冀河夹峪水利枢纽工程设计.doc

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1、目录第一章 总 述1第二章 坝址水文特性3第三章 枢纽及库区地形地质条件7第四章 枢 纽 布 置13第五章 土 坝28第六章 溢 洪 道50第七章 其他建筑物设计67附录：计算书72一、调洪演算72二、渗流计算81三、土坝坝坡稳定电算输出成果87四、土石坝坝坡稳定计算手算过程和成果91五、溢洪道相关计算96结语101参考文献102第一章 总 述1-1 本枢纽在国民经济中的意义建设本枢纽可使下游重要工业城市河350万亩农田不受淹没，确保国家铁路干线免遭洪水威胁。1-2 枢纽地区的自然及社会经济条件（地貌、河流、植物、土壤、气象、温度、降雨、风、交通运输、工矿企业、动力供应和经济发展远景等）冀河流

2、域共包括33个县市，为主要农产区，共有耕地1160万亩，占全流域面积的28%，人口420万，其中80以上从事农业生产，平均每人耕地约3.5亩。区内灌溉发达，并有渠灌面积137万亩，井灌面积110万亩。其主要农作物在上游山区有高粱、玉米，在下游平原地区有棉花、小麦、玉米等，还有小面积水稻。下游平原地区是清平河流域的棉粮高产区。由于无水控制洪水，使下游350万亩农田受到水灾的威胁。流域上游矿藏种类甚多，其中已大量开采的煤矿就有两处，流域下游有大工业城市一座，国家铁路干线沿东西南北方向通过，还有铁路专线与矿区接通，各县均有公路连接，交通比较方便。1-2-1 枢纽地区的自然条件冀河为华北清平河系的支流

3、之一，发源于华北嵩山南麓，环绕高山流经带形黄土盆地，然后东流穿过170公里的峡谷而入平原地带，最后注入清平河。全流域面积为27300平方公里。东台以上的第十较高，为黄土高原的一部分，属于河流上游。在长峡谷的盆地中，四周高山耸立，坡度极陡天然植被存余不多，暴雨来临，常形成严重的水土流失现象，为泥沙的主要来源地区。东台至黄庄间为河道中游，多属于峡谷深山区，由于暴雨较多，是洪水产生的主要地带。峡谷以下为广大平原，属于河流下游，是本流域的主要农产区。在下游河口附近，有一泛区，总面积约300平方公里。历年来，由于上游来水流急，含沙量大，水流入泛区后，水势骤缓，淤积严重，滞洪作用逐渐减小，加之水流动荡，河

4、槽不稳定，致使决口事件频繁，洪水危害非常严重。本流域大部分地区为季风型大陆气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年内降水多集中在6、7、8三个月，是形成洪水的主要原因和季节，而在主要农作物生长区，普遍缺雨，往往形成旱象。由于水量分配不均，旱涝灾害时有连续发生。1-2-2 枢纽地区的社会经济条件冀河流域共包括33个县市，为主要农产区，共有耕地1160万亩，占全流域面积的28%，人口420万，其中80以上从事农业生产，平均每人耕地约3.5亩。区内灌溉发达，并有渠灌面积137万亩，井灌面积110万亩。其主要农作物在上游山区有高粱、玉米，在下游平原地区有棉花、小麦、玉米等，还有小面积水稻。下游平原地区是清

5、平河流域的棉粮高产区。由于无水控制洪水，使下游350万亩农田受到水灾的威胁。流域上游矿藏种类甚多，其中已大量开采的煤矿就有两处，流域下游有大工业城市一座，国家铁路干线沿东西南北方向通过，还有铁路专线与矿区接通，各县均有公路连接，交通比较方便。第二章 坝址水文特性2-1 坝址水文资料的了解程度坝址水文资料相当充足，包括年净流量、洪水流量及特性、河流输沙数据等一系列水文资料，已具备枢纽规划的条件。2-2 年内流量变化、洪峰流量及特性2-2-1 年内流量变化坝址处平均年径流水量为30.5亿立方米。其中七、八月份水量最大，约占全年的40，五月份最小。丰。枯水年径流量之比达10倍以上，且水、旱年份时常连

6、续发生。2-2-2 洪峰流量及特性通过洪水频率分析，典型频率流量列如下表：洪水频率P%0.010.10.331.02.05.0洪峰流量1386099007200550045003000从历年流量过程分析，1、2月份水势平稳，3月中旬解冻后稍有起伏，无明显洪峰。4、5月份来水量最小，至6月下旬开始涨水，汛期6至9月，10月以后水势趋于缓落平稳。105月中枯水季节20年一遇的洪水流量Q5280 m/s。2-3 泥沙及冻凌情况坝址处多年平均输沙量约500万吨。其中推移质约占10。规划阶段，根据上游水土保持情况，算得淤沙高程为170.00米。水库淤沙干容重值1.36T/ m，浮容重值0.86 T/ m

7、，内摩擦角14。1032-4 坝区水文资料水位库容关系值数表库水位（m）152.5160165170180190195200205库容积（亿）00.40.83.443.527.611.0415.2820.64坝址水位流量关系数值表水位（m）146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5149.6流量(/s)50220620130022503460510070007400尾水渠水位流量关系数值表水位（m）145.8146.0146.2146.4146.6146.8147.0流量（/s）10286087.2115.2138164典型洪峰过程表日2222233344

8、44时3814182261420241012流量（m3/s）2505001750220030006300550050004400420038004400日445556668888时1420012222122004810流量（m3/s）2600240016001400950950500600300400600500日88999991010101013时16222610182201016208流量（m3/s）7001100700900700600700900600400400250第三章 枢纽及库区地形地质条件3-1 坝址地形（河宽、河深、河滩、河岸描述）本坝址位于河道弯曲部分，在库区范围内河床的

9、底部坡降尾1/330。河谷的横断面不对称，两岸边坡，左岸较缓约为30度，右岸约为50度。由于环流的冲蚀，坝址区右岸阶地不甚发育。漫滩在坝轴线附近分布很不规则，一般高出河水面12.5米，标高为147.5149.5米。一，二级阶地宽度较小，呈窄长带状，阶坡较平缓，标高分别在149151米及150160米。两岸的三级阶地为本区的主要地貌，标高在160米以上至200米左右，地形平坦，台面宽3公里余，第四纪黄土直接覆盖于片麻岩系之上。说明在变质岩系生成后整个地质年代中，本区一直处于浸蚀状态，因此它属于浸蚀台地的性质。河谷两岸冲谷发育。在左右两岸各有一条较大沟谷与主流相接为取水，泄水建筑物的布置提供了有利

10、的条件。两岸露头右显著的差别，右岸岩石裸露，左岸则被一片薄层的黄土与风化基岩覆盖。坝址各处冲击层及基岩风化厚度不一。详见各地质剖面图。3-2 坝址地质太行山背斜由SEE与NWW方向压力造成。枢纽即位于背斜的东南部。库区两岸岩层走向主要为N3540E，倾向SE（向下游倾斜），倾角2040。由于太行山背斜SEE推力较大，致在坝址两岸造成许多成组的小的逆掩断层（由SEE向NWW逆掩），其方向多为N5060E。但断距一般不大，约1米左右。本坝址河床部分为一个两翼坡度很缓的背斜构造，它的轴部位于现在的主流附近，背斜轴向N15E，两岸岩层走向为N3540E。左岸岩层倾向SE（向下倾斜），右岸岩层倾向NW，

11、倾角大致在2040。在其轴部附近，岩石节理发育，并有岩脉侵入，漏水厉害，个别地段单位吸水率值常在1.65公升/分米.米。坝址区节理发育情况左右两岸基本上相同，以N2030W方向构造裂隙为主，该组裂隙宽度较大，最大者可达20公分以上。倾向为 裂隙率为K=15 条/米另一组呈 N5060E ，走向倾向为 裂隙率为K=25 条/米左岸多为细小裂隙，右岸多位宽大裂隙。根据中国科学院地球物理研究所提供的资料，经研究确定坝址区震烈度为7度。3-3 坝址水文地质坝址附近仅有少数泉水露头,均属裂隙水类型,另外在一级阶地底部砂砾石层中也有潜水埋藏,一般距地表12米,根据抽水试验渗透系数K=2193米/昼夜.地下

12、水流向总的说来是与河水流方向大体正交,两岸补给河床,而后沿河谷流向下游.根据化学分析证实, 坝址区附近地下水及河水对砼无侵蚀性.值得注意的是,河槽主流附近,因属背斜轴部,为构造裂隙最发育的地方,钻空压水试验验得其单位吸水率=0.151.65公升/分米米,说明该处是渗漏严重的地方,必须采用一定的防渗措施。 一般裂隙岩层的透水性，在风华层中，单位吸水率为0.0251.59公升/分米米，在新鲜基岩中单位吸水率为0.0010.041公升/分米米。仅在岩脉与岩层接触带中渗透较强，单位吸水率为2.28.6公升/分米米。3-4 工程地质条件评价坝址区基岩绝大部分为花岗片麻岩，河床基岩尚属完整而坚硬，深色矿物

13、含量不多，风化层较薄，是好的坝址基础，修建土坝和砼坝均有可能。鉴于下游岩石渐区趋稳定，花岗片麻岩垂直厚度超过200公尺，因此对砼坝基础而言，坝轴线愈在下游，基岩岩性愈好。砼愈基岩摩擦系数f=0.65。溢洪道位置曾分别勘测了左右两个山口，左岸垭口，花岗片麻岩风化较浅。压水试验测得的单位吸水率，风华岩层中值均小于0.08公升/分米.米。右岸垭口，地质构造复杂，岩石风化较深，强度也差。对隧洞工程而言，整个地区地质条件都交好，但在就左右两岸比较来看，则隧洞位置以放在右岸较好，因右岸地层岩性较一致。3-5 坝址建筑材料3-5-1 料场概况在坝址附近增进行过三次土料检查，调查结果证实，坝址附近主要有重壤土

14、及沙砾料两种土料，重壤土可用料总藏量约为2100万，分布在坝址上，下游，左右岸的四个土区，其中朱毫滩土区约400万，尚家湾土区约700万，霍宾台土区约600万。砂砾料可用料藏量约为2156万，分布在坝址上下游的三个料场，其中料场约122万，第-1场约1706万，第-2场约328万，此外在坝址附近阶地及下游5公里范围内的还有大量砂砾料。各料场地形均较平坦，场地较开阔，开采和运输条件尚好。3-5-2 坝料及土基的颗粒组成坝料及土基都包括重壤土和砂砾料两种土料，根据实验提供的综合实验成果，其粒径曲线如下图所示。各料场土料有机质含量一般低于1，水溶盐类含量一般低于0.5。 重壤土土料中粘粒含量占30，

15、粉粒含量占30，砂粒含量占40，=0.0016mm,=0.05 mm；=31.25。砂砾料中粉粒加粘粒含量占15，砂含量占45。砂粒含量占40，大于5毫米的砾石含量占10。3-5-3 土料的物理力学指标由实验室提供一下试验综合成果：1、坝基重壤土的物理力学指标土粒比重G天然状态可塑状态含水量W（度）湿容重(KN/m3)干容重(KN/m3)饱和度Sr（）孔隙比e流限（）塑限（）塑性指数（）稠度（）2.722220.416.7950.6336.519.5170.14抗剪强度测定值渗透系数K（m/s）压缩系数a（cm/kg）非饱和快剪饱和固结快剪饱和快剪凝聚力C（Mpa）内摩擦角（）凝聚力C（Mpa

16、）内摩擦角（）凝聚力C（Mpa）内摩擦角（）0.3190.282210.295121.510-92. 坝基沙砾料的物理力学指标比重G天然干容重d (KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K(m/s)水上水下摩擦角（）咬合力C（Mpa）摩擦角（）咬合力C（Mpa）2.6418320300410-43. 重壤土坝料的物理力学指标土粒比重G天然状态可塑状态含水量W湿容重干容重饱和度Sr孔隙比流限塑限塑性指数稠度（度）（）e（）（）(KN/m3)(KN/m3)（）（）2.722219.616.1880.6936.519.5170.14含水量W干容重Rd(KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K(m/s)压缩系数a

17、（cm2/kg）慢剪非饱和固结快剪非饱和快剪饱和固结快剪饱和快剪CMpaCMpaCMpaCMpaCMpa222120191715.516.016.517.011.522252729290.10.110.120.190.218202224250.250.270.30.310.3215171820220.260.280.30.310.3217192022240.220.240.270.30.328.59.51011120.240.270.280.320.34610-8510-8410-8110-8710-8310-84沙砾料坝料的物理力学指标大于5mm粗颗粒比重G最大干容重(KN/m3)最小干容重

18、(KN/m3)实验采用干容重(KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K（m/s）水上水下摩擦角咬合力CMpa摩擦角咬合力C、Mpa2.6818.514.4017.029027.50410-417.5300290310-418.031.50300210-419.0330310110-4第四章 枢 纽 布 置4-1 枢纽组成根据枢纽任务，本枢纽应由拦河大坝（挡水建筑物）、溢洪道（泄水建筑物）、放空隧洞（放空建筑物）以及电站（发电建筑物）组成。4-2 确定枢纽等别和建筑物级别根据枢纽任务和所给资料（发电、防洪、库容），对照规范水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000），确定枢纽等别和建筑物级别。

19、1）各分项等级：电站装机容量48MW，大于10MW小于50MW，属于等工程，工程规模为小（1）型；防洪任务是保护下游重要工业城市和350万亩农田不受淹没，属于等工程，工程规模为大（2）型；总库容19.071亿m，大于10亿m，属于等工程，工程规模为大（1）型。2）工程等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，初估本枢纽工程属等工程，工程规模为大（1）型。3）水工建筑物的级别：根据永久性水工建筑物级别的划分标准，等工程的主要建筑物为1级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、泄水建筑物、水电站建筑物、水库放空隧洞均为1级水工建筑物

20、。永久性水工建筑物洪水标准（已给定）：正常运用（设计）洪水重现期1000年；非常运用（校核）洪水重现期10000年。4-3 坝轴线选择根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）的规定，坝轴线应根据坝址区的地形地质条件、坝型、坝基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的布置和施工条件等，经多方案的技术经济比较确定。坝轴线应因地制宜。宜采用直线。当采用折线时，在转折处应布置曲线段。设计地震烈度为8度、9度的地区不宜采用折线。当坝址处存在有喀斯特、大断层或软粘土等不良地质条件时，应研究避开的可能性。根据枢纽工程坝址所在地形，拟选两条坝轴线进行比较。坝轴线比选示意图冀河夹峪水利枢纽工程坝轴线

21、比较如表4-1所示：表4-1冀河夹峪水利枢纽工程坝轴线比较表坝轴线1-1坝轴线2-2坝轴线地形地质条件1-1坝轴线位于冀河夹峪的首段，为河谷收缩段。河谷较2-2坝轴线宽，左岸地形为一凹进河岸的山谷，对坝体布置不利。河床基岩尚属完整而坚硬，风化层较薄，越往下游基岩岩性越好。2-2坝轴线位于冀河夹峪的中段，两岸山体厚实，河谷较1-1坝轴线窄，河谷基岩完整而坚硬，风化层薄，岩石稳定。坝型挡水建筑物为土石坝。挡水建筑物为土石坝。坝基处理方式1-1坝轴线附近冲谷多切深，于此建坝坝肩岩体单薄，填筑工程量较2-2坝轴线大。2-2坝轴线处两岸山体厚实，岩性良好，风化层薄，地基处理工程量及填筑工程量较1-1坝轴

22、线小。枢纽布置坝址区有左右两个垭口，左岸垭口，可布置溢洪道，右岸垭口岩石风化较深，强度较差，可在右岸布置导流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、电站厂房。坝址区有左右两个垭口，左岸垭口，可布置溢洪道，右岸垭口岩石风化较深，强度较差，可在右岸布置导流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、电站厂房。施工条件需要填筑大量土料，施工时间较长。两岸山体厚实，土料填筑量较少，施工时间较短。总工程量较2-2坝轴线大。较1-1坝轴线小。工程总投资较2-2坝轴线大。较1-1坝轴线小。经以上两方案的技术经济比较，2-2坝轴线较1-1坝轴线优越，所以选择2-2坝轴线为最终的坝轴线。4-4 挡水建筑物坝型选择坝址区基岩绝大部分为花岗片麻岩

23、，河床基岩尚属完整而坚硬，深色矿物含量不多，风化层较薄，是好的坝址基础，修建土坝和混凝土坝均有可能。(1)重力坝建立在岩基上的重力坝主要依靠其自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与地基之间的凝聚力来抵抗坝前的水压力，以保持抗滑稳定。重力坝的主要优点：适于从坝顶溢流，施工期间也易于通过较低的坝快或底孔泄流。较之拱坝、支墩坝，断面形状简单，混凝土浇筑简易，便于机械化施工，模板数量少，且宜采用定型模板。适合于在各种气候条件下修建，在严寒地区，重力坝与拱坝或支墩坝相比，受到冻害的影响较小。对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高。设计和建造的经验比较丰富，工作可靠，使用年限较长，养护费用较低。重力坝的主要缺点：

24、坝体体积大，要消耗大量水泥，材料强度没有被充分利用。由于体积大，浇筑时水泥的水化热消散困难，且由于温度收缩易产生裂缝，破坏坝的整体性和强度。底面积大，作用在坝地面上的扬压力也大，减少了坝的有效重量，对坝体稳定不利。坝体体积虽远较土石坝为小，但单位体积的造价远较土石坝为高。重力坝一般适用于较宽敞的U形河谷（2）拱坝拱坝是一个空间壳体结构，可视为由拱梁组成的一个系统，在水平方向可分割为许多拱圈，拱圈的两端支承于岩座，在垂直方向上可分割为许多垂直的悬臂梁，梁的下端支承于坝基。拱坝的荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分由梁的作用传至坝基。拱坝的主要优点：拱坝的结构有利于充分挥发坝体混凝土材料的强

25、度，还可以利用拱座下游的岩体抗力来维持坝的稳定性，与重力坝比较，明显节省混凝土方量。拱坝是超静定结构，有较强的应力调整能力和超载能力。拱坝是整体性的空间结构，坝体轻韧，弹性较好。抗震能力比较高。拱坝的主要缺点：拱坝对地质条件要求较高，特别是对坝肩岩体稳定的要求较高。温度变化和基岩变形对于拱坝应力影响比较显著。断面较薄，坝体的几何形状复杂，对筑坝材料强度和防渗要求以及施工质量要求比较严格。施工导流不如重力坝来得方便，需一次断流，要另开导流隧洞。拱坝一般适用于较窄的V形对称河谷。（3）土石坝土石坝是一种古老的、由土料和石料填筑而成的挡水建筑物。土石坝的主要优点：对不同的地形、地质和气候条件适应性好

26、。可就地取材。经济效益好。设计计算手段提高。施工速度加快。导流易解决。性能强。土石坝的主要缺点：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。综上，本设计中坝址地区河谷极不对称，冲谷发育，两岸山体不算厚实，并不具备建造拱坝的条件；坝址处岩石坚硬，岩性良好，满足建造重力坝要求，但是，坝址处覆盖层较厚，建造重力坝需做好地基处理工程，同时，砼的单价不低，故建造重力坝将要投入更多的资金；坝址附近有数处料场，而且储量足够大，如果建造土石坝，将有利于节省工程总投资，因此，经过一系列技术经济比较，最终确定选用土石坝作为本枢纽的挡水建筑物。4-5 其他主要建筑物型式选择（1）

27、泄水建筑物：土石坝可采用岸边溢洪道和泄洪隧洞泄洪，本工程坝址左岸有垭口，可以布置溢洪道，本设计中，采用左岸正槽式溢洪道。（2）水电站：因为土石坝不宜采用坝式水电站，宜采用引水式水电站，故本枢纽采用引水式水电站。包括引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房、开关站等。（4）采用有压式放空隧洞，为了便于检修大坝和其他建筑物，可与导流隧洞相结合。4-6 调洪演算、确定洪水位及溢洪道长度4-6-1 调洪演算的基本原理及计算方法（1）调洪演算的目的根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，以确定上游不同洪水标准下的下泄流量，然后确定出设计洪水位和校核洪水位。根据调洪演算得出设计水位下的下泄流量，以选定泄洪方式和

28、拟定泄洪建筑物的孔口尺寸。（2）调洪演算的基本原理及计算方法水库调洪演算的基本公式是建立在水库水量平衡基础上的。水库在某一时段内入库流量、出库流量和水库蓄水量的变化列出水量平衡方程式（4-1）表示。（4-1） 式中，计算时段长度，s； ，t时段初、末的入库流量，m3/s； ，t时段初、末的出库流量，m3/s； ，t时段初、末水库蓄水量，m3。联立运动方程 （4-2）即可进行调洪演算。求解水量平衡方程的方法有试算法和单辅助线法。本设计中采用试算法，利用excel软件进行迭代计算。4-6-2 确定闸孔的形式 本工程选择表孔溢流方案，采用开敞式溢流坝泄洪。（1）溢流坝孔口总净宽溢流坝孔口总净宽可按（

29、4-3）式初步拟定。 （4-3）式中，Q满足下游河道防洪标准的允许最大下泄流量，m3/s。q由坝址地质条件确定的允许单宽流量，m3/(sm)。工程上常采用的单宽流量为：对于软弱岩石或裂隙发育的岩石，q=2050m3/(sm)；对于较好的岩石，q=5080 m3/(sm)；对于坚硬的岩石，q=100130 m3/(sm)。（2）堰顶高程采用（4-4）式初步拟定堰顶高程，再通过调洪演算和工程的具体情况进行调整。初步拟定的最大泄水水头：（4-4）式中：满足下游河道防洪标准的允许最大下泄流量，m3/s。B初步拟定孔口总净宽，m。 m流量系数。侧收缩系数。g重力加速度，9.81m/s2。初步拟定堰顶高程

30、 =工程规划确定的最高限制淹没水位最大泄水水头本设计中Q=9000m3/s，如取q=100，则B=90m，B过大难以布置于本枢纽或导致工程量过大。近年来，随着坝下消能措施的不断改善，单宽流量有逐渐加大的趋势，如：汉江的安康水电站，最大坝高128m，最大下泄流量35700，采用宽尾墩和消力池联合消能，单宽流量达250 m3/(sm)。考虑到左岸垭口宽度约为60m，为减少工程开挖量，本设计中宜将B控制在50m以下，估初步拟定B=45m。考虑到开挖工程量和闸门的尺寸，初步拟定堰顶高程为185.3m。4-6-3 调洪演算方案及成果（1）基本资料调洪演算计算基本资料包括：设计洪水过程线图4-1设计洪水过

31、程线校核洪水过程线图4-2 校核洪水过程线水库水位容积曲线图4-3 水库水位容积曲线河道水位流量曲线图4-4 河道水位流量曲线上游最高限制淹没水位（设计工况202.00m，校核工况203.00m）；下游河道最大的允许下泄流量（设计工况5800 m3/s，校核工况9000 m3/s）；起调水位（起调水位一般为正常水位或汛前限制水位，本设计中取正常水位，即191.8m）；参加泄洪的建筑物（本枢纽中参加泄洪的建筑物有正槽开敞式溢洪道、水电站）；起调时刻（起调时刻为当上游来水流量等于正常水位或汛前限制水位闸门全开的泄量时，闸门全开，开始进行调洪演算）。（2）调洪演算方案方案一 孔口净宽45m，堰顶高程

32、185.3m方案二 孔口净宽45m，堰顶高程184.8m（3）调洪演算成果表4-2 调洪演算方案比对表方案计算工况堰顶高程（m）溢流堰顶宽度（m）最高洪水位(m)最大下泄流量(m3/s)方案一设计洪水185.345199.14645校核洪水185.345202.06152方案二设计洪水184.845198.84775校核洪水184.845201.76257两方案中最大下泄流量均未超过下游河道最大的允许下泄流量（设计工况5800m3/s，校核工况9000 m3/s），最高洪水位也未超过上游最高限制淹没水位（设计工况202m，校核工况203m），均符合要求。但考虑到方案一中堰顶高程较高，可减小闸门

33、及启闭设备的尺寸，节省投资，故选取方案一，最终确定调洪演算的成果。表4-3 调洪演算成果汇总表堰顶高程溢流堰顶宽度设计洪水位校核洪水位最大下泄流量（m）（m）(m)(m)(m3/s)185.345199.1202.04645（设计）/6152(校核)图4-5 设计工况调洪过程线图4-6 校核工况调洪过程线设计工况库水位时间过程线图4-7 设计工况库水位时间过程线校核工况库水位时间过程线图4-8 校核工况库水位时间过程线4-7 水库规划资料正常蓄水位：191.8m，溢洪道下泄流量Q= 38.4*4=153.6m/s,相应下游水位146.32m。死水位：182.8m。设计洪水位：199.1m（千年

34、一遇）。校核洪水位：202.0m（万年一遇）。水库总库容：18.14亿m。发电引用流量：Q=38.4*4=153.6 m/s，相应下游水位146.32。通过调洪演算，设计情况下，溢洪道下泄流量Q(0.1%)=4645m/s，相应下游水位148.85m。校核情况下，溢洪道下泄流量Q（0.01%）=6152m/s，相应下游水位149.18m。水库积淤高程：170m。4-8 枢纽布置方案冀河夹峪水利枢纽工程的主要建筑物有：挡水建筑物：土石坝。泄水建筑物：溢洪道。水电站建筑物：引水隧洞，电站厂房，开关站等。放空建筑物：有压放空隧洞。根据工程具体情况，初步拟定了两个枢纽布置方案进行比较：方案1：溢洪道布

35、置在左岸垭口，引水隧洞、电站厂房、有压放空隧洞布置在右岸。图4-9 枢纽布置方案1示意图方案2：溢洪道布置在右岸垭口，引水隧洞、电站厂房、有压放空隧洞布置在左岸。图4-10 枢纽布置方案2示意图坝址处两岸均有垭口，可布置溢洪道。右岸垭口，地质构造复杂，岩石风化较深，强度也差。左岸垭口相对右岸较宽，开挖工程量明显小于右岸。对隧洞工程而言，整个地区地质条件都较好，但在就左右两岸比较来看，则隧洞位置以放在右岸时洞线较短。综合上述分析，本设计最终采用方案1进行枢纽布置。第五章 土 坝5-1 坝型选择及基本尺寸拟定。5-1- 1 坝型选择影响土石坝坝型选择的因素很多，最主要的是坝址附近的筑坝材料，还有地

36、形地质条件、气候条件、施工条件、坝基处理、抗震要求等。应选择几种比较优越的坝型拟定剖面轮廓尺寸，进而比较工程量、工期、造价，最后选定技术上可靠，经济上合理的坝型。本设计限于资料只作定性分析确定土石坝坝型。碾压式土石坝主要分为：均质坝。坝体基本由透水性小的土料填筑而成，不需设置专门的防渗设备。一般采用透水性较小的砂质粘土或壤土，也可以采用几种土料配置的混合料。分区坝。由土质防渗体和若干种透水性不同的土石料分区筑填而成。在坝体中央采用弱透水性土料，自中央向上、下游侧的土石料透水性逐渐增大，称为心墙坝；上游侧坝体采用弱透水性土料做成防渗斜墙，坝主体采用较透水的土料，其透水性可由上游向下游逐渐增大，称

37、为斜墙坝。斜心墙综合了心墙坝与斜墙坝的优缺点：克服了心墙坝可能产生拱效应和斜墙坝对变形敏感的不足，斜心墙应力状态较好，便于施工，也不易于产生裂缝，因而最终选择斜心墙坝方案。5-1-2 基本尺寸拟定土石坝的剖面设计包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡以及心墙的断面尺寸。（1）堰顶高程坝顶高程分别按设计情况和校核情况计算，取两者之大者，并预留一定的沉降值。土坝坝顶高程=水库静水位（设计水位或校核水位）+坝顶超高d坝顶超高d=风吹的雍高e+波浪的爬高+安全加高风吹的雍高 式中：K为综合摩阻系数，不同研究者所建议的K值有所不同，一般取值范围为1.510-3510-3，计算时可取3.610-3；V为设计风

38、速，m/s在正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍；在校核洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速。设计洪水位时，取18 m/s；校核洪水位时，取12 m/s；D为吹程，km，本设计中取4km；H为水库水域的平均水深，m；为风向与坝轴线法线方向的夹角，取45。波浪在坝坡上的爬高可按以下经验公式计算：式中：2hc为波高，2hc：波高，m。，设计情况下取0.977m；校核情况下取0.589m。m为土坝上游坝坡坡率，初拟时可取为2.5；n为上游糙率，上游拟采用浆砌块石护坡，取为0.025。安全加高根据坝的等级和运用情况，按表5-1确定。表5-1 安全加高的取值（

39、m）坝的级别1级2级3级4、5级设计1.510.70.5校核山区、丘陵区0.70.50.40.3平原、滨海区1.00.70.50.3该枢纽拦河大坝属于1级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用情况下1.5，非常运用情况下0.7m。坝顶高程计算成果见表5-2，坝顶高程由设计情况控制，设计竣工时坝顶高程为203.9m。表5-2 坝顶高程计算表计算项目设计情况校核情况上游静水位m199.1202.0河底高程m142坝前水深Hm57.160吹程Dkm4风向与坝轴线的夹角（）45风速Vm/s1812风浪引起雍高em0.00290.0012波高2m0.977 0.589 土坝上游坝坡坡率m2.5上游糙率n0

40、.025波浪沿坝坡爬高m1.6050.920 安全超高m1.50.7坝顶高程m202.21203.62坝顶高程加0.4%沉陷m202.45203.87 （2）坝顶宽度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。碾压式土石坝设计规范（SL2742001）要求高坝的最小顶宽为1015m，中低坝为510m。坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。本枢纽中坝顶设有公路，可取为10m。（3）坝坡土石坝的边坡通常都设计成直线形或折线形，前者用于高度较低的土石坝，后者用于高度较大的土石坝，本设计中挡水建筑物土石坝高度约为60m，属于中坝，所以应采用折线形设计。对于较高

41、的土石坝，上下游边坡从坡顶到坡底可以分为几段，各段采用不同的坡率值，通常是沿边坡高度每隔8-15m分为一段（本设计中为60m高坝，宜取20-30m分段），各段的坡率值自坝顶到坝底逐段增大，形成一个折线形的边坡，各段边坡坡率的差值约为0.25-0.5。在一般情况下，为了便于施工和检修，以及考虑到边坡排水和稳定的需要，在不同坡率交接的边坡点处，设置宽度为2.0-3.0的平台，称为马道。本设计中最大坝高约为204-142=62m，故采用上下游均每隔20m高程变坡一次。上游坝坡：从坝顶至坝踵依次为1：2.5，1：2.75,1:3.0。下游坝坡：从坝顶至坝踵依次为1：2.0，1：2.25，1:2.5。马

42、道：上游坡马道高程为164m，184m；下游坡马道高程为162m，182m。马道宽度取为2.0m。图5-1 土石坝剖面初拟图（4）土石坝构造设计坝内防渗体防渗体的尺寸以满足构造、施工以及防裂等要求为原则，也要满足稳定要求。坝的防渗体为粘土斜心墙，其最小厚度（底部）由粘土的允许渗透坡降而定。本设计斜心墙顶高程以设计水位加0.8 m超高并高于校核洪水位为原则，最后取为202.0m，上留1.9m的保护层。本设计中重壤土允许渗透坡降取J=6.0，承受最高水头为52.8m，墙厚须大于52.8/6=8.8m。参考以往工程，并考虑机械施工的需要斜心墙顶宽取4.0 m，初拟上游坡率m1=0.6，下游坡率m2=0.4，底宽16.0m，则平均墙厚大于8.8m。坝基防渗体本坝址河床部分为一个两翼坡度很缓的背斜构造，它的轴部位于现在的主流附近，在其轴部附近，岩石节理发育