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时间：2015-10-19 05:58
L土石坝设计说明计算书_甜梦文库
L土石坝设计说明计算书
L 土石坝设计说明书学 生：指导老师: 三峡大学水利环境学院摘要: 鲤鱼塘水库工程位于重庆市开县境内，地处长江三峡区段小江流域的二级支流桃溪 河上游。工程效益以发电为主，兼防洪、航运、养殖和工业供水等综合效益。枢纽包括土 石坝、开敞式溢洪道、厂房等。设计过程中综合考虑了坝趾处的地形、地质及气候等条件。 本课题进行 L 水利枢纽的设计，其深度接近可行性和初步设计之间。主要完 成调洪演算，枢纽布置设计，大坝断面设计，泄洪设施的设计，并完成相关 计算。 Abstract: LiYuTang project is located at chongqing kaixian, located in the TaoXi river which is the tributary of Yangtze river .The project built mainly for power, with secondly benefits for flood prevention and Irrigation, shipping, cultivation and industrial water supply and so on combined earnings. The key works of the project includes the earthfill dam , spillway , plant. Engineers consider the combination of the climatic and geological characteristic of the site during the design process . The subject of the hydraulic complex design of L, and its feasibility and preliminary design of the depth between the close. Main completed flood routing, layout of hydraulic complex design ,dam section design ,the design flood release structure,And complete the related calculation . 关键词：调 洪 演 算 枢纽布置 大坝断面 泄洪设施 dam section floodKeywords: flood routing release structurelayout of hydraulic complex1 前言毕业设计目的主要是巩固、加深和扩大所学的基本理论和专业知识，并使之系统化； 培养综合运用所学知识解决工程实际问题的能力和独创精神；初步掌握设计工作的步骤和 方法，在计算、绘图、编写文件等方面较全面的锻炼；通过工程设计使之学习正确的设计 思想，培养对未来从事事业的高度责任感和事业心。 毕业设计将课本理论知识与工程实际有效结合在一起，提高我们应用知识能力，锻炼 了我们处理问题的能力，培养了我们对待问题的科学严谨的态度，与人合作的能力，同时 也为我们即将走入工作岗位打下基础。设计既要全面，又要有重点深入部分。本次开县鲤 鱼塘水库大坝的设计深度接近于可行性设计阶段，并重点深入坝体剖面设计、调洪演算、 坝体稳定计算、坝体渗流计算等。 我所设计的题目是 L 土石坝坝枢纽设计――粘土斜心墙坝方案。通过对坝轴线选择及 对枢纽布置的情况，并根据施工简便，经济合理等因素分析，确定采用粘土斜心墙方案。 对坝顶高程、坝顶宽度、上下游边坡、马道和细部构造中的护坡、反滤层以及排水结构的 说明计算满足设计规范。采用粘土心墙土石坝渗流计算以及计及折线滑动法进行土石坝的 稳定计算等。溢洪道中的引水渠、控制段、泄槽段以及出口消能和尾水渠的布置也都符合 设计标准。 因此，整个毕业设计过程不仅是一个很好的复习过程，也是一个很好的学习过程，使 我的专业知识在原有的基础上有了新的提高，更使我对水利工程设计的过程有了全面的了 解。2 1 工程概况1.1 流域概况桃溪河位于重庆市开县境内，地处大巴山南麓的长江三峡区段内，在东经 108?08?~108?23?，北纬 31?08?~31?30?之间，属小江水系南河的支流，发源于开县梓潼乡北 关村峭壁梁，河流呈南北向，东邻小江正源东河，西北面与渠河水系前河相接。上游支流 发育，主源麻柳河自北向南流经鹿硐、麻柳，于三溪口纳入紫水河、马场河后始称桃溪河， 再经正坝、桃溪、双柏、镇安镇注入南河，河流全长 65km，流域面积 592.3km2，平均坡降 11.6‰。 桃溪河流域地势北高南低，属中低山侵蚀剥蚀地貌，山岭大致呈西南―东北向，河流 横切山脉穿行而出，山峰一般海拔高程 800m~1200m，个别高达 1400m。正坝上游属山区， 两岸山峰林立，河谷深切，基岩裸露，滩多流急，多跌坎，沿河岸耕地相对较少，植被覆 盖良好；正坝以下为桃溪河的中下游地带，属中低山地貌，以烈马山为代表，其海拔高程 约 500m~800m；再下游河谷逐渐开阔系丘陵地貌，两岸一级阶地发育，间有灌木丛林和低 矮林木分布，此地段也是农作物种植区，植被常遭破坏，水土流失较为严重。 鲤鱼塘工程坝址位于三溪口下游约 1.5km 处的小黑滩，下距正坝镇约 5km，控制集水 面积 235.8km2，坝址以上河长 31.8km，河道平均坡降 12.3‰。于 1994 年 10 月为鲤鱼塘 工程设立正坝专用站，观测水位，1995 年 2 月开始测流，控制集水面积 238km2。1.2 水文气象桃溪河流域属亚热带湿润季风气候区。具有冬暖夏热干燥，秋绵雨夏秋短的特点，多 年平均气温 18.6℃，极端最高气温 42℃，极端最低气温-4.5℃。流域内降雨量充沛，经统 计流域多年平均年降雨量 1400mm 左右，坝址以上流域平均年降雨量 1404mm，降雨强度 由南西向北东递增，暴雨中心常出现在上游梓潼乡一带，是雨量的高值区，多年平均降雨 量高达 1600mm~1800mm， “”暴雨，实测最大 24h 降雨量达 232.3mm， 如 72h 降雨量 278.2mm。正坝以上
年月、年平均降雨量见下表 1-1。3 表 1-1正坝以上流域月、年平均降雨量表各月平均降雨量 一 23.1 二 24.3 三 四 五 六 七(mm) 八 九 十 十 一 十 二 26.3年平均 降雨量 (mm) 1404.961.1 109.3 170.0 178.9 241.6 174.3 190.3 117.8 58.6雨的由表可见，流域降雨量大部分集中在 4~10 月，约占全年降雨量的 84.1%，尤以 7 月份最为集中，且降雨强度大，是流域大暴多发季节。1.3 径流桃溪河径流主要由降雨形成。据正坝站
年四年实测资料分析，径流年内分 配与降雨特性一致，每年 4~10 月为汛期，11 月~3 月为枯水季节，一般汛期径流量占年径 流量的 86.8%，其中尤以 7 月份最多约占年径流量的 22.3%。由 4 年实测资料统计多年平 均流量 6.52m3/s，年径流量 2.06 亿 m3，相应多年平均年降雨量 1291.5mm。本流域实测资 料系列短，代表性不强，故坝址径流参证邻近流域清溪站实测资料进行插补。1.4 泥沙坝址以上河流为山溪特性峡谷型河流。河长 31.8km，i=12.3‰，坝址上游 1.5km 处 有紫水河、马场河汇入，两河集雨面积为 47.22km2，约占坝址以上集水面积的 20%，由于 河床坡降大，岸坡多由红色砂岩、泥岩互层组成加之库区处在著名的大巴山暴雨区，暴雨 强度大，历时短，岸坡植被因为人类活动，开垦种植而不断受破坏。洪水来时夹带大量泥 沙，是水库泥沙的主要来源。 坝址以上流域年悬移质输沙模数宜采用长委荆江局成果，但悬沙容重由 1.0 t/m 改取 1.3 t/m3，则鲤鱼塘水库悬移质输沙模数为 1591 t/km2，相应水库悬移质输沙量为 37.52 万 t。推沙与悬沙比为 0.2，计算推移质输沙量为 7.50 万 t，全年水库输沙总量 45.02 万 t。31.5 地质状况工程区所处大地构造单元为扬子准地台中部，四川台坳东段，区内构造以褶皱为主，4 其轴线多呈向北西突出的弧形，总体走向为北东向或北东东向。本区新构造运动的特点是 以缓慢的间歇性抬升为特征。据历史地震资料，区域内未发生过中强地震，与工程区距离 最近的地震发生在云阳―奉节一线， 43 ? MS ? 3.0 ，震中距工程区直线距离达 70km。另 4据 1965 年~1974 年地震观测资料， 区内仅发生过 7 次微弱地震， 震中多分布于本流域之外， 震级小于 3.6 级，工程区附近数百公里范围内无强震中分布。根据三峡工程及邻区近 20 年（1960 年~1980 年）的区域地形变资料，本区为地壳变化平缓的稳定区。又据三峡工程 及邻区人工地震测深、布格重力异常图及航磁测量成果，反映本区位于 M 面及布格重力异 常和磁异常平缓区，深部基底结构完整，属稳定的地壳结构型式。经查《中国地震烈度区 划图》 （1/400 万，1990） ，本区地震基本烈度小于Ⅵ度。2 设计基本资料2.1 开发任务和综合利用要求鲤鱼塘水库工程的开发任务是以农业灌溉、 开县新城供水为主， 兼有发电等综合利用， 同时为安置三峡水库移民创造有利条件。2.2 水文、气象表 2―1 水文气象资料表多年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 坝址多年平均降雨量 多年平均风速 最大风速 多年平均最大风速 坝址多年平均流量 坝址多年平均径流量18.6℃ 42℃ -4.5℃ 1424mm 0.8m/s 24m/s 13.5m/s 5.28m3/s 1.66 亿 m35 多年平均输沙量 多年平均含沙量 各频率设计洪水的洪峰流量和洪量见表 2-2表 2-245.02 万 t 2.71kg/m3各 频 率 设 计 洪 水 成 果 表频率 P 洪峰流量 Qm 一日洪量 W1 三日洪量 W3% m3/s 万 m3 万 m30.05 830.1 831 263.3 185 4110 6320 870 2.3 水利动能主要指标表 2-3 水利动能主要指标表正常蓄水位 死水位 装机容量（坝后电站/跌水电站） 机组台数（坝后电站/跌水电站） 单机容量（坝后电站/跌水电站） 最大发电流量（坝后电站/跌水电站） 多年平均发电量（坝后电站/跌水电站） 年利用小时数（坝后电站/跌水电站）450.00m 405.00m kW 3/3 台 kW 13.4/12.4m3/s
万 kW?h h2.4 特征水位、相应库容及泄量表 2―4 特征水位、相应库容及泄量资料表正常蓄水位 正常蓄水位以下库容450m 9826 万 m36 设计洪水位 设计洪水位时泄量 相应下游水位 校核洪水位 总库容 校核洪水位时泄量 相应下游水位 死水位 死库容 水库坝前淤沙高程（50 年/100 年） 水库最大吹程450.1m /s 362.36m 451.52m 10421 万 m3 /s 363.03m 405.00m 1540 万 m3 389.94/401.90m 0.9km2.5 地震烈度表 2―5 地震烈度资料表坝区地震基本烈度 地震设防烈度&6 度 6度2.6 材料容重表 2―6 材料容重资料表水 混凝土 钢筋混凝土 碾压混凝土 淤沙浮容重1.0g/cm3 2.4g/cm3 2.5g/cm3 2.35g/cm3 1.2g/cm37 3 枢纽布置3.1 工程等别和标准鲤鱼塘水库正常蓄水位 450m，水库相应库容 9826 万 m3，总库容为 10431 万 m3。水库 灌溉总面积 24.28 万亩，城镇年毛供水量 4845 万 m3，坝后及跌水电站总装机容量 1.5 万 kW。根据中华人民共和国《防洪标准》 （GB50201-94）的规定，本工程属Ⅱ等大⑵型水利 工程。 主要建筑物级别：大坝和泄水建筑物为 2 级建筑物，输水隧洞、电站厂房和灌溉、供 水建筑物为 3 级建筑物，临时建筑物为 4 级建筑物。 洪水标准：挡水和泄水建筑物设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准：土石坝方 案为 2000 年一遇，重力坝方案为 1000 年一遇。电站厂房、引水隧洞设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准为 200 年一遇。总干输水隧洞和灌溉、供水的主要建筑物的设计洪 水标准为 30 年一遇，校核洪水标准为 50 年一遇。3.2 坝轴线选择选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析 比较来选定。 坝址应选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。附近有丰富的 筑坝材料，便于布置泄水建筑物。在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段，把坝布置在弯道 上，利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定，并采取排水灌浆等相应加固措施，应尽量避免将 坝址选在工程地质条件不良的地段。如活断层含形成整体滑动的软弱夹层，以及粉细砂、 软粘土和淤泥等软弱地基上。坝轴线一般宜顺直，如布置成折线，转折处山曲线连接。如 坝轴平面形成弧形，最好试凸向上游，如受地形限制，不得凸向下游，曲度应小些，防渗 体不要过薄，以免蓄水后防渗体产生拉力而出现顺水流方向的裂缝。 应尽量选在河谷的狭窄段。这样坝轴线短，工程量小，但必须与施工场地和泄水建筑 物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。坝基和 两岸山体应无大的不利地质构成问题。岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地 层或厚度不大的透水地基上。坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于 开采运输。8 鲤鱼塘水库坝段选择在桃溪河三溪口以下、大黑滩主要煤矿区以上约 4km 河段内。本 设计阶段初选了九道拐、小黑滩、大黑滩三处坝址进行比较，从地形地质、水库水质、和 工程技术经济等条件看，大黑滩坝址存在有明显缺点，根据分析，本阶段予以放弃。故技 术经济分析工作重点放在在九道拐坝址（称上坝址坝轴线）和小黑滩坝址（称下坝址坝轴 线，两处坝轴线各自的地形地质情况简述如下。 3.2.1 上坝址坝轴线 上坝址位于三溪口下游 1.1km，桃溪河在该坝址处的水流流向为 NE45??SW225?，坝址 下游河道转弯，并在右岸有支沟九道拐汇入。河谷较开阔，谷坡左缓右陡，为不对称“U” 型纵向谷，左岸为顺向坡，坡角 25?~35?，坡面分布有残、坡积物和地滑堆积物，坡脚为 Ⅰ级阶地，宽 20~50m，高程 370~374m。右岸为反向坡，坡角 50?~70?。枯水季节坝址处常 水位 362~363m，河床宽 35~40m，正常蓄水位 450.00m 时，河床宽 321~340m。 河床覆盖层厚 0~3m，左岸岸坡覆盖层厚 0~6m，地表覆盖有滑坡堆积物，方量约 15 万 m3，右岸基岩裸露良好。本坝址出露地层主要为粉砂质泥岩夹长石石英砂岩，岩性较软弱， 强度低。左岸强风化层厚 7~15m，弱风化层厚 15~20m。河床部位强风化层厚 3~6m，弱风化 层厚 10~12m。右岸强风化层厚 6~10 m，弱风化层厚 12~16 m。坝址处为单斜岩层，构造简 单，断层不发育，仅沿软硬岩层接触面发育一些层间错动带。 坝址上游左岸约 500m 处有一方量为 103.5 万 m3 的陈家大院滑坡。岩体透水性与地质 构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率 q≤3Lu 的相对隔水 层，两岸在地表以下 66~85m，河床 59.5 m。 3.2.2 下坝址坝轴线 下坝址位于九道拐下游约 500m 处， 桃溪河出九道拐后流向 SE， 该坝址河道较为顺直， 岸坡左陡右缓，河谷形态呈不对称“V”型横向谷。两岸山体完整、雄厚，左岸呈一陡崖 状，坡角为 60?~70?，右岸地形稍缓，坡角为 30?~50?，部分地段分布有残、坡积物及崩积 物。常水位 355~362m，水面宽 10~20 m ，河谷宽约 50m，当正常蓄水位 450.00m 时，河谷 宽 222~285m。 河床为第四系冲、洪积漂卵砾石夹砂，结构较松散，覆盖层厚 0~3m。左岸基岩裸露， 右岸除局部地段覆盖有 1~5 m 的块、碎石夹亚粘土外，大部岸坡基岩裸露。下坝址地基岩 石为砂岩、 粉砂岩及泥质岩、 夹页岩。 河床部位强风化层厚 0~5.0m， 弱风化层厚 2.0~13.00m。9 左岸强风化层厚 0~17.35m，弱风化层厚 2.0~63m。右岸强风化层厚 0~13.0m，弱风化层厚 2.0~34m。坝址区断层发育程度较低，已查明的 6 条断层中，F3、F4 规模稍大，F1、F2、F5、 F6 规模均较小。 3 断层位于坝址下段牛背脊──石板河一带。 4 断层位于Ⅱ坝线下游约 30m， F F 该断层走向近东西，倾向北西，倾角 20?~40?，破碎带宽度 2~15m，在河谷左岸坡脚处出露 宽度最大，向两岸延伸，渐趋尖灭，破碎带由页岩、粉砂岩及灰岩碎块组成。坝基岩层软 硬相间，沿页岩发育有一系列层间错动破碎带（JC） ，其中 JC1 最大，贯穿左右岸，在河床 坝基处与 F4 汇合后，出露宽度约 15m。趾板范围内坝基岩石中砂岩占 31.84%，粉砂岩占 36.85%，泥质岩占 31.31% 地下水在高程 450m 以上埋藏较深，在高程 450m 以下埋藏稍浅，两岸地下水位均高于 正常蓄水位 450.00m。岩石透水率 q≤3Lu 的相对隔水层，左岸在地表以下 52―100.0m， 河床 5―361m，右岸 36.0―70.0m。 地形地质条件：上、下坝址地形差异较大，但出露的地层相同，两岸地下水位埋深也 基本接近。上坝址为纵向河谷，河谷较宽，左坝肩山体较单薄，地形不完整；且坝址区左 坝肩有体积约 15 万 m3 的滑坡堆积物，分布置，坝基处理工程量较大。右岸坝肩下游有一 条宽 6m，切割深达 10~90m 的冲沟，对坝肩稳定不利。下坝址为横向河谷，河段较顺直， 便于建筑物的布置。 陈家大院滑坡体均位于两个坝址的库区内， 上坝址距陈家大院约 500m， 滑坡体的稳定与否直接威胁着大坝施工期和运行期的安全，而下坝址与上坝址排距 500m， 其间河流形成近 90?的拐弯，相应也削弱了滑坡对大坝安全的威胁程度。因此，从地形地 质条件来看，以下坝址为优。 工程布置条件：工程布置：下坝址溢洪道与引水发电系统分别布置于左右两岸，建筑 物布置分散，施工和运行干扰较小，虽然面板坝坝高比上坝址高 10.0m，但由于河谷较窄， 坝轴线较短，坝体方量比上坝址少约 50 万 m 。上坝址受右岸地形的制约，泄水建筑物和 引水系统只能布置在左岸，施工和运行易产生干扰；同时，泄洪隧洞处于软岩地层，面洞 条件受制于地质条件，隧洞的施工难度和费用均较大，另外，引水隧洞长度比下坝址增加 了 57m。从工程布置比较，下坝址优于上坝址。 水力学条件：上坝址泄水流条件较差，对冲右岸山坡，对消能防冲不利，下坝址溢洪 道布置顺畅，水流归槽较好。 水库淹没情况：两坝址相距 500m 左右，其间无移民搬迁，下坝址仅水库占地略比上103 坝址有所增加。 通过以上分析，鲤鱼塘水库坝轴线的选择，从地形地质条件，应尽量选在河谷狭窄段。 由地形图上可知，上坝址坝轴线与下坝址坝轴线相比较，不论从地形地质条件、工程布置、 施工条件及投资效益等方面来看，下坝址均比上坝址更具有优越性，故本阶段推荐采用下 坝址坝轴线。因为它是河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，可减少投资，库容较大， 淹没少。3.3 坝型的选择影响土石坝坝型选择的因素很多， 其主要影响因素有附近的筑坝材料、 地形地质条件、 气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。本次选择几种比较优越的坝型，拟订剖面 轮廓尺寸，然后对工程量、工期、造价进行比较，最后选定技术经济可靠合理的坝型。本 设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型。 土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水中倒 土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土 石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和 土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。 均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工易受气候影响， 冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。从本工程来看，经探明坝址附近可筑坝的土料较 少，远远不能满足均质坝填筑土料数量上的要求，因此从材料上考虑均质坝方案是不宜采 用的。 土质防渗体分区坝主要有心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。 心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝型粘性土料所占 比重不大，施工受季节影响较小，但施工时心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。 斜心墙坝和心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对心墙的 “拱效应” ，其抗裂性能优于心墙坝和斜墙坝。 斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震 性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在地区为地震烈度定为 6 度，基岩 与砼之间磨擦系数取 0.65，故不宜采用斜墙坝。11 多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此不予采用。 非土质材料防渗体坝的防渗体一般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等材料组成，而其 余部分由土石料组成，因工程附近建筑材料不易运输，为就地取材不宜采取该坝型。 由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜 度， 能减弱坝壳对心墙的拱效应作用； 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，根据本设计要求防渗材料选粘 土 心 墙 ， 因而最终采用粘土斜心 墙坝的方案。3.4 主要枢纽布置枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。 高中坝和地震区的坝，不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式，低坝采用非岩 石地基上的坝下埋管时，必须对埋管周围填土的压实方法，可能达到的压实密度及其抵抗 渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。枢纽布置应考虑建筑物开挖料的应用。土石坝枢 纽通常包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞输水或引水洞及水电站等，应通过地形地质条件以及 经济和技术等方面来确定。 根据枢纽布置原则，枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、 管理运用方便。枢纽布置应满足以下原则： 枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时，宜 优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物，并经济比较确定。泄水引水建筑物进口附 近的岸坡应有可靠的防护措施，当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时，坝坡也应有 防护措施。应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。当泄水建筑物 出口消能后的水流从刷下游坝坡时，应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠 性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。对于多泥沙河流，应考虑布 置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。 溢洪道应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质 条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质 土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。从地质地形图可知坝体右岸地质条件 好，且有天然的土料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体较陡，岩体条件好，施工起来12 更快捷更经济合理。 3.4.1 挡水建筑物─土石坝 挡水建筑物按直线布置，土石坝布置在沿坝轴线河弯地段上。 3.4.2 泄水建筑物─ 溢洪道 泄洪采用溢洪道方案，为缩短长度、减小工程量，坝址附近有高程合适的马鞍形垭口， 是布置溢洪道较理想之处。拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地也适合布置溢洪道。溢洪道 布置在左岸，紧邻右坝肩这样对流态也较为有利。溢洪道在水利枢纽中位置的选择，关系 的工程的总体布置，影响到工程的安全、工程量、投资、施工进度和运用管理，原则上应 通过拟定各种可能方案，全面考虑，则选定左岸。 3.4.2.1 引水渠 引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺 应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时， 宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。 引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于 悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用 3-5m/s。横断面的侧坡根 据稳定要求确定。为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。 3.4.2.2 控制段 控制段设计， 包括溢流堰和两侧连接建筑物。 溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点， 其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求： ①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求； ②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求； ③便于对外交通和两侧建筑物的布置； ④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致； ⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。 控制堰的型式、基本尺寸和布置方式是溢洪道泄流能力的决定性因素。由于随着泄流 能力的不同，洪水期可能出现的最高水库洪水位也不同，即坝高也要不同。所以控制堰的 合理设计，归结为拟定不同方案，进行调洪演算，对包括拦河坝和溢洪道在内的枢纽总体 的技术经济条件加以比较，从而选定。13 设置控制堰段要解决的主要问题包括选择溢流堰断面型式、决定堰顶是否设闸门控 制、通过调洪演算选定堰顶高程和孔口尺寸、选定闸门型式以及与控制堰有关的结构的平 面和剖面布置等。 溢流堰型式应根据地形、地质、水力条件、运用要求和技术经济指标等因素，经综合 比较选定。堰型可选用开敞式型式，但与溢流坝相比，其堰体高度很低；与泄水闸相比， 其闸后落差较大。溢流堰体型设计的要求是尽量增大流量系数，在泄流时不产生空蚀或诱 发振动的负压。 溢流堰前缘长度和孔口尺寸的拟定以及单宽流量的选择，可参考重力坝的有关内容。 选定调洪起始水位和泄水建筑物的运用方式，然后进行调洪演算，得出水库的设计洪水位 和溢洪道的最大下泄量。满足条件后，在此基础上，通过分析研究在拟定若干方案，分别 进行调洪演算，得出不同的水库设计洪水位和最大下泄量，并相应定出枢纽中各主要建筑 物的布置尺寸、工程量和造价。最后，从安全、经济以及管理运用等方面进行综合分析论 证，从而选出最优方案。 3.4.2.3 泄槽段 洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵 坡常做成大于临界底坡的陡坡。 破陡、 流急是泄水槽的特点。 槽内水流速度往往超过 16~20。 所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的关键。 泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良 现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质 软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。 泄槽段如设置弯道，由于离心力及弯道冲击波作用，将造成弯道内外侧横向水面差， 流态不利。要设置弯道是时，宜满足下列要求：横断面内流速分布均匀，冲击波对水流扰 动影响小，在直线段和弯曲段之间，可设置缓和过渡段，为降低边墙高度和调整水流，宜 在弯道几缓和过渡段渠底设置横向坡， 矩形断面弯道的弯曲半径宜采用 6～10 倍泄槽宽度。 泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡，其根据自然条件及水力条件确定。 水流通过控制段后为急流，为了不在泄槽段上产生水跃，泄槽纵坡应大于水流的临界 坡，在地质条件许可的情况下，尽量使开挖和衬砌工程量最省。同时纵坡还要考虑泄槽底 板和边墙结构的自身稳定及施工方便等因素。泄槽纵坡以一次坡为好，当受地形条件限制14 或为了节省工程量而需边坡度时也宜先缓后陡， 因为水流经过控制段入泄槽时， 流速不大； 当接近消能设施时，加大底坡以便与消能设施相连接，此段长度较短，防空蚀措施比较好 解决。但为防止水流脱离槽底产生负压，在变坡处宜采用符合水流轨迹的抛物线连接。 泄槽底部衬砌的表面若不平整，特别是横向接缝处下游有生坎，接缝止水不良，施工 质量差；地基处理不好，衬砌与地基接触较差；衬砌底板下排水不畅等原因，将导致底板 下产生较大扬压力和动水压力，甚至使底板被掀起。因此，必须重视衬砌分缝、止水及排 水等，以做到平整光滑、止水可靠和排水通畅。表面平整光滑可以防止负压和空蚀，底板 下排水可以减小扬压力，接缝止水可以避免高速水流侵入底板产生脉动压力。 3.4.2.4 出口消能和尾水渠 根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑 物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其 底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底 角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空 气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔 排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。 当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是 将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估 算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天 然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。3.5 水电站建筑物水电站适合布置于交通方便，施工方便，开挖比较少的地形。根据图纸右岸地形较缓， 便于厂房布置，开关站布置在厂房附近。 厂房及开关站布置在右坝肩附近的右岸，厂房内安装 3 台 HLD75-WJ-73 型水轮发电机 组，总容量 6000kW。发电尾水进入总干隧洞。主厂房尺寸 37.02×13.0×16.24m(长×宽 ×高)，开关站为户内式，面积 11.0×12.0m。15 4 洪水调节计算4.1 防洪标准该工程主要建筑物级别为 2 级，根据《防洪标准》 （GB50201-94）规定 2 级建筑物土 石坝的防洪标准采用 100 年一遇设计，2000 年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用 100 年 一遇设计，200 年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用 30 年一遇标准。4.2 设计洪水4.2.1 设计洪峰流量 本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得 100 年一遇设计洪峰流 量为 1760 m /s，2000 年一遇校核洪峰流量为 2580 m /s 。 4.2.2 设计洪水过程线 根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水 与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表 4-1：表 4-1 鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表3 3（1982 年 7 月 16 日洪水） 时间 各频率(p%)流量值(/s) (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.05 166 80 20 20
513 405 0.1 152 932 00 20 70 899 684 472 373 0.2 131 847 90 00 5 827 630 435 343 0.5 113 742 30 995 80
554 382 301 1 108 658 20 890 947 20 774 650 495 342 270 2 97.0 576 6 786 836 905
574 437 302 238 5 73.1 459 5 645 686 743 827 835 561 471 359 248 19516 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30348 294 267 268 258 248 240 212 187 138 152 111 80.4 65.1 82.4320 271 246 247 238 228 221 195 172 127 151 110 80.0 64.8 82.0295 249 225 226 219 210 203 180 160 117 146 107 77.4 62.7 79.4259 219 198 199 191 184 178 158 141 103 143 106 75.2 62.2 74.3232 196 178 179 172 165 160 141 126 92.0 141 105 73.8 61.9 73.8205 173 157 158 152 146 141 124 111 81.2 138 103 72.7 61.2 72.6168 142 129 130 125 120 116 102 91.1 66.7 132 98.3 69.6 58.8 68.64.2.3 库容曲线表 4-2 水位库容曲线表高程（m） 354.3 369.8 378.5 395.7 404.4 413.0 417.3库容（亿 m3） 0.000 0.017 0.029 0.096 0.153 0.235 0.286高程（m） 421.6 425.9 430.2 438.9 443.2 447.5 451.8库容（亿 m3） 0.348 0.417 0.496 0.683 0.792 0.914 1.04317 460 450 440 430 420高程（m）410 400 390 380 370 360 350 0 0.2 0.4 0.6 体积(亿立方米) 0.8 1 1.2图1水位库容曲线图4.2.4 调洪演算 （1）调洪演算原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再 假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量 分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位， 并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为 设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方 法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给 限制流量差值 100 m /s 以内。 （2）孔口尺寸方案 在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案 进行比较： 方案 1 方案 2 方案 3 2-8m×11m (孔数－宽×高，下同) 2-9m×11m 2-10m×12m318 初步拟定堰面采用 WES 曲线型实用堰堰顶高程 439m，堰高 9m，低堰，根据溢洪道的 泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附 1-4 式计算，即Q ? Cm?? m B 2 g H 0式中 Q――流量，m3/s； B――溢流堰总净宽，m；1.5H0――计入行近流速的堰上水头，m，对高堰 H0=H；对低堰； V0――行近流速，m/s； a0――动能修正系数，可近似地取为 1； H――堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0 处(下同)； g――重力加速度，9.8m/s2； m――流量系数，可在附表 1-3 中查出； C――上游面坡度影响修正系数，可在附表 1-4 中查出；当上游面为 铅直时，C=1.0； ――收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上 水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取 0.90； ――淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时 =1。 取定型设计水头 Hs=10m 时，流量系数 m=0.492 ，侧收缩系数ε =0.86，上游面坡度影 响修正系数 C=1.0， 淹没系数 =1.0。 按照 《溢洪道设计规范》 （SL253―2000） A.2.1-1 表 =0.90～0.97；对低堰可取 =0.80～规定 WES 实用堰系数表，,泄流能力计算见表 4-3，调洪演算计算成果表见 4-4。19 规 范 表 A.2.1-1溢 洪 道 泄 流 量 系 数 表H0/Hs 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3P1/Hs 0.2 0.425 0.438 0.450 0.458 0.467 0.473 0.479 0.482 0.485 0.496 0.4 0.430 0.442 0.455 0.463 0.474 0.480 0.486 0.491 0.500 0.495 0.6 0.431 0.445 0.458 0.468 0.477 0.485 0.491 0.496 0.499 0.500 1.0 0.433 0.448 0.460 0.472 0.482 0.491 0.496 0.502 0.506 0.508 ≥1.33 0.436 0.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.510 0.513注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）表 4 - 3 鲤鱼塘水库泄洪设施不同方案的泄流能力计算表堰顶水头 H(m) 0.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0库 水 位 439.0 443.0 444.0 445.0 446.0 447.0 448.0 0.0 0.431 0.446 0.458 0.469 0.478 0.487 系数b=8m 泄流量 (m3/s) 0.0 210.0 304.0 410.0 529.0 658.9 771.4b=9m 泄流量 (m3/s) 0.0 236.3 341.7 461.3 595.3 741.2 901.1b=10m 泄流量 (m3/s) 0.0 262.5 379.7 512.5 661.4 823.6 1001.220 10.0 11.0 12.0 13.0449.0 450.0 451.0 452.00.492 0.497 0.500 0.502947.7 6.1 1433.32.5 2.40.6 1.7表 4―4 调洪演算计算成果表方案 一 二 三堰顶高程 △z（m） 439m 439m 439m孔宽 B（m） 8m 9m 10m工况 设计 校核 设计 校核 设计 校核最大下泄流量 Q（m3/s） 9.0 2.3 2.4库水位 Z（m） 450.36 452.27 450.10 451.52 450.03 451.2（3）方案选择由表可知，各孔口方案对应的校核洪水位相差较大，因坝高是由校核水位情况控制， 所以增大孔口尺寸不能降低坝高，相应会使溢洪道规模加大，投资上升，而减小孔口尺寸 则须增加坝高，溢洪道投资的减少则有限，故选定的孔口尺寸为 2 孔 9m×11m(宽×高)。 设计水位 450.1m， 校核水位 451.52m， 设计泄洪流量 1257.3 m /s 校核泄洪流量 1522.3m /s。3 35 大坝设计5.1 坝型确定根据第三章 3.3 所述斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点， 斜心墙有足够的斜度， 能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；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，根据本设计要求防渗材料选粘 土 心 墙 ， 因而最终采用粘土斜心墙 坝的方案。21 5.2 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。 5.2.1 坝顶高程计算 根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001） （以下简称“规范”）规定，坝顶高 程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶 超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为 6?，故还需考虑 正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值， 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 y 按下式计算：y = R+e+ A式中： R――最大波浪在坝坡上的爬高，m； e――最大风壅水面高度，m； A――安全加高， 根据坝的等级， 《碾压式土石坝设计规范》 m， 按 （SL274―2001） 规定，本工程大坝属 2 级建筑物，在正常蓄水位和设计洪水位情况取 1.0m,在校核洪水位 情况取 0.5m。 （1）求 R――最大波浪在坝坡上的爬高的确定 对于丘陵、平原地区水库，当 W&26.5 m/s、D&7500 m 时，波浪的波高，波浪的爬高 和平均波长可采用鹤地水库公式，按《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）按式 （A.1.6-1） 、式（A.1.6-2）计算：1 1 gh 2% ? 0.00625W 6 ? gD ? 3 ? 2? ?W ? W2(A.1.6-1)gLm ? gD ? ? 0.0386 ? 2 ? 2 W ?W ?12(A.1.6-2)对于内陆峡谷地区水库，当 D&20000 m 时，波浪的波高和平均波长可采用官厅公式， 按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001） （A.1.7-1） 、式（A.1.7-2）计算：22 ?1 ? gD ? gh ? 0.0076W 12 ? 2 ? 2 W ?W ? ?1 gLm ? gD ? ? 0. ? 2 ? 2 W ?W ?1313.75W――计算风速，m/s； h――计算波高，m； D――风区长度（有效吹程） ，m； hm――平均波高，m； Hm――水域平均水深，m； g――重力加速度，取 9.81m/s2； Lm――平均波长，m。 鲤鱼塘水库属于内陆峡谷地区水库，根据“规范”，计算大坝波浪爬高时，所采用设 计风速：在正常蓄水位情况用平均最大风速的 2 倍，正常运用条件下为多年平均最大风速 的 1.5 倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速，根据气象资料统计，鲤鱼塘水库多 年平均最大风速为 13.5m/s，最大吹程为 0.9km。所以正常蓄水位情况的设计风速： W=2×13.5=27 m/s 正常运用条件下设计风速： W=1.5×13.5=20.2m/s W=13.5m/s非常运用条件下，采用多年平均最大风速：式中 h―当 gD/W2= 20～ 250 时， 为累计频率为 5%的波高 h5% m； gD/W2=250~1000 当 时，为累计频率为 10%的波高 h10% 。 根据计算 gD/W2= 9.81×900/20.22=21.6 在 202～ 50 范围内，所以为累计频率为 5% 的波高 h5%。 正常蓄水位情况下 W=27 m/s 正常运用条件下 非常运用条件下 W=20.25 m/s W=13.5 m/s 正常蓄水位时 gD/W2= 12.1 正常运用条件时 gD/W2= 21.5 非常运用条件时 gD/W2= 48.4 Lm =10.33m Lm =7.74m23计算得 正常蓄水位情况下 h =0.98m 正常运用条件下 h =0.69m 非常运用条件下h =0.41mLm =5.15m按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范附录 A.1.7 及 A.1.8 的规定，根 据 gD/W2 和 hm/Hm 的值的范围可按规范表 A.1.8 求取平均波高。规范表如下：规范表 A.1.8 不同频率下的波高与平均波高的比值P(%) hm/Hm &0.1 0.1～0.21 2.42 2.35 1.95 1.8710 1.71 1.64注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 5-1平均波高计算成果表 hm水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位gD/W2 20～250 20～250 20～250hm/Hm &0.1 &0.1 &0.1P(5%) 1.95 1.95 1.95平均波高 hm（m） 0.50 0.35 0.21表 5-2风浪要素计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位平均波高 hm（m） 0.50 0.35 0.21平均波长 Lm（m） 10.33 7.74 5.15平均波浪爬高 Rm 参照“规范”附录 A.1.12 计算，初步拟定水库大坝上游坝坡为24 m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录 A.1.12 式计算：R ? m K K ? w 1? m 2 h L m m式中：K ? ――斜坡的糙率渗透性系数，护面类型初拟为砌石护面确定 K ? =0.75；Kw――经验系数，由风速 W、坡前水深 H、重力加速度 g 所组成的无维量KwW / gH查表 A.1.12-2 得设计条件：=1.00；校核条件：Kw=1.00；m――斜坡的坡度系数，初拟坡度 1：2.5规范表 A.1.12-1 糙率及渗透性系数 K ?护 面 类 型 光滑不透水护面 沥青混凝土 混凝土或混凝土板 草 皮 砌石 抛填两层块石 （不透水基础） 抛填两层块石（ 透水基础）K?1.00 0.90 0.85~0.90 0.75~0.80 0.60~0.65 0.50~0.55注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范表 A.1.12-2Kw――经验系数W / gH≤11.522.533.54≥5Kw1.00 1.02 1.08 1.16 1.22 1.25 1.28 1.30注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）25 表 5-3平均爬高 Rm 计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位K?Kwm2.5 2.5 2.5平均波平均波 Rm（m） 0.63 0.46 0.28m 高 h（m） 长 L（m） m0.75 0.75 0.751.00 1.00 1.000.50 0.35 0.2110.33 7.74 5.15按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范附录 A.1.11 的规定设计波浪爬 高值应根据大坝级别确定，1、2、3 级大坝采用累积频率为 1%的爬高值 Rm，4、5 级大坝采 用累积频率为 5%的爬高值 Rm规范表 A.1.13 不同频率下的爬高与平均爬高比值（R/Rm）P(% hm/H &0.1 0.1～0.3 &0.31 2.23 2.08 1.865 1.84 1.75 1.61注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000） 表 5-4 设计爬高 R 的计算结果表水位（m）大坝级 别平均爬高 R m（m）设计爬高 R（m）正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位2 2 20.63 0.46 0.281.40 1.03 0.6226 （2）风浪壅高按下式计算： 式中：KW 2 D e? co? s 2 gH mK――综合摩阻系数，计算时一般采用 K=3.6×10-6； β ――风向与水域中线的夹角； W――计算风速，m/s； Hm――水域平均水深，m；D――风区长度，m； 表 5-5 风浪壅高计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位大坝级 别 2 2 2计算风速 W(m/s) 27 20.25 13.5风浪壅高 e（m） 0.003 0.002 0.001(3) 安全加高 A 的确定 按《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范 5.3.1 确定安全加高 A.规范 5.3.1安全加高 A 值表坝的级别 设计 山区 丘 陵区 平原 滨 海区 校 核1 1.50 0.70 1.002 1.00 0.50 0.703 0.7 0.4 0.54、5 0.5 0.3 0.3注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）27 （4）超高值 y 的计算 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 y 按下式计算：y = R+e+ A式中： R――最大波浪在坝坡上的爬高，m； e――最大风壅水面高度，m； A――安全加高，m，根据坝的等级，设计运用条件时取 1.0m，非常运用条件是 取 0.5m；表 5-6 超高值 y 计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位设计爬高 R 1．40 1.03 0.62风浪壅高 e 0.003 0.002 0.001安全加高 A 1.00 1.00 0.50超高值 y 2.403 2.032 1.121（5）坝顶高程的确定与放浪墙墙顶高程确定 由于鲤鱼塘水库所在地区地震基本烈度 6°，按《水工建筑物抗震设计规范》 （SL293 ―97） ，水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌浪高度， 可根据设计烈度和坝前水深， 一般涌浪高度为 0.5m～1.5m， 该水库地震涌浪高度取用 1.2m， 不考虑地震作用的附加沉陷计算。坝顶上游侧设 1.2 m 防浪墙。 根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274-2001）第 5.3.3 条规定，坝顶高程分别按以 下运用情况计算，取其最大值： 1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：450.10+2.032＝452.132m； 2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：450+2.403=452.403m； 3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：451.52+1.121=452.641m；28 4、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高： 450+1.121+1.2=452.32m。 经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为 452.641m，取 452.64m。 放浪墙墙顶高程：452.64+1.2=453.84 m 5.2.2 坝顶宽度的确定 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《碾压式土石坝设计规范》 （SL274-.1 规定，坝顶无特殊 要求时，高坝的顶部宽度可选用 10~15m，中低坝可选用 5~10m。该水库挡水大坝设计未 高坝，大于 70m，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为 10m。 5.2.3 坝坡与马道的确定 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。表 5-7 上下游边坡比表坝高(m) 〈10 10～20 20～30 〉30上游 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3 1：3～1：3.5下游 1：1.5～1：2 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置 1.5～2 m 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，综合上述等各方面因素其宽 度取为 2.0 m。 根据规范规定与实际结合，鲤鱼塘土石坝的上游坝坡采用上下部均取 1:2.5；下游自 上而下均取 1：2.5。上游坝坡在变坡处设置 2.0m 戗道,高程为 395m；下游坝坡设置二级 宽 2.0m 的马道，高程分别为 425m、400m,设置 2.0m 的上坝戗道，取坝基建基面高程 350m， 通过计算得最大坝高=452.64―350 =102.64 m。图上量得坝长 316.3m。29 5.2.4 护坡与坝体排水 为了保护上游坝坡免受波浪淘刷；顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂；冰层和漂浮物等的 危害作用；还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和土栖白蚁等动物在坝坡中营洞造穴 等危害。上游坝面要有足够抗冲能力，已建造的土石坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护 坡和混凝土护坡。根据资料分析本工程属高坝可采用浆砌石护坡，厚度 0.4m,浆砌石护坡 是在块石之间充填砂浆或细石混凝土适用于波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。浆砌石 护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石护坡酌情减小。 下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜简化设置，下游护坡本设计采用干砌石 护坡一般采用单层干砌形式、厚度 0.4m。 对渗入坝体内的水量。下游坝坡应设置排水设施，将渗水快速，有计划地排出坝外， 以达到降低坝体浸润线和孔隙压力，防止渗流逸出区域产生渗透变形，保证坝坡稳定。 坝体排水应满足如下三点要求： ①排水体能自动地向坝外排出全部渗水； ②排水体应便于观测和检修； ③排水体应按反滤要求设计。 由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较适宜，另外采用棱体排水可以降 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。顶部高程：应大于该地区的冰结深度，并应满足波浪爬高的要求。 高出下游水位 1.0m―0.5m。 顶部宽度： 应根据施工和观测的要求确定， 一般为 1.0～2.0m。 排水的内坡：一般为 1：1.0～1：1.5；外坡：一般为 1：1.5～1：2.0。本设计棱体顶部 高程取 364m,顶部宽度取 2m,排水内坡取 1：1.5，外坡取 1：1.5。 5.2.5 大坝防渗体 （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定，根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―.2 规定 土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。 应自上而下逐渐加厚， 顶部的水平宽度不宜小于 3.0 m；底部厚度 斜墙不宜小于水头的 1/5，心墙不宜小于水头30 的 1/4。实际工程经验提出的允许比降：心墙不宜大于 4.0，斜墙不宜大于 5.0 据此求出 土质防渗体底部的厚度。本设计允许渗透坡降[J]=5，最大作用水头 H 与允许比降的比值： B=H/[J] 上 游 校 核 洪 水 时 承 受 的 最 大 水 头 为 451.52―350=101.52 m ， 墙 的 厚 度 B
101.52/5=20.3ｍ.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，有资料研究认为，斜心 墙向上游倾斜的坡度为 1:0.25～1:0.75 时较好，本次设计取为 1:0.4，下游坡度取为 1:0.1，粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高 0.6～0.8 m）并高于校核 洪水位为原则，最终取其墙顶高程为 451.6 m，经计算底宽为 35.32 m,大于 20.3 m，墙顶 的上部留有 1m 的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜,大坝剖面尺寸设计见图 2。10正常蓄水位450.0m 设计洪水位450.1m校核水位451.52m坝顶高程452.64m51:2死水位405m2m15 :2 ..5425m 400m1:2 .51 :2坝基高程350m.5图2大坝剖面示意图6 渗流分析与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。6.1 确定土料的渗流系数（1）坝壳砂砾料选用与确定 坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：Dr ?(rd ? rmin )rmax emax ? 1 Dr ? (rmax ? rmin )rd emin ? 1 ，或式中： emax――最大孔隙比， emax= ?s / rmin ? 1；31 emin――最小孔隙比，emin= e?s / rmax ? 1；?s / rd ? 1――填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e=；?s ――沙粒比重；rmax――最大干容重，由试验求得；rmin ――最小干容重，由试验求得；rd――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，1、2、3 级坝 Dr 不小于 0.75，4、5 级坝不小于 0.70。在地震区要求 更高。一般沙砾料的干容重 rd=17.2KN/m 。 土料产地位于小黑滩坝址上游 1.0～1.4km 的里坝，储量丰富；根据土力学的中土的 渗透性及渗流原理，当 Dr 不小于 0.75 时，沙粒料的各种参数见下表 6-1。沙粒料的各种参数 6-13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 湿容重 ru 浮容重 r’ 内摩檫角 粘聚力 渗透系数 10-4cm/s43 45 2.65 18.65 0.45 19.5 11.9 36．5 ? 0 2粘土材料的选用32 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控制为 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 rmax 和平均最优含水量W0。设计干容重 rd 为：rd=mrmax 式中：rd――设计干容重， （ｇ/cm ） ；3rmax――在相应击实功能下的平均最大干容重， 3） （cm ；ｍ ――施工条件系数（或称压实系数） 。对于 1、2 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=0.98。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=0.07。 设计最优含水量为：W0 ? W0用下述公式计算最大干容重作为校核参考： ?s(1 ? va) rd max ? 1 ? ?sW 式中：?s ──土粒的比重；va──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。粘性土料各种参数见下表 6-2。33 粘性土料的参数表 6-2比重△s 最优含水量 干密度(g/cm ) 空隙比 自然含水量% 塑性指数 干容重(KN/m ) 湿容重(KN/m ) 浮容重(KN/m ) 内摩擦角Φ 粘聚力(kpa) 渗透系数 k（10 m/s）-8 3 3 3 32.67 22.07 1.6 0.734 24.8 19.46 15.68 19.91 9.92 24.67 ? 24.0 4.317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。根据上述土料物理力学性质从渗透系数的角度来看均满足 规范要求，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大于 1×10- cm/s， 对于心墙坝或斜墙坝不大于 1×10- cm/s。5 46.2 坝体的渗流计算选择水力学方法解土坝渗流问题。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，见大坝地质剖面图 3，渗流示意图 4。.图3大坝地质剖面34 1:2.5 1:2.5 1:2.5H11:2.5K2tc K1HLH2图4渗流示意图由于鲤鱼塘水库从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构 造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径; 地形 完整，防渗条件较好，故此可把地基初拟为不透水地基。 通过防渗体流量：q1 ? k 1( H 1 2 ? H )22tc通过防渗体后渗流量：q2 ? k 2( H 2 ? H 2 2 ) 2L其中：q1――通过放身体的渗流量； q2――通过防渗体后的渗流量；K1――防渗体心墙土料的渗透系数，4.317×10- m/s； H1――上游水深； H――逸出水深；8tc――防渗体心墙的平均厚度；K2――坝壳土料的渗透系数，2×10- m/s； H2――下游水深； 假设： ①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；354 ②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差 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 上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下 0 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。 计算断面及计算情况的选择 对河床中间断面 I―I 及左右对称的两典型断面 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的工况进行。断面图见下图 5，图 6，图 7。 不同断面的防渗体心墙的平均厚度；35.32 ? 5 ＝20.16m 2 23.6 ? 5 Ⅱ-Ⅱ断面 tc= =14.3 m 2 21.62 ? 5 Ⅲ-Ⅲ断面 tc= =13.31 m 2Ⅰ-Ⅰ断面 tc=L=235.65m L=143.85m L=127.94m正常蓄水位450.0m 设计洪水位451.52m 坝顶高程452.64m 2.5 1：1：2.52m1： 2.5H2H11：2坝基高程350m.5tcH235.65m图 5 Ⅰ-Ⅰ断面示意图正常蓄水位450.1m设计洪水位451.52m H1坝顶高程452.64m1：tc2.51：2.521：H143.85m2. 5图6Ⅱ-Ⅱ断面示意图36 正常蓄水位450.1m设计洪水位451.52m H1坝顶高程452.64m1：tc2.52.5 1：21：H127.94m2. 5图7Ⅲ-Ⅲ断面示意图对各断面进行渗流计算，渗流计算结果见表 6-3。表 6-3 渗流计算结果表计算工况 计算项目 上游水深 H1（m） 下游水深 H2(m) 逸出水深 H(m) 渗流量 q（10-6m3/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 100.0 62.0 55.4 12.36 0 0 13.32 2.885 2.521 10.4 5.789 4.418 332.5设计洪水位 101.52 63.42 56.82 13.03 0 0 13.97 2.952 2．585 10.8 6.057 5.224 352.9总渗流量 Q（m3/d）渗透稳定验算 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心墙的接触面按允许坡降设计估计问题 也不大。在斜心墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。 渗透坡降的计算公式：J? ?H B37 式中： ?? ──上游水深减逸出水深；? ──防渗体的平均厚度；计算成果见表 6-4表 6-4 各种工况渗流逸出点坡降断面 正常 4.30Ⅰ―Ⅰ 设计 4.34Ⅱ―Ⅱ 正常 4.14 设计 4.23Ⅲ―Ⅲ 正常 4.01 设计 4.10计算情况 坡 降 J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。7 稳定计算7.1 计算方法山区一些土坡往往覆盖于一些起伏变化的岩基面上，土坡的失稳多数沿这些界面发 生，形成折线滑动面。对于岩质边坡，破坏面多沿断层或裂隙发生，一般也是折线滑动面， 对这类问题用滑契法，以化简折线滑动法为理论基础，相关公式见《碾压式土石坝设计规 范》 （SL274―2001）《土力学》《水工建筑物》等参考文献，并假设滑动面只在坝壳中， 、 、 而防渗体不连同坝壳一起滑动。 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。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。本设计施工期 计算时土条重为实重，水位以上为天然容重，以下为浮容重。稳定渗流期土条为浸润线至 下游水位之间的饱和容重，折线滑动如下图图 8 所示。38 正常蓄水位450.0mB C EP2 W1W2P1a1 D折线滑动视意图A图8a2按公式：P1 ? W1 sin ? 1 ? W1 cos? 1 P2 cos( 1 ? ? 2 ) ? W1 sin ? 2 ? P2 sin(?1 ? ? 2 ) ? tan?1 ?0 K tan? 2 tan? 2 ? W2 cos? 2 ?0 K K式中： W1、W2 为滑动土体的的重量 P1 为 滑契间的相互作用力 K 为安全系数?1 与 ? 2 为抗剪强度指标根据实验得取 36.5??1、 ? 2 任意假定在图中量得在上述计算式中 W1、W2 为土块面积乘以容重 ，因为是无粘性土料所以根据表 6-1 所 示湿容重取 19.5KN/m3，干容重取 18.65 KN/m3，浮容重取 11.9 KN/m3， ? 1 、 ? 2 是任意假定的。设计中位简化程序起见，还进行了以下假定：1）上游坝坡稳定渗流期与水位 降落期与施工期折点滑动面的按折点在水位下，下游坝坡均在折点在水位以上；2）画面 ED 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，但总体影响不太大，近似计算中可以忽略。当满足判断条件 P1=P2 并且算出最小安全 系数 。 上游坡：1）施工期水位在 1/3 坝高处水深 H=36m 2) 水位降落期 H=60m 上游水位 386 m 上游水位 410 m39 3) 稳定渗流期 H=100m 下游坡：1）稳定渗流期（正常）H=100m 2）稳定渗流期（设计）H=100.1m 3）稳定渗流期（校核）H=101.52m上游水位 450 m 下游水位 362.36 m 下游水位 363.03 m 下游水位 363.73 m由于本坝址的地震烈度为 6 度较小，可近似忽略不计7.2 运用折线滑动法计算上下游坝坡各种工况计算过程见计算书，按照《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 8.3.10 规定， 本工程大坝属 2 级建筑物，坝坡稳定安全系数应不小于如下表所示：规范表 8.3.10 坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件 正常运用条件 非常运用条件 I 非常运用条件Ⅱ工程等级 1 1,.5 1.3 1.2 2 1.35 1.25 1.15 3 1.3 1.2 1.15 4、5 1.25 1.15 1.1注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）大坝上下游坡稳定计算成果见表 7-1。表 7-1 大坝上下游坝坡稳定计算成果表 最小安全系数（Kmin） 规范值部位 上 游 坡计算工况 施工期 1/3 坝高 稳定渗流期 水位降落期 稳定渗流期（正常） 稳定渗流期（设计） 稳定渗流期（校核）1.88 1.71 1.86 2.05 1.96 1.821.35 1.35 1.25 1.35 1.35 1.25下 游 坡40 7.3 稳定成果分析主要建筑物土石坝的等级为Ⅱ级，查《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 8.3.10 规定，坝坡稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件不低于 1.35，非常运 用条件 I 时不低于 1.25，非常运用条件Ⅱ时不低于 1.15。 根据计算成果表可看出大坝上下游坡稳定均满足规范要求，由于上游坝坡较缓，稳定 渗流期以及库水位降低期，不考虑地震，Kmin=1.71，Kmin=1.86 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，进行计算时所作的假 设条件可能与实际不符，实际安全系数可能要小些，但总体影响不大，故而不改变坝坡， 维持原拟订的剖面。8 溢洪道设计8.1 溢洪道地形地质资料溢洪道布置在左岸，左岸为顺向坡，坡角 25?―35?，坡面分布有残、坡积物和地滑堆 积物，坡脚为Ⅰ级阶地，宽 20―50m，高程 370―374m。右岸为反向坡，坡角 50?―70?。 岩体透水性与地质构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率 q ≤3Lu 的相对隔水层，两岸在地表以下 66―85m，河床 59.5 m。由于鲤鱼塘水库从组成库 盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通 性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径; 地形完整，防渗条件较好。8.2 溢洪道布置8.2.1 引水渠布置 引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺 应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时， 宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。 引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于 悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用 3-5m/s。横断面的侧坡根 据稳定要求确定，为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。41 引水渠全部为基岩开挖，初拟引水渠布置在左坝肩成喇叭口型式，全长 98m， ，引水渠 首端为底宽为 38 m ，底高程 430m，边坡 1:0.2 的明渠，其后接扩散段,长度为 70m,扩散段 末端接进口段长度 28m,底净宽 20m,引水渠进口段剖面见下图。450m1:0.1:0.2图92430m20m引水渠进口剖面图8.2.2 控制段布置 控制段设计， 包括溢流堰和两侧连接建筑物。 溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点， 其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求： ①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求； ②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求； ③便于对外交通和两侧建筑物的布置； ④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致； ⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。 8.2.2.1 闸室地下轮廓线的布置 （1）防渗设计与设计计算 防止地基渗透变形，减小闸基渗透压力；减小水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。布 置原则防渗设计一般采用防渗排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等 防渗设施，如排水孔排水和减压井与下游连通，使地下渗水尽快排除，减小渗透压力，并 防止渗流山口产生渗透变形。 （2）地下轮廓线的布置42 防渗设备采用混凝土铺盖，闸室底板上下游设置齿墙。闸底板长度 31m。闸室底板厚 度：t=1m。 8.2.2.2 排水设计 水平排水一般设置反滤层，2-3 层的不同粒径的砂和砂石组成，次层排水应尽量与渗 流的方向垂直，各层依次按渗流方向逐层增大。为了排除陡坡段的地基渗水，减小底板所 受的扬压力，须在底板初砌下面设置排水系统，排水系统设置两边横向排水沟和纵向排水 沟，其横纵向的相连通，最后将排水至下游。 8.2.2.3 止水设计 凡具有防渗要求的缝，都应设置止水，止水分竖向止水和水平止水，前者主要设在边 墩与翼墙后，后者设在铺盖上的沉降缝，翼墙和消力池本身的温度沉降缝等，在闸室与斜 坡的链接处分缝并设置水平止水。 8.2.3 闸室布置 8.2.3.1 底板设计 作用：闸底板的闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并均匀的传给地基，还 有放冲，放渗的作用。本设计底板长度取 20.5m,闸室底板厚度一般 1-2m,取厚度为 1m。 8.2.3.2 闸墩设计 作用：分割闸孔并支撑闸门、工作桥、等等上部结构，使水流顺利通过闸室。 外形轮廓：闸墩应满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求，上游墩头和 下游墩头采用半圆形，长度为 31m。 厚度：中墩 2m,边墩 3m,平板检修闸门门槽深 0.2m,宽 0.3m。工作闸门与检修闸门之 间 3m 的净距，以便工作人员检修。 闸墩高度： 根据《水闸设计规范》 （SL-2001）中的规定 安全超高取 0.5m。H = 校核洪水位时水深+安全超高=（451.62－430）+0.5 =22.12 m。 8.2.4 闸门与启闭机 8.2.4.1 工作闸门自重 G 的估算 工作闸门为弧形闸门门顶高程根据《水闸设计规范》 （SL-2001）闸门自重 G 规定的估 算公式：闸门宽度 B&10m。43 G ? K C K b H 0.42 B 0.33 H S ? 1.0 ? 0.472 ? 110.42 ? 9 0.33 ? 10 ? 266.8KN式中：KC―材料系数普通碳素钢，KC = 1.0； Kb―空口宽度系数：当 B 《 5 m 时, Kb=0.29 ,当 5〈 B〈 10 时 Kb=0.472，10m & B &20m 时 Kb=0.105； HS ―设计水头； H 、B―空口高度和宽度； 8.2.4.2 平板闸门自重 G 的估算 根据《水闸设计规范》 （SL-2001）中平板闸门自重 G 的估算公式：H & 8m 时；G ? 0.012 ? K Z ? K C H 1.65 B1.85 ? 0.012 ? 0.81 ? 1.0 ? 111.6591.85 ? 296 KN式中 ： KZ―闸门行走支承系数，闸门滑动式承取 0.81； KC―材料系数普通碳素钢，KC = 1.0； 8.2.4.3 初估闸门启门力和闭门力，根据《水工建筑物》中公式 检修闸门的启门力 FQ = Nt(TZd + TZS)＋n?G G ＋WS ＋Gj＋Px式中 ：Nt―为摩阻力安全系数，一般取 1.2；n? G 为计算持住力和启门力的闸门自重修正系数， G 一般取 1.0―1.1； G ― 为闸门自重 TZd ―支承摩擦阻力；Zd=f2P f2―滑动支承的摩擦系数，钢板和橡胶取 0.65；P―作用在闸门上总水压力 ； P ? 则 TZd=f2P=0.65×KN TZS ― 止水摩擦阻力；1 1 rH 2 B ? ? 10 ? 112 ? 9 ? 5445 KN 2 2TZS = f3PZS f3―止水与止水座的滑动系数（橡胶对钢板为 0.65，橡 胶对水泥砂浆面为 0.2）PZS―作用在止水上的水压力，为侧止水的顶止水的总长度乘以止 水橡胶作用的宽度，再乘以平均水头得出； TZS = 0.65×11×0.2×0.2×11=3.2KN；WS ― 为作用在闸门上的水柱压力 本设计可忽略不计； Gj ― 为加重块重量 本设计可忽略不计； Px ―为下引力本设计可忽略不计； FQ = Nt(TZd + TZS)＋n?G G ＋WS ＋Gj＋Px44 = 1.2（.2）＋1.0×296 =4546.95KN 检修闸门闭门力计算 Fw = Nt(TZd + TZS)－nGG＋Pt Nt―为摩阻力安全系数，一般取 1.2 ； TZd ―支承摩擦阻力； TZS ― 止水摩擦阻力；nG ― 为计算闭门力用的闸门自重修正系数， 可采用 0.9―1.0；Pt ―为上托力 本设计可忽略不计； Fw = 1.2（.2）－0.9×296 =3984.54KN 8.2.4.4 启闭机的选择(液压启闭机) 液压启闭机多以油为介质，通过液体传递压力推动活塞，牵引闸门升降。利用液体泵 系统可以带动多个启闭机的活塞杆工作。它的优点是：动力小、启闭力大，机体小、重量 轻，并能集中操作，易于实现遥控及自动化，操作平稳、安全，并对闸门有减震效用等。 最大启门力达到 6000KN。 8.2.4.5 上部结构 工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥，工作桥设在闸门的正上方桥 上设置启闭机，工作桥宽取 5m,启闭机房高 5m。交通桥的作用连接两岸交通，供车辆和人 通行，交通桥设在闸室下游侧，宽度 7.9m。设有人行道。检修桥作用放置检修闸门，设置 在闸墩上游端。 8.2.5 溢流面体型设计 溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：1.由较高的流量 系数，泄流能力大；2.水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；3.体型简单造价低、便 于施工等。 8.2.5.1 顶部曲线段 溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多余锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻 合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压。顶部曲线的型式很多，常用的有克奥曲线和 WES 曲线。本设计采用 WES 曲线，见图 10。45 0.282Hd0.276Hd 0.175HdXR3 R2 R1堰面曲线y图 10 WES 堰面曲线图根据《水工建筑物》P92 页 WES 型堰顶下游段曲线，当坝体上游面为铅直时，按式（3 ―97）计算 式中 Hd―定型设计水头 本设计为 10mR1 ? 0.50 H d ? 0.50 ? 10 ? 5m X 1 ? ?0.175 H d ? 0.175 ? 10 ? ?1.75m R2 ? 0.20 H d ? 0.2 ? 10 ? 2m X 2 ? ?0.276 H d ? 0.276 ? 10 ? ?2.76 m R3 ? 0.04 H d ? 0.04 ? 10 ? 0.4m X 3 ? ?0.282 H d ? 0.282 ? 10 ? ?2.82 mX 1.85 ? 2.0 H d0.85yy ? 0.07063 X 1.85按上式算得坐标值表 8-1 所示：表 8-1 曲线坐标值表46 x/m y/m0.20.40.60.81.01.21.41.60. 0.7 0.071 0. 0.169根据表中数值可绘得堰顶下游曲线 OC 坡度 m=0.7 的下游直线段 CD 与曲线 OC 相切与 C 点。C 点坐标 Xc,YC 可如下求得： 对堰面曲线确定终点，对于 WES 型标准堰面其大致范围是： X=(-0.282―0.85)Hd 本设计取 X 取 0.60Hd 8.2.5.2 中间直线段 中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切。坡度初拟为 i=1.2 8.2.5.3 下游反弧段 根据水力学可知实用堰常用反弧曲面与底板相接，反弧半径可 R 按下式计算。R ? (0.5 ― 1.0) ? ( H d ? Z max )Y=(0―0.37)HdX=6m则 y ? 0.07063 X 1.85 ? 0.07063 ? 61.85 ? 1.943式中： 上下游水位差 Zmax=(451.52―430)=21.52 Hd―定型设计水头 R=(0.5―1.0)×(10+21.52)=（15.76―31.52）本设计取 16m 堰面曲线剖面图如图 11 所示：O CyxD E图 11 堰面曲线剖面图47 综合上述根据调洪演算可得控制段溢流堰为实用堰，堰顶高程 439m，堰底部设置混凝 土齿墙，堰高 9m,底长 23.08m，闸室底板高程 430m,净宽 18m,分两孔，中间设 2m 的闸墩， 两侧边墩宽 3m，控制段顶高程 452.64m，控制段总宽 26m，长 31m,其后接 10m 长的导流段， 使水流平稳的进入泄槽，工作闸门为 2 孔弧形闸门，在工作闸门前设检修闸门，为平板闸 门，并分别在闸墩上设工作桥和检修桥。 8.2.6 泄槽段布置 洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵 坡常做成大于临界底坡的陡坡。破陡、流急是泄水槽的特点。槽内水流速度往往超过 16 ―20。所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的 关键。 泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良 现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质 软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。 泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄流时。溢流堰下为自由出流和 槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态。因此，泄槽纵坡必须大于临界坡度。泄槽的 横剖面，在基岩上接近矩形，以使水流分布均匀，有利于下游消能；在基上则采用梯形， 但边坡不宜太缓，以防止水流外溢和影响流态，一般为 1:1 ―1:1.5 。 初拟泄槽为矩形净宽 20m， 全长 210m,初始段为 42m 的直线段， 其后接转弯半径为 503m， 长度为 168m 的弯道,底坡 i=0.3,考虑波动、掺气的影响以及超高要求，泄槽边墙起始点高 7m,终点高 5m,泄槽身全部为基岩开挖，左右边墙均采用贴坡式，每隔 29.98m 设置横缝， 底板采用 0.5m 厚的钢筋混凝土护面板。 根据水力学公式计算临界底坡： 公式： 运用迭代法计算 hk 设 h1 K? ?Q 2 ? 3 ? 1 ? 1522 .32 ? ?? ? gb ? ? ? 9.8 ? 20 2 ? ? 8.39 m ? ? ? ? ? ? ?1iK ?gAK ?C K R K B K2将 h1 K ? 8.39m 作为初始值，代入下48 式 h2K? ?Q 2 ?? 2 ? gb ??3 ? ? ?1? h1 K ? 3 ?1 ? 2 m ? ? b ? ? ? ? 8.39 ? 1 ? 8.39 m hK ? ? ?1 ? m ? b ? ?1式中 m=0因 h 2 K ? 8.39m 与 h1 K ? 8.39m 相等，停止迭代，则 hK ? 8.39 mX K ? b ? 2 1 ? m 2 hK ? 20 ? 2 1 ? 0 2 ? 8.39 ? 36.78mAK ? (b ? mhK )hK ? 20 ? 8.39 ? 167 .8m 2BK ? b ? 2mhK ? 20 ? 0 ? 20m1 1RK ?AK 167 .8 ? ? 4.56.m X K 36.781 1 1 CK ? R 6 K ? 4.56 6 ? 91.98m 2 / s n 0.014iK ?gAK 9.8 ? 167 .8 ? ? 0.0012 ?C K RK BK 1 ? 91.98 2 ? 4.56 ? 36.782因为临界底坡 i K ? 0. 8.2.6.1 计算泄槽起始断面水深所以所选底坡满足条件由上述与调洪演算可知泄槽为矩形，底宽 20m，底坡 i=0.3，全长 210m, 钢筋混凝土 护面板粗糙率 n=0.014 式得：h1 ?Q=1522.3 m /s。 《溢洪道设计规范》 由 (SDJ341-89) 按规范附 1-133? 2 g ?H 0 ? h1 cos? ?1522 .3 ? 76 m 3 /(s.m) 20 202 ? 0.96 210q式中 q―计算断面单宽流量，m3/(s?m)； q ?H0―计算断面渠底以上的总水头，m；H0=452.64-430=22.64m―泄槽底板与水平面的夹角，°； cos? ?―考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数， 初步估算时， 可取 =0.95 左右。本设计取 0.9249 h1 ?q? 2 g ( H 0 ? h1 cos? )?76 0.92 2 ? 9.8(22 .64 ? h1 0.96)? 4.42 m8.2.6.2 水面线计算 将该陡槽段分为 1―1、2―2、3―3、4―4、5―5、6―6 断面，陡槽全长 210m,每个断 面间距 34.5m 如图 12 所示：初始 断面1-12-2 3-3 4-4 5-5 6-6i=0.3图 12 泄槽断面示意图根据水力学公式进行计算：?s ? Esd ? Esu ?Es ? i? j v2 i? 2 C R2Es ? h ??v 22g? h?? ? 2g ? A ?? ?Q?A ? ?b ? mh ?hX ? b ? 2 1 ? m2 hR?A XCR12?1 16 1 2 1 2 3 R R ? R n n式中： 初始断面Q ?
/ s m ? 0 ? ? 1 A ? ?b ? mh ?h ? 20 ? 4.42 ? 88.4m 2b ? 20mX ? b ? 2 1 ? m 2 h ? 20 ? 2 ? 4.42 ? 28.84 m50 R?CR88.4 ? 3.0 6 5 m 28.841 2 2 ? 1 23 ? 1 ? ?? R ? ? 3.065 3 ? ? 150 .72 m / s ? n ? 0.014 ?v?Q 1522 .3 ? ? 17.22 m / s A 88.42v2 ? 17 .22 ? j1 ? 2 ? ? ? ? 0.0131 C R ? 150 .72 ??v 22g?17 .72 2 ? 15.13m 2 ? 9.81―1 断面假定断面水深 h=3.4mA ? ?b ? mh ?h ? 20 ? 3.4 ? 68m 2X ? b ? 2 1 ? m 2 h ? 20 ? 2 ? 3.4 ? 26.8mR?CR68 ? 2.54 m 26.81 2 2 ? 1 23 ? 1 ? ?? R ? ? 2.54 3 ? ? 133 m / s ? n ? 0.014 ?v?Q 1522 .3 ? ? 22.4m / s A 682v2 ? 22 .4 ? j2 ? 2 ? ? ? ? 0.028 C R ? 133 ??v 22g?22 .4 2 ? 25 .6.m 2 ? 9.8Es ? h ??v 22g? h?? ? 2g ? A ?? ?Q?2Esd ? h ??v 22g? 3.4 ? 25.6 ? 29 mEsu ? h ??v 22g? 4.42 ? 15.13 ? 19.55m51 j?1 ? j1 ? j 2 ? ? 1 ?0.028 ? 0.0131 ? ? 0.?s ?Esd ? Esu ?Es 29 ? 19.55 ? ? ? 33.8m 2 i ? j 0.3 ? 0.0205 v i? 2 C R初始断面与 1―1 断面间距为 34.5m 与假设水深断面间距 33.8m 相近 所以假设水深即 为所求水深。同理求得 2―2，3―3、4―4、5―5、6―6 断面水深，如下表 8-2 所示：表 8-2 水面线计算成果表参数 起始 断面 1―1 断面 2―2 断面 3―3 断面 4―4 断面 5―5 断面 6―6 断面h/mA / m2x/mR/m1 23 R nvj?v 2 2g15.13?s / m4.4288.428.843.065150.717.220.11303.46826.82.5413322.40.02825.633.82.95825.82.25122.6526.250.045835.1634.552.65225.22.06115.77 29.2750.06443.7333.72.44824.81.93511131.710.08251.3332.254524.51.84107.133.830.09758.3933.22.1342.624.261.756103.9635.730.107965.1334.58.2.6.3 计算泄槽的掺气水深 当泄槽水流表面流速达到 10m/s 左右时，将发生水流掺气现象而使水深增加。掺气程52 度与流速、水深、边界糙率以及进口形状等因素有关，掺气水深 ha 的计算尚无理论公式， 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深按下列公式估算：?v ? ? ha ? ?1 ? ?h ? 100 ?式中h 、 hb ――泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；? ――不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；? ――修正系数，可取 1.0―1.4s/m，流速大者取大值。本设计 1.4?v ? ? 1.4 ? 17.22 ? ? 进口断面处 ha ? ?1 ? ? h ? ?1 ? ? ? 4.42 ? 5.5m 100 ? 100 ? ? ?式中 v ?1522 .3 ? 17.22 m / s 20 ? 4.42?v ? ? 1.4 ? 35.73 ? ? 出口断面处 ha ? ?1 ? ?h ? ?1 ? ? ? 2.13 ? 3.2m 100 ? 100 ? ? ?式中 v ?1522 .3 ? 35.73m / s 20 ? 2.138.2.6.4 泄槽边墙高度的确定 泄槽边墙高度革命剧水深并考虑冲击波、弯道及水流掺气的影响，再加上一定的超高 来确定边墙超高一般取 0.5―1.5m。本设计取 1m，厚度为 1m。 泄槽进口断面处边墙高度 = 5.5 + 1= 6.5m 泄槽出口断面处边墙高度= 3.2 + 1 =4.3m 8.2.7 出口消能和尾水渠 根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑 物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其 底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底 角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空 气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔 排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。 当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是 将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估53本设计取 7m。 本设计取 5m。 算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天 然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。 8.2.7.1 消能防冲设计 挑流消能采用连续式挑流鼻坎，挑流反弧半径 21m，挑坎高程 370.19m，挑坎长 15m, 坎顶高程对应挑角 23°，鼻坎下游 15m 范围内设 0.5m 厚的钢筋混凝土板防冲护坦。如图 13 所示：i=0.3hh2 15m15 m图 13 挑流鼻坎示意图计算水舌挑距： 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》(附 1.24)式估算L? 1? 2 v sin ? cos? ? v1 cos? v1 sin 2 ? ? 2 g (h cos? ? h2 ) ? ? 1 ? ? ? g式中：L―水舌挑距 g―为重力加速度 v1 ― 为 坎 顶 水 面 速 度 ， 约 为 鼻 坎 处 平 均 流 速 v 的 1.1 倍v1 ? 1522 .3 ? 1.1 ? 39.3m / s 20 ? 2.13? ―为挑射角度 本设计取 23°h ―鼻坎上水深 本设计取 2.13mh2 ―为坎顶至河床面的高差 本设计为 2.3mL? 1 39.32 sin 23? cos 23? ? 39.3 cos 23? 39.32 sin 2 23? ? 2 ? 9.8(2.13 cos 23? ? 2.3) 9.8??54 解得 L=122.6m 计算冲刷坑深度： 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》(附 1.25)式估算:T ? ?q 0.5 H 0.25式中T―自下游水面至坑底的最大水垫深度，m；q―单宽流量，m3/(s?m)； q ?1522 .3 ? 76 m 2 /(s.m) 20H―上下游水位差，m；H = 452.64 ― 363.73 =88.91m? ―冲坑系数，坚硬完整的基岩 K=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩 K=1.2～1.5；软弱破碎，裂隙发育的基岩 K=1.2～2.0。本设计取 1.3T ? ?q 0.5 H 0.25 ? 1.3 ? 76 0.588.910.25 ? 34.7m综合上述挑流鼻坎最大单宽流量 76m3/(s.m)，坎顶最大流速 39.3m/s，经水力计算， 最大挑距 122.6m， 相应冲坑深度 34.7m， 冲坑底部最低高程 333m， 不会危及建筑物的安全。 8.2.7.2 尾水渠设计 考虑到溢洪道最小流量时，挑距变小，需设置尾水渠，尾水渠全部为基岩开挖,呈喇 叭口型式， 左边墙为半径为 519m 的圆心角为的圆弧段长度为 138m,右边墙为直线扩散段长 度 89m,边墙高度为 4m, 尾水渠末端出口处与天然河道相接使水流能平稳地归入原河道。9 坝基处理坝基开挖处理的目的是使堆石体在饱和及加荷载的各种条件下，地基具有比较高的抗 剪强度，比较小的压缩变形，避免地基不均匀沉降而影响面板正常运行工作。 岸坡段开挖与处理：为便于机械压实，使岸坡堆石填筑紧密，对坝肩两岸进行修整， 坝轴线以上与趾板之间存在倒悬坡，对悬岩及高度不大于 1 米的陡坡均要削缓或用混凝土 回填成斜坡。岸坡修整用预裂控制爆破方法使岩壁形成平顺的稳定边坡。 当透水地基厚度小于 15m 时优一般先考虑开挖截水槽达弱风化基岩， 浇筑混凝土垫层， 或喷混凝土，进行固结灌浆，然后填筑截水墙。本设计可采用回填粘土截水槽方案，初拟 粘土截水槽底部长 23.32m，与粘土斜心墙相接。55 L 土石坝设计计算书1 洪水调节计算1.1 防洪标准该工程主要建筑物级别为 2 级，根据《防洪标准》 （GB50201-94）规定 2 级建筑物土 石坝的防洪标准采用 100 年一遇设计，2000 年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用 100 年 一遇设计，200 年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用 30 年一遇标准。1.2 设计洪水1.2.1 设计洪峰流量 本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得 100 年一遇设计洪峰流 量为 1760 m /s，2000 年一遇校核洪峰流量为 2580 m /s 。 1.2.2 设计洪水过程线 根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水 与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表 1-1。表 1-1 鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表3 3（1982 年 7 月 16 日洪水） 时间 (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.05 166 80 20 20
152 932 00 20 70 各频率(p%)流量值(m /s) 0.2 131 847 90 00 5 0.5 113 742 30 995 80
108 658 20 890 947 20 774 2 97.0 576 6 786 836 905
5 73.1 459 5 645 686 743 827 835 561563 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1.2.3 库容曲线976 743 513 405 348 294 267 268 258 248 240 212 187 138 152 111 80.4 65.1 82.4899 684 472 373 320 271 246 247 238 228 221 195 172 127 151 110 80.0 64.8 82.0827 630 435 343 295 249 225 226 219 210 203 180 160 117 146 107 77.4 62.7 79.4727 554 382 301 259 219 198 199 191 184 178 158 141 103 143 106 75.2 62.2 74.3650 495 342 270 232 196 178 179 172 165 160 141 126 92.0 141 105 73.8 61.9 73.8574 437 302 238 205 173 157 158 152 146 141 124 111 81.2 138 103 72.7 61.2 72.6471 359 248 195 168 142 129 130 125 120 116 102 91.1 66.7 132 98.3 69.6 58.8 68.6表 1-23水位库容曲线表3高程（m） 354.3 369.8 378.5 395.7 404.4 413.0 417.3库容（亿 m ） 0.000 0.017 0.029 0.096 0.153 0.235 0.286高程（m） 421.6 425.9 430.2 438.9 443.2 447.5 451.8库容（亿 m ） 0.348 0.417 0.496 0.683 0.792 0.914 1.043得 Z~V 图：57 460 450 440 430 420高程（m）410 400 390 380 370 360 350 0 0.2 0.4 0.6 体积(亿立方米) 0.8 1 1.2图1水位库容曲线图1.2.4 调洪演算 （1）调洪演算原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再 假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量 分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位， 并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为 设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方 法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给 限制流量差值 100 m /s 以内。 （2）孔口尺寸方案 在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案 进行比较： 方案 1 方案 2 方案 3 2-8m×11m (孔数－宽×高，下同) 2-9m×11m 2-10m×12m583 初步拟定堰面采用 WES 曲线型实用堰堰顶高程 439m，堰高 9m，低堰，根据溢洪道的 泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附 1-4 式计算，即Q ? Cm?? m B 2 g H 0式中 Q――流量，m3/s； B――溢流堰总净宽，m；1.5H0――计入行近流速的堰上水头，m，对高堰 H0=H； V0――行近流速，m/s； a0――动能修正系数，可近似地取为 1； H――堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0 处(下同)； g――重力加速度，9.8m/s ； m――流量系数，可在附表规 范 表 A . 2 . 1 - 中查出； C――上游面坡度影响修正系数，可在附表 1-4 中查出；当上游面为 铅直时，C=1.0； ――收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上 水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取 0.90； ――淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时 =1。 取定型设计水头 Hs=10m 时，流量系数 m=0.492 ，侧收缩系数ε =0.86，上游面坡度影 响修正系数 C=1.0，淹没系数σ m=1.0，按照《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）表 A.2.1-1 规定 WES 实用堰系数表。规 范 表 A.2.1-1 溢 洪 道 泄 流 量 系 数 表2=0.90～0.97；对低堰可取=0.80～H0/Hs 0.4P1/Hs 0.2 0.425 0.4 0.430 0.6 0.431 1.0 0.433 ≥1.33 0.43659 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.30.438 0.450 0.458 0.467 0.473 0.479 0.482 0.485 0.4960.442 0.455 0.463 0.474 0.480 0.486 0.491 0.500 0.4950.445 0.458 0.468 0.477 0.485 0.491 0.496 0.499 0.5000.448 0.460 0.472 0.482 0.491 0.496 0.502 0.506 0.5080.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.510 0.513注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）代入下列公式计算：Q ? Cm?? m B 2 g H 01.5当堰顶水头为 4m，孔宽为 8m,净宽 B=8×2=16m 流量系数取 0.431：Q ? 1.0 ? 0.431 ? 0.86 ? 1 ? 16 2 ? 9.8 ? 41.5 ? 210 m 3 / s当堰顶水头为 4m，孔宽为 9m,净宽 B=9×2=18m 流量系数取 0.431:Q ? 1.0 ? 0.431 ? 0.86 ? }
L土石坝设计说明计算书
L 土石坝设计说明书学 生：指导老师: 三峡大学水利环境学院摘要: 鲤鱼塘水库工程位于重庆市开县境内，地处长江三峡区段小江流域的二级支流桃溪 河上游。工程效益以发电为主，兼防洪、航运、养殖和工业供水等综合效益。枢纽包括土 石坝、开敞式溢洪道、厂房等。设计过程中综合考虑了坝趾处的地形、地质及气候等条件。 本课题进行 L 水利枢纽的设计，其深度接近可行性和初步设计之间。主要完 成调洪演算，枢纽布置设计，大坝断面设计，泄洪设施的设计，并完成相关 计算。 Abstract: LiYuTang project is located at chongqing kaixian, located in the TaoXi river which is the tributary of Yangtze river .The project built mainly for power, with secondly benefits for flood prevention and Irrigation, shipping, cultivation and industrial water supply and so on combined earnings. The key works of the project includes the earthfill dam , spillway , plant. Engineers consider the combination of the climatic and geological characteristic of the site during the design process . The subject of the hydraulic complex design of L, and its feasibility and preliminary design of the depth between the close. Main completed flood routing, layout of hydraulic complex design ,dam section design ,the design flood release structure,And complete the related calculation . 关键词：调 洪 演 算 枢纽布置 大坝断面 泄洪设施 dam section floodKeywords: flood routing release structurelayout of hydraulic complex1 前言毕业设计目的主要是巩固、加深和扩大所学的基本理论和专业知识，并使之系统化； 培养综合运用所学知识解决工程实际问题的能力和独创精神；初步掌握设计工作的步骤和 方法，在计算、绘图、编写文件等方面较全面的锻炼；通过工程设计使之学习正确的设计 思想，培养对未来从事事业的高度责任感和事业心。 毕业设计将课本理论知识与工程实际有效结合在一起，提高我们应用知识能力，锻炼 了我们处理问题的能力，培养了我们对待问题的科学严谨的态度，与人合作的能力，同时 也为我们即将走入工作岗位打下基础。设计既要全面，又要有重点深入部分。本次开县鲤 鱼塘水库大坝的设计深度接近于可行性设计阶段，并重点深入坝体剖面设计、调洪演算、 坝体稳定计算、坝体渗流计算等。 我所设计的题目是 L 土石坝坝枢纽设计――粘土斜心墙坝方案。通过对坝轴线选择及 对枢纽布置的情况，并根据施工简便，经济合理等因素分析，确定采用粘土斜心墙方案。 对坝顶高程、坝顶宽度、上下游边坡、马道和细部构造中的护坡、反滤层以及排水结构的 说明计算满足设计规范。采用粘土心墙土石坝渗流计算以及计及折线滑动法进行土石坝的 稳定计算等。溢洪道中的引水渠、控制段、泄槽段以及出口消能和尾水渠的布置也都符合 设计标准。 因此，整个毕业设计过程不仅是一个很好的复习过程，也是一个很好的学习过程，使 我的专业知识在原有的基础上有了新的提高，更使我对水利工程设计的过程有了全面的了 解。2 1 工程概况1.1 流域概况桃溪河位于重庆市开县境内，地处大巴山南麓的长江三峡区段内，在东经 108?08?~108?23?，北纬 31?08?~31?30?之间，属小江水系南河的支流，发源于开县梓潼乡北 关村峭壁梁，河流呈南北向，东邻小江正源东河，西北面与渠河水系前河相接。上游支流 发育，主源麻柳河自北向南流经鹿硐、麻柳，于三溪口纳入紫水河、马场河后始称桃溪河， 再经正坝、桃溪、双柏、镇安镇注入南河，河流全长 65km，流域面积 592.3km2，平均坡降 11.6‰。 桃溪河流域地势北高南低，属中低山侵蚀剥蚀地貌，山岭大致呈西南―东北向，河流 横切山脉穿行而出，山峰一般海拔高程 800m~1200m，个别高达 1400m。正坝上游属山区， 两岸山峰林立，河谷深切，基岩裸露，滩多流急，多跌坎，沿河岸耕地相对较少，植被覆 盖良好；正坝以下为桃溪河的中下游地带，属中低山地貌，以烈马山为代表，其海拔高程 约 500m~800m；再下游河谷逐渐开阔系丘陵地貌，两岸一级阶地发育，间有灌木丛林和低 矮林木分布，此地段也是农作物种植区，植被常遭破坏，水土流失较为严重。 鲤鱼塘工程坝址位于三溪口下游约 1.5km 处的小黑滩，下距正坝镇约 5km，控制集水 面积 235.8km2，坝址以上河长 31.8km，河道平均坡降 12.3‰。于 1994 年 10 月为鲤鱼塘 工程设立正坝专用站，观测水位，1995 年 2 月开始测流，控制集水面积 238km2。1.2 水文气象桃溪河流域属亚热带湿润季风气候区。具有冬暖夏热干燥，秋绵雨夏秋短的特点，多 年平均气温 18.6℃，极端最高气温 42℃，极端最低气温-4.5℃。流域内降雨量充沛，经统 计流域多年平均年降雨量 1400mm 左右，坝址以上流域平均年降雨量 1404mm，降雨强度 由南西向北东递增，暴雨中心常出现在上游梓潼乡一带，是雨量的高值区，多年平均降雨 量高达 1600mm~1800mm， “”暴雨，实测最大 24h 降雨量达 232.3mm， 如 72h 降雨量 278.2mm。正坝以上
年月、年平均降雨量见下表 1-1。3 表 1-1正坝以上流域月、年平均降雨量表各月平均降雨量 一 23.1 二 24.3 三 四 五 六 七(mm) 八 九 十 十 一 十 二 26.3年平均 降雨量 (mm) 1404.961.1 109.3 170.0 178.9 241.6 174.3 190.3 117.8 58.6雨的由表可见，流域降雨量大部分集中在 4~10 月，约占全年降雨量的 84.1%，尤以 7 月份最为集中，且降雨强度大，是流域大暴多发季节。1.3 径流桃溪河径流主要由降雨形成。据正坝站
年四年实测资料分析，径流年内分 配与降雨特性一致，每年 4~10 月为汛期，11 月~3 月为枯水季节，一般汛期径流量占年径 流量的 86.8%，其中尤以 7 月份最多约占年径流量的 22.3%。由 4 年实测资料统计多年平 均流量 6.52m3/s，年径流量 2.06 亿 m3，相应多年平均年降雨量 1291.5mm。本流域实测资 料系列短，代表性不强，故坝址径流参证邻近流域清溪站实测资料进行插补。1.4 泥沙坝址以上河流为山溪特性峡谷型河流。河长 31.8km，i=12.3‰，坝址上游 1.5km 处 有紫水河、马场河汇入，两河集雨面积为 47.22km2，约占坝址以上集水面积的 20%，由于 河床坡降大，岸坡多由红色砂岩、泥岩互层组成加之库区处在著名的大巴山暴雨区，暴雨 强度大，历时短，岸坡植被因为人类活动，开垦种植而不断受破坏。洪水来时夹带大量泥 沙，是水库泥沙的主要来源。 坝址以上流域年悬移质输沙模数宜采用长委荆江局成果，但悬沙容重由 1.0 t/m 改取 1.3 t/m3，则鲤鱼塘水库悬移质输沙模数为 1591 t/km2，相应水库悬移质输沙量为 37.52 万 t。推沙与悬沙比为 0.2，计算推移质输沙量为 7.50 万 t，全年水库输沙总量 45.02 万 t。31.5 地质状况工程区所处大地构造单元为扬子准地台中部，四川台坳东段，区内构造以褶皱为主，4 其轴线多呈向北西突出的弧形，总体走向为北东向或北东东向。本区新构造运动的特点是 以缓慢的间歇性抬升为特征。据历史地震资料，区域内未发生过中强地震，与工程区距离 最近的地震发生在云阳―奉节一线， 43 ? MS ? 3.0 ，震中距工程区直线距离达 70km。另 4据 1965 年~1974 年地震观测资料， 区内仅发生过 7 次微弱地震， 震中多分布于本流域之外， 震级小于 3.6 级，工程区附近数百公里范围内无强震中分布。根据三峡工程及邻区近 20 年（1960 年~1980 年）的区域地形变资料，本区为地壳变化平缓的稳定区。又据三峡工程 及邻区人工地震测深、布格重力异常图及航磁测量成果，反映本区位于 M 面及布格重力异 常和磁异常平缓区，深部基底结构完整，属稳定的地壳结构型式。经查《中国地震烈度区 划图》 （1/400 万，1990） ，本区地震基本烈度小于Ⅵ度。2 设计基本资料2.1 开发任务和综合利用要求鲤鱼塘水库工程的开发任务是以农业灌溉、 开县新城供水为主， 兼有发电等综合利用， 同时为安置三峡水库移民创造有利条件。2.2 水文、气象表 2―1 水文气象资料表多年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 坝址多年平均降雨量 多年平均风速 最大风速 多年平均最大风速 坝址多年平均流量 坝址多年平均径流量18.6℃ 42℃ -4.5℃ 1424mm 0.8m/s 24m/s 13.5m/s 5.28m3/s 1.66 亿 m35 多年平均输沙量 多年平均含沙量 各频率设计洪水的洪峰流量和洪量见表 2-2表 2-245.02 万 t 2.71kg/m3各 频 率 设 计 洪 水 成 果 表频率 P 洪峰流量 Qm 一日洪量 W1 三日洪量 W3% m3/s 万 m3 万 m30.05 830.1 831 263.3 185 4110 6320 870 2.3 水利动能主要指标表 2-3 水利动能主要指标表正常蓄水位 死水位 装机容量（坝后电站/跌水电站） 机组台数（坝后电站/跌水电站） 单机容量（坝后电站/跌水电站） 最大发电流量（坝后电站/跌水电站） 多年平均发电量（坝后电站/跌水电站） 年利用小时数（坝后电站/跌水电站）450.00m 405.00m kW 3/3 台 kW 13.4/12.4m3/s
万 kW?h h2.4 特征水位、相应库容及泄量表 2―4 特征水位、相应库容及泄量资料表正常蓄水位 正常蓄水位以下库容450m 9826 万 m36 设计洪水位 设计洪水位时泄量 相应下游水位 校核洪水位 总库容 校核洪水位时泄量 相应下游水位 死水位 死库容 水库坝前淤沙高程（50 年/100 年） 水库最大吹程450.1m /s 362.36m 451.52m 10421 万 m3 /s 363.03m 405.00m 1540 万 m3 389.94/401.90m 0.9km2.5 地震烈度表 2―5 地震烈度资料表坝区地震基本烈度 地震设防烈度&6 度 6度2.6 材料容重表 2―6 材料容重资料表水 混凝土 钢筋混凝土 碾压混凝土 淤沙浮容重1.0g/cm3 2.4g/cm3 2.5g/cm3 2.35g/cm3 1.2g/cm37 3 枢纽布置3.1 工程等别和标准鲤鱼塘水库正常蓄水位 450m，水库相应库容 9826 万 m3，总库容为 10431 万 m3。水库 灌溉总面积 24.28 万亩，城镇年毛供水量 4845 万 m3，坝后及跌水电站总装机容量 1.5 万 kW。根据中华人民共和国《防洪标准》 （GB50201-94）的规定，本工程属Ⅱ等大⑵型水利 工程。 主要建筑物级别：大坝和泄水建筑物为 2 级建筑物，输水隧洞、电站厂房和灌溉、供 水建筑物为 3 级建筑物，临时建筑物为 4 级建筑物。 洪水标准：挡水和泄水建筑物设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准：土石坝方 案为 2000 年一遇，重力坝方案为 1000 年一遇。电站厂房、引水隧洞设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准为 200 年一遇。总干输水隧洞和灌溉、供水的主要建筑物的设计洪 水标准为 30 年一遇，校核洪水标准为 50 年一遇。3.2 坝轴线选择选择坝址时，应根据地形、地址、工程规模及施工条件，经过经济和技术的综合分析 比较来选定。 坝址应选在地形地质有利的地方，使坝轴线较短，库容较大，淹没少。附近有丰富的 筑坝材料，便于布置泄水建筑物。在高山深谷区常将坝址选在弯曲河段，把坝布置在弯道 上，利用凸岸山脊抗滑稳定和渗透稳定，并采取排水灌浆等相应加固措施，应尽量避免将 坝址选在工程地质条件不良的地段。如活断层含形成整体滑动的软弱夹层，以及粉细砂、 软粘土和淤泥等软弱地基上。坝轴线一般宜顺直，如布置成折线，转折处山曲线连接。如 坝轴平面形成弧形，最好试凸向上游，如受地形限制，不得凸向下游，曲度应小些，防渗 体不要过薄，以免蓄水后防渗体产生拉力而出现顺水流方向的裂缝。 应尽量选在河谷的狭窄段。这样坝轴线短，工程量小，但必须与施工场地和泄水建筑 物的布置情况以及运用上的要求等同时考虑对于两岸坝段要有足够的高程和厚度。坝基和 两岸山体应无大的不利地质构成问题。岩石应较完整，并应将坝基置于透水性小的坚实地 层或厚度不大的透水地基上。坝址附近要有足够数量符合设计要求的土、砂、石料且便于 开采运输。8 鲤鱼塘水库坝段选择在桃溪河三溪口以下、大黑滩主要煤矿区以上约 4km 河段内。本 设计阶段初选了九道拐、小黑滩、大黑滩三处坝址进行比较，从地形地质、水库水质、和 工程技术经济等条件看，大黑滩坝址存在有明显缺点，根据分析，本阶段予以放弃。故技 术经济分析工作重点放在在九道拐坝址（称上坝址坝轴线）和小黑滩坝址（称下坝址坝轴 线，两处坝轴线各自的地形地质情况简述如下。 3.2.1 上坝址坝轴线 上坝址位于三溪口下游 1.1km，桃溪河在该坝址处的水流流向为 NE45??SW225?，坝址 下游河道转弯，并在右岸有支沟九道拐汇入。河谷较开阔，谷坡左缓右陡，为不对称“U” 型纵向谷，左岸为顺向坡，坡角 25?~35?，坡面分布有残、坡积物和地滑堆积物，坡脚为 Ⅰ级阶地，宽 20~50m，高程 370~374m。右岸为反向坡，坡角 50?~70?。枯水季节坝址处常 水位 362~363m，河床宽 35~40m，正常蓄水位 450.00m 时，河床宽 321~340m。 河床覆盖层厚 0~3m，左岸岸坡覆盖层厚 0~6m，地表覆盖有滑坡堆积物，方量约 15 万 m3，右岸基岩裸露良好。本坝址出露地层主要为粉砂质泥岩夹长石石英砂岩，岩性较软弱， 强度低。左岸强风化层厚 7~15m，弱风化层厚 15~20m。河床部位强风化层厚 3~6m，弱风化 层厚 10~12m。右岸强风化层厚 6~10 m，弱风化层厚 12~16 m。坝址处为单斜岩层，构造简 单，断层不发育，仅沿软硬岩层接触面发育一些层间错动带。 坝址上游左岸约 500m 处有一方量为 103.5 万 m3 的陈家大院滑坡。岩体透水性与地质 构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率 q≤3Lu 的相对隔水 层，两岸在地表以下 66~85m，河床 59.5 m。 3.2.2 下坝址坝轴线 下坝址位于九道拐下游约 500m 处， 桃溪河出九道拐后流向 SE， 该坝址河道较为顺直， 岸坡左陡右缓，河谷形态呈不对称“V”型横向谷。两岸山体完整、雄厚，左岸呈一陡崖 状，坡角为 60?~70?，右岸地形稍缓，坡角为 30?~50?，部分地段分布有残、坡积物及崩积 物。常水位 355~362m，水面宽 10~20 m ，河谷宽约 50m，当正常蓄水位 450.00m 时，河谷 宽 222~285m。 河床为第四系冲、洪积漂卵砾石夹砂，结构较松散，覆盖层厚 0~3m。左岸基岩裸露， 右岸除局部地段覆盖有 1~5 m 的块、碎石夹亚粘土外，大部岸坡基岩裸露。下坝址地基岩 石为砂岩、 粉砂岩及泥质岩、 夹页岩。 河床部位强风化层厚 0~5.0m， 弱风化层厚 2.0~13.00m。9 左岸强风化层厚 0~17.35m，弱风化层厚 2.0~63m。右岸强风化层厚 0~13.0m，弱风化层厚 2.0~34m。坝址区断层发育程度较低，已查明的 6 条断层中，F3、F4 规模稍大，F1、F2、F5、 F6 规模均较小。 3 断层位于坝址下段牛背脊──石板河一带。 4 断层位于Ⅱ坝线下游约 30m， F F 该断层走向近东西，倾向北西，倾角 20?~40?，破碎带宽度 2~15m，在河谷左岸坡脚处出露 宽度最大，向两岸延伸，渐趋尖灭，破碎带由页岩、粉砂岩及灰岩碎块组成。坝基岩层软 硬相间，沿页岩发育有一系列层间错动破碎带（JC） ，其中 JC1 最大，贯穿左右岸，在河床 坝基处与 F4 汇合后，出露宽度约 15m。趾板范围内坝基岩石中砂岩占 31.84%，粉砂岩占 36.85%，泥质岩占 31.31% 地下水在高程 450m 以上埋藏较深，在高程 450m 以下埋藏稍浅，两岸地下水位均高于 正常蓄水位 450.00m。岩石透水率 q≤3Lu 的相对隔水层，左岸在地表以下 52―100.0m， 河床 5―361m，右岸 36.0―70.0m。 地形地质条件：上、下坝址地形差异较大，但出露的地层相同，两岸地下水位埋深也 基本接近。上坝址为纵向河谷，河谷较宽，左坝肩山体较单薄，地形不完整；且坝址区左 坝肩有体积约 15 万 m3 的滑坡堆积物，分布置，坝基处理工程量较大。右岸坝肩下游有一 条宽 6m，切割深达 10~90m 的冲沟，对坝肩稳定不利。下坝址为横向河谷，河段较顺直， 便于建筑物的布置。 陈家大院滑坡体均位于两个坝址的库区内， 上坝址距陈家大院约 500m， 滑坡体的稳定与否直接威胁着大坝施工期和运行期的安全，而下坝址与上坝址排距 500m， 其间河流形成近 90?的拐弯，相应也削弱了滑坡对大坝安全的威胁程度。因此，从地形地 质条件来看，以下坝址为优。 工程布置条件：工程布置：下坝址溢洪道与引水发电系统分别布置于左右两岸，建筑 物布置分散，施工和运行干扰较小，虽然面板坝坝高比上坝址高 10.0m，但由于河谷较窄， 坝轴线较短，坝体方量比上坝址少约 50 万 m 。上坝址受右岸地形的制约，泄水建筑物和 引水系统只能布置在左岸，施工和运行易产生干扰；同时，泄洪隧洞处于软岩地层，面洞 条件受制于地质条件，隧洞的施工难度和费用均较大，另外，引水隧洞长度比下坝址增加 了 57m。从工程布置比较，下坝址优于上坝址。 水力学条件：上坝址泄水流条件较差，对冲右岸山坡，对消能防冲不利，下坝址溢洪 道布置顺畅，水流归槽较好。 水库淹没情况：两坝址相距 500m 左右，其间无移民搬迁，下坝址仅水库占地略比上103 坝址有所增加。 通过以上分析，鲤鱼塘水库坝轴线的选择，从地形地质条件，应尽量选在河谷狭窄段。 由地形图上可知，上坝址坝轴线与下坝址坝轴线相比较，不论从地形地质条件、工程布置、 施工条件及投资效益等方面来看，下坝址均比上坝址更具有优越性，故本阶段推荐采用下 坝址坝轴线。因为它是河谷的狭窄段，这样坝轴线短，工程量小，可减少投资，库容较大， 淹没少。3.3 坝型的选择影响土石坝坝型选择的因素很多， 其主要影响因素有附近的筑坝材料、 地形地质条件、 气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。本次选择几种比较优越的坝型，拟订剖面 轮廓尺寸，然后对工程量、工期、造价进行比较，最后选定技术经济可靠合理的坝型。本 设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型。 土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水中倒 土坝和水力冲填坝。从地形地质条件以及附近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土 石坝。碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同，又分为均质坝和 土质防渗体分区坝、非土质材料防渗体分区坝。 均质坝材料单一，工序简单，但坝坡较缓，剖面大，工程量大，施工易受气候影响， 冬季施工较为不便，坝体空隙水压力大。从本工程来看，经探明坝址附近可筑坝的土料较 少，远远不能满足均质坝填筑土料数量上的要求，因此从材料上考虑均质坝方案是不宜采 用的。 土质防渗体分区坝主要有心墙坝、斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。 心墙坝土质防渗体设在坝体中部，两侧为透水性较好的砂石料，该坝型粘性土料所占 比重不大，施工受季节影响较小，但施工时心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。 斜心墙坝和心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对心墙的 “拱效应” ，其抗裂性能优于心墙坝和斜墙坝。 斜墙坝土质防渗体设在上游或接近上游面，该坝型斜墙与坝体施工干扰小，但其抗震 性和适应不均匀沉降的性能不如心墙坝。由于该工程所在地区为地震烈度定为 6 度，基岩 与砼之间磨擦系数取 0.65，故不宜采用斜墙坝。11 多种土质坝施工工序复杂，相互干扰较大，施工易受气候影响，在此不予采用。 非土质材料防渗体坝的防渗体一般有混凝土、沥青混凝土或土工膜等材料组成，而其 余部分由土石料组成，因工程附近建筑材料不易运输，为就地取材不宜采取该坝型。 由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜 度， 能减弱坝壳对心墙的拱效应作用； 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，根据本设计要求防渗材料选粘 土 心 墙 ， 因而最终采用粘土斜心 墙坝的方案。3.4 主要枢纽布置枢纽布置应做到安全可靠，经济合理，施工互不干扰，管理运用方便。 高中坝和地震区的坝，不得采用布置在非岩石地基上的坝下埋管型式，低坝采用非岩 石地基上的坝下埋管时，必须对埋管周围填土的压实方法，可能达到的压实密度及其抵抗 渗透破坏的能力能否满足要求进行保证。枢纽布置应考虑建筑物开挖料的应用。土石坝枢 纽通常包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞输水或引水洞及水电站等，应通过地形地质条件以及 经济和技术等方面来确定。 根据枢纽布置原则，枢纽中的泄水建筑物应做到安全可靠、经济合理、施工互不干扰、 管理运用方便。枢纽布置应满足以下原则： 枢纽中的泄水建筑物应满足设计规范的运用条件和要求。选择泄洪建筑物形式时，宜 优先考虑采用开敞式溢洪道为主要泄洪建筑物，并经济比较确定。泄水引水建筑物进口附 近的岸坡应有可靠的防护措施，当有平行坝坡方向的水流可能会冲刷坝坡时，坝坡也应有 防护措施。应确保泄水建筑物进口附近的岸坡的整体稳定性和局部稳定性。当泄水建筑物 出口消能后的水流从刷下游坝坡时，应比较调整尾水渠和采取工程措施保护坝坡脚的可靠 性和经济性，可采取其中一种措施，也可同时采用两种措施。对于多泥沙河流，应考虑布 置排沙建筑物，并在进水口采取放淤措施。 溢洪道应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，宜选用地质 条件好良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适于作为水闸地基，尽量避免淤泥质 土和粉砂、细砂地基，必要时应采取妥善处理措施。从地质地形图可知坝体右岸地质条件 好，且有天然的土料厂，上下游均有较缓的滩地，两岸岩体较陡，岩体条件好，施工起来12 更快捷更经济合理。 3.4.1 挡水建筑物─土石坝 挡水建筑物按直线布置，土石坝布置在沿坝轴线河弯地段上。 3.4.2 泄水建筑物─ 溢洪道 泄洪采用溢洪道方案，为缩短长度、减小工程量，坝址附近有高程合适的马鞍形垭口， 是布置溢洪道较理想之处。拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地也适合布置溢洪道。溢洪道 布置在左岸，紧邻右坝肩这样对流态也较为有利。溢洪道在水利枢纽中位置的选择，关系 的工程的总体布置，影响到工程的安全、工程量、投资、施工进度和运用管理，原则上应 通过拟定各种可能方案，全面考虑，则选定左岸。 3.4.2.1 引水渠 引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺 应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时， 宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。 引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于 悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用 3-5m/s。横断面的侧坡根 据稳定要求确定。为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。 3.4.2.2 控制段 控制段设计， 包括溢流堰和两侧连接建筑物。 溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点， 其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求： ①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求； ②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求； ③便于对外交通和两侧建筑物的布置； ④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致； ⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。 控制堰的型式、基本尺寸和布置方式是溢洪道泄流能力的决定性因素。由于随着泄流 能力的不同，洪水期可能出现的最高水库洪水位也不同，即坝高也要不同。所以控制堰的 合理设计，归结为拟定不同方案，进行调洪演算，对包括拦河坝和溢洪道在内的枢纽总体 的技术经济条件加以比较，从而选定。13 设置控制堰段要解决的主要问题包括选择溢流堰断面型式、决定堰顶是否设闸门控 制、通过调洪演算选定堰顶高程和孔口尺寸、选定闸门型式以及与控制堰有关的结构的平 面和剖面布置等。 溢流堰型式应根据地形、地质、水力条件、运用要求和技术经济指标等因素，经综合 比较选定。堰型可选用开敞式型式，但与溢流坝相比，其堰体高度很低；与泄水闸相比， 其闸后落差较大。溢流堰体型设计的要求是尽量增大流量系数，在泄流时不产生空蚀或诱 发振动的负压。 溢流堰前缘长度和孔口尺寸的拟定以及单宽流量的选择，可参考重力坝的有关内容。 选定调洪起始水位和泄水建筑物的运用方式，然后进行调洪演算，得出水库的设计洪水位 和溢洪道的最大下泄量。满足条件后，在此基础上，通过分析研究在拟定若干方案，分别 进行调洪演算，得出不同的水库设计洪水位和最大下泄量，并相应定出枢纽中各主要建筑 物的布置尺寸、工程量和造价。最后，从安全、经济以及管理运用等方面进行综合分析论 证，从而选出最优方案。 3.4.2.3 泄槽段 洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵 坡常做成大于临界底坡的陡坡。 破陡、 流急是泄水槽的特点。 槽内水流速度往往超过 16~20。 所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的关键。 泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良 现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质 软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。 泄槽段如设置弯道，由于离心力及弯道冲击波作用，将造成弯道内外侧横向水面差， 流态不利。要设置弯道是时，宜满足下列要求：横断面内流速分布均匀，冲击波对水流扰 动影响小，在直线段和弯曲段之间，可设置缓和过渡段，为降低边墙高度和调整水流，宜 在弯道几缓和过渡段渠底设置横向坡， 矩形断面弯道的弯曲半径宜采用 6～10 倍泄槽宽度。 泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡，其根据自然条件及水力条件确定。 水流通过控制段后为急流，为了不在泄槽段上产生水跃，泄槽纵坡应大于水流的临界 坡，在地质条件许可的情况下，尽量使开挖和衬砌工程量最省。同时纵坡还要考虑泄槽底 板和边墙结构的自身稳定及施工方便等因素。泄槽纵坡以一次坡为好，当受地形条件限制14 或为了节省工程量而需边坡度时也宜先缓后陡， 因为水流经过控制段入泄槽时， 流速不大； 当接近消能设施时，加大底坡以便与消能设施相连接，此段长度较短，防空蚀措施比较好 解决。但为防止水流脱离槽底产生负压，在变坡处宜采用符合水流轨迹的抛物线连接。 泄槽底部衬砌的表面若不平整，特别是横向接缝处下游有生坎，接缝止水不良，施工 质量差；地基处理不好，衬砌与地基接触较差；衬砌底板下排水不畅等原因，将导致底板 下产生较大扬压力和动水压力，甚至使底板被掀起。因此，必须重视衬砌分缝、止水及排 水等，以做到平整光滑、止水可靠和排水通畅。表面平整光滑可以防止负压和空蚀，底板 下排水可以减小扬压力，接缝止水可以避免高速水流侵入底板产生脉动压力。 3.4.2.4 出口消能和尾水渠 根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑 物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其 底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底 角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空 气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔 排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。 当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是 将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估 算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天 然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。3.5 水电站建筑物水电站适合布置于交通方便，施工方便，开挖比较少的地形。根据图纸右岸地形较缓， 便于厂房布置，开关站布置在厂房附近。 厂房及开关站布置在右坝肩附近的右岸，厂房内安装 3 台 HLD75-WJ-73 型水轮发电机 组，总容量 6000kW。发电尾水进入总干隧洞。主厂房尺寸 37.02×13.0×16.24m(长×宽 ×高)，开关站为户内式，面积 11.0×12.0m。15 4 洪水调节计算4.1 防洪标准该工程主要建筑物级别为 2 级，根据《防洪标准》 （GB50201-94）规定 2 级建筑物土 石坝的防洪标准采用 100 年一遇设计，2000 年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用 100 年 一遇设计，200 年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用 30 年一遇标准。4.2 设计洪水4.2.1 设计洪峰流量 本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得 100 年一遇设计洪峰流 量为 1760 m /s，2000 年一遇校核洪峰流量为 2580 m /s 。 4.2.2 设计洪水过程线 根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水 与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表 4-1：表 4-1 鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表3 3（1982 年 7 月 16 日洪水） 时间 各频率(p%)流量值(/s) (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.05 166 80 20 20
513 405 0.1 152 932 00 20 70 899 684 472 373 0.2 131 847 90 00 5 827 630 435 343 0.5 113 742 30 995 80
554 382 301 1 108 658 20 890 947 20 774 650 495 342 270 2 97.0 576 6 786 836 905
574 437 302 238 5 73.1 459 5 645 686 743 827 835 561 471 359 248 19516 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30348 294 267 268 258 248 240 212 187 138 152 111 80.4 65.1 82.4320 271 246 247 238 228 221 195 172 127 151 110 80.0 64.8 82.0295 249 225 226 219 210 203 180 160 117 146 107 77.4 62.7 79.4259 219 198 199 191 184 178 158 141 103 143 106 75.2 62.2 74.3232 196 178 179 172 165 160 141 126 92.0 141 105 73.8 61.9 73.8205 173 157 158 152 146 141 124 111 81.2 138 103 72.7 61.2 72.6168 142 129 130 125 120 116 102 91.1 66.7 132 98.3 69.6 58.8 68.64.2.3 库容曲线表 4-2 水位库容曲线表高程（m） 354.3 369.8 378.5 395.7 404.4 413.0 417.3库容（亿 m3） 0.000 0.017 0.029 0.096 0.153 0.235 0.286高程（m） 421.6 425.9 430.2 438.9 443.2 447.5 451.8库容（亿 m3） 0.348 0.417 0.496 0.683 0.792 0.914 1.04317 460 450 440 430 420高程（m）410 400 390 380 370 360 350 0 0.2 0.4 0.6 体积(亿立方米) 0.8 1 1.2图1水位库容曲线图4.2.4 调洪演算 （1）调洪演算原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再 假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量 分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位， 并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为 设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方 法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给 限制流量差值 100 m /s 以内。 （2）孔口尺寸方案 在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案 进行比较： 方案 1 方案 2 方案 3 2-8m×11m (孔数－宽×高，下同) 2-9m×11m 2-10m×12m318 初步拟定堰面采用 WES 曲线型实用堰堰顶高程 439m，堰高 9m，低堰，根据溢洪道的 泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附 1-4 式计算，即Q ? Cm?? m B 2 g H 0式中 Q――流量，m3/s； B――溢流堰总净宽，m；1.5H0――计入行近流速的堰上水头，m，对高堰 H0=H；对低堰； V0――行近流速，m/s； a0――动能修正系数，可近似地取为 1； H――堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0 处(下同)； g――重力加速度，9.8m/s2； m――流量系数，可在附表 1-3 中查出； C――上游面坡度影响修正系数，可在附表 1-4 中查出；当上游面为 铅直时，C=1.0； ――收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上 水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取 0.90； ――淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时 =1。 取定型设计水头 Hs=10m 时，流量系数 m=0.492 ，侧收缩系数ε =0.86，上游面坡度影 响修正系数 C=1.0， 淹没系数 =1.0。 按照 《溢洪道设计规范》 （SL253―2000） A.2.1-1 表 =0.90～0.97；对低堰可取 =0.80～规定 WES 实用堰系数表，,泄流能力计算见表 4-3，调洪演算计算成果表见 4-4。19 规 范 表 A.2.1-1溢 洪 道 泄 流 量 系 数 表H0/Hs 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3P1/Hs 0.2 0.425 0.438 0.450 0.458 0.467 0.473 0.479 0.482 0.485 0.496 0.4 0.430 0.442 0.455 0.463 0.474 0.480 0.486 0.491 0.500 0.495 0.6 0.431 0.445 0.458 0.468 0.477 0.485 0.491 0.496 0.499 0.500 1.0 0.433 0.448 0.460 0.472 0.482 0.491 0.496 0.502 0.506 0.508 ≥1.33 0.436 0.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.510 0.513注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）表 4 - 3 鲤鱼塘水库泄洪设施不同方案的泄流能力计算表堰顶水头 H(m) 0.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0库 水 位 439.0 443.0 444.0 445.0 446.0 447.0 448.0 0.0 0.431 0.446 0.458 0.469 0.478 0.487 系数b=8m 泄流量 (m3/s) 0.0 210.0 304.0 410.0 529.0 658.9 771.4b=9m 泄流量 (m3/s) 0.0 236.3 341.7 461.3 595.3 741.2 901.1b=10m 泄流量 (m3/s) 0.0 262.5 379.7 512.5 661.4 823.6 1001.220 10.0 11.0 12.0 13.0449.0 450.0 451.0 452.00.492 0.497 0.500 0.502947.7 6.1 1433.32.5 2.40.6 1.7表 4―4 调洪演算计算成果表方案 一 二 三堰顶高程 △z（m） 439m 439m 439m孔宽 B（m） 8m 9m 10m工况 设计 校核 设计 校核 设计 校核最大下泄流量 Q（m3/s） 9.0 2.3 2.4库水位 Z（m） 450.36 452.27 450.10 451.52 450.03 451.2（3）方案选择由表可知，各孔口方案对应的校核洪水位相差较大，因坝高是由校核水位情况控制， 所以增大孔口尺寸不能降低坝高，相应会使溢洪道规模加大，投资上升，而减小孔口尺寸 则须增加坝高，溢洪道投资的减少则有限，故选定的孔口尺寸为 2 孔 9m×11m(宽×高)。 设计水位 450.1m， 校核水位 451.52m， 设计泄洪流量 1257.3 m /s 校核泄洪流量 1522.3m /s。3 35 大坝设计5.1 坝型确定根据第三章 3.3 所述斜心墙坝综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点， 斜心墙有足够的斜度， 能减弱坝壳对心墙的拱效应作用；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，根据本设计要求防渗材料选粘 土 心 墙 ， 因而最终采用粘土斜心墙 坝的方案。21 5.2 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。 5.2.1 坝顶高程计算 根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001） （以下简称“规范”）规定，坝顶高 程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用条件下的坝顶 超高、校核水位加非常运用下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为 6?，故还需考虑 正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值， 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 y 按下式计算：y = R+e+ A式中： R――最大波浪在坝坡上的爬高，m； e――最大风壅水面高度，m； A――安全加高， 根据坝的等级， 《碾压式土石坝设计规范》 m， 按 （SL274―2001） 规定，本工程大坝属 2 级建筑物，在正常蓄水位和设计洪水位情况取 1.0m,在校核洪水位 情况取 0.5m。 （1）求 R――最大波浪在坝坡上的爬高的确定 对于丘陵、平原地区水库，当 W&26.5 m/s、D&7500 m 时，波浪的波高，波浪的爬高 和平均波长可采用鹤地水库公式，按《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）按式 （A.1.6-1） 、式（A.1.6-2）计算：1 1 gh 2% ? 0.00625W 6 ? gD ? 3 ? 2? ?W ? W2(A.1.6-1)gLm ? gD ? ? 0.0386 ? 2 ? 2 W ?W ?12(A.1.6-2)对于内陆峡谷地区水库，当 D&20000 m 时，波浪的波高和平均波长可采用官厅公式， 按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001） （A.1.7-1） 、式（A.1.7-2）计算：22 ?1 ? gD ? gh ? 0.0076W 12 ? 2 ? 2 W ?W ? ?1 gLm ? gD ? ? 0. ? 2 ? 2 W ?W ?1313.75W――计算风速，m/s； h――计算波高，m； D――风区长度（有效吹程） ，m； hm――平均波高，m； Hm――水域平均水深，m； g――重力加速度，取 9.81m/s2； Lm――平均波长，m。 鲤鱼塘水库属于内陆峡谷地区水库，根据“规范”，计算大坝波浪爬高时，所采用设 计风速：在正常蓄水位情况用平均最大风速的 2 倍，正常运用条件下为多年平均最大风速 的 1.5 倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速，根据气象资料统计，鲤鱼塘水库多 年平均最大风速为 13.5m/s，最大吹程为 0.9km。所以正常蓄水位情况的设计风速： W=2×13.5=27 m/s 正常运用条件下设计风速： W=1.5×13.5=20.2m/s W=13.5m/s非常运用条件下，采用多年平均最大风速：式中 h―当 gD/W2= 20～ 250 时， 为累计频率为 5%的波高 h5% m； gD/W2=250~1000 当 时，为累计频率为 10%的波高 h10% 。 根据计算 gD/W2= 9.81×900/20.22=21.6 在 202～ 50 范围内，所以为累计频率为 5% 的波高 h5%。 正常蓄水位情况下 W=27 m/s 正常运用条件下 非常运用条件下 W=20.25 m/s W=13.5 m/s 正常蓄水位时 gD/W2= 12.1 正常运用条件时 gD/W2= 21.5 非常运用条件时 gD/W2= 48.4 Lm =10.33m Lm =7.74m23计算得 正常蓄水位情况下 h =0.98m 正常运用条件下 h =0.69m 非常运用条件下h =0.41mLm =5.15m按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范附录 A.1.7 及 A.1.8 的规定，根 据 gD/W2 和 hm/Hm 的值的范围可按规范表 A.1.8 求取平均波高。规范表如下：规范表 A.1.8 不同频率下的波高与平均波高的比值P(%) hm/Hm &0.1 0.1～0.21 2.42 2.35 1.95 1.8710 1.71 1.64注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 5-1平均波高计算成果表 hm水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位gD/W2 20～250 20～250 20～250hm/Hm &0.1 &0.1 &0.1P(5%) 1.95 1.95 1.95平均波高 hm（m） 0.50 0.35 0.21表 5-2风浪要素计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位平均波高 hm（m） 0.50 0.35 0.21平均波长 Lm（m） 10.33 7.74 5.15平均波浪爬高 Rm 参照“规范”附录 A.1.12 计算，初步拟定水库大坝上游坝坡为24 m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录 A.1.12 式计算：R ? m K K ? w 1? m 2 h L m m式中：K ? ――斜坡的糙率渗透性系数，护面类型初拟为砌石护面确定 K ? =0.75；Kw――经验系数，由风速 W、坡前水深 H、重力加速度 g 所组成的无维量KwW / gH查表 A.1.12-2 得设计条件：=1.00；校核条件：Kw=1.00；m――斜坡的坡度系数，初拟坡度 1：2.5规范表 A.1.12-1 糙率及渗透性系数 K ?护 面 类 型 光滑不透水护面 沥青混凝土 混凝土或混凝土板 草 皮 砌石 抛填两层块石 （不透水基础） 抛填两层块石（ 透水基础）K?1.00 0.90 0.85~0.90 0.75~0.80 0.60~0.65 0.50~0.55注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范表 A.1.12-2Kw――经验系数W / gH≤11.522.533.54≥5Kw1.00 1.02 1.08 1.16 1.22 1.25 1.28 1.30注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）25 表 5-3平均爬高 Rm 计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位K?Kwm2.5 2.5 2.5平均波平均波 Rm（m） 0.63 0.46 0.28m 高 h（m） 长 L（m） m0.75 0.75 0.751.00 1.00 1.000.50 0.35 0.2110.33 7.74 5.15按式《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范附录 A.1.11 的规定设计波浪爬 高值应根据大坝级别确定，1、2、3 级大坝采用累积频率为 1%的爬高值 Rm，4、5 级大坝采 用累积频率为 5%的爬高值 Rm规范表 A.1.13 不同频率下的爬高与平均爬高比值（R/Rm）P(% hm/H &0.1 0.1～0.3 &0.31 2.23 2.08 1.865 1.84 1.75 1.61注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000） 表 5-4 设计爬高 R 的计算结果表水位（m）大坝级 别平均爬高 R m（m）设计爬高 R（m）正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位2 2 20.63 0.46 0.281.40 1.03 0.6226 （2）风浪壅高按下式计算： 式中：KW 2 D e? co? s 2 gH mK――综合摩阻系数，计算时一般采用 K=3.6×10-6； β ――风向与水域中线的夹角； W――计算风速，m/s； Hm――水域平均水深，m；D――风区长度，m； 表 5-5 风浪壅高计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位大坝级 别 2 2 2计算风速 W(m/s) 27 20.25 13.5风浪壅高 e（m） 0.003 0.002 0.001(3) 安全加高 A 的确定 按《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）规范 5.3.1 确定安全加高 A.规范 5.3.1安全加高 A 值表坝的级别 设计 山区 丘 陵区 平原 滨 海区 校 核1 1.50 0.70 1.002 1.00 0.50 0.703 0.7 0.4 0.54、5 0.5 0.3 0.3注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）27 （4）超高值 y 的计算 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 y 按下式计算：y = R+e+ A式中： R――最大波浪在坝坡上的爬高，m； e――最大风壅水面高度，m； A――安全加高，m，根据坝的等级，设计运用条件时取 1.0m，非常运用条件是 取 0.5m；表 5-6 超高值 y 计算成果表水位（m） 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位设计爬高 R 1．40 1.03 0.62风浪壅高 e 0.003 0.002 0.001安全加高 A 1.00 1.00 0.50超高值 y 2.403 2.032 1.121（5）坝顶高程的确定与放浪墙墙顶高程确定 由于鲤鱼塘水库所在地区地震基本烈度 6°，按《水工建筑物抗震设计规范》 （SL293 ―97） ，水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌浪高度， 可根据设计烈度和坝前水深， 一般涌浪高度为 0.5m～1.5m， 该水库地震涌浪高度取用 1.2m， 不考虑地震作用的附加沉陷计算。坝顶上游侧设 1.2 m 防浪墙。 根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274-2001）第 5.3.3 条规定，坝顶高程分别按以 下运用情况计算，取其最大值： 1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高：450.10+2.032＝452.132m； 2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：450+2.403=452.403m； 3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：451.52+1.121=452.641m；28 4、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高： 450+1.121+1.2=452.32m。 经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为 452.641m，取 452.64m。 放浪墙墙顶高程：452.64+1.2=453.84 m 5.2.2 坝顶宽度的确定 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《碾压式土石坝设计规范》 （SL274-.1 规定，坝顶无特殊 要求时，高坝的顶部宽度可选用 10~15m，中低坝可选用 5~10m。该水库挡水大坝设计未 高坝，大于 70m，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为 10m。 5.2.3 坝坡与马道的确定 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。表 5-7 上下游边坡比表坝高(m) 〈10 10～20 20～30 〉30上游 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3 1：3～1：3.5下游 1：1.5～1：2 1：2～1：2.5 1：2.25～1：2.75 1：2.5～1：3在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置 1.5～2 m 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，综合上述等各方面因素其宽 度取为 2.0 m。 根据规范规定与实际结合，鲤鱼塘土石坝的上游坝坡采用上下部均取 1:2.5；下游自 上而下均取 1：2.5。上游坝坡在变坡处设置 2.0m 戗道,高程为 395m；下游坝坡设置二级 宽 2.0m 的马道，高程分别为 425m、400m,设置 2.0m 的上坝戗道，取坝基建基面高程 350m， 通过计算得最大坝高=452.64―350 =102.64 m。图上量得坝长 316.3m。29 5.2.4 护坡与坝体排水 为了保护上游坝坡免受波浪淘刷；顺坡雨水水流冲刷、冻胀干裂；冰层和漂浮物等的 危害作用；还有防止无粘性土料被大风吹散，蛇、鼠和土栖白蚁等动物在坝坡中营洞造穴 等危害。上游坝面要有足够抗冲能力，已建造的土石坝，多采用堆石、干砌石和浆砌石护 坡和混凝土护坡。根据资料分析本工程属高坝可采用浆砌石护坡，厚度 0.4m,浆砌石护坡 是在块石之间充填砂浆或细石混凝土适用于波浪高、压力大、容易被冲坏的情况。浆砌石 护坡稳定性较好，其厚度可比干砌石护坡酌情减小。 下游坝坡工作条件相对上游坝坡好些，一般宜简化设置，下游护坡本设计采用干砌石 护坡一般采用单层干砌形式、厚度 0.4m。 对渗入坝体内的水量。下游坝坡应设置排水设施，将渗水快速，有计划地排出坝外， 以达到降低坝体浸润线和孔隙压力，防止渗流逸出区域产生渗透变形，保证坝坡稳定。 坝体排水应满足如下三点要求： ①排水体能自动地向坝外排出全部渗水； ②排水体应便于观测和检修； ③排水体应按反滤要求设计。 由于本地区石料比较丰富，故采用堆石棱体排水比较适宜，另外采用棱体排水可以降 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。顶部高程：应大于该地区的冰结深度，并应满足波浪爬高的要求。 高出下游水位 1.0m―0.5m。 顶部宽度： 应根据施工和观测的要求确定， 一般为 1.0～2.0m。 排水的内坡：一般为 1：1.0～1：1.5；外坡：一般为 1：1.5～1：2.0。本设计棱体顶部 高程取 364m,顶部宽度取 2m,排水内坡取 1：1.5，外坡取 1：1.5。 5.2.5 大坝防渗体 （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定，根据《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―.2 规定 土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。 应自上而下逐渐加厚， 顶部的水平宽度不宜小于 3.0 m；底部厚度 斜墙不宜小于水头的 1/5，心墙不宜小于水头30 的 1/4。实际工程经验提出的允许比降：心墙不宜大于 4.0，斜墙不宜大于 5.0 据此求出 土质防渗体底部的厚度。本设计允许渗透坡降[J]=5，最大作用水头 H 与允许比降的比值： B=H/[J] 上 游 校 核 洪 水 时 承 受 的 最 大 水 头 为 451.52―350=101.52 m ， 墙 的 厚 度 B
101.52/5=20.3ｍ.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，有资料研究认为，斜心 墙向上游倾斜的坡度为 1:0.25～1:0.75 时较好，本次设计取为 1:0.4，下游坡度取为 1:0.1，粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高 0.6～0.8 m）并高于校核 洪水位为原则，最终取其墙顶高程为 451.6 m，经计算底宽为 35.32 m,大于 20.3 m，墙顶 的上部留有 1m 的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜,大坝剖面尺寸设计见图 2。10正常蓄水位450.0m 设计洪水位450.1m校核水位451.52m坝顶高程452.64m51:2死水位405m2m15 :2 ..5425m 400m1:2 .51 :2坝基高程350m.5图2大坝剖面示意图6 渗流分析与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。6.1 确定土料的渗流系数（1）坝壳砂砾料选用与确定 坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：Dr ?(rd ? rmin )rmax emax ? 1 Dr ? (rmax ? rmin )rd emin ? 1 ，或式中： emax――最大孔隙比， emax= ?s / rmin ? 1；31 emin――最小孔隙比，emin= e?s / rmax ? 1；?s / rd ? 1――填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e=；?s ――沙粒比重；rmax――最大干容重，由试验求得；rmin ――最小干容重，由试验求得；rd――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，1、2、3 级坝 Dr 不小于 0.75，4、5 级坝不小于 0.70。在地震区要求 更高。一般沙砾料的干容重 rd=17.2KN/m 。 土料产地位于小黑滩坝址上游 1.0～1.4km 的里坝，储量丰富；根据土力学的中土的 渗透性及渗流原理，当 Dr 不小于 0.75 时，沙粒料的各种参数见下表 6-1。沙粒料的各种参数 6-13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 湿容重 ru 浮容重 r’ 内摩檫角 粘聚力 渗透系数 10-4cm/s43 45 2.65 18.65 0.45 19.5 11.9 36．5 ? 0 2粘土材料的选用32 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控制为 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 rmax 和平均最优含水量W0。设计干容重 rd 为：rd=mrmax 式中：rd――设计干容重， （ｇ/cm ） ；3rmax――在相应击实功能下的平均最大干容重， 3） （cm ；ｍ ――施工条件系数（或称压实系数） 。对于 1、2 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=0.98。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=0.07。 设计最优含水量为：W0 ? W0用下述公式计算最大干容重作为校核参考： ?s(1 ? va) rd max ? 1 ? ?sW 式中：?s ──土粒的比重；va──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。粘性土料各种参数见下表 6-2。33 粘性土料的参数表 6-2比重△s 最优含水量 干密度(g/cm ) 空隙比 自然含水量% 塑性指数 干容重(KN/m ) 湿容重(KN/m ) 浮容重(KN/m ) 内摩擦角Φ 粘聚力(kpa) 渗透系数 k（10 m/s）-8 3 3 3 32.67 22.07 1.6 0.734 24.8 19.46 15.68 19.91 9.92 24.67 ? 24.0 4.317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。根据上述土料物理力学性质从渗透系数的角度来看均满足 规范要求，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大于 1×10- cm/s， 对于心墙坝或斜墙坝不大于 1×10- cm/s。5 46.2 坝体的渗流计算选择水力学方法解土坝渗流问题。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，见大坝地质剖面图 3，渗流示意图 4。.图3大坝地质剖面34 1:2.5 1:2.5 1:2.5H11:2.5K2tc K1HLH2图4渗流示意图由于鲤鱼塘水库从组成库盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构 造通过，裂隙多闭合，且连通性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径; 地形 完整，防渗条件较好，故此可把地基初拟为不透水地基。 通过防渗体流量：q1 ? k 1( H 1 2 ? H )22tc通过防渗体后渗流量：q2 ? k 2( H 2 ? H 2 2 ) 2L其中：q1――通过放身体的渗流量； q2――通过防渗体后的渗流量；K1――防渗体心墙土料的渗透系数，4.317×10- m/s； H1――上游水深； H――逸出水深；8tc――防渗体心墙的平均厚度；K2――坝壳土料的渗透系数，2×10- m/s； H2――下游水深； 假设： ①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；354 ②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水位与下游水位相差 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 上不是平面渗流，但计算仍按平面渗流计算，近似认为下 0 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。 计算断面及计算情况的选择 对河床中间断面 I―I 及左右对称的两典型断面 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的工况进行。断面图见下图 5，图 6，图 7。 不同断面的防渗体心墙的平均厚度；35.32 ? 5 ＝20.16m 2 23.6 ? 5 Ⅱ-Ⅱ断面 tc= =14.3 m 2 21.62 ? 5 Ⅲ-Ⅲ断面 tc= =13.31 m 2Ⅰ-Ⅰ断面 tc=L=235.65m L=143.85m L=127.94m正常蓄水位450.0m 设计洪水位451.52m 坝顶高程452.64m 2.5 1：1：2.52m1： 2.5H2H11：2坝基高程350m.5tcH235.65m图 5 Ⅰ-Ⅰ断面示意图正常蓄水位450.1m设计洪水位451.52m H1坝顶高程452.64m1：tc2.51：2.521：H143.85m2. 5图6Ⅱ-Ⅱ断面示意图36 正常蓄水位450.1m设计洪水位451.52m H1坝顶高程452.64m1：tc2.52.5 1：21：H127.94m2. 5图7Ⅲ-Ⅲ断面示意图对各断面进行渗流计算，渗流计算结果见表 6-3。表 6-3 渗流计算结果表计算工况 计算项目 上游水深 H1（m） 下游水深 H2(m) 逸出水深 H(m) 渗流量 q（10-6m3/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 100.0 62.0 55.4 12.36 0 0 13.32 2.885 2.521 10.4 5.789 4.418 332.5设计洪水位 101.52 63.42 56.82 13.03 0 0 13.97 2.952 2．585 10.8 6.057 5.224 352.9总渗流量 Q（m3/d）渗透稳定验算 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心墙的接触面按允许坡降设计估计问题 也不大。在斜心墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。 渗透坡降的计算公式：J? ?H B37 式中： ?? ──上游水深减逸出水深；? ──防渗体的平均厚度；计算成果见表 6-4表 6-4 各种工况渗流逸出点坡降断面 正常 4.30Ⅰ―Ⅰ 设计 4.34Ⅱ―Ⅱ 正常 4.14 设计 4.23Ⅲ―Ⅲ 正常 4.01 设计 4.10计算情况 坡 降 J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。7 稳定计算7.1 计算方法山区一些土坡往往覆盖于一些起伏变化的岩基面上，土坡的失稳多数沿这些界面发 生，形成折线滑动面。对于岩质边坡，破坏面多沿断层或裂隙发生，一般也是折线滑动面， 对这类问题用滑契法，以化简折线滑动法为理论基础，相关公式见《碾压式土石坝设计规 范》 （SL274―2001）《土力学》《水工建筑物》等参考文献，并假设滑动面只在坝壳中， 、 、 而防渗体不连同坝壳一起滑动。 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。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。本设计施工期 计算时土条重为实重，水位以上为天然容重，以下为浮容重。稳定渗流期土条为浸润线至 下游水位之间的饱和容重，折线滑动如下图图 8 所示。38 正常蓄水位450.0mB C EP2 W1W2P1a1 D折线滑动视意图A图8a2按公式：P1 ? W1 sin ? 1 ? W1 cos? 1 P2 cos( 1 ? ? 2 ) ? W1 sin ? 2 ? P2 sin(?1 ? ? 2 ) ? tan?1 ?0 K tan? 2 tan? 2 ? W2 cos? 2 ?0 K K式中： W1、W2 为滑动土体的的重量 P1 为 滑契间的相互作用力 K 为安全系数?1 与 ? 2 为抗剪强度指标根据实验得取 36.5??1、 ? 2 任意假定在图中量得在上述计算式中 W1、W2 为土块面积乘以容重 ，因为是无粘性土料所以根据表 6-1 所 示湿容重取 19.5KN/m3，干容重取 18.65 KN/m3，浮容重取 11.9 KN/m3， ? 1 、 ? 2 是任意假定的。设计中位简化程序起见，还进行了以下假定：1）上游坝坡稳定渗流期与水位 降落期与施工期折点滑动面的按折点在水位下，下游坝坡均在折点在水位以上；2）画面 ED 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，但总体影响不太大，近似计算中可以忽略。当满足判断条件 P1=P2 并且算出最小安全 系数 。 上游坡：1）施工期水位在 1/3 坝高处水深 H=36m 2) 水位降落期 H=60m 上游水位 386 m 上游水位 410 m39 3) 稳定渗流期 H=100m 下游坡：1）稳定渗流期（正常）H=100m 2）稳定渗流期（设计）H=100.1m 3）稳定渗流期（校核）H=101.52m上游水位 450 m 下游水位 362.36 m 下游水位 363.03 m 下游水位 363.73 m由于本坝址的地震烈度为 6 度较小，可近似忽略不计7.2 运用折线滑动法计算上下游坝坡各种工况计算过程见计算书，按照《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 8.3.10 规定， 本工程大坝属 2 级建筑物，坝坡稳定安全系数应不小于如下表所示：规范表 8.3.10 坝坡抗滑稳定最小安全系数运用条件 正常运用条件 非常运用条件 I 非常运用条件Ⅱ工程等级 1 1,.5 1.3 1.2 2 1.35 1.25 1.15 3 1.3 1.2 1.15 4、5 1.25 1.15 1.1注： 此表摘自《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）大坝上下游坡稳定计算成果见表 7-1。表 7-1 大坝上下游坝坡稳定计算成果表 最小安全系数（Kmin） 规范值部位 上 游 坡计算工况 施工期 1/3 坝高 稳定渗流期 水位降落期 稳定渗流期（正常） 稳定渗流期（设计） 稳定渗流期（校核）1.88 1.71 1.86 2.05 1.96 1.821.35 1.35 1.25 1.35 1.35 1.25下 游 坡40 7.3 稳定成果分析主要建筑物土石坝的等级为Ⅱ级，查《碾压式土石坝设计规范》 （SL274―2001）表 8.3.10 规定，坝坡稳定的安全系数应满足以下条件：正常运用条件不低于 1.35，非常运 用条件 I 时不低于 1.25，非常运用条件Ⅱ时不低于 1.15。 根据计算成果表可看出大坝上下游坡稳定均满足规范要求，由于上游坝坡较缓，稳定 渗流期以及库水位降低期，不考虑地震，Kmin=1.71，Kmin=1.86 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，进行计算时所作的假 设条件可能与实际不符，实际安全系数可能要小些，但总体影响不大，故而不改变坝坡， 维持原拟订的剖面。8 溢洪道设计8.1 溢洪道地形地质资料溢洪道布置在左岸，左岸为顺向坡，坡角 25?―35?，坡面分布有残、坡积物和地滑堆 积物，坡脚为Ⅰ级阶地，宽 20―50m，高程 370―374m。右岸为反向坡，坡角 50?―70?。 岩体透水性与地质构造和风化程度有关，两岸地下水位均高于正常蓄水位，岩石透水率 q ≤3Lu 的相对隔水层，两岸在地表以下 66―85m，河床 59.5 m。由于鲤鱼塘水库从组成库 盆的岩性特征分析,其透水性较弱，结合库区无大的断裂构造通过，裂隙多闭合，且连通 性较差等构造特征，表明库区不存在连续的渗透途径; 地形完整，防渗条件较好。8.2 溢洪道布置8.2.1 引水渠布置 引水渠进口布置应因地制宜，体形简单。当进口布置在坝肩时，靠坝的一侧应设置顺 应水流的曲面导水墙，靠山一侧应开挖或衬砌规则曲面；当进口布置在垭口面临水库时， 宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。 引水渠的横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减少水头损失。渠内设计流速大于 悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失小，一般采用 3-5m/s。横断面的侧坡根 据稳定要求确定，为了减小造率和防止冲刷，引水渠宜做衬砌。41 引水渠全部为基岩开挖，初拟引水渠布置在左坝肩成喇叭口型式，全长 98m， ，引水渠 首端为底宽为 38 m ，底高程 430m，边坡 1:0.2 的明渠，其后接扩散段,长度为 70m,扩散段 末端接进口段长度 28m,底净宽 20m,引水渠进口段剖面见下图。450m1:0.1:0.2图92430m20m引水渠进口剖面图8.2.2 控制段布置 控制段设计， 包括溢流堰和两侧连接建筑物。 溢流堰的位置是溢洪道纵断面的最高点， 其堰顶高程与工程量的关系很大，所以控制堰轴线的选定应满足下列要求： ①统筹考虑进水渠、泄槽、消能防冲设施及出水渠的总体布置要求； ②建筑物对地基的强度、稳定性、抗渗性及耐久性的要求； ③便于对外交通和两侧建筑物的布置； ④当控制堰靠近坝肩时，应与大坝布置协调一致； ⑤便于防渗系统布置，堰与两岸的止水、防渗排水应形成整体。 8.2.2.1 闸室地下轮廓线的布置 （1）防渗设计与设计计算 防止地基渗透变形，减小闸基渗透压力；减小水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。布 置原则防渗设计一般采用防渗排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等 防渗设施，如排水孔排水和减压井与下游连通，使地下渗水尽快排除，减小渗透压力，并 防止渗流山口产生渗透变形。 （2）地下轮廓线的布置42 防渗设备采用混凝土铺盖，闸室底板上下游设置齿墙。闸底板长度 31m。闸室底板厚 度：t=1m。 8.2.2.2 排水设计 水平排水一般设置反滤层，2-3 层的不同粒径的砂和砂石组成，次层排水应尽量与渗 流的方向垂直，各层依次按渗流方向逐层增大。为了排除陡坡段的地基渗水，减小底板所 受的扬压力，须在底板初砌下面设置排水系统，排水系统设置两边横向排水沟和纵向排水 沟，其横纵向的相连通，最后将排水至下游。 8.2.2.3 止水设计 凡具有防渗要求的缝，都应设置止水，止水分竖向止水和水平止水，前者主要设在边 墩与翼墙后，后者设在铺盖上的沉降缝，翼墙和消力池本身的温度沉降缝等，在闸室与斜 坡的链接处分缝并设置水平止水。 8.2.3 闸室布置 8.2.3.1 底板设计 作用：闸底板的闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并均匀的传给地基，还 有放冲，放渗的作用。本设计底板长度取 20.5m,闸室底板厚度一般 1-2m,取厚度为 1m。 8.2.3.2 闸墩设计 作用：分割闸孔并支撑闸门、工作桥、等等上部结构，使水流顺利通过闸室。 外形轮廓：闸墩应满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求，上游墩头和 下游墩头采用半圆形，长度为 31m。 厚度：中墩 2m,边墩 3m,平板检修闸门门槽深 0.2m,宽 0.3m。工作闸门与检修闸门之 间 3m 的净距，以便工作人员检修。 闸墩高度： 根据《水闸设计规范》 （SL-2001）中的规定 安全超高取 0.5m。H = 校核洪水位时水深+安全超高=（451.62－430）+0.5 =22.12 m。 8.2.4 闸门与启闭机 8.2.4.1 工作闸门自重 G 的估算 工作闸门为弧形闸门门顶高程根据《水闸设计规范》 （SL-2001）闸门自重 G 规定的估 算公式：闸门宽度 B&10m。43 G ? K C K b H 0.42 B 0.33 H S ? 1.0 ? 0.472 ? 110.42 ? 9 0.33 ? 10 ? 266.8KN式中：KC―材料系数普通碳素钢，KC = 1.0； Kb―空口宽度系数：当 B 《 5 m 时, Kb=0.29 ,当 5〈 B〈 10 时 Kb=0.472，10m & B &20m 时 Kb=0.105； HS ―设计水头； H 、B―空口高度和宽度； 8.2.4.2 平板闸门自重 G 的估算 根据《水闸设计规范》 （SL-2001）中平板闸门自重 G 的估算公式：H & 8m 时；G ? 0.012 ? K Z ? K C H 1.65 B1.85 ? 0.012 ? 0.81 ? 1.0 ? 111.6591.85 ? 296 KN式中 ： KZ―闸门行走支承系数，闸门滑动式承取 0.81； KC―材料系数普通碳素钢，KC = 1.0； 8.2.4.3 初估闸门启门力和闭门力，根据《水工建筑物》中公式 检修闸门的启门力 FQ = Nt(TZd + TZS)＋n?G G ＋WS ＋Gj＋Px式中 ：Nt―为摩阻力安全系数，一般取 1.2；n? G 为计算持住力和启门力的闸门自重修正系数， G 一般取 1.0―1.1； G ― 为闸门自重 TZd ―支承摩擦阻力；Zd=f2P f2―滑动支承的摩擦系数，钢板和橡胶取 0.65；P―作用在闸门上总水压力 ； P ? 则 TZd=f2P=0.65×KN TZS ― 止水摩擦阻力；1 1 rH 2 B ? ? 10 ? 112 ? 9 ? 5445 KN 2 2TZS = f3PZS f3―止水与止水座的滑动系数（橡胶对钢板为 0.65，橡 胶对水泥砂浆面为 0.2）PZS―作用在止水上的水压力，为侧止水的顶止水的总长度乘以止 水橡胶作用的宽度，再乘以平均水头得出； TZS = 0.65×11×0.2×0.2×11=3.2KN；WS ― 为作用在闸门上的水柱压力 本设计可忽略不计； Gj ― 为加重块重量 本设计可忽略不计； Px ―为下引力本设计可忽略不计； FQ = Nt(TZd + TZS)＋n?G G ＋WS ＋Gj＋Px44 = 1.2（.2）＋1.0×296 =4546.95KN 检修闸门闭门力计算 Fw = Nt(TZd + TZS)－nGG＋Pt Nt―为摩阻力安全系数，一般取 1.2 ； TZd ―支承摩擦阻力； TZS ― 止水摩擦阻力；nG ― 为计算闭门力用的闸门自重修正系数， 可采用 0.9―1.0；Pt ―为上托力 本设计可忽略不计； Fw = 1.2（.2）－0.9×296 =3984.54KN 8.2.4.4 启闭机的选择(液压启闭机) 液压启闭机多以油为介质，通过液体传递压力推动活塞，牵引闸门升降。利用液体泵 系统可以带动多个启闭机的活塞杆工作。它的优点是：动力小、启闭力大，机体小、重量 轻，并能集中操作，易于实现遥控及自动化，操作平稳、安全，并对闸门有减震效用等。 最大启门力达到 6000KN。 8.2.4.5 上部结构 工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥，工作桥设在闸门的正上方桥 上设置启闭机，工作桥宽取 5m,启闭机房高 5m。交通桥的作用连接两岸交通，供车辆和人 通行，交通桥设在闸室下游侧，宽度 7.9m。设有人行道。检修桥作用放置检修闸门，设置 在闸墩上游端。 8.2.5 溢流面体型设计 溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：1.由较高的流量 系数，泄流能力大；2.水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；3.体型简单造价低、便 于施工等。 8.2.5.1 顶部曲线段 溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多余锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻 合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压。顶部曲线的型式很多，常用的有克奥曲线和 WES 曲线。本设计采用 WES 曲线，见图 10。45 0.282Hd0.276Hd 0.175HdXR3 R2 R1堰面曲线y图 10 WES 堰面曲线图根据《水工建筑物》P92 页 WES 型堰顶下游段曲线，当坝体上游面为铅直时，按式（3 ―97）计算 式中 Hd―定型设计水头 本设计为 10mR1 ? 0.50 H d ? 0.50 ? 10 ? 5m X 1 ? ?0.175 H d ? 0.175 ? 10 ? ?1.75m R2 ? 0.20 H d ? 0.2 ? 10 ? 2m X 2 ? ?0.276 H d ? 0.276 ? 10 ? ?2.76 m R3 ? 0.04 H d ? 0.04 ? 10 ? 0.4m X 3 ? ?0.282 H d ? 0.282 ? 10 ? ?2.82 mX 1.85 ? 2.0 H d0.85yy ? 0.07063 X 1.85按上式算得坐标值表 8-1 所示：表 8-1 曲线坐标值表46 x/m y/m0.20.40.60.81.01.21.41.60. 0.7 0.071 0. 0.169根据表中数值可绘得堰顶下游曲线 OC 坡度 m=0.7 的下游直线段 CD 与曲线 OC 相切与 C 点。C 点坐标 Xc,YC 可如下求得： 对堰面曲线确定终点，对于 WES 型标准堰面其大致范围是： X=(-0.282―0.85)Hd 本设计取 X 取 0.60Hd 8.2.5.2 中间直线段 中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切。坡度初拟为 i=1.2 8.2.5.3 下游反弧段 根据水力学可知实用堰常用反弧曲面与底板相接，反弧半径可 R 按下式计算。R ? (0.5 ― 1.0) ? ( H d ? Z max )Y=(0―0.37)HdX=6m则 y ? 0.07063 X 1.85 ? 0.07063 ? 61.85 ? 1.943式中： 上下游水位差 Zmax=(451.52―430)=21.52 Hd―定型设计水头 R=(0.5―1.0)×(10+21.52)=（15.76―31.52）本设计取 16m 堰面曲线剖面图如图 11 所示：O CyxD E图 11 堰面曲线剖面图47 综合上述根据调洪演算可得控制段溢流堰为实用堰，堰顶高程 439m，堰底部设置混凝 土齿墙，堰高 9m,底长 23.08m，闸室底板高程 430m,净宽 18m,分两孔，中间设 2m 的闸墩， 两侧边墩宽 3m，控制段顶高程 452.64m，控制段总宽 26m，长 31m,其后接 10m 长的导流段， 使水流平稳的进入泄槽，工作闸门为 2 孔弧形闸门，在工作闸门前设检修闸门，为平板闸 门，并分别在闸墩上设工作桥和检修桥。 8.2.6 泄槽段布置 洪水经溢流堰后，多用泄水槽与消能设施连接。为不影响溢流堰的泄洪能力，此段纵 坡常做成大于临界底坡的陡坡。破陡、流急是泄水槽的特点。槽内水流速度往往超过 16 ―20。所以，防止和减小高速水流所引起的掺气、空蚀、冲击波和脉动等是泄槽段设计的 关键。 泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置，使水流平顺，避免产生冲击波等不良 现象。但实际工程中受地形、地质条件的限制，有时泄槽很长，为减少开挖量或避开地质 软弱带等，往往做成带收缩段和弯曲段的型式。 泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄流时。溢流堰下为自由出流和 槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态。因此，泄槽纵坡必须大于临界坡度。泄槽的 横剖面，在基岩上接近矩形，以使水流分布均匀，有利于下游消能；在基上则采用梯形， 但边坡不宜太缓，以防止水流外溢和影响流态，一般为 1:1 ―1:1.5 。 初拟泄槽为矩形净宽 20m， 全长 210m,初始段为 42m 的直线段， 其后接转弯半径为 503m， 长度为 168m 的弯道,底坡 i=0.3,考虑波动、掺气的影响以及超高要求，泄槽边墙起始点高 7m,终点高 5m,泄槽身全部为基岩开挖，左右边墙均采用贴坡式，每隔 29.98m 设置横缝， 底板采用 0.5m 厚的钢筋混凝土护面板。 根据水力学公式计算临界底坡： 公式： 运用迭代法计算 hk 设 h1 K? ?Q 2 ? 3 ? 1 ? 1522 .32 ? ?? ? gb ? ? ? 9.8 ? 20 2 ? ? 8.39 m ? ? ? ? ? ? ?1iK ?gAK ?C K R K B K2将 h1 K ? 8.39m 作为初始值，代入下48 式 h2K? ?Q 2 ?? 2 ? gb ??3 ? ? ?1? h1 K ? 3 ?1 ? 2 m ? ? b ? ? ? ? 8.39 ? 1 ? 8.39 m hK ? ? ?1 ? m ? b ? ?1式中 m=0因 h 2 K ? 8.39m 与 h1 K ? 8.39m 相等，停止迭代，则 hK ? 8.39 mX K ? b ? 2 1 ? m 2 hK ? 20 ? 2 1 ? 0 2 ? 8.39 ? 36.78mAK ? (b ? mhK )hK ? 20 ? 8.39 ? 167 .8m 2BK ? b ? 2mhK ? 20 ? 0 ? 20m1 1RK ?AK 167 .8 ? ? 4.56.m X K 36.781 1 1 CK ? R 6 K ? 4.56 6 ? 91.98m 2 / s n 0.014iK ?gAK 9.8 ? 167 .8 ? ? 0.0012 ?C K RK BK 1 ? 91.98 2 ? 4.56 ? 36.782因为临界底坡 i K ? 0. 8.2.6.1 计算泄槽起始断面水深所以所选底坡满足条件由上述与调洪演算可知泄槽为矩形，底宽 20m，底坡 i=0.3，全长 210m, 钢筋混凝土 护面板粗糙率 n=0.014 式得：h1 ?Q=1522.3 m /s。 《溢洪道设计规范》 由 (SDJ341-89) 按规范附 1-133? 2 g ?H 0 ? h1 cos? ?1522 .3 ? 76 m 3 /(s.m) 20 202 ? 0.96 210q式中 q―计算断面单宽流量，m3/(s?m)； q ?H0―计算断面渠底以上的总水头，m；H0=452.64-430=22.64m―泄槽底板与水平面的夹角，°； cos? ?―考虑从进口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数， 初步估算时， 可取 =0.95 左右。本设计取 0.9249 h1 ?q? 2 g ( H 0 ? h1 cos? )?76 0.92 2 ? 9.8(22 .64 ? h1 0.96)? 4.42 m8.2.6.2 水面线计算 将该陡槽段分为 1―1、2―2、3―3、4―4、5―5、6―6 断面，陡槽全长 210m,每个断 面间距 34.5m 如图 12 所示：初始 断面1-12-2 3-3 4-4 5-5 6-6i=0.3图 12 泄槽断面示意图根据水力学公式进行计算：?s ? Esd ? Esu ?Es ? i? j v2 i? 2 C R2Es ? h ??v 22g? h?? ? 2g ? A ?? ?Q?A ? ?b ? mh ?hX ? b ? 2 1 ? m2 hR?A XCR12?1 16 1 2 1 2 3 R R ? R n n式中： 初始断面Q ?
/ s m ? 0 ? ? 1 A ? ?b ? mh ?h ? 20 ? 4.42 ? 88.4m 2b ? 20mX ? b ? 2 1 ? m 2 h ? 20 ? 2 ? 4.42 ? 28.84 m50 R?CR88.4 ? 3.0 6 5 m 28.841 2 2 ? 1 23 ? 1 ? ?? R ? ? 3.065 3 ? ? 150 .72 m / s ? n ? 0.014 ?v?Q 1522 .3 ? ? 17.22 m / s A 88.42v2 ? 17 .22 ? j1 ? 2 ? ? ? ? 0.0131 C R ? 150 .72 ??v 22g?17 .72 2 ? 15.13m 2 ? 9.81―1 断面假定断面水深 h=3.4mA ? ?b ? mh ?h ? 20 ? 3.4 ? 68m 2X ? b ? 2 1 ? m 2 h ? 20 ? 2 ? 3.4 ? 26.8mR?CR68 ? 2.54 m 26.81 2 2 ? 1 23 ? 1 ? ?? R ? ? 2.54 3 ? ? 133 m / s ? n ? 0.014 ?v?Q 1522 .3 ? ? 22.4m / s A 682v2 ? 22 .4 ? j2 ? 2 ? ? ? ? 0.028 C R ? 133 ??v 22g?22 .4 2 ? 25 .6.m 2 ? 9.8Es ? h ??v 22g? h?? ? 2g ? A ?? ?Q?2Esd ? h ??v 22g? 3.4 ? 25.6 ? 29 mEsu ? h ??v 22g? 4.42 ? 15.13 ? 19.55m51 j?1 ? j1 ? j 2 ? ? 1 ?0.028 ? 0.0131 ? ? 0.?s ?Esd ? Esu ?Es 29 ? 19.55 ? ? ? 33.8m 2 i ? j 0.3 ? 0.0205 v i? 2 C R初始断面与 1―1 断面间距为 34.5m 与假设水深断面间距 33.8m 相近 所以假设水深即 为所求水深。同理求得 2―2，3―3、4―4、5―5、6―6 断面水深，如下表 8-2 所示：表 8-2 水面线计算成果表参数 起始 断面 1―1 断面 2―2 断面 3―3 断面 4―4 断面 5―5 断面 6―6 断面h/mA / m2x/mR/m1 23 R nvj?v 2 2g15.13?s / m4.4288.428.843.065150.717.220.11303.46826.82.5413322.40.02825.633.82.95825.82.25122.6526.250.045835.1634.552.65225.22.06115.77 29.2750.06443.7333.72.44824.81.93511131.710.08251.3332.254524.51.84107.133.830.09758.3933.22.1342.624.261.756103.9635.730.107965.1334.58.2.6.3 计算泄槽的掺气水深 当泄槽水流表面流速达到 10m/s 左右时，将发生水流掺气现象而使水深增加。掺气程52 度与流速、水深、边界糙率以及进口形状等因素有关，掺气水深 ha 的计算尚无理论公式， 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》规定：掺气水深按下列公式估算：?v ? ? ha ? ?1 ? ?h ? 100 ?式中h 、 hb ――泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；? ――不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；? ――修正系数，可取 1.0―1.4s/m，流速大者取大值。本设计 1.4?v ? ? 1.4 ? 17.22 ? ? 进口断面处 ha ? ?1 ? ? h ? ?1 ? ? ? 4.42 ? 5.5m 100 ? 100 ? ? ?式中 v ?1522 .3 ? 17.22 m / s 20 ? 4.42?v ? ? 1.4 ? 35.73 ? ? 出口断面处 ha ? ?1 ? ?h ? ?1 ? ? ? 2.13 ? 3.2m 100 ? 100 ? ? ?式中 v ?1522 .3 ? 35.73m / s 20 ? 2.138.2.6.4 泄槽边墙高度的确定 泄槽边墙高度革命剧水深并考虑冲击波、弯道及水流掺气的影响，再加上一定的超高 来确定边墙超高一般取 0.5―1.5m。本设计取 1m，厚度为 1m。 泄槽进口断面处边墙高度 = 5.5 + 1= 6.5m 泄槽出口断面处边墙高度= 3.2 + 1 =4.3m 8.2.7 出口消能和尾水渠 根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑 物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其 底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。为了防止小流量时产生贴流而冲刷挑坎底 角，可在挑坎下游做一段护坦。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空 气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔 排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。 当溢洪道下泄水流消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置尾水渠，其作用是 将消能后的水流安全送入下游河道。对挑流消能，也只有掌握下游尾水情况，才能正确估53本设计取 7m。 本设计取 5m。 算下游冲刷坑的大小和深度，定出挑坎齿墙的埋置深度和结构尺寸。尾水渠应尽量利用天 然冲刷沟或河沟使出口水流能平稳地归入原河道。 8.2.7.1 消能防冲设计 挑流消能采用连续式挑流鼻坎，挑流反弧半径 21m，挑坎高程 370.19m，挑坎长 15m, 坎顶高程对应挑角 23°，鼻坎下游 15m 范围内设 0.5m 厚的钢筋混凝土板防冲护坦。如图 13 所示：i=0.3hh2 15m15 m图 13 挑流鼻坎示意图计算水舌挑距： 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》(附 1.24)式估算L? 1? 2 v sin ? cos? ? v1 cos? v1 sin 2 ? ? 2 g (h cos? ? h2 ) ? ? 1 ? ? ? g式中：L―水舌挑距 g―为重力加速度 v1 ― 为 坎 顶 水 面 速 度 ， 约 为 鼻 坎 处 平 均 流 速 v 的 1.1 倍v1 ? 1522 .3 ? 1.1 ? 39.3m / s 20 ? 2.13? ―为挑射角度 本设计取 23°h ―鼻坎上水深 本设计取 2.13mh2 ―为坎顶至河床面的高差 本设计为 2.3mL? 1 39.32 sin 23? cos 23? ? 39.3 cos 23? 39.32 sin 2 23? ? 2 ? 9.8(2.13 cos 23? ? 2.3) 9.8??54 解得 L=122.6m 计算冲刷坑深度： 根据 SL253―2000《溢洪道设计规范》(附 1.25)式估算:T ? ?q 0.5 H 0.25式中T―自下游水面至坑底的最大水垫深度，m；q―单宽流量，m3/(s?m)； q ?1522 .3 ? 76 m 2 /(s.m) 20H―上下游水位差，m；H = 452.64 ― 363.73 =88.91m? ―冲坑系数，坚硬完整的基岩 K=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩 K=1.2～1.5；软弱破碎，裂隙发育的基岩 K=1.2～2.0。本设计取 1.3T ? ?q 0.5 H 0.25 ? 1.3 ? 76 0.588.910.25 ? 34.7m综合上述挑流鼻坎最大单宽流量 76m3/(s.m)，坎顶最大流速 39.3m/s，经水力计算， 最大挑距 122.6m， 相应冲坑深度 34.7m， 冲坑底部最低高程 333m， 不会危及建筑物的安全。 8.2.7.2 尾水渠设计 考虑到溢洪道最小流量时，挑距变小，需设置尾水渠，尾水渠全部为基岩开挖,呈喇 叭口型式， 左边墙为半径为 519m 的圆心角为的圆弧段长度为 138m,右边墙为直线扩散段长 度 89m,边墙高度为 4m, 尾水渠末端出口处与天然河道相接使水流能平稳地归入原河道。9 坝基处理坝基开挖处理的目的是使堆石体在饱和及加荷载的各种条件下，地基具有比较高的抗 剪强度，比较小的压缩变形，避免地基不均匀沉降而影响面板正常运行工作。 岸坡段开挖与处理：为便于机械压实，使岸坡堆石填筑紧密，对坝肩两岸进行修整， 坝轴线以上与趾板之间存在倒悬坡，对悬岩及高度不大于 1 米的陡坡均要削缓或用混凝土 回填成斜坡。岸坡修整用预裂控制爆破方法使岩壁形成平顺的稳定边坡。 当透水地基厚度小于 15m 时优一般先考虑开挖截水槽达弱风化基岩， 浇筑混凝土垫层， 或喷混凝土，进行固结灌浆，然后填筑截水墙。本设计可采用回填粘土截水槽方案，初拟 粘土截水槽底部长 23.32m，与粘土斜心墙相接。55 L 土石坝设计计算书1 洪水调节计算1.1 防洪标准该工程主要建筑物级别为 2 级，根据《防洪标准》 （GB50201-94）规定 2 级建筑物土 石坝的防洪标准采用 100 年一遇设计，2000 年一遇校核，水电站厂房防洪标准采用 100 年 一遇设计，200 年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用 30 年一遇标准。1.2 设计洪水1.2.1 设计洪峰流量 本河流属典型山区河流，洪水暴涨暴落，根据资料统计分析得 100 年一遇设计洪峰流 量为 1760 m /s，2000 年一遇校核洪峰流量为 2580 m /s 。 1.2.2 设计洪水过程线 根据资料现有设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，分别得设计洪水 与校核洪水过程线。设计洪水过程线见下表 1-1。表 1-1 鲤鱼塘坝址设计洪水过程线表3 3（1982 年 7 月 16 日洪水） 时间 (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.05 166 80 20 20
152 932 00 20 70 各频率(p%)流量值(m /s) 0.2 131 847 90 00 5 0.5 113 742 30 995 80
108 658 20 890 947 20 774 2 97.0 576 6 786 836 905
5 73.1 459 5 645 686 743 827 835 561563 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1.2.3 库容曲线976 743 513 405 348 294 267 268 258 248 240 212 187 138 152 111 80.4 65.1 82.4899 684 472 373 320 271 246 247 238 228 221 195 172 127 151 110 80.0 64.8 82.0827 630 435 343 295 249 225 226 219 210 203 180 160 117 146 107 77.4 62.7 79.4727 554 382 301 259 219 198 199 191 184 178 158 141 103 143 106 75.2 62.2 74.3650 495 342 270 232 196 178 179 172 165 160 141 126 92.0 141 105 73.8 61.9 73.8574 437 302 238 205 173 157 158 152 146 141 124 111 81.2 138 103 72.7 61.2 72.6471 359 248 195 168 142 129 130 125 120 116 102 91.1 66.7 132 98.3 69.6 58.8 68.6表 1-23水位库容曲线表3高程（m） 354.3 369.8 378.5 395.7 404.4 413.0 417.3库容（亿 m ） 0.000 0.017 0.029 0.096 0.153 0.235 0.286高程（m） 421.6 425.9 430.2 438.9 443.2 447.5 451.8库容（亿 m ） 0.348 0.417 0.496 0.683 0.792 0.914 1.043得 Z~V 图：57 460 450 440 430 420高程（m）410 400 390 380 370 360 350 0 0.2 0.4 0.6 体积(亿立方米) 0.8 1 1.2图1水位库容曲线图1.2.4 调洪演算 （1）调洪演算原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口下的泄洪能力，并做孔口泄洪能力表，再 假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求得这几组最大泄流量 分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位， 并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为 设计（校核）情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位，再对其他泄洪方案按同样的方 法进行调洪演算，最后选定的方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，并最好与所给 限制流量差值 100 m /s 以内。 （2）孔口尺寸方案 在不计入排沙放空洞泄流能力的情况下，溢洪道的孔口尺寸分别拟定了以下三组方案 进行比较： 方案 1 方案 2 方案 3 2-8m×11m (孔数－宽×高，下同) 2-9m×11m 2-10m×12m583 初步拟定堰面采用 WES 曲线型实用堰堰顶高程 439m，堰高 9m，低堰，根据溢洪道的 泄流能力按《溢洪道设计规范》(SDJ341-89)附 1-4 式计算，即Q ? Cm?? m B 2 g H 0式中 Q――流量，m3/s； B――溢流堰总净宽，m；1.5H0――计入行近流速的堰上水头，m，对高堰 H0=H； V0――行近流速，m/s； a0――动能修正系数，可近似地取为 1； H――堰上水头，m，计算断面可取在堰前(3～6)H0 处(下同)； g――重力加速度，9.8m/s ； m――流量系数，可在附表规 范 表 A . 2 . 1 - 中查出； C――上游面坡度影响修正系数，可在附表 1-4 中查出；当上游面为 铅直时，C=1.0； ――收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置。闸墩厚度、闸孔数目、堰上 水头及相对堰高等因素选定。初设时对高堰可取 0.90； ――淹没系数，视泄流的淹没程度参照有关水力计算手册等选用，不淹没时 =1。 取定型设计水头 Hs=10m 时，流量系数 m=0.492 ，侧收缩系数ε =0.86，上游面坡度影 响修正系数 C=1.0，淹没系数σ m=1.0，按照《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）表 A.2.1-1 规定 WES 实用堰系数表。规 范 表 A.2.1-1 溢 洪 道 泄 流 量 系 数 表2=0.90～0.97；对低堰可取=0.80～H0/Hs 0.4P1/Hs 0.2 0.425 0.4 0.430 0.6 0.431 1.0 0.433 ≥1.33 0.43659 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.30.438 0.450 0.458 0.467 0.473 0.479 0.482 0.485 0.4960.442 0.455 0.463 0.474 0.480 0.486 0.491 0.500 0.4950.445 0.458 0.468 0.477 0.485 0.491 0.496 0.499 0.5000.448 0.460 0.472 0.482 0.491 0.496 0.502 0.506 0.5080.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.510 0.513注： 此表摘自《溢洪道设计规范》 （SL253―2000）代入下列公式计算：Q ? Cm?? m B 2 g H 01.5当堰顶水头为 4m，孔宽为 8m,净宽 B=8×2=16m 流量系数取 0.431：Q ? 1.0 ? 0.431 ? 0.86 ? 1 ? 16 2 ? 9.8 ? 41.5 ? 210 m 3 / s当堰顶水头为 4m，孔宽为 9m,净宽 B=9×2=18m 流量系数取 0.431:Q ? 1.0 ? 0.431 ? 0.86 ? }
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