（一）基本资料
1. 概况
平山水库位于G县城西南3㎞处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28㎞，流域面积为556㎞2，坝址以上控制流域面积431㎞2；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为62.5m左右；河床比降3‰，河流发源于苏塘乡大源锭子，整个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的木材、竹子等土特产。
由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外当雨量分布不均时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区作了多次勘测规划以开发这里的水利资源。
2. 枢纽任务
枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼及供水等任务进行开发。
根据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机9000千瓦。防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域900m3/s。在航运方面，上游库区能增加航运里程20㎞，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。
3. 地形、地质概况
地形情况：平山河流域多为丘陵地区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°~70°，地势高差都在80~120m，河谷冲沟切割很深，山脉走向大约为东西方向，基岩出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲很厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，沿河沙滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山咀下游一带及坝下陈家上游一带更为发育，其它地方则很少，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，基岩产状凌乱。
地质情况：靠上游有泥盘五通砂岩，靠下游为二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通砂岩上面。地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在第一坝轴线左肩的为五通砂岩，特别破碎，在100多米范围内就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达60m的钻孔岩芯获得率仅为20%，可见岩石裂隙十分发育。
岩石的渗水率都很小，右岸一般为0.001~0.01，个别达到0.07~0.08，而左岸多为0.001~0.01。
坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞，前者对大坝及库区均无影响，但后者朝南东方向延伸的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水有可能顺着溶洞漏到库外，此外，目前在加紧地质勘探工作，以便得出明确的结论和提出处理意见。
坝址覆盖层沿坝轴线厚达1.5~5.0m，K=1×10-4cm/s，浮容重V浮=10.7KN/m3，内摩擦角φ=35°。
4. 水文、气象
1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水流量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流间接推求，根据省水文总站由C城站插补延长得三天雨量计算频率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm，五十年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q0.1%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s，多年平均来水量4.55亿m3。
2）气象：多年平均风速10 m/s，水库吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9℃，年最高气温40.5℃，年最低气温-14.9℃。
5. 其它
1）坝顶无交通要求
2）对外交通情况
水路：由B城至溪口为南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，为内河航运，全长256公里，可通行3~6吨木船，枯水季只能通行3吨以下船只，水运较为困难。
公路：附近公路线为AF干道，B城至C城段全长365Km，晴雨畅通无阻，但目前C城至坝址尚无公路通行。
铁路：D城为乐万铁路车站，由B城至D城180Km，至工地有53公里。
3）地震：本地区为5~6度，设计时可不考虑。
（二）设计数据
1. 工程等级：根据规范自定
2.水库规划资料
1） 正常水位：113.10m；
2） 最高洪水位（校核）：113.50m；
3） 死水位：105.0m（发电极限工作深度8m）；
4） 灌溉最低库水位：104.0m；
5） 总库容：2.00亿m3；
6） 水库有效库容：1.15亿m3；
7） 库容系数：0.575；
8） 发电调节流量Qp=7.35m3/s，相应下游水位68.2m；
9） 发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应下游水位68.65m；
10） 通过设计洪水位流量（Q1%）时，溢洪道最大泄水量Qmax=1340 m3/s，相应下游最高洪水位74.3m。
3. 枢纽组成建筑物
1） 大坝：布置在1#坝轴线上；
2） 溢洪道：堰顶高程为107.50m；
3） 水电站：装机容量900千瓦，3台机组，厂房尺寸为30×9m2；
4） 灌溉：主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1∶1。
5） 水库放空隧洞：为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.0m，洞直径为3.5m。
6） 筏道：为干筏道，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3，转运平台高程115.00m，平台尺寸为30×20m2。
4. 筑坝材料
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料可以用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。
1）土料：主要有粘土和壤土，储量多，质量尚佳，可作为筑坝材料，其性能见附表：1；
2）砂土：可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，见附表：2；
3）石料：石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，性能见附表：3。
附表1 土料特性表
| 土壤类别 | 干容重 (KN/m3) | 最优 含水率 （%） | 孔隙率 n （%） | 内摩擦角 φ | 粘 着 力 c (KPa) | 渗透系数 k (cm/s) |
| 粘土 | 15.4 | 25 | 40 | 18°30′ | 37 | 1×10-6 |
| 壤土 | 15.8 | 14.5 | 41.7 | 23°41′ | 12 | 1×10-5 |
| 坡土 | 16.0 | 22.5 | 39.8 | 22°（湿） 33°（干） | （湿）7.5 | 1×10-3 |
| 土壤类别 | 干容重 (KN/m3) | 孔隙率 n （%） | 内摩擦角 φ | 浮容重 (KN/m3) |
| 砂土 | 16 | 40.6 | 30° | 10.06 |
干 容 重
| (KN/m3) | 孔 隙 率 n （%） | 内 摩 擦 角 φ |
| 1.8 | 33 | 38° |
1. 工程等别及建筑物级别
1）水库枢纽建筑物组成
根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物主要包括：拦河大坝、水电站建筑物、溢洪道、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道等。
2）工程规模
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：
（1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩即20/15=1.33万ha，在3.33～0.33万ha之间，属Ⅲ等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程。
（2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。
（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。
2. 各组成建筑物的选择
1）挡水建筑物型式的选择
在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。
（1）重力坝方案
从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，目前C城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。
（2）拱坝方案
修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，建拱坝的造价过高，不宜修筑。
（3）土石坝方案
土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。
2）泄水建筑物型式的选择
土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。
3）其它建筑型式的选择
（1）灌溉引水建筑物
采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1∶1。
（2）水电站建筑物
因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。
（3）过坝建筑物
主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为30×20m2，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3。
（4）施工导流洞及水库放空洞
施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m。
3. 枢纽总体布置方案的确定
挡水建筑物——土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在右岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。
（四）土坝设计
1. 坝型选择
影响土石坝坝型选择的因素有：1.坝高；2.筑坝材料；3.坝址区的地形地质条件；4.施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；5.枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；6.枢纽的开发目标和运行条件；7.土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料可以用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。
1）土料：主要有粘土和壤土，储量多，质量尚佳，可作为筑坝材料，其性能见附表：1；
2）砂土：可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，见附表：2；
3）石料：石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，性能见附表：3。
从建筑材料上说，均质坝、心墙坝、斜墙坝均可。
1）均质坝。坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降比较小，有利于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比用在其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷及多雨地区的使用受。
2）斜墙坝。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上坝；土质斜墙靠在透水坝壳上，如果坝壳沉降大，将使斜墙开裂；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝方便，斜墙与地基接触应力比心墙小，同地基结合不如心墙坝；断面较大，特别是上游坡较缓，坝脚伸出较远，填筑工程量较心墙大。
3）心墙坝。用作防渗体的土料位于坝下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，这样便于分别从上下游上料，填筑透水坝壳，使施工方便，争取工期。心墙坝的优点还有：心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，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；当库水位下降时，上游透水坝壳中水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡；下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也可以设计得比较陡；在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；位于坝轴线上的心墙与岸坡及混凝土建筑物连接比较方便。
由于土石坝的地基适应性强，理论上说，这几类坝都可以选用，具体考虑到当地两岸的坝坡较陡峭，因此选用较能够适应陡峭坝坡地形的心墙坝作为首选坝型。
2. 坝体剖面设计
土石坝的剖面设计指坝坡、坝顶宽度、坝顶高程。
1）坝坡
因最大坝高约115.20-65.00=50.20m,故采用三级变坡。
（1）上游坝坡：从坝顶至坝踵依次为1︰3；1︰3.5；1︰4。
（2）下游坝坡：从坝顶至坝趾依次为1︰2.75；1︰3；1︰3。
（3）马道：第一级马道高程为85.20m，第二级马道高程100.20m，马道宽度取2.0m。
2）坝顶宽度
本坝顶无交通要求，对中低坝，这里为坝高。故取。
3）坝顶高程
坝顶高程等于不同运行情况下的水库静水位加上超高之和，并分别按以下运用情况计算，取较大值：①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预留一定的坝体沉降量，此处取坝高的0.3%。计算公式如下：
， ， ，
式中： ——波浪在坝坡上的最大爬高，m；
——最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m；
——安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表1-1确定。
表1-1 安全加高 （单位：m）
| 运用情况 | 坝的级别 | |||
| Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ、Ⅴ | |
| 正常 | 1.5 | 1.0 | 0.7 | 0.5 |
| 非常 | 0.7 | 0.5 | 0.4 | 0.3 |
——坝坡坡率；
——坝坡护面糙率，取值为：抛石0.035，干砌块石0.0275，浆砌石并勾缝0.025，沥青和混凝土0.0155；
——设计风速，；
——吹程，㎞；
——水库水域的平均水深，m；
——综合摩阻系数，其值变化在（1.5～5.0）×10-3之间，计算时一般取
K=3.6×10-3；
——风向与水域中线（或坝轴线的法线）方向的夹角。
两种计算成果见表1-2。
表1-2 坝顶高程计算结果
| 运用情况 | 静水位 （m） | 波浪 爬高 R（m） | 风浪引起 坝前壅高 e (m) | 安全 超高 A（m） | 计算坝顶 高 程 Z计（m） | 0.3% 沉陷 （m） | 竣工时的 坝顶高程 Z （m） |
| 设计情况 （正常水位） | 113.1 | 0.6819 | 0.2056 | 1.0 | 114.9875 | 0.34496 | 115.3325 |
| 较核情况 （非常情况） | 113.5 | 0.6819 | 0.3563 | 0.5 | 115.0382 | 0.34511 | 115.3833 |
验算：坝顶高程115.20m均大于
设计洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=113.60m；
校核洪水位113.50m。
所以满足要求。
3. 渗流计算
1）渗流计算的基本假定
（1）心墙采用粘土料，渗透系数，坝壳采用砂土料，渗透系数，两者相差倍，可以把粘土心墙看作相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔行降落水头的作用。下游设有棱体排水，可近似的假设浸润线的逸出点为下游水位与堆石棱体内坡的交点。下游坝壳的浸润线也较平缓，接近水平，水头主要在心墙部位损失。
（2）土体中渗流流速不大且处于层流状态，渗流服从达西定律，即平均流速v等于渗透系数K与渗透比降i的乘积，v=K×i。
（3）发生渗流量时土体孔隙尺寸不变，饱和度不变，渗流为连续的。
2）渗流计算条件
渗流计算应考虑如下组合，取其最不利者作为控制条件：1）上游正常高水位，下游相应的最低水位；2）上游设计或校核洪水水位，分别相应的下游水位；3）对山游坝坡稳定最不利的库水降落后的水位。
这里缺乏有关设计数据，所以拟定用如下工况进行渗流计算：
设计洪水位（取与正常蓄水位）113.10m，相应下游的最低水位68.2m；
校核洪水位113.50m，相应下游的水位68.65m。
3）渗流分析的方法
采用水力学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律和杜平假设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速、渗透流量和浸润线等。
4）计算断面及公式
本设计仅对河槽处最大断面进行渗流计算。假设地基为不透水地基。
，
5）单宽流量
将心墙看作等厚的矩形，则其平均宽度为：
坝轴线到下游坝趾处的宽度：D=163.16m；
从图中还可以计算出：L=141.85m；
已知 ， 。
通过心墙段的单宽流量为；
通过心墙下游坝壳段的单宽流量为。
具体计算结果见表1-3。
表1-3 及其下游坝壳单宽流量计算结果
| 计算情况 | Z上 （m） | Z下 （m） | H1 （m） | H2（m） | （m） | D （m） | L (m) | q (×10-4 m3/(s·m)) | He (m) |
| 正常蓄水位 | 113.10 | 68.20 | 48.10 | 3.20 | 8.00 | 163.16 | 125.05 | 1.43 | 3.719 |
| 校核洪水位 | 113.50 | 68.65 | 48.50 | 3.65 | 8.00 | 163.16 | 125.50 | 1.46 | 4.121 |
从地形地质平面图上可大致量得大坝沿坝轴线长L=340m，沿整个坝段的总渗流量Q=Lq,式中是考虑到坝宽、坝厚、渗流量沿坝轴线的不均匀性而加的折减系数，取，
7）浸润线方程
（1） 正常蓄水位情况下的浸润线方程
（2） 校核洪水位情况下的浸润线方程
4. 坝坡稳定计算（只作下游坡一个滑弧面的计算）
心墙坝的下游坝坡采用的是砂土，粘聚力c=0，为无粘性土，常形成折线形的滑弧面。见图所示。
图中所示各物理量之间满足以下方程：
，，。
查设计资料砂土抗剪强度指标，由于设计原始资料中无相关数据，在此也无法提供实验数据，故假设，，，，代入上述方程得
（Ⅱ级水工建筑物正常运用情况下）， 。
从以上分析可知该假想滑动面是稳定的。
5. 防渗体设计（这里选用粘土心墙）
1）防渗体尺寸
土质防渗体的尺寸应满足控制渗透比降和渗流量要求，还要便于施工。心墙顶部考虑机械化施工的要求，取2.0m，边坡取1︰0.123。
上下游最大作用水头差H=113.50-65=48.50m（下游无水工况），粘土心墙坝的允许渗透坡降[J]=4，故墙厚T≧H/[J]=48.50/4=12.125m。
心墙底宽为2+（48.50+0.5）×0.123×2=14.054m>12.125m，满足要求
2）防渗体超高
防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况（如正常蓄水位、设计洪水位）心墙为0.3～0.6m，取0.5m，最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50=113.60m。
3）防渗体保护层
心墙顶部应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂、砂砾或碎石，其厚度不小于该地区的洞深或干燥深度，此处取1.6m，上部碎石厚50cm；下部砂砾厚110cm，具体见坝顶部构造。
6. 坝体排水设计
1）排水设施选择
常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水、以及综合式排水。
（1）贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线很低和下游无水的情况，故不选用。
（2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，且易于检修，是效果较好的一种排水型式。
（3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。
综合以上分析选择棱体排水方式。
2）堆石棱体排水尺寸
顶宽8.0m，内坡1︰1，外坡1︰1.33，顶部高程须高出下游最高水位对1、2级坝不小于1.0m。通过设计洪水位113.10m（正常水位）流量时，相应下游最高洪水位68.20m；假定通过校核洪水位113.50m流量时，相应下游最高洪水位68.65m。超高取3.35m，所以顶部高程为68.65+3.35=72.00m 。
7. 反滤层和过滤层
1）设计规范及标准
（1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）
碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按下述准则选用，，同时要求两者的不均匀系数及不大于5～8，级配曲线形状最好相似。
式中：——反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%；
——被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的15%及85%。
上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。
按此标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。
（2）保护粘性土料
粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。[参考：林昭著.碾压式土石坝.郑州：黄河水利出版社，2003.7，第157页]。
①满足被保护粘性土的细粒不会流失
根据被保护土的小于0.075mm含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm的颗粒时，则取其小于5mm的级配确定小于0.075mm的颗粒含量百分数及计算粒径。如被保护土不含有大于5mm的颗粒时，则按全料确定小于0.0075mm的颗粒含量百分数及。
a.对于小于0.075mm的颗粒含量大于85%的粘性土，按式设计反滤层，当，取等于0.2mm 。
b.对于小于0.075mm的颗粒含量为40%～85%的粘性土按式设计反滤层。
c.对于小于0.075mm的颗粒含量为15%～39%的粘性土按式设计反滤层。式中，为小于0.075mm时颗粒含量1%。若，应取0.7mm。
②满足排水要求
以上三种土还应符合式，以满足排水要求。式中应为被保护粘性土全料的，若时不小于0.1mm 。
（3）护坡垫层
同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。
， 。
2）设计结果
由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配情况，这里无法用计算的方法进行反滤层的设计，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。具体的尺寸和分区参见构造设计图纸。
8. 护坡设计
1）上游护坡：采用目前比较常用的干砌石护坡。护坡范围从坝顶一直到坝脚，厚度为80cm，下部设50cm的碎石和40cm的粗砂垫层。参见土石坝剖面图。
2）下游护坡：下游设厚度为50cm的干砌块石护坡，护坡下面设厚度为30cm的碎石垫层。参见土石坝剖面图。
9. 顶部构造
1）坝顶宽度
对中低坝可取5～10m，此处取B=6.0m。
2）防浪墙
采用C20水泥浆砌块石防浪墙，基本尺寸见图1-5所示。墙身每隔15m布置一道设有止水的沉陷逢，墙顶设有高2.8m的灯柱。
3）坝顶盖面
以防止防渗体——粘土心墙干裂、冻结和雨水冲蚀，在粘土心墙顶部设置保护层，厚度为160cm，分为两层，上层碎石厚度为50cm，下层砂砾厚度为110cm。见坝顶细部图。
10. 马道和坝顶、坝面排水设计
1）马道：第一级马道高程为85.20m，第二级马道高程为100.20m，马道宽为2.0m。
2）坝顶排水：坝顶设有防浪墙，为了便于排水，坝顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为2%，将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。
3）坝面排水
（1）布置
在下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。沿坝轴线每隔150m设置1条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水沟自坝顶直至棱体排水处的排水沟，再排至坝趾排水沟。纵横向排水沟互相连通，横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两端倾斜，坡度取0.3%，以便将雨水排向横向排水沟。
坝体与岸坡连接处应设置排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。
（2）排水沟尺寸及材料
①尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20～40cm。具体的尺寸见坝体排水详图。
②材料：排水沟通常采用浆砌石或混凝土预制块。在有排水沟的坝面处用水泥将该处的干砌石勾缝，形成水泥浆砌石排水沟。
11. 地基处理及坝体与地基岸坡的连接
结合本坝坝基情况，从坝轴线剖面图可知，地基处理如下：
1）地基处理
（1）河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，且钻1处岩芯获得率都比较高。吸水量也较低，故只需清除覆盖层即可，挖至基岩即可。
（2）钻2及右岸河滩：覆盖层和坡积物相对较厚，钻2处的上层岩芯获得率只有12%，
层裂隙较为发育，拟采用局部帷幕灌浆。
（3）平山咀大溶洞：经勘探后分析对大坝及库区均无影响，为安全起见，可修筑土铺盖，用水泥砂浆填缝。铺盖同时还应与粘土心墙相连，向上库区及右岸延伸展布，将岩溶封闭。
2）坝体与地基的连接
（1）河槽部位（即钻1部位），岩芯获得率及吸水量均能达到要求，采用在心墙底端局部加厚的方式与地基相连。
（2）钻2到右岸河滩：上部岩层裂隙较发育，岩芯获得率只有12%。而覆盖层也较左岸厚，采用截水槽的方式与基岩相连。截水槽可挖至基岩以下0.5m深处，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用1：1.5；底宽，渗径不小于（1/3～1/5）H，其中H为最大作用水头（下游无水时为51.00m），底宽取1/2.6×51.00=20.0m。
3）坝体与岸坡的连接
左坝肩到左滩地，坡积风化层5～10m，需彻底清除，左岸坡上修建混凝土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。右坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。
（五）溢洪道设计
1. 溢洪道路线选择和平面位置的确定
根据本工程地形地质条件，选择正槽式溢洪道，泄槽末端设置圆形渐变段，采用挑流消能，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在右岸的天然垭口，如地形地质平面图所示。
2. 溢洪道基本数据
由于没有做调洪演算，初步拟定溢洪道水力计算成果见表1-4。
表 1- 4 溢洪道水力计算成果
| 计算情况 | 上游水位（m） | 下泄最大流量(m3/s) | 相应的下游水位(m) |
| 设计 | 113.10 | 1340 | 74.30 |
| 校核 | 113.50 | 1660 | 75.00 |
3. 工程布置
1）引水渠
引水渠的作用是将水流平顺的引至溢流堰前，为了减少局部水头损失和防止上游入口冲刷（特别是上游坝坡处），采用较小的渠内流速。渠底宽度大于堰宽，渠底末端高程与控制堰顶高程相同，取为107.50m。引水渠断面尺寸的拟定，具体计算结果和过程见表1-5。
表 1-5 引水渠断面尺寸计算成果（ 设计流速）
| 计算情况 | 上游水位（m） | 下泄最大流量 Q (m3/s) | 水深 H （m） | 边坡坡率m | 底宽 B (m) |
| 设计 | 113.10 | 1340 | 5.6 | 1.5 | 51.42 |
| 校核 | 113.50 | 1660 | 6.0 | 1.5 | 60.17 |
可以拟定引水渠底宽B=79.0m，引水渠与控制堰之间采用圆弧连接，圆弧半径R=15m，圆弧的圆心角为；根据选定的连接形式和尺寸有，由此可以查表得出。
可以拟定，考虑到岩基较差且覆盖层厚，在渠底设置人工铺盖防渗，同时为防止冲刷对引水渠的靠近堰流区段采用浆砌石护面（0.3m）。引水渠取45m左右。
2）控制段
其作用是控制泄洪能力。本工程是以灌溉发电为主的中型工程，采用平面钢闸门控制。溢洪道轴线处岩石破碎，深达60m的钻探岩芯获得率约为20%，岩石裂隙十分发育，因为宽顶堰堰矮荷载小，经比较选用无坎宽顶堰，断面为矩形，顶部高程为107.50m，堰厚(2.5H<<10H)，堰宽由流量方程求得，具体计算见表1-6。
表 1-6 溢洪道控制段宽顶堰堰宽计算（忽略行进流速水头）
| 计算情况 | 上游水位 （m） | 泄量 Q (m3/s) | 堰上水头H0 （m） | 流量系数m | 控制堰宽 nb （m） |
| 设计 | 113.10 | 1340 | 5.60 | 0.368 | 62.07 |
| 校核 | 113.50 | 1660 | 6.00 | 0.368 | 69.33 |
由计算知控制堰取为宜；孔口数n=7；闸门尺寸11m×6.5m（宽×高），宽高比为11/6.5=1.7满足（1.5～2.0）；
门槽宽，取，其中H为堰上水头，为闸口单宽取10m；
门槽深；中墩宽1.5m；单宽10m，闸墩尺寸见。
3）泄槽
泄槽是宣泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡面不能太陡。由地形地质平面图上量得从堰口坝轴线至下游高程69.4m处的水平距离约120m，高差为38.1m，从堰顶到下游水面连一直线，直线的斜率大约等于k=1︰3.14故取k=1︰3。，考虑到泄槽设计、施工的方便和简单，以及水流的流态等各种因素，泄槽采用等宽，同一坡率，初步拟定为i=1/3，矩形断面，宽B=79m，长。
4）出口消能
溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，可以采用扩散坎挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。但如果大坝下游（溢洪道出口）的假想逆断层存在的话，还需对该断层进行处理，以防止溢洪道出口冲坑太深而危及大坝安全。
5）尾水渠
其作用是将消能后的水流较平稳的泄入原河道，同时为了防止小流量产生贴流、淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L=50m的护袒。
4. 溢洪道水力计算
1）引水渠流速计算
其具体计算见溢洪道工程布置中的引水渠，设计洪水位和校核洪水位时均取，而实际的引水渠底宽大于计算所需要的宽度，而且因为渠底是逆坡，其高程都比107.50m要低，所以引水渠实际的流速均比要小，均能满足要求。
2）控制堰最大泄流能力的验算
计算所需闸门总净宽为70m(校核洪水时)，而整个闸室宽79m，从定性分析可知满足最大泄流量的要求。
3）泄槽水面线的计算
（1） 基本公式
，，，，，
式中：——临界水深，m； Q——槽内泄量，m3/s； q——单宽流量，m3/（s·m）；
——临界坡降； B——泄槽首段宽度，m； g——重力加速度，m/s2；
——相应临界水深的水面宽，m；
、、、——临界水深时对应的过水断面积（m2）、湿周（m）、水力半径（m）、谢才系数。
，，，，；
式中： ——1-1断面的比能，m； ——2-2断面的比能，m；
、——1-1及2-2断面水深，m； ——沿程水头损失，m；
、——1-1及2-2断面的平均流速，m/s； ——断面间的长度，m；
——1-1及2-2断面的底部高程差，m；
n——泄槽糙率，底板是混凝土衬砌石，侧壁为干砌石，取n=0.03。
（2） 临界水深和临界坡降的计算见表1-7。
表 1-7 临界水深和临界坡降计算结果
| 计算情况 | Q | n | ||||||||
| 设计水位 | 1340 | 79 | 16.96 | 3.08 | 243.32 | 85.16 | 2.86 | 0.03 | 39.71 | 0.0067 |
| 校核水位 | 1660 | 79 | 21.01 | 3.56 | 281.24 | 86.12 | 3.27 | 0.03 | 40.61 | 0.0065 |
（3） 溢洪道泄槽正常水深计算
计算结果见表1-8
表 1-8 溢洪道泄槽正常水深计算结果
| 计算情况 | Q | B | i | 假设h0 | n | ||||||
| 设计水位 | 1340 | 79 | 0.936 | 73.944 | 80.872 | 0.9143 | 0.03 | 32.839 | 2321.9 | 1340.6 | |
| 校核水位 | 1660 | 79 | 1.065 | 84.135 | 81.13 | 1.037 | 0.03 | 33.536 | 2873.3 | 1658.9 |
假设堰下泄槽起始断面的计算水深取泄槽临界水深，
设计洪水位（正常蓄水位）：，
校核洪水位：，
采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算结果见表1-9
水面线曲线如图1-12所示。
4. 掺气水深的计算
（1） 自然掺气开始发生点的计算
按经验公式计算：
设计：
校核：
取。
（2） 掺气水深计算
根据美国“水力设计准则”（Hydraulic Design Criteria）提出的公式计算，
计算公式如下：
式中： ；。
设计
校核
计算结果见表1-10
表1-10 掺气水深计算结果
| 计算情况 | L（m） | C | ||
| 设计洪水 | 70.27 | 0.936 | -0.3779 | 1.329 |
| 校核洪水 | 78.72 | 1.065 | -0.408 | 1.485 |
式中：；
计算结果参见泄槽水面线计算表，知掺气水深均小于溢洪道的边墙顶部的高程，水流均不会溢出，满足要求。
5. 消能防冲计算
选择挑流消能进行消能。
（1） 鼻坎型式
选用结构简单、施工方便、鼻坎上水流平顺、挑距较远、应用广泛的连续式鼻坎。鼻坎挑角。鼻坎高程高出下游最高水位（设计时74.30m、校核时75.00m）1～2m，取76.00m，反弧半径R=8m。见图1-10所示。
（2） 水舌挑射距离计算
式中：L——水舌挑距，m； ——坎顶水面流速, m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍；
——坎顶垂直方向水深，m，； ——坎顶至河床面高差，m。，，，，。
计算结果见表1-11。
表 1-11 水舌挑射距离计算结果
| 计算情况 | h | L | |||||||||
| 设计洪水 | 19.74 | 0.945 | 0.5878 | 0.809 | 0.765 | 7.56 | 185.372 | 15.973 | 134.687 | 166.698 | 47.04 |
| 校核洪水 | 21.48 | 1.075 | 0.5878 | 0.809 | 1.38 | 7.56 | 219.42 | 17.378 | 159.426 | 169.266 | 54.83 |
， ，
式中：——水垫厚度，自水面算至坑底，m； ——冲坑深度，m；
——单宽流量，；——上下游水位差，m；——下游水深，m；
——冲坑系数，坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎、裂隙发育的基岩。此工程下游河床存在破碎带和一假想逆断层，岩层裂隙发育，所以取。
冲坑计算结果见表1-12。
表 1-12 冲刷坑深度计算结果
| 计算情况 | Z上（m） | Z下（m） | H（m) | q | ||
| 设计水位 | 113.10 | 74.30 | 38.80 | 1.8 | 16.96 | 18.50 |
| 校核水位 | 113.50 | 75.0 | 38.50 | 1.8 | 21.01 | 20.55 |
包括衬砌、排水、止水和分缝。
泄槽中的水流流速较大，采用厚50cm的混凝土衬砌，引水渠的流速较低可选用石灰浆砌块石水泥勾缝。衬砌纵向接缝采用平接缝，沿水流向横缝采用搭接型式。纵横向分缝距离分别取为10m、20m，缝下设纵横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟，各横向排水沟的水流应通过泄槽两侧的纵向排水沟排往下游，纵向排水管设置两排，以保证排水通畅。
（六） 地基处理及防渗
堰顶处来自水重和底板的重量较大，泄槽段高速水流的冲击作用也较大，再加上此处的岩芯获得率较小，故需进行地基处理，初步拟定采用局部水泥灌浆，挑流消能的鼻坎由连接面板（即泄槽衬砌之延续）和齿墙两部分组成，起到防滑兼防渗的作用。
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