斜心墻土石壩及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析說明書

土石壩設(shè)計方向 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 學(xué) 號 ： 姓 名 ： 指導(dǎo)教師 ： 評 閱 人 ：日 期 ： 摘 要論文對西南某江水利樞紐進行了以壩工為重點的工程設(shè)計。該壩為斜心墻土石壩，正常蓄水位2828米，汛限水位2828米。首先是根據(jù)某江流域的自然地理，水文氣候特征確定工程等級，并進行洪水調(diào)節(jié)計算。在可行的幾種泄流方案中，擇優(yōu)選出采用的方案和相應(yīng)的設(shè)計與校核水位。然后進入主要建筑物設(shè)計。確定樞紐的組成建筑物，包括擋水建筑物、泄水建筑物、水電站等。在定性分析的基礎(chǔ)上，確定出大壩的型式及壩址和壩軸線。在第一主要建筑物設(shè)計階段，確定出大壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基的處理方案和壩身構(gòu)造。之后依次進行了土料設(shè)計、滲流計算、滲透穩(wěn)定校核、穩(wěn)定計算和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，從各個方面驗證了設(shè)計剖面的可行性。其次為第二主要建筑物設(shè)計。確定出泄水建筑物的結(jié)構(gòu)型式和輪廓尺寸，進行選線布置。進行水力計算，從泄流能力、凈空要求、挑距和沖刷深度等方面驗證設(shè)計型式的可行性。并進行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計。最后進行粗略的施工組織設(shè)計。從明確施工控制點著手，定出了開工日期、截流日期、攔洪日期、封孔蓄水日期、初始發(fā)電日期和最后的竣工日期。本設(shè)計共歷時12周關(guān)鍵詞: 畢業(yè)設(shè)計，斜心墻土石壩，穩(wěn)定計算77ABSTRACTThe thesis is designed for a river Water Control Project lying to the Southwest of China and the dam construction is emphasized .First the project rank is difined according to the design data by 2823.20m and coming the flood adjust by 2824.00m. Then find out the best one in the practicable spilling alternatives,with their design water level and check water level together.Then coming the main structure design grade.the parts of preject are defined,consisting of blocking structure 、spillway structure 、hydropower station,and so on.The dam type is defined based on the qualitative analysis.The basis cross section and the outline dimension is defined in the first main structure design grade.The processing alternative of the dam foundation and the construction of the dam body is formulated in the same time.After this,the feasibility of design construction is verified from soil design,seeage compute,infiltrating stability analylsis and detail construction plan.Next the second main structure spillway is designed .Its composition type and outline dimension is defined before its site layout and water compute.The feasibility is also verified by spill ability、net air request、depth of flow scouring and so on.The detail construction plan comes the last.The final part is construction programming.The controlling points are made clear, such as going into operation time、diversion river time、holding flood back time、prevent flow and store water time、initial generate time and the complete time . The controlling construction progress chart.is drew in the end.This is the porject continous 12 week.This is the abstract of the thesis.目錄第一章 前 言41.1畢業(yè)設(shè)計主要目的和作用41.2 設(shè)計內(nèi)容和基本方法41.2.1了解任務(wù)書和熟悉、分析原始資料41.2.2洪水調(diào)節(jié)計算41.2.3主要建筑物形式選擇和水利樞紐布置41.2.4第一主要建筑物攔河壩設(shè)計41.2.5第二主要建筑物壩外泄水道設(shè)計51.2.6 決定樞紐的施工導(dǎo)流方案，安排施工的控制性進度。51.3 具體成果5第二章 工程概況52.1 流域概況52.2 氣候特性52.3 水文特性62.4 工程地質(zhì)72.5 建筑材料102.6 經(jīng)濟資料12第四章 洪水調(diào)節(jié)計算154.1 洪水調(diào)節(jié)計算154.1.1 工程等別及建筑物級別154.1.3 調(diào)洪演算原理173.2 堰頂高程及泄洪孔口的選擇183.2.1 堰頂高程及孔口尺寸選擇原則183.2.2 方案擬定194.3 調(diào)洪演算結(jié)果與方案選擇194.3.1 調(diào)洪演算結(jié)果194.3.2 方案選擇19第五章 壩型選擇及樞紐布置205.1壩址及壩型選擇205.1.1 壩址選擇205.1.2 壩型選擇205.2樞紐組成建筑物225.3 樞紐總體布置225.3.1 擋水建筑物土石壩225.3.2 泄水建筑物泄洪隧洞235.3.3 水電站建筑物23第六章 大壩設(shè)計236.1土石壩壩型選擇236.1.1 土石壩壩型綜述236.1.2 某江水利樞紐工程壩型選擇246.2 大壩的輪廓尺寸與排水防滲體246.2.1 壩頂寬度246.2.2 壩坡與戧道256.2.3壩頂高程256.2.4 壩體排水266.2.5 壩內(nèi)防滲體266.2.6 壩基防滲體276.3 土料設(shè)計286.3.1 粘性土料設(shè)計286.3.2 壩殼砂礫料設(shè)計306.3.2.1壩體砂礫料選擇標(biāo)準(zhǔn)如下:306.4 滲流計算326.4.1 滲流計算方法336.4.2 計算斷面與計算情況346.4.3 計算結(jié)果366.4.4 滲透穩(wěn)定分析376.4.5 成果分析與結(jié)論376.5 穩(wěn)定分析計算376.5.1 計算方法386.5.2工況選擇與穩(wěn)定計算成果416.5.3穩(wěn)定成果分析426.6 大壩基礎(chǔ)處理436.6.1 河床基礎(chǔ)處理436.6.2 壩肩基礎(chǔ)處理446.7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計446.7.1 壩的防滲體和排水設(shè)施446.7.2 反濾層設(shè)計446.7.3 護坡設(shè)計456.7.4壩頂布置47第七章 泄水建筑物設(shè)計507.1 泄水方案選擇507.2 泄水隧洞選線與布置507.3 隧洞的體型設(shè)計517.3.1 進口建筑物517.3.2 洞身斷面型式和尺寸517.3.3 出口消能段527.4 隧洞水力計算537.4.1 設(shè)計條件537.4.2 流態(tài)分析537.4.3 平洞段底坡537.4.4 洞內(nèi)水面線547.4.5 出口消能計算557.5 隧洞的細(xì)部構(gòu)造567.5.1 洞身襯砌567.5.2 襯砌分縫、止水567.5.3 灌漿、防滲與排水567.5.4 摻氣槽567.5.5 錨筋加固567.6 放空洞設(shè)計57第八章 施工組織設(shè)計588.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)588.2 施工導(dǎo)流計劃598.2.1 導(dǎo)流方案598.2.2 施工分期608.2.3確定截流和攔洪時間608.2.4 導(dǎo)流工程規(guī)劃設(shè)計6183 主體工程施工648.3.1有效工日計算648.3.2 主體工程量658.4 施工順序安排678.4.1 截流前應(yīng)完成的工程（導(dǎo)流隧洞工程）678.4.2 截流以后攔洪以前（汛期）應(yīng)完成的工程688.4.3 與封孔蓄水有關(guān)的工程688.4.4 其他688.5 施工控制性進度68附錄：穩(wěn)定計算70第一章 前 言畢業(yè)設(shè)計是我們在校期間本科學(xué)習(xí)的最后一個綜合性高、實踐性強的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是最后的實戰(zhàn)演習(xí)。1.1畢業(yè)設(shè)計主要目的和作用1. 鞏固、聯(lián)系、充實、加深、擴大所學(xué)基本理論和專業(yè)知識，并使之系統(tǒng)化；2. 培養(yǎng)綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，初步掌握設(shè)計原則、方法和步驟；3. 鍛煉獨立思考、獨立工作、協(xié)同工作的能力，并加強計算、繪圖、編寫說明書等技能訓(xùn)練，培養(yǎng)使用規(guī)范、手冊等標(biāo)準(zhǔn)化文本的意識；4. 樹立正確的設(shè)計思想，形成嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)。1.2 設(shè)計內(nèi)容和基本方法 該畢業(yè)設(shè)計的題目是畢業(yè)設(shè)計的題目是河川水利樞紐工程設(shè)計。以壩工為重點的設(shè)計應(yīng)包括下列幾個組成部分。1.2.1了解任務(wù)書和熟悉、分析原始資料1.2.2洪水調(diào)節(jié)計算用圖解法近似確定防洪庫容、設(shè)計（校核）洪水位與相應(yīng)的下泄流量，為確定大壩高度和下游消能防沖設(shè)施提供設(shè)計依據(jù)。1.2.3主要建筑物形式選擇和水利樞紐布置1. 確定樞紐組成建筑物及其設(shè)計等級。2. 通過不同方案的初步技術(shù)經(jīng)濟比較，選定壩型。3. 通過定性分析比較，選定水電站廠房及其他建筑物型式。4. 確定水利樞紐的布置方案。1.2.4第一主要建筑物攔河壩設(shè)計一般應(yīng)首先選定大壩結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造，然后進行校核計算。1. 選定壩的結(jié)構(gòu)形式，擬定防滲體的型式以及壩的主要尺寸。2. 進行土料設(shè)計，包括對壩身不同高程的透水料和不透水料的分區(qū)規(guī)劃布置以及壓實標(biāo)準(zhǔn)的確定。3. 滲流演算，計算正常、校核水位下浸潤線位置，確定總滲流量與逸出坡降。4. 靜力穩(wěn)定計算，求出上下游坡在某一水位情況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，以論證選用壩坡的合理性。5. 擬定壩身構(gòu)造，包括防滲、排水、反濾層、壩頂、護坡、馬道，以及壩體與壩基、岸坡及其他建筑物的連接。1.2.5第二主要建筑物壩外泄水道設(shè)計1. 確定結(jié)構(gòu)形式和主要尺寸，進行建筑總體布置。2. 進行水力計算，以驗證建筑物的輪廓尺寸和各部分的結(jié)構(gòu)尺寸是否合理。3. 擬定細(xì)部構(gòu)造，包括排水、錨筋加固、灌漿、摻氣等。1.2.6 決定樞紐的施工導(dǎo)流方案，安排施工的控制性進度。1.3 具體成果繪出3張工程設(shè)計圖，并自行編制說明書與計算書，編寫中、英文的摘要。第二章 工程概況2.1 流域概況該江位于我國西南地區(qū)，流向自東南向西北，全長約122公里，流域面積2558平方公里，在壩址以上流域面積為780平方公里。本流域大部分為山嶺地帶，山脈和盆地交錯于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，地表大部分為松軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層，汛期河流的含沙量較大。沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。本流域內(nèi)因山脈連綿，交通不便，故居民較少，全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20，林木面積約占全區(qū)的30，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。2.2 氣候特性1. 氣溫 年平均氣溫約為12.8度，最高氣溫為30.5度，發(fā)生在7月份，最低氣溫為-5.3度，發(fā)生在1月份。表2-1 月平均氣溫統(tǒng)計表（度）123456789101112年平均4.88.311.214.816.318.018.818.316.012.48.65.912.82. 濕度 本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年和4月特別干燥，其相對濕度為5173%之間，夏季因降雨日數(shù)較多，相對濕度隨之增大，一般變化范圍為6786%。表2-2 平均溫度日數(shù)日數(shù) 月份平均溫度12345678910111261.20.3000000003.125.026.830.7303130313130313027.90000000000003. 降水量 最大年降水量可達(dá)1213毫米，最小為617毫米，多年平均降水量為905毫米。表2-3 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計表日數(shù) 月份平均降雨量12345678910111230mm0000000000004. 風(fēng)力及風(fēng)向 一般14月風(fēng)力較大，實測最大風(fēng)速為19.1米秒，相當(dāng)于8級風(fēng)力，風(fēng)向為西北偏西。水庫吹程為15公里。洪水期實測最大多年平均風(fēng)速為14 m/s 。2.3 水文特性該江徑流的主要來源為降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實測短期水文氣象資料研究，一般是每年五月底至六月初河水開始上漲，汛期開始，至十月以后洪水下降，則枯水期開始，直至次年五月。該江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實測最大流量為700秒立米，而最小流量為0.5秒立米。1年日常徑流 壩址附近水文站有實測資料8年，參考臨近測站水文記錄延長后有22年水文系列，多年年平均流量為17秒立米。2洪峰流量 經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量如下表。表2-4 不同頻率洪峰流量（秒立米）頻率0.0512510流量23201680142011801040表2-5 各月不同頻率洪峰流量（秒立米） 月頻率1234567891011121461912196001240155012106703902837236171115530112013601090600310233352314911420850110083048025016281019117937076098072041021015233固體徑流 該江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強度及降水量的大小而變化，平均含沙量達(dá)0.5公斤立米?？菟畼O少，河水清徹見底，初步估算30年后壩前淤積高程為2765米。2.4 工程地質(zhì)1水庫地質(zhì) 庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認(rèn)為庫區(qū)滲漏問題不大，但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的坍岸是不可避免的，經(jīng)過勘測，估計可能坍方量約為300萬立米。在考慮水庫淤積問題時可作為參考。2壩址地質(zhì) 壩址位于該江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降不太大，兩岸高山聳立，構(gòu)成高山深谷的地貌特征。壩址區(qū)地層以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過，對其巖性分述如下：(1) 玄武巖 一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈、石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進來的。堅硬玄武巖應(yīng)為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會隨之增加，其礦物成份為普通輝石、檢長石，副成分為綠泥石、石英、方解石等，由于玄武巖成分不甚一致，風(fēng)化程度不同，力學(xué)性質(zhì)也不同，可分為堅硬玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風(fēng)化玄武巖和全風(fēng)化玄武巖等，其物理力學(xué)性質(zhì)見表2-6、表2-7。滲透性：經(jīng)試驗得出k值為4.14-7.36米/晝夜。表2-6 壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗表巖石名稱比重容重kN/m3建議采用抗壓強度MPa半風(fēng)化玄武巖3.0129.650破碎玄武巖2.9529.250-60火山角礫巖2.9028.735-120軟弱玄武巖2.8527.010-20堅硬玄武巖2.9629.2100-160多氣孔玄武巖2.8527.870-180表2-7 全風(fēng)化玄武巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗表 天然含水率%干容重kN/m3比重液限塑限塑性指數(shù)壓縮系數(shù)a浸水固結(jié)塊剪00.5m2/kN10-634m2/kN10-6內(nèi)摩擦角凝聚力kPa2.516.32.9747.332.2616.95.971.5128.3824 (2) 火山角礫巖 角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為215厘米，膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì)，膠結(jié)緊密者抗壓強度與堅硬玄武巖無異，其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強度低至35MPa。(3) 凝灰?guī)r 成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與近似，風(fēng)化后成為碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。(4) 河床沖積層 主要為卵礫石類土，砂質(zhì)粘土與砂層均甚少，且多呈透鏡體狀，并有大漂石摻雜其中。卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r與砂巖占極少數(shù)。沿河谷內(nèi)分布：壩基部分沖積層厚度最大為32米，一般為20米左右；靠岸邊最少為幾米。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細(xì)小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10100毫米；礫石直徑一般為210毫米；砂粒直徑0.050.2毫米；細(xì)小顆粒小于0.1毫米。見表2-8。沖積層的滲透性能 經(jīng)抽水試驗后得，滲透系數(shù)k值為310-2厘米/秒110-2厘米/秒。 表2-8 沖積層剪力試驗成果表土壤名稱代號 項目計算值容重（控制）kN/m3含水量（控制）三軸剪力（塊剪）應(yīng)變（拉制）（浸水固結(jié)快剪）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）內(nèi)摩擦角凝聚力（kPa）含 中量細(xì)粒的礫石次數(shù)17128822最大值24.38.66471537.0324310.5最小值22.24.27353012.017550平均值23.086.47403418.225255.3小值平均值373214.8備注三軸剪力土樣備系篩去大于4mm顆粒后制備的。試驗時土樣的容重為控制容重。應(yīng)變控制土樣容重系篩去大于0.1mm顆粒后制備的。以上兩種試驗的土樣系擾動的。(5) 坡積層 在水庫區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到，為經(jīng)短距離搬運沉積后，形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。3地質(zhì)構(gòu)造壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育。可以分為兩組，一組走向與巖層走向幾乎一致，即北東方向，傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相同。傾角一般都較大，近于垂直，裂隙清晰，且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填。節(jié)理間距，密者0.5米即有一條，疏者35米即有一條，所以沿岸常見有巖塊崩落的現(xiàn)象。上述節(jié)理主要在砂巖、泥灰?guī)r與玄武巖之類的巖石內(nèi)產(chǎn)生。4水文地質(zhì)條件本區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強烈透水層，故地下水不甚豐富，對工程比較有利。根據(jù)壓水試驗資料，玄武巖的透水性不同，裂隙少、堅硬完整的玄武巖為不透水層，其壓水試驗的單位吸水量小于0.01 l/(minm)。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r，以及裂隙甚少的火山角礫巖都為不透水性良好的巖層。至于節(jié)理很發(fā)育的破碎玄武巖、半風(fēng)化與全風(fēng)化玄武巖都是透水性良好的巖層。正因為這些隔水的與透水的玄武巖存在，遂使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水。一般砂巖也是細(xì)粒至微粒結(jié)構(gòu)，除因構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，上部裂隙水較多外，深處巖層因隔水層的層數(shù)多，難于形成泉水。石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石多為不透水層，滲透問題也不存在。5. 本地區(qū)地震烈度定為7度，基巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)取0.65。2.5 建筑材料1料場的位置與儲量各料場的位置與儲量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地地形平坦，采運尚方便。2物理力學(xué)性質(zhì)(1) 土料：見表2-9表2-12。(2) 石料：堅硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲量較豐富，在壩址附近有石料場一處，覆蓋層淺，開采條件較好。表2-9 粘土的物理力學(xué)性質(zhì)料場名稱物 理 性 質(zhì)滲透系數(shù)10-6cm/s力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性自然含水量%自然容重比重孔隙率%孔隙比稠度飽和度顆粒級配（成分%，粒徑d）擊實剪力固結(jié)壓縮系數(shù)cm2/kg有機含量灼熱法%可溶鹽含量%流限%塑限%塑性指數(shù)礫砂粘土最大干密度g/cm3最優(yōu)含水量%內(nèi)摩擦角deg凝聚力kPa濕干粗中細(xì)粉2mm20.5mm0.50.05mm0.050.005mm0.005mmKN/m31#下24.818.9115.162.6742.260.73442.6023.1419.460.937.475.9517.8735.4833.231.6022.074.31724.6724.00.0211.730.0702#下24.218.9115.182.6741.900.72143.9022.2021.700.917.254.1514.3541.7532.251.6521.024.8025.5023.00.0201.900.0191#上25.617.3513.032.6549.800.99049.5725.0024.570.878.838.0017.5031.0034.671.5622.301.9023.1725.00.0262.200.1102#上26.316.3712.842.7452.301.09349.9026.3023.500.694.504.3320.6736.2034.301.5423.803.9621.5038.00.0330.250.1103#下15.919.1116.642.7037.000.58034.0020.0014.000.676.409.0012.0035.0019.601.8016.903.0028.0017.00.0101.900.080表2-10 砂礫石的顆粒級配顆 直徑粒 mm含量料場300100100606020202.52.51.21.20.60.60.30.30.150.151#上5.218.621.412.318.613.95.44.60.32#上4.817.820.314.117.814.84.65.30.53#上3.815.418.515.316.420.53.56.20.44#上6.018.319.416.415.616.74.82.50.31#下4.514.120.123.214.97.28.67.20.22#下3.919.222.418.719.18.35.72.80.13#下5.023.119.114.218.48.96.34.10.94#下4.122.418.714.117.914.44.13.60.7表2-11 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/m318.617.919.119.018.618.518.418.0比重2.752.742.762.752.752.732.732.72孔隙率，%32.534.731.031.532.532.232.533.8軟弱顆粒，%2.01.50.91.22.50.81.01.2有機物含量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2.010-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。表2-12 各料場天然休止角料場名稱最小值最大值平均值1#上3430355035102#上3500371036003#上3440364035404#上3510374036301#下3410363035202#下3520380036403#下3430371035504#下3600382037102.6 經(jīng)濟資料1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2-13 各高程淹沒情況高程（米）280728122817282228272832淹沒人口（人）350036403890406053207140淹沒土地（畝）3000322034103600460061002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。2.7 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。2.8樞紐特征樞紐的特征尺寸與主要設(shè)備特性如下。1發(fā)電裝機24 MW，多年平均發(fā)電量1.2億度。本電站裝3臺8MW機組。正常蓄水位為2828米，汛期限制水位為2828米，死水位為2796.0米，3臺機組滿發(fā)時的流量為44.1秒立米，尾水位為2752.2米。 廠房型式為引水式，廠房平面尺寸為3213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326米米。安裝場平面尺寸為813米米。開關(guān)站尺寸為3020米米。2. 灌溉增加保灌面積1.5萬畝。3. 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805秒立米和875秒立米。要求設(shè)計洪水時最大下泄流量限制為900秒立米, 要求最高蓄水位（校核洪水位）不超過正常蓄水位3.5米。4.其它引水隧洞進口底高程為 2789.00 米，出口底高程為 2752.30 米；引水隧洞直徑為 4 米，壓力鋼管直徑 2.3米，調(diào)壓井直徑為 12.0 米；放空洞直徑為 2.5 米。可放空水庫至水位 2770.00 米。第三章 設(shè)計條件和設(shè)計依據(jù)3.1 設(shè)計任務(wù)在對原始資料進行綜合分析的基礎(chǔ)上，掌握設(shè)計意圖，明確設(shè)計任務(wù)。1. 洪水調(diào)節(jié)計算根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)，選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物的孔口尺寸；通過洪水調(diào)節(jié)計算確定防洪庫容、上游設(shè)計和校核水位及相應(yīng)的下泄流量。2. 主要建筑物型式選擇和水利樞紐布置本階段任務(wù)包括：確定樞紐組成建筑物及其設(shè)計等級；通過不同方案的初步經(jīng)濟技術(shù)比較，選定壩型；確定水利樞紐的布置方案。3. 第一主要建筑物大壩設(shè)計該階段任務(wù)有：通過比較分析，確定大壩基本剖面型式和輪廓尺寸；擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造；進行水力和靜力計算；進行細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。4. 第二主要建筑物泄水建筑物設(shè)計本階段要求確定泄水建筑物結(jié)構(gòu)型式和輪廓尺寸，進行總體布置；擬定細(xì)部構(gòu)造；進行必要的水力、靜力計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計。3.2 設(shè)計依據(jù)設(shè)計過程中主要參考了以下文獻： 1. 碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范2. 水工設(shè)計手冊土石壩分冊3. 土石壩地基防滲墻設(shè)計和計算4. 水工隧洞設(shè)計規(guī)范5. 國內(nèi)土石壩資料匯編6. 水利水電樞紐等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（丘陵地區(qū)部分）7. 水工建筑物 左東啟等，河海大學(xué)出版社，19958. 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南 索麗生等，中國水利電力出版社，2001第四章 洪水調(diào)節(jié)計算4.1 洪水調(diào)節(jié)計算本河流屬于典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，設(shè)計洪峰流量Q設(shè) = 1680m/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m/s（P=0.05%）。4.1.1 工程等別及建筑物級別一項水利樞紐的成敗對國際民生有直接影響。但不同規(guī)模工程影響程度也不同。為使工程的安全可靠性與其造價的經(jīng)濟合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級，即先按工程的規(guī)模，效益及其在國民經(jīng)濟中的重要性，將水利樞紐分等，而后再對個組成建筑物按其所屬樞紐級別，建筑物作用及重要性進行分級。樞紐工程，建筑物的等級不同，對其規(guī)劃，設(shè)計，施工運行管理的要求也不同，等級越高者要求越高。根據(jù)SDJ1278（水利水電工程樞紐等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)。丘陵區(qū)部分），綜合考慮水庫總庫容，防洪效益，灌溉面積，電站裝機容量，工程規(guī)模由庫容（正常蓄水位時4.92億m/S，估計校核情況下庫容不會超過10億m/S）控制屬大（2）型。主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常應(yīng)用（設(shè)計）洪水重限期年，非常應(yīng)用（校核）洪水重限期年。4.1.2泄洪方式與水庫運用方案1.泄洪方式與水庫運用方案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?，F(xiàn)對各種河按泄水建筑物作如下討論。（1）. 正槽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。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。水庫應(yīng)用方式：洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來水量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，就閘門全開，下泄流量隨水位得升高而加大，流態(tài)為自由泄流。2. 防洪限制水位的選擇防洪限制水位取與正常蓄水位重合，這是防洪庫容與興利庫容全不結(jié)合的情況，因為山區(qū)河流特點是暴漲暴落，整個汛期內(nèi)大洪水隨時都可能出現(xiàn)，任何時刻都預(yù)留一定的防洪庫容是必要的。4.1.3 調(diào)洪演算原理 1. 設(shè)計洪水與校核洪水本河流屬于典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，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=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放大對典型洪水進行放大，得設(shè)計洪水與校核洪水過程線分別見圖3-1和圖3-2。 圖3-1 設(shè)計洪水過程線 圖3-2 校核洪水過程線2. 調(diào)洪演算與方案選擇1.泄洪方式與水庫運用方案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)對各種河按泄水建筑物作如下討論。1. 正槽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。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。水庫應(yīng)用方式：洪水來臨時用閘門控制下泄流量等于來水量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，就閘門全開，下泄流量隨水位得升高而加大，流態(tài)為自由泄流。2. 防洪限制水位的選擇防洪限制水位取與正常蓄水位重合，這是防洪庫容與興利庫容全不結(jié)合的情況，因為山區(qū)河流特點是暴漲暴落，整個汛期內(nèi)大洪水隨時都可能出現(xiàn)，任何時刻都預(yù)留一定的防洪庫容是必要的。3. 調(diào)洪演算原理 采用以峰控制的同倍比放大法對典型洪水進行放大，得出設(shè)計與校核洪水過程線。擬定幾組不同堰頂高程I及孔口寬度B的方案。堰頂自由泄流公式Q=mBsqr (2g)H3/2可確定設(shè)計洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量Q起(式中已加上發(fā)電引水流量Q=44.1)由Q起開始，假定三條泄洪過程線（為簡便計算，假設(shè)都為直線），在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V。根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由三組（Q泄，H）繪制的QH曲線與由Q=mBsqr (2g)H3/2繪制的QH曲線相交，所得交點即為所要求的下泄流量及相應(yīng)水位。 3.2 堰頂高程及泄洪孔口的選擇調(diào)洪演算時需擬定幾組不同堰頂高程I及孔口寬度B的方案，進行比較分析，取其優(yōu)者。3.2.1 堰頂高程及孔口尺寸選擇原則堰頂高程如果取的太低，孔口總凈寬選的大，則泄流能力加大，所需水庫防洪庫容可較小，擋水建筑物高度也可較小，上游淹沒損失也較小，移民太多可能造成投資的浪費；而且，下游的防洪要求是900m3/s，如果大于此防洪要求，下游將遭受洪水的威脅。如果堰頂高程取的高，孔口總凈寬取的小，則結(jié)果與上述相反。3.2.2 方案擬定要得到堰頂高程與孔口尺寸的最佳方案，應(yīng)在技術(shù)可行前提下，結(jié)合泄水隧洞以及擋水建筑物在內(nèi)的樞紐總造價最小來優(yōu)，通過各種可行方案的經(jīng)濟比較決定。設(shè)計中參照已建工程經(jīng)驗，初步擬定四組堰頂高程與孔口尺寸如下：方案一： =2818m，B=7m；方案二：=2818m, B=8m;方案三： =2819m, B=7m；方案四: =2817m, B=8m;方案五: =2819m, B=8m；方案六：=2817m，B=7m；4.3 調(diào)洪演算結(jié)果與方案選擇4.3.1 調(diào)洪演算結(jié)果 本設(shè)計中擬定四組方案進行比較，成果見表4-1。表4-1 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=2818mB=7m設(shè)計校核521.8603.12829.552830.581.72.65 2=2818mB=8m設(shè)計校核590.1676.32829.382830.381.222.22 3=2819mB=7m設(shè)計校核475.6552.62829.882830.90.951.89 4=2817mB=8m設(shè)計校核656.8724.52829.22830.171.082.02 5=2819mB=8m設(shè)計校核523.5604.72829.62830.620.951.886=2817mB=7m設(shè)計校核591.3660.32829.432830.380.91.8注：1.發(fā)電引水量Q=44.1 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.4.3.2 方案選擇 以上方案均能滿足泄流量Q900m/S，上游水位超高Z3.5m的要求，從這個角度來看四種方案都是可行的。因此方案的選擇就應(yīng)該通過技術(shù)經(jīng)濟比較選定（這里不只作定發(fā)生性分析），同時也應(yīng)考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合的問題。一般來說，Z大，壩增高，大壩工程量加大；B大則增加遂洞的開挖及其他工程量，而Q/B越大消能越困難，襯砌要求越高。由于四種方案數(shù)據(jù)較接近 ，上游水位及超高相差不多，對主體工程量的影響不大。故主要考慮泄水建筑物的工程造價。方案一中堰頂高層高，過水前沿短，開挖量小，而且下泄流量小，隧洞襯砌和出口消能要求低，故選用第四種方案。該方案中各特征參數(shù)復(fù)述如下：堰頂高程=2817 m，單孔泄流，單孔凈寬B=8.00 m 。設(shè)計流量656.8m3/s，設(shè)計水位2829.7m。校核流量724.5 m3/s，校核水位2830.17m。第五章 壩型選擇及樞紐布置5.1壩址及壩型選擇5.1.1 壩址選擇經(jīng)過比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇，兩條較有利的壩軸線，兩軸線河寬基本接近，從而大壩工程量基本接近。從地形圖上可以看出：剖面，河床覆蓋層平均厚度20m,河床中部最大達(dá)32m，壩肩除10m左右范圍的風(fēng)化巖外，還有數(shù)十條破碎帶，其余為堅硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好（對土石壩而言）。剖面除與剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，底部玄武巖破碎帶縱橫交錯，若將壩建于此壩基及繞壩滲流可能較大，進行地基處理工程量太大，綜合考慮以上因素，壩軸線選在處。5.1.2 壩型選擇5.1.2.1壩型選擇所選壩軸線處河床沖積層較深，兩岸風(fēng)化巖透水性深，基巖強度低，且不完整，并且水庫蓄水后兩岸邊坡會產(chǎn)生塌方。從地質(zhì)條件看，拱壩對地形及地質(zhì)條件有獨特的要求，地質(zhì)條件要求巖基堅硬，整體性好，強度高，具有不透水性，兩岸拱座基巖要求堅硬而完整，邊破穩(wěn)定，沒有大的斷裂構(gòu)造及軟弱夾層，能承受由拱端傳來得巨大推力而不致產(chǎn)生過大的變形，尤其要避免兩岸邊坡有與河床傾斜的節(jié)理裂隙或?qū)永順?gòu)造；地形條件要求河谷的寬度L及大壩高度H的比值在一定的范圍內(nèi)，河谷形狀在平面上也有一定的要求，要求兩岸拱座下游有足夠厚的完整巖體，同時河谷斷面形狀要求簡單。顯見不宜修建拱壩。支墩壩本身應(yīng)力較高，對地基要求也很高，尤其是連拱壩不能適應(yīng)不均勻的地基變形，對地基要求更為嚴(yán)格，支墩壩的側(cè)向穩(wěn)定性差，如受到垂直于河流方向的地震，其抗側(cè)向傾覆能力較差。而本工程地基強度低，且不完整，易產(chǎn)生不均勻沉陷，且壩區(qū)有7級地震，因此也不能修建支墩壩，較高的混凝土重力壩也要求建在巖性地基上。壩區(qū)的粘土及砂礫土比較豐富，可以建土石壩，而且土