土石坝毕业设计 前 言 这次我的设计任务是E江水利枢纽工程设计（土石坝），本设计采用斜心墙坝。该斜心墙土石坝设计大致分为：洪水调节计算、坝型选择与枢纽布置、大坝设计、泄水建筑物的选择与设计等部分。

工程提要 E江水利枢纽系防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用的水利工程，该水利枢纽工程由土石坝、泄洪隧洞、冲沙放空洞、引水隧洞、发电站等建筑物组成。

该工程建成以后，可减轻洪水对下游城镇、厂矿和农村的威胁，根据下游防洪要求，设计洪水时最大下泄流量限制为900，本次经调洪计算100年一遇设计洪水时，下泄洪峰流量为672.6。原100年一遇设计洪峰流量为1680，水库消减洪峰流量1007.4；
其发电站装机为3×8000kw，共2.4×104kw；
建成水库增加保灌面积10万亩，正常蓄水位时，水库面积为17.70km2，为发展养殖创造了有利条件。

综上该工程建成后发挥效益显著。

1.1 工程等别及建筑物级别 根据SDJ12-1978《水利水电枢纽工程等级划分设计标准（山区，丘陵区部分）》之规定，水利水电枢纽工程根据其工程规模﹑效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模由库容决定，由于该工程正常蓄水位为2821.4m，库容约为3.85亿m3，估计校核情况下的库容不会超过10亿m3，故根据标准（SDJ12-1978），该工程等别为二等，工程规模属于大（2）型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物级别为4级。

1.2 洪水调节计算 该工程主要建筑物级别为2级，根据《防洪标准》（GB50201-94）规定2级建筑物土坝堆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50年一遇设计，500年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用20年一遇标准。

根据资料统计分析得100年一遇设计洪峰流量为=（p=1%），2000年一遇校核洪峰流量为=2320m3/s，（）。

根据选定的方案调洪演算的设计洪水位2822.60m，校核洪水位2823.58m，设计泄洪流量672.6m3/s,校核泄洪流量753.7m3/s。

1.3 坝型选择与枢纽布置 通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。

根据工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽由土石坝、泄洪隧洞、冲沙放空洞、水电站（包括：引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站）等建筑物组成。

本次根据工程经济性、正常运行安全稳定性以及地形地质条件等各方面因素要求，并且将冲沙放空洞和泄洪隧洞与施工导流隧洞相结合对枢纽建筑物进行了布置。枢纽平面布置见图5.2。

1.4 大坝设计 根据方案比较分析，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，本次设计大坝坝型采用粘土斜心墙坝。

根据计算大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m，取2825.2m。最大坝高为75.2m，大于70m，属高坝，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。

根据规范规定与实际结合，上游坝坡上部取2.5，下部取3.0，下游自上而下均取2.50，下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面因素其宽度取为2.0ｍ。

本次设计，大坝坝脚排水体采用棱体排水措施，按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m，最后取棱体顶面高程为2756.3m，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。

大坝坝体防渗采用粘土斜心墙，坝基采用混凝土防渗墙。

1.5 泄水建筑物设计 坝址地带河谷较窄，山坡陡峻，山脊高，经过比较枢纽布置于河弯地段。由于两岸山坡陡峻，无天然垭口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，开挖量大，造价较高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置于岸（右岸），采取“龙抬头”无压泄洪的型式与施工导流洞结合。为满足水库放空水位2770.0m的要求，还与导流洞结合设置了放空洞。

根据调洪演算和计算比选确定溢流孔口尺寸7m×15.5m洞身尺寸为7m11.0m，根据以往经验溢流孔口后以1:1坡度连接，反弧段以60.0m半径圆弧相连接，见图7.1—隧洞纵坡面布置。

1.6 施工组织设计 本工程拟定2008年开工，从截流开始到大坝填筑完毕计4年，在现有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2008年11月1日~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。

2009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。为安全起见在大坝上升至泄洪隧洞进口高程以后进行封孔。斜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4m/月的速度上升，至泄洪洞高程(2810m)需15月，即到2010年7月。因此定在2010年8月1日进行封孔蓄水。

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，即2808.5m。根据计算从8月1日封孔蓄水，到9月底即可蓄到初始发电水位。因此第一台机组发电日期定为2010年10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。按4m/月的速度上升，在2010年底实现大坝填筑完成。

2 基本资料 2.1 水文 2.1.1 流域概况 E江位于我国西南地区，流向自东向西北，全长约122km，流域面积2558km2，在坝址以上流域面积为780km2。

本流域大部分为山岭地带，山脉、盆地相互交错于其间，地形变化剧烈，流域内支流很多，但多为小的山区河流，地表大部分为松软沙岩、页岩、玄武岩及石灰岩的风化层，汛期河流含沙量较大，冲积层较厚，两岸有崩塌现象。

本流域内因山脉连绵，交通不便，故居民较少，全区农田面积仅占总面积的20%，林木面积约占全区的30%，其种类有松、杉等。其余为荒山及草皮覆盖。

2.1.2 气象降雨 （1） 气象 本区域气候特征是冬干夏湿，每年11月至次年四月特别干燥，其相对湿度在51%－73%之间，夏季因降雨日数较多，相对湿度随之增大，一般变化范围为67%－86%。该地区一般1－4月风力较大，实测最大风速为15m/s，风向为西北偏西，水库吹程为12km。年平均气温约为12.8℃，最高气温为30.5℃，发生在7月份，最低气温-5.3℃，发生在1月份，见表2.1.1、2.1.2。

表2.1.1 月平均气温统计表（℃） 月份 1 2 3 4 5 6 月平均 气温 4.8 8.3 11.2 14.8 16.3 18.0 月份 7 8 9 10 11 12 气温 18.8 18.3 16.0 12.4 8.6 5.9 12.8 表2.1.2 平均温度日数（天） 月 温度 （℃） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ＜0 6 1.2 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1 0～30 25 26.8 30.7 30 31 30 31 31 30 31 30 27.9 ＞30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 （2） 降雨 该地区最大年降水量可达1213mm，最小为617mm，多年平均降水量为905mm。

表2.1.3 多年平均各月降雨日数统计表 月 降雨量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ＜5mm 2.6 2.2 4.3 4.2 7.0 8.6 11.5 8.5 9.6 9.5 4.8 4.3 5－10mm 0.3 0.2 0.2 1.4 2.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.4 0.8 0.1 10－30mm 0.1 0.1 0.7 0.5 2.3 4.6 4.9 3.8 2.2 1.3 0.6 0.1 2.1.3 径流 E江径流的主要来源于降水，在此山区流域内无湖泊调节径流。根据短期水文气象资料研究，一般是每年五月底至六月初河水开始上涨，汛期开始，至十月以后洪水下降，则枯水期开始，直至次年五月。

E江洪水形状陡涨猛落，峰高而瘦，具有山区河流的特性，实测最大流量为700秒，而最小流量为0.5。多年平均流量17。经频率分析，求得不同频率的洪峰流量见表2.1.4、2.1.5。

表2.1.4　　　　　　　　多年统计不同频率洪峰流量 频　　率（%） 0.05 1 2 5 10 流量（） 2320 1680 1420 1180 1040 表2.1.5　　　　　　　　各月不同频率洪峰流量（单位：） 月份 P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1% 46 19 12 19 600 1240 1550 1210 670 390 28 37 2% 36 17 11 15 530 1120 1360 1090 600 310 23 33 5% 23 14 9 11 420 850 1100 830 480 250 16 28 10% 19 11 7 9 370 760 980 720 410 210 15 23 固体径流：E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0.5kg/m3。枯水期极小，河水清澈见底，初步估算30年后坝前淤积高程为2765m。

2.2 工程地质 2.2.1 水库地质 库区内出露的地层有石灰岩、玄武岩、火山角砾岩与凝灰岩等。经地质勘探认为库区渗漏问题不大，但水库蓄水后，两岸的坡积与残积等物质的坍岸是不可避免的，经过勘测，估计可能塌方量约为300万m3，在考虑水库淤积问题时可作为参考。

2.2.2 坝址地质 坝址位于E江中游地段的峡谷地带，河床比较平缓，坡降不太大，两岸高山耸立，构成高山深谷的地貌特征。

坝址区地层以玄武岩为主，间有少量火山角砾岩和凝灰岩穿构，对其岩性分述如下：
（1） 玄武岩 一般为深灰色、灰色、有含泥量气孔，为绿泥石、石英等充填，成为杏仁状构造，并间或有方解石石脉，石英脉等穿其中，这些小脉都是后来沿裂隙充填进来的。坚硬玄武岩应为不透水层，但因节理裂缝较发育，透水性也会随之增加，其矿物成份为普通辉石、检长石、副成分为绿泥石、石英、方解石等。由于玄武岩成分不甚一致，风化程度不同，力学性质亦异，可分为坚硬玄武岩、多孔玄武岩，破碎玄武岩、软弱玄武岩、半风化玄武岩和全风化玄武岩。其物理力学性质见表2.2.1、2.2.2。

表2.2.1 坝基岩石物理力学性质试验表 岩石名称 比 重　Δ 容重γ（KN/m3） 采用抗压强度（MPa） 半风化玄武岩 3.01 29.6 50 破碎玄武岩 2.95 29.2 50－60 火山角砾岩 2.90 28.7 35－120 软弱玄武岩 2.85 27.0 10－20 坚硬玄武岩 2.96 29.2 100－160 多气孔玄武岩 2.85 27.8 70－180 表2.2.2 全风化玄武岩物理力学性质试验表 天然含水率W% 干容重γKN/ 比重 Δ 液限 Wl 塑限 Wp 塑性指数 IP 压缩系数α 浸水固结块剪力 0～0.5 cm3/KN 3～4 cm3/KN 内摩擦角Φ 凝聚力KPa 2.5 16.3 2.97 47.3 32.26 16.9 0.0597 0.0151 28.38 24.0 渗透性：经试验得出发值为4.14～7.36m/d。

（2） 火山角砾岩 角砾为玄武岩，棱角往往不明显，直径为2～15cm，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350Mpa。

（3） 凝灰岩 成土状或页片状，岩性软弱，与砂质粘土近似，风化后成为粘土碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。

（4） 河床冲积层 主要为卵砾石类土，砂质粘土与砂层均甚少，且多呈透镜体状，并有大漂石渗杂其中，卵砾石成分以玄武岩为主，石灰岩和砂岩占极少数，沿河谷内分布。坝基部分冲积层厚度最大为32m，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10～100mm；
砾石直径一般为2～10mm；
砂粒直径0.05～0.2mm；
细小颗粒小于0.1mm。

冲积层的渗透性能：经抽水试验后得渗透系数K值为3×10-2cm/s～1.0×10-2cm/s。冲积层剪力实验成果见表2.2.3。

表2.2.3 冲积层剪力试验成果表 土壤 名称 项目 计算值 容重 （控制）KN/m3 含水量 （控制） 三轴剪力（块剪） 应变控制 浸水固结快剪 内摩擦角 凝聚力 KPa 内摩擦角 凝聚力KPa 含中量 细粒的 砾石 次数 17 12 8 8 2 2 最大值 24.3 8.66 47°15′ 37.0 32°54′ 10.5 最小值 22.2 4.27 35°30′ 12.0 17°55′ 0 平均值 23.08 6.47 40°34′ 18.2 25°25′ 5.3 小值 平均值 37°32′ 0.148 备注 三轴剪力土样控制系筛去大于4颗粒后制备的。试验时土样的容重为控制容重。

应变控制土样的容重系筛去大于0.1后制备的。以上两种试验的土样系扰动的。

（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。

2.2.3 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0.5m即有一条，疏者3～5m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。

2.2.4 水文地质条件 本区地形高差大，表流占去大半，缺乏强烈透水层，故地下水不甚丰富，对工程比较有利。根据压水试验资料，玄武岩中透水性不同，裂隙少且坚硬完整的玄武岩为不透水层，其压水试验的单位吸水量小于0.01l/（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良好的不透水性岩层，正因为这些隔水的与透水的玄武岩存在逐使玄武岩区产生许多互不连贯的地下水，一般砂岩也是细粒至微粒结构，除因构造节理裂隙较发育，上部裂隙水较多外，深处岩层因隔水层的层次多，难于形成泉水，石灰岩地区外围岩石多为不透水层，渗透问题也不存在。

2.2.5 地震烈度 本地区地震烈度定为7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65。

2.3 建筑材料 2.3.1 料场的位置和储量 各料场的位置与储量见坝区地形图。由于河谷内地形平坦，采运尚方便。沙砾料料场位于坝址上下游各有四处，总量达1850万m3。粘性土料料场于上游有三处，下游两处，总量190万m3。料场距坝址2km左右。各砂砾石料场渗透系数K值为2.0×10－2cm/s。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。石料坚硬玄武岩可作为堆石坝石料，储量较丰富，总储量450万m3，在坝址附近有石料场一处，覆盖层浅，开采条件较好。

2.3.2 各建筑材料的物理力学性质 粘土的物理力学性质见表2.3.1，砂石料的颗粒级配及物理力学性质见表2.3.2~2.3.3，各料场的天然休止角见表2.3.4。

表2.3.1 粘土的物理力学性质 料场名称 物理性质 渗透系数 （ 10-6 cm/s） 力学性质 化学性 自然含水量 （%） 自然容重 比重 孔隙率 （%） 孔隙比 稠度 饱 和 度 颗粒级配， （成分%，粒径d） 击实 剪力 固结压缩系数 （Cm2/kg） 有机含量灼烧法 （%） 可溶盐含量 （%） 流限 （‰） 塑限 （%） 塑性指数 砾 砂 粘土 最大干密度 （g/cm3） 最优含水量 （%） 内摩擦角 （º） 凝聚力 Kpa 湿 干 粗中 细 粉 （kN/m3） >2mm 2~0.5 mm 0.5~0.05 mm 0.05~ 0.005 mm <0.005 mm 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 4.800 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 1.900 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 3.960 21.50 38.0 0.033 0.25 0.110 3#上 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 3.000 28.00 17.0 0.010 1.90 0.080 表2.3.2 沙砾石的颗粒级配 300－100 100－60 60－20 20－2.5 2.5－1.2 1.2－0.6 0.6－0.3 0.3－0.15 ＜0.15 1＃上 5.2 18.6 21.4 12.3 18.6 13.9 5.4 4.6 0.3 2＃上 4.8 17.8 20.3 14.1 17.8 14.8 4.6 5.3 0.5 3＃上 3.8 15.4 18.5 15.3 16.4 20.5 3.5 6.2 0.4 4＃上 6.0 18.3 19.4 16.4 15.6 16.7 4.8 2.5 0.3 1＃下 4.5 14.1 20.1 23.2 14.9 7.2 8.6 7.2 0.2 2＃下 3.9 19.2 22.4 18.7 19.1 8.3 5.7 2.8 0.1 3＃下 5.0 23.1 19.1 14.2 18.4 8.9 6.3 4.1 0.9 4＃下 4.1 22.4 18.7 14.1 17.9 14.4 4.1 3.6 0.7 表2.3.3 砂石料的物理性质　　 名　称 1＃上 2＃上 3＃上 4＃上 1＃下 2＃下 3＃下 4＃下 容　重 1.86 1.79 1.91 1.90 1.86 1.85 1.84 1.80 比　重 2.75 2.74 2.76 2.75 2.75 2.73 2.73 2.72 孔隙率 32.5 34.7 31.0 31.5 32.5 32.2 32.5 33.8 软弱颗粒 2.0% 1.5% 0.9% 1.2% 2.5% 0.8% 1.0% 1.2% 有机物含量 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 淡色 表2.3.4 各料场的天然休止角 料场名称 最小值 最大值 平均值 1＃上 34°30′ 35°50′ 35°10′ 2＃上 35°00′ 37°10′ 36°00′ 3＃上 34°40′ 36°40′ 35°40′ 4＃上 35°10′ 37°40′ 36°30′ 1＃下 34°10′ 36°30′ 35°20′ 2＃下 35°20′ 38°00′ 36°40′ 3＃下 34°30′ 37°10′ 35°50′ 4＃下 36°00′ 38°20′ 37°10′ 2.4 经济资料 2.4.1 库区经济 流域内部为农业人口，多种植水稻、玉米等。库区内尚未发现有价值可开采的矿产。淹没情况见表2.4.1。

表2.4.1 各高程淹没情况 高程（m） 2807 2812 2817 2822 2827 2832 淹没人口（人） 3500 3640 3890 4060 5320 7140 2.4.2 交通运输 坝址下游120km处有铁路干线通过，已建成公路离坝址仅20km，因此交通尚称方便。

3 工程等别及建筑物级别 根据SDJ12-1978《水利水电枢纽工程等级划分设计标准（山区，丘陵区部分）》之规定，水利水电枢纽工程根据其工程规模﹑效益及在国民经济中的重要性划分为五类，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积、电站的装机容量等，工程规模由库容决定，由于该工程正常蓄水位为2821.4m，库容约为3.85亿m3，估计校核情况下的库容不会超过10亿m3，故根据标准（SDJ12-1978），该工程等别为二等，工程规模属于大（2）型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物级别为4级。

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级建筑物土坝堆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50年一遇设计，500年一遇校核。临时性建筑物防洪标准采用20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=1680m3/s，2000年一遇校核洪峰流量为=2320m3/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，故本次设计洪水过程线采用以洪峰控制的同倍比放大法对典型洪水进行放大，分别得设计洪水与校核洪水过程线。设计洪水过程线成果见表4.2.1。

表4.2.1 E江水利枢纽工程坝址处设计洪水过程线 时段 （Δt=3） 典型 洪水 设计 洪水 校核 洪水 时段 （Δt=3） 典型 洪水 设计 洪水 校核 洪水 1 0 0.0 0.0 17 15.0 211.8 292.4 2 5.0 70.6 97.5 18 13.0 183.5 253.4 3 15.0 211.8 292.4 19 11.5 162.4 224.2 4 30.0 423.5 584.9 20 10.0 141.2 195.0 5 80.0 1129.4 1559.7 21 10.0 141.2 195.0 6 119.0 1680.0 2320.0 22 9.5 134.1 185.2 7 90.0 1270.6 1754.6 23 8.0 112.9 156.0 8 60.0 847.1 1169.7 24 5.0 70.6 97.5 9 50.0 705.9 974.8 25 4.0 56.5 78.0 10 40.0 564.7 779.8 26 3.0 42.4 58.5 11 35.0 494.1 682.4 27 2.0 28.2 39.0 12 30.0 423.5 584.9 28 1.0 14.1 19.5 13 25.0 352.9 487.4 29 0.0 0.0 0.0 14 22.5 317.6 438.7 max（m3/s） 119.0 1680.0 2320.0 15 20.0 282.4 389.9 洪量（万m3） 786 11092 15318 16 17.5 247.1 341.2 倍比KQ 　 14.1 19.5 4.3 调洪演算 4.3.1 库容曲线 该水库库容曲线根据提供的曲线图量算得高程~容积~面积表见表4.3.1。

表4.3.1 E江水库高程~容积~面积表 高程 H（m） 库容 V（万m3） 面积 A（km2） 高程 H（m） 库容 V（万m3） 面积 A（km2） 2770 1000 1.25 2820 36700 17.15 2775 1400 1.65 2821.4 38500 17.70 2780 2800 2.50 2823 42000 19.00 2785 4700 3.40 2825 46200 20.50 2790 6700 4.50 2827 50900 21.80 2795 9500 5.75 2829 57600 24.00 2800 12900 7.60 2833 64900 26.00 2805 17000 9.20 2835 70000 26.40 2810 22200 11.50 2837 75000 28.50 2815 28600 14.20 2840 81600 30.35 4.3.2 泄洪方式 本枢纽拦河大坝初定为土石坝，故需另设坝外泄洪建筑物。根据地质资料显示坝址两岸山坡陡峻，故开挖开敞溢洪道的将可能造成开挖量太大而不经济，因而可采用隧洞泄洪，并可以考虑与施工导流结合。泄洪隧洞采用无压流，由于受地形条件影响，又需要满足无压要求，故避免闸门做大而不经济和方便运行管理，进口采用wes型实用堰。

4.3.3 防洪限制水位及水库运用方式 根据资料分析计算该水库正常蓄水位为2821.4，该水库防洪限制水位取与正常水位重合。

水库运用方式：洪水来临之前用闸门控制关水，当洪水来临时，并且库水位涨到防洪限制水位时，开闸泄洪，起始由于来量较小，可以控制下泄流量等于来流量，水库保持汛前限制水位不变，当来水流量继续加大，无法保持汛限水位不变时，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。

4.3.4 泄洪能力 本次根据确定的泄洪方式，进行泄流能力分析，根据无压隧洞自由计算其过流能力，泄流公式按下式计算。

m——自由出流系数，取0.485；

b——溢流孔宽；

H0——H0=H+αv2/2g，H堰上水头，考虑上游堰前水域开阔，取H0=H。

E江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线见表4.3.2。

表4.3.2 E江水库泄洪设施不同方案的泄流能力曲线表 堰顶水头 H(m) b=6m 泄流量 (m3/s) 堰顶水头 H(m) b=7m 泄流量 (m3/s) 堰顶水头 H(m) b=8m 泄流量 (m3/s) 1.0 12.9 1.0 15.0 1.0 17.2 3.0 67.0 3.0 78.1 3.0 89.3 5.0 144.1 5.0 168.1 5.0 192.1 7.0 238.7 7.0 278.5 7.0 318.3 9.0 348.0 9.0 406.0 9.0 464.0 11.4 496.1 11.4 578.8 11.4 661.5 13.0 604.2 13.0 704.9 13.0 805.6 15.0 748.8 15.0 873.6 15.0 998.4 17.0 903.5 17.0 1054.1 17.0 1204.6 20.0 1152.9 20.0 1345.0 20.0 1537.2 4.3.5 调洪演算 根据地形和地质资料泄洪洞布置时进口地高程为可取2800m，而水库汛限水位取等于正常蓄水位为2821.4m，因此需要确定泄洪洞进口堰顶高程，以满足泄洪洞产生无压过流以、工程经济性和下游防洪限制泄量的要求，本设计拟订五组方案进行比较，调洪演算成果见表4.3.1。

表4.3.1 调洪演算成果表 方案 堰顶高程 △z（m） 洞宽 B（m） 工况 下泄流量 Q（m3/s） 库容 V（万m3） 库水位 Z（m） 一 2810m 7m 设计 672.6 41123 2822.60 校核 753.7 43216 2823.58 二 2805m 7m 设计 1040.4 39475 2821.85 校核 1114.2 41200 2822.63 三 2810m 6m 设计 1089.2 41566 2822.80 校核 1650.7 43891 2823.90 四 2805m 6m 设计 905.5 39848 2822.02 校核 978.4 41839 2822.93 五 2810m 8m 设计 752.2 40704 2822.41 校核 837.4 42693 2823.33 4.3.6 方案选择 根据以上方案只有一、五能满足泄流量Q<900m3/s，因而需对一、五方案的技术经济进行比较，同时也应结合导流问题。一、五两方案堰顶高程均为2810m，第五方案虽然库水位较低，但是与第一方案相比相差甚小，而洞宽相对较大，会增大溢洪道开挖工程量，故选择第一方案较为合适，即堰顶高程为△Z=2810m，溢流孔口净宽B=7m,设计水位2822.60m，校核水位2823.58m，设计泄洪流量672.6m3/s,校核泄洪流量753.7m3/s。

5 坝型选择与枢纽布置 5.1 坝址及坝型选择 5.1.1 坝址选择 根据地质资料，经过比较选择地形图所示河弯地段作为坝址，并选择I—I、II—II两条较有利的坝轴线，两轴线河宽基本相近，因而大坝工程量基本相近，由地质剖面图上可以看出：I—I剖面，河床覆盖层厚平均20m,河床中部最大达32m，坝肩除10m左右范围的风化岩外，还有数十条的破碎带，其余为坚硬的玄武岩，地质构造总体良好（对土石坝而言），II—II剖面除与I—I剖面具有大致相同厚度的覆盖层及风化岩外，底部玄武岩破碎带纵横交错，若将坝建于此，则绕坝渗流可能较大，进行地基处理工程量会加大，综合考虑以上因素，坝轴线选择I—I处。

图5.1 沿坝轴线方向的大坝断面地质剖面图 5.1.2 坝型选择 所选的坝轴线处河床冲积层较深，两岸风化岩石透水性大，基岩的强度较底，且不完整。从地质条件看不宜建拱坝及支墩坝。较高的混凝土重力坝也要求修建在岩石基础上，并且需要消耗大量水泥。土石坝适应地基变形能力较强，对地基的要求较低，并能就地取材。通过各种不同的坝型进行定性的分析比较，综合考虑地形条件、地质条件、建筑材料、施工条件、综合效益等因素，最终选择土石坝的方案。

5.2 枢纽布置 根据工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽由土石坝、泄洪隧洞、冲沙放空洞、水电站（包括：引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站）等建筑物组成。

5.2.1 挡水建筑物─土坝 挡水建筑物按直线布置，土坝布置在河弯地段上。

5.2.2 泄水建筑物—泄洪隧洞 泄洪采用隧洞方案，为缩短长度、减小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸（右岸），这样对流态也较为有利，考虑到引水发电隧洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置以远离坝脚和厂房为宜，为减少泄洪时影响发电，进出口相距80~100m以上，冲沙放空洞位于泄洪隧洞与水电站引水隧洞之间。

5.2.3 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。

本次根据工程经济性、正常运行安全稳定性以及地形地质条件等各方面因素要求，并且将冲沙放空洞和泄洪隧洞与施工导流隧洞相结合对枢纽建筑物进行了布置。枢纽平面布置见图5.2。

图5.2 枢纽建筑物平面布置图 6 大坝设计 6.1 土石坝坝型的选型 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只有190万m3，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7度，基岩与砼之间磨擦系数取0.65，故不宜采用斜墙坝。

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，因工程附近建筑才来哦丰富，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，因而最终采用斜心墙坝的方案。

6.2 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。

6.2.1 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7º，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：
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；

根据“规范”，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：正常运用条件下为多年平均最大风速的1.6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，E江水库多年平均最大风速为15.0m/s，最大吹程为12km。

平均波高及平均波长按下式计算：
式中：
hm——平均波高，m；

Tm——平均周期，s；

W——计算风速，m/s；

D——风区长度，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。

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m=2.5，故波浪平均爬高按“规范”附录A.1.12式计算：
式中：
——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护面确定=0.75；

——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，查表A.1.12-2得设计条件：=1.00；
校核条件：=1.00；

m——斜坡的坡度系数。

最大波浪在坝坡上的爬高设计值R按2级土石坝取累积概率P=1%爬高值R1%计算。根据计算该水库在设计条件下和校核条件下的累积概率P=1%的经验系数Kp值为2.23。

风浪壅高按下式计算：
式中：
K——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；

其他符号同前。

根据以上公式及参数，坝顶超高计算成果见表3.1.1。

表3.1.1 坝顶超高计算成果表 工 况 水位 (m) 设计 风速(m/s) 平均 波长 (m) 平均 波高 (m) 平均波浪爬高 (m) 风浪壅高 （m） 设计 爬高 (m) 安全 加高 (m) 坝顶 超高 (m) 设计(P=1%) 2822.41 24.0 7.57 0.25 0.38 0.032 0.85 1.0 1.88 校核(P=0.05%) 2823.33 15.0 11.81 0.38 0.59 0.012 1.32 0.5 1.84 由于水库所在地区地震基本烈度7°，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1.0m，不考虑地震作用的附加沉陷计算。

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：2822.41+1.88＝2824.29m；

2、正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高：2821.4+1.88=2823.28m；

3、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高：2823.33+1.84=2825.17m；

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：
2821.4+1.84+1.0=2824.24m。

经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为2825.17m，取2825.2m。

6.2.2 坝顶宽度 坝顶宽度主要取决于交通需要、构造要求和施工条件，同时还要考虑防汛抢险、防空、防震等特殊需要。根据“规范”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。该水库挡水大坝坝基高程为2750，根据计算坝高为75.2m，大于70m，属高坝，故综合各方面因素可取该土石坝坝顶宽度为10m。

6.2.3 坝坡与戗道 土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。一般是参考以建成类似工程的经验拟定坝坡，再通过计算分析，逐步修改确定。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。

根据规范规定与实际结合，上游坝坡上部取2.5，下部取3.0，下游自上而下均取2.50，下游在2800m、2775m高程处各变坡一次。

在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2ｍ宽的马道（戗道）以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面因素其宽度取为2.0ｍ。

6.2.4 坝体排水 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。

按规范棱体顶面高程高出下游最高水位1m为原则，校核洪水时下游水位可由坝址流量水位曲线查得为2755.22m，最后取棱体顶面高程为2756.3m，堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，顶宽2.0m，下游水位以上用贴坡排水。

6.2.5 大坝防渗体 大坝防渗体的设计主要包括坝体防渗和坝基防渗两个方面。

（1） 坝体的防渗 坝体防渗的结构和尺寸必须满足减小渗透流量、降低浸润线控制渗透坡降的要求，同时还要满足构造、施工、防裂、稳定等方面的要求。该坝体采用粘土斜心墙，其底部最小厚度由粘土的允许坡降而定，本设计允许渗透坡降[J]=5，上游校核洪水时承受的最大水头为73.33ｍ，墙的厚度B﹥73.33/5=14.666ｍ.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1:0.2，粘土斜心墙的顶部高程以设计水位加一定的超高（超高0.6～0.8m）并高于校核洪水位为原则，最终取其墙顶高程为2823.4ｍ，经计算底宽为19.68ｍ,大于14.666ｍ.墙顶的上部留有1.8m的保护层，并粘土斜心墙顶部向下游倾斜。

（2） 坝基防渗 由坝址处地质剖面图，可知该坝基为砂砾石地基，对砂砾石地基防渗措施主要有开挖截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等措施。

从材料来看由于附近粘土材料储量较少，故不适合采用粘土截水槽，又根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274——2001），80m以内的砂砾石地基可采用混凝土防渗墙，由坝址处地质破面图，该坝基河槽段砂砾石最大层厚为32m，因此该坝基河床中部及两岸坡均采用混凝土防渗墙，根据水工建筑物教材，厚度取0.8m，防渗墙伸入坝体防渗体的长度不小于1/10倍坝高，本次设计取7.5m，防渗墙布置在心墙底面中部偏上，根据“规范”规定墙体底部应深入岩基0.5～1.0m，本次设计取0.5m，岸坡混凝土防渗墙底高程沿岸坡逐渐变化。

大坝剖面尺寸设计见图6.1。

图6.1 大坝最大坝高处剖面尺寸图 6.3 土料设计 筑坝土料的实际与土坝结构设计、施工方案以及工程造价有关，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。

6.3.1 粘性土料设计 （1） 计算公式 粘壤土用南京水利科学研究所标准击实仪做击实试验求最大干容重、最优含水量（一般采用25击，其击实功能为86.3t·m/m3）。由于最优含水量随压实功能的大小而变，故在土料的设计中常根据土料的实际施工机具的压实功能，选择相应的最优含水量作为填筑土料的含水量。根据国内外的筑坝经验，常将粘土的填筑含水量控制在最优含水量的附近，其上下偏离最优含水量控制A2%～3%。

根据以上的击实次数和击实功能，得出的多组平均最大干容重和平均最优含水量。

设计干容重为：
式中：
——设计干容重，（ｇ/㎝3）；

——在相应击实功能下的平均最大干容重，（ｇ/㎝3）；

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：
用下述公式计算最大干容重作为校核参考：
= 式中：
──土粒的比重；

──压实土的含气量，粘土可取0.05，砂质粘土取0.04，壤土可取0.03，本设计取为0.05。

运用下式作校核：
≥1.02～1.12 式中：
──土料场的自然干容重；

对1、2级坝，还应该进行现场碾压试验，以便复核，并据以选定施工碾压参数。

（2） 计算成果 粘土料的设计成果见表6.3.1 表6.3.1 粘性土料设计成果表 料 场 1 2 1 2 3 比重△s 2.67 2.67 2.65 2.74 2.7 最优含水量 22.07 21.02 22.3 23.8 16.9 设计干密度(g/cm3) 1.6 1.65 1.56 1.54 1.8 塑限含水量wp 1.568 1.617 1.5288 1.5092 1.764 填筑含水量w 21.78 20.68 23.28 24.66 19.02 自然含水量% 21.78 21.79 22.30 23.72 18.88 塑性指数 24.8 24.2 25.6 26.3 15.9 孔隙此e 19.46 21.7 24.57 23.5 14 湿密度ρ(g/cm3) 0.703 0.651 0.733 0.816 0.531 浮密度ρ(g/cm3) 35.716 36.848 35.617 37.300 35.068 内摩擦角Φ 0.981 1.011 0.952 0.958 1.111 粘聚力(kpa) 24.67 º 25.50 º 23.17 º 21.5 º 28º 渗透系数k（10-6cm/s） 4.317 4.8 1.9 3.96 3.0 （3） 土料的选用 已经探明上下游共有5个粘土料场，总储量为190万m3，因地理位置不同，各料场的物理性质、力学性质、和化学性质也存在一定的差异，土料的采用以“近而好”为原则。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不大于110-4㎝3/s，对心墙或斜墙不大于110-5㎝3/s。1#下和3料场的塑性指数小于20，从压的角度宜采用1#下和3料场的粘土料，所以可将1#下和3料场作为主料场，其余几个料场作为辅助料场。

6.3.2 坝壳砂砾料设计 （1） 计算公式 坝壳砂砾料设计指标以相对密实度表示如下：
，或 式中：
emax——最大孔隙比， emax=；

emin——最小孔隙比，emin=；

e ——填筑的沙、沙卵石、或地基原状沙、沙卵石的孔隙比，e=；

——沙粒比重；

——最大干容重，由试验求得；

——最小干容重，由试验求得；

——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KN/m3。

（2） 计算成果 砂砾料的设计成果见表6.3.2 表6.3.2 砂砾料设计成果表 料场 4 1 2 3 不均匀系数 43 45 45 34 大于5mm砾石含量% 45 48 46 42 比重△s 0.75 2.75 2.75 2.73 设计干容重ra 1.8659 1.8659 1.8659 1.8524 设计孔隙比e 0.4738 0.4738 0.4738 0.4738 保持含水量% 5 5 5 5 湿容重ru 1.96 1.96 1.96 1.95 浮容重r’ 1.19 1.19 1.19 1.174 内摩檫角 36º30´ 35º10´ 35º20´ 36º40´ 粘聚力 0 0 0 0 渗透系数10-2cm/s 2 2 2 2 （3）砂砾料的选用 除料场的不均匀系数不满足要求外，其余几个料场，渗透系数、砾石含量、不均匀系数能满足要求，故而都可作为筑坝的砂砾料。施工时可考虑上游料填在坝的上游测，下游砂砾料填在下游测，这样有利于施工，减小相对干扰。从颗粒级配曲线可以看出、料场级配较好，物理力学指标也较高，应优先采用。

砂砾料场上下游共8处，总量为1850万立方米，大坝工程在400万立方米左右。用两个料场可能数量不足，可以、料场砂砾料作为辅助之用。

6.4 渗流计算 土石坝的渗流计算主要确定坝体的浸润线的位置，为坝体的稳定分析和布置观测设备提供依据；
同时确定坝体与坝基的渗透流量，以估算水库的渗漏损失，而且还要确定坝体和坝基渗流区的渗透坡降，检查产生渗透变形的可能性，以便取适合的控制措施。

6.4.1 计算方法 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，计算简图如图6.2。

图6.2 渗流计算示意图 通过防渗体神流量：
通过防渗体后渗流量：
其中：
K——防渗体渗透系数，；

H——上游水深；

H1——逸出水深；

B——防渗体有效厚度；

α——防渗体等效和倾角；

K2——混凝土防渗墙渗透系数，m/s；

T1——下游水深；

T——冲积层厚度，取最大值35m；

D——防渗墙厚度；

K1——防渗体后渗透系数，2×10-4m/s；

KT——冲积层渗透系数，2×10-4m/s；

假设：
①不考虑防渗体上游侧坝壳损耗水头的作用；

②由于沙砾料渗透系数较大，防渗体又损耗了大部分水头，逸出水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。

6.4.2 计算断面及计算情况的选择 对河床中间断面I—I及左右对称的两典型断面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。

6.4.3 计算结果 渗流计算结果见表6.4.1。

表6.4.1 渗流计算成果表 计算情况 计算项目 正常蓄水位 设计洪水位 上游水深 H（m） Ⅰ-Ⅰ 71.4 72.6 Ⅱ-Ⅱ 34.0 35.2 Ⅲ-Ⅲ 32.0 33.2 下游水深 t(m) Ⅰ-Ⅰ 2.20 5.06 Ⅱ-Ⅱ 0 0 Ⅲ-Ⅲ 0 0 逸出水深 H1(m) Ⅰ-Ⅰ 2.2108 5.0648 Ⅱ-Ⅱ 0.1659 0.1718 Ⅲ-Ⅲ 0.1625 0.1687 渗流量 q（10-4M3/s.m） Ⅰ-Ⅰ 9.30 9.58 Ⅱ-Ⅱ 3.03 3.25 Ⅲ-Ⅲ 2.75 2.96 总渗流量Q（万m3/d） 1.387 1.442 6.4.4 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墙的接触面按允许坡降设计估计问题也不大。在斜墙逸出点渗透坡降较大，予以验算。

渗透坡降的计算公式：
式中：
──上游水深减逸出水深；

──防渗体的平均厚度. 计算成果见表6.4.2：
表6.4.2 各种工况渗流逸出点坡降 断 面 Ⅰ—Ⅰ Ⅱ—Ⅱ Ⅲ—Ⅲ 计算情况 正常 设计 正常 设计 正常 设计 坡 降 J 6.04 6.09 4.07 4.26 3.92 4.11 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。

6.4.5 成果分析与结论 以斜心墙、混凝土防渗墙与两岸坝肩开挖风化岩填以粘土形成粘土截水墙的垂直防渗带作为防渗措施。总渗流在正常蓄水时为0.161m3/s，设计洪水时为0.167m3/s，与同类工程相比显然是很小的。在计算中并考虑绕坝渗流及岩基透水，混凝土防渗墙的渗透系数应取较大值，，这样取值估计的渗流量可能大于实际渗流量，但坝的渗透坡降仍满足设计要求，说明取值合理. 6.5 稳定计算 6.5.1 计算方法 按施工期、稳定渗流期、库水位降落期三个控制时期核算土石坝的稳定。心（斜心）墙坝的上下游坝坡滑动时形成折线滑动面.部分浸水的非粘土坝坡，由于水位上下的土料容重不同，有水时j、C值也有所降低，此时坝坡失稳时最可能的滑动面近乎折线。

在滑动面上抗剪强度的发挥是一样的，安全系数的表示方式为 ；

；

；

式中：1、2、3为实验得到的抗剪强度指标。

6.5.2 上下游坝坡折线滑动法计算 上下游坝坡稳定计算成果见表6.5.1。

表6.5.1 大坝上下游坝坡稳定计算成果表 部位 计算工况 上游水位 （m） 下游水位 （m） 最小安全系数（Kmin） 规范值 上 游 坡 施工期1/3坝高 2775 2752.20 1.43 1.35 稳定渗流期 2821.4 2755.06 1.42 1.35 水位降落期 2823.58~2796 —— 1.39 1.25 正常蓄水位+地震 2821.4 2752.20 1.26 1.15 下 游 坡 稳定渗流期（正常） 2821.4 2752.20 1.58 1.35 稳定渗流期（设计） 2822.60 2755.06 1.58 1.35 稳定渗流期（校核） 2823.58 2755.22 1.52 1.25 正常蓄水位+地震 2821.4 2752.20 1.41 1.15 6.5.3 稳定成果分析 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，不考虑地震时，Kmin=1.42，考虑地震时，Kmin=1.26；
下游坡情况也类似，正常情况Kmin=1.58，非常情况Kmin1.52，坝的稳定安全系数偏大，就此而言，可考虑加陡坝坡以减小工程量.鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡，维持原拟订的剖面。

6.6 基础处理部分 6.6.1 河床部分 （1） 渗流控制方案 条件允许时优先考虑垂直防渗方案。在透水层较浅（10~15m以下）时，可采用回填粘土截水槽方案，由于坝址处河床冲积层平均深20m，最大达35m，施工比较困难而不予采用.又由于河床有孤石，采用钢板桩也比较困难，造价也高。帐幕灌浆在此地存在可灌性问题。混凝土防渗墙方案，施工快、材料省、防渗效果好，对于这种深度透水层是比较合适的，决定采用这种方案。按混凝土的允许坡降及水头定出厚度为0.8m. 防渗墙深入河床冲积层，底部嵌入基岩，上部与斜心墙连接。由于防渗墙两侧冲积层易沉陷，引起防渗墙顶部粘土心墙与两侧粘土心墙的不均匀沉陷而导致裂缝。为此防渗墙顶部作成尖劈状，两侧以高塑性粘土填筑，伸入斜心墙深厚度已经确定为7.5m，底部深入基岩0.5m，尖劈顶宽0.25宽，详见下文的构造设计。

（2） 防渗墙的型式、材料及布置 根据以往经验，对于透水层厚度为30-60m的情况，采用槽板式混凝土防渗墙比较合适，设计中采用这种型式。

混凝土防渗墙要求材料有足够的抗渗能力及耐久性，能防止环境水的侵蚀和溶蚀；
有一定的强度，满足压应力、拉应力、剪应力等各项强度要求有良好的流动性、和易性以便在运输中不发生离析现象.而且能在水下施工。

防渗墙布置于斜心墙之下，从防渗角度来看偏上游为好，但从防裂角度看偏下游一侧好，综合考虑布置于心墙底面中心位置。

6.6.2 坝肩处理 坝肩两岸为覆盖层及全风化岩石，深约20m，性质较差，为良好的透水料，底部为半风化岩石，性质良好，但由于节理的作用，透水性也较强。针对以上情况作以下处理，设置混凝土防渗墙至半风化岩基，与河床部分防渗墙相连，并在墙下设置灌浆孔，详见细部构造设计图。

6.7 细部构造设计 6.7.1 坝的防渗体，排水设备 坝体防渗体内斜心墙，斜心墙上下游设置反滤层；
坝基防渗体为防渗墙和粘土截水墙；
坝体排水为棱体排水。在排水体与坝体、坝基之间设置反滤层；
下游戗道设置排水沟，并在坝坡设置横向排水沟以汇集雨水，岸坡与坝坡交接处也设置排水沟，以汇集岸坡雨水，防止雨水淘刷坝坡，见细部构造设计图。

6.7.2 反滤层设计 （1）设计标准.对于被保护土的第一层反滤料，考虑安全系数为1.5~2.0，按太沙基准确定，即 式中，为滤料粒径，小于该粒经土占总土重的15%，d85为被保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的85%，d15为保护土粒径，小于该粒径的土占总土重的15%。

第二层反滤料的选择也按上述办法进行。

按此标准天然砂砾料不能满足要求，须对土料进行筛选。

（2）设计结果 设计结果见表6.7.1。

表6.7.1 反滤层设计成果表 层数 部位 第一层 第二层 D50(mm) 厚度hc (㎝) D50(mm) 厚度hc (㎝) 防渗体周边部位 0.1 20 1.0 30 排水部位 25 20 90 60 6.7.3 护坡设计 上游护坡用于砌石因其抵御风浪的能力较强，下游坝面直接铺上20cm 的碎石作为护坡.上游护坡由至坝顶做至死水位以下（加设计浪高），为方便起见做至2795.0m高程，见细部构造设计图。

6.7.4 坝顶布置 坝顶设置泥结石路面，坝顶向下游设1%横坡以便汇集雨水，并设置纵向排水沟，经坡面排水排至下游，坝顶设置栏杆以策安全，见细部构造详图。

图6.2 大坝细部构造设计图 7 泄水建筑物设计 7.1 泄水方案选择 坝址地带河谷较窄，山坡陡峻，山脊高，经过比较枢纽布置于河弯地段。由于两岸山坡陡峻，无天然垭口如采取明挖溢洪道的泄洪方案，开挖量大，造价较高，故采用了隧洞泄洪方案。隧洞布置于岸（右岸），采取“龙抬头”无压泄洪的型式与施工导流洞结合。为满足水库放空水位2770.0m的要求，还与导流洞结合设置了放空洞。

7.2 隧洞选择与布置 枢纽布置于河弯地段，从地形上来看隧洞应当布置于这样不仅工程量省，而且水力条件也较好。从地质来看这个山梁除表面有一层较深的风化岩外，下部大部分为坚硬玄武岩，强度较高，岩体中夹杂着几条破碎带，但走向大都与隧洞轴线成较大的角度。因此将泄洪洞、放空洞连同引水发电隧洞均布置于右岸凸出的山梁里面，见图5.2—水利工程枢纽布置。

7.3 隧洞的体型设计 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。

（1） 进口喇叭口 平面上不扩散，而立面上洞顶以椭圆方程 连接。

L—渐变段的长度；

—进口洞顶到隧洞顶的高程差。

由规范可知L取隧洞本身段宽度的2~3倍，结合本工程L取16米，取4米，最后椭圆方程为：
① 进口堰面曲线，采用WES-型堰面曲线，方程：
为不影响泄流能力，堰高取10m， 定型设计水头：
取。

所以曲线方程为：
。

② 进口上游段为椭圆曲线：
0.28~0.30，取 取。

所以椭圆曲线方程为：
（2） 闸门型式及尺寸 工作及检修闸门均采用平板门，设在进口处，闸门宽7m，高为12.5m（正常水位减堰顶高程加浪高）。

7.3.2 洞身断面型式和尺寸 根据以往工程经验，本无压隧洞采用门洞型断面。

调洪演算时已经拟定溢流孔口尺寸7m×15.5m（为保证无压泄流，由校核洪水位减堰顶高程加相应浪高而得，13.58+1.84=15.42m,取15.5m），由于水流经堰顶马上跌落，所拟洞宽不变，而高度则以斜段为1:1坡按cos450折减，则洞身尺寸为7m11.0m。具体通过水面典线计算以后确定.进口以后与斜洞连接，根据以往经验以1:1坡度连接，反弧段以60.0m半径圆弧相连接，见图7.1—隧洞纵坡面布置。

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，较大的冲坑不致影响大坝及电站的安全，且地质条件容许，因此采用挑流消能。由于隧洞出口宽度小，单宽流量集中，因而在出口设置扩散段。

挑流参数鼻坎高程按高于下游最高水位1.0m，定为2756.0m；
根据以往工程经验挑角取θ=25°；
因出口为平段，为了水流能平顺挑出采用了较大的反弧半径R=60m。

7.4 隧洞的水力计算 水力计算包括洞内水面线及出口消能计算两部分。

7.4.1 计算工况 设计洪水位：2822.6m,下泄流量：672.6m3/s；
校核洪水位：2823.58m,下泄流量：753.7m3/s；
堰顶高程：2810m。

因在宣泄校核洪水时也要满足各项要求，因而对校核情况进行水力计算。

7.4.2 平洞段底坡的确定 对于矩形断面hc可用下列公式计算：
计算得到临界坡降；
由于泄流时水流流速较大，为不影响隧洞的泄流能力，隧洞应做成陡坡，鉴于坡度太大施工不便，底坡取。

7.4.3 洞内水面曲线 由能量方程：
计算得收缩断面水深。

以收缩断面为起始位置，按公式 依次向下游计算平洞段水面曲线。

由于泄洪隧洞流速较大（最大达39.59m/s），因而必须考虑掺气的影响。掺气后水深按经验公式计算如下：
平洞段水面线计算成果见表7.4.1。

表7.4.1 平洞段水面线计算成果表 l（m） υ(m/s) h(m) ha 0.00 39.59 2.72 4.23 100.00 36.23 2.972 4.48 200.00 33.35 3.23 4.76 300.00 30.86 3.49 5.00 430.00 28.08 3.83 5.34 为保证洞内为明流，水面线以上应留有一定的净孔，按规范要求高流速泄洪隧洞掺气水面以上的净空为洞身面积的15%~25%，25%的净空是15.42m2，现有34.35m2，因此洞身断面满足要求。由于还有许多因素没顾及，加上还要考虑与导流洞结合，留有一定的富裕是必要的。

7.4.4 出口消能验算 为减少出口单宽流量，利于消能，隧洞出口设扩散段。因流速较大，为避免水流与边墙脱离，扩散角不宜过大。以 控制，扩散角取为50。

挑距按下式计算 式中：
L──自挑坎末端算起的挑流水舌外缘挑距，（m）；

──坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍，（m/s）；

──鼻坎挑射角，；

──坎顶铅直方向水深，h（h为坎顶的平均水深），m；

──坎顶至河床面的高差，（m）。

计算结果为43.65m。

冲坑深度按下式计算 式中：tk──由河床表面算起至坑底的深度，（m）；

H──上下游水位之差，（m），H=21.72-5.34=16.38 m；

q──单宽流量，[m2/（s·m）]；

K──冲坑系数，对于坚硬的岩石，K=0.9～1.2之间，本设计取K=1.2；

t─下游水深，从坚硬的岩石算起，取t=5.34m。

计算结果为14.26m 考虑到隧洞沿程水头损失较大，H以挑出时的水头计算，单宽流量也以出口处计算。根据以往工程的经验，安全挑距约为最大冲坑深度的2.5～5.0倍，且有，满足设计要求。

7.5 隧洞的细部构造 7.5.1 洞身衬砌 （1）衬砌型式.本工程无压泄洪隧洞流量大、流速高，采用城门洞形断面，整体式单层混凝土衬砌。

（2）衬砌厚度.根据工程经验，取1/12洞径，最后取0.9m。

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而产生的裂缝，沿洞轴线方向设置永久性横向伸缩缝，分缝间距为10.0m，缝间设止水，详见细部构造图。

隧洞通过断层破碎带部位，衬砌厚度加大一倍；
为防止不均匀沉陷而开裂，衬砌突变处设横向沉降缝，见细部构造图。

7.5.3 灌浆 洞顶部进行回填灌浆，充填围岩与衬砌的空隙，使之紧密结合，共同工作，改善传力条件和减少渗漏.对围岩进行固结灌浆，提高其整体性，保证围岩的弹性抗力，减少渗漏.回填灌浆与固结灌浆孔间隔布置，详见细部构造图。

7.5.4 排水 从地质剖面上看地下水位较高，为降低外水压力设置径向排水孔，孔径15cm，孔距400cm，孔深400m，并在底部设置纵向排水管，管径为20cm。

7.5.5 掺气槽 在反弧段前沿及其后设置掺气槽，向水流边界通气，提高低压区的压力，缓冲气泡溃灭时的破坏作用，具体尺寸见图。

7.5.6 锚筋加固 泄洪隧洞进口、岩体破碎带、反弧段岩体（四面临空比较薄弱），以锚筋加固，详见隧洞细部构造图。

7.6 放空洞设计 水库放空要求降至2770.0m高程，由于泄洪洞进口高程较高（2810.0m）因而需另设放空洞。放空洞中后部与泄洪洞结合，见平面布置图。

图7.1 泄洪隧洞细部构造图 8 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，不宜采用明渠道导流，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，故而采用隧洞导流方案。

鉴于河床冲积层较深，基础处理工程艰巨、时间长，为降低临时工程的投资和加快施工进度，将上游围堰与坝体结合，施工导流隧洞与泄洪洞结合。

8.1.2 施工分期 本工程划定工期为4年左右，采用隧洞导流方案。土坝施工分四期进行，见图8.1。

图8.1 工程分期施工示意图 （1）截流前,完成导流隧洞工程,并做好截流准备工作。

（2）从截流开始，在围堰的保护下进行大坝基础工程，包括排水、清基、防渗墙施工.汛期来到之前将围堰抢到拦洪水位以上，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畜水。

（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选择，是个技术经济问题。本应该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。这里只作一个方案。

由于设计时将施工导流隧洞与永久泄洪洞结合。将两者的断面尺寸设计成相等是比较有益的。如果按这个尺寸进行调洪计算,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.则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11m，隧洞底坡i=0.006。进口高程2753.6m。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。拦洪时所形成库容在1亿～0.1亿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%。=1680/s.下游围堰按临时性建筑选用洪水标准，按规范采用5%洪水，=1180/s。对1%、5%洪水按洪峰量控制进行放大，得出相应的洪水过程线，进行调洪计算。得到1%洪水时拦洪水位2778.2，下泄量1030m3/s（虽大于900m3/的安全泄量，但施工期间，工程未发挥效益，可认为是容许的）。5%洪水时拦水位2772.4m，下泄流量895.0m3/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粘土斜墙围堰。经过调洪计算，对于1%洪水，隧洞下泄一部分流量后上游水位雍高为2778.2m,加一定的安全超高后，得上游围堰高程为2780.00m（安全超高取1.8mm），考虑到坝体的沉陷取较大的超高；
下游围堰采用5%洪水标准，经过调洪计算下泄流量为895/s，相应下游水位2755.5m，加0.7m超高后取2756.5m。

考虑施工要求围堰的顶宽，取为8m.考虑边坡稳定要求，特别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而定，具体见图8.4。

上游围堰作为坝体的一部分把基坑全部围起来。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。

图8.4 围堰设计简图 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年开工，从截流开始到大坝填筑完毕计4年，在现有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2008年11月1日~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。

2009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。为安全起见在大坝上升至泄洪隧洞进口高程以后进行封孔。斜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4m/月的速度上升，至泄洪洞高程(2810m)需15月，即到2010年7月。因此定在2010年8月1日进行封孔蓄水。

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，即2808.5m。根据计算从8月1日封孔蓄水，到9月底即可蓄到初始发电水位。因此第一台机组发电日期定为2010年10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。按4m/月的速度上升，在2010年底实现大坝填筑完成。

大坝控制进度图即大坝上升图见图8.3。

图8.3 大坝施工进度控制图 8.2.2 施工程序安排 (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).其中隧洞进出口明挖一般为2~4个月；
洞身开挖：日平均成洞进尺2~3m(视施工技术而定)，月平均50~70m；
隧洞混凝土衬砌，可与开挖平行进行，为避免干扰和安全要求，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天内开始进行。固结灌浆在回填灌浆后一星期进行；
导流时，洞身衬砌应具有足够的强度。

（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，含进口段明渠段开挖、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。