江水利枢纽工程设计 土石坝设计设计 说明书

毕 业 设 计 说 明 书



题 目：O江水利枢纽坝工设计
专 业：水利水电工程
年 级：2000级
学 生： 2004年 6月2日
学 号：
指导教师：













O 江水利枢纽工程设计




【摘要】
本设计以O江流域的水文、地形、地质为基础，通过调洪演算确定了坝型及枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物设计和施工组织设计等方面进行简略的计算。在设计中对经济、技术及安全等方面进行了详细分析与比较,拟定相应的斜心墙土石坝设计方案。

【关键词】：土石坝设计，洪水演算，枢纽布置，土料设计，渗流计算，稳定验算，泄水建筑物，施工组织设计。

【ABSTRACT】
Base on the data of O-river hydraulic project ,I designed the dam　totally,including the layout of engineering,the design of discharge construction by storage routing which fixed on the characteristic stage of the reservoir.The progresss of the construction was planned .the factors of economic ,technology and safety are considered in the design.The optimum plan was finally selected.

【KEY-WORDS】：earth and rock dam, damsite selection ，choice of dam type, soil design， filtration routing，stability analysis，discharge construction，construction planning.

本设计以O江流域的水文、地形、地质资料为基础，通过调洪演算确定了水库的特征水位，进行了枢纽布置；对大坝、泄水建筑物进行了比较详细的设计。通过编制施工组织计划，确定了枢纽工程各主体部分的进度。设计中考虑了经济、技术及安全等方面的因素，并对各部分可行的方案进行了比较，确定了最优方案。



目 录
前 言 ……………………………………………………02
第一章 设计基本资料 ……………………………………03
第二章 工程等级及建筑级别 ……………………………11
第三章 洪水调节计算 ……………………………………12
第四章 坝型选择及枢纽布置 ……………………………14
第五章 大坝设计 …………………………………………16
第六章 泄洪建筑物设计 …………………………………31
第七章 施工组织设计 ……………………………………38
参考书目………………………………………………………43
总 结 ………………………………………………………44








前 言

根据教学大纲要求，学生在毕业前

必须完成毕业设计。毕业设计是大学学习的重要环节，对培养工程技术人员独立承担专业工程技术任务重要。通过毕业设计可以进一步培养和训练我们分析和解工程实际问题及科学研究的能力。通过毕业设计，我们能够系统巩固并综合运用基本理论和专业知识，熟悉和掌握有关的资料、规范、手册及图表，培养我们综合运用上述知识独立分析和解决工程设计问题的能力，培养我们对土石坝设计计算的基本技能，同时了解国内外该行业的发展水平。
这次我的设计任务是O江土石坝，本设计采用斜心墙坝。该土石坝斜心墙坝设计大致分为：洪水调节计算、坝型选择与枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物的选择与设计等部分。
在本次设计中，涂老师、同学给了我悉心的指导、热心的帮助，在此，我真诚地感谢你们的帮助与关怀。







第一章 设计基本资料

一、枢纽任务
本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。
1． 发电
本电站装机3台0.8万千瓦机组，共装机2.4万千瓦。正常蓄水位2818.9米，死水位2796.0米。3台机满载时的流量为44.1，尾水位2752.2米。
厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为32×13米，发电机层高程2760米，尾水管底高程2748米，厂房顶高程2772米。付厂房平面尺寸为32×6米。安装场尺寸为 米，开关站尺寸为30×20米。
2． 灌溉
增加保灌面积1.5万亩。
3． 防洪
可减轻洪水对下游两岸的威胁，在遇100年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680消减为548。要求设计洪水时最大下泄流量限制为900。
4． 渔业
正常蓄水位时，水库面积为15.6平方公里，为发展养殖创造了有利条件。
5． 过木
要求布置过木筏道。
6．其它
引水涵洞进口高程2789.0m，出口底高程2752.3m，直径4.0m，压力钢管直径2.3m，调压井直径12.0m，放空洞洞径2.5m，能放空至水位2770.0m。

二、设计要求
在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：
1．根据防洪要求，对可能的方案进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪尺寸。
2．通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案。
3．详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算。
4．进行大坝设计，选择建筑物的型式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行水

力、静力计算。
5．决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制性进度。

关于水利枢纽的布置：
进行水利枢纽布置设计，设计应至少有 2?3 个方案比较，方案中应包括施工方案的考虑，并整理成设计计算书和说明书，绘制枢纽总体布置图1：1000。
关于建筑物设计：
建筑物设计可选择水电站建筑物或水工建筑物。水电站建筑物以厂房和引水系统等为主。水工建筑物以挡水建筑物和泄水建筑物为主。对于水工建筑物设计内容主要有：
①确定建筑物的剖面形状及尺寸；
②坝体的应力分析或渗流计算；
③坝体稳定设计和地基处理；
④泄水建筑物的过水能力分析；
⑤泄水建筑物的消能防冲设计；
⑥建筑物的主要构件的结构设计；
⑦建筑物的构造设计；
设计、计算时，必须以规范为依据，所有计算分析要整理成设计计算书和说明书，并绘制结构平面图、剖面图、上下游立面图(1：200)和细部详图(1：50)
关于施工组织设计：
初步拟定施工导流方案、截流渡汛方案、工程分期、主要水工建筑物的施工程序、施工方法和控制性进度，并将计算分析整理成设计计算书和说明书及绘制施工总体平面布置图。
三、O江水利枢纽设计资料说明
流域概况
O江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122公里，流域面积2558平方公里，在坝址以上流域面积为780平方公里。
本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。
本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20%，林木面积约占全区的30%，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。
气候特性
（1）气温：年平均气温约为12.8℃，最高气温为30.5℃，发生在7月份，最低气温-5.3℃，发生在1月份。
月平均气温统计表（℃） 表1
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均 气温 4.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9 12.8

平均温度日数 表2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ＜0℃ 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1 0°－30℃ 25 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.9 ＞30℃ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
（2）湿度：本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年四月特别干燥，其相对湿度在51%－73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67%－86%。
（3）降水量：最大年降水量可达1213毫米，最小

为617毫米，多年平均降水量为905毫米。
各月降雨日数统计表 表3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ＜5mm 2.6 2.2 4.3 4.2 7.0 8.6 11.5 8.5 9.6 9.5 4.8 4.3 5－10mm 0.3 0.2 0.2 1.4 2.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.4 0.8 0.1 10－30mm 0.1 0.1 0.7 0.5 2.3 4.6 4.9 3.8 2.2 1.3 0.6 0.1 （4）风力及风向：一般1－4月风力较大，实测最大风速为15米/秒，风向为西北偏西，水库吹程为12公里。
（三）水文特性
O江径流的主要来源为降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。
O江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒，而最小流量为0.5。多年平均流量17。经频率分析，求得不同频率的洪峰流量见下表。

频 率 0.05 1 2 5 10 流量（） 2320 1680 1420 1180 1040
各月不同频率洪峰流量：（） 表4
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1% 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 37 2% 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 33 5% 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 28 10% 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 23
固体径流：O江为山区性河流，含沙量大小均随降水强度及降水量的大小而变化，平均含沙量达0.5公斤/立米。枯水期极小，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765米。
（四）工程地质
（1）水库地质：库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能塌方量约为300万立米，在考虑水库淤积问题时可作为参考。
（2）坝址地质：坝址位于O江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。
坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：
①玄武岩：一般为深灰色、灰色、有含泥量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石石脉，石英脉等穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石、副成分为绿泥石、石英、方解石等。由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质亦异，可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩，破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见下表。

坝基岩石物理力学性质试验表　表5
岩石名称 比 重　Δ 容重γ（KN/

m3） 采用抗压强度（MPa） 半风化玄武岩 3.01 29.6 50 破碎玄武岩 2.95 29.2 50－60 火山角砾岩 2.90 28.7 35－120 软弱玄武岩 2.85 27.0 10－20 坚硬玄武岩 2.96 29.2 100－160 多气孔玄武岩 2.85 27.8 70－180
全风化玄武岩物理力学性质试验表 表6
天然含水率W% 干容重γKN/ 比重
Δ 液限
WL 塑限
WF 塑性指数
Wn 压缩系数α 浸水固结块剪力 0－0.5
cm3/KN 3－4
cm3/KN 内摩擦角Φ 凝聚力KPa 2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 0.0597 0.0151 28.38 24.0
渗透性：经试验得出发值为4.14－7.36米/昼夜。
②火山角砾岩：角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2－15厘米，胶结物仍为玄武岩质，胶结紧密者抗压强度与坚硬玄武岩无异，其胶结程度较差者极限抗压强度低至350kg/cm2。
③凝灰岩：成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。
④河床冲积层：主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中，卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数，沿河谷内分布。坝基部分冲积层厚度最大为32米，一般为20米左右。靠岸边最少为几米。颗粒组成以卵砾石为主，砂粒和细小颗粒为数很少。卵石最小直径一般为10－100毫米；砾石直径一般为2－10毫米；砂粒直径0.05－0.2毫米；细小颗粒小于0.1毫米。

冲积层剪力试验成果表 表7
土壤
名称
项目

计算值 容重
（控制）KN/m3 含水量
（控制） 三轴剪力（块剪） 应变控制
浸水固结快剪 内摩擦角 凝聚力KPa 内摩擦角 凝聚力KPa 含中量
细粒的
砾石 次数 17 12 8 8 2 2 最大值 24.3 8.66 47°15′ 37.0 32°54′ 10.5 最小值 22.2 4.27 35°30′ 12.0 17°55′ 0 平均值 23.08 6.47 40°34′ 18.2 25°25′ 5.3 小值平 均值 37°32′ 0.148 备注 三轴剪力土样控制系筛去大于4颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。
应变控制土样的容重系筛去大于0.1后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。
冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数K值为0.03cm/s－0.01cm/s。
⑤坡积层：在水库区及坝址区山麓地带均可见到，为经短距离搬运沉积后，形成粘土与碎石的混合物质。
（3）地质构造
坝址附近无大的断层，但两岸露出的岩石、节理特别发育，可以分为两组，一组走向与岩层走向几乎一致，即北东方向，倾向西北；另一组的走向与岩层倾向大致相同，倾角一般都较大，近于垂直，裂隙清晰，且为钙质泥质物所充填，节理间距密

者0.5米即有一条，疏者3－5米即有一条，所以沿岸常见有岩块崩落的现象。上述节理主要在砂岩、泥灰岩与玄武岩之类的岩石内产生。
（4）水文地质条件
本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少且坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01kg/min。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为良好的不透水性岩层，正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在逐使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水，一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水，石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。
（5）本地区地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65。

五、建筑材料
（1） 料场的位置和储量见坝区地形图，由于河谷内地形平坦，采运尚方便。沙砾料料场坝址上下游各有四个，总量达1850万方。粘性土料上游有三个料场，下游二个料场，总量190万方。料场距坝址２km左右。石料（坚硬玄武岩）总储量450万方。石料距坝址较进，开采条件较好。
（2） 物理力学性质
① 土料：见下表8。
砂砾石：
（a）颗粒级配 表8
300－100 100－60 60－20 20－2.5 2.5－1.2 1.2－0.6 0.6－0.3 0.3－0.15 ＜0.15 1＃上 5.2 18.6 21.4 12.3 18.6 13.9 5.4 4.6 0.3 2＃上 4.8 17.8 20.3 14.1 17.8 14.8 4.6 5.3 0.5 3＃上 3.8 15.4 18.5 15.3 16.4 20.5 3.5 6.2 0.4 4＃上 6.0 18.3 19.4 16.4 15.6 16.7 4.8 2.5 0.3 1＃下 4.5 14.1 20.1 23.2 14.9 7.2 8.6 7.2 0.2 2＃下 3.9 19.2 22.4 18.7 19.1 8.3 5.7 2.8 0.1 3＃下 5.0 23.1 19.1 14.2 18.4 8.9 6.3 4.1 0.9 4＃下 4.1 22.4 18.7 14.1 17.9 14.4 4.1 3.6 0.7
（b）物理性质 表9
名　称 1＃上 2＃上 3＃上 4＃上 1＃下 2＃下 3＃下 4＃下 容　重 1.86 1.79 1.91 1.90 1.86 1.85 1.84 1.80 比　重 2.75 2.74 2.76 2.75 2.75 2.73 2.73 2.72 孔隙率 32.5 34.7 31.0 31.5 32.5 32.2 32.5 33.8 软弱颗粒 2.0% 1.5% 0.9% 1.2% 2.5% 0.8% 1.0% 1.2% 有机物含量 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色
各砂砾石料场渗透系数K值为2.0×10－2cm/s。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。

（c）各料场的天然休止角 表10
料场名称 最小值 最大值 平均值 1＃上 34°30′ 35°50′ 35°10′ 2＃上 35°00′ 37°10′ 36°00′ 3＃上 34°40′ 36°40′ 35°40′ 4＃上 35°10′ 37°40′ 36°30′ 1＃下 34°10′ 36°30′ 35°20′ 2＃下 35°20′ 38°00′ 36°40′ 3＃下 34°30′ 37°10′ 35°50′ 4＃下 36°00′ 38°20′ 37°10′

②石料：坚

硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。

六、经济资料
（1）库区经济：流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库内尚未发现有价值可开采的矿，淹没情况如下表11。
表11
高程（米） 2807 2812 2817 2822 2827 2832 淹没人口（人） 3500 3640 3890 4060 5320 7140
（2）交通运输
坝址下游120公里处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20公里，因此交通方便。




第二章　工程等别及建筑物的级别

水利水电工程的等别，在SDJ12-1978?水利水电枢纽工程等级划分设计标准（山区，丘陵区部分）?之中作出的规定，将水利水电枢纽工程根据其工程规模﹑效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模有库容决定，由于该工程正常蓄水位高程2820.1m，库容约为3.86亿m3，估计校核情况下的库容不会超过１０亿m3，最终由库控制，属于大（２）型。
　水利水电枢纽工程分等指标
　工程
等别 工程
规模 分等指标 水库库容
（亿m3 ） 防洪 灌溉面积
（万亩） 电站装机容量 （万kw） 保护城市及工矿区 保护农田（万亩） 一 大（1）型 >10 特别重要的城市、工矿区 >500 >150 >75 二 大（2）型 10～1 重要城市、工矿区 500～100 150～50 75～25 三 中型 1～0.1 中等城市、工矿区 100～30 50～5 25～2.5 四 小（1）型 0.1～0.01 一般城市、工矿区 <30 5～0.5 2.5～0.05 五 小（2）型 0.01～0.001 <0.5 <0.05 水工建筑物在SDJ12-1978第五条规定，该类大（２）型的主要水工建筑物为２级，次要建筑物为３级，临时建筑物为４级。


水工建筑物级别的划分
工程等别 永久性建筑物的级别 临时性建筑物的级别 主要建筑物 次要建筑物 一 1 2 3 二 2 3 4 三 3 4 5 四 4 5 5 五 5 5 5 永久性水工建筑物的洪水标准：永久性挡水建筑物和泄水建筑物正常洪水（设计时）的重现期为１００年，非常运用洪水（校核时）的重现期为２０００年；水电站厂房正常与非正常运用洪水标准分别为５０年和５００年；临时性水工建筑物采用洪水标准为２０－３０年。
永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水期标准
建筑物级别 1 2 3 4 5 洪水重现期（年） 500 100 50 30 20
永久性挡水和泄水建筑物正常运用洪水期标准
不同坝型的枢纽工程 建 筑 物 的 级 别 1 2 3 4 5 土坝、堆石坝、干砌石坝 10000或可能最大洪水 2000 1000 500 200 混凝土坝、浆砌石坝 5000 1000 500 200 100

第三章 洪水调节计算

一.设计洪水与校核洪水
本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量取100年一遇.即=（p=1%），校核洪峰流量取2000年一遇.即=2320m3/s，（）。采用以洪峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得设计洪水与校核洪水过程线。如下图所示
二.调洪演算与方案选择
1.泄洪方式及水库运用方式
本枢纽拦河大坝初定为土石坝，需另设坝外泄水建筑物。由于坝址两岸山坡陡峻，如采取开敞溢洪道的方案，可能造成开挖量太大而不经济，因而采用隧洞泄洪，并考虑与施工导流结合。
水库运用方式：洪水来临时用闸门控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来水流量继续加大，则闸门全开，下泄流量随水位的升高而加大，流态为自由泄流。
2.防洪限制水位的选择
防洪限制水位取与正常水位重合，这是防洪库容与兴利库容全不结合的情况，因为山区河流特点是爆涨爆落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时刻都须留一定的防洪库容是必要的。
3.调洪演算
本设计拟订四组方案进行比较，调洪演算成果见下表
调洪演算成果表
方案 孔口尺寸 工况 Qm3/s V（） 上游水位z 超高z 一 △z=2810m
B=7m 设计 565 398 2821.72 1.62 校核 669 420 2823.08 2.98 二 △z=2809m
B=7m 设计 648 398 2821.72 1.62 校核 740 418 2822.91 2.81 三 △z=2810m
B=8m 设计 653 397 2821.6 1.5 校核 750 413 2822.77 2.67 四 △z=2811m
B=8m 设计 600 399 2821.87 1.77 校核 698 421 2823.1 3.00
4.方案选择
以上方案均能满足泄流量Q<900m3/s，上游水位最高△Z<3.5m的要求，从这个角度上看四种方案都是可行的.因而方案的选择就应该通过技术经济比较选定.同时也应结合导流问题.一般来说，△Z大坝增高，从而坝的工程量加大；B大则增加隧洞的开挖及其他工程量，而Q/B越大消能越困难，衬砌要求也高.后两种方案量Q/B的水头较小，可降低闸门及其启闭设备的造价.但△Z,B较大，主体工程量较大故而不予采用.第一方案与其它方案比较虽然超高△Z较大，但流量Q较小，水头H也较小，故采用第一方案.即堰顶高程△Z=2810m，溢流孔口净宽B=7m,设计水位2821.72m，校核水位2823.08m，设计泄洪流量565m3/s,校核泄洪流量669m3/s.

第四章 坝型选择及枢纽布置

一.坝址及坝型选择
1. 坝址选择
经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择I—I、II—II两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近，从地质剖面图上可以看出：
I—I剖面，河床覆盖层厚平均20m,河床

中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十条的破碎带，其余为坚硬的玄武岩，地质构造总体良好（对土石坝而言），II—II剖面除与I—I剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武岩破碎带纵横交错，若将坝建于此，则绕坝渗流可能较大，进行地基处理则工程量太大，综合考虑以上因素，坝轴线选择I—I处。
2.坝型选择
所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝。支墩坝本身的应力较高，对地基的要求也很高，在这种地质条件下修建支墩坝也是不可能的。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石基础上，因此也是不可行的。而土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低。从当地的材料来看材料比较丰富，土石坝又有就地取材特点。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。
二．枢纽组成建筑物
1.挡水建筑物。土石坝。
2.泄水建筑物。包括泄洪隧洞和冲沙放空洞，均与导流隧洞结合。
3.水电站建筑物。包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。
三.枢纽总体布置
1.挡水建筑物─土坝
挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。
2.泄水建筑物—泄洪隧洞
泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样对流态也较为有利，考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜。为减少泄洪时影响发电，进出口相距80~100m以上。

3.水电站建筑物
引水隧洞、电站厂房布置于凸岸，在泄洪隧洞与大坝之间，由于风化岩层较深，厂房布置在开挖后的坚硬玄武岩上，开关站布置在厂房旁边。
综合考虑各方面因素，最后决定枢纽布置如上图所示。

第五章 大坝设计

一.土石坝坝型的选型
影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是附近的筑坝材料，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。应选择几种比较优越的坝型，拟订剖面轮廓尺寸，进行比较工程量、工期、造价、最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型的选择。
均质坝材料比较单一，施工简单，但坝身粘性较大，冬季施工较为不便，且无足够适宜的土料来作均质坝（经探明坝址附近可筑坝的土料只有190万m3 远远不能满足要求），因此均质坝方案不可行。
堆石坝坝坡较陡，工程量减小。堆石坝施工干扰相

对较小。坝址附近有坚硬玄武岩岩石料场一处，储量达450万m3 ，开采条件较好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。但是由于河床地质条件较差，冲积层最大深达32m，平均也有20 m，作为堆石坝可能导致大量的开挖，此方案不予考虑。
塑性斜墙坝（用沙砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设在坝体的上游做斜墙）的斜墙与坝壳两者施工的干扰较小，但对坝体、坝基的沉降比较敏感，抗震性能较差，易产生裂缝；塑性心墙（以砂砾料作为坝壳，以粘土料作防渗体设置在坝剖面的中部作心墙）与斜墙坝相比工程量相对较小，适应不均匀变形，抗震性能较好，但要求心墙粘土料与坝壳沙砾料同时上升，施工干扰大，工期长。从筑坝材料来看，由于坝址上下游2km内有可供筑坝的土料190 万m3 作为防渗体之用，又有1250万m3 的沙砾料作为坝壳，心墙坝与斜墙坝都是可行的。本地区为地震区，基本烈度7度，从抗震性能及适应不均匀沉降变形来看宜采用心墙坝；从施工及气候条件宜采用斜墙坝。由于本地区的粘性土料自然含水量较高，不宜采用粘性土料，以薄心墙、薄斜墙较为有利，又因为坝基条件较为复杂，处理工程量大、工期长，以采用斜墙坝为宜。
斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点：心墙有足够的斜度，坝壳对心墙的拱效应作用减弱；斜心墙坝对下游支承棱体的沉陷不如斜墙那样敏感，斜心墙坝的应力状态较好，因而最终采用斜心墙坝的方案。
二.大坝轮廓尺寸的拟定
大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程，坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体等排水设备。
1.坝顶宽度
坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据以往工程经验的统计资料，坝高H在30～100m 的范围内时，坝顶的宽度最小取H/10，并不小于5m 。最终本设计的坝顶宽度取为10m 。
2.坝坡与戗道
土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。
根据规范规定与实际结合，上游上部坡率取2.5，下部取3.0，下游自上而下分别取2,2,2.50.下游每25m变坡一次.
在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，考虑这些因素其宽度取为2.0ｍ。
3.坡顶高程
坝顶高程分别按设计工况、校核工况及正常加地

震情况下的三种方案来计算大坝的高程，最后计算出数据取最大值，同时并保留一定的沉降值.坝顶高程在水库正常运用和非常─运用期间的静水位以上应该有足够的超高，以保证水库不漫顶，其超高值ｄ按下式而定：
d=hB＋e＋a
式中 hB────波浪沿着坝坡的爬高（m）；
e──坝前库水因风浪引起的壅高；
a──安全加高（m），根据坝的等级及运用情况按下表选用
土坝坝顶的安全超高值
运用情况 坝的级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ、Ⅴ 正常 1.5 1.0 0.7 0.5 非常 0.7 0.5 0.4 0.3
e=0.036×(Vf)2×D×cosα/H (㎝)
式中 Vf────为风速（m/s）;
D──为库面吹程（km），D=12km ；
α──风向与坝轴线方向所成的夹角，α=25°；
H──为坝前的水深（m）。
　波浪的爬高可按下述公式计算：
hB=3.2K×(2hl)×tanθ
式中： hl────为波高；
K──为坝坡的粗糙系数，块石取K=0.75～0.8，混凝土板取K=0.9～1.0；
θ──为上游的坝面坡角，θ=arctan(1/2.5)=21.8?
2hl=0.0166Vf(5/4)×D(1/3)
Vf ──当计算为设计工况时，风速取多年平均最大风速的1.5倍；当计算为校核工况时，风速取多年平均最大风速。
结果取两者之大者，并预留一定的沉降值.结果见下表，设计竣工时坝顶高程为2825m.

坡顶高程计算成果表
计算情况

计算项目 设计情况 校核情况 上游静水位（m） 2821.72 2823.08 河地变程（m） 2750 坝前水深H(m) 71.72 73.08 吹程D(km) 12 风向与坝轴线夹角 25 风浪引起坝前 高e(m) 0.0063 0.0062 风速v(m/s) 15 15 波高2h(m) 1.122 1.122 护坡粗糙系数 0.78 上游坝面坡角 21.8? 波浪沿坝坡爬高（m） 1.120 1.120 安全超高A （m） 1.0 0.5 坝顶高程（m） 2823.85 2824.71 坝顶高程加0.4%沉陷(m) 2824.15 2825 4.坝体排水
本地区石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜，它可以降低坝体浸润线，防止坝坡冻涨和渗透变形，保护下游坝址免受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性。
按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，下游校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2754.88m最后取2756.0m参考以往工程，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水.
5.大坝防渗体
大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面.
(1).坝体的防渗
坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求.该坝体采用粘土斜心墙

，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而顶，本设计允许渗透坡降[J]=5，上游校核洪水时承受的最大水头为73.08ｍ，墙的厚度B﹥73.08/5=14.616ｍ.参考以往工程的经验，斜心墙的顶部宽度取为5ｍ（满足大于3ｍ机械化施工要求），粘土斜心墙的上游坝坡的坡度为1:0.4～1:1.0之间，根据第十一届国际大坝会议上瑞典和南斯拉夫等论文介绍，斜心墙的上游坡度为1:0.4～1:0.6之间较好，最后本设计取为1:0.6，下游坡度取为1:0.2,底宽取34.94ｍ,大于14.616ｍ.粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6M）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为2823.1ｍ，墙顶的上部预留有1.9m的保护层，并将粘土斜心墙稍斜向上游.
（2）.坝基防渗体
河床中部采用沥青混凝土防渗墙，两岸坡同样用混凝土防渗墙，厚度取0.8ｍ(由强度和防渗条件定)，防渗墙伸入心墙的长度由接触面允许渗透坡降而定.上下游最大水头差为67.9m （正常水位时），取[ J ]=5.0，则L=67.9/5=13.58m,设计伸入7.5m.
这样接触面长度为防渗墙位置在心墙底面中心中部偏上，岸坡混凝土防渗墙底厚沿岸坡，逐渐变化，大坝的剖面图如下图所

三．土料设计
筑坝材料的设计与土坝的结构设计、施工方法及工程造价有关，一般力求坝体内的材料分区简单，就地就近取材，因材设计。土料设计的主要目的是确定粘土的填筑干容重、含水量，砾质土的砾石含量、干容重、含水量，砂砾料的相对密度和干容重等指标，同时要使材料具有较高的强度，以减小坝体断面尺寸，防渗体较小的渗透性，以保证渗透稳定。
1．粘性土料的设计
（1）计算公式：粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为86.3t·m/m3）。由于最优含水量随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量不超过（(2%～3%）。
根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均最优含水量.
设计干容重为：

式中 ──设计干容重，（ｇ/㎝3）；
──在相应击实功能下的平均最大干容重。
ｍ──施工条件系数（或称压实系数）。对于一二级高坝，ｍ的值采用0.96～0.99之间，三四级坝或低坝可采用0.93～0.96，本设计取ｍ=0.96；
粘性土的填筑含水量Ｗ为：
Ｗ=ＷP＋Ｂ·ＩP
式中 ＷP──土的塑限；
　

ＩP──土的塑性指数；
Ｂ──稠度系数，对高坝可取-0.1～0.1之间，低坝可取0.1～0.2之间，本设计取Ｂ=-0.7。
设计最优含水量为

用下述公式计算最大干容重作为校核参考：
=
式中 ──土粒的比重；
──压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。
运用下式作校核：
≥1.02～1.12
式中 ──土料场的自然干容重；
对一二级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。
（2）.设计成果表
粘性土料设计成果表
料 场 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 比重△s 2.676 2.67 2.65 2.74 2.7 最优含水量 22.07 21.07 22.30 23.8 16.9 设计干容重 1.536 1.584 1.4976 1.4784 1.728 塑限含水量wp 23.14 22.20 25.0 26.3 20.0 填筑含水量w 21.78 20.68 23.29 24.66 19.02 自然含水量% 24.8 24.2 25.6 26.3 15.90 塑性指数 19.46 21.70 24.57 23.50 14.0 孔隙此e 0.742 0.686 0.7695 0.853 0.5625 湿密度ρ 1.87 1.912 1.846 1.843 2.00 浮密度ρ 0.962 0.991 0.9325 0.939 1.088 内摩擦角Φ 24?40? 25?30? 23?10? 21?30? 28? 粘聚力 0.24 0.23 0.25 0.38 0.17 渗透系数k（） 4.319 4.8 1.9 3.96 30
（3）.土料的选用
已经探明上下游共有5个粘土料场，总储量为190万m3,因地理位置不同，各料场的物理性质、力学性质、和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则.III#下料场的渗透系数偏大（㎝/s）不予采用，因为根据筑坝材料的填筑标准规定，渗透系数一般对均质坝不大于110-4㎝3/s,对心墙或斜墙不大于110-5㎝3/s其余几个料场力学性质相差不是太大，基本上能满足筑坝要求。I#下料场的塑性指数小于20，从压的角度宜采用I#下料场的粘土料，所以可将I#下料场作为主料场，其余几个料场作为辅助料场。
3.坝壳砂砾料设计
（1）.计算公式.坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：
，或
式中：emax为最大孔隙比，emax=；emin为最小孔隙比，emin=；e为填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e=；为沙粒比重；、为最大和最小干容重，由试验求得：为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的干容重。
非粘性土料填筑一般要达到密实状态，对于砂土要求Dr不小于0.70；对于砂砾石，则依坝的级别而定，I、Ⅱ、Ⅲ级坝Dr不小于0.75，Ⅳ、Ⅴ级坝不小于0.70。在地震区要求更高。一般沙砾料的干容重KN/m3。
(2).设计成果
砂砾料设计成果表

料

场 不均匀系数 大于5mm砾石含量% 比

重
△s 设计干容重ra 设计孔隙比e 保持含水量% 湿容重ru 浮容重r’ 内摩檫角 粘聚力 渗透系数10-2cm/s

43 45 0.75 1.8659 0.4738 5 1.96 1.19 36?30? 0 2.0 45 48 2.75 1.8659 0.4738 5 1.96 1.19 35?10? 0 2.0 45 46 2.75 1.8659 0.4738 5 1.96 1.19 35?20? 0 2.0 34 42 2.73 1.8524 0.4738 5 1.95 1.174 36?40? 0 2.0 (3).砂砾料的选用。除料场的不均匀系数不满足要求外，其余几个料场，渗透系数、砾石含量、不均匀系数能满足要求，故而都可作为筑坝的砂砾料。施工时可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下游测，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出、料场级配较好，物理力学指标也较高，应优先采用。
砂砾料场上下游共8处，总量为1850万立方米，大坝工程在400万立方米左右。用两个料场可能数量不足，可以、料场砂砾料作为辅助之用。
四．渗流计算
土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。
1. 计算方法
选择水力学解土坝渗流问题。根据坝内各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，应用达西定理近视解土坝渗流问题，计算假定任一铅直过水断面内各点渗透坡降均相等。计算简图如下图：
通过防渗体流量：

通过防渗体后渗流量：

其中 K——防渗体渗透系数，
H——上游水深；
H1——逸出水深；
B——防渗体有效厚度；
α——防渗体等效和倾角;
K2——混凝土防渗墙渗透系数，m/s;
T1——下游水深，T——冲积层厚度，取最大值32m;
D——防渗墙厚度;
K1——防渗体后渗透系数；m/s;
KT——冲积层渗透系数；2×10-4m/s;

假设：
1）.不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；
2）.由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水与下游水位相差不是很大，认为不会影响逸出高度；
3） .对于岸坡断面，下游水位在坝底以下，水流从上往下流时由于横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近视认为下游水位为零。由于河床冲积层的作用，岸坡实际不会形成逸出点，计算时假定浸润线末端即为坝址。
2. 计算断面及计算情况的选择
对河床中间断面I—I,及左右岸坝肩处的两典型特殊断面II—II、III—III进行渗流计算，计算主要针对正常蓄水及设计洪水时进行。
3.计算结果：
渗流计算结果汇于下表
渗流计算结果表
计算情况

计算项目 正常情况 设计情况 上游
水深H
Ⅰ-Ⅰ 70.1 71.72 Ⅱ-Ⅱ 37.1 38.72 Ⅲ-Ⅲ 64.1 65.72 下游水深t(m) Ⅰ-Ⅰ 2.2 4.88 Ⅱ-Ⅱ 0 0 Ⅲ-Ⅲ 0 0 逸出水深H1(m) Ⅰ-Ⅰ 2.4222 6.1005 Ⅱ-Ⅱ 0.04 0.0438 Ⅲ-Ⅲ 0.1728 0.1816 渗流量
q
M3/s.m Ⅰ-Ⅰ 5.85 6.08431 Ⅱ-Ⅱ 1.638 1.749 Ⅲ-Ⅲ 4.9 5.151 总渗流量Qm3/d 115.595 121.58 4.渗透稳定演算
斜心墙之后的坝壳，由于水头大部分在防渗体损耗了坝壳渗透坡降及渗透速度甚小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土斜墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。
渗透坡降的计算公式：

式中 ──上游水深减逸出水深；
──防渗体的平均厚度.
计算成果见下图
各种工况渗流逸出点坡降
断 面 Ⅰ—Ⅰ Ⅱ—Ⅱ Ⅲ—Ⅲ 计算情况 正常 设计 正常 设计 正常 设计 坡 降 J 3.312 3.3866 2.5894 2.7652 3.247 3.3868 填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5~10，故而认为渗透坡降满足要求，加上粘土斜心墙有反滤层，故而认为不会发生渗透破坏。
5.成果分析与结论
以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸坝肩开挖风化岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为115.595m3/s，设计洪水时为121.58m3/s，与同类工程相比显然是很小的。在计算中并考虑绕坝渗流及岩基透水，混凝土防渗墙的渗透系数应取较大值，，这样取值估计的渗流量可能大于实际渗流量，但坝的渗透坡降仍满足设计要求，说明取值合理.
五．稳定分析计算
1. 计算方法
按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定.心（斜心）墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.部分浸水的非粘土坝坡，由于水位上下的土料容重不同，有水时?、C值也有所降低，此时坝坡失稳时最可能的滑动面近乎折线.
在滑动面上抗剪强度的发挥是一样的，安全系数的表示方式为
； ；
式中：（1）、（2）、（3）为实验得到的抗剪强度指标.
2. 上下游坝坡折线滑动法计算
上下游坝坡稳定计算成果见表下表：
由计算可知各种工况下的安全系数均满足要求，正常运用情况大于1.3，正常+地震时大于1.05.


部位 组合情况 最小安全系数（Kmin） 上
游
坡 1/3坝高水深H=25m 1.34 死水位2796m 1.31 正常蓄水位2820.1m 1.3 正常蓄水位+地震 1.08 死水位+地震 1.08 下
游
坡 正常蓄水位时2752.22 1.58 设计洪水时 2754.88 1.58 正常+地震 1.52 3. 稳定成果分析
由于上游坝坡较缓，稳定渗流期以及库水位降低期，不靠虑地

震时，Kmin=1.31，考虑地震时，Kmin=1.08；下游坡情况也类似，正常情况Kmin=1.58,非常情况Kmin1.52，坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量.鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面.
六．基础处理部分
1.河床部分
（1）渗流控制方案。条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（10~15m以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深20m，最大达32m，施工比较困难而不予采用.又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困难，造价也高.帐幕灌浆在此地存在可灌性问题.混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案.按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为0.8m.
防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与斜心墙连接.由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝.为此防渗墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入斜心墙的深厚度已经确定为7.5m，底部深入基岩0.5m,尖劈顶宽0.25宽，详见下文的构造设计.

（2）防渗墙的型式、材料及布置.根据以往经验，对于透水层厚度为30-60m的情况，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。
混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象.而且能在水下施工。
防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心偏上。
2．坝肩处理
坝肩两岸为覆盖层及全风化岩石，深约20m，性质较差，为良好的透水料，底部为半风化岩石，性质良好，但由于节理的作用，透水性也较强。针对以上情况作以下处理，设置混凝土防渗墙至半风化岩基，与河床部分防渗墙相连，并在墙下设置灌浆孔，详见细部构造设计。
七．细部构造设计
1．坝的防渗体，排水设备
坝体防渗体内斜心墙,斜心墙上下游设置反滤层；坝基防渗体为防渗墙和粘土截水墙；坝体排水为棱体排水。在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层；下游戗道设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造详图。
2．反滤层设计
（1）设计标准.对于被保护土的第一层反滤料，考虑安全系数为1.5~2.0

，按太沙基准确定，即

式中，为滤料粒径，小于该粒经土占总土重的15%，d85为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%，d15为保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的15%。
第二层反滤料的选择也按上述办法进行。
按此标准天然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。
（2）设计结果
设计结果见下表
反滤层设计成果表
层数
　部位 第一层 第二层 D50(mm) 厚度hc (㎝) D50(mm) 厚度hc (㎝) 防渗体周边部位 0.1 20 1.0 30 排水部位 25 20 90 60 3、护坡设计
上游护坡用于砌石因其抵御风浪的能力较强，下游坝面直接铺上20cm 的石作为护坡.上游护坡上做至坝顶，下做至死水位以下（加设计浪高），为方便起见做至2790.0m高程，见细部构造详图。
4．坝顶布置
坝顶设置黄泥灌浆碎石路面，坝顶向下游设1%横坡以便汇集雨水，并设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游，坝顶设置拦杆以策安全，见细部构造详图。

坝顶布置图














第六章 泄水建筑物设计

一． 泄水方案选择
坝址地带河谷较窄、山坡陡峻、山脊高，经过比较枢纽布置于河弯地段。由于两岸山坡陡峻，无天然垭口.如采取明挖溢洪道的泄洪方案，开挖量较大，造价较高，故采用了隧洞泄洪方案.隧洞布置于凸岸（右岸），采取“龙抬头”无压泄洪的型式与施工导流洞结合。为满足水库放空水位至2770.0m高程要求还与导流洞结合设置了放空洞。
二.隧洞选择与布置
枢纽布置于河弯地段。从地形上来看隧洞应当布置于凸岸，这样不仅工程量省，而且水力条件也较好。从地质来看这个山梁除表面有一层较深的风化岩外，.下部大部分为坚硬玄武岩，强度较高，岩体中夹杂着几条破碎带，但走向大都与隧洞轴线成较大的角度。因此将泄洪洞，放空洞连同引水发电隧洞均布置于右岸凸出的山梁里面，见图。
三.隧洞的体型设计
1． 进口建筑物
由于进口岸坡地质条件较差，覆盖层较厚，因而采用塔式进口，塔顶设置操作平台。
（1）进口喇叭口：平面上不扩散，而立面上洞顶以椭圆方程连接。
L─渐变段的长度
─进口洞顶到隧洞顶的高程差
由规范可知L取隧洞本身段宽度的2~3倍，结合本工程L取16米取4米，最后椭圆方程为：
（2）①进口堰面曲线，采用WES-型堰面曲线，方程为不影响泄流能力，堰高取10m，定型设计水头取，所以曲线方程为。
②进口上游段为椭圆曲线：
0.28~0.30 取

取
所以椭圆曲线方程为：
（3）闸门型式及尺寸。工作及检修闸门均采用平板门，设在进口处，闸门宽7m，高为12.5m（正常水位减堰顶高程加浪高）.
2.洞身断面型式和尺寸
根据以往工程经验，本无压隧洞采用城门洞型断面。
调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸（为保证无压泄流，由校核洪水位减堰顶高程加相应浪高而得，13.08+1.12=14.28m,取15m, 由于水流经堰顶马上跌落,所拟洞宽不变，而高度则以斜段为1:1，坡按cos450折减，则洞身尺寸为7m10.5 m.具体通过水面典线计算以后确定.进口以后与斜洞连接，根据以往经验以1:1坡度连接，反弧段以60.0m半径圆弧相连接，见下图。

3.出口消能段。
隧洞出口高程定为2750.0m，由于下游出口离电站和大坝较远，较大的冲坑不致影响坝及电站安全，且地质条件容许。因而采用挑流消能.由于隧洞出口宽度小，单宽流量集中，因而在出口设置扩散段。
挑流鼻坎高程按高于下游最高水位1.0，定为2756.0m.根据以往经验挑角取,因出口为平段，为了水流能平顺挑出采用了较大的反弧半径.R=60m。
四.隧洞水力计算
水利计算包括洞内水面曲线及出口消能计算两部分。
1.设计条件
设计洪水位：2821.72m；下泄流量：565；校核洪水位：2823.08m；下泄流量：669；堰顶高程：2810m。
因在宣泄校核洪水时也要满足各项要求.因而对校核情况进行水力计算.
2.平洞段底坡的确定
计算得到临界坡降.由于泄流时水流流速较大，为不影响遂洞的泄流能力，隧洞应做成陡坡.坡度太大施工不便，底坡取0.006.
3.洞内水面曲线
由公式
计算收缩断面水深.
以收缩断面为起始位置，按公式

依次向下游计算得平洞段水面曲线，见下表
平洞段水面曲线（掺气前）
0.00 69.15 151 232 390.5 545.5 622 2.824 3 3.2 3.4 3.8 4.2 4.4 平洞段水面曲线（掺气后）
0.00 69.15 151 232 390.5 545.5 622 4.09 4.15 4.25 4.35 4.61 4.9 5.1
由于泄洪隧洞流速较大（最大达33.7m/s），因而必须考虑掺气的影响。掺气后水深按经验公式计算


为保证洞内为明渠流，水面曲线以上应留有一定的净空，按规范要求高流速泄洪隧洞掺气水面以上的净孔为洞身面积的15%~25%。25%的净空是16.22m2.现有33.242m2,因此洞身断面满足要求。由于还有许多因素没顾及，加上还要考虑与导流洞结合，留有一定的富裕是必要的。
4.出口消能演算
为减少出口单宽流量，利于消能，隧洞出口设扩散段。因流速较大，为避免水流与边墙脱离，扩散角不宜过大。以控制，扩散角取为50。
挑距按下式计算

式中： L──自挑坎末端算起的挑流水舌外缘挑距，（m）；
──坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍，（m/s）；
──鼻坎挑射角，；
──坎顶铅直方向水深，h（h为坎顶的平均水深），（m）；
──坎顶至河床面的高差，（m）。
计算结果为39.1184m.
冲坑深度按下式计算

式中：tk──由河床表面算起至坑底的深度，（m）；
H──上下游水位之差，（m），H=21.72078-4.88=16.841 m；
q──单宽流量，[m2/（s·m）]；
K──冲坑系数，对于坚硬的岩石，K=0.9～1.2之间，本设计取K=1.2；
t─下游水深，从坚硬的岩石算起，取t=4.88m。
计算结果为13.712m
考虑到隧洞沿程水头损失较大，H以挑出时的水头计算，单宽流量也以出口处计算。根据以往工程的经验，安全挑距约为最大冲坑深度的2.5～5.0倍，且有，满足设计要求。
五.隧洞的细部构造
1.洞身衬砌
（1）衬砌型式.本工程无压泄洪隧洞流量大、流速高，采用城门洞形断面，整体式单层混凝土衬砌。
（2）衬砌厚度.根据工程经验，取1/12洞径，最后取0.9m。
2.衬砌分缝、止水
为适应施工能力、防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝，沿洞轴线方向设置永久性横向伸缩缝，分缝间距为10.0m，缝间设止水，详见细部构造图。
隧洞通过断层破碎带部位，衬砌厚度加大一倍；为防止不均匀沉陷而开裂，衬砌突变处设横向沉降缝，见细部构造图。
3.灌浆
洞顶部进行回填灌浆，充填围岩与衬砌的空隙，使之紧密结合，共同工作，改善传力条件和减少渗漏.对围岩进行固结灌浆，提高其整体性，保证围岩的弹性抗力，减少渗漏.回填灌浆与固结灌浆孔间隔布置，详见细部构造图。
4.排水
从地质剖面上看地下水位较高，为降低外水压力设置径向排水孔，孔径15cm，孔距400cm，孔深400m，并在底部设置纵向排水管，管径为20cm。
5.掺气槽
在反弧段前沿及其后设置掺气槽，向水流边界通气，提高低压区的压力，缓冲气泡溃灭时的破坏作用，具体尺寸见图。
6.锚筋加固
泄洪隧洞进口、岩体破碎带、反弧段岩体（四面临空比较薄弱），以锚筋加固，详见隧洞细部构造图。
六.放空洞设计
水库放空要求降至2770.0m高程，由于泄洪洞进口高程较高（2810）因而另设放空洞.放空洞中后部与泄洪洞结合，见平面布置图。
七.过木建筑物
本设计要求设置过木建筑物，故设计过木筏道。筏道是利用水力来运输木排（又称为木筏），过坝的陡槽具有不改变原有木材的

流放方式和过木量大的优点，但需消耗一定水量。
筏道通常有上、下游引筏道、进口段、槽身段、出口段几部分组成。
1.上、下游引筏道
上、下游引筏道是河道与筏道之间的过度段，用以引导木排顺利进入筏道进口和进入枢纽下游河道的主流区。若引筏道布置在河岸一侧，则引筏道在平面上采用曲线，圆弧半径应为木排长度的7倍以上，且不宜小于150～200m，以保证木排顺利通过。
2.进口段
进口段必须适应上游水位的变化，准确的调节筏道的流量，以节省水量和安全过木。常用的筏道进口型式有活动式和固定式两种，后者适用于上游水位变幅较小的情况。由于此处流域的河流为山区性河流，故具有上游水位变幅较大，因此采用活动式进口。
活动式进口由活动筏道和叠梁组成。叠梁闸门布置在筏道的上游侧，除用来挡水及检修活动外，尚可与活动筏槽联合运行调节过筏流量，所以门槽布置成弧形，其半径与活动滑槽长度相同。
3.槽身段
槽身的横断面常为宽浅矩形，槽宽不宜过宽，以免排木在槽内左右摆动，一般为木排宽度再加上0.3～0.5m的富余，常采用4～8m。槽中水深以选用2/3倍木排的厚度为宜，水深过大，水面流速和排速加大，运行不安全，且耗水量也大，水深过小，木排不能浮运，容易产生摩擦，运行也不可靠。木排厚度与设计排型有关，一般约为0.5～1.0m，槽底纵坡一般采用3%～6%人工加糙的筏道纵坡可达8%～14%,为了使槽内各段采用由陡到缓的变坡槽底,但相邻两段的低坡变化不应小于1.5°,以免木排在变坡处的下游撞击时对槽底造成破坏。在保证安全运行的条件下，槽中的排速应尽量选大些，以提高木材的输送能力和收缩筏道长度。根据经验本设计选用排速为5m/s。考虑到人工加糙等原因，槽内水面可能产生壅高或滚动现象，筏道进口高程取在正常水位附近，设计中取为2820.0m处。
4.出口段
出口段应能够保证在下游水位变化的范围内顺利流放木排，不搁浅并尽量减少木排钻水现象。所以出口段与下游衔接最好能形成扩散的自由面流或波状水跃，即使不可避免地形成底流水跃衔接，也可以采用消能工以减小水跃高度。





第七章 施工组织设计

一． 施工导流计划
1.导流方案的选择
土坝建于深厚的覆盖层上，不宜修建纵向围堰；且河床宽度不大，若分期修建土坝，容易形成接头薄弱面，加之坝体方量较大，保证其持续均衡生产十分重要，因而采用全断面围堰拦洪方案。坝址附近山坡陡峻，不宜采用明渠道导流，涵管的泄流能