水利水電工程畢業(yè)論文.doc

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1、1 水利水電工程畢業(yè)論文水利水電工程畢業(yè)論文 題 目 均質(zhì)土壩樞紐建筑物設(shè)計 學(xué) 院 工學(xué)院 專 業(yè) 水利水電工程 1 目 錄 摘要.1 關(guān)鍵詞.1 ABSTRACT1 KEY WORDS .1 緒論.2 1 基本資料2 1.1 地形地質(zhì)2 1.1.1 地形.2 1.1.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件2 1.1.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件3 1.1.4 壩址區(qū)其他建筑物3 1.2 水文與水利規(guī)劃3 1.2.1 氣象3 1.1.2 水文分析4 1.2.3 水利計算5 1.3 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指示的選定7 1.3.1 土料7 1.3.2 砂礫料8 1.3.3 石料8 1.3.4 筑壩材料技術(shù)指標(biāo)的選定8

2、1.4 工程效益9 1.5 施工條件9 1.5.1 施工地區(qū)氣象與水文條件9 1.5.3 當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?土料.10 1.5.4 施工地區(qū)對外條件10 1.5.5 工作日分析10 2 樞紐布置10 2.1 工程等級確定10 2.2 壩軸線的選擇10 2.3 壩型選擇10 2.3.1 地質(zhì)條件10 2 2.3.2 水文條件11 2.3.3 筑壩材料11 2.3.4 壩型比較11 2.4 樞紐布置12 3 壩工設(shè)計13 3.1 壩體剖面設(shè)計13 3.1.1 壩頂高程的確定13 3.1.2 壩頂高程計算13 3.3 壩頂寬度確定17 3.4 壩坡選定 .17 3.5 馬道18 3.6 壩體排水18 4

3、 滲流分析18 4.1 滲流分析的目的18 4.2 分析內(nèi)容19 4.3 滲流分析方法19 4.4 滲流計算20 4.4.1 正常蓄水位時的滲流分析20 4.4.2 設(shè)計洪水位時的滲流分析21 4.4.3 校核洪水位時的滲流分析21 4.5 滲流分析22 5 穩(wěn)定分析22 5.1 計算工況與安全系數(shù)22 5.2 穩(wěn)定分析基本原理及方法 .23 5.2.1 最危險滑弧圓心范圍的確定23 5.3 穩(wěn)定分析計算24 5.3.1 上游為正常蓄水位的下游壩坡穩(wěn)定計算24 5.3.2 上游為校核洪水位時下游壩坡穩(wěn)定分析30 5.3.3 上游為設(shè)計洪水位時上游壩坡穩(wěn)定計算35 5.4 穩(wěn)定綜合分析39 6

4、壩體細(xì)部構(gòu)造40 6.1 壩頂40 6.2 護(hù)坡40 6.3 排水結(jié)構(gòu)40 6.4 反濾層41 6.5 壩坡排水43 3 7 溢洪道設(shè)計43 7.1 概述43 7.2 溢洪道的線路和選型43 7.3 溢洪道引水渠 .44 7.4 溢流堰控制段 .44 7.4.1 溢流堰的形式.44 7.4.2 初步擬定溢流堰孔口凈寬.44 7.5 泄槽設(shè)計 .47 7.5.1 泄槽的平面布置及縱、橫剖面.47 7.5.2 收縮段、擴(kuò)散段和彎曲段設(shè)計.51 7.5.3 摻氣減蝕.51 7.5.4 邊墻高度確定.52 7.5.5 泄槽的襯砌.52 7.6 溢洪道消能設(shè)計 .53 8 壩基處理54 8.1 地基處理

5、的主要要求54 8.2 地基的處理54 8.3 岸坡的處理.54 參考文獻(xiàn).55 致謝.56 1 均質(zhì)土石壩樞紐建筑物設(shè)計 123456 （甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院水利水電工程專業(yè)） 摘要摘要：適當(dāng)修建大壩可以實(shí)現(xiàn)一個流域地區(qū)發(fā)電、防洪、灌溉的綜合效益。通過對青龍河地形地質(zhì)、 水文資料、氣候特征的分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧希O(shè)計適合的樞紐工程來幫助流域地區(qū)實(shí)現(xiàn)很好 的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)防洪要求，對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩頂高程及泄洪建筑物尺寸；通過分 析，對可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的形式、輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；詳細(xì)作 出大壩設(shè)計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方

6、案與壩身構(gòu)造，進(jìn)行水力、 靜力計算；對泄水建筑物進(jìn)行設(shè)計，選擇建筑物的形式、輪廓尺寸，確定布置方案。水庫配合下游 河道整治等措施，可以很大程度的減輕洪水對下游城鎮(zhèn)、廠礦、農(nóng)村、公路、鐵路以及旅游景點(diǎn)的 威脅；可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：壩工設(shè)計；滲流分析；穩(wěn)定分析；溢洪道設(shè)計；基礎(chǔ)處理。 Homogeneous earth dam pivot building design 123456 (Institute of water conservancy and Hydropower Engineering of Gansu Agricultural University) Abst

7、ract: Appropriate construction of dam can be achieved in a basin area of power generation, flood control, irrigation benefit. D river is located in our country southwest, through to its geological, hydrological data, climate analysis, combined with the local building materials, design suitable for t

8、he project to help the region to achieve good economic benefit. According to the requirement of flood control, flood regulation computation of reservoir, to determine the crest elevation and release flood waters building size; through the analysis, on the possible options, determine the hub of the b

9、uilding form, dimensions and water conservancy hub layout plan made in detail; dam design, through the comparison, determining basic profiles and dimensions, make the foundation treatment scheme and the dam body structure, hydraulic, static calculation of outlet structures; design, choice of buildin

10、g form, outline dimensions, to determine the layout scheme, make detail structure, hydraulic, static calculation. Reservoir with river regulation measures, can greatly reduce the flood on the downstream towns, factories and mines, rural, highway, railway and the tourist attractions of the threat; cr

11、eate favorable conditions for development of aquaculture. Key words: Dam design；Seepage analysis; stability analysis; spillway design; foundation treatment 2 緒論 畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是把學(xué)生在專業(yè)主要課程內(nèi)容所獲得的知識加以系統(tǒng)化、鞏固、擴(kuò) 大、深入，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決本專業(yè)技術(shù)問題的能力及培養(yǎng)自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計 計算，編寫說明書和繪圖能力?；驹瓌t是：設(shè)計應(yīng)滿足功能要求，并力求經(jīng)濟(jì)、安全、 施工便利和美觀，根據(jù)可能的和合理的方案進(jìn)行技術(shù)

12、經(jīng)濟(jì)比較來選定建筑物的型式、材 料、布置。 設(shè)計時注意的事項(xiàng)是：以嚴(yán)肅的態(tài)度對待資料，不自行修改或增減，一切必要的補(bǔ)充或 修改必須征得指導(dǎo)教師的同意。 本此設(shè)計包括：樞紐布置，壩體剖面設(shè)計，滲流、穩(wěn)定分析，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計以及溢 洪道設(shè)計，地基處理等章節(jié)。根據(jù)基本資料中的地質(zhì)、水文資料確定壩址、壩型，根據(jù) 工程的用途以及地形條件進(jìn)行樞紐總體布置。由水文，氣象資料初步擬定壩體剖面后， 經(jīng)過滲流分析，穩(wěn)定分析后驗(yàn)證壩體的穩(wěn)定性性指標(biāo)。之后對壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，滿足 大壩的功能要求。土石壩的壩頂是不容許過水的，因此必須設(shè)置獨(dú)立的泄水，本設(shè)計采 用正槽式溢洪道，布置在河道的左岸。 在完成設(shè)計過程中主要參考了

13、水工建筑物 ，SL 274-2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范 ，在張老師的精心指導(dǎo)下完成本次設(shè)計。 1 基本資料 1.1 地形地質(zhì) 1.1.1 地形地質(zhì) 見 1:2000 壩址地形圖。 1.1.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件 水庫位于高山區(qū)，構(gòu)造剝蝕地形。青龍河侵蝕能力較強(qiáng)，沿河形成不對稱河谷，由 于構(gòu)造運(yùn)動影響，河流不斷下切，形成岸邊階地、陡岸。 流域內(nèi)地形北高南低，平均高程與 500m，最高峰海拔 1680m。河道蜿蜒曲折，河谷 寬度 400100m 不等，河道比降 1/4001/600。 庫區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在 200 米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛，其 中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質(zhì)

14、頁巖組成。透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內(nèi)外 的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸，從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析，水 3 庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游 滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風(fēng)化作用較強(qiáng)，庫岸基本上是穩(wěn)定的。 青龍河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問 題不大，庫區(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。 1.1.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 本區(qū)地震基本裂度為六度，建筑物按七度設(shè)防 壩址位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向青龍河上游，兩岸山體較厚。河床寬約 300 米，河床地面高程 85m，河床砂卵石覆蓋層平均厚度 57 米，滲透系數(shù)

15、 K=110-2 厘米/ 秒。 水庫壩址選在青龍河下游的山谷河段上，共選出 2 條壩線，經(jīng)過比較，確定第一壩 線，出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層，巖石堅硬、構(gòu)造簡單、滲透性 小。壩址區(qū)為剝蝕中低山地形，河流經(jīng)壩址處急轉(zhuǎn)彎向北流向下游，由于受喬麥嶺 背斜控制，巖層傾向上游，呈單斜構(gòu)造狀。 壩線區(qū)河谷較為開闊。右岸下游形成半島狀，因河流側(cè)向侵蝕，使右岸形成陡壁， 近于直立，已查明的小段層有 6-7 條，軟弱夾層有 13 條；左岸山坡平緩，覆蓋著 31m 厚 的山麓堆積物，有斷層一條。河床壩基巖石構(gòu)造較為發(fā)育，開挖揭露出斷層 40 余條，其 中相對較大的有 10 多條。 1.1.4 壩

16、址區(qū)其他建筑物 溢洪道 上壩線溢洪道位置巖性主要為堅硬的細(xì)砂巖，其中軟弱層多為透鏡體，溢洪道各部 分的抗滑穩(wěn)定條件是好的，下壩線溢洪道堰頂高程 750 米，基礎(chǔ)以下 10 米左右為砂質(zhì)頁 巖及夾泥層，且單薄分水嶺巖層風(fēng)化嚴(yán)重，透水性大，對建筑物安全不利。 1.2 水文與水利規(guī)劃 1.2.1 氣象 根據(jù)資料統(tǒng)計，青龍河流域?qū)偌撅L(fēng)型大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。 多年平均氣溫約 10，年絕對最低氣溫為-29.2，最高氣溫為 38.7，月平均溫度變化 較大，離壩址較遠(yuǎn)的遷安站實(shí)測最高氣溫 39。多年平均降雨量為 700mm，且多集中在 夏季七、八月份。全年無霜期約 180 天，結(jié)冰期約 1

17、20 天，河道一般在 12 月封凍，次年 三月上旬解凍，凍層厚 0.40.6m，岸邊可達(dá) 1.0m。多年平均最大風(fēng)速 23.7m/s，水庫吹 程為 3km。 4 1.1.2 水文分析 1.1.2.1 洪水 青龍河洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計七八月發(fā)生最大洪峰流量的機(jī)會占 88%，而且年 際變化很大，實(shí)測最大洪峰流量為 2200 秒立米(1962 年)，最小洪峰流量 184 秒立米(1965 年)，相差 12 倍，流域洪水峰高、歷時短，陡漲陡落。一次洪水持續(xù)時間一般 35 天。 1.1.2.2 年來水量 青龍河流域年徑流由年降雨產(chǎn)生，年徑流在地區(qū)與時間上分布與年降雨量基本一致， 但年際間變化懸殊，實(shí)測

18、徑流資料 19291983 年共 35 年資料中豐水年 1961 年達(dá) 21.34104m3，枯水年 1965 年僅 16.77104m3，相似枯水年連續(xù)發(fā)生，多年平均徑流量 9.6108m3。實(shí)測徑流資料如表 1-1 所示?？紤]到流域內(nèi)人類活動對產(chǎn)流的影響，分別對 未來規(guī)劃年 2000 年和 2020 年流域內(nèi)耗水量進(jìn)行了預(yù)測，得到個規(guī)劃年的徑流系列，如 表 1-1 所示。 根據(jù)徑流年內(nèi)和年際變化特征，分別選擇 1986 年，2000 年和 2020 年為設(shè)計水平年。 表 1-1 實(shí)測徑流表 年份天然1986 年2000 年2020 年年份天然1986 年2000 年2020 年 19291

19、1.09910.910.49510.24419572.9322.7332.3572.16 3021.22921.0320.62570.383584.3984.1993.8053.603 314.7294.5304.1253.8645919.86019.8519.24018.995 326.1815.9825.5935.396604.6644.4654.0663.869 337.5727.3737.0156.818613.4253.2262.8212.583 3416.77416.57516.1715.9446218.19317.99417.58917.35 359.0278.8288.4298

20、.239633.6823.4833.0782.817 362.1141.9151.5101.3036413.40613.20712.80212.566 3712.98612.78712.38212.121654.3284.1293.7343.537 3815.43115.23214.82714.5666610.48010.2819.8769.165 3910.89610.69710.29210.071676.1685.9695.5645.346 404.2094.0103.6063.253682.6242.4232.0231.826 413.3402.1411.7361.5286918.517

21、18.31817.94317.682 429.8249.6259.2208.959704.9744.7754.3704.145 4312.48712.28811.88211.622713.1082.9092.5192.322 444.7254.5261.1213.860723.4283.2292.8242.627 457.2227.0236.6186.357739.3159.1168.7118.450 468.3728.1737.7687.507749.1058.9068.5018.261 478.1868.0247.7597.4877510.0899.7859.0679.278 488.23

22、58.0367.6317.3707611.32411.12510.72010.459 4937.02236.80336.39836.1377721.3421.14120.72620.475 507.5117.3126.9076.6467813.05712.85812.45312.192 5 515.5655.3864.9614.7387910.1199.9209.5199.251 526.3626.1635.7585.559802.2332.0341.6451.448 5317.91717.71817.31317.054811.7361.5371.1480.951 5414.97614.777

23、14.37214.111821.8911.6921.2981.118 5513.69013.49113.08612.825832.0911.8921.5171.320 567.9967.7977.3927.13184 1.1.2.3 年輸沙量 青龍河流域植被較好，泥沙來源在地區(qū)分布和洪水分布上一致。主要是土門子與某 之間，其間來沙量約占某以上總輸沙量的 95%以上，而汛期輸沙量又集中在幾次特大洪 水上。年際間泥沙量的變化懸殊。由統(tǒng)計分析得知，某站多年平均淤沙量為 389t,多年平 均含沙量為 4.0kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為 762.8t/km2。從泥沙的組成情況來看，泥沙顆 粒較粗，中值

24、粒徑為 0.075mm，淤沙浮容重 0.9t/m3，內(nèi)摩擦角為 12 度。 1.1.2.3 水文分析成果表 表 1-2 水文分析成果表 序號姓 名單 位數(shù) 量備 注 1利用水文系列年限35 2代表性流量 多年平均流量立米/秒30.5 調(diào)查歷史最大流量立米/秒3400 設(shè)計洪水洪峰流量(P=1%)立米/秒3600 校核洪水洪峰流量(P=0.1%)立米/秒5200 保壩洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒7600 3洪量 設(shè)計洪水洪量(P=1%)億立米6.5五 天 校核洪水洪量(P=0.1%)億立米8.2五 天 4多年平均年徑流量億立米9.6 5多年平均輸沙量噸431 1.2.3 水利計算 水文

25、水利規(guī)劃成果如下： ()死水位選擇 為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水頭適當(dāng)加高，力求達(dá)到電源自給以及為今 后水庫淤積留有余地。按二十年淤積高程，選定死水位 104m。 6 ()調(diào)節(jié)性能的選定 灌溉保證率選取 P=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水，電站則利用余 水發(fā)電，從年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩方案的水電量利用系數(shù)和壩高都相差不大，但是多年調(diào) 節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機(jī)利用小時都較年調(diào)節(jié)性能水庫提高 20%。故確定該水 庫為多年調(diào)節(jié)性能水庫。 ()興利水位的確定原則和指標(biāo) 根據(jù)青龍河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定為 140.5 米。七、八月以后可重復(fù) 利用一部分防洪庫容蓄水興利

26、以不降工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，以防洪興利兼顧為原則，確定九、 十月限制水位，提高為 136.2 米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超過百年設(shè)計洪水位考 慮，確定汛末興利水位為 141 米。 ()防洪運(yùn)用原則及設(shè)計洪水的確定 某水庫屬一級工程。水庫大壩建筑物按千年一遇洪水設(shè)計，萬年一遇洪水校核。由 于采用的洪水計算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作非常保壩標(biāo) 準(zhǔn)對水工建筑物進(jìn)行復(fù)核。 調(diào)洪運(yùn)用原則： 入庫洪水為百年一遇時，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，水庫 控制下流量為 2000 秒立米。 當(dāng)入庫洪水為千年一遇時，溢洪道單寬流量以 70 每秒立米控制泄流。 當(dāng)入庫洪水為萬年一

27、遇時，按上述原則操作，即庫水位接近校核水位時，水庫水位 仍繼續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開洪，允許溢洪道局部破壞。 ()水庫排沙和淤沙計算 某水庫回水長 25 公里，河道彎曲，河床比降為 2.2%，河床寬 300 米左右，是個典型 的河道型水庫。 水庫利用異重流排沙。在蓄水過程中，只能用灌溉、發(fā)電有盈余水進(jìn)行排沙，經(jīng)計 算，多年平均排沙量只占 5.2%，94.8%的泥沙都要淤積在庫區(qū)內(nèi)侵占興利庫容。淤沙高程 為 97.6m，堆沙庫容為 1.66108m3。 ()水庫工程特征值 A. 樞紐下泄流量及相應(yīng)下游水位 水庫上游設(shè)計洪水位為 142.0m，相應(yīng)下游水位為 92.0m，庫容為 8.32

28、108m3，溢流 壩相應(yīng)的泄量為 1024m3/s；上游校核洪水位為 143.3m，相應(yīng)下游水位為 92.4m，庫容為 7 8.70108m3，溢流壩相應(yīng)的泄量為 1159 m3/s；上游正常蓄水位為 141m（與汛限水位同 高） ，相應(yīng)下游水位為 86.1m；死水位為 90.0m，相應(yīng)的庫容為 0.78108m3； 表 1-3 水庫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表 序號名 稱單 位數(shù) 量備 注 1水庫水位 校核洪水位(P=0.01%)米考慮淤積 20 年 設(shè)計洪水位(P=1%)米考慮淤積 20 年 興利水位米考慮淤積 20 年 汛限水位米考慮淤積 20 年 死水位米考慮淤積 20 年 2水庫容積 總庫容億立米

29、5.05校核洪水位 設(shè)計洪水位庫容億立米4.63 序號名 稱單 位數(shù) 量備 注 防洪庫容億立米14.93 興利庫容億立米 其中共用庫容億立米 死庫容億立米 3庫容系數(shù)% 4調(diào)節(jié)特性多年 1.3 建筑材料及筑壩材料技術(shù)指示的選定 當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植荚趬沃返貐^(qū)上、下游河灘及兩岸階地。其中，土料主要分布 在莊窩、土谷子等七處，沙礫卵石料主要有南杖子、某等八處，各料廠的材料物理性質(zhì) 基本滿足要求，可做大壩混凝土骨料及拱圍堰。 1.3.1 土料 壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運(yùn)距小于 1.5 公里，根據(jù) 155 組試驗(yàn)成果 統(tǒng)計，土料平均粘粒含量為 26.4%，粉粒 55.9%，砂粉 17.6

30、%，其中 25%屬粉質(zhì)粘土， 60.7%屬重粉質(zhì)壤土，14.3%屬中粉質(zhì)壤土，平均塑性指數(shù) 11.1，比重 2.75。最大干容重 1.67 噸/立米，最優(yōu)含水量 20.5%，滲透系數(shù) 0.4410-6 厘米/秒。具有中等壓縮性，強(qiáng)度 指標(biāo)見下頁表。 8 1.3.2 砂礫料 主要分布在河灘上，儲量為 205 萬立米，扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的約 100151 萬立米，其顆粒級配不連續(xù)，缺少蹭粒徑，根據(jù)野外 29 組自然坡度角試驗(yàn)，34 組室內(nèi)試驗(yàn)分析，統(tǒng)計成果如下： 自然么重 1.87 噸/立米，軟弱顆料含量 2.64%。 不均勻系數(shù) 561 顆，顆組成見表 1-4： 表 1-4 顆料組成

31、(毫米)% 0.7 時，=3435，鑒于本地砂礫料級配不好，故j 選用=310。j 堆石指標(biāo)一般值在 3945之間，統(tǒng)計國外 9 座砂巖地區(qū)筑壩石料平均值為 39.1，我國獅子灘堆石壩試驗(yàn)為 3645，取用 3950，故本工程取用值 40。 左巖黃土臺地(Q2)壓縮系數(shù) SS=0.025，起始孔隙比 e0=0.725，平均料徑 D50=0.1mm。如表 1-6 所示。 表 1-6 壩體土料的壓縮曲線(r=2.65kg/cm2),平均料徑 d50=0.1mm。 P (kg/cm2) 01234567891011 0.6650.6450.6320.6120.5930.5750.5280.5200.

32、5030.5000.4890.480 1.4 工程效益 該水庫建成后能收到灌溉、發(fā)電、防洪、解決工業(yè)用水和人蓄吃水等多方面效益， 是一座綜合利用的水庫。一期建成，可謂秦皇島是提供工農(nóng)業(yè)、城市用水 1.82 億 m3,可 使灤河中下游地區(qū) 120 萬畝農(nóng)田灌溉用水得到不同程度的改善和補(bǔ)充。二期建成，可調(diào) 節(jié)水量 5.67 億 m3,年均發(fā)電量 9330 億 kwh，可全面解決冀東鋼鐵基地建設(shè)用水。 1.5 施工條件 1.5.1 施工地區(qū)氣象與水文條件 該水庫沒有建立水文氣象站，根據(jù)氣象站 1958 年至 1963 年、1970 年至 1972 年共 9 年資料，分析最高氣溫 29.1(6 月)，

33、最低氣溫-14.3(1 月)，多年平均日氣溫 424， 歷年各月氣溫特征值如下表 1-7： 表 1-7 氣溫特征值表 項(xiàng) 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 多年平均日氣溫4.51.14.611.318.121.723.621.716.410.318.92.1 多年最高日氣溫4.67.217.022.225.029.123.026.530.122.418.938.1 多年最低日氣溫14.30.05.81.03.110.518.914.41.91.90.710.0 10 1.5.3 當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?土料 根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧险{(diào)查報告，土料場有五個。根據(jù)

34、試井及土鉆孔情況，從 1:2000 地 形圖，初步計算四個土場的蘊(yùn)藏量 2248.6 萬立米，為設(shè)計總量的 4 倍多。 1.5.4 施工地區(qū)對外條件 水庫距盧龍縣 35Km,新建公路至工地，交通方便。施工用電青龍山雙山子變電所架 設(shè) 110kv 輸電線路供電，電力保障可靠。 1.5.5 工作日分析 根據(jù)沁水縣 1958 年1963 年和 1970 年1972 年九年降雨氣溫資料，參考其它土壩 水庫氣溫，降雨停工標(biāo)準(zhǔn)，土料、砂礫料、石方、混凝土工程施工工作日確定如表 1-8： 表 1-8 工程施工工作日表 類 別土料砂礫隧洞石方混凝土一般石方 工作日 (天/年) 253307302250292

35、2 樞紐布置 2.1 工程等級確定 根據(jù)資料可知，大壩為 2 級建筑物，正常應(yīng)用洪水為 100 年一遇，非常運(yùn)用洪水為 1000 年一遇。輔助建筑物按級設(shè)計，臨時建筑物按級設(shè)計。 2.2 壩軸線的選擇 壩軸線選擇時，根據(jù)地形、地質(zhì)、工程規(guī)模及施工條件、經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)綜合分析 比較來選定。選在河谷的狹窄段，這樣壩軸線短，工程量小，但要綜合考慮對于兩岸壩 段要有足夠?qū)挾群透叨?。壩基和兩岸山體無大的不利構(gòu)造問題，巖石應(yīng)較完整，并應(yīng)將 壩基置于透水性小的堅實(shí)地層或厚度不大的透水層地基上。壩址附近有足夠數(shù)量符合設(shè) 計要求的土、砂、石料且便于開采運(yùn)輸。 2.3 壩型選擇 2.3.1 地質(zhì)條件 庫區(qū)兩岸基巖

36、出露高程大部分在 200 米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛，其 11 中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質(zhì)頁巖組成。透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內(nèi)外 的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸，從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析，水 庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游 滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風(fēng)化作用較強(qiáng)，庫岸基本上是穩(wěn)定的。 青龍河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問 題不大，且?guī)靺^(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。 2.3.2 水文條件 根據(jù)資料統(tǒng)計，青龍河流域?qū)偌撅L(fēng)型大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。 多年平均氣溫約 10，

37、年絕對最低氣溫為-29.2，最高氣溫為 38.7，月平均溫度變化 較大，離壩址較遠(yuǎn)的遷安站實(shí)測最高氣溫 39。多年平均降雨量為 700mm，且多集中在 夏季七、八月份。全年無霜期約 180 天，結(jié)冰期約 120 天，河道一般在 12 月封凍，次年 三月上旬解凍，凍層厚 0.40.6m，岸邊可達(dá) 1.0m。 2.3.3 筑壩材料 2.3.3.1 土料 壩址上、下游均有土料場，儲量豐富，平均運(yùn)距小于 1.5 公里，根據(jù) 155 組試驗(yàn)成果 統(tǒng)計，土料平均粘粒含量為 26.4%，粉粒 55.9%，砂粉 17.6%，其中 25%屬粉質(zhì)粘土， 60.7%屬重粉質(zhì)壤土，14.3%屬中粉質(zhì)壤土，平均塑性指數(shù)

38、 11.1，比重 2.75。最大干容重 1.67 噸/立米，最優(yōu)含水量 20.5%，滲透系數(shù) 0.4410-6 厘米/秒。具有中等壓縮性。 2.3.3.2 砂礫料 主要分布在河灘上，儲量為 205 萬立米，扣除漂石及圍堰淹沒部分，可利用的約 100151 萬立米。砂的儲量很少，且石英顆料少，細(xì)度模數(shù)很低，不宜作混凝土骨料， 砂(D0.5 為深水波 l h 9 . 24 1 . 14 =1.56=40.26m m l 2 08 . 5 非正常運(yùn)用情況：v=23.7m/是 D=3km 代入式（3-3） 、 （3-4）得 h=1.25m l=12.4m =11.560.5 為深水波 l h 4 .

39、12 3 . 143 =1.56=18.78m m l 2 47 . 3 計算波浪爬高 正常運(yùn)用情況：h=142.0-85=57m =0.023 h hm 57 31 . 1 查表 3-4 得： =2.23 %1 R R 非正常運(yùn)用情況：143.3-85=58.3m =0.010.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99. = m R mm w lh m KK 2 1 正常運(yùn)用情況： =1.31m =4.026 m m h m l p(%) 17 =1.86 m m R26.4031 . 1 31 01 . 1 8 . 0 2 非正常運(yùn)用情況：=0.6

40、1m =18.78m m h m l =0.86 m m R78.1861 . 0 31 01 . 1 8 . 0 2 故 正常運(yùn)用情況： R=2.231.86=4.15 m 非正常運(yùn)用情況： R=2.230.86=1.92 m 綜合以上可以得到： =R+ e+ A=4.15+0.022+1.0=5.172 m 正常 y 正常正常正常 非正常 y = R+ e+ A=4.15+0.022+1.0=2.425 m 非正常非正常非正常 壩頂高程計算計入表 3-5 中 表 3-5 壩頂高程計算表 波浪爬高 R 風(fēng)雍高度 e 安全超高 A 地震波 浪高度 水位 (m) 壩頂高程 (m) 設(shè)計洪水位4.

41、150.0021.0-142.0147.172 正常蓄水位4.150.0021.0-142.0146.172 校核洪水位1.920.0050.5-143.3145.725 正常蓄水位1.920.0050.50.5141.0143.925 由以上可得壩頂高程為 147.172m。由平面布置圖可知壩址處河床高程為 84.0m,向下 開挖 7m 清除砂卵石覆蓋層后期高程為 77.0m，則壩高為 147.2-77.0=70.2m，考慮到要預(yù) 留 1%的沉降里，則壩高為 70.2（1+1%）=70.9m，取壩高為 71.0m，壩頂高程為 148.0m。 3.3 壩頂寬度確定 壩頂寬度根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造

42、、交通和地震等方面的要求綜合考慮確定。 SL 274-200碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定：高壩壩頂可選 1015m，中、低壩壩頂 可選 510m。該設(shè)計大壩壩高 71m 屬于高壩，壩頂高度擬定為 12m. 3.4 壩坡選定 壩坡坡率關(guān)系到壩體穩(wěn)定以及工程量大小。上游壩坡長期處于飽和狀態(tài)，加之水庫 水位有可能快速下降，是壩坡穩(wěn)定處于不利地位，故其坡率比下游坡率緩。 粘性土料的穩(wěn)定壩坡為一曲面，上不破竇，下部坡緩，所以用粘性土料做成的壩坡， 18 常沿高度分成數(shù)段，每隔 1030m，從上而下逐段放緩相鄰坡率差值取 0.25 或 0.5. 由粉土、砂、輕壤土修建的均質(zhì)壩，透水性較大，為了保持滲流穩(wěn)定，適

43、當(dāng)放緩下 游坡度。 當(dāng)壩基或壩體土料延壩軸線分布不一致時，分段采用不同坡率，在各段過渡區(qū)，使 壩坡緩慢變化。上下游邊坡比見表 3-6 表 3-6 上下游邊坡比 壩高(m)上游下游 10 1：21：2.51：1.51：2 10201：2.251：2.751：21：2.5 20301：2.51：31：2.251：2.75 30 1：31：3.51：2.51：3 該壩壩高 71m，上游壩坡為 1:2.75、1:3.0、1:3.25，下游壩坡 1:2.25、1:2.5。如圖 3-1 所示。 3.5 馬道 為防止壩面沖刷，同時便于交通、檢測、觀測維修并且有利于壩坡穩(wěn)定，沿高程每 隔 1030 m 設(shè)置一

44、條馬道，其寬度不小于 1.5 m，馬道設(shè)在邊坡坡度變化處。 該壩在上下游每隔 25 m 設(shè)置一條馬道，其寬度為 2 m，高程分別為 102 m、127 m.。 3.6 壩體排水 壩體排水有棱體排水、貼破排水、壩內(nèi)排水三種形式。棱體排水適用于下游有水壩 型，故該壩使用棱體排水，它可以降低浸潤線，防止壩坡凍脹，保護(hù)尾水范圍內(nèi)下游壩 腳不受波浪淘刷，還可與壩基排水想連接。當(dāng)壩強(qiáng)度足夠時，還可發(fā)揮支撐作用，增加 穩(wěn)定作用。 棱體排水體內(nèi)坡坡率為 1:1.0，外坡坡率為 1:1.5，頂部寬度為 2.0 m。 圖圖 3-1 壩體剖面示意圖壩體剖面示意圖 19 4 滲流分析 4.1 滲流分析的目的 在于：土

45、中飽水程度不同，土料的抗剪強(qiáng)度等水力學(xué)特性也相應(yīng)的發(fā)生變化，滲 流分析將為壩體內(nèi)各部分土的飽水狀態(tài)的劃分提供依據(jù)；確定對壩坡穩(wěn)定有較重要影 響的滲流穩(wěn)作用力；進(jìn)行壩體防滲布置與土料配置，根據(jù)壩體內(nèi)部的滲流參數(shù)與滲流 逸出比降，檢驗(yàn)土體的滲流穩(wěn)定性，防止發(fā)生管涌和流土，在此基礎(chǔ)上確定壩體及壩基 中防滲體的尺寸和排水設(shè)施的容量和尺寸；確定通過壩體和河岸的滲水量損失并社會 排水系統(tǒng)的容量。滲流分析可為壩型初選和壩坡穩(wěn)定分析打下基礎(chǔ)。 4.2 分析內(nèi)容 確定壩體內(nèi)浸潤線；確定滲流量。 4.3 滲流分析方法 在眾多滲流分析方法中，較水力學(xué)法和流網(wǎng)法比較簡單實(shí)用，同時也具有一定的精 度。本設(shè)計采用水力學(xué)方

46、法進(jìn)行滲流分析。 根據(jù)電擬試驗(yàn)結(jié)果，上游三角形可用高為 H、寬為H 的矩形來代替，這一矩形和上 游三角形消耗同樣的水頭，而且通過同樣的滲流量，值由式 4-1 計算： （4-1） m m 21 1 式中： 為壩的上游邊坡系數(shù) 1 m 土石壩不透水地基滲透計算，下游有棱體排水時： (1)下游無水時：見圖 4-1a 所示。 (a)下游無水下游無水 (b)下游有水下游有水 圖圖 4-1 有排水的均質(zhì)土壩滲透計算見圖有排水的均質(zhì)土壩滲透計算見圖 由于排水體的滲透系數(shù)大于壩體的滲透系數(shù)，故浸潤線將進(jìn)入排水體時下降加快， 20 進(jìn)入排水體后則驟降。壩體內(nèi)浸潤線為拋物線，選用 O 點(diǎn)做原點(diǎn)的坐標(biāo)系且作為拋物線

47、 的焦點(diǎn)，原點(diǎn)處拋物線 y 的坐標(biāo)值為，焦點(diǎn)至原點(diǎn)的水平距離有拋物線性質(zhì)可知 0 h g L ，拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程為 y 2 =2px+C 根據(jù)已知條件可求得： 2 0 h Lg （4-2） 2 00 2 2hhy 此式滿足邊界條件 x=l 時 y=代入得： 1 H （4-3）LLHh 22 10 通過 x 處斷面的流量為： 即： x hy K q 2 2 0 2 （4-4） 2 0 2 2hx K q y 與式 4-1 聯(lián)立可知： （4-5） 0 h K q 由式（4-3）求，式（4-5）計算 q，由式（4-4）繪制浸潤線。 0 h （2）下游有水時如圖 4-1b 所示 近似把高度內(nèi)的壩體視為

48、不透水，即參照式（4-3）求出值。式中換為、 2 H 0 H 1 H 1 H ，即 （4- 2 HLHHHh 2 21 2 10 )( 6） 計算滲流量 （4-7 L hHH K q 2 )( 2 02 2 ） 用式 4-1 繪制浸潤線(x 軸與下游水面一致)。應(yīng)假定高度內(nèi)壩體不透水與實(shí)際不符， 2 H 算出偏大，引起繪制的浸潤線偏高，計算壩的穩(wěn)定是偏于安全，q 偏小。 0 h 4.4 滲流計算 4.4.1 正常蓄水位時的滲流分析 上游水位為 141.0m，下游相應(yīng)水位為 86.1 m 則上游水深=141.0-77.0=64.0 m，下游 1 H 水深=86.1-77.0=9.1 m。 2 H

49、 L =27.43 m 1 1 1 21 H m m 64 321 3 =（148-141）3+12+（148-102）2.5-（102-86.1）1.0=132.1 m 1 L 21 L=+ L =27.42+132.1=159.53 mL 1 代入式 4-5 得=9.18LLHHh 22 210 )(53.15953.159) 1 . 964( 22 代入式 4-6 有 =11.79 53.1592 )18 . 9 64(64 22 K q 由資料可知 K=/s 6 1044 . 0 則滲流量為：q=11.79=/s 8 1044 . 0 8 1019 . 5 代入式 4-1 得浸潤線方程

50、為 y 2 =18.36x+84.27 將滲流曲線坐標(biāo)值列入表 4-1 中. 表 4-1 正常蓄水位時滲流曲線坐標(biāo)值 X01030507090110120130150 y9.1816.3725.2031.6637.0041.6745.8747.0049.7153.28 4.4.2 設(shè)計洪水位時的滲流分析 上游洪水位為 142.0m，下游相應(yīng)水位為 92.0 m 則上游水深=142.0-77.0=65.0m， 1 H 下游水深=92.0-77.0=15.0m 2 H L =27.86 m 1 1 1 21 H m m 65 321 3 =（148-142）3+12+（148-102）2.5-（1

51、02-92.0）1.0=135 m 1 L L=+ L =27.83+135=162.86 mL 1 代入式 4-5 得=7.5LLHHh 22 210 )(86.16286.162)1565( 22 代入式 4-6 有 =11.41 86.1622 )5 . 715(65 22 K q 則滲流將為：q=11.41=/s 8 1044 . 0 8 1002 . 5 代入式 4-1 得浸潤線方程為 y 2 =15x+56.25 將滲流曲線坐標(biāo)值列入表 4-2 中. 表 4-2 設(shè)計洪水位時滲流曲線坐標(biāo)值 x01030507090110130150 y7.514.3622.528.3933.263

52、7.5041.3144.7948.02 22 4.4.3 校核洪水位時的滲流分析 上游校核洪水位為 143.3 m，下游相應(yīng)水位為 92.4 m 則，上游水深=1423.3- 1 H 77.0=66.3 m ，下游水深=92.4-77.0=15.4 m 2 H L =28.41 m 1 1 1 21 H m m 3 . 66 321 3 =（148-143.3）3+12+（148-102）2.5-（102-92.4）1.0=131.5 m 1 L L=+ L=28.413+131.5=159.91 mL 1 代入式 4-5 得=7.9LLHHh 22 210 )(91.15991.159) 4

53、 . 15 3 . 66( 22 代入式 4-6 有 =12.05 91.1592 )9 . 7 4 . 15( 3 . 66 22 K q 則滲流將為：q=12.05=/s 8 1044 . 0 8 1030 . 5 代入式 4-1 得浸潤線方程為 y 2 =15.8x+62.41 將滲流曲線坐標(biāo)值列入表 4-3 中. 表 4-3 校核洪水位時滲流曲線坐標(biāo)值 x01030507090110130150 y7.914.8523.1629.1034.1838.5242.4346.0059.32 4.5 滲流分析 將前面三種工況計算所得的滲流曲線繪制在圖 4-2 中。 由圖中所示三種狀況下的滲流曲

54、線沒有相交，說明滲流分析結(jié)果是合理的。 圖圖 4-2 滲流曲線圖滲流曲線圖 23 5 穩(wěn)定分析 穩(wěn)定分析是確定壩的設(shè)計剖面和評價壩體安全的依據(jù)。穩(wěn)定分析的可靠程度對壩體 的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有重要的影響。 5.1 計算工況與安全系數(shù) （1）穩(wěn)定滲流期。校核兩種工況的上、下游穩(wěn)定：水庫水位處于正常蓄水位或設(shè) 計洪水位，下游為相應(yīng)水位，屬于正常運(yùn)用條件；水庫水位處于校核洪水位，下游為 相應(yīng)水位，屬于非常運(yùn)用條件。 （2）水庫水位驟降。水庫水位處于正常蓄水位或設(shè)計洪水位，下游為相應(yīng)水位，屬 于正常運(yùn)用條件。 按 SL 274-2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定，壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)根據(jù) 壩的級別，

55、參照表 5-1 加以選取。 表 5-1 壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù) 壩的級別1234、5 正常運(yùn)用條件1.501.351.301.25 非正常運(yùn)用條件1.301.251.201.15 非正常運(yùn)用條件1.201.151.151.10 表 5-1 中的安全系數(shù)適用于計及條塊間作用力的簡化畢肖普和摩根斯頓-普萊斯法等。 采用瑞典圓弧法時，對 1 級壩正常運(yùn)用條件要求最小安全系數(shù)不低于 1.30，其他情況可 較表中數(shù)值減小 8%。 5.2 穩(wěn)定分析基本原理及方法 本設(shè)計采用圓弧法，其基本原理為假定滑動面為一圓柱面。將滑動面內(nèi)的土體看作 剛體，失穩(wěn)時該土體繞圓弧的中心旋轉(zhuǎn)，沿著壩軸線方向取單寬壩段按平面問題

56、進(jìn)行分 析。計算時將滑動面以上的土體分成若干鉛直土條，求出各土條對圓弧中心的抗滑力矩 之和以及滑動力矩之和。二者之比為該滑弧抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) c K 圓弧法有分兩種：畢肖普法和瑞典圓弧法，本設(shè)計采用瑞典圓弧法。 5.2.1 最危險滑弧圓心范圍的確定 如圖 5-1，做點(diǎn)、，點(diǎn)的方向由壩坡坡度查表 5-2 而得、角來確定。 1 M 2 M 2 M 1 2 同時在壩坡中部上方、壩線中點(diǎn)鉛垂線與法線之間半徑為（1/23/4）L 的范圍內(nèi)，L 為 壩坡在水平面上的投影長度。 表 5-2 壩坡坡度表 24 1:11:21:31:41:5 角度 () 1 2 28 37 26 35 25 35 25 36

57、25 37 半徑 R1 R2 0.75H 1.5H 0.75H 1.75H 1.0H 2.3H 1.5H 3.75H 2.2H 4.8 土料的凝聚性愈強(qiáng)，相應(yīng)的滑動面愈深；無粘性土的滑動面則較淺。本設(shè)計選取滑 動面與下游壩腳附近相交。 圖圖 5-1 圓弧法計算簡圖圓弧法計算簡圖 計算公式： = （5-1） c K SR TR ii iiiiii W WbC sin tancossec 式中： i- 土條編號； W- 土條重量； b- 土條寬度 - 土條延滑裂面的夾角， 單位（） ； C 、 - 有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo). 25 5.3 穩(wěn)定分析計算 5.3.1 正常蓄水位的下游壩坡穩(wěn)定計算 第一次試算

58、：R=172 m b=17.2m 計算過程計入表 5-3 中： 圖圖 5-2 正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算簡圖正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算簡圖 a 表 5-3 正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算表 a 編號 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 1 2 3 4 5 -20000142.0620.419.816.520.518 -1000104.06156.5220.419.816.520.518 00063.145217.54156.5220.419.816.520.518 1213.97163.5356.8520.49599.6720.419.816.520.518 2156.01360.341

59、56.520020.419.816.520.518 3161.51473.172156.520020.419.816.520.518 4189.72563.3106.980020.419.816.520.518 5230.82598.04400020.419.816.520.518 6281.39470.52300020.419.816.520.518 7288.96283.9700020.419.816.520.518 8136.8734.9500020.419.816.520.518 26 b sin cossec tan tan C 1 W 17.2001123400.377870.72

60、654200 17.2001123400.377870.72654200 17.2001123400.377870.72654200 17.2001123400.377870.72654204364.988 17.2001123400.377870.72654203182.604 17.2001123400.377870.72654203294.763 17.2240.36810.92981.07623400.377870.72654203870.288 17.2300.4540.8911.12223400.377870.72654204708.789 17.2370.5490.83581.1

61、9623400.377870.72654205740.397 17.2440.63740.77051.29823400.377870.72654205894.784 17.2530.73960.6731.48623400.377870.72654202792.148 2 W 3 W 4 W 5 W 壩體 W 堆石 Wtancos 壩體 W 0002557.04402557.0440 002133.232817.3604950.590 01041.8934459.572817.361041.8937276.93393.6999 3237.894938.025420.14751794.068540

62、.9072214.2083227.353 7134.7322582.580012899.9204874.491 9368.8062582.580015246.1505761.062 11153.341765.170016788.805898.509 11841.2700016550.0605572.173 9316.35500015056.7504755.337 5622.60600011517.3903353.318 692.010003484.1580886.0572 tancosW 堆石 tancos i W條塊 secCbsinWTS c K 747.2936747.29363600

63、3652.6843652.6843600 5515.6946012.2663600 1452.1124790.249366.49082066.439 04401.075373.2123186.46 04386.086387.19084595.618 03983.342404.03885371.17 03218.294430.7225594.534 02173.216467.22244757.82 0361.6625534.90961051.851 51261.5231878.711.61 1.35 滿足 穩(wěn)定 要求 表格中： -第 i 條塊中浸潤線以上部分土體面積； 1 A -第 i 條塊中水

64、面線以上浸潤線以下部分土體面積； 2 A -第 i 條塊中水面線以下部分土體面積； 3 A -第 i 條塊中水面線以上棱體排水部分面積； 4 A 27 -第 i 條塊中水面線以下棱體排水部分面積； 5 A -土體干容重； 1 -土體濕容重； 2 -土體飽和容重； 3 -棱體堆石干容重； 4 -棱體堆石濕容重； 5 第二次試算 R=160 m 計算過程計入表 5-4： 圖圖 5-3 正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算簡圖正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算簡圖 b 表 5-4 正常蓄水位時下游壩坡穩(wěn)定計算表 b 編號 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 1 2 3 4 5 -200030.7967149.57720.419.816.520.518 -1000104.06145.620.419.816.520.518 0156.67317.23490217.54145.620.419.816.520.518 1163.712242.7616102.94042.6609