土石坝设计

一基本资料及数据设计

第一节基本资料

1 概况

平山水库位于G县县城西南3公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为431平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为、62.5m；河床比降3‰，河流发源于苏塘乡大源锭子，这个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的竹子、木材等土特产。

由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均匀时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区做了多次勘测以开发着棵的水利资源。

2 枢纽任务

枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼及供水等任务进行开发。

据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机容量9000千瓦。防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽通过设计洪水流量时，控制最大泻流流量不超过900m³/s。在航运方面，上游库区能增加航运里程20公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。

3 地形地质概况

地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在[平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°～70°，地势高差都在80～120m，河谷冲割很深，山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更显著形成S形，沿河滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山咀下游一带及坝下陈家上游一嗲更为发育，其他地方则很少，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。

地质情况：靠上游有泥盆五通沙岩，靠下游有二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通沙岩上面。地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东南，倾向大致向北西，在第一坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，在100多米范围内就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达60多米的钻空岩芯获得率仅为20%，可见岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率都很小，右岸一般为0.001～0.01，个别达到0.07～0.08，而左岸多为0.001～0.01。

坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区无影响，但后者朝东南方向发展的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水可能顺着溶洞流到库外，为此，目前正加紧勘测工作，以便得出明确结论和处理意见。

坝址覆盖层沿坝轴线厚度达 1.5～5.0m，K=1×104 cm/s，浮容重V 浮

=10.4KN/m³，内摩擦角Φ=35°。

4 水文、气象

1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流见解推求。根据省水文站由C城站插补延长得三天雨量计算频率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm，五十年一

遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q

1.0

%=1860m³/s，Q

5.0

%=1550 m³/s ，Q

1

%=1480 m³/s，多年平均来水量为4.55亿³。

2）气象：多年平均风速10m/s，水库吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9℃，年最高气温40.5℃，年最低气温-14.9℃。

5 其他

1）坝顶无交通要求；

2）对外交通情况

水路：由B城至溪口为、南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，为内河航运，全长256公里，可通行3～6吨木船，枯水季节只能通行3吨以下的船只，水运较为困难。

公路：附近公路干线为AF干道，B城至C城段全长为356KM，晴雨无阻，但目前C城至坝址尚无公路通行。

铁路：D城为乐万铁路，由B城至D城180KM，至工地还有53公里。

3）地震：本地区为5～6度，设计时可不考虑。

第二节 设计数据

1 工程等级：根据规范自定。

2 水库规划资料

1）正常水位：113.10m

2）最高洪水位（校核）：113.50m

3）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）

4）灌溉最低库水位：104.0m

5）总库容：2.00亿m³

6）水库有效库容：1.05亿m³

7）库容系数：0.575

8）发电调节流量Q

p

=7.35 m³/s，相应的下游水位68.2m；

9）发电最大引用流量Q

max

=28 m³/s，相应的下游水位68.65m；

10）通过设计洪水位时（Q

1

%），溢洪道最大泻量Q

max

=1340 m³/s，相应下游最高洪水位74.3m。通过校核洪水位流量时，溢洪道最大泄水量Qmax=1660m3/s，相应下游最高洪水位75.0m。

呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。

3. 其它建筑型式的选择

（1）灌溉引水建筑物

采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1∶1。

（2）水电站建筑物

因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。

（3）过坝建筑物

主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为30×20m2，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3。

（4）施工导流洞及水库放空洞

施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m。

（三） 枢纽总体布置方案的确定

挡水建筑物——土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。

三 土坝设计

（一） 坝型选择

影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5~3.5公里的丘陵与平原地区的土料，且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1~3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料利用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩、质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。

从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。

1. 均质坝坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。

2. 多种土质坝该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。

3. 斜墙坝 斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。

4. 心墙坝 心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。

综合以上分析，最终选择心墙坝。

（二） 大坝轮廓尺寸的拟定

大坝轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗排水设备等。

1. 坝顶宽度

本坝顶无交通要求，根据施工条件和防汛抢险需要以及以往工程的统计资料，对于中低坝取5-10m。本设计坝顶宽度采用B=7.0m。

2. 坝坡

因最大坝高约115.0-62.50=52.5m,故采用三级变坡。

（1） 上游坝坡 ： 从坝顶到坝踵依次为1:2.75；1:3;1:3.25

（2） 下游坝坡 : 从坝顶到坝踵依次为1:2.5;1:2.75;1:3.0

（3） 马道: 第一级马道高程为62.5+20=82.5m,第二级马道高程为

102.5m,马道宽度取2.0m。

3. 坝顶高程

坝顶高程等于水库静水位与超高Y之和，并分别按以下运用情况计算，取最大值：①正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预流一定的坝体沉降量，此处取坝高的1%。计算公式采用下列算式：

Y R e A

=++,

2

0cos

2

m

KV D

e b

gH

式中：R——波浪在坝坡上的最大爬高，m；