E江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、河海大學(xué)函授本科河海大學(xué)函授本科 20152015 級(jí)級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目: : E 江水利樞紐設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)專業(yè)年級(jí): : 河海水工 2015 級(jí) 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào): : 姓姓 名名: : 曾致雷 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師: : 郭海慶 福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼教中心 2017 年 3 月 目目 錄錄 1 調(diào)洪演算 .1 1.1 泄洪能力 .1 1.2 調(diào)洪演算 .1 2 大壩輪廓尺寸的擬定 .3 2.1 壩頂高程計(jì)算 .3 2.2 壩頂寬度 .5 2.3 壩坡與馬道 .6 2.4 壩體排水 .6 2.5 大壩防滲體 .6 3 土料設(shè)計(jì) .8 3.1 粘性土料設(shè)計(jì) .8 3

2、.2 壩殼砂礫料設(shè)計(jì) .10 4 滲流計(jì)算 .12 4.1 計(jì)算方法 .12 4.2 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 .14 4.3 計(jì)算結(jié)果 .14 4.4 滲透穩(wěn)定驗(yàn)算 .15 5 穩(wěn)定計(jì)算 .16 5.1 計(jì)算方法 .16 5.2 上下游壩坡折線滑動(dòng)法計(jì)算 .16 5.3 穩(wěn)定成果分析 .16 6 基礎(chǔ)處理部分 .18 6.1 河床部分 .18 6.2 壩肩處理 .18 7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) .20 7.1 壩的防滲體，排水設(shè)備 .20 7.2 反濾層設(shè)計(jì) .20 7.3 護(hù)坡設(shè)計(jì) .20 7.4 壩頂布置 .21 8 隧洞的體型設(shè)計(jì) .22 8.1 進(jìn)口建筑物 .22 8.2 洞身斷面型式和尺寸

3、 .23 8.3 出口消能段 .23 9 隧洞的水力計(jì)算 .24 9.3 計(jì)算工況 .24 9.4 平洞段底坡的確定 .24 9.5 洞內(nèi)水面曲線 .24 9.6 出口消能驗(yàn)算 .25 10 隧洞的細(xì)部構(gòu)造 .27 10.1 洞身襯砌.27 10.2 襯砌分縫、止水 .27 10.3 灌漿 .27 10.4 排水 .27 10.5 摻氣槽 .27 10.6 錨筋加固 .27 1 1、調(diào)洪演算、調(diào)洪演算 1.11.1 泄洪能力泄洪能力 本次根據(jù)確定的泄洪方式，進(jìn)行泄流能力分析，根據(jù)無(wú)壓隧洞自由計(jì)算 其過(guò)流能力，泄流公式按下式計(jì)算。 3 2 0 Hg2mbQ = m自由出流系數(shù)，取 0.485；

4、b溢流孔寬； H0H0=H+v2/2g，H堰上水頭，考慮上游堰前水域開闊，取 H0=H。 E 江水庫(kù)泄洪設(shè)施不同方案的泄流能力曲線見(jiàn)表 1-1。 E E 江水庫(kù)泄洪設(shè)施不同方案的泄流能力曲線表江水庫(kù)泄洪設(shè)施不同方案的泄流能力曲線表 表 1-1 堰頂水頭 H(m) b=6m 泄流量 (m3/s) 堰頂水頭 H(m) b=7m 泄流量 (m3/s) 堰頂水頭 H(m) b=8m 泄流量 (m3/s) 1.0 12.91.0 15.01.0 17.2 3.0 67.03.0 78.13.0 89.3 5.0 144.15.0 168.15.0 192.1 7.0 238.77.0 278.57.0

5、318.3 9.0 348.09.0 406.09.0 464.0 11.4 496.111.4 578.811.4 661.5 13.0 604.213.0 704.913.0 805.6 15.0 748.815.0 873.615.0 998.4 17.0 903.517.0 1054.117.0 1204.6 20.0 1152.920.0 1345.020.0 1537.2 1.21.2 調(diào)洪演算調(diào)洪演算 根據(jù)地形和地質(zhì)資料泄洪洞布置時(shí)進(jìn)口地高程為可取 2800m，而水庫(kù)汛 限水位取等于正常蓄水位為 2820.50m，因此需要確定泄洪洞進(jìn)口堰頂高程， 以滿足泄洪洞產(chǎn)生無(wú)壓過(guò)流以、工程

6、經(jīng)濟(jì)性和下游防洪限制泄量的要求，本 設(shè)計(jì)擬訂五組方案進(jìn)行比較，調(diào)洪演算成果見(jiàn)表 1-2。 調(diào)洪演算成果表調(diào)洪演算成果表 表 1-2 方案 堰頂高程 z（m） 洞寬 B（m） 工況 下泄流量 Q（m3/s） 庫(kù)容 V（萬(wàn) m3） 庫(kù)水位 Z（m） 設(shè)計(jì)672.6411232822.60 一2810m7m 校核753.7432162823.58 設(shè)計(jì)1040.4394752821.85 二2805m7m 校核1114.2412002822.63 設(shè)計(jì)1089.2415662822.80 三2810m6m 校核1650.7438912823.90 設(shè)計(jì)905.5398482822.02 四2805m

7、6m 校核978.4418392822.93 設(shè)計(jì)752.2407042822.41 五2810m8m 校核837.4426932823.33 2 2 大壩輪廓尺寸的擬定大壩輪廓尺寸的擬定 大壩剖面輪廓尺寸包括壩頂高程，壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體等排 水設(shè)備。 2.12.1 壩頂高程計(jì)算壩頂高程計(jì)算 根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL2742001） （以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范” ）規(guī) 定，壩頂高程分別按照正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、設(shè)計(jì)水位 加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高、校核水位加非常運(yùn)用下的壩頂超高進(jìn)行計(jì)算， 因該地區(qū)地震烈度為 7，故還需考慮正常蓄水位加非常運(yùn)用時(shí)的壩頂超高再 加上地震涌浪

8、高度，最后取以上四種工況最大值，同時(shí)并保留一定的沉降值。 壩頂高程在水庫(kù)正常運(yùn)用和非常運(yùn)用期間的靜水位以上應(yīng)該有足夠的超 高，以保證水庫(kù)不漫頂，其超高值 y 按下式計(jì)算： AeRy+= 式中： R最大波浪在壩坡上的爬高，m； e最大風(fēng)壅水面高度，m； A安全加高，m；根據(jù)壩的等級(jí)，設(shè)計(jì)運(yùn)用條件時(shí)取 1.0m，非常運(yùn)用 條件是取 0.5m； 根據(jù)“規(guī)范” ，計(jì)算大壩波浪爬高時(shí)，所采用設(shè)計(jì)風(fēng)速：正常運(yùn)用條件 下為多年平均最大風(fēng)速的 1.6 倍，非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速， 根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，E 江水庫(kù)多年平均最大風(fēng)速為 15.0m/s，最大吹程為 12km。 平均波高及平均波長(zhǎng)按下式計(jì)算

9、： ) W gH (7 . 0th13 . 0 ) W gD (0018 . 0 th) W gH (7 . 0th13 . 0 W gh 7 . 0 2 m 45 . 0 2 7 . 0 2 m 2 m = 5 . 0 mm h438 . 4 T= 2 Tg L 2 m m = 式中： hm平均波高，m； Tm平均周期，s； W計(jì)算風(fēng)速，m/s； D風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m； Hm水域平均水深，m； g重力加速度，取 9.81m/s； Lm平均波長(zhǎng)，m。 平均波浪爬高 Rm 參照“規(guī)范”附錄 A.1.12 計(jì)算，初步擬定水庫(kù)大壩上 游壩坡為 m=2.5，故波浪平均爬高按“規(guī)范”附錄 A.1.12 式計(jì)算

10、： m L m h m w KK m R 2 1 式中： k斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護(hù)面類型為砌石護(hù)面確定 k=0.75； kw經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速 W、坡前水深 H、重力加速度 g 所組成的無(wú)維 量，查表 A.1.12-2 得設(shè)計(jì)條件：kw=1.00；校核條件：kw =1.00； gH/W m斜坡的坡度系數(shù)。 最大波浪在壩坡上的爬高設(shè)計(jì)值 R 按 2 級(jí)土石壩取累積概率 P=1%爬高值 R1%計(jì)算。根據(jù)計(jì)算該水庫(kù)在設(shè)計(jì)條件下和校核條件下的累積概率 P=1%的經(jīng) 驗(yàn)系數(shù) kp 值為 2.23。 風(fēng)浪壅高按下式計(jì)算： cos 2 m 2 gH DKW e 式中： K綜合摩阻系數(shù)，計(jì)算時(shí)一般采用 K=3

11、.610-6； 風(fēng)向與水域中線的夾角； 其他符號(hào)同前。 根據(jù)以上公式及參數(shù)，壩頂超高計(jì)算成果見(jiàn)表 2-1。 壩頂超高計(jì)算成果表壩頂超高計(jì)算成果表 表 2-1 工 況 水位 (m) 設(shè)計(jì) 風(fēng)速 (m/s) 平均 波長(zhǎng) (m) 平均 波高 (m) 平均波 浪爬高 (m) 風(fēng)浪壅 高 （m） 設(shè)計(jì) 爬高 (m) 安全 加高 (m) 壩頂 超高 (m) 設(shè)計(jì) (P=1%) 2822.41 24.07.570.250.380.032 0.851.01.88 校核 (P=0.05%) 2823.33 15.0 11.810.380.590.012 1.320.51.84 由于水庫(kù)所在地區(qū)地震基本烈度 7，

12、按水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL293-97） ，水工建筑物抗震計(jì)算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地 震區(qū)的地震涌浪高度，可根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深，一般涌浪高度為 0.5m1.5m，該水庫(kù)地震涌浪高度取用 1.0m，不考慮地震作用的附加沉陷計(jì) 算。 根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL274-2001）第 5.3.3 條規(guī)定，壩頂 高程分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值： （1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高：2822.41+1.882824.29m； （2）正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高：2821.4+1.88=2823.28m； （3）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高：2823.3

13、3+1.84=2825.17m； （4）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高： 2821.4+1.84+1.0=2824.24m。 經(jīng)計(jì)算可以看出該大壩壩頂高程由校核情況控制為 2825.17m，取 2825.2m。 2.22.2 壩頂寬度壩頂寬度 壩頂寬度主要取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，同時(shí)還要考慮防 汛搶險(xiǎn)、防空、防震等特殊需要。根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定，壩頂無(wú)特殊要求時(shí)， 高壩的頂部寬度可選用 1015m，中低壩可選用 510m。該水庫(kù)擋水大壩壩 基高程為 2750，根據(jù)計(jì)算壩高為 75.2m，大于 70m，屬高壩，故綜合各方面 因素可取該土石壩壩頂寬度為 10m。 2.

14、32.3 壩坡與馬道壩坡與馬道 土石壩的壩面坡度取決于壩高、筑壩材料性質(zhì)、運(yùn)用情況、地基條件、 施工方法及壩型等因素。一般是參考以建成類似工程的經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再通 過(guò)計(jì)算分析，逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡 些，以減小壩體工程量。 根據(jù)規(guī)范規(guī)定與實(shí)際結(jié)合，上游壩坡上部取 2.5，下部取 3.0，下游自 上而下均取 2.5，下游在 2800m、2775m 高程處各變坡一次。 在壩坡改變處，尤其在下游坡，通常設(shè)置 1.52寬的馬道以使匯集壩 面的雨水，防止沖刷壩坡，并同時(shí)兼作交通、觀測(cè)、檢修之用，綜合上述等 各方面因素其寬度取為 2.0。 2.42.4 壩體排水壩體排水 由

15、于本地區(qū)石料比較豐富，故采用堆石棱體排水比較適宜，另外采用棱 體排水可以降低壩體浸潤(rùn)線，防止壩坡凍漲和滲透變形，保護(hù)下游壩址免受 尾水淘刷，并可支撐壩體，增加下游壩坡的穩(wěn)定性。 按規(guī)范棱體頂面高程高出下游最高水位 1m 為原則，校核洪水時(shí)下游水 位可由壩址流量水位曲線查得為 2755.22m，最后取棱體頂面高程為 2756.3m，堆石棱體內(nèi)坡取 1:1.5，外坡取 1:2.0，頂寬 2.0m，下游水位以上 用貼坡排水。 2.52.5 大壩防滲體大壩防滲體 大壩防滲體的設(shè)計(jì)主要包括壩體防滲和壩基防滲兩個(gè)方面。 （1）壩體的防滲 壩體防滲的結(jié)構(gòu)和尺寸必須滿足減小滲透流量、降低浸潤(rùn)線控制滲透坡 降的

16、要求，同時(shí)還要滿足構(gòu)造、施工、防裂、穩(wěn)定等方面的要求。該壩體采 用粘土斜心墻，其底部最小厚度由粘土的允許坡降而定，本設(shè)計(jì)允許滲透坡 降J=5，上游校核洪水時(shí)承受的最大水頭為 73.33，墻的厚度 B73.33/5=14.666.參考以往工程的經(jīng)驗(yàn)，斜心墻的頂部寬度取為 5（滿足大于 3機(jī)械化施工要求） ，粘土斜心墻的上游壩坡的坡度為 1:0.41:1.0 之間，有資料研究認(rèn)為，斜心墻向上游傾斜的坡度為 1:0.251:0.75 時(shí)較好，本次設(shè)計(jì)取為 1:0.4，下游坡度取為 1:0.2，粘土 斜心墻的頂部高程以設(shè)計(jì)水位加一定的超高（超高 0.60.8m）并高于校核 洪水位為原則，最終取其墻頂高

17、程為 2823.4，經(jīng)計(jì)算底寬為 19.68,大 于 14.666.墻頂?shù)纳喜苛粲?1.8m 的保護(hù)層，并粘土斜心墻頂部向下游傾斜。 （2）壩基防滲 由壩址處地質(zhì)剖面圖，可知該壩基為砂礫石地基，對(duì)砂礫石地基防滲措 施主要有開挖截水槽回填粘土、混凝土防滲墻、帷幕灌漿等措施。 從材料來(lái)看由于附近粘土材料儲(chǔ)量較少，故不適合采用粘土截水槽，又 根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL274-2001） ，80m 以內(nèi)的砂礫石地基可采 用混凝土防滲墻，由壩址處地質(zhì)破面圖，該壩基河槽段砂礫石最大層厚為 32m，因此該壩基河床中部及兩岸坡均采用混凝土防滲墻，根據(jù)水工建筑物 教材，厚度取 0.8m，防滲墻伸入壩體防滲

18、體的長(zhǎng)度不小于 1/10 倍壩高，本 次設(shè)計(jì)取 7.5m，防滲墻布置在心墻底面中部偏上，根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定墻體底 部應(yīng)深入巖基 0.51.0m，本次設(shè)計(jì)取 0.5m，岸坡混凝土防滲墻底高程沿岸 坡逐漸變化。 3 3 土料設(shè)計(jì)土料設(shè)計(jì) 筑壩土料的實(shí)際與土壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方案以及工程造價(jià)有關(guān)，一般力 求壩體內(nèi)材料分區(qū)簡(jiǎn)單，就地、就近取材，因材設(shè)計(jì)。土料設(shè)計(jì)主要任務(wù)是 確定粘壤土的填筑干容重、含水量，礫質(zhì)土的礫石含量、干容重、含水量， 砂礫料的相對(duì)密度和干容重等指標(biāo)。 3.13.1 粘性土料設(shè)計(jì)粘性土料設(shè)計(jì) 粘壤土用南京水利科學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀做擊實(shí)試驗(yàn)求最大干容重、最 優(yōu)含水量（一般采用 25 擊，

19、其擊實(shí)功能為 86.3tm/m3） 。由于最優(yōu)含水量 隨壓實(shí)功能的大小而變，故在土料的設(shè)計(jì)中常根據(jù)土料的實(shí)際施工機(jī)具的壓 實(shí)功能，選擇相應(yīng)的最優(yōu)含水量作為填筑土料的含水量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的筑壩 經(jīng)驗(yàn)，常將粘土的填筑含水量控制在最優(yōu)含水量的附近，其上下偏離最優(yōu)含 水量控制2%3%。 根據(jù)以上的擊實(shí)次數(shù)和擊實(shí)功能，得出的多組平均最大干容重 max 和 平均最優(yōu)含水量 w0。 設(shè)計(jì)干容重 d 為： md= max 式中： d 設(shè)計(jì)干容重， （/3） ； 在相應(yīng)擊實(shí)功能下的平均最大干容重， （/3） ； max 施工條件系數(shù)（或稱壓實(shí)系數(shù)） 。對(duì)于 1、2 級(jí)高壩，的值采 用 0.960.99 之間，三四

20、級(jí)壩或低壩可采用 0.930.96，本設(shè)計(jì)取 =0.98。 粘性土的填筑含水量為： =PP 式中： P土的塑限； P土的塑性指數(shù)； B稠度系數(shù)，對(duì)高壩可取-0.10.1 之間，低壩可取 0.10.2 之間， 本設(shè)計(jì)取 B=0.07。 設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量為： 00 WW 用下述公式計(jì)算最大干容重作為校核參考： = max r sW s va 1 )1 ( 式中： s土粒的比重； va壓實(shí)土的含氣量，粘土可取 0.05，砂質(zhì)粘土取 0.04，壤土可取 0.03，本設(shè)計(jì)取為 0.05。 運(yùn)用下式作校核： d1.021.12(d) 0 式中： (d) 0土料場(chǎng)的自然干容重； 對(duì) 1、2 級(jí)壩，還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)

21、場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，以便復(fù)核，并據(jù)以選定施工 碾壓參數(shù)。 粘性土料設(shè)計(jì)成果表粘性土料設(shè)計(jì)成果表 表 3-1 料 場(chǎng) 1 # 下 2 # 下 1 # 上 2 # 上 3 # 下 比重s 2.672.672.652.742.7 最優(yōu)含水量 22.0721.0222.323.816.9 設(shè)計(jì)干密度(g/cm3)1.61.651.561.541.8 塑限含水量 wp 1.5681.6171.52881.50921.764 填筑含水量 w 21.7820.6823.2824.6619.02 自然含水量% 21.7821.7922.3023.7218.88 塑性指數(shù) 24.824.225.626.315.9 料

22、場(chǎng) 1 # 下 2 # 下 1 # 上 2 # 上 3 # 下 孔隙此 e 19.4621.724.5723.514 濕密度 (g/cm3)0.7030.6510.7330.8160.531 浮密度 (g/cm3)35.71636.84835.61737.30035.068 內(nèi)摩擦角 0.9811.0110.9520.9581.111 粘聚力(kpa)24.67 25.50 23.17 21.5 28 滲透系數(shù) k（10- 6cm/s） 4.3174.81.93.963.0 土料的選用為：已經(jīng)探明上下游共有 5 個(gè)粘土料場(chǎng)，總儲(chǔ)量為 190 萬(wàn) m3，因地理位置不同，各料場(chǎng)的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)

23、、和化學(xué)性質(zhì)也存在一 定的差異，土料的采用以“近而好”為原則。根據(jù)上述土料物理力學(xué)性質(zhì)從 滲透系數(shù)的角度來(lái)看均滿足規(guī)范要求，因?yàn)楦鶕?jù)筑壩材料的填筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 滲透系數(shù)一般對(duì)均質(zhì)壩不大于 1 10-4cm3/s，對(duì)心墻或斜墻不大于 1 10- 5cm3/s。1#下和 3#下料場(chǎng)的塑性指數(shù)小于 20，從壓的角度宜采用 1#下和 3# 下料場(chǎng)的粘土料，所以可將 1#下和 3#下料場(chǎng)作為主料場(chǎng)，其余幾個(gè)料場(chǎng)作 為輔助料場(chǎng)。 3.23.2 壩殼砂礫料設(shè)計(jì)壩殼砂礫料設(shè)計(jì) 壩殼砂礫料設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下： ，或 1 1 min max e e Dr d d r rrr rrr D )( )( min

24、max maxmin 式中： emax最大孔隙比， emax=； 1/ min rs emin最小孔隙比，emin=； 1/ max rs e 填筑的沙、沙卵石、或地基原狀沙、沙卵石的孔隙比，e= ； 1/ d rs 沙粒比重； s 最大干容重，由試驗(yàn)求得； max r 最小干容重，由試驗(yàn)求得； min r 填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的干容重。 d r 非粘性土料填筑一般要達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，對(duì)于砂土要求 Dr 不小于 0.70； 對(duì)于砂礫石，則依壩的級(jí)別而定，1、2、3 級(jí)壩 Dr 不小于 0.75，4、5 級(jí)壩 不小于 0.70。在地震區(qū)要求更高。一般沙礫料的干容重 rd=17.2KN

25、/m3。 砂礫料的設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表 3-2。 砂礫料設(shè)計(jì)成果表砂礫料設(shè)計(jì)成果表 表 3-2 料場(chǎng)4 # 上 1 # 上 2 # 下 3 # 下 不均勻系數(shù) 43454534 大于 5mm 礫石含量% 45484642 比重s 0.752.752.752.73 設(shè)計(jì)干容重 ra 1.86591.86591.86591.8524 設(shè)計(jì)孔隙比 e 0.47380.47380.47380.4738 保持含水量% 5555 濕容重 ru 1.961.961.961.95 浮容重 r 1.191.191.191.174 內(nèi)摩檫角3630351035203640 粘聚力 0000 滲透系數(shù) 10-2cm/s 2

26、222 砂礫料的選用為：除 3#下料場(chǎng)的不均勻系數(shù)不滿足要求外（30） ， 其余幾個(gè)料場(chǎng)，滲透系數(shù)、礫石含量、不均勻系數(shù)能滿足要求，故而都可作 為筑壩的砂礫料。施工時(shí)可考慮上游料填在壩的上游測(cè)，下游砂礫料填在下 游測(cè)，這樣有利于施工，減小相對(duì)干擾。從顆粒級(jí)配曲線可以看出 4#上、1# 下料場(chǎng)級(jí)配較好，物理力學(xué)指標(biāo)也較高，應(yīng)優(yōu)先采用。 砂礫料場(chǎng)上、下游共 8 處，總量為 1850 萬(wàn)立方米，大壩工程在 400 萬(wàn) 立方米左右。用兩個(gè)料場(chǎng)可能數(shù)量不足，可以 1#上、2#下料場(chǎng)砂礫料作為輔 助之用。 4 4 滲流計(jì)算滲流計(jì)算 土石壩的滲流計(jì)算主要確定壩體的浸潤(rùn)線的位置，為壩體的穩(wěn)定分析和 布置觀測(cè)設(shè)

27、備提供依據(jù)；同時(shí)確定壩體與壩基的滲透流量，以估算水庫(kù)的滲 漏損失，而且還要確定壩體和壩基滲流區(qū)的滲透坡降，檢查產(chǎn)生滲透變形的 可能性，以便取適合的控制措施。 4.14.1 計(jì)算方法計(jì)算方法 選擇水力學(xué)方法解土壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將 壩體分為若干段，如圖 4-1。應(yīng)用達(dá)西定理近視解土壩滲流問(wèn)題，計(jì)算假定 任一鉛直過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 4-2、4-3、4-4。 圖圖4-14-1 大壩縱斷面地質(zhì)剖面圖大壩縱斷面地質(zhì)剖面圖 圖圖4-24-2 I-II-I斷面圖斷面圖 圖圖 4-34-3 II-IIII-II 斷面圖斷面圖 圖圖 4-44-4 III-IIII

28、II-III 斷面圖斷面圖 通過(guò)防滲體流量： T D THK B HHk q )( sin2 )( 112 2 1 2 1 通過(guò)防滲體后滲流量： T TL THK L THk q T 44 . 0 )( 2 )( 11 1 2 1 2 11 2 其中： K防滲體滲透系數(shù)，； , s/m10317 . 4 -8 H上游水深； H1逸出水深； B防滲體有效厚度； 防滲體等效和傾角； K2混凝土防滲墻滲透系數(shù)，1.51011 m/s； T1下游水深； T沖積層厚度，取最大值 35m； D防滲墻厚度； K1防滲體后滲透系數(shù)，210-4m/s； KT沖積層滲透系數(shù)，210-4m/s； 假設(shè)： 不考慮防滲

29、體上游側(cè)壩殼損耗水頭的作用； 由于沙礫料滲透系數(shù)較大，防滲體又損耗了大部分水頭，逸出水位與 下游水位相差不是很大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度； 對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落 差，此時(shí)實(shí)際上不是平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下 0 游 水位為零。 由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際不會(huì)形成逸出點(diǎn)，計(jì)算時(shí)假定浸潤(rùn)線 末端即為壩趾。 4.24.2 計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇計(jì)算斷面及計(jì)算情況的選擇 對(duì)河床中間斷面 I-I 及左右對(duì)稱的兩典型斷面 II-II、III-III 進(jìn)行滲 流計(jì)算，計(jì)算主要針對(duì)正常蓄水及設(shè)計(jì)洪水的工況進(jìn)行。 4.34.3 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 滲流

30、計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4-1。 滲流計(jì)算成果表滲流計(jì)算成果表 表 4-1 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位 - 71.472.6 -34.0 35.2 上游水深 H（m） -32.0 33.2 - 2.205.06 -00 下游水深 t(m) -00 計(jì)算情況 計(jì)算項(xiàng)目 正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位 - 2.21085.0648 -0.1659 0.1718 逸出水深 H1(m) -0.1625 0.1687 - 9.309.58 -3.033.25 滲流量 q（10-4M3/s.m） -2.752.96 總滲流量 Q（萬(wàn) m3/d） 1.387 1.442 4.44.4 滲透穩(wěn)定驗(yàn)算滲透穩(wěn)定驗(yàn)算 斜

31、心墻之后的壩殼，由于水頭大部分在防滲體損耗了壩殼滲透坡降及滲 透速度甚小，發(fā)生滲透破壞的可能性不大，而在防滲墻與粘土斜墻的接觸面 按允許坡降設(shè)計(jì)估計(jì)問(wèn)題也不大。在斜墻逸出點(diǎn)滲透坡降較大，予以驗(yàn)算。 滲透坡降的計(jì)算公式： B H J 式中： 上游水深減逸出水深； 防滲體的平均厚度. 計(jì)算成果見(jiàn)表 4-2： 各種工況滲流逸出點(diǎn)坡降各種工況滲流逸出點(diǎn)坡降 表 4-2 填筑土料的安全坡降，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般為 510，故而認(rèn)為滲透坡降 滿足要求，加上粘土斜心墻有反濾層，故而認(rèn)為不會(huì)發(fā)生滲透破壞。 斷 面 計(jì)算情況正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì)正常設(shè)計(jì) 坡 降 J 6.046.094.074.263.924.11 5

32、5 穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定計(jì)算 5.15.1 計(jì)算方法計(jì)算方法 按施工期、穩(wěn)定滲流期、庫(kù)水位降落期三個(gè)控制時(shí)期核算土石壩的穩(wěn)定。 心（斜心）墻壩的上下游壩坡滑動(dòng)時(shí)形成折線滑動(dòng)面.部分浸水的非粘土壩 坡，由于水位上下的土料容重不同，有水時(shí)、C 值也有所降低，此時(shí)壩坡失 穩(wěn)時(shí)最可能的滑動(dòng)面近乎折線。 在滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮是一樣的，安全系數(shù)的表示方式為 ； ； ； c K tg tg )( 1 1 c K tg tg )( 2 2 c K tg tg )( 3 3 式中： 1、 2、 3 為實(shí)驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。 5.25.2 上下游壩坡折線滑動(dòng)法計(jì)算上下游壩坡折線滑動(dòng)法計(jì)算 上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表

33、 5-1。 大壩上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表大壩上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表 表 5-1 5.35.3 穩(wěn)定成果分析穩(wěn)定成果分析 根據(jù)計(jì)算成果表可看出大壩上下游坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，由于上游壩 坡較緩，穩(wěn)定滲流期以及庫(kù)水位降低期，不考慮地震時(shí)，Kmin=1.42，考慮 地震時(shí)，Kmin=1.26；下游坡情況也類似，正常情況 Kmin=1.58，非常情況 Kmin1.52，壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，就此而言，可考慮加陡壩坡以減小工程 量.鑒于各種因素考慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡， 部 位 計(jì)算工況 上游水位 （m） 下游水位 （m） 最小安全系 數(shù)（Kmin） 規(guī)范值 施工期 1/3 壩

34、高 27752752.201.431.35 穩(wěn)定滲流期 2821.42755.061.421.35 水位降落期 2823.5827961.391.25 上 游 坡 正常蓄水位+地震 2821.42752.201.261.15 穩(wěn)定滲流期（正常） 2821.42752.201.581.35 穩(wěn)定滲流期（設(shè)計(jì)） 2822.602755.061.581.35 穩(wěn)定滲流期（校核） 2823.582755.221.521.25 下 游 坡 正常蓄水位+地震 2821.42752.201.411.15 維持原擬訂的剖面。 6 6 基礎(chǔ)處理部分基礎(chǔ)處理部分 6.16.1 河床部分河床部分 （1）滲流控制方案

35、 條件允許時(shí)優(yōu)先考慮垂直防滲方案。在透水層較淺（1015m 以下）時(shí)， 可采用回填粘土截水槽方案，由于壩址處河床沖積層平均深 20m，最大達(dá) 35m，施工比較困難而不予采用。又由于河床有孤石，采用鋼板樁也比較困 難，造價(jià)也高。帷幕灌漿在此地存在可灌性問(wèn)題?；炷练罎B墻方案，施工 快、材料省、防滲效果好，對(duì)于這種深度透水層是比較合適的，決定采用這 種方案。按混凝土的允許坡降及水頭定出厚度為 0.8m。 防滲墻深入河床沖積層，底部嵌入基巖，上部與斜心墻連接。由于防滲 墻兩側(cè)沖積層易沉陷，引起防滲墻頂部粘土心墻與兩側(cè)粘土心墻的不均勻沉 陷而導(dǎo)致裂縫。為此防滲墻頂部作成尖劈狀，兩側(cè)以高塑性粘土填筑，伸

36、入 斜心墻深厚度已經(jīng)確定為 7.5m，底部深入基巖 0.5m，尖劈頂寬 0.25 寬，詳 見(jiàn)構(gòu)造設(shè)計(jì)。 （2）防滲墻的型式、材料及布置 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于透水層厚度為 3060m 的情況，采用槽板式混凝土 防滲墻比較合適，設(shè)計(jì)中采用這種型式。 混凝土防滲墻要求材料有足夠的抗?jié)B能力及耐久性，能防止環(huán)境水的侵 蝕和溶蝕；有一定的強(qiáng)度，滿足壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、剪應(yīng)力等各項(xiàng)強(qiáng)度要求有 良好的流動(dòng)性、和易性以便在運(yùn)輸中不發(fā)生離析現(xiàn)象，而且能在水下施工。 防滲墻布置于斜心墻之下，從防滲角度來(lái)看偏上游為好，但從防裂角度 看偏下游一側(cè)好，綜合考慮布置于心墻底面中心位置。 6.26.2 壩肩處理壩肩處理 壩肩兩岸為

37、覆蓋層及全風(fēng)化巖石，深約 20m，性質(zhì)較差，為良好的透水 料，底部為半風(fēng)化巖石，性質(zhì)良好，但由于節(jié)理的作用，透水性也較強(qiáng)。針 對(duì)以上情況作以下處理，設(shè)置混凝土防滲墻至半風(fēng)化巖基，與河床部分防滲 墻相連，并在墻下設(shè)置灌漿孔，詳見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。 7 7 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 7.17.1 壩的防滲體，排水設(shè)備壩的防滲體，排水設(shè)備 壩體防滲體內(nèi)斜心墻，斜心墻上下游設(shè)置反濾層；壩基防滲體為防滲墻 和粘土截水墻；壩體排水為棱體排水。在排水體與壩體、壩基之間設(shè)置反濾 層；下游馬道設(shè)置排水溝，并在壩坡設(shè)置橫向排水溝以匯集雨水，岸坡與壩 坡交接處也設(shè)置排水溝，以匯集岸坡雨水，防止雨水淘刷壩坡，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造

38、 設(shè)計(jì)圖。 7.27.2 反濾層設(shè)計(jì)反濾層設(shè)計(jì) （1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料，考慮安全系數(shù)為 1.52.0，按太沙基準(zhǔn) 確定，即 54/ 5/ 8515 1515 dD dD 式中,D15 為濾料粒徑，小于該粒經(jīng)土占總土重的 15%，d85 為被保護(hù)土 粒徑，小于該粒徑的土占總土重的 85%，d15 為保護(hù)土粒徑，小于該粒徑的 土占總土重的 15%。 第二層反濾料的選擇也按上述辦法進(jìn)行。 按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。 （2）設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 7-1。 反濾層設(shè)計(jì)成果表反濾層設(shè)計(jì)成果表 表 7-1 7.37.3 護(hù)坡設(shè)計(jì)護(hù)坡設(shè)計(jì) 上游護(hù)坡用于砌石因其抵御

39、風(fēng)浪的能力較強(qiáng)，下游壩面直接鋪上 20cm 的碎石作為護(hù)坡。上游護(hù)坡由至壩頂做至死水位以下（加設(shè)計(jì)浪高） ，為方 第一層 第二層 層數(shù) 部位 D50(mm) 厚度 hc () D50(mm) 厚度 hc () 防滲體周邊部位 0.1201.030 排水部位 25209060 便起見(jiàn)做至 2795.0m 高程，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖。 7.47.4 壩頂布置壩頂布置 壩頂設(shè)置泥結(jié)石路面，壩頂向下游設(shè) 1%橫坡以便匯集雨水，并設(shè)置縱向 排水溝，經(jīng)坡面排水排至下游，壩頂設(shè)置欄桿以策安全，見(jiàn)細(xì)部構(gòu)造詳圖。 8 8 隧洞的體型設(shè)計(jì)隧洞的體型設(shè)計(jì) 8.18.1 進(jìn)口建筑物進(jìn)口建筑物 由于進(jìn)口岸坡地質(zhì)條件較差，覆

40、蓋層較厚，因而采用塔式進(jìn)口，塔頂設(shè) 置操作平臺(tái)。 （1）進(jìn)口喇叭口 平面上不擴(kuò)散，而立面上洞頂以橢圓方程連接。 1 2 0 2 2 2 b y L x 式中： L漸變段的長(zhǎng)度； b0進(jìn)口洞頂?shù)剿矶错數(shù)母叱滩睢?由規(guī)范可知 L 取隧洞本身段寬度的 23 倍，結(jié)合本工程 L 取 16 米，b0 取 4 米，最后橢圓方程為： 1 416 2 2 2 2 yx 進(jìn)口堰面曲線，采用 WES-型堰面曲線，方程： yHx d 85 . 0 85 . 1 0 . 2 為不影響泄流能力，堰高取 10m； 定型設(shè)計(jì)水頭： 95.11 100 88 HH maxd = 取。 m58.13Hd= 所以曲線方程為： 。

41、 85 . 1 85 . 0 x 95.112 1 y = 進(jìn)口上游段為橢圓曲線： 1 )( 2 2 2 2 d d d bH ybH aH x a=0.280.30，?。?，取 b=0.1695。 30 . 0 a a b a 387 . 0 所以橢圓曲線方程為： 1 03 . 2 )y03 . 2 ( 59 . 3 x 2 2 2 2 = - + （2）閘門型式及尺寸 工作及檢修閘門均采用平板門，設(shè)在進(jìn)口處，閘門寬 7m，高為 12.5m（正常水位減堰頂高程加浪高） 。 8.28.2 洞身斷面型式和尺寸洞身斷面型式和尺寸 根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，本無(wú)壓隧洞采用門洞型斷面。 調(diào)洪演算時(shí)已經(jīng)擬定溢流孔

42、口尺寸 7m15.5m（為保證無(wú)壓泄流，由校 核洪水位減堰頂高程加相應(yīng)浪高而得，13.58+1.84=15.42m,取 15.5m） ，由于 水流經(jīng)堰頂馬上跌落，所擬洞寬不變，而高度則以斜段為 1:1 坡按 cos450 折減，則洞身尺寸為 7m 11.0m。具體通過(guò)水面典線計(jì)算以后確定。進(jìn)口以后 與斜洞連接，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以 1:1 坡度連接，反弧段以 60.0m 半徑圓弧相連 接，見(jiàn)隧洞縱剖面布置圖。 8.38.3 出口消能段出口消能段 隧洞出口高程定為 2750.0m，由于下游出口離電站和大壩較遠(yuǎn)，較大的 沖坑不致影響大壩及電站的安全，且地質(zhì)條件容許，因此采用挑流消能。由 于隧洞出口寬度小

43、，單寬流量集中，因而在出口設(shè)置擴(kuò)散段。 挑流參數(shù)鼻坎高程按高于下游最高水位 1.0m，定為 2756.0m；根據(jù)以往 工程經(jīng)驗(yàn)挑角取 =25；因出口為平段，為了水流能平順挑出采用了較大 的反弧半徑 R=60m。 9 9 隧洞的水力計(jì)算隧洞的水力計(jì)算 水力計(jì)算包括洞內(nèi)水面線及出口消能計(jì)算兩部分。 9.39.3 計(jì)算工況計(jì)算工況 設(shè)計(jì)洪水位：2822.6m,下泄流量：672.6m3/s；校核洪水位：2823.58m, 下泄流量：753.7m3/s；堰頂高程：2810m。 因在宣泄校核洪水時(shí)也要滿足各項(xiàng)要求，因而對(duì)校核情況進(jìn)行水力計(jì)算。 9.49.4 平洞段底坡的確定平洞段底坡的確定 對(duì)于矩形斷面

44、hc 可用下列公式計(jì)算： m75.10 78 . 9 7 . 75305 . 1 gB Q 3 2 2 3 2 2 kh = = 00465 . 0 64 . 2 )432.9025.75( 7 . 753 RCA Q i 432.90588 . 2 013 . 0 1 R n 1 C 64 . 2 7275.10 25.75 R m25.75775.10BhA 2 2 k k 2 k 2 2 k 6 1 6 1 k k 2 kk = = = = + = = 計(jì)算得到臨界坡降 ic=0.00465；由于泄流時(shí)水流流速較大，為不影響隧 洞的泄流能力，隧洞應(yīng)做成陡坡，鑒于坡度太大施工不便，底坡取

45、ic=0.006。 9.59.5 洞內(nèi)水面曲線洞內(nèi)水面曲線 由能量方程： ; 2 2 2 c c c h hg q hH 計(jì)算求 m834 . 2 h h9332 . 0 8 . 92 57.95 h98.69 9356 . 0 58.13 58.1398.69 0155 . 0 1 H P 0155 . 0 1 s/m67.107 7 7 . 753 q m98.69 6 . 275358.2823H c c 22 2 c 1 3 = += =-=-= = =-= 上 計(jì)算得收縮斷面水深 hc=2.72m。 以收縮斷面為起始位置，按公式 ill CR g2 g2 hh 22 2 2 1 12 上上上+= 依次向下游計(jì)算平洞段水面曲線。 由于泄洪隧洞流速較大（最大達(dá) 39.59m/s） ，因而必須考慮摻氣的影響。 摻