花园水库枢纽设计

第一章 基本资料

第一节 工程概况

1.1.1区域概况

花园水库位于灵武市大唐矿区，水库坝址位于达溪河一级支流H河上，距H河入达溪河口上游2.0km处。坝址距灵武市160km、西（安）～兰（州）公路从大坝下游穿过。

H河为达溪河右岸一级支流，于花园村南村汇入达溪河。流域面积4255km2，全长168km，河道平均比降2.9‰。干流河口以上14.2km处的河川口汇入其最大支流达溪河。达溪河流域面积2537km2，占H河流域面积的60%，河长126.8km，河道平均比降2.74‰。

H河流域地势西南高、东北低。流域上游为土石山和黄土丘陵区，自然植被较好，以森林、灌木为主，土壤侵蚀轻微。流域中下游为典型的黄土高原沟壑地貌。H河流域具有水沙关系协调、年际变化大、年内分配不均、河流泥沙主要为悬移质的特点。

H河流域近似扇形，“U”形河谷，干流平均宽度300～600m，河床系沙卵石组成。

工程区位于华北鄂尔多斯台地向斜的南缘地带，区域构造简单，无大型断裂构造；达溪河发育并主要流经黄土高原之中，黄土塬、梁、峁地形及达溪河的一、二、三、四级阶地普遍可见；黄土塬分布高程为1100～1400m，由于河流切割而形成有巨路塬、枣园塬等，黄土厚度100m左右，其下伏为第三系红土和砂砾岩。区内地层主要为中生代浅海陆相沉积岩和新生代松散沉积岩层，岩相较稳定，地层较单一。工程区属构造相对稳定的地区，没有大的构造断裂，适宜兴建水利枢纽工程。

H河流域近似扇形，“U”形河谷，干流平均宽度300～600m，河床

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系沙卵石组成。

花园水库下坝址为推荐坝址，位于H河干流下游河段，距河口2km，集水面积4235km2，占全流域面积的99.5%。H河流域至今尚未修建大的水利水电工程。 1.1.2工程概况

花园水库工程位于大唐矿区，工程主要由拦河大坝、溢洪道、排沙洞、输水洞等主要建筑物组成。工程建设的主要任务是向大唐矿区工业及两县城村居民生活供水，兼有减淤、发电等作用。

确定供水现状水平年为2003年；设计水平年：2020年。花园水库工程总库容为2.278亿m3，设计供水流量为2.45m3/s（包括河道基流），根据工程性质和供水对象，按照工程性质和供水对象，根据工程的建设任务与规模，遵照国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的相关规定，确定本工程等别为Ⅱ等、工程规模为大（2）型。相应的拦河坝、泄洪排沙洞、溢洪道为2级建筑物。由于工程主要为向大唐矿区工业及两县城村生活供水，供水对象重要，而输水洞又是唯一供水通道，故确定输水洞级别亦为2级建筑物。坝后电站厂房、进水岔管及尾水渠为次要建筑物，级别为3级建筑物。临时建筑物为4级建筑物。

按照《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，初选工程主要建筑物的防洪标准：拦河大坝的设计洪水为100～500年一遇洪水；校核洪水均质土坝为2000～5000年一遇洪水。考虑到花园水库总库容在大（2）型水库中量值偏小，根据国内外已成水库工程对设计洪水的选取经验，对花园水库工程均质土坝设计洪水标准取100年一遇洪水、校核洪水标准取2000年一遇洪水；相应消能防冲建筑物的洪水标准为50年一遇；根

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据坝后电站厂房建筑物的级别，确定电站厂房的设计防洪标准重现期为50年一遇，校核洪水标准的重现期为200年一遇。各防洪标准和相应洪峰流量详见表1—1。

大坝洪水重现期与相应的洪峰流量表

表1—1 重现期 洪峰流量（m3/s） 100 4030 大坝枢纽设计 洪水标准 2000 8300 大坝枢纽设计 洪水标准 50 3120 消能建筑物及 坝后电站 设计洪水标准 200 4970 坝后电站 校核洪水标准 备 注 根据1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）标准，工程区地震动峰值加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。因此，本工程主要建筑物地震设防烈度亦初定为Ⅵ度，主要建筑物设防地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.45s。

第二节 工程基本条件

1.2.1气象

花园水库坝址无气象资料参考邻近县城气象资料，确定多年平均气温11.2℃，1月最低，平均-3.0℃， 极端最低气温-22.5℃（1977年1月31日）；7月最高，平均24.3℃，极端最高气温40℃（1966年6月19日）。多年平均气压921hpa，多年平均日照时数2106小时，多年平均降水量538mm，多年平均蒸发量959.2mm（E-601），多年平均地面温度11.8℃，最大冻土深度为50cm，多年平均相对湿度68%，多年平均风速1.3m/s，最多风向ESE、SE，最大风速17m/s，风向NW。无霜期176天。 1.2.2水文

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1.2.2.1径流

H河流域径流主要由降水形成，本流域降水四季不均，夏季多雷雨，秋季多连阴雨，春、冬季雨水偏少。河川径流特性与降水特性相一致，其中汛期（7～10月）径流量占年径流量60.3％，冬季（12～2月）仅占10.5％。

花园水库下坝址（推荐）集水面积4235km2，与花园水文站集水面积4253km2比较，仅相差0.4％，根据《水利水电工程水文计算规范》SL278—2002，花园水库坝址年径流直接采用花园水文站计算成果。

用花园站1952-2001年实测年径流及天然年径流系列分别计算得多年平均径流量为2.552、2.61亿m3， 由于还原量很小，二者仅相差580万m3，只占天然年径流量的2.2%，故只对天然年径流进行频率计算，计算的统计参数为：W=2.61亿m3，Cv=0.54，采用P—Ⅲ型曲线适线，适线结果为：W=2.61亿m3，Cv=0.6，Cs=2.5Cv。不同频率天然年径流成果见表1-2。

花园水库坝址以上不同频率天然年径流量表

表1-2 单位：亿m3

统计参数 均值 2.61 Cv 0.6 Cs/Cv 2.5 5 5.67 10 4.7 20 3.69 频率（%） 25 3.35 50 2.23 75 1.46 90 1.02 95 0.84 1.2.2.2洪水

流域洪水系由暴雨形成，流域暴雨发生日期，最早在4月，最迟到10月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在7～8月。

根据述花园站33年不连续洪峰流量和一、三日洪量资料，并将1954年洪水作特大值处理，用矩法计算统计参数，采用P—Ⅲ型曲线目估适线，结果见表1-3。

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H河花园水库坝址设计洪水计算成果表

表1-3 均 项 目 值 Cv Cs/Cv 0.02 0.033 0.05 0.2 0.5 1 2 5 10 频 率（％） Qm（m3/s） 540 1.45 3 9680 30 8300 6270 4970 4030 3120 2010 1270 W24h（万m3） 1840 W3日（万m3） 3080 1.15 3 23400 21700 20300 15800 12900 10700 8650 6020 4180 0.9 3 27600 25800 24300 19500 16300 14000 11700 8660 70 1.2.2.3泥沙

1.泥沙特性分析

H河干流上游及支流达溪河南岸自然植被较好，土壤侵蚀轻微。H河流域中下游及达溪河北岸为黄土台塬和黄土高原沟壑区，水土流失严重，是H河的主要产沙区，河流泥沙主要为悬移质的特点。

根据花园水文站1957～1962实测6年悬移质泥沙资料统计，平均含沙量为49.7kg/m3，平均悬移质年输沙量为1295万t，最大为2690万t，最小为595万t；其中7～10月输沙量占年总量的91.2%，11～6月输沙量仅占年输沙量的8.8%。H河流域汛期洪水含沙量较高，花园水文站实测最大断面平均含沙量997kg/m3。

2．天然输沙量计算 （1）悬移质输沙量计算

根据花园站1954～2001年泥沙系列，计算其断面悬移质多年平均输沙量为1569万t。

（2）推移质输沙量计算

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花园水库的推移质按推悬比法估算，比例系数采用1％，求得多年平均推移质输沙量为16.0万t。

（3）总输沙量

花园水库的多年平均输沙总量为悬移质输沙量和推移质输沙量之和，其值为1585万t。

4．悬移质颗粒级配

H河无实测悬移质泥沙颗粒级配，采用达溪河干流景村站悬移质颗粒级配成果近似替代H河悬移质颗粒级配成果见表1-4。 达溪河流域杨家坪、雨落萍、景村多年平均悬移质颗粒级配成果表 表1-4 平均小于某粒径沙量百分数（％） 河名 站名 粒径级（mm） 0.005 0.01 0.025 0.05 0.1 0.25 0.5 1 2 中数 粒径 平均 粒径 5 （mm） （mm） 0.018 0.017 0.027 0.027 0.038 达溪河 景 村 23.5 34.0 58.9 87.1 99.1 99.6 99.9 99.99 100 达溪河 杨家坪 27.0 37.8 .7 88.6 98.3 99.0 99.97 100 马连河 雨落坪 19.1 29.5 54.5 83.5 98.0 98.9 99.76 99.78 99.83 100 0.023 1.2.3地质 1.2.3.1区域地质

工程区位于华北地台鄂尔多斯台地向斜的南缘地带，区域构造简单，地层产状平缓，无大型断裂构造；H河黄土地貌景观和达溪河河谷结构地貌在本区极为发育。黄土塬、梁、峁地形及达溪河的一、二、三、四级阶地普遍可见；黄土塬分布高程为1100～1400m，由于河流切割而形成有巨路塬、枣园塬等，黄土厚度100m左右，其下伏为第

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三系红土和砂砾岩。区内地层主要为沉积岩层，地层较单一。

本区地下水可分上层滞水，潜水和承压水三个类型。上层滞水分布于黄土地层或砂砾石层，潜水分布于河床砂砾石层及两岸砂页岩层中。承压水分布于河床以下的砂页岩地层中，为大气降水，河水或潜水补给。

工程区为中生界和新生界沉积地层，没有大的构造断裂。工程区属构造相对稳定的地区，适宜兴建水利枢纽工程。

根据1:400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）标准，工程区地震动峰值加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。 1.2.3.2水库地质

水库区的H河河床宽一般35～75 m，河谷底宽一般300～500 m。库区出露地层较为简单，库底为下白垩系砂（砾）页岩，上部为第三系红土、砂砾石（岩）和第四系黄土与砂砾石层，红土与砂砾石层往往成不稳定的交互相结构，砂砾石层有的弱胶结成岩。库区地质构造比较简单，一般1°～2°，在背斜部位倾角较大，但亦不超过6°。由于断裂构造不发育，库区岩体多呈整体状，或少量的层块状。

库区河床、漫滩砂砾石层与阶地砂砾石层彼此并不相连，而基岩为相对不透水层，故不能构成渗漏通道。达溪河与H河干流汇合口以上库岸，基岩出露标高900～950m，且两岸地下水位高程高于水库正常设计水位，故不可能产生水库渗漏；河川口至碾子坡段由于没有临谷分布且渗漏途径宽缓，不会产生永久性渗漏；碾子坡至下坝址段右岸泉水出露高程865m，因此，存在渗漏问题。估算渗漏量约113.13m3/d。渗漏损失微弱，可不必进行处理；左岸为达溪河与H河的河间地块，较为单薄，基岩高程稍低于正常蓄水位，其上覆盖有胶

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结程度不一的砂砾石层，故存在渗漏问题。尤其是近坝上游的长2200 m段，需对基岩顶部的砂砾石层进行封闭防渗处理。

在库盘400m以下分布有侏罗纪煤层。由于库区岩层为相对隔水的砂页岩，区域构造上又处于相对稳定的地区上，故对深部煤矿的开采不会造成影响。

库区为峡谷形河段，浸没较轻，据初步分析，影响宽度约50～100m，对农田影响较小。并且库区不具备水库诱发地震的基本条件，水库诱发地震的可能性不大。 1.2.3.3坝址区工程地质条件

本阶段地质工作在长约3km的河段内选择了上、下坝址位置进行地质勘察工作，其中上坝址位于碾子坡村，下坝址位于姚家湾村，向下距花园村1.8km，上、下坝址相距约2.5km。 （1）上坝址工程地质条件

坝基两岸的岩体为黄土，黄土状土夹古土壤，砂岩与页岩互层，中厚层砂岩、砾岩。漫滩及河床为黄土状土，砂、砾卵石层等。①黄土坝基：占左、右坝基的2/3，Q3黄土厚10～15m，具有显著的湿陷性，Q2黄土厚约10～20m，具有湿陷性，湿陷类型为自重湿陷Ⅱ级，湿陷程度为中等。②河床及漫滩覆盖层平均厚度6.0m，上部为次生黄土状土，砾卵石层；下部为砂、砾石层，砾石层中夹有淤泥质土和砂壤土，质地杂乱，较松散。③岸坡砂页岩互层，岩相变化大，岩体浅层风化破碎，岩体属软质岩类，岩石干密度2.15g/cm3，岩石单轴饱和抗压强度20.9MPa，软化系数0.54。

坝基河床砂砾石及漫滩砾卵石层，具有强透水性，K=56m/d；坝基河谷部分浅层25m范围内，中厚层砂岩、砾岩呈中等透水性，q值最大达26.5Lu，25m以下岩体q＜5Lu为弱透水性，因此，鉴于河床

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砂砾层渗透稳定性差，变形量大，建议对砂砾层和浅部基岩进行必要的防渗处理。

泄洪排沙洞工程地质条件：泄洪排沙洞布于左岸，洞室围岩以中厚层砂岩夹页岩为主。其中进口30m，出口段50m，围岩为Ⅳ类，fK=2， k0=15MPa/cm，其余洞段围岩为局部稳定性差的Ⅲ类，f=4，K0=20MPa/cm，具有成洞条件，建议应加强锚喷加固措施。

溢洪道工程地质条件：溢洪道布置于左岸，溢洪道基础大部分处于岩基之上，岩体稳定，变形量小，具有一定的抗冲能力，可满足基础要求，两侧开挖的边坡Q3与Q2黄土状土夹古土壤各半，坡高一般为30～60m，建议开挖边坡的坡比宜应采用1:1.0～1:1.25。

输水洞布置于左岸，长约826m，洞室围岩以中厚层砂岩与页岩互层为主，其中为满足2倍洞径的要求，进口30m，出口段40m为Ⅳ类围岩，建议f=2，K0=15MPa/cm，其余洞室围岩为Ⅲ类，f=4，K0=20MPa/cm，具有成洞条件，建议加强有压隧洞的及时防护和加固处理措施。

（2）下坝址工程地质条件

坝区岩体风化受岩性、构造、地形和地下水诸因素的控制，砂砾岩以物理风化剥落为主，风化程度中等，左坝肩强风化水平厚度5~8m，河床强风化垂直深度＜2m，右坝肩强风化水平厚度5～10m，两岸塬区底部强风化厚度5m左右。

两岸坝基下的岩层为黄土、砂砾岩、页岩。漫滩河床为黄土状土、砂壤土及砂砾层。①坝基两岸的黄土主要为Q3、Q2黄土及古土壤层，其中Q3黄土在200～800kPa压力下，其湿陷系数δs大值达0.0238～0.076，具强湿陷特征，作为坝基必须进入处理。按压力P=300kPa断定，坝基压覆的Q2黄土分布厚度，左岸厚度约10m，右岸约10～30m，

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δs大值平均值为0.017，古土壤层δs=0.0085，黄土属湿陷性土，湿陷等级轻微，古土壤层为非湿陷性土。但在上覆荷载P=600kPa情况下，δs=0.033～0.026，仍存在中等—轻微湿陷性。② 河床漫滩覆盖土层，覆盖土层平均厚度6.26m，最厚达8.90m，上部为黄土状土、砂壤土，下部为砂层，砂砾石层、土层夹有砂砾石薄层，砂层中夹多层薄的软土及淤泥层。③ 河床砂砾石层，级配分析不均匀系数24.8～44.0，属于中密状态。④ 岸坡砂页岩层，砂页岩表层均有不同程度的风化，特别是页岩风化较重，风化卸荷裂隙较发育，作为坝基应进行必要的清除，坝基应置于弱风化岩体之上。

坝区砂砾石层，浅层部砂砾岩层为强透水地层，前者k值达56.20m/d，后者q＞100Lu，最大时，q达2Lu。坝基砂砾岩一般q＜5Lu属弱透水岩层，可视为相对不透水层，估算坝基渗漏量Q=6973m3/d。坝肩基岩高程低于正常蓄水位，各级基座基岩上部分布有砂砾石层，而砂砾石层为强透水层，会发生绕坝渗漏，左岸还会发生向达溪河方向的邻谷渗漏。必须进行防渗处理，对坝前一定范围内砂砾石进行封闭，并考虑对左岸三级阶地砂砾石层和强风化岩体进行防渗处理。坝基及坝肩绕坝渗漏总量Q=73m3/d。

溢洪道工程地质条件：溢洪道布置于右岸山头后部，上部为黄土地层，下部砂（砾）页岩，中间夹新第三系红土及砂砾石层及Q12砂层、砂砾石层黄土地层。基础大部分处于岩基之上，岩体稳定， 消力池为白垩系基岩，条件较好。溢洪道基础进口段为黄土，强度低，稳定性差，且受水库塌岸影响，故应进行工程处理。溢洪道基础过水堰脚以后为岩体较完整的软岩，基础稳定性较好；堰顶以前为岩体较破碎的极软岩，页岩质软，风化速度快，不耐冲刷，稳定性差。

泄洪排沙洞工程地质条件：①隧洞进出口段边坡覆盖较薄的黄土

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及砂砾石层，稳定性差，特别是进口段位于水库蓄水位以下，松散堆积层是不稳定的，应予以开挖处理。进出口的基岩岸坡较完整，无大的构造破碎和不良岩层，岸坡是稳定的，不需特殊处理。②隧洞基本为同一围岩类型。总的看，岩石均质，裂隙不发育，岩体完整，无地下水。唯一的缺点是围岩为软岩，但其饱和抗压强度已达11.9～17.7MPa，与一般人工砼相当，而该隧洞为浅埋隧洞，其最大埋深为75m，其中土层50m，基岩25m，最大自重应力约1.50MPa，与岩体强度相当。

输水洞工程地质条件：①隧洞进出口稳定性：隧洞进出口地形较平缓，其中进口部分为H河二级阶地堆积物，黄土及砂砾石层，松散，成洞条件差，建议挖除，开挖坡比1:1.0～1:0.75；出口段为基岩组成，自然边坡稳定。建议出口段由于上覆围岩厚度较薄不易成洞，应明挖，开挖坡比1:1.0～1:0.75。②围岩类型的确定：隧洞围岩以局部稳定性差的Ⅲ类为主。进出口段K0值可适当降低。故建议f=3，K0=20MPa/cm，围岩类为Ⅲ类，进出口段50m范围围岩可按Ⅳ类考虑，f=2，K0=15MPa/cm，明流段开挖坡比1：0.5～1：0.75。闸基为砂砾岩，承载力可按1.5MPa考虑。 1.2.3.4 天然建筑材料

（1）土料：选用大坝上下游和左右两岸黄土塬上6个土料场，初估储量约1413万m3，交通运输条件方便，储量和质量完全符合要求。最大干密度值平均ρdmax=1.73g/cm3，最优含水量平均值ωop=17.3%，土料除含水量低于最优含水量外，其它各项技术指标符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251—2000）对均质土坝上坝土料质量的技术要求。

（2）砼粗骨料（砾石）：初步确定采用距下坝址3.8km和12km

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的花园村和大佛寺村。两个料场均位于达溪河的右岸高漫滩上，其技术质量指标除含泥量高，需经冲洗外，其余指标符合标准要求，储量可满足设计用量要求。石料岩性为砂岩，通过试验砂岩干密度ρd=2.45～2.5g/cm3，饱和抗压强度Rw=47.9～67.4MPa，软化系数Kd=0.50～0.60，符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251—2000）对砌石质量的技术要求，但软化系数小，质量较差。

（3）砂石料：运距150km，石料场运距28km。

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第二章 枢纽布置

第一节 坝轴线选择

2.1.1坝址比选

根据河道及两岸的地形地质条件、工程特点，设计在H河与达溪河交汇口以上约2km处的花园村附近选择了上、下两个坝址进行比较。上、下坝址流域内位置见图2-1。

图2-1 上、下坝址流域内位置示意图

2.1.1.1两坝址地形地质条件

（1）上坝址

上坝址位于H河“S”形河道中段的相对较为顺直的河段上，距花园村4.3km处的碾子坡附近，河谷呈基本对称的“U”型，河床高程858.3m，河谷宽仅为238 m。左岸山顶高程为925.0m；右岸山顶高程为960m，是碾子坡到姚家湾段河谷最为狭窄的地方。

左岸基岩裸露，坡度约35°～38°，基岩出露高程875.0m；右岸坡缓多有坡积土覆盖，基岩出露高865.0m。轴线附近，河流靠近右岸，河床宽度30～50m，河床覆盖层厚约平均厚约6.0m，两岸出基岩露风化破碎，强风化深度5～10m，卸荷3～8m。

（2）下坝址

下坝址位于上坝址下游约2.5km的“S”形河道中段较为顺直的河

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段上，河谷呈基本对称的“U”型，河床高程851.3m，宽360m。右岸山顶高程为925.0m，左岸山顶高程为960.0m。

两岸呈下陡上缓，基岩出露高程分别为0.0m、870.0m，左岸谷坡陡峻，坡度约35°～38°，基岩裸露；右岸坡缓多有坡积土覆盖。坝轴线附近，河床宽度40～60m，河床覆盖层厚约平均厚约6.26m，两岸基岩出露呈零星分布，风化破碎，强风化深度5～10m，卸荷3～8m。

（3）两坝址地形、地质条件比较

两坝址工程地形、地质等条件比较见表2-1。

两坝址工程地形、地质条件比较表

表2-1 项 目 地形 地貌 缓多有坡积土覆盖。 厚，右岸坡缓多有坡积土覆盖。 河床覆盖层厚约6.0 m，两岸河床覆盖层厚约6.26 m，最厚达地层及 构 造 基岩出露呈零星分布，风化破8.0 m，岸坡基岩出露范围大，且碎，强风化深度5～10m，卸连续性好，岩体较完整，强风化深荷3～8m。 冲沟较发育，切割深度大，地物理地质 形破碎，右岸近河流分布有现 象 10m卸荷松动岩体，坡积土堆积范围及厚度大。 厚度相对小。 覆盖层 性 质 挖处理量大。 处理量相对小。 湿陷性黄土约占2/3，工程开两岸湿陷性黄土分布小，工程开挖河床及漫滩，松软、变形量大，河床及漫滩，松软、触变形明显，完整，岸坡陡直，岩体卸荷、风化相对较弱，右岸近河流分布有10m卸荷松动岩体，坡积土堆积范围及度5～8m，卸荷3～8m。 冲沟不发育，切割轻微，地形相对左岸坡陡，基岩裸露，右岸坡下陡上缓，坝基黄土厚度相对较上坝址 下坝址 河谷为基本对称的“U”型谷，河谷为较对称的“U”型谷，两岸呈综上所述，两坝址的地形、地质条件均具有修建当地材料坝的条

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件。但下坝址与上坝址相比有以下优点：

（1）基岩出露高程相对较高，有利于建筑物布置；（2）冲沟不太发育，切割轻微，地形相对完整；（3）两岸湿陷性黄土分布小，工程开挖处理量相对较小。

由以上三点可知，下坝址主要建筑物地质条件和上坝址相比明显较好,工程建筑物基础处理措施相对简单，下坝址地质条件明显优于上坝址。

2.1.1.2两坝址枢纽布置比选

（1）下坝址

根据枢纽布置原则，鉴于坝址右岸地形为一十分凸出的山头，对布置水工建筑物十分有利，下坝址的枢纽总体布置优先考虑尽可能在右岸布置水工建筑物；同时根据枢纽布置的一般规则，为保证输水洞进口“门前清”，泄洪排沙洞应和输水洞结合在一起；泄洪排沙洞、溢洪道轴线在平面上布置成一条直线而不宜转弯，以适应泄洪建筑物对大泄量下水力流态保持良好的需求。

由此，下坝址枢纽的溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞均布置在右岸。 大坝右岸上游，在平面上依次布置有溢洪道、输水洞和泄洪排沙洞三种建筑物的进口。

拦河均质土坝坝顶高程6.3m，防浪墙顶高程7.5m，坝顶长度498.2m，最大坝高47.8m，坝顶宽10m。大坝迎水坡坡比由坝顶到坝底依次为1：3、1：3.25和1：3.5；背水坡坡比由坝顶到坝底依次为1：2.5、1：2.75和1：3.0，1：2.0。

泄洪排沙洞主要任务是泄洪、排沙（保证输水洞进口“门前清”和水库能按确定的调水调沙方式正常运行），并兼顾施工导流。泄洪洞轴线在平面上与坝轴线夹角90°。

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泄洪排沙洞进口型式为压力孔口，采用矩形塔式进口，进口底板高程为856.0m，在进口设7.0×8.0m平板检修闸门和7.0×7.0m弧形工作闸门各一道，下接泄洪明流洞，断面为城门洞型，断面尺寸为7.5×10.0m（宽×高），出口采用挑流方式消能后泄入下游河床。

输水洞进口布置于右岸泄洪排沙洞上游侧，进口型式亦为压力孔口，仍采用矩形塔式进口，进口底板高程8.0m，设1.8×1.8m平板事故检修闸门，下接输水压力洞，断面为直径1.8m的圆形断面。

溢洪道采用正槽开敞式，轴线在平面上与坝轴线夹角90°，进口为一WES型低实用堰，堰顶高程881.0m，堰宽（净）36.0m，溢洪道基础全部位于岩基上，为堰上加闸式进口，设一扇12.0×12.5m（宽×高）的检修闸门和3扇12.0×13.0m（宽×高）弧形工作闸门，其下接宽度为36.0m的矩形泄槽，出口亦采用挑流方式消能后泄入下游河床。

（2）上坝址

与下坝址布置原则相同，上坝址左岸为一十分凸出的山头，结合坝址处地形、地质，上坝址的溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞则均布置在左岸。

拦河均质土坝坝顶高程900.8m，防浪墙顶高程902.0m，坝顶长度357.0m，最大坝高48.3m，坝顶宽10.0m。水库正常高蓄水位7.3.0m，大坝迎水坡坡比由坝顶到坝底依次为1：3、1：3.25和1：3.5；背水坡坡比由坝顶到坝底依次为1：2.5、1：2.75和1：3.0。

泄洪排沙洞主要任务同样是泄洪、排沙，并兼顾施工导流。泄洪洞轴线在平面上与坝轴线夹角90°。

泄洪洞进口型式为压力孔口，采用矩形塔式进口，进口底板高程866.8m，设7.0×8.0m平板检修闸门和7.0×7.0m弧形工作闸门各一道，下接泄洪明流洞，断面为城门洞型，断面尺寸为7.5×10.0m（宽×高），

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出口采用挑流方式消能，然后泄入下游河床。

输水洞进口型式亦为压力孔口，仍采用矩形塔式进口，进口底板高程871.0m，设1.8×1.8m平板事故检修闸门，下接输水压力洞，断面为直径1.8m的圆形断面，出口亦采用挑流方式消能后泄入下游河床。

溢洪道采用正槽开敞式，轴线在平面上与坝轴线夹角近90°，进口为一WES型低实用堰，堰顶高程0.0m，堰宽（净）70.0m，溢洪道除出口挑流部分位于岩基上外,其余部分均坐落于黄土状土基上,溢洪道的闸室段布置在堰上，设一扇14.0×7.8m（宽×高）检修闸门和5扇14.0×8.3m（宽×高）的弧形工作闸门，其下接宽度为80～70m的梯形泄槽，出口亦采用挑流方式消能后泄入下游河床。

（3）两坝址枢纽布置比较结果

根据枢纽总体布置的特点看，上、下两坝址型式基本相同，都有布置简单, 结构紧凑，便于管理运用，能保证输水洞进口“门前清”等优点。但由于地形、地质等条件的制约，上坝址的布置明显不如下坝址顺畅，尤其是为了保证泄洪排沙洞与溢洪道出口挑流互不干扰及尽可能不对岸坡产生冲刷，泄洪排沙洞的进口底板高程相对下坝址有所抬高，不利于泄洪排沙,维持水库的最佳运行方式、延长水库使用寿命、提高供水保证率，同时出口部分有207m左右长的泄槽不得不布置于下游河床滩地上，为此对其下部采用了混凝土灌注桩加固，对以后水库的正常运行不利；同时，上坝址溢洪道除出口挑流部分位于岩基上外,其余部分均坐落于黄土状土基上,这样溢洪道基本属于软基上溢洪道，对于大型工程，其运行风险性较大。综合分析比较下坝址枢纽总体布置略优于上坝址。 2.1.1.3两坝址枢纽施工条件

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花园水库枢纽位于CHW县花园村以上1.8km，对外交通比较方便。场区内除花园村H河口至坝址的小路需修整加宽外，还需新修施工道路通往料场及弃渣场，其余均能满足工程内外交通和物资运输要求。

根据两坝址处的地形条件，上、下坝址施工场地均较开阔，易解决施工用地，便于施工辅助企业以及相应的生活、办公、福利设施布置。

两坝址施工总布置和施工条件比较详见表2-2。

两坝址的施工条件比较表

表2-2 坝址 项目 施工条件 上坝址 下坝址 河谷相对较开阔， 河谷相对较开阔，便于施工布置。便于施工布置。土料就近开采，储量、质量均满土料就近开采，储量、质量均满建筑材料 足设计要求。粗骨料运距10km，足设计要求。粗骨料运距7km，石料运距31km，砂料运距石料运距28km，砂料运距155km。 150km。 施工导流 施工方法 施工交通 采用二期二段法， 采用二期二段法，围堰工程量大。围堰工程量大。施工以机械化为主，方法简单，施工以机械化为主，方法简单，但有钢筋砼灌注桩施工。 通不便。 无钢筋砼灌注桩施工。 便利。 道路较易布置，但线路略长，交道路容易布置，线路较短，交通总工期4年，大坝施工工期短，总工期4年，大坝施工工期较长，施工工期 临建工程投资 泄洪洞、输水洞和溢洪道施工工泄洪洞、输水洞和溢洪道施工工期相对较长。 较大 期较短 较大 由表2-2可以看出，上、下坝址两方案都是可行的。但从施工条

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件来看，上坝址大坝工程量较小，但泄洪洞、输水洞和溢洪道工程量大，加之泄洪洞出口有钢筋砼灌注桩施工，施工难度相对较大；上、下坝址导流建筑物均与永久泄洪建筑物相结合，临时建筑工程量相对较小。从施工工期看，上、下坝址施工进度相当。因此，从施工方面分析比较，下坝址施工条件略优于上坝址。 2.1.1.4两坝址水库淹没、移民问题

上坝址正常蓄水位为7.3.0m，下坝址正常蓄水位为3.0m，下坝址比上坝址在规划设计水平年将少迁移人口106人；少淹没耕地494亩，少拆迁房屋9524 m2,少淹没投资1677万元。

从两坝址水库淹没、移民来看下坝址方案条件较优。 因此施工、移民、工程投资方面来看，下坝址方案明显较优。 2.1.2坝轴线选择

对上坝址和下坝址枢纽工程从地形地质条件、枢纽总体布置、施工条件及施工工期、水库淹没、枢纽工程量及工程投资等方面进行综合分析比较后认为：下坝址虽比上坝址河谷宽约122米，但其地形地质条件有利于工程布置；施工条件较好；主要建筑物基础处理措施相对简单；泄水建筑物均坐落于岩基上，运行风险小；库区移民和拆迁占地少；总体工程量和投资较省。因此，下坝址明显优于上坝址，故推荐下坝址为初选坝址。

第二节 工程布置

2.2.1枢纽布置原则

枢纽主要由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞等建筑物组成。枢纽布置主要考虑以下几个原则：

①枢纽布置要保证各种建筑物在正常工作条件下都能正常工作；

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②在满足建筑物的强度和稳定的条件下使枢纽的总造价和年运行费用最低；

③充分发挥水库枢纽综合效益，尽可能使一种建筑物发挥多种作用；

④枢纽布置应与施工导流、施工方法、施工进度结合起来统一考虑，便于施工，并尽可能缩短工期；

⑤对于均质土坝，除有专门论证外应设置开敞式溢洪道。 2.2.2推荐坝址枢纽布置

根据花园水库不同正常蓄水位调水调沙计算结果，确定的下坝址正常蓄水位为3.0m。

该正常蓄水位的工程布置：水库枢纽主要由拦河土坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞等建筑物组成。结合地形、地质条件，枢纽布置考虑了以下几种可能的组合方案：

方案一：溢洪道、泄洪排沙洞和输水洞均布置于右岸，平面布置上三种建筑物的进口由临河面向外依次为泄洪排沙洞、输水洞、溢洪道。

方案二：溢洪道、泄洪洞和输水洞均布置于右岸，平面布置上三种建筑物的进口由临河面向外依次为溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞。

方案三：溢洪道布置于右岸，泄洪洞和输水洞布置于左岸。 方案四：泄洪洞和输水洞布置于右岸，溢洪道则布置于左岸。 通过对以上四个可能的枢纽布置方案的综合分析比较，方案一从工程投资、施工条件、建成后的运行条件等方面明显优越，故选定方案一为本工程枢纽布置的推荐方案，即：溢洪道、泄洪洞和输水洞均布置于右岸，平面布置上三种建筑物的进口由临河面向外依次为泄洪排沙洞、输水洞、溢洪道。

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第三章 坝工设计 第一节 坝型比选

根据坝址处地形地貌条件，拦河大坝可供选择的坝型有土石坝和重力坝两种坝型。由于坝址处址坝基均为强度较低的砂砾石和页岩互层结构，坝肩第四系覆盖层厚度较大，岩石面高程较低，根据国内已成工程的经验，强度较低的砂页岩互层区，不宜修建重力坝等坝型。

根据工程区建筑材料分布，坝址左右两岸分布有6个土料场，有丰富的土料资源，总储量为1413万m3左右，土料资源丰富，从数量上完全满足花园水库筑坝需要；同时，土料的物理力学指标均可满足碾压均质土坝对上坝土料的质量要求；各土料场分布高程，可满足不同坝高填筑时的用料要求，便于机械化施工。

堆石坝所使用的石料经初步查勘可采用达溪河下游早饭头分布有三叠系厚曾长石砂岩，其饱和抗压强度54Mpa，当地用做石料使用，石料场距坝址28km，开采运输方便，储量丰富。另外本区分布有丰富的白垩系厚层砂岩，虽为软岩，但其饱和抗压强度达15Mpa，与人工砼块强度相当。

由于坝址处河谷开阔，土料丰富，且修建的坝高没有超过50m，因此，综合分析，花园水库适宜修建当地材料坝——土石坝，为此本阶段提出均质土坝、斜墙坝、心墙坝（后两种坝型均属于土质防渗体分区坝，比选出发点是为了尽可能多的利用施工开挖的弃料）三种坝型进行比选。由于坝型类似，坝基、左右坝肩处理、上下游坝坡砌护、排水措施等内容设计基本相同，本次比选主要从坝体剖面、筑坝材料、施工工艺、水保、投资等方面进行比较。 3.1.1均质土坝方案

根据均质土坝设计成果，坝顶高程6.3.0m，坝顶宽10m，最大坝高47.8.0m，坝顶总长498.2m，上游坝坡坡比由坝顶到坝底依次为1：3、1：3.25和1：3.5；下游坝坡坡比由坝顶到坝底依次为1：2.5、

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1：2.75和1：3.0。本方案共需挖土方282.16万m3，挖石方56.18万m3，夯填土石方380.74万m3，砌石18.01万m3；其中可利用的开挖土料50.86万m3、开挖石料0.9万m3。均质土坝方案工程直接投资费用为32651.43万元。 3.1.2 心墙坝方案

本区土料丰富，物理力学指标满足防渗要求，适于土质防渗体分区坝对防渗体要求。根据心墙坝设计成果，防渗心墙沿坝轴线布置于坝体中部，填筑黄土、黄土状壤土的混合土；心墙外侧均为坝壳料体，填筑开采石料、河滩砂砾石及施工弃渣料。防渗心墙为等腰梯形断面，顶宽5.0m，底宽77.86m，上、下两侧边坡均为1:0.6，心墙上、下游侧分别设2层反滤层，其水平厚度3.0m。坝壳体上游边坡为1:2.2，下游坝坡比为1:2.0。利用料区布置在下游坝壳体内, 利用料区顶宽10m，底宽30m，利用料区顶高程875.0m，底高程855.0m。本方案共需开挖土方259.85万m3，开挖石料52.5万m3，防渗体土方75.53万m3，堆石坝壳料180.2万m3，其中可利用开挖土料47.01万m3、开挖石料19.14万m3。心墙坝方案工程直接投资费用为36079.32万元。 3.1.3 斜墙坝方案

根据斜墙坝设计成果，防渗斜墙布置于坝体上游侧，填筑黄土、黄土状壤土的混合土；斜墙下游侧为坝壳料体，填筑开采石料及施工弃渣料。防渗斜墙顶部高程为5.9m，顶宽9.0m，底宽116.1m，外坡比为1:2.75，内坡为1:0.75。防渗斜墙与坝壳上游连接处设2层反滤层，其水平厚度3.0m。坝壳体上游边坡为1:0.75，下游坝坡比为1:1.8。利用料区布置在下游坝壳体内，利用料区顶宽10m，底宽60m，利用料区顶高程880.5m，底高程855.5m。本方案共需开挖土方265.0万m3，开挖石料53.5万m3，防渗体土方149.57万m3，堆石坝壳料140.3万m3，其中可利用开挖土料48.06万m3，开挖石料40.17万m3。斜墙坝方案工程直接投资费用为35448.69万元。 3.1.4坝型选定

将以上三种坝型方案作以对比分析见表3-1。

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花园水库坝型比较表

表3-1 方 案 项 目 坝顶宽度 主 要 技 术 指 标 坝顶长度 最大坝高 坝底最大宽度 坝坡(上游；下游) 均质土坝 m m m m 万m3 万m3 万m3 万m3 10 498.2 47.8 300.8 1/2.75、1/3；1/2.75 337.78 380.74 0 0 心墙坝 10 498.2 47.8 230.2 1/2.2；1/2.0 312.35 0 75.53 180.2 斜墙坝 10 498.2 47.8 249.4 1/2.75；1/1.8 318.5 0 149.57 140.3 土石方开挖 主 要 工 程 量 大坝碾压填土方 防渗体土方 坝壳料 筑坝材料 充分利用当地丰富土利用部分施工弃料，需开挖料资源 大量坝壳料 施工工艺简单，工期短 施工工艺及工期 水土保持及环境影响 工程投资(直接费) 施工较复杂，工期较长 水土保持措施较简弃料量大，对水土保持不利，单，对环境影响较小 环境影响较大 32651.43 36079.32 35448.69 万元 从表3-1可以看出，均质土坝方案工程投资最低，结合考虑本方案施工工艺简单、运用安全等优点，确定花园水库大坝坝型选用碾压式均质土坝坝型。

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第二节 挡水坝体断面设计

3.2.1坝顶高程的确定

花园水库工程为大（2）型等中型工程，大坝为2级建筑物。水库正常蓄水位为3.0m，设计洪水位为3.09m，校核洪水位5.68m。坝顶高程由水库静水位与坝顶超高之和决定。依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）第5.3.3条规定，分别按以下运用情况计算，取其最大值。

① 设计洪水位+正常运用情况的坝顶超高； ② 正常蓄水位+正常运用情况的坝顶超高； ③ 校核洪水位+非常运用情况的坝顶超高；

④ 正常蓄水位+非常运用情况的坝顶超高+地震安全加高； 根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97）第5.2.3条规定，确定地震区土石坝的安全超高时应包括地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深，取地震涌浪高度为0.5～1.5m。由于本工程区地震烈度为Ⅵ度，可不考虑地震情况。

采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274~2001）附录A，莆田试验站公式计算风浪爬高。对于2级坝，取累计概率P=1%的爬高值R1%作为设计爬高值。

计算采用参数：

花园坝址水库吹程为1.5km； 库区多年平均最大风速为15m/s；

设计风速：正常运用采用多年平均最大风速的1.5倍，即22.5m/s； 非常运用采用多年平均最大风速15m/s。 坝顶超高由下式计算确定： Y=R+e+A

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式中： Y－坝顶超高（m）； R－波浪爬高（m）；

e－最大风壅高度（m）； A－安全加高（m）。

计算结果见表3-2，表中安全加高A，依据规范按正常情况、非常情况分别取1.0、0.5m。

坝顶高程计算成果表

表3-2 单位： m 项目 工况 工况1 波浪爬高R 1.566 最大风壅高度e 0.004 安全加高A 1.0 坝顶超高Y 2.571 地震安全加高 水库 水位 3.09 坝顶 高程 5.661 工况2 1.567 0.004 1.0 2.572 3.00 5.572 工况3 0.994 0.002 0.5 1.514 5.68 7.194 工况4 1.567 0.004 1.0 2.572 0.0 3.00 5.572 从上表计算结果看，工况3 即校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高7.20m为控制工况。考虑到本阶段设计资料的精度，为安全期间，坝顶高程留有一定安全富裕，初步确定坝顶高程为7.5m；为了使坝体投资更显经济，在规范允许的范围内本次对坝的上部构造采用在坝顶上游侧加设防浪墙的型式，防浪墙净高为1.2 m，这样坝顶高程为6.3m。

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第三节 坝体渗流计算

坝体渗透计算目的是为了确定设计情况下的浸润线及等势线，以进行坝坡稳定分析，计算渗漏量，渗透坡降，判断渗透稳定性，确定坝体浸润位置。大坝渗流计算断面选取河床段坝体最大断面，计算所采用的土料和坝基岩土渗透系数指标值选取详见表3-3。

坝体土料和坝基岩土渗透系数选用表

表3-3 地质资料建议水部位 平渗透系数（cm/s） 坝体 坝基 坝基 坝基 6.14×10-6 6.5×10-2 1.56×10-3 4.823×10-5 本次设计取用水平渗透系数 （cm/s） 6.14×10-6 6.5×10-2 1.56×10-3 4.823×10-5 新坝 4m厚砂卵石 20m厚风化砂岩 16m厚弱风化砂砾岩 备注 根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）第8章相关规定，大坝渗流计算应包括以下4种工况进行计算。

1）上游正常蓄水位与下游相应的最低水位： 2）上游设计洪水位与下游相应的水位： 3）上游校核洪水位与下游相应的水位： 4）库水位降落时上游坝坡最不利的情况。

结合工程本身特点，由于洪水历时较短，且水库水位变化不大，

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所以本此计算只计算工况1、4。其中工况1为上游正常蓄水位3.0m、下游无水情况下的稳定渗流计算；工况4为正常蓄水位3.0m、下游无水情况下，采用泄洪洞排空库水时水位降落的最不利情况。由于水位降落不稳定渗流

按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）第八章的计算原理和有关规定，计算上游正常蓄水位3m与下游相应的最低水位时大坝的浸润线、等势线及坝体、坝基渗透坡降及渗漏量。采用南京水利水电科学研究院编制的《土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序》（DQB）进行计算。

大坝渗透坡降成果表

表3-4 单宽渗流量计算工况 计算渗透坡降最大值 允许坡降（I允） （m3/d.m） 工况1 2.1 4 5.95 工况4 1.3 4 经计算，坝体填土的最大渗透坡降小于允许渗透坡降，说明坝体填土渗透正常，满足要求。因此，大坝不会发生渗透破坏。渗流计算结果见表3-4、图3-1。坝体和坝基的单宽渗漏量为q=5.95m3/d·m。

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第四节 土坝稳定计算

大坝计算断面选取河床段坝体最大断面，计算所采用的土料和坝基岩土相关参数详见表3-5。

坝体土料和坝基岩土物理力学指标选用表

表3—5 含水量 土性 部位 比重 W % 人工填筑 干容重 Pd g/cm3 天然容重 R g/cm3 饱和容总应力 重 Rsat g/cm3 有效应力 C’ KPa/m2 Ccu Kpa/m2 Φcu 度 Φ’ 度 坝身 2.7 2.7 16.5 1.65 2.0 2.15 2.15 1.92 2.2 2.33 2.33 2.04 2.20 2.33 2.33 25 200 200 22 27 28.8 28.8 20 200 200 25 27 28.8 28.8 砂卵石 坝基 岩石 岩石 坝基 2. 堤基 2. 根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）第8章相关规定，大坝坝坡稳定计算应包括以下4种工况进行计算。

1）施工期的上、下游坝坡； 2）稳定渗流期的上、下游坝坡； 3）水库水位降落期的上游坝坡； 4）正常运用遇地震的上、下游坝坡；

由于本工程震基本烈度为Ⅵ度，故不考虑工况4；工况1为施工期坝体竣工还未蓄水时的上、下游坝坡的稳定，由于缺乏施工期坝体填筑土实测资料，故本阶段不考虑工况1；工况2为大坝上游正常蓄水位3.0m、下游无水、坝体稳定渗流时的上、下游坝坡的稳定；工况3为大坝上游正常蓄水位3.0m、下游无水情况下，采用泄洪洞排

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空库水时水位降落期的上游坝坡的稳定。

对于工况3的浸润线，由于坝身渗透系数较小，坝身内渗流自由水面在水位降落后仍保持有总水头的90%左右，可近似认为坝身浸润线基本保持原位置不变，故可按照水位开始降落前的浸润线位置进行上游坝坡的稳定分析，这样也较为安全。

坝坡稳定计算按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）第八章第8.3.2条规定，土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应采用有效应力法计算。计算采用《土质边坡稳定分析程序STAB》进行计算，程序所有公式均为《碾压式土石坝设计规范》中的通用公式。

经计算，各种工况下稳定计算结果见表3—6、图3—2、图3—3、图3—4。

坝坡稳定计算成果表

表3—6

计算采用类型 计算工况 a)正常蓄水位（3.0m） 骤降到低水位（非常） b)正常蓄水位（30m） 稳定渗流（正常） c)正常蓄水位（3.0m） 稳定渗流（正常） 稳定安全系数 最小安全系数 1.422 1.508 1.473 1.25 1.35 1.35 上游坝坡 下游坝坡 注：表中规范最小安全系数由《碾压式土石坝设计规范》表8.3.10查得。

由表3—6计算的结果可以看出，各工况下计算所得最小安全系数均大于规范规定值，表明大坝上、下游坝坡满足规范要求，不会发生稳定破坏。

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第五节 细部构造设计

3.5.1坝体设计

大坝按均质土坝设计，土坝坝顶高程由上节计算确定为6.30m，防浪墙顶高程7.50m，水库正常高蓄水位3.00m，正常蓄水位下水库库容为19650万m3，最大坝高47.8m，坝顶总长度498.2m，拟定坝顶宽10m，坝底宽300.80m。

根据地质报告提供的有关参数，经大坝渗流、稳定计算拟定上游坝坡坡比由坝顶到坝底依次为1：3、1：3.25和1：3.5，在高程831.30m、866.30m处分别设宽1.5m宽的马道；下游坝坡坡比由坝顶到坝底依次为1：2.5、1：2.75和1：3.0，在高程884.30m、872.30m处分别设宽3.0m宽的戗台。

依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），大坝上、下游分别进行护坡处理，坝顶设防浪墙，高1.2m。上游坝坡面采用干砌石护坡，其下层设反滤层，由上至下依次为40cm干砌石、30cm厚碎石垫层、20cm砂垫层；下游坝坡面采用M7.5MU30浆砌石网格植草皮护坡；坝顶路面采用沥青碎石路面，由上至下依次为6cm厚沥青路面、15cm厚泥灰结碎石垫层、15cm天然砂砾石垫层。

坝体排水采用在下游坝趾设置堆石排水棱体，棱体顶面高程以大坝下游河道最高水位加相应的波浪爬高后，确定为858..5m，棱体顶宽3.0m，内侧坡比1：1.5，外侧坡比1：2.0，棱体高10.3m，棱体内侧与坝体接触面设反滤层过渡。

同时，在坝体内设水平褥垫排水，以有效降低浸润线。大坝基础设宽8m的结合槽，槽底板最低高程845.50m。 3.5.2坝料选择与填筑标准

花园水库枢纽大坝推荐为均质土坝，所需主要建筑材料为土

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料。水库大坝位于黄土高原的峡谷之中，其上、下游和左右两岸广泛分布黄土地层，本阶段对坝址左、右坝肩上、下游进行勘探，初选了6个料场，6个料场表面复盖层即无效层均在1~1.50m之间，开采高程分别为：Ⅰ料区910~970m之间，Ⅱ料区875~5m之间，Ⅲ、Ⅳ料区（姚家湾村）870~900m之间，Ⅴ、Ⅵ料区（溢洪道）910~950m之间。土层为Q3及Q2和黄土夹古土壤层，按颗粒组成及塑性指数分类为粉质壤土。表部发育有小型冲沟、洞穴陷井。地下水位埋藏深，位于基岩之内。

根据土料物理性质试验及质量指标评价结果，土料最大干密度平均值ρdmax=1.75g/cm3，最优含水量平均值ωop=16.53%，天然含水量平均为15.2%，天然含水量非常接近于最优含水量外，其它各项技术指标符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251－2000）对均质土坝坝料质量的技术要求；根据6个土料场的分布、储量的勘探结果其储量也完全满足设计需要。可就近取材交通运输显得十分方便，非常适宜建设当地材料坝（均质土坝）。

坝料填筑标准：压实度不应小于98％；土料上坝时一般不需要进行加水处理，填筑含水量应接近于最优含水量16.53％；渗透系数不大于1×10-4cm/s。 3.5.3大坝基础处理

根据地质报告；“坝址处河床覆盖层厚约6.25m，最厚达8.0m，岸坡基岩出露范围大，且连续性好，岩体较完整，强风化深度5～8 m，卸荷3～8 m。”

由于河床覆盖层由上至下地层岩性分别为土层（黄土+砂壤土）、砂砾石层。“而土层疏松、质软、强度低，不能作为天然坝基；砂砾石层为松散至中密状，其间夹淤泥软土薄层，强度较低，作为

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坝基沉降量大。”为此，设计时结合覆盖层现状、地质提出的处理意见、工程量尽量节省等因素，拟将河床段覆盖层上层的土层全部挖出，再对覆盖层下层的砂砾石层进行碾压处理后将坝基座落于其上。坝体在两岸岸坡段则结合基岩的强风化线对岸坡进行削坡处理，底部基岩部分坡比为1：1，上部土层按1：2设计，使坝体坝基在岸坡部分不致发生渗透破坏和变形。 3.5.4坝体、坝基防渗及库区防渗处理

在河床段采用明挖覆盖层至基岩面回填粘土的截水槽，截水槽距坝轴线上游20m处，截水槽为梯形断面，底宽8.0m，两侧边坡1：1.5，槽底铺1.5m厚的C15砼垫层。在槽底设一排固结灌浆孔，用于改善强风化基岩的透水性，增强基础的抗渗性，固结孔深8.0m，孔距2.0m，河床段范围坝0+076.4～坝0+443.1。同时在槽中间布置一排帷幕灌浆孔，连接左右岸帷幕。帷幕灌浆的处理下限以岩层的渗透系数≤5lu为界并根据规范再向下深入5.0 m，孔距2.0m，最小深度21m，最大深度38m，各灌浆段的具体划分如下：

（1）河床段帷幕灌浆处理范围为坝0+055.6～坝0+424.1共368.5 m；

（2）岸坡段桩号为坝0+000～坝0+055.6（左坝段）共55.6 m及坝0+424.1～坝0+498.2共74.1 m;

（3）坝肩段处理根据地质资料，通过对渗径分析计算，左坝肩段防渗处理长度向山头深入100m，即坝0-100～坝0+000；右坝肩段防渗处理长度结合溢洪道闸室防渗，防渗处理长度共计220.8m，其中平行于坝轴线方向为坝0+498.2～坝0+656.0长157.8 m，为了连通溢洪道闸室防渗向上游垂直于轴线63.0 m。

河床段、岸坡段、坝肩段各防渗段连通，形成一个封闭的垂直

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防渗体。用以防渗和防止产生渗透破坏。

根据地质报告，坝址上游库区约2.2km范围内由于临达溪河侧（左岸）存在一层水平向胶结程度不一的砂砾石层，渗透性较强，需对该层进行封闭处理，本阶段对该层渗漏通道沿上游2.2km范围内采用混凝土塞填堵封闭，以解决库区因临谷渗漏而造成库容的损失。

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第四章 溢洪道设计

第一节 溢洪道体型设计

4.1.1溢洪道轴线选择

在推荐坝址枢纽工程布置中，溢洪道轴线的布置进行了左岸和右岸的比较，溢洪道布置在左岸，进出口布置均比较困难，长度较长，有弯道水流归河不顺畅，且处理起来工程量较大。

右岸地形为一十分凸出的山头，对布置溢洪道十分有利。进出口布置简单，长度较短，水流归河顺畅，处理起来工程量也不大。根据上述，本阶段推荐溢洪道布置在右岸这一方案。 4.1.2溢洪道进口型式的选定

溢洪道进口型式进行了堰顶自由溢流和堰顶设闸门两种方案的比较，本工程泄水建筑物型式为底孔泄洪排沙洞和表孔溢洪道联合泄洪。根据调洪计算，如果采用堰顶自由溢流，即堰顶高程同正常蓄水位3.0m时，则溢洪道泄流量较小，导致大坝加高和泄洪洞断面增大，且溢流堰堰高增加，堰体基础处理工程量也较大。采用堰顶设闸门方案，降低了进口堰顶高程，增大了溢洪道泄流量，但运行管理不方便。经技术经济比较，本阶段将堰顶设闸门作为溢洪道进口的选用型式。 4.1.3溢洪道体型设计

溢洪道布置在大坝右岸，为岸边开敞式正槽溢洪道，轴线在平面上与坝轴线夹角90°。溢洪道由进口引水明渠、控制段溢流堰、泄水陡槽、出口挑流鼻坎和护坦等五部分组成。溢洪道全长282.0m。最大下泄流量3276m3/s。 ①进口引水明渠

结合溢洪道轴线地质，溢流堰即控制段应位于比较坚硬、完整

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的岩石上，并使水流平顺、流畅，为此，控制段拟深入山体37.7m，作为溢洪道的引水渠部分，引水渠段长30.0 m，底板高程为878.0m，底板比降i＝0，其前缘以1：3的坡比与库底相连，左侧以圆顺的椭圆型翼墙与左岸坡相连，右侧以扭面形式与岸坡相接。根据地质报告，“溢洪道堰顶以前为岩体较破碎的极软岩，页岩质软，风化速度快，不耐冲刷，稳定性差。”为此，对进口前缘直接以1：3的倒坡段采用0.3m厚浆砌石防护，圆顺翼墙段采用混凝土衬护；右侧岸坡水下部分坡比采用1：3，并用0.3m厚浆砌石砌护。 ②溢流堰

根据水库调洪结果，溢洪道在设计洪水时下泄流量2448m3/s，校核洪水时下泄流量3276m3/s；相应设计洪水位为3.09m，校核洪水位为5.68m。控制段采用WES型低实用堰，溢洪道堰顶高程881.0m，采用3孔，单孔宽12.0m，堰净宽36.0m，堰总宽41.0m，堰体材料采用C20混凝土。控制段全长25m，上游堰高3.0m，下游堰高5.5m。下游堰面与坡比为1：1的直线相切，直线段通过反弧半径为10m、中心角为45o的圆弧与底板相接。为满足水库正常运行蓄水要求，在堰顶设浅孔闸挡水，闸室设一孔12.0×12.5m（宽×高）－12ｍ的叠梁检修闸门和3孔12.0×13.0m（宽×高）－12.5ｍ的的弧形工作闸门，设2个混凝土中墩（墩宽2.5m）、2个混凝土边墩，墩顶高程与坝顶高程相同为6.3m，墩高19.0m。.闸室段总宽41.0m。检修闸门布置在堰顶处，为前水封、滑动支承、平面焊接结构，底槛高程881.0m，采用充水阀充水平压、静水启闭，启闭设备采用2×160kN-10m移动门式启闭机，布置在86.3m高程闸墩上。弧形工作闸门位于堰顶下游，底槛高程880.5m，低于堰顶0.5m，为斜支臂、球铰支承、双吊点焊接弧形钢闸门，动水启闭、可任意

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开度运行，启闭设备采用QPQ2×320kN－10m悬挂式表孔弧门液压机，布置在4.0m高程启闭机室内。3孔闸门液压启闭机拟设一个公用液压泵站，布置在中间孔口处，泵站配4套油泵电机组，3套工作，一套备用。 ③泄水陡槽

根据地形地质条件，泄水陡槽采用矩型断面，底坡采用先缓后陡，这样有利于保持陡槽水流为急流的流态。泄槽在立面上分别设1/500和1/3的两个比降段；1/500比降段(溢0+021.50～溢0+175.862)为一级泄槽段在平面上首先以渐变段形式与控制段相连，使泄槽宽度由41.0m渐缩至36.0m，长50m，其后接104.71m长的等宽泄槽；该段底板采用C20钢筋混凝土衬砌，衬砌厚0.7m。1/3比降段(溢0+175.862～溢0+225.25)为二级泄槽段，泄槽底宽为36.0m，长49.39 m，该段底板采用C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚1.0m。泄槽整体均为复式断面，下部过水断面采用矩形断面，底板以及侧墙均采用混凝土和锚杆联合衬砌，墙顶高程依据水面线计算成果确定。侧墙顶以上以1：1的坡比削至岸顶，高度每15m设一戗台。最高泄槽深约90.0m。在泄槽底板布设纵横排水管，横向排水管直径为50mm，间距10m，通过2根直径100mm的纵向无砂砼排水管排向下游。

溢洪道两岸边坡岩石开挖坡比为1：0.3，土层开挖坡比为1：1。为防止风化破坏，对溢洪道进口的坡面及泄槽两侧开挖后出露的砂页岩互层坡面全部采用喷射C20砼（200mm厚）进行防护处理。 ④出口挑流鼻坎

桩号溢0+225.25～溢0+248.42m为出口挑流消能段，该段长23.2m，坎顶高程860.0m，反弧半径R＝30.0m，挑射角θ＝25°。经

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计算，校核洪水情况下，最大挑距L＝100m，冲刷坑深度T＝26.5m。根据计算结果可看出，挑射水流距坝脚较远，冲坑深度不大，不会对大坝及别的建筑物造成影响。

第二节 溢洪道水力计算

4.2.1溢流堰泄流能力和库水位与溢洪道泄流量关系曲线计算

泄流能力采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A.2对开敞式WES型曲线实用堰的泄流能力公式进行计算：

QcmmB2gH023H0H20v02g式中： Q —流量 （m3/s）；

ｂ—单孔宽度，b=12ｍ； ｎ—闸孔数目，n=3；

B —溢流堰的总净宽 （m）； B=n×b=36m； H0—计入行进流速的堰上总水头 （m）； V0—行进流速 （m/s）；V0 =3.9m/s α0—动能修正系数，可近似取1.0； H—堰上水头（m）；H=5.68-881=14.68m g—重力加速度 （m/s2）；取9.81 m—流量系数；m取0.42；

C—上游面坡度影响修正系数；C=1.0；

ε—闸墩侧收缩影响系数；通过下式计算 10.2k(n1)0H0 nb 上式适用于H0／b≤1，当H0／b＞1时，Ｈ0／b

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仍取值1.0；

ζｏ—中墩形状系数；取作0.63； ζｋ—边墩形状系数；取作0.7； δm—淹没系数；δm=1.0

计算得溢洪道在校核洪水位5.68m时，最大泄流量为3276m3/s。库水位与溢洪道泄流量关系曲线见表4-1。

库水位与溢洪道泄流量关系曲线

表4-1

库水位881.0 882.0 883.0 884.0 885.0 886.0 887.0 888.0 8.0 Z(m) 泄流量Q0.0 66.2 185.3 336.6 512.4 708.0 920.0 1145.8 1383.4 （m3/s) 库水位0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 Z(m) 泄流量Q1631.1 1887.3 2150.7 2420.2 2729.0 3049.9 3382.4 3726.2 4080.9 3（m/s） 库水位9.0 900.0 901.0 902.0 903.0 90040 905.0 906.0 907.0 Z(m) 泄流量Q4446.3 4821.9 5207.5 5602.9 6007.9 22.1 6845.5 7277.8 7718.8 （m3/s) 4.2.2泄槽起始断面水深的计算

泄槽起始断面水深的计算采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A.3的A.3.1-3公式进行计算，计算公式如下：

hq2gH0hcos式中： h—泄槽起始断面水深（m）；

q —计算断面单宽流量（m3/s·m）； q=96.5m3/s·m H0—计算断面渠底以上的总水头（m）；H0＝15.27m θ—泄槽底板与水平面的夹角（°）；

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φ—考虑了水头损失的流速系数； 经计算，泄槽起始断面水深h＝5.96m。 4.2.3泄槽水面线的推求

泄槽水面线的推求，采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A.3的A.3.1能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：

1v121v12h2cos2gh1cos2giJJn2v2R43l12 式中： ΔL1-2—分段长度，m；

h1、h2—分段始、末断面水深，m； θ—泄槽底底坡角度，（°）；

v1、v2—分段始、末断面平均流速，m/s； α1、α2— 流速分布不均匀系数，取1.05； i—泄槽底坡，i=tgθ；

J平—分段内平均摩阻坡降；

n—泄槽槽身糙率系数，查表取0.014；

v平—分段平均流速，v平=（v1+ v2）/2，m/s； R平—分段平均水力半径，=（R1+R2）/2,m； 各断面水深计算结果见表4—1。 4.2.4泄槽掺气水深的计算

波动及掺气水深采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A.3的A.3.1公式进行计算，计算公式如下：

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hb(1v100)h 式中： h—不计波动及掺气的水深 ，m； hb—计入波动及掺气的水深，m；

v—计入波动及掺气的计算断面的平均流速，m/s; ζ—修正系数，一般取1.0～1.4s/m。视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s时，宜采用较大值。采用v<20m/s时ζ取1。当v>20m/s时ζ取1.2 。

各断面掺气水深计算见表4—2。

泄槽水面线和掺气水深计算成果表(Q=3276m3/s)

表4—2

桩号 (m) 0+021.15 0+071.15 0+101.15 0+175.862 0+225.25 水深h (m) 5.14 6.06 6.11 6.23 4.10 流速v (m/s) 16.6 16.0 15.80 16.5 24.0 掺气后水深 (m) 6.2 7.2 7.5 7.6 5.2 备注 由表4-2可知，泄槽最大水深7.6m。考虑一定的安全超高，取最大边墙高度8.4m。 4.2.5挑流消能计算 a)挑距计算

水舌挑距按水舌外缘计算，计算公式如下：

12lV1sincosV12sin22gh1h2g 44

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式中：L—自挑坎末端起算的挑流水舌外缘挑距（m）；

V1—坎顶水面流速（m/s），按鼻坎处平均流速v的1.1倍计； θ—鼻坎挑射角（°）；

h1—坎顶垂直方向水深，h1=h/cosθ(h为坎顶平均水深)(m); h2—坎顶至河床面高差（m）。 b)冲坑最大水垫深度按下式计算 t=kq1/2 h1/4

式中： t——自下游水面至坑底的最大水垫深度（m）； q——单宽流量（m3/s/.m）； h——上、下游水位差（m）； k——冲刷系数，取k=1.25。 挑流计算结果见下表4—3。

消能计算成果表

表4—3 项目 库水位（m） 下泄流量（m3/s） 鼻坎坎顶水面流速（m/s） 冲刷坑最低点距鼻坎距离（m） 冲坑深度（m） 冲坑深度/最大挑距 3.0（设计洪水位） 2435 24.4 100.04 26.5 1/3.78 由表4-2可知，计算得最大挑距为100.04m，最大水垫深度为26.5m。《根据混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）有关规定，冲刷坑最低点距坝址的距离应大于3倍坑深，本溢洪道冲刷坑最低点距挑流鼻坎末端距离为100.04/26.5=3.78倍坑深，不会对建筑物及两岸山坡造成大的影响，不会威胁它们的稳定安全，满足要求。

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第五章 导流泄洪排砂洞设计

第一节 导流泄洪排砂洞体型设计

5.1.1导流泄洪排砂洞布置及型式

在对推荐坝址枢纽布置时,对排砂泄洪洞洞线进行了大坝左、右岸布置的比选，选定的洞线位于大坝右岸，且在溢洪道的左侧，紧靠坝肩布置，进口位于坝轴线上游146m处，出口位于坝轴线下游165m处，洞线方向在平面上与坝轴线夹角90°，主要由进口段、闸室段、洞身段和出口挑流鼻坎段四部分组成。隧洞属于永临结合建筑物，主要任务是泄洪、排砂（保证输水洞进口“门前清” ）和放空水库，并兼顾施工期导流和度汛。 5.1.2施工期的任务和规模 5.1.2.1导流标准

根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303－2004)，临时建筑物按4级设计，导流设计标准结合本工程实际情况，确定按10年一遇洪水考虑，相应的洪峰流量为1270m3/s。 5.1.2.2导流方式

根据水库枢纽的建筑物布置，结合坝址地形及施工技术条件,经比较选用两期基坑的导流方式。一期利用左岸主河槽导流；二期围堰对河道拦断截流，在枯水期由右岸泄洪洞导流 5.1.3导流泄洪排砂洞的设计 5.1.3.1进、出口底板高程的确定

根据隧洞进口处地形条件，考虑施工期导流隧洞过水要求、泄洪排砂洞放空水库、排砂及水砂调节结果等要求，经过分析比较确定进口底板高程856.0m。

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为满足隧洞明流状态过水，隧洞底坡按陡坡设计，坡比取i=1％。根据出口处河道处水位～流量关系，保证导流、渡汛期间隧洞为自由出流，分析比较确定隧洞出口底板高程为853.4m。 5.1.3.2导流泄洪排砂洞的设计

导流泄洪排砂洞全长310.5m，进口为压力孔口，断面形式为7×8m的矩形。采用矩形塔式进口，塔后接无压明流洞，断面形式为7.5×10m城门洞型，隧洞比降为i=1％。

隧洞进口引渠段长28.0 m，进口高程为848.2m，其前缘以1：0.3的坡比与放水塔底板相连，放水塔底板高程为856.0m，高度46m，采用C25钢筋砼衬砌，砼抗冻标号F200。塔基进行固结灌浆，固结灌浆孔间排距3.0m，梅花形布置，深入岩石5.0m，固结灌浆压力为0.3～0.5Mpa。

隧洞洞身段长240m，断面采用城门洞型，尺寸为7.5×10m（宽×高），顶拱圆弧内半径5.0m，中心角96°44′，直墙高8.4m，顶拱高1.6m，，洞后接20 m长明槽，比降均为i=1%。通过水力计算可知，洞内最大水深8.05m。洞身断面直墙高度8.4m，水面在直墙以下0.4m，水面以上的净空面积满足隧洞面积15％的要求。故洞身断面尺寸满足设计要求。

隧洞全断面采用钢筋砼衬砌，顶拱及侧墙采用C25钢筋砼衬砌，底板采用C40高强防冲耐磨砼衬砌。进口段20m及出口段50m衬砌厚度为1.0m；洞身段衬砌厚度0.8m。

隧洞洞身全断面进行固结灌浆，灌浆孔间排距3.0m，梅花形布置，深入岩石5.0m，灌浆压力为0.3～0.5Mpa；顶拱部分进行回填灌浆，回填灌浆压力为0.2～0.3Mpa

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出口段采用挑流消能的方式进行消能。挑流鼻坎长19.5m，坎顶高程为856.6m，末端设齿槽，齿槽底高程为843.35 m，反弧半径R=50m，鼻坎挑射角θ=21°04′。为提高鼻坎基础岩石的整体性，基岩内布置5.0m深固结灌浆孔，间距3.0m，梅花形布设。

隧洞洞身全部位于厚层砂岩和砂砾岩中，砂岩完整、均质、且强度相对较高，隧洞围岩划分为Ⅲ类围岩，地质条件较好；但“隧洞进出口段边坡覆盖层较薄的黄土及砂砾石层，稳定性差，特别是进口段位于水库蓄水位下，松散堆积层是不稳定的，应予以开挖处理”对此，设计上对该部分采取全部清除的处理方式。 5.1.3.3金属结构设计

导流泄洪排砂洞放水塔设在竖井岩石内，布设7×8m平板事故检修兼挡砂闸门和7×7m弧形工作闸门各一扇，底槛高程856.0m，设计水头均为37m。事故检修兼做挡砂闸门为前水封、滚轮支承的平面检修闸门，II型门槽，发生事故时动水闭门、静水启门，汛期不泄洪时闭门挡砂避免泥砂进入闸室，运行方式为动水启闭。启闭设备选用QPG3200ｋN-40m高扬程固定卷扬启闭机；工作闸门为直支臂、球铰支承、单吊点的弧形钢闸门，运行方式为动水启闭、任意开度运行，启闭设备拟选用QHSY2500ｋN/1000ｋN-9.5m摇摆式液压启闭机，液压启闭机泵站设置在事故检修闸门启闭机闸室内，配两套油泵电机组，一套工作，一套备用。进口放水塔内事故闸门前设有一套冲砂系统，用于泥砂淤积后扰动泥砂。闸室顶部拟布置桥机HS200 kN -18m，用来检修闸室内的两台启闭设备。

第二节 导流泄洪排砂洞水力计算

泄洪洞类似流线型管嘴出流，具有较大的泄流能力。当流量从孔口出流过渡为堰流时，自由水面开始与隧洞进口顶面脱离，流量

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较不稳定，这一过渡范围用绘图方法确定：当坎顶水头H0＞10.5m时（1.5倍孔口高度）为孔口出流；H0＜10.5m时为堰流。 5.2.1泄流能力和水位-流量关系曲线计算 5.2.1.1施工导流期

二期枯水期采用导流泄洪洞过流，泄洪洞的下泄流量等于来水流量；汛期，坝体临时断面挡水，泄洪洞继续过流，坝体临时断面按50年一遇洪水设计，百年一遇洪水校核，校核标准的洪峰流量为4030 m3/s，经调洪计算，最高洪水位878.4m，导流泄洪洞最大下泄流量766.0m3/s。 5.2.1.2运用期

孔口自由出流的公式为：

Qsbe2g(H0hc)

式中：μs为隧洞进口流量系数，对于用混凝土衬砌的泄水隧洞，当有压段的长度较短，如不超过洞高的10倍，在初步设计时，可暂假定μs=0.90左右。当开度接近全开时，hc≈e。令H0—hc=Z则上式又可写作：

Q0.9be2gZ

式中：Q—无压流时的泄流量；

b—孔口宽度； e—孔口开度（全开）； Z—上下游水位差； H0—孔口顶板以上水头。

堰流计算公式为：

Qmb2gH032

式中：m—为流量系数（初步设计时可假定m=0.35）；

b—孔口宽度； H0—底坎以上水头。

当发生2000年一遇校核洪水时，相应库水位5.7m，泄洪洞下泄量1116.7m3/s；100年一遇设计洪水时，相应库水位3.0m，下泄量1071.2m3/s，正常蓄水位3.0m时，下泄量1070.0m3/s

经计算泄洪排砂洞最大泄量Qmax＝1116.7m3/s。

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花园水库枢纽设计

泄洪排砂洞水位-流量关系曲线见表5-1

泄洪排砂洞水位-流量关系曲线表

表5-1 库水位 Z(m) 泄流量 3Q（m/s) 库水位 Z(m) 泄流量 3Q（m/s） 库水位 Z(m) 泄流量 3Q（m/s) 库水位 Z(m) 泄流量 3Q（m/s) 库水位 Z(m) 泄流量 3Q（m/s) 856 0 866 293.0 875 7.9 884 873.6 3 857 10.9 867 343.2 876 676.7 885 5.2 4 858 30.7 868 390.7 877 704.3 886 916.2 5 859 56.4 869 436.8 878 730.9 887 936.8 6 860 86.8 870 478.5 879 756.5 888 956.9 7 861 121.3 871 516.8 880 781.4 8 976.7 8 1139 862 159.5 872 552.5 881 805.4 0 863 201.0 873 586.0 882 828.8 1 8 245.6 874 617.7 883 851.5 2 996.0 1015.0 1033.6 9 1155 900 1172 901 1188.2 1051.9 1069.9 1087.6 1105.0 1122.1 5.2.2无压洞段水面线计算

根据《水工隧洞设计规范》，以2000年一遇的校核洪水情况下泄流量1116.7m3/s为控制流量，推算洞内水面线。根据能量方程，用分段求和法计算。计算公式如下：

1v121v12h2cos2gh1cos2giJJn2v2R43l12

式中： ΔL1-2—分段长度，m；

h1、h2—分段始、末断面水深，m； θ—洞底底坡角度，（°）；

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水利厅工作站05春本毕业设计

v1、v2—分段始、末断面平均流速，m/s； α1、α2— 流速分布不均匀系数，取1.05；

i—洞底底坡，i=tgθ；

J平—分段内平均摩阻坡降；

n—洞身糙率系数，查表砼衬砌糙率n=0.015； v平—分段平均流速，v平=（v1+ v2）/2，m/s； R平—分段平均水力半径，=（R1+R2）/2,m；

无压洞段洞内水流为C3型壅水曲线，洞内最大水深h＝8.04m，该处流速v＝21.3m/s。沿程水流流速范围24.4～21.3m/s。 5.2.3掺气水深计算

深孔闸后洞内无压流的流速较大，应考虑水流掺气而增加的水深。

无压隧洞掺气水深计算公式：

vhb1h100式中：hb——计入波动及掺气的水深（m）； h——不计入波动及掺气的水深（m）；

v——不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速（m/s）； ξ——修正系数。 5.2.4出口消能计算

水舌挑距按水舌外缘计算，公式如下：

L12v1sincosv1cosv12sin22g（h1cosh2） g



式中：L----自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距（m）；

θ----挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角

（°）；

h1----挑流鼻坎末端法向水深（m）；

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花园水库枢纽设计

h2----鼻坎坎顶至下游河床高程差（m），如计算冲刷坑

最深点距鼻坎的距离，该值可采用坎顶至冲坑最深点的高程差；

v1----鼻坎坎顶水面流速（m/s），可按鼻坎处平均流速

v的1.1倍计。

挑流计算结果见下表5－2。

消能计算成果表

表5－2 项目 库水位（m） 下泄流量（m3/s） 鼻坎坎顶水面流速（m/s） 冲刷坑最低点距鼻坎距离（m） 冲坑深度（m） 冲坑深度/最大挑距 3.0（设计洪水位） 1070 22.05 122.58 33.73 1/3.63 出口挑流鼻坎，长19.5m，宽度由7.5m扩散至12m，平面扩散角7°，挑射圆弧半径50m，挑射角21°04′，鼻坎高程856.56m。《根据混凝土重力坝设计规范》（DL5108－1999）有关规定，冲刷坑最低点距坝址的距离应大于3倍坑深，从表5-2的成果可以看出泄洪洞挑流消能满足该条件，不会对建筑物及两岸山坡造成大的影响，威胁它们的稳定安全，故满足设计要求。

第三节 导流泄洪排砂洞结构设计

5.3.1放水塔的稳定计算 1）荷载组合

建成无水：自重+风压力

正常蓄水位：自重+水重+扬压力+浪压力+风压力 校核洪水位：自重+水重+扬压力+浪压力+风压力 2）计算公式

抗滑稳定计算：K=fΣG/ΣP

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水利厅工作站05春本毕业设计

式中：K——抗滑稳定安全系数

f——塔基与基岩之间滑动摩擦系数 ΣG——垂直方向合力 ΣP——水平方向合力 抗倾稳定计算：Km=ΣM抗/ΣM倾 式中：Km——抗倾稳定安全系数

ΣM抗——对趾点抗倾力矩和 ΣM倾——对趾点倾覆力矩和

3）计算结果

抗滑稳定计算，校核洪水位工况下垂直水流方向的K值最小，为25.2远远大于规范要求的1.05，满足设计要求。

抗倾稳定计算，校核洪水位工况下垂直水流方向的Km值最小，为2.26，大于规范要求的1.1，满足要求。 5.3.2隧洞结构计算 5.3.2.1计算说明 1）计算程序

所采用的程序是“水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统 SDCAD4.0“水利版 。 2）计算方法

水工隧洞设计规范附录中的边值法。 3)计算基本数据

计算断面形状：圆拱直墙形；

衬砌中心线几何尺寸：洞宽7.5m，洞高 10.0m，顶拱半径5.0m，顶拱中心角 96°44′；

衬砌厚度：0.8m； 混凝土强度等级 C25； 灌浆压力强度 0.3Mpa； 单位弹性抗力(MN/m3)：2000； 围岩压力计算方法：普氏法；

岩石重度 23kN/m3，坚固系数3，内摩擦角 26.5°。

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花园水库枢纽设计

4)计算结果

隧洞结构计算分别对导流工况下运行期和施工期，正常蓄水位运行期和检修期，设计洪水位持久状况，校核洪水位运行期等集中工况进行计算，经计算，最大裂缝开展宽度0.16<0.25（规范值），满足设计要求。

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第六章 输水洞

第一节 输水洞体型设计

6.1.1 输水洞布置及型式

输水洞布置在坝体右岸，洞身穿越弱—微风化的厚层砂岩中，砂岩完整、均质、且强度相对较高，隧洞围岩划分为Ⅲ类围岩，地质条件较好。

为了保证输水洞进口“门前清”，结合地形、地质条件，布置输水洞和泄洪排砂洞均位于大坝右岸。隧洞进口布置于泄洪排砂洞上游侧，两洞轴线相距20m，输水洞前100m与泄洪排砂洞平行，其后以26°转角从溢洪道泄槽底部穿过于其下游侧出洞。输水洞进、出口高程以满足自流到反调节池（或经电站发电后自流到反调节池）。

输水洞主要包括：进口段（进水塔）、洞身段、出口闸室段、消力池、汇流池、退水渠以及发电岔洞、电站压力钢管等部分组成。根据调节计算结果，输水洞设计流量为2.45m3/s，其中0.2m3/s为河道最小基流。

输水洞进口段设进水塔，按输水洞出口水流可以自流到水厂的要求，确定底板高程取8.0m。底板长7.5m，宽4.1m，由喇叭口、拦污栅、闸门槽、平直段段组成。塔顶高程6.3m，塔高32.3m。进口型式亦为压力孔口，仍采用矩形塔式下接圆形断面的输水压力洞，洞径按最小施工断面确定为1.8m，衬砌厚0.5m，比降1/1080，全长540.0m。

输水洞出口处设岔洞，分别通向引水洞出口和电站机组。引水洞出口闸室后部接消力池，消力池后为一段梯形明渠，明渠后设汇流池。汇流池为直径5m的圆形水池，布设退水闸一座，内设2.0×2.0m平板闸门一扇；布设节制闸一座，内设2.5×2.0m平板闸门一扇。在距引水发电洞进口441.2m处设引水发电岔管，下接电站厂房，电站尾水经输水管道引入反调节池。

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花园水库枢纽设计

第二节 输水洞水力计算

6.2.1设计引水流量计算

死水位时弧门全开时，引水洞引水流量应满足设计引水流量2.45m3/s，输水洞为压力洞，其泄流能力按下式进行计算：

Q=µω(2g（T0-hp）0.5

其中 µ―流量系数；

ω―隧洞出口断面；

T0―上游水面与隧洞出口底板高程差； hp―隧洞出口断面的平均单位势能；

经计算经在死水位弧门全开输水洞流量为2.45m3/s，满足引水需要。

6.2.2压坡线的计算

为保证有压隧洞水流的压力运行状态，避免明满流交替，产生振动、汽蚀、掺气和脉动等不利因素，对洞身进行压坡线复核计算。结果见下图6－1。

图6-1 引水发电洞总水头线及测压管水头线35.0030.0025.0020.0015.000100200300400500600距洞进口距离（m）系列1系列2

水头（m）56

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第七章 施工组织设计

第一节 施工条件

7.1.1地理位置、对外交通及通信条件

花园水库枢纽位于CHW县花园镇以上1.8km，距CHW县县城18km，对外交通比较方便。场区内除花园镇HH河口至坝址的河滩小路需修整加宽外，还需新修施工道路通往料场及弃渣场，其余均能满足工程内外交通和物资运输要求。

工程区通讯较为方便，施工及管理可采用无线和有线结合的方式。目前，施工区已被中国移动、联通网络覆盖，信号稳定，沟通方便。已有的程控电话网线路通过，可与邮电部门协商接入工地。 7.1.2地形、工程布置及施工场地条件

花园水库坝址位置接近河口。该坝址处河谷狭窄，河宽360m，两岸岸坡约42度，基本对称。坝址处工程地质条件较好，为白垩纪砂页岩厚层沙砾岩，河床覆盖层厚度2～4m，两岸基岩较高。坝址上下游施工场地均较开阔，易解决施工用地，便于施工辅助企业以及相应的生活、办公、福利设施布置。 7.1.3水文气象条件

坝址区多年平均气温11.2℃,1月最低,平均-3.0℃, 极端最低气温-22.5℃（1977年1月31日）；7月最高，平均24.3℃，极端最高气温40℃（1966年6月19日）。多年平均气压921hpa，多年平均日照时数2106小时，多年平均降水量538mm，多年平均地面温度11.8℃，最大冻土深度为50cm，多年平均相对湿度68%，多年平均风速1.3m/s，最多风向ESE、SE，最大风速17m/s，风向NW。无霜期176天。根据《水利水电工程施工组织设计规范》附录五规定，碾压土石坝填筑当日降水量大于5mm时应停工。本工程土坝填筑的年有效施工天数根据当地气象资料分析确定。

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花园水库枢纽设计

7.1.4主要外购材料来源及水电燃料等供应条件

工程所需钢材、木材、油料等均由CHW县城运至工地。

坝址下游1.8km的花园镇现有变电站一座，可架设10kV线路至工地变电站，作为枢纽施工电源。

HH河河水水质良好。坝址以上多年平均天然流量8.28m3/s，满足施工和生活用水要求，可作施工期水源。 7.1.5天然建筑材料

本工程所需土料450.75万m3，砂砾料26.22万m3，石料16.62万m3。大坝位于黄土高原的峡谷之中，其上下游和左右岸广泛分布黄土地层。根据地质勘察，在坝址处左右岸共6个土料场，其土料质量技术指标完全符合标准要求，储量丰富，约700万m3，可就近取材，交通运输条件方便。开采用液压挖掘机配自卸汽车进行。大坝右坝肩岸坡挖方位于右岸Ⅴ、Ⅵ号土料场的范围，可与围堰及大坝填筑料结合使用，以减少弃料的堆存。

根据地质勘察，本区粗骨料场质量、储量能满足工程需要。本区砂石料的质量不能满足要求，其需要量均需外运，初步确定砂料运距150km，石料场运距28km。 7.1.6工程布置特性

花园水库枢纽主要由均质土坝（坝高54.5m，坝长525.5m）、右岸开敞式溢洪道（3孔15×11.5m的弧形闸门）、泄洪排沙洞（7.5×10m）、输水洞（洞径1.8m，洞长540m）。

第二节 施工导流

7.2.1导流建筑物级别及洪水标准

花园水库大坝为Ⅱ等永久建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-），相应导流建筑物级别为4级，拟采用均质土围堰

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水利厅工作站05春本毕业设计

结构型式，结合本工程实际情况，确定大坝初期导流围堰设计洪水标准取10年一遇，上下游围堰挡全年洪峰流量1390m3/s；后期导流，坝体临时渡汛设计洪水标准采用50年一遇洪水，其洪峰流量为3320m3/s。

考虑到施工导流及渡汛要求，分别计算不同频率洪水见表7-1，表7-2。

花园水库坝址全年洪水成果表

表7-1 频率(%) 全年最大洪峰流量(m/s) 31 2 5 10 20 50 4250 3320 2160 1390 749 253 花园水库坝址施工分期设计洪水成果表（10月～5月）

表7-2 频率(%) 洪峰流量(m/s) 31 496 2 410 5 298 10 217 20 141 50 54 7.2.2导流方式

根据花园水库枢纽建筑物布置方案，结合坝址地形及施工技术条件，经比较选用二段二期围堰法导流。首先在右岸进行一期围堰填筑，左岸主河槽导流，河床束窄程度为46%，期间完成右岸泄洪洞及部分坝体施工；二期导流利用二期围堰对河道拦断截流，枯水期由右岸泄洪洞导流，抢筑大坝龙口坝段，汛期用坝体拦洪，导流仍用右岸泄洪洞导流。

一期导流利用左岸河槽导流，围堰按十年一遇洪水标准设计，汛期洪峰流量1390m3/s，预留主河槽宽度240m，上游水位856.80m，经计算上游围堰堰顶高程858.50 m，第二期截流以后在枯水期用右岸泄洪洞导流，围堰按十年一遇洪水标准设计，枯水期流量217m3/s，上游壅高水位至863.40m，泄洪洞下泄流量等于来水流量，经计算二期围堰堰顶高程865.00m；汛期坝体临时断面挡水，继续利用泄洪洞导流，坝体临时断面按50年一遇洪水设计，百年一遇洪水进行校核，校核标准洪峰流量

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花园水库枢纽设计

4250m3/s，经调洪计算后，泄洪洞泄流量达726 m3/s，滞洪库容6181万m3，最高洪水位876.82m，考虑波浪高后要求坝体拦洪高程达到880.0m，（即最大坝高30m），以保证大坝安全渡汛。 7.2.3导流建筑物布置

一期围堰上游堰顶高程为858.5m，下游堰顶高程855.5m，纵向围堰顶自上游堰顶向下游堰顶过渡，长度为463m，i=6/1000，纵向围堰均质土填筑按照大坝填筑标准执行，其部位（预计量60%）作为坝体永久工程部分；二期围堰上游堰顶高程为865.0m，依据汛期泄洪流量及水位确定下游堰顶高程为853.5m；围堰堰顶宽4m，迎水面坡比1：2.5，下游坡比1：2，砂砾石戗堤进行挡水，基础防渗采用截水槽换基，开挖边坡1：0.75，堆石护坡厚度水上部分为0.5m，水下部分为1m，垫层厚度为0.5m。

在二期导流过程中，为降低工程造价，导流洞采用与泄洪洞完全结合的形式布置在河道右岸。泄洪洞放水塔进口底板高程为856.0m，出口底板高程为853.4m，全长310.5m，洞身断面为7.5m×10m的圆拱直墙型，衬砌厚度1.2m，比降为1/100。由于泄洪洞系一洞多用，除导流外还有泄洪的功能，故其建筑物级别及结构设计按水工建筑物设计要求确定。在导流运用之前要求按设计完成全断面衬砌及进口塔架水下部分和出口工程。

该河流在施工期无通航、过木、排冰要求。

第三节 施工截流及下闸蓄水

截流时间选在汛期过后的11月底，该时段10年一遇月平均流量17.3m3/s，截流戗台轴线选在上游围堰体的上游侧，采用自河岸向河床单向进占的立堵方式。由于花园水库枢纽工程施工导流洞与永久泄洪洞完全结合，故当枢纽工程完建或具备蓄水条件后，即可利用永久泄洪洞放水塔下闸蓄水。

第四节 主体建筑物施工

7.4.1大坝施工 a）岸坡、基坑开挖

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水利厅工作站05春本毕业设计

因河道平时流量较小，土料场分别位于大坝左、右坝肩，故施工队伍进场后，即可采用机械化施工，按照设计开挖坡比上自上而下逐层下挖。在上、下游围堰的保护下，进行全断面基础开挖。开挖采用自上而下大开口方式进行，爆破石碴用推土机、液压反铲配自卸汽车清运至弃碴场。开挖后的基岩面应按设计要求及时进行处理。

b）坝料开采及土料上坝的工序

（1）土料上坝的工序：清表——推土机推土——土料配制（包括拌和、洒水等）——挖掘机及装载机装土——自卸汽车运输上坝碾压。 （2）料场开采方式：采用平面分层采料。根据料场地形及含水量低的实际情况，采用推土机推土，洒水、拌和，以充分混合各层土料，调整土料含水量。

（3）土料配制（包括拌和、洒水等）：当上坝土料含水量大于最优含水量时，可用推土机松土器翻晒；当含水量小于最优含水量时，可用汽车洒水使土料达到最优含水量。坝体填筑前须进行碾压试验取得参数指导施工。

（4）土料堆放与储备：采用土牛等方式进行土料储备。

（5）土料上坝碾压：为提高工作效率，确保施工安全，力争汛期到来前将坝面上升至安全渡汛高程，坝体填筑时采用流水作业法组织施工，把整个坝面划分成若干个工作面，各工作面依次完成填筑的各道工序，使所有工序能连续进行。填筑料由自卸汽车运至铺填区，采用推土机铺平，做到随卸随平，一次摊铺到设计厚度。大面积碾压用12～15t 振动碾碾压，坡面碾压用5～8t坡面振动碾，局部死角用蛙式打夯机压实。坡面修整采用人工完成。

下游坝址排水棱体设计用的大卵石、小卵石、粗砂等反滤料应按照粒径严格选料，分选合格后，由10t自卸汽车沿背水坡施工临时道路运往堆料区，人力架子车倒运至施工面，人工铺平反滤层，振动碾压实；排水体块石采用人工填筑。

c）下游坡面踏步、排水沟的施工

石料就近采购，10t自卸汽车运输，人工搬运或翻斗车运输，人工砌筑。浆砌石的施工，需严格按照砌石的施工技术要求进行，保持一定

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花园水库枢纽设计

的平整度。

d）坝基防渗帷幕施工

坝基防渗帷幕灌浆采用地质钻机造孔，双缸卧式灌浆机灌浆。砼防渗墩工程槽挖宽度4m，其覆盖层部分机械开挖，砼防渗墩基岩使用钻爆开挖,出渣使用机械施工及人工清理。砂砾弃至渣场，土方弃至附近作为回填土料。

7.4.2隧洞工程施工

隧洞进出口石方明挖、放水塔、闸室混凝土浇筑均以机械施工为主。洞身开挖以机械为主进行、人工进行辅助。

进、出口石方明挖采用潜孔钻钻孔爆破，推土机推送石渣至积渣平台，2～3m3挖掘机装10～20t自卸汽车，运往下游弃碴场。进口放水塔采用人工立钢模板架设满堂架施工，塔及出口挑流鼻坎混凝土浇筑采用自卸汽车运料至工地，溜槽入仓或泵送入仓，人工振捣。

泄洪洞洞身开挖采用多臂凿岩台车钻孔，全断面光面爆破施工，3m3

装载机配10～20T自卸汽车出渣。 7.4.3溢洪道施工

溢洪道土方开挖，大部分采用2m3挖掘机直接开挖，局部范围人工开挖，10t自卸汽车运输；对石方开挖采用手风钻钻孔，人工装药，采用小梯段台阶爆破自上而下分层进行，台阶高度2～3m，3m3装载机集碴，10t自卸汽车运输。

对于溢洪道砼浇筑，由4台0.8m3移动式砼拌合站拌合，对于底板和边墙的模板，均由人工支撑，基础的砼可由架子车或翻斗车运送，沿溜槽入仓；对于边墙及上部结构的砼，由小型轮胎式吊车吊装特制的砼罐入仓，人工平仓，插入式振捣器配合平板振捣器振捣密实。

第五节 施工总体布置

施工场地布置应尽量减小物资器材的倒运。本着少占耕地农田，因地制宜，合理布局，加快工程建设的原则综合考虑，既要有利于生产，又要方便生活，易于管理。根据本工程工作面多的实际情况，可多处同时施工，施工辅助企业及生活区依工作位置布置。

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水利厅工作站05春本毕业设计

7.5.1施工交通运输

本工程对外交通便利。场内交通运输主要满足施工要求，兼顾生活，结合工程布置使各施工区段场地间交通运输畅通，永久和临时，前期和后期相结合，形成场内公路网。

场内施工道路有坝址下游花园镇～大坝坝址的河滩小路，左右岸长约4km，为满足施工要求，需进行加宽修整。生活、辅助企业及生活区，场内新建连接料场、弃渣场、生活区以及大坝、隧洞等建筑物各施工点的施工道路共计20km，控制坡度不大于8%。 7.5.2施工布置

根据场内交通条件及地形条件，右岸距大坝下游坡脚约1km处有一块平地，平均高程约857.0m左右，满足一期导流10年一遇洪水标准要求的高程。大坝填筑、导流泄洪洞、溢洪道、输水洞等施工项目的辅助企业均可安置于此。待截流后，大坝度汛期泄洪洞导流，下游水位约853m，施工辅助企业还可安置于大坝下游左岸。大坝下游左右岸滩地距离HH河大桥及花园镇不到2km，用水、用电亦十分方便。具体布置见“施工总平面布置图”。

根据工程特点，对其施工场地及各施工设施规划如下： （1）砼拌和站采用移动式，根据各工程部位需要分别布置。 （2）办公指挥部、生活区及施工工厂、仓库等主要布置在坝下游右岸滩地。

（3）施工用电直接从花园镇接入。

（4）堆碴场布置在坝下游沟道，尽量与填沟造地相结合，避免造成环境影响。

本枢纽施工高峰人数为1100人，计得施工临建面积17600m2，总占地面积100亩。 7.5.3挖填平衡

本工程挖土石方445.01万m3（土方开挖为390.85万m3，石方开挖54.16万m3），包括大坝清基开挖61.85万m3，岸坡挖方97.7万m3，溢洪道、输水洞、泄洪洞及围堰挖方285.46万m3。其中大坝清基挖方质量较差不能作为大坝填筑料，全部做为弃料（61.85万m3）；大坝岸坡挖方

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做为围堰及部分坝体填筑，可利用量为97.7万m3；输水洞、泄洪洞挖石方可做为围堰堆石护脚及戗堤填筑，可利用方2.44万m3；溢洪道回填砂砾料可利用方0.34万m3；其余344.53万m3作为弃料处理，运至大坝下游附近沟道进行填埋处理。弃土场应结合造田，等厚堆填、分层压实，工程竣工后，有计划的人工复垦和绿化，施工建设中由监理负责督促与实施。

本工程填筑量为485.53万m3，其中有100.48万m3取自岸坡挖方、输水洞、泄洪洞挖石方，其余384.56万m3填土取自左右岸土料场，0.49万 m3堆石料取自早饭头石料场。

第六节 施工总进度

7.6.1编制原则

（1）施工总进度计划在分析了工程所在地区自然条件、社会经济条件和工程施工特性的基础上，依据合理性工期编制。

（2）在分析、掌握基本资料的基础上，尽可能采用先进施工技术、施工设备。最大限度组织均衡生产，力争全年施工，加快施工进度。

（3）根据枢纽布置、施工导流、渡汛以及施工强度等，参照国内施工水平，编制规划性施工总进度计划。

7.6.2 施工阶段划分

根据本工程特征及不同阶段施工特点，工程总进度划分为四个阶段：

（1）工程筹建期：进行工程前期准备，安排场内交通道路修建、工程征地等前期工作，为施工单位进场作准备。

（2）施工准备期：施工单位进场到主体工程基坑开挖，主要安排临建设施、辅助企业施工、导流洞开挖衬砌、围堰填筑以及坝体岸坡基础部分开挖施工。

（3）主要施工期：基坑开挖至工程受益（或第一台机组发电）。主要进行枢纽主体工程施工。

（4）工程完建期：从工程受益到全部工程基本完建。 7.6.3 施工进度安排

工程总工期安排为5年，工程筹建期3个月，施工准备期9个月，

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主要施工期42个月，工程完建期9个月。具体安排如下：

（1）工程筹建期：安排于2005年10月以前，主要进行工程征地以及工程招标等前期工作，工程筹建期不计入总工期。

（2）施工准备期：安排于2005年10月～2006年6月，施工单位进场，开始场内前期施工道路修建、10kV施工供电线路架设以及施工企业、仓库、临建房屋建设等工作，一旦具备施工条件，即可开始进行一期围堰填筑，填筑强度6.5万m3/月，并于2006年6月完成右坝段清基及右坝肩削坡工作。在此期间并完成导流泄洪洞明槽土石方开挖工作。

（3）主要施工期：2006年7月开始填筑右坝段，在左岸留240m缺口导流度汛，到2007年10月右坝段上游应填到880m拦洪高程，需完成土方271.8万m3，填筑强度为16.99万m3/月，在此期间相应完成右坝段基础灌浆、上游坝坡反滤层、干砌石护坡，导流泄洪洞工程亦完工，洞身砼衬砌2.48万m3，衬砌强度1655m3/月。2007年11月至2008年5月进行左坝段截流拦洪阶段，2007年11月下旬开始截流，由导流洞导流，12月清基抽槽，2008年1月中旬开始填筑坝体缺口，到2008年5月左岸坝体缺口部分上游填到880m高程，满足标准50年一遇度汛要求，共完成土方50万m3，填筑强度12.5万m3/月。同期完成上游坝坡反滤层、干砌石护坡、左坝段基础灌浆。2007年10月输水洞工程于2008年5月底完成。2008年6月至2009年12月，大坝工程在此期间全断面达到903m高程，应完成土方172.36万m3，填筑强度10.96万m3/月。并完成溢洪道石方开挖和上游底板砼浇筑工程，下游底板及侧墙闸室砼在2009年9月底完成。

（4）工程完建期：工期9个月，时间为2010年1月～2010年9月，主要进行大坝903m高程以上混凝土施工、灌浆施工、坝体、输水洞等尾留工作、及清理工作，并为工程验收做好准备。 7.7主要技术供应

根据本工程永久建筑物和临时建筑物工程量估算其主要建筑材料用量见表7-4。

根据施工总进度及施工方法、辅助企业及系统工艺要求，本工程主要施工机械设备供应见表7-5。

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枢纽施工总进度主要特性指标表

表7-3 项 目 土石方明挖（含砂砾石） 单 位 万m 万m 万m 万m 万m/月 万m/月 m/月 m/月 万m/月 万m/月 月 月 月 月 月 人 人 万工时 333333333数 量 445.01 3.53 485.53 8.67 18.44 14.3 1655 1.4 1.08 0.16 2 9 38 38 60 1100 850 991.12 备注 主要工程量石方洞挖 土料及堆石填筑 混凝土及钢筋混凝土浇筑 月高峰土石方开挖强度 月高峰土石方填筑强度 注：主要工程量中包括主体和导流工程。

施工强度月高峰混凝土浇筑 坝体平均月上升高度 隧洞开挖高峰强度 隧洞混凝土衬砌强度 工程筹建期 施工准备工期 工期主体工程施工期 坝体填筑期 全部建成工期 施工高峰人数 含停工期 劳动力施工平均人数 总生产工日 工程所需要的主要建筑材料量表

表7—4

项目 单位 数量 水泥 t 40020 钢筋 t 2823 木材 m 114 3砂子 m 81012 3碎石 m 181231 3块石 m 1661 3

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主要施工机械设备表

表7-5 设备名称 液压挖掘机 轮式装载机 推土机 自卸车 铲运机 翻斗车 振动碾 斜坡碾 蛙式打夯机 刨毛机 冲击钻 地质钻机 灌浆机 多臂凿岩台车 空压机 通风机 灰浆搅拌机 起重机 潜水泵 砼拌和机 振捣棒 断筋机 弯筋机 电焊机 型号台数 2～3m 3m T220 10～20t 7m 1t 12～15t 6～8t 2.8kw CZ—22 XY-2 CTJ-4 20t 4kw 0.8m 1.1kw GQ40 QW6-40 BX3-300-2/2 3333台数 6 5 15 25 6 20 5 2 15 6 10 10 10 2 3 3 4 2 5 4 15 1 1 2 备注 备用二台 备用二台 备用二台

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参考文献：

1. 《碾压式土石坝设计规范》（SL274~2001） 2. 《防洪标准》（GB50201—94）

3. 《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000） 4. 《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)

5. 《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251—2000） 6. 《溢洪道设计规范》（SL253-2000）

7. 《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999） 8. 《水利水电工程PC-1500C程序集》

D-7明渠恒定流非均匀渐变流水面曲线计算程序 9.《水工建筑物》电大本科教材

10.《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）

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第八章 结论

历时十二个星期的毕业设计结束了。在这次毕业设计中，我在各位老师的悉心指导下，基本完成了设计任务。在这段时间里，我不仅巩固了以前课堂上所学到的基本理论，还通过毕业设计学到了很多课堂以外的知识与技能，比如增强了自己动手查各种参考资料用于设计的能力，增强了绘图和看图的能力，增强了用计算机绘图和辅助设计等等。同时，还对作为一名未来的工程技术人员、设计人员所必备的工艺知识和理论有了进一步的了解，为我以后从事实际工程设计与教学打下良好的基础。

由于这次毕业设计的时间仓促，设计任务相对较重，所以有些部分的设计简略。同时由于我的经验不足，理论知识不充分，所以难免会有一些错误，请各位老师谅解，并恳请指正。

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花园水库枢纽设计

参考文献：

1. 《碾压式土石坝设计规范》（SL274~2001） 2. 《防洪标准》（GB50201—94）

3. 《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000） 4. 《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251—2000） 5. 《二维渗流有限元计算程序UNSST2》南京水利科学研究院 6. 《土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序DQB》南京水利科学研究院

7. 《土质边坡稳定分析程序STAB》水利水电科学研究院 8. 《溢洪道设计规范》（SL253-2000）

9. 《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999） 10.《水工隧洞设计规范》（SL279—2002） 11.《水利水电工程PC-1500C程序集》

D-7明渠恒定流非均匀渐变流水面曲线计算程序 12.《水工建筑物》电大本科教材

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目 录

第一章 基本资料 ....................................................................... 1 第一节 工程概况 ..................................................................... 1 第二节 工程基本条件 ............................................................. 3 第二章 枢纽布置 ..................................................................... 13 第一节 坝轴线选择 .............................................................. 13 第二节 工程布置 ................................................................... 19 第三章 坝工设计 ..................................................................... 21 第一节 坝型比选 ................................................................... 21 第二节 挡水坝体断面设计 ................................................... 24 第三节 坝体渗流计算 ........................................................... 26 第四节 土坝稳定计算 ........................................................... 29 第五节 细部构造设计 ........................................................... 34 第四章 溢洪道设计 ................................................................ 38 第一节 溢洪道体型设计 ....................................................... 38 第二节 溢洪道水力计算 ....................................................... 41 第五章 导流泄洪排砂洞设计 ................................................ 46 第一节 导流泄洪排砂洞体型设计 ...................................... 46 第二节 导流泄洪排砂洞水力计算 ...................................... 48 第三节 导流泄洪排砂洞结构设计 ...................................... 52 第六章 输水洞 ...................................................................... 55 第一节 输水洞体型设计 ...................................................... 55

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第二节 输水洞水力计算 ...................................................... 56 第七章 施工组织设计 .............................................................. 57 第一节 施工条件 .................................................................. 57 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第八章 施工导流 .................................................................. 58 施工截流及下闸蓄水 .............................................. 60 主体建筑物施工 ...................................................... 60 施工总体布置 .......................................................... 62 施工总进度 .............................................................. 结论 .......................................................................... 69

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花园水库枢纽设计说明书

（水利水电工程专业）

摘要：花园水库位于灵武市CHW县境内、大唐矿区中部。花园水库坝址位于溪水河一级支流H河上，距H河入溪水河口上游2.0km处。坝址西至CHW县城18km，东南距灵武市160km。花园水库枢纽工程等别属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型，其主要任务是供水、滞洪减淤、发电等。该工程主要由均质拦河土坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞等组成。本文扼要介绍设计中进行的主要工作和设计成果，有水利枢纽布置、土石坝设计、溢洪道设计、施工组织设计等。溢洪道的作用是泄洪，确保水库安全度汛。泄洪排沙洞主要作用是辅助泄洪，主管排沙，兼顾施工导流和水库放空等。输水洞引水满足大唐矿区工业用水和两县城镇生活用水及水力发电的需要。均质土坝坝高47.8米，坝长498.2米。 溢洪道闸孔尺寸12米，闸孔数3个。泄洪排沙洞为7.5×10m城门洞型无压洞，比降为1%，洞长310.5米。输水洞为圆形的压力洞，洞径1.8米，比降1/1080，洞长540.0m。设计最后提交的成果有：说明书一份，工程设计图纸17张。

关键字：花园水库水利枢纽 土坝 溢洪道 泄洪排沙洞 输水洞

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HuaYuan Reservoir Project design manual （Water Resources and Hydropower Engineering）

Abstract:The LingWu HuaYuan reservoir in Chw county in LingWu and the central DA -Tang digginngs.Its dam site locates in Xishui river and the anabranch of H river, from the debouchment of H river to Xishui river 2.0km,west to Chw county 18.0km,east to Bin county 15.0km.0km and LingWu 180.0km, This reservoir is the Ⅱ project,its dimensions is the big (2) dam,its main task is water transmission ,flood detention ,reducing silt and generating electricity ，which is made up the homogeneous earthfill dam,spillway and sluicing-excluding silt tunnel,water transmission hole and power plant after the dam.This paper briely recommend the main work and the achievements when the dam is designed,such as the water hydrological accounts ,the layout of the water control project,the designs of earthfill dam, tunnel and power plant. The spillway is essure the safety of the dam and flood season.The sluicing-discharging silt tunnel is main to discharging silt , assistant to flood detention and the dam for nothing,.The water transmission hole is content to the indusrial water need of DA -Tang diggings and the life water use of LingWu and Bin county. The homogeneous earthfill dam is 47.8m high,498.2m long,the spillway is 12m of the three strobe bore ,the sluicing-excluding silt tunnel is 7.5×10m of the city-gate non-presure tunnel.The water transmission hole is 540.0m long as the circle presure hole, its radius is 1.8m,its gradient is 1/1080. The final achievement that is designed is as follows , a manual, 17papaers of designing drawings , the calculating figures and attached list, etc.

Keywords: HuaYuan reservoir, earthfill dam ,spollway, water transmission hole

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广播电视大学

毕 业 设 计（论文）

题 目 花 园 水 库 枢 纽 设 计

姓 名 屈 艳 妮 教育层次 本 科 学 号 051350009 省级电大 陕西广播电视大学 专 业 水利水电工程 分 校 省水利厅工作站 指导教师 高 岳 丽 教 学 点 省水利技工学校

2007 年 10 月

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毕业设计工作说明

根据老师的要求，我这次的毕业设计的题目是花园水库枢纽工程。花园水库坝址位于达溪河一级支流H河上，距H河入达溪河口上游2.0km处。坝址东南距灵武市160km。

花园水库工程任务为：向大唐矿区、县城村居民生活供水，兼有减淤、发电等作用。花园水库工程总库容为22780万m3，设计供水流量为2.45m3/s，按照工程性质和供水对象，根据工程的建设任务与规模，遵照国家《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的相关规定，本枢纽工程等别属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。永久性建筑物拦河大坝、泄洪建筑物、输水建筑物按2级设计，次要建筑物坝后电站厂房、进水岔管及尾水渠按3级设计，临时建筑物按4级设计。相应水库枢纽设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准2000年一遇、消能防冲建筑物的设计洪水标准为50年一遇。

这次设计的主要内容包括：枢纽布置、大坝设计、溢洪道设计、泄洪洞排沙设计、输水洞设计以及施工组织设计等。

由于本工程为大（2）型新建水库枢纽工程，设计计算、图纸等工作量较大，我同电大学员王莉、张荣相互配合建立设计组，完成了枢纽设计任务。我们在整个设计过程中，分工明确，各有侧重。原则上我们共同参与枢纽总体布置，完成各自的建筑物布置、设计计算书和设计图纸等，编写论文中各自相关章节内容，严格履

花园水库枢纽设计

行毕业设计论文有关规程。设计组成员按组成枢纽的水工建筑物对设计工作的分工如下：

屈艳妮：主要负责枢纽、拦河大坝设计工作；

王 莉：主要负责泄洪建筑物溢洪道及其施工组织设计工作； 张 荣：主要负责泄洪建筑物泄洪排砂洞、输水洞等设计工作。 为了做好这次毕业设计，我们查阅了一些水利水电规范，认真完成老师布置的设计任务，达到毕业设计的要求，为自己的毕业设计交上一份满意的答案，如有不妥之处，请老师给予指正。

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花园水库工程特性表

序号及名称 1 水 文 1.1流域面积 全流域 工程地址（坝址）以上 1.2利用的水文系列年限 1.3多年平均年径流量 1.4代表性流量 多年平均流量 实测最大流量 实测最小流量 调查历史最大流量 设计洪水标准及流量（P=1 %） 校核洪水标准及流量（P=0.05 %） 施工导流标准及流量（p= 10%） 1.5洪量 设计洪水洪量（一日）（P=1%） 设计洪水洪量（三日）（P=1%） 校核洪水洪量（一日）（P=0.05%） 校核洪水洪量（三日）（P=0.05%） 1.6泥沙 多年平均悬移质年输沙量 多年平均输沙量 多年平均含沙量 实测最大含沙量 2 工程规模 2.1水库 校核洪水位 设计洪水位 正常蓄水位 校核洪水位以下库容（总库容） 正常蓄水位以下库容 设计洪水位时最大泄量 km2 km2 年 亿m3 m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s 万m3 万m3 万m3 万m3 万t 万t kg/m3 kg/m3 m m m 亿m3 亿m3 m3/s 单 位 4255 4235 48 2.61 8.276 3450 0.10 3450 4030 8300 1270 10700 14000 20300 24300 1569 1585 60.73 997 5.68 3.09 3.0 2.278 1.965 3519.0 数 量 备 注

花园水库枢纽设计

花园水库工程特性表 序号及名称 校核洪水位时最大泄量 2.2城村和工业供水工程 多年平均工业及城村供水量 设计供水流量 供水保证率 3 主要建筑物及设备 3.1挡水建筑物 型式 地基特性 地震基本烈度 坝顶高程 坝基高程 最大坝高 坝顶长度 坝顶宽度 最大坝底宽度 3.2泄水建筑物 3.2.1溢洪道 地基特性 型式 堰顶高程 闸孔数 设计洪水泄量 校核洪水泄量 消能方式 闸门型式 孔口尺寸 3.2.2泄洪排沙洞 设计洪水泄量 校核洪水泄量 进水口底板高程 单 位 m3/s 万m3 m3/s % m m m m m m m 孔 m3/s m3/s m m3/s m3/s m Ⅵ 6.3 848.50 47.8 498.2 10 300.8 砂页岩 正槽开敞式 881.0 3 2448 3276 挑流 12.0×13.0 1071 1117 856.00 宽×高 数 量 4393.0 50 2.25 90 砂砾石 每孔净宽12.0m 备 注 碾压式均质土坝 弧形工作闸门

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花园水库工程特性表

序号及名称 孔口尺寸（宽×高） 消能方式 闸门型式 泄洪洞断面尺寸 比降 洞长 3.3输水建筑物 设计引水流量 进水口底板高程 进口孔口尺寸 闸门型式 输水洞型式 出口底板高程 比降 洞长 单 位 m m m m3/s m m m m 数 量 7.0×7.0 挑流 弧形工作闸门 7.5×10.0 1/100 310.50 2.45 8.00 1.8×1.8 闸阀 圆形有压洞 863.50 1/1080 540.0 备 注 城门洞形 含河道基流0.2 D=1.8m