水库土石坝工程设计说明书.docx

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水库土石坝工程设计说明书

第一章基本资料

1.1枢纽概况及工程目的

峁水河水库位于甘肃省礼县境内的峁水河上，距下游礼县县城30km，峁水河是长江流域嘉陵江水洗西汉水上游的一条支流，控制流域面积167平方公里，峁水河水库总容量是1532万m3,灌溉面积为4万亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的中型水库。

水库枢纽工程的主要建筑物有大坝、输水洞、溢洪道等。

根据工程的规范及其在国民经济中的作用，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，水库属Ⅲ等中型工程，主要建筑物按3级设计，其他建筑物按4级设计。

1.2基本资料

1.2.1水文资料

1、年径流；峁水河发源于北秦岭西部的尖山、土棚、芦子滩三个地区，自西北向东南流，于坝址下游16km处，流入盐关河再汇入西汉水。

年径流由年降雨产生。

年径流在地区与时间上的分布与年降雨量基本一致。

年径流在年际间的变化悬殊，经分析采用的数据1959-1999年的资历，多年的平均流量为0.591m3/s，Cv=0.27,Cs=2Cv。

不同频率的年径流量见表1-1。

表1-1不同频率的年径流量表

频率（%）

25

50

75

多年平均

Q（m3/s）

0.701

0.582

0.470

0.591

W（万m3）

2239.06

1834.60

1482.19

1863.78

2、洪水；本流域洪水均由暴雨形成，暴雨历史短，均不足一天，实测到得最大日降水量141.7mm（1966年7月21日）。

暴雨以6-9月为最多，迟至十月份，早期在四月份也有出现。

洪水过程与暴雨历时相应，洪水大小决定暴雨强度。

由于上有河道及支沟较陡，故洪水多陡涨陡落，总历时约为一天，涨水历时仅2-3小时，大都呈单洪峰型，但如遇连续暴雨则呈多洪峰型，（如1966年7月末的洪水）；另外，本流域为双干型，当暴雨走向先支后干，自南而北，则干支流汇流时间略有错峰，亦会表现为上峰型式。

由频率分析法求得计算成果见表1-2。

表1-2洪水计算成果表

项目

洪峰流量（m3/s）

洪量（万m3）

12h

特征值

均值

115

116

Cv

1.22

1.35

Cs/Cv

2.5

频率%

0.1

1130

22.43

0.2

992

20.75

1

685

15.74

2

559

13.78

5

396

11.23

3、泥沙；峁水河泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上分布时一致的。

本地区泥沙在年内分配比年径流更集中。

汛期输沙量占年输沙量的95%以下，而汛期沙量又集中在几次大洪水。

年际之间沙量变化悬殊。

由统计分析得知，峁水河坝址以上多年平均输沙量为37.34万m3，多年平均含沙量为20.0kg/m3。

1.2.2气象条件

全流域地处甘肃省东南部，冬季为蒙古高压气流控制，夏季受太平洋、阿留申、孟加拉湾低压气流的影响，冷气流的相对运动，尤其是西南部暖湿水气沿嘉陵江河谷北上，均降雨量为455mm。

流域多年的平均气温为9oC，日温度变化大。

离坝址较近的红河雨量站实测最高气温34oC（61年8月8日），最低气温-24.5oC（72年2月9日），多年平均无霜期162天，河道一般为12月初封冻，次年3月上旬解冻，冻厚20cm。

多年平均最大风速15m/s，水库风区长度为3km。

1.2.3工程地质条件

1、区域地质概况

峁水河河谷开阔，河道两侧为剥蚀型黄土低山区，两岸发育Ⅰ-Ⅲ级阶地。

Ⅰ级阶地紧贴河床不太发育；Ⅱ级阶地为现代主要耕作川区；Ⅲ级阶地在坝址区仅见左岸有残缺不全的分布，并有明显的二元结构——表层位黄土状重粉质壤土，下位1-2m厚的沙砾石层，基下为第三系红色沙砾岩。

本区内所见最古老的底层为上泥盆统大草滩群浅海相之碎屑岩，另外还分布有下第三系红层、第四系堆积物。

2、地址构造与地震

工程区在大地构造单元上属北秦岭地槽之山钱拗陷带。

本地区地质构造复杂，全区地震频繁，特别是盐关、礼县一带的地震对峁水河水库的影响大。

根据《甘肃省地震烈度图（50年超越概率10%）》，本区基本烈度为9度。

3、库区工程地质条件

库区两岸基岩为下第三系红色砂砾岩、粘土岩及上泥盆统黄色紫色泥质页岩夹石英砂岩、黑色炭质页岩夹石英砂岩。

库内无区域性的通向邻谷的深大断层。

一般小的断裂均在库内发生和尖灭，影响不大。

库区及支沟内均有不透水的第三系红色粘土岩，砂砾岩出露，此种岩石胶结致密，不会漏水，经过对库区内断层的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。

4、坝址区工程地质条件

1）地形地貌：

水库库区河谷教开阔，宽度一般为500-600m，库区两岸山坡平缓。

2）覆盖层：

河床3-11m为冲洪积砂砾石层。

3）底层岩性：

大坝左端与毛芦山接肩，毛芦山整体岩石较完整，基本抗水，作为坝肩是稳定可靠的，亦无绕坝渗漏之患。

大坝右坝肩为厚达29m的黑色淤泥质重粉质壤土，结构致密，土质较硬，垂直渗透系数2.4×10-5cm/s，不会产生绕坝渗漏现象。

1.2.4当地建筑材料

当地建筑材料主要为坝体填筑土料，混凝土粗、细骨料、块石料等。

1、土料：

大坝所需土料取自水库下游约3km右岸山坡和山顶上，为黄土状中粉质—重粉质土壤，粉粒含量69%左右，易溶盐含量0.041%，有机质含量0.97%，属低—中压缩性壤土，层厚5-10m左右，开采储量10-15万m3，可满足工程需要。

2、砂、砾石料：

砂料分布在库下游4km石嘴河床中，该处河道开阔，沙砾石层最厚达11m，潜水埋深1.1-1.5m，沙砾石中砾石约60%左右，砂占30%，砂料平均粒径0.6-0.64，细度模数为3.2-3.36，储量满足工程需求。

3、块石料：

块石料场位于水库上游25km的白草沟中，主要为上泥盆统厚层石英砂岩，质地坚硬，表面微分化，其质量技术指标及储量均满足工程要求。

4、壤土试验有关指标：

干重度16.5kN/m3，湿重度18.5kN/m3，浮重度10.6kN/m3，饱和重度20.6kN/m3，粘结力19kPa，内摩擦角18o，渗透系数2.410-5cm/s；

5、可供作堆石排水体的石料有关指标：

干重度19.50kN/m3，饱和重度22.30kN/m3，浮重度12.30kN/m3，湿重度20.30kN/m3，内摩擦角31o，渗透系数1.2×10-2cm/s；

6、河槽底部沙砾石的有关指标：

干重度10.20kN/m3，饱和重度22.30kN/m3，浮重度12.30kN/m3，湿重度20.30kN/m3，内摩擦角30o，粘结力为0，渗透系数1.7×10-3cm/s；

1.2.5交通条件

峁水河水库距礼县县城30km。

自库区有公路通往盐关、礼县、杨家寺、天水等地，施工交通尚属便利，坝顶无交通要求。

1.2.6施工条件

大坝右岸及坝下游地形较平坦、开阔，便于布置施工场地，本库区已有10KV变压器一台，只需架设0.5Km输电线路至坝面，并增设250KVA变压器一台即可。

表1-3水库规划及建筑物特性指表

项目

单位

数量

备注

水位

校核洪水位

m

229.70

p=0.1%

设计洪水位

m

228.87

P=1%

正常蓄水位

m

228.90

汛期限制水位

m

228.30

死水位

m

226.25

库容

总库容

万m3

1532.00

调洪库容

万m3

267.91

兴利库容

万m3

396.86

死库容

万m3

952.00

主坝

坝型

土石坝

坝顶高程

m

231.89

最大坝高

m

31.89

溢洪道

孔数

孔

5

堰顶高程

m

225.70

闸孔尺寸（宽×高）

m×m

5×5.3

单宽流量

m3/（s﹒m）

16.8

消能方式

挑流

设计泄洪流量

m3/s

293.74

校核泄洪流量

m3/s

419.22

输水洞

型式

圆形压力洞

进口底部高程

m

216.0

洞径

m

4.0

洞长

m

100.0

闸孔孔数（进口）

孔

1

闸孔孔数（出口）

孔

2

最大输水量

m3/s

116

第二章枢纽布置

坝型选择根据坝址特点，各种坝型特点，比较各种坝型是否适合坝址特点确定。

枢纽布置按照便于施工，利用地形的原则，合理布置。

包含水利枢纽建筑物的确定，各建筑物适合不同地形确定枢纽布置。

2.1坝轴线的选择

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，从而大坝工程量基本相近，从地质剖面图上可以看出：

I—I剖面，跨度较小上游市开阔的河道便以蓄水，所以将坝轴线选择I—I处。

图2-1Ⅰ-Ⅰ坝址纵剖面图

2.2坝型的确定

2.2.1各种坝型的特点

考虑比较四种比较常用的坝型：

混凝土拱坝坝型；混凝土重力坝坝型；土坝坝型；支墩坝；土石坝。

其中土石坝又分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。

1、混凝土拱坝坝型：

拱坝依靠两岸岩体承担拱推力，抗滑稳定由两岸岩体决定，拱内应力分布均匀，有利于材料强度的发挥。

节约材料，坝身可以开孔过流，不需要另外设置泄洪建筑物，坝身轻，抗震性能好。

但是导流不方便，并且要求坝址河岸岩体要好，要是V型河谷。

所以对坝址要求比较高，对防渗，温度要求比较高。

根据坝址地质情况，不适合布置拱坝。

2、混凝土重力坝坝型：

混凝土重力坝依靠大坝自身与岩基之间的摩擦力来平衡水压力从而维持稳定。

所以重力坝要求建在岩基上，所以要求有坝址有坚硬的基岩。

混凝土重力坝要求防渗要好，重力坝适应性广，并且安全可靠，对地形地质调教适应性强，可以使用大体积混凝土机械施工，施工工艺简单。

稳定和应力计算简单，在基岩上适于建混凝土重力坝。

根据地形地质情况，可以考虑建混凝土重力坝。

3、土坝坝型：

土坝利用土质当水，防渗比较差。

土坝不能过水，需要另外设置坝外泄水建筑物。

土坝对坝基要求不高，但是坝址区要有大量的土，要有建筑防渗心墙的土料。

根据坝址情况，没有土料，有大量的石料，不适合建筑土坝。

4、支墩坝支墩坝由一系列支敦和挡水面板所组成，支墩沿坝轴线排列，前面设挡水面板。

支墩坝也是依靠重力维持稳定的挡水建筑物，自重较轻，坝体工程量小。

由于支墩坝的应力较高，对地基的要求比重力坝还高，特别是连拱坝，因其整体结构，对地基的要求就更加严格，因此不能选用。

大头坝和宽缝重力坝接近，也不宜采用。

平板坝由于钢筋用量大，且面板容易产生裂缝。

也不适合修建该坝。

5、土石坝坝型：

土石坝要求土料与石料以一定的比例筑坝。

也要求当地坝址有足够的土料与石料，防渗材料。

土石坝可以利用机械化快速施工，土石坝也不能在坝身过水，需要设置坝外泄水建筑物。

在地形给予符合的情况下，可以考虑修建土石坝。

根据坝址情况，有少量的沙土，或壤土，河谷不是很宽，可以考虑修建土石坝。

土石坝可以分为土石心墙坝，土石斜墙坝，心墙堆石坝，混凝土面板堆石坝。

心墙土石坝，土石斜墙坝和心墙堆石坝需要有建筑心墙的土料，利用心墙防渗，防渗性能不是很好。

混凝土面板堆石坝，可以充分利用当地丰富的石料，混凝土面板防渗比较好，混凝土面板堆石坝是近年来迅速崛起的一种坝型，可以使用机械化快速施工，造价低，一般坝身不能泄水，堆石坝要求当地有丰富的石料。

坝址区有丰富的石料，是建造堆石坝的有利条件，河谷不是很宽，是适合修建堆石坝的有利地形。

由上面的方案选择可知，在该地区最好采用的坝型就是堆石坝型。

主要有几个方面的原因：

1、采用当地的材料筑坝，还可以充分利用枢纽中其他建筑物开挖