1、4.4 心墙防渗体204.4.1 心墙尺寸的选择204.5 排水设备214.5.1 排水设施的选择214.5.2 棱体尺寸的确定224.6 地基处理224.6.1 坝体与地基224.6.2 坝体与岸坡连接235 渗流计算245.1 渗流计算的基本假定245.2 渗流计算的基本工况245.3 分段情况245.3.1 11断面的渗流计算245.3.2 2-2 断面的渗流计算265.3.3 3-3 断面的渗流计算285.4 总渗流量计算305.5 校核306 大坝稳定分析316.1 稳定分析的目的316.2 荷载316.2.1 土体自重316.2.2 渗流力316.2.3 孔隙压力316.2.4 地
2、震力316.3 稳定计算：316.3.1 稳定渗流期下游坝坡稳定计算316.3.2 水库水位降落期的上游坝坡386.4 综合分析457 土石料的结构布置467.1 坝壳的结构布置467.2 防渗体的结构布置467.3 排水设施及护坡的结构布置467.4 反滤层的结构布置468 细部构造478.1 坝顶478.2 防渗体488.3 地基处理488.4 排水设备488.5 护坡及坝面排水488.5.1 上游护坡488.5.2 下游护坡488.5.3 坝面排水498.6 土坝与坝基、岸坡的连接498.6.1 土坝与坝基的连接498.6.2 土坝与两岸的连接50谢辞51参考文献52附录531 概 述1
3、.1 工程概况及作用沟后水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流沟后河上。水库坝址以上控制流域面积为 197.8 平方公里，总库容 330 万立方米，属小（1）型四等工程。本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。枢纽工程包括大坝，泄洪兼引水隧洞两部分。1.2 设计的基本资料1.2.1 设计任务1、确定洪水标准，工程级别。2、坝型选择；坝型方案比较，对心墙土石坝进行论证。3、进行枢纽方案布置比较确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图上下游立视图。4、防渗体设计，细部构造设计（坝顶、反
4、层、排水体、马道）。5、进行断面设计，渗流计算，稳定计算，沉降量计算。6、基础处理坝与两岸连接。7、隧洞初步设计。1.2.2 基本要求1、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内按设计要求完成设计任务。2、从工程实际出发，严格执行技术规范的要求，尽量采用国内外先进的技术和经验。3、每个参加设计的学生必须独立思考，发挥自己的创造性独立完成设计任务。4、理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确，清晰。5、成果设计说明书一份，图纸 4-5 张。492 设计基本资料与数据2.1 工程地质沟后河发源于共和县青海南北山麓，沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔
5、的共和盆地，该河在坝址下游 35 公里处注入黄河。2.1.1 库区工程地质条件水库库区两岸分水岑，山顶高达 3781 米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。坝址处河床高程为 3211 米，与两岸山顶相对高差达 560 米。水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化新鲜岩石的单位吸水量 W 0.01 升/分米，为相对不透水层，两岸分水岑相对不透水层的最低高程都在 3360 米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、地质条件判断，库区蓄水条件是比较好的。库区两岸基岩面坡度
6、一般在 55 度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。由于该区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重， 两岸崩塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着崩塌物质，其中崩积、坡积的 块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性，强失陷性土，对稳定不利， 坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为 15 万立方米，将影响水库寿命。水库库盆基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。2.1.2 坝址地区工程地质条件坝轴线位于沟后河峡谷口上游 500 米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽 60 米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度 45 度左右，右岸坡度 3
7、5 度左右。基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的 70%80% 。河床砂卵石层厚 1214 米，透水性强，渗透系数为 20.994.5 米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应作坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积，坡积块、碎石，层厚 1020 米，边坡稳定性差，建坝前须作处理。坝址区基岩为花岗闪长岩。属坚硬岩石类，基岩表层弱风化带裂隙发育，具有程度不同的透水性。左岸严重透水层（=110 升/分米）厚 3040 米，相对不透水层埋深 5060 米。右岸较严重透水层（=0.11 升/分米）厚 1040 米。相对不透水层埋深 50 米左右。河床较严重透水层 56
8、米，相对不透水层埋深 25 米左右。坝基E断层在下游邻沟出露，影响带宽 46 米，（单位吸水量 =0.0560.069 升/分米）属中等透水带。当水库蓄水后，将形成沿坝基和坝肩的渗漏，必须做防渗处理。经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六度。2.2 水文气象流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及设计暴雨洪水图集等有关资料进行。2.2.1 气象流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为 3.4 ，昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，纯属
9、大陆性高原气候区。本区虽地处内陆，但因青海湖调节作用，降水相对丰富，年平均降水为 311.8 毫米。降水集中在 69 月，为全年的 87.8%暴雨历时短，据统计年最大6 小时降雨量占 24 小时降雨量的 70%左右，大部分蒸发量是降水量的 310 倍，年平均蒸发量为 117.18 毫米。项目单位数值备注年平均气温3.4无霜期天99年平均降水量毫米311.8极端最低气温-28.9最高气温31.3年平均大于 30的天数1.25最大冻土深度米1.33年最大日照时间小时3290年最短日照时间2794.8年平均小于 5的天数180年平均蒸发量1171.8多年平均最大风速米/秒25.25水库吹程820表格
10、 1主要气象因素特征值表：2.2.2 径流沟后河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均水量很小，多年平均径流深为65 毫米，相应多年平均径流量 1285.9 万立方米。径流来源主要是降水补给，6 9 月份水量占全年来水量的 80 以上2.2.3 洪水沟后河洪水一般发生在 69 月份，有降雨形成。因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。2.2.4 泥沙本水库推移质来源较少，对水库淤积不产生很大影响。悬移质是根据“青海省水齐手册”中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为 70 吨/平方公里，经计算其年输沙量为 13846吨，折合体积为
11、10651 立方米。输沙量年内分布不均，主要集中在汛期（7、8、9）三个月。2.2.5 水文分析成果表表格 2水文分析成果表：序号名称数量1代表性流量p=0.2%洪水洪峰流量立米/秒250p=2%洪水洪峰流量140p=5%洪水洪峰流量1202洪量p=0.2%洪水洪量万立米470.76p=2%洪水洪量183.95p=5%洪水洪量183.463多年平均年径流量1285.94多年平均年输沙量万吨1.38462.3 筑坝材料及物理力学性质天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。各种材料的物理性质及设计指标见表 3、表 4、表 5、表 6 。表格 3筑坝材料技术指标：建筑
12、材料名称比重容重（吨/立方米）孔隙率抗剪强度渗透系数K（cm/s）r 干r 湿r 饱摩擦角凝聚力C=C（kg/cm2）土料（壤土）2.721.681.982.05=24 =250.33.610-6110-7砂砾料2.681.802.10水上 36水下 345.7910-2堆石2.700.3340砂砾料坝基水下 35表格 4土料颗粒级配粒径（mm）0.20.10.050.030.010.0050.002%84.575.058.043.526.016.211.0表格 5砂料颗粒级配5.252.51.20.60.1510097.869.420.46.21.7表格 6砂砾料颗粒级配：粒径（mm）150
13、80402052.51.20.60.30.1534.565.051.334.827.12011.73.01.52.3.1 水利和水库沟后河自坝址以下出峡谷后流入共和盆地，共和盆地是共和县的主要农业县，坝址下游 13 公里处的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地，是海南省政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地，有近 3万各族同胞居住在这里，共和县所有的工业均集中在恰卜恰镇。2、4 其他资料2.4.1 径流调节沟后水库以灌溉为主，要求灌溉农田 2 万亩，林地 0.5 万亩。根据“水利水电工程水利动能设计规范”，对缺水地区以旱作物为主的灌区，其灌区设计保证率为 75 %，据此，年灌溉供水
14、量为 33.6 万立方米，总供水量为 618.82 万立方米。按来水及供水保证率为 75%进行调节计算，本工程兴利库容为 252.09 万立方米。2.4.2 死水位选择本工程死水位选择主要取决于灌溉引水高程，同时还应满足泥砂要求。引水渠进口位于坝址下游沟后村附近。为无坝自流引水渠无灌溉要求。本工程按泥砂水平 15 年计，泥砂量为 15.975 万立方米，为延长水库寿命，汛期利用泄洪边异重流排沙（一次洪水的排沙比为 0.2）则淤库泥沙减少到 12.8 万立米，考虑到水库蓄水后总塌岸量中部分淤入死库容，最后确定死库容为 21.3 万立米，相应死水位为 3241.0 米。2.4.3 正常高水位选择水
15、库库区河谷狭窄，河道比降大，库容条件差，要想获得库容必须显著加大坝高， 前己求得兴利库容为 252.06 万立方米，考虑塌岸占去的库容，水库总库容仅为 330 万立方米，相应正常高水位为 3278.0 米。总库容仅为多年平均径流量的 25.7%，库容系数小，只能进行年内的洪枯径流分配，本水库为年调节水库。2.4.4 水库回水及淹没正常高水位时水库回水长度为 1.28 公里，库区属高山峡谷区，气候寒冷，荒芜人烟，淹没区没有移民和耕地。2.4.5 洪水标准及防洪运用原则根据“水利水电枢纽工程等级划分及设计标准”，本水库为下（1）型四等工程。主要建筑物为三级，洪水的设计标准为五十年一遇设计，五百年一
16、遇校核。本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少就泄多少，用闸门控制，是其不超过正常高水位。设计洪水位、校核洪水位均与正常高水位一致。由于水库库区无天然垭口地形修建溢洪道，故只在坝址左岸修建泄洪隧洞，对于小型水库，本着节约投资，缩短工期，便于集中管理的原则，尽量做到一洞多用，本工程泄洪隧洞兼作导流，引水，排沙，放空水库之用，进口高程充分照顾各方面的要求，确定 3237 米，隧洞为圆形压力隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径 4.3 米， 在隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径 50 厘米，引用流量 1 立米秒，其出口又分为灌溉引水管及人畜饮水管，
17、由闸门控制。2.5 工程特性表表格 7工程特性表：一水文流域面积全流域平方公里663.2坝址以上197.83多年平均径流量调查历史最大流量56.9设计洪水（P=2%）洪峰流量140.0校核洪水（P=0.2%）洪峰流量250.0设计洪水（P=2%）洪量校核洪水（P=0.2%）洪量多年平均输沙量二水库水库水位校核洪水位3278.0设计洪水位正常高水位死水位3241.0正常高水位时水库面积万平米15.7回水长度公里1.28相应正常高水位水库容积总库容330.0兴利库容252.06死库容25.7三下泄流量及相应下游水位设计洪水下泄流量相应下游水位3214.25校核洪水下泄流量3214.85四工程效益指
18、标灌溉面积万亩最大引用流量1.0年用水量（P=75%）585.2城镇及工业用水33.6五泄水建筑物形式压力隧洞洞径4.3洞长302.0水平长度进口高程3237出口 3212洞内最大流速6最大泄量（P=0.2%）7消能方式挑流8工作闸门3.43.4 弧门9检修闸门3.54.5 平板门10工作闸门启闭机液压式 QPPY启门力 80t闭门力 45t11检修闸门启闭机固定卷扬式QPQ启门力 263吨六灌溉引水建筑物闸阀式3 枢纽布置及坝型选择3.1 工程标准3.1.1 枢纽等级根据水库总库容为 330 万立方米，灌溉农田面积为 2 万亩，查水利水电枢纽工程划分及设计标准SDJ217 知：按库容分为五等
19、，按灌溉面积也分为五等。由表 2.1 可知该枢纽为小（1）型四等工程。工程等级工程规模水库总库容（亿 m3）防洪排涝供水水电站保护城镇及工业区保护农田面积（万亩）排涝面积（万亩）灌溉面积供给城镇及工业区装机容量（万 kw）大（1） 型10特别重要500200150大（2） 型101重要5001002006015050中型10.1中等100306015505252.5小（1） 型0.10.01一般30515350.52.50.05小（2） 型0.010.001530.50.05表 3.1水利水电枢纽工程工程分等指标（平原、海滨部分）注 1. 总库容指校核洪水位以下的静库容。2. 灌溉面积和排涝面
20、积均指设计面积。3. 挡潮工程的等别参照防洪工程规定划分，在潮灾特别严重的地区其工程等别可适当提高。4. 供水工程重要性应根据城市及工矿区的工业和生活供水规模，经济效益和社会效益分析确定。3.1.2 主要建筑物等级本水库的主要建筑物为大坝。查水利水电枢纽工程等级划分及设计标准知： 主要建筑物等级为三级。3.1.3 洪水标准本水库为小（l）型工程，主要建筑物为三级，查水利水电枢纽工程等级划分及设计标准知：洪水的设计标准为 50年一遇；校核洪水标准为 500年一遇。本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少泄多少，用闸门控制，使其不超过正常高水位，设计洪水
21、位，校核洪水位均与正常高水位一致。3.2 枢纽布置3.2.1 设计参数的确定本水库为小（1）型四等工程，则洪水的设计标准为 50 年一遇，校核洪水标准为500 年一遇。本工程库容很小则设计洪水位，校核洪水位均与正常高水位一致，即为3278.0 米。3.2.2 总体布置该坝位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游 35 公里处注入黄河。坝址处河床高程为 3211 米，与两岸山项相对高差达560 米。坝轴线位于沟后河峡谷口上游 500 米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽 60 米，坝项高程 3280.8 米，坝高为 69.8 米，修筑在河段较窄处，坝轴线
22、短，工程量小。泄洪隧洞修筑在坝址左岸，进口高程充分照顾各方面的要求，确定为 3237 米， 隧洞为圆形有压隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径为 4.3 米，自隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径 50 厘米，引用流量 1 立米/秒。其出口又分为灌溉引水管及人畜引水管，由闸门控制。3.2 .3 枢纽组成本枢纽由大坝和泄洪兼引水隧洞组成，详见枢纽平面布置图。3.3 坝型选择坝型选择须根据地形、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及坝基处理等各种因素进行比较，选定技术上可行、经济上合理的坝型。3.3.1 地形条件由于两岸地形不对称，相对高差大，库区两岸基岩崩塌现象较严重，抗风化能力弱，透水性
23、大则不予考虑拱坝；又由于无天然娅口及岩基不良则不考虑溢洪道；两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度 45 度左右，右岸坡度 35 度左右，左岸地形地质条件均优于右岸，则适于在左岸修建溢洪隧洞，同时考虑到同一种建筑物多用的原则，则此泄洪隧洞兼做导流、引水、排沙、放空库水之用。3.3.2 地质条件由于坝址区基岩覆盖的砂卵石层厚 1214 米，透水性强，整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，如修建混凝土坝，需大量开挖并相应增加混凝土方量，且施工时排水困难，故不宜修建刚性坝，而适合修建土石坝由于坝基砂卵石渗透系数为20.994.5 米昼夜，透水性强，且整层结构疏松不稳定，存在渗透等一系列问题， 若修建均质砂坝，坝基和坝体漏水较多，影响坝体稳定，故也不宜修建均质砂坝。3.3.3 筑坝材料由于当地缺少做混凝士的砂石料，则不考虑混凝土坝；坝址附近有充足的天然建 筑祠料，而且运距较近，开采、交通条件
