【正文】 W (%) 孔隙 比 e 濕容重γ w (g/cm3) 浮容重γ b (g/cm3) I下 24186。67ˊ II下 25186。50ˊ I上 23186。17ˊ II上 21186。50ˊ Ⅲ 下 280 （ 3） 土料的選用。已經(jīng)探明上、下游共有 5個(gè)粘土料場，總儲(chǔ)量為 190 萬 m3。因地理位置不同，各料場的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也存在一定的差異，土料的采用以“近而好”為原則 。 Ⅲ 下 料場因其滲透系數(shù) K=30 106cm/s 偏大，其余均可采用，并以“近而好”為原則，選取塑性指數(shù)小于 20（其余均大于 20）的Ⅰ 下 料場為主料場，其余幾個(gè)料場為輔助及備用。 壩殼砂礫料設(shè)計(jì) （ 1） 計(jì)算公式。 壩殼砂礫料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對密實(shí)度表示如下： Dr=(emaxe)/(emaxemin) 或 Dr=(γ dγ min) γ max /(γ maxγ min)γ d 式中： emax 最大孔隙比， emax =△ S/γ min1 emin 最小孔隙比， emin =△ S/γ max1 e 為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的孔隙比 e =△ S/γ d1 △ S 為砂粒比重 γ min、γ max為最小、最大干容重，由試驗(yàn)求得 γ d 為填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂礫石的干容重。 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021）規(guī)定：砂礫石的相對密實(shí)度E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 29 不應(yīng)低于 ,砂的密實(shí)度不應(yīng)低于 ,反濾料宜為 . 因本工程址處地震基本烈度為 7 度 ,根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL20397）要求：對于無粘性土壓實(shí)，要求浸潤線以上材 料的相對密度不低于 ,浸潤線以下材料的相對密度選用 ～ ,對于砂礫料 ,當(dāng)大于 5mm的粗料含量小于 50%時(shí)，應(yīng)保證細(xì)料的相對密度滿足上述無粘性土壓實(shí)的要求，并按要求分別提出不同含礫量的壓實(shí)干密度作為填筑控制標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2） 計(jì)算成果：砂礫石顆粒級配分析見計(jì)算書四， 砂礫料設(shè)計(jì)成果見表 18。 表 63 砂礫料設(shè)計(jì)成果匯總表 料場 比重△ s 內(nèi)磨擦角 凝聚力 C (KPa) 滲透系數(shù)K (102cm/s) 不均勻系數(shù)η 大于 5mm礫石含量(%) 設(shè)計(jì)孔隙比 e 保持含水量W(%) 設(shè)計(jì)干容重(g/cm3) 濕容重γ w (kN/m3) 浮容重 γ b (g/cm3) 1上 35186。10ˊ 0 2 48 5 2上 36186。00ˊ 0 2 46 5 3上 35186。40ˊ 0 2 29 5 4上 36186。30ˊ 0 2 40 5 1下 35186。20ˊ 0 2 38 5 2下 36186。40ˊ 0 2 42 5 3下 35186。50ˊ 0 2 65 5 4下 37186。10ˊ 0 2 45 5 （ 3） 砂礫料的選用。砂礫料場上下游共 8 處，總量為 1850 萬 m3，大壩工程在400 萬 m3左右。施工時(shí)可考慮上游料填在壩的上游側(cè)，下游砂礫料填在 下游側(cè)，這樣有利于施工，減小相對干擾。 3上 料場砂礫料的不均勻系數(shù)不滿足要求 (η =2930)，不作為料場。考慮到筑壩用砂礫料的均勻性，含礫石量控制在 40%左右。如此， 3下 料場的含礫料比其它料場均高得多，不作為砂礫料場。 從顆料級配曲線可以看出 4上 、 1下 料場砂礫料的顆粒級配明顯較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用，作為主料場 ，其余 料場作為輔助和備用料場。 滲流計(jì)算 計(jì)算方法 選擇水力學(xué)法解土壩滲流問題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，計(jì)算 假定任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 30 透坡降均相等。計(jì)算簡圖如下。 通過心墻及地基防滲墻的滲流量 ： qⅠ =K(H2H12)/(2Bsina)+K2(H1T1)T/D 通過下游壩殼和地基的滲流量 ： qⅡ =K1(H12T12)/(2L1)+KT(H1T1)T/（ L+） 式中： K—— 防滲體滲透系數(shù)， K=10 6cm/s； K1—— 砂礫料壩殼的滲透系數(shù)， K1=210 2cm/s； K2—— 砼防滲心墻的滲透系數(shù)，本工程按照 S8設(shè)計(jì)， K2=10 9cm/s； KT —— 地 基 的 滲 透 系 數(shù) ， 河 床 沖 積 層 KT=310 2cm/s ， 岸 坡 風(fēng) 化 層KT=10 3cm/s； H—— 壩前水深； H1—— 逸出點(diǎn)水深； T—— 透水層高度； T1—— 下游水深； D—— 防滲體厚度； L—— 地基滲流長度； L1—— 下游壩殼區(qū)的滲流長度。 假設(shè)： （ 1） 不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用； E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 31 （ 2） 由于砂礫料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水與下游水位相差不是太大，認(rèn)為不會(huì)形成名逸出高度； （ 3） 對于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流 時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零。由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤線末端即為壩趾。 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 對河床中間斷面 0+22左岸 0+07右岸 0+380 的 ① — ① 、 ② — ② 、 ③ — ③ 三個(gè)典型斷面進(jìn)行滲流計(jì)算，斷面大概位置 見下圖 ，計(jì)算主要針對正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水時(shí)進(jìn)行。 滲流計(jì)算斷面位置簡圖 計(jì)算結(jié)果： 具體計(jì)算見計(jì)算書五 —— 大壩滲流計(jì)算書， 計(jì)算成果見表 19。 E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 32 表 64 滲流計(jì)算結(jié)果匯總表 計(jì)算情況 計(jì) 算項(xiàng)目 正常蓄水位 () 設(shè)計(jì)洪水位 () 上游水深H(m) ① — ① ② — ② ③ — ③ 下游水深T1(m) ① — ① ② — ② 0 0 ③ — ③ 0 0 逸出水深H1(m) ① — ① ② — ② ③ — ③ 單位寬度滲流量 p (m3/s?m) ① — ① 10 6 10 6 ② — ② 10 6 10 6 ③ — ③ 10 6 10 6 總滲流量 Q(m3/d) 滲透穩(wěn)定驗(yàn)算 斜心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了，壩殼滲透坡降及滲透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土斜心墻的接觸面本身就按允許坡降設(shè)計(jì)，發(fā)生滲透破壞的可能性也不大。 在斜心墻逸出點(diǎn)，滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。 坡降計(jì)算公式 :J=（ HH1） /B， 滲流逸出點(diǎn)坡降見表 20。 表 65 斜心墻逸出點(diǎn)滲流坡降計(jì)算成果表 斷面 ① — ① ② — ② ③ — ③ 計(jì)算情況 正常 設(shè)計(jì) 正常 設(shè)計(jì) 正常 設(shè)計(jì) 坡降 J E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 33 填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為 5～ 10，故而認(rèn)為滲透坡降滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。 成果分析與結(jié)論 以斜心墻、混凝土防滲墻與兩岸壩肩開挖風(fēng)化巖填以粘土形成粘土截水墻的垂直防滲帶作為防滲措施。總滲流量在正常蓄水位時(shí)為 ，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為。在計(jì)算中并考慮繞壩滲流及基巖透水，防滲墻滲透系數(shù)按理論取值可能偏 小按承受水力梯度抗?jié)B標(biāo)號取為 S8，滲透系數(shù)為 10 9m/s。由于這些因素的存在估計(jì)滲流量會(huì)略有增大，壩的滲透坡降仍滿足設(shè)計(jì)要求。 穩(wěn)定分析計(jì)算 計(jì)算方法 按施工期、穩(wěn)定滲流期、庫水位降落三個(gè)控制時(shí)期核算土石壩的穩(wěn)定。心 (斜心 )墻壩的上下游壩坡滑動(dòng)時(shí)常形成折線滑動(dòng)面。部分浸水的非粘土壩坡，由于水位上下的土料容重不同，有水時(shí) ψ 、 C 值也有所降低，此時(shí)壩坡失穩(wěn)時(shí)最可能的滑動(dòng)面近乎折線。 采用剛體極限平衡法計(jì)算時(shí)， 假定各滑塊體在滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮是一樣的，安全系數(shù)的表示方式為： tgψ 1=tg(ψ 1)Kc ； tgψ 2=tg(ψ 2)Kc ； tgψ 3=tg(ψ 3)Kc 式中：（ ψ 1）、（ ψ 2）、（ ψ 3）為試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 上下游壩 采用 坡折線滑動(dòng)法穩(wěn)定計(jì)算 的簡圖如下 上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表 21。 E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 34 表 66 上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表 部位 組 合 情 況 最小安全系數(shù) Kmin 上游坡 1/3壩高水深 H=26m 死水位 2796m 正常蓄水位 下游坡 正常蓄水 位 設(shè)計(jì)洪水位 校核洪水位時(shí) 安全系數(shù)均滿足要求，正常運(yùn)用情況大于 ， 非正常運(yùn)用情況時(shí) 時(shí)大于 。 穩(wěn)定成果分析 由表 21 可知，大壩上下游壩坡在正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用情況下均能滿足規(guī)范要求，而且 壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮加陡壩坡以節(jié)省工程量。鑒于各種因素考慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡，維持原擬定剖面。 基礎(chǔ)處理 防滲墻方案比選 （ 1） 滲流控制方案。條件允許時(shí)優(yōu)先考慮垂直防滲方案。在透水層較淺 （ 10～15m 以下 ） 時(shí)，可采用回填粘土截水槽方案，由于壩址處河床沖積層平均深 20m，最大達(dá) 32m，施工比較困難而不予采用。又由于河床有孤石，采用鋼板樁也比較困難，造價(jià)也高。帷幕灌漿對沖積層存在可灌性問題。沖擊鉆造孔筑混凝土防滲墻方案，施工快、材料省、防滲效果好，對于這種深度透水層是比較合適的，決定采用這種方案。按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為 。 防滲墻深入河床沖積層，底部嵌入基巖，上部則與斜心墻連接 ,兩側(cè)以高塑性粘土填筑，伸入斜心墻的最大深度確定為 ，底部深入基巖 ， 詳見下文的構(gòu)造設(shè)計(jì)。 （ 2） 防滲墻 的型式、材料及布置。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對于透水深度為 30～ 60m 的情況，采用槽板式混凝土防滲墻外包薄鋼板比較合適，本設(shè)計(jì)采用此型式。 混凝土防滲墻要求材料有足夠的抗?jié)B能力及耐久性，能防止環(huán)境水的侵蝕；有E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 35 一定的強(qiáng)度，滿足壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、剪應(yīng)力等各項(xiàng)強(qiáng)度要求有良好的流動(dòng)性、和易性以便在運(yùn)輸中不發(fā)生離析現(xiàn)象，而且能在水下施工。 防滲墻布置于斜心墻之下，從防滲角度看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一點(diǎn)為好，綜合考慮布置于心墻底面中心偏上。 壩肩處理 壩肩兩岸為覆蓋層及全風(fēng)化巖石，深約 20m，性質(zhì)較差，為良好的透水 料，底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)較好，但由于節(jié)理的作用，透水性也較強(qiáng)。針對以上情況作如下處理：開挖粘土截水槽至法風(fēng)化巖基，基巖與粘土接觸面設(shè)置混凝土齒墻，齒墻與河床部分防滲墻相連，在齒墻下設(shè)置灌漿孔，詳見細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 壩的防滲體、排水設(shè)備 壩體防滲體為斜心墻，斜心墻上下游設(shè)置反濾層；壩基防滲體為防滲墻和粘土截水墻；壩體排水為棱體排水，在排水體與壩體、壩基之間設(shè)置反濾層；下游戧道設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩坡交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡 ， 詳見 附圖 7。 反濾層設(shè)計(jì) （ 1） 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對于被保護(hù)土的第一層反濾料，考慮安全系數(shù)為 ～ ，按太沙基準(zhǔn)則確定，即 D15/d85≤4 ～ 5 D15/d15≥5 式中： D15 為反濾料粒徑，小于該粒經(jīng)土占總土重的 15%； d85 為被保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的 85%； d15 為被保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的 15%。 第二、三層反濾料的選擇也按上述辦法進(jìn)行。 據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，天然砂礫料不能滿足要求，須對砂礫進(jìn)行篩選。 （ 2） 設(shè)計(jì)結(jié)果： 粘土 （ 防滲體周邊 ） 部位：第一層 d50= 厚 20cm 第二層 d50= 厚 30cm E江水利樞 紐工程設(shè)計(jì)說明書 及計(jì)算書 36 排水部位： 第一層 d50=30mm 厚 20cm 第二層 d50=90mm 厚 60cm 護(hù)坡設(shè)計(jì) 上游護(hù)坡用 400mm 厚干砌塊石，因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)；下游壩面直接鋪上200mm 厚的碎石作為護(hù)坡。上游壩坡上做到壩頂，下做到死水位以下，為方便起見，做到 2790m 高程， 細(xì)部構(gòu)造詳見 附 圖 8。 壩頂布置 壩頂設(shè)置 C15