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1 概述
1.1 教學(xué)目的
（1）鞏固、加深、擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識(shí)，并使之系統(tǒng)化；
（2）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際技術(shù)問題功能力，初步掌握設(shè)計(jì)原則、方法和步驟；
（3）培養(yǎng)學(xué)生具有正確的設(shè)計(jì)思想，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是和刻苦鉆研的工作作風(fēng)；
（4）鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力，并加強(qiáng)計(jì)算、繪圖、編寫說明書及使用規(guī)范、手冊(cè)等技能訓(xùn)練。
1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和基本方法
本畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是河川水利樞紐工程設(shè)計(jì)。以壩工為重點(diǎn)的設(shè)計(jì)包括下列幾個(gè)基本組成部分。
1.2.1 了解任務(wù)書和熟悉、分析原始資料
1.2.2 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算
（1）選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物孔口尺寸；
（2）確定防洪庫容、上游設(shè)計(jì)和校核洪水危及相應(yīng)的下泄流量。
1.2.3 主要建筑物形式選擇和水利樞紐布置
（1）確定樞紐組成建筑物及其設(shè)計(jì)等級(jí)；
（2）通過不同方案的初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定壩型；
（3）通過定性分析比較，選定水電站廠房及其他建筑物型式；
（4）確定水利樞紐的布置方案。
1.2.4 第一主要建筑物——攔河壩設(shè)計(jì)
一般應(yīng)首先選定大壩結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造，然后進(jìn)行校核計(jì)算。
（1）選定壩的結(jié)構(gòu)形式，擬定大壩基防滲處理形式及輪廓尺寸；
（2）進(jìn)行土料設(shè)計(jì)，包括對(duì)壩身不同高程的透水料和不透水料的分區(qū)規(guī)劃布置以及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定；
（3）滲流演算，計(jì)算正常、校核水位下浸潤(rùn)線位置，確定總滲流量與逸出坡降；
（4）靜力穩(wěn)定計(jì)算，求出上下游坡在某一水位情況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，以論證選用壩坡的合理性；
（5）擬定壩身細(xì)部構(gòu)造，包括防滲、排水、反濾層、壩頂、護(hù)坡、馬道，以及壩體與壩基、岸坡及其他建筑物的連接。
1.2.5 第二主要建筑物——壩外泄水道設(shè)計(jì)
（1）確定結(jié)構(gòu)形式和輪廓尺寸，進(jìn)行建筑總體布置；
（2）進(jìn)行必要的水力、靜力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證建筑物的輪廓尺寸和各部分的結(jié)構(gòu)尺寸是否合理；
（3）擬定細(xì)部構(gòu)造，包括排水、錨筋加固、灌漿、封堵體設(shè)計(jì)、摻氣等。
2 工程概況
2.1 流域概況
該江位于我國(guó)西南地區(qū)，流向自東南向西北，全長(zhǎng)約122公里，流域面積2558平方公里，在壩址以上流域面積為780平方公里。
本流域大部分為山嶺地帶，山脈和盆地交錯(cuò)于其間，地形變化劇烈，流域內(nèi)支流很多，但多為小的山區(qū)流河流，地表大部分為松軟的沙巖、頁巖、玄武巖及石灰?guī)r的風(fēng)化層，汛期河流的含沙量較大。沖積層較厚，兩岸有崩塌現(xiàn)象。
本流域內(nèi)因山脈連綿，交通不便，故居民較少，全區(qū)農(nóng)田面積僅占總面積的20％，林木面積約占全區(qū)的30％，其種類有松、杉等。其余為荒山及草皮覆蓋。
2.2 氣候特性
2.2.1氣溫
年平均氣溫約為12.8度，最高氣溫為30.5度，發(fā)生在7月份，最低氣溫為-5.3度，發(fā)生在1月份。
表2－1 月平均氣溫統(tǒng)計(jì)表（度）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年平均
4.8
8.3
11.2
14.8
16.3
18.0
18.8
18.3
16.0
12.4
8.6
5.9
12.8
表2－2 平均溫度日數(shù)
日數(shù) 月份
平均溫度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
℃
6
1.2
0.3
0
0
0
0
0
0
0
0
3.1
℃
25.0
26.8
30.7
30
31
30
31
31
30
31
30
27.9
℃
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.2.2 濕度
本區(qū)域氣候特征是冬干夏濕，每年11月至次年和4月特別干燥，其相對(duì)濕度為51～73%之間，夏季因降雨日數(shù)較多，相對(duì)濕度隨之增大，一般變化范圍為67～86%。
2.2.3 降水量
最大年降水量可達(dá)1213毫米，最小為617毫米，多年平均降水量為905毫米。
表2－3 各月降雨日數(shù)統(tǒng)計(jì)表
日數(shù) 月份
平均降雨量
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
>30mm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2.2.4 風(fēng)力及風(fēng)向
一般1～4月風(fēng)力較大，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速為19.1米／秒，相當(dāng)于8級(jí)風(fēng)力，風(fēng)向?yàn)槲鞅逼?。洪水期?shí)測(cè)最大平均風(fēng)速為14m/s。水庫吹程為15公里。
2.3 水文特性
該江徑流的主要來源為降水，在此山區(qū)流域內(nèi)無湖泊調(diào)節(jié)徑流。根據(jù)實(shí)測(cè)短期水文氣象資料研究，一般是每年五月底至六月初河水開始上漲，汛期開始，至十月以后洪水下降，則枯水期開始，直至次年五月。
該江洪水形狀陡漲猛落，峰高而瘦，具有山區(qū)河流的特性，實(shí)測(cè)最大流量為700秒立米，而最小流量為0.5秒立米。
2.3.1 年日常徑流
壩址附近水文站有實(shí)測(cè)資料8年，參考臨近測(cè)站水文記錄延長(zhǎng)后有22年水文系列，多年年平均流量為17秒立米。
2.3.2 洪峰流量
經(jīng)頻率分析，求得不同頻率的洪峰流量如下表：
表2－4 不同頻率洪峰流量（秒立米）
頻率
0.05
1
2
5
10
流量
2320
1680
1420
1180
1040
表2－5 各月不同頻率洪峰流量（秒立米）
月
頻率
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
2.3.3 固體徑流
該江為山區(qū)性河流，含沙量大小均隨降水強(qiáng)度及降水量的大小而變化，平均含沙量達(dá)0.5公斤／立米?？菟畼O少，河水清徹見底，初步估算30年后壩前淤積高程為2765米。
2.4 工程地質(zhì)
2.4.1 水庫地質(zhì)
庫區(qū)內(nèi)出露的地層有石灰?guī)r、玄武巖、火山角礫巖與凝灰?guī)r等。經(jīng)地質(zhì)勘探認(rèn)為庫區(qū)滲漏問題不大，但水庫蓄水后，兩岸的坡積與殘積等物質(zhì)的坍岸是不可避免的，經(jīng)過勘測(cè)，估計(jì)可能坍方量約為300萬立米。在考慮水庫淤積問題時(shí)可作為參考。
2.4.2 壩址地質(zhì)
壩址位于該江中游地段的峽谷地帶，河床比較平緩，坡降不太大，兩岸高山聳立，構(gòu)成高山深谷的地貌特征。
壩址區(qū)地層以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過，對(duì)其巖性分述如下：
(1) 玄武巖 一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈、石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進(jìn)來的。堅(jiān)硬玄武巖應(yīng)為不透水層，但因節(jié)理裂縫較發(fā)育，透水性也會(huì)隨之增加，其礦物成份為普通輝石、檢長(zhǎng)石，副成分為綠泥石、石英、方解石等，由于玄武巖成分不甚一致，風(fēng)化程度不同，力學(xué)性質(zhì)也不同，可分為堅(jiān)硬玄武巖、多氣孔玄武巖、破碎玄武巖、軟弱玄武巖、半風(fēng)化玄武巖和全風(fēng)化玄武巖等，其物理力學(xué)性質(zhì)見表2－6、表2－7。
滲透性：經(jīng)試驗(yàn)得出k值為4.14～7.36米/晝夜。
表2－6 壩基巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表
巖石名稱
比重
Δ
容重γ
kN/m3
建議采用抗壓強(qiáng)度
MPa
半風(fēng)化玄武巖
3.01
29.6
50
破碎玄武巖
2.95
29.2
50-60
火山角礫巖
2.90
28.7
35-120
軟弱玄武巖
2.85
27.0
10-20
堅(jiān)硬玄武巖
2.96
29.2
100-160
多氣孔玄武巖
2.85
27.8
70-180
表2－7 全風(fēng)化玄武巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)表
天然含水率
%
干容重
kN/m3
比重
Δ
液限
塑限
塑性指數(shù)
壓縮系數(shù)a
浸水固結(jié)塊剪
0~0.5
m2/kN
×10-6
3~4
m2/kN
×10-6
內(nèi)摩擦角Φ
凝聚力
kPa
2.5
16.3
2.97
47.3
32.26
16.9
5.97
1.51
28.38
24
(2) 火山角礫巖 角礫為玄武巖，棱角往往不明顯，直徑為2～15厘米，膠結(jié)物仍為玄武巖質(zhì)，膠結(jié)緊密者抗壓強(qiáng)度與堅(jiān)硬玄武巖無異，其膠結(jié)程度較差者極限抗壓強(qiáng)度低至35MPa。
(3) 凝灰?guī)r 成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與近似，風(fēng)化后成為碎屑的混合物，遇水崩解，透水性很小。
(4) 河床沖積層 主要為卵礫石類土，砂質(zhì)粘土與砂層均甚少，且多呈透鏡體狀，并有大漂石摻雜其中。卵礫石成分以玄武巖為主，石灰?guī)r與砂巖占極少數(shù)。沿河谷內(nèi)分布：壩基部分沖積層厚度最大為32米，一般為20米左右；靠岸邊最少為幾米。顆粒組成以卵礫石為主，砂粒和細(xì)小顆粒為數(shù)很少。卵石最小直徑一般為10～100毫米；礫石直徑一般為2～10毫米；砂粒直徑0.05～0.2毫米；細(xì)小顆粒小于0.1毫米。見表8。
沖積層的滲透性能 經(jīng)抽水試驗(yàn)后得，滲透系數(shù)k值為3×10-2厘米/秒～1×102厘米/秒。
表2－8 沖積層剪力試驗(yàn)成果表
土壤
名稱
代
號(hào)
項(xiàng)目
計(jì)
算值
容重
（控制）
kN/m3
含水量
（控制）
三軸剪力
（塊剪）
應(yīng)變（拉制）
（浸水固結(jié)快剪）
內(nèi)摩擦角
凝聚力
（kPa）
內(nèi)摩擦角
凝聚力
（kPa）
含 中
量
細(xì)
粒
的
礫
石
次數(shù)
17
12
8
8
2
2
最大值
24.3
8.66
47°15′
37.0
32°43′
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′
14.8
備
注
三軸剪力土樣備系篩去大于4mm顆粒后制備的。
試驗(yàn)時(shí)土樣的容重為控制容重。
應(yīng)變控制土樣容重系篩去大于0.1mm顆粒后制備的。
以上兩種試驗(yàn)的土樣系擾動(dòng)的。
(5) 坡積層 在水庫區(qū)及壩址區(qū)山麓地帶均可見到，為經(jīng)短距離搬運(yùn)沉積后，形成粘土與碎石的混合物質(zhì)。
2.4.3 地質(zhì)構(gòu)造
壩址附近無大的斷層，但兩岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育。可以分為兩組，一組走向與巖層走向幾乎一致，即北東方向，傾向西北；另一組的走向與巖層傾向大致相同。傾角一般都較大，近于垂直，裂隙清晰，且為鈣質(zhì)泥質(zhì)物所充填。節(jié)理間距，密者0.5米即有一條，疏者3～5米即有一條，所以沿岸常見有巖塊崩落的現(xiàn)象。上述節(jié)理主要在砂巖、泥灰?guī)r與玄武巖之類的巖石內(nèi)產(chǎn)生。
2.4.4 水文地質(zhì)條件
本區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不甚豐富，對(duì)工程比較有利。根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，玄武巖的透水性不同，裂隙少、堅(jiān)硬完整的玄武巖為不透水層，其壓水試驗(yàn)的單位吸水量小于0.01 l/(min?m)。夾于玄武巖中的凝灰?guī)r，以及裂隙甚少的火山角礫巖都為不透水性良好的巖層。至于節(jié)理很發(fā)育的破碎玄武巖、半風(fēng)化與全風(fēng)化玄武巖都是透水性良好的巖層。正因?yàn)檫@些隔水的與透水的玄武巖存在，遂使玄武巖區(qū)產(chǎn)生許多互不連貫的地下水。一般砂巖也是細(xì)粒至微粒結(jié)構(gòu)，除因構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，上部裂隙水較多外，深處巖層因隔水層的層數(shù)多，難于形成泉水。石灰?guī)r地區(qū)外圍巖石多為不透水層，滲透問題也不存在。
本地區(qū)地震烈度定為7度，基巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)取0.65。
2.5 建筑材料
2.5.1 料場(chǎng)的位置與儲(chǔ)量
各料場(chǎng)的位置與儲(chǔ)量見壩區(qū)地形圖。由于河谷內(nèi)地地形平坦，采運(yùn)尚方便。
2.5.2 物理力學(xué)性質(zhì)
(1) 土料：見表2-9～表2－12。
(2) 石料：堅(jiān)硬玄武巖可作為堆石壩石料，儲(chǔ)量較豐富，在壩址附近有石料場(chǎng)一處，覆蓋層淺，開采條件較好。
2.6 經(jīng)濟(jì)資料
2.6.1 庫區(qū)經(jīng)濟(jì)
流域內(nèi)都為農(nóng)業(yè)人口，多種植稻米、苞谷等。庫區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有價(jià)值可開采的礦產(chǎn)。淹沒情況如下表：
表2－13 各高程淹沒情況
高程（米）
2807
2812
2817
2822
2827
2832
淹沒人口（人）
3500
3640
3890
4060
5320
7140
淹沒土地（畝）
3000
3220
3410
3600
4600
6100
2.6.2 交通運(yùn)輸
壩址下游120公里處有鐵路干線通過，已建成公路離壩址僅20公里，因此交通尚稱方便。
- 41 -
表2－9 粘土的物理力學(xué)性質(zhì)
料
場(chǎng)
名
稱
物 理 性 質(zhì)
滲
透
系
數(shù)
10-6
cm/s
力學(xué)性質(zhì)
化學(xué)性
自然含水量
%
自然容重
比
重
孔隙率
%
孔隙比
稠度
飽和度
顆粒級(jí)配（成分%，粒徑d）
擊實(shí)
剪力
固
結(jié)
壓
縮
系
數(shù)
cm2/kg
有機(jī)含量灼熱法
%
可溶鹽含量
%
流限
%
塑限
%
塑性指數(shù)
礫
砂
粘土
最
大
干
密
度
g/cm3
最優(yōu)含水量
%
內(nèi)摩擦角
deg
凝聚力
kPa
濕
干
粗中
細(xì)
粉
>2
mm
2~
0.5
mm
0.5~
0.05
mm
0.05
~
0.005
mm
<
0.005
mm
kN/m3
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
4.80
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
1.90
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
3.96
21.50
38.0
0.033
0.25
0.110
3#下
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
3.00
28.00
17.0
0.010
1.90
0.080
表2－10 砂礫石的顆粒級(jí)配
顆 直粒 徑
mm
含量
料場(chǎng)
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2－11 砂礫石的物理性質(zhì)
名稱
1#上
2#上
3#上
4#上
1#下
2#下
3#下
4#下
容重，kN/m3
18.6
17.9
19.1
19.0
18.6
18.5
18.4
18.0
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
軟弱顆粒，%
2.0
1.5
0.9
1.2
2.5
0.8
1.0
1.2
有機(jī)物含量
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
淡色
注：各砂礫石料場(chǎng)滲透系數(shù)k值為2.0×10-2厘米/秒左右。最大孔隙率0.44，最小孔隙率0.27。
表2－12 各料場(chǎng)天然休止角
料場(chǎng)名稱
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′
3 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算
本河流屬于典型山區(qū)河流，洪水暴漲暴落，設(shè)計(jì)洪峰流量Q設(shè) = 1680m3/s（P=1%），校核洪峰流量Q校 = 2320 m3/s（P=0.05%）。
3.1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算原理
3.1.1. 工程等別、建筑物級(jí)別及洪水標(biāo)準(zhǔn)
水利水電工程的等別應(yīng)根據(jù)其工程規(guī)模效益及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性按水利水電工程分等指標(biāo)確定；永久性水工建筑物的級(jí)別根據(jù)其所在工程的等別和建筑物的重要性按永久性水工建筑物級(jí)別指標(biāo)確定；施工期使用的臨時(shí)性擋水和泄水建筑物的級(jí)別應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的重要性失事后果使用年限和臨時(shí)性建筑物規(guī)模按臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別指標(biāo)確定；永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)確定。樞紐工程等級(jí)、建筑物的等級(jí)不同，對(duì)其規(guī)劃，設(shè)計(jì)，施工運(yùn)行管理的要求也不同，等級(jí)越高者要求越高。
本工程正常蓄水位2821.6m，相應(yīng)庫容為3.72×106m3；（調(diào)洪計(jì)算后確定總庫為4.16×106m3）灌溉面積1.5萬畝；裝機(jī)2.4×104kW；保護(hù)下游城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性為一般?！?
根據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，由水庫總庫容指標(biāo)定為大（2）型；由防洪效益指標(biāo)定為?。?）型；由灌溉面積指標(biāo)定為?。?）型；由裝機(jī)容量等指標(biāo)定為?。?）型。根據(jù)“各指標(biāo)分屬不同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用其中最高級(jí)別來控制”的原則，最終由水庫總庫容確定該工程規(guī)模為大（2）型；工程等別為Ⅱ等。永久建筑物級(jí)別：主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)情況下洪水重現(xiàn)期為2000年；校核情況下洪水重現(xiàn)期為100年。
3.1.2.壩軸線選擇
壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。因地制宜，宜采用直線。當(dāng)壩址處存在有喀斯特、大斷層、或軟粘土等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)研究避開的可能性。
比較Ⅰ－Ⅰ，Ⅱ－Ⅱ兩條較有利的壩軸線，（a）從工程量角度，兩軸線處河床覆蓋層平均厚度及河床中部最寬度大致相同，大壩工程量基本相同。（b）從地質(zhì)角度，Ⅱ－Ⅱ剖面處破碎帶縱橫交錯(cuò)，巖性復(fù)雜，地基處理很困難，而且必然滲流情況很嚴(yán)重，因此選擇Ⅰ－Ⅰ剖面比較合理。（c）從地形角度，Ⅰ－Ⅰ剖面截得的河流寬度比Ⅱ－Ⅱ剖面截得的河流寬度窄，那么從工程量，造價(jià)，工期來分析Ⅰ－Ⅰ剖面有明顯的優(yōu)勢(shì)。綜上，選擇Ⅰ－Ⅰ剖面更合理。
3.1.3.壩型選擇
壩型選擇應(yīng)綜合考慮壩址區(qū)的河勢(shì)地形、壩址基巖、覆蓋層特征、地震烈度，筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置、運(yùn)輸條件，施工導(dǎo)流，壩高，樞紐布置，運(yùn)行條件、工程造價(jià)等。
本工程所選壩軸線處河床沖積層較深，兩岸巖石破碎，透水性大，存在軟弱夾層和斷層；壩基覆蓋層較厚，基巖不完整，且強(qiáng)度低，透水性比較大。
拱壩 從地質(zhì)條件看，拱壩對(duì)地形及地質(zhì)條件有獨(dú)特的要求，地質(zhì)條件要求巖基堅(jiān)硬，整體性好，強(qiáng)度高，透水性??；拱壩主要依靠?jī)砂秹渭鐜r體維持穩(wěn)定，故應(yīng)該避免兩岸邊坡有軟弱夾層或傾向河床方向的斷層；適于修建拱壩的河谷斷面寬高比應(yīng)較小，它不像重力壩那樣全靠自重維持，而是利用筑壩材料強(qiáng)度承擔(dān)以軸向壓力為主的拱內(nèi)力，并由兩岸拱端巖體來支撐拱端推力，地形地質(zhì)條件好是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性相對(duì)優(yōu)越的壩型。本工程地質(zhì)復(fù)雜不宜建拱壩。
混凝土重力壩本工程壩體高度大于70m，較高的混凝土重力壩要求建在巖性地基上，且該工程河床覆蓋層較厚，壩基巖石不完整，若建混凝土重力壩地基處理及防滲工程量大。故不宜建重力壩。
土石壩 適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)。本工程地質(zhì)復(fù)雜多變宜造土石壩。且可以就地取材，降低運(yùn)輸成本，節(jié)省“三材”。
均質(zhì)壩 均質(zhì)壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，但對(duì)于抗?jié)B性能好的土料，因其抗剪強(qiáng)度低，且施工碾壓困難，在多雨地區(qū)受含水量影響更難壓實(shí)，高壩中一般不采用此種形式。本江地處西南地區(qū)，多雨受含水量影響更難壓實(shí)，且壩高超過70m，屬高壩，因而不宜采用均質(zhì)壩。
堆石壩 堆石體孔隙率大，在承受水壓力后變形大，抗剪強(qiáng)度低，發(fā)生地震時(shí)沉降量更大，故不宜采用。
斜墻壩 斜墻防滲體在施工時(shí)與壩體的施工干擾相對(duì)較小，壩體上升速度快，但上游坡較緩，填筑工程量較大，且對(duì)壩體沉陷變形比較敏感，抗震性能也差，易產(chǎn)生裂縫。故本次設(shè)計(jì)不采用斜墻壩。
心墻壩 施工時(shí)要求心墻與壩體同步上升‘因而兩者相互干擾大，影響施工進(jìn)度。雖然心墻內(nèi)易產(chǎn)生“拱效應(yīng)”形成裂縫，但與斜墻壩相比工程量較小，適應(yīng)不均勻變形、抗震性能都較好，土料在總方量中所占比重不大，施工受氣候和季節(jié)影響也不大。故本工程采用心墻壩。
3.1.4.組成建筑物
本樞紐工程同時(shí)兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用，為飲水式電站。樞紐組成建筑物有擋水建筑物、泄水建筑物、水電站進(jìn)水建筑物、水電站飲水及尾水建筑物、水電站平水建筑物、發(fā)電、變電和配電建筑物、以及其他建筑物。
3.2調(diào)洪演算
3.2.1確定洪水標(biāo)準(zhǔn)
該工程為土石壩二等大（2）型，故永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期100年；非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期2000年；消能防沖建筑物洪水重現(xiàn)期為50年一遇；電站廠房洪水標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期為100年，非常運(yùn)用（校核）為500年；臨時(shí)渡汛為200年一遇（大于100年）。
3.2.2泄水孔口型式及尺寸
泄洪方式：本工程擋水建筑物擬定為土石壩，壩頂不允許過水，而且沒有天然埡口，故需設(shè)置河岸溢洪道，使土石壩在泄洪時(shí)受水體流動(dòng)影響較小。正槽溢洪道是以面向水庫上游的寬頂堰或?qū)嵱醚咦饕缌骺刂蒲叩膲瓮獗砜滓绾榈溃_敞式正面進(jìn)流，過堰水流與泄槽方向一致，泄流量大，過流能力強(qiáng)，水流條件平順穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,運(yùn)用安全可靠。廣泛應(yīng)用于攔河壩為土石壩的水利樞紐。由于明渠開挖量大，故接隧洞泄流。
剖面形狀：擬用WES實(shí)用堰，邊墩型式為圓弧形。
尺寸：由試算確定。
水庫運(yùn)用方式：洪水來臨時(shí)用閘門控制下泄流量等于來流量，水庫保持汛前限制水位不變，當(dāng)來流量繼續(xù)加大，則閘門全開，下泄流量隨水位的升高而加大，流態(tài)為自由泄流。
防洪限制水位的選擇：防洪限制水位取與正常蓄水位重合，這是防洪庫容與興利庫容完全不結(jié)合情況，因?yàn)樯絽^(qū)河流的特點(diǎn)是暴漲暴落，整個(gè)汛期內(nèi)大洪水隨時(shí)都可能出現(xiàn)，故在任何時(shí)候都預(yù)留一定的防洪庫容。
3.2.3 調(diào)洪演算原理
采用以峰控制的同倍比放大法對(duì)單位洪水過程線進(jìn)行放大，得出設(shè)計(jì)與校核洪水過程線分別如下圖所示。
擬定幾組不同堰頂高程?及孔口寬度B的方案。由堰頂自由泄流公式和3臺(tái)機(jī)組的滿發(fā)流量44.1 m/s可確定設(shè)計(jì)洪水和校核洪水情況下的起調(diào)流量Ｑ起，由Ｑ起開始，假定四條泄洪過程線（為簡(jiǎn)便計(jì)算，假設(shè)都為直線），在洪水過程線上查出Q泄，并求出相應(yīng)的蓄水庫容V，根據(jù)庫容水位關(guān)系曲線可得相應(yīng)的庫水位H，由四組（Q泄，H）繪制的Q～H曲線與由繪制的Q～H曲線相交，所得交點(diǎn)即為所對(duì)應(yīng)洪水過程線下的下泄流量及相應(yīng)水位。
注：公式中
H：堰上水頭，H＝H+, 為行近流速，在計(jì)算時(shí)忽略，即H≈H。
：淹沒系數(shù)，本次設(shè)計(jì)中為自由出流，故＝1。
m: 流量系數(shù)，與堰高a,總水頭H，設(shè)計(jì)水頭H有關(guān)，范圍為0.42～0.50，本次設(shè)計(jì)取為0.50。
：側(cè)收縮系數(shù)，＝1－0.2﹝（n-1）﹞ ,n為溢流孔數(shù)，本次設(shè)計(jì)中n=1，b為每孔寬度，為閘墩系數(shù)，與閘墩頭部形狀有關(guān)（本次設(shè)計(jì)中沒有閘墩），為邊墩系數(shù)，與邊墩平面形狀有關(guān)，本次設(shè)計(jì)為半圓形，故
＝0.7。
g:重力加速度，9.81m/s。
擬定不同堰頂高程?及孔口寬度B時(shí)，堰頂高程如果取的太低，孔口總凈寬選的大，則泄流能力加大，所需水庫防洪庫容可較小，擋水建筑物高度也可較小，上游淹沒損失也較小，但是這時(shí)隧洞本身工程量及造價(jià)會(huì)較高；如果堰頂高程取的高，孔口總凈寬選的小，則結(jié)果與上述相反，壩高加大，上游淹沒損失加大，造成移民費(fèi)用加大，因此堰頂高程要選擇適當(dāng)。
選擇堰頂高程和孔口寬時(shí)，要求校核下泄流量不大于900m/s，且校核洪水位不得高于正常蓄水位3.5米。
3.2.4方案假設(shè)與結(jié)論
要得到堰頂高程與孔口尺寸的最佳方案，應(yīng)在技術(shù)可行前提下，結(jié)合泄水隧洞以及擋水建筑物在內(nèi)的樞紐總造價(jià)最小來優(yōu)，通過各種可行方案的經(jīng)濟(jì)比較決定。
設(shè)計(jì)中參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定三組堰頂高程與孔口尺寸如下：
方案一： 堰頂高程?=2810m，堰寬B=7m。設(shè)計(jì)下泄流量為669.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2823.2m;校核下泄流量為710.1 m/s，校核水位為2823.6m.
方案二：堰頂高程?=2808m, 堰寬 B=7m。設(shè)計(jì)下泄流量為799.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2822.7m；校核下泄流量為842.1 m/s，水位為2823.2m。
方案三：堰頂高程?=2807.5m，堰寬B=7m。設(shè)計(jì)下泄流量為819.1 m/s，設(shè)計(jì)水位為2822.6m；校核下泄流量為875 m/s，校核水位為2823.1m。
計(jì)算過程詳見計(jì)算書。
從調(diào)洪演算結(jié)果來看，初擬的三組方案均能滿足校核下泄流量Q<900 m3/s,校核水位與正常蓄水位之差?Z﹤3.5m的要求。為充分發(fā)揮隧洞的下泄能力，在本設(shè)計(jì)中我們考慮隧洞的下泄流量接近于上限值，以降低工程造價(jià)。
綜上所述，最終確定堰頂高程?=2807.5m，堰寬B=7m。
3.3樞紐布置
3.3.1 擋水建筑物
擋水建筑物是粘土心墻壩，用來攔截河流，集中落差，形成水庫，同時(shí)，用于錯(cuò)峰，便于下游在汛期防洪。壩軸線按直線布置，布置在河彎地段上。
3.3.2 泄水建筑物
泄水建筑物包括泄洪隧洞及放空洞，其中泄洪隧洞與施工期的導(dǎo)流隧洞結(jié)合。泄洪隧洞主要用于在洪水期渲泄洪水，以降低水庫水位，防止?jié)M頂。由于泄洪隧洞進(jìn)口高程較高，故需另設(shè)置放空洞用以將水庫水位泄放到一定低水位。
布置泄洪隧洞時(shí)，為縮短長(zhǎng)度、減小工程量，泄洪隧洞布置在凸岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對(duì)流態(tài)也有利?？紤]到電站引水發(fā)電洞也布置在凸岸，泄洪隧洞布置應(yīng)以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為宜。同時(shí)為減小泄洪時(shí)引起的電站尾水波動(dòng)，以及防止沖刷壩腳，進(jìn)出口相距30～40m以上。
3.3.3 水電站建筑物
引水隧洞、電站廠房布置在凸岸，在泄洪隧洞與大壩之間，由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近。
4 大壩設(shè)計(jì)
4.1 壩型輪廓尺寸確定
4.1.1 壩頂高程
壩頂高程由水庫靜水位加風(fēng)浪壅高、壩面波浪爬高及安全超高等決定。壩頂超出靜水位以上的超高由公式Y(jié) = R + e + A 計(jì)算。
注：公式 Y = R + e + A 中，
R：壩頂在水庫靜水位以上的超高，m。
R=
m：?jiǎn)纹碌钠露认禂?shù)，該式適用于m＝1.5～5.0的情況，本次設(shè)計(jì)中
m＝2.5。
，：斜坡的糙率滲透系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。該壩上游擬用砌石護(hù)坡， 故糙率滲透系數(shù)為0.75～0.80，本次設(shè)計(jì)取為0.78；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)與有關(guān)，本次設(shè)計(jì)中﹤1，故經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取為1.0。
，：平均波長(zhǎng)和波高。
對(duì)于內(nèi)陸峽谷水庫，在風(fēng)速W<20m/s、吹程D<2000m時(shí)，波浪的平均波長(zhǎng)和波高可采用官廳公式：
式中，D：風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m
H：壩前水深，m
W ：同上，計(jì)算風(fēng)速, m/s。在正常運(yùn)用條件（正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍（本次設(shè)計(jì)取為1.5），在非常運(yùn)用條件（校核洪水位）下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。
e：最大風(fēng)浪壅高，m。可由公式e＝0.0036計(jì)算。式中β為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線的夾角，本次設(shè)計(jì)取為22.5°，其余符號(hào)同前。
A：安全加高，由壩的等級(jí)和運(yùn)用情況決定。2級(jí)壩在正常運(yùn)用情況下的安全加高為1.0m，在非常運(yùn)用情況下安全加高為0.5m。
壩頂高程的計(jì)算應(yīng)同時(shí)考慮以下四種情況：
1、設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；
2、正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；
3、校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高；
4、正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高再加地震區(qū)安全加高（地震超高一般取為0.5～1.5m，本次設(shè)計(jì)取為1.0m）。
本次設(shè)計(jì)壩頂需設(shè)置防浪墻，故以上四種情況下的最大值為沉降穩(wěn)定后的防浪墻頂高程，擬定防浪墻高為1.5m，故以上情況求得的最大值減去1.5m后即為壩頂設(shè)計(jì)高程。
計(jì)算成果如下表所示：
計(jì)算情況
計(jì)算項(xiàng)目
設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況
正常蓄水位+正常運(yùn)用情況
校核洪水為+非正常運(yùn)用情況
正常蓄水位+地震+非正常運(yùn)用情況
上游靜水位(m)
2822.6
2821.6
2823.1
2821.6
河底高程(m)
2750
壩前水深(m)
72.6
71.6
73.1
71.6
吹程D(Km)
15
風(fēng)向與壩軸線夾角(°)
22.5
風(fēng)浪引起壩前壅高e(m)
0.011349
0.011507
0.005009
0.005114
護(hù)坡粗糙系數(shù)
0.78
上游壩面坡角(°)
21.8
波浪沿壩坡爬高(m)
2.322025
2.322025
1.471051
1.471051
安全超高(m)
1
1
0.5
0.5
地震超高(m)
0
0
0
1.0
壩頂高程(m)
2824.433
2823.434
2823.576
2823.076
由上表知，壩頂高程由設(shè)計(jì)情況來控制，最終確定壩頂高程為2824.5m。
4.1.2 壩頂寬度
壩頂寬度主要取決于交通、運(yùn)行、施工、構(gòu)造、抗震、防汛及其他特殊要求。參考已建工程經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范規(guī)定高壩頂寬取10~15m，本設(shè)計(jì)中采用壩頂寬度為10m。
4.1.3壩坡
土石壩壩坡的緩陡直接影響工程的安全性和和經(jīng)濟(jì)性,因而在選擇時(shí)應(yīng)特別重視。壩坡的確定常需綜合考慮壩型、壩高、壩的等級(jí)、壩體、及壩基材料的性質(zhì)、所承受的荷載、施工和運(yùn)用條件等因素。設(shè)計(jì)時(shí)一般可先參照已建成壩的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或用近似方法初擬壩坡，然后經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算來確定經(jīng)濟(jì)的壩體斷面。
土石壩上游壩坡長(zhǎng)期浸泡于水中，土的抗剪強(qiáng)度下降，會(huì)降低壩體的穩(wěn)定性，故材料相同時(shí)，上游坡常比下游坡緩，對(duì)于同一側(cè)的壩坡，水下部分常比水上部分緩。
本工程土壩為2級(jí)壩，壩高74.5m。參照已建工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步擬定上下游壩坡如下：上游在?=2800m處變坡一次，上部坡率取1：2.5，下部坡率取為
1：2.75，變坡處設(shè)馬道；下游坡，在?=2800m和?=2775m處各變坡一次并設(shè)置馬道，坡率自下而上依次是：1：2.0，1：2.25 ，1：2.50。
馬道有利于壩坡的穩(wěn)定，便于施工、檢修及壩體觀測(cè)工作，同時(shí)可在馬道處設(shè)置排水設(shè)備。土石壩的下游邊坡，一般可沿高程每隔10-30m設(shè)置不小于1.5-2.0m的馬道，用于觀測(cè)，檢修及交通。此處設(shè)2m馬道。
4.1.4 防滲體設(shè)計(jì)
本工程采用土質(zhì)心墻作為壩體防滲體，心墻稍偏向上游并略傾斜，頂部與防浪墻結(jié)合。心墻頂部高程應(yīng)高于正常運(yùn)用情況下的靜水位0.3m～0.6m，且不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。當(dāng)防滲體頂部設(shè)有防浪墻時(shí)，防滲體頂部高程可不受上述限制，但不得低于正常運(yùn)用的靜水位。為了防止心墻凍裂，頂部應(yīng)設(shè)置砂性保護(hù)層，厚度按冰凍深度確定，且不小于1.0m。心墻至上而下逐漸加厚，兩側(cè)邊坡一般在1：0.15～1：0.30之間，頂部厚度按構(gòu)造和施工要求常不小于3.0m，底部厚度根據(jù)土料的允許滲透坡降來確定，應(yīng)大于四分之一水頭。心墻與上下游壩體間應(yīng)設(shè)置反濾層，以起反濾和排水的作用。
綜上，粘土心墻的頂部高程為2822 m，頂部砂性保護(hù)層厚度為2.5 m，頂寬取3.0m，滿足了3.0m的機(jī)械施工要求。上、下游坡率均為1：0.2。心墻底部厚度為31.8 m，滿足允許滲透坡降的要求。
4.1.5 排水設(shè)備
土石壩設(shè)置壩身排水主要目的：（a）降低壩體浸潤(rùn)線及孔隙壓力，改變滲流方向，增加壩體穩(wěn)定；（b）防止?jié)B流逸出點(diǎn)的滲透變形，保護(hù)壩坡和壩基；（c）防止下游波浪對(duì)壩坡的沖刷及凍脹破壞，保護(hù)下游壩坡。
壩體排水設(shè)備應(yīng)該具有足夠的排水能力，應(yīng)按反濾原則設(shè)計(jì)，保證壩體和地基土不發(fā)生滲透破壞，設(shè)備自身不被淤堵，且便于觀測(cè)和檢修。設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮壩型，壩基地質(zhì)，下游水位，材料供應(yīng)和施工條件等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定
(a) 棱體排水適用于下游有水情況。這種形式排水效果好，除了能降低壩體浸潤(rùn)線防止?jié)B透變形外。還可以支撐壩體，增加壩體的穩(wěn)定性和保護(hù)下游壩腳免遭淘刷。多用于下游有水和石料豐富的情況。本工程壩腳處有水且石料儲(chǔ)存豐富，故壩腳處選擇棱體排水。
(b) 貼坡排水，不能降低浸潤(rùn)線，但能提高壩坡的抗?jié)B穩(wěn)定性和抗刷能力。這種排水結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修。
(c) 褥墊排水，下游有水時(shí)，能有效地降低壩體浸潤(rùn)線，但對(duì)增加下游壩坡的穩(wěn)定性不明顯，常用于下游水位較低或無水情況。
綜上分析，本工程壩腳處有水且石料儲(chǔ)存豐富，故壩腳處選擇棱體排水。由于褥墊排水對(duì)增加下游壩坡穩(wěn)定性不明顯所以不采用，兩岸下游采用貼坡排水。
按規(guī)范2級(jí)壩棱體排水的頂部高程應(yīng)超出下游最高水位至少1m，校核流量下泄時(shí)，下游洪水位為2755.48米。綜上確定出堆石棱體頂高程為?2756.48m。棱體排水頂部不作道路用，以免排水堵塞，其頂部寬度根據(jù)施工條件及檢查觀測(cè)需要確定，本工程中取為2.0m。棱體排水的坡率選取參考已建工程，內(nèi)坡取1：1.75，外坡取1：75。棱體排水依照反濾要求，設(shè)反濾層。
4.1.6壩基處理
壩基處理應(yīng)滿足滲流控制（包括滲透穩(wěn)定和控制滲流量）、靜力和動(dòng)力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面要求，保證壩的安全運(yùn)行。
本工程為砂礫石壩基，滲流控制可選擇垂直防滲、上游防滲鋪蓋、下游排水設(shè)備及蓋重等有效措施。根據(jù)壩高、壩型、水庫的用途等選用垂直防滲，設(shè)置在壩的防滲體底部。
規(guī)范垂直防滲措施的選擇原則規(guī)定：砂礫石層厚度在15m以內(nèi)，宜采用明挖回填粘土截水槽；砂礫石層厚度在80m以內(nèi)，可采用混凝土防滲墻。本工程河床中部和左部覆蓋層較厚，約為28m，故采用混凝土防滲墻；右岸覆蓋層逐漸變薄，且右岸下部為全風(fēng)化和半風(fēng)化的玄武巖，故可將全風(fēng)化的玄武巖進(jìn)行清基處理，再采用黏性土截水槽方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，防滲效果好。
河床中部和左岸混凝土防滲墻的厚度應(yīng)滿足滲透穩(wěn)定要求（主要取決于允許水力坡降，水力坡降隨混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)提高而提高），機(jī)械施工條件，混凝土在滲水作用下的溶蝕速度等。參照我國(guó)已建和在建工程，混凝土防滲墻厚度一般為0.6～1.3m，本次設(shè)計(jì)取為0.8m。同時(shí)為增加混凝土的柔性，使之適應(yīng)較大的變形而不發(fā)生裂縫，可在混凝土中摻入適量的粘土?；炷练罎B墻頂部應(yīng)與壩體防滲體結(jié)合，接觸滲徑應(yīng)滿足允許坡降。按規(guī)范，防滲墻插入土質(zhì)防滲體高度應(yīng)符合結(jié)合處允許滲透坡降要求，混凝土與粘土結(jié)合處的允許滲透坡降為4，故混凝土防滲墻插入壩身防滲體8.5m。防滲墻的底部嵌入弱風(fēng)化基巖深度不宜小于0.5～1.0m，本次設(shè)計(jì)取為1.0m。部分防滲墻底部有風(fēng)化玄武巖，需進(jìn)行灌漿處理。為使防滲墻與壩體防滲體連接良好，將防滲墻頂端做成楔形體與壩體防滲體結(jié)合。
右岸黏性土截水槽應(yīng)采用與壩體防滲體相同的土料填筑，壓實(shí)度不應(yīng)小于壩體同類土料，開挖邊坡約為1：1.5；頂寬為與防滲心墻厚度相協(xié)調(diào)；底部寬度應(yīng)根據(jù)回填土料的允許滲透坡降而定，且為便于施工，不應(yīng)小于3m；槽底部與基巖連接時(shí)應(yīng)把風(fēng)化層挖除，并深入相對(duì)不透水的弱風(fēng)化巖層0.5～1.0m。故黏性土截水槽用心墻防滲土料回填，頂寬與心墻底部厚度相同，兩側(cè)開挖邊坡約為1：1.5，底寬需滿足允許滲透坡降（粘土允許滲透坡降一般為5～10）和不小于3m的施工要求。
4.1.7護(hù)坡設(shè)計(jì)
按規(guī)范，壩表面為土、砂、砂礫石等材料時(shí)應(yīng)設(shè)專門護(hù)坡。護(hù)坡的形式、厚度及材料粒徑應(yīng)根據(jù)壩的等級(jí)、運(yùn)用條件和當(dāng)?shù)夭牧锨闆r比較確定。經(jīng)比較，本次設(shè)計(jì)中上游護(hù)坡采用砌石，下游護(hù)坡采用草皮。上游面護(hù)坡的覆蓋范圍上部自壩頂起，與防浪墻連接，下部至死水位以下2.5m。下游護(hù)坡由壩頂護(hù)至排水棱體。護(hù)坡厚度和粒徑以及是否需設(shè)置反濾層經(jīng)計(jì)算確定（見細(xì)部構(gòu)造部分）。
4.2 土料設(shè)計(jì)
在當(dāng)?shù)赜卸喾N適于筑壩的土石料石，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用。在選擇時(shí)應(yīng)具有或經(jīng)加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；就地、就近取材，減少棄料，少占或不占農(nóng)田，優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用；便于開挖、運(yùn)輸和壓實(shí)。
4.2.1防滲體料場(chǎng)選擇及填筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)
防滲土料選用粘土，按規(guī)范應(yīng)滿足：
滲透系數(shù)：均質(zhì)壩不大于1×10 cm/s，心墻和斜墻不大于1×10 cm/s。
水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質(zhì)量計(jì)）不大于3%。
有機(jī)質(zhì)含量（按質(zhì)量計(jì)），均質(zhì)壩不大于5%，心墻和斜墻不大于2%，超過此規(guī)定的需進(jìn)行論證。
有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性。
浸水與失水時(shí)體積變化小。
塑性指數(shù)大于20和液限大于40%的沖積粘土不宜作為壩體的防滲體填筑材料。
施工填筑含水率控制為最優(yōu)含水率的－2%～+3%范圍內(nèi)。
粘性土料的填筑密度以壓實(shí)干容重為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并按壓實(shí)度確定：
/
式中： ——填土的壓實(shí)度；
——設(shè)計(jì)填筑干容重；一般為16～17KN/m。
——標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)最大干容重。
對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)壩和各種等級(jí)的高壩應(yīng)不低于0.98～1；對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)壩（高壩除外）應(yīng)不低于0.96～0.98。本次設(shè)計(jì)采用＝0.99。
各料場(chǎng)的壓實(shí)干容重和施工填筑含水率列表計(jì)算如下：
比重Gs
最大干密度(g/cm3)
最大干容重(KN/m3)
設(shè)計(jì)干容重(KN/m3)
流限（%）
塑限（%）
塑性指數(shù)
天然含水量（%）
滲透系數(shù)(10-6cm/s)
有機(jī)含量(%)
可溶鹽含量(%)
2.67
1.60
15.70
15.54
42.60
23.14
19.46
24.80
4.32
1.73
0.07
2.67
1.65
16.19
16.02
43.90
22.20
21.70
24.20
4.80
1.90
0.02
2.65
1.56
15.30
15.15
49.57
25.00
24.57
25.60
1.90
2.20
0.11
2.74
1.54
15.11
14.96
49.90
26.30
23.50
26.30
3.96
0.25
0.11
2.70
1.80
17.66
17.48
34.00
20.00
14.00
15.90
3.00
1.90
0.08
表4－2 粘土料場(chǎng)填筑標(biāo)準(zhǔn)表
綜上，防滲體土料料場(chǎng)選為3#下，1#下為備用料場(chǎng)，其中3#下的設(shè)計(jì)干重度為17.48 KN/m，1#下的設(shè)計(jì)干重度為15.54 KN/m。
4.2.2壩殼料場(chǎng)選擇
料場(chǎng)開采和建筑物開挖的無粘性土（包括砂、礫石、卵石、漂石等）、石料和風(fēng)化料、礫石土等均可以作為壩殼料，并根據(jù)材料性質(zhì)用于壩殼的不同部位。地震區(qū)不宜采用均勻中、細(xì)砂及粉砂。采用風(fēng)化石料和軟巖填筑壩殼時(shí)，應(yīng)按壓實(shí)后的級(jí)配研究確定材料的物理力學(xué)指標(biāo)，并考慮浸水后抗剪強(qiáng)度的降低、壓縮性增加等不利情況。對(duì)軟化系數(shù)低，不能壓碎成礫石土的風(fēng)化石料和軟巖宜填筑在干燥區(qū)。下游壩殼水下部位和上游壩殼水位變動(dòng)區(qū)應(yīng)采用透水材料填筑。
應(yīng)優(yōu)先選用不均勻和連續(xù)級(jí)配的砂石料，一般認(rèn)為不均勻系數(shù)η＝/＝30～100時(shí)較易壓實(shí)，而當(dāng)η﹤5～10時(shí)不易壓實(shí)。
壩殼砂礫料填筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)以相對(duì)密實(shí)度表示如下：
式中： ——相對(duì)密實(shí)度；
——最大孔隙比；
——最小孔隙比；
——填筑的砂、砂卵石或地基原狀砂、砂卵石的設(shè)計(jì)孔隙比。
施工控制指標(biāo)用干重度表示，其中＝。
式中：、為沙礫料的最大、最小干重度，其余符號(hào)同前。
在地震情況下，浸潤(rùn)線以上壩殼料要求填筑相對(duì)密實(shí)度Dr不低于0.7，浸潤(rùn)線以下壩殼料要求填筑相對(duì)密實(shí)度Dr不低于0.75～0.85，故本次設(shè)計(jì)中相對(duì)密實(shí)度取為0.78。
各料場(chǎng)砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算如下：
表4－3 各砂礫石料場(chǎng)填筑標(biāo)準(zhǔn)表
料場(chǎng)
比重Gs
d60
emax
d10
不均勻系數(shù)η
emin
設(shè)計(jì)孔隙比e
設(shè)計(jì)干重度
天然e
1上
2.75
30
0.786
0.59
50.85
0.370
0.461
18.46
0.481
2上
2.74
24
0.786
0.58
41.38
0.370
0.461
18.39
0.531
3上
2.76
18
0.786
0.6
30.00
0.370
0.461
18.53
0.449
4上
2.75
27
0.786
0.7
38.57
0.370
0.461
18.46
0.460
1下
2.75
19
0.786
0.36
52.78
0.370
0.461
18.46
0.481
2下
2.73
29
0.786
0.7
41.43
0.370
0.461
18.33
0.475
3下
2.73
33
0.786
0.53
62.26
0.370
0.461
18.33
0.481
4下
2.72
30
0.786
0.69
43.48
0.370
0.461
18.26
0.511
由各料場(chǎng)的級(jí)配曲線和不均勻系數(shù)可將主要砂礫石料場(chǎng)選為1#下，2#下和4#上作為備用料場(chǎng)。計(jì)算得砂礫石設(shè)計(jì)孔隙比e＝0.46，料場(chǎng)1#下的為18.46 KN/m ，料場(chǎng)2#下的 為18.33 KN/m ，料場(chǎng)4#上的 為18.46 KN/m 。
4.3 滲流分析
土石壩滲流分析的目的是：（a）確定壩體浸潤(rùn)線和下游逸出點(diǎn)位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢(shì)線或流網(wǎng)圖；（b）計(jì)算壩體和壩基滲流量，以便估算水庫的滲漏損失和確定壩體排水設(shè)備的尺寸；（c）確定壩坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土層之間的滲透比降，以判斷該處的滲透穩(wěn)定性；（d）確定庫水位降落時(shí)上游壩殼內(nèi)自由水面的位置，估算孔隙壓力，供上游壩坡穩(wěn)定分析用；（e）確定壩肩的等勢(shì)線、滲流量和滲透比降。
4.3.1單寬滲透流量計(jì)算原理
滲流計(jì)算方法應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)、地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)階段等因素考慮。本次設(shè)計(jì)中用水力學(xué)進(jìn)行滲流分析，根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流狀況的特點(diǎn)，將壩體分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問題，首先應(yīng)做如下假定：
1、 壩體土是均質(zhì)的，壩內(nèi)各點(diǎn)在各方向的滲透系數(shù)相同；
2、 滲透水流為二元穩(wěn)定層流狀態(tài)，符合達(dá)西定律；
3、 滲透水流是漸變的，任一鉛直過水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)的滲透坡降和流速相等。
進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不利情況，常需計(jì)算以下幾種水位組合情況：
1、上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位；
2、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位；
3、上游校核水位與下游相應(yīng)的最高水位；
4、庫水位降落時(shí)對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。
本次設(shè)計(jì)中，在左岸、河床中部和右岸各取一個(gè)斷面（左右兩個(gè)斷面取在高程2785m處），就前三種水位組合情況進(jìn)行滲流分析，用有限深透水地基上土石壩的滲流計(jì)算來求解。
假設(shè)：
①不考慮防滲體上游側(cè)壩殼內(nèi)的水頭損失作用（壩殼的滲透系數(shù)K=2×10cm/s，心墻的滲透系數(shù)K=3×10 cm/s，混凝土防滲墻滲透系數(shù)K=1×10cm/s，則可看出防滲墻的滲透系數(shù)K比心墻的滲透系數(shù)以及壩殼土料的滲透系數(shù)K、K小很多）。
②由于砂礫料滲透系數(shù)較大且下游有排水，則認(rèn)為逸出水與下游水位相差不大，認(rèn)為不會(huì)形成逸出高度；
③將心墻簡(jiǎn)化成等厚度的矩形斷面；
④對(duì)于岸坡斷面，下游水位在壩底以下，水流從上往下流時(shí)由于橫向落差，此時(shí)實(shí)際上不為平面滲流，但計(jì)算仍按平面滲流計(jì)算，近似認(rèn)為下游水位為零，由于河床沖積層的作用，岸坡實(shí)際不會(huì)形成逸出點(diǎn)