【導(dǎo)讀】由于山區(qū)水位暴漲。本設(shè)計是側(cè)重于壩工部分以擋水建筑物和泄水建筑物為主的土石壩。然后通過土料設(shè)計，對照指標確定了砂。礫料場及粘土料場的位置。再選擇壩體的三個典型斷面對大壩進行滲流計算，畫。出流網(wǎng)圖，校核滲流逸出處的滲透坡降確定是否滿足要求。然后通過vb編程進行。壩坡穩(wěn)定分析，最終進行壩體細部構(gòu)造設(shè)計。第二步，進入主要建筑物設(shè)計階段。確定出大壩的型式及壩址和壩軸線。外確定該樞紐的組成建筑物，包括擋水建筑物、泄水建筑物、水電站廠房等。結(jié)構(gòu)，定為泄水隧洞。然后進行軸線選擇和水力計算，從下泄能力、凈空余幅、挑距和沖刷深度等方面校核設(shè)計的可行性。了與土石壩的有關(guān)資料和書籍。由于知識有限，對于本設(shè)計中的不妥及錯誤之處，懇請批閱批評指正。在設(shè)計過程中得到了王玲玲等老師的指導(dǎo)，再次表示由衷的。本設(shè)計共歷時9周。

　　

【正文】 2~ mm ~ mm ~ mm mm KN/m3 1下 2下 1上 2上 3下 斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析 16 表 210 砂礫石的顆粒級配 顆粒 直徑 料場 300 ~ 100 100 ~ 60 60 ~ 20 20 ~ ~ ~ ~ ~ 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 表 211 砂礫石的物理性質(zhì) 名稱 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 容重 kN/m3 比重 孔隙率 % 軟弱粒 % 有機物 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 注：各砂礫石料場滲透系數(shù) k 值為 102 厘 米 /秒左右。最大孔隙率 ，最小孔隙率 。 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 17 表 212 各料場天然休止角 料場名稱 最小值 最大值 平均值 1上 34176。 30′ 35176。 50′ 35176。 10′ 2上 35176。 00′ 37176。 10′ 36176。 00′ 3上 34176。 40′ 36176。 40′ 35176。 40′ 4上 35176。 10′ 37176。 40′ 36176。 30′ 1下 34176。 10′ 36176。 30′ 35176。 20′ 2下 35176。 20′ 38176。 00′ 36176。 40′ 3下 34176。 30′ 37176。 10′ 35176。 50′ 4下 36176。 00′ 38176。 20′ 37176。 10′ 經(jīng)濟資料 庫區(qū)經(jīng)濟 流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口，多種植稻米、苞谷等 。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價值可開采的礦產(chǎn)。淹沒情況如下表。 表 213 各高程淹沒情況 高程（米） 2807 2812 2817 2822 2827 2832 淹沒人口（人） 3500 3640 3890 4060 5320 7140 淹沒土地（畝） 3000 3220 3410 3600 4600 6100 交通運輸 壩址下游 120 公里處有鐵路干線通過，已建成公路離壩址僅 20 公里，因此交通尚稱方便。 樞紐任務(wù) 本工程同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。 特征 斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析 18 樞紐的特征尺寸與主要設(shè)備特性如下。 發(fā)電 裝機 24 MW，多年平均發(fā)電量 億度。 本電站裝 3 臺 8MW 機組。正常蓄水位為 米，汛限水位為 米，死水位為 米， 3 臺機組滿發(fā)時的流量為 秒立米，尾水位為 米。 廠房型式為引水式，廠房平面尺寸為 32 13 米米，發(fā)電機高程為 2760 米，尾水管底高程為 2748 米，廠房頂高程為 2772 米。副廠房平面尺寸為 32 6 米米。安裝場平面尺寸為 8 13 米米。開關(guān)站尺寸為 30 20 米米。 灌溉 增加保灌面積 萬畝。 防洪 可減輕洪水對水庫下游的威脅，過 100 年一遇和 200 年一遇洪水時，經(jīng)水庫調(diào)洪后，洪峰流量由原來 1680 秒立米和 2320 秒立米分別削減為 769 秒立米和 861秒立米。要求設(shè)計洪水時最大下泄流量限制為 900 秒立米 ， 校核洪水位不超過正常蓄水位 米。 漁業(yè) 正常蓄水位時，水庫面積為 15 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。 過木 根據(jù)林業(yè)部門提供的要求，確定木材過壩量，木材最大材，大頭直徑 其它 引水隧洞進口底高程為 米，出口底高程為 米；引水隧洞直徑為 4 米，壓力鋼管直徑 米，調(diào)壓井直徑為 米；放空洞直徑為 米?？煞趴账畮熘了? 米。水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 19 第三章 洪水調(diào)節(jié)計算部分 本工程正常蓄水位為 ， 對應(yīng)水庫庫容為 106 m3，裝機 24MW。 根據(jù) SDJ12— 78《水利水電工程等級劃分及設(shè)計標準（山區(qū)、丘陵部分）》，由水庫總庫容指標（估計校核情況下庫容不會超過 10 億 m3）定為大（ 2）型；由防洪效益，灌溉面積，裝機容 量等指標定為?。?1）型；根據(jù)“各指標分屬不同標準時，采用其中最高級別來控制”的原則，最終由水庫庫容確定該工程規(guī)模為大（ 2）型。所以判別出樞紐的主要建筑物級別為 2 級，次要建筑物為 3 級，臨時建筑物為 4 級。 洪水調(diào)節(jié)計算 原理 確定洪水標準 永久建筑物洪水標準可以根據(jù)建筑物級別查得：正常運用（設(shè)計工況）洪水重現(xiàn)期 100 年；非常運用（校核工況）洪水重現(xiàn)期 2021 年。設(shè)計洪峰流量 Q 設(shè) = 1680m3/s（ P=1%），校核洪峰流量 Q 校 = 2320 m3/s（ P=%）。 泄洪方 式與水庫運用方案的確定 本擋水建筑物初定為土石壩，需另設(shè)泄水建筑物，使土石壩在泄洪時遭受洪水流動的影響較小。現(xiàn)對各種 河岸 泄水建筑物作如下討論。 （ 1） 正槽溢洪道 是以寬頂堰或各種實用堰為溢流控制的河岸溢洪道。該種溢洪道泄流能力大，水流條件平順，結(jié)構(gòu)簡單可靠。 （ 2） 側(cè)槽溢洪道 用于山高坡陡的河岸。該種溢洪道水流條件復(fù)雜，必須經(jīng)水工模型試驗驗證。 以上兩種溢洪道為表孔泄洪，超泄能力大，溢流堰下游接開敞式溢洪道或明流隧洞。 （ 3） 井式溢洪道 洪水經(jīng)環(huán)形溢流堰進入直井，水流在直井內(nèi)有明流轉(zhuǎn)為有壓流，再經(jīng)隧洞泄往下 游。其泄流能力與溢流堰、過渡段、隧洞段三者泄流能力相關(guān)，水力學(xué)條件復(fù)雜。超泄能力小，水流不穩(wěn)定，易發(fā)生旋渦。 此外，由于壩址處較窄，山坡陡峭，山脊高，且兩岸山坡沒有可資利用的天然埡口 ，如采用明挖溢洪道，則開挖量大，造價較高。 斜心墻土石壩及壩坡穩(wěn)定分析 20 綜上，樞紐工程采用正槽溢洪道，溢流堰下游接明流隧洞，并考慮與施工導(dǎo)流洞結(jié)合。 洪水來臨時控制閘門，使下泄流量與來流量相等，這時水庫保持汛前限制水位 不變，當來流量持續(xù)加大，閘門要完全開放，此時下泄流量隨上游水位的增高而增高，呈自由泄流的流態(tài)。 防洪限制水位取與正常蓄水位相 等，即防洪庫容與興利庫容完全不結(jié)合，由于山區(qū)河流的特點是暴漲暴落，汛期時間內(nèi)洪水隨時可能爆發(fā)，所以預(yù)留一定的防洪庫容是必需的。 調(diào)洪演算的原理 以 洪峰流量控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大，可以得出設(shè)計 （ 1%）與校核洪水 （ %） 過程線。 擬定幾組不同溢流孔口寬度 B 及堰頂高程 ?∩ 的方案。堰頂自由泄流公式 Q= m?B（ 2g） 1/2H3/2可確定設(shè)計洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量 Q調(diào)，自 Q調(diào)開始，假定三條泄洪過程線（直線），在洪水過程線上查出 Q泄，并算出相應(yīng)的蓄積庫容V。根據(jù)庫容 一 水位關(guān)系曲 線可得 V 對應(yīng)的庫水位 H，三組（ Q 泄 ， H）繪制的 Q~H曲線將與由 Q= m?B（ 2g） 1/2H3/2繪制的 Q?H 曲線相交，交點就是所要求的下泄流量及相應(yīng)上游水位。 堰頂高程及泄洪孔口的選擇 調(diào)洪演算時要擬定幾組孔口寬度 B及堰頂高程 ?∩ 的方案，通過分析比較，針對指標，確定最優(yōu)方案。 堰頂高程及孔口尺寸選擇原則 堰頂高程 ?∩ 如果取的過低，溢流孔口凈寬 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?。坏撬矶幢旧碓靸r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)濟類比來決定最終方案。 參照已建工程經(jīng)驗，擬定六組孔口尺寸與堰頂高程如下（采用單孔泄洪）： 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 21 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 計算過程詳見計算書第一節(jié)，本設(shè)計中擬定六組方案進行比較，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 ?∩=2812m B=7m 設(shè)計 校核 571 647 2 ?∩=2811m B=7m 設(shè)計 校核 630 706 2824 3 ?∩=2811m B=8m 設(shè)計 校核 700 4 ?∩=2810m B=8m 設(shè)計 校核 770 860 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)濟比較選定 (本設(shè)計中僅作定性說明 )， 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。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)計洪水位 ， 設(shè)計泄洪量 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 22 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，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，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)濟比較確定。壩軸線因地制宜地選定宜采用直線。當采用折線時 ， 在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。設(shè)計地震烈度為 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Ⅰ Ⅰ、Ⅱ Ⅱ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 Ⅰ Ⅰ壩軸線和Ⅱ Ⅱ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Ⅰ Ⅰ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，其余為堅硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。Ⅱ Ⅱ剖面出與Ⅰ Ⅰ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，滲流比較嚴重，需要進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Ⅰ Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ Ⅱ壩軸線方案。 地形條件比較 Ⅰ Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ Ⅱ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。Ⅰ Ⅰ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Ⅰ Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ Ⅱ壩軸線方案 。 建筑材料比較 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 23 分 析地質(zhì)地形圖，Ⅰ Ⅰ壩軸線和Ⅱ Ⅱ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