郭莊水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計

1、摘 要本畢業(yè)設(shè)計主要承擔(dān)郭莊水利樞紐工程建筑物中的主壩、溢洪道、導(dǎo)流建筑物、灌溉發(fā)電隧洞部分的設(shè)計工作。按SDJ1278規(guī)范中設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，該樞紐工程等級為3等，水利樞紐為中型，主要建筑物按三級設(shè)計，次要建筑物按四級設(shè)計，臨時建筑物按五級設(shè)計。主壩設(shè)計包括：壩型設(shè)計，滲透分析與計算，壩坡穩(wěn)定與計算，地基處理，細(xì)部構(gòu)造，兩岸連接建筑物等。隧洞設(shè)計包括：隧洞的布置、水利計算、消能計算、細(xì)部構(gòu)造。當(dāng)前王家河上游流域暫時尚無骨干水利工程，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H生產(chǎn)、生活需要，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，擬建水利樞紐，可解決當(dāng)?shù)毓喔取⒎篮榈葐栴}。關(guān)鍵詞：水利樞紐 擋水建筑物 水工隧洞AbstractThis graduatio

2、n design to undertake in the buildings of the Guo Zhuang water conservancy project dam, spillway, diversion structures, irrigation and power generation tunnel part of the design work.Design of standard according to the SDJ12 - 78 in the specification and engineering level for 3, as a medium-sized wa

3、ter conservancy hub, the main building according to the three stage design, secondary structure according to the four stage design, temporary buildings according to the five stage design.Design of main dam including dam design, penetrating analysis and calculation, dam slope stability and calculatio

4、n, foundation treatment, construction details, connecting the two sides of buildings.The design of the tunnel includes the layout of the tunnel, water conservancy calculation, energy dissipation calculation and detail structure.The Wang River, temporarily without key water conservancy projects, acco

5、rding to the local production, life need, the national economic development needs, the proposed water conservancy hub, to solve the problem of local irrigation and flood control.Keywords: water conservancy projectwater conservancy building hydraulic tunnel.目 錄摘要IAbstractII目 錄I第一章 總述- 1 -1.1前言- 1 -1.

6、2樞紐的位置與任務(wù)- 1 -1.3基本資料- 2 -1.3.1水文氣象- 2 -1.3.2、地形、地質(zhì)- 6 -1.3.3、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧? 7 -1.3.4、交通條件- 9 -1.3.5、施工條件- 9 -1.4工程綜合說明- 9 -第二章 樞紐布置- 10 -2.1 樞紐組成及建筑物級別- 11 -2.2建筑物類型及樞紐布置方案比較及選定- 11 -2.2.1壩型選擇- 11 -2.2.2泄水建筑物的選擇- 12 -2.2.3樞紐布置- 13 -第三章 土壩設(shè)計- 13 -3.1 壩型選擇- 14 -3.2 地基處理及斷面擬定- 15 -3.2.1地基處理- 15 -3.2.2 斷面尺寸-

7、15 -第四章 滲流計算- 19 -4.1滲流分析的方法- 20 -4.2滲流分析工況- 20 -4.3計算內(nèi)容- 20 -第五章 穩(wěn)定分析- 26 -5.1計算說明- 26 -5.1.1穩(wěn)定分析的目的:- 26 -5.1.2 計算斷面- 26 -5.1.3 荷載組合- 26 -5.1.4分析方法- 26 -5.1.5控制標(biāo)準(zhǔn)- 26 -5.2穩(wěn)定計算- 27 -5.2.1計算公式- 27 -5.2.2計算方法- 27 -5.2.3計算內(nèi)容- 28 -第六章 細(xì)部構(gòu)造- 34 -6.1 壩頂- 34 -6.2護(hù)坡- 34 -6.3防滲體- 34 -6.4排水設(shè)備- 35 -6.5壩與兩岸連接-

8、 35 -6.5.1 壩體與巖石地基及岸坡的連接 - 35 -6.5.2土石壩與其他建筑物的連接- 36 -第七章 溢洪道設(shè)計- 36 -7.1線路選擇- 37 -7.2 溢洪道形式選擇- 37 -7.3 工程布置- 37 -第八章 隧洞設(shè)計- 38 -8.1 隧洞的布置- 39 -8.1.1水工隧洞的類型- 39 -8.1.2 水工隧洞的線路選擇- 39 -8.1.3總體布置- 40 -8.2水利計算- 42 -8.2.1洞徑的確定- 42 -8.2.2過流能力校核- 43 -8.2.3繪制庫水位-泄量關(guān)系曲線- 45 -8.2.4繪制水頭線和測壓管水頭- 45 -8.3消能計算-

9、 46 -8.3.1消能工的布置- 46 -8.3.2計算坎上水深h及v- 46 -8.3.3下游尾水深的確定- 48 -8.3.4挑距計算- 49 -8.3.5沖坑深度計算- 49 -8.4襯砌結(jié)構(gòu)計算- 50 -8.4.1襯砌的作用- 50 -8.4.2襯砌類型選擇- 50 -8.4.3 計算斷面的選擇- 50 -8.4.4襯砌的計算- 50 -8.5細(xì)部構(gòu)造- 52 -8.5.1分縫的布置- 53 -8.5.2灌漿孔的布置- 53 -8.5.3隧洞排水的布置- 54 -參考文獻(xiàn)- 54 -謝 辭- 55 -第一章 總述1.1前言我國地域遼闊，河流眾多，水資源比較豐富，然我國人口眾多，人均

10、水資源占有量很少，僅為世界人均水平的1/4，且水資源問題突出：南多北少、夏多冬少、且年際降水量變化很大，水危機(jī)會嚴(yán)重制約工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。幾千年來，我國勞動人民在用水治水方面發(fā)揮了極大的聰明才智，取得了輝煌成績：都江堰造就了天府之國、京杭大運(yùn)河堪比水上絲綢之路，而如今南水北調(diào)更是造福八方，長江三峽更是集防洪、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、保護(hù)生態(tài)、供水灌溉、凈化環(huán)境于一體貢獻(xiàn)巨大效益。新中國成立以來，水利事業(yè)就在迅速發(fā)展：在國民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期，就決定治理、修建長江荊江分洪工程和官廳水庫；1950年后又提出“統(tǒng)一規(guī)劃、蓄泄兼籌”，全流域規(guī)劃和治理淮河和黃河；1963年毛主席提出要根治海河。從新中國成立到1991年

11、，新建水庫8.38萬座、新增水閘29萬座、修建蓄洪滯洪區(qū)100多處，容量達(dá)1000多億m³。改革開放以來，黨和政府都更加重視水利事業(yè)的發(fā)展，提高水利不僅是農(nóng)業(yè)發(fā)展的源泉，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液，更是中華民族的命脈，提高水利事業(yè)發(fā)展，是社會發(fā)展的必然要求?，F(xiàn)階段我們更是把國家的技術(shù)運(yùn)用到非洲等一些地方，興建水利不僅是民族的工程，更是全人類的工程。1.2樞紐的位置與任務(wù)郭莊水庫位于王家河中游平陽縣內(nèi)，壩址位于郭莊村，距縣城18km，控制流域面積160km2，占總流域面積的68%，流域為以安山巖為主的石山區(qū)，耕地所占比重極小還不到10%，流域內(nèi)植被較好，植被度達(dá)70%以上，王家河干流全長41.

12、8km，平均縱坡1/98.3。由于水量在年內(nèi)及年際的分配極為不均，必須興建控制性工程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使水資源充分得到利用。郭莊水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供平陽縣的生活用水，以灌溉為主，結(jié)合引水發(fā)電、水面養(yǎng)殖、洪水錯峰等，可得到綜合利用的效果。水庫總庫容5030萬m3，多年調(diào)節(jié)水庫，在保證率75%的情況下，可灌溉王家河下游南岸農(nóng)田11萬畝，灌溉最大引水量10m3/s，由于來水較大，除利用灌溉用水發(fā)電外，還可利用豐水年的棄水發(fā)電，電站裝機(jī)兩臺，總裝機(jī)容量2000千瓦，全年可發(fā)電300萬度，郭莊水庫的修建可使五十年一遇的洪水洪峰流量由1840m3/s削減到1320m3/s，千年一遇洪水洪峰流量由2710m3

13、/s削到1980m3/s，減輕下游洪水災(zāi)害。王平公路線10km，通訊線路6km。1.3基本資料1.3.1水文氣象1、年徑流：王家河流域水量豐沛，年徑流由年降雨產(chǎn)生，年徑流在地區(qū)與時間上的分布與年降水基本一致。年徑流在年際間變化懸殊，郭莊水庫實測資料19631982年20年資料中，豐水年1976年達(dá)1.34億m3，枯水年1985僅1238萬m3，相差1.2億m3，約合10.8倍。且豐枯水年連續(xù)發(fā)生。多年平均徑流量為5920萬m3。 2、洪水：王家河洪水由暴雨形成，本地區(qū)暴雨歷史短，強(qiáng)度大，地面坡度陡，洪峰陡漲陡落，一次洪水一般歷時12天。本流域洪水多發(fā)生在七、八兩月，出現(xiàn)在七月占42%，出現(xiàn)在八

14、月占58%，王家河多年平均69月洪量占年徑流量的70%左右，一天洪量占六天洪量的80%以上，大水年尤為集中，如1972年最大三天洪量占年徑流量達(dá)68%。根據(jù)暴雨分析計算算得各頻率洪峰流量如下表：表1-1洪水計算成果表項目洪峰流量(秒立米)洪量(萬立米)24小時三天六天特征值均值900238328380Cv1.351.351.351.30Cs/Cv2.502.502.502.50頻率(%)0.127105866927830.226505636577280.52380512608673120804545716252184039852058651586342463529101290296410490

15、201020259365429表1-2 洪水過程線時間不同頻率(%)流量(秒立米)月日時0.11251072828659411311420511553100826392197123220184883034627430024910271050636979862112206820807741487113314167212591840621565161026861342290306187945734572212082056843030918915722431329285134112242661731676867729212578853025486503898663321686表1-3 相應(yīng)于各時期的

16、流量特征值月份頻率洪水期中水期枯水期5%700362%110672表1-4 全年各月流量平均值：（P10%）月份1234567Q(m3/s)0.160.120.180.180.220.485.77月份89101112Q(m3/s)2.170.610.570.550.35 3、氣象：全流域?qū)儆诩撅L(fēng)大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均降水量約950毫米，且多集中在夏季的七、八兩月。流域多年平均氣溫為攝氏14，年最低氣溫12，但延續(xù)時間不長，最高氣溫可達(dá)40，夏秋多東南風(fēng)，冬春多北風(fēng)。全年無霜期180天，結(jié)冰期約90天，河道一般十二月封凍，次年三月上旬解凍，冰厚0.20.5米，岸邊可達(dá)1米

17、。多年平均最大風(fēng)速Vmax=12m/s，水庫最大吹程：1.2km。溫升率2.5攝氏度/時。(1)水庫年蒸發(fā)損失深度400mm，年滲漏損失深度500mm。表1-5 壩址處各月平均降雨天數(shù)月份123456510mm0.430.571.430.971.722.001020mm0.140.140.141.571.141.292030mm/0.140.570.430.7130mm/0.290.43月份789101112510mm2.291.571.721.431.570.571020mm2.432.720.710.861.000.292030mm1.431.430.430.430.43/30mm2.00

18、2.290.430.14/4、壩址以下老河道出口處水位流量關(guān)系曲線見附圖5、水庫面積、容積與水位關(guān)系見附圖1.3.2、地形、地質(zhì)壩址處河谷較窄，寬約120m，壩基和兩岸均為安山巖，所屬時代為震旦紀(jì)巖層，風(fēng)化較重，一般風(fēng)化深13m，兩岸巖石裸露，高出河床50100m，河床部分基巖埋深一般510m，河床質(zhì)為砂卵石，砂卵石粒徑一般為0.110cm，大的可達(dá)30cm，含中粗砂，基巖透水性不大。壩址處東岸山坡高峻，巖體完整，風(fēng)化作用較輕，西岸山坡相對低矮平緩，巖石風(fēng)化較重河床東邊寬度30m，中上部坡積層厚數(shù)米，下部為褐紅粘土膠結(jié)的砂卵石厚10m，不含泥，基巖表面有較多的裂隙，情況不如東邊，但仍是良好的地

19、基，河床中部約90m范圍內(nèi)的砂卵石厚510m，內(nèi)部夾有薄層灰色淤泥，使砂卵石的力學(xué)性質(zhì)有所降低，下部基巖表層節(jié)理發(fā)育，鉆探所得巖心多為碎塊，風(fēng)化層厚0.63.5m，但鉆進(jìn)中不漏漿，說明基巖透水性不大，河床中有垂直方向的斷層，走向約為北45°東，屬受擠壓產(chǎn)生的，破碎帶寬數(shù)米，裂隙閉合。該地區(qū)地震烈度為7度安山巖物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下：重度26.5kN/m3，堅固系數(shù)810單位彈性抗力系數(shù)6080MPa彈性模量1.6×104MPa1.3.3、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?一)土料共有七個土料區(qū)，除林場在庫區(qū)外，其余都在庫區(qū)，各土料區(qū)的土料性質(zhì)和儲量詳見下表：(二)砂卵石砂卵石分布在大壩上下游河灘

20、，枯水季節(jié)河水位降低，上游在壩腳100m以外，1500m以內(nèi)，平均取深1.5m，約45萬m3，下游在壩腳100m以外，2000m以內(nèi)取深1.2m，約40萬m3，休止角經(jīng)現(xiàn)場試驗最小32°，最大40.7°表1-6 各土料區(qū)的土料性質(zhì)和儲量土區(qū)名稱自然重度KN/m3自然含水量塑性含水量流限含水量土類儲量(萬m3)范圍均值萬水山16.721.024.7034.95重粉壤土15.0郭莊后15.319.419.3529.20中粉壤土9.0郭莊東16.021.317.9529.15重粉壤土8.0后山15.322.22.5指揮部前15.620.23.5山前15.821.05.0林場16.

21、321.06.0(三)石料石料來源于溢洪道開挖的安山巖。壩體430m高程以上堆石粒徑建議不小于300mm，小于300mm的用于上下游壩坡，430m高程以下，孔隙率不得超過30。(四)風(fēng)化料在左岸壩頭有可供筑壩的風(fēng)化片麻巖。儲量68萬m3，其自然休止角37.5°-39.1°，自然含水量9。夯實后干重度平均達(dá)18.1KN/m3(鋪厚25cm)。(五)土石料的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場和室內(nèi)試驗結(jié)果，筑壩土石料可按下表所列數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計計算。表1-7 土石料的物理力學(xué)指標(biāo)指標(biāo)單位壩基砂卵石壩體土料(均質(zhì)壩)土料(心、斜墻壩)砂卵石風(fēng)化料堆石水上水下水上水下水上水下飽和快剪度30°

22、;12.313.8635°32°35°32°40°38°CKPa20.623.0飽和固結(jié)快剪度16.817.8CKPa22.024.1比重2.712.692.712.712.712.71干重度KN/m319.016.316.519.019.019.0含水量%7.01718.37.010.03.0濕重度KN/m321.419.319.521.420.919.6飽和重度KN/m322.620.520.722.622.022.0浮重度KN/m312.610.510.712.612.012.0滲透系數(shù)m/s2.0×10-51.1&#

23、215;10-71.0×10-82.0×10-52.0×10-61.3.4、交通條件對外交通計劃新建從平陽縣經(jīng)郭莊村到達(dá)工地的公路，壩頂無交通要求。1.3.5、施工條件 采用低圍堰、底孔導(dǎo)流、分期施工的導(dǎo)流方法進(jìn)行施工。各項施工輔助企業(yè)，倉庫及生活等臨建設(shè)施布置在壩址下游兩岸1.4工程綜合說明 本樞紐是以灌溉為主的綜合利用工程，規(guī)劃總庫容為5030萬立方米，灌溉下游農(nóng)田11萬畝，水電站裝機(jī)兩臺，總裝機(jī)容量2000千瓦，設(shè)計年發(fā)電300萬度，根據(jù)SDJ12-78水利水電工程樞紐等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵部分），綜合考慮水庫總庫容、防洪效益、灌溉面積、點擊裝機(jī)容量

24、，工程規(guī)模由庫容5030萬立方米控制，屬于中型水庫。郭莊水利樞紐組成：擋水建筑物、泄水建筑物和發(fā)電建筑物。綜合考慮該處的地形地質(zhì)條件、建筑物材料及工程效益，選擇土石壩作為郭莊水利樞紐的當(dāng)做擋水建筑物。第二章 樞紐布置水利樞紐布置原則：保證建筑物在任何條件下正常工作 在滿足建筑物跨度和穩(wěn)定條件下，使樞紐總價和運(yùn)行費較低 應(yīng)考慮施工導(dǎo)流，方法，進(jìn)度，使施工方便，工期短，造價低 各建筑物布置緊湊，充分發(fā)揮樞紐的效益。 盡可能早時投產(chǎn)，提前受益 考慮遠(yuǎn)景規(guī)劃，應(yīng)對運(yùn)行期擴(kuò)大裝機(jī)容量。 樞紐外觀與周圍環(huán)境要協(xié)調(diào)，在可能條件下盡量美觀。2.1 樞紐組成及建筑物級別 水利樞紐可分為蓄水樞紐、取水樞紐、和提水

25、樞紐。郭莊水利樞紐是以灌溉為主的綜合利用工程，屬于蓄水樞紐。蓄水樞紐包括擋水建筑物、泄水建筑物、輸水建筑物以及發(fā)電建筑物。 該水庫庫容5030萬立方米，則按此最高等別可確定級別。主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級2.2建筑物類型及樞紐布置方案比較及選定2.2.1壩型選擇 影響壩型選擇的因素很多，最主要的是壩址附近的建筑材料，還有地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等，應(yīng)選擇幾種優(yōu)越的壩型，擬定剖面輪廓尺寸，進(jìn)而比較工程量、工期、造價、最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。本設(shè)計可供選擇的壩型有重力壩、拱壩、土石壩、 1）對于重力壩具有以下工作特點（1）筑壩材料

26、強(qiáng)度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂、滲漏、沖刷、地震破壞等的能力強(qiáng)。因而失事率低，工作安全可靠。（2）對地質(zhì)、地形條件適應(yīng)性強(qiáng)。由于壩底壓應(yīng)力不高，對地質(zhì)條件要求較低。（3）由于重力壩可做成溢流的，也可在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，故一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。（4）結(jié)構(gòu)作用明確。由于橫縫將重力壩分成若干壩段，各壩段獨立工作，結(jié)構(gòu)作用明確。（5）由于壩體剖面尺寸往往由穩(wěn)定和壩體拉應(yīng)力強(qiáng)度條件控制而做得較大。材料用量多，壩內(nèi)壓應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。且壩底面積大，因而揚(yáng)壓力也較大，對穩(wěn)定不利。（6）因壩體體積較大，施工期混凝土收縮應(yīng)力也較大，為防止發(fā)生溫度裂縫，施工時對混凝土溫度控制的

27、要求較高。2） 對于拱壩，具有以下特點（1） 具有雙向傳力的性能，拱壩荷載一部分通過拱的作用傳給兩岸巖體，另一部分通過豎直懸臂梁傳給壩底基巖。因此，拱壩的選擇要由良好的地形地質(zhì)條件，如V形U形和梯形山谷。拱壩理想的地質(zhì)條件時基巖堅硬致密，質(zhì)地均勻，有足夠的強(qiáng)度，透水性小，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，無大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層。（2）拱是推力結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)揮工材料的抗壓性性能，可使壩體做得較薄，一般可節(jié)省同高重力壩工程量的1/32/3，節(jié)省材料，減小造價，增加工程效益。（3）拱壩具有較高的超載能力。（4）拱壩輕韌，富有彈性和整體性好，借助巖基對地震動能的吸收，具有較強(qiáng)的抗震能力。此外，拱壩體型復(fù)雜，剖面較薄，設(shè)

28、計施工難度大，對施工質(zhì)量、筑壩材料強(qiáng)度和防滲要求，以及對地形、地質(zhì)條件及地基處理的要求均較高。3) 對土石壩，具有以下特點（1）土石壩可就地取材，與混凝土壩相比，節(jié)省大量水泥、鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠(yuǎn)途運(yùn)輸費用。（2）對地質(zhì)、地形條件要求低，任何不良地基經(jīng)處理后均可筑土石壩。（3）施工方法靈活，技術(shù)簡單，且管理方便，利于加高擴(kuò)建。它的缺點由：不允許壩頂溢流（過水土石壩除外），所需溢洪道或其他泄水建筑物的造價往往很大；在河谷狹窄、洪水流量大的河道上施工導(dǎo)流較混凝土壩困難；采用黏性土料作防滲體時，黏性土料施工受氣候條件影響大。根據(jù)郭莊水庫壩址處資料，該地對外交通不便，也不具有適宜建拱壩的有利

29、地形，河床部分基巖埋深5-10m，但具有儲量豐富的土石料。綜合考慮該壩址處的地形、地質(zhì)條件、建筑材料及其工程效益，選擇土石壩作為郭莊水利樞紐的擋水建筑物。2.2.2泄水建筑物的選擇 該樞紐兩岸地勢較高、岸坡陡峭，宜選用正槽式溢洪道，而該壩壩址百年一遇洪水為2080立方米每秒，千年一遇洪水為2710立方米每秒，洪水峰高而歷時短，故須開挖隧洞來泄水。2.2.3樞紐布置擋水建筑物選擇土石壩。擋水建筑物按直線布置，壩布置在河灣地段上。泄水建筑物包括泄洪隧洞和溢洪道。由于壩址處右邊山坡高峻，巖體完整，風(fēng)化作用較輕，左岸山坡相對低矮平緩，巖石風(fēng)化較河床右邊重，巖石表面由較多的裂縫，但地基仍然良好。對于泄洪

30、隧洞，由于山體比較險峻，布置在東岸可以縮小長度減小工程量，對于溢洪道，可以布置在坡度較緩的西岸。第三章 土壩設(shè)計3.1 壩型選擇土石壩是由黏性土、非黏性土、堆石等材料組成。過去常將土石壩按建筑材料組成而分為土壩和堆石壩。土石壩根據(jù)壩體的防滲材料及其結(jié)構(gòu)分為均質(zhì)壩、分區(qū)壩、人工防滲材料壩。均質(zhì)壩壩體的絕大部分是由大體上均一的土料或相對均一的弱透水性材料組成，壩體的整個斷面起防滲和穩(wěn)定作用。這種壩由于土料的滲透系數(shù)小，因此施工期壩體內(nèi)要產(chǎn)生孔隙壓力，加上其抗剪強(qiáng)度較小，所以這種壩型大多數(shù)為中低壩。均質(zhì)壩有以下優(yōu)點：（1）由于材料基本是均質(zhì)，所以壩體斷面簡單，施工容易，施工機(jī)械、施工方法比較單一。（

31、2）由于全斷面防滲，所以一些相對弱透水性的材料也可以用來填筑均質(zhì)壩。（3）由于這種壩一般較低，壩坡比較平緩，在承載力相當(dāng)?shù)偷能浕弦部尚藿ā＞|(zhì)壩的缺點是由于邊坡較緩，工程量大，且需要大量的土料，因此往往要占用大量耕地。分區(qū)壩可由土質(zhì)防滲體與幾種透水性不同的材料分區(qū)所組成，根據(jù)防滲體的位置，主要可分為心墻壩、斜心墻壩和斜墻壩。心墻壩的防滲體設(shè)置在壩體中央，即壩軸線處。這種壩適應(yīng)變形的條件較好，特別是當(dāng)兩岸壩肩很陡時，是應(yīng)優(yōu)先選用的壩型。其特點是：心墻與壩殼比較具有明顯的較高壓縮性，因此沿著心墻邊界接觸面出現(xiàn)的剪應(yīng)力會使心墻有效垂直應(yīng)力大幅度下降，即產(chǎn)生所謂拱效應(yīng)。因心墻必須與兩側(cè)壩殼平起上升，

32、施工難度較大。斜墻壩防滲墻設(shè)置在把提上游面或接近上游面。由于較低抗剪強(qiáng)度的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，工程量大。正因為防滲體處在上游，故壩殼可單獨領(lǐng)先上升，施工比心墻壩容易，基礎(chǔ)處理干擾較小，雨季施工亦便于安排，攔洪度汛也較容易。斜心墻壩介于心墻壩與斜墻壩之間。這種壩是為了克服心墻壩可能產(chǎn)生拱效應(yīng)和斜墻壩對變形敏感等的不足而發(fā)展起來的，很適合高土石壩。人工防滲材料壩的防滲體由鋼筋混凝土、瀝青混凝土、鋼板、塑料薄膜或其他人工材料組成，而壩體其余部分仍由土、砂、石料組成?？紤]壩址附近的地形地質(zhì)、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?、交通條件，以及當(dāng)?shù)貧夂颉⒐こ淘靸r、工期等各種因素，最終選擇均質(zhì)壩方案。3.2 地基處

33、理及斷面擬定3.2.1地基處理土石壩對地基的要求比混凝土壩低，但從解決地基滲水承載力小，壓縮性大，抗剪強(qiáng)度低及振動液化等問題方面，通常需對地基采取不同的處理措施。無論哪種地基，筑壩前都需要進(jìn)行清基，清除可能造成集中滲流和發(fā)生滑動的表層土石.由地形地質(zhì)來看，郭莊水利樞紐為砂礫石地基，對砂礫石地基處理，主要是保證地基滲流穩(wěn)定、控制滲流量。處理措施主要是：在壩體中上游側(cè)設(shè)垂直或水平防滲如粘土截水槽、混凝土防滲墻或鋪蓋等，下游側(cè)設(shè)排水減壓措施如排水井、反濾蓋重等。截水槽底部是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，為防止發(fā)生集中滲流，可在槽底設(shè)混凝土齒墻。壩肩岸坡處理：挖黏土截水槽至半風(fēng)化巖基，基巖與粘土接觸面設(shè)置混凝土齒墻

34、，齒墻與河床部分防滲相連。3.2.2 斷面尺寸壩頂高程： 為防止庫水漫溢壩頂，壩頂在水庫靜水位以上應(yīng)有足夠的波浪超高。根據(jù)碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范（SDJ18-84）規(guī)定，波浪超高Y=R+e+A (3-1) （3-2）R-波浪爬高,m。按蒲田試驗站統(tǒng)計分析公式計算,先計算平均爬高，平均爬高按按下式計算：= （3-3）式中：-與壩坡的糙率和滲透性有關(guān)的系數(shù)，按表3-1采用。-經(jīng)驗系數(shù)，由風(fēng)速V，壩前水深H及重力加速度g組成的無維量,按表3-2采用。M-壩坡系數(shù)，m=ctg，為壩坡傾角。、-平均波高與波長，m表3-1 值護(hù)面類型護(hù)面類型光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1.0砌石護(hù)面0.750.80混凝土混凝

35、土板護(hù)面0.9拋填兩層塊石（不透水地基）0.600.65革皮護(hù)面0.850.90拋填兩層塊石（透水地基）0.500.55表3-2 經(jīng)驗系數(shù)V/<=11.52.02.53.03.54.0>=511.021.081.161.221.251.281.30本設(shè)計采用砌石護(hù)面，查教材水工建筑物表51得：=0.750.80,取K=0.8（1） 計算正常運(yùn)用情況下的波浪超高： 正常蓄水位=443.0m，壩基高程=405m，則平均水域深度H=38m摩阻系數(shù)k=3.6*10，D=1200m，V=12m/s ，=則=8.35*10m計算R1） 先計算平均爬高已知=0.8，=1.0，初擬壩坡傾角tg=1

36、/3，則m=ctg=3計算平均波高： （3-4）在水深較大，吹程較小的情況下，即當(dāng)1760*th0.7（）時，式（3-4）可以簡化為=0.0018（） （3-5）經(jīng)計算，該情況可以用式(3-5)=0.013 則=0.19m計算波浪平均周期：=3計算平均波長，0.5,為深水波則=4.74m則=0.24m由于,則根據(jù)水工建筑物表5-3，查得爬高=2.23，則設(shè)計波浪高=0.4m根據(jù)水工建筑物上冊表1-11，查得安全超高0.7米則Y=e+R+A=0.00085+0.54+0.7=1.24m2） 計算非常運(yùn)用情況下超高壩前水深=450-405=45m=0.00071mY=e+R+A=1.24mY求得后

37、，壩頂高程應(yīng)按以下三種情況計算，并取得最大值 設(shè)計洪水位+正常運(yùn)用情況下超高 即450.0+1.24=451.24m 校核洪水位+非常運(yùn)用情況超高 即451.0+1.24=452.24m 正常蓄水位+地震安全加高地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全加高地震涌浪加高取1m，地震附加沉陷值取壩高1%，即（452.24-405.0）*1%=0.473m安全加高取0.7m，即壩頂高程為443+1+0.473+445.173m壩體施工沉降超高取壩高的0.3%H=451.6mH=452.6m綜上壩頂高程計算，壩頂高程由校核情況控制，設(shè)計竣工時壩頂高程近似取為453m。壩頂寬度壩頂寬度取決于施工

38、、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防汛要求。由設(shè)計資料，本設(shè)計為中壩，壩頂無交通要求，則取壩頂寬度為6m上下游壩坡比土石壩邊坡的大小取決于壩型、壩高、筑壩材料、荷載、壩基性質(zhì)等因素，本壩壩高453-405=48m，為均質(zhì)壩，初擬在距壩基30m處變坡一次，上游上部坡率去2.5，下部取3，下游上部坡率去2，下部取2.5。 在變坡處設(shè)置馬道，其寬取兩米，以攔截并排除雨水，防止嚴(yán)重沖刷壩面，并兼做交通、檢修、觀測之用，也有利于壩坡穩(wěn)定。排水體為了有效的排出壩體和壩基的滲透水，降低壩體的浸潤線和壩基的滲透壓力、匯集排走壩坡排水溝的雨水、防止下游尾水沖刷壩腳，并對壩坡起一定的支撐作用，應(yīng)在壩體附近設(shè)置排水體。本設(shè)

39、計中開挖泄洪隧洞以及溢洪道，因此石料豐富，在下游壩腳用塊石堆成棱體作用壩體排水，排水體的寬度應(yīng)不小于1m，以利于行走檢查，頂部高出最高水位1.52m，下游校核洪水位時下游水位407m，則排水體頂部高程為408.5米，棱柱體內(nèi)坡去1:1.5，外坡取1:2截水槽當(dāng)砂礫石深度不大，一般在1015m以內(nèi)時，可開挖深槽直達(dá)不透水層或基巖，槽內(nèi)回填重壤土，形成截水槽。本壩為均質(zhì)壩，設(shè)截水槽位置 于1/2壩頂寬度處，其中部位于上游壩坡水邊線的垂線上，以使浸潤線最低。 截水槽底寬根據(jù)回填土料的容許坡降及槽底與基巖間接觸沖刷的容許坡降而定：當(dāng)黏土與基巖結(jié)合時不小于（1/31/5）H,本設(shè)計中正常蓄水位情況下的作

40、用水頭H=443-405=38m，則截水槽底寬取10米，為延長槽底與地基的接觸滲徑，在槽底設(shè)置混凝土齒墻，齒墻底部嵌入基巖0.5m，底座厚1.0m，上部深入槽底3.0m，齒墻隔20m設(shè)變形奉，縫內(nèi)設(shè)止水，兩側(cè)坡度1:0.1，開挖邊坡1:1.5，開挖深度為18m，截水槽坡度取1:0.5，則上寬為10+2*（18*0.5）=28米。 圖3-1 土石壩整體構(gòu)造圖第四章 滲流計算4.1滲流分析的方法水力學(xué)法是目前一種常用方法，其建立在一些基本假定上，是一種近似解法，但計算簡單，精度一般可滿足工程要求，故采用此法。4.2滲流分析工況（1） 上游水深為1/3壩高時，下游相應(yīng)最低水位（2） 上游設(shè)計洪水位，

41、下游相應(yīng)最高水位，此時壩內(nèi)浸潤線高，滲流量大（3） 上游校核洪水位，下游相應(yīng)最高水位，此時壩內(nèi)浸潤線最高，滲流量最大4.3計算內(nèi)容 在壩址上選取5個斷面，壩頂?shù)妮S長為430.98m，根據(jù)河道的剖面圖，選取了5個特征斷面，樁號分別為：（1） 斷面為0+56，不透水地基，無棱體排水，無截水槽（2） 斷面為0+56，不透水地基，無棱體排水，無截水槽（3） 斷面為0+56，不透水地基，無棱體排水，無截水槽（4） 斷面為0+56，不透水地基，無棱體排水，無截水槽（5） 斷面為0+56，不透水地基，無棱體排水，無截水槽根據(jù)河道地形地貌特征，可近似認(rèn)為斷面（2）、（4）為同型剖面，（1）、（5）為同型剖面，

42、因此只計算（1）、（2）、（3） 此計算的正常蓄水位為443.0m，相應(yīng)下游水位為405m 校核洪水位為451.0m，相應(yīng)下游水位為407m（1） 樁號（1）正常蓄水位時= ( 4-1 ) Q=k*（4-2）已知上游坡率=2.75，下游坡率=2.25 由cad圖量得 H=16m，H=0，土料滲透系數(shù)K=1.1*10m/sa為滲流溢出點到下游水面的高差帶入數(shù)據(jù)到 (4-1 )得=6.77m，則L把L帶到（3-2）得a=3.68m，q=1.47*10m/s，L=90.49m壩內(nèi)浸潤線方程為：y=同理，校核洪水位時，H=24m，H=0m=10.15mL則a=9.3m，q=3.73*10M/s當(dāng)1/3

43、壩高時，在該斷面處上下游均無水，無需計算。（2） 樁號（2）正常蓄水位圖4-1 正常蓄水位時有棱體排水時的滲流計算圖 由圖知H=37m，上游坡率=2.75，下游坡率=2.25 K=1.1*10m/s，,計算得=15.65m,則L=145.525m由h= (4-3） 得滲流水深h=4.63mQ= (4-4) 得壩體單款滲流量q=5.15*10浸潤線方程為由（y-0）= -2hx-(L+) ( 4-5)得y= -5（x-146.775）=-5x+733.875校核洪水位時，H=45m，H=1m=19.04m，L=128.415m根據(jù)式h=（4-6）得h=7.33m則壩體單款滲量根據(jù)式q=(4-7)

44、得q=7.99*10m/s. 1/3壩高水位時，上游水位高程為48*1/3+406=422mH=16,m，H=0m由式（4-1）得=6.77mL=194.35m，由式（4-2）得q=0.72*10m/s（3）3-3斷面，最大斷面正常蓄水位 圖4-2 正常蓄水位時有棱體排水有截水槽的滲流計算圖由圖知H=38m，H=0m，由（4-1）得=16.08m，棱體內(nèi)坡坡率m=1.5，L=120.5m，透水地基厚度T=18m，透水地基滲透系數(shù)查表知K=2.0*10M/s由式q=k (4-8) q=(4-9)聯(lián)系式（4-8）（4-9）得h=1.37m，q=3.89*10m/s,浸潤線方程為(4-10)帶入數(shù)據(jù)

45、到4-10得70.73x=y+36y-51.21校核洪水位時H=46m，H=2m，=19.46m，L=121.875m結(jié)合(4-8)、(4-9)得h=3.58m，q=4.47*10m/s，則浸潤線方程為81.3x=y+36y-141.71/3壩高水位時 圖4-3 1/3 壩高時有棱體排水有截水槽的深流計算由圖知，H=16m，H=0m，=6.77m，L=120.5m，結(jié)合（4-8）（4-9），h=2.37m，q=1.42*10m/s，浸潤線方程為25.8x=y+36y-90.94（4） 總滲流量計算Q=1/2q正常蓄水位時Q=3.01*10m校核洪水位時Q=4.12*10m 第五章 穩(wěn)定分析5.

46、1計算說明5.1.1穩(wěn)定分析的目的:土石壩穩(wěn)定分析的目的是 保證土壩在自重、滲透壓力、孔隙水壓力和其他外荷載的作用下具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩基接觸面的整體剪切破壞。5.1.2 計算斷面 土石壩的穩(wěn)定分析計算應(yīng)選取不同高程的幾個壩體斷面進(jìn)行計算，以確保整個壩體的穩(wěn)定，但是限于設(shè)計時間及計算量，本設(shè)計中僅計算河床中部的最大剖面。5.1.3 荷載組合土石壩應(yīng)對以下幾種荷載組合情況的壩坡進(jìn)行穩(wěn)定計算：（1）正常運(yùn)用情況（設(shè)計情況）包括：上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位或上游為設(shè)計洪水位，下游為相應(yīng)最高水位形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡；水庫水位正常降落時的上游壩坡；庫水位最不利時的上游壩坡

47、，這種不利水位大致在壩底以上13壩高處。非常運(yùn)用情況(校核情況)包括：施工或竣工期的上、下游壩坡；庫水位驟降時的壩坡；校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡；正常運(yùn)用情況加地震影響的上、下游壩坡；水庫蓄滿，排水設(shè)備失效時的下游壩坡。在本設(shè)計中，根據(jù)壩的實際情況分析，計算以下幾種情況：上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位；庫水位最不利時的上游壩坡，這種不利水位大致在壩底以上13壩高處；校核洪水位下有可能形成穩(wěn)定滲流時的下游壩坡。5.1.4分析方法按壩坡滑裂面型式不同，壩坡穩(wěn)定分析的方法分為：圓弧法、直線或者折線滑動面法和復(fù)式滑動面法。本設(shè)計中土壩壩型為均質(zhì)壩，因此采用圓弧法。5.1.5控制標(biāo)

48、準(zhǔn)在本設(shè)計中，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的容許值按照水工建筑物（上冊）表5-7采用。見下表：表5-1 壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)容許值運(yùn)行條件工程級別、正常運(yùn)用1.301.251.201.15非常運(yùn)用1.201.151.101.05正常運(yùn)用加地震1.101.051.051.005.2穩(wěn)定計算5.2.1計算公式考慮到本設(shè)計需要計算的工況，且為了簡化計算，采用穩(wěn)滲流期的壩坡穩(wěn)定分析計算公式：5.2.2計算方法 在該壩的河床斷面3-3上，沿壩軸線方向取1m寬的脫離體，然后結(jié)合B.B方捷耶夫法和費藍(lán)紐斯法確定最危險滑弧位置。圖5-1 求最小穩(wěn)定安全系數(shù)示意圖（1）首先結(jié)合bb方捷耶夫法和費藍(lán)紐斯法確定最危險滑弧所

49、對應(yīng)圓心的范圍，在扇形范圍內(nèi)的M1，M2延長線附近。即在eg附近（2）在eg線上選取幾個圓心,分別作通過B點的圓弧，然后按公式分別計算其安全系數(shù)K，并按比例將k值標(biāo)在相應(yīng)的圓心上，且連成曲線找出最小的k值。（3）再通過eg線上k值最小的點，作eg的垂線，并在垂線上選取幾個圓心再通過b點做圓弧并計算k值，找出最小的k，算出的5個點中，k值最小的點所做出的面為最危險滑弧面。5.2.3計算內(nèi)容A:第一種工況：上游為正常蓄水位，下游為相應(yīng)最低水位形成穩(wěn)定滲流的下游壩坡。 圖5-2 上游正常蓄水，下游相應(yīng)最低水位最危險滑弧 表5-2上游正常蓄水位，下游相應(yīng)最低水位形成穩(wěn)定滲流時下游壩坡最小的k值B:校核

50、洪水位時下游壩坡 圖5-3 校核洪水位下游壩坡最危險滑弧C：1/3壩高時，對應(yīng)的上游壩坡 圖5-4 1/3 壩高時上游壩坡最危險滑弧 表5-3 校核洪水位時的下游壩坡 對應(yīng)的最小k值 表5-4 1/3壩高時的上游壩坡對應(yīng)的最小k值 在本設(shè)計中，建筑物級別為三級，壩坡康華穩(wěn)定安全系數(shù)容許值按水工建筑物（上冊）表5-7查得在正常運(yùn)用情況下，容許最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為k=1.2，由以上抗滑穩(wěn)定安全計算得出的k值均大于1.2，故本設(shè)計符合抗滑穩(wěn)定要求。 第六章 細(xì)部構(gòu)造6.1 壩頂 為防止防滲體干裂和雨水沖蝕，滿足維修和防汛要求，壩頂應(yīng)做護(hù)面，護(hù)面宜為柔性，以適應(yīng)壩頂變形和及時發(fā)現(xiàn)壩體裂縫。本設(shè)計采用

51、瀝青碎石護(hù)面0.3m厚，并在其下設(shè)0.2m厚碎石墊層。為排出雨水，壩頂向下游做成坡度為2%的橫坡，坡面末端設(shè)縱向排水溝，以匯集壩頂雨水，排水溝斷面取0.3*0.3m。在壩頂上游設(shè)防浪墻，本地石料豐富，防浪墻用漿砌石建造，防浪墻高取1.3m，墻厚取為0.5m，基礎(chǔ)埋入壩內(nèi)0.7m，并與防滲體緊密結(jié)合，壩頂下游側(cè)設(shè)邊石，邊石采用漿砌石修筑，厚0.4m。頂面高出路面0.3m，邊石內(nèi)每隔50m設(shè)排水孔，以將壩頂排水溝內(nèi)匯集的雨水經(jīng)壩面排水溝排至下游。6.2護(hù)坡 土石壩的上游面要承受波浪淘刷、冰層和漂浮物的撞擊、順坡水流的沖刷等破壞作用。因此，上下游壩面都應(yīng)該設(shè)置護(hù)坡。護(hù)坡范圍：上游壩面從壩頂護(hù)至。下游

52、壩面由壩頂護(hù)至排水棱體頂部。為防止雨水沖刷，下游壩面設(shè)置縱橫連通的排水溝，沿壩體與岸坡接合處，也設(shè)置排水溝以攔截山坡上雨水。 縱向排水溝沿馬道內(nèi)側(cè)布置，用干砌石做成矩形斷面。橫向排水溝每隔50m設(shè)一條，縱橫排水溝斷面寬深為0.2m。、6.3防滲體防滲體是土石壩防滲的核心部分，它主要是利用低透水性材料將滲流控制在允許范圍內(nèi)，土壩為均質(zhì)壩，只需在壩基設(shè)截水槽和混凝土齒墻為防滲體。 圖6-1 截水槽 圖6-2 混凝土齒墻6.4排水設(shè)備 土石壩防滲后仍會有一定量得滲水，故在壩體下游部分還需設(shè)置排水設(shè)備，其作用是控制和引導(dǎo)滲流安全地排出壩外，降低壩體浸潤線及孔隙水壓力，增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定，保護(hù)下游免受凍脹破壞，本設(shè)計采用棱體排水，在下游壩腳用堆石堆成棱體，棱體內(nèi)坡坡率為1：1.5，外坡為1:2，棱體底部高程為408.5m。 6.5壩與兩岸連接 土石壩與壩基、岸坡及其他建筑物的連接面設(shè)計遵循的原則是