郭庄水利枢纽工程毕业设计.doc

摘 要本毕业设计主要承担郭庄水利枢纽工程建筑物中的主坝、溢洪道、导流建筑物、灌溉发电隧洞部分的设计工作。按SDJ1278规范中设计标准，该枢纽工程等级为3等，水利枢纽为中型，主要建筑物按三级设计，次要建筑物按四级设计，临时建筑物按五级设计。主坝设计包括：坝型设计，渗透分析与计算，坝坡稳定与计算，地基处理，细部构造，两岸连接建筑物等。隧洞设计包括：隧洞的布置、水利计算、消能计算、细部构造。当前王家河上游流域暂时尚无骨干水利工程，根据当地实际生产、生活需要，国民经济发展需求，拟建水利枢纽，可解决当地灌溉、防洪等问题。 关键词：水利枢纽 挡水建筑物 水工隧洞IAbstractThis graduation 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 water 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 calculation, 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, according 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 project water conservancy building hydraulic tunnel.I目 录摘 要IAbstractII目 录I第一章 总述- 1 -1.1前言- 1 -1.2枢纽的位置与任务- 1 -1.3基本资料- 2 -1.3.1水文气象- 2 -1.3.2、地形、地质- 6 -1.3.3、当地建筑材料- 7 -1.3.4、交通条件- 9 -1.3.5、施工条件- 9 -1.4工程综合说明- 9 -第二章 枢纽布置- 10 -2.1 枢纽组成及建筑物级别- 11 -2.2建筑物类型及枢纽布置方案比较及选定- 11 -2.2.1坝型选择- 11 -2.2.2泄水建筑物的选择- 12 -2.2.3枢纽布置- 13 -第三章 土坝设计- 13 -3.1 坝型选择- 14 -3.2 地基处理及断面拟定- 15 -3.2.1地基处理- 15 -3.2.2 断面尺寸- 15 -第四章 渗流计算- 19 -4.1渗流分析的方法- 20 -4.2渗流分析工况- 20 -4.3计算内容- 20 -第五章 稳定分析- 26 -5.1计算说明- 26 -5.1.1稳定分析的目的:- 26 -5.1.2 计算断面- 26 -5.1.3 荷载组合- 26 -5.1.4分析方法- 26 -5.1.5控制标准- 26 -5.2稳定计算- 27 -5.2.1计算公式- 27 -5.2.2计算方法- 27 -5.2.3计算内容- 28 -第六章 细部构造- 34 -6.1 坝顶- 34 -6.2护坡- 34 -6.3防渗体- 34 -6.4排水设备- 35 -6.5坝与两岸连接- 35 -6.5.1 坝体与岩石地基及岸坡的连接- 35 -6.5.2土石坝与其他建筑物的连接- 36 -第七章 溢洪道设计- 36 -7.1线路选择- 37 -7.2 溢洪道形式选择- 37 -7.3 工程布置- 37 -第八章 隧洞设计- 38 -8.1 隧洞的布置- 39 -8.1.1水工隧洞的类型- 39 -8.1.2 水工隧洞的线路选择- 39 -8.1.3总体布置- 40 -8.2水利计算- 42 -8.2.1洞径的确定- 42 -8.2.2过流能力校核- 43 -8.2.3绘制库水位-泄量关系曲线- 45 -8.2.4绘制水头线和测压管水头- 45 -8.3消能计算- 46 -8.3.1消能工的布置- 46 -8.3.2计算坎上水深h及v- 46 -8.3.3下游尾水深的确定- 48 -8.3.4挑距计算- 49 -8.3.5冲坑深度计算- 49 -8.4衬砌结构计算- 50 -8.4.1衬砌的作用- 50 -8.4.2衬砌类型选择- 50 -8.4.3 计算断面的选择- 50 -8.4.4衬砌的计算- 50 -8.5细部构造- 52 -8.5.1分缝的布置- 53 -8.5.2灌浆孔的布置- 53 -8.5.3隧洞排水的布置- 54 -参考文献- 54 -谢 辞- 55 - I郭庄水利枢纽第一章 总述1.1前言我国地域辽阔，河流众多，水资源比较丰富，然我国人口众多，人均水资源占有量很少，仅为世界人均水平的1/4，且水资源问题突出：南多北少、夏多冬少、且年际降水量变化很大，水危机会严重制约工农业的发展。几千年来，我国劳动人民在用水治水方面发挥了极大的聪明才智，取得了辉煌成绩：都江堰造就了天府之国、京杭大运河堪比水上丝绸之路，而如今南水北调更是造福八方，长江三峡更是集防洪、发电、航运、养殖、保护生态、供水灌溉、净化环境于一体贡献巨大效益。新中国成立以来，水利事业就在迅速发展：在国民经济恢复时期，就决定治理、修建长江荆江分洪工程和官厅水库；1950年后又提出“统一规划、蓄泄兼筹”，全流域规划和治理淮河和黄河；1963年毛主席提出要根治海河。从新中国成立到1991年，新建水库8.38万座、新增水闸29万座、修建蓄洪滞洪区100多处，容量达1000多亿m。改革开放以来，党和政府都更加重视水利事业的发展，提高水利不仅是农业发展的源泉，也是经济发展的血液，更是中华民族的命脉，提高水利事业发展，是社会发展的必然要求。现阶段我们更是把国家的技术运用到非洲等一些地方，兴建水利不仅是民族的工程，更是全人类的工程。 1.2枢纽的位置与任务郭庄水库位于王家河中游平阳县内，坝址位于郭庄村，距县城18km，控制流域面积160km2，占总流域面积的68%，流域为以安山岩为主的石山区，耕地所占比重极小还不到10%，流域内植被较好，植被度达70%以上，王家河干流全长41.8km，平均纵坡1/98.3。由于水量在年内及年际的分配极为不均，必须兴建控制性工程进行调节，使水资源充分得到利用。郭庄水库主要任务是调节水量，供平阳县的生活用水，以灌溉为主，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可得到综合利用的效果。水库总库容5030万m3，多年调节水库，在保证率75%的情况下，可灌溉王家河下游南岸农田11万亩，灌溉最大引水量10m3/s，由于来水较大，除利用灌溉用水发电外，还可利用丰水年的弃水发电，电站装机两台，总装机容量2000千瓦，全年可发电300万度，郭庄水库的修建可使五十年一遇的洪水洪峰流量由1840m3/s削减到1320m3/s，千年一遇洪水洪峰流量由2710m3/s削到1980m3/s，减轻下游洪水灾害。王平公路线10km，通讯线路6km。1.3基本资料1.3.1水文气象1、年径流：王家河流域水量丰沛，年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致。年径流在年际间变化悬殊，郭庄水库实测资料19631982年20年资料中，丰水年1976年达1.34亿m3，枯水年1985仅1238万m3，相差1.2亿m3，约合10.8倍。且丰枯水年连续发生。多年平均径流量为5920万m3。 2、洪水：王家河洪水由暴雨形成，本地区暴雨历史短，强度大，地面坡度陡，洪峰陡涨陡落，一次洪水一般历时12天。本流域洪水多发生在七、八两月，出现在七月占42%，出现在八月占58%，王家河多年平均69月洪量占年径流量的70%左右，一天洪量占六天洪量的80%以上，大水年尤为集中，如1972年最大三天洪量占年径流量达68%。根据暴雨分析计算算得各频率洪峰流量如下表： 表1-1洪水计算成果表项目洪峰流量(秒立米)洪量(万立米)24小时三天六天特征值均值900238328380Cv1.351.351.351.30Cs/Cv2.502.502.502.50频率(%)0.127105866927830.226505636577280.52380512608673120804545716252184039852058651586342463529101290296410490201020259365429 表1-2 洪水过程线时间不同频率(%)流量(秒立米)月日时0.11251072828659411311420511553100826392197123220184883034627430024910271050636979862112206820807741487113314167212591840621565161026861342290306187945734572212082056843030918915722431329285134112242661731676867729212578853025486503898663321686表1-3 相应于各时期的流量特征值月份频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、气象：全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约950毫米，且多集中在夏季的七、八两月。流域多年平均气温为摄氏14，年最低气温12，但延续时间不长，最高气温可达40，夏秋多东南风，冬春多北风。全年无霜期180天，结冰期约90天，河道一般十二月封冻，次年三月上旬解冻，冰厚0.20.5米，岸边可达1米。多年平均最大风速Vmax=12m/s，水库最大吹程：1.2km。温升率2.5摄氏度/时。(1)水库年蒸发损失深度400mm，年渗漏损失深度500mm。表1-5 坝址处各月平均降雨天数月份123456510mm0.430.571.430.971.722.001020mm0.140.140.141.571.141.292030mm/0.140.570.430.7130mm/0.290.43月份789101112510mm2.291.571.721.431.570.571020mm2.432.720.710.861.000.292030mm1.431.430.430.430.43/30mm2.002.290.430.14/4、坝址以下老河道出口处水位流量关系曲线见附图5、水库面积、容积与水位关系见附图1.3.2、地形、地质坝址处河谷较窄，宽约120m，坝基和两岸均为安山岩，所属时代为震旦纪岩层，风化较重，一般风化深13m，两岸岩石裸露，高出河床50100m，河床部分基岩埋深一般510m，河床质为砂卵石，砂卵石粒径一般为0.110cm，大的可达30cm，含中粗砂，基岩透水性不大。坝址处东岸山坡高峻，岩体完整，风化作用较轻，西岸山坡相对低矮平缓，岩石风化较重河床东边宽度30m，中上部坡积层厚数米，下部为褐红粘土胶结的砂卵石厚10m，不含泥，基岩表面有较多的裂隙，情况不如东边，但仍是良好的地基，河床中部约90m范围内的砂卵石厚510m，内部夹有薄层灰色淤泥，使砂卵石的力学性质有所降低，下部基岩表层节理发育，钻探所得岩心多为碎块，风化层厚0.63.5m，但钻进中不漏浆，说明基岩透水性不大，河床中有垂直方向的断层，走向约为北45东，属受挤压产生的，破碎带宽数米，裂隙闭合。该地区地震烈度为7度安山岩物理力学性质指标如下：重度26.5kN/m3，坚固系数810单位弹性抗力系数6080MPa弹性模量1.6104MPa1.3.3、当地建筑材料(一)土料共有七个土料区，除林场在库区外，其余都在库区，各土料区的土料性质和储量详见下表：(二)砂卵石砂卵石分布在大坝上下游河滩，枯水季节河水位降低，上游在坝脚100m以外，1500m以内，平均取深1.5m，约45万m3，下游在坝脚100m以外，2000m以内取深1.2m，约40万m3，休止角经现场试验最小32，最大40.7表1-6 各土料区的土料性质和储量土区名称自然重度KN/m3自然含水量塑性含水量流限含水量土类储量(万m3)范围均值万水山16.1-17.116.721.024.7034.95重粉壤土15.0郭庄后15.0-15.715.319.419.3529.20中粉壤土9.0郭庄东15.8-16.616.021.317.9529.15重粉壤土8.0后山15.7-16.315.322.22.5指挥部前15.3-15.915.620.23.5山前15.5-16.015.821.05.0林场15.1-16.616.321.06.0(三)石料石料来源于溢洪道开挖的安山岩。坝体430m高程以上堆石粒径建议不小于300mm，小于300mm的用于上下游坝坡，430m高程以下，孔隙率不得超过30。(四)风化料在左岸坝头有可供筑坝的风化片麻岩。储量68万m3，其自然休止角37.5-39.1，自然含水量9。夯实后干重度平均达18.1KN/m3(铺厚25cm)。(五)土石料的物理力学指标根据现场和室内试验结果，筑坝土石料可按下表所列数据进行设计计算。 表1-7 土石料的物理力学指标指标单位坝基砂卵石坝体土料(均质坝)土料(心、斜墙坝)砂卵石风化料堆石水上水下水上水下水上水下饱和快剪度3012.313.86353235324038CKPa20.623.0饱和固结快剪度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湿重度KN/m321.419.319.521.420.919.6饱和重度KN/m322.620.520.722.622.022.0浮重度KN/m312.610.510.712.612.012.0渗透系数m/s2.010-51.110-71.010-82.010-52.010-61.3.4、交通条件对外交通计划新建从平阳县经郭庄村到达工地的公路，坝顶无交通要求。1.3.5、施工条件 采用低围堰、底孔导流、分期施工的导流方法进行施工。各项施工辅助企业，仓库及生活等临建设施布置在坝址下游两岸1.4工程综合说明 本枢纽是以灌溉为主的综合利用工程，规划总库容为5030万立方米，灌溉下游农田11万亩，水电站装机两台，总装机容量2000千瓦，设计年发电300万度，根据SDJ12-78水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵部分），综合考虑水库总库容、防洪效益、灌溉面积、点击装机容量，工程规模由库容5030万立方米控制，属于中型水库。郭庄水利枢纽组成：挡水建筑物、泄水建筑物和发电建筑物。综合考虑该处的地形地质条件、建筑物材料及工程效益，选择土石坝作为郭庄水利枢纽的当做挡水建筑物。 第二章 枢纽布置水利枢纽布置原则：保证建筑物在任何条件下正常工作 在满足建筑物跨度和稳定条件下，使枢纽总价和运行费较低 应考虑施工导流，方法，进度，使施工方便，工期短，造价低 各建筑物布置紧凑，充分发挥枢纽的效益。 尽可能早时投产，提前受益 考虑远景规划，应对运行期扩大装机容量。 枢纽外观与周围环境要协调，在可能条件下尽量美观。2.1 枢纽组成及建筑物级别 水利枢纽可分为蓄水枢纽、取水枢纽、和提水枢纽。郭庄水利枢纽是以灌溉为主的综合利用工程，属于蓄水枢纽。蓄水枢纽包括挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物以及发电建筑物。 该水库库容5030万立方米，则按此最高等别可确定级别。主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级2.2建筑物类型及枢纽布置方案比较及选定2.2.1坝型选择 影响坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的建筑材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等，应选择几种优越的坝型，拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价、最后选定技术上可靠、经济上合理的坝型。本设计可供选择的坝型有重力坝、拱坝、土石坝、 1）对于重力坝具有以下工作特点（1）筑坝材料强度高，耐久性好，抵抗洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏等的能力强。因而失事率低，工作安全可靠。（2）对地质、地形条件适应性强。由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低。（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。（4）结构作用明确。由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确。（5）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度条件控制而做得较大。材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。（6）因坝体体积较大，施工期混凝土收缩应力也较大，为防止发生温度裂缝，施工时对混凝土温度控制的要求较高。2） 对于拱坝，具有以下特点（1） 具有双向传力的性能，拱坝荷载一部分通过拱的作用传给两岸岩体，另一部分通过竖直悬臂梁传给坝底基岩。因此，拱坝的选择要由良好的地形地质条件，如V形U形和梯形山谷。拱坝理想的地质条件时基岩坚硬致密，质地均匀，有足够的强度，透水性小，抗风化能力强，无大的断裂构造和软弱夹层。（2） 拱是推力结构，有利于发挥工材料的抗压性性能，可使坝体做得较薄，一般可节省同高重力坝工程量的1/32/3，节省材料，减小造价，增加工程效益。（3） 拱坝具有较高的超载能力。（4） 拱坝轻韧，富有弹性和整体性好，借助岩基对地震动能的吸收，具有较强的抗震能力。此外，拱坝体型复杂，剖面较薄，设计施工难度大，对施工质量、筑坝材料强度和防渗要求，以及对地形、地质条件及地基处理的要求均较高。3) 对土石坝，具有以下特点（1）土石坝可就地取材，与混凝土坝相比，节省大量水泥、钢材和木材，且减少了筑坝材料远途运输费用。（2）对地质、地形条件要求低，任何不良地基经处理后均可筑土石坝。（3）施工方法灵活，技术简单，且管理方便，利于加高扩建。它的缺点由：不允许坝顶溢流（过水土石坝除外），所需溢洪道或其他泄水建筑物的造价往往很大；在河谷狭窄、洪水流量大的河道上施工导流较混凝土坝困难；采用黏性土料作防渗体时，黏性土料施工受气候条件影响大。 根据郭庄水库坝址处资料，该地对外交通不便，也不具有适宜建拱坝的有利地形，河床部分基岩埋深5-10m，但具有储量丰富的土石料。综合考虑该坝址处的地形、地质条件、建筑材料及其工程效益，选择土石坝作为郭庄水利枢纽的挡水建筑物。2.2.2泄水建筑物的选择 该枢纽两岸地势较高、岸坡陡峭，宜选用正槽式溢洪道，而该坝坝址百年一遇洪水为2080立方米每秒，千年一遇洪水为2710立方米每秒，洪水峰高而历时短，故须开挖隧洞来泄水。2.2.3枢纽布置挡水建筑物选择土石坝。挡水建筑物按直线布置，坝布置在河湾地段上。泄水建筑物包括泄洪隧洞和溢洪道。由于坝址处右边山坡高峻，岩体完整，风化作用较轻，左岸山坡相对低矮平缓，岩石风化较河床右边重，岩石表面由较多的裂缝，但地基仍然良好。对于泄洪隧洞，由于山体比较险峻，布置在东岸可以缩小长度减小工程量，对于溢洪道，可以布置在坡度较缓的西岸。 第三章 土坝设计3.1 坝型选择土石坝是由黏性土、非黏性土、堆石等材料组成。过去常将土石坝按建筑材料组成而分为土坝和堆石坝。土石坝根据坝体的防渗材料及其结构分为均质坝、分区坝、人工防渗材料坝。均质坝坝体的绝大部分是由大体上均一的土料或相对均一的弱透水性材料组成，坝体的整个断面起防渗和稳定作用。这种坝由于土料的渗透系数小，因此施工期坝体内要产生孔隙压力，加上其抗剪强度较小，所以这种坝型大多数为中低坝。均质坝有以下优点：（1）由于材料基本是均质，所以坝体断面简单，施工容易，施工机械、施工方法比较单一。（2）由于全断面防渗，所以一些相对弱透水性的材料也可以用来填筑均质坝。（3）由于这种坝一般较低，坝坡比较平缓，在承载力相当低的软基上也可修建。均质坝的缺点是由于边坡较缓，工程量大，且需要大量的土料，因此往往要占用大量耕地。分区坝可由土质防渗体与几种透水性不同的材料分区所组成，根据防渗体的位置，主要可分为心墙坝、斜心墙坝和斜墙坝。心墙坝的防渗体设置在坝体中央，即坝轴线处。这种坝适应变形的条件较好，特别是当两岸坝肩很陡时，是应优先选用的坝型。其特点是：心墙与坝壳比较具有明显的较高压缩性，因此沿着心墙边界接触面出现的剪应力会使心墙有效垂直应力大幅度下降，即产生所谓拱效应。因心墙必须与两侧坝壳平起上升，施工难度较大。斜墙坝防渗墙设置在把提上游面或接近上游面。由于较低抗剪强度的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，工程量大。正因为防渗体处在上游，故坝壳可单独领先上升，施工比心墙坝容易，基础处理干扰较小，雨季施工亦便于安排，拦洪度汛也较容易。斜心墙坝介于心墙坝与斜墙坝之间。这种坝是为了克服心墙坝可能产生拱效应和斜墙坝对变形敏感等的不足而发展起来的，很适合高土石坝。人工防渗材料坝的防渗体由钢筋混凝土、沥青混凝土、钢板、塑料薄膜或其他人工材料组成，而坝体其余部分仍由土、砂、石料组成。考虑坝址附近的地形地质、当地建筑材料、交通条件，以及当地气候、工程造价、工期等各种因素，最终选择均质坝方案。3.2 地基处理及断面拟定3.2.1地基处理土石坝对地基的要求比混凝土坝低，但从解决地基渗水承载力小，压缩性大，抗剪强度低及振动液化等问题方面，通常需对地基采取不同的处理措施。无论哪种地基，筑坝前都需要进行清基，清除可能造成集中渗流和发生滑动的表层土石.由地形地质来看，郭庄水利枢纽为砂砾石地基，对砂砾石地基处理，主要是保证地基渗流稳定、控制渗流量。处理措施主要是：在坝体中上游侧设垂直或水平防渗如粘土截水槽、混凝土防渗墙或铺盖等，下游侧设排水减压措施如排水井、反滤盖重等。截水槽底部是防渗的薄弱环节，为防止发生集中渗流，可在槽底设混凝土齿墙。坝肩岸坡处理：挖黏土截水槽至半风化岩基，基岩与粘土接触面设置混凝土齿墙，齿墙与河床部分防渗相连。3.2.2 断面尺寸3.2.2.1坝顶高程： 为防止库水漫溢坝顶，坝顶在水库静水位以上应有足够的波浪超高。根据碾压土石坝设计规范（SDJ18-84）规定，波浪超高Y=R+e+A (3-1) （3-2）R-波浪爬高,m。按蒲田试验站统计分析公式计算,先计算平均爬高，平均爬高按按下式计算：= （3-3）式中：-与坝坡的糙率和渗透性有关的系数，按表3-1采用。 -经验系数，由风速V，坝前水深H及重力加速度g组成的无维量,按表3-2采用。M-坝坡系数，m=ctg，为坝坡倾角。、-平均波高与波长，m 表3-1 值护面类型护面类型光滑不透水护面（沥青混凝土）1.0砌石护面0.750.80混凝土混凝土板护面0.9抛填两层块石（不透水地基）0.600.65革皮护面0.850.90抛填两层块石（透水地基）0.500.55 表3-2 经验系数V/=511.021.081.161.221.251.281.30本设计采用砌石护面，查教材水工建筑物表51得：=0.750.80,取K=0.8（1） 计算正常运用情况下的波浪超高： 正常蓄水位=443.0m，坝基高程=405m，则平均水域深度H=38m摩阻系数k=3.6*10，D=1200m，V=12m/s ，=则=8.35*10m计算R1） 先计算平均爬高已知=0.8，=1.0，初拟坝坡倾角tg=1/3，则m=ctg=3计算平均波高： （3-4）在水深较大，吹程较小的情况下，即当1760*th0.7（）时，式（3-4）可以简化为=0.0018（） （3-5）经计算，该情况可以用式(3-5)=0.013 则=0.19m计算波浪平均周期：= 3计算平均波长 ，0.5,为深水波则=4.74m则=0.24m由于,则根据水工建筑物表5-3，查得爬高=2.23，则设计波浪高=0.4m根据水工建筑物上册表1-11，查得安全超高0.7米则Y=e+R+A=0.00085+0.54+0.7=1.24m2） 计算非常运用情况下超高坝前水深=450-405=45m=0.00071mY=e+R+A=1.24mY求得后，坝顶高程应按以下三种情况计算，并取得最大值 设计洪水位+正常运用情况下超高 即450.0+1.24=451.24m 校核洪水位+非常运用情况超高 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，地震附加沉陷值取坝高1%，即（452.24-405.0）*1%=0.473m安全加高取0.7m，即坝顶高程为443+1+0.473+445.173m坝体施工沉降超高取坝高的0.3%H=451.6mH=452.6m综上坝顶高程计算，坝顶高程由校核情况控制，设计竣工时坝顶高程近似取为453m。3.2.2.2坝顶宽度坝顶宽度取决于施工、交通、构造、运行、抗震与防汛要求。由设计资料，本设计为中坝，坝顶无交通要求，则取坝顶宽度为6m3.2.2.3上下游坝坡比土石坝边坡的大小取决于坝型、坝高、筑坝材料、荷载、坝基性质等因素，本坝坝高453-405=48m，为均质坝，初拟在距坝基30m处变坡一次，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。 在变坡处设置马道，其宽取两米，以拦截并排除雨水，防止严重冲刷坝面，并兼做交通、检修、观测之用，也有利于坝坡稳定。3.2.2.4排水体为了有效的排出坝体和坝基的渗透水，降低坝体的浸润线和坝基的渗透压力、汇集排走坝坡排水沟的雨水、防止下游尾水冲刷坝脚，并对坝坡起一定的支撑作用，应在坝体附近设置排水体。本设计中开挖泄洪隧洞以及溢洪道，因此石料丰富，在下游坝脚用块石堆成棱体作用坝体排水，排水体的宽度应不小于1m，以利于行走检查，顶部高出最高水位1.52m，下游校核洪水位时下游水位407m，则排水体顶部高程为408.5米，棱柱体内坡去1:1.5，外坡取1:23.2.2.5截水槽当砂砾石深度不大，一般在1015m以内时，可开挖深槽直达不透水层或基岩，槽内回填重壤土，形成截水槽。本坝为均质坝，设截水槽位置 于1/2坝顶宽度处，其中部位于上游坝坡水边线的垂线上，以使浸润线最低。 截水槽底宽根据回填土料的容许坡降及槽底与基岩间接触冲刷的容许坡降而定：当黏土与基岩结合时不小于（1/31/5）H,本设计中正常蓄水位情况下的作用水头H=443-405=38m，则截水槽底宽取10米，为延长槽底与地基的接触渗径，在槽底设置混凝土齿墙，齿墙底部嵌入基岩0.5m，底座厚1.0m，上部深入槽底3.0m，齿墙隔20m设变形奉，缝内设止水，两侧坡度1:0.1，开挖边坡1:1.5，开挖深度为18m，截水槽坡度取1:0.5，则上宽为10+2*（18*0.5）=28米。 图3-1 土石坝整体构造图第四章 渗流计算4.1渗流分析的方法水力学法是目前一种常用方法，其建立在一些基本假定上，是一种近似解法，但计算简单，精度一般可满足工程要求，故采用此法。4.2渗流分析工况（1） 上游水深为1/3坝高时，下游相应最低水位（2） 上游设计洪水位，下游相应最高水位，此时坝内浸润线高，渗流量大（3） 上游校核洪水位，下游相应最高水位，此时坝内浸润线最高，渗流量最大4.3计算内容 在坝址上选取5个断面，坝顶的轴长为430.98m，根据河道的剖面图，选取了5个特征断面，桩号分别为：（1） 断面为0+56，不透水地基，无棱体排水，无截水槽（2） 断面为0+56，不透水地基，无棱体排水，无截水槽（3） 断面为0+56，不透水地基，无棱体排水，无截水槽（4） 断面为0+56，不透水地基，无棱体排水，无截水槽（5） 断面为0+56，不透水地基，无棱体排水，无截水槽根据河道地形地貌特征，可近似认为断面（2）、（4）为同型剖面，（1）、（5）为同型剖面，因此只计算（1）、（2）、（3） 此计算的正常蓄水位为443.0m，相应下游水位为405m 校核洪水位为451.0m，相应下游水位为407m（1） 桩号（1）正常蓄水位时= ( 4-1 ) Q=k*（4-2）已知上游坡率=2.75，下游坡率=2.25 由cad图量得 H=16m，H=0，土料渗透系数K=1.1*10m/sa为渗流溢出点到下游水面的高差带入数据到 (4-1 )得=6.77m，则L=+10*2.75+6+26*2.25-2.25a=98.77-2.25a把L带到（3-2）得a=3.68m，q=1.47*10m/s，L=90.49m坝内浸润线方程为：y=同理，校核洪水位时，H=24m，H=0m=10.15mL=+（453-451）*2.75+6+26*2.25-2.25a=93.15-2.25a则a=9.3m，q=3.73*10M/s当1/3坝高时，在该断面处上下游均无水，无需计算。（2） 桩号（2）正常蓄水位 图4-1 正常蓄水位时有棱体排水时的渗流计算图 由图知H=37m，上游坡率=2.75，下游坡率=2.25 K=1.1*10m/s，,计算得=15.65m,则L=145.525m由h= (4-3） 得渗流水深h=4.63mQ= (4-4) 得坝体单款渗流量q=5.15*10浸润线方程为由（y-0）= -2hx-(L+) ( 4-5)得y= -5（x-146.775）=-5x+733.875校核洪水位时，H=45m，H=1m=19.04m，L=128.415m根据式h=（4-6）得h=7.33m则坝体单款渗量根据式q=(4-7)得q=7.99*10m/s. 1/3坝高水位时，上游水位高程为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断面，最大断面正常蓄水位 图4-2 正常蓄水位时有棱体排水有截水槽的渗流计算图由图知H=38m，H=0m，由（4-1）得=16.08m，棱体内坡坡率m=1.5，L=120.5m，透水地基厚度T=18m，透水地基渗透系数查表知K=2.0*10M/s由式q=k (4-8) q= (4-9)联系式（4-8）（4-9）得h=1.37m，q=3.89*10m/s,浸润线方程为 (4-10)带入数据到4-10得70.73x=y+36y-51.21校核洪水位时H=46m，H=2m，=19.46m，L=121.875m结合(4-8)、(4-9)得h=3.58m，q=4.47*10m/s，则浸润线方程为81.3x=y+36y-141.71/3坝高水位时 图4-3 1/3 坝高时有棱体排水有截水槽的深流计算 由图知，H=16m，H=0m，=6.77m，L=120.5m，结合（4-8）（4-9），h=2.37m，q=1.42*10m/s，浸润线方程为25.8x=y+36y-90.94（4） 总渗流量计算Q=1/2q正常蓄水位时Q=3.01*10m校核洪水位时Q=4.12*10m 第五章 稳定分析5.1计算说明5.1.1稳定分析的目的:土石坝稳定分析的目的是 保证土坝在自重、渗透压力、孔隙水压力和其他外荷载的作用下具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝基接触面的整体剪切破坏。5.1.2 计算断面 土石坝的稳定分析计算应选取不同高程的几个坝体断面进行计算，以确保整个坝体的稳定，但是限于设计时间及计算量，本设计中仅计算河床中部的最大剖面。5.1.3 荷载组合土石坝应对以下几种荷载组合情况的坝坡进行稳定计算：（1）正常运用情况（设计情况）包括：上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位或上游为设计洪水位，下游为相应最高水位形成稳定渗流时的下游坝坡；水库水位正常降落时的上游坝坡；库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上13坝高处。非常运用情况(校核情况)包括：施工或竣工期的上、下游坝坡；库水位骤降时的坝坡；校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡；正常运用情况加地震影响的上、下游坝坡；水库蓄满，排水设备失效时的下游坝坡。 在本设计中，根据坝的实际情况分析，计算以下几种情况：上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位；库水位最不利时的上游坝坡，这种不利水位大致在坝底以上13坝高处；校核洪水位下有可能形成稳定渗流时的下游坝坡。5.1.4分析方法按坝坡滑裂面型式不同，坝坡稳定分析的方法分为：圆弧法、直线或者折线滑动面法和复式滑动面法。本设计中土坝坝型为均质坝，因此采用圆弧法。5.1.5控制标准在本设计中，坝坡抗滑稳定安全系数的容许值按照水工建筑物（上册）表5-7采用。见下表： 表5-1 坝坡抗滑稳定安全系数容许值运行条件工程级别、正常运用1.301.251.201.15非常运用1.201.151.101.05正常运用加地震1.101.051.051.005.2稳定计算5.2.1计算公式考虑到本设计需要计算的工况，且为了简化计算，采用稳渗流期的坝坡稳定分析计算公式：5.2.2计算方法 在该坝的河床断面3-3上，沿坝轴线方向取1m宽的脱离体，然后结合B.B方捷耶夫法和费蓝纽斯法确定最危险滑弧位置。图5-1 求最小稳定安全系数示意图（1）首先结合bb方捷耶夫法和费蓝纽斯法确定最危险滑弧所对应圆心的范围，在扇形范围内的M1，M2延长线附近。即在eg附近（2）在eg线上选取几个圆心,分别作通过B点的圆弧，然后按公式分别计算其安全系数K，并按比例将k值标在相应的圆心上，且连成曲线找出最小的k值。（3）再通过eg线上k值最小的点，作eg的垂线，并在垂线上选取几个圆心再通过b点做圆弧并计算k值，找出最小的k，算出的5个点中，k值最小的点所做出的面为最危险滑弧面。5.2.3计算内容A:第一种工况：上游为正常蓄水位，下游为相应最低水位形成稳定渗流的下游坝坡。 图5-2 上游正常蓄水，下游相应最低水位最危险滑弧- 27 - 表5-2上游正常蓄水位，下游相应最低水位形成稳定渗流时下游坝坡最小的k值 - 29 -B:校核洪水位时下游坝坡 图5-3 校核洪水位下游坝坡最危险滑弧C：1/3坝高时，对应的上游坝坡 图5-4 1/3 坝高时上游坝坡最危险滑弧- 55 - 表5-3 校核洪水位时的下游坝坡 对应的最小k值 表5-4 1/3坝高时的上游坝坡对应的最小k值 在本设计中，建筑物级别为三级，坝坡康华稳定安全系数容许值按水工建筑物（上册）表5-7查得在正常运用情况下，容许最小抗滑稳定安全系数为k=1.2，由以上抗滑稳定安全计算得出的k值均大于1.2，故本设计符合抗滑稳定要求。 第六章 细部构造6.1 坝顶 为防止防渗体干裂和雨水冲