年4月19日心墻壩課程設(shè)計(jì)文檔僅供參考第一章緒論1.1前言1.2設(shè)計(jì)基本資料1.2.1工程概況1.2.2氣象水文資料1.2.2.1氣象條件1.2.2.2徑流1.2.2.3洪水1.2.2.4泥沙1.2.2.5冰情1.2.2.6水化學(xué)1.2.3工程地質(zhì)條件1.2.3.1區(qū)域地質(zhì)概況1.2.3.2庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1.4設(shè)計(jì)依據(jù)土石壩設(shè)計(jì)1、土石壩設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1、課程地位、作用：土石壩課程設(shè)計(jì)是《水工建筑物》教學(xué)中的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，它是高等教育中培養(yǎng)水利水電工程專業(yè)應(yīng)用型高等專門(mén)人才的一次專題實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，是在定崗實(shí)踐的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)對(duì)典型的，有代表性的已建或在建工程的實(shí)際資料分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行水利水電工程樞紐設(shè)計(jì)，提高專業(yè)基本技能及工作能力的一次指導(dǎo)性實(shí)訓(xùn)課程。其任務(wù)主要有：1、經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)理論知識(shí)，進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)的方法和步驟。2、培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用設(shè)計(jì)圖冊(cè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、熟悉計(jì)算方法，提高計(jì)算能力，專業(yè)繪圖以及編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件等基本技能。3、提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、獨(dú)立工作的能力。4、經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)全面考察，了解學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)質(zhì)量，從而發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步進(jìn)行教學(xué)改革提供依據(jù)。1.2、工程概況：水庫(kù)位于G縣H河支流Q河上游，控制流域面積198km2，水庫(kù)總庫(kù)容330萬(wàn)m3。樞紐工程包括大壩和位于左岸的輸水洞。其中主壩壩高為71m，壩軸線全長(zhǎng)265m，頂寬7m。壩頂高程3281m，設(shè)計(jì)、校核洪水位和正常蓄水位均為3278m，大壩按三級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，5一遇校核。壩址處河床為洪積、沖積砂礫石覆蓋層，最大厚度13m。在施工中進(jìn)行覆蓋層探深試驗(yàn)，平均干容重達(dá)23.5k，滲透系數(shù)為20.9~94.5m/d。1.3、設(shè)計(jì)任務(wù)：1.3.1壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)工程概況確定合理土壩形式，其中包括壩體防滲體形式及材料，壩殼材料，排水體類型，以及壩基防滲處理措施。1.3.2壩體剖面設(shè)計(jì)在已知壩頂高程壩頂寬度條件下，根據(jù)所確定的壩體結(jié)構(gòu)，假定土壩的上游及下游坡率，并在米格紙上繪出土壩的最大剖面圖。1.3.3滲流計(jì)算根據(jù)已確定的壩體結(jié)構(gòu)形式選用相應(yīng)的水力學(xué)公式計(jì)算出最大剖面處單寬流量以及浸潤(rùn)線方程并會(huì)在米格紙上。（僅考慮外穩(wěn)定滲流期一種工況，此時(shí)下游水深為5m）1.3.4壩坡穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)用圓弧滑動(dòng)法，找出穩(wěn)定滲流期壩體下游坡最小安全系數(shù)kmin所對(duì)應(yīng)圓心的大致區(qū)域。并至少計(jì)算出一個(gè)安全系數(shù)k，并在米格紙上繪出過(guò)程。1.3.5細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)包括壩頂、護(hù)坡、反濾層、壩體及壩基有防滲透、排水、壩坡排水溝等并繪出各個(gè)細(xì)部構(gòu)造圖。2、壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1壩型選擇在選定下壩線的基礎(chǔ)上，對(duì)可能利用的當(dāng)?shù)夭牧线M(jìn)行了研究分析。考慮了各種可能采用的壩型，由于壩址不具備相對(duì)對(duì)稱的山體地形，山體也不夠?qū)捄瘢瑫r(shí)壩基為深厚的砂礫石層，首先排除了采用拱壩及重力壩的方案。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)，當(dāng)?shù)鼐哂胁馁|(zhì)良好、儲(chǔ)量豐富、運(yùn)距短的砂礫石料，壩殼填筑料充分，適宜建造土石壩土石壩能夠分為土石心墻壩，土石斜墻壩，心墻堆石壩，混凝土面板堆石壩。心墻土石壩、土石斜墻壩、心墻堆石壩需要有建筑心墻的土料。根據(jù)工程地質(zhì)條件、地形條件、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧稀⒔煌顩r，考慮大壩型式為：瀝青混凝土心墻壩、土工膜斜墻砂礫石壩幾種。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)條件，及對(duì)筑壩材料分析，決定采用瀝青混凝土心墻砂礫石壩。2.2防滲體設(shè)計(jì)2.2.1心墻材料選擇瀝青混凝土心墻具有良好的適應(yīng)變形能力、抗沖蝕能力、抗老化能力以及整個(gè)心墻無(wú)須設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，因此，瀝青混凝土心墻可在任何氣候條件和任何海拔高度使用。本壩體選取瀝青混凝土作為心墻材料，主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）施工時(shí)間：能夠以相當(dāng)快的速度鋪筑瀝青混凝土，非常經(jīng)濟(jì)適用。瀝青混凝土一經(jīng)壓實(shí)，立即能夠防水，特別是在潮濕的季節(jié)施工時(shí)，這一點(diǎn)非常重要。（2）生理的適宜性：瀝青在生理方面完全適宜于飲水，從水質(zhì)衛(wèi)生的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)其應(yīng)用于水庫(kù)完全沒(méi)有異議。（3）抗凍性：因?yàn)闉r青混凝土具有極小的孔隙率，因此水就沒(méi)有進(jìn)入這些構(gòu)件的機(jī)會(huì)，因此冰凍作用不會(huì)影響到瀝青材料，故瀝青構(gòu)件不需要防水保護(hù)。（4）冰凍時(shí)期的鋪筑：如果鋪蓋層的厚度適當(dāng)，在零度以下都能夠鋪筑瀝青混凝土，這就允許在高海拔的地方有較長(zhǎng)的施工工期，這點(diǎn)特別適用于新疆。2.2.2心墻型式瀝青混凝土心墻有兩種型式，一種為碾壓式瀝青混凝土心墻，一種為澆筑式瀝青混凝土心墻。澆筑式瀝青混凝土心墻，可采用人工方式在嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工，瀝青用量最高可達(dá)16%，塑性好，在國(guó)內(nèi)有不少成功先例，如黑龍江的西溝壩、尼爾基壩、庫(kù)爾賓壩，吉林的白河壩；碾壓式瀝青混凝土心墻，機(jī)械化施工程度高，施工方法簡(jiǎn)單易控，進(jìn)度快，瀝青用量少，是高壩中常采用的形式。從國(guó)內(nèi)的相似工程來(lái)看，三峽茅坪溪、四川冶勒均采用碾壓式瀝青混凝土心墻。本水利樞紐工程項(xiàng)目屬高壩、地震設(shè)防烈度高（8度設(shè)防）、碾壓式瀝青各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于澆注式等特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)碾壓式瀝青心墻的發(fā)展現(xiàn)狀，確定采用碾壓式瀝青混凝土。2.2.3心墻布置型式在心墻布置上，有直心墻，斜心墻，下部直心墻上部斜心墻三種型式。壩基覆蓋層厚達(dá)13m，設(shè)計(jì)采用混凝土防滲墻和灌漿帷幕結(jié)合的垂直防滲形式，防滲墻頂部高程為2997~3281m，斜心墻受力條件好，但不能滿足與基礎(chǔ)防滲墻所有部位直接銜接，基礎(chǔ)灌漿鉆孔不能直線布置，若按折線布置，造成基礎(chǔ)防滲工程量增加。阿爾塔什地震設(shè)防烈度高，一旦在地震情況下壩體發(fā)生永久剪切變形，瀝青混凝土心墻出現(xiàn)開(kāi)裂，斜心墻不易檢修和檢查。其右壩肩岸坡陡直，斜心墻斜線與岸坡巖石基礎(chǔ)銜接難度大，瀝青混凝土用量大，心墻出現(xiàn)的剪切變形也較大。根據(jù)《土壩設(shè)計(jì)》直心墻具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、不受氣候影響，能夠使用性能較差的瀝青或渣油；建成后也不易受冰凍、風(fēng)浪、浮托力或機(jī)械的損傷。2、一般只有一層，比斜墻施工簡(jiǎn)單，施工設(shè)備也簡(jiǎn)單。3、心墻與壩基齒墻或岸坡連接較易；4、防爆性好，抗震性也比較好；5、壩體沉陷對(duì)心墻影響小，而對(duì)斜墻影響大，易使斜墻開(kāi)裂；6、心墻可與壩體同時(shí)施工，早期就可蓄水。心墻與河床段連接處如圖3-1所示。圖3-1心墻與河床段連接圖下部直心墻上部斜心墻的第三種型式特點(diǎn)介于前兩種之間，雖然能夠有效降低下游壩坡浸潤(rùn)線，增加壩體下游的干燥區(qū)域，有利于增加壩體深層滑動(dòng)的穩(wěn)定性。但對(duì)本工程下游壩坡穩(wěn)定起控制作用的是淺層滑弧，因此采用這樣復(fù)雜的心墻形式對(duì)壩體穩(wěn)定意義不大。同時(shí)下部直心墻上部斜心墻與岸坡巖石基礎(chǔ)銜接難度大，瀝青混凝土用量較大。綜合以上分析，從抗震、瀝青心墻與基礎(chǔ)防滲墻和兩岸巖石的銜接等角度分析，本水利樞紐工程大壩心墻布置型式確定采用直心墻。2.3壩殼材料由任務(wù)書(shū)可知，該土石壩壩址處河床為洪積、沖積砂礫石覆蓋層，砂礫石材料豐富，因此壩殼材料選為砂礫石。2.4排水方式2.4.1壩頂排水為了便于排水，壩頂應(yīng)做成向兩側(cè)或一側(cè)的橫坡，坡度為2%~3%，取為2%。每隔100m設(shè)直徑10cm的排水孔將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。坡面末端設(shè)縱向排水溝，以匯集壩頂雨水，排水溝斷面一般為0.2m*0.2m~0.4m*0.4m。2.4.2壩面排水為防止雨水沖刷，下游坡面常設(shè)置縱橫連通的排水溝，現(xiàn)沿壩軸線每隔100m設(shè)置1條橫向排水溝，順坡布置，垂直于壩軸線，橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)置排水溝，以排除岸坡上游下來(lái)的雨水。根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn)，排水溝寬度及深度一般采用0.2m到0.3m，本設(shè)計(jì)取0.3m。2.4.3壩體排水常見(jiàn)的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水以及綜合式排水。貼坡排水貼坡排水又稱為表面排水，這種形式的排水結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單用料節(jié)省，施工方便，易于檢修，能夠防止壩坡土發(fā)生滲流破壞，保護(hù)壩坡免受下游波浪淘刷。但不能有效地降低浸潤(rùn)線，且易因冰凍而失效。棱體排水棱體排水又稱濾水壩趾，在下游壩腳處用堆石體堆成的棱體。棱體排水適用于下游有水的各種壩型，它能夠降低浸潤(rùn)線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍內(nèi)的下游壩腳不受波浪淘刷，還能夠和壩基排水相連接。當(dāng)壩基強(qiáng)度足夠時(shí)，能夠發(fā)揮支撐壩體、增加穩(wěn)定的作用。但所需石料用量大，費(fèi)用較高，與壩體施工有干擾，檢修較困難。壩內(nèi)排水壩內(nèi)排水包括褥墊排水、網(wǎng)狀帶排水、排水管、豎式排水體等。可是主要問(wèn)題，褥墊排水對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差，易斷裂，且難以檢修。當(dāng)下游水位高過(guò)排水設(shè)施時(shí)，降低浸潤(rùn)線的效果將顯著降低，網(wǎng)狀排水施工麻煩，而且排水效果較褥墊排水差。綜合式排水實(shí)際工程中，常根據(jù)具體情況將幾種不同形式的排水組合在一起稱為綜合式排水，以兼取各型式的優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮以上幾種排水方式，現(xiàn)在下游壩腳處用塊石堆成棱體，根據(jù)《水工建筑物》規(guī)定，棱體頂寬寬度應(yīng)根據(jù)施工條件及檢查觀測(cè)需要確定，不小于1.0m，一般為1~2m，頂部高程應(yīng)超過(guò)下游最高水位，超過(guò)高度，1級(jí)、2級(jí)壩應(yīng)不小于2.0m，3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)壩應(yīng)不小于0.5m，并應(yīng)超過(guò)波浪沿坡面的爬高，頂部高程應(yīng)使壩體浸潤(rùn)線距壩面的距離大于該地區(qū)的凍結(jié)深度，應(yīng)避免在棱體上游坡腳處出現(xiàn)銳角，棱體內(nèi)坡根據(jù)施工條件確定，一般為1:1.0至1：1.5，外坡根據(jù)壩基抗剪強(qiáng)度和施工條件確定，一般為1:1.5至1:2.0。綜合以上因素考慮，該設(shè)計(jì)頂寬取2.0m。棱體內(nèi)坡取1：1.5，棱體外坡取1:2。頂部高程為3215.5m。2.5壩基防滲主要有水平防滲和垂直防滲兩種設(shè)施，水平鋪蓋的作用是延長(zhǎng)滲徑，從而使壩基的滲漏損失和滲流比降減小至容許范圍內(nèi)，可是它不能像垂直防滲設(shè)施那樣能夠完全截流，其防滲效果有一定的限度，因此本設(shè)計(jì)采用垂直防滲體。壩基透水層厚度為59.9m,采用混凝土防滲墻。如用支撐法開(kāi)挖直井，澆筑混凝土截水墻，則施工困難，工期長(zhǎng)，造價(jià)高，故應(yīng)采用機(jī)械造孔，澆筑混凝土防滲墻。防滲墻厚度根據(jù)防滲、強(qiáng)度與施工條件確定。按施工條件，墻厚在0.6~1.3m之間，一般為0.8m，現(xiàn)選為0.8m。防滲墻頂部與瀝青混凝土心墻底部連接，防滲墻高度應(yīng)長(zhǎng)于壩基透水層厚度，取65m。防滲墻以下采用帷幕灌漿。2.3.1壩頂構(gòu)造大壩路面為了排除雨水，壩頂面向大壩下游側(cè)傾斜，傾斜坡度設(shè)為2%。壩面雖然沒(méi)有交通要求，但考慮到大壩維護(hù)運(yùn)行及大壩防洪任務(wù)中車輛的通行，因此路面采用混凝土結(jié)構(gòu)形式。壩頂結(jié)構(gòu)圖如圖3-2。圖3-2壩頂結(jié)構(gòu)圖2.3.2護(hù)坡土石壩的上下游坡面一般均需設(shè)置護(hù)坡，但上、下游護(hù)坡的形式應(yīng)根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行選擇。2.3.2.1上游護(hù)坡上游護(hù)坡的常見(jiàn)形式為堆石、拋石、干砌石、漿砌石、預(yù)制或現(xiàn)澆的混凝土板、瀝青混凝土等。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。上游壩坡主要考慮波浪淘刷、順壩水流沖刷及漂浮物和冰層的撞擊及凍冰的擠壓。根據(jù)工程的具體情況，上游護(hù)坡采用干砌石護(hù)坡，護(hù)坡厚度1m，護(hù)坡所用石料要求新鮮堅(jiān)硬、耐久、飽和抗壓強(qiáng)度小于40Mpa。對(duì)于干砌石護(hù)坡砌筑要求為：將塊石錯(cuò)縫豎砌，緊靠密實(shí)，填塞穩(wěn)固，表面平整、美觀。2.3.2.2下游護(hù)坡下游護(hù)坡的主要形式為干堆石、堆石、碎石及草皮護(hù)坡。同時(shí)下游護(hù)坡主要考慮的因素有：凍脹、干裂及蟻、鼠等動(dòng)物破壞，雨水、大風(fēng)、水下部位的風(fēng)浪、冰層和水流作用。下游護(hù)坡應(yīng)由壩頂至排水棱體。根據(jù)具體情況，下游護(hù)坡同樣采用干砌石護(hù)坡，護(hù)坡厚度1m。3壩體剖面設(shè)計(jì)3.1基本剖面擬定斷面設(shè)計(jì)的基本尺寸主要包括：壩頂高程、壩頂寬、上下游坡度、防滲結(jié)構(gòu)、排水設(shè)備的形式及基本尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求及參照已建工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮本工程的具體情況，對(duì)本工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如下。2.2.4心墻的斷面尺寸根據(jù)《水工建筑物》的規(guī)定：瀝青混凝土心墻頂部的厚度不宜小于0.3m，心墻底部的厚度宜為壩高的1/60～1/40。。參考國(guó)內(nèi)外工程的經(jīng)驗(yàn)，考慮到本工程土石壩壩基的深厚覆蓋層，從有利于抗震角度出發(fā)，心墻厚度定為0.8m。該值滿足規(guī)范的要求。3.1.1已知壩體細(xì)則由任務(wù)書(shū)得，已知主壩壩高為71m，壩軸線全長(zhǎng)265m。壩頂高程3281m。3.1.2壩坡上下游壩坡根據(jù)已知壩頂高程已建工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的壩料特性及計(jì)算分析確定。擬定上游壩坡為1:2.5，下游壩坡從上到下為1:2、1:2、1:1.7。2.1.2壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)構(gòu)造、施工、運(yùn)行和抗震等因素確定。由已知數(shù)據(jù)取壩頂寬度為7m。2.1.3馬道設(shè)置根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-）的要求，土質(zhì)防滲體分區(qū)壩和均質(zhì)壩上游壩坡宜少設(shè)馬道，且馬道寬度應(yīng)根據(jù)用途確定，但最小寬度不宜小于1.5m。根據(jù)以上要求，上游壩坡處設(shè)置2道馬道，高程設(shè)在1776m、1706m處，馬道寬度分別為5m和5m。下游壩坡2道馬道，分別在高程1776m、1716m處，馬道的寬度均設(shè)置為5m。2.2壩體分區(qū)2.2.1大壩分區(qū)原則（1）利用天然砂礫石料抗壓強(qiáng)度較高，不易破碎，無(wú)論天然和飽和情況下，都具有較高的承載能力，壓縮模量較大，壩體沉降較小的特點(diǎn)，在壩體變形較大部位采用砂礫石料填筑，能夠減少壩體的沉降變形，減小河床壩段和岸坡壩段的變形差；利用堆石料具有的較高的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和良好的抗震性能，將堆石料布置在砂礫石料外側(cè)，以得到較陡的上、下游壩坡，節(jié)省壩體方量，同時(shí)可使壩體獲得較高的抗震穩(wěn)定性能。（2）瀝青混凝土心墻處于壩體中間，壩體的滲透性從中間向上下游逐步增大。（3）壩體填料的變形模量從中間向上下游協(xié)調(diào)過(guò)渡。（4）壩址區(qū)砂礫料儲(chǔ)量豐富，經(jīng)比較，砂礫料填筑較經(jīng)濟(jì)，壩殼填筑以砂礫料為主。（5）充分利用開(kāi)挖材料，就近取材。2.2.2大壩分區(qū)根據(jù)各壩料的特性和大壩各部位不同的工作條件，壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為上游爆破料區(qū)，上游砂礫料區(qū)，上游過(guò)渡層區(qū)，瀝青砼心墻，下游過(guò)渡層區(qū)，下游砂礫料區(qū)，下游爆破料區(qū)。按壩體抗震和結(jié)構(gòu)要求，其分區(qū)見(jiàn)壩體標(biāo)準(zhǔn)橫剖面圖2-2。圖2-2壩體分區(qū)橫剖圖防滲體：碾壓瀝青砼心墻為垂直式，墻體軸線偏向上游。心墻頂高程1825.0m，最低墻底高程1660.0m。心墻寬1m。過(guò)渡層：位于瀝青混凝土心墻兩側(cè)，頂高程1825.0m，過(guò)渡層水平寬度為3m，等寬布置，過(guò)渡層填筑至心墻頂部，底部建在弱風(fēng)化基巖建基面上，采用C3料場(chǎng)砂礫石料篩分，相對(duì)密度不低于0.85。壩殼料分區(qū)：壩址區(qū)砂礫料儲(chǔ)量豐富，經(jīng)分析比較，砂礫料填筑較經(jīng)濟(jì)合理，壩殼填筑以砂礫料為主，砂礫料區(qū)布置在上、下過(guò)渡料區(qū)外側(cè)，壩殼砂礫料填筑至1790.0m高程，上、下游砂礫料區(qū)頂部寬8m，與堆石料的分界坡為1:1.8。在上下游砂礫料區(qū)外部設(shè)置了堆石料填筑區(qū)，利用堆石料休止角高的特點(diǎn)，增加壩坡的抗震穩(wěn)定性。爆破料來(lái)源于P1、P2石料場(chǎng)開(kāi)采的石料，弱風(fēng)化及新鮮巖石開(kāi)挖料可作為利用料，填筑在上下游爆破料區(qū)。砂礫石料填筑相對(duì)密度不低于0.85，爆破料及利用料填筑孔隙率小于19%。

第三章壩體構(gòu)造設(shè)計(jì)第四章地基處理4.1地基處理4.1.1地基開(kāi)挖地基的開(kāi)挖情況如圖4-1所示。圖4-1開(kāi)挖輪廓線圖圖中粉色線為開(kāi)挖輪廓線圖。4.1.2河床基礎(chǔ)處理瀝青混凝土心墻和過(guò)渡料的基礎(chǔ)在河床部位要求清除基礎(chǔ)至1661～1665m高程，落在約100米深的砂礫石覆蓋層上。為增強(qiáng)防滲效果，心墻與河床基礎(chǔ)的連接設(shè)置C25鋼筋混凝土基座。混凝土防滲墻厚1.2m，深入基巖內(nèi)1m，最大墻深為96m。設(shè)置1防滲墻內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管，以適應(yīng)其下部的帷幕灌漿。帷幕灌漿設(shè)兩排，孔距為2m，帷幕灌漿深度以進(jìn)入基巖透水率5Lu線以下5.0m及1/2壩高作為控制標(biāo)準(zhǔn)，深度為墻下16～85m。為了增強(qiáng)覆蓋層的防滲性能以及抗變形能力，在河床心墻基底下部的覆蓋層中進(jìn)行深15m的固結(jié)灌漿，孔距為3m，6排。4.1.3壩肩處理壩肩瀝青心墻與壩基采用砼基座連接，砼基座寬6m，厚1.5m，砼標(biāo)號(hào)為C25，基座基礎(chǔ)挖至較堅(jiān)硬、較完整巖石上，即弱風(fēng)化上限。并設(shè)置必要的伸縮縫，伸縮縫間距12m。以基座為蓋板，進(jìn)行帷幕灌漿。瀝青砼心墻壩的基礎(chǔ)處理包括：基礎(chǔ)開(kāi)挖、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿和斷層處理。4.2兩岸處理4.2.1右壩肩處理對(duì)右壩肩做岸坡處理，要求挖去不穩(wěn)定體，將表層松散體清除，把岸坡修正成較為平順的邊坡。壩肩坡腳分布有第四系崩坡積含土塊碎石層，呈倒石錐狀，其中范圍較大的有二塊，一塊分布于右岸坡下游與3#沖溝交匯部位，最大厚度30m左右；另一塊分布于壩軸線附近坡腳處，厚度7～23m。根據(jù)試驗(yàn)成果，其允許承載力一般為0.60Mpa～0.80Mpa，變形模量30Mpa～48Mpa，其承載力和變形指標(biāo)基本滿足堆石壩要求，但由于該層缺細(xì)粒充填，具架空結(jié)構(gòu)，本階段清除處理，是否可作為天然壩體保留下階段進(jìn)一步研究。（1）基礎(chǔ)開(kāi)挖瀝青心墻基礎(chǔ)：心墻基礎(chǔ)坐在弱風(fēng)化上限，心墻砼基礎(chǔ)開(kāi)挖要求順直，平整，無(wú)突變。心墻兩側(cè)上下游巖石開(kāi)挖1:0.5，砂礫石覆蓋層開(kāi)挖邊坡1:1.5。過(guò)渡料基礎(chǔ)：同心墻基礎(chǔ)。壩殼基礎(chǔ)：要求挖去不穩(wěn)定體，將表層松散體清除，把岸坡修正成較為平順的邊坡。（2）固結(jié)灌漿以心墻砼基座為平臺(tái)，進(jìn)行3排固結(jié)灌漿，在建基面表層基巖的張開(kāi)裂隙帶或中等透水帶進(jìn)行固結(jié)灌漿的目的是提高表層基巖的整體性和提高帷幕灌灌漿的灌漿效果。灌漿深度8m，孔距為3m，3排。（3）帷幕灌漿帷幕灌漿深度按q≤5Lu以下5.0m作為控制標(biāo)準(zhǔn)。帷幕灌漿右岸為2排，孔距2.0m，排距2.0m，深度為55m～95m。壩肩設(shè)灌漿平洞，按q≤5Lu的控制標(biāo)準(zhǔn)，右岸平洞長(zhǎng)度為80m，設(shè)2排帷幕灌漿，孔、排距2.0m，孔深為45m～95m。灌漿孔布置如圖4-4所示。（4）斷層處理根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，右岸坡分布規(guī)模較大的F9斷層，出露在壩線1832m高程以上，緩傾岸內(nèi)，斷層破碎帶寬45m左右，其中，糜棱巖厚1.5～3.5m，其余以碎裂巖和角礫巖為主。右岸灌漿平洞垂直穿過(guò)F9斷層，需對(duì)灌漿平洞進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，帷幕灌漿增加一排。一般規(guī)模較小斷層，處理方法是：一是開(kāi)挖回填混凝土，二是灌漿加密，視開(kāi)挖后實(shí)際情況確定。對(duì)于建基面出露的斷層及其附近較破碎的節(jié)理裂隙，均作斷層影響帶挖除，用混凝土塞回填處理，并加強(qiáng)固結(jié)灌漿。4.2.2左壩肩處理對(duì)左壩肩做岸坡處理，要求挖去不穩(wěn)定體，將表層松散體清除，把岸坡修正成較為平順的邊坡。壩肩坡腳、沖溝底分布有第四系崩坡積含土塊碎石和沖洪積碎石土覆蓋，厚度變化較大，一般0.5～3m，清除處理。(1)基礎(chǔ)開(kāi)挖瀝青心墻基礎(chǔ)：心墻基礎(chǔ)坐在弱風(fēng)化上限，心墻砼基礎(chǔ)開(kāi)挖要求順直，平整，無(wú)突變。心墻兩側(cè)上下游巖石開(kāi)挖1:0.5，砂礫石覆蓋層開(kāi)挖邊坡1:1.5。過(guò)渡料基礎(chǔ)：同心墻基礎(chǔ)。壩殼基礎(chǔ)：要求挖去不穩(wěn)定體，將表層松散體清除，把岸坡修正成較為平順的邊坡。(2)固結(jié)灌漿以心墻砼基座為平臺(tái)，進(jìn)行固結(jié)灌漿，在建基面表層基巖的張開(kāi)裂隙帶或中等透水帶進(jìn)行固結(jié)灌漿的目的是提高表層基巖的整體性和提高帷幕灌灌漿的灌漿效果。灌漿深度8m，孔距為3m，3排。(3)帷幕灌漿帷幕灌漿深度按q≤5Lu線以下5.0m作為控制標(biāo)準(zhǔn)。帷幕灌漿左岸為2排，孔距2.0m，排距2.0m，深度為70～125m。壩肩設(shè)灌漿平洞，按q≤5Lu的控制標(biāo)準(zhǔn)，左岸平洞長(zhǎng)度為55m，設(shè)1排帷幕灌漿，孔距2.0m，孔深為25～70m。(4)斷層處理根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，左岸發(fā)育有F3和F16張性順河向斷層，存在沿?cái)鄬訋Ъ叭跬杆畮r體的繞壩滲漏問(wèn)題。從斷層規(guī)模及斷層帶組成物分析，沿?cái)鄬硬淮嬖跐B透穩(wěn)定問(wèn)題，但須加強(qiáng)斷層帶的防滲處理。處理方法是：一是開(kāi)挖回填混凝土，二是灌漿加密，視開(kāi)挖后實(shí)際情況確定。對(duì)于建基面出露的斷層及其附近較破碎的節(jié)理裂隙，均作斷層影響帶挖除，用混凝土塞回填處理，并加強(qiáng)固結(jié)灌漿。4.3壩體與地基岸坡的連接（1）壩體與壩基及岸坡的連接必須妥善設(shè)計(jì)和處理。連接面不應(yīng)發(fā)生水力劈裂和鄰近接觸面巖石大量漏水，不得形成影響壩體穩(wěn)定的軟弱層面，不應(yīng)由于岸坡形狀或坡度不當(dāng)引起不均勻沉降面導(dǎo)致壩體裂縫。（2）壩斷面范圍內(nèi)必須清楚壩基與岸坡上的草皮、樹(shù)根、含有植物的表皮、蠻石、垃圾及其它廢料，并將清理后的壩基表面土層壓實(shí)。（3）壩體斷面范圍內(nèi)的低強(qiáng)度、高壓縮性軟土及地震時(shí)易液化的土層，應(yīng)清除或處理。（4）壩斷面范圍內(nèi)的巖石壩基與岸坡，應(yīng)清除其表面松動(dòng)十塊、凹處積土和突出的巖石。（5）對(duì)失水很快風(fēng)化的軟巖（如頁(yè)巖、泥巖等），開(kāi)挖時(shí)宜預(yù)留保護(hù)層，待開(kāi)始回填時(shí)，隨挖除，隨挖填，或開(kāi)挖后用噴水泥砂漿或噴混凝土保護(hù)。

第五章壩體安全復(fù)核5.1滲流計(jì)算5.1.1滲流計(jì)算基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的資料、試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行滲流計(jì)算，河床地基為第四系砂卵礫石深厚覆蓋層。壩基防滲采混凝土防滲墻下接帷幕灌漿，本階段按規(guī)范采用平面滲流計(jì)算。5.1.1.1計(jì)算目的（1）確定壩體浸潤(rùn)線及其下游逸出點(diǎn)的位置，繪制壩體及地基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖，分析壩體滲流穩(wěn)定。（2）確定壩體滲流量，以便估計(jì)水庫(kù)滲漏損失。5.1.1.2計(jì)算工況本次計(jì)算為ATS工程瀝青心墻壩滲流計(jì)算。以最大剖面為計(jì)算剖面。計(jì)算主壩標(biāo)準(zhǔn)剖面以下工況，確定滲流量：（1）正常情況：上游正常蓄水位（1820.00m）與下游相應(yīng)水位。上游設(shè)計(jì)洪水位（1821.65m）與下游相應(yīng)水位。（2）非常情況：上游校核洪水位（1823.64m）與下游相應(yīng)水位。5.1.1.3計(jì)算參數(shù)壩殼料、過(guò)渡料、心墻、覆蓋層、基巖滲透系數(shù)采用如下數(shù)值。滲透系數(shù)取為：（1）砂礫料Ks=1×10-2cm（2）爆破料Ks=5×10-2cm（3）過(guò)渡料Ks=1.0×10-3cm（4）瀝青混凝土心墻Ks=1.0×10-7cm（5）河床覆蓋層Ks=5.0×10-2cm（6）混凝土防滲墻Ks=1.0×10-6cm（7）基巖Ks=1.0×10-4cm（8）防滲帷幕Ks=1.0×10-7cm5.1.2滲流基本理論有限（單）元法是數(shù)值計(jì)算方法中應(yīng)用最廣的一種。有限單元法以剖分離散和分塊插值為指導(dǎo)思想。其基本方法是將連續(xù)的求解區(qū)域離散化為一組有限個(gè)、且按一定方式相互連接在一起的單元組合體，利用每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來(lái)分片地表示整個(gè)求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)。由于單元能按不同的連接方式進(jìn)行組合，且單元本身又能夠有多種形狀，因此能夠模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。單元內(nèi)的近似函數(shù)一般由未知場(chǎng)函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在單元各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來(lái)表示。這樣一來(lái)，未知場(chǎng)函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量，從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題。一經(jīng)求出這些未知量，就能夠經(jīng)過(guò)插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，進(jìn)而得到整個(gè)求解域上場(chǎng)函數(shù)的近似值。顯然隨著單元數(shù)目的增加，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)，只要單元滿足收斂要求，近似解最后將收斂于精確解。有限元法雖然類似于有限差分法，但其實(shí)施方法不同。有限差分法是直接從微分方程入手，以離散格式逐步近似逼近方程中的導(dǎo)數(shù)。有限元法的實(shí)施則相反，按照變分原理求泛函積分找其函數(shù)值，即把微分方程及其邊界條件轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)泛函求極值的問(wèn)題。有限元法是一種分塊近似茲（Ritz）法的應(yīng)用，即首先把連續(xù)體或研究區(qū)域離散劃分為有限個(gè)、且按一定方式相互連接一起的單元的組合體，再以連續(xù)的分片插值函數(shù)建立一個(gè)個(gè)的單元方程后，依靠各節(jié)點(diǎn)把單元與單元連接起來(lái)，集合為整體，形成代數(shù)方程組進(jìn)行求解。有限單元法在模擬曲線邊界和向異性滲透介質(zhì)方面比有限差分法具有較大的靈活性。5.1.3計(jì)算結(jié)果邊界條件及網(wǎng)格劃分邊界條件施加為：壩體前50m范圍內(nèi)施加相應(yīng)工況下水位的壓力，同時(shí)壩體上游做相應(yīng)水位處理，下游水位定為4m。有限元網(wǎng)格為15m一格劃分，劃分情況如圖5-1所示。圖5-1滲流分析有限元?jiǎng)澐志W(wǎng)格圖運(yùn)用GEO軟件進(jìn)行分析得出結(jié)果如圖5-2~圖5-4所示。圖5-2正常蓄水位滲流分析結(jié)果圖圖5-3設(shè)計(jì)洪水位滲流分析結(jié)果圖圖5-4校核洪水位滲流分析結(jié)果圖成果表如表5-1。表5-1滲流分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表工況正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位上游水位（m）1820.00m1821.65m1823.64m單寬滲流量(m2/s)2.5038×10-42.5305×10-42.5626×10-45.2壩坡穩(wěn)定計(jì)算5.2.1壩坡穩(wěn)定計(jì)算基礎(chǔ)5.2.1.1計(jì)算工況計(jì)算主壩標(biāo)準(zhǔn)剖面以下三種工況，控制土石壩的穩(wěn)定：（1）正常情況：正常蓄水位（1820.0m）（2）非常情況Ⅰ：施工期（竣工時(shí)），上下游壩坡穩(wěn)定。上游水位驟降至死水位（1770.0m）的上游壩坡穩(wěn)定。（3）非常情況Ⅱ：正常蓄水位（1820.0m）穩(wěn)定滲流期加8度地震的上、下游壩坡。5.2.1.2參數(shù)采用計(jì)算壩坡穩(wěn)定分析選取的計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)表5-2，大壩抗震設(shè)計(jì)烈度為8度。表5-2瀝青心墻壩壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)表序號(hào)筑壩材料Ф（°）C（KPa）容重（g/cm3）飽和容重（g/cm3）1爆破料41152.1952.3852砂礫料3902.262.4263過(guò)渡料3902.272.4324瀝青34.6342.402.405河床砂礫料3802.222.405.2.1.3抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL-,水庫(kù)大壩為1級(jí)建筑物，采用畢肖普法抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)按照壩的級(jí)別和規(guī)范要求選擇如下：正常運(yùn)用條件：1.5非常運(yùn)用條件Ⅰ：1.3非常運(yùn)用條件Ⅱ：1.25.2.2穩(wěn)定分析理論基礎(chǔ)穩(wěn)定分析是確定大壩剖面和安全的主要依據(jù)，穩(wěn)定分析的可靠性對(duì)大壩的經(jīng)濟(jì)性安全性具有較為重要的影響。作為穩(wěn)定分析基礎(chǔ)的土強(qiáng)度與破壞理論，應(yīng)用廣泛的是摩爾—庫(kù)侖理論。在工程上采用的土坡穩(wěn)定分析方法，主要是建立在極限平衡理論基礎(chǔ)上，假設(shè)達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體將沿某一滑裂面產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)，滑裂面上各點(diǎn)，土體均處于極限平衡狀態(tài)，滿足摩爾—庫(kù)侖強(qiáng)度條件。5.2.2.2簡(jiǎn)化的畢肖（Bishop）法計(jì)算原理畢肖普采用的靜定化條件是假定土條間垂直方向的作用力相等。考慮了條間力的作用，并按照各土條對(duì)圓心的力矩和為零的安全系數(shù)來(lái)定義，在1955年提出了一個(gè)安全系數(shù)計(jì)算公式畢肖普簡(jiǎn)化法使用圓弧滑裂面。對(duì)多余未知力的假定，該法假定土條兩側(cè)切向作用力均為0，也就假定條間力的合力是水平的。安全系數(shù)計(jì)算公式為：K=W±Vsecα式中W土條重量Q、V分別表示水平和垂直地震慣性力（向上為正，向下為負(fù)）u作用土條底面的孔隙壓力α條塊重力線與經(jīng)過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角b土條寬度c'、φ'Mc水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩R圓弧半徑。簡(jiǎn)化畢肖普法一般都能得出較為準(zhǔn)確的答案，可是在某些情況下有可能出現(xiàn)數(shù)值上的問(wèn)題。故常將畢肖普法和圓弧瑞典法的計(jì)算相比較，若出現(xiàn)畢肖普發(fā)的計(jì)算值小于圓弧瑞典法的計(jì)算值時(shí)，表現(xiàn)數(shù)值上有問(wèn)題，此時(shí)要改變滑動(dòng)面，畢肖普法的一個(gè)局限性是只適用圓弧滑動(dòng)面。5.2.3計(jì)算結(jié)果運(yùn)用GEO軟件進(jìn)行分析得出結(jié)果如圖5-5~圖5-11所示。圖5-5施工期上游邊坡圖5-6施工期下游邊坡圖5-7正常水位上游邊坡圖5-8正常水位下游邊坡圖5-9水位驟降工況的上游邊坡圖5-10正常水位+地震的上游邊坡圖5-11正常水位+地震的下游邊坡表5-3壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)表計(jì)算工況上游壩坡下游壩坡規(guī)范允許值正常蓄水位2.5852.3621.50施工期2.4851.9111.30水位驟降2.579——1.30正常蓄水位運(yùn)行期+地震1.2961.3191.20經(jīng)計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均大于允許值，上、下游壩坡是穩(wěn)定的。5.3沉降及應(yīng)力計(jì)算5.3.1計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)表5-4。表5-4沉降計(jì)算參數(shù)表彈性模量（MPa）泊松比容重（g/cm3）爆破料15000.452.385砂礫料15000.452.426瀝青14000.22.405.3.2沉降及應(yīng)力分析理論沉降量的計(jì)算公式相對(duì)比較粗略，因此對(duì)于1級(jí)、2級(jí)高壩和建于復(fù)雜軟弱地基上的壩還要采用有限元法進(jìn)行應(yīng)力和變形分析。壩體竣工后預(yù)留的沉降超高則應(yīng)根據(jù)沉降計(jì)算、有限元變形分析、施工期的觀測(cè)成果和類似工程的對(duì)比等進(jìn)行綜合分析后加以確定。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，土質(zhì)防滲墻壩竣工后的壩頂沉降量一般不超過(guò)壩高的1%，如果超過(guò)此值，SL274-《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求在分析成果的基礎(chǔ)上，論證所選擇的壩料填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性以及采取有關(guān)工程措施的必要性。根據(jù)計(jì)算出的壩體各部位的不均勻沉降量和不均勻沉降梯度來(lái)判斷發(fā)生裂縫的可能性，由于缺乏比較成熟的判別標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前只能參照類似工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。壩的穩(wěn)定、固結(jié)沉降等現(xiàn)象都和壩的應(yīng)力和變形狀態(tài)密切相關(guān)。隨著高土石壩建設(shè)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析對(duì)評(píng)價(jià)壩的穩(wěn)定和安全能夠提供更多、更有效的信息，有很好的發(fā)展?jié)摿Α?0世紀(jì)60到70年代以后，巖土應(yīng)力和變形分析特別是沿途塑性分析技術(shù)得到很大發(fā)展，并在工程應(yīng)用中積累了較豐富的資料和經(jīng)驗(yàn)。可是，由于問(wèn)題的復(fù)雜性，計(jì)算成果當(dāng)前還僅限于對(duì)土石壩設(shè)計(jì)作定性的參考，達(dá)不到定量控制設(shè)計(jì)的程度。5.3.3