岗南水库大坝设计(1).doc

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1、河北工程大学毕业论文 岗南水库大坝设计 摘要水库位于滹沱河干流上，是海河流域子牙河水系滹沱河中游的一座以防洪为主，兼顾工农业、城市供水及发电等综合利用的大型水利枢纽工程。距省会石家庄市58km，石岗公路直通水库，交通方便。岗南水库坝址以上控制流域面积15900km2，设计总库容15.71亿m3，与下游28km 处的黄壁庄水库形成梯级开发，实行联合调度运用，不仅担负着省会石家庄市和下游铁路、公路、华北油田及冀中平原的防洪任务，同时担负石家庄市的工业、城市生活用水以及200多万亩农田的灌溉任务。关键词：大坝；溢洪道；渗流分析；遂洞等部分第1章 基本资料1.1 流域概况岗南水库位于滹沱河干流上，是海

2、河流域子牙河水系滹沱河中游的一座以防洪为主，兼顾工农业、城市供水及发电等综合利用的大型水利枢纽工程。距省会石家庄市 58km，石岗公路直通水库，交通方便。岗南水库坝址以上控制流域面积15900km2，设计总库容15.71亿m3，与下游28km 处的黄壁庄水库形成梯级开发，实行联合调度运用，不仅担负着省会石家庄市和下游铁路、公路、华北油田及冀中平原的防洪任务，同时担负石家庄市的工业、城市生活用水以及200多万亩农田的灌溉任务。本枢纽包括大坝、溢洪道、遂洞等部分。1.2 流域规划及枢纽任务针对流域的自然条件和社会经济状况，考虑资源的综合开发，根据流域规划，本枢纽主要任务是防洪，其次是发电，规划中确

3、定水库正常蓄水位为200.00米，死水位为180.00米。具体任务指标为：1.2.1 防洪为使下游重要工业城市和350万亩农田不受淹没，确保国家铁路干线免遭洪水威胁，本枢纽与河道下游整治泛区的工程相配合，可以完成此项任务。具体防洪要求如下：宣泄设计洪水时：库水位不得超过202米高程，允许下泄流量为5800m3/s。宣泄校核洪水时：库水位不得超过203米高程，允许下泄流量为9000m3/s。1.2.2 发电本枢纽为电力系统中的主要水电站之一，担任调峰任务。根据水能规划，确定总装机容量为41000千瓦。1.3水文气象1.3.1温度流域内年平均气温为1013，库区附近约12。全年温度元月份最低，其月

4、平均气温为-2-4，极端最低气温可达-16.3，七月份气温最高，其月平均气温为2427，极端气温高达45。下表为坝址上游附近的历年平均和极端最高最低气温资料。1.4 水文特性1.4.1年径流坝址处平均年径流水量为 12.18亿立方米。其中七、八月份水量最大，约占全年的40%，五月份最小。丰、枯水年径流量之比达10倍以上，且水、旱年份时常连续发生。1.4.2洪水流量通过洪水频率分析，典型频率流量如下表：表1-3典型频率流量洪水频率p%0.010.10.331.02.05.0洪峰流量m3/s1386099007200550045003000从历年流量过程分析，1、2月份水势平稳，3月中旬解冻后稍有

5、起伏，无明显洪峰。4、5月份来水量最小，至6月下旬开始涨水，汛期6至9月，10月以后水势趋于缓落平稳。10至5月中枯水季节20年一遇的洪水流量Q=280 m3/s。1.4.3 泥沙坝址处多年平均输沙量约500万吨。其中推移质约占10%。规划阶段，根据上游水土保持情况，算得淤沙高程为 170.00 米。水库淤沙干容重值1.36T/m3，内摩擦角=14。1.5 枢纽及库区地形地质条件1.5.1坝址地形本坝址位于河道弯曲部分，在库区范围内河床的底部坡降为1/330，河谷的横断面不对称，两岸边坡，左岸较缓约为30度，右岸约为50度。由于环流的冲蚀，坝址区右岸阶地不甚发育。漫滩在坝轴线附近分布很不规则，

6、一般高出河水面12.5米，标高为147.5149.5 米。一、二级阶地宽度较小，呈窄长带壮，阶坡较平缓，标高分别在149151米及150160米。两岸的三级阶地为本区的主要地貌，标高在160米以上至200米左右，地形平坦，台面宽3公里余，第四纪黄土直接覆盖于片麻岩系之上。说明在变质岩系生成后整个地质年代中，本区一直处于侵蚀状态，因此它属于侵蚀台地的性质。河谷两岸冲谷发育。在左右两岸各有一条较大沟谷与主流相接为取水，泄水建筑物的布置提供了有利的条件。两岸露头有显著的差别，右岸岩石裸露，左岸则被一片薄层的黄土与风化基岩覆盖。1.5.2坝址性质1.5.2.1地质构造特征太行ft背斜由SEE与NWW方

7、向压力造成。枢纽即位于背斜的东南部。库区两岸岩层走向主要为N3540E，倾向SE（向下游倾斜），倾角2040。由于太行ft背斜SEE推理较大，致在坝址两岸造成许多成组的小的逆断层（由SEE向NWW逆掩），其方向多为N5060E。但断距一般不大，约1米左右。本坝址河床部分为一个两翼坡度很缓的背斜构造，它的轴部位于现在的主流附近，背斜轴向N15E，两岸岩层走向为N3540E。左岸岩层倾向SE（向下倾斜），右岸岩层倾向NW，倾角大致在2040。在其轴部附近，岩石节理发育，并有岩脉侵入，漏水厉害，个别地段单位吸水率值常在1.65公升/分米米。坝址区节理发育情况左右两岸基本上相同，以N2040W方向构造

8、裂隙为主，该组裂隙宽度较大，最大者可达20公分以上。左岸多为细小裂隙，右岸多为宽大裂隙。根据中国科学院地球物理研究所提供的资料，经研究确定坝址区震裂度为7度。A.花岗片麻岩，为坝址区分布最广的一种岩石，灰白色，为粗粒至中粒结晶，片麻壮构造明显，片理不发育，呈厚层块状，风华后片理裂隙发育，矿物成分以长石、石英为主，其次为云母。在河床部分岩石新鲜完整。根据岩石力学实验成果，新鲜花岗片麻岩，饱和抗压强度均在100Mpa以上，最大值达200Mpa。容重为27KN/m3。建议：坝工设计中，地基弹性模量E=1.0104Mpa，泊松比u=0.20，隧洞设计中，牢固系数采用f=4；弹性抗力系数采用K=1MN/

9、m3。B.角闪石片麻岩，在坝址区出露不广，仅分布在坝轴线上游百余米处，灰黑色，薄层，片理清楚，矿物成分以角闪石为主，其次是长石，黑云母。这些矿物分布不均匀，有富集现象。成定向排列，因而造成硬软互层，其韧性及耐风化程度也大不相同，饱和抗压强度为12002500公升/厘米2。C.大理岩，矿物成分主要为方解石，结晶粗大，颜色变化较多，在坝址区分布散乱，饱和抗压强度为40140 Mpa。另外几种岩石的饱和抗压强度为：云母角闪石片麻岩 40120 Mpa 云母花岗片麻岩 30100 Mpa 中性岩脉150Mpa1.5.3坝址水文特性坝址附近仅有少数泉水露头，均属裂隙水类型，另外在一级阶地底部砂砾石层中也

10、有潜水埋藏，一般距地表12米，根据抽水试验渗透系数K=2193米/昼夜，地下水流向总的说来是与河水流方向大体正交，两岸补给河床，而后沿河谷流向下游。根据化学分析证实，坝址区附近地下水及河水对砼无侵蚀性。值得注意的是，河槽主流附近，因属背斜轴部，为构造裂隙最发育的地方，钻空压水试验验得其单位吸水率=0.151.65公升/分米米，说明该处是渗漏严重的地方，必须采用一定的防渗措施。一般裂隙岩层的透水性，在风化层中，单位吸水率为0.0251.59公升/ 分米米，在新鲜基岩中单位吸水率为0.0010.041公升/分米米，仅在岩脉与岩层接触带中渗透较强，单位吸水率为2.28.6公升/分米米。1.5.5坝址

11、建筑材料（1）料场概况在坝址附近曾进行过三次土料检查，调查结果证实，坝址附近主要有重壤土及砂砾料两种土料，重壤土可用料总藏量约为2100万 m3，霍宾台土约600万 m3。砂砾料可用料藏量约为2156万 m3，分布在坝址上下游的三个料场，其中第料场约122万 m3，第-1场约1706万 m3，第-2场约328万 m3，此外在坝址附近阶地及下游5公里范围内的还有大量砂砾料。各料场地形均较平坦，场地较开阔，开采和运输条件尚好。（2）坝料及土基的颗粒组成坝料及土基都包括重壤土和砂砾料两种土料。每个料场土料有机质含量一般低于1%，水溶盐类含量一般低于0.5%。重壤土土料中粘粒含量占30%，粉粒含量占3

12、0%，砂粒含量占40%，d10=0.0016，d50=0.05，CU=31.25。砂粒料中粉粒加粘粒含量占15%，砂粒含量占40%，大于5毫米的砾石含量占10%。表1-7岗南水库工程特性表第2章 确定工程等别及建筑物级别2.1工程等别确定水工设计手册第四卷，考虑水库库容，防洪效益，灌溉面积，电站装机容量4800KW等因素，工程规模由库容校核洪水位15.28亿立方米控制属于大型。2.1.1 建筑物级别确定主要建筑物级别1级.次要建筑物级别3级。永久性水工建筑物洪水标准：正常运用500年，非正常运用1000年。2.1.2洪水标准宣泄设计洪水时，库水位不超过202米高程.允许下泄流量为5800m3/

13、s。宣泄校核洪水时，库水位不超过203米高程.允许下泄流量为9000m3/s。2.2 坝型选择2.2.1地形条件本坝址位于河道弯曲部分，在库区范围内河床底坡降为1/330，河谷断面不对称，左岸缓坡30度，右岸50度。因为土石坝对地形要求不高，此方案可行。又因为河谷断面不对称且狭窄，所以建混凝土重力坝不可行。2.2.2 地质条件本坝址区基岩绝大部分为花岗片麻岩，河床基岩为完整坚硬，风化层较薄是良好的坝址基础.修建土石坝和混凝土重力坝均可行。2.2.3 气候条件本流域平均年降雨量东台以上约400毫米，以下约500毫米. 降雨量年内分配受季风气候影响多集中在678三月约占全年的70%.而土石坝需要避

14、开雨季施工，这样其他月份施工期较长，有利于控制施工进度.所以修建土石坝方案可行。2.2.4 综合分析综上所述，修建土坝的方案是可行的，同时采用混凝土心墙作为防渗体。第3章 坝体剖面基本尺寸拟定3.1计算波浪爬高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.Y=R+e+A （3-1）e=KV2cosD/2gH （3-2）e-风沿水面吹过所形成水面升高风壅水面超出水库水位高度（m）R-自风壅水面算起波浪沿倾斜坝坡爬升垂直高度（m）D-水面吹程KM/SH-沿水库吹程方向平均水域深度（m）K-综合摩阻系数取3.610-3V-计算风速本设计用V=（1.5-2.0）V多=12m/sV多-风向

15、与坝轴线夹角，取0度。A-安全加高 A正=1.5mA非正=1.0m3.2确定坝顶高程坝顶高程分三种情况设计洪水位+ Y正常=202+4.018= 206.018m校核洪水位+ Y非正常=203+2.172= 205.172m地震安全加高=1.0+0.616+1.0= 2.62m正常洪水位+地震安全加高=191.80+2.62= 194.42m 取最大值 206m由此确定坝高=206-150= 56m3.2.1 顶宽度确定坝顶宽度取决于施工、构造、交通、运行、抗争防汛等要求，再考虑坝高56m. 根据确定坝顶宽度位 8m。3.3 坝坡坡取决于坝型、坝高、材料等因素。由于本坝为土坝，土料在饱和状态下

16、抗剪强度降低，且库水位下降时，渗流力指向上游对上游坝坡稳定不利，所以土料相同时上游坡比上游坡缓.为适应愈向底部荷载愈大， 坝坡应上陡下缓，尤其是土坝， 坝高愈大坝坡愈缓.因此土石坝一定是变坡的，自上至下逐级放缓，每隔 1030m 变坡一次，相邻坡率差为0.250.5。图 3-1主坝剖面尺寸（单位：m）第4章 渗流分析与计算4.1渗流分析4.1.1 土石坝渗流分析的任务：A.确定坝体浸润线和下游逸出点的位置，为坝体稳定计算和排水体的选择提供依据；B.计算坝体、坝基渗流逸出渗透坡降，以验算渗透稳定性； C.计算坝体、坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失和排水体的尺寸。4.1.2 渗流分析的方法土石坝

17、渗流分析的方法有公式计算法、流网法、电模拟法等。本设计采用水力学法。基本假设如下：A.坝体土料为均质，坝体内任意点方向上渗透系数相同为常数；B.渗流为二元稳定流，运动符合达西定律 V=KJ；C.渗流为渐变流，任意过水断面上各点坡降、流速相同。4.1.3 流分析工况渗流计算时应考虑水库运行时出现的不利条件，一般需计算下列几种工况：A.上游正常水位与下游相应最低水位，此时坝内渗流坡降最大；B.上游设计洪水位与下游相应最高水位，此时坝内浸润线高，渗流量大；C.上游校核水位与下游相应最高水位，此时坝内浸润线最高，渗流量最大；D.库水位降落时，对上游坝坡稳定最不利，应确定其浸润线，为稳定计算提供依据.4

18、.2渗流计算4.2.1 计算公式通过心墙与截水槽的单宽流量q=（H1+T）2-（h+T）2）K0/（2）式（4-1）通过坝体与坝基的单宽流量q=K（h2-H2）/（2（L-m2H2）+KTT（h-H2）/（L+0.44T）式（4-2）K0-心墙渗透系数 0.78310-8m /s H1-上游水深mh-心墙后水深m T-覆盖层厚度m-截水槽平均厚度mK-坝体的渗透系数 310-4 m /s L-渗流区长度mH2-下游水深mKT-覆盖层渗透系数 410m/s 由水流连续条件q1=q2，式（5-1），式（5-2）联立得h=（A22+A1A3）-A2/A1 式中：A1= K0/+ K/L-m2H2式（

19、4-4）A2= （K0/+ KT/L+0.44）T式（4-5）A3= K0H1（H1+2T）/+ K H22/（l-m2H2）+2 KTH2T/（L+0.44T）式（4-6）计算成果见电子表格4.3 总渗流量计算总渗流量计算时，一般是根据地形和地基透水层分布情况，将坝体沿坝轴线分成若干曲边坝段，先计算各坝段交界处的坝体单宽渗流量，然后按下公式计算全坝段的总渗流量。4.4校核4.4.1 渗流量本水库库容为15.71亿m，而每日的渗流量在校核情况下为3658.93m，满足防渗要求。4.4.2 防渗稳定在无黏性土料中可能发生管涌或流土，渗透变形的形式不同，其允许坡降也不同。判断渗透变形的形式常用以下

20、方法：伊1斯0时妥为明流娜土法：根据土体的不均匀系数判定20时为管涌=18.320.32=56.320即10土体20破时坏不形定式。为管涌型破坏。查水工建筑物表5-5 可知无粘性图的抗渗破坏比降及允许比降参考值对于管涌型级配不连续而言为0. 1H0./15L本设计取0.1逸出点的实际渗透H h-H2=3.12E-03JH/L=9L.0=33E4-.60m5J允许=0.1 满足要求。第5章 稳定分析5.1荷载5.1.1 土体自重坝体浸润线以上的部分按湿容重计算， 浸润线以下与坝体外水位之间部分按饱和容重计算，坝外以下部分按浮容重计算. =（1-n）（G-1）w f=【（1-n）（G+n）】式（5

21、-1）式中： G-土料比重n-孔隙率f - 土体含水量5.1.2 渗流力可由流网法求得，本设计不计渗流力。5.1.3 孔隙压力对粘性土坝坡，由于孔隙水或气不易排出，当孔隙为水或气饱和且受压时，上部传来得及荷载将由孔隙水气和土料骨架共同承担. 土料骨架承担的应力为有效应力， 孔隙水气承担的应力为孔隙压力，二者之和为总应力. 孔隙压力是一种张力，各向相等其数值与土料的性质，填土的含水量，受荷载与排水条件运用工况有关，并随时间而变，与荷载成正比又随孔隙水排出而消散.精确计算较复杂，多为近似计算.因为本设计坝坡多为砂砾料，属于无粘性土，故不计孔隙压力.5.1.4 地震力本工程所在地区基本列度为七度，根

22、据我国（SDJ1078）沿土石坝高度作用于质点i的水平地震惯性力PiH可按下公式计算PiH=KHGZ I式（5-2）KH-水平地震系数取0.1 GZ-综合影响系数取1/4a i -地震加速度分布系数见水工建筑物5-6 WI-集中在质点i 的重量 KN5.1.5荷载组合土石坝应以以下几种情况的坝坡进行稳定计算。 A.正常运用情况包括：上游正常水位，下游相应最低水位或上游设计洪水水位，下游相应最高水位形成的上游坝坡。B.水库正常水位降落时的上游坝坡。 C.校核情况包括：施工或竣工期上下游坝坡，正常运用加地震影响的上下游坝坡。D.有时还要验算水库蓄满时的下游坝坡的稳定。5.2 稳定分析稳定分析是确定

23、坝的设计剖面和评价坝体安全的依据。稳定分析的可靠程度对坝体的经济性和安全性具有重要的影响。计算工况：一般土石坝的稳定计算要对下面两种工况进行校核验算。 A.施工期（包括竣工期）边坡的稳定分析； B.稳定渗流期的稳定分析。5.2.1 稳定分析基本原理及方法本设计采用圆弧法，其基本原理为假定滑动面为一圆柱面。将滑动面内的土体看作刚体，失稳时该土体绕圆弧的中心旋转，沿着坝轴线方向取单宽坝段按平面问题进行分析。计算时将滑动面以上的土体分成若干铅直土条，求出个土条对圆弧中心的抗滑力矩之和以及滑动力矩之和。二者之比为该滑弧抗滑稳定安全系数FS。圆弧法有分两种：毕肖普法和瑞典圆弧法，本设计采用瑞典圆弧法。5

24、.2.2 基本公式FS=（CiLi+（gihi lsath1i gih3i）bicosaitgJ）/（gih1i +gsaihli+gih3i）bisinaigI -土体的天然重度20.3KN/M3gsati -土体的饱和重度 20.5 KN/M3h1i h2i h3i-分别表示i土条在浸润线以上，浸润线与坡外水位间和坡外水位以下的高度。5.3确定最危险滑弧A.确定可能的滑弧圆心范围。潘家狰等人确定表明，对于简单均质黏土坝坡，最危险滑弧的滑动圆心在图ABCD范围内，面对边坡中点作垂线和法线，以坡面中点为圆心分别以1/4坡长和5/4坡长为半径画同心圆，最危险滑弧的滑动圆心就在该4条线包含的ABC

25、D范围内。B.对每个滑动圆心用公式 7-5 计算一系列可能的滑弧半径对应的安全系数。C.比较所有的滑动圆心安全系数，取其最小值作为边坡稳定安全系数，相应的滑弧为最危险滑弧。第6章 沉降量的计算6.1概述土坝的沉降量包括坝基和坝体两部分。一般都进行沉降量估算，其目的在于确定竣工期坝顶预留超高，以及估算坝体各部位之间的不均匀沉降和不均匀梯度，以便初步判断是否存在发生裂缝的可能性，并研究防止发生裂缝的工程措施。本设计土坝由于砂砾料为主要的筑坝材料，在施工期一般可完成总沉降的80%以上，所有一般可不进行沉降量计算。本设计之稍做定性分析。6.2坝体沉降量计算6.2.1基本假定精确计算坝体沉陷，应根据坝体

26、应力计算成果进行，但一般沉陷计算不要求十分精确。用以下基本假定进行计算，就可以满足要求：A.坝体中任何因自重引起的垂直压力等于该点上面土粒的重量；B.坝体中最大沉降量发生在坝轴线附近； C.坝体土料在压缩时不发生侧向膨胀。6.2.2方法与步骤e1图 6-1 压缩曲线为方便起见，在压应力一定范围内以直线代替压缩曲线。e2=e1-（P1-P2）tgb =e1+aVP式（6-1）e1，e2 初始最终孔隙比 P1，P2 -1aV 压缩系数，KPa6.3坝基沉降量计算6.3.1基本假定A.设单位长坝体总重R，作用线通过坝体断面形心； B.设该荷载从坝的上下游坝址按450向坝基扩散；C.坝基内任意水平面附

27、加应力呈三角形分布，其顶点与坝基自重作用线吻合。6.3.2方法步骤坝基下z深度上最大附加应力QZ max=2R/B+2Z式（6-3）B-坝基宽度，m R自重，t距坝轴线水平距离为X处的附加应力QZx=QZmax（l-x）/l式（6-4）L由最大附加应力到应力为 0 处的水平距离坝基土在水下，则压缩层下界在坝基面以下深度为：计算坝基沉降量公式与坝体相同土坝的沉降量为坝体和坝基沉降量之和，本设计中坝体为砂砾料，在施工期已经完成总沉降量的80%以上，满足要求。第7章 土石料结构布置7.1坝壳结构布置使用于填筑坝壳的土石料应满足以下要求：A.填筑坝壳料应有较好的透水性，以减小坝体内孔隙压力和渗流力；B

28、.具有好的抗剪强度，以减小坝体工程量；C.有一定的抗渗稳定性，不易发生管涌，土料级配要好，不均匀系数要大；D.抗渗稳定性，不易发生管涌，土料级配要好，不均匀系数要大；从以上要求来看，重壤土不符合条件，本设计坝壳材料选砂砾料。7.2防渗体结构布置防渗体应满足以下要求A.应具有一定的不透水性，用于填筑防渗体的土料其渗透系数应不大于110-5cm/s；B.应具有一定的可塑性，以适应以坝体坝基变形而不至于产生裂缝；C.应具有一定的抗水性，防渗料有机质含量分别小于2%和5%，水溶盐含量小于3%。从以上要求来看，虽然本设计坝址附近重壤土含量丰富，但其粘粒含量太少（30%）砂粒含量太多（40%）不利于防渗，

29、故本设计才用混凝土心墙进行防渗。7.3排水设施及护坡结构布置用于排水设施和护坡的石料应具有较高的抗压强度，良好的抗水性，不易溶蚀，并具有抗冻融性和抗风化性。饱和强度应小于40MPa或50MPa。软化系数不小于0.75或0.85，容重大于22KN/m3.可采用块石、碎石或砾石。为满足以上要求，本设计贴坡排水，护坡采用干砌石。图 7-1干砌石护坡（单位：m）7.4 反滤层的结构布置填筑反滤层的砾和砾石应质地致密坚硬，具有较高的抗水性和抗风化能力，一般不用风化料，粒组间应有较好的透水性，粒径d0.1mm的颗粒含量应小于5%。为满足以上要求，反滤层采用0.2m，砾石0.15m，砂石0.15m。图 7-

30、1反滤层（单位：cm）第8章 基本构造8.1坝顶为防止防渗体干裂和雨水冲蚀，满足维修和防汛要求，坝顶做成柔性护面，以适应坝顶变形和发现裂缝。护面采用0.2米厚黄泥灌浆0.2米厚，其下设0.2米厚0.2米厚垫层。坝顶高程206米，宽度为8米。为排除雨水，坝顶做成向下游倾斜的斜坡，坡度3%，坡面末端设排水沟，汇集坝顶积水。排水沟端面尺寸为0.3m0.3m。在坝顶上游侧做稳定坚固的防浪墙，墙底与防渗体顶部接触渗径La满足LaKaH式（8-1）H-防浪墙承受的水头m；La-防浪墙与防渗接触面的渗径长度 m；La=b/3 +sb，s 分别为水平垂直渗径。 Ka莱因系数取2.5防浪墙采用浆砌石，墙顶高出坝

31、顶1.2米，厚度为0.5米。墙内设伸缩缝，间距15米缝内设止水。坝顶下游侧设边石，边石采用浆砌石修筑，厚0.4米，顶面高出路面0.2米，边石每隔60米设排水孔以将坝顶排水沟汇集的雨水经坝面排水沟排向下游。8.4 排水设施采用贴坡排水。在下游坝脚附近坝面上直接铺一二层干砌石加反滤层构成排水体，顶部高出浸润线2.0米。排水体底部设排水沟。8.5护坡8.5.1 上游护坡上游坝面设浆石护坡，厚度0.5米。下面设厚度0.2米碎石垫层。护坡上至坝顶下至坝顶趾。8.5.2下游护坡下游护坡也采用干砌石，厚度0.3米。下面设厚度0.2米碎石垫层。8.5.3坝坡排水在下游坝坡段纵横连通的排水沟，沿坝与岸坡结合处也

32、设排水沟。坝面上的纵向排水沟沿马道内侧不止，沿坝轴线方向每隔80米设一条横向排水沟。第9章 土坝与地基岸坡的连接9.1 土坝与地基的连接筑坝前将坝基范围内表层腐植土、稀泥、草皮、乱石等清除，清基厚度为12米。防渗体与基岩连接时，把岩基开挖至新鲜岩面并使其平整并设置齿槽，在岩面上喷一层混凝土砂浆后在填料。9.2 土坝与两岸的连接土坝的岸坡应清理为缓变的坡面，开挖边坡不宜太陡。岩石岸坡不宜陡于 1：0.5 1：0.75。土坝岸坡不陡于1：1.5.砂砾石坝壳部位的岸坡以维持自身岸坡稳定为原则，岸坡与坝基部位防渗体应连成整体。第10章 溢洪道设计10.1概述对于土石坝和一些轻型坝如支墩坝，不允许过坝顶

33、，坝身过水或大量过流，需要专门修筑泄洪建筑物。这时因为坝体占据河床位置，泄洪建筑物一般是布置在坝体旁侧的河岸上称河岸溢洪道。河岸溢洪道分开敞式和封闭式两种，开敞式溢洪道有正槽式和侧槽式两种主要形式。10.2溢洪道的线路和选型河岸溢洪道在枢纽中的位置选择影响因素很多，布置时主要从以下几方面考虑。10.2.1从地形上看如坝址附近有马鞍形垭口，高程接近于水库正常蓄水位，垭口下游有冲沟能使洪水很快泄入河道，出口有离下游坝脚较远，则是布置正槽式溢洪道的理想地形。本坝址两岸的三阶地为本区的主要地貌，标高在160米以上至200米左右，接近水库正常蓄水位，地形平坦，河谷两岸冲谷发育，在左右岸各有一条较大的冲沟

34、谷与主流相接为取水，泄洪建筑物的布置提供了有利条件，并且在左岸多为细小裂隙，花岗片麻岩石风化较浅。初步拟定修建正槽式溢洪道布置于左岸。10.2.2从地质上看溢洪道应建在岩层坚固，完整的地基上，并考虑建库后水文地质条件变化对建筑物的不利影响。本坝址基础岩绝大部分为花岗片麻岩，尚属完整坚硬，深色矿物含量不多，风化层较薄，适宜修建正槽式溢洪道。10.2.3从施工和运用上看溢洪道出渣路线几堆料场地应便于利用其出渣筑坝，坝端布置溢洪道应尽量避免与坝体紧接，防止口横向水流冲刷坝脚。综上所述，本坝采用正槽式溢洪道布置于左岸垭口。10.3初步拟定溢流堰孔口净宽和堰顶高程10.3.1 确定溢洪道孔口净宽按宣泄设

35、计洪水允许的流量和大致泄洪净宽流量初步确定溢洪道孔口净宽。对于坚硬岩石地基q=100130m3/s 取 120 m3/sB=5800/120=48.3m取48m10.3.2 确定堰顶高程堰顶高程=校核洪水位-堰顶最大泄水HmaxHmax=（Q/scmB）式（10-1）Q-宣泄设计洪水时的最大流量m3/sB-初拟孔口净宽mm-流量系数取0.493s -侧收缩系数 0.80.9 取 0.9 算得Hmax=15.58m初步拟定H堰=203-15.58=187.42m10.4 溢流堰设计本设计采用实用堰，其优点是流量大，在相同的泄流条件下需要的溢流前缘长，工程量相对较小。10.4.1 堰面曲线的确定开

36、敞式堰面曲线幂曲线按式sy 计算式（10-2）Hs-定型设计水头对高堰可按堰顶最大水头的75%95%计算，对低堰可按堰顶最大水头的65%85%计算本设计取Hs =80%Hmax=80%15.58=12.46m按溢洪道设计规范规定：上游堰高P1不小于0.3Hs ，下游堰高P2不小于0.6Hs P1 =0.3Hs=3.74mP2=0.6 Hs=7.48m10.5溢洪道引水渠为了使水流平顺，减小或不发生旋涡和翻滚现象，进口采用喇叭口，角度为 10 度。引水渠底坡J=0，引水渠终点渠底高程应比H堰低0.5Hd 即181m。引水渠渐变段两边修导墙，引水渠导水墙由溢流堰两侧边墙向上游延伸而成。导水墙水位要

37、高于校核水位。为了考虑风浪因素，取导墙顶高程于大坝高程一致，长度取大于进水口水深的两倍，边墙的厚度取2米，渠底用混凝土衬砌厚度为0.3米。10.6泄水槽设计正槽式溢洪道在控制段多用泄水槽与消能段连接。为了不影响溢流堰的自由泄流和适应地形条件，应做成陡槽。在平面上尽量为直线，等宽对称布置。为了保证槽中不发生水跃，泄水槽纵坡必须大于临界坡度。常用1%5%，岩基不陡于1：1。直线段槽的断面形式在岩基多用矩形或接近矩形，边坡为1：0.11：0.3.10.6.1泄水曹尺寸泄水槽宽度为412+33+1.52=60m单宽流量为：q=Q/B=9000/60=150m3/sKKQ=A1/n R2/3i0.5i=

38、Q2n2/ A2 R 4/3式（10-6）求得i=0.0013 取0.15 大于临界坡度，泄水槽内水流为明槽恒定急变流。采用混凝土护面n=0.014（1）槽底高程确定槽底高程应低于控制闸堰顶0.30.5Hmax， 槽底=187.42-15.580.5=179.63m 取179.6m。堰与泄水槽底坡之间用反弧段平接，反弧段与下游曲线和泄槽均相切。（2）试算槽内正常水深 i=0.15n=0.014B=60m A=Bh=60hR=A/2h+B=60h/2h+60式（10-7）C=1/n R1/6式（10-8）Q=A 1/n R2/3 i1/2式（10-9）表 10-2正常水深试算h0（m）A（m2）

39、X（m）R（m）CQ（m3/s）2.8517165.72.6027483.768888950.3462.88172.865.762.62773783.902399102.3733.219266.42.89156685.2504610779.793.5210673.13432886.4031612441.333.822867.63.37278187.465114184.3533从以上试算过程可以看出当h0=2.85m时流量Q=8950 m/s 接近校核流量9000 m/s 因此可取正常水深为2.85m。（2）推算水面曲线泄槽水面线由能量方程，用分段求和法计算：22L1-2=（ h1cosq+a2

40、V2/2g）-（h1cosq+a1V1/2g）/i-J-J=n2V2/R4/3V -分段平均流速 m/sR-分段平均水力半径 m 在校核水位情况下计算h1，取WES曲线反弧段末端断面为开始计算断面，高程为：179.6m. 校核水位到该断面的水位差为：203-179.6=23.40mh1= Q/BVc=9000/6019.27=7.78m表10-3推算水面线h（m）A（m）V（m/s）V平（m/s）R（m）R（m）（hcosx+V2/2g）（hcosx+V2/2g）J（L1-2）L（m）17.78466.819.2802121.178566.1778725.76016927.587252947.

41、340678490.00851551.88292026.539023.076925.34246634.9279314351.8829235.2531528.5714325.824184.4680854.90527548.8789246513.950993220.015684103.866744.9529730.303034.24892754.03814001155.749654.93295.830.4259629.437234.2341834.35850654.417897645.1592153560.02385740.8998364.828831.254.13793157.009239111

42、96.649430.36454.2415550.3797576330.0263213.07052199.7230.837984.1860572.5913414740.0276321.17622220.8962由溢洪道所处地形条件可知，溢洪道挑流处距离上游控制断面接近 200 米，由推算结果可知该处水深为4.93米，流速为30.43m/s即溢洪道进口处断面水深为7.78米，流速为19.28m/s；出口处断面水深为4.93米，流速为30.43m/s。10.6.1.4边墙高度确定因为水流为急流，水深沿程下降，考虑摻气水深hb=（1+zV/100）h安全加高取1米。进口断面处边墙高度h=hb+A=（1

43、+ z V/100）h+1=（1+1.219.27/100） 7.78+1=10.5m出口断面处边墙高度h=hb+A=（1+ z V/100）h+1=（1+1.230.43/100） 4.93+1=7.7m最终取10 m边墙厚度取 2m。10.6.2泄水槽构造设计为了保护地基不受冲刷，岩石不受风化，泄水槽一定要做衬砌。对衬砌的要求如下：表面要光滑平整，以防止产生负压和空蚀；分缝止水可靠，以避免高速水流侵入底板以下，产生脉动压力引起破坏；排水系统要通畅，以减小底板扬压力。衬砌材料要能抵抗空蚀和冲刷，寒冷地区还应有一定的抗冻性。本溢洪道为大型溢洪道，采用混凝土衬砌。混凝土的抗空蚀能力强，随其抗压强

44、度增加而增加，因此容易产生空蚀的部位应采用高强度混凝土。衬砌厚度不宜小于 0.3m取 0.4m。为了适应混凝土的变形，需要设置纵横分缝，缝距为1015m取20m 当衬砌较薄温度变化比较大的时候取小值。靠近衬砌表面需要配置纵横温度钢筋，每个方向含钢筋率为0.1%0.2%.泄水槽两侧的边墙横缝布置一般与底板一致，本身不设纵缝，多在边墙接近的底板上设纵缝。第11章 泄洪隧洞11.1总体布置概述由于土石坝坝身不允许过水及水流漫顶怎需要在坝端ft体开挖隧洞来输送水流和泄洪。当地基可靠时可以在坝下设置埋管。两种都属于深层泄水建筑物。从本坝址地形地质条件来判断，本枢纽泄洪建筑物为有压隧洞泄水形式。因右岸地层

45、岩性一致，条件较好，所以隧洞放在右岸比较好。水工总体布置包括进口段、出口段、纵剖面和闸门段布置等。11.1.1概述泄洪隧洞的特点是流量大、流速高，因此消能冲刷防蚀等问题对其设计特别重要。泄洪隧洞既可以用于表孔溢流的明流洞，也可以用于表孔压力洞。此外，隧洞还可以用于深水泄洪，即进口段是有压流。深水泄洪隧洞有两种，一种是用于泄洪，即中深泄洪隧洞；另一种是底泄洪隧洞，除了泄洪冲沙外还有导流引水作用。本设计采用第二种泄洪隧洞。泄洪隧洞一般设置在岩基内。因其对地质条件要求高，一定要查明沿线地层性质和地质构造，水文地质条件。进出洞口地质条件，地应力等情况。因本坝址因右岸地层岩性一致，地形地质条件较良好，穿越地层岩性为花岗片麻岩，牢固系数f=4，弹性抗力K=1KN/m3.所以该地区适合建有压泄洪隧洞。11.1.2线路选择从地形地质要素看，泄洪隧洞布置在坝区河谷右岸，优于左岸。由于隧洞穿越地层岩性一致为花岗片麻岩，围岩坚硬致密，但节理裂隙发育，开挖时小心产生崩塌，应采取一定的支护措施。11.1.3隧洞具体布置（