【導(dǎo)讀】實(shí)際問題的訓(xùn)練，也是完成工程師基本訓(xùn)練的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。樞紐工程的內(nèi)容、原則、方法和步驟。鉆研、實(shí)事求是、謙虛謹(jǐn)慎、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的范圍和深入程度，近似于。水利樞紐工程的初步設(shè)計(jì)階段。明確畢業(yè)設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的、任務(wù)和要求。務(wù)并爭取做到重點(diǎn)深入；按照教學(xué)計(jì)劃的規(guī)定，畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作時(shí)間為8周。每個(gè)學(xué)生應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)。備工作，加強(qiáng)計(jì)算性，力爭高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。合格、不合格五級(jí)記分制。答辯不合格者準(zhǔn)許隨下一屆補(bǔ)做。

　　

【正文】 壩的上游邊坡一般有較好的護(hù)坡，最多設(shè)置 12 條馬道。 確定防滲體尺寸時(shí)應(yīng)考慮的因素包括：①防滲墻土料的數(shù)量和施工難易程度；②防滲土科的質(zhì)量，如允許滲透比降、塑性指數(shù)、抗裂性能等；③壩址處的地震烈度；④防滲體下部基巖的性質(zhì)及處理方法；⑤防滲土料的單價(jià)。土質(zhì)防滲體斷面一般上薄下厚，但考慮到機(jī)械化施工的需要，最小厚度不應(yīng)低于 3m。防滲體底部厚度取決于土料的允許坡降，一般可按下表取值。 土料 型式 粘 土 中壤土 斜 墻 心 墻 H/8 H/6 H/5 H/4 如果采用斜心墻，斜心墻的上游坡度一般為 1： — 1： 。 防滲墻的頂部高程應(yīng)高于 設(shè)計(jì)洪水位 — ，且不低于校核洪水位。但心墻與防浪墻連接時(shí)不受限制。心墻頂部應(yīng)有無粘性土料的保護(hù)層，以防心墻凍裂或干縮。保護(hù)層的厚度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乇鶅龊穸然蚋煽s深度而定，但不得小于 。 排水設(shè)施應(yīng)具有充分的排水能力，以保證自由地向下游排出全部滲水；同時(shí)能有效地控制滲流，避免壩體和壩基發(fā)生滲流破壞。此外，還要便于觀測(cè)和檢修。常用的壩體排水型式有： ①棱體排水。是一種可靠的、應(yīng)用廣泛的排水型式，可以降低浸潤線，保護(hù)下游坡角，增加壩體穩(wěn)定性，但石料用量大，費(fèi)用高，與壩體施工有干擾； ②貼坡排水。構(gòu)造簡 單，用料省，施工方便，易于檢修，但不能降低浸潤線，且易因冰凍而失效； ③壩內(nèi)排水?？捎行Ы档徒櫨€，但對(duì)地基不均勻沉陷適應(yīng)性差。 設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、土料、心墻型式等選擇排水型式，也可以將幾種不同的排水型式組合在一起，形成綜合式排水。 (2)滲流計(jì)算。用水力學(xué)法，計(jì)算正常高水位時(shí)最大斷面及各控制斷面的浸潤線及單寬滲流量、總滲流量。滲流計(jì)算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，計(jì)算下列水位組合情況： ①上游采用正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位； ②上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位； ③上游校核洪水位與下游相應(yīng)的 最高水位； ④庫水位驟降時(shí)對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。 (3)壩坡穩(wěn)定計(jì)算。土石壩的壩坡穩(wěn)定計(jì)算需考慮以下幾種有代表性的工況： ①施工期 (包括竣工時(shí) )。該階段粘性土體內(nèi)的孔隙水壓力尚未消散，故需考慮孔隙水壓力對(duì)壩坡穩(wěn)定的影響。在強(qiáng)地震區(qū)，這種作用還要與地震作用的 1／ 2 相結(jié)合； ②穩(wěn)定滲流期。上游為正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位，下游為相應(yīng)水位時(shí)下游壩坡的穩(wěn)定。此時(shí)，地震作用只與正常水位工況相結(jié)合； ③水庫水位降落期?？煽紤]水庫水位自正常蓄水位快速降落到死水位的情況，主要考查不穩(wěn)定滲流對(duì)大壩上游壩坡穩(wěn)定的影響。 設(shè)計(jì) 中用圓弧滑動(dòng)有效應(yīng)力法校核最大壩高斷面的上、下游壩坡的穩(wěn)定，計(jì)算采用列表方法，見本書第二章。按照土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)規(guī)定如表 3— 16。 表 316 土石壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù) 壩的級(jí)別 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ、Ⅴ 正常運(yùn)用條件 非常運(yùn)用條件 I 非常運(yùn)用條件Ⅱ 注：正常運(yùn)用條件系指：①水庫水位處于正常高水位 (或設(shè)計(jì)洪水位 )與死水位之間的各種水位下的穩(wěn)定滲流期；②水庫水 位在上述范圍內(nèi)的經(jīng)常性的正常降落；③抽水蓄能電站水位的經(jīng)常性變化和降落。非常運(yùn)用條件 I系指：①施工期；②校核洪水位下有可能形成的穩(wěn)定滲流期；③水位非常降落；④正常運(yùn)用條件與地震組合。非常運(yùn)用條件 n指非常運(yùn)用條件I的① ③加地震。 表中的安全系數(shù)適用于瑞典圓弧法。對(duì)于 I、Ⅱ級(jí)壩和高壩以及一些比較復(fù)雜的情況，可采用簡化畢肖普方法進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，但其計(jì)算出的安全系數(shù)應(yīng)比表中的規(guī)定值提高 5％ —10％。 (4)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。包括壩頂構(gòu)造、護(hù)坡、反濾、壩面排水。 ①壩頂構(gòu)造。壩頂上游側(cè)一般需設(shè)置防浪墻，防浪墻可用漿砌石或 鋼筋混凝土筑成，墻底應(yīng)和壩體中的防滲體緊密連接。防浪墻高度一般按高出壩頂面 設(shè)計(jì)，防浪墻寬度可取為 。為了排除雨水，壩頂面應(yīng)向兩側(cè)或一側(cè)傾斜，傾斜坡度為 2％ — 3％。 ②護(hù)坡。土石壩的上下游坡面一般均需設(shè)置護(hù)坡。上游護(hù)坡的常用型式為砌石或堆石，護(hù)坡下面應(yīng)按反濾原則設(shè)置碎石或礫石墊層。上游護(hù)坡石塊的大小、級(jí)配和厚度應(yīng)根據(jù)浪壓力的大小及波浪要素進(jìn)行計(jì)算確定，建議的計(jì)算公式為： D== wk w?? ?? hmm m )2(1 2?? 式中 D50—— 石塊平均粒徑 (m)； γ k—— 石塊重度 (t/m3)； γ w—— 水重 度 (t/m3)； ． m—— 坡率； h—— 設(shè)計(jì)波浪高度 (m)，設(shè)計(jì)波浪取累積概率 P=5％的波高，對(duì)重要工程可適當(dāng)提高； K—— 與坡率有關(guān)的系數(shù)，按下表取值。 m K 砌石護(hù)坡的厚度可按下式計(jì)算： t= D/K 式中 t—— 護(hù)坡的厚度 (m)，其余符號(hào)意義同前。 以上砌石護(hù)坡的計(jì)算厚度，均系最大局部波浪壓力下的最大厚度，實(shí)際上最大局部的波浪壓力只作用在一點(diǎn)上，因此壩坡上采用等厚護(hù)坡是不經(jīng)濟(jì)的，一般可在波浪沖擊部位 適當(dāng)厚一些，但在其它部位可薄一些。 下游壩面除排水棱體外需全部護(hù)坡，通常采用干砌石、碎石或礫石護(hù)坡，厚約 ，對(duì)氣候適宜的粘性土均質(zhì)壩也可采用草皮護(hù)坡，草皮厚約 ~。 ③反濾。反濾層一般由 13 層級(jí)配均勻，耐風(fēng)化的砂、礫、卵石或碎石構(gòu)成，每層粒徑隨滲流方向而增大。水平反濾層的最小厚度為 0． 3m，鉛直或傾斜反濾層的最小厚度為 0． 5m。采用推土機(jī)平料時(shí)，最小水平寬度為 3． Om。反濾層的級(jí)配、厚度和層數(shù)應(yīng)通過分析比較，選擇合理的方案。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議 按下述準(zhǔn)則選用 D15/d85≤ 4~5 D15/d15≥ 5 式中 D15—— 反濾料的特征粒徑； d8 d15—— 分別為被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑。 選擇第二層反濾料時(shí)，采用與以上相同的準(zhǔn)則，只是應(yīng)將第一層反濾料作為被保護(hù)土，其余類推。反濾層一般只設(shè)一層，有時(shí)設(shè)兩層，較少用三層。 ④壩面排水。壩面排水的范圍包括：壩頂、壩坡、壩端及壩下游等部位的集水、截水和排水措施。 泄水建筑物設(shè)計(jì) (溢洪道或?qū)Я餍购槎纯蛇x一項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ) (1)溢洪道設(shè)計(jì)。溢洪道設(shè)計(jì)包括水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算。其中水力計(jì)算包括計(jì)算千年洪水 時(shí)泄流能力、水面線和下游消能，校核邊墻高度，驗(yàn)算沖坑是否危及大壩安全。 (2)導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計(jì)。導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計(jì)主要包括計(jì)算千年洪水時(shí)泄流能力、水面線推求和出口消能設(shè)計(jì)，校核無壓洞的凈空及出口建筑物的安全。 導(dǎo)流泄洪洞的工作閘門前為有壓隧洞，故其泄流能力主要由有壓段控制，其泄流量采用孔口出流公式計(jì)算 Q=μω gH2 式中 Q—— 泄流量 (m3／ s)； ω —— 洞身面積 (m2)； Ｈ —— 上下游水位差 (m)； μ —— 流量系數(shù)。 無壓隧洞段的水面線采用水力學(xué)的逐段試算法推求。出口建筑物的安全校核主要是對(duì)挑流消能的挑距、沖坑深度 進(jìn)行計(jì)算，校核其是否滿足要求。 地基處理 常見的砂礫石壩基，其地基承載力一般可以滿足要求，而且壓縮性不大。如壩基土層中夾有松散砂層、淤泥層、軟粘土層，可采取挖除、排水預(yù)壓、振沖加固等措施。在砂礫石地基上建壩的主要問題是進(jìn)行滲流控制，解決方法是做好防滲和排水，如：①垂直防滲設(shè)施，包括：粘性土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕等；②上游水平防滲鋪蓋；③下游排水設(shè)施，包括：水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等。這些措施可以單獨(dú)使用，也可以綜合使用。 各種垂直防滲設(shè)施能比較可靠而有效地截?cái)鄩位鶟B透水流，解決壩基滲 流控制問題。在技術(shù)條件可能而又經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用。垂直防滲設(shè)施的形式可以參照以下原則選用：①砂礫石層深度在 1015m 以內(nèi)，或不超過 20m 時(shí)，宜明挖截水槽回填粘土，對(duì)臨時(shí)性工程則可采用泥漿槽防滲墻；②砂礫石層深度在 60— 70m 以內(nèi)的，可采用混凝土防滲墻；③當(dāng)砂礫石層更深，上述措施難以選用時(shí)，可采用灌漿帷幕，或在深層采用灌漿帷幕，上層采用明挖、回填粘土截水槽或混凝土防滲墻。不論采取何種形式，均宜將全部透水層截?cái)?。懸掛式的豎直防滲設(shè)施，防滲效果較差。 粘性土截水槽是最為常用而又穩(wěn)妥可靠的防滲設(shè)施。一般布置在 大壩防滲體的底部 (均質(zhì)壩則多設(shè)在靠上游 1／ 3 至 1／ 2 壩底寬處 )，橫貫整個(gè)河床并延伸到兩岸。槽身開挖斷面呈梯形，切斷砂礫石層直達(dá)基巖，巖面經(jīng)處理后回填粘性土料，槽下游側(cè)按級(jí)配要求鋪設(shè)反濾料，槽底寬應(yīng)根據(jù)回填土料的容許滲流坡降、與基巖接觸面抗?jié)B流沖后， j 的容許坡降以及施工條件確定。截水槽上部與壩的防滲體連成整體，下部與基巖緊密結(jié)合，形成一個(gè)完整的防滲體系。 深厚砂礫石地基采用混凝土防滲墻是比較有效和經(jīng)濟(jì)的防滲設(shè)施。墻頂插人防滲體內(nèi)的深度應(yīng)大于 1／ 10 壩高，并不得少于 2m。墻厚按施工條件可在 0． 61． 3m 范圍內(nèi) 選用，一般選 0． 8m 左右。 (六 ) 施工導(dǎo)流 本部分內(nèi)容請(qǐng)參考水利工程施工教材相應(yīng)的章節(jié)。 (七 ) 設(shè)計(jì)成果的具體要求 設(shè)計(jì)圖 設(shè)計(jì)圖是畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要成果。要求制圖正確，圖面飽滿，沒有重復(fù)，線條分明，字體工整，尺寸齊全。比例尺及材料符號(hào)等應(yīng)符合《水利水電工程制圖》規(guī)范要求。每個(gè)同學(xué)應(yīng)完成設(shè)計(jì)圖 4張，即：土壩樞紐平面布置圖 1張，土壩斷面圖、上游或下游立視、細(xì)部構(gòu)造圖 2 張，泄水建筑物 (溢洪道或?qū)Я餍购槎?)布置圖 1 張。 設(shè)計(jì)說明與計(jì)算書 設(shè)計(jì)說明與計(jì)算書要求章節(jié)分明，文字簡練通順，字跡工整。應(yīng)寫清楚 計(jì)算過程，有充分的分析論證，并說明計(jì)算條件，計(jì)算方法和成果。要盡量使用表格和附圖表示。 (八 ) Z土壩設(shè)計(jì)說明書編寫參考提綱 第一章 基本資料 第一節(jié) 工程概況及工程目的 第二節(jié) 基本資料 第二章 樞紐布置 第一節(jié) 壩軸線選擇 第二節(jié) 樞紐布置及工程等級(jí) 第三章 壩工設(shè)計(jì) 第一節(jié) 壩型確定 第二節(jié) 擋水壩體斷面設(shè)計(jì) 第三節(jié) 壩體滲流計(jì)算 第四節(jié) 土壩穩(wěn)定計(jì)算 第五節(jié) 細(xì)部構(gòu)造 一、壩體結(jié)構(gòu) 二、壩頂構(gòu)造 三、上下游護(hù)坡 四、反濾層及過渡層 五、排水結(jié)構(gòu) 六、地基處理 七、壩與兩岸的連 接 第四章 溢洪道設(shè)計(jì) 第五章 導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計(jì) (九 ) 建議參考書 (1)水利電力部，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 ($DJ218— 84)，水利電力出版杜， 1985。 (2)水利電力部，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 ($DJ218— 84)修改和補(bǔ)充規(guī)定，水利電力出版社，1993。 (3)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范 (DL 5077— 1997)，中國電力出版社， 1998。 (4)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn) (SL252— 2020)，中國水利水電出版社， 2020。 (5)中華人 民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (DL 5073— 1997)，電力工業(yè)部，1997。 四、思考題 本工程的樞紐布置是如何進(jìn)行的，考慮了哪些因素 ? 壩軸線選擇應(yīng)考慮哪些因素 ?你所采用的壩軸線是如何選取的 ? 本工程的壩型為何選用土石壩 ? 說明本工程樞紐中布置了哪些建筑物 ?各自的作用是什么 ? 本工程的等級(jí)是如何確定的 ?為何對(duì)其分級(jí) ? 在土石壩壩坡穩(wěn)定分析中，如何對(duì)荷載進(jìn)行組合 ? 如何確定土石壩的剖面 (包括上下游邊坡、壩頂高程和壩頂寬度 )? 本工程土石壩的防滲型式是如 何選定的 ?有何優(yōu)缺點(diǎn) ? 土石壩常用的滲流分析方法有哪幾種 ?如何用水力學(xué)方法進(jìn)行壩體滲流分析 ? 土石壩的滲透變形有哪幾種 ?如何防止?jié)B透變形 ? 1進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析時(shí)如何選取土石料的強(qiáng)度 ? 1你用什么方法進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析 ?這種方法有何假定 ? 1如何控制土石料的填筑標(biāo)準(zhǔn)才能保證壩體的安全可靠 ? 1土石壩防滲體土料的基本要求有哪些 ?你是如何選擇的 ? 1土石壩壩體各部分對(duì)土料要求有何不同 ? 1土石壩為何需要設(shè)排水設(shè)備 ?常見的排水設(shè)備有哪幾種 ?你是如何選擇的 ? 1反濾層 的作用是什么 ?如何設(shè)計(jì)反濾層 ? 1過渡層的作用是什么 ?如何設(shè)計(jì)過渡層 ? 1你在設(shè)計(jì)中是如何考慮地震作用的？ 土石壩地基處理的目的是什么 ?說明你所采用的地基處理措施。 2圓弧滑動(dòng)法的基本原理是什么 ?如何確定最危險(xiǎn)滑弧的位置 ? 2如何設(shè)計(jì)壩體的護(hù)坡 ? 2如何控制土石壩的裂縫 ?你在設(shè)計(jì)中考慮了哪些措施 ? 2壩基的防滲措施是如何選擇的 ?這種措施有何優(yōu)缺點(diǎn) ? 2你所選用的泄水建筑物是哪一種 ?說明選擇該種方式的原因。 2請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明壩頂構(gòu)造，并說明這樣布置的原因。 2你是如何設(shè)計(jì) 壩面排水系統(tǒng)的 ?為何這樣設(shè)計(jì) ? 2請(qǐng)說明壩與兩岸建筑物是如何連接的 ? (十 ) 施工組織設(shè)計(jì) 說明書編寫參考提綱 主要由施工平面布置圖、施工進(jìn)度橫道圖、施工組織設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成。 其中 施工組織設(shè)計(jì)參考提綱： 1．編制說明 工程概況 工程內(nèi)容 施工條件 編制依據(jù) 施工目標(biāo) (1) 質(zhì)量目標(biāo) (2) 安全目標(biāo) （ 3）工期目標(biāo)