擋水壩初步設(shè)計(jì)說明書

本科生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2013—2014學(xué)年夏季學(xué)期 水利與土木工程 學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè) 課程設(shè)計(jì)名稱： 水工建筑物課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 溫泉水庫樞紐一一擋水壩初步設(shè)計(jì)（2-6）完成期限：自2014年7月15日至2014年7月26日，共2周1．樞紐概況本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成60000?70000m2面積的水域，蓄水30萬m3,可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對(duì)下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進(jìn)一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長(zhǎng)條件。同時(shí)為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補(bǔ)充水源。水庫樞紐主要建筑物有擋水壩、溢洪道、引水管等。設(shè)計(jì)要求根據(jù)所給資料進(jìn)行樞紐工程設(shè)計(jì)，要進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案論證、計(jì)算分析、編制工程圖、編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書等。各階段要求詳見課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。設(shè)計(jì)內(nèi)容（1） 樞紐布置，包括樞紐方案選擇，大壩的平面布置。（2） 擋水壩的剖面和構(gòu)造設(shè)計(jì)（3） 擋水壩的滲流設(shè)計(jì)（4） 擋水壩的穩(wěn)定設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成果及要求（1） 計(jì)算說明書一份，字?jǐn)?shù)不應(yīng)少于1萬字。（2） CAD繪制A2號(hào)圖紙一張：在地形圖上繪制樞紐平面布置圖，在地質(zhì)剖面圖上繪制下游立視圖，交電子版圖紙。手繪1號(hào)圖紙一張：大壩典型剖面圖，細(xì)部結(jié)構(gòu)圖2?3個(gè)（項(xiàng)目自定），比例尺自定。5．主要參考文獻(xiàn)（1）碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001）?北京：中國水利水電出版社，2002（2）林繼鏞主編.水工建筑物（第四版）.北京：中國水利水電出版社，2006指導(dǎo)教師（簽字）： 系主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期：2014年6月25日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1．設(shè)計(jì)基本資料 3\o"CurrentDocument"1．1樞紐概況 3\o"CurrentDocument"1．2流域概況 3\o"CurrentDocument"1．3樞紐任務(wù)和規(guī)劃數(shù)據(jù) 3\o"CurrentDocument"1．3．1特征水位 3\o"CurrentDocument"1．3．2防洪標(biāo)準(zhǔn)與安全泄量 31．4自然條件 4\o"CurrentDocument"1．4．1地形 4\o"CurrentDocument"1．4．2地質(zhì) 41．4．3水文氣象 5\o"CurrentDocument"1．5建筑材料 6\o"CurrentDocument"1．6其它資料 71．6．1外來材料 7\o"CurrentDocument"1．6．2交通 71．6．3施工動(dòng)力、勞動(dòng)力情況 7\o"CurrentDocument"2．樞紐布置 7\o"CurrentDocument"2．1工程等別及建筑物級(jí)別 72．1．1水庫樞紐建筑物組成 82．1．2工程規(guī)模 8\o"CurrentDocument"2．2壩址及壩型的選擇 9\o"CurrentDocument"2．2．1壩址的選擇 9\o"CurrentDocument"2．2．2壩型選擇 9\o"CurrentDocument"2．2．3泄水建筑物型式的選擇 9\o"CurrentDocument"2．3樞紐建筑物的平面布置 10\o"CurrentDocument"3．壩工設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"3．1壩型選擇 10\o"CurrentDocument"3．2壩體斷面設(shè)計(jì) 113．2．1壩頂寬度 113．2．2壩底高程 113．2．3壩坡與馬道 113．2．4壩頂高程 12\o"CurrentDocument"3．2．5防滲設(shè)施 16\o"CurrentDocument"3．2．6排水設(shè)施 17\o"CurrentDocument"4．擋水壩滲流計(jì)算 184．1單寬滲流量計(jì)算 18\o"CurrentDocument"4．2總滲流量計(jì)算 26\o"CurrentDocument"5．穩(wěn)定計(jì)算 25\o"CurrentDocument"5．1基本原理與計(jì)算方法 25\o"CurrentDocument"5．2安全系數(shù)試算 261．設(shè)計(jì)基本資料1．1樞紐概況本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面積的水域，蓄水30萬m3,可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對(duì)下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進(jìn)一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長(zhǎng)條件。同時(shí)為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補(bǔ)充水源。水庫樞紐主要建筑物有擋水壩、溢洪道、引水管等。1．2流域概況白家疃溝發(fā)源于京郊香山北麓，自南而北流經(jīng)海淀區(qū)溫泉鎮(zhèn)，為溫榆河水系之南沙河的支流，流域面積4.2km。擬建的溫泉水庫壩址位于溫泉鎮(zhèn)白家疃村南、白家疃溝出山口的河道狹窄處距溫（泉）頤（和園）公路約1.5km，有簡(jiǎn)易公路相通。工程區(qū)距中關(guān)村科技開發(fā)區(qū)約15km，距上地科技園區(qū)約10km，距頤和園亦僅13km，水庫上游及下游均有密集的住宅區(qū)。壩址以上主溝長(zhǎng)2.95km，流域面積2.90km2，溝底平均坡降11.3%。1．3樞紐任務(wù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對(duì)下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進(jìn)一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長(zhǎng)條件。同時(shí)為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補(bǔ)充水源。水利樞紐經(jīng)過可行性研究，提出如下參數(shù)作為建筑物設(shè)計(jì)依據(jù)。1．3．1特征水位表1-1水庫特征水位正常畜水位98.00m設(shè)計(jì)洪水位（2%）99.7m校核洪水位（0.5%）100.0m注：下游無水1．3．2防洪標(biāo)準(zhǔn)與安全泄量考慮到工程特點(diǎn)及工程區(qū)下游現(xiàn)狀和未來的發(fā)展，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。表1-2防洪標(biāo)準(zhǔn)與安全泄量洪水標(biāo)準(zhǔn)洪水流量安全泄量50年一遇（P=2%）77m3/s50200年一遇（P=0.5%）100m3/s601．4自然條件1．4．1地形工程區(qū)位于九龍山——碧云寺向斜東北翼。在微地貌上處于山前過渡區(qū)，相對(duì)高度20~100m。庫區(qū)左岸為沖積一一洪積堆積階地，階面由北向南逐漸抬升，高程自左壩頭至庫尾由100m遞升至120m，平均坡比0.056。庫盤區(qū)為河漫灘。壩址位于溝口河道狹窄處，溝底河道寬約35m，高程84.50m。1．4．2地質(zhì)（1） 水庫區(qū)工程地質(zhì)條件水庫區(qū)為一由西北方向（壩前）向東南方向漸擴(kuò)的扇形谷地，北、東、南三面環(huán)山，相對(duì)高差20~80m，西面為山前堆積階地，相對(duì)高差10~15m。庫區(qū)內(nèi)第四紀(jì)沖積 洪積層廣為分布，厚度在15m以上，水庫的北、東、南三面及庫盆下，基巖均為石炭——二疊系或二疊系地層，透水性弱。西面廣泛分布的洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，以及壩下沉積的粉質(zhì)粘土、漂石夾粉質(zhì)粘土層，是未來滲漏的主要設(shè)防地段，也是影響大壩安全的主要因素。淹沒損失小，無浸沒及大的庫岸穩(wěn)定和淤積問題。在地質(zhì)構(gòu)造上，處于九龍山——碧云寺向斜東北翼端部的轉(zhuǎn)折端。基巖內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，但未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造，區(qū)域穩(wěn)定性好?；鶐r中分布有裂隙潛水。第四系松散層中有孔隙潛水，水面埋深13.40~15.5m，其補(bǔ)給來源為大氣降水及山區(qū)基巖裂隙水，其排泄流向基本上與河道流向一致。（2） 壩址工程地質(zhì)條件壩址區(qū)呈“U”形河谷，谷底寬約35m，高程84.50m。上部（高程100m處）寬約120m，主河道由南向北流經(jīng)庫區(qū)后，改向?yàn)橛赡蠔|向北西方向穿過壩址。谷底沉積有深達(dá)19.60m的第四系沉積層。左壩頭亦為山前沖積一一洪積階地沉積物。右壩頭為古生代二疊紀(jì)板巖，其產(chǎn)狀為傾向南，傾角50。未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模斷裂構(gòu)造。板巖為黃綠色，主要成分為粘土礦物，含白云母、絹云母和綠泥石等變質(zhì)礦物，節(jié)理、板理發(fā)育，裂隙面上有氧化鐵薄膜，裂隙中有紅色粘土充填。露頭巖石呈強(qiáng)風(fēng)化。經(jīng)分析和鉆探資料證實(shí)，壩基覆蓋層下基巖亦為板巖。壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等，其中的孔隙潛水水面埋深13.5m。巖性在水平方向和垂直方向均存在明顯的交替、穿插，透水性變化較大。對(duì)分布于壩基和左壩頭的覆蓋層，需采取可靠有效的防滲措施，方能確保大壩安全和水庫的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1．4．3水文氣象流域內(nèi)無水文測(cè)站和氣象站?？蓞⒄战梃b的頤和東閘站和昌平站，至水庫的直線距離分別為12km和20km。（1）河流水文特性：白家疃溝為間歇性河流，除遇較大降雨時(shí)溝中有徑流外，一般均為干溝。根據(jù)北京市山區(qū)水文資料，流域多年平均降水量640mm，多年平均徑流深為240mm（相應(yīng)多年平均年徑流量為69.6x104/3）。代表性水文年的年徑流量如表1-3所列。表1-3代表性水文年的年徑流量代表性水文年豐水年（P=25%）平水年（P=50%）枯水年（P=75%）年徑流量血）91.4x10455.1x10430.5x104（2）洪水：歷史資料說明，洪水多發(fā)生在7~8月，洪水過程多為單峰型，一次洪水歷時(shí)不超過15h。設(shè)計(jì)洪水過程線見表1-4。表1-4典型洪水過程線時(shí)段（天）00.51.01.523456流量(ms/s)017.377.055.038.625.218.814.211.23）庫水位與面積、庫容關(guān)系見表1-5。表1-5水庫高程與面積、庫容關(guān)系高程（m）面積血）庫容（m3）8678546187300123548872497479891171516961901797531806912076851177922627974701933239010403594343011373819538294173678964408621486897468982603609851246309432（4）氣候條件據(jù)現(xiàn)有資料，工程區(qū)屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候，多年平均氣溫11.7T。多年平均陸面蒸發(fā)量450mm。（5） 泥沙壩址以上流域面積內(nèi)，林木茂密，植被良好，水土流失較輕。（6） 蒸發(fā)流域內(nèi)多年平均陸面蒸發(fā)量為450mm。根據(jù)北京市水文手冊(cè)資料，按20cm口徑蒸發(fā)器測(cè)量庫區(qū)內(nèi)多年平均水面蒸發(fā)量為1950mm。（7） 其它洪水期多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速v=20m/s,吹程D=400m，風(fēng)向垂直上游壩面。凍土深1.0m。壩頂交通要求通行單行道（7m）。壩、庫區(qū)基本地震烈度為6。。1．5建筑材料壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等。土壩心墻或斜墻所需粘土料，可滿足要求。水庫西面廣泛分布著洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，料場(chǎng)位于上游左岸1km，交通方便，可利用的碎石儲(chǔ)量可達(dá)120萬m3左右。粘土料顆粒組成見表1-6：表1-6粘土顆粒組成粒徑20-2mm2-0.5mm0.5-0.05mm0.05-0.005mm<0.005合計(jì)含量（％）2.069.202.0335.451.3100各種材料的物理力學(xué)性質(zhì)見表7。表1-7各種材料物理力學(xué)性質(zhì)土料特性粘土砂礫石、碎石鋼筋混凝土比重2.702.64干土容重（kN/m3）16.6619.6天然容重（kN/m3）19.520.6浮容重（kN/m3）10.4912.35含水量17%塑性指標(biāo)11滲透系數(shù)（cm/s）5X10-6壩身5X10-3壩基1X10-33.7X10-7內(nèi)摩擦角水上22°水下19°水上35° 水下32°凝聚力c'(kN/m2)水上16.52水下13.721．6其它資料1．6．1外來材料工程使用的主材——水泥、鋼材等，均可市購。其他生活、生產(chǎn)資料，均可由當(dāng)?shù)夭少彙?．6．2交通工程場(chǎng)區(qū)位于白家疃村南1.Okm，距溫（泉）頤（和園）干線公路1.5km,且有簡(jiǎn)易公路通過壩址和庫區(qū)（其中有0.5km公路需在工程建設(shè)前改線建設(shè)）。1．6．3施工動(dòng)力、勞動(dòng)力情況施工用水（僅限于攪制混凝土和生活用水）由當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)供給。施工用電直接接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，只增加一臺(tái)變壓器與相應(yīng)數(shù)量的控制開關(guān)即可。當(dāng)?shù)赜泻芏嚅e散勞動(dòng)力。2．樞紐布置2．1工程等別及建筑物級(jí)別2．1．1水庫樞紐建筑物組成根據(jù)水庫樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：擋水壩、溢洪道、引水管等。2．1．2工程規(guī)模樞紐布置應(yīng)做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，施工互不干擾，管理運(yùn)用方便。根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：表2-1水利水電工程分等指標(biāo)等別匚程規(guī)模水庫總庫容防 洪治澇灌溉供水童電保護(hù)城槓及1〕「仝業(yè)的蟲要性保護(hù)農(nóng)出W畝）面稅面稅（1“由）供水對(duì)象重要性裝機(jī)容最（ICW）T丈⑴型>10特別啦要>500>200>150特別巫翌>120n大⑵型10—1-0蛍要500-100200-60150-50120-30n中型1.0-0*10中尊100-3060-1560-5中爭(zhēng)30-5IV小⑴型0.10—0.01—腔30—5W).&V?、菩?lt;5<30-5<1注：1、水庫總庫容指水庫最高水位以下的靜庫容；2、治澇面積和灌溉面積均指設(shè)計(jì)面積。表2-2永久性水工建筑物級(jí)別級(jí)。樞紐等別根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5395—2007,后簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）中五項(xiàng)指標(biāo)中最大的一項(xiàng)確定，建筑物的級(jí)別根據(jù)《規(guī)范》相應(yīng)確定。本工程以形成環(huán)境景觀水庫為主，工程建成后，可以形成60000~70000m2面積的水域，蓄水30萬m3，可以在一定程度上減少流域內(nèi)的水土流失，減輕山洪對(duì)下游村鎮(zhèn)、交通線路的危害，進(jìn)一步改善和美化環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，改善周邊植物生長(zhǎng)條件。同時(shí)為農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供補(bǔ)充水源。由于蓄水面積在0.001~0.01X108m3范圍內(nèi)，但以景觀為主，兼有補(bǔ)充水源的作用，故工程規(guī)模屬?。?）型，工程等別為V等，本樞紐中的主要建筑物，除擋水建筑物為4級(jí)水工建筑物，溢洪道、灌溉渠道、水庫放空隧洞為5級(jí)水工建筑物，次要建筑物筏道為5級(jí)水工建筑物。2．2壩址及壩型的選擇2．2．1壩址的選擇《規(guī)范》要求壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。本工程壩址位于溝口河道狹窄處，溝底河道寬約35m，高程84.50m。2．2．2壩型選擇壩型選擇關(guān)系到整個(gè)地形的工程量、投資的工期，除筑壩材料是壩型選擇的主要因素外，還要根據(jù)地形地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理方案、抗震要求等各種因素進(jìn)行研究比較，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型本工程場(chǎng)區(qū)位于白家疃村南1.0km，距溫（泉）頤（和園）干線公路1.5km,且有簡(jiǎn)易公路通過壩址和庫區(qū)（其中有0.5km公路需在工程建設(shè)前改線建設(shè)），交通較便宜。但從外運(yùn)入筑壩材料，工程投資將會(huì)有所增加，重力壩需要大量混凝土或漿砌石材料，不能利用地基開挖的材料，且材料造價(jià)較高，因此不采用重力壩；拱壩對(duì)地質(zhì)和地形要求較高，本工程壩軸位置地形不對(duì)稱，如采用拱壩，設(shè)計(jì)施工十分復(fù)雜，因此不宜選擇拱壩；壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等，土壩心墻或斜墻所需粘土料均可滿足要求，可就地取材，水庫西面廣泛分布著洪積碎石（含粉質(zhì)土）層，料場(chǎng)位于上游左岸1km，交通方便，且在所有的壩型中，土石壩由于基礎(chǔ)面積較大，承擔(dān)的應(yīng)力較低，對(duì)地基要求低,所以選擇土石壩。2．2．3泄水建筑物型式的選擇泄水建筑物的布置和結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件和泄洪規(guī)模、水頭大小和防沙要求等綜合比較后選定。本工程中的土石壩可以采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄水。土石壩常采用正槽式溢洪道，即泄水槽與堰上水流方向一致，水流平穩(wěn)，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量。根據(jù)樞紐布置原則，樞紐中的泄水建筑物應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工互不干擾、管理運(yùn)用方便。樞紐布置應(yīng)滿足以下原則：樞紐中的泄水建筑物應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的運(yùn)用條件和要求。選擇泄洪建筑物形式時(shí)，宜優(yōu)先考慮采用開敞式溢洪道為主要泄洪建筑物。泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡應(yīng)有可靠的防護(hù)措施，當(dāng)有平行壩坡方向的水流可能會(huì)沖刷壩坡時(shí)，壩坡也應(yīng)有防護(hù)措施。應(yīng)確保泄水建筑物進(jìn)口附近的岸坡的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。當(dāng)泄水建筑物出口消能后的水流從刷下游壩坡時(shí)，應(yīng)比較調(diào)整尾水渠和采取工程措施保護(hù)壩坡腳的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，可采取其中一種措施，也可同時(shí)采用兩種措施。對(duì)于多泥沙河流，應(yīng)考慮布置排沙建筑物，并在進(jìn)水口采取放淤措施。溢洪道應(yīng)選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅(jiān)實(shí)和地下水位較低的地點(diǎn)，宜選用地質(zhì)條件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適于作為水閘地基，盡量避免淤泥質(zhì)土和粉砂、細(xì)砂地基，必要時(shí)應(yīng)采取妥善處理措施。2．3樞紐建筑物的平面布置擋水建筑物：土石壩按直線布置在壩址上。泄水建筑物：開敞式正槽溢洪道布置在大壩右側(cè)。3．壩工設(shè)計(jì)3．1壩型選擇《規(guī)范》指出，影響土石壩壩型選擇的因素很多，其主要的是壩址附近的筑壩材料，還有地形與地質(zhì)條件、氣候條件、施工條件、壩基處理、抗震要求等。通過對(duì)各種因素進(jìn)行比較，選定技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。上述因素中相對(duì)而言，地質(zhì)條件、可用的建筑材料及費(fèi)用估算更為重要。心墻壩的心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；使其因壩主體的變形而產(chǎn)生裂縫的可能性小，粘土用量少，受氣候影響相對(duì)小，粘土心墻冬季施工時(shí)暖棚跨度比斜墻小。移動(dòng)和升高較便利。而斜墻壩由于抗剪強(qiáng)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(duì)較大。斜墻歲霸體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接較困難。本工程中場(chǎng)區(qū)土料滿足心墻壩的筑壩所用，且便于設(shè)計(jì)計(jì)算和施工，因此采用心墻壩。3?2壩體斷面設(shè)計(jì)3?2?1壩頂寬度根據(jù)交通及運(yùn)用要求確定壩頂寬度。高壩（壩高＞70m）不小于10-15m；中、低壩不小于5-10m；《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189-96）建議：壩高30m以下的4、5級(jí)壩其壩頂寬度可取3-6m。本工程要求壩頂交通要求通行單行道（7m），故壩頂寬度確定為7m。2.2壩底高程地基覆蓋層表層為卵礫石，需進(jìn)行清除。根據(jù)壩址工程地質(zhì)剖面圖，可知卵礫石覆蓋層深度約為1m,。清基后壩底高程為83.5m。3.2.3壩坡與馬道（1）壩坡坡度表3-1上下游邊坡比壩高（m）上游下游<101：2?1：2.51：1.5?1：210?201：2.25?1：2.751：2?1：2.520?301：2.5?1：31：2.25?1：2.75>301：3?1：3.51：2.5?1：3根據(jù)資料，本工程土石壩高度在10~20m范圍內(nèi)，故定上游壩坡取1：2.5,下游壩坡1：2.25。（2）護(hù)坡《規(guī)范》要求壩表面為土、砂、砂礫石等材料時(shí)應(yīng)設(shè)專門護(hù)坡，本工程土石壩選用砌石護(hù)坡，單層砌石石塊直徑選為0.2~0.35m，下面墊0.15~0.25m的碎石或礫石。根據(jù)《規(guī)范》護(hù)坡的覆蓋范圍應(yīng)按以下要求確定：1、 上游面上部應(yīng)由壩頂算起，如設(shè)防浪墻時(shí)應(yīng)與防浪墻連接：下部至死水位以下不宜小于2.50m，對(duì)4級(jí)、5級(jí)壩可減至1.50m，最低水位不確定時(shí)應(yīng)至壩腳。2、 下游面應(yīng)由壩頂至排水棱體，無排水棱體時(shí)應(yīng)至壩腳。因此，本工程土石壩上游面護(hù)坡選為單層直徑為0.3m左右的漿砌石，下面墊0.2m厚的碎石，下部至壩腳；下游面選為單層直徑為0.3m的干砌石，下部至排水棱體。（3）馬道馬道的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮壩型、壩高、壩體及壩基土石的性質(zhì)與其密實(shí)度、壩體所承受的荷載以及壩的施工和運(yùn)用條件等因素?cái)M定壩坡或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定等。如果需要設(shè)置馬道應(yīng)在上下游變坡處設(shè)置?！兑?guī)范》規(guī)定，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和均質(zhì)壩上游坡宜少設(shè)馬道。一般在下游坡每隔10m~30m設(shè)置一條馬道，根據(jù)目前壩的發(fā)展，上游壩坡除觀測(cè)需要外，已趨向不設(shè)馬道，下游壩坡也趨向于不設(shè)和少設(shè)馬道。本工程土石壩為10~20m的低壩，故上游不設(shè)馬道，下游1/2高度處設(shè)一寬3．2．4壩頂高程根據(jù)壩頂高程在地形圖上沿壩軸線選取最大高度的土壩斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)已給的洪水位，考慮風(fēng)浪及安全加高等，確定壩頂及防浪墻頂高程等壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱贪聪率接?jì)算，并選用較大值：壩頂高程二設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用條件的Ah正=校核洪水位+非常運(yùn)用條件的Ah非壩頂靜水位超高值：Ah=R+e+A式中：R波浪在壩坡上的設(shè)計(jì)爬高，m；e——風(fēng)壅水面高度，m,即風(fēng)壅水面超出原庫水位的高度；A――安全加高，m,根據(jù)壩的級(jí)別按規(guī)范選取。計(jì)算詳見表3-4。1）安全加高

工況壩的級(jí)別1工況壩的級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)4、5級(jí)設(shè)計(jì)、正常1.51.00.70.5校核0.70.50.40.3表3-1安全加高A值級(jí)別為5級(jí)，則正常使用工況和設(shè)計(jì)工況的安全加高A=0.5m，校核工況的安全加高A=0.3m。（2）風(fēng)壅水面高度Kv2De= cosB2gHm式中：K 綜合摩阻系數(shù)，取3.6x10-6；v――計(jì)算風(fēng)速，5級(jí)壩在正常運(yùn)用條件下，采用多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速，離地面10m高的最大風(fēng)速為20.0m/s；D 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，為400m；B 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，風(fēng)向垂直上游壩面，即B為0o；H 水域平均水深，取壩前水深H的2/3。m表3-2風(fēng)壅水面高度計(jì)算表格項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0壩前水深H/m16.216.5平均水深H/m10.811.0風(fēng)壅水面高度e/m正常運(yùn)用x10-3/m6.12非常運(yùn)用x10-3/m2.67

(3)波浪平均波高和波長(zhǎng)的計(jì)算莆田公式：O.I3th0.70*71oaatti0*TLlO.I3th0.70*71oaatti0*TLl朋J式屮咯 平均波高驗(yàn)—平均波周期"角H——計(jì)算風(fēng)速tm/s；D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)gTmj%—水域平均水深,iof3 巫力加速度，取9.81m/s?ov――計(jì)算風(fēng)速，5級(jí)壩在正常運(yùn)用條件下，采用多年平均離地面10m高的最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速，離地面10m高的最大風(fēng)速為20.0m/s；式中—平均波長(zhǎng)廳一壩迎水面前水深*本設(shè)計(jì)采用累計(jì)頻率5%時(shí)的平均波高，查《規(guī)范》得：h/h=1.95。pm計(jì)算詳見表3-3。(4)平均波浪爬高的計(jì)算(4)平均波浪爬高的計(jì)算竺h~LX.l+m2mm式中：Rm——平均波浪爬高，m；單坡的坡度系數(shù)，為2.5；a——斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護(hù)面類型為砌石，取K=0.775；A

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查表得到。本設(shè)計(jì)采用累計(jì)頻率5％時(shí)的平均爬高，查《規(guī)范》得：R/R1.84pm計(jì)算詳見表3-3。表3-3波浪爬高計(jì)算表項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水位（正）校核洪水位（非）高程/m99.70100.00壩前水深H/m16.2016.50v/VgH2.381.57K1.1411.023平均波長(zhǎng)L/m9.756.26平均波高h(yuǎn)/m0.320.20頻率波高h(yuǎn)/m0.620.39p平均爬高R/m0.580.33111頻率爬高R/m1.070.61表3-4壩頂高程計(jì)算表項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位高程/m99.7100.0波浪爬高R/m1.070.61風(fēng)壅水面咼度e/m6.12X10-32.67X10-3安全加高A/m0.50.3△h/m1.580.91壩頂高程/m101.28100.91由計(jì)算表格可知，壩頂高程應(yīng)不小于101.28m。所求壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定以后的數(shù)值。竣工時(shí)的壩頂高程應(yīng)有足夠的預(yù)留沉降值，約占?jí)胃叩?.2%~0.4%。則計(jì)入沉降量，可得竣工高度為101.3X（l+0.4%）=101.7（m）綜上，壩頂高程取101.3m，壩高為17.8m。（5）防浪墻《規(guī)范》指出，壩頂上游側(cè)可設(shè)防浪墻，墻頂一般高于壩項(xiàng)1.00m?1.20m。防浪墻應(yīng)與防滲體緊密結(jié)合。防浪墻應(yīng)堅(jiān)固不透水，其結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、強(qiáng)度計(jì)算確定，并應(yīng)設(shè)置伸縮縫，做好止水。本工程在壩頂設(shè)置高為1.00m、寬為0.4m的混凝土防浪墻，其下部與心墻相接。3．2．5防滲設(shè)施（1） 壩體防滲：各種防滲體的比較；本工程選用黏土心墻。心墻位于霸體中央或稍偏向上游，有透水性很小的粘性土筑成，土料可就地取材。尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)《規(guī)范》有如下要求：頂部高程：心墻頂部在靜水位以上的超高，在正常運(yùn)用情況下不小于0.3~0.6m,非正常運(yùn)用情況下不得低于非正常運(yùn)用的靜水位。當(dāng)防滲體頂部設(shè)有穩(wěn)定、堅(jiān)固、不透水且與防滲體緊密結(jié)合的防浪墻時(shí)，可將防滲體頂部高程放寬至正常運(yùn)用的靜水位以上即可。本工程選為100m。頂部厚度：按構(gòu)造和施工要求部的小于1.0~3.0m，本工程選為2.0m。底部厚度：根據(jù)防滲要求及涂料的允許滲透坡降決定，一般不小于水頭的1/4且不得小于3.0m。取下游無水工況，底部厚度:d221/4X（101.3-83.5）=4.45（m）本工程選為8.0m。邊坡坡度：通常采用1：0.15~0.25。驗(yàn)算坡度，m=（8-2）/2X（100-83.5）=0.18滿足要求。砂性土保護(hù)層：厚度應(yīng)大于冰凍或干裂深度，通常不小于1.0m，本工程中為1.2m，上部碎石厚0.70m，下部礫石石厚0.50m。（2） 壩基防滲：各種防滲措施選擇；壩基地質(zhì)條件為：壩基覆蓋層表層為卵礫石，向下依次為碎石、漂石、粉土層等（壩坡一一砂性土可采取較陡值），其中的孔隙潛水水面埋深13.5m。巖性在水平方向和垂直方向均存在明顯的交替、穿插，透水性變化較大。對(duì)分布于壩基和左壩頭的覆蓋層，需采取可靠有效的防滲措施，方能確保大壩安全和水庫的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。垂直防滲措施，可根據(jù)工期及所采用的施工機(jī)械采用截水槽、防滲墻和灌漿帷幕等措施，并參照下列原則選用：1、 砂礫石層深度在20m以內(nèi)時(shí)，宜采用明挖回填黏土截水槽。超過20m時(shí)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，也可采用明挖回填黏土截水槽。2、 砂礫石層深度在80m以內(nèi)時(shí)，可采用混凝土防滲墻。超過80m時(shí)，經(jīng)論證也可采用混凝土防滲墻。3、 根據(jù)砂礫石層性質(zhì)和厚度，也可分段分層采用不同措施。由于本工程土石壩壩頂高度為17.8m，屬于低壩，從構(gòu)造和施工量等因素考慮，壩基防滲采用混凝土防滲墻。（壩高在70m以上者為高壩，壩高在30~70m之間者為中壩，低于30m者為低壩）防滲墻頂部和底部是防滲的薄弱部位，應(yīng)慎重處理。凝土防滲墻設(shè)計(jì)應(yīng)遵守下列原則：1、 防滲墻厚度應(yīng)根據(jù)壩高和施工條件確定，一般取0.6~0.8m。2、 當(dāng)混凝土防滲墻與土體為插入式連接方式時(shí)，混凝土防滲墻項(xiàng)應(yīng)作成光滑的楔形，插入土質(zhì)防滲體高度宜為1/10壩高，低壩不應(yīng)低于2m。在墻項(xiàng)宜設(shè)填筑含水率略大于最優(yōu)含水率的高塑性土區(qū)。3、 墻底一般宜嵌入弱風(fēng)化基巖0.5m?1.0m。對(duì)風(fēng)化較深或斷層破碎帶應(yīng)根據(jù)其性狀及壩高予以適當(dāng)加深。本工程選定混凝土防滲墻厚度為0.8m，墻頂插入防滲體高度為2.0m，墻底插入巖基深度為1.0m。在上游44m處修建防滲墻。（3）壩身與壩基、岸坡及其它建筑物連接的接觸防滲。壩身與壩基、岸坡的防滲：壩斷面范圍內(nèi)清除壩基和岸坡上的草皮、樹根、表土和廢料，并把壩基表面的土壓實(shí)，壩基與土石壩下游接觸部位設(shè)置反濾層。岸坡應(yīng)該平順，并要在施工期保持穩(wěn)定。心墻與基巖連接時(shí)，應(yīng)把巖基開挖至相對(duì)不透水的新鮮或弱風(fēng)化帶上，并使巖面平整，對(duì)裂縫應(yīng)用混凝土或砂漿封堵。壩身與其它建筑物的防滲：壩體與其它建筑物連接時(shí)，防止接觸面的集中滲流，因不穩(wěn)定沉降產(chǎn)生的裂縫，以及水流對(duì)上游壩坡和壩腳的沖刷危害影響。反濾層每層的厚度應(yīng)根據(jù)材料的級(jí)配、料源、用途、施工方法等綜合確定。本工程采用三層反濾，厚度分別為0.25m、0.15m、0.15m。3．2．6排水設(shè)施本工程土石壩采用棱體排水。根據(jù)《規(guī)范》，棱體排水設(shè)計(jì)應(yīng)遵守下列規(guī)定：1、 頂部高程應(yīng)超出下游最高水位，超過的高度，1級(jí)、2級(jí)壩不應(yīng)小于1．0m，3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)壩不應(yīng)小于0.5m，并應(yīng)超過波浪沿坡面的爬高。2、 頂部高程應(yīng)使壩體浸潤(rùn)線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結(jié)深度。3、 項(xiàng)部寬度應(yīng)根據(jù)施工條件及檢查監(jiān)測(cè)需要確定，其最小寬度不宜小于1.0m4、 棱體內(nèi)破根據(jù)施工條件決定，一般為1：1.0~1.5，外坡取為1：1.5~2.0，棱體與壩體及土質(zhì)地基之間均應(yīng)設(shè)置反濾層。應(yīng)避免在棱體上游坡腳處出現(xiàn)銳角本設(shè)計(jì)選定棱體排水的寬度為1.0m，高度為1.0m，內(nèi)坡為1：1.5，外坡為1：2.0。壩體剖面圖

4．擋水壩滲流計(jì)算4．1浸潤(rùn)線計(jì)算有截水墻的心墻土石壩通過壩體及壩基的滲流量q及墻后滲流水深h由下2列方程組計(jì)算：zH2-h2H-hTq=ki2+k—i2THi6+6 0L01eszh2-H2 h-Htq=kt—+k2 2T2 2L 0L+0.44TiL=0.44T+L+5-5ess1滲流通過截水墻的水頭損失為：△h二（H-h）*L/L12ses式中符號(hào)見圖4-1。ya.ya.圖4-1有截水墻的土石壩的心墻土石壩計(jì)算有限深透水地基上有截水墻（截水槽、混凝土防滲墻、板樁或灌漿帷幕等）的土壩滲流，截水墻可用相當(dāng)于不透水的底板（或鋪蓋）的等效長(zhǎng)度來代替。到不透水層的完整截水墻，等效長(zhǎng)度由下式確定：本工程中：下游無水，H=0,2偏安全取L=L=40.3m；1H——壩前水深，H=14.5m,115——心墻頂部寬度，5=2.0m005——心墻底部寬度，5=8.0m，115——防滲墻厚度，5=0.8m，T——透水層深度，k——防滲墻滲透系數(shù)，k=3.7X10-7,k 壩基滲透系數(shù)，k=1X10-3，00k 心墻滲透系數(shù)，k=5X10-6，11k——壩身滲透系數(shù)，k=5X10-3。22求解：取n=0.00037Ls=5/n=0.8/0.00037=2162.2（m）L=0.44T+L+6-6=0.44X19.6+2162.2+8-2=2176.8(m)es s1原一元二次方程可改寫為Ah2+Bh+C=022其中A其中A二亠+ i——2L8+50111B二kT( + )；0L+0.44TLesC=-[kH2/(5+5)+kTH/L]。110101es表4-1三個(gè)水位的滲流量計(jì)算正常畜水位時(shí)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)校核洪水位時(shí)滲透層厚度T/m19.9419.9419.94壩前水深H/m98.0099.70100.00A6.25E-076.25E-076.25E-07B4.15E-064.15E-064.15E-06C-2.38E-06-2.80E-06-2.87E-06墻后滲流水深h/m20.530.620.63單寬滲流量q/m3S-12.33E-062.74E-062.81E-06浸潤(rùn)線方程：kkx=—oT(h-y)+2(h2-y2)q2 2q 2式中：T――透水層深度，k——防滲墻滲透系數(shù)，k=3.7X10-7,k 壩基滲透系數(shù)，k=1X10-3,00k——壩身滲透系數(shù)，k=5X10-3,22h――墻后滲流水深，2q——單寬流量。得浸潤(rùn)線方程：(1)正常蓄水位時(shí)：x=-10.73y2-85.58y+48.37表4-2浸潤(rùn)線上的點(diǎn)(1)

x013.426.940.3y0.530.390.240.09(2)設(shè)計(jì)洪水位時(shí):x=-9.12y2-72.77y+50.78表4-3浸潤(rùn)線上的點(diǎn)(2)x013.426.940.3y0.620.480.320.14(3)校核洪水位時(shí)：x=-8.90y2-70.96y+48.24表4-4浸潤(rùn)線上的點(diǎn)(3)x013.426.940.3y0.630.460.290.114.2總滲流量計(jì)算計(jì)算土石壩總滲流量時(shí)，可根據(jù)地形、地質(zhì)變化及壩體防滲、排水的情況,把土石壩沿長(zhǎng)度方向分為若干段，計(jì)算出每個(gè)斷面的單寬滲流量，然后按下式計(jì)算全壩的總滲流量：1Q二一[ql+(q+q)lHF(q+q)l+ql]211 122 n—1nnnn+1式中：ql,q2,…，qn 斷面1,2,…，n的單寬滲流量；11,12,…,ln+1 相鄰兩斷面之間的距離。分區(qū)情況見圖4-3,q左側(cè)部分水深較低，忽略不計(jì)。0(1)正常蓄水位的滲流計(jì)算M A畐c4c■■圖4-3土石壩總滲流量計(jì)算圖(1)

表4-1穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計(jì)算表（1）編號(hào)123樁號(hào)0+68.800+101.280+122.87心墻厚度5/m13.317.487.24有效長(zhǎng)度L/mes2174.942177.502173.97L/m15.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m1.6114.0512.40A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-1.97E-07-2.21E-06-1.52E-06墻后滲流水深h/m20.0210.5250.497單寬滲流量q/m3s-i1.94E-072.17E-061.49E-06注：表中A、B、C均為關(guān)于h的二元一次方程系數(shù)，A二鼻+J2 2L8+50111B二kT( + )；C=-[kH2/(5+5)+kTH/L]。0L+0.44TL 11 0 1 01eses由下列公式計(jì)算總滲流量如表4-2所示：1Q=_[ql+(q+q)1+—+(q+q)1+ql]211 1 22 n-1 nnnn+1表4-2土石壩總滲流量計(jì)算表（1）編號(hào)1234滲流量q/m3S-11.94E-072.17E-061.49E-060斷面間距l(xiāng)/m11.3432.4821.6026.52(q+q)l/m3S-1n-1 n n2.20E-067.67E-057.91E-053.96E-05總滲流量Q/m3S-19.88E-05（2）設(shè)計(jì)洪水位的滲流計(jì)算■:￡HdO7M■V1QLS圖4-4土石壩總滲流量計(jì)算圖（2）0ca口aoe亡Io匚匚OO針:?4TcT1+4+卜■匚□匚匚O表4-3穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計(jì)算表（2）編號(hào)123樁號(hào)0+68.800+101.280+122.87心墻厚度5/m3.317.487.24有效長(zhǎng)度L/m2174.942177.502173.97L/m15.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m3.3115.7514.10A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-4.57E-07-2.62E-061.86E-06墻后滲流水深h/m20.0490.6130.596單寬滲流量q/m3S-14.52E-072.56E-061.83E-06

表4-4土石壩總滲流量計(jì)算表（2）編號(hào)1234滲流量q/m3S-i4.52E-072.56E-061.83E-060斷面間距l(xiāng)/m40.4932.4821.6031.49(q+q)l/m3S-in-1 n n1.83E-059.79E-059.48E-055.75E-05總滲流量Q/m3s-i1.34E-04（3）校核洪水位的滲流計(jì)算圖4-5土石壩總滲流量計(jì)算圖（3）表4-5穩(wěn)定滲流期單寬滲流量計(jì)算表（3）編號(hào)123樁號(hào)0+68.800+101.280+122.87心墻厚度5/m13.317.487.24有效長(zhǎng)度L/m2174.942177.502173.97esL/m15.3941.0639.71滲透層厚度T/m23.2618.7712.12壩前水深H/m3.6116.0514.40A1.63E-066.14E-076.35E-07B9.18E-063.89E-062.75E-06C-5.09E-07-2.69E-06-1.92E-06墻后滲流水深h/m20.0550.6290.614單寬滲流量q/m3S-i5.03E-072.64E-061.89E-06表4-6土石壩總滲流量計(jì)算表（3）編號(hào)1234滲流量q/m3S-15.03E-072.64E-061.89E-060斷面間距l(xiāng)/m47.6432.4821.6032.52（q+q）l/m3S-1n-1 n n2.40E-051.02E-049.77E-056.14E-05總滲流量Q/m3S-11.43E-045．穩(wěn)定計(jì)算5．1基本原