【正文】 從建筑材料上說(shuō)，均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 24 24 . 均質(zhì)壩 壩體材料單一，施工工序簡(jiǎn)單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少壩體的滲流量，此外壩體和 壩基、岸坡及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長(zhǎng)，可簡(jiǎn)化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會(huì)減少，工期延長(zhǎng)，故在寒冷和多雨地區(qū)的使用受限制，故不選擇均質(zhì)壩。 .、 多種土質(zhì)壩 該壩型顯然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內(nèi)的當(dāng)?shù)馗鞣N筑壩；土料用量較均質(zhì)壩少，施工氣候的影響也相對(duì)小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復(fù)雜，施工干擾大，故也不選用多種土質(zhì)分區(qū)壩。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 25 25 、 斜墻壩 斜墻壩與心墻壩，一般的優(yōu)缺點(diǎn)無(wú)顯著差別，粘土斜墻壩沙礫料填筑不受粘土填筑影響和牽制，沙礫料工作面大，施工方便；考慮壩址的地質(zhì)條件，由于壩基有破碎帶和覆蓋層，截水槽開挖和斷層處理要花費(fèi)很多時(shí)間，并且不容易準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)，斜墻截水槽接近壩腳，處理時(shí)不影響下游沙礫料填筑，處理壩基和填筑沙礫料都有充裕的時(shí)間，工期較心墻壩有把握；土料及石料儲(chǔ)量豐富，填筑材料不受限制。 、 心墻壩 心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過(guò)本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn) 生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；使其因壩主體的變形而產(chǎn)生裂縫的可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對(duì)小，粘土心墻冬季施工時(shí)暖棚跨度比斜墻小。移動(dòng)和升高較便利。 綜合以 上分析，最終選擇心 墻壩 。 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(shè)備。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 26 26 10． 壩頂寬度 壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，同時(shí)還要考慮防汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)資料，壩高 H 在 30－ 100m 的范圍內(nèi)時(shí)，壩頂?shù)膶挾茸钚∪?H/10，并水小于 5m。最終本設(shè)計(jì)的壩頂寬度取為 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(yùn) 用情況、地基條件、施工方法及壩型等因供素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再通過(guò)計(jì)算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)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(shí)際結(jié)合，上游上部坡率取 ，下部取 ，下游自上而下分別取 ， ，下游每 25m 變坡一次。 在壩坡改變處，尤其在下游坡，通常設(shè)置 － 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(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用，考慮這些因素其寬度取為 。 、 坡頂高程 壩頂高程分別按設(shè)計(jì)工況、校核工況及正常加震情況下的三種方案來(lái)計(jì)算大壩的高程，最后計(jì)算出數(shù)據(jù)取量大值，同時(shí)并保留一定的沉降值。壩頂高程在水庫(kù)正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 27 27 有足夠的超高，以保證水庫(kù)不漫頂，其超高值 d 按下式而定： d=hB+e+a 式中 hB—— 波浪沿著壩坡的爬高（ m）； e—— 壩前庫(kù)水因風(fēng)浪引起的壅高； a—— 安全加高（ m），根據(jù)壩的等級(jí)及運(yùn)用情況按下表選用 土壩壩頂?shù)陌踩鸶咧? 運(yùn)用情況 壩的級(jí)別 I II III IV、 V 正常 非常 e=（ Vf） 2 D cosα /H（ cm） 式中 Vf—— 為風(fēng)速（ m/s） D—— 為庫(kù)面吹程（ km）， D＝ 12km； α —— 風(fēng)向與壩軸線方向所成的夾角，α＝ 25176。； H—— 為壩前的水深（ m）； 波浪的爬高可按下述公式計(jì)算： hB＝ （ 2h1） tanθ 式中： h1—— 為波高； K—— 為壩坡的粗糙系數(shù)，塊石取 K＝ － ，混凝土板取 K＝ － ； θ —— 為上游的壩面坡角 ，θ＝ arctan（ 1/）＝ 176。， 2h1=（ 5/4） D（ 1/3） E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 28 28 Vf—— 當(dāng)計(jì)算為設(shè)計(jì)工況時(shí)，風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的 ；當(dāng)計(jì)算為校核工況時(shí)，風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速。 結(jié)果取兩者之大者，并預(yù)留一定的沉降值。結(jié)果見下表，設(shè)計(jì)竣工時(shí)壩頂高程為 2825m。 坡頂高程計(jì)算成果表 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算情況 設(shè)計(jì)情況 校核情況 上游靜水位（ m） 河地變程（ m） 2750 壩前水深 H（ m） 吹程 D（ km） 12 風(fēng)向與壩軸線夾角θ176。 25 風(fēng)浪引起壩前高 e（ m） 風(fēng)速 v（ m/s） 15 15 波高 2h（ m） 護(hù)坡粗糙系數(shù) 上游壩面坡角 176。 波浪沿壩坡爬高（ m） 安全超高 A（ m） 壩頂高程（ m） 壩頂高程加 %沉陷 2825 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 29 29 （ m） Y R e A= + + , 20 cos2 mKV DebgH? 式中： R—— 波浪在壩坡上的最大爬高， m； e —— 最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫(kù)水位高度的最大值， m； 221 .0 1 0 1 0 1 02 9 .8 5 0e ?? ? ?? ??=。 A—— 安全加高， m，根據(jù)壩的等級(jí)和運(yùn)用情況，按 表 11 確定。 mH —— 壩前水域平均水深， 粗略估計(jì)為 50m； K —— 綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（ 6~12） 310?? 之間，計(jì)算時(shí)一般取 10K ??? 。 b—— 風(fēng)向與水域中線的夾角，（ 0 ）； 0VD、 —— 計(jì)算風(fēng)速和水庫(kù)吹程3m / msK、 ； 表 11 安全加高 A （單位： m） 運(yùn)用情況 壩的級(jí)別 1 級(jí) 2 級(jí) 3 級(jí) 5級(jí) 正常 非常 、 壩體排水 本地區(qū)石料比較豐富，采用堆石棱體排水比較適宜，它可以降低壩體浸潤(rùn)線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護(hù)下游壩址免受尾水淘刷，E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 30 30 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，下游校核洪水時(shí)下游水位可由壩址流量水位曲線查得為 最后取 參考以往工程，堆石棱體內(nèi)坡取 1： ，外坡取 1： ，頂寬 ，下游水位以上用貼坡排水。 、 大壩防滲體 大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面。 （ 1）壩體的防滲 壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤(rùn)線控制滲透坡降的要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面要求。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頂，本設(shè)計(jì)允許滲透坡降 [J]＝ 5，上游校核洪水時(shí) 承受的最大水頭為，墻的厚度 B＝ 。參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，斜心墻的頂部寬度取為 5m（滿足大于 3m 機(jī)械化施工要求），粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為 1： － 1： 之間，根據(jù)第十一屆國(guó)際大壩會(huì)議上瑞典和南斯拉夫等論文介紹，斜心墻的上游坡度為 1： － 1： 之間較好，最后本設(shè)計(jì)取為 1： ，下游坡度取為 1： ，底寬取 ，大于 。粘土斜心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高 ）并高于校核洪水位為原則，最終取其墻頂高程為 ，墻頂?shù)纳喜款A(yù)留有 的保護(hù)層，并將粘土斜心墻稍斜向上游。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 31 31 、 壩基防滲體 河床中部采用瀝青混凝土防滲墻，兩岸坡同樣用混凝土防滲墻，厚度取 （由強(qiáng)度和防滲條件定），防滲墻伸入心墻的長(zhǎng)度由接觸面允許滲透坡降而定。上下游最大水頭差為 （正常水位時(shí)），取[J]＝ ，則 L＝ ＝ ，設(shè)計(jì)伸入 。 這樣接觸面長(zhǎng)度為 2 +＝ ，防滲墻位置在心墻底面中心中部偏上，岸坡混凝土防滲墻底厚沿岸坡，逐漸變化，大壩的剖面圖如下圖所示： 1 設(shè)計(jì)洪水與校核洪水 本河流屬典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，設(shè)計(jì)洪峰流量取 100 年一遇，即 Q 設(shè)＝ 1680m3/S，（ p＝ 1%），校核洪峰流量取 2022 年一遇，即 Q 校＝ 2320m3/s，（ p＝ %）。采用以洪峰控制的同倍比放 大法對(duì)典型洪水進(jìn)行放大，得設(shè)計(jì)洪水與校核洪水過(guò)程線。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 32 32 設(shè)計(jì) 計(jì)算 書 第四部分 :調(diào)洪演算 1 調(diào)洪演算與方案選擇 、 泄洪方式及水庫(kù)運(yùn)用方式 本樞紐攔河大壩初定為土石壩，需另設(shè)壩外泄水建筑物。由于壩址兩岸山坡陡峻，如采取開敞溢洪道的方案，可能造成開挖量太大而不經(jīng)濟(jì)，因而采用隧洞泄洪， 并考慮與施工導(dǎo)流結(jié)合。 水庫(kù)運(yùn)用方式：洪水來(lái)臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來(lái)流量，水庫(kù)保持汛前限制水位不變，當(dāng)來(lái)水流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。 流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。 E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 33 33 、 防洪限制水位的選擇 防洪限制水位取與正常水位重合 ，這是防洪庫(kù)容與興利庫(kù)容全不結(jié)合的情況，因?yàn)樯絽^(qū)河流特點(diǎn)是暴漲暴 落，整個(gè)汛期內(nèi)大洪水隨時(shí)都可能出現(xiàn)，任何時(shí)刻都須留一定的防洪庫(kù)容是必要的。 、 調(diào)洪演算 本設(shè)計(jì)擬訂四組方案進(jìn)行比較，調(diào)洪演算成果見下表 調(diào)洪演算成果表 方案 孔口尺寸 工況 Qm3/s V(106m3) 上游水位 z 超高 z 一 △ z=2810m B=7m 設(shè)計(jì) 565 398 校核 669 420 二 △ z=2809m B=7m 設(shè)計(jì) 648 398 校核 740 418 三 △ z=2810m B=8m 設(shè)計(jì) 653 397 校核 750 413 四 △ Z=2811m B=8m 設(shè)計(jì) 600 399 校核 698 421 、 方案選擇 以上方案均能滿足泄流量 Q900m3/s，上游水位最高△ Z 的E 江 水 利 土 石 壩 樞 紐 工 程 設(shè) 計(jì) 34 34 要求，從這個(gè)角度上看四種方案都是可行的，因而方案的選擇就應(yīng)該通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定，同時(shí)也應(yīng)結(jié)合導(dǎo)流問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，△ Z 大壩增高，從而壩的工程量加大； B大則增加隧洞的開挖及其他工程量，而 Q/B 越大 ， 消能越困難，襯砌要求也高。后兩種方案量 Q/B 的水頭較小，可降低閘門及其啟閉設(shè)備的造價(jià)，但△ Z， B 較大，主體工程量較大故而不予 采用，第一方案與其它方案比較雖然超高△ Z 較大，但流量 Q 較小，水頭 H 也較小，故采用第一方案。即堰頂高程△ Z＝2810m，溢流孔口凈寬 B＝ 7m，設(shè)計(jì)水位 ，校核水位 ，設(shè)計(jì)泄洪流量 565m3/s，校核泄洪流量 669m3/s 13 滲流計(jì)算 、 滲流計(jì)算的基本假定 、 心墻采用粘土料，滲透系數(shù) 10 /k cm s??? ,壩殼采用砂土料，滲透系數(shù) 10 /k cm s??? ,兩者相差 410 倍，可以把粘土心 墻看做相對(duì)不透水層，因此計(jì)算時(shí)可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。 、 土體中滲流流速不大，且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律平均流速 v 等于滲透系數(shù)Ｋ與滲透比降 i 的乘積， v=K?i； 、 發(fā)生滲流時(shí)土體的空隙體積不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。 2. 滲流計(jì)算條件： 滲流 計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮以下組合情況，取其最不利情況作為控制條件：E 江 水 利