【導(dǎo)讀】E江水利樞紐工程——土石壩設(shè)計(jì)說(shuō)明與計(jì)算書(shū)。日期：2020年4月13日

　　

【正文】 6cm/s） 29 （ 3） 土料的選用 已經(jīng)探明上下游共有 5 個(gè)粘土料場(chǎng)，總儲(chǔ)量為 190 萬(wàn) m3，因地理位置不同，各料場(chǎng)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。根據(jù)上述土料物理力學(xué)性質(zhì)從滲透系數(shù)的角度來(lái)看均滿足規(guī)范要求，因?yàn)楦鶕?jù)筑壩材料的填筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滲透系數(shù)一般對(duì)均質(zhì)壩不大于 1? 104㎝ 3/s，對(duì)心墻或斜墻不大于 1? 105㎝ 3/s。 1下 和 3下 料場(chǎng)的塑性指數(shù)小于 20，從壓的角度宜采用 1下 和 3下 料場(chǎng)的粘土料，所以可將 1下 和 3下 料場(chǎng)作為主料場(chǎng)，其余幾個(gè)料場(chǎng)作為輔助料場(chǎng)。 壩殼砂礫料設(shè)計(jì) （ 1） 計(jì)算公式 壩殼砂礫料設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下： 11minmax ??? eeDr，或ddr rrr rrrD )( )(m inm a xm a xm in?? ? 式中： emax—— 最大孔隙比， emax= 1/ min ?? rs ； emin—— 最小孔隙比， emin= 1/ max ?? rs ； e —— 填筑的沙、沙卵石、或地基原狀沙、沙卵石的孔隙比，e= 1/ ?? drs ； s? —— 沙粒比重； maxr —— 最大干容重，由試驗(yàn)求得； minr —— 最小干容重，由試驗(yàn)求得； dr —— 填筑的砂、砂 卵石或地基原狀砂、砂卵石的干容重。 非粘性土料填筑一般要達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，對(duì)于砂土要求 Dr 不小于 ；對(duì)于砂礫石，則依壩的級(jí)別而定， 3 級(jí)壩 Dr不小于 ， 5級(jí)壩不小于 。在地震區(qū)要求更高。一般沙礫料的干容重 ?dr KN/m3。 （ 2） 計(jì)算成果 砂礫料的設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表 30 表 砂礫料設(shè)計(jì)成果表 料場(chǎng) 4上 1上 2下 3下 不均勻系數(shù) 43 45 45 34 大于 5mm 礫石含量 % 45 48 46 42 比重△ s 設(shè)計(jì)干容重 ra 設(shè)計(jì)孔隙比 e 保持含水量 % 5 5 5 5 濕容重 ru 浮容重 r’ 內(nèi)摩檫角 36186。30180。 35186。10180。 35186。20180。 36186。40180。 粘聚力 0 0 0 0 滲透系數(shù) 102cm/s 2 2 2 2 （ 3）砂礫料的選用 除 3上 料場(chǎng)的不均勻系數(shù)不滿足要求外 ? ?30?? ，其余幾個(gè)料場(chǎng)，滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)能滿足要求，故而都可作為筑壩的砂礫料。施工時(shí)可考慮上游料填在壩的上游測(cè)，下游砂礫料填在下游測(cè)，這樣有利于施工，減小相對(duì)干擾。從顆粒 級(jí)配曲線可以看出 4上 、 1下 料場(chǎng)級(jí)配較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，應(yīng)優(yōu)先采用。 砂礫料場(chǎng)上下游共 8 處，總量為 1850 萬(wàn)立方米，大壩工程在 400 萬(wàn)立方米左右。用兩個(gè)料場(chǎng)可能數(shù)量不足，可以 1上 、 2下 料場(chǎng)砂礫料作為輔助之用。 滲流計(jì)算 土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和布置觀測(cè)設(shè)備提供依據(jù)；同時(shí)確定壩體與壩基的滲透流量，以估算 水庫(kù)的滲漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性，以便取適合的控制措施。 計(jì)算方法 選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問(wèn)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)西定理近視解土壩滲流問(wèn)題，計(jì)算假定任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 。 31 正常蓄水位：2 8 2 1 . 4 m1：31：2.52221：2.51：2.51：2.5壩基：2 7 5 0 . 0 m巖基：2 7 1 5 . 0 m設(shè)計(jì)洪水位：2 8 2 2 . 4 1 m壩頂高程：2 8 2 5 . 2 0 m壩基防滲墻頂高程 2 7 5 7 . 5 m2 8 0 0 . 2 0 m2 8 7 5 . 2 0 m2 7 5 6 . 3 m22 7 5 5 . 2 2 m正常蓄水位：2 8 2 1 . 4 m1：2.5221：2.51：2.5巖基：2 7 1 5 . 0 m設(shè)計(jì)洪水位：2 8 2 2 . 4 1 m壩頂高程：2 8 2 5 . 2 0 m2 8 0 0 . 2 0 m巖基：2 7 1 5 . 0 m正常蓄水位：2 8 2 1 . 4 m1：2.521：2.51：2.5巖基：2 7 1 5 . 0 m設(shè)計(jì)洪水位：2 8 2 2 . 4 1 m壩頂高程：2 8 2 5 . 2 0 m2 8 0 0 . 2 0 m巖基：2 7 1 5 . 0 mI—I斷面II—II斷面III—III斷面大壩縱斷面地質(zhì)剖面圖 圖 滲流計(jì)算示意圖 通過(guò)防滲體神流量： TD THKB HHkq )(s i n2 )( 1122121 ???? ? 通過(guò)防滲體后滲流量： TTL THKL THkq T )(2 )( 111212112 ? ???? 其中： 32 K—— 防滲體滲透系數(shù)， ,s/ 8 ； H—— 上游水深； H1—— 逸出水深； B—— 防滲體有效厚度； α —— 防滲體等效和傾角； K2—— 混凝土防滲墻滲透系數(shù)， ?? m/s； T1—— 下游水深； T—— 沖積層厚度，取最大值 35m； D—— 防滲墻厚度； K1—— 防滲體后滲透系數(shù)， 2 104m/s； KT—— 沖積層滲透系數(shù)， 2 104m/s； 假設(shè)： ① 不考慮防滲體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用； ② 由于沙礫料滲透系數(shù)較 大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度； ③ 對(duì)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)際上不是平面滲流，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(rùn)線末端即為壩趾。 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 對(duì)河床中間斷面 I— I及左右對(duì)稱的兩典型斷面 II— II、 III— III進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水的工況進(jìn)行。 計(jì)算結(jié)果 滲流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。 33 表 滲流計(jì)算成果表 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） Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 下游水深 t(m) Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ 0 0 Ⅲ Ⅲ 0 0 逸出水深 H1(m) Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 滲流量 q（ 104M3/） Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 總滲流量 Q（萬(wàn) 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墻的接觸面按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問(wèn)題也不大。在斜墻逸出點(diǎn)滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。 滲透坡降的計(jì)算公式： BHJ ?? 式中 ： ?? ── 上游水深減逸出水深； ? ── 防滲體的平均厚度 . 計(jì)算成果見(jiàn)表 ： 表 各種工況滲流逸出點(diǎn)坡降 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。 斷 面 Ⅰ — Ⅰ Ⅱ — Ⅱ Ⅲ — Ⅲ 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 34 成果分析與結(jié)論 以斜心墻、混凝土防滲墻與兩岸壩肩開(kāi)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?？倽B流在正常蓄水時(shí)為 ，設(shè)計(jì)洪水時(shí)為，與同類工程相比顯然是很小的。在計(jì)算中并考慮繞壩滲流及巖基透水，混凝土防滲墻的滲透系數(shù)應(yīng)取較大值， scmK / 92 ??? ，這樣取值估計(jì)的滲流量可能大于實(shí)際滲流量，但壩的滲透坡降仍滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明取值合理 . 穩(wěn)定計(jì)算 計(jì)算方法 按施工期、穩(wěn)定滲流期、庫(kù)水位降落期三個(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)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) ?、 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 。 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 cKtgtg )( 11 ?? ? ；cKtgtg )( 22 ?? ? ；cKtgtg )( 33 ?? ? ； 式中： ? ? ? 3為實(shí)驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 上下 游壩坡折線滑動(dòng)法計(jì)算 上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表 。 表 大壩上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表 穩(wěn)定成果分析 根據(jù)計(jì)算成果表可看出大壩上下游坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，由于上游壩坡較部位 計(jì)算工況 上游水位 （ m） 下游水位 （ m） 最小安全系數(shù)（ Kmin） 規(guī)范值 上 游 坡 施工期 1/3 壩高 2775 穩(wěn)定滲流期 水位降落期 ~2796 —— 正常蓄水位 +地震 下 游 坡 穩(wěn)定滲流期（正常） 穩(wěn)定滲流期（設(shè)計(jì)） 穩(wěn)定滲流期（校核） 正常蓄水位 +地震 35 緩，穩(wěn)定滲流期以及庫(kù)水位降低期，不考慮地震時(shí)， Kmin=，考慮地震時(shí)，Kmin=；下游坡情況也類似，正常情況 Kmin=，非常情況 ，壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮加陡壩坡以減小工程量 .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，維持原擬訂的剖面。 基礎(chǔ)處理部分 河床部分 （ 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) 35m，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。帳幕灌漿在此地存在可灌性問(wèn)題。混凝土防滲墻方案，施工快、材料省、防滲效果好，對(duì) 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，上部與斜心墻連接。由于防滲墻兩側(cè)沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻的不均勻沉陷而導(dǎo)致裂縫。為此防滲墻頂部作成尖劈狀，兩側(cè)以高塑性粘土填筑，伸入斜心墻深厚度已經(jīng)確定為 ，底部深入基巖 ，尖劈頂寬 寬，詳見(jiàn)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(duì)于透水層厚度為 3060m的情況，采用槽板式混凝土防滲墻比較合適，設(shè)計(jì)中采用這種型式。 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)境水的侵蝕和溶蝕；有一定的強(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，從防滲角度來(lái)看偏上游為好，但從防裂角度看偏下游一側(cè)好，綜合考慮布置于心墻底面中心位置。 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， 36 底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)良好，但由于節(jié)理的作用，透水性也較強(qiáng)。針對(duì)以上情況作以下處理，設(shè)置混凝土防滲墻至半風(fēng)化巖基，與河床部分 防滲墻相連，并在墻下設(shè)置灌漿孔，詳見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 壩的防滲體，排水設(shè)備 壩體防滲體內(nèi)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，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。 反濾層設(shè)計(jì) （ 1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) .對(duì)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)確定，即 ? 5~4/ 5/ 8515 1515 ??dD dD 式中， 15D 為濾料粒徑，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 為保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的土占總土重的 15%。 第二層反濾料的選擇也按上述辦法進(jìn)行。 按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。 （ 2）設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 。 表 反濾層設(shè)計(jì)成果表 護(hù)坡設(shè)計(jì) 上游護(hù)坡用于砌石因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)，下游壩面直接鋪上 20cm 的碎石作為護(hù)坡 .上游護(hù)坡由至壩頂做至死水位以下（加設(shè)計(jì)浪高），為方便起見(jiàn)做 層數(shù) 部位 第一層 第二層 D50(m