【正文】 表 82 泄洪隧洞的計(jì)算 通過(guò)表格，可以得出在水力半徑 R=，即 D=能力。 gHAQ 2?? （ 73） ???????dl11c （ 74） 式中：μ為粗糙系數(shù)，最小值為 ， 正常值為 ； A過(guò)流斷面面積， m2； H作用水頭 ,m； 33 ? 沿層阻力系數(shù)； l 導(dǎo)流隧洞的長(zhǎng)度， m； d 泄洪隧洞的洞涇， m。根據(jù)隧洞的布置原則和在地形圖上量出的距離，可以初步取泄洪隧洞的長(zhǎng)度為 600m，洞內(nèi)是部分鋼筋混凝土襯砌，粗糙系數(shù) μ 為 。為了保證汛期時(shí)候大壩的安全，常常提前把庫(kù)內(nèi)的水位放到正常蓄水位以下，即進(jìn)口段在正常蓄水位一下，隧洞的最高點(diǎn)取 925m，出口段的高程選擇在下游的最高水位處，隧洞的最高點(diǎn)取 。 所以 ?H =+++=。 所以 dH =+++=。 71 草袋圍堰 對(duì)于圍堰的高程，可通過(guò)公式（ 71）、（ 72）計(jì)算： 下游圍堰： δhhH add ??? （ 71） 式中： dH ～下游圍堰 堰頂高程， m； dh ～下游水位高程 ,m； ah ～波浪爬高 , ah 取 ， m； 32 ? ～圍堰的安全超高 ,m。根據(jù)設(shè)置要求上游圍堰的兩側(cè)坡度取為 1:，堰頂?shù)膶挾热?3m；堰頂?shù)膶挾韧瑯尤?3m，下游圍堰的兩側(cè)邊坡取為 1:。通常基坑坡趾與主體工程輪廓之間的距離，不應(yīng)小于 20～ 30m，以便布置排水設(shè)施、交通運(yùn)輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓?，此處選取 30m。通過(guò)表格 72可以求出導(dǎo)流隧洞的洞涇、上游圍堰的高度。為了保證導(dǎo)流隧洞為有壓隧洞，就必須通過(guò)上游圍堰來(lái)提高水位。所以 根據(jù)表（ ），可以得出最大的流量為Q=125m/s3。首先該庫(kù)容為 *108m3，雖說(shuō)該土石壩的級(jí)別為 3級(jí)，但大壩為土石壩，不應(yīng)漫壩，取級(jí)別的最高值，那么就可以初步定為導(dǎo)流隧洞的級(jí)別為 4級(jí)。通過(guò)地形圖上可以量出隧洞的進(jìn) 口段的長(zhǎng)度為 290m，洞身段的長(zhǎng)度為 120m，出口段的長(zhǎng)度為 200m，再加上轉(zhuǎn)彎處的長(zhǎng)度，則初步估計(jì)導(dǎo)流隧洞的長(zhǎng)度為 650m。 導(dǎo)流隧洞 根據(jù)以上布洞的原則與條件，可以初步定出導(dǎo)流隧洞的布置。在堅(jiān)硬完整的巖層中，臨時(shí)性隧洞可不襯砌或局部襯砌，為降低隧洞糙率、提高泄水能力和減少滲漏，施工中可采用光面爆破和錨噴支護(hù)； ④重要工程當(dāng)流量或流速較大時(shí)，應(yīng)注意采取出口消能措施。隧洞的布置，決于地形、地質(zhì)、樞紐布置以及水流條件等因素，布置時(shí)候常常注意一下幾點(diǎn) ： 29 ①充分利用地形條件，盡量縮短洞線長(zhǎng)度； ②隧洞進(jìn)出口布置力求使水流平順，有條件時(shí)，隧洞最好布置成直線，若有彎道，其轉(zhuǎn)彎半徑以大于 5b(b 為洞寬 )，轉(zhuǎn)角小于 60176。臺(tái)階的寬度應(yīng)不小于 1m，此處選擇為2m，高度不限，此處選擇為 5m。在心墻的與壩肩的地方可開挖成類似于梯形的形狀，回填土與防滲體的材料相同，即為粘土，見(jiàn)圖 71。 與防滲體結(jié)合處的岸坡 應(yīng)大致平順，不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然邊坡。 ③ 對(duì)失水很快風(fēng)化的軟巖如頁(yè)巖泥巖等開挖時(shí)宜預(yù)留保護(hù)層待開始回填時(shí)隨挖除隨回填或開挖后用噴水泥砂漿或噴混凝土保護(hù)。若風(fēng)化層較深時(shí)，高壩宜開挖到弱風(fēng)化層上部，中、低壩可開挖到強(qiáng)風(fēng)化層下部，在開挖的基礎(chǔ)上對(duì)基巖進(jìn)行灌漿處理。 壩體與巖石地基及岸坡的連接必須做到： ① 壩體范圍內(nèi)的巖石壩基與岸坡，應(yīng)清楚表面松動(dòng)石塊、凹處積土和突出的石塊。其具體做法是：在靠近上游的透水壩基上，平行于壩軸線開挖到不透水層一下 梯形斷面，為了便于邊坡的 開挖，邊坡的坡度作為厚心墻處理，坡度取 1:1，回填后，分層壓實(shí)，從而與防滲體連成整體。該壩址的透水地基的厚度為 2m，因此在這里采用的是鉛直的防滲措施 —— 粘性土截水槽。處理的目的是減少壩基的滲透量并保證壩基和壩體的抗?jié)B穩(wěn)定。但是，土石壩壩基本身的承載能力、強(qiáng)度、變形和抗?jié)B能力等條件一般遠(yuǎn)不如混凝土壩的，又據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)，土石壩的失事約有 40%是由于地基問(wèn)題引起的，可見(jiàn)對(duì)壩基處理的要求絲毫不敢放 松。 則由土石壩穩(wěn)定分析軟件求得：設(shè)計(jì)水位時(shí)上游壩坡最小安全系數(shù)minK =，滿足穩(wěn)定要求?；瑒?dòng)力矩抗滑力矩 表 61 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù) 已知：本工程土石壩心墻粘土干容重 dr =15KN/ 3m , 濕容量 r=, 粘聚力 C=20kpa, 穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力摩擦角 Φ =19176。 土條的 Mr、 Ms 計(jì)算每個(gè)土條上的抗滑力矩 Mr，滑動(dòng)力矩 Ms。各塊土條編號(hào)的順序?yàn)椋菏紫纫赃^(guò)圓心垂線為零號(hào)土條的中心線，向上游（對(duì)下游壩坡）各土條的順序?yàn)? 3設(shè)∑ Mr 為圓弧面上抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩總和，∑ Mg 為滑裂土體上的荷載對(duì)圓心的力矩代數(shù)和。通常取單位壩長(zhǎng)按平面問(wèn)題計(jì)算。 26 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)首先假設(shè)壩坡或壩坡連同部分壩基土體沿某一圓柱面滑動(dòng)。土石壩穩(wěn)定分析的目的是是保證土石壩在自重、空隙壓力和外荷載作用下，壩坡是否安全經(jīng)濟(jì)。土石壩的體積和重量都比較大，一般不會(huì)在水平水壓力的作用下發(fā)生整體滑動(dòng)。 在這里主要采用的是：設(shè)置心墻、排水棱體和反濾層。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量降低滲透坡降和增加出口處土體抵抗?jié)B透變形的能力。假設(shè)整個(gè)壩體沿壩軸線成的梯形，底寬為 15m，上寬為約為 205m，所以可以求得通過(guò)整個(gè) 壩體的滲流總量： ? ? smbQ / 357 ?? ???????? 防止?jié)B透變形的工程措施 土石壩及地基中的滲流，由于機(jī)械和化學(xué)作用，可能使土體產(chǎn)生局部破壞，稱為滲透變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工程失事，必須采取有效的工程措施。 通過(guò)對(duì)該土石壩的分析，繪制出壩的浸潤(rùn)線，并標(biāo)注出各個(gè)尺寸，如圖（ 52） 25 圖 52 大壩的浸潤(rùn)線 從而確定了各個(gè)尺寸。因此，只需計(jì)算心墻、截水槽和下游壩殼兩部分。 有限透水深度地基的心墻壩，一般可做成有截水槽的防滲形式（圖 51）。另外，由于下游的壩坡是邊坡，為了安全，取較陡的坡段進(jìn)行處理，即取 1:2。經(jīng)下式計(jì)算： ? ? mbb 19)632(2121b210 ????? 可以得出等效的心墻厚度為 19m。這里滲流分析的方法采用水力學(xué)方法 總滲流量的計(jì)算 心墻壩的滲流計(jì)算，可根據(jù)心墻的厚度分為薄心墻壩與厚心墻壩兩種情況，從本工程的實(shí)際情況來(lái)看，此處的心墻壩為薄心墻壩。因此土石壩剖面基本尺寸和防滲排水設(shè)施初步擬定后，必須進(jìn)行滲流分析。 23 5 土石壩的防滲計(jì)算 在土石壩中，滲透水流對(duì)壩體、壩基的滲透破壞，危害 性更大，因滲透破壞屬于隱蔽性破壞，常不易被發(fā)現(xiàn)。 壩面排水 為防止雨水沖刷下游壩坡，在下游壩面上常設(shè)置連通的橫向與縱向排水溝。另外，還應(yīng)該在壩殼與防滲體之間設(shè)置反濾層，反濾層設(shè)置為三層，上 層為 20cm的粗礫石，中 層為 15cm的細(xì)礫 石，下層為 10cm的粗砂。頂面超出下游水位的告訴，對(duì) 1級(jí)、 2級(jí)壩不小于 ，對(duì) 3～ 5級(jí)壩不小于 ，這里選 ，所以棱體的高程為 ，棱體高度為 5m； 頂部寬度： 應(yīng)根據(jù)施工和觀測(cè)的要求確定，一般為 ～ ，這里取 ； 排水的內(nèi)坡：一般為 1： ～ 1： ，這里取 1： ； 外坡：一般為 1： ～ 1： ，這里取 1： 。 常用于下游無(wú)水的條件 根據(jù)對(duì)三種排水方式的了解和跟工程區(qū)域的實(shí)際條件的比較，這里選擇棱體排水的方式，材料為碓石料。 對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修；當(dāng)下游水位高于排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤(rùn)線的效果明顯降低。 排水結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用料省，施工方便，易于檢修；可以防止壩坡體發(fā)生滲流破壞，保護(hù)壩坡免受下游波浪沖刷。 壩體的排水形式主要有棱體排水、貼坡排水和壩內(nèi)排水。 詳見(jiàn)細(xì)部圖 排水設(shè)施 棱體排水 土石壩防滲體采用粘土心墻，雖然滲透系數(shù)已經(jīng)很小，但仍會(huì)有一定量的滲水，因此還要在下游設(shè)置排水設(shè)施。對(duì)于過(guò)度層 的結(jié)構(gòu)要采用級(jí)配良好、抗風(fēng)化的砂土材料和砂礫石料，以使這個(gè)壩體內(nèi)的應(yīng)力傳遞均勻，在這里反濾層剛好可以起到過(guò)渡層的作用，因此可以避免再設(shè)置過(guò)渡層。對(duì)于心墻的上游坡面，與壩殼之間應(yīng)設(shè)置過(guò)渡層，還應(yīng)該設(shè)置反濾層。心墻的應(yīng)該嵌入到?jīng)_基層里，并且與砂頁(yè)巖接觸，并且向不透水層中開挖 ,這樣便于截水槽功能的發(fā)揮。因?yàn)檫@里的最大作用水頭為 ，采用的材料為粘土心墻，所以底部的寬度： b=。另外，心墻頂部應(yīng)有無(wú)粘性土料的保護(hù)層，以防心墻干縮或凍裂。防滲體底部的厚度取決于土料的允許坡降，一般不應(yīng)小于按照表 取的值。 粘土心墻防滲體布置在壩體的稍偏上游，這樣便于和壩頂?shù)姆览藟ο噙B接，并可以使心墻后的壩殼先期施工，得到充分的先期沉降，以避免或者減少裂縫。 上墊層的材料為 15cm的礫石，下墊層的材料為 25cm碎石 防滲體 設(shè)置防滲設(shè)施的目的是：減少通過(guò)壩體和壩基的滲流量；降低浸潤(rùn)線，增加下游壩坡的穩(wěn)定性；降低滲透坡降，防止?jié)B透變形。在上游壩坡的底腳，為了進(jìn)一步加固壩體的穩(wěn)定，設(shè)置了堆石的壓重，具體尺寸如圖 42： 圖 42 下游 壩 坡 壩 腳 20 下游壩面為防雨水沖刷和人為破壞，一般常采用簡(jiǎn)化形式的護(hù)坡。護(hù)坡范圍應(yīng)自壩頂或者防浪墻起延伸至水庫(kù)最低水位以下一定距離，一般為 。墊層的厚度與材料的粒徑有關(guān)，由于護(hù)坡的材料基本與壩殼的材料基本一致，此處選擇兩層墊層。由于塊石的厚度為12cm，又因?yàn)樯嫌蔚淖o(hù)坡易受到波浪的影響，故上游護(hù)坡的砌石厚度取為 ，砌筑時(shí)要層間錯(cuò)縫。護(hù)坡的厚度、型式根據(jù)壩的等級(jí)、使用條件和當(dāng)?shù)夭牧系惹闆r通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。因此，上下游壩面都需要設(shè)置護(hù)坡。 壩頂?shù)南掠蝹?cè)設(shè)置緣石，緣石的尺寸為 10*10*100cm,埋入的深度為 ，每隔 。為了排除雨水，壩頂應(yīng)做成向一側(cè)或兩側(cè)傾斜的橫向坡度，坡度宜采用 2%～ 3%。防浪墻要與壩體防滲體可靠的連接起來(lái)，以防止高水位時(shí)漏水。詳見(jiàn)圖41。墊層是設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水、隔水、防凍、防污等作用，此處選擇 12cm碎石?；鶎?、底基層視公路 等級(jí)或交通量的需要可設(shè)置一層或兩層?；鶎邮窃O(shè)置在面層之下，并與面層一起將車輪荷載的反復(fù)作用傳布到底基層、墊層、土基，起主要承重作用的層次。路面的結(jié)構(gòu)體系一般分為三層， 面層、 基層、墊層組成。如有公路交通的要求，還應(yīng)該滿足公路路面的有關(guān)規(guī)定。 圖 32 壩頂寬 度示意 圖 單 位： m 18 因?yàn)閴屋S線處河床的高程為 ，從壩軸線到上下游壩腳出的距離分別約為172m， 162m，又有河道天然坡降為 ‰，可求出上下游壩腳的高程 Z 上 =，Z 下 =。對(duì)于需要變坡的壩坡，每段的長(zhǎng)度不宜過(guò)大，則把壩坡分為 3 段，相鄰的坡度差取 ，從上而下逐漸變緩，因?yàn)閴蔚目偢叨葹?67m，則每段的高程為 ， ， 。 土質(zhì)防滲體的心墻壩 ，當(dāng)下游壩殼采用堆石時(shí)，常用的坡率為 1： ～ 1：，采用土料時(shí)，常用 1： ～ 1： ；上游壩殼采用堆石時(shí)，常用 1： ～ 1：，采用土料時(shí)，常用 1： ～ 1： 。 粘性土料的穩(wěn)定壩坡一般為一曲面，上部較陡，下部較緩，所以用粘性土料做成的壩坡，長(zhǎng)沿著高度分成數(shù)段，每段 10～ 30m，從上而下逐漸放緩，相鄰坡率差值取 或 。選擇壩坡時(shí)應(yīng)遵循以下規(guī)律： （ 1）上游壩坡長(zhǎng)期處于水下，呈飽和狀態(tài)，且水庫(kù)水位有可能驟降，使壩坡穩(wěn)定處于不利地位，故其坡率應(yīng)比下游壩坡較緩。另外，應(yīng)該考慮到在上游側(cè)設(shè)人行通道，人行通道的寬度為 ，為了保證行人的安全，人行道路的高度比公路的高,這樣方便行人。本工程壩頂與一條三級(jí)公路相連，按照有關(guān)規(guī)定，三級(jí)公路的路面寬度在雙車道時(shí)為 ；單車道時(shí)為 。根據(jù) SL274— 2021《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：高壩頂寬可選為 10～ 15m，中、低壩頂寬可選為 5～ 10m。由于防浪墻需要設(shè)置縱沉降縫，每隔 10m設(shè)置一條沉降縫，沉降縫的寬度為 20mm,采用橡膠止水。 通過(guò)上面四種情況的計(jì)算，從表格中得出了不同的壩的高程，取之中 的最大H=，則壩高為 。） 0 10 20 30 40 50 60 Kβ 1 通過(guò)內(nèi)插法，經(jīng)查表得 Kβ =，所以最終的波浪爬高 Rp= *= 所以壩頂?shù)母叱蹋? H=+++= 通過(guò)同樣的方法可以計(jì)算出其他三種情況下的壩頂?shù)母叱蹋堰@四種情況詳細(xì)的填入到下表