表5 水库高程与面积、库容关系 高程(m) 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 面积(m2) 785 3001 7249 11715 17975 20768 26279 32390 34301 38294 44086 46898 51246 库容(m3) 461 2354 7479 16961 31806 51177 74701 104035 137381 173678 214868 260360 309432 （4）据现有资料，工程区属于温带大陆季风气候，多年平均气温11.7?C。多年平均陆面蒸发量450mm。
（5）泥沙：坝址以上流域面积内，林木茂密，植被良好，水土流失较轻。
（6）蒸发：流域内多年平均陆面蒸发量为450mm。根据北京市水文手册资料，按20cm口径蒸发器测量库区内多年平均水面蒸发量为1950mm。 （7）其它
洪水期多年平均离地面10m高的最大风速v=18m/s，吹程D=390m，风向垂直上游坝面。冻土深1.0m。坝顶交通要求通行单行道7m。坝、库区基本地震烈度为6?。 1.3.4建筑材料
坝基覆盖层表层为卵砾石，向下依次为碎石、漂石、粉土层。
经勘察，选定的土料场位于水库主坝两坝肩，左坝肩土料场位于主坝左坝肩下游，共占用耕地79.8亩。0～0.4m为耕植土，0.4～3.5m为黄土状壤土。勘探深度内未见地下水。 右坝肩土料场位于主坝右坝肩上游库区内，不占用耕地。0~0.3m为耕植土，0.3~3.5m为黄土状壤土。勘探深度内未见地下水。
两个料场土料总储量可满足大坝对土料用量的要求。
位于上游左岸1km处有一料场，占地50亩，0~0.3m为耕植土，0.3~1m为粘土。粘土料颗粒组成见表6。
表6 粘土颗粒组成 粒径 含量（％） 20-2mm 2.06 2-0.5mm 9.20 0.5-0.05mm 2.03 0.05-0.005mm 35.4 <0.005 51.3 合计 100 各种材料的物理力学性质见表7。
表7 各种材料物理力学性质 土料 特性 饱和容重（kN/m3） 天然容重（kN/m3） 粘土 21.3 19.5 4
黄土状壤土 20.85 19.85 坝基碎石 22.25 20.6 砂卵石 22.8 钢筋混凝土 含水量 塑性指标 渗透系数（cm/s） 内摩擦角φ’ 凝聚力c’（kN/m2） 17% 11 5×10-6 水上22° 水下19° 水上16.52水下13.72 9.0%～12.1% 9.9~10.7 3.01×10-6 水上23° 水下15° 水上20 水下17 1×10-3 水上35°水下32° 1.12×10-2 3.7×10-7 水上28° 第二章 枢纽布置
2.1 枢纽的组成、枢纽等别和建筑物级别
根据任务，枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、放空建筑物等组成。根据拟设计枢纽的工程规模以及在国民经济有关部门的重要性进行分等分级，建立安全经济有机统一的概念。枢纽等别根据《规范》中五项指标中最大的一项确定，建筑物的级别根据《规范》相应确定。
2.1.1 工程等级
工程建成后形成60000~70000m2面积的水域，蓄水30万m3，可以减少水土流失，改善环境，同时为农业灌溉和生活用水提供补充水源。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，蓄水量小于0.01×108 m3，确定工程等级为Ⅴ级小（2）型。 2.1.2建筑物级别
根据水工建筑物级别的划分，Ⅴ级主要建筑为5级，次要建筑物为5级。
2.2组成建筑物的选择
2.2.1挡水建筑物的选择
在岩基上筑坝有三种基本类型：重力坝、拱坝和土石坝。
（1）重力坝方案：重力坝是用混凝土或浆砌石材料修筑的挡水坝。重力坝不能利用地基开挖的材料，而且材料造价较高，经济上不可行。
（2）拱坝方案：拱坝是空间的壳体结构，地形条件是拱坝结构形式、枢纽布置和经济性的主要影响因素，理想的地形条件是两岸对称，岸坡平顺，平面上向下游收缩的峡谷地带，且拱端下游有足够的岩体支撑。所设计坝的地形条件左岸为洪积堆积阶地，阶面由北向南逐渐抬升，不满足地形条件。
（3）土石坝方案：土石坝由土、石料等当地材料建成的坝，可以适应不同地质和气候条件，另外，可以简单机械施工，管理方便，造价低。土料场位于水库主坝两坝肩，左坝肩土料场和右坝肩土料场有丰富的原料修建大坝。坝基表面有碎石和漂石，可以就近取材，节省原料，所以选择土石坝方案。
2.2.2泄水建筑物型式的选择
土石坝可以采用岸边溢洪道进行泄水，常采用正槽式溢洪道，即泄水槽与堰上水流方向一致，结构简单，水流平稳。
2.3地基处理
地基覆盖层表层为卵砺石，需除掉。根据坝址工程地质剖面图，清基0.6m，坝底高程为
5
83.9m。
2.4 枢纽建筑物的平面布置
挡水建筑物：土石坝按直线布置在坝址上。 泄水建筑物：溢洪道布置在大坝右侧。 枢纽建筑物的平面布置图见图01。
第三章 土石坝的设计
3.1坝型选择
碾压式土石坝由土料分层填筑碾压而成，一般的土料、砂卵石料及风化石渣等均可用于这种坝型。碾压式土石坝按坝体的防渗材料及结构，可分为以下几类：
（1）均质坝：整个坝体起防渗作用并保持自身的稳定，坝体材料单一，施工简单。土料场有丰富的黄土状壤土，可以满足筑坝材料需求。壤土的渗透系数为3.01×10-6cm/s，远小于渗透系数10-4 cm/s，满足渗透稳定要求。所设计的坝为低坝，也可以满足土的抗剪强度要求。所以选择均质坝。
（2）斜墙坝：斜墙坝的上游坝坡较缓，防渗体的粘土用量和坝体的总工程量较大，不经济，其抗震性能和不均与沉降的适应性不强。故不选择斜墙坝。
（3）心墙坝：墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重。但工程量比均质坝大，施工难度比均质坝大。故不选择心墙坝。
3.2坝顶宽度
坝顶宽度：根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究确定。我国土石坝设计规范要求中低坝的最小顶宽为5～10m。坝顶交通要求通行单行道7m，故取8m。
3.3坝顶高程
坝顶高程由水库静水位加波浪爬高和壅水面高度及安全加高确定。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶的高程按下式计算：
坝顶高程 =设计洪水位+正常运用条件的?h设
=校核洪水位+非常运用条件的?h非 =正常蓄水位+非常运用条件的?h非+?h震
坝顶静水位超高值按下式计算：?h?R?e?A
式中： R——波浪在坝坡上的设计爬高，m；
e——风壅水面高度，m；
A——安全加高，m。
该坝的级别为5级，则正常运行的安全加高A=0.5m，非常运行的安全加高A=0.3m。
2（1）风壅水面高度的计算： e?KvDcos?2gHm6
式中：K——综合摩阻系数，取3.6?10?6；
v——计算风速，正常运用条件下的5级坝，采用多年平均离地面10m高的最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均年最大风速；
D——风区长度，为390m；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角；
Hm——水域平均水深，取坝前水深的2/3，为9.4m。 正常运用条件下：
3.6?10?6?(1.5?18)2?390Kv2De?cos???cos00?5.56?10?3(m)2?9.8?9.4 2gHm非常运用条件下：
Kv2D3.6?10?6?182?390e?cos???cos00?2.47?10?3(m)2gHm2?9.8?9.4（2）波浪平均波高和波长的计算
平均波高采用官厅公式：hp?0.0166v5/4D1/3 平均波长采用鹤地公式：Lm?0.398vD正常运用情况下：
1/3
hp?0.0166v5/4D1/3?0.0166?(1.5?18)5/4?0.3901/3?0.746(m)
Lm?0.389vD1/3?0.389?1.5?18?0.3901/3?7.674(m)
本设计采用累计频率5％时的平均波高，根据规范得
(m) hp/hm?1.95，则hm?hp/1.95?0.383 非常运用情况下：
hp?0.0166v5/4D1/3?0.0166?185/4?0.3901/3?0.450(m)
Lm?0.389vD1/3?0.389?18?0.3901/3?5.116(m)
根据规范得，hp/hm?1.95则hm?hp/1.95?0.231(m)
（3）平均波浪爬高的计算
1?m
Rm——平均波浪爬高，m；
m——单坡的坡度系数，取2.5；
K?——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型为砌石，取K??0.775； Kv——经验系数。
正常运用条件下取Kv?1.027，
Rm?K?Kv2hmLmRm?0.775?1.0271?3.52?0.383?7.674?0.375(m)本设计采用累计频率5％时的平均爬高，
7
Rp/Rm?1.84则Rp?Rm?1.84?0.69(m) 非常运用条件下取Kv?1.135，
Rm?0.775?1.1351?3.52?0.231?5.116?0.263(m)根据规范得：
Rp/Rm?1.84则Rp?Rm?1.84?0.48(m) （4）坝顶高程计算：
?h 正常运用条件 非正常运用条件 表8 坝顶超高?h(m) e R 0.69 5.56×10-3 0.48 2.47×10-3 A 0.5 0.3 ①设计洪水位+正常运用条件的?h设
H1?h设??h设?H?R?e?A?99.7?0.69?5.56?10?3?0.5?100.89(m) ②校核洪水位+非常运用条件的?h非
H2?h校??h非?H?R?e?A?100.1?0.48?2.47?10?3?0.3?100.88(m) ③正常蓄水位+非常运用条件的?h非+?h震，根据规范，取?h震=0.6m。
H3?h蓄??h非??h震?H?R?e?A??h震?98.0?0.48?2.47?10?3?0.3?0.6?99.38(m)坝顶高程取三者最大值，即100.9m。
当坝顶上游侧设有防浪墙时，则超高指静水位到防浪墙顶的高差，并规定正常情况坝顶应高出静水位0.5m，非常情况不低于静水位。本设计防浪墙高度为0.8m，则坝顶高程为100.9-0.8=100.1m，且大于正常情况坝顶应高出静水位0.5m（98.00+0.5=98.5m），不低于校核洪水位（100.1m）。
所求坝顶高程是坝体沉降稳定以后的数值。竣工时的坝顶高程应有足够的预留沉降值，约占坝高的0.2%~0.4%。
3.4坝坡和防浪墙
（1）坝坡：土石坝的坝坡的坡度取决于坝型、坝高、筑坝的土料要求、地形条件及地震情况因素。根据坝坡选择规律，上游坝坡坡度取1：3.5，下游边坡取1：3.0。
因为设计的大坝高度较小，所以不设置马道。，
（2）防浪墙：采用混凝土材料修筑防浪墙，墙顶高于坝顶0.8m。
3.5排水设施
3.5.1坝体排水
坝体排水主要形式是棱体排水、贴坡排水、坝内排水和综合式排水。
（1）棱体排水：在下游坝脚处用块石堆成的棱体，可以降低浸润线，防止坝坡冻胀且有支持坝体稳定作用。下游无水，本设计棱体顶宽设为3.0m，顶面高程为3.0m。根据施工条件，棱体内坡设为1：1，外坡取1：1.5，棱体与坝体及地基间设置反滤层。
（2）贴坡排水：用堆石或砌石加反滤层直接铺设在下游坝坡表面，施工简单，用料节省，施
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