【正文】 壩料 。石料場距工地約 125250 m，石碴場距工地約 100600 m，開采運輸方便。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。因此綜合分析后選擇土石壩為設(shè)計方案。 樞紐建筑物 水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、左、右引（?。┧醇耙汕M成。陳橋水庫溢洪道設(shè)置在大壩的左岸，為開敞正堰式寬頂堰型溢洪道，堰頂高程為 m,溢洪道出口與原河道相連接。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。左岸取水流量 m3/s，其入口和出口高程分別為 m 和 m，出口也與灌溉明渠相接。 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準》（ 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，洪水標準如表 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 水工建筑物洪水標準 [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。根據(jù)本工程的水文資料，選擇設(shè)計洪水重現(xiàn)期為 50年，校核洪水的重現(xiàn)期為 1000 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。通過調(diào)洪演算，求出水庫逐時段的蓄水、泄水變化過程，從而獲得調(diào)節(jié)該次洪水后的水庫最高洪水位和最大下泄流量，以供進一步防 21 洪分析之用。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。 水量平衡方程： 1 2 1 2 2 1( ) 1 / 2 ( ) 1 / 2 ( )Q q t Q Q t q q t V V V? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Q t? 時段中的平均入庫流量； q t? 時段中的平均下泄流量； 1Q ， 2Q t? 時段初、末的入庫流量（ m3/s）； 1q ， 2q t? 時段初、末的出庫流量（ m3/s）； 1V ， 2V t? 時段初、末的水庫蓄水量（ m3）； t? 計算時段（ s）； V? t? 時段水庫蓄水量變化值。 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。并由此可以換算出水庫水位 Z 和和泄量 q的關(guān)系 q=f(Z)。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。于是，下泄流量又可以寫成庫容 V的函數(shù)式，得出兩者的關(guān)系曲線，此式稱為蓄泄方程，即 ()q f V? q 下泄流量（ m3/s）； V 庫容（ m3）。 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。 列表試算法是由已知時段的 1q 、 1V 和入庫流量 1Q 、 2Q ，假設(shè)時段末的下泄流量 2q ，根據(jù)水量平衡方程求出時段末水 庫的蓄水增量 V? ，而 12V V V?? ? ，由 2V 查 ()q f V? 曲線得到 2q 。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。否則，要重新設(shè)定一個 2q 值，重復(fù)上述試算過程，直至兩者相等或很接近為止。這樣，便完成了一個試算過程。接下去，把這一時段末的 2q 、 2V ，作為下一時段的 1q 、 1V ，在進行下一時段的的試算。如此繼續(xù)下去，就可求得整個泄流過程 q ～ t 。 半圖解法是用圖解和計算相結(jié)合的方式進行求解，此法避免了列表試算法的繁瑣，減輕了計算工作量，同時半圖解法的輔助線也可以用計算機繪制。 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。用 QBASIC 程序調(diào)進行洪演算。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。最終的設(shè)計洪水位為 ，校核洪水位為 。 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。壩頂在靜水位以上的超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》（ SL189— 96）中的公式計算： y=R+A 錯誤 !未指定書簽。 （ 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 為計算風速，設(shè)計情況下為多年平均風速的 倍；校核情況下取多年平均風速。 D為吹程，取 5 倍壩軸線長度。其他設(shè)計取值參照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742021）選取。 各種工況下計算結(jié)果結(jié)果如表 33所示： 表 33 波浪爬高計算表 運用情況 上 游壩坡坡率 糙率滲透性系數(shù) K△ 經(jīng)驗系數(shù) Kw 平均波高 hm 平均波長 Lm 平均波浪爬高 Rm 波浪爬高 R5% 正常運用 +設(shè)計 1 非常運用 +校核 1 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742021） A 的取值如表 34 所示。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。防浪墻高度設(shè)置為 1m。 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。壩型選擇要根據(jù)當?shù)氐木唧w條件，因地制宜，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇出技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理的壩型。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?，F(xiàn)將四種壩型的特點羅列 如下： 均質(zhì)壩方案 均質(zhì)壩壩體主要有一種土料組成，同時起防滲和穩(wěn)定作用。其壩體材料單一，施工方便，當壩址附近有足夠的適宜土料時可以選用。這種壩所用的土料的滲流系數(shù)小，施工期壩體內(nèi)會產(chǎn)生孔隙水壓力，影響土料的抗剪強度，所以壩坡較緩，工程量大；此外鋪土厚度薄、填筑速度慢、施工容易受降水和冰凍影響，不利于加快進度和縮短工期。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。 斜墻壩方案 斜墻壩的壩殼可以超前于防滲體進行填筑，而且不受氣候條件的限制，也不依賴于 地基灌漿施工的進度，施工干擾小。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。斜墻對壩體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接也較為困難，故高壩中斜墻壩所占的比例較心墻壩要小。 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，特別是當兩岸壩肩很 24 陡時，較斜墻壩優(yōu)越。薄心墻有利于降低孔隙水壓力。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。心墻在施工時必須和兩側(cè)壩殼平齊上升，施工干擾大，受氣候條件的影響也大。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 面板堆石壩采用振動碾薄層碾壓填筑，堆石體壓縮性小，面板的防滲效果得以保證。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。但是，面板堆石壩對壩基的要求高，趾板地基開挖要求平順，須避免陡坎和反坡，趾板須置于堅硬、不沖蝕和可灌漿的基巖面上，且建基面一般須開挖到弱風化層上部。 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。面板壩耗費的混凝土要多，工程造價要高，因此不選用。綜上分析，工程最終的壩型選擇粘土心墻壩。 壩坡設(shè)計 壩坡坡率關(guān)系到壩體穩(wěn)定以及工程量的大小，土石壩的壩坡初選可以參照已有的工程經(jīng)驗擬定。 中、低高度的均值壩，其平均坡率約為 1： 3。 土質(zhì)防滲體的心墻壩，當下游壩殼采用堆石時，常用的坡率為 1： ～ 1：，采用土料時，常用 1： ～ 1： ；上游壩殼采用堆石時，常用 1： ～1： ，采用土料時，常用 1： ～ 1： 。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放緩，石質(zhì)壩坡放緩 ，土質(zhì)壩坡放緩 。 人工材料面板壩，采用優(yōu)質(zhì)石料分層碾壓時，上游壩坡坡率一般采用 1：～ 1： ，按照施工要求，瀝青混凝土面板壩上游壩坡不宜陡與 1： ；良好堆石的下游壩坡可為 1： ～ 1： ，如為卵礫石，可放緩至 1： ～ 1： ，壩高超過 110m 時，也宜適當放緩。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。 根據(jù)工程壩殼所填筑的材料，本工程上游壩坡采用變坡處理，坡率擬用 1： 25 和 1： ；下游同樣采用變坡 處理，壩坡率擬用 1： 和 1： ，如圖 所示： 1：1：1：1：367 .5m368 .5m 圖 壩體上、下游坡率示意圖 馬道及護坡設(shè)計 根據(jù)工程需要，在上游高程 的橫向排水溝；在下游高程為 處的地方同樣也布置寬為 的馬道及寬為 的橫向排水溝。上下游均設(shè)置厚度為 的漿砌石護坡。如圖 所示： 圖 下游馬道及排水溝尺寸示意圖 26 壩體排水和反濾層設(shè)計 壩體排水設(shè)計 壩體排水型式：棱體排水，貼坡式排水，壩內(nèi)排水。 棱體排水，又稱為濾水壩趾。是在下游壩腳處用塊石堆成棱體，棱體寬度不小于 1米，頂面超出下游水位的高度，對 2級壩不小于 1 米，對 35級壩不小于 米，而且還應(yīng)保證浸潤線位于下游壩坡面的凍層以下。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。在棱體上游坡角處應(yīng)盡量避免出現(xiàn)銳角。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。當壩基強度足夠高時，可發(fā)揮支撐壩體、增加穩(wěn)定的作用。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。在土質(zhì)防滲體與壩殼或壩基透水層之間，壩殼與壩基的透水部位均應(yīng)盡量滿足反濾原則。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。 根據(jù)反濾過度要求，反濾層數(shù)一般為 1～ 3 層。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。本工程反濾的設(shè)計均采用 1 層 50cm 厚的砂巖作為反濾層，分別在心墻上、下游與壩殼料的接觸處布置，以及排水棱體與壩殼料的接觸處布置。 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。如采用機械化施工心墻或斜墻頂寬不小于 3m，其最小底寬取決于防滲土料的允許水力比降，因采用的土料而異，對于粘土為（ 1/5～ 1/6） H，土壤為（ 1/4～ 1/5） H，輕土壤為（ 1/3～ 1/4） H，其中 H 為上下游水頭。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。當然應(yīng)結(jié)合具體工程，通過穩(wěn)定分析和技術(shù)經(jīng)濟比較，最后確定防滲體尺寸。 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。如防滲體頂部設(shè)有穩(wěn)定堅固、不透水又與防滲體緊密連接的放浪墻，則防滲體頂部高程