較方便,有利于機(jī)械化施工；，應(yīng)力較小，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗水的滲漏、洪水漫頂、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強(qiáng)； 、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)任何形狀的河谷都可以修建重力壩，因?yàn)閴误w作用于地面上的壓應(yīng)力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低； ，也可以在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊；f．結(jié)構(gòu)作用明確重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干段，各壩段獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力分析和穩(wěn)定計(jì)算都比較簡單。 但是，重力壩也有下面一些缺點(diǎn)： a．壩體剖面尺寸大，水泥用量多；b．壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮； c．壩體與地基接觸面積大，因而壩底的揚(yáng)壓力較大，對穩(wěn)定不利。 d．壩體體積大，施工期混凝土的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力較大，在施工期對混凝土溫度控制的要求較高。壩型二：拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，借助拱的作用將水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。與重力壩相比，在水壓力作用下壩體的穩(wěn)定不需要依靠本身的重量來維持，主要是利用拱端基巖的反作用來支承。拱圈截面上主要承受軸向反力，可充分利用筑壩材料的強(qiáng)度。因此，是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性都很好的壩型。拱壩特點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：拱壩利用拱的作用將荷載傳至兩岸，充分利用了材料的搞壓性能，故拱壩可做得比較薄，大大節(jié)省混凝土方量，從而節(jié)省造價(jià)。此外，拱壩還可以在壩身開孔解決泄流問題，不需另外修建溢洪道，壩體重量輕，抗震性能好。(2)缺點(diǎn)：幾何形狀復(fù)雜，施工難度大。施工導(dǎo)流需一次斷流，工另開導(dǎo)流隧洞。拱壩主要的缺點(diǎn)是對壩址河谷形狀及地基要求較高。地質(zhì)條件建造拱壩的地形條件是左右兩岸對稱，岸坡平順無突變，砰面上為向下流收縮的峽谷地段，如V形和U形河谷。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。理想的地質(zhì)條件是基巖均勻單一、完整穩(wěn)定、強(qiáng)度高、剛度大、透水性小和耐風(fēng)化。此外，拱壩要求兩岸壩座附近河岸邊坡巖體穩(wěn)定，整體性好，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層，在荷載作用下不產(chǎn)生大的壓縮變形。壩型三：土石壩土石壩特點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)： ，節(jié)省鋼材﹑水泥﹑木材等建筑材料，減少了建壩過程中的遠(yuǎn)途運(yùn)輸。 ，便于維修和加高﹑擴(kuò)建。c．壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，因此對地基的要求低。 d．施工技術(shù)簡單，工序少，便于組合機(jī)械快速施工。 (2)缺點(diǎn)：壩身一般不能溢流，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等。地質(zhì)條件：土石壩能夠適用各種地質(zhì)條件綜上所述，根據(jù)南山水庫地質(zhì)條件及附近建筑材料，發(fā)現(xiàn)重力壩及拱壩地形地質(zhì)條件不適宜，而土石壩能適應(yīng)各種地質(zhì)條件且附近有足夠的建壩材料，因而選用土石壩為建壩壩型。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(shè)計(jì)壩型應(yīng)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。因此考慮均質(zhì)壩方案是不宜采用的。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩主要有斜心墻壩、心墻壩、斜墻壩和多種土質(zhì)壩等類型。斜心墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部，兩側(cè)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(shí)斜心墻與壩體同時(shí)填筑，相互干擾較大。斜墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)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(yīng)不均勻沉降的性能不如斜心墻壩。由于該工程所在地區(qū)為地震烈度定為小于6度，故不宜采用斜墻壩。多種土質(zhì)壩施工工序復(fù)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豐富，為就地取材不宜采取該壩型。綜合考慮地形地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件和綜合效益等因素，最終選擇粘土心墻土壩方案。 樞紐布置南山水庫水利樞紐工程的主要建筑物有：擋水建筑物：土石壩。泄水建筑物：溢洪道。水電站建筑物：引水隧洞，電站廠房，開關(guān)站等。放空建筑物：有壓放空隧洞。根據(jù)工程具體情況，初步擬定了兩個(gè)樞紐布置方案進(jìn)行比較：方案1：溢洪道布置在左岸埡口，引水隧洞、電站廠房、有壓放空隧洞布置在右岸。圖49 樞紐布置方案1示意圖方案2：溢洪道布置在右岸埡口，引水隧洞、電站廠房、有壓放空隧洞布置在左岸。圖410 樞紐布置方案2示意圖壩址處兩岸均有埡口，可布置溢洪道。右岸埡口，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石風(fēng)化較深，強(qiáng)度也差。左岸埡口相對右岸較寬，開挖工程量明顯小于右岸。對隧洞工程而言，整個(gè)地區(qū)地質(zhì)條件都較好，但在就左右兩岸比較來看，則隧洞位置以放在右岸時(shí)洞線較短。綜合上述分析，本設(shè)計(jì)最終采用方案1進(jìn)行樞紐布置。第四章 大壩剖面確定土石壩的剖面設(shè)計(jì)包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡以及心墻的斷面尺寸。壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值:。； 。土壩壩頂高程=水庫靜水位（設(shè)計(jì)水位或校核水位）+壩頂超高y超高值y由下式確定： y=R+e+A （41）式中：y：壩頂超高，m；R：最大浪在壩坡上的爬高，m；e：最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值，m；A：安全加高，m；根據(jù)壩的等級和運(yùn)用情況，按表41確定。 表41 安全加高A 單位：m計(jì)算情況壩的級別1235設(shè)計(jì)校核山區(qū)、丘陵區(qū)平原、海海區(qū)波浪爬高確定波浪爬高R，它與壩前的波浪要素（波浪和波長）、壩坡坡度、坡面糙率、壩前水深、風(fēng)速等因素有關(guān)。波浪爬高R的計(jì)算，土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范推薦采用蒲田試驗(yàn)站公式，七具體計(jì)算方法如下。（1） 計(jì)算波浪的平均爬高Rm。當(dāng)壩坡系數(shù)m=～，平均爬高Rm為 （42）式中： ：斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護(hù)面類型查表42； ：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速W、壩前水深Hm、重力加速度g所組成的無維量按表43確定； m：單坡的坡度系數(shù)，若單坡角為α，則m=cotα； hm、Lm：平均波高和坡長，m。表42 糙率及滲透系數(shù)護(hù)面類型護(hù)面類型光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）砌石護(hù)面～混凝土板護(hù)面拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）～草皮護(hù)面～拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)）～表43 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)≤1≥1蒲田試驗(yàn)站的波高和波長計(jì)算：1） 平均波高h(yuǎn)m用公式（43）計(jì)算，即 （43）式中符號意義同前。注：雙曲正切函數(shù)thx（或tanhx）的計(jì)算公式 2）平均波長Lm由平均周期Tm和平均水深Hm按下述理論公式計(jì)算，平均周期為 （44） 當(dāng)時(shí)，稱為深水波，其波長與周期有關(guān)，即 （45）當(dāng)時(shí)，稱為淺水波，其波長與周期和水深都有關(guān),即 （46）當(dāng)時(shí)，式（43）可簡化為： (47)（2） 計(jì)算設(shè)計(jì)爬高值R。不同累計(jì)頻率的爬高Rp與Rm的比，可根據(jù)爬高統(tǒng)計(jì)分布表44確定。表44 爬高統(tǒng)計(jì)分布（Rp/Rm值）P(%)hm/H12451015203050～設(shè)計(jì)爬高值按建筑物級別而定，對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級土石壩取累計(jì)頻率P=1%的爬高值R1% ；對于Ⅳ、Ⅴ級壩取P=5%的R5% 。當(dāng)風(fēng)向與壩軸的法線成一夾角β時(shí)，波浪爬高應(yīng)乘以折減系數(shù)Kβ，其值由表45確定。表45 斜向波折減系數(shù)Kββ（o）0102030 405060Kβ1風(fēng)雍高度風(fēng)吹的雍高： （48） 式中:K：綜合摩住阻系數(shù)，其值變化在（～）106之間，計(jì)算時(shí)一般取K=106；Hm：壩前水域平均水深；β：風(fēng)向與壩軸垂線的夾角，（o）；W:計(jì)算風(fēng)速，m/s；正常運(yùn)行條件下的2級壩，～，正常運(yùn)行條件下的5級壩，非常運(yùn)行條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速；D：風(fēng)區(qū)長度或吹程，m。土石壩壩頂寬度根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274——2001）要求高壩的最小頂寬為10—15m，中低壩為5—10m。壩頂寬度必須考慮心墻或斜墻頂部及反濾層布置的需要。本樞紐中壩頂設(shè)有公路，可取為10m。土石壩的邊坡通常都設(shè)計(jì)成直線形或折線形，前者用于高度較低的土石壩，后者用于高度較大的土石壩，本設(shè)計(jì)中擋水建筑物土石壩高度約為50m，屬于中壩，所以應(yīng)采用折線形設(shè)計(jì)。對于較高的土石壩，上下游邊坡從坡頂?shù)狡碌卓梢苑譃閹锥?，各段采用不同的坡率值，通常是沿邊坡高度每?