水库水利枢纽工程初步设计 - 图文

水利工程施工组织设计

摘 要

QA水库位于新疆某地区QA河河谷出山口地段，，水库控制流域面积714平方公里，库容 900×104m3。

水库以灌溉和工业供水为主，兼顾防洪，工程兴建后可以灌溉面积14.32×104亩。 QA水库的主要任务是，保证石油化工用水，改善灌区的灌溉条件，调剂生态用水，减少流域内地下水的开采量，兼顾防洪。本设计以QA水库水文、地形、地质为基础，确定QA水库坝型为粘土斜心墙碾压式土石坝。本毕业设计说明书包括工程概况、设计相关基本资料、调洪演算、坝型选择及比选、大坝剖面尺寸、溢洪道以及导游隧洞设计等。最后设计成果为说明书一份，计算书一份，工程设计图纸4张以及其他计算附图附表等。

关键词：QA水库 土石坝 溢洪道 导游隧洞

Abstract

In a region of xinjiang QA reservoir a mountain river valley of QA area,this reservoir control a basin of 714 square kilometers, capacity of 900 x 104m3.

Reservoir by irrigation and industrial water supply, giving priority to the flood control, engineering construction can be irrigated area after 14.32 x 10m.

QA reservoir, is the main task of the petroleum chemical engineering water, improve the guarantee is irrigated, adjust the irrigation water, reduce watershed ecological water extraction, mainland needs for flood control. This design with QA reservoir hydrology, topography and geology as the foundation, sure QA reservoir dam clay core wall type for earth-rockfill dam rolling type. The graduation design specifications including engineering survey, design related basic material, flood regulating calculation, dam type selection and voted, dam section size, spillway tunnel and guide design and so on. Finally the design results, accounts for manual a report, the engineering drawings of four tickets and other calculation schedule, etc. Drawings .

Keywords: QA reservoir earth dam spillway Guide tunnel

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第一章 工程概论

QA水库位于新疆某地区QA河河谷出山口地段，水库控制流域面积714平方公里，库容 900×104 m3。

水库以灌溉和工业供水为主，兼顾防洪，工程兴建后可以灌溉面积14.32×104 亩。 QA水库的主要任务是，保证石油化工用水，改善灌区的灌溉条件，调剂生态用水，减少流域内地下水的开采量，兼顾防洪。工程兴建后可以向石油化工年提供水量20.00×106 m3，向灌区年供水19.72×106 m3，全年供水39.72×106 m3，改善灌溉面积15.27×104 亩。

根据流域规划中QA水库承担的主要任务，经灌区水土平衡计算，确定水库的兴利库容为8.48×106 m3。经水库泥沙淤积计算，确定水库死库容0.52×106 m3，相应死水位1953.5 m。则水库库容为9.0×106 m3，相应正常蓄水位1994.7 m。据规范SL252-2000，本工程等级为三等工程，主要建筑物级别为3级，临时建筑物为5级。整个枢纽主要由拦河大坝、导流兼放水洞、溢洪道三大建筑物组成。

第二章 设计的基本资料

2.1水文气象

2.1.1流域概况

QA河位于新疆QA盆地以北，东部天山山脉哈尔里南坡，地理位置介于东经90°57′～94°19′，北纬43°02′～43°11′，流域内地形大部属中高山地形，地势北高南低，由东北向西南倾斜，海拔3600米以上为冰川和永久积雪覆盖区，海拔2500～3600米区间为径流形成区，海拔1300～2500米属中低山区，河流全长31公里，坝址以上集水面积324平方公里，径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性积雪融水，河道纵坡25‰～30‰。 2.1.2气象

QA河流域地处欧亚大陆腹地，属典型的大陆性气候，其特点是光照充足，夏季炎热，冬季寒冷，干燥少雨，蒸发量大，春季多风。流域内盛行东北、东风，全年大风日数24天。库区内一般多出现顺河向风，多年平均年最大风速12m /s，风向基本上与坝轴线正交，吹程D=2.12km。

库坝区多年平均降水量143.9毫米，多年平均蒸发量1232.3毫米，多年平均蒸发量见表2.1

表2.1 多年平均蒸发量

月份 蒸发量(mm) 1 26.4 2 42.2 3 102.7 4 190 5 6 7 8 9 10 11 52.8 12 26.4 全年 1905.6 287.5 279.3 272.9 263.3 226.8 135.3 库坝区多年平均温度7.5℃，一月平均气温-5.2℃，7月平均气温21.1℃，极端最高气温32.5℃（1986年7月15日），极端最低气温-22.5℃（1984年1月17日），年日照时数在3000小时以上。气温详见表2.2。

根据坝址处1955～1995年的冰情观测资料，最大河心冰厚0.44m，最大岸边冰厚0.45m。最大冻土深度80cm。

表2.2 多年月平均气温（℃）

月 项目 月平均 最 高 最 低 1 -5.5 -10.1 2 -4.3 -8.0 3 3.0 18.7 4 9 22.9 -3.4 5 15.3 25.7 -0.4 6 19.4 29.7 9.8 7 21.1 32.5 13.8 8 20.2 30.1 4.8 9 13.5 26.1 4.7 10 3.4 20.1 -9.4 11 -0.8 8.0 -7.5 12 -4.4 7.1 -16.3 全年 7.5 32.5 -22.5 -22.5 -13.9 -6.69 2.1.3径流

QA河径流来源于高山冰雪融水，夏季的直接降水和季节性的积雪融水，径流的年际变化不大，但年内分配不均，据库址水文站18年（1990～2007）的实测资料，再加上断面上游引水渠引走的还原水量，年最大径流量64.65×106m3（1990年），年最小径流量36.27×106m3（1985年），汛期5～9月径流量占全年径流量的86.5%，其中6～8月径流量占全年的68.6%，枯水期11月至次年3月径流量占全年的7.4%。多年平均径流量49.51×106m3，P=50%径流量49.20×106m3，P=75%径流量40.81×106m3，P=90%径流量33.74×106m3，P=95%径流量29.64×106m3。

表2.3 多年平均流量频率计算成果

项目 平均流量(m/s) 3均值 Cv 计算 采用 0.26 Cs/Cv 频 率 P（%） 2 2.46 表2.4 P=10%每月最大来流量表

5 2.26 10 2.1 20 1.91 50 1.56 75 1.29 80 1.23 90 1.07 1.57 0.26 2 月份 Q(m3/s) 1 0.65 2 0.51 3 0.44 4 16.8 5 29.7 6 37.6 7 49.2 8 42.5 9 8.53 10 1.99 11 0.92 12 0.61 2.1.4洪水

QA河的洪水可分为暴雨洪水、融雪洪水、降水和冰雪融水混合洪水三种类型的洪水，其中融雪洪水大多出现在4月中旬至5月份，洪水的大小取决于冬春季山区积雪面积和积雪深度以及春季气温辐射条件，这类洪水涨落缓慢，变幅较小，对水库的威胁不及夏洪大。夏季暴雨洪水多发生在7月中下旬及8月上中旬，这类洪水主要由大降水生成，其中大范围的暴雨洪水在QA流域出现频次虽少，但量级并不低，1961年7月21日测得日雨量93.4mm，调查最大洪峰流量199m3/s，最大一日洪量12.94×106m3，另外有雨水和冰雪融水

混合形成的洪水在本流域内也时有发生，这类洪水对水库安全、运用较为不利。因此，选择1998年8月上、中旬的一次洪水过程线作用为QA水库设计洪水的典型过程线（见表2.5）。

2.1.5设计施工导流及度汛洪水

根据规范，施工导流洪水频率为P=10%，拦洪度汛洪水频率为5%，仍以1998年为典型年，洪水过程线见表2.6。截流设计流量可选用截流时期内10％频率的月平均流量，见表2.7。

表2.7 P=10%每月平均来流量表

月份 Q(m3/s) 1 0.2 2 0.1 3 0.15 4 3.4 5 4.1 6 5.8 7 8.2 8 6.4 9 2.0 10 1.2 11 0.5 12 0.3 2.1.6泥沙

QA河泥沙来源于融雪洪水和暴雨洪水对流域表面强烈的冲刷和侵蚀，根据实测资料（1996~2005年）分析，QA河输沙量年际变化较大，年内分配极不均匀，汛期5～8月输沙量占年输沙量的83.8%，4～9月占年输沙量的100%。最大年输沙量2.10×104吨（2000年），最小年输沙量0.3×104吨（2002年），最大年输沙量是年最小的7倍。多年平均年输沙量为1.14×104吨，其中推移质泥沙为0.17×104吨，悬移质泥砂为0.97×104吨。

表2.5 QA水库设计洪水过程线计算表 P=0.1% 典型估量3m/s 7日0:00 3.49 4:00 8:00 12:00 16:00 19:00 8日0:00 2:18 4:00 8:00 17:00 20:00 22:00 3.77 4.40 4.03 3.49 3.24 6.28 6.28 9.02 5.53 5.85 7.15 9.02 时间 放大倍比 11.1 11.1 11.1 11.1 11.1 11.1 11.1/10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 放大流量 3m/s 38.7 41.8 48.8 44.7 38.7 36.0 69.7/68.5 68.5 98.3 93.0 63.9 77.9 98.3 修匀流量3m/s 38.7 41.8 48.8 44.7 38.7 36.0 62.0 77.0 98.3 93.0 63.9 77.9 98.3 典型估3量m/s 3.49 3.77 4.40 4.03 3.49 3.24 6.28 6.28 9.02 8.53 5.86 7.15 9.02 放大倍比 4.15 4.15 4.15 4.15 4.15 4.15 4.15/3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 3.96 P=2% 放大流量 3m/s 14.5 15.6 18.3 16.7 14.5 13.4 26.1/24.9 24.9 35.7 33.8 23.2 28.3 35.7 修匀流量3m/s 14.5 15.6 18.3 16.7 14.5 13.4 27.0 22.0 35.7 33.8 23.2 28.3 35.7 9日2:00 6:00 7:30 8:00 11:12 11:42 13:00 13:37 13:54 14:12 14:42 15:00 16:39 17:12 20:00 21:00 21:18 21:42 22:00 22:42 10日0:00 6:00 8:00 19:54 20:00 11日0:00 4:00 8:00 17:12 20:00 21:3 12日0:00 14.30 15.40 17.10 21.30 47.60 48.80 40.90 41.50 46.40 40.20 42.80 31.60 28.80 28.80 23.90 18.40 26.60 22.80 24.90 18.40 19.80 14.10 13.10 7.72 7.72 7.33 6.74 6.44 4.97 4.77 4.38 4.57 10.9 10.9/8.15 8.15 8.15 8.15 8.15/6.84 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15 8.15/10.9 10.9 10.9 10.9 10.9/11.1 11.1 11.1 11.1 11.1 11.1 11.1 156.0 68.0/126.0 139.0 174.0 388.0 398.0/334.0 156.0 145.0 139.0 174.0 388.0 398.0 355.0 355.0 350.0 340.0 330.0 300.0 235.0 235.0 195.0 185.0 180.0 175.0 175.0 170.0 160.0 135.0 132.0 84.0 84.0 80.0 74.8 71.5 55.2 52.9 48.6 48.0

14.30 15.40 17.10 21.30 47.60 48.80 40.90 41.50 46.40 40.20 42.80 31.60 28.80 28.80 23.90 18.40 26.60 22.80 24.90 18.40 19.80 14.10 13.10 7.72 7.72 7.38 6.74 6.44 4.97 4.77 4.38 4.57 3.96 3.96/2.59 2.59 2.59 2.59 2.59/2.17 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59 2.59/3.96 3.96 3.96 3.96 3.96/4.15 4.15 4.15 4.15 4.15 4.15 4.15 56.6 61.0/39.9 44.3 55.2 123.0 126.0/106.0 106.0 107.0 120.0 104.0 111.0 81.8 74.6 74.6 61.9 47.7 68.9 59.1 64.5 47.7 51.3 36.5/55.8 51.9 30.6 30.6 29.2/30.6 28.0 26.7 20.6 19.8 18.2 19.0 56.6 50.4 44.3 55.2 123.0 126.0 113.0 113.0 107.0 106.0 104.0 95.0 70.0 70.0 61.9 59.0 59.0 58.0 57.0 56.0 55.0 48.0 45.0 30.6 30.6 29.2 28.0 26.7 20.6 19.8 18.2 19.0 333.0 338.0 378.0 328.0 349.0 258.0 235.0 235.0 195.0 150.0 217.0 186.0 203.0 150.0 161.0 15.0/154.0 143.0 84.1 84.1 80.4/81.9 74.8 71.5 55.2 52.9 48.6 50.7 时间 23日20:00 21.12 24日4:00 8:00

典型估量3m/s 6.40 8.99 10.60 11.10 表2.6 QA水库施工期洪水过程线计算表 P=5% P=10% 放大流量 修匀流量典型估量放大流量 放大倍比 放大倍比 3333m/s m/s m/s m/s 2.72 17.4 17.4 1.78 11.4 2.72 24.5 24.5 1.78 16.0 2.72 28.8 28.8 1.78 18.9 2.72 30.2 30.2 1.78 19.8 修匀流量3m/s 11.4 16.0 18.9 19.8

12:53 14:00 15:30 15:40 16:12 16:20 17:12 17:27 18:38 19:00 20:00 21:18 22:00 23:24 25日0:00 1:00 2:00 4:00 8:00 8:23 12:35 16:00 18:30 20:00 26日0:00 4:00 8:00 26日12:00 26日20:00 13.00 16.40 24.20 24.20 21.40 22.00 28.20 28.20 25.30 26.00 24.40 22.40 24.60 21.70 23.10 23.30 23.80 20.50 16.50 16.50 13.40 11.30 9.82 9.82 10.30 9.82 8.50 6.71 5.59 2.72/2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05/2.35 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05 2.72/2.05 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 35.4/26.7 33.6 49.6 49.6 43.9 45.1 57.8/66.3 57.8 51.9 53.3 50.0 45.9 50.4 44.5 47.4 48.8 48.8 42.0 33.8 33.8 36.4/27.5 30.7 26.7 26.7 28.0 26.7 23.1 18.3 15.2 35.4 39.5 42.0 42.5 43.9 45.1 66.3 65.5 53.4 53.3 50.0 47.8 46.7 44.5 47.4 48.8 48.8 42.0 33.8 33.8 32.0 30.7 26.7 26.7 28.0 26.7 23.1 18.3 15.2 1.78/1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16/1.32 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.16 1.78/1.16 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78 1.78 23.1/15.1 19 28.1 28.1 24.8 25.5 32.7/37.2 32.7 29.3 30.2 28.3 26 28.5 25.2 26.8 27.6 27.6 23.8 19.1 19.1 23.9/15.5 20.1 17.5 17.5 18.3 17.5 15.1 11.9 9.95 23.1 24.1 24.5 24.6 24.8 25.5 37.2 36.8 30.6 30.2 28.3 27 26.4 25.2 26.8 27.6 27.6 23.8 22.0 21.8 20.0 18.5 17.5 17.5 18.3 17.5 15.1 11.9 10.0 2.2工程地质

2.2.1区域构造及其稳定

工程区位于天山东段块体内，北部为巴里坤塔格－八大石隆起块体，南部为QA盆地（沉降带）。其北面是天山东西向构造与阿尔泰北面构造的交汇部位，除近东西向及北西—北西西构造较发育外，还见有少量的北北西向断裂及北东东向断裂，各种不同方向的断裂将本区分割成大小不同的构造块体。 1. 主要构造形迹

（1）巴里坤塔格—天山庙大断裂：该断裂总长300公里以上，西段走向近东西较平直，天山庙以东走向北西西，再往东转北东东，形成往南突出的弧形，断裂北倾，倾角70°~76°。

（2）南山口西断裂：走向333°，地表出露长度10公里，为具右旋特征的剪切断裂，此组方向的断层开成时间晚，截割了其他方向的断裂，是第四纪以来的活断层。

（3）东沟断裂：东沟断裂是库坝区附近的一条断裂，是在花岗岩体中发育的一条北东东走向的断裂，断裂的东段沿QA河谷分布，成东西向延伸，东段在河谷南侧不远的基岩

中通过，总长度约25公里，断裂倾角较陡，在75°左右，且多朝南倾，为一条右旋走滑断层，它对库区地形及地质构造起到一定的影响。 2. 活动断裂与地震

（1）达板果勒断裂：达板果勒裂东端在未来100年内发生6～7级左右地震的可能性最大，但其最近的可能震源距库区在20公里以上，按地震影响场的衰减系数，对库区的影响裂度也在7°或7°以下。

（2）东沟断裂：该断裂长约25公里，历史上很少有地震活动，活动量也不大，本区尚未发现北东东向断裂发生过Ms≥5级地震的先例，因而估计未来百年内发生Ms≥6级地震的可能性很小，按照新疆地区断层长度与发生最大地震的经验关系式，该断裂可能发生的最大震级Ms=6.2，即使发生6.2级地震，其烈度也只有7°。 3. 区域稳定评价

坝库区位于天山东段构造块体内，尽管附近有东沟断裂存在，经自治区地震局论证鉴定，活动量不大，它不是本区地震活动的控制性断裂，因此，区域构造环境较好，库坝区处于较稳定的块体内。

据自治区地震局论证鉴定，区外达板果勒断裂东端发生6～7级左右地震的可能性最大，但对库区的最高影响烈度为7°。 2.2.2水库区工程地质条件 1. 库区地质概况

QA水库在大地构造单元上属北天山地向斜褶皱带,哈尔里克复背斜,出露的地层有泥盆系中统大南湖级第三亚组和不同成因类型的第四系地层。 现将库区出露地层由老到新分述如下：

（1）泥盆系中统大南湖组第三亚组

①大理岩：出露于库区西北部，为库区最老地层，分布面积0.08平方公里，岩石呈白色、灰白色，花岗变晶结构，产状96°～46°。

②粉砂质凝灰岩：出露于坝址区河流西侧，分布面积0.4平方公里，岩石呈灰色、灰绿风化面为灰黑，层状构造，由正常碎屑和胶结物组成，岩层产状倾向东，倾角70°～80°。

③凝灰质粉砂岩：出露于坝址以东，面积1.8平方公里，由于断层与小褶曲的影响，产状变化较大。岩石呈灰色，风化面黑色，板状－层状构造，由正常碎屑和火山碎屑组成。

（2）第四系地层

①冲积层：由河流冲积作用形成的松散堆积物，分布在河床和河流形成的阶地上，沿

河带状分布，厚度变化于2～13.2m，在坝址附近厚约2～5m。岩性为砂、卵石。

②坡积碎石土层：主要分布在坝址两岸阶地上，厚度0～13m，其成分为碎石和粉土，碎石含量60%左右，粉土含量40%左右。 2. 构造

库区的内共有大小断层20条，最长达5.5公里，最短的仅几十米，以走向60°～70°的最发育，主要断层有F1、F17、F18。

F1断层：纵贯整个库区，属逆断层，长5.5公里，断层东段走向43°，中段72°，西段60°，倾向南东，倾角62°～88°，中段倾角陡，破碎带宽6～10米，破碎带由内向外依次有断层泥、糜棱岩、角砾石和压碎岩，断层破碎带连续，从坝址左坝肩穿过。

F17断层：位于坝址右岸，为一正断层，长1公里，断层面倾向南西，走向62°，倾角80°，破碎带宽0.5～1米，可见断层角砾岩。

F18断层：位于坝址上游0.7公里处，接近南北走向。

坝址区主要裂隙有7条，以北东向为主，南北向次之，最长达300m，小的只有几十米，裂隙倾角70°～80°，裂隙张开宽度1～5cm，最大不超过10cm，裂隙面粗糙，有碎石、粘土物充填。 3. 库岸稳定

水库基底岩石为凝灰岩，河谷及两侧岸坡为厚度不大的松散堆积物覆盖，进入坝址附近因岸坡变陡，大部分范围基岩裸露，基岩完整。未发现滑坡体，位于坝址南侧的F1断层，向南倾斜，在坝址附近倾角82°，出露在库区回水标高范围以上，水库建成蓄水后不存在滑动、坍塌问题。 4. 库区渗漏

库区处于高山峡谷区，两岸山势陡峻，山体雄厚，河谷深切，10公里范围内为最低侵蚀基准面，库区岩性由花岗岩和凝灰岩组成，除发育有近东西，近南北向两级小规模断裂外，无规模较大的区域性断裂通过，故水库不会产生邻谷渗漏。 5. 水库淹没及浸没

库区内无工矿企业、居民点，仅有5亩耕地，1.3万余株野生乔灌木及268亩天然草场，故无大的淹没损失，岩质库岸也不存在浸没问题。

2.3坝址区工程地质条件

2.3.1地质概况

坝址区位于QA河谷近出山口地段，属低中山地貌，海拔1480～1883m，比高400m。 坝区河流呈近东西走向，河流以下切为主，河谷呈“V”字形，现代河床宽27～50m，河流弯急，流速大。坝址区上下游两岸冲沟发育，呈梳状展布，以近南北向者居多，冲沟具有延伸长、两岸陡立、切深大等特点，给选择坝线带来一定困难。

坝址区出露岩层主要有粉砂质凝灰岩、凝灰质粉砂岩、大理岩、第四系冲积物及坡积物，冲积物厚度2～5m，坡积物厚度0～14m。

坝址区河谷两岸不对称，阶地亦不对称，河谷右岸较发育，阶地可见Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，Ⅱ级阶地不发育，Ⅲ级阶地在右岸呈带状分布，高出河水位30m左右，Ⅳ级阶地高出河水位40～50m。

坝址区内无大的断裂构造发育，只发育有几条规模较小的断层和两级裂隙，现简述如下：

F1断层：位于左岸，走向43°，倾向南东，倾角82°，总长5.5公里，破碎带宽度6～10m，在左坝肩高出回水线以上300m出露，距左坝肩水平距离300m，对建坝影响不大。

F17断层：位于右岸，走向62°，倾向南西，倾角80°，总长1公里，破碎带宽度0.5～１m，在右坝肩高出回水线以上100m出露，距右坝肩水平距离200m，对建坝影响不大。

F19断层：位于左坝肩，总长50m，走向62°～65°，倾角直立。在左坝肩高出回水线以上100m出露，距左坝肩水平距离120m，对建坝影响不大。

第一组裂隙：倾向258°305°，倾角60°～75°。 第二级裂隙：倾向320°～7°，倾角58°～89°。

两组节理相交呈“X”型，其中第一组裂隙位于右岸坝脚附近，长20m，张开宽度约10cm，因规模较小，易于处理。 2.3.2坝址工程地质条件评价

坝址区两岸山体雄厚，基岩裸露，主要为粉砂质凝灰岩和凝灰质粉砂岩，岩石坚硬较完整，岩层产状350°～10°，NE或SE∠65°～80°，倾向上游对建坝有利。两岸及坝基工程地质条件分述如下： 1、左坝肩

现代河床陡崖高13m，陡崖之上为Ⅱ级阶地，Ⅱ级阶地之上为坡积碎石覆盖，南北向分布宽度70m，坡度25°～30°，厚0～13m，结构疏松，透水性强，需全部清除，在此之

上岸坡变陡，为65°～75°，未发现有大的不稳定体和缓倾角滑移面，出露岩石较完整，坚硬，强风化层厚度1～3m，弱风化层厚度5～10m，工程地质条件较好。 2、右坝肩

右岸岸边有20～40m高的陡坡，在1985m高程以上地形坡度50°左右，右坝肩未发现有大的不稳定岩体和缓倾角滑移面，但在1980～2055m高程范围有一段地层较破碎，产状紊乱，风化深度20m左右，该段上部岩石破碎是由于表部风化裂隙发育，较软弱，风化强烈现象造成。

右岸坝轴线上游，无第四系坡积物覆盖，坝轴线下游阶地之上为第四系坡积物覆盖，分布范围南北向宽100m，东西向长160m，最大厚度7m。

若在右岸布置溢洪道，应考虑清除破碎岩石及坡积物。 3、坝基工程地质条件

坝基位于现代河槽，宽度27m左右，根据钻孔及探坑揭露，坝轴线附近覆盖层厚2m，之下基岩完整、坚硬，河流基本下切至新鲜岩面，基础处理较易。

根据洞探揭露，两岸坝肩由河床岸边深入岩体内部10m以后，大部分岩石坚硬完整，节理裂隙不发育，岩层走向与河流走向呈大交角，围岩稳定性较好，均可布置导流洞和放水洞。

2.4建筑材料

2.4.1天然建筑材料

QA水库天然建筑材料位于坝址下游7公里范围内，主要岩性为第四系崩坡积物和冲洪积物。为满足设计要求，共选择了7个料场，各料场情况如下： 1、C6料场

水库大坝坝体填筑料场，位于QA沟口右岸Ⅰ级阶地和该级阶地质沿相连接的山前堆积层，料场距大坝5公里，该处沉积层巨厚，贮量丰富，测算料场储量在100万立方米。颗料级配较好，颗粒磨园度由棱角状、次棱角状，直至滚圆状都有。从分布情况看，阶地前沿多为冲、洪积堆积物，卵、砾石磨圆度好呈滚圆，夹有大量漂石，多数砾石直径500mm，个别有超过此粒径的向阶地后沿发展,主要是山前洪积堆积层，分选及磨圆度都较差，颗粒以棱角状和次棱角状为主，最大颗料直径250至350mm，山前个别漂砾大于800mm。堆积物母岩成分以花岗岩、灰岩为主，颗料间充填物由砂、砾和土组成，山前堆积物中土含量较大，而阶地前沿冲，洪积堆积冲填而以砂、砾为主。该料场物理力学指标见表2.8、

表2.9。 2、C1砂石料场

C1砂石料场位于QA沟口河滩，距水库大坝4.5公里,此处沉积较厚,为冲、洪积沉积物，分布成扇形，半径244m，堆积厚度2至17m，储量约20.5万立方米,料场紧邻基岩山坡有部分坡积物混合堆积,分选较差,其中卵、砾石磨圆度较好,呈滚圆状,砂子有大部分因为搬运距离不远，磨圆较差，呈次棱角状，砂子成分中正长石含量较大。 3、C2砂石料场

C2砂石料场位于东沟村东南300米的冲沟沟口，距水库大坝5.5公里，冲洪积沉积与堆积混合堆积，洪积扇地貌，堆积厚度大于20m，扇轴长400m，储量约94.5万立方米，此处山沟水量较小，搬运及沉积物以细颗粒居多，粗颗粒相对减少，卵砾石磨圆度较好，砂子磨圆较差，砂子成分含量中以正长石为主。 4、C3土料场

该料场位于水库大坝上游，距大坝约3公里，料场沿沟底分布，长约1000m，宽约600m，储量约88.2万立方米。该料场土料的压缩系数为0.266Mpa，属中等压缩性土，粘粒含量高，达48.1%，可塑性好，塑性指数为14.37，属品质较好的斜心墙土料。 5、C4土料场

C4土料场位于出山口以西冲沟沟口，距水库约5.5公里，呈条带分布，长约960m，宽约60m，储量约28.8万立方米，该料场土料物理力学指标见表2.10，表2.11。 6、C5砂石料场

C5砂石料场位于QA沟口以西冲沟沟口，距水库大坝约6.5公里，料场顺沟底呈条带分布，长约1320m，宽约200m，探坑深度5m，储量约132万立方米。该料场主要为附近基岩风化堆积，成分以正长石为主，磨圆及分选较差、砂、砾均为次棱角状。 7、C7石料场

石料场位于QA沟口河漫滩，距水库大坝约5公里，该处200mm至600mm漂石储量丰富，收集方便，运距较近，预测储量5万立方米，并且卵石、漂石磨圆度好，石质坚硬，主要成分为花岗岩，是很好的砌石材料。 2.4.2三材 1、水泥

QA地区当地有数家水泥生产厂，产品质量稳定，可满足工程需要。 2、钢筋与木材

均可通过铁路、公路运输，满足工程需要。 2.4.3其它材料

新疆有丰富的石油资源，沥青品质优良，铁路运输直抵QA市，是沥青斜心墙堆石坝的竞争优势。

表2-1 各料场砂砾料颗粒级配汇总表 粒径含量（%） 料场 ＞200（mm） 1.5 0.2 0.9 200~150（mm） 3.7 3.0 3.1 150~100（mm） 8.0 12.3 9.3 11.3 100~6060~2020~55~22~0.5（mm） （mm） （mm） （mm） （mm） 3.0 17.6 18.2 16.4 22.0 26.5 30.3 27.4 31.0 13.5 12.2 12.4 16.5 3.3 2.1 2.3

表2-2 各料场砂砾料场理学实验成果表 料场 比重 天然密度 (g/cm3) 2.29 2.26 2.30 2.31 含泥量 （﹪） 0.05 1.40 0.68 0.75

0.5~0.25（mm） 9.5 10.4 11.0 12.9 0.25~0.1（mm） 2.3 5.0 3.6 ＜0.1（mm） 0.7 0.9 1.3 有效粒不均匀径 系数 （mm） 0.18 0.37 0.28 0.31 187.0 137.8 171.4 154.8 曲率系数 10.30 5.82 6.03 2.58 C1 C2 C5 C6 10.0 7.7 7.8 8.4 内摩擦角 干燥（度） 41.5 40.1 39.8 42.9 饱和（度） 39.5 37.9 33.3 41.6 渗透系数 （cm/sec） 8.4×10-2 8.4×10-2 8.4×10 8.4×10-2 -2渗透 临界坡降 0.87 0.78 0.75 0.85 C1 C2 C5 C6 2.69 2.69 2.67 2.68

表2.10 土料基本性质试验成果表 颗粒组成（％） 料场 天然湿密度 (g/cm3) 天然干密度 (g/cm3) 天然含水量 （％） 土粒比重 Gs 流限 WL 塑限 Wp 塑性指数 Ip 击实 渗透系数 K(cm/s) 细粒沙 ＞0.05 粉粒0.05~0.005 粘粒＜0.005 最优含水量Wop 16.5～25.5 16.0～24.0 最大干容重γdmax φ （度） C （KPa） φ （度） C （KPa） φ （度） C （KPa） 不固结不排水剪UU 固结不排水剪CU 固结排水剪CD C3 1.44～1.81 0.32～1.64 1.23～1.60 1.15～1.41 9.2～14.61 7.9～16.8 2.70～2.76 2.70～2.72 36.66 22.629 14.37 8.70 43.2 48.1 1.6～1.7 n×10-8 16.50 19.00 22.50 16.33 25.50 10.00 C4 33.65 21.14 12.51 16.0 47.0 37.0 1.65～1.7 n×10-7 19.88 9.25 24.63 17.50 28.50 8.00

表2.11 土料化学分析成果表 料场 C3 C4 易溶盐（﹪） 0.288 0.585 中溶盐（﹪） 0.581 0.319 难溶盐（﹪） 2.433 1.632 有机质（﹪） 0.458 0.421

2.5工程规模

2.5.1地区社会经济发展概况

QA灌区南北长30公里，东西宽27.5公里，QA市居灌区中部，为行政公署、兵团农场管理局、铁路分局、吐—哈油田生产、科研、生活基地，QA市人民政府所在地，是QA地区政治、经济、文化的中心。

灌区内2000年总人口18.84万人，其中城市人口15.4万人，近郊区农业人口3.44万人,少数民族占23%，农业种植面积15.27万亩，社会总产值6.19亿元，国民生产总值0.916亿元，工业总产值0.57亿元，农业总产值0.42亿元，国民人均收入825.24元。

根据灌区国民经济发展规划，灌区内的人口由现状年的18.84万人发展到2010年27.8万人，2020年32.5万人，农业种植面积由现状的17.4万亩，发展到2000年的23.9万亩，2020年的29.3万亩；工业总产值由现状年的2.1亿元发展到2010年25亿元，2020年的44.9亿元。

2.5.2工程兴建的必要性和迫切性

QA盆地是新疆最缺水的地区，是干旱地区中的干旱地区，同时，QA盆地又是一个相对封闭的绿洲经济区，水资源贫乏，境内调水又无可能，一方面是缺水，另一方面因建设资金缺乏，北部山区的山溪性河沟水资源开发利用不足，城市要发展，工业要发展，农业要发展，各业的发展都需要水，长期以来缺水严重制约着QA盆地经济的发展，也是QA盆地的经济长期以来未能走出困境的关键所在。

灌区具有优越的土地、光热资源优势，发展农业有广阔的前景，同时灌区内又有发展盐化工、石油化工、煤炭、电力等工业的基本条件和优势，仅拟建的石油化工提出的用水申请,即要求年供水量2500万吨。

根据QA流域规划中赋予QA水库的任务，QA水库工程是满足灌区内城市工业供水、灌溉、生态、防洪等综合利用要求的整个系统中起着极为重要和不可替代的作用。因此，兴建QA水库工程非常必要，非常紧迫。 2.5.3工程规模

QA水库的主要任务是，保证石油化工用水，改善灌区的灌溉条件，调剂生态用水，减少流域内地下水的开采量，兼顾防洪。工程兴建后可以向石油化工年提供水量20.00×106 m3，向灌区年供水19.72×106 m3，全年供水39.72×106 m3，改善灌溉面积15.27×104亩。

根据流域规划中QA水库承担的主要任务，经灌区水土平衡计算，确定水库的兴利库容为8.48×106m3。经水库泥沙淤积计算，确定水库死库容0.52×106m3，相应死水位1953.5m。

则水库库容为9.0×106m3，相应正常蓄水位1994.7m。根据规范SL252-2000，本工程等级为三等工程，主要建筑物级别为3级，临时建筑物为5级。整个枢纽主要由拦河大坝、导流兼放水洞、溢洪道三大建筑物组成。 2.5.4水库泥砂淤积

QA河多年平均输沙量为1.14×104t，径流含沙量0.231kg/m3，属少沙河流，经计算0.47×106 m3的淤积库容淤积年限超过55年。

2.6施工条件

2.6.1施工控制性参考指标

坝基开挖速度2～4m/月或石方开挖为2～3万m3/月；基坑排水下降速度1m/昼夜；混凝土防渗墙施工，冲击钻钻孔为1～1.5m/台班，成墙上升速度>2m/小时，帷幕灌浆（自下而上法），钻机钻灌浆孔为0.8～1.2m/台班，灌浆为2～5 m/台班，固结灌浆比帷幕灌浆快一倍；坝体填筑强度8～15万m3/月；混凝土面板浇筑强度（滑模施工）>1.5～2m/小时；混凝土浇筑强度3～6万m3/月；隧洞掘进速度60～120m/每工作面.月。

第三章 工程等别及建筑物级别

根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》之规定，水利水电工程按其工程规模，效益和在国民经济中的重要性分为五等，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积等，工程规模由库容决定，由于该工程正常蓄水位为什么994.7m，库容为900万m3，介于1.0～0.1亿m3之间，则可将该工程级别定为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

第四章 防洪标准及调洪演算

4.1防洪标准

根据工程规模及其在国民经济中的作用，按《水利水电工程等级划分及防洪标准》SL525-2000，水库永久性建筑物设计洪水标准为50年一遇标准，校核洪水标准为1000年一遇标准。

4.2调洪演算

4.2.1设计洪水过程线

根据资料现在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，分别得设计洪水过程线与校核洪水过程线。设计洪水过程线成果见表4.2

表4.2 QA水利枢纽工程坝址处设计洪水过程线

△t(2h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

时间 7日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 8日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 设计洪水 38.7 40.3 41.8 45.3 48.8 46.8 44.7 41.7 38.7 36.9 41.2 51.6 62.0 75.0 98.3 95.7 93.0 86.5 80.1 校核洪水 14.5 15.1 15.6 17.0 18.3 17.5 16.7 15.6 14.5 13.8 16.1 21.6 27.0 22.7 35.7 34.8 33.8 31.4 29.1 △t(2h) 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 时间 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 10日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 11日00：00 02:00 设计洪水 346.7 260.6 223.6 195.0 175.0 160.0 151.7 143.3 135.0 132.0 123.9 115.9 107.8 99.7 91.7 84.0 82.0 80.0 77.4 校核洪水 106.7 79.8 67.7 61.9 57.0 55.0 52.7 50.3 48.0 45.0 42.6 40.2 37.7 35.3 32.9 30.6 29.9 29.2 28.6

38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 9日00：00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 73.6 67.1 68.6 77.9 98.3 127.2 156.0 150.5 145.0 174.0 307.8 388.1 26.7 24.4 24.9 28.3 35.7 46.2 55.6 53.5 50.4 55.2 97.6 123.0 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 12日00：00 74.8 73.2 71.5 68.0 64.4 60.9 57.3 54.5 52.9 48.5 48.0 28.0 27.4 26.7 25.4 24.1 22.7 21.4 20.4 19.8 18.4 19.0 4.2.2调洪演算原理

1、根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为

Q1?Q22?t?q1?q22?t?V2?V1 (4.1)

式中 Q1——时段?t始的入库流量，m3/s； Q2——时段?t末的出库流量，m3/s； V1——时段?t始的水库蓄水量，m3/s； V2——时段?t末的水库蓄水量，m3/s；

?t——计算时段，s.其能比较准确地反映洪水过程线地形状。

根据水库入库洪水过程线，式中Q1，Q2均为已知，V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有两个（V2、q2），对V2、q2进行试算。联合另一方程：

q2=f(H)=A.Hb (4.2)

式中

A-----系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，

A=m.B(2g)1/2；

m----流量系数； B----堰顶高度；

b----指数，对于堰流一般为3/2 。

由式(4.1)和式(4.2)联立,就可解出q2，V2两个未知数，用两个公式调洪计算的方法很多，

常用试算法和半图解法。本设计中采用试算法。利用Excel图表分别绘制出P=0.1%和P=2%各个时段来水流量和下泄流量曲线图，两曲线相交点即为校核洪水位、设计洪水位。

2. 基本数据

由于该溢流堰不设闸门，故根据资料可知，该水库的起调水位高程为1994.7米，其相应的库容为900万立方米。

计算结果详见计算书

第五章 坝型选择与枢纽布置

5.1坝型选择

根据各坝型的特点结合所给QA水库库区地质资料进行如下坝型比选： 坝型一：重力坝

重力坝是一种古老而且应用广泛的坝型,它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。重力坝的结构简单,施工方便,抗御洪水能力强,抵抗战争破坏等意外事故的能力强,工作安全可靠,至今仍广泛使用。 1、重力坝的工作原理

重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力,以满足稳定的要求,同时,也靠坝体自重在水平载面上产生的压重力来抵消由于水压力所引起的拉重力,以满足强度的要求。其基本剖面为上游近于垂直的三角形剖面,眼垂直轴线方向常没永久伸缩缝,将坝体分成若干独立工作的坝段,坝体剖面较大。

2、重力坝的特点

重力坝之所以能长久地被采用，主要是因为它具有以下几大优点：

a.泄洪和施工导流比较容易解决。重力坝的断面大,筑坝材料抗冲刷能力强,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。在施工期可以利用坝体或底孔导流。枢纽布置方便一般不需要另设河岸溢洪道或洪隧洞。在意外情况下,即使从坝顶少量过水,一般也不会招致坝体失事；

b.安全可靠,结构简单,施工技术比较容易掌握。坝体板样,立模和混凝土浇筑和振捣都比较方便,有利于机械化施工；

c.安全可靠重力坝剖面尺寸大，应力较小，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较强；

d.对地形、地质条件适应性强任何形状的河谷都可以修建重力坝，因为坝体作用于地面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低；

e.枢纽泄洪问题容易解决重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑；

f．结构作用明确重力坝沿坝轴线用横缝分成若干段，各坝段独立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单。

但是，重力坝也有下面一些缺点： a．坝体剖面尺寸大，水泥用量多；

b．坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

c．坝体与地基接触面积大，因而坝底的扬压力较大，对稳定不利。

d．坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。 坝型二：拱坝

拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。 1、拱坝特点：

(1)优点：拱坝利用拱的作用将荷载传至两岸，充分利用了材料的搞压性能，故拱坝可做得比较薄，大大节省混凝土方量，从而节省造价。此外，拱坝还可以在坝身开孔解决泄流问题，不需另外修建溢洪道，坝体重量轻，抗震性能好。

(2)缺点：几何形状复杂，施工难度大。施工导流需一次断流，工另开导流隧洞。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。 2、地质条件

建造拱坝的地形条件是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，砰面上为向下流收缩的峡谷地段，如V形和U形河谷。坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。理想的地质条件是基岩均匀单一、完整稳定、强度高、刚度大、透水性小和耐风化。此外，拱坝要求两岸坝座附近河岸边坡岩体稳定，整体性好，没有大的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的压缩变形。 坝型三：土石坝 1、土石坝特点

(1)优点：

a.就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等建筑材料，减少了建坝过程中的远途运输。 b.结构简单，便于维修和加高﹑扩建。

c．坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。 d．施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。

(2)缺点：坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。

2、地质条件：土石坝能够适用各种地质条件

综上所述，根据QA水库地质条件及附近建筑材料，发现重力坝及拱坝地形地质条件不适宜，而土石坝能适应各种地质条件且附近有足够的建坝材料，因而选用土石坝为建坝坝型。

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。因此考虑均质坝方案是不宜采用的。 土质防渗体分区坝主要有斜心墙坝、斜斜心墙坝、斜墙坝和多种土质坝等类型。

斜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，但施工时斜心墙与坝体同时填筑，相互干扰较大。 斜斜心墙坝和斜心墙坝基本类似，并且可以改善坝体应力状态，能显著减弱坝壳对斜心墙的“拱效应”，其抗裂性能优于斜心墙坝和斜墙坝。

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斜心墙坝。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，因工程附近建筑材料丰富，为就地取材不宜采取该坝型。

由上述比较可以看出，斜心墙坝综合了斜心墙坝与斜墙坝的优缺点，斜心墙有足够的斜度，能减弱坝壳对斜心墙的拱效应作用；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。

5.2枢纽布置

根据枢纽工程功能以及满足正常运行管理要求，该枢纽工程由土石坝、溢洪道、隧洞、等组成，具体详见水库枢纽工程总布置图。

第六章 大坝剖面确定

6.1坝顶高程的确定

6.1.1坝顶超高

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：

Y?R?e?A （6.1）

其中：Y----坝顶超高，m；

R----最大波浪在坝顶的爬高，m； e----最大风壅水面高度，m；

A----安全超高，m，该坝为Ⅲ级建筑物，正常运行时取A=0.7，非常运行时取A=0.5。

6.1.2坝顶高程计算方法

坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值: 1.设计水位加正常运用条件下的坝顶超高; 2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;

3.校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高； 4.正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高。 6.1.3波浪的平均波高和平均波周期

波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式[引至水工建筑物]

?0.45gD???0.0018??2????w??th?0.7??gH????m0.13th?0.7???2???w??????? （6.2） ???????ghm w2=

0.7?gHm??0.13th?0.7???2??w??

Tm=4.438×hm0.5 （6.3） Lm=

gTm?2?Hmth??L2?m?2?? （6.4） ??其中： hm —— 平均波高，m；

Tm—— 平均波周期，s； Lm—— 平均波长，m；

D —— 风区长度.km；

Hm——

坝前水深，m；

W —— 计算风速, m/s；

6.1.4风壅高度

风壅高度可按下式计算: [引至水工建筑物]

e?KW2Dm

2gHcos? （6.5）

式中： e —— 计算处的风壅水面高度，m；

D —— 风区长度，km；

K —— 综合摩阻系数3.6×10-6；

β—— 计算风向与坝轴线的夹角0°。

6.1.5波浪爬高

设计波浪爬高值应根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值. 平均波浪爬高可按下式或有关规定计算: [引至水工建筑物]

Rm?KwK?1?m2hmLm （6.6）

式中： Rm —— 波浪的平均爬高；

K△ —— 斜坡的糙率渗透性系数，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得0.75；

Kw —— 经验系数，查规范得1.0；

m —— 单坡的坡度系数，若坡角为?，即等于ctg?，本设计取m=3 查规范1%累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23，故R=2.23 Rm。

最终计算成果见下表6.1：

表 6.1 各种工况下的坝顶高程

计算情况 计算项目 上游静水位（m） 河底高程（m） 坝前水深（m） 正常运用情况 非常运用情况 正常蓄水位 设计洪水位 正常蓄水位 校核洪水位 1994.7 1996.47 1994.7 1932.0 62.7 64.47 62.7 66.58 1998.58

吹程 （km） 风向与坝轴线夹角 （?） 风浪引起坝前雍高 （m） 0.002048 风速V（m/s） 波高hm (m) 护坡粗糙系数 上游坝面坡脚 波浪沿坝面爬高（m） 安全超高（m） 地震安全加高（m） 坝顶高程（m） 1996.583 1.180737 0.385403 18 0.385434 0.002048 2.12 0 0.00091 12 0.24627 0.75 arctg1/3.0 1.180831 0.7 0 1998.373 1.0 1996.955 0.754482 0.754541 0.5 0 1999.855 0.246289 0.00091 综上所述，此大坝坝顶高程为2000.0m，坝高为68m。

6.2坝宽的确定

坝体宽度必须考虑斜心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。土石坝坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定 ，SL274-2001《碾压土石坝设计规范》要求高坝的最小顶宽为10～15m，中低坝则为5～10m。此坝坝高为68m，为中坝，故其坝顶宽度取为10m。

6.3坝坡与马道

土石坝坝坡的选择取决于坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料材料的性质、承受的荷载、施工和运行等主要因素。一般可参考已建坝的实践经验或用近似的计算方法初步拟定坝坡，然后进行稳定等计算确定合理的坝坡。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，上游坝坡考虑在一半坝高处变坡一次，上部取2.5，下部取3.0，下游坝坡自上而下均取为2.5。

在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2.0m的马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，综合上述等各方面的因素取其宽度为2.0m。

6.4坝体排水

6.4.1坝体排水的作用

坝体排水的作用是:控制和引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，防止渗流逸出处土的渗流破坏，增强坝的稳定性，在寒冷地区，可保护下游坝坡免遭冻胀破坏。坝体排水要有充分的排水能力，并设有反滤层以保护坝体和坝基土。坝体排水宜便于观测和检修。

6.4.2坝体棱体排水选用

常用坝体排水有以下几种：

1、棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支持坝体增加稳定性的作用，工作可靠，便于观测和检修，适宜下游有水的情况。棱体排水是一种可靠的、被广泛采用的排水设施。

2、贴坡排水：若当地石料较少，可采用坝趾贴坡排水。贴坡排水是用一两层堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡表面，不伸入坝体的排水设施，又称表面排水。贴坡排水能防止渗流逸出处土体发生渗流破坏，构造简单，用料简单，施工方便，易于检修，但不能降低浸润线。常用于中小型工程下游无水的均质坝或是浸润线位置较低的中等高度坝。

3、组合式排水：即褥垫排水、网状排水、排水管、竖式排水体等坝内排水设施。褥垫排水能有效地降低浸润线，有助于坝基排水，加速粘土地基的固结，并可节省石料，但不便于观测和检修。褥垫排水周围应有反滤层，以保护坝体和坝基的土体。为了节省石料，可采用纵向和横向排水带组成网状排水，平行于坝轴线的纵向排水带可替代褥垫排水伸入坝体上游端部位置。

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，保护下游坝址受尾水淘刷，并可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性，工作可靠，便于观测和检修，适宜下游有水的情况。根据规范棱体排水顶面高程应高出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高，此坝为三级坝，故棱体顶部高程应超出下游最高水位不小于0.5m.故此处设计为超出下游最高水位1.0m。棱体顶宽根据需要确定，但不小于1.5m，取为3.0m。棱体内坡根据施工条件决定，一般为1:1.0～1:1.5,取为1:1.1，外坡一般为1:1.5～1:2.0，取为1:2.0。棱体与坝体以及土质地基之间设置反滤层。

6.5坝顶构造

本工程属于中坝，根据运行、施工交通的方便，坝顶宽度定为10m，坝顶路面的材料采用沥青混凝土 ，坝顶面向下游侧放坡，由于当地的降雨量并不强，所以坡度取i=0.02。在上游侧设防浪墙，高度为1.2m，下游侧设置栏杆。详见图QA-1。

6.6反滤层和过滤层

按照1.被保护土不发生渗透变形；2.渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；3.不致被细粒土淤塞失效的原则进行反滤层设计，过渡层采用连续级配，最大粒径小于300mm，采用等厚度。

第七章 筑坝材料与填筑标准

7.1筑坝材料选择与填筑要求

筑坝土石料和土工试验分别按照SL251－2000《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》和SL267－1999《土工试验规程》的有关规定，查明坝址附近各种天然古料的性质，储量和分布，以及枢纽建筑物开挖料的性质和可利用性。根据：1.具有或经加工处理后具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有长期稳定性。2.就地、就近取材，减少弃料，少占或不占农田，并优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用；3、便于开采、运输和压实三项原则选择筑坝土石料。

C1料场，C2料场， C5料场，C6料场的砂砾料颗粒级配汇总表见表2-1，砂砾料场物理力学试验成果表见表2-2。

C3料场，C4料场土料基本性质试验成果见表2-3，土料化学分析成果表见表2-4。 其中：C1料场距水库大坝4.5公里，储量约20.5万m3，C2料场距水库大坝5.5公里，储量约94.5万m3，C5料场距水库大坝6.5公里，储量约132万m3，C6料场距水库大坝5公里，储量约100万m3，C3料场距水库大坝3公里，储量约88.2万m3，C4料场距水库大坝5.5公里，储量约28.8万m3。

表7.1 各料场储量

料场 C1 C2 94.5 C3 88.2 C4 28.8 C5 132 C6 100 C7 5 储 量（104 m3） 20.5 7.2防渗体设计

7.2.1土料的储量

筑坝石料本着就地取材和就近取材的原则。经勘察各料场储量见表7.1 ，列出了各种填筑工程量。可以看出料场储量大于设计填筑工程量2倍以上，筑坝材料贮备丰富。 7.2.2土料场的选择

根据规范《碾压与土石坝设计规范》SL274－2001中4.1.5条规定：防渗土料应满足下列要求：

1.渗透系数不大于1×105cm/s

－

2.水溶盐含量不大于3% 3.有机质含量不大于1%

4.有较好的塑性和渗透稳定性 通过实验防渗土料可选用C3料场。

7.3坝壳料场的选择

由C1、C2、C5、C6料场的筑坝砂砾料颗粒级配汇总表及筑坝砂砾料物理力学试验成果表可以看出，各料场的φ值均达到240以上，可满足要求。不均匀系数均大于5。曲率系数只有C6料场为2.58在1－3之内。所以只有C6料场的级配是良好的。且C6料场的储量满足坝壳填筑工程量要求，可做为主堆石区。其余填筑料在C1、C2、C5料场及爆破料中选择，做为次堆石区。

经分析，C6料场级配优于C1、C2、C5料场，且储量满足坝壳填筑工程量，故选择C6料场做为坝壳填筑料场，做为主堆石区，其余C2料场的料填筑在两侧。

7.4填筑标准设计

根据《碾压式土古坝设计规范》SL274－2004三级坝粘性土的压实度应符合96%－98%的要求，取压实度为0.98，设计干密度指标见表4-3。

表7.2 设计密度重指标

料场 C4 击实最大干密度（g/cm3） 1.68 设计干密度（g/cm3） 1.64 设计含水量（%） 施工填筑含水（%） 20.0 18－23 设计干密度以击实最大干密度乘以压实度求得，击实最大干密度取各个土样标准击实试验的击实最大干密度的算术平均值。

筑坝土料的设计含水量取各土样最优含水量的算术平均值，施工填筑含水量应按设计含水量控制，其上下偏差不宜超过－2%±3%，其值根据土料性质、填筑部位、施工工艺和气候条件等因素进行选择。

第八章 泄水建筑物

8.1方案比较

土石坝枢纽布置通常是以大坝为主体，泄水建筑物为中心。土石坝坝顶不易过水，所以为保证大坝安全，在枢纽布置中应十分重视泄水建筑物的布置。从某种意义上说，选择土坝坝址，坝轴线，主要是选择合适的泄水建筑物的位置,并兼顾导流输水隧洞，然后再进行优化。在布置溢洪道有困难时,也可以考虑利用隧洞泄洪。本方案在进行经济技术比较后采用岸边溢洪道为主要泄水建筑物， 以提高土坝枢纽的泄洪超载能力以及运行可靠性。本方案溢洪道通过经济技术比较，净宽取27 m，分2孔过水，每孔宽度13.5 m，开敞式泄洪。过水堰采用WES实用堰（高堰），堰顶高程为1994.7m，出口段采用挑流鼻坎消能，由于流速较大，为了减少气蚀，采用人工掺气。泄槽底坡1：4.5。

岸边溢洪道修建在右坝肩旁。按泄洪标准和运用情况不设非常溢洪道。根据布置特征，可选择正槽溢洪道，侧槽溢洪道，井式溢洪道和虹吸溢洪道。正槽溢洪道结构简单，施工和运用方便。侧槽溢洪道适用于河谷狭窄的水利枢纽，不宜在土基上修建。井式溢洪道要求地质条件良好，在坝上游有适宜地形可布置喇叭口溢流堰进口，且修建在坚固的岩基上。而虹吸式溢洪道不用闸门就能自动形成虹吸作用，管理简单，能灵敏调节上游水位，但水力条件复杂，易发生空穴，构造复杂。综上所述，结合地形地质条件来看，本工程不宜设计为井式溢洪道和虹吸溢洪道，因为溢洪道设置在坝肩附近，一侧为山，而且有溢洪道的总剖面图可知坡降不大，所以不设置为井式和虹吸式溢洪道。

对于正槽和侧槽溢洪道可从枢纽布置、施工以及造价三方面来说：①正槽溢洪道轴线与水流方向平行，对于坝址处山体较低，岸坡较缓的地形大多采用正槽式，而对于侧槽来说溢流堰大致沿等高线布置，水流经过溢流堰泄入于堰大致平行的侧槽后，经过约90°的转角流入下游。水流条件比正槽复杂。 ②从施工方面来说采用正槽施工经验比较多。施工质量有保证。③在造价方面由于正槽的挖方量比侧槽的稍大，所以初步的概算，正槽的要稍微大一些。从上几个因素综合考虑，本枢纽工程采用正槽溢洪道进行泄洪。

8.2溢洪道的布置

河岸式溢洪道布置可包括进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施及出水渠。 8.2.1进水渠布置：

进水渠的布置原则： ①选择有利地形、地质条件；②在选择轴线方向时，应使进水顺畅；③进水去较长时，宜在控制段之前设置渐变段，其长度视流速等条件确定，不宜小

于2倍堰前水深；④渠道转弯时，轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度，弯道至控制堰之间已有长度不小于2倍堰前水深。

根据布置原则，进水渠布置在坝肩附近，左岸（靠坝一侧）设置导水墙，靠山一侧开挖成规则曲线。渠底不进行衬砌。 8.2.2控制段布置

溢洪道的控制段包括：溢流堰及两侧连接建筑。溢流堰是水库下游泄洪的口门，是控制溢洪道泄流能力的关键部位，因此必须合理选择堰前控制段的形式和尺寸。为了使水流平顺，本设计选择控制段的长度为26m。 8.2.3溢流堰的形式

本设计采用实用堰，因为实用堰流量系数比宽顶堰大，而且在相同条件下，需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。堰上设有交通桥，跨度13.5 m ，堰宽27 m。中间设有一个中墩，墩厚1 m，宽4.5 m。

控制段的岸墙的顶部高程与防浪墙的高程一致为2001.283m 8.2.4泄槽

泄槽布置要求：泄槽纵坡宜大于水流的临界坡。当条件限制需要变坡时，边坡变化不宜过多，且以先缓后陡；横断面宜采矩形断面，当结合岩石开挖时采用梯形断面时，边坡不宜缓于1：1.5，并且注意由此引起的流速不均匀问题；泄槽轴线宜为等宽。

岸边溢洪道的泄槽段纵向底坡1:4.5，等底坡，无弯道，泄槽段总长175.5m，且由于开挖至岩基，泄槽较为稳定，泄槽段设横缝与纵缝。为了适应泄槽与其它建筑物的连接，采用滑动模板施工，以保证达到平整度的要求。缝内设铜片止水，以阻止水流进入泄槽底板底下。泄槽底部板缝下均设有横向排水槽，在泄槽的纵轴线处设置纵向排水槽，将横向排水中的水经过纵向排水槽排到下游。底板厚度为0.5m。泄槽分块，缝间止水可详见图QA-1中的止水详图。 8.2.5消能防冲设施布置

消能措施的主要任务是尽量促使能量消耗于水流内，外部阻力，最大限度限制冲刷破坏。

溢洪道的消能段，根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式及河床抗冲能力，消能防冲要求，下游水流衔接及对其它建筑物影响等因素，通过技术经济比较，选用挑流消能型式。

挑流消能挑流很远，对建筑物安全，有保障，在空气中掺气。

溢洪道消能防冲建筑物的设计洪水标准：本枢纽属于3级建筑物，按50年一遇洪水设计溢洪道消防冲建筑物。选定的消能设施，要保证能宣泄设计洪水，在宣泄常遇洪水要使消能效果良好，结构可靠，并能防空蚀，抗磨损和抗冻害。挑流鼻坎可选用连续式，挑角为30°，挑坎高2米，下游设置护坦 。这样可以保证下游河床和岸坡遭受冲刷后不至于危及大坝和溢洪道自身的安全。 8.2.6出水渠布置

溢洪道经挑流后，直接流入山谷，最后流入河道，故可不必设计出水渠。

8.3结构设计

8.3.1引水渠

引水渠采用与泄槽等宽，其B=27m。底板高程为1989.20m，采用厚为0.5m的C25混凝土进行衬砌。边墙采用重力式挡土墙，上宽为0.5m，底宽为2.5m 。进水段由于受地形的限制，为了减小开挖量，则采用圆弧形导墙进行引水，在靠近溢流堰处设置于直墙段，其长度L=26米。 8.3.2控制段

控制段的结构形式可采用分离式或整体式，分离式适合用于岩性比较均匀的地基。整体式是用于地基均匀性较差的情况，本工程地质条件较好，岩性较均匀，可采用分离式。 8.3.3泄槽底板

泄槽底板厚度考虑溢洪道规模及其与坝的相对位置、沿线的工程地质条件、水力特性、气候提条件、水流中挟沙情况等因素，并根据类似工程经验类比确定，泄槽的底板厚度不应小于0.3米，本工程泄槽地板厚度为0.5米。

泄槽地板设置结构缝，分块尺寸考虑到气候条件、地基约束情况、混凝土施工条件，加上类似工程经验确定，其横缝间距采用15米，中间设一条纵缝。 8.3.4挑流消能

反弧半径R可采用反弧最低点最大水深h的6～12倍。由于采用挑流，且挑流鼻坎建在岩基上，所以不设衬砌，仅在末端设置出口挑流结构，将泄流挑入原河床。挑流消能的尺寸见图QX-03中挑流鼻坎详图。 8.3.5边墙结构设计

泄槽两侧的边墙高由泄槽的水面曲线加上超高来确定，由于泄槽采用同一坡度，则其边墙高度一致，取3m。采用重力式，其尺寸见QX-03中泄槽横剖面图。

8.4地基及边坡处理设计

8.4.1地基开挖

根据建筑物对地基的要求结合地质条件，工程处理措施等综合研究确定，地基开挖至弱风化层的中上部，开挖面平顺。在控制段的基坑略向上游倾斜。 8.4.2边坡开挖及处理

根据岩体质量、岩体结构特征、边坡高度和施工方法等条件，通过工程类比法，取溢洪道的开挖边坡为1：0.3

8.5混凝土的强度、防渗、抗冻指标

1、材料强度标准：混凝土强度标准等级不宜低于《水工混凝土结构设计规范》中4.4.2条中表4.4.2所列数值。而有抗冲耐磨要求的部位，混凝土强度等级不应低于C25。故泄槽的混凝土采用C25等级。

2、材料抗渗性指标：

由于溢洪道有抗渗要求，混凝土应满足有关抗渗等级的规定，混凝土抗渗等级按28天龄期的标准试件测定，混凝土抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、W10、W12六级。而再根据所承受的水头、水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗透水的危害程度等因素，混凝土的抗渗等级不得低于《水工混凝土结构设计规范》表4.4.5所列数值。对于溢流堰大体积混凝土结构的挡水面，而且H<30，所以等级为W4。

3、材料抗冻指标

混凝土的抗冻等级按28天龄期的试件用快冻实验方法测定，分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级。对于混凝土的抗冻指标可在《水工混凝土结构设计规范》表中查得抗冻等级为F300。

8.6溢洪道水力设计

8.6.1控制段

溢流堰为正堰，堰顶下游采用WES型幂曲线，堰顶上游堰头采用三圆弧曲线，采用高堰设计.

高堰堰高要符合p＞1.33Hd , Hd=（0.75～0.95）Hmax, Hmax=最高洪水位－堰顶高程=1998.58－1994.7=3.88m。

经计算Hd=3.35m，p =4.46m，取4.5m。而下游堰面曲线可按下式计算：

xn=KHdn-1y （8.1）

其中 Hd——堰面曲线定型设计水头； x、y——原点下游堰面曲线横、纵坐标；

n——与上游堰坡有关的指数；

k——当p1/Hd>1.0时，k值见规范表A.1.1；当p1/hd≤1.0时，取k=2.0～2.2。

在《溢洪道设计规范》表A.1.1 可查出k=1.936，n=1.836。 则公式可写为: x1.836=1.936×3.350.836 由此式可绘出下游曲线。

上游堰头曲线由双圆弧曲线组成，其相关参数如下：

R1=0.68Hd=2.278， R2=0.21Hd =0.7035， a=0.139Hd =0.4657， b=0.273Hd=0.9146

反弧段半径r=（0.25～0.5）（Hd+zmax），取8m。

8.6.2 泄流能力计算：

开敞式WES型实用堰的泄流能力可按公式-溢洪道设计规范（中国电力出版社P45） 计算：

Q?cm??sB2gH02 （8.2） 式中

Q—流量，m3/s

B—溢流堰总净宽度，定义B=nb=26m； b—单孔宽度，13.5m； n—闸孔数目,2;

H0—计入行近流速的堰上总水头，4.42m; g—重力加速度,9.81;

m—实用堰流量系数 经下表取值,计算后取0.507; c—上游堰坡影响系数,经下表取值，取为0.997； ε—闸墩侧收缩系数；

H0/Hd 表8.1 流量系数m值 P1/Hd 3

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