【正文】 軸線確定后壩型選擇也是設(shè)計不可或缺的重要組成部分。壩型選擇主要應(yīng)考慮下列因素： （ 1）壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件，包括：河谷地形，壩基巖石性質(zhì)，覆蓋層的厚度、分層及其性質(zhì)，地震烈度等； （ 2）筑壩材料的物理力學(xué)性質(zhì)、儲量、位置、開采運輸和填筑條件（包括樞紐建筑物開挖出來的渣料）； （ 3）工程的總體布置及壩體與泄洪、輸水建筑物的連接； （ 4）壩基處理方式； （ 5）施工條件，包括施工期壩址區(qū)氣象和水文條件、場地布置條件、施工技術(shù)水平和經(jīng)驗等； （ 6）工程量及投資。但是壩體剖面 尺寸大，材料用量多；壩體應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮；且壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩體揚壓力大，對穩(wěn)定不利。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體穩(wěn)定。拱壩對壩址地質(zhì)條件的要求較重力壩和土石壩都高，河谷兩岸的基巖必須能承受由拱端傳來的推力，要在任何情況下都能保持穩(wěn)定。 土石壩 土石壩是由土、石料等當(dāng)?shù)夭牧咸钪傻膲?，其筑壩材料可以就地、就? 19 取材，減少工地的外線運輸量；能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。強度能滿足設(shè)計要求，它可以作為填筑壩體的壩殼料或堆石壩料 。壩址附近工程所用砼砂石骨料，需從渝北兩路鎮(zhèn)購 買，運距在 20 km左右。 樞紐建筑物 水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、左、右引（取）水洞及引水干渠組成。由于在大壩下游的左右兩岸都有需灌溉的大片農(nóng)田，因此在大壩的左右岸都設(shè)有灌溉取水設(shè)施，右岸取水洞放水流量 m3/s，入口和出口高程分別為 m和 m，出口與灌溉明渠相接。 20 3 調(diào)洪演算及壩體尺寸計算 工程級別及建筑物級別的確定 根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL252－ 2021）里表 ，結(jié)合工程概況可確定此工程級別及建筑物級別劃分如表 31，洪水標(biāo)準(zhǔn)如表 32： 表 31 陳橋水庫樞紐工程水工建筑物級別 工程等別 永久性建筑物級別 臨時性建筑物級別 主要建筑物 次要建筑物 IV 4 5 5 表 32山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性 水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) [重現(xiàn)期（年） ] 由表 31 及 32可知設(shè)計洪水的重現(xiàn)期為 50～ 30年，校 核洪水的重現(xiàn)期為1000～ 300 年。 設(shè)計洪水及校核洪水演算 調(diào)洪演算實質(zhì)上是在入庫洪水、泄流建筑物類型與尺寸、運用方式已知的情況下的水庫蓄泄調(diào)節(jié)計算。水庫調(diào)洪演算的基本原理，是逐時段地聯(lián)立求解水庫的水量平衡方程和水庫的蓄泄方程。 蓄泄方程：泄洪水頭 H 與下泄流量常采用關(guān)系曲線來表示。進而又可以借助水位庫容曲線 V=f(Z)，求出相應(yīng)的水庫蓄水容積 V。 為了更清楚地理解調(diào)洪演算的原理，用列表試算法和半圖解法分別進行調(diào)洪演算。將其與所設(shè)的 2q 相比較，若兩者相等，則所設(shè)的 2q同時滿足水量平衡方程和蓄泄方程，即為所求。這樣，便完成了一個試算過程。如此繼續(xù)下去，就可求得整個泄流過程 q ～ t 。 根據(jù)庫區(qū)地形條件和相關(guān)水文資料，采用 正槽式溢洪道泄洪，在左岸兩山體靠近壩體處開挖一個埡口用來布置溢洪道。最終確定溢洪道寬度為 ，流量系數(shù)為 ，堰頂高程為 372m，單孔泄流。 22 壩頂高程的計算 根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，壩頂高程由水庫靜水位加波浪爬高及安 全加高決定。 （ 31） 式中： y水庫靜水位以上超高 R波浪在壩坡上的爬高 A安全加高 對于丘陵、平原地區(qū)水庫， W、 D7500m 時，波浪的波高和平均波長可采用鶴地水庫公式，按照式（ 32）、式（ 33）計算： 3/126/12%2 )(006 WgDWWgh ? （ 32） 2/122 )(03 WgDWgL m ? （ 33） 式中 h2%— 累積頻率為 2%的波高，單位 m， Lm為平均波長， W 為計算風(fēng)速，設(shè)計情況下為多年平均風(fēng)速的 倍；校核情況下取多年平均風(fēng)速。其他設(shè)計取值參照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742021）選取。結(jié)合條紅演算結(jié)果設(shè)計工況壩頂高程為 ；校核工況下的壩頂高程為，取較大值 376m 為最終壩頂高程。 23 表 34 土壩的安全加高 A值（ m） 壩的級別 1 2 3 設(shè)計 校核 山區(qū)、丘陵 平原、濱海區(qū) 土石壩壩型初選 壩型選擇是水利水電工程設(shè)計中，不可或缺的重要組成部分。本設(shè)計中由于規(guī)定了是土石壩，因此初選的壩型有均質(zhì)壩，心墻壩，斜墻壩和面板壩四種。其壩體材料單一，施工方便，當(dāng)壩址附近有足夠的適宜土料時可以選用。一般適用于中低高度的壩，在具有較大內(nèi)摩擦角的含粘性的砂質(zhì)和礫質(zhì)土的情況下比較有利。但是斜墻壩由于抗剪強度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量相對較大。 心墻壩方案 心墻壩的防滲體位于壩體中央，適應(yīng)變形的條件較好，特別是當(dāng)兩岸壩肩很 24 陡時，較斜墻壩優(yōu)越。心墻土料的壓縮性較壩殼料高，易產(chǎn)生拱效應(yīng)，對防止水力劈裂不利，對壩的安全有影響。高心墻壩多 做成分區(qū)壩或多種土質(zhì)壩，從防滲體到壩殼料，顆粒由細到粗逐漸過渡，這對于充分利用土石料，增加壩的穩(wěn)定性和抗震能力都是有利的。面板堆石壩碾壓堆石的密度大，抗剪強度高，壩坡可以做得較陡，不僅節(jié)約了壩的填筑量，而且壩底寬度較小。 根據(jù)壩址處的地形地質(zhì)條件，修建均質(zhì)壩顯然是 不符合的，沒有足夠的均質(zhì)土料。綜上分析，工程最終的壩型選擇粘土心墻壩。 中、低高度的均值壩，其平均坡率約為 1： 3。斜墻壩的下游壩坡率可參照上述數(shù)值選用 ，取值宜偏陡；上游壩坡則可以適當(dāng)放緩，石質(zhì)壩坡放緩 ，土質(zhì)壩坡放緩 。人工材料心墻壩，可參照上述數(shù)值選用，并且上下游可采用同一坡率。上下游均設(shè)置厚度為 的漿砌石護坡。 棱體排水，又稱為濾水壩趾。棱體內(nèi)坡根據(jù)工程條件確定，一般為 1:～ 1:，外坡為 1:～ 1:基之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。棱體排水適用于下游有水的各種壩型，它可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護為誰范圍內(nèi)的下游壩腳不受 波浪淘刷，還可與壩基排水想連接。本工程采用棱體排水作為壩體排水方式，具體尺寸如圖 所示： 1:1:1356 .0m圖 排水棱體示意圖 壩體反濾層設(shè)計 為了防止土工建筑物在滲流出逸處遭受管涌、流土等滲流變形的破壞以及不同土層界面處的接觸沖刷，要設(shè)置反濾層以濾土排水。合理的反濾層設(shè)計要滿足兩個相互矛盾的要求： (1)被保 護料不會流失； (2)有足夠透水性使?jié)B流順暢排泄； (3)不被細粒圖淤堵； 27 控制含泥量（ ）不超過 5%； 當(dāng)土質(zhì)防滲體產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致集中滲流，能阻攔土粒流失，使縫壁在滲水浸泡下坍塌自愈。對于水平反濾層最小厚度為30cm，垂直或傾斜反濾層最小厚度為 50cm，如采用機械化施工，最小水平厚度視施工方法而定，一般小于 3m。 防滲體設(shè) 計 防滲體尺寸 土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制滲流比降和滲流量要求，還要便于施工。根據(jù)以往工程經(jīng)驗表明心墻的上下游坡不緩與 1： ～ 1： ，對邊坡穩(wěn)定影響不太大。 防滲體超高 防滲體頂部在靜水位以上超高，對于正 常運用情況（如正常蓄水位、設(shè)計洪水位），心墻為 ～ ，斜墻為 ～ ；而對于非常運用水位（如校核洪水位），防滲體頂高不應(yīng)低于非常運用情況的靜水位。 防滲體保護層 土質(zhì)防滲體頂部和土質(zhì)斜墻上游應(yīng)設(shè)置保護層，防止冰凍和干裂。 根據(jù)庫區(qū)處地質(zhì)資料，選擇開挖的粉砂質(zhì)粘土為主作為填筑心墻的材料，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742021），心墻的上下游坡坡率均取 1： ，頂寬取 4m，且防浪墻插入心墻內(nèi)部。心墻上下游均采用單層反濾保護，厚度為 50cm的砂巖。對于無特殊要求的高壩，壩頂寬度可選用 10～ 15m。壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻，以減少壩體的填方量。壩頂要有一定的坡度，以利于排水。如圖 所示： 29 圖 壩頂剖面尺寸示意圖 30 4 筑壩材料及材料分區(qū) 筑壩材料的選擇 筑壩材料的應(yīng)遵循因地制宜、就地取材的原則設(shè)計土石壩。通過筑壩材料的調(diào)查，落實筑壩材料性質(zhì)，可開采量、運距和可開采條件等，要優(yōu)先采用離壩址近的筑壩材料，盡量少占或不占用農(nóng)田，盡可能利用建筑物基礎(chǔ)開挖料。強度能滿足設(shè)計要求，它可以作為填筑壩體的壩殼料或堆石壩料， 其顆粒組成以及其它物理力學(xué)性質(zhì)分別見表 34 和表 35。壩址附近工程所用砼砂石骨料，需從渝北兩路鎮(zhèn)購買，運距在 20 km 左右。 材料分區(qū) 筑壩的各種材料分區(qū)如圖 所示。 溢洪道的選擇及軸線布置 根據(jù)庫區(qū)的地形圖得知，在壩址左岸有天然埡口的形成，因此大壩的泄水建筑物選擇正槽式溢洪道泄洪。 （ 1）引水渠： 因為溢洪道建在基巖上，因此引水渠的橫斷面應(yīng)做成矩形，巖層為弱風(fēng)化巖層，故變坡系數(shù)取 1： ～ 1： 。經(jīng)過計算可知渠中流速取 4m/s。堰頭形式選擇底坎為斜 面形式的寬頂堰。 流量計算采用公式（ 71）進行計算 : 2302 HgBmQ ?? （ 51） gvHH 22000 ??? （ 52） 式中： Q— 計算流量； m— 流量系數(shù)，根據(jù)校核HP1 按照（ SL253— 2021）《溢洪道設(shè)計規(guī)范》 取 m=； ε — 側(cè)向收 縮系數(shù)，設(shè)計中取ε =1；α =1； B— 溢洪道寬度； H— 堰前水頭； H0— 堰頂全水頭； 32 溢洪道的軸線布置如圖 所示。 圖 溢洪道軸線布置示意圖 （ 3）泄槽段： 根據(jù)庫區(qū)地形及河谷位置，泄槽采用矩形斷面，寬度 B=，與控制堰直接相接，不設(shè)漸變段。泄槽坡度采用變坡處理，上段坡度 i1=,下段坡度 i2=，臨界坡度 ki =，臨界水深 hk=。泄槽上游接寬頂堰時，起始計算斷面確定在泄槽首部，水深 h1 采用泄槽首段計算的臨界水深。 圖 泄槽水面線計算示意圖 水面線計算公式如下： 34 jiEsRCviEEs susd???????22 （ 58） 式中： 22 )(22 AQghgvhE s ?? ????, BhA? hB 2??? ,?AR?, 32216121 11 RnRRnCR ?? 。 ③ 泄槽彎曲段計算：泄槽彎段半徑為 6倍泄槽寬度， r=189m，彎段平均流速v=，平均水深為 。計算簡圖如圖 所示。 a、鼻坎型式：平順連續(xù)式； b、反弧半徑 R：為（ 6~10） h，取 10倍 h； c、鼻坎高程：高出下游最高水面 1～ 2m，取高出 ，挑坎底部高程為 361m； d、挑射角 ? ：取 30176。 ? 挑射角度 ,取 30176。 泄槽底板設(shè)計 底板厚度：由于影響底板穩(wěn)定的主要是浮托力，本設(shè)計不考慮地下水滲透壓力，豎直相差很大。參照已建工程，決定底板采用 50cm 厚的素混凝土?？v縫間距為15m，縫內(nèi)設(shè)止水，止水用瀝青砂板。 37 底板橫縫構(gòu)造示意圖（單位： cm） 底板縱縫構(gòu)造示意圖（單位： cm） 邊墻設(shè)計 邊墻的設(shè)計需要根據(jù)庫區(qū)地形圖及泄槽的水面線綜合分析，通過上述各參數(shù)的計算得出： （ 1）坡比 i= 的直線段，由槽面到墻頂?shù)拇怪本嚯x為：1+=；如圖 所示。 圖 彎曲段最高、低水深處邊墻示意圖 （ 3）坡比 i= 的直線段，由槽面到墻頂?shù)拇怪本嚯x為：+1=；如圖 所示。39。 堰基應(yīng)力計算公式： б yu= ∑ W/B+6∑ M/B2 б yd=∑ W/B6∑ M/B2 式中：б yu，б yd — 垂直正應(yīng)力，單位 kN /m2； ∑ Wx— 作用于 1 m 寬 壩段上的全部荷載（分包括或不包括揚壓力兩種情況）在堰基面截面上的法向分力總和； ∑ M— 作用于 1 m 寬堰段上的全部荷載（分包括或不包括揚壓力兩種情況）對截面形心軸力矩的總和； B— 堰基面截面的計算長度。 41 表 溢洪道堰體抗滑穩(wěn)定計算成果表 表 溢洪道堰體基底應(yīng)力計算成果表 單位： kN/m2 從表 中 可知 , 在各種荷載情況下 ， 溢流堰的抗滑穩(wěn)定系數(shù) 均 滿足規(guī)范要 求。 邊墻穩(wěn)定計算 ① 計算工況： a. 溢洪道泄洪工況：校核洪水位 ，對應(yīng)的水荷載 +自重 +土壓力 +基礎(chǔ)揚壓力 +滲透壓力。 分別對溢洪道控制段段、泄槽、及消力池邊墻的最大斷面，對其進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核。 b. 抗傾覆穩(wěn)定計算 計算公式： Ko= oy MM ?? / 式中： Ko — 抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)； ∑ My — 作用于墻