型式
压力钢管
隧洞
内径
米
5.4
灌溉支洞内径
米
3
最大流量
立米/秒
45
进口底部高程
731.64
4
枢纽电站
序号
名 称
单 位
数 量
备 注
型式
引水式
厂房面积
平方米
39×16.2
装机容量
千瓦
5×1250
每台机组过水能力
立米/秒
8.05
(三)建筑材料及筑坝材料技术指示的选定
库区及坝址下游土石料均很丰富，有利于修建当地材料坝。
(1)土料
坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5公里，根据155组试验成果统计，土料平均粘粒含量为26.4%，粉粒55.9%，砂粉17.6%，其中25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数11.1，比重2.75。最大干容重1.67吨/立米，最优含水量20.5%，渗透系数0.44×10-6厘米/秒。具有中等压缩性，强度指标见下页表。
(2)砂砾料
主要分布在河滩上，储量为205万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100—151万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析，统计成果如下：
自然么重1.87吨/立米，软弱颗料含量2.64%。
不均匀系数561颗，颗组成见下表：
颗料组成(毫米)%
<200
<80
<40
<20
<5
<2
<1
<0.5
<0.25
<0.5
83.7
74.2
57.7
46.2
38.6
34.6
32.8
29.7
24.7
4.9
砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(D<2毫米)的相对紧密度为0.895。
(3)石料
坝址区石料较多，运距均在1公里以内，为厚层砂岩储量可满足需要，溢洪道、导流洞出碴也可利用。
(4)筑坝材料技术指标的选定
本工程经过试验，并参考有关文献资料及其他的工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项技术指标。
强度指标见下表(砂砾料):
试验方法
统 计 方 法
剪 力
(度)
C(公斤/公分2)
饱合固结快剪
(25组)
饱合固结快剪
(82组)
算术平均
23.27
0.280
算术小值平均
20.96
0.193
算术平均
21.54
0.293
快剪
(18组)
算术小值平均
21.3
0.293
值平均
1.3
0.293
值小值平均
21.0
0.194
算术平均
22.68
0.583
算术小值平均
20.03
0.356
值平均
22.5
0.583
值小值平均
23.8
0.356
快 剪
(8组)
算术平均
28.8
0.451
算术小值平均
25.75
0.293
值平均
29.0
0.451
值小值平均
28.7
0.293
三轴不排水剪(10组)三轴不排水剪(6组)
总应力小值平均
20
0.288
有效应力小值平均
25°20ˊ
0.13
总应力小值平均
13°30ˊ
0.28
有效应力小值平均
25°20ˊ
0.08
三轴饱合固结不排水剪(6组)
总应力小值平均
18°20ˊ
0.42
有效应力小值平均
22°30ˊ
0.35
试验方法
统 计 方 法
剪 力
°
C(公斤/厘米2)
野外自然坡度角(29组)
算术平均
35°7ˊ
算术小值平均
31°2ˊ
室内
剪力试验
算术平均
31.1°
算术小值平均
29.1°
算术平均
31°
算术小值平均
29°
筑坝土料统计国外9座粘料含量20—30%的高坝 =21°，C=0.4公斤/厘米2左右，国内建国初期建成的坝选用指标一般较低，但近期建成的坝一般在25℃左右初始孔隙水压力系数一般在0.3—0.4。我国岳城水库施工期采用0.21。据此采用的技术指标见下表。
砂砾料的强度指标，试验结果与实际出入较大，统计国内12座水库资料， 平均值在32°以上，特别是最近建成的横山 =38°—39°；毛家村37°，美国“土与土石坝”一书推荐，当相对紧密度D>0.7时， =34°—35°，鉴于本地砂砾料级配不好，故选用 =31°。
堆石指标一般 值在39°—45°之间，统计国外9座砂岩地区筑坝石料 平均值为39.1°，我国狮子滩堆石坝试验为36°—45°，取用39°50ˊ，故本工程取用 值40°。
左岩黄土台地(Q2)压缩系数 =0.025，起始孔隙比e0=0.725，平均料径D50=0.1mm。
(四)工程效益及淹没损失
张峰水库建成后能收到灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益，是一座综合利用的水库。
水库近期可灌溉农田71.2万亩，远期发展到104万亩，使沁水、阳城、高平、晋城等四县将达到人均1.1亩水浇地。枢纽电站和槐庄电站装机容量31450千瓦，年发电量1.129亿度，除满足农业提水浇灌用电外，还剩余50%电力可供工农业用电。防洪方面，张峰水库控制流域面积4990平方公里，占全流域面积的39%，对下游河道防洪、削减洪峰、减轻防汛负担也有一定作用，可将下游百年一遇洪水由6010秒立米削减到3360秒立米，相当于17年一遇，可将五十年一遇洪水由6000秒立米，削减到2890秒立米，相当于12年一遇。另外每年还可供给城市及工业用水0.63亿立米。
由于库区沿岸山峰重迭，村庄零散，耕地不多，淹没损失较小，按库区移民高程770统计，共需迁移人口3115人，淹没耕地12157亩，房屋1223间，窑洞1470孔。
(五)施工条件
(1)施工地区地形地质条件
张峰水库位于上山村与川坡村之间，上坝线位于沁河“S”型河谷的中上部右岸坡陡约30°左右，基岩大部出露高程在770—820米。主河槽在右岸。河宽约100米左右，左岸为堆积岸，左岸台地宽200米左右，山岭高程在775.0米，左、右岩坡较平缓。大都为土层覆盖。水库枢纽处施工场地狭窄，枢纽建筑物全部布置在左岸，施工布置较困难。
坝区为上二迭系石千峰组的紫红色、紫灰色细砂岩，间夹同色砾岩及砂质页岩等类岩层。右岸全部为基岩，河床砂卵石层总宽度约250米，覆盖层厚度约5米。高漫滩表层亚砂土厚5—15米，左岸728米高程以下为基岩。基岩面向下游渐低下，土层增厚。以上为厚20—30米厚的具中等湿陷性的黄土状土层，河床基岩50米深度以内仍较大。砂卵石层透水性不会很强，施工开挖排水工作估计不致很困难。
(2)施工地区气象与水文条件
张峰水库没有建立水文气象站，根据沁水县气象站1958年至1963年、1970年至1972年共9年资料，分析最高气温29.1℃(6月)，最低气温-14.3℃(1月)，多年平均日气温4—24℃，历年各月气温特征值如下表：
筑坝材
料名称
比
重
容重(kg/cm)
孔
隙
率
N
内 摩 擦 角
内凝力C
(kg/cm3)
渗透系数
K(cm/S)
初始孔
隙水压
力系数
B
r温
r饱
r干
施 工 期
稳定
渗流期
水位
降落
总
应力
有效
应力
有效
应力
有效
应力
坝体土料
2.75
1.65
1.98
2.04
10
22
23
23
0.2
1×10-6
0.3
坝体砂砾料
1.80
2.10
31
1×10-2
坝体堆石
2.7
1.80
2.05
0.33
40
坝基砂砾料
1.80
31
1×10-2
黄土地基
1.60
1.91
2.02
20
1×10-5
坝体土料的压缩曲线(r=2.65kg/cm2),平均料径d50=0.1mm。
P(kg/cm2)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.665
0.645
0.632
0.612
0.593
0.575
0.528
0.520
0.503
0.500
0.489
0.480
0.472
项 目
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
多年平均日气温
4.5
1.1
4.6
11.3
18.1
21.7
23.6
21.7
16.4
10.3
18.9
2.1
多年最高日气温
4.6
7.2
17.0
22.2
25.0
29.1
23.0
26.5
30.1
22.4
18.9
38.1
多年最低日气温
14.3
0.0
5.8
1.0
3.1
10.5
18.9
14.4
1.9
1.9
0.7
10.0
(3)当地建筑材料
(Ⅰ)土料
根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个，即水库上游的大河滩上山两个，水库下游有川坡、南坪沟二个土场。根据试井及土钻孔情况，从1:2000地形图，初步计算四个土场的蕴藏量2248.6万立米，为设计总量的4倍多。
各土料场储量如下表(自然方)：
土 场
高程(米)
蕴藏量(万立米)
南坪沟
川坡
山
大河滩
746—805
720—760
710—749
722—778
913.6
855.7
1199.0
359.4
合 计
2248.6
(Ⅱ)砂砾料
根据调查，上游的王必、上山、下游的张峰等三个砂砾场，开采总量约100—151万立米(水上部分)不够使用。
(Ⅲ)石料
未进行石场储量的调查试验工作。在坝址右岸有无名、龙王庙两个石料场。石场狭小，开采、运输困难。
(Ⅳ)骨料
沿河调查，本地砂不含石英等矿物，只能用作浆砌石、混凝土。用砂需外运。骨料可就地碎石加工。
(4)施工地区对外交通、供电、通讯及房屋：
水库地处山区，对外交通条件较差，对外交通主要靠公路，在勘测过程中从郑庄至工地已修有简易公路，全长约23公里，但标准较低，尚需改善，铺设路面。
水库附近没有较大的电源，最近的电源是端氏。但设备容量不大，总容量只有2000千瓦，端氏已用1000千瓦，只能供应水库1000千瓦，电量不足问题，水库开工后，要求有关部门应予以解决。
从沁水县至王必公社已有电话线能过水库，但经常电话不通，水库开工后就架设专用线。
此外：坝址附近村庄零散，居住条件比较困难，除王必100户、张峰60户以外，其它村庄都只有一、二十户，水库开工后住房问题必须因地制宜解决。
(5)工作日分析
根据沁水县1958年—1963年和1970年—1972年九年降雨气温资料，参考其它土坝水库气温，降雨停工标准，土料、砂砾料、石方、混凝土工程施工工作日确定如下：
类 别
土料
砂砾
隧洞石方
混凝土
一般石方
工作日
(天/年)
253
307
302
250
292
(6)其它
地区劳力缺乏，劳力按不超过1万人计划。
(六)施工要求
沁河灌区工程规模大，全部工程分为水库枢纽、槐庄电站、渠道三部分。水库枢纽包括土石混合坝、导流泄洪洞、溢洪道、灌溉发电洞及枢纽电站五项；渠道工程包括总干渠、一干、二干、三干、四干渠、扬水站六项，加上槐庄电站共计十二项工程。其中槐庄电站、扬水站、枢纽电站厂房机组安装由专业队施工。
根据省地区领导意见，结合灌区工程的特点，要求工程尽快受益，以改变沁河灌区农业生产基本条件。工程基本建成受益预期八年，要求第五年汛前枢纽电站发电，总干渠受益。
土坝枢纽毕业设计指导书
一、了解任务书及分析原始资料
设计任务及原始资料是设计工作的依据，因此必须首先全面了解本设计的任务。熟悉该河流的一般自然地理条件，坝址附近的水文、气象特性、枢纽及水库的地形、地质条件。当地材料、对外交通及有关规划设计的基本数据，只有在熟悉资料的基础上才能正确地选择建筑物的类型，进行枢纽布置、建筑物设计及施工组织设计，因此应该把必要的资料整理到说明书中去，了解每一项资料在设计中的用处，通过对资料的了解和分析，初步掌握原始资料中对设计和施工有较大的影响的主要因素和关键性的问题，为以后设计工作的进行和进一步深入掌握资料打下基础。
二、坝轴线选择
根据坝址地形、地质、建筑材料、施工条件、工程量、投资并结合枢纽布置，对给出的上、下两条坝轴线进行比较，选定一条有利的坝轴线。
三、坝型选择
选取三种坝型，根据地形、地质、建筑材料、气候条件、施工情况及工程量、投资等方面，综合比较，选定坝型。
四、枢纽布置
根据选定的坝轴线从地形、地质、施工、运用等方面大致确定建筑物的相对位置、建筑物形式，并加以定性分析和论述，确定枢纽工程的等别及建筑物级别。
五、建筑物设计
1、主要建筑物——坝工设计，每个同学都要详细设计。
(1)确定断面尺寸及平面布置：
根据规范要求，参照已建工程并考虑本工程的具体情况，确定坝坡、坝顶高程、坝顶宽度、防渗体及排水体尺寸，确定岸坡坝段的坝型及断面尺寸。绘出坝的剖面及平面布置图(考虑河岸坝段与岩坡坝段的连接)。
(2)渗流计算：
用水力学法，计算正常高水位时最大断面及各控制断面的浸润线及单宽渗流量、总渗流量。
(3)坡稳定计算：
用圆弧滑动有效应力法校核最大坝高断面的上、下游坝坡的稳定。
(4)沉陷量计算及裂缝校核：
用单向压缩分层总和法计算坝身及坝基的最终沉陷量，预留大坝的沉陷加高。
计算坝身坝基竣工后沉陷量，用不均匀沉陷斜率法计算大坝纵向、横向斜率，以校核裂缝。说明防止裂缝发生的工程措施。
(5)细部构造设计
包括坝顶、护坡、反滤、坝体及坝基有防渗透、排水。
2、泄水建筑物设计——每个同学只做溢洪道设计或导流泄洪洞设计。
A、溢洪道设计
(1)水力计算：计算千年洪水时泄流能力水面线和下游消能，校核边墙高度、验算冲坑是否危及大坝安全。
(2)结构计算：对闸室闸墩、陡槽底板进行稳定、应力及配筋计算。
B、导流泄洪洞设计
(1)水力计算：计算年洪水时泄洪能力。水面线及出口消能，校核无压洞的净空及出口建筑物的安全。
(2)结构计算：按百年设计洪水对有压断面和无压断面进行结构及配筋计算。
(a)施工导流
根据坝址区地形、地质、建筑材料施工条件工程量，选取两种导流方案，综合比较，选定导流方式，确定采用什么形式的围堰。
(b)工程量计算
详细计算坝体的各部分工程量，为下一步做施工总进度计划做准备。
(c)施工总进度计划
根据施工条件、施工导流方式、施工方案、施工场地、可能供应的材料、机械投资以及省、地区领导意见进行安排。
最后论证施工总进度计划。
七、设计成果的具体要求：
1、设计图
设计图是毕业设计的主要成果，一律用1#白道林纸、绘图铅笔绘制。要求制图正确，图面饱满，没有重复，线条分明，字体工整，尺寸齐全，比例尺及材料符号等应符合《水利水电工程制图》要求。
每个同学应完成设计图5—7张，即：
土坝枢纽平面布置图 1张
土坝断面图、上、下游立视、细部构造图 3张
泄水建筑物溢洪道或导流泄洪洞布置及钢筋图 1—2张
施工总进度计划表
设计图应边设计边绘制草图，最后加工完成。
2、设计说明书与计算书
设计说明书也是毕业设计的主要成果，要求章节分明，文字简练通顺；字迹工整，内容着重分析论证，并说明计算条件、假定方法和成果。还要引用必要的附图及表格。说明书应用钢笔书写，每章、节应有标题，页数统一编号，一般以60—80页为宜。
计算书应分开编写，计算简图应用方格纸按比例绘制，计算过程应书写清楚。说明书及计算书均用统一的毕业设计用纸书写，并按阶段编写，不要累积到最后形成慌乱。
说明书编写可参考附例。
八、时间分配
1、了解任务书、指示书及分析原始资料 0.5周
2、坝轴线选择，确定枢纽布置方案 1.5周
3、坝型选择，坝的剖面设计及平面布置 1.0周
4、渗透及稳定计算(编程序上机计算) 4.5周
5、沉陷量计算及裂缝校核 1.0周
6、细部构造设计，基础处理 1.0周
7、绘制枢纽及建筑物图纸 2.0周
8、整理设计说明书、设计计算书 1.5周
参考书、参考资料：
1、土坝设计(上、下册) 水电部五局、东北院
2、水工建筑物(上、下册) 天津大学
3、土力学及岩石力学 武汉水院
4、水力学 成都科技大学
5、水工钢筋混凝土结构学 华东、大连、清华、西农
6、水工规范SDJ12—78 水电部
SDJ10—78 水电部
SDJ20—78 水电部
7、水利水电工程制图 水电部
8、枢纽布置及坝型选择(毕业设计参考资料)
9、土石坝(毕业设计参考资料) 武汉水院
10、碾压式高堆石坝 电力部水电总局
11、国外高堆石坝和施工中的一些问题 水电部实验工厂
12、密云水库工程设计总结 清华大学水利系
13、密云水库工程图册 清华大学水利系
14、土坝建设技术经验汇编(第一集) 水电出版社
15、水利工程施工 成都、武汉水院
16、水利工程施工 武汉水院
附：“土石坝枢设计说明书”编写提纲
第一章 工程概况
第二章 设计的基本资料及水库工程特性
第一节 设计的基本资料
一：水文气象
二：工程地质
三：筑坝材料及其物理力学性质
四：水库的运用要求
第二节 水库工程特性
第三章 枢纽布置及工程等级
第四章 坝工设计
第一节 坝型选择
第二节 坝的断面设计
一：坝顶高程确定
二：坝顶宽度确定
三：边坡确定
四：防渗体尺寸确定
五：排水设备的形式及其基本尺寸的确定
第二节 土坝的渗透计算
一：计算情况(包括计算断面的确定，上下游水位各计算断面的尺寸)
二：计算方法及计算公式
三：各断面的渗量及浸润线坐标
四：全坝长的总渗流量
第三节 土坝的稳定计算
一：计算的基本数据及计算情况
二：计算方法及计算公式
三：各种情况下上下游坝坡的安全系数值
四：计算情况的讨论
第四节 土坝的沉降计算
一：计算的基本数据及计算断面(包括各计算断面坝体及地基)
二：计算情况、方式及计算公式
三：各断面沉降计算的结果
四：裂缝校核
第五节 土坝的细部结构
一：坝体结构(指河床及河岸坝体)
二：坝顶的构造(包括防浪墙的结构及尺寸)
三：上游护坡的结构尺寸
四：下游护坡的结构及尺寸等
五：反滤层及过渡层的设计
六：排水的结构
七：截水槽的结构及尺寸
八：地基处理
1：清基
2：基岩灌浆
3：削坡
九：坝与两岸的连接
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