大华桥水利枢纽初步设计—混凝土重力坝方案 130页

'大华桥水利枢纽工程设计-混凝土重力坝方案设计摘要：大华桥混凝土重力坝位于澜沧江干流上游云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内，是澜沧江上游河段梯级开发的第六级。工程以发电为主要任务。在设计中，首先根据给定的地质和水文气象资料，进行了重力坝坝型的选择，选定了混凝土重力坝。然后由已有的洪水过程线，进行了调洪演算，得到设计洪水位为1478.35m,校核洪水位为1480.26m。再对重力坝进行剖面设计，确定坝高为106m，采用16×15m表孔溢流，对非溢流坝段进行抗滑稳定分析和相应的应力分析,以及对溢流坝段进行了体形和消能防冲方案设计，结果均满足要求。最后进行了细部构造设计和地基处理。Abstract：DahuaqiaohydropowerstationisthesixthgradeofRecommendedcascadedevelopmentscheme.Thisprojectmainlyforpowergeneration,.Thedesignofthisprojectisbasedonthedataofgeologicalandhydrologicalandmeteorologicalwhichisgiven,firstselecttheroller-compactedconcretegravitydamtobethetypeofgravity,andthenmakethecalculusofreservoirfloodroutingbytheexistingfloodhydrograph,whichthedesignfloodlevelis1478.35mandthecheckfloodlevelis1480.26m,alsodesignthewaterdischargestructurewithsurfaceholetooverflowwhichsizeis16×15m,conductedaprofiledesignforgravitytodeterminethedamis106m.Fornonoverflowdammonolith,carriedoutstabilityanalysisandthecorrespondingstressanalysis,anddesigncrosssection,energydissipationanderosionschemeforoverflowdammonolith,theresultsmeetrequirements.Finally,conductedadetailedstructuraldesignandfoundationtreatment.关键词：碾压混凝土重力坝调洪演算剖面设计抗滑稳定分析应力分析消能防冲方案细部构造地基处理Keywords：theroller-compactedconcretegravitydamreservoirfloodroutingprofiledesignstabilityanalysisstressanalysisenergydissipationand第130页共130页 erosionschemedetailedstructurefoundationtreatment前言本设计是根据教学要求，对水利水电工程专业本科毕业生进行的最后一项教学环节。本毕业设计课题为：大华桥电站初步设计-混凝土重力坝方案设计，设计内容为：大华桥重力坝设计，它基本包括了水利枢纽设计所需进行的坝工初步设计的全过程。大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内澜沧江上游河段上，距兰坪县城77km，是澜沧江干流水电基地上游河段规划的八座梯级电站中的第六级，电站距黄登水电站约40km；下邻距苗尾水电站约60km。坝址控制流域面积9.26×104平方公里，多年平均流量925立方米/秒。正常蓄水位1477m，相应库容2.93亿立方米，调节库容0.41亿立方米，具有周调节性能。电站总装机容量900MW(225MW×4)，年发电量40.7亿kW•h。本工程主要任务为发电，兼有防洪等功能。大华桥电站主要建筑物由大坝（非溢流坝段、溢流坝段）、引水系统、电站厂房等组成。该工程以发电为主，兼顾农业灌溉、防洪、城镇工业、居民生活供水、人畜饮水、短途航运等综合利用效益。设计的基本内容包括枢纽布置，调洪演算，非溢流坝段剖面设计及稳定和应力校核，溢流坝段剖面设计，消能防冲计算及细部构造设计和地基处理等。根据设计总体要求，设计内容偏重于坝型选择与主要建筑物的设计。由于时间关系，在这里对建筑物中电站厂房的设计及施工导流设计两部分设计不进行叙述。本文在阐述过程中，尽可能多的配有插图、附表和附录等，以供参阅。本次设计期间要特别感谢卢晓春老师的悉心指导。但由于时间仓促，本人的水平，以及以前从未进行过工程实践而缺乏经验，特别是对本设计的工程所在地未进行过实地考察，因此，书中如有不当和错误之处，恳望各位老师和读者谅解并予以指正。第130页共130页 第一部分设计说明书1概述1.1工程地理位置大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内澜沧江上游河段上，距兰坪县城77km，是澜沧江干流水电基地上游河段规划的八座梯级电站中的第六级，电站距黄登水电站约40km；下邻距苗尾水电站约60km。1.2流域概况澜沧江是湄公河上游在中国境内河段的名称，藏语拉楚，意思为“獐子河”。它也是中国西南地区的大河之一，是世界第六长河，亚洲第三长河，东南亚第一长河。澜沧江源出青海省唐古拉山，源头海拔5200米，主干流总长度2139千米，澜沧江流经青海、西藏和云南三省，在云南省西双版纳傣族自治州勐腊县出境成为老挝和缅甸的界河，后始称湄公河。湄公河流经老挝、缅甸、泰国、柬埔寨和越南，于越南胡志明市流入中国南海。1.3水文气象资料（1）洪峰流量根据水文分析，各频率下的洪水流量列入下表所示。表1.3-1下坝址各频率洪水成果表频率(%)0.010.020.050.10.20.5125102050Qm（m³/s）160001500013700127001160010400931083006950593048903500（2）洪峰单位过程线依据观测资料，88个小时的单位洪峰流量如表1.3-2所示，其过程线如图1.3-1所示。第130页共130页 表1.3-2坝址单位洪水过程表小时（h）流量（%）小时（h）流量（%）小时（h）流量（%）06.473081.056026.14212.483273.206225.42425.623467.326424.97647.193660.856624.51860.393856.016823.921066.674051.707022.881267.974247.457221.701469.284444.317420.461669.934640.527619.411871.244837.527818.042073.865034.978017.122279.085232.298216.412490.205430.398415.6226100.005628.638614.842892.165827.398814.12第130页共130页 图1.3-1单位洪水过程线（3）水库水位~库容关系表1.3-3水位~库容曲线水位（m）水库库容（万m3）水位（m）水库库容（万m3）1406.040.001455.0610743.741410.2748.771460.3813677.171414.96280.931465.1816940.411420.03634.351470.1920457.561424.761137.671472.3022077.481430.171908.361473.3922867.101434.962929.911475.0724418.051440.204319.941476.3725363.791445.126151.281479.2827934.601450.008285.061480.2528854.22第130页共130页 图1.3-2水位~库容曲线（4）坝址水位流量关系第130页共130页 表1.3-4坝址水位流量关系表流量（m3/s）水位（m）流量（m3/s）水位（m）5551406.7668441419.628131407.6278101420.581211408.8888441421.6715901409.9099321422.6919961411.01110841423.7524381412.13122001424.7829001413.25134001425.8133661414.29146001426.8438501415.26158001427.924449416.42170001429.0251461417.57182001430.0259311418.66195001430.95（5）其它资料1）坝址区地震基本烈度为Ⅵ度2）风速及风区长度：重现期为50年的年最大风速为30.5m/s，多年平均最大风速为16.3m/s计算，风区长度为400m；3）淤沙情况：坝前淤沙高程为1406.9m，泥沙浮重度为9.0kN/m3，内摩擦角为15°；1.4坝址区地质构造资料坝址处坝基岩体以中等坚硬的板岩和坚硬的石英砂岩互层为主，二者比例基本为1：1，层面闭合，结合紧密，微风化岩体完整性较好（RQD为50%~70%），从岩体强度、抗变形能力上石英砂岩较好，而板岩较差。河床坝基岩体质量以Ⅲ1类为主，两岸石英砂岩多为Ⅲ1~Ⅳ1、板岩多为Ⅲ2~Ⅳ1类，承载力总体能满足要求。坝基断裂构造不发育，两岸岩层层序对应关系正常，主要结构面为单一的横河向、陡角度略倾向下游的层面，第130页共130页 且多为胶结较好的硬性结构面，对坝基稳定影响较小。表1.4-1坝址区岩体力学参数表岩性岩石饱和抗压强度岩石饱和抗拉强度岩石饱和密度泊松比模量值岩体/岩体允许承载力抗剪断抗剪变模E0弹模Esf′c′fMPaMPag/cm3GPaMPaMPa板岩402.52.770.23690.900.800.656砂岩0.208101.01.550.7岩石与混凝土间抗剪断强度参数=0.85~0.95，粘聚力=0.80~0.95MPa；抗剪强度参数=0.65.1.5筑坝材料（1）当地材料。勘测结果如下。1）砂：河沙A：在坝址下游3~5km处，颗粒较粗，其主要颗粒直径在0.5~1.0之间，，不均匀系数。砂均在正常河水附近，含泥量约为3.5%，沿河有公路可通。河砂B：在坝址下游20km处，粒径较小，，不均匀系数。2）石料：岩石物理性质：比重为2.65t/m3,干抗压极限强度为140MPa，饱和抗压极限强度为105MPa，经过25次冻融后抗压极限强度为105MPa。3）土料：有黏土、沙壤土及土皮土风化料，其分布、储量及性质见表1.5-1、1,5-2。第130页共130页 表1.5-1建筑材料性质表土壤名称土壤特性河砂A河砂B黏土沙壤土土皮山土壤干容重（kPa）16161716.616孔隙率0.450.420.350.380.398内摩擦系数（自然含水量）0.600.550.350.300.60内摩擦系数（饱和含水量）0.600.550.240.280.50粘结力c（kPa）001001000渗透系数K（cm/s）2.0×10-36.0×10-34.0×10-71.0×10-51.0×10-3天然含水量（%）2017最优含水量（%）191822.5压缩模量E（kPa）1200010000表1.5-2当地材料分布及储量表部位IIIIIIIV材料石料砂壤土黏土石料位置坝址上游2km右岸坝址上游2km左岸坝址上游1.3km左岸坝址上游3.5km右岸可开采量（万m3）1585104）卵石：在本河流下游支流河口处有卵石80×104m3，粒径在1~20cm，质地良好，可作为混凝土骨料。（2）外来材料第130页共130页 1）水泥：坝址处下游有一大水泥厂，可供给本工程以足量的水泥；2）钢筋：可从兰坪县城运取；3）木材：距工地40km的地区可大量供应。（3）交通情况坝址处交通便利，公路、铁路均与外界相通，可满足本工程的设备与材料的运输要求。1.6工程枢纽任务与效益根据澜沧江流域工农业生产发展需要及县河干流自然地理及社会经济条件，并结合现状开发情况及现场查勘规划设想，确定大华桥水电站的开发任务是：以发电为主，兼顾农业灌溉、防洪、城镇工业、居民生活供水、人畜饮水、短途航运等综合利用效益。2枢纽选择和布置2.1枢纽建筑物组成、工程等级及建筑物级别划分2.1.1枢纽建筑物组成根据澜沧江流域的开发任务，大华桥水电站的效益主要是发电效益，其次是兼顾农业灌溉、防洪、城镇工业、居民生活供水、人畜饮水、短途航运等综合利用效益。故该工程的永久建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、电站厂房、开关站等。为便于施工，还需要导流建筑物、施工围堰等临时建筑物。2.1.2工程等级及建筑物级别确定本工程正常蓄水位H=1477m，相应库容V=2.93亿m³,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(见表2.1-1)确定本工程的规模为大（2）型，工程等级为二等，再根据《永久性水工建筑物的级别》（表2.1-2)得相应永久建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。最后根据《山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]》（表2.1-3）得该工程设计洪水重现期500年，校核洪水重现期2000年。第130页共130页 表2.1-1水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容(108m3)防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田(104亩)治涝面积灌溉面积供水对象装机容量(104亩)(104亩)重要性(104kW)I大(1)型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大(2)型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.10中等100～3060～1550～5中等30～5IV小(1)型0.10～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1V小(2)型0.01～0.001　<5<3<0.5　<1注：1、水库总库容指水库最高水位以下的静库容；2、治涝面积和灌溉面积均指设计面积。表2.1-2永久性水工建筑物的级别工程等别永久性建筑物的级别主要建筑物次要建筑物I13Ⅱ23Ⅲ34IV45V55第130页共130页 表2.1-3山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]项目水工建筑物级别12345设计1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土坝、浆砌石坝5000～20002000～10001000～500500～200200～1002.2坝址、坝型的选定2.2.1坝址、坝型选择的原则坝址、坝型选择是水利枢纽设计的重要内容，二者相互联系，不同的坝址可以选用不同的坝型，同一个坝址也应考虑几种不同的枢纽布置方案并进行比较。在选择坝址、坝型时，应研究枢纽附近的地形地质条件、水流条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等：(1)地质条件。地质是坝址、坝型选择的主要依据之一。拱坝、重力坝需建在岩基上；土石坝则岩基、土基均可修建。坝址选择应该注意一下几个方面的问题：①对断层破碎带，软弱夹层要查明其产状、宽度（厚度）、充填物和胶结情况，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流方向的断层或是存在活断层的河岸，均不应选择坝址。②在顺向河谷（指岩层走向与河流方向一致）中，总有一岸只与岩层倾向一致的顺向坡，当岩层倾角小于地形坡角，岩层又有软弱结构面时，在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意。第130页共130页 ③对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽，必须查明岩溶对水库蓄水和对建筑物的影响。④对土石坝，应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土、湿陷性黄土和膨胀土等土基。(2)地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是地质条件较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需综合考虑。(3)筑坝材料。坝址附近应有足够的符合要求的天然建筑材料。(4)施工条件。便于施工导流，坝址附近特别是其下游应有开阔地形，便于布置施工场地；距离交通干线近，便于交通运输；可与永久电网连接，解决施工用电问题。(5)综台效益。选择坝址应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。坝址选择与地形、地质条件、坝型、枢纽布置和施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。从地质条件看，坝址应选在地质构造简单，无大的地质构造的地方。2.2.2坝址的选定根据以上原则的比选，最终确定大华桥水电站位置，此处河谷狭窄，且呈“U”型。2.2.3坝型的选定可供选择的坝型有土石坝、拱坝、面板堆石坝、碾压混凝土重力坝等。具体比较选择如下：（1）土石坝在有条件的情况下，为了节省材料，选择坝型的时候应首先考虑就地取材筑坝，土石坝材料可以就地取用，并且对地基要求不是很高，能较好地适应地基变形，结构简单，施工技术简便，工序少，可以组织机械化快速施工。但是坝址附近缺乏符合筑坝条件的土料，难以满足筑坝对土石坝的需要量；其次，土石坝坝顶不能溢流，该河谷较窄，两岸陡峻，少有阶地，施工导流不如混凝土坝方便，坝体的断面大，故不适合修建土石坝。第130页共130页 （2）拱坝拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将力传给拱座；二是依靠悬臂梁的将力传给基岩。其主要特点：受力条件好，河谷形状深窄较好；坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；超载能力强，安全度高；抗震性能好；施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造在狭窄的河谷上；对地质条件较理想的是岩石尽量致密，质地均匀，有足够的强度﹑不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。根据邻近场地资料，弱风化钙质板岩饱和状态下抗压强度10.0～15.0MPa，为软岩。微风化风化钙质板岩饱和状态下抗压强度25.0～30.0MPa，为较软岩。片岩强度具有明显的各向异性，单轴抗压试验其受力方向与片理的夹角约50°，易沿片理、破坏，当云母含量多时，其强度降低明显。故岸边岩石强度不符合要求，不适合修建拱坝。（3）面板堆石坝经初步估算，在坝址附近没有足够的砂石料，不能满足建坝的材料要求；若采用面板堆石坝，对于所需的材料要从较远的地方开采﹑运输，增加了投资成本；其次，面板堆石坝对地基沉陷较敏感，面板变形﹑开裂问题较难解决，坝体周边缝的处理也是难题之一；另外，施工过程中要采取隧洞导流，并要在岸边单独修建溢洪道，工程开挖量大，增加投资，故不适合修建面板堆石坝。（4）碾压混凝土重力坝碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，具有以下优点：工序程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益；胶凝材料用量少，特别是水泥的用量少，由于水泥用量减少，结合薄层大仓面浇筑，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施；不设纵缝，节省了模板和灌浆等费用，可使用大型施工机械设备，提高混凝土运输和浇筑的工效。但是也有缺点，如坝体混凝土需要分区，各分区混凝土的级配等。结合设计内容，综合考虑各方面因素，故确定选择碾压混凝土重力坝设计方案。2.3枢纽布置第130页共130页 2.3.1枢纽布置的原则重力坝的坝轴线一般采用直线。但是有时由于地形﹑地质或其它条件限制，采用折线或者曲线。坝体布置应结合水利枢纽通盘考虑。在一般情况下，泄洪建筑物和厂房应尽量布置在主河床位置。过船和过木建筑物不宜与厂房布置在同一侧。灌溉﹑供水建筑物一般位于岸坡，过鱼设施宜靠近厂房等经常过水建筑物。还应妥善解决排沙及冲淤等问题。位于流量较大而河面较窄的河道上的高坝式水利工程，可考虑研究坝内式电站﹑厂房顶溢流式电站﹑厂房前挑流式电站或者地下式电站等布置型式。位于宽广河道上的中﹑低坝，可利用电站厂房挡水代替一部分坝体。上坝道路的布置应有利于特大洪水时进行抢护的交通需要。大型枢纽工程的坝体布置，应经水工模型试验，验证运行期及施工期的流态和冲淤状况是否满足各项建筑物的运用需要。模型范围应包括下游河床及两岸可能冲淤部位。中型工程应尽量进行一定的水工模型试验。枢纽布置主要考虑以下原则：（1）过坝水流应尽量顺直归槽；（2）尽量减少开挖和地基处理工程量；（3）有效利用峡谷空间使布局协调紧凑；（4）重视枢纽建筑物的综合利用；（5）简化施工导流程序。2.3.2枢纽布置方案的选定该工程枢纽建筑物主要包括：非溢流坝段、溢流坝段、引水系统、电站厂房等。（1）非溢流坝的布置。非溢流坝一般布置在河岸部分并与岸坡相连，非溢流坝与溢流坝或其他建筑物相连处，常用边墙、导墙隔开。连接处尽量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受侧向水压力作用改变坝体的应力。在宽阔河道上以及岸坡覆盖层、风化层极深时，非溢流坝段也可采用土石坝。（2）溢流坝的布置。溢流坝的位置应使下泄洪水、排冰时能与下游平顺连接，不致冲淘坝基和其他建筑物的基础，其流态和冲淤不致影响其他建筑物的使用，一般布置在河谷的最深处对应位置。第130页共130页 根据各布置原则，最终选用的枢纽布置方案为：混合式开发，坝址位于河谷“U”形处，引水线路布置于河道右岸。2.4调洪演算2.4.1水库运行方式本工程坝型为混凝土重力坝，为充分利用混凝土坝坝身泄水的特点，泄水方式选用表孔溢流式。当水库来水量小于防洪限制水位下的下泄流量时，用闸门控制下泄流量，即来多少水泄多少水，保持防洪限制水位不变；当水库来水量大于防洪限制水位下的下泄流量并小于下游承受的最大洪水量，打开闸门敞泄，水库水位将逐渐升高，库容也相应增大；当下泄流量增大到下游所能承受的最大泄量时，考虑到下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大坝的安全泄量，把多余的洪水拦蓄在水库内。此时水位将在本次洪水中达到最高，库容将达到最大。2.4.2调洪演算的目的水库调洪计算的直接目的，在于求出水库逐时段的蓄水﹑泄水变化过程，从而获得调节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄流量，以及对应的水库库容，以用于进一步防洪计算分析。2.4.3调洪演算的基本原理及计算方法水库调洪计算的基本原理，是逐时段地联立求解水库的水量平衡和泄蓄方程，即圣维南方程组：调洪演算的具体方法有多种，目前常用的有：列表试算法，半图解法和简单三角形法。这三种方法各有优缺点：列表试算法的结果较为准确，并适用于计算时段改变，泄流规律变化的情况，且便于使用计算机进行计算，是水库调洪计算的基本方法。但是采用手算时列表试算法计算工作量较大。半图解法常用的有单辅助线法和双辅助线法，采用手算时比较简单，同时也可以用计算机绘制辅助曲线，但半图解法不适用于计算时段不同或者泄流规律变化的情况。第130页共130页 简单三角形的使用条件是：溢洪道上面没有闸门的控制，汛前水位与堰前水位齐平，入库洪水和出库洪水均可以简化为三角形。特别是有闸门的溢洪道及泄洪洞，其泄流过程与直线变化不大时，不易采用此方法。在本工程中，采用半图解法进行洪水调节计算。2.4.4调洪演算的基本资料1.工程等级及防洪标准在2.1.2中，已经确定大华桥电站为大（2）型工程，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。防洪标准为：设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为2000年一遇；对应洪水重现期频率分别为：设计洪水0.2%，校核洪水0.05%。2.大华桥水库水位库容关系表及曲线，见表2.4.4-1，图2.4.4-1。表2.4.4-1水库水位库容关系表水位（m）水库库容（万m3）水位（m）水库库容（万m3）1406.040.001455.0610743.741410.2748.771460.3813677.171414.96280.931465.1816940.411420.03634.351470.1920457.561424.761137.671472.3022077.481430.171908.361473.3922867.101434.962929.911475.0724418.051440.204319.941476.3725363.791445.126151.281479.2827934.601450.008285.061480.2528854.22第130页共130页 图2.4.4-1水库水位库容关系曲线图3.大华桥水库坝址水位流量关系表及曲线，见表2.4.4-2。第130页共130页 表2.4.4-2水库坝址水位流量关系表水位（m）水库库容（万m3）水位（m）水库库容（万m3）1406.040.001455.0610743.741410.2748.771460.3813677.171414.96280.931465.1816940.411420.03634.351470.1920457.561424.761137.671472.3022077.481430.171908.361473.3922867.101434.962929.911475.0724418.051440.204319.941476.3725363.791445.126151.281479.2827934.601450.008285.061480.2528854.224.大华桥电站典型洪水过程线表，见表2.4.4-3。第130页共130页 表2.4.4-3典型洪水过程线小时（h）流量（%）小时（h）流量（%）小时（h）流量（%）06.473081.056026.14212.483273.206225.42425.623467.326424.97647.193660.856624.51860.393856.016823.921066.674051.707022.881267.974247.457221.701469.284444.317420.461669.934640.527619.411871.244837.527818.042073.865034.978017.122279.085232.298216.412490.205430.398415.6226100.005628.638614.842892.165827.398814.122.4.5调洪演算过程该工程的泄水建筑物采用WES式实用溢流堰，其泄洪能力可用公式：式中:—上游面坡度影响修正系数，在这里上游面竖直，取1.0；—侧收缩系数，与边墩及闸墩头部的型式﹑堰孔的数目﹑堰孔的尺寸以及全水头有关，可按下面的经验公式计算，式中为堰孔的数目；第130页共130页 为堰顶全水头；为边墩形状系数；为闸墩形状系数；在此设计中可取0.92。—淹没系数，为自由出流，取1.0；—流量系数，曲线形实用堰的流量系数初步设计时采用0.5；—为堰孔数，为一个堰孔的净宽；—为重力加速度，通常取9.81m/s2；—计上行进流速水头的堰上总水头（m）,近似取=上游水位-堰顶高程。泄洪全部采用表孔溢流，假定不同的溢流堰净宽B和堰顶高程Z进行方案的比较确定符合要求以及最优的方案。最优方案为堰顶高程1462m，防洪限制水位1474m，5孔，每孔净宽16m，计算过程详见计算书，具体计算结果见表2.4.5-1。表2.4.5-1各种工况下水位﹑流量资料上游水位(m)最大下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常1477.01408.20设计1478.3510778.691423.46校核1480.2612724.911425.233非溢流坝段设计3.1剖面设计原则重力坝是在水压力和扬压力等荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。第130页共130页 遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。3.2剖面的拟定3.2.1确定坝顶高程根据调洪演算结果，可得水库的设计洪水位为1478.35m，校核洪水位为1480.26m。坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙的高程，应高于波浪顶高程。防浪墙顶至正常蓄水位、设计洪水位或校核洪水位的高差，可按下式计算：式中：—累计频率为1%时的波浪高度，m；—波浪中心线高于静水位的高度，m；—安全加高，m；按表3.2-1选用，对于该工程，基本情况＝0.5m，特殊情况＝0.4m。表3.2.1-1安全加高运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况(特殊情况)0.50.40.3根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》该水库属于峡谷水库，故可按下面的官厅公式计算：第130页共130页 式中：为计算风速，单位m/s，是指水面以上10m处10min的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速；校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；为风作用于水域的长度，km，称为吹程，按回水长度计算。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。根据给定资料：历年最大风速30.5m/s，风作用于水域的长度约0.4km。不同工况下计算风速取值见表3.2.1-2：表3.2.1-2不同工况下计算风速取值计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速(m/s)计算风速(m/s)正常工况1477.000.430.545.75设计工况1478.350.430.545.75校核工况1480.260.416.316.30计算时，对于波高，当=20～250时，为累计频率5%的波高；当=250～1000时，为累计频率10%的波高。规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41。坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：防浪墙高程=正常蓄水位+防浪墙高程=设计洪水位+防浪墙高程=校核洪水位+式中：、、分别为防浪墙顶距正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位在计算坝顶超出静水位第130页共130页 时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常工况、设计工况和校核工况分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。计算过程详见计算书，计算结果见表3.2.1-3：表3.2.1-3计算结果计算情况（m）（m）（m）　（m）防浪墙顶高程（m）正常情况1.7430.4750.52.7181479.718设计情况1.7430.4750.52.7181481.068校核情况0.4800.1010.40.9811481.241为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值，故选取防浪墙顶高程＝1481.241m，在坝顶上游面设置有与坝体连成整体的防浪墙，取防浪墙高为1.2m，坝顶高程=防浪墙顶高程-1.2=1481.241-1.2=1480.041m<1480.26m，取坝顶高程为1481.00m。3.2.2确定坝基高程修建在岩基上的重力坝，其坝址由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的有针对性的措施，以满足建坝要求。坝基处理时，要综合考虑地基及其上部结构之间的相互关系，有时甚至需要调整上部结构形式，使其与地基工作相协调。地基处理的主要任务是：防渗和提高基岩的强度和整体性。河床高程约为1400m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除，坝址处河床覆盖层厚6～10m。原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初步定出开挖深度25m，确定的建基面最低开挖高程为▽1375.00m。因此，最大坝高为106m。3.2.3拟定坝顶宽度根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。一般取坝高的8%～10%，且不小于2m。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。按坝高的10%计算，即为10.6第130页共130页 米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为15m，以满足大坝维修作业通行需要。3.2.4拟定剖面尺寸根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，常做出铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.6～0.8；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。初步拟定时，该大坝坝高中点处向上游倾斜，上游坡率取n=0.2，下游坡率取m=0.75。3.2.5坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本工程的坝高为106m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=90.1m。3.2.6基础灌浆廊道尺寸拟定坝内必须设基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。为此需要在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头﹑且不小于4～5m处设置灌浆廊道。廊道断面多为城门洞形，宽度和高度应能满足灌浆作业的要求，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，地面距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度。灌浆廊道兼有排水作用，需要在其上游侧设排水沟，下游侧设坝基排水孔幕及扬压力观测孔，并在靠近廊道的最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后，经横向排水管自流或水泵抽水排至下游坝外。灌浆廊道随着坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度不宜陡于400～450，以便钻孔、灌浆及其设备的搬运。本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门洞型；廊道上游壁离上游面的距离应满足防渗要求，本次设计取10m；为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面取4.5m。初步拟定坝体形状剖面如图3.2.6-1所示。第130页共130页 图3.2.6-1非溢流坝段剖面尺寸图3.3荷载组合及其计算重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、动水压力﹑波浪压力、泥沙压力、冰压力﹑土压力﹑温度作用﹑风压力﹑地震作用等，常取1m坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位，它们分别考虑的荷载如表3.3-1所示：第130页共130页 表3.3-1荷载组合表荷载组合主要考虑情况荷载自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力基本组合（1）正常蓄水位情况√√√√√（2）设计洪水位情况√√√√√特殊组合（1）校核洪水位情况√√√√√下面就各种情况计算相应荷载，计算示意图见图3.3-1:图3.3-1重力坝基本荷载示意图荷载计算过程详见计算书，计算结果见表3.3-2,3.3-3，3.3-4。第130页共130页 表3.3-2正常工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)对基础中心力矩(kN.m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）自重4452025.701144164自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.6上游水压力水平51031.6234.001735075.1垂直5095.3139.75202538.72755.6341.52114413.7下游水压力水平`5406.4911.0759849.8垂直4054.8736.72148894.6波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计125589.74（↓）48325.23（→）954502.22（-）浮托力29344.850.000.00渗透压力2092.2838.8581284.96渗透压力6555.246.7544247.86渗透压力3138.4240.92128423.9第130页共130页 合计84458.96（↓）48325.23（→）253956.76（-）表3.3-3设计工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)对基础中心力矩(kN.m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）自重4452025.701144164自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.60上游水压力水平52391.4034.451804883.59垂直5235.7039.75208118.882755.6341.52114413.72下游水压力水平`11518.7616.15186028.02垂直8639.0732.94284571.03波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计130314.33（↓）43572.73（→）1028228.76（-）浮托力42832.870.000.00渗透压力1669.2638.8564850.75渗透压力5229.906.7535301.82第130页共130页 渗透压力2503.8940.92102459.18合计78078.40（↓）43572.73（→）202611.75（-）表3.3-4校核工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)对基础中心力矩(kN.m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）自重4452025.701144164自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.60上游水压力水平54283.8335.091904819.63垂直5434.3139.75216013.742755.6341.52114413.72下游水压力水平`12375.5716.74207167.11垂直8639.0732.49280683.45波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计130512.94（↓）44608.35（→）1095243.27（-）浮托力44397.340.000.00渗透压力1673.5238.8565016.14第130页共130页 渗透压力5243.246.7535391.86渗透压力2510.2840.92102720.49合计76688.56（↓）44608.35（→）203128.49（-）3.4抗滑稳定分析3.4.1抗滑稳定分析的目的核算坝体沿坝基面或坝基内部缓倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。3.4.2滑动面的选择滑动面选择的基本原则：研究坝基地质条件和坝体剖面形式，选择受力较大,抗剪强度低,最容易产生滑动的截面作为计算截面。一般有以下几种情况：①坝基面；②坝基内软弱层面；③基岩缓倾角结构面；④不利的地形；⑤碾压混凝土层面等。该工程基坑抗滑稳定控制面为混凝土与基岩接触面,故对非溢流坝段只需对坝基面进行抗滑稳定分析，坝体抗滑稳定性分析示意图如下图3.4.2-1：图3.4.2-1抗滑稳定分析示意图第130页共130页 3.4.3坝基面抗滑稳定分析和计算1.抗剪强度公式分析将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。按抗剪强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于表3.4-1规定：式中：为接触面以上的总铅直力；为接触面以上的总水平力；为作用在接触面上的扬压力；为接触面间的摩擦系数，本工程取0.60。表3.4.3-1坝基面抗滑稳定安全系数Ks荷载组合坝的级别123基本组合1.101.051.05特殊组合（1）1.051.001.00（2）1．001.001.002.抗剪断公式分析按抗剪断强度的计算公式进行计算，将坝体与基岩间看成是一个胶结面。按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于表3.4-2规定：式中：—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，取0.7；—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，MPa，取0.3MPa；—坝基接触面截面积，m2；第130页共130页 —作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN。表3.4.3-2坝基抗滑稳定安全系数Ks’荷载组合Ks’基本组合3.0特殊组合（1）2.5（2）2.33.两种分析的计算结果抗滑稳定性计算过程详见计算书，计算结果见表3.4.3-3：表3.4.3-3抗滑稳定分析计算结果抗滑稳定安全系数正常蓄水位设计洪水位校核洪水位(抗剪强度公式)Ks1.14（>1.05）1.16（>1.05）1.12（>1.00）（抗剪断公式）Ks’3.24（>3.00）3.45（>3.00）3.33（>2.50）表3.4.3-3可知，该重力坝在正常蓄水位﹑设计洪水位和校核洪水位情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。3.5应力分析3.5.1分析目的与过程应力分析的目的是为了检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求，同时也是为研究、解决设计和施工中的某些问题，如为坝体混凝土标号分区和某些部位的配筋等提供依据。应力分析过程是：首先进行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计算，最后检验坝体各部分的应力是否满足强度要求。3.5.2应力计算方法第130页共130页 材料力学方法。材料力学方法应用最广﹑最简便，也是重力坝设计规范中规定采用的计算方法，已经过模型试验和工程实践的验证，有一套成熟的应力控制标准。材料力学方法的主要假定是：坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布。3.5.3材料力学法的基本假设（1）坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；（2）视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力；（3）假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。3.5.4荷载组合（1）正常蓄水情况：自重+正常蓄水位对应的静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；（2）设计洪水情况：自重+设计洪水位对应的静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；（3）校核洪水情况：自重+校核洪水位对应的静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。3.5.5应力计算图3.5.5-1边缘应力计算图在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求,计算公式如下：1.不计扬压力的边缘应力计算第130页共130页 （1）水平截面上的正应力。因为假定按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力和。式中：—作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；—作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；—计算截面的长度，m。（2）剪应力，。式中：—上游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—下游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—上游坝坡坡率；—下游坝坡坡率。（3）水平正应力,。（4）第一主应力,。第130页共130页 （5）第二主应力,。不计扬压力的边缘应力计算的具体计算过程详见计算书，计算结果见表3.5.5-1。表3.5.5-1不计扬压力的边缘应力计算结果表　正常工况（kPa）设计工况（kPa）校核工况（kPa）688.42686.37639.042099.362206.292258.0296.2599.31112.521330.251298.171323.951150.411163.051179.141323.381449.021485.72669.17666.51616.543097.053179.9*23250.981169.661182.911201.64325.69475.39492.76由表3.5.5-1可以看出不计扬压力时坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。2.计扬压力的边缘应力计算（1）水平截面上的正应力。按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力和。第130页共130页 式中：—作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；—作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；—计算截面的长度，m。（2）剪应力，。式中：—上游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—下游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—上游边缘的扬压力强度；—下游边缘的扬压力强度；—上游坝坡坡率；—下游坝坡坡率。（3）水平正应力,。（4）第一主应力,。第130页共130页 （5）第二主应力,。计扬压力的边缘应力计算的具体计算过程详见计算书，计算结果见表3.5.5-2。表3.5.5-2计扬压力边缘应力计算结果表　正常工况（kPa）设计工况（kPa）校核工况（kPa）749.69716.93701.021125.091016.331001.28-116.13-109.56-106.40843.82762.24750.96145.82147.13147.76632.86571.68563.22772.92738.74722.301757.951588.011564.50169.04169.04169.040.000.000.00由表3.5.5-2可以看出计扬压力时坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。4溢流坝段设计4.1泄水建筑物的位置选择第130页共130页 泄水建筑物的位置应该结合枢纽布置全面考虑，避免与其它水工建筑物相互干扰，其下泄流量不致淘刷坝基与其他建筑物的地基及岸坡。对于宽阔河道，泄水建筑物应布置在河道主河槽，以利于顺畅泄流、水流消能、下泄水流归槽与下游水流妥善衔接以及减少土石方开挖。对于狭窄河道，泄水建筑物常与水电站厂房在布置上发生矛盾，解决矛盾的方法常是加大泄水建筑物的泄流单宽流量以缩短泄流前沿长度或采用泄水建筑物与电站厂房重叠布置。加大过坝单宽流量缩短泄流前沿长度的方法，有可能简化枢纽布置、降低工程造价，但要慎重考虑下游泄流能力和抗冲的承载能力。根据本工程的地质特点和枢纽布置全面考虑，将泄水建筑物布置在河道主河槽，以利于畅顺泄流、水流消能、下泄水流归槽与下游水流妥善衔接以及减少土石方开挖。4.2溢流堰堰顶高程和孔口尺寸的拟定溢流坝为满足泄洪要求，可以选择不同的溢流堰顶高程。但同样的泄流量，堰顶高程愈低，溢流前沿就愈短，可减少泄水建筑物的造价，但过堰的单宽流量加大，会增加消能困难和下游河床的抗冲负担，为此需要从经济、安全方面做周密的分析。泄水孔进口高程选择主要按泄水孔所担负的功能和水库调度运用要求来确定。如担负放空水库和导流的泄水孔的进口高程应接近河床高程；为避免泥沙淤堵水电站进水口，排沙洞进水口应置于电站进水口下方等。进水口高程低，工作水头大，对闸门及其启闭设备要求就高，也就是说泄水孔的进水口设计要考虑国内闸门与启闭机的制造水平。本次设计中，溢流堰堰顶高程为1462m。5个表孔布置于河床中间坝段，孔口单净宽16m，取中墩3.0m,边墩2.0m，则溢流坝段总长96m。堰顶上游部位设平板检修闸门，尺寸为16×15m（宽×高），堰顶设弧形工作闸门，尺寸为16×15m（宽×高）。4.3溢流坝体形设计溢流面由顶部的曲线段、中间的直线段和底部的反弧段三部分组成。溢流坝的基本剖面为截顶三角形，一般其上游面为铅直或折线面。设计要求：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体型简单，造价低，便于施工等。4.3.1顶部曲线段设计第130页共130页 溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多与锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压。顶部曲线的型式很多，常用的有克-奥曲线和WES曲线。由于WES曲线的流量系数较大且剖面较瘦，工程量较省，坝面曲线用方程控制，施工方便，所以选用WES曲线为堰顶面曲线。WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分，上游段采用三圆弧曲线；当上游面垂直时，下游段曲线采用下面的方程计算：式中：为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰上水头的75%～95%，坐标原点为堰顶。根据计算，取定型设计水头(1480.26-1462)*90%=16.434m。上游面采用三圆弧连接，其半径分别为：8.217m-2.876m3.287m-4.536m0.657m-4.634m下游面采用幂曲线，根据上面的方程可以得到简化方程：拟定出WES曲线函数表达式，在上面取一些点，进行坐标计算，即可得出WES曲线上点的坐标，从而可得到WES曲线，见表4.3.1-1和图4.3.1-1。表4.3.1-1WES曲线坐标表X(m)Y(m)X(m)Y(m)10.04682.16920.16792.69730.353103.27840.602113.91050.909124.59361.274135.32671.694146.108第130页共130页 图4.3.1-1溢流面WES曲线图4.3.2中间直线段设计顶部的曲线段确定后，中部的直线段分别与顶部曲线、底部的反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同，即：直线与幂曲线相切时，切点C记为为（XC,YC）,即可得切点坐标C(25.267m，18.210m)。4.3.3反弧段设计第130页共130页 溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线，反弧半径应结合下游消能设施来确定。根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能，R=（4～10）h，h为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。反弧处流速愈大，要求反弧半径愈大。当流速小于16m/s时，取下限；流速大时，宜采用较大值。当采用底流消能，反弧段与护坦相连时，宜采用上限值。实际工程中，反弧半径R的取值范围远远超过R=（4～10）h的限度。求校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深h单宽流量：式中：—上游面坡度影响修正系数，在这里上游面竖直，取1.0；—侧收缩系数，与边墩及闸墩头部的型式﹑堰孔的数目﹑堰孔的尺寸以及全水头有关，可按下面的经验公式计算，式中为堰孔的数目；为堰顶全水头；为边墩形状系数；为闸墩形状系数；在此设计中可取0.92。—淹没系数，为自由出流，取1.0；—流量系数，曲线形实用堰的流量系数初步设计时采用0.48；—为重力加速度，通常取9.81m/s2；—计上行进流速水头的堰上总水头（m）,近似取=上游水位-堰顶高程。大坝流速系数，用经验公式计算：Z-上下游水位差计算收缩断面水深，可按伯努利方程计算：第130页共130页 行进流速很小可忽略不计，即为校核洪水位对应的坝前水深。则该式可化为：通过试算，可以求出3.82m，即为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深h，故可进一步求出R,R=（4～10）h=（15.28～38.20）m，取稍大于上限值，得R=40m。溢流坝体形设计具体计算过程及结果详见计算书。4.4溢流坝水面线计算及边墙高度确定为了设计闸墩高度，边墙高度，及选定弧型闸门门轴高程，需知道水面线。水面线以上的安全超高可采用0.5-1.5m，对于非直线段，宜适当增加。水面线计算示意图见图4.4-1。图4.4-1溢流坝水面线计算示意图4.4.1不掺气水面线的计算1.不掺气水面线头部的计算根据《水工设计手册6—泄水与过坝建筑物》，先算堰上水深第130页共130页 (校核洪水位-堰顶高程)，则可计算出(为堰面曲线定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%～95%计算，求WES曲线时已算出)，再由《水工设计手册6—泄水与过坝建筑物》中闸孔中心线水面线坐标表，采用插值法，来求得对应的和闸孔中心线水面线坐标表见表4.4-1。表4.4-1闸孔中心线水面线坐标表0.511.33-1-0.482-0.941-1.23-0.8-0.48-0.932-1.215-0.6-0.472-0.913-1.194-0.4-0.457-0.89-1.165-0.2-0.431-0.855-1.1220-0.384-0.805-1.0710.2-0.313-0.735-1.0150.4-0.22-0.647-0.9440.6-0.088-0.539-0.8470.80.075-0.389-0.72510.257-0.202-0.5641.20.4620.015-0.3561.40.7050.268-0.1021.60.9770.5210.1721.81.2780.860.465在表4.4-1中进行线性插值得水面线，见表4.4-2。第130页共130页 表4.4-2水面线坐标表0.511.111.33XY-1-0.482-0.941-1.037-1.230-16.434-17.047-0.8-0.480-0.932-1.026-1.215-13.147-16.867-0.6-0.472-0.913-1.007-1.194-9.860-16.544-0.4-0.457-0.890-0.982-1.165-6.574-16.133-0.2-0.431-0.855-0.944-1.122-3.287-15.5140-0.384-0.805-0.894-1.0710.000-14.6870.2-0.313-0.735-0.828-1.0153.287-13.6130.4-0.220-0.647-0.746-0.9446.574-12.2600.6-0.088-0.539-0.642-0.8479.860-10.5450.80.075-0.389-0.501-0.72513.147-8.23310.257-0.202-0.323-0.56416.434-5.3031.20.4620.015-0.109-0.35619.721-1.7861.40.7050.2680.145-0.10223.0082.3771.60.9770.5210.4050.17226.2946.6501.81.2780.8600.7280.46529.58111.9692.整个坝面(包括直线段)上的不掺气水面线的计算（1）求曲线长度：对于WES堰，堰上游段的曲线长度第130页共130页 ，堰下游段曲线长度可由《水工设计手册》第七卷查表得到。（2）求直线段长度：从切点到直线上任意点的距离为：其中：为切点坐标，为直线段坝面与水平方向的夹角。（3）从堰顶曲线起点到计算点的坝面距离为：（4）计算边界层厚度：按Bauner公式计算式中：为坝面粗糙高度，对于混凝土坝面，建议取0.427～0.691，一般取0.5。（5）计算单宽流量：式中：为堰上水头；为流量系数，一般可取0.475或0.5或参考规范取值（6）采用试算法推求势流水深（7）正交于坝面的水深为：得最大的h=6.0723m。4.4.2掺气水面线计算整个坝面(包括直线段)上的掺气水深计算如水流掺气，则边墙高度须相应加大，为此，必须确定自然掺气后的水面线。（1）首先计算自然掺气开始发生点(即临界点)的位置(m)或(m)式中：为单位宽度流量()第130页共130页 （2）采用不掺气水深按下式计算掺气水深式中:—不计入波动及掺气的水深(m)—计入波动及掺气的水深(m)—为不计入波动及掺气的计算断面上平均流速(m/s)—为修正系数，一般为1.0-1.4，这里计算时采用1.2。得最大的7.9038m。由计算所得出的和，再加上0.5-1.5m安全加高，取最大值即为溢流坝段与非溢流坝段之间的边墙高度，故边墙高度可取8.5m。溢流坝水面线及边墙高度具体计算过程及结果详见计算书。4.5消能防冲设计由溢流坝下泄的水流有巨大的能量，必须妥善进行处理，否则势必会导致下游河床被严重冲刷，甚至造成岸坡坍塌和大坝失事。所以，消能措施的合理选择和设计，对枢纽布置﹑大坝安全及工程量都有重要意义。消能工的设计原则是：（1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流和空气的摩擦上；（2）不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷；（3）下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行；（4）结构简单，工作可靠；（5）工程量小。常用的消能工型式有：挑流消能、底流消能、面流消能、消力戽消能等，其中挑流消能方式应用最广。挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用。当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定，或岸坡可能被冲塌时，不宜采用挑流消能，或须做专门的防护措施。底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道；高坝采用底流消能需经论证，但不宜用于排漂和排冰。第130页共130页 面流消能适用于水头较小的中、低坝，河道顺直，水位稳定，尾水较深，河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。消力戽消能适用于尾水较深且下游河床和两岸有一定抗冲能力的河道。联合消能适用于高、中坝，泄洪量大，河床相对狭窄，下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差的情况。联合消能应经水工模型试验验证。根据本工程地质条件，选取挑流消能。4.5.1挑流效能特点泄水建筑物泄放的高速水流为挑坎所引导，将水流先抛射到空中，水流在空中参入大量空气形成逐渐扩散的水舌，然后在距坝址较远处落入下游水垫中；水舌在水垫中继续扩散，并在主流前后中形成两个大旋流，同时消散大部分动能；当扩散水舌的冲刷能力大于河床抗冲能力时，河床变形，形成冲刷坑，直到水流的冲刷能力小于河床抗冲刷能力时，冲刷坑才保持稳定形态。4.5.2水力计算1．水舌挑距（1）挑坎坎顶至水舌外沿与下游水面交点的水平挑距L1。其中式中V——挑坎出口断面的流速，m/s;h1——挑坎坎顶铅直方向水深，m；h——坎顶法向平均水深，m；h2——挑坎坎顶与下游水位的高差，m；g——重力加速度，取9.81m/s2；H0——上游水位至挑坎坎顶的高差（含行进流速水头），m；计算得L1=97m。第130页共130页 （2）水舌外沿入水点至冲坑最深点的水平距离。式中t——从下游水面起算的冲刷坑水垫深度，m；B——水舌外沿入水处与下游水面的夹角；计算得L2=142.6608m2.冲刷深度式中t——从下游水面起算的冲刷坑水垫深度，m；Q——坎顶单宽流量，m3/(s.m)；Z——上下游水位差，m；T——冲坑深度，河床面与坑底的高度，m；ht——下游水深，m；K——冲刷系数，主要与河床地质条件有关，本工程取1.1。计算得t=37.0127m。5细部构造5.1坝顶构造防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，墙身有足够的厚度以抵抗波浪及漂浮物的冲击，在坝体横缝处应留伸缩缝，并设止水，墙身高度1.2m第130页共130页 。坝顶下游侧应设置栏杆。溢流坝顶应结合闸门、启闭设备布置、操作检修、交通和观测等要求设置坝顶工作桥、交通桥。坝顶上的桥梁可采用装配式钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构，桥下应有足够的净空。取墙高为1.2m，厚度为30cm，以满足运用安全的要求。坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%，两边设有排水道，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶公路两侧设有宽1m的人行道，并高出坝顶路面20cm，下游侧设置栏杆及路灯，如下图5.1-1坝顶结构图。图5.1-1坝顶结构图5.2坝体分缝5.2.1横缝为了减少温度应力，适应地基的不均匀变形和满足施工要求，根据地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置和浇筑能力等，将坝体垂直坝轴线分成若干个独立的坝段，即横缝。横缝间距一般为15～20m；缝宽1～2cm，取1cm。横缝分为永久性横缝和临时性横缝，永久性横缝常做成竖直平面，不设键槽，缝内不灌浆，以使各坝段独立工作；临时性横缝的缝面应设置键槽和灌浆系统。5.2.2纵缝为了适应混凝土的浇筑能力和减少施工期的温度应力，常在平行坝轴线方向设纵缝，将一个坝段分成几个坝段，待其温度接近稳定温度后再进行接缝灌浆。纵缝按其布置型式可以分为：铅直纵缝﹑斜缝和错缝3种。纵缝的间距根据混凝土浇筑能力和温度控制要求确定，一般为15～第130页共130页 30m。设置纵缝时应注意施工期和蓄水以后上游面产生深层裂缝，纵缝过多，不仅增加缝面处理的工作量，还会削弱坝的整体性。纵缝缝面应设水平键槽，为了更好地传递压力和剪力，键槽应呈斜三角形，键面大致沿主应力方向，在键面上布设灌浆系统。根据SL314-2004《碾压混凝土坝设计规范》，碾压混凝土重力坝不宜设置纵缝，在这里不设置纵缝。5.2.3水平施工缝水平施工缝是上﹑下游浇筑层块之间的结合面，浇筑块厚度一般为1.5～4.0m，在靠近基岩面附近0.75～1.0m的薄层浇筑，以利散热，减少温升。上、下层之间常间歇3～7d。纵缝两侧相邻坝块的水平施工缝不宜设在同一高程，以免削弱坝体水平截面的抗剪强度。上层混凝土浇筑前，必须用风水枪或者压力水冲洗施工缝面上的浮渣灰尘和水泥乳膜，使表面成为干净的麻面，再均匀铺一层2～3cm厚的水泥砂浆，然后浇筑。5.3坝体止水与排水5.3.1坝体止水重力坝横缝的上游面（含防浪墙）、溢流面、下游面最高尾水位以下及坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位应布置止水设施。根据DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定：对高坝，应采用两道金属止水片，中间设沥青井；对中、低坝可以适当简化。金属止水片一般采用1.0～1.6mm厚的紫铜片，做成可收缩的“Ω”形，每侧埋入混凝土的长度一般为20～25cm，本次设计取25cm。第一道止水至上游面的距离应有利于改善该部位的应力，一般为1～2m，缝间贴沥青油毡。中坝的第一道止水应为铜片，第二道或低坝的止水片在气候温和地区可采用塑料，在寒冷地区可采用橡胶。塑料止水带、橡胶止水带应视工作水头、气候条件、所在部位和便于施工等因素选用合适的标准型号，一般可应用于较低水头的上游面止水、最高尾水位以下的横缝下游面止水和廊道止水。对塑料止水带及橡胶止水带的安装，应采取措施防止变形。沥青井呈方形或圆形，本次设计取内径为20cm的圆形，井底应该伸入到基岩约30～50cm，取50cm。对于非溢流坝段和横缝设在闸墩中间的溢流坝段，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井则需要到坝顶。井内设加热设备，在井底设沥青排出管，以便于排出老化的沥青。第130页共130页 图5.3-1横缝止水1-横缝；2-沥青油毡；3-止水片；4-沥青井；5-排水井；6-检查井；5.3.2排水（1）坝体排水在坝体各种接缝面内虽已设置了止水系统，但渗水仍难完全避免。为了减小渗水的有害影响，还要设置相应的排水系统，将坝体和坝基的渗水由排水管排入廊道，再由廊道汇入集水井，自流或用抽水机排到下游。坝体排水管间距取3m，管内径取20cm。（2）基础排水基础排水系统包括排水孔幕和基面排水。排水孔幕距灌浆帷幕下游面约0.5～1.0倍帷幕孔距，在坝基面上，排水孔与帷幕孔的距离不宜小于2m。排水孔略向下游倾斜，排水孔距取3m，孔径取20cm，孔深10m。第130页共130页 图5.3.2-1坝基排水系统5.4坝体混凝土分区坝体各部位的工作条件不同，对混凝土强度﹑抗渗﹑抗冻﹑抗冲刷﹑抗裂等性质的要求不同。为了节约与合理使用水泥，通常将坝体不同部位和不同工作条件分区，采用不同强度等级的混凝土，如图5.4-1坝体混凝土分区示意图：第130页共130页 图5.4-1坝体混凝土分区示意图Ⅰ上下游水位以上坝体表层混凝土。Ⅱ上下游水位变化区的坝体表层混凝土。Ⅲ上下游最低水位以下的坝体表层混凝土。Ⅳ靠近地基的混凝土。Ⅴ坝体内部混凝土。Ⅵ有抗冲刷要求部位的混凝土。注意：Ⅰ区主控制因素为抗控，同时满足强度、低热要求；Ⅱ区主控制因素为抗冻，满足强度、抗渗、抗侵蚀、低热要求；Ⅲ区主控制因素为强度、抗渗，同时满足抗冻、抗侵蚀、低热要求；Ⅳ区主控制因素为强度、低热，同时满足抗渗、抗冻、抗侵蚀要求；Ⅴ区主控制因素为强度、低热，同时满足抗渗、抗冻要求；Ⅵ区主控制因素为强度、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀，同时满足低热要求。第130页共130页 5.5廊道设置（1）坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。为此，需要在坝踵附近距上游面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置灌浆廊道。廊道断面多为城门洞形，宽度和高度要满足灌浆作业的要求，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，底面距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度。灌浆廊道兼有排水作用，需要在其上游侧设排水沟﹑下游侧设坝基排水孔幕及扬压力观测孔，并在靠近廊道的最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后，经横向排水管自流或者由水泵抽水排至下游坝外。灌浆廊道随坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度不宜陡于400～450，以便钻孔﹑灌浆及其设备的搬运。根据本工程的特点，灌浆廊道采用城门洞形，尺寸3.0×3.5m，廊道高程为1379.5m，距上游面10m。（2）排水管坝体上游面防渗层下游应设置铅直或近乎铅直的排水管系。排水管下部应通至纵向排水廊道，上部应通至上层廊道或坝顶（或溢流面以下），以便于检修。排水管可采用拔管、钻孔或预制无砂混凝土管，管距可为2～3m,内径15～25cm,取20cm。渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道，沿集水沟或集水管汇入集水井，再排向下游，排水沟断面常用20cm×20cm，底坡3‰。排水管施工时必须防止被混凝土和杂物等堵塞。6重力坝的地基处理修建在岩基上的重力坝，其坝址由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所以这些都需要采取适当的有针对性的工程措施，以满足建坝要求。坝基处理时，要综合考虑地基及其上部结构之间的相互关系，有时甚至需要调整上部结构型式，使其与地基工作条件相协调。地基处理的主要任务是：防渗；提高基岩的强度和整体性。6.1坝基的开挖与清理第130页共130页 坝基的开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》要求：混凝土重力坝的建基面应根据岩体物理性质，大坝稳定性，岩基应力，地基变形和稳定性，上部结构对地基的要求，地基加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经济技术条件比较确定。原则上应在考虑地基加固处理后，在满足坝的强度和稳定性的前提下减少开挖量。坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上。故河床坝段以新鲜带作建基面，最大开挖深度25m，最低建基面高程1375m；两岸坝段以弱风化至微风化带作建基面，为提高坝体的侧向稳定性，沿岸坡开挖成台阶状，左岸岸坡倾角较大，为了坝段的横向稳定,通常在斜坡上按坝体的分段开挖成台阶，台阶宜位于坝体横缝部位。台阶应避免开挖成锐角或高差甚大的陡坡，以免坝体发生集中应力或使坝体混凝土与基岩不能紧密结合。基岩开挖后，在浇筑混凝土前，需进行彻底的清理和冲洗，包括：清除一切松动的岩块，打掉凸出的尖角，基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。还必须注意，开挖爆破不能损害设计开挖线以下基岩的质量；当基岩为易风化的岩石，如页岩、粘性岩等时，在设计开挖线或边线以上易留有保护层0.2～0.3m，待混凝土浇筑时才随挖随浇。6.2坝基的固结灌浆固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝址附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆孔呈梅花状或方格状，孔距、排距和孔深取决于坝高和基岩的构造情况。根据本工程的特点，在坝基和消力池底板基岩均作固结灌浆，孔深5—8m，孔距4m，排距4m，呈梅花形布置，局部断层交汇带、坝踵、坝址附近适当加密、加深固结孔。帷幕孔上游固结加深至10m。6.3帷幕灌浆帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗流压力，防治坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆。防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸。钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起到排水的作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可以有一定的斜度，以第130页共130页 便穿过主节理裂隙，但是角度不宜太大，一般在100以下，以便于施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地基内的透水层厚度不大时，帷幕可穿透透水层深入相对隔水层3～5m。防渗帷幕的厚度应当满足抗渗稳定的要求，即帷幕内的渗流坡降不应超过规定的容许值。帷幕灌浆孔的排数，在一般情况下，高坝可设两排，中、底坝设一排，对地质条件较差的地段还可适当增加。帷幕灌浆必须在浇筑到一定的厚度的坝体混凝土后施工，灌浆压力一般应通过试验确定，通常在帷幕表层段不宜小于1～1.5倍坝前水头，在孔底段不宜小于2～3倍坝前静水头，但应以不破坏岩体为原则。根据本工程的特性，具体操作：在坝体灌浆廊道下的基础内形成一道连续而垂直的幕墙。在灌浆廊道设置一排帷幕灌浆孔，孔距3m，示意图如下6.3-1：图6.3-1帷幕灌浆示意图6.4坝基断层和破碎带的处理对于规模较小或较浅的断层和破碎带，采用局部掏空，再用混凝土回填的方法处理；对于规模较大或较深的断层和破碎带，将采用刻槽回填混凝土塞的办法处理。第130页共130页 第二部分设计计算书1调洪演算1.1洪水调节方案的拟定综合考虑该库调洪要求，用半图解法进行调洪。洪演算方案拟定如下，共有三个方案，详细情况列于表1.1-1。表1.1-1洪水调节方案堰顶高程(m)孔口尺寸(m)孔数方案一146114×165方案二146212×157方案三146216×155注：表示孔口尺寸(m)(宽´高)，即宽m，高m1.2表孔泄流能力计算根据库容曲线Z-V，以及用水力学公式计算Q-Z关系采用开敞式溢流时，利用下式计算式中：——溢流流量，单位为；——为闸孔数；——过水断面宽度，单位为m；m——堰的流量系数，本设计中取0.5；——侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，在（0.9~0.95）中取值，本设计中取0.92；——堰顶全水头，单位为m。第130页共130页 方案一：堰顶高程1461m,堰宽为70m，孔口尺寸14×16，5孔；表孔泄流能力计算见下表1.2-1：表1.2-1q=f(V)关系曲线计算表库水位堰顶水头H（m）下泄流量q总泄流量Q库容V146100014098.6714621142.63142.6314778.5114632403.41403.4115458.3614643741.12741.1216138.20146541141.031141.0316818.04146651594.631594.6317516.07146762096.202096.2018218.10146872641.512641.5118920.12146983227.313227.3119622.15147093850.963850.9620324.181471104510.304510.3021079.431472115203.495203.4921847.161473125928.945928.9422584.581474136685.296685.2923430.241475147471.327471.3224353.431476158285.958285.9525094.621477169128.209128.2025920.361478179997.219997.2126803.8014791810892.1610892.1627687.2414801911812.3411812.3428617.2014812012757.0512757.0514822113725.6913725.69第130页共130页 方案二：堰顶高程1462m,堰宽为84m，孔口尺寸12×15，7孔；表孔泄流能力计算见下表1.2-2：表1.2-2q=f(V)关系曲线计算表库水位堰顶水头H（m）下泄流量q总泄流量Q库容V146200014778.5114631171.15199.6815458.3614642484.10564.7816138.2014653889.341037.5616818.04146641369.231597.4417516.07146751913.562232.4818218.10146862515.442934.6818920.12146973169.813698.1219622.15147083872.774518.2320324.18147194621.155391.3521079.431472105412.366314.4221847.161473116244.187284.8822584.581474127114.738300.5223430.241475138022.359359.4124353.431476148965.5910459.8525094.621477159943.1411600.3325920.3614781610953.8512779.4926803.8014791711996.6513996.0927687.2414801813070.6013996.0928617.20第130页共130页 方案三：堰顶高程1462m,堰宽为80m，孔口尺寸16×15，5孔；表孔泄流能力计算见下表1.2-3：表1.2-3q=f(V)关系曲线计算表库水位堰顶水头H（m）下泄流量q总泄流量Q库容V146200014778.5114631163.00163.0015458.3614642461.04461.0416138.2014653846.99846.9916818.04146641304.031304.0317516.07146751822.441822.4418218.10146862395.652395.6518920.12146973018.873018.8719622.15147083688.353688.3520324.18147194401.104401.1021079.431472105154.635154.6321847.161473115946.845946.8422584.581474126775.936775.9323430.241475137640.337640.3324353.431476148538.658538.6525094.621477159469.669469.6625920.3614781610432.2310432.2326803.8014791711425.3811425.3827687.2414801812448.1912448.1928617.2014811913499.8113499.81第130页共130页 1.3调洪演算1.3.1调洪演算的目的根据水位～库容曲线以及设计洪水过程线，孔口尺寸、孔数以及堰顶高程，利用调洪演算来确定设计洪水位和校核洪水位，为后面坝顶高程的确定奠定基础。1.3.2调洪演算的基本原理和方法(a)根据库容曲线Z-V，以及用水力学公式计算Q-Z关系式中：q——过堰流量，单位为；B——过水断面宽度，单位为m；m——堰的流量系数；——局部水头损失系数；——堰顶全水头，单位为m。(b)分析确定调洪开始时的起始条件，起调水位357m。(c)本次调洪计算采用《水能规划》书中介绍的列表试算法计算，依据书中所给的水库洪水调节原理，采用水量平衡方程式式中：Q1，Q2——分别为计算时段初、末的入库流量（）；——计算时段中的平均入库流量（m3/s），它等于(Q1+Q2)/2；q1,q2——分别为计算时段初、末的下泻流量（m3/s）；——计算时段中的平均下泻流量（m3/s），即=(q1+q2)/2；V1，V2——分别为计算时段初、末的水库的蓄水量（m3）；——为V2和V1之差；——计算时段，一般取1～6小时，需化为秒数。采用开敞式溢流时，利用下式计算第130页共130页 式中：——溢流流量，单位为；——为闸孔数；——过水断面宽度，单位为m；m——堰的流量系数，本设计中取0.5；——侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，在（0.9~0.95）中取值，本设计中取0.9；——堰顶全水头，单位为m。1.3.3调洪演算的计算说明（a)由洪水资料获得入库洪水量；（b)时段平均入库流量：由前、后时的入库洪水量取平均值得到；（c)下泄水量：由水库水位确定(水库水位未知)；（d)时段平均下泄流量：由前、后时的下泄流量取平均值得到；（e)时段内水库水量变化：由“时段平均入库流量”-“时段平均下泄流量”×3600得到；（f)水库存水量：与水库水位有关(水库水位未知)。（g)本设计采用半图解法进行计算，利用，可求出一个对应的下泻流量，即可求出该对应时段的平均下泻流量，即可求得下泄流量q和的关系，建立辅助图线，再根据水量平衡方程式变形可求出由初始的调洪下泄流量可以在辅助图线上查的的值利用水量平衡公式的变形公式可求的，再在辅助图形上查的相应的，同理可求的，第130页共130页 ········，画出下泄流量和相应的入库流量与时间的关系图线，求的其交点，求出最大下泄流量，查出相应的水位。1.3.4计算并绘制单辅助线方案一：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=2h。水库设计洪水单辅助曲线计算表，堰顶高程1461m,堰宽为70m，孔口尺寸14×16，5孔，计算过程见下表1.3.4-1。表1.3.4-1单辅助曲线计算表水位Z(M)库容v（亿m3）堰上库容第130页共130页 146114098.670.000.000.000.000.00146214778.51679.84944.22142.6371.311015.54146315458.361359.681888.45403.41201.712090.16146416138.202039.532832.67741.12370.563203.23146516818.042719.373776.901141.03570.514347.41146617516.073417.404746.391594.63797.325543.70146718218.104119.435721.422096.201048.106769.52146818920.124821.456696.462641.511320.768017.22146919622.155523.487671.503227.311613.659285.15147020324.186225.508646.533850.961925.4810572.01147121079.436980.759695.494510.302255.1511950.64147221847.167748.4910761.795203.492601.7413363.53147322584.588485.9011785.985928.942964.4714750.45147423430.249331.5712960.516685.293342.6516303.16147524353.4310254.7614242.727471.323735.6617978.38147625094.6210995.9515272.158285.954142.9719415.12147725920.3611821.6916419.019128.204564.1020983.11147826803.8012705.1317646.019997.214998.6022644.61147927687.2413588.5718873.0110892.165446.0824319.09148028617.2014518.5320164.6311812.345906.1726070.80利用上表中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如图1.3.4-1所示。第130页共130页 图1.3.4-1辅助图线方案二：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=2h。水库设计洪水单辅助曲线计算表)堰顶高程1462m,堰宽为84m，孔口尺寸12×15，7孔；计算过程见表1.3.4-2。表1.3.4-2单辅助曲线计算表第130页共130页 水位Z(M)库容v（亿m3）堰上库容146214778.510.000.000.000.000.00146315458.36679.84944.22171.1585.581029.80146416138.201359.681888.45484.10242.052130.50146516818.042039.532832.67889.34444.673277.34146617516.072737.563802.161369.23684.624486.78146718218.103439.584777.201913.56956.785733.98146818920.124141.615752.242515.441257.727009.95146919622.154843.646727.273169.811584.918312.18147020324.185545.667702.313872.771936.389638.69147121079.436300.918751.274621.152310.5811061.84147221847.167068.659817.565412.362706.1812523.74147322584.587806.0610841.756244.183122.0913963.84147423430.248651.7312016.297114.733557.3715573.66147524353.439574.9113298.498022.354011.1817309.67147625094.6210316.1014327.928965.594482.7918810.72147725920.3611141.8415474.789943.144971.5720446.35147826803.8012025.2816701.7810953.855476.9222178.71147927687.2412908.7217928.7811996.655998.3323927.11148028617.2013838.6919220.4013070.606535.3025755.70利用上表中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如图1.3.4-2所示。第130页共130页 图2.2辅助图线方案三：计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=2h。水库设计洪水单辅助曲线计算表)堰顶高程1462m,堰宽为80m，孔口尺寸16×15，5孔；计算过程见表1.3.4-3。第130页共130页 表1.3.4-3单辅助曲线计算表水位Z(M)库容v（亿m3）堰上库容146214778.510.000.000.000.000.00146315458.36679.84944.22163.0081.501025.73146416138.201359.681888.45461.04230.522118.97146516818.042039.532832.67846.99423.503256.17146617516.072737.563802.161304.03652.014454.18146718218.103439.584777.201822.44911.225688.42146818920.124141.615752.242395.651197.836950.06146919622.154843.646727.273018.871509.438236.71147020324.185545.667702.313688.351844.189546.48147121079.436300.918751.274401.102200.5510951.82147221847.167068.659817.565154.632577.3112394.88147322584.587806.0610841.755946.842973.4213815.17147423430.248651.7312016.296775.933387.9715404.26147524353.439574.9113298.497640.333820.1717118.66147625094.6210316.1014327.928538.654269.3318597.25147725920.3611141.8415474.789469.664734.8320209.61147826803.8012025.2816701.7810432.235216.1221917.90147927687.2412908.7217928.7811425.385712.6923641.47148028617.2013838.6919220.4012448.196224.0925444.50利用上表中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如图1.3.4-3所示。第130页共130页 图1.3.4-3辅助图线1.3.5设计水位调洪计算方案一：水库半图解法调洪计算表(P=0.2%)堰顶高程1461m,堰宽为70m，孔口尺寸14×16，5孔,见表1.3.5-1。表1.3.5-1方案一调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0750.5221447.681099.101099.1042971.922209.802209.8065474.044222.984222.9887005.246239.646239.64107733.727369.4817761.337369.481474.87127884.527809.1218200.977597.531475.15148036.487960.5018563.947803.331475.41第130页共130页 168111.888074.1818834.797956.901475.60188263.848187.8619065.748087.851475.76208567.768415.8019393.698273.801475.99229173.288870.5219990.418594.971476.372410463.209818.2421213.689248.801477.142611600.0011031.6022996.4810185.271478.212810690.5611145.2823956.4910698.371478.78309401.8010046.1823304.3010349.791478.39328491.208946.5021901.019608.291477.55347809.128150.1620442.888838.021476.66367058.607433.8619038.728072.531475.74386497.166777.8817744.077361.381474.86405997.206247.1816629.876247.18425504.205750.7016133.395750.70445139.965322.0815704.775322.08464700.324920.1415302.834920.14484352.324526.3214909.014526.32504056.524204.4214587.114204.42523745.643901.0814283.773901.08543525.243635.4414018.133635.44563321.083423.1613805.853423.16583177.243249.1613631.853249.16603032.243104.7413487.433104.74622948.722990.4813373.172990.48642896.522922.6213305.312922.62662843.162869.8413252.532869.84682774.722808.9413191.632808.94第130页共130页 702654.082714.4013097.092714.40722517.202585.6412968.332585.64742373.362445.2812827.972445.28762251.562312.4612695.152312.46782092.642172.1012554.792172.10801985.922039.2812421.972039.28821903.561944.7412327.431944.74841811.921857.7412240.431857.74861721.441766.6812149.371766.68881637.921679.6812062.371679.68利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.5-1所示。图1.3.5-1方案一设计洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。方案二：水库半图解法调洪计算表(P=0.2%)第130页共130页 堰顶高程1462m,堰宽为84m，孔口尺寸12×15，7孔；见表1.3.5-2。表1.3.5-2方案二调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0750.5221447.681099.101099.1042971.922209.802209.8065474.044222.984222.9887005.246239.646239.64107733.727369.4816060.927369.481474.28127884.527809.1216500.567599.331474.53148036.487960.5016861.727788.161474.74168111.888074.1817147.757937.701474.91188263.848187.8617397.918077.801475.06208567.768415.8017735.918290.191475.28229173.288870.5218316.238654.861475.672410463.209818.2419479.619365.361476.412611600.0011031.6021145.8510351.251477.402810690.5611145.2821939.8910814.511477.86309401.8010046.1821171.5510366.241477.42328491.208946.5019751.819528.041476.58347809.128150.1618373.938691.121475.71367058.607433.8617116.677921.451474.89386497.166777.8815973.106777.88405997.206247.1815442.406247.18第130页共130页 425504.205750.7014945.925750.70445139.965322.0814517.305322.08464700.324920.1414115.364920.14484352.324526.3213721.544526.32504056.524204.4213399.644204.42523745.643901.0813096.303901.08543525.243635.4412830.663635.44563321.083423.1612618.383423.16583177.243249.1612444.383249.16603032.243104.7412299.963104.74622948.722990.4812185.702990.48642896.522922.6212117.842922.62662843.162869.8412065.062869.84682774.722808.9412004.162808.94702654.082714.4011909.622714.40722517.202585.6411780.862585.64742373.362445.2811640.502445.28762251.562312.4611507.682312.46782092.642172.1011367.322172.10801985.922039.2811234.502039.28821903.561944.7411139.961944.74841811.921857.7411052.961857.74861721.441766.6810961.901766.68881637.921679.6810874.901679.68利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.5-2所示。第130页共130页 图1.3.5-2方案二设计洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。方案三：水库半图解法调洪计算表(P=0.2%)堰顶高程1462m,堰宽为80m，孔口尺寸16×15，5孔；见表1.3.5-3表1.3.5-3方案三调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0750.5221447.681099.101099.1042971.922209.802209.8065474.044222.984222.9887005.246239.646239.64107733.727369.4816581.467369.481474.69127884.527809.1217021.107591.151474.94第130页共130页 148036.487960.5017390.467805.461475.18168111.888074.1817659.177968.721475.37188263.848187.8617878.318101.861475.51208567.768415.8018192.258292.591475.73229173.288870.5218770.178638.501476.112410463.209818.2419949.919319.701476.842611600.0011031.6021661.8110287.931477.852810690.5611145.2822519.1610778.691478.35309401.8010046.1821786.6510358.281477.92328491.208946.5020374.879562.781477.10347809.128150.1618962.268749.411476.23367058.607433.8617646.707961.151475.36386497.166777.8816463.437309.971474.62405997.206247.1815400.646247.18425504.205750.7014904.165750.70445139.965322.0814475.545322.08464700.324920.1414073.604920.14484352.324526.3213679.784526.32504056.524204.4213357.884204.42523745.643901.0813054.543901.08543525.243635.4412788.903635.44563321.083423.1612576.623423.16583177.243249.1612402.623249.16603032.243104.7412258.203104.74622948.722990.4812143.942990.48642896.522922.6212076.082922.62662843.162869.8412023.302869.84第130页共130页 682774.722808.9411962.402808.94702654.082714.4011867.862714.40722517.202585.6411739.102585.64742373.362445.2811598.742445.28762251.562312.4611465.922312.46782092.642172.1011325.562172.10801985.922039.2811192.742039.28821903.561944.7411098.201944.74841811.921857.7411011.201857.74861721.441766.6810920.141766.68881637.921679.6810833.141679.68利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.5-3所示。图1.3.5-3方案三设计洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。第130页共130页 1.3.6校核水位调洪计算方案一：水库半图解法调洪计算表(P=0.05%)堰顶高程1461m,堰宽为70m，孔口尺寸14×16，5孔,见表1.3.6-1。表1.3.6-1方案一校核调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0886.3921709.761298.081298.0843509.942609.852609.8566465.034987.494987.4988273.437369.2317760.807369.231474.87109133.798703.6119095.188104.541475.78129311.899222.8420213.478714.791476.51149491.369401.6320900.319083.731476.95169580.419535.8921352.479321.391477.22189759.889670.1521701.239503.801477.432010118.829939.3522136.789731.601477.692210833.9610476.3922881.5710123.851478.142412357.4011595.6824353.3910910.181479.022613700.0013028.7026471.9112023.041480.222812625.9213162.9627611.8312832.551481.083011103.8511864.8926644.1712113.531480.323210028.410566.1325096.7711300.681479.44349222.849625.6223421.7110412.541478.46368336.458779.6521788.819549.611477.48第130页共130页 387673.378004.9120244.128731.251476.53407082.97378.1418891.007988.781475.64426500.656791.7817694.007337.891474.83446070.476285.5616641.676285.56465551.245810.8616166.975810.86485140.245345.7415701.855345.74504790.894965.5715321.684965.57524423.734607.3114963.424607.31544163.434293.5814649.694293.58563922.314042.8714398.984042.87583752.433837.3714193.483837.37603581.183666.8114022.923666.81623482.543531.8613887.973531.86643420.893451.7213807.833451.72663357.873389.3813745.493389.38683277.043317.4613673.573317.46703134.563205.8013561.913205.80722972.93053.7313409.843053.73742803.022887.9613244.072887.96762659.172731.1013087.212731.10782471.482565.3312921.442565.33802345.442408.4612764.572408.46822248.172296.8112652.922296.81842139.942194.0612550.172194.06862033.082086.5112442.622086.51881934.441983.7612339.871983.76第130页共130页 利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.6-1所示。图1.3.6-1校核洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。方案二：水库半图解法调洪计算表(P=0.05%)堰顶高程1462m,堰宽为84m，孔口尺寸12×15，7孔；见表1.3.6-2。表1.3.6-2方案二校核调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0886.3921709.761298.081298.0843509.942609.852609.8566465.034987.494987.4988273.437369.2316060.447369.231474.28第130页共130页 109133.798703.6117394.828075.861475.06129311.899222.8418541.808796.601475.82149491.369401.6319146.829166.461476.21169580.419535.8919516.249387.251476.43189759.889670.1519799.149556.331476.602010118.829939.3520182.169785.241476.842210833.9610476.3920873.3110192.241477.252412357.4011595.6822276.7511012.321478.062613700.0013028.7024293.1312211.621479.202812625.9213162.9625244.4712770.351479.723011103.8511864.8924339.0112238.561479.233210028.410566.1322666.5711244.821478.28349222.849625.6221047.3710293.791477.35368336.458779.6519533.229397.401476.44387673.378004.9118140.738544.581475.55407082.97378.1416974.297847.011474.81426500.656791.7815919.056791.78446070.476285.5615412.846285.56465551.245810.8614938.135810.86485140.245345.7414473.025345.74504790.894965.5714092.844965.57524423.734607.3113734.594607.31544163.434293.5813420.864293.58563922.314042.8713170.154042.87583752.433837.3712964.653837.37603581.183666.8112794.083666.81623482.543531.8612659.143531.86第130页共130页 643420.893451.7212578.993451.72663357.873389.3812516.663389.38683277.043317.4612444.733317.46703134.563205.8012333.083205.80722972.93053.7312181.013053.73742803.022887.9612015.242887.96762659.172731.1011858.372731.10782471.482565.3311692.602565.33802345.442408.4611535.742408.46822248.172296.8111424.082296.81842139.942194.0611321.332194.06862033.082086.5111213.792086.51881934.441983.7611111.041983.76利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.6-2所示。图1.3.6-2方案二校核洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量第130页共130页 发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。方案三：水库半图解法调洪计算表(P=0.05%)堰顶高程1462m,堰宽为80m，孔口尺寸16×15，5孔；见表1.3.6-3。表1.3.6-3方案三校核调洪计算表时间t(h)入库流量Q（）平均流量下泄流量水位Z（m）0886.3921709.761298.081298.0843509.942609.852609.8566465.034987.494987.4988273.437369.2316580.977369.231474.70109133.798703.6117915.358124.361475.56129311.899222.8419013.828779.191476.28149491.369401.6319636.269138.591476.66169580.419535.8920033.559368.001476.93189759.889670.1520335.709540.701477.102010118.829939.3520734.359765.331477.332210833.9610476.3921445.4010165.991477.772412357.4011595.6822875.0910983.781478.562613700.0013028.7024920.0112150.661479.712812625.9213162.9625932.3112724.911480.263011103.8511864.8925072.2912237.041479.793210028.410566.1323401.3711448.631479.02349222.849625.6221578.3610255.041477.86第130页共130页 368336.458779.6520102.979386.451476.95387673.378004.9118721.438631.111476.13407082.97378.1417468.467886.871475.30426500.656791.7816373.367187.531474.50446070.476285.5615471.396285.56465551.245810.8614996.695810.86485140.245345.7414531.575345.74504790.894965.5714151.404965.57524423.734607.3113793.144607.31544163.434293.5813479.414293.58563922.314042.8713228.704042.87583752.433837.3713023.203837.37603581.183666.8112852.643666.81623482.543531.8612717.693531.86643420.893451.7212637.553451.72663357.873389.3812575.213389.38683277.043317.4612503.293317.46703134.563205.8012391.633205.80722972.93053.7312239.563053.73742803.022887.9612073.792887.96762659.172731.1011916.932731.10782471.482565.3311751.162565.33802345.442408.4611594.292408.46822248.172296.8111482.642296.81842139.942194.0611379.892194.06862033.082086.5111272.342086.51881934.441983.7611169.591983.76第130页共130页 利用上表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图1.3.6-3所示。图1.3.6-3方案三设计洪水调洪曲线图查图可知，最大下泄流量发生在t=28h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，利用插值法查表知。1.3.7调洪计算结果第130页共130页 根据设计与校核调洪，其结果如表1.3.7。表1.3.7调洪计算成果表项目频率设计洪水(0.2%)校核洪水(0.05%)方案一：1461m,14×16，5孔最大泄量(m³/s)10698.3712832.55水库最高水位(m)1478.781481.08方案二：1462m,12×15，7孔最大泄量(m³/s)10814.5112770.35水库最高水位(m)1477.861479.72方案三：1462m,16×15，5孔最大泄量(m³/s)10778.6912724.91水库最高水位(m)1478.351480.261.3.8方案比较与选择方案比较：从运用上看方案一中的设计与校核水位较方案二、三高一些，不太经济，而方案二中所需设置的孔口数目多，不太利于施工，方案三中泄水量与水位相对来说比较合理，而且孔口数也不多，这样可以节省施工量，节约材料，可节省一定的成本，为下游的施工减少工程量。综合考虑选择方案三。此时，枢纽的设计、校核和设计工况情况下上游水位、最大下泄流量和下游水位如表1.3.8（根据最大下泄流量由坝址处流量-水位曲线查得）。表1.3.8调洪演算得到的水利水能资料第130页共130页 上游水位(m)最大下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常1477.01408.20设计1478.3510778.691423.46校核1480.2612724.911425.232非溢流坝段设计2.1剖面拟定计算2.1.1确定坝顶高程坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程，应高于波浪顶高程，防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，可由下面的公式计算，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。式中：—累计频率为1%时的波浪高度，m；—波浪中心线高于静水位的高度，m；—安全加高，m；按表2.1-1选用，对于该工程，基本情况＝0.5m，特殊情况＝0.4m。表2.1.1-1安全加高运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况(特殊情况)0.50.40.3根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》该水库属于峡谷水库，故可按下面的官厅公式计算：第130页共130页 式中：为计算风速，m/s，是指水面以上10m处10min的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速；校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；为风作用于水域的长度，km，称为吹程，按回水长度计算。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。根据给定资料：历年最大风速30.5m/s，风作用于水域的长度约0.4km。不同工况下计算风速取值见表2.1.1-2：表2.1.1-2不同工况下计算风速取值计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速(m/s)计算风速(m/s)正常工况1477.000.430.545.75设计工况1478.350.430.545.75校核工况1480.260.416.316.30计算时，对于波高，当=20～250时，为累计频率5%的波高；当=250～1000时，为累计频率10%的波高。规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41。（1）正常工况下的计算：1.45513.998第130页共130页 0.4751.875=0：20，所以为累计频率4%的波高h4%。故h4%1.455m1.7430.5m因此2.718（2）设计工况下的计算：1.45513.9980.4751.875=0：20，所以为累计频率4%的波高h4%。故h4%1.455m1.7430.5m因此2.718（3）校核工况下的计算：0.401第130页共130页 5.010.10114.77=0:20，所以为累计频率4%的波高h4%。故：h4%0.4010.4800.4m因此0.981m坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：防浪墙高程=正常蓄水位+防浪墙高程=设计洪水位+防浪墙高程=校核洪水位+式中：、、分别为防浪墙顶距正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位Δh时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常工况、设计工况和校核工况分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。根据以上三种水位时计算结果，得出三种工况下防浪墙高程。（1）正常工况下1479.718m（2）设计工况下1481.068m（3）校核工况下第130页共130页 1481.241m计算结果见表2.1.1-3：表2.1.1-3计算结果计算情况（m）（m）（m）　（m）防浪墙顶高程（m）正常情况1.7430.4750.52.7181479.718设计情况1.7430.4750.52.7181481.068校核情况0.4800.1010.40.9811481.241为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值，故选取防浪墙顶高程＝1481.241m，在坝顶上游面设置有与坝体连成整体的防浪墙，取防浪墙高为1.2m，坝顶高程=防浪墙顶高程-1.2=1481.241-1.2=1480.041m<1480.26m，取坝顶高程为1481.00m。2.1.2确定坝基高程修建在岩基上的重力坝，其坝址由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的有针对性的措施，以满足建坝要求。坝基处理时，要综合考虑地基及其上部结构之间的相互关系，有时甚至需要调整上部结构形式，使其与地基工作相协调。地基处理的主要任务是：防渗和提高基岩的强度和整体性。河床高程约为1400m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除，坝址处河床覆盖层厚6～10m。原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初步定出开挖深度25m，确定的建基面最低开挖高程为▽1375.00m。因此，最大坝高为106m。2.1.3拟定坝顶宽度第130页共130页 根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。一般取坝高的8%～10%，且不小于2m。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。按坝高的10%计算，即为10.6米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为5m，以满足大坝维修作业通行需要。2.1.4拟定剖面尺寸根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，常做出铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.6～0.8；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。初步拟定时，该大坝坝高中点处向上游倾斜，上游坡率取n=0.2，下游坡率取m=0.75。2.1.5坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本工程的坝高为106m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=90.1m。2.1.6基础灌浆廊道尺寸拟定坝内必须基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。为此需要在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置灌浆廊道。廊道断面多为城门洞形，宽度和高度应能满足灌浆作业的要求，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，地面距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度。灌浆廊道兼有排水作用，需要在其上游侧设排水沟﹑下游侧设坝基排水孔幕及扬压力观测孔，并在靠近廊道的最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后，经横向排水管自流或水泵抽水排至下游坝外。灌浆廊道随着坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度不宜陡于400～450，以便钻孔﹑灌浆及其设备的搬运。本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门洞型；廊道上游壁离上游面的距离应满足防渗要求，本次设计取10m；为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面取4.5m。初步拟定坝体形状剖面如图2.1.6-1所示。第130页共130页 图2.1.6-1非溢流坝段剖面尺寸图2.2荷载计算及其组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、动水压力﹑波浪压力、泥沙压力、冰压力﹑土压力﹑温度作用﹑风压力﹑地震作用等，常取1m坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位，它们分别考虑的荷载如表2.2-1所示：表2.2-1荷载组合表主要考虑情况荷载第130页共130页 荷载组合自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力基本组合（1）正常蓄水位情况√√√√√（2）设计洪水位情况√√√√√特殊组合（1）校核洪水位情况√√√√√下面就各种情况计算相应荷载，计算示意图见图2.2-1:图2.2-1重力坝基本荷载示意图2.2.1自重W自重计算公式为第130页共130页 式中:—坝体体积,m³；由于取1m坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图2.2-1所示的若干个简单的几何图形分别计算自重；—坝体混凝土的重度（根据规范本设计中混凝土的重度取24kN/m3）。则1m坝段内，三种工况下自重不变其大小为44520KN61506.48KN6741.60KN112768.08KN2.2.2静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力和垂直水压力两种。各种情况下上下游水深情况列于下表2.2.2-2表2.2.2-2各种情况下上下游水深特征水位上游水深(m)下游水深(m)正常蓄水位1477.001408.20设计洪水位1478.351423.46校核洪水位1480.261425.23水平水压力计算公式为式中:—计算点处的作用水头，m；—水的重度，常取9.81kN／m³；垂直水压力按水重计算第130页共130页 各种工况下静水压力的计算：（1）正常工况上游水平水压力51031.62KN下游水平水压力5406.487KN上游垂直水压力5095.314KN2755.629KN下游垂直水压力4054.865KN（2）设计工况上游水平水压力52391.396KN下游水平水压力11518.763KN上游垂直水压力5235.695KN2755.625KN下游垂直水压力8639.072KN（3）校核工况上游水平水压力54283.831KN下游水平水压力12375.574KN上游垂直水压力5434.308KN2755.629KN下游垂直水压力9281.681KN2.2.3扬压力U排水处扬压力折减系数可取。（1）正常工况第130页共130页 29344.849KN2092.277KN6555.238KN3138.415KN41130.779KN（2）设计工况42832.873KN1669.260KN5229.899KN2503.890KN52235.922KN（3）校核工况44397.343KN1673.517KN5243.238KN2510.276KN53824.374KN2.2.4泥沙压力及其推力（1）水平泥沙压力及其推力的计算公式为式中，—为坝面单位宽度上的水平泥沙压力，kN/m；第130页共130页 —为淤沙的浮容重，kN/m³，—为坝前泥沙淤积厚度，m；—为淤沙的内摩擦角，度。淤沙浮容重可取，内摩擦角可取15度。查资料可得泥沙的淤积高程为1406.9m，坝前淤积厚度为31.9m。则水平淤沙压力2693.919KN（2）竖直淤沙压力915.849KN2.2.5浪压力根据给定资料：历年最大风速14m/s，风作用于水域的长度约1.0km。下面进行波浪要素计算及波态判别。根据规范SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》，波浪要素按官厅水库公式计算：可求出波浪高度和波长。当时为深水波，则浪压力的计算公式为(1)基本组合（正常工况+设计工况）1.455m14.113m第130页共130页 0.475m因为，为深水波，故浪压力为66.801KN(2)特殊组合（校核工况）0.401m5.017m0.10m因为，为深水波，故浪压力为6.177KN下游浪压力可忽略不计。2.2.6地震荷载本工程可不进行抗震计算，所以不考虑该工程的地震荷载。2.2.7其它荷载冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。全部荷载计算结果见表2.2.7-1,2.2.7-2，2.2.7-3。表2.2.7-1正常工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)对基础中心力矩(kN.m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）自重4452025.701144164第130页共130页 自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.6上游水压力水平51031.6234.001735075.1垂直5095.3139.75202538.72755.6341.52114413.7下游水压力水平`5406.4911.0759849.8垂直4054.8736.72148894.6波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计125589.74（↓）48325.23（→）954502.22（-）浮托力29344.850.000.00渗透压力2092.2838.8581284.96渗透压力6555.246.7544247.86渗透压力3138.4240.92128423.9合计84458.96（↓）48325.23（→）253956.76（-）表2.2.7-2设计工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）力臂(m)对基础中心力矩(kN.m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）第130页共130页 自重4452025.701144164自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.60上游水压力水平52391.4034.451804883.59垂直5235.7039.75208118.882755.6341.52114413.72下游水压力水平`11518.7616.15186028.02垂直8639.0732.94284571.03波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计130314.33（↓）43572.73（→）1028228.76（-）浮托力42832.870.000.00渗透压力1669.2638.8564850.75渗透压力5229.906.7535301.82渗透压力2503.8940.92102459.18合计78078.40（↓）43572.73（→）202611.75（-）表2.2.7-3校核工况下全部荷载计算结果类别符号垂直力（kN）水平力（kN）对基础中心力矩(kN.m)第130页共130页 力臂(m)（↓）（↑）（→）（←）逆时针（+）顺时针（-）自重4452025.701144164自重61506.4814.05864166.04自重6741.6039.75267978.60上游水压力水平54283.8335.091904819.63垂直5434.3139.75216013.742755.6341.52114413.72下游水压力水平`12375.5716.74207167.11垂直8639.0732.49280683.45波浪压力6.18102.00630.05水平淤沙压力2693.9210.6328636.36垂直淤沙压力915.8537.0833955.10合计130512.94（↓）44608.35（→）1095243.27（-）浮托力44397.340.000.00渗透压力1673.5238.8565016.14渗透压力5243.246.7535391.86渗透压力2510.2840.92102720.49合计76688.56（↓）44608.35（→）203128.49（-）第130页共130页 2.3抗滑稳定分析计算抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。计算公式有抗剪强度公式和抗剪断公式。坝体抗滑稳定性分析示意图如下图2.3-1：图2.3-1抗滑稳定分析示意图2.3.1抗剪强度公式计算将坝体与基岩间看成是一个接触面，而不是胶结面。按抗剪强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于表2.3-1规定：式中：第130页共130页 为接触面以上的总铅直力；为接触面以上的总水平力；为作用在接触面上的扬压力；为接触面间的摩擦系数，本工程取0.60表2.3.1-1坝基面抗滑稳定安全系数Ks荷载组合坝的级别123基本组合1.101.051.05特殊组合（1）1.051.001.00（2）1．001.001.00由表2.2.7-1,2.2.7-2，2.2.7-3的荷载计算结果可得（1）正常工况84458.96KN4832.23KN1.14>1.05（2）设计工况78078.40KN43572.73KN1.16>1.05（3）校核工况76688.56KN44608.35KN1.12>1.002.3.2抗剪断公式计算按抗剪断强度的计算公式进行计算，将坝体与基岩间看成是一个胶结面。按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于表2.3-2规定：第130页共130页 式中：—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，取0.7；—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，MPa，取0.3MPa；—坝基接触面截面积，m2；—作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN。表2.3-2坝基抗滑稳定安全系数Ks’荷载组合Ks’基本组合3.0特殊组合（1）2.5（2）2.3由表2.2.7-1,2.2.7-2，2.2.7-3的荷载计算结果可得（1）正常工况84458.96KN48325.23KN3.24>3.00（2）设计工况78078.40KN43572.73KN3.45>3.00第130页共130页 （3）校核工况76688.56KN44608.35KN3.33>2.50两种分析的计算结果见表2.3.2-1：表2.3.2-1抗滑稳定分析计算结果抗滑稳定安全系数正常蓄水位设计洪水位校核洪水位(抗剪强度公式)Ks1.14（>1.05）1.16（>1.05）1.12（>1.00）（抗剪断公式）Ks’3.24（>3.00）3.45（>3.00）3.33（>2.50）表2.3.2-1可知，该重力坝在正常蓄水位﹑设计洪水位和校核洪水位情况下均满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。2.4应力分析计算图2.4-1边缘应力计算图在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求,计算公式如下：第130页共130页 2.4.1不计扬压力的边缘应力计算1.水平截面上的正应力。因为假定按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力和。式中：—作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；—作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；—计算截面的长度，该工程为90.1m。由表2.2.7-1,2.2.7-2，2.2.7-3的荷载和弯矩计算结果可得（1）正常工况=125589.74KN-954502.00KN.M=688.42KPa=2099.36KPa（2）设计工况=130314.33KN-1028228.33KN.M=686.37KPa=2206.29KPa（3）校核工况第130页共130页 =130512.94KN-1095243.27KN.M=639.04KPa=2258.02KPa2.剪应力，。式中：—上游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—下游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—上游坝坡坡率；—下游坝坡坡率。,分别为上下游水深，，，意义和取值同计算泥沙压力中一样。（1）正常工况=1169.662KPa=325.692KPa=96.248KPa=1330.251KPa（2）设计工况=1182.906KPa第130页共130页 =475.393KPa=99.307KPa=1298.173KPa（3）校核工况=1201.643KPa=492.756KPa=112.521KPa=1323.948KPa3.水平正应力,。（1）正常工况1150.412KPa1323.380KPa（2）设计工况1163.045KPa1449.023KPa（3）校核工况1179.139KPa1485.717KPa4．第一主应力,。第130页共130页 （1）正常工况669.170KPa3097.048KPa（2）设计工况666.509KPa3179.920KPa（3）校核工况616.536KPa3250.981KPa5．第二主应力,。（1）正常工况1169.662KPa325.692KPa（2）设计工况1182.906KPa475.393KPa（3）校核工况1201.643KPa第130页共130页 492.756KPa不计扬压力的边缘应力计算结果见表2.4.1-1。表2.4.1-1不计扬压力的边缘应力计算结果表　正常工况（kPa）设计工况（kPa）校核工况（kPa）688.42686.37639.042099.362206.292258.0296.2599.31112.521330.251298.171323.951150.411163.051179.141323.381449.021485.72669.17666.51616.543097.053179.9*23250.981169.661182.911201.64325.69475.39492.76由表2.4.1-1可以看出不计扬压力时坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。2.4.2计扬压力的边缘应力计算1.水平截面上的正应力。按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力和。第130页共130页 式中：—作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；—作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；—计算截面的长度，m。（1）正常工况=84458.96KN-253956.76KN.M=749.692KPa=1125.09KPa（2）设计工况=78078.40KN-202611.75KN.M=716.825KPa=1016.325KPa（3）校核工况=76688.56KN-203128.49KN.M=701.017KPa=1001.281KPa2.剪应力，。第130页共130页 式中：—上游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—下游面水压力强度（有泥沙压力时应该计算在内）；—上游边缘的扬压力强度；—下游边缘的扬压力强度；—上游坝坡坡率；—下游坝坡坡率。,分别为上下游水深，，，意义和取值同计算泥沙压力中一样。由此可知，，的值与不计扬压力时是一样的。（1）正常工况-116.13KPa843.818KPa（2）设计工况-109.557KPa762.244KPa（3）校核工况-106.395KPa750.961KPa3.水平正应力,。第130页共130页 （1）正常工况145.816KPa632.863KPa（2）设计工况147.131KPa571.683KPa（3）校核工况147.763KPa563.221KPa4.第一主应力,。（1）正常工况772.918KPa1757.953KPa（2）设计工况738.736KPa1588.008KPa（3）校核工况722.296KPa第130页共130页 1564.502KPa5.第二主应力,。（1）正常工况169.042KPa0KPa（2）设计工况169.042KPa0KPa（3）校核工况169.042KPa0KPa计扬压力的边缘应力计算结果见表2.4.2-1第130页共130页 表2.4.2-1计扬压力边缘应力计算结果表　正常工况（kPa）设计工况（kPa）校核工况（kPa）749.69716.93701.021125.091016.331001.28-116.13-109.56-106.40843.82762.24750.96145.82147.13147.76632.86571.68563.22772.92738.74722.301757.951588.011564.50169.04169.04169.040.000.000.00由表2.4.2-1可以看出计扬压力时坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。3溢流坝段设计3.1顶部曲线段计算溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多与锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压。顶部曲线的型式很多，常用的有克-奥剖面和WES曲线。由于WES曲线的流量系数较大且剖面较瘦，工程量较省，坝面曲线用方程控制，施工方便，所以选用WES曲线为堰顶面曲线。WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分，上游段采用三圆弧曲线；当上游面垂直时，下游段曲线采用下面的方程计算：第130页共130页 式中：为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰上水头的75%～95%，坐标原点为堰顶。根据计算，取定型设计水头(1480.26-1462)*90%=16.434m。上游面采用三圆弧连接，其半径分别为：8.217m-2.876m3.287m-4.536m0.657m-4.634m下游面采用幂曲线，根据上面的方程可以得到简化方程：拟定出WES曲线函数表达式，在上面取一些点，进行坐标计算，即可得出WES曲线上点的坐标，从而可得到WES曲线，见表3.1-1和图3.1-1。表3.1-1WES曲线坐标表X(m)Y(m)X(m)Y(m)10.07983.7220.28694.62630.606105.62241.032116.70651.559127.87762.185139.13472.9061410.476第130页共130页 图3.1-1溢流面WES曲线图3.2中间直线段计算顶部的曲线段确定后，中部的直线段分别与顶部曲线、底部的反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同，即：得X=25.267m则Y=18.210m。直线与幂曲线相切时，切点C记为为（XC,YC）,即可得切点坐标C(25.267，18.210)。3.3反弧段计算溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线，反弧半径应结合下游消能设施来确定。根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能，，h为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。反弧处流速愈大，要求反弧半径愈大。当流速小于16m/s时，取下限；流速大时，宜采用较大值。当采用底流消能，反弧段与护坦相连时，宜采用上限值。实际工程中，反弧半径第130页共130页 R的取值范围远远超过的限度。求校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深h单宽流量：式中：—上游面坡度影响修正系数，在这里上游面竖直，取1.0；—侧收缩系数，与边墩及闸墩头部的型式﹑堰孔的数目﹑堰孔的尺寸以及全水头有关，可按下面的经验公式计算，式中为堰孔的数目；为堰顶全水头；为边墩形状系数；为闸墩形状系数；在此设计中可取0.92。—淹没系数，为自由出流，取1.0；—流量系数，曲线形实用堰的流量系数初步设计时采用0.48；—为重力加速度，通常取9.81m/s2；—计上行进流速水头的堰上总水头（m）,近似取=上游水位-堰顶高程。=152.626m3/s大坝流速系数，用经验公式计算：Z-上下游水位差Z=1480.26-1425.23=55.03mK1=0.03=0.88第130页共130页 所以可取0.88。计算收缩断面水深，可按伯努利方程计算：行进流速很小可忽略不计，即为校核洪水位对应的坝前水深。则该式可化为：通过试算，可以求出3.82，即为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深h，故可进一步求出,R=（4～10）h=（15.28～38.20）m，取稍大于上限值，得R=40m。3.4溢流坝水面线计算及边墙高度确定为了设计闸墩高度，边墙高度，及选定弧型闸门门轴高程，需知道水面线。水面线以上的安全超高可采用0.5-1.5m，对于非直线段，宜适当增加。水面线计算示意图见图3.4-1。图3.4-1溢流坝水面线计算示意图3.4.1不掺气水面线的计算1.不掺气水面线头部的计算第130页共130页 根据《水工设计手册6—泄水与过坝建筑物》，先算堰上水深(校核洪水位-堰顶高程)，则可计算出(为堰面曲线定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%～95%计算，求WES曲线时已算出)，再由《水工设计手册6—泄水与过坝建筑物》中闸孔中心线水面线坐标表，采用线性插值法，来求得对应的和闸孔中心线水面线坐标表见表3.4.1-1。表3.4.1-1闸孔中心线水面线坐标表0.511.33-1-0.482-0.941-1.23-0.8-0.48-0.932-1.215-0.6-0.472-0.913-1.194-0.4-0.457-0.89-1.165-0.2-0.431-0.855-1.1220-0.384-0.805-1.0710.2-0.313-0.735-1.0150.4-0.22-0.647-0.9440.6-0.088-0.539-0.8470.80.075-0.389-0.72510.257-0.202-0.5641.20.4620.015-0.3561.40.7050.268-0.1021.60.9770.5210.1721.81.2780.860.465在表3.4-1中进行线性插值得水面线，见表3.4.1-2。第130页共130页 表3.4.1-2水面线坐标表0.511.111.33　　XY-1-0.482-0.941-1.037-1.230-16.434-17.047-0.8-0.480-0.932-1.026-1.215-13.147-16.867-0.6-0.472-0.913-1.007-1.194-9.860-16.544-0.4-0.457-0.890-0.982-1.165-6.574-16.133-0.2-0.431-0.855-0.944-1.122-3.287-15.5140-0.384-0.805-0.894-1.0710.000-14.6870.2-0.313-0.735-0.828-1.0153.287-13.6130.4-0.220-0.647-0.746-0.9446.574-12.2600.6-0.088-0.539-0.642-0.8479.860-10.5450.80.075-0.389-0.501-0.72513.147-8.23310.257-0.202-0.323-0.56416.434-5.3031.20.4620.015-0.109-0.35619.721-1.7861.40.7050.2680.145-0.10223.0082.3771.60.9770.5210.4050.17226.2946.6501.81.2780.8600.7280.46529.58111.9692.整个坝面(包括直线段)上的不掺气水面线的计算（1）求曲线长度：对于WES堰，堰上游段的曲线长度，堰下游段曲线长度可由《水工设计手册》第七卷查表得到。得=5.17617m,=32.1276m（2）求直线段长度：从切点到直线上任意点的距离为：其中：为切点纵坐标，为直线段坝面与水平方向的夹角。（3）从堰顶曲线起点到计算点的坝面距离为：第130页共130页 （4）计算边界层厚度：按Bauner公式计算：式中：为坝面粗糙高度，对于混凝土坝面，建议取0.427～0.691，一般取0.5步骤（2）（3）（4）的计算过程及结果详见表3.4.1-3表3.4.1-3，，计算结果表32.127618.210032.127664.25520.44880932.127618.40.190.237532.365164.73020.45169432.127618.60.390.487532.615165.23020.45472832.127618.80.590.737532.865165.73020.45775932.1276190.790.987533.115166.23020.46078732.127619.20.991.237533.365166.73020.46381232.127619.41.191.487533.615167.23020.46683432.127619.61.391.737533.865167.73020.46985332.127619.81.591.987534.115168.23020.47286932.1276201.792.237534.365168.73020.47588232.127620.21.992.487534.615169.23020.47889332.127620.42.192.737534.865169.73020.48190132.127620.62.392.987535.115170.23020.48490532.127620.82.593.237535.365170.73020.48790832.1276212.793.487535.615171.23020.49090732.127621.22.993.737535.865171.73020.49390332.127621.43.193.987536.115172.23020.49689732.127621.63.394.237536.365172.73020.49988832.127621.83.594.487536.615173.23020.502877（5）计算单宽流量：式中：为堰上水头；为流量系数，一般可取0.475或0.5或参考规范取值（6）采用试算法推求势流水深第130页共130页 （7）正交于坝面的水深为：得最大的h=6.0723m。步骤（5）（6）（7）的计算过程及结果详见表3.4.1-4，表3.4.1-5表3.4.1-4势流水深试算表18.2618.2136.476.013.60632.8706236.4766218.2618.436.665.993.59433.0904936.6844918.2618.636.865.97333.5839833.2757736.8597518.2618.837.065.95443.5726433.4873537.0599918.261937.265.93573.5614233.6986837.260118.2619.237.465.91723.5503233.9097337.4600518.2619.437.665.89893.5393434.1204537.6597918.2619.637.865.88073.5284234.3319737.8603918.2619.838.065.86283.5176834.5419338.0596118.262038.265.8453.50734.7526438.2596418.2620.238.465.82733.4963834.9640838.4604618.2620.438.665.80993.4859435.1738238.6597618.2620.638.865.79263.4755635.3842338.8597918.2620.839.065.77543.4652435.595339.0605418.262139.265.75853.455135.8045439.2596418.2621.239.465.74163.4449636.0156239.4605818.2621.439.665.7253.43536.2247939.6597918.2621.639.865.70853.425136.434539.859618.2621.840.065.64863.3891637.2113340.60049第130页共130页 表3.4.1-5正交于坝面的水深计算表18.216.010.3461536.07230718.45.990.3499166.05298518.65.97330.3538486.03699318.85.95440.35786.018804195.93570.3617546.00081619.25.91720.365715.98302819.45.89890.3696695.9654419.65.88070.373635.94795319.85.86280.3775925.930767205.8450.3815575.9136820.25.82730.3855245.89669420.45.80990.3894935.88000920.65.79260.3934645.86342420.85.77540.3974385.846939215.75850.4014125.83075421.25.74160.405395.8145721.45.7250.4093685.79868621.65.70850.4133495.78290321.85.64860.4177495.7237953.4.2掺气水面线计算整个坝面(包括直线段)上的掺气水深计算如水流掺气，则边墙高度须相应加大，为此，必须确定自然掺气后的水面线。（1）首先计算自然掺气开始发生点(即临界点)的位置(m)或(m)式中：为单位宽度流量()得=451.0297m或=211.174m第130页共130页 （2）采用不掺气水深按下式计算掺气水深式中:—不计入波动及掺气的水深(m)—计入波动及掺气的水深(m)—为不计入波动及掺气的计算断面上平均流速(m/s)—为修正系数，一般为1.0-1.4，这里计算时采用1.2。得最大的7.9038m。计算过程及结果见表3.4.2-1.表3.4.2-1掺气水深计算表18.216.07230725.134767.90381918.46.05298525.2157.88449718.66.03699325.281797.86850518.86.01880425.358197.850316196.00081625.434217.83232819.25.98302825.509837.8145419.45.9654425.585037.79695219.65.94795325.660257.77946519.85.93076725.734627.762279205.9136825.808977.74519220.25.89669425.883327.72820620.45.88000925.956767.71152120.65.86342426.030197.69493620.85.84693926.103577.678451215.83075426.176037.66226621.25.8145726.248897.64608221.45.79868626.320797.63019821.65.78290326.392637.61441521.85.72379526.665187.555307第130页共130页 由计算所得出的和，再加上0.5-1.5m安全加高，取最大值即为溢流坝段与非溢流坝段之间的边墙高度，故边墙高度可取8.5m。3.5消能防冲设计根据本工程地质条件，选取底流消能，底流消能须设消能池。3.5.1水力计算1．水舌挑距（1）挑坎坎顶至水舌外沿与下游水面交点的水平挑距L1。其中式中V——挑坎出口断面的流速，m/s;h1——挑坎坎顶铅直方向水深，m；h——坎顶法向平均水深，m；h2——挑坎坎顶与下游水位的高差，m；g——重力加速度，取9.81m/s2；H0——上游水位至挑坎坎顶的高差（含行进流速水头），m；计算得L1=97m。（2）水舌外沿入水点至冲坑最深点的水平距离。第130页共130页 式中t——从下游水面起算的冲刷坑水垫深度，m；B——水舌外沿入水处与下游水面的夹角；计算得L2=142.6608m2.冲刷深度式中t——从下游水面起算的冲刷坑水垫深度，m；Q——坎顶单宽流量，m3/(s.m)；Z——上下游水位差，m；T——冲坑深度，河床面与坑底的高度，m；ht——下游水深，m；K——冲刷系数，主要与河床地质条件有关，本工程取1.1。计算得t=37.0127m,第130页共130页 致谢在这四年的大学学习期间，我得到了众多老师、同学和亲友的帮助、支持和关心。藉此论文完成之际，首先，我要感谢我的指导老师***老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的悉心指导，得以让我的毕业设计顺利完成。其次，我要感谢教给我专业知识和为人处世道理的各位老师，他们为我拥有扎实的专业知识素养打下了良好的基础，也为本次毕业设计提供了前提。最后，我还要感谢我的同学给我营造的良好的学习和生活氛围，使我更好、更快地成长。此次毕业设计历时五个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次课程设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当于把以前的课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个课程设计的关键、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个碾压混凝土重力坝设计。从最初的定题，到资料收集，到设计、修改、绘图，到设计定稿，他们给了我全面的指导和无私的帮助。同时，我还要感谢我的母校三峡大学和水利与环境学院四年来对我的栽培，是它为我提供了一个集学习、生活、人际交往、为人处世于一体的平台，为我更好地面向社会，接触社会，走入社会，提供了一个完美的演练场地，使我在这个环境下由稚嫩逐渐变得成熟，并借助于这块跳板，登上更高的层次。第130页共130页 参考文献[1]潘家铮．重力坝设计．水利电力出版社．1987[2]张光斗王光纶合编．水工建筑物（上册）．水利电力出版社．1994[3]天津大学林继镛主编.水工建筑物.中国水利水电出版社.2009[4]华东水利学院．水工设计手册（混凝土坝）．水利电力出版社．1987[5]华东水利学院.水工设计手册（泄水与过坝建筑物).水利电力出版社.1987[6]武汉大学马善定,浙江大学汪如泽合编.水电站建筑物(第二版)．1995[7]水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000.中国水利水电出版社.2000[8]溢洪道设计规范SL253-2000.中国水利水电出版社.2000[9]武汉水力电力学院水力教研室编．水力计算手册，水力电力出版社．1980[10]索丽生任旭华胡明合编．水利水电工程专业毕业设计指南．中国水利水电出版社．2001[11]水利水电工程结构可靠度设计统一标准（GB50199-94)[12]混凝土重力坝设计规范SL319-2005.中国水利水电出版社.2005[13]四川大学吴持恭主编.水力学（第4版上、下册）.高等教育出版社.2008[14]碾压混凝土坝设计规范SL314-2004.中国水利水电出版社.2004[15]何俊仕林洪孝主编.水资源规划及利用.中国水利水电出版社.2006[16]武汉大学叶守泽，河海大学詹道江合编.工程水文学.中国水利水电出版社.2007[17]清华大学水利系水工建筑教研组编．毕业设计参考图册（混凝土重力坝枢纽）．清华大学出版社．1983第130页共130页'