本设计是侧重于坝工部分以大坝挡水建筑物和泄水建筑物为主的心墙土石坝水利枢纽设计。
挡水建筑物部分：
首先，通过调洪演算得到堰顶高程及溢流堰孔口净宽，及相应水位和下泄流量 。其次在对坝址处地质地形、库区经济、料场以及几种不同类型的土石坝进行技术经济等方面的分析比较的基础上，最终确定大坝为心墙土石坝，并对大坝的轮廓尺寸进行了拟定。通过土料设计，选定了粘土及砂砾料场的位置。选择坝体的三个典型断面对大坝进行渗流计算，画出断面流网图验算渗流逸出点的渗透坡降确定是否满足要求。然后通过编程进行大坝稳定分析计算，最后进行坝体细部构造设计。
泄水建筑物部分：
设计采用隧洞泄洪，通过隧洞的体型设计和水力计算确定了洞身尺寸及出口消能中的挑距和冲坑深度。最后对隧洞细部及放空洞进行设计。
枢纽其余部分直接引用设计资料给定的型式和尺寸确定其在枢纽中的相对位置。
本设计完全以《碾压式土石坝设计规范》为设计依据，兼以参考了设计施工方面的有关资料和书籍。由于知识有限，对于本设计中的不妥及错误之处，恳请批评指正。
关键词： 粘土 心墙 土坝
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Abstract
The target of the design project for graduation is the design project of earth-filled dam focusing on the construction. In the design project, the main content is to define the style of the main buildings and the set of the key water control project. Here the main buildings include the dams and the sluicing buildings. The safety and the economy should be considered in the consequence for the design.
It is clear that the design can be divided into three big steps: The first step is routing of flood regulation. From the results, we can know the design flood level is 2830.275m and the check flood level is 2831.425m.
The second step is to design the dam.The dam which is a earth-rock one has a height of 86m at last.The mass of dam consists of gravity soil and sand. The impervious elements at the base of dam are key trench and impervious concrete wall. The key trench is at the right side of the dam, while the concrete one is at the left side, when seeing from the upstream of the dam.
The third step is the last step，it is to design the spillway tunnel. Which is located with diversion tunnel and air raid shelter? All through the axis line, it all used reinforced concrete lined tunnel. At the intake it has a gate opening of size 7m×14m , with a gate of 7×13 square meters. When design we should take more attention to water-hammer, and should design the aerated slots.
The achievements for the design consist of the manual drawings and the computer drawings as well as working out the corresponding direction for the design. From this graduation design, I conclude that if one wants to design the key water control project, he needs considering not only element in all aspects but also the special conceptions and ideas.
Key words: clunch the aerated slots Earth-filled dam
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目 录
第一章 前言…………………………………………………4
第二章 工程概况……………………………………………5
第三章 设计条件和设计依据………………………………15
第四章 洪水调节计算………………………………………16
第五章 坝型选择及枢纽布置………………………………18
第六章 大坝设计……………………………………………20
第七章 泄水建筑物设计……………………………………43
第八章 施工组织设计………………………………………50
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第一章 前言
毕业设计是我们大学在校期间最后一个全面性、总结性、实践性的教学环节，它既是运用所学知识和技能，解决某一工程具体问题的一项尝试，也是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”。
1.1 毕业设计主要目的和作用
（1）巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识，并使之系统化；
（2）培养综合运用所学知识解决实际问题的能力，初步掌握设计原则、方法和步骤；
（3）形成正确的设计思想，树立严肃认真、实事求是和刻苦认真的工作作风； （4）锻炼独立思考、独立工作的能力，并加强计算、绘图、编写说明书及使用规范、手册等技能训练；
1.2 设计的对象和背景
本设计的对象和背景是为位于我国西南地区的江，进行以坝工为设计重点的工程设计。
1.3 设计过程和方法
1.3.1了解任务书和熟悉、分析原始资料； 1.3.2洪水调节计算
用图解法确定防洪库容、设计（校核）洪水位与相应的下泄流量，为确定大坝高度和下游消能防冲设施提供设计依据。
1.3.3主要建筑物形式选择和水利枢纽布置
对选定的坝型和枢纽布置方式，做技术可能性和经济合理性的论证。
1.3.4第一主要建筑物——拦河坝设计
一般应首先选定大坝结构布置与构造，然后进行校核计算。
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1.选定坝的结构形式；拟定坝基防渗处的型式以及坝的主要尺寸。 2.进行土料设计，包括对坝身不同高程的透水料和不透水料的分区规划布置以及压实标准的确定。
3.渗流演算，计算正常、校核水位 浸润线位置，确定总渗流量与逸出坡降。 4.静力稳定计算，用折线法求出上下游坡在某一危险水位情况下的最小稳定安全系数，以论证选用坝坡的合理性。
5.拟定坝身构造，包括防渗、排水反滤层、坝顶、护坡、马道以及坝体与坝基、岸坡及其他建筑物的连接。
1.3.5第二主要建筑物——坝外泄水道设计
1.确定结构形式和主要尺寸，进行建筑总体布置。
2.进行必要的水力计算和静力计算，以验证建筑物的轮廓尺寸和各部分的结构尺寸是否合理。
3.拟定细部构造，包括排水、锚筋加固、灌浆。
1.4 预期效果
绘出3张工程设计图，并自行编制说明书与计算书，并编写中、英文的摘要。
第二章 工程概况
2.1 流域概况
该江位于我国西南地区，流向自东南向西北，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，山脉和盆地交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区流河流，地表大部分为松软的沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流的含沙量较大。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。
2.2 气候特征
2.2.1 气温
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年平均气温约为12.8度，最高气温为30.5度，发生在7月份，最低气温为-5.3度，发生在1月份。
表2-1 月平均气温统计表（度）
1 4.8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均 5.9 12.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 表2-2 平均温度日数
日数 月份 平均温度 1 6 2 3 4 0 5 0 31 0 6 0 30 0 7 0 31 0 8 0 31 0 9 0 30 0 10 0 31 0 11 0 12 3.1 0℃ 1.2 0.3 0~30℃ 30℃ 25.0 26.8 30.7 30 0 0 0 0 30 27.9 0 0 2.2.2湿度
本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年和4月特别干燥，其相对湿
度为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％。
2.2.3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。
表2-3 各月降雨日数统计表
日数 月份 平均降雨量 1 2 3 4 5 6 7 11.5 8 9 10 11 12 <5mm 5-10mm 10-30mm >30mm 2.6 2.2 4.3 4.2 7.0 8.6 8.5 9.6 9.5 4.8 4.3 0.3 0.2 0.2 1.4 2.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.4 0.8 0.1 0.1 0.1 0.7 0.5 2.3 4.6 4.9 3.8 2.2 1.3 0.6 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.2.4 风力及风向
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一般1—4月风力较大，实测最大风速为19.1米／秒，相当于8级风力，风向为西北偏西。水库吹程为15公里。实测多年平均风速14m/s。
2.3 水文特征
该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。根据实测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。
该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秒立米，而最小流量为0.5秒立米。
2.3.1 年日常径流
坝址附近水文站有实测资料8年，参考临近测站水文记录延长后有22年水文系列，多年年平均流量为17秒立米。
2.3.2 洪峰流量
经频率分析，求得不同频率的洪峰流量如下表。
表2-4 不同频率洪峰流量（秒立米）
频率 流量 0.05 2320 1 1680 2 1420 5 1180 10 1040 表2-5 各月不同频率洪峰流量（秒立米）
月 频率 1％ 2％ 5％ 10％ 1 46 36 23 19 2 19 17 14 11 3 12 11 9 7 4 19 15 11 9 5 6 7 8 9 10 390 310 250 210 11 28 23 16 15 12 37 33 28 23 600 1240 1550 1210 670 530 1120 1360 1090 600 420 370 850 1100 830 760 980 720 480 410 2.3.3 固体径流
该江为山区性河流，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。枯水极少，河水清彻见底，初步估算30年后坝前淤积
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高程为2765米。
2.4 工程地质
2.4.1 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，估计可能坍方量约为300万立米。在考虑水库淤积问题时可作为参考。
2.4.2 坝址地质
坝址位于该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过，对其岩性分述如下：
(1) 玄武岩 一般为深灰色、灰色、含有多量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石脉、石英脉等贯穿其中，这些小岩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，力学性质也不同，可分为坚硬玄武岩、多气孔玄武岩、破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩等，其物理力学性质见表2-6、表2-7。
渗透性：经试验得出k值为4.14-7.36米/昼夜。
表2-6 坝基岩石物理力学性质试验表
岩石名称 半风化玄武岩 破碎玄武岩 火山角砾岩 软弱玄武岩 坚硬玄武岩 多气孔玄武岩 比重 Δ 3.01 2.95 2.90 2.85 2.96 2.85 容重γ 3kN/m 29.6 29.2 28.7 27.0 29.2 27.8 建议采用抗压强度 MPa50 50-60 35-120 10-20 100-160 70-180 word文档 可自由复制编辑
表2-7 全风化玄武岩物理力学性质试验表
天然含干容重 水率 3 % kN/m2.5 16.3 比重 Δ 2.97 液限 塑限 塑性指数Ip 16.9 压缩系数a 0~0.5 2m/kN -6×10 5.97 浸水固结块剪 凝聚力 kPa24 3~4 内摩擦2m/kN 角Φ -6×10 1.51 28.38 l 47.3 p 32.26 (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35MPa。
(3) 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与近似，风化后成为碎屑的混合物，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，并有大漂石掺杂其中。卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩与砂岩占极少数。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。见表2-43。
冲积层的渗透性能 经抽水试验后得，渗透系数k值为3×10-2厘米/秒－1×10-2厘米/秒。
(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。
表2-8 冲积层剪力试验成果表
项目 三轴剪力 容重 土壤 代 （块剪） 含水量 （控制） 名称 号 计 （控制） 内摩擦凝聚力 kN/m3 算值 角 （kPa） 含 中 量 细 粒 的 砾 石 次数 最大值 最小值 平均值 小值 平均值 17 24.3 22.2 23.08 12 8.66 4.27 6.47 8 47°15′ 35°30′ 40°34′ 37°32′ 8 37.0 12.0 18.2 14.8 应变（拉制） （浸水固结快剪） 内摩擦角 2 32°43′ 17°55′ 25°25′ 凝聚力 （kPa） 2 10.5 0 5.3 word文档 可自由复制编辑
备 注 三轴剪力土样备系筛去大于4mm颗粒后制备的。 试验时土样的容重为控制容重。 应变控制土样容重系筛去大于0.1mm颗粒后制备的。 以上两种试验的土样系扰动的。 2.4.3 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。
2.4.4 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，玄武岩的透水性不同，裂隙少、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0.01 l/(min•m)。夹于玄武岩中的凝灰岩，以及裂隙甚少的火山角砾岩都为不透水性良好的岩层。至于节理很发育的破碎玄武岩、半风化与全风化玄武岩都是透水性良好的岩层。正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在，遂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数多，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。
2.4.5 地震
本地区地震烈度定为7度，基岩与混凝土之间的摩擦系数取0.65。
2.5 建筑材料
2.5.1 料场的位置与储量
各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地地形平坦，采运尚方便。
2.5.2 物理力学性质
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(1) 土料：（见表2-9—表2-12）
(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。
表2-9 粘土的物理力学性质
物 理 性 质 料 自自然容重 比 干 重 3力学性质 颗粒级配（成分%，粒径d） 砂 粘粉 0.05 ~ 土 击实 最 大 干 < 密 最优含水渗 透 系 数 内摩凝聚力 剪力 固 结 压 缩 系 数 化学性 有机含量灼热可溶盐含量 % 稠度 孔隙率 % 场 然 含名 水湿 量 称 % KN/m 孔隙比 流限 % 塑限 % 塑性指数 饱和度 砾 粗中 细 2~ 0.5~ -610 擦>2 mm 0.5 0.05 0.005 度 量 0.005 mm mm mm g/cm3 % mm cm/s 角 deg kPa cm2/kg 法 % 1下 24.8 18.91 15.16 2.67 42.26 0.734 42.60 23.14 19.46 0.93 7.47 5.95 17.87 35.48 33.23 1.60 22.07 4.317 24.67 24.0 0.021 1.73 0.070 2下 24.2 18.91 15.18 2.67 41.90 0.721 43.90 22.20 21.70 0.91 7.25 4.15 14.35 41.75 32.25 1.65 21.02 4.80 25.50 23.0 0.020 1.90 0.019 1上 25.6 17.35 13.03 2.65 49.80 0.990 49.57 25.00 24.57 0.87 8.83 8.00 17.50 31.00 34.67 1.56 22.30 1.90 23.17 25.0 0.026 2.20 0.110 2上 26.3 16.37 12.84 2.74 52.30 1.093 49.90 26.30 23.50 0.69 4.50 4.33 20.67 36.20 34.30 1.54 23.80 3.96 21.50 38.0 0.033 0.25 0.110 3下 15.9 19.11 16.64 2.70 37.00 0.580 34.00 20.00 14.00 0.67 6.40 9.00 12.00 35.00 19.60 1.80 16.90 3.00 28.00 17.0 0.010 1.90 0.080 #####
表2-10 砂砾石的颗粒级配
颗 直径 粒 mm 含量 料场 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 ########300 ~ 100 5.2 4.8 3.8 6.0 4.5 3.9 5.0 4.1 100 ~ 60 18.6 17.8 15.4 18.3 14.1 19.2 23.1 22.4 60 ~ 20 21.4 20.3 18.5 19.4 20.1 22.4 19.1 18.7 20 ~ 2.5 12.3 14.1 15.3 16.4 23.2 18.7 14.2 14.1 2.5 ~ 1.2 18.6 17.8 16.4 15.6 14.9 19.1 18.4 17.9 1.2 ~ 0.6 13.9 14.8 20.5 16.7 7.2 8.3 8.9 14.4 0.6 ~ 0.3 5.4 4.6 3.5 4.8 8.6 5.7 6.3 4.1 0.3 ~ 0.15 4.6 5.3 6.2 2.5 7.2 2.8 4.1 3.6 <0.15 0.3 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.9 0.7 word文档 可自由复制编辑
表2-11 砂砾石的物理性质
名称 容重，kN/m 比重 孔隙率，% 软弱颗粒，% 有机物含量 31上 18.6 2.75 32.5 2.0 淡色 #2上 17.9 2.74 34.7 1.5 淡色 #3上 19.1 2.76 31.0 0.9 淡色 -2
#4上 19.0 2.75 31.5 1.2 淡色 #1下 18.6 2.75 32.5 2.5 淡色 #2下 18.5 2.73 32.2 0.8 淡色 #3下 18.4 2.73 32.5 1.0 淡色 #4下 18.0 2.72 33.8 1.2 淡色 #注：各砂砾石料场渗透系数k值为2.0×10厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。
表2-12 各料场天然休止角
料场名称 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 ########最小值 34°30′ 35°00′ 34°40′ 35°10′ 34°10′ 35°20′ 34°30′ 36°00′ 最大值 35°50′ 37°10′ 36°40′ 37°40′ 36°30′ 38°00′ 37°10′ 38°20′ 平均值 35°10′ 36°00′ 35°40′ 36°30′ 35°20′ 36°40′ 35°50′ 37°10′ 2.6 经济资料
2.6.1 库区经济
流域内都为农业人口，多种植稻米、苞谷等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况如下表。
表2-13 各高程淹没情况
高程（米） 淹没人口（人） 淹没土地（亩） 2807 3500 3000 2812 3640 3220 2817 3890 3410 2822 4060 3600 2827 5320 4600 2832 7140 6100 2.6.2 交通运输
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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，因此交通尚称方便。
2.7 枢纽任务
本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。
2.8枢纽特征
枢纽的特征尺寸与主要设备特性如下。
2.8.1 发电
装机24 MW，多年平均发电量1.20亿度。
本电站装3台8MW机组。正常蓄水位为2828.8米，汛期限制水位为2828.8米，死水位为2796.0米，3台机组满发时的流量为44.1秒立米，尾水位为2752.2米。
厂房型式为引水式，厂房平面尺寸为32×13米×米，发电机高程为2760米，尾水管底高程为2748米，厂房顶高程为2772米。副厂房平面尺寸为32×16米× 米。安装场平面尺寸为12×13米×米。开关站尺寸为32×20米×米。
2.8.2 灌溉
增加保灌面积1.5万亩。
2.8.3 防洪
可减轻洪水对水库下游的威胁，过100年一遇和200年一遇洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来1680秒立米和2320秒立米分别削减为680秒立米和800秒立米。要求设计洪水时最大下泄流量限制为900秒立米, 校核洪水位不超过正常蓄水位3.5米。
2.8.4 渔业
正常蓄水位时，水库面积为15平方公里，为发展养殖业创造了有利条件。
2.8.5 其它
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引水隧洞进口底高程为 2789.00 米，出口底高程为 2752.30 米；引水隧洞直径为 4 米，压力钢管直径 2.6 米，调压井直径为 12.0 米；放空洞直径为 2.5 米。可放空水库至水位 2770.00 米。
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第三章 设计条件和设计依据
3.1 设计任务
在对原始资料进行综合分析的基础上，掌握设计意图，明确设计任务。
3.1.1 洪水调节计算
根据防洪要求，对水库进行洪水调节，选定泄洪方式和拟定泄洪建筑物的孔口尺寸；通过洪水调节计算确定防洪库容、上游设计和校核水位及相应的下泄流量。
3.1.2 主要建筑物型式选择和水利枢纽布置
本阶段任务包括：确定枢纽组成建筑物及其设计等级；通过不同方案的初步经济技术比较，选定坝型；确定水利枢纽的布置方案。
3.1.3 第一主要建筑物——大坝设计
该阶段任务有：通过比较分析，确定大坝基本剖面型式和轮廓尺寸；拟定地基处理方案与坝身构造；进行水力和静力计算；进行细部结构设计。
3.1.4 第二主要建筑物——泄水建筑物设计
本阶段要求确定泄水建筑物结构型式和轮廓尺寸，进行总体布置；拟定细部构造；进行必要的水力、静力计算与结构设计。
3.2 设计依据
设计过程中主要参考了以下文献： 1. 《碾压式土石坝设计规范》 2. 《水工设计手册—土石坝分册》 3. 《土石坝地基防渗墙设计和计算》 4. 《水工隧洞设计规范》 5. 《国内土石坝资料汇编》
6. 《水利水电枢纽等级划分及设计标准》（丘陵地区部分） 7. 《水工建筑物》 左东启等，河海大学出版社，1995
8. 《水利水电工程专业毕业设计指南》 索丽生等，中国水利电力出版社
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第四章 洪水调节计算
4.1 洪水调节计算原理
本河流属于典型山区河流，洪水暴涨暴落，设计洪峰流量Q大法对典型洪水进行放大。
设
= 1680 m3/s
（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=0.05%）。采用以峰控制的同倍比放
4.1.1 工程等别及建筑物级别
根据SDJ12—78《水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）》，综合考虑水库总库容、防洪效益、灌溉面积、水电站装机容量，工程规模由库容（由正常蓄水位2828.8米查水位库容关系曲线得库容为5.46亿立方米，估计校核洪水下的水库静库容不会超过10亿立方米）控制属大（2）型，工程等别为二等。
由工程等别查水工建筑物级别划分表，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。由主要建筑物级别查永久水工建筑物正常及非常运用的洪水标准表，正常运用（设计）情况下洪水重现期为100年，非常运用（校核）情况下洪水重现期为2000年。
4.1.2泄洪方式与水库运用方案
泄洪方式：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，并考虑与施工导流洞结合。
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。
防洪限制水位的选择：防洪限制水位取与正常蓄水位重合，这是防洪库容与兴利库容完全不结合情况，因为山区河流的特点是暴涨暴落，整个汛期内大洪水随时都可能出现，任何时候都预留一定的防洪库容是必要的。
4.1.3 调洪演算原理
采用以峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，得出设计与校核洪水过
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程线。
拟定几组不同堰顶高程∩及溢流孔口宽度B的方案。堰顶自由泄流公式Q=σBmє（2g）1/2H3/2可确定设计洪水和校核洪水情况下的起调流量Q调，由Q调开始，假定三条或四条泄洪过程线，在洪水过程线上查出Q泄，并求出相应的蓄水库容V。根据库容水位关系曲线可得相应的库水位H，由三组（Q泄，H）绘制的Q～H曲线与由Q=σBmє（2g）1/2H3/2绘制的Q～H曲线相交，所得交点即为所
要求的下泄流量及相应上游水位。
4.2 堰顶高程及泄洪孔口的选择
调洪演算时需拟定几组不同堰顶高程∩及孔口宽度B的方案，进行比较分析，取其优者。
4.2.1 堰顶高程及孔口尺寸选择原则
堰顶高程如果取的太低，孔口总净宽选的大，则泄流能力加大，所需水库防洪库容可较小，挡水建筑物高度也可较小，上游淹没损失也较小；但是这时隧洞本身工程量及造价会很高，而且本工程下游允许流量为900 m3/s，这样过大的下泄流量为下游所不能允许。如果堰顶高程取的高，孔口总净宽取的小，则结果与上述相反。
4.2.2 方案拟定
要得到堰顶高程与孔口尺寸的最佳方案，应在技术可行前提下，结合泄水隧洞以及挡水建筑物在内的枢纽总造价最小来优化，通过各种可行方案的经济比较决定。
设计中参照已建工程经验，初步拟定四组堰顶高程与孔口尺寸如下： 方案一： ∩=2818m, B=7m；方案二： ∩=2819m, B=7m；
方案三： ∩=2819m, B=8m；方案四： ∩=2820m, B=8m；
4.3 调洪演算结果与方案选择
4.3.1 调洪演算结果
本设计中拟定四组方案进行比较，成果见表4-1。
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表4-1 调洪演算成果
方 案 孔口尺寸 工 况 设计 校核 设计 校核 设计 校核 设计 校核 3Q (m3/s) 585 660 530 610 590 675 535 620 上游水位Z 超高∆Z (m) 2830.06 2831.125 2830.275 2831.425 2830.125 2831.15 2830.34 2831.4 (m) 1.26 2.325 1.475 2.625 1.325 2.35 1.54 2.60 1 2 3 4 ∩=2818m B=7m ∩=2819 m B=7m ∩=2819m B=8m ∩=2820m B=8m 注：发电引水量Q=44.1 m/s，与总泄量相比较小，调洪演算未作考虑，仅做安全储备，△Z为正常蓄水位以上超高。
4.3.2 方案选择
以上方案均能满足泄流量Q<900 m3/s，上游水位超高△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同时也应考虑与导流隧洞结合的问题来选定。一般来说，△Z大，坝增高，大坝工程量加大；B大则隧洞的开挖及其他工程量增大，而Q/B越大消能越困难，衬砌要求也高。方案4与其它三个方案相比，虽然Q/B较小但△Z、B较大，主体工程量及隧洞开挖量较大而不予采用。方案1与方案3相比，方案1的△Z、B较小，主体工程量及隧洞开挖量较小，故方案1较好。方案1与方案2相比，方案2比方案1的△Z大0.215m，但Q却小55 m3/s故最终选择方案2。
第五章 坝型选择及枢纽布置
5.1坝址及坝型选择
5.1.1 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作为选择比较。两轴线的河宽基本相近，从而大坝工程量基本相近。从地质剖面图上可以看出：I—I剖面与II—II剖面具有大致相同厚度的砂砾覆盖层及风化岩（河床覆盖层平均厚20 m，河床中部最大达32m。），I—I剖面坝肩
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除10m左右范围的风化岩外，还有数十条的破碎带，其余为坚硬玄武岩，地质构造总体良好。而II—II剖面的底部玄武岩破碎带纵横交错，分布范围很广，若将坝建于此坝基处则绕坝渗流的可能较大，进行地基处理的工程量也太大，综合考虑以上因素，坝轴线选在I—I处。
5.1.2 坝型选择
所选坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩透水性深，岩基强度低，且不完整。从地质条件看不宜修建拱坝。支墩坝本身应力较高，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行的。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石地基上。通过对各种不同的坝型进行定性分析，综合考虑地形、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝方案。
5.2枢纽组成建筑物
5.2.1 挡水建筑物
枢纽挡水建筑物选用土石坝方案。
5.2.2 泄水建筑物
泄水建筑物包括泄洪隧洞和放空洞，均与导流隧洞结合。
5.2.3 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。
5.3 枢纽总体布置
5.3.1 挡水建筑物——土石坝
挡水建筑物按直线布置，坝布置在河弯地段上。
5.3.2 泄水建筑物——泄洪隧洞
泄洪采用隧洞方案，为缩短隧洞长度、减小开挖工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，这样水流经隧洞流出直接入主河道，对流态也有利。考虑到电站引水隧洞也布置在凸岸，为减小泄洪时引起的电站尾水波动，以及防止冲刷坝脚，泄洪隧洞
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布置以远离坝脚和厂房为好，进出口相距100m以上。
5.3.3 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。
图5-1 枢纽平面布置图
第六章 大坝设计
6.1土石坝坝型选择
影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处里、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型，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，本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型选择。
6.1.1 土石坝坝型综述
均质坝 均质坝材料单一，施工简单，但是坝坡较缓，剖面大，粘性土料受气候影响大，雨冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。本设计中坝高超过70m属高坝，因而不宜采用均质坝坝型方案。
堆石坝 堆石坝坝坡较陡，剖面小，造价低，施工快，且施工干扰相对较小。
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坝址附近有坚硬的玄武岩石料场，储量足，开采条件好，可作为堆石坝石料，从材料角度可以考虑堆石坝方案。但由于河床地质条件较差，冲积层最大厚度达32m，平均也有20m，做堆石坝可能导致大量开挖，此方案也不予采用。
面板坝 面板坝的坝体工程量是土石坝中最小的，整个坝体都是受力结构，水压力在上游坝面的铅直分力有利与坝体稳定。面板在上游面，便于检查维修。坝体填筑没有粘性土填方，施工干扰小，气候影响也小，基本上可以全年施工。但是面板对基础沉陷很敏感，且抗震性能较差。本设计中地质条件较差，坝址地区地震烈度为7度，因此不选用面板坝方案。
斜墙坝 砂砾石作为坝壳，以粘土料作为防渗体设在坝体上游做斜墙。斜墙与坝壳两者施工干扰相对较小，工期较短，但对坝体坝基的沉降比较敏感，抗震性能也差，易产生裂缝。
心墙坝 砂砾料作为坝壳，以粘土料作为防渗体设在坝剖面中部做心墙。与斜墙坝相比工程量较小，适应不均匀变形、抗震性能都较好，土料在总方量中所占比重不大，施工受气候和季节影响也不大。
6.1.2水利枢纽工程坝型选择
由于本地区为地震区，基本烈度为7度，坝址上下游有5个可供足够筑心墙之用的粘土料场和8个可供足够砂砾料筑坝壳的料场，而且河谷内地形平坦，采运方便，故采用心墙土石坝。
6.2 大坝的轮廓尺寸与排水防渗体
大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗体及排水设备等。
6.2.1 坝顶宽度
坝顶宽度与稳定没有直接关系，根据交通要求及施工条件、防汛抢险的需要及以往工程的统计资料，本设计坝顶宽度用10m。
6.2.2 坝坡与戗道
土石坝坝坡对坝的稳定有直接影响。参照已建工程的实践经验，上游考虑在一半坝高附近变坡一次，上部坡率取2.5，下部坡率3.0，变坡处设戗道。下游每隔28m变坡一次，变坡处设戗道，坡率自下而上依次为2.75、2.50、2.25。
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设置戗道有利于坝坡的稳定，便于施工、检修及坝体观测工作，同时可在戗道处设置排水设备。戗道的宽度，依据交通要求，以及结合考虑以上各因素，最终确定为2.0m。
6.2.3 坝顶高程
坝顶高程由水库静水位加波浪爬高及安全超高决定,分别计算正常蓄水位情况，设计洪水位情况，校核洪水位情况，得出几种情况的坝顶高程后取最大值，并预留一定的竣工后沉降超高值，本设计中考虑沉降值为坝高的0.4%。
坝顶在静水位上的超高Y=R+e+A R波浪的爬高，e最大风涌水面高度，A安全加高
表6-1 坝顶高程计算成果表
计算情况 计算项目 上游静水位（m） 河底高程 （m） 坝前水深H（m） 吹程D （km） 风向与坝轴线法向的夹角 (°) 风浪引起坝前壅高 e (m) 风速V （m/s） 平均波高 h （m） 护坡粗糙系数 上游坝面坡角 波浪沿坝坡爬高（m） 安全超高A（m） 坝顶高程 （m） 坝顶高程加0.4％沉陷 （m） 2834.2 2834.57 4.41 1.0 2835.7 2836 2831.62 2832 1.31381 0.77 cot 1/2.5 4.42 2.315 0.5 2834.25 2834.6 0.02017 25 1.31423 0.689 0.77 cot 1/2.5 2.315 78.8 15 22.5 0.0198 0.00632 14 0.689 正常运用情况 正常蓄水位 2828.8 2750 80.275 78.8 15 22.5 0.00612 设计洪水位 2830.275 非常运用情况 正常蓄水位 2828.8 2750 81.425 校核洪水位 2831.425 坝顶高程取为2836 m。
6.2.4 坝体排水
本工程中，坝址附近石料比较丰富，采用堆石棱体排水比较适宜。同时土坝下游有一定高的水位，因此不宜采用贴坡排水。褥垫排水伸入坝体内部，降低浸
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润线效果显著，但是对地基的不均匀沉陷的适应能力较差，本工程所在坝址处的坝基地质条件不适合使用该方案。因此设计采用棱体排水方案。
下游校核洪水时下游水位2755m，按规范棱体顶面高程高出下游最高水位不应小于1.0m，最后取为2756.5m，参考以往工程，堆石棱体内坡取为1：1.5，外坡取为1：2.0，顶宽定为2.0m,下游水位以上用贴坡排水。
6.2.5 坝内防渗体
坝内防渗体必须满足将渗透坡降、下游浸润线及流量降低到允许范围内，还要满足结构上和施工以及防止开裂的要求。坝的防渗体为粘土心墙。按规范规定顶部的水平宽度不宜小于3.0m，参考以往工程，心墙顶宽取5m，上游坡率1︰0.2，下游坡率1︰0.2，心墙顶高程按照设计水位加0.5m超高并在非常运用条件下，防渗体顶部不应低于非常运用条件的静水位并核风浪爬高高度的影响的原则，并预留竣工后沉降超高，最后取2834m，上留有2.0 m的保护层。设计粘土允许坡降[J]＝5，承受最大水头81.425m，墙厚须大于16.285 m，实际算得防渗体底宽为5＋（2834—2750）×0.4＝38.6 m大于16.285 m。
6.2.6 坝基防渗体
河床中部覆盖层较厚，采用混凝土防渗墙，防渗效果好,两岸冲积层虽逐渐减薄，但考虑到施工方便的原则，也采用混凝土防渗墙，厚度均取为0.9m（由强度和防渗条件定）。混凝土防渗墙顶应做成光滑的楔形插入坝体土质防渗体，防渗墙伸入心墙的高度宜为坝高的1/10（高坝可适当降低），坝高为86m，取伸长为8m，这样接触面长度为2×8＋0.9＝16.9m，防渗墙位置在心墙底面中心偏上0.45m。大坝典型剖面图见图6-1。
图6-1 大坝典型剖面图
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正常设计校核：：：：：：河床冲积层混凝土防渗墙图6-1 大坝剖面图6.3 土料设计
筑坝材料的设计与土坝结构设计、施工方法以及工程造价有关，一般力求坝体内材料分区简单，就地、就近取材，因材设计。土料设计主要任务是确定粘壤土的填筑干容重、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。
土石坝坝体主要由坝壳、防渗体、排水设备以及护坡等组成。由于它们工作条件不同，因而对材料要求也不同。筑坝材料应具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有良好的长期稳定性。
6.3.1 粘性土料设计
6.3.1.1计算公式
粘壤土用南京水利科学研究所标准击实试验求最大干容重、最优含水量。应该使土样最优含水量接近其塑限含水量，据此确定击数，得出多组平均最大干容重dmax 和平均最优含水量W，设计干容重为
dmmax
d————设计填筑干容重
dmax———— 标准击实试验最大干容重
m———— 施工条件系数，或称压实度，m值对于一二级坝或高坝采用0.96～0.99，三四级坝或低坝采用0.93～0.96。本设计的m=0.98。
设计最优含水量为 W0= W0
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：6.3.1.2计算结果
粘性土料设计的计算成果见表6-2
表6-2 粘性土料设计成果表
最大 干密设计 度 干密度 dmax（g/cm3（g/） 3 cm） 1.568 1.617 1.529 1.509 1.764 塑限 含水量 ωp % 自然 最优填筑 含水含水含水量 量 量 % % % 22.07 21.02 22.30 23.80 16.90 渗透 孔隙内摩系数 -6比 擦角 10 e φ cm/s 0.734 0.721 0.990 1.093 0.580 24.67 25.50 23.17 21.50 28.00 4.32 4.80 1.90 3.96 3.00 料 场 比 重 GS 流限 % 塑性指数Ip 1下 2下 1上 2上 3下 #####2.67 1.60 2.67 1.65 2.65 1.56 2.74 1.54 2.70 1.80
料场 1下 2下 1上 2上 3下 #####23.14 22.20 25.00 26.30 20.00 42.60 43.90 49.57 49.90 34.00 19.46 21.70 24.57 23.50 14.00 22.07 21.02 22.30 23.80 16.9 24.8 24.2 25.6 26.3 15.9 有机含量灼热法 % 1.73 1.90 2.20 0.25 1.90 可溶盐含量 % 0.070 0.019 0.110 0.110 0.080 凝聚力 kPa 24.0 23.0 25.0 38.0 17.0 固结压缩系数 2cm/kg 0.021 0.020 0.026 0.033 0.010 6.3.1.2土料的选用
上下游共有5个粘土料场，储量丰富。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差异，土料采用以“近而好”为原则。规范指出粘土的渗透系数小于10×10-6 cm/s,所有料场均满足要求。规范指出塑性指数大于20和液限大于40%的冲击粘土不宜作为坝的防渗体填筑材料，2#上 和2#下 料场因此不满足要求不予选用。1#上 料场土料的有机质含量为2.20%超过了规范规定的2%也不予采用。3#下与 1#下相比，3#下的渗透系数较小，更有利于防渗；，设计干密度较大，压缩性能更好。 因此采用3#下料场作为主料场，1#下料场作为辅助及备用料场。
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6.3.2 坝壳砂砾料设计
6.3.2.1计算公式
坝壳砂砾料填筑的设计指标以相对密实度表示如下： Dr =(emax-e)/(emax-emin) e=n/(1-n)
式中：emax为最大孔隙比；emin为最小孔隙比；e为填筑的砂、砂卵石或地基原状砂、砂卵石的孔隙比;n为孔隙率。
砂砾石的相对密实度Dr要求不低于0.75；相对密实度不应低于0.70，反虑层宜为0.70。地震情况下，浸润线以下土体按设计烈度大小Dr不低于0.75～0.85。 6.3.2.2 计算成果
砂砾料的计算成果见表6-3
表6-3 砂砾料计算成果汇总表
料场 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 料场 1上 2上 3上 4上 1下 2下 3下 4下 ################不均匀系数η 48.8 44.0 25.0 38.8 48.9 39.3 63.8 45.0 >5mm砾石含量 （%） 53.0 53.0 48.0 54.8 55.0 58.0 57.0 55.0 比重 △s 2.75 2.74 2.76 2.75 2.75 2.73 2.73 2.72 天然孔隙比 0.481 0.531 0.449 0.460 0.481 0.475 0.481 0.511 相对密实度Dr 0.732 0.612 0.809 0.784 0.732 0.748 0.732 0.662 设计干容设计孔隙重d 比e 3(g/cm) 1.86 1.79 1.91 1.88 1.86 1.85 1.84 1.80 0.480 0.530 0.450 0.460 0.480 0.475 0.480 0.510 保持 湿容重w 含水量 3(g/cm) ω（%） 5 5 5 5 5 5 5 5 1.90 1.82 1.95 1.94 1.90 1.89 1.88 1.83 浮容重 3(g/cm) 1.18 1.14 1.21 1.20 1.18 1.17 1.17 1.14 内摩擦角φ 35°10′ 36°00′ 35°40′ 36°30′ 35°20′ 36°40′ 35°50′ 37°10′ 粘聚渗透系数K-2力c （10cm/s） kPa 0 0 0 0 0 0 0 0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 6.3.2.3砂砾料的选用
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土石坝的坝壳材料主要为了保持坝体的稳定性，要求有较高的强度。根据规范要求砂砾石的相对密实度Dr要求不低于0.75，上述料场中只有3#上 和4#上 料场满足要求，其余料场不符合要求不予采用。下游坝壳水下部位和上游坝壳水位变动区宜有较高的透水性，且具有抗渗和抗震稳定性，应优先选用不均匀和连续级配的砂石料。认为不均匀系数η=30～100时较易压实，η<5～10时则压实性能不好。而3#上 料场砂砾料的不均匀系数η=25＜30,不满足要求，从颗粒级配曲线上也可以看出，4#上料场的砂砾料颗粒级配较好，物理力学指标也较高，可优先使用，故选择4#上 料场作为砂砾料的主料场。
6.4 渗流计算
渗流计算的任务是：确定坝体和坝基的渗流量；确定坝坡逸出段，判断其渗
透稳定性。
6.4.1 渗流计算方法
选择水力学方法解决土坝渗流问题。根据坝体内部各部分渗流状况的特点，将坝体分为若干段，选河床中部断面I-I及左右河岸两个典型断面Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ，应用达西定律近似解土坝渗流问题。计算中假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等。
通过防渗体流量：
qⅠ= Kδ(H2-H12)/2δ+ K2(H-H1)T/D 通过防渗体后的流量：
qⅡ=K1(H12-T12)/2L1 + KT(H1-T1)T/(L+0.44T) 其中：
Kδ—粘土心墙粘土的渗透系数 H—上游水深
H1—通过心墙后浸润线高度 D—防渗墙厚 K2—防渗墙渗透系数 T—透水地基的深度 δ—心墙的厚度 K1—坝壳的渗透系数 T1—下游水深
KT—地基透水层的渗透系数 假设：
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（1）不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；
（2）由于砂砾料渗透系数较大，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，认为不会形成逸出高度；
（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，此时实际上不为平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下游水位为零。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趾。
6.4.2 计算断面与计算情况
对河床中间断面Ⅰ-Ⅰ以及左右岸坡段各一断面Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ三个典型断面进行渗流计算，计算按正常蓄水、设计洪水和校核洪水三种情况进行。
三个断面如下图所示：
河床冲积层混凝土防渗墙Ⅰ-Ⅰ剖面图 Ⅱ-Ⅱ剖面上游坝底高程取在2752m 处，下游坝底高程取在2805m 处，经简
化近似等效为上下游坝底高程均在2790m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深28m。
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Ⅱ-Ⅱ剖面图Ⅲ-Ⅲ剖面图
Ⅲ-Ⅲ剖面上游坝底高程取在2790m 处，下游坝底高程取在2765m 处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2775m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深18m。
6.4.3 计算结果
渗流计算结果汇于表6-4
表6-4 渗流计算结果汇总表
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计算情况 计算项目 上游水深 （m） 下游水深（m） 逸出水深 （m） 渗流量-6（×10 3m/s·m） Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ 正常蓄水位 78.8 38.8 53.8 2.2 0 0 2.413 0.065 0.165 6.98 2.84 3.66 155.52 设计洪水位 80.275 40.275 55.275 4.83 0 0 5.03 0.068 0.173 6.88 3.07 3.93 159.24 校核洪水位 81.425 41.425 56.425 5 0 0 5.20 0.072 0.179 7.25 3.15 3.97 165.02 总渗流量Q 3（m/d） 6.4.4 渗透稳定分析
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很小，发生渗透破坏的可能性不大，而在防渗墙与粘土心墙的接触面按允许坡降估计问题也不大。
在心墙的逸出点，渗透坡降较大，设计中采用流网法予以验算,绘制流网图，计算出逸出点坡降。以I-I断面为例，各种工况下渗流逸出点坡降计算成果如表6-5
表6-5 各种工况渗流逸出点坡降
断 面 工 况 坡 降 J 正常蓄水位 1.78 I-I 设计洪水位 1.50 校核洪水位 1.60 填筑土料的安全坡降，根据实践经验一般为5～10，所以渗透坡降满足要求，加上粘土心墙设有反滤层，认为不会发生渗透破坏。
6.4.5 成果分析与结论
工程采用粘土心墙、混凝土防渗墙作为防渗措施。总渗流量在正常蓄水位时
为155.52 m3/d，设计洪水位时为159.24 m3/d，校核洪水位时为165.02 m3/d，与类似工程相比显然是很小的。考虑绕坝渗流以及基岩透水，估计渗透流量会略
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有增大，但认为坝的渗透坡降仍满足设计要求。
6.5 稳定分析计算
土石坝在自重、水荷载、渗透压力和地震荷载等作用下，若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或坝体连同坝基有可能发生失稳。
本设计中的稳定分析，主要指边坡的抗滑稳定。稳定分析计算的目的在于分析坝坡在各种不同工作条件下可能产生的失稳形式，校核其稳定性。
6.5.1 计算方法
采用折线滑动法，认为折点在水位附近，并假设滑动面只在坝壳中，而防渗体不连同坝壳一起滑动。如图6-51所示。
滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的，其安全系数表达方式为： tgφi = tg(φi)/KC
式中：KC即为安全系数，（φi）为试验得到的抗剪强度指标。
φ¦Θ3β¦Θ1α¦Θ2非粘性土坡稳定计算图
计算中把滑动土体ABC分成两个滑块，P为滑面BD上的作用力。计算时先假设不同的安全系数KC，从滑块BCD平衡条件中求出P，然后将其作用在ABD上，看它是否与G2、R2等平衡，如不平衡则重新假定安全系数，重复上述步骤，直到平衡为止，此时的KC即为该滑动面的安全系数。
在上述计算中β、θ是任意假定的。设计中为简化程序起见，还进行了以下假定：1）滑动面的折点在水位处；2）滑面BD铅直；3）将上下游变坡等效成一均匀坡。这些假定会对计算结果的精确度产生一定影响，但总体影响不是太大，近似计算中可以忽略。
6.5.2 计算程序流程图
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稳定计算的程序如下： Option Explicit
Private Sub Command1_Click()
Dim g1, g2, p1, p2, α, β, φ As Double
Dim x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4, x5, y5, x6, y6, gan, hu, h1, xh1, xh2, xh3, xa, ya, xb, yb, xc, yc As Single
Dim xd, yd, xd2, xb0, kk(), kc, k, ppp, temp, xa1, xa2 As Single Dim i, j, ii, jjj, m, n, iii As Integer
Dim sss1, sss2, sss3, sss4, p, pp, pd1 As Double, pd2 As Double Dim f1, f2, f3, fi1, fi2, fi3, θ1, θ2, θ3, kh1 As Double, kh2 As Double Dim xxa, yya, xxb, yyb, xxc, yyc As Single
x1 = 0: y1 = 0 '定义坐标，并输入土坝轮廓 x2 = 225.2: y2 = 0 x3 = 135: y3 = 45 x4 = 137: y4 = 45 x5 = 239.5: y5 = 86 x6 = 242.4: y6 = 86 gan = 19.1
θ1 = 0.63745166: θ2 = θ3 = θ1 h1 = Val(Text1.Text)
If h1 <= 45 Then temp = MsgBox(\"请输入合法水位！水位必须大于25，小于75.8\") If Option2.Value = True Then hu = 19.17 Else hu = 11.988 End If
For i = 0 To 27 '选定一个 滑块终止A 点 xa = x1 + 5 * i - 0.1 ya = xa / 3
For j = 0 To 6 '选定一个滑块起始C点 xc = x5 + 0.8 * j yc = y5
For m = 0 To 25 '选定一个滑块转折B点 xb = 137.1 + 4 * m
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For n = 1 To 21
yb = ya + 4 * n
If ya <> 25 Then
If ((yb - ya) / (xb - xa) > (y4 - ya) / (x4 - xa)) Or ((y6 - yb) / (x6 - xb) > (y6 - y2) / (x6 - x2)) Or (yb >= y5) Then GoTo 10 Else
If ((yb - ya) / (xb - xa) > (y5 - y4) / (x5 - x4)) Or ((y6 - yb) / (x6 - xb) > (y6 - y2) / (x6 - x2)) Or (yb >= y5) Then GoTo 10 End If
xd = xb
If (xd <= x5) Then
yd = (y5 - y4) * (xd - 24.5) / (x5 - x4) Else yd = 86 End If
α = Atn((yb - ya) / (xb - xa)) '求角度 β = Atn((yc - yb) / (xc - xb)) φ = 0
If (yb < h1) And (yd <= h1) Then '计算两个土块的相互作用
力P1，P2
xh3 = (xc - xb) * (h1 - yb) / (yc - yb) + xb xh1 = 137 + 2.5 * (h1 - 45) xa2 = xb
xa1 = 24.5 + (x4 - 24.5) * ya / (y4 - 0) sss1 = (xc - x5 + xh3 - xh1) * (y5 - h1) / 2 xd2 = (xc - xb) * (yd - yb) / (yc - yb) + xb
sss2 = (xd2 - xd + xh3 - xh1) * (h1 - yd) / 2 + (xd2 - xd) * (yd - yb) / 2
sss3 = (yb - ya) * (xb - xa) / 2
sss4 = (x4 - x3 + xa1 - xa) * (45 - ya) / 2 + (yd - ya) * (xa2 - xa) / 2
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g1 = sss1 * gan + sss2 * hu g2 = (sss4 - sss3) * hu
ElseIf (yb < h1) And (yd > h1) Then
xa2 = xb
xa1 = 24.5 + (x4 - 24.5) * ya / (y4 - 0) xh1 = 137 + 2.5 * (h1 - 45) xh2 = xb
xh3 = (xc - xb) * (h1 - yb) / (yc - yb) + xb xd2 = (xc - xb) * (yd - yb) / (yc - yb) + xb
sss1 = (xc - x5 + xd2 - xd) * (y5 - yd) / 2 + (xd2 - xd + xh3 - xh2) * (yd - h1) / 2
sss2 = (xh3 - xh2) * (h1 - yb) / 2
sss3 = (xh2 - xh1) * (yd - h1) / 2
sss4 = (x4 - x3 + xa1 - xa) * (25 - ya) / 2 + (yd - ya) * (xa2 - xa) / 2 - (yb - ya) * (xa2 - xa) / 2 g1 = sss1 * gan + sss2 * hu
g2 = sss3 * gan + (sss4 - sss3) * hu
ElseIf (yb >= h1) Then
xd2 = (xc - xb) * (yd - yb) / (yc - yb) + xb
sss1 = (xc - x5 + xd2 - xd) * (y5 - yd) / 2 + (xd2 - xd) * (yd - yb) / 2
sss4 = (x4 - x3 + xa1 - xa) * (25 - ya) / 2 + (yd - ya) * (xa2 - xa1) / 2 - (yb - ya) * (xb - xa) / 2
xb0 = 137 + 2.5 * (yb - 45)
xh1 = 137 + 2.5 * (h1 - 45)
xh2 = (xa - xb) * (h1 - yb) / (ya - yb) + xb
sss2 = (xb - xb0) * (yd - yb) / 2 + (xb - xb0 + xh2 - xh1) * (yb - h1) / 2
g1 = sss1 * gan
g2 = sss2 * gan + (sss4 - sss2) * hu End If
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If Option1.Value = True Then '加上地震条件，地震按7度
设防
kh2 = 1.5 * (y1 + yb + yd) / 3 / y5 + 1 kh1 = 1.5 * (yb + yd + y5) / 3 / y5 + 1
pd1 = 0.1 * 0.25 * kh1 * g1 pd2 = 0.1 * 0.25 * kh2 * g2 Else pd1 = 0 pd2 = 0 End If
For k = 1 To 3 Step 0.01 '假设不同的K值试
算过程
f1 = Tan(θ1) / k f2 = Tan(θ2) / k f3 = Tan(θ3) / k fi1 = Atn(f1) fi2 = Atn(f2) fi3 = Atn(f3)
p1 = (g1 * Sin(β - fi1) + pd1 * Cos(β - fi1)) / Cos(β + φ - fi1 - fi3)
p2 = (g2 * Sin(fi2 - α) + pd2 * Cos(fi2 - α)) / Cos(fi2 + fi3 - α - φ)
p1 = Abs(p1) p2 = Abs(p2)
pp = Abs(p1 - p2) / p1 ppp = Abs(p1 - p2) / p2
If (pp <= 0.05) And (ppp <= 0.05) Then '记录下试算结果即不同滑块的安全系数
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kc = 5
If kc > k Then kc = k xxa = xa yya = ya xxb = xb yyb = yb xxc = xc yyc = yc End If GoTo 20
End If
Next k 20 Next n 10 Next m Next j Next I
Print \"A(\"; xxa; \\
Text2.Text = Val(kc) End Sub
Private Sub Command2_Click() Text1.Text = \"\" Text2.Text = \"\" Option1.Value = False Option2.Value = False End Sub
Private Sub Command3_Click() End End Sub
Private Sub Form_Load() Option1.Value = False Option2.Value = False
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End Sub
6.5.3 工况选择与稳定计算成果
稳定计算中需选取不利工况和不利部位进行稳定计算，本设计中对上下游坡分别计算以下几种工况下的安全系数：
上游坡：1）2/3坝高水深H = 57.0 m ； 2）正常蓄水位2828.8m ； 3）正常蓄水位＋施工期； 4）正常蓄水位＋地震；
5）设计洪水位 6）设计洪水位+地震
计算以上几种工况下的上下游坝坡的最小安全系数，计算成果见表6-6。
表6-6 各种工况上下游坝坡稳定计算成果
工况 正常蓄水位2828.8m 上 游 坡 正常蓄水位＋施工期 正常蓄水位＋地震 设计洪水位 设计洪水位+地震 2/3坝高水深H = 57.0 m 最小安全系数 2.02 2.92 1.91 2.14 2.03 2.35 6.5.4 稳定成果分析
主要建筑物土坝的等级为Ⅱ级，查规范可知其坝坡抗滑稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件下不低于1.25，非常运用条件Ⅰ时不低于1.15，非常运用条件Ⅱ时不低于1.05。
表6-6中各工况下的安全系数均满足要求，且坝坡的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以节省工程量。但鉴于进行稳定计算时所作的假设条件可能与实际不符等因素，故而不改变坝坡，维持原拟定剖面尺寸不变。
6.6 大坝基础处理
相对于混凝土坝而言，土石坝对地基的要求是较低的。但从解决地基渗漏、承载力、振动液化等问题考虑，通常需对不同地基采用不同的处理方案，从而使土石坝建设经济合理，安全可靠。设计中考虑到施工方便的原则，河床段与河岸段地基采用同样的处理方案。
6.6.1 防渗方案选择。
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根据坝高、坝型、水库的用途及坝基地质条件，通过技术比较优先考虑垂直防渗方案。砂砾石层深度在15m以内宜用明挖回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床段的冲积层与河岸坝肩两岸的覆盖层及全风化岩平均深20m,最大达32m，如采用粘土截水墙方案则造成施工困难，因此不予采用；河床有孤石，采用钢板桩造价较高，经济上不合理也不予采用；砂砾石坝基的性质与级配不确定，是否适合帷幕灌浆以及帷幕灌浆的防渗效果不能保证。
混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于本工程河床处覆盖层较厚的情况比较合适，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0.90m。
防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部则与心墙连接。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，两侧填以高塑性粘土，伸入心墙的厚度已确定为8m，底部嵌入基岩1.0m，尖劈顶宽0.25m（详见6.7细部构造设计部分）。
6.6.2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，满足拉应力、压应力、剪应力等各项强度指标；要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离折现象，而且能在水下施工。
防渗墙布置与心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一点好，综合考虑混凝土防渗墙布置于心墙底面中心偏上0.45m处。
6.7 细部构造设计
6.7.1 防渗体和排水设施
坝体防渗体为心墙，心墙上下游设反滤层；坝基防渗体为混凝土防渗墙；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；上下游戗道与坝坡交接处也设置排水沟，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，细部构造见图。
6.7.2 反滤层设计
在渗流出口与进入排水处，渗透坡降较大，流速较高，土壤易发生渗透变形。
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为防止土体在渗流作用下发生渗透变形，在坝壳与防渗体之间、排水与坝体之间须设置反滤层。 6.7.2.1设计标准
（1）被保护土为无粘性土料，且不均匀系数Cu≧5-8时，其第一层反滤层的级配应按下式计算确定：
D15/d85 ≤ 4～5
D15/d15≧5
式中：D15为反滤料粒径，小于该粒径土占土总重的15%；d85为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%；d15为被保护土粒径，小于该粒径土占土总重的15%。
对于以下的情况，按下列方法处理后，仍可以用上面的方法来判断选取反滤层：
对于不均匀系数Cu>8的被保护土，宜取Cu≦5-8的细粒部分的d85、d15作为计算粒径；对于级配不连续的被保护土，应取级配曲线平段以下（一般是1-5mm粒径）细粒部分的d85、d15做为计算粒径。（本设计的土料属于这种情况。）
当第一层反滤层的不均匀系数Cu>5-8时，应控制大于5mm的颗粒含量小于60%，选用5mm以下的细粒部分的d85、d15作为计算粒径。
（2）当被保护土为粘性土时，其第一层反滤层的级配应按下列方法确定： ①滤土要求
根据被保护土小于0.075mm颗粒含量的百分数不同，而采用不同的方法。 当被保护土含有大于5mm颗粒时，应按小于5mm颗粒级配确定小于0.075m颗粒含量百分数，及按小于5mm颗粒级配的d85作为计算粒径。当被保护土不含大于5mm颗粒时，应按全料确定小于0.075mm颗粒含量的百分数，及按全料的d85作为计算粒径。
对于小于0.075mm颗粒含量大于85%的土，其反滤层可按下式确定： D15≦9d85
当9d85≦0.2mm时，取D15等于0.2mm。
对于小于0.075mm颗粒含量为40%-85%的土，其反滤层可按下式确定： D15≦0.7mm（本设计的土料属于这种情况）
对于小于0.075mm颗粒含量为15%-39%的土，其反滤层按下式确定： D15≦0.7mm+（40-A）（4d15-0.7mm）/25
式中 A---小于0.075mm颗粒含量，%。若4d85≦0.75，应取0.7mm。 ②排水要求
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D15≥4d15
式中的d15应为全料的d15，当4d15<0.1mm时，应取D15不小于0.1mm。 ③反滤料D90（下包线）和D10（上包线）粒径宜符合一定的关系 本设计中的D10<0.5mm，故D90≥20mm
选择第二、第三层反滤料时也按以上方法确定。但选择第二层反滤料时，以
第一层为被保护土；选择第三层时以第二层为被保护土；以此类推。根据这些原则设计各个反滤层。
反滤层的厚度应根据材料的级配，料源，用途等情况综合确定。水平反滤层的最小厚度可采用30cm，垂直或倾斜的反滤层的厚度可采用50cm。采用机械化施工时，最小的水平厚度视施工方案而定，但不宜小于30cm。 6.7.2.2设计结果：
防渗体部位：第一层D15=0.12mm厚20cm；D90=20mm。 考虑采用砂壳作为第一层反滤料的第二层反滤料。
D15=0.8mm，换算得D15=0.8*0.43/0.6=0.57，画出第一层反滤料的颗粒级配曲线，得d85=15mm，d15=0.12mm，换算得d85=15/1.2=12.5，d15=0.1。
最终满足 D15/d85 ≤ 4～5
D15/d15 ≥ 5 所以只设一层反滤层。
排水部位： 第一层 d50=30mm 斜向： 厚50cm 水平：厚30cm
第二层 d50=90mm 斜向： 厚50cm 水平：厚30cm
6.7.3护坡设计
土石坝上游护坡的作用是为防止波浪淘刷、漂浮物损害和顺坝水流冲刷等危害；下游坡主要为了防止雨水冲刷。
上游护坡采用干砌石，该型式护坡抵御风浪的能力较强，砌石层厚0.58m，下设0.2m碎石垫层以防水流淘刷；下游坝面直接铺上0.2m的碎石作为护坡。上游护坡上做至坝顶，下做到死水位以下6m，死水位为2796m，做至2790m 高程；下游护坡由坝顶做到排水棱体顶部。
6.7.4 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。坝顶上游侧设拦杆，高1.5m，墙底部埋入坝内，
与心墙顶部相连，呈“L”形，由于所受风浪压力较小，故不设防浪墙。构造见图。
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沥青地面 干砌石厚58混泥土桩30×30@1000.5：2碎石垫层粘土混泥土截水沟40×40碎石护坡：2.25坝顶布置
30020cm碎石垫层坝体浆砌石岸坡岸坡排水 戗道1:11:1碎石垫层上游护坡详图 word文档 可自由复制编辑
高塑性粘土11:柔性薄钢板沥青混凝土充填11:防渗墙与心墙连接1:111:
坝坡横向排水 碎石护坡浆砌石坝坡纵向排水 word文档 可自由复制编辑
20碎石护坡反滤层棱体排水
第七章 泄水建筑物设计
7.1 泄水方案选择
由于坝址地带河谷较窄，山坡陡峭，山脊高，且无天然垭口，如采用明挖溢洪道方案，开挖量大，造价较高，故采用了隧洞泄洪方案，隧洞布置于右岸。考虑到隧洞造价较高且施工困难，采用“龙抬头”无压泄流的形式与施工导流洞结合的型式。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。
7.2 泄水隧洞选线与布置
隧洞从进口到出口存在平面上和剖面上选线与定位问题。它关系到工程造价和运用可靠性，应根据隧洞的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置以及对周边环境影响等因素，在勘测基础上，拟定不同方案进行技术比较选定。
本工程中枢纽布置于河弯地段，从地形上来看，左岸山坡陡于右岸山坡，若布置隧洞则其出口处偏离主河道太远，水流条件不好，所以隧洞应该布置于右岸；从地质来看该山梁除了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，岩体中夹杂几条破碎带，但走向大多数与隧洞轴线成较大角度。因此将泄洪隧洞、放空洞以及引水发电隧洞布置于右岸凸出的山梁中。
7.3 隧洞的体型设计
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7.3.1 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，堰顶设闸门控制泄流。 7.3.1.1进口喇叭口。
平面上不扩散，而立面上洞顶以椭圆方程x2/162 + y2/42 = 1连接。 7.3.1.2进口堰面曲线（以堰顶为坐标原点）
采用WES型堰面曲线，方程为：x1.85 = 2.0Hd0.85y，式中定型设计水头Hd = 11m。堰顶上游段为椭圆曲线： x2/(aHd)2 + (bHd – y)2/(bHd)2 = 1其中a=0.3,a/b=0.87+3a。为不影响泄流能力，堰高取10m。 7.3.1.3闸门型式与尺寸
工作闸门及检修闸门均采用平板门，设在进口处。闸门宽7m，高13m（正常水位减堰顶高程加浪高）。
7.3.2 洞身断面型式和尺寸
本工程隧洞为无压泄流隧洞。根据水流条件、工程地质条件和施工运行条件，决定采用城门洞型断面。这种断面便于开挖和衬砌，水面线以下可获得较大的矩形过水断面。
调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸为7m×14m（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，12.425+1.53=13.955m,取14 m），由于水流经堰顶后马上跌落，所拟洞宽不变，为防止流态恶化，出现负压现象，坡角宜在40º～50º范围内，设计采用堰面的直线段为1：1即坡按cos45º折减，则洞身尺寸为：7.0m×10.5m。与直线段相衔接的反弧段半径R，参照以往工程取为60.0m。
7.3.3 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，较大的冲刷坑不会影响大坝及电站的安全运行，且地质条件容许，因而采用挑流消能。由于隧洞出口宽度小，单宽流量大，所以在出口处设置扩散段。见图7-32。
鼻坎的型式与参数：设计采用平顺连续式挑流鼻坎。鼻坎高程应高出下游最高水位1～2m，以利于挑流水舌下缘的掺气。校核洪水位时下游最高水位2755m，因此鼻坎高程定为2756m。反弧半径R过小时，水流转向不够平顺，使挑距较小；
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过大时，又使鼻坎下游延伸太长，增加工程量。根据我国的工程实践和试验研究，采用挑射角α=25º，由此可推算出反弧半径R=64m。
7.4 隧洞水力计算
设计中要求隧洞为无压泄流。为保证洞内稳定的明流状态，不出现忽而无压流、忽而有压流的明满流过渡流态，需进行水力计算。先确定平洞段底坡，然后进行水面线计算，高流速洞还应考虑掺气影响，掺气水面以上要有足够的净空；出口段应计算挑距L及冲刷坑深度tk，根据这两个参数来判断其对工程的影响。
7.4.1 设计条件
本工程运行中，设计水位：设=2830.275m，设计泄洪流量：Q泄= 530 m3/s
校核水位：校=2831.425m，校核泄洪流量：Q泄= 610 m3/s
堰顶高程∩=2819.0m，堰高P=10.0m。
因在下泄校核洪水时也应满足各项要求，因此对校核情况进行水力计算。
7.4.2 平洞段底坡
计算得到临界坡降ic = 0.00589。由于泄流时水流流速较大，为不影响隧洞的泄流能力，隧洞常用稍大于临界坡降的陡坡。设计采用底坡i=0.006。
7.4.3 洞内水面曲线
T0hc0
q22g2hc0
2由 式中：
T0——堰前总有效水头；
——流速系数；取0.95
hc0——反弧段最低点水深。
计算得平洞起始断面（反弧段最低点）水深 hc0 = 2.36m。
以反弧段最低点为起始断面，采用分段求和法计算水面曲线：
h2h1vvv– (2i )L 2g2gCR21222word文档 可自由复制编辑
依次向下游计算得出平洞段水面曲线，见表7-1。
表7-1 平洞段水面曲线
l(m) h (m) 0.00 2.36 84.45 2.60 153.84 2.80 222.35 3.00 290.00 3.20 350.00 3.38 由于隧洞泄流时流速较大，应次必须考虑高速水流掺气的影响。掺气后的水深按以下公式计算：
ha = h+△h
v2 △h=kh
gR式中： V、R——为不计掺气时断面的平均流速和水力半径； ha——考虑掺气后的水深。 k——掺气系数取0.008
计算得掺气后平洞段的水面曲线见表7-2。
表7-2 掺气后水面曲线
l(m) h (m) 0.00 4.22 84.45 4.20 153.84 4.22 222.35 4.28 290.00 4.36 350.00 4.45 为保证洞内为明流，水面线以上应留有一定的净空，按规范要求高流速泄流隧洞掺气水面以上的净空为洞身面积的15%～25%。出口处水面线上净空为37.04 m2，大于25%的净空面积为17.06 m2的要求，因此洞身断面满足要求。由于设计中泄流隧洞考虑与导流隧洞相结合，导流期的流量较大，留有一定的富裕是应该的。
7.4.4 出口消能计算
7.4.4.1扩散角
为减小单宽流量，减轻下游冲刷，利于消能，隧洞出口采用扩散段布置。为防止高速水流脱离边壁而发生空蚀，扩散角不宜过大。设计中采用以下公式来控制：
tg≤ 1 / K Fr
式中：θ——扩散角；
Fr——弗劳德数，Fr = V / gh，V、h为扩散段起始断面处流速和水深；
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K——经验系数，可取1.5～3.0 本设计取K=2.0
最终确定扩散角θ = 5º，扩散段布置见图7-51。 7.4.4.2挑距计算
挑距L可用下面公式估算公式：
L12vsincosvcosv2sin22gh1h2g
式中：L——挑距（m），鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离； V1——坎顶水面流速（m/s），可取为坎顶平均流速的1.1倍； α——鼻坎挑射角度；
h1——坎顶平均水深h在铅直方向投影，即h1 = h·cosα ； h2——坎顶至河床表面高差； g——重力加速度。
计算得出挑距L为69.013m。 7.4.4.3冲坑深度
冲坑稳定深度tk与水流冲刷能力和河床抗冲能力有关，采用以下估算公式： 式中：t——下游水位；
H——上下游水位差；设计中，考虑到隧洞较长，沿程水头损失很大，H以坎顶水流的总有效水头计算；
Kr——冲刷坑系数。对于坚硬岩石取Kr=0.9～1.2；坚硬但不完整岩石Kr =1.2～1.5；软弱破碎的岩石Kr=1.5～2.0。设计中取Kr=1.2。
计算得出最大冲刷坑深度为tK =25.72m。 7.4.4.4计算结果分析
L/ tk = 69.013/25.72=2.68
安全挑距以确保冲坑不会危及建筑物的安全,一般安全挑距约为冲刷坑深度的2.5～5.0倍。本设计中冲坑离鼻坎边界的挑距L =69.013m,L/ tk =2.68＞2.5满足设计要求。
tkkrq0.5H0.25t
7.5 隧洞的细部构造
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7.5.1 洞身衬砌
7.5.1.1衬砌型式
本工程无压泄流隧洞流量大、流速高，采用城门洞形断面，整体式单层混凝土衬砌。 7.5.1.2衬砌厚度
衬砌厚度一般为洞径或洞宽的1/8～1/12。根据工程经验最后取为0.9m。
7.5.2 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引起的裂缝，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。
隧洞通过断层破碎带部位，衬砌加厚到1.5m；为防止水平位移和不均匀沉陷造成的衬砌破裂，衬砌突变处设永久横向沉陷缝。
7.5.3 灌浆、防渗与排水
为充填衬砌与围岩之间的缝隙，改善衬砌结构传力条件和见效渗漏，在洞顶部进行回填灌浆，孔距10.0m，孔径0.2m，孔深4.0m。
另对围岩进行固结灌浆，以加固衬砌的围岩，提高整体性与岩石承载能力，减少渗漏。
回填灌浆与固结灌浆孔间隔布置，详见附图。
从地质图上看地下水位较高，因此在洞面水面线以上设置穿过衬砌的径向排水孔，孔径0.2m，孔距4.0m，孔深4.0m；并在隧洞底部设置纵向排水管，管径0.2m。见图7-1
7.5.4 掺气槽
在反弧段与1：1直线段衔接之前的直线段上及其反弧段末端后平洞段设置掺气槽，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7-2。
7.5.5 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，详见图。
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7.6 放空洞设计
水库放空要求降至2770.0m高程，由于泄洪隧洞进口高程较高（2819.0m），因而另设放空洞，放空洞中后部与泄洪洞相结合。
止水片沉降缝伸缩缝伸缩沉降缝详图A放大图伸缩沉降缝
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锚筋Φ200mm@5000mm保护范围50m1:101:2隧洞锚筋掺气槽
第八章 施工组织设计
8.1施工导流计划
8.1.1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，不宜采用导流明渠，涵管的泄流能力又有限。坝址右岸利于布置隧洞，山岩大部分为坚硬玄武岩，故采用隧洞导流方案。
鉴于河床冲积层较深，岩基处理工程艰巨，时间长，为降低临时工程的投资，加快施工进度，将上游围堰与坝体结合，施工导流隧洞与泄洪隧洞结合。
8.1.2施工分期
本工程拟定工期为4年左右。采用隧洞导流方案，土坝施工分四期进行。 （1）截流前，完成导流隧洞工程，并做好截流准备工作。
（2）截流开始，在围堰的保护下，包括清水，清基，防渗墙施工。汛期来到之前将围堰抢修到拦洪水位以上，有余力则进行一部分坝体填筑。
（3）拦洪后填筑大坝到开始封孔蓄水。
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（4）封孔以后大坝继续升高至设计高程。
8.1.3导流工程规划布置
隧洞及围堰型式和尺寸的选择，是个技术经济问题，本应拟定多种方案进行比较，选择导流隧洞及围堰造价最小的隧洞尺寸及围堰高程，因资料有限，这里只做一个方案。
由于设计时将施工导流隧洞与永久隧洞结合，将两者的断面尺寸设计成相等上是比较经济的。如果按这个尺寸进行调洪演算，得出上游水位（拦洪水位）太高以至超过上游围堰的填筑能力，应加大隧洞的断面尺寸。
（1）隧洞断面型式尺寸及布置。
泄洪洞断面为城门洞型，宽7m，高10.5m。隧洞底坡i=0.006，进口高程2752.1m，出口高程为2750.0m。为使流态较好，进口布置成直线，设置喇叭口，并与明渠相连。
（2）调洪演算。
上游拦洪围堰为坝体的一部分，因此采用施工期拦洪渡汛标准。拦洪时所形成的库容为1.0亿-0.1亿m3之间，设计洪水重现期为100-50年。本设计将设计洪水频率定为1%，则Q1%=1680m3/s。下游围堰按临时性建筑物选用洪水标准，按规范采用5%洪水，Q5%=1180m3/s。
对1%，5%洪水按洪峰流量控制进行放大，得出相应的洪水过程线，进行调洪演算，得到1%洪水时的拦洪水位为2774.4m，下泄流量为1070m3/s（虽大于900m3/s的安全泄量，但是因为在施工期间，工程未发生效益，可认为是容许的）。5%洪水时的拦洪水位为2770.9m，下泄流量为970m3/s。
（3）围堰主要型式、尺寸及布置
本工程采用围堰拦洪，为全年挡水围堰。鉴于当地砂砾料丰富，上游围堰作为坝体的一部分，因而上下游围堰均采用砂砾石粘土斜墙围堰。经过调洪演算，对于1%洪水，隧洞下泄一部分流量后上游水位雍高为2779.2m，加一定的安全超高后，得上游围堰顶高程为2776.0m（安全超高取1.60m>0.7m，考虑到坝体的沉陷取较大的安全超高）；下游围堰采用5%的洪水标准，经过调洪演算得下泄流量为970m3/S，相应的下游水位为2755.6，加1.4m的安全超高后的高程取为2757.0m。
考虑到施工的要求围堰的顶宽取为8m。考虑边坡稳定的要求，尤其是上游围堰作为坝体的一部分，围堰的上下游边坡要求更高。防渗铺盖的尺寸经过渗流计算确定。通过渗流计算，可以得出上游围堰的上游铺盖长200m，铺盖厚4m。上游围堰的上游粘土斜墙的坡度：外坡1：3.5，内坡1：3.0；下游沙砾料的坡度1：
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2.0。下游围堰的上游坡坡度：1：2.0，下游侧外坡1：3.0，内坡1：2.5。见图8-11
正常设计校核：：：Ⅱ围堰坝体：粘土：砂砾Ⅲ：： 图8-11 大坝施工分期图
上游围堰作为坝体的一部分把基坑全部包围起来。下游围堰不作为坝体，布置在离坝不远而河床又比较狭窄的地方，还考虑离开导流洞出口一定的安全距离。
粘土铺盖围堰坝体1：2.0上游围堰剖面图
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粘土：2.0：2.5：3.0下游围堰剖面图（1：500）图8-12 围堰断面型式尺寸（单位：）8.2 施工控制性进度
8.2.1.大坝施工控制性进度
本工程拟定2008开工，从截流开始到大坝开始填筑完毕计4年，在现有的施工能力及保证质量的前提下，尽可能缩短工期，提早发挥效益。
（1）截流和拦洪日期
针对该河流的水文特性，11月开始流量明显下降，此时水深只有1.0m左右，
因此，设计截流日期定为2009年11月1-15日，实际施工中，根据当时的水文、气象条件及实际水情进行调整。
2010年5月洪水期开始，围堰开始拦洪，围堰上升速度应以抢修到拦洪水位以上为原则。
（2）封孔及发电日期
鉴于流量资料不足，为安全着想在大坝上升至泄洪隧洞进口高程以后进行封
孔蓄水。心墙坝填筑要求粘土与砂砾同时上升，施工进度由粘土上升速度控制。按每月5m/月的速度上升，至泄洪洞高程（2819m）需14个月，即到2011年6月。因此封孔蓄水日期定为2011年7月1日。实际的发电日期根据当时水文、气象条件及水情进行调整。
水库蓄水过程一般按80%-90%的保证率的流量过程线来预测。初始发电水位为70%工作水深。根据计算从7月1日封孔蓄水，到8月底即可蓄到初试发电水位，因此第一台机组发电日期定为2011年9月1日，实际发电日期根据当时水文，气象条件及水情进行调整。
（3）大坝竣工日期
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按5m/月的速度上升，在2011年底实现大坝填筑完成。 大坝控制性进度图即大坝上升图见图8-21
年年年年年枯水期洪水期枯水期截流洪水期拦洪枯水期洪水期封孔发电枯水期导流隧洞开挖围堰坝肩处理排水防渗施工溢流坝高程坝顶高程初始发电水位结束工作水位围堰坝体水位上升水位
图8-21 大坝控制进度图
8.2.2.施工顺序安排
（1）明确控制点
截流、拦洪、封孔、发电。
（2）截流前应完成的工程（导流隧洞工程）。
其中隧洞进出口名挖一般为2-4个月；洞身开挖：日平均进尺2-3m（视施工条件而定），月平均进尺50-70m；隧洞混凝土衬砌，可与开挖同时进行。为避免干扰和安全需要，一般落后于开挖面50-70m；回填灌浆在混凝土衬砌以后，不早于15天，不迟于30天内进行，固结灌浆在回填灌浆后一星期进行；导流时，洞身衬砌应有足够的强度。
（3）截流以后拦洪以前（汛期）应完成的工程。 围堰工程及排水；基础开挖及防渗墙施工。
（4）与封孔蓄水有关的工程
上游移民，工程设备拆迁，库内清理等工程；引水隧洞工程，按进口段明渠开挖、洞身开挖、洞身进口混凝土、衬砌及进口设备安装；基础处理工程应保证蓄水；完成溢洪道工程，保证蓄水或泄水；大坝进度必须赶在洪水前面。
（5）发电前应完成的工程
引水系统及厂房工程；开关站、机电设备安装。
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