【正文】 孔口凈寬 B 選的過大，則下泄能力也會加大，故而所需水庫防洪庫容可減小，擋水建筑物所在高度也可減小，淹沒損失也減小；但是隧洞本身造價及工程量會加高。已知本工程允許下泄流量為 900 m3/s，過大的下泄流量為下游抗沖所不能允許。如果堰頂高程?∩取的過高，孔口凈寬 B 取的過小，結(jié)果則與上述相反。 初步方案擬定要得到孔口尺寸與堰頂高程的最佳方案，要在施工技術(shù)可行的前提下，結(jié)合泄水隧洞以及包括攔河壩在內(nèi)的總造價最小來優(yōu)化方案，通過各種可行方案的經(jīng)水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)19濟(jì)類比來決定最終方案。參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，擬定六組孔口尺寸與堰頂高程如下（采用單孔泄洪）： 方案一： ?∩=2812m， B=7m；方案二：?∩=2811m， B=7m；方案三： ?∩=2811m， B=8m；方案四：?∩=2810m， B=8m； 調(diào)洪演算結(jié)果與方案確定 調(diào)洪演算的結(jié)果計(jì)算過程詳見計(jì)算書第一節(jié)，本設(shè)計(jì)中擬定六組方案進(jìn)行比較，成果見表 31。表 31 調(diào)洪演算成果方 案 孔口尺寸 （m） 工 況 Q(m3/s) 上游水位 Z(m) 超高?Z (m)1?∩=2812mB=7m 設(shè)計(jì) 校核5716472?∩=2811mB=7m 設(shè)計(jì) 校核63070628243?∩=2811mB=8m 設(shè)計(jì) 校核7004?∩=2810mB=8m 設(shè)計(jì) 校核770860注： 1．發(fā)電引水量 Q= m3/s，與總泄量相比較小，調(diào)洪演算未作考慮，僅做安全儲備，?Z 為正常蓄水位以上超高。2．泄洪隧洞出口做成擴(kuò)散段，使單寬流量 q100m3/s，滿足下游抗沖要求 。 方案的選擇從調(diào)洪演算的結(jié)果得出，擬定的四組方案均能滿足流量 Q900 m3/s 及上游水位超高?Z 的要求。所以方案的選擇要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定(本設(shè)計(jì)中僅作定性說明) ，同時也應(yīng)考慮與導(dǎo)流隧洞，放空洞“三洞合一”的布置問題。一般?Z 越大，大壩就要增高，大壩整體工程量也將加大，與此同時 Q 過小對泄洪不利也不經(jīng)濟(jì)。故而采用第四種方案，即堰頂高程?∩=2810m，每個溢流孔凈寬b=8m。該方案設(shè)計(jì)洪水位 ，設(shè)計(jì)泄洪量 770m3/s；校核洪水位 ，校核泄洪量 860 m3/s。斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析20水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)21第四章 壩型選擇及樞紐布置概述土石壩壩址及壩型選擇都與樞紐布置密切相關(guān)。針對同一壩址可能有不同的壩型和樞紐布置方案，不同壩軸線也適用于不同的壩型和樞紐布置。必須根據(jù)樞紐綜合利用要求，結(jié)合綜合利用，施工量，地形、地質(zhì)，水利，等條件，選擇不同的壩址和相應(yīng)的壩軸線，擬定不同壩型的各種樞紐布置方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后才能選擇出最好的壩軸線位置和相應(yīng)的樞紐布置合理位置。 壩址及壩型選擇 壩址的選擇壩軸線應(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。壩軸線因地制宜地選定宜采用直線。當(dāng)采用折線時，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。設(shè)計(jì)地震烈度為 8 度，9 度的地區(qū)不宜采用折線。經(jīng)過比較選擇資料地形圖所示河彎地段作為壩址，并擬定ⅠⅠ、ⅡⅡ兩條較有利的壩軸線作為備用壩址的兩個方案，通過以下幾個方面定性地加以比較，最終確定壩軸線位置。 地質(zhì)條件比較ⅠⅠ壩軸線和ⅡⅡ壩軸線均處在以玄武巖為主，間有少量凝灰?guī)r和火山角礫巖穿過的地層中，地質(zhì)條件較相似。但ⅠⅠ剖面，河床中部最大 34m，河床覆蓋層厚平均 20m。壩肩除了 10m 左右范圍的風(fēng)化巖外，其余為堅(jiān)硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。ⅡⅡ剖面出與ⅠⅠ剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，然而底部玄武破碎帶縱橫交錯，滲流比較嚴(yán)重，需要進(jìn)行的地基處理工程量大，增加了造價和延長了總體工期。從地質(zhì)條件角度來比較ⅠⅠ壩軸線方案優(yōu)于ⅡⅡ壩軸線方案。 地形條件比較ⅠⅠ壩軸線方案和ⅡⅡ壩軸線方案都地處中游地段的峽谷地帶，主要地形坡降不大，河床平緩。由于樞紐具有過木要求，所以在樞紐布置中必須考是否適宜于過木。ⅠⅠ壩軸線方案水流流向較平順，壩趾附近無較明顯河道轉(zhuǎn)彎；而ⅡⅡ壩軸線方案壩趾以下不遠(yuǎn)處緊接河道拐彎處，水流不利于過木。所以，從地形條件來比較ⅠⅠ壩軸線方案優(yōu)于ⅡⅡ壩軸線方案。 建筑材料比較斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析22分析地質(zhì)地形圖，ⅠⅠ壩軸線和ⅡⅡ壩軸線附近覆蓋層淺，建筑材料都比較豐富，開采條件較好，而且河谷地地形平坦，附近通有公路，所以開采和運(yùn)輸都相對比較方便。所以，在建筑材料方面不能區(qū)分出兩種方案的優(yōu)劣。 施工條件及工程量比較從地形圖上分析，ⅠⅠ壩軸線方案和ⅡⅡ壩軸線方案在布置內(nèi)外交通運(yùn)輸施工場地、和進(jìn)行施工導(dǎo)流等方面沒有明顯的區(qū)別，兩種方案都是方便施工的。通過比較兩軸線處河寬，發(fā)現(xiàn)ⅠⅠ壩軸線的河寬比ⅡⅡ壩軸線河較窄，這樣可以減小工程量，降低工程總造價。因此，在施工條件及工程量角度，ⅠⅠ壩軸線方案稍優(yōu)于ⅡⅡ壩軸線方案。 綜合效應(yīng)比較對不同壩址選擇，不僅要綜合考慮防洪、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電各部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮對樞紐上下游的生態(tài)影響和庫區(qū)的淹沒損失等，要使得綜合效益最大，有害影響最小。對通過多方面比較ⅠⅠ壩軸線方案稍優(yōu)于ⅡⅡ壩軸線方案。所以 ，綜合考慮以上因素，壩軸線選在 11 剖面處。而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價。 壩型的選擇壩型選擇是大壩設(shè)計(jì)中首先要解決的一個至關(guān)重要的問題，它直接關(guān)系到整個樞紐的工期、投資和工程量。地形、地質(zhì)、氣候、壩高、筑壩材料、施工和運(yùn)行條件等都是影響壩型選擇的重要因素。水利樞紐中的攔河壩的型式主要有：拱壩、支墩壩、重力壩、土石壩及新型壩型如碾壓混凝土壩、面板堆石壩等等。根據(jù)本地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況對以上壩型進(jìn)行分析比較，確定出最適合的壩型。（1）拱壩在平面上拱壩是凸向上游的，它的工作特點(diǎn)是通過拱的力傳遞作用將水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。拱壩首先依靠拱的作用，將力傳遞給拱座；再次是依靠懸臂梁將荷載傳給大壩基巖。拱壩得主要特點(diǎn)有：壩體積相對較小，依靠拱圈作用維持大壩穩(wěn)定，壩的自重作用影響不大；要求河谷形狀呈“V”狀深窄對稱，高寬比要大； 受力條件好，抗震性能好； 超載能力很強(qiáng)，所以安全度較高；地基處理要求嚴(yán)格，施工技術(shù)要求高。所以拱壩對地質(zhì)較理想的條件是建造于深窄對稱的河谷上；對地質(zhì)較理想的條件是巖石盡量質(zhì)地均勻，致密，有足夠的不透水性、強(qiáng)度和耐久性，而且兩岸水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)23拱座基巖完整且堅(jiān)固，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層，邊坡穩(wěn)定。本工程地形河谷較寬，地質(zhì)條件較差：巖石較破碎，強(qiáng)度低，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，壩基透水巖層為中等嚴(yán)重透水層，相對不透水層埋藏很深。如果在此建造拱壩，則壩基開挖工程量龐大，況且大壩的安全性不高，故不選擇建拱壩。（2）支墩壩支墩壩是由支墩和所支承的上游擋水蓋板所組成。泥沙壓力，庫水壓力等荷載由擋水蓋板先傳遞給支墩，再由支墩傳遞給壩基。支墩壩結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，本身應(yīng)力較高，對地基要求也很高，尤其是連拱壩不能適應(yīng)不均勻的地基變形，對地基要求更為嚴(yán)格，支墩壩的側(cè)向穩(wěn)定性差，如受到垂直于河流方向的地震，其抗側(cè)向傾覆能力較差。而本工程地基強(qiáng)度低，且不完整，易產(chǎn)生不均勻沉陷，且壩區(qū)有 7 級地震。所以本工程不選用支墩壩的型式。（3）重力壩重力壩一是利用壩體自重在水平面上產(chǎn)生壓應(yīng)力來抵消由于水壓所引起的拉應(yīng)力；二是依靠把體自重在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達(dá)到穩(wěn)定要求以滿足強(qiáng)度要求。重力壩的壩型特點(diǎn)有：對地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性能較好；壩體結(jié)構(gòu)比較簡單；壩體抗沖刷能力很強(qiáng)；由于壩體與地基的接觸面大，所以受到揚(yáng)壓力也大；重力壩的剖面尺寸大；壩體體積大，澆筑混凝土方量較多，混凝土水化熱高，散熱條件差。較高的混凝土重力壩要求建在巖性地基上，本工程地基承載能力較低，地質(zhì)條件差、已知弱風(fēng)化巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)較小，必然要求增加斷面面積以求穩(wěn)定，所以增加了工程量；其次，用來拌和混凝土的砂礫石料只有在理壩址10~15km 處才有料場，這樣會大大增加運(yùn)輸費(fèi)用，工程造價，不經(jīng)濟(jì)也不合理，故不宜選用建造重力壩。（4）土石壩土石壩的壩型優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運(yùn)行管理方便，工作可靠，便于維系加高；施工方法選擇靈活性大。能適應(yīng)不同的施工方法，且工序簡單、施工速度快，質(zhì)量容易保證；筑壩材料就地取材，節(jié)省大量鋼材、水泥、木材等建筑材料；適應(yīng)地形變形能力強(qiáng)。土石壩三立體結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)地基變形的良好條件，對地基的要求比混凝土壩的低。土石壩壩型缺陷：施工導(dǎo)流不如其它壩型方便，工程造價因而相應(yīng)也增加；由于壩體斷面大，土料填筑質(zhì)量會受氣候影響；土石壩壩頂不能溢流，需另開泄洪隧洞或溢洪道。斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析24本工程壩址附近河谷內(nèi)地地形平坦、采運(yùn)方便和具有質(zhì)量較好且儲量豐富的堆石料，通過對各種不同的壩型進(jìn)行定性分析，綜合考慮地形、地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、綜合效益等因素，最終選擇土石壩（又稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅危┓桨浮?樞紐組成建筑物概述樞紐建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、水電站建筑物組成。 擋水建筑物部分擋水建筑物是土石壩。 泄水建筑物部分泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，均與導(dǎo)流隧洞結(jié)合。 水電站建筑物部分水電站建筑物包括引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房、開關(guān)站等。 樞紐的總體布置 擋水建筑物——土石壩擋水建筑物按直線布置，壩布置在河彎地段上。 泄水建筑物——泄洪隧洞泄洪采用隧洞方案，為縮短長度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利。考慮到電站引水發(fā)電洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為宜。為減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳，進(jìn)出口相距 30~40m 以上。 水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近?？傊?，樞紐布置效果應(yīng)該考慮到方方面面，保證工程效益達(dá)到最理想值。不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。樞紐布置圖見下圖 41 所示。水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)25214。247。179。167。191。184。177。179。167。191。181。209。185。202。210。210。253。203。174。237。182。180。208。185。186。233。203。237。182。180。181。188。193。247。203。237。182。180。197。191。213。182。180。191。170。185。216。213。190。180。187。161。182。206。201。207。176。211。185。171。194。201。207。176。211。185。171。194。201。207。176。211。185。171。194。207。176。185。247。228。198。斜 心 墻 上 游 馬 道下 游 馬 道下 游 馬 道棱 體 排 水 壩 軸 線27849506531065202252001:31::.1::176。211。185。171。194。 2789062702752760D=12m5.163。186。3圖 41 土石壩樞紐布置圖斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析26第五章 大壩設(shè)計(jì)概述 土石壩壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素很多，最主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形地質(zhì)條件、氣候因素、施工條件、壩基處理、抗震要求等。應(yīng)選擇幾種比較優(yōu)越的壩型，擬定剖面輪廓尺寸，進(jìn)而比較工程量、工期、造價，最后選定技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本設(shè)計(jì)限于資料只作定性分析確定土石壩壩型選擇。下面詳細(xì)比較幾種壩型，最終定案。 均質(zhì)壩均質(zhì)壩材料單一，施工簡單，但是壩坡較緩，剖面大，粘性土料受氣候影響大，壩體孔隙水壓力大，雨季冬季施工較為不便，且無足夠適宜的土料來做均質(zhì)壩，高壩很少采用這種壩型，本設(shè)計(jì)中壩高超過 70m，屬高壩，因而不宜采用均質(zhì)壩壩型方案。 堆石壩堆石壩壩坡較陡，剖面小，造價低，施工干擾相對較小，施工速度快，抗震性能好，工程量小。壩址附近有堅(jiān)硬玄武巖石料場一處，儲量豐富，開采條件好，可用做堆石壩材料，從材料角度可以考慮堆石壩方案，但由于河床地質(zhì)條件較差，沖積層最大 32m，平均也有 20m，作堆石壩可能導(dǎo)致大量開挖，此方案也不予考慮。 面板壩面板壩整個壩體都是受力結(jié)構(gòu)，填筑量是土石壩所有壩型中最小的，水壓力在上游壩面的鉛直分力有利于壩體的穩(wěn)定。面板在上游面，所以檢查維修方便。沒有防滲體的粘性土填方，所以施工受氣候影響較小，施工干擾也較小，可以全年持續(xù)施工。但是面板抗震性能較差，對基礎(chǔ)沉陷非常敏感。而本設(shè)計(jì)中地質(zhì)條件較差，壩址地區(qū)地震烈度為 7 度，明顯不宜選用面板壩方案。 斜墻壩和心墻壩塑性斜墻壩(用砂礫料作為壩殼，以粘土料作防滲體設(shè)在壩體上游做斜墻)的斜墻與壩殼兩者施工干擾相對較小，工期較短，但對壩體、壩基的沉降比較敏感，抗震性能較差，易產(chǎn)生裂縫；塑性心墻壩（以砂礫料作為壩殼，以粘土料作防滲體設(shè)在壩剖面的中部合做心墻）與斜墻壩相比工程量相對較小，適應(yīng)不均勻變形，水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)27抗震性能較好，但要求心墻粘土料與壩殼砂礫料同時上升，施工干