5 工程布置及建筑物
5.1 设计依据
根据工程条件，以及当地材料，新疆石油资源丰富，QA市交通便利，铁路运输可直达QA市，结合工程造价及施工条件，初选为沥青混凝土心墙坝。 5.1.1 工程等别及建筑物级别
QA水库以灌溉和工业兼顾防洪。根据工程规模及在国民经济中的作用，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规范，水库死库容为0.52×106m3,兴利库容为8.48×106m3,相应的正常蓄水位1994.7m，属中型工程，工程等别为Ⅲ等。 5.1.2 工程级别
该工程主要水工建筑物级别为3级，次要建筑物为4级建筑物，临时性水工建筑物为5级建筑物。
5.2 主要建筑物型式，轴线选择及工程总体布置 5.2.1 坝型、坝轴线的选择 5.2.1.1 坝型的选择
（1）根据工程条件，以及当地材料，新疆石油资源丰富，QA市交通又便利，再根据综述所讲到的沥青的防渗，结合工程造价及施工条件，初选沥青心墙碾压式土石坝。
由于教学安排，本人仍采用沥青心墙坝进行设计。
5.2.1.2 坝轴线的选择
坝轴线尽可能与等高线及来水方向垂直，尽量选在河谷较窄地质条件较好的山谷处，这样可以减小坝轴线长度，减小工程量。 5.2.3 工程总体布置
根据教学要求，本设计采用沥青混凝土心墙堆石坝枢纽方案，溢洪道净宽取31m。本工程大坝轴线选在位于QA河谷附近的出山口地段。此地段两岸山体较高，山体雄厚，河谷深切，坝体工程量比较小，填筑材料丰富，是良好的施工场地。从枢纽布置上考虑，轴线右岸有阶地可以布置溢洪道，左岸山体险峻，可以布置引水隧洞。侧槽溢洪道的溢流堰大致沿等高线布置，可在单宽开挖量增加不多的情况下，采用较大前缘长度，以较小的溢流水头宣泄较大流量从而降低水库的洪水位。因此我采用侧槽溢洪道。泄洪溢洪道进口高程为1991.6m，出口高程为1950.2m，坡度为0.35，开挖边坡为1：0.5。隧洞宽取3.5m，根据坝区地形及
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地质构造，溢洪道布置在右岸堰顶高程为1994.7m。隧洞布置在左岸，进口处高程为1953.5m，出口处高程为1937.5m，纵坡为i=0.01。隧洞设有一个转弯，转弯半径为17.5m。详见QA水库枢纽总体布置图。 5.3 挡水建筑物 5.3.1 结构布置
本方案由于考虑到大坝与溢洪道，输水洞的综合布置，及相应地质地貌因素，坝轴线采用基本垂直于右岸等高线且与来水方向基本正交布置（如枢纽总布置图所示）。坝体右岸坝角与溢洪道控制段挡土墙部分结合。初设坝轴线长190米，坝高63.9米，坝顶宽度8米。其坝顶高程为1997.7米，防浪墙顶部高程为1998.9米，心墙顶部高程为1996米。下游坝坡设一马道，其高程1967.7米，宽为2.0米。由于堆石坝本身排水性能良好，故坝体不用设排水层，在渗流出口处设排水棱体。
5.3.1.1 坝体分区设计
按规范要求坝体分区设计应根据就地取材和挖填平衡的原则，经技术比较确定。对于坝体各种不同材料应进行明确的分区。作为沥青混凝土心墙堆石坝该工程应将坝体分为沥青混凝土心墙防渗体、过渡层、坝体堆石区、垫层、护坡、棱体排水，排水棱体进水面设反滤层，上游围堰与坝体采用分离的形式。 5.3.1.2 坝坡设计
根据本工程所确定的坝型、坝高、坝的等级、坝体和坝基材料的性质，以及坝体所承受的荷载和施工、运用条件等因素，特别考虑该工程坝址区狭窄及坝体与溢洪道、导流引水隧洞整体布置要求，通过技术经济比较确定：上游坝坡坡度1：2.25，下游坝坡坡度1：2.0。
考虑坝体下游坝面排水、坝体检修、观测、增加护坡和坝体的稳定性等因素，本工程在下游设水平马道，顶部高程为1967.7米，宽为2米。在马道内侧设纵向排水沟。
5.3.1.3 坝顶高程计算
坝址两岸的山体雄厚。岩石坚硬完整，库区处于高山峡谷区。多年平均最大风速16m/s风向多顺向河道，基本上与坝轴线正交，吹程D=2.12Km。QA水库枢纽工程的正常蓄水位为1994.7m，相应库容为9.0×106m3。死水位1953.5m， 死库容0.52×106m3。设计洪水位为1995.9m， 设计洪水流量为90m3/s,校核洪水位
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1998.9m，校核洪水流量为303m3/s。
坝顶超高及坝顶高程的确定：
坝顶在水库静水位以上的超高按下式计算：
y?R?e?A （5-1） 式中：
y -- 坝顶超高(m)；
R -- 最大风浪在坝坡上的爬高(m)； e -- 最大风壅水面高度(m)； A -- 安全加高（m）。
坝顶高程等于水库静水位加坝顶超高之和。应按以下运用条件计算其最大值:
①计洪水位+正常运用条件下的坝顶超高。 ②核洪水位+非常运用条件下的坝顶超高。
根据中华人民共和国水利部发布的《碾压式土石坝设计规范》A.1.7条,对于内陆峡谷水库当W＜20m/s.D＜2000m时波浪的波高和平均波长可采用官厅水库公式计算 ：
gh?gD? 2?0.0076w?1/12?2? (5-2)
w?w?gLm?gD? 2?0.331w?1/2.15?2?w?w?式中 h－当
1/3.751/3 (5-3)
gDgD=20～250时为累积频率5%的波高h5%当=250～1000时w2w2为累积频率1%的波高h10%
g－重力加速度取9.81m/s2；
w－计算风速(m/s)； D－风区长度(m)； L－平均波长(m)。 具体坝顶高程计算成果见下表：
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表5—4 坝顶高程计算成果表
情运行条件 况 设计洪水位加正常运用条件下的坝1 高 校核洪水位加非常运用条件下的坝高 0.4 2.0 0.005 2.4 1998.3 （m） AR(m) e(m) y(m) Z(m) 2 0.4 1.1 0.005 1.5 1998.9 结论：校核洪水位加非常运用条件下的坝顶高程为最大，故取坝顶高程为1998.9m。 5.3.1.4 坝顶构造
本工程最大坝高63.9m，坝轴线长205m。根据规范要求，对于中坝，坝顶宽度为5m～10m，本工程考虑实际坝体结构、施工、运行以及抗震等因素确定坝顶宽度为8m。对于坝顶盖面型式及材料，考虑当地材料情况及本工程采用沥青混凝土防渗等因素，决定采用20cm密实的碎石垫层，上铺厚度为10cm的沥青混凝土作为坝顶路面，为保证排水将路面设为缓坡，坡度为i=0.02，并设排水孔，排水孔间距10m。
坝顶上游一侧设“L”型钢筋混凝土防浪墙，墙顶高于坝顶路面1.2m。防浪墙路面以下埋深3.3m，其底部与沥青混凝土防渗体紧密结合并做止水处理，沿坝轴线方向设置伸缩缝，做止水处理。 5.3.1.5 反滤层设计
根据规范要求，土石坝反滤层主要依据以下原则： 1.使被保护土不发生渗透变形；
2.渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；
3.不致被细粒土淤塞失效。土石坝防渗体包括心墙（斜墙、铺盖），截水槽、帷幕灌浆。
对于本工程，在沥青混凝土心墙两侧只需设过渡层，不需要另设反滤层，只是在下游排水棱体与坝体及基础接触面处需设反滤层，具体设计如下：
棱体排水与坝体及基础接触面的反滤层分为两部分组成，总厚600mm，每层均厚300mm，第一层最大粒径40mm，最小粒径5mm；第二层最大粒径80mm，最小
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