混凝土重力坝设计毕业设计说明书

1、混凝土重力坝设计 毕业设计说明书混凝土重力坝设计说明书学 生 : 宋文海指导老师: 张 萍三峡大学水利与环境学院1. 工程等级、建筑物级别及防洪标准确定1.1 工程等级确定 根据工程基本资料和水利水电工程等级划分及洪水标准SL252?2000(表 1?1),确定：根据水库总库容1.042亿m3和供水保证率为95%判定，工程属于U等工程， 大(2) 型规模 ;根据电站装机1.5万KW判定,工程属于W等工程,小(1)型规模；根据水库设计灌溉面积24.28万亩,工程属于川等工程,中型规模。综合以上数据，确定水利枢纽工程为U等工程，大(2)型规模。表 1-1 水利水电工程分等指标工程等别 工程规模 水

2、 库总库容) 防 洪 治 涝 灌 溉 供 水 发 电保护城镇及工矿企业的 重 要 性 保护农田亩 治涝面积亩 灌溉面积亩 供水对象重要性 装机容量KW120I大型 10 特别重要 500 200 150特别重要II大型101.0 重要 5001002006015050重要12030川中型 1.00.10 中等 10030 6015 505 中等 305IV 小型0.100.01 一般30515350.5一般51V 小型0.010.001530.51注: 水库总库容指水库最高水位以下的静库容 ;治涝面积和灌溉面积均指设计面积。1.2 建筑物级别确定表 1-2 水工建筑物级别工程等别 永久性建筑物

3、级别 临时性建筑物级别主要建筑物 次要建筑物I 134n 234川345IV 455V 55根据工程基本资料和水利水电工程等级划分及洪水标准SL252?2000（表 1?2）,确定：鲤鱼塘水库水工建筑物级别工程等别 永久性建筑物级别 临时性建筑物级别主要建筑物 次要建筑物n 2341.3 工程洪水标准确定根据水利水电工程等级划分及洪水标准SL252?2000规定：表 1-3 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准 重现期（ 年）项 目 水工建筑物级别12345设 计100050050010010050 5030 3020校核 土石坝 可能最大洪水（PMF）或 100005000 5

4、0002000 200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝 50002000 20001000 1000500500200200100表 1-4 临时性水工建筑物洪水标准 重现期 ( 年 )临时性建筑物类型 临时性水工建筑物级别3 4 5土石结构 5020 2010 105混凝土、浆砌石结构 2010 105 53根据表 1?3、表 1?4确定, 有:鲤鱼塘水库工程的洪水标准水工建筑物类型 永久性水工建筑物级别 临时性建筑物重现期( 年)设计 500100 105校核 20001000所以,永久性水工建筑物的洪水标准 : 正常运用情况下为 500 年一遇(),非常运用情况下为

5、 2000年一遇(); 临时性建筑物的洪水标准 :5 年一遇() 。2 坝线、坝型比选2.1 坝型坝轴线的初步选择从小黑滩到牛背脊共勘探了 4条坝线,它们分别是I线、II线、III线和IV 线, 综合分析各项工程地质条件 , 以 I 、 II 线为优 , 结合考虑水工建筑物布置及 工程量等方面的因素 , 本阶段选择 I 坝线布置混凝土重力坝方案 ,II 坝线布置混 凝土面板堆石坝方案进行比较。地形地质条件 :本坝址河谷较狭窄，为不对称的“ V”型横向河谷，河段较顺直,便于建筑 物的布置,两岸山体完整、雄厚 ,左岸边坡高陡 ,右岸地形稍缓地形上适宜修建重 力坝。从工程地质条件来看 , 坝址以砂岩

6、、粉砂岩及泥质岩、夹页岩为主 , 岩性 相对较弱 , 两岸弱风化较深 , 若布置成面板堆石坝 , 岸边溢洪道开挖量大 , 堆石填 筑量大,施工强度高,且场地狭小 ,施工道路布置困难 ,从地形地质条件看 ,本坝址 宜修建混凝土重力坝。2 工程布置 : 两个坝型方案布置都比较简单 , 引水隧洞、厂房与大坝分 开布置 , 坝范围仅考虑挡水和泄洪 , 大坝下游消能影响区域内无重要设施和居民 , 故考虑坝体安全 , 两个方案均采用较简便的挑流消能方式。但混凝土重力坝布置 相对较紧凑 , 管理运行方便。3 施工条件 :施工材料:坝区内石料的储量丰富 ,有工程需要的土料 ,但天然砂砾料较 缺乏 , 水泥、粉

7、煤灰需从外地购入 , 运距远、单价高。施工导流:两种坝型方案施工导流标准相同 ,导流方式均为一次性拦断隧 洞导流。面板坝导流洞断面较小 , 但渡汛防护费用高 , 后期导流困难 , 而混凝土导 流洞断面虽大 , 但后期可预留缺口易于解决。导流费用面板坝略大。弃渣场地：混凝土重力坝方案首部枢纽土石开挖 41.04万m3,混凝土面板堆石坝方案首部枢纽土石开挖123.26万m3（含排沙放空洞）,其中利用料约27% 扣除利用料后 ,面板坝方案弃渣量约为重力坝方案的两倍 , 鲤鱼塘水库工程坝址 附近地形狭窄 , 只能采取分散多处弃渣的方式解决。 因此,面板坝方案弃渣场地布 置难度相对较大。综上所述,两种坝

8、型比较 ,宜采用 I 坝线、混凝土重力坝方案。调洪计算泄水建筑物尺寸 :采用 3个泄水孔,每个泄水孔尺寸为单宽为 9m 堰型为实用堰式中 ? 通过溢流孔口的下泄流量 ,;? 溢流孔孔口数 ;? 溢流孔单孔净宽 ,? 侧收缩系数 ,?流量系数,? 取;?堰顶水头,m。3.1 调洪计算结果经过综合分析和比较 , 确定该水利枢纽工程的泄洪方式采用表孔溢流堰 泄洪,表孔选择两孔，尺寸为8 x 11m孔宽X高,堰顶高程？441(m)。计算过程见计 算书。设计洪水位时 :, 。校核洪水位时 :,4、非溢流坝段设计4.1 非溢流坝段剖面设计4.1.1 基本资料由工程水文资料中的 , 坝址水位 ?流量关系曲线

9、查出 :设计洪水位时 :,校核洪水位时 :,4.1.2 基本剖面的拟定 图 4-1-2 重力坝基本剖面图设计洪水位450.641m,坝底部高程Z350m根据工程经验，一般上游坡，下 游坡, 坝底宽约为坝高的 0.70.9 倍。该工程取 , 坝底宽度, 上游坝坡率, 折坡率, 下游坡率。4.1.3 实用剖面的确定(1) 坝顶宽度坝顶需要有一定的宽度 , 以满足设备布置、 运行、 交通及设施的需要。 非 溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的 8%10%并不小于2m如作交通要道或有启闭 机设施时 , 应根据实际情况确定。经过分析选取该水利枢纽工程的坝顶宽度m,实际工程可取9.5m(2) 坝顶高程坝顶或坝顶

10、上游防浪墙顶高程应超出水库静水面的高度按下式计算: 式中 ? 为累计频率为 5%时的波浪高度 (m), 可按官厅水库公式计算 :h0.0166D(m);(这里取 20.25m/s , 吹程取 D0.9km)? 波浪高出静水面的高度 (m), 按下式(m)其中? 取决于坝的级别和计算情况的安全超高 ,查表 4?3坝的级别 1 2 3 4、50.7 0.5 0.4 0.30.5 0.4 0.3 0.2表 4?1 安全超高 （m） 荷载组合（运用情况 ） 基本组合（正常情况 ） 特殊组合（校核情况 ）坝顶高程（或坝顶防浪墙顶高程 ）按下式计算 ,并选用其中的较大值。（式中,和分别按式（4?1） 的要

11、求考虑。对于 1、2级的坝,如果按照可能最大 洪水校核时 , 坝顶高程不得低于相应静水位 ,防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。 该工程的防浪墙高度一般取1.2m,应与坝体在结构上连成整体，墙身应有足够的厚度, 以抵挡波浪及漂浮物的冲击。坝顶高程计算过程见计算书，最终取坝顶高程，并取防浪墙高度1.2m,则 坝顶部高程为 : 最大坝高为 :454.6-350104.6m 。4.2 非溢流坝段实体重力坝剖 面形态理论分析与工程实践证明 , 混凝土重力坝上游面可做成折坡 , 折坡点一般 位于 1/32/3 坝高处,以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定性 ;上游坝坡系数 常采用 n00.2, 下游坝坡系数常

12、采用 m0.60.8, 坝顶宽度取坝高的 9%,故顶宽为 9.5m。4.3 荷载分析作用在重力坝的荷载主要有 :坝体自重 ,上下游坝面上的水压力 , 扬压力, 浪压力, 泥沙压力, 地震压力及冰压力等。设计重力坝时应根据具体的运用条件确定各种荷载的数值 , 并选择不同的荷载组合 , 用以验算坝体的稳定和强度。 具体计 算过程见计算书。4.2.1 荷载的计算1. 坝体自重坝体自重是维持大坝稳定的主要荷载 , 其数值可根据坝的体积和材料容 重计算确定(4?1)本工程采用常态混凝土筑坝 , 取容重。2. 坝面上的静水压力可按水力学原理计算 ,坝面上任一点静水压强。 式中,为水的容重,为该点 距水面的

13、深度 , 将沿坝面积分后 , 即可求出作用在坝面上的静水压力的合力。 当坝 面为倾斜时 , 为计算简便 , 常将水压力分解为水平水压力和垂直水压力两部分进 行计算。式中 ?坝前水深 (m)100.6m ?上游坝坡系数 ;?水容重 ,取。下游水深 H212.76m3. 扬压力(1) 坝基面扬压力图 4-2-2 有防渗排水时坝底扬压力分布图 对于坝基设有防渗帷幕和排水孔的实体重力坝 ,扬压力可按图 (4?2)计算, 在坝踵的扬压力强度为 , 在排水孔中心线上的扬压力强度为下游坝址扬压力强度 为, 其间均以直线连接 ,形成折线形扬压力分布。上式中的为扬压力折减系数 , 可根据坝基地质及防渗、排水等具

14、体情况拟定。我国重力坝设计规范建议 : 河床坝 段; 岸坡坝段。本工程去。4. 浪压力由于影响波浪的因素很多 , 目前主要根据风速和吹程结合水库所在位置 的地形, 采用已建水库长期观测资料所建立的经验公式进行计算。对于库缘 地势高峻的山区水库,风速风速20m/s,水库吹程113km0勺情况,可按官厅水库公 式计算 :上两中, 为计算风速 , 设计情况宜采用洪水期多年平均最 大风速的 1.5 倍;校核情况宜采用洪水期多年平均最大风速。库面吹程系指坝前 沿水面至对岸的最大直线距离 , 可根据水库形状确定 , 本工程中为已知 0.9 Km。 由于空气的阻力比水的阻力小 , 波峰在静水面以上的高度大于

15、波谷在静 水位以下的深度 ,所以平均波浪中心线高出静水面 ,其值可按下式计算(4?6)本工程属于深水波 , 浪压力便可按下式5. 泥沙压力淤积计限可取为 50100年, 对于多沙河流应专门研究决定。本工程在设 计工况下取 50年淤沙高程 , 校核工况下取 100年淤沙高程。要准确计算泥沙压力是比较困难的 , 一般可参照经验数据 , 按土压力公式 计算(4?8)式中 ?泥沙对上游坝面的总水平压力 ;?泥沙的浮容重 ; 1.2g/cm3? 泥沙的淤 积高度;30.94m?泥沙的内摩擦角，对于淤积时间较长的粗颗粒泥沙，可取;对于较细的粘土质泥沙 ,可取;对于极细的泥沙、粘土和胶质颗粒 ,可取。这 里

16、取当上游坝面倾斜时 , 除计算水平向泥沙压力外 , 尚应计算铅直向泥沙压力 , 即淤沙重。6. 土压力坝基开挖后 , 一般还要进行回填 , 但由于方量较少 , 压力小。所以本工程中 , 不计算土压力。7. 地震荷载设计烈度在 6度以下的可不进行抗震设计 , 而在 9度以上则专门进行专门 研究。本工程的地震基本烈度小于 6度,所以不进行抗震设计。8. 冰压力 冰压力在较高的重力坝设计荷载中常起控制作用 , 但冰冻作用会使混凝 土表面剥蚀 , 破坏混凝土的耐久性。本工程海拔高程较低 , 不会产生冰冻。所以不考虑冰压力。4.2.2 荷载组合 作用在坝上的荷载 , 按其性质可分为基本荷载和特殊荷载两种

17、。 荷载组合情况分为两大类 :一类是基本组合 ,指水库处于正常运用情况下 可能发生的荷载组合 , 又称设计情况 , 有基本荷载组成 ; 另一类是特殊组合 , 指水 库处于非常运用情况下的荷载组合 , 又称校核情况 , 由基本荷载和一种或几种特 殊荷载组成。该水利枢纽工程采用的荷载组合为表 4-2-1 荷载组合荷 载 组合 主 要 考 虑 情 况 荷载自重静 水压力 泥 沙压力扬压力浪压力 冰 压力 地 震荷载动水压 力土 压力基本组合(1) 设 计洪水位情况1 234 5 - - - -特殊组合(1) 校 核洪水位情况1 234 5 - - - -4.3 稳定分析工程实践和试验研究表明 , 岩

18、基上混凝土重力坝的失稳破坏可能有两种 类型: 一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动 ,包括沿坝与基岩接触面 的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动 ; 另一种是在荷载作用 下, 上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引 起倾斜破坏。图 4-3-1 重力坝失稳破坏示意图(a) 沿软弱面深层滑动示意图 b 倾倒破坏示意图在一般情况中只进行抗滑稳定分析。本工程也只进行抗滑稳定分析。4.3.1 沿坝基面的抗滑稳定1 抗滑稳定计算公式目前常用的有两种公式。图 4-3-2 重力坝沿坝基面抗滑稳定计算示意图(a) 沿水平坝基面抗滑稳定 (b) 沿倾斜坝基面抗滑稳定

19、(1) 摩擦公式此法的基本观点是把滑动面看成是一种接触面 , 而不是胶结面。滑动面上 的阻滑力只计摩擦力 , 不计凝聚力。当滑动面为水平面时 , 其抗滑稳定安全系数可按下式计算 (4?9)式中 ? 作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和 ;? 作用于滑动面上的力在水平方向投影的代数和 ;? 滑动面上的抗剪摩擦系数 ;? 按摩擦公式计算的抗滑稳定安全系数 , 按表 4-3-1 采用。 当滑动面为倾向上游的倾斜面时 , 计算公式为 (4?10) 式中,为滑动面与水平面的夹角 ,其他符号同式 (4?9) 。由式(4?10)看出,滑动面倾向上游时 ,对坝体抗滑稳定有利 ;倾向下游时 , 角由正变负

20、 , 滑动力增大 , 抗滑力减小 , 对坝的稳定不利。(2) 抗剪断强度公式此法认为 , 坝与基岩胶结良好 , 滑动面上的阻滑力包括摩擦力和凝聚力 , 并直接通过胶结面的抗剪断试验确定抗剪强度的参数和。 其抗滑稳定安全系数由 下式计算 (4?11)式中 ? 坝体与坝基面连接面的抗剪断摩擦系数? 坝体与坝基连接面的抗剪断凝聚力 ;? 坝体与坝基连接面的面积 ;? 按抗剪断公式计算的抗滑稳定安全系数 , 按表 4-3-1 采用 表 4-3-1 抗滑稳定安全系数、 安全系数 荷载组合 坝 的 级 别1 2 3基本组合特殊组合 (1)特殊组合 (2) 1.101.051.00 1.051.001.00

21、 1.051.001.00基本组合特殊组合 (1)特殊组合 (2) 3.02.52.3抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用 , 计入了摩擦力和凝聚力 , 是比较符合坝的实际工作状态 , 物理概念也较明确。所以,该水利枢纽工程抗滑稳 定计算时采用抗剪断强度公式验算。2 计算参数的确定抗剪断摩擦系数 , 凝聚力和抗剪摩擦系数的确定 , 一般是根据工程的实际 情况, 野外现场试验测定来选取。该水利枢纽工程的 , 。3 计算过程和结果计算过程见计算书 , 计算结果如表 4-3-2 所示表 4-3-2 计算安全系数安全系数 工作状况 系数设计 3.1校核 2.8各工况下安全系数均大于表 4-3-1

22、中对应工况下的安全系数 , 因此该工 程满足抗滑稳定要求。4.3.2 沿坝基深层的抗滑稳定分析由于坝基滑动面、 抗裂面的阻滑力受岩石性质、 产状等因素的影响 , 计算 结果的精度比坝体与坝基接触面的阻滑力计算还要差。 因此坝基抗滑稳定安全系 数一般要求大于坝体的抗滑稳定安全系数。4.3.3 提高抗滑稳定性的工程措施从上述抗滑稳定分析可以看出 , 要提高重力坝的稳定性关键在于增加抗滑力。工程上常采用如下一些措施 : 将坝的上游面做成倾斜或折坡形 , 利用坝面上的水重来增加的抗滑稳 定,但倾斜坡度不宜过大 , 以防止上游坝面出现拉应力。 将坝基面开挖成倾向上游的斜面 , 借以增加抗滑力提高稳定性。

23、若基 岩较为坚硬 ,也可将坝基面开挖成若干段倾向上游的斜面 ,形成锯齿状 ,以提高坝 基面的抗剪刀能力。 利用地形、地质特点 , 在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙 , 用以增加抗 力提高稳定。 采用有效的防渗排水或抽水措施 , 降低扬压力。 利用预加应力提高抗滑稳定性。4.4 应力分析4.4.1 应力分析方法 该水利枢纽工程采用理论计算中的材料力学法进行分析。用材料力学法 计算坝体应力时 , 一般沿坝轴线切取单宽坝体作为固接于地基上的变截面悬臂梁 按平面问题进行计算。图 4-4-1 表示非溢流坝横断面的计算简图 , 并规定坐标方 向,作用力及应力的正方向如图所示 ,即水平外力以指向上游为正 ,

24、铅直外力以向 下为正,力矩以反时针方向为正 , 正应力以压为正 , 剪应力以微分体的拉伸对角线 在一、三象限为在正。4.4.2 应力计算坝体边缘应力的计算坝体的最大和最小主应力一般都出现在上下游边缘 , 而且要计算坝体内部应力也需要以边缘应力作为边界条件。 计算时 ,应根据工程规模和具体情况沿坝高方向每隔一定高度 (或断面轮廓有突变处 ) 切取水平截面作为计算截面。 图 4-4-1 坝体应力计算图(1) 水平截面上的边缘正应力和 假定任一水平截面上的垂直正应力呈直线分布 , 可用材料力学偏心受压公 式计算。假定任一水平截面上的垂直正应力呈直线分布。 式中 ? 作用在计算截面以上 全部荷载的铅直

25、分力总和 ;? 作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总 和;? 计算截面沿上下有方向的宽度。 (2) 边缘剪应力和求出和以后 ,可在上下游边缘、 点分别切取三角形微元体。 根据力的平衡 条件即可求得 :(4?13)(4?14)上两式中、?计算截面处上下游坝面的水压力强度 ( 如有泥沙压力和地震动水 压力时也应计算在内 ); 、 ?上下游坝面坡率 , 、为上下游坝面与铅直面的交角。(3) 铅直面上的边缘正应力和求得和以后,由上下游坝体微元体的平衡条件可求得和 。 (4?15) (4?16)(4) 边缘主应力和取三角微元体 , 按力的平衡条件可得(4?17)(4?18)显然另一主应力即为作用

26、字坝面上的压力强度 , 分别为(4?19)(4?20)当上游坝面倾斜时,由于,即使0,但如果 ,上游面主应力仍会出现拉应 力。因此重力坝上游坡面率一般很小乃至为零 , 以防止上游坝面出现拉应力。2. 坝体内部应力计算图 4-4-2 坝内应力分布示意图(1) 坝内垂直正应力 根据在水平截面上呈直线分布的假定 , 可得距下游 坝面处的为(4?29)式中 , 系数、可由边界条件和偏心受压公式确定。采用的、见图 4-4-2 。当 时,当时,(2) 坝内剪应力根据呈线性分布 , 由平衡条件可得出水平截面上剪应力呈二次抛物线分布 即(4?30)式中 (4?31)(3) 坝内水平正应力根据在水平截面呈二次抛

27、物线分布 , 由平衡条件可近似的取水平正应力呈二次抛物线分布 (4?32)(4) 坝内主应力、求得坝内各点的三个应力分量后 , 利用材料力学公式可得(4?33)4.4.3 应力计算过程和强度指标应力计算过程见计算书 , 坝体应力控制标准 , 对不同的计算方法有不同的 规定。当采用材料力学方法分析坝体应力时 ,SL319-2005 混凝土重力坝设计规 范规定的强度指标如下。4.4.3.1 重力坝坝基面坝踵、坝址的铅直应力应符合下列要求1 运用期在各种荷载组合下 ( 地震荷载除外 ), 坝踵铅直应力不应出现拉应力 , 坝址 铅直应力小于坝基容许压应力。2 施工期坝址铅直应力允许有小于 0.1 MP

28、a 的拉应力。4.4.3.2 重力坝坝体应力应符合下列要求1 运用期(1) 坝体上游面的铅直应力不出现拉应力 ( 计扬压力 ) 。(2) 坝体最大主应力 , 不应大于混凝土的容许压应力。2 施工期(1) 坝体在任何截面上的主压应力不应大于混凝土容许压应力(2) 在坝体下游面 , 允许有不大于 0.2MPa 的主拉应力4.4.4 成果分析边缘应力成果表设计工况运行期 校核工况运行期铅直正应力6 yu1706.181771.83铅直正应力6 yd266.87 181剪应力 t u -100.835-111.86剪应力 t d 99 33.789第一主应力6 1u1722.361788.6第一主应力

29、6 1d336.26 208.31第二主应力6 2u987.27 1026.13第二主应力6 2d125.27 125.27附: 单位 kpa内部应力成果表1-1 截面 2-2 截面设计工况运行期 校核工况运行期 设计工况运行期 校 核 工 况 运行期铅直正应力 6 yu 1706.181771.83198.82 39.66铅直正应力 6 yd 266.87 181 952.44 974.68剪应力 t u -100.835-111.8641.3171剪应力 t d 99 33.789 666.71 682.28第一主应力6 1u1722.361788.6 192.62 29.01第一主应力6

30、 1d336.26 208.31 1419.141452.27第二主应力6 2u987.27 1026.13474.22 513.063第二主应力6 2d125.27 125.27 00附:单位 kpa坝基容许承载力为2MPa该水利工程选用C15号混凝土 ,允许抗压强度为 7.2MP&混凝土的容许压应力，对于各级工程，混凝土的抗压安全系数在荷载基本 组合情况下不小于 4.0,; 在特殊组合情况下 （地震荷载除外 ）不小于 3.5。由以上 数据可知 , 两截面在设计和校核情况下 , 强度均满足要求 , 各点的应力也满足规范 要求。5 溢流坝剖面5.1 泄水方式的选择溢流重力坝既要挡水又要泄水 ,

31、 不仅要满足稳定和强度要求 , 还要满足泄 水要求。因此 , 需要有足够的孔口尺寸、较好体形的堰型 , 以满足泄水的要求 ; 并 使水流平顺 , 不产生空蚀破坏。其主要泄水方式有以下两种 :1 、开敞溢流式除宣泄洪水外 , 还能用于排除冰凌和其它漂浮物。堰顶可 以设闸门 , 其闸门顶高于正常蓄水位 , 堰顶高程较低可以调节水库水位和下泄流 量, 减少上游淹没损失和非溢流坝的工程量。 由于闸门承受的水头较小 , 所以孔口 尺寸可以较大。当闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H0的3/2次方成正比。随着 库水位升高 , 下泄流量可以迅速增大 , 因此, 当遭遇意外洪水时可有较大的超泄能 力。闸门在顶部

32、,操作方便,易于检修,工作安全可靠 ,所以,开敞溢流式得到了广 泛的采用2 、大孔口溢流式 , 上部设置胸墙 , 堰顶高程较低。 这种形式的溢流孔可根 据洪水预报提前放水 ,加大蓄洪库容 ,从而提高了调洪能力。当库水位低于胸墙时 下泄水流和开场流相同 , 库水位高出孔口一定高度后为大孔口泄流 , 超泄能力不 如开敞溢流式。综合以上情况 , 本工程本枢纽属大中型工程 , 所以为使水库有较大的泄洪 能力, 本设计采用开敞式溢流。5.2 溢流坝剖面设计5.2.1 溢流坝坝面的体形设计溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。堰顶上 游做成椭圆曲线,下游做成WESS线,反弧段末端接挑流鼻

33、坎。择:为定型设计水头 , 一般为校核洪水位时堰顶水头的 75%95%。该坝堰顶高 程为 441 米, 校核洪水位为 452.258 米, 则:J得到 , 取。由查规范附录一、附表2产生最大负压为,满足规范第 29条:校核洪水位 闸门全开时出现负压 , 一般要求负压值不超过水柱高。 选择堰顶曲线段 :堰顶曲线常用的有克？奥曲线和WESS线,由于WES坝面曲线的流量系数 较大,且剖面较瘦,工程量较省,坝面曲线用方程控制 ,比克?奥曲线用给定坐标值的方法设计、施工都比较方便,所以选择WESS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 , 上游段采用椭圆曲线。(1) 椭圆曲线方程

34、:式中 , 。溢流面曲线坐标 x、 y 的原点取在堰顶点 O。WES 曲线方程 : 由于上游面为铅直的 ,则:, 。取 , 则 。则AO段椭圆方程：(2)0 点下游的曲线方程为：，即B0段 WESS线方程为：则所以切点 B 的坐标为 (13.538,9.147)将x0,1,2,3,13.538代入式中求得相应的纵坐标,列表得：x0123456 7y0.0000.0740.266 0.5630.9591.4492.0302.700891011 1213 13.5383.456 4.298 5.223 6.230 7.318 8.486 9.147所得的堰面曲线如图所示。5.2.2 消能防冲设计(

35、1) 选择消能方式 ： 消能方式有面流消能、底流消能和挑流消能。面流消能利用鼻坎将主流挑至水面 , 在主流下面形成旋滚 , 旋滚流速较低 ,而且沿河床流向坝址 , 河床一般不需要加固 , 面流消能适用于下游尾水较深 , 流量 变化范围较小 , 水位变幅不大 , 或有排冰、漂木的要求。底流消能是通过水跃将泄水建筑物泄出的急流转变成缓流 , 以消除多余 动能的消能方式。底流消能具有流态稳定 , 消能效果较好 , 对地质条件和尾水变幅 适应性强以及水流雾化很小等优点 , 可适应高、中、低水头 ,但护坦较长 , 土石方 开挖量和混凝土方量大 , 工程造价较高。挑流消能是利用泄水建筑物出口的挑流鼻坎 ,

36、 将下泄的急流抛向空中 ,然 后落入离建筑物较远的河床 , 与下游水流相衔接的消能方式。挑流消能通过鼻坎 可以有效地控制射流落入下游河床的位置 , 范围和流量分布 , 对尾水变幅适应性 强,结构简单 ,施工维修方便 ,耗资省,对下游冲刷较严重 ,适用于基岩比较坚固的 中、高水头等各类泄水建筑物。因为该坝址基岩情况较好 ,下游水也不是很深 , 下落有一定水垫深度 , 同 时挑流消能具有结构简单 ,工程投资少 ,检修施工方便等特点 ,故该工程可以选用 挑流消能。(2) 挑流消能设计 :挑流鼻坎型式 :连续式鼻坎虽然存在水在空气中扩散掺气的消能作用较差动式鼻坎差 , 冲刷坑较深 , 引起下游水位波动

37、也较剧烈的缺点 ,但由于它构造简单 ,施工方便 , 水流平顺 ,射程较远的优点得到普遍采用 , 故该工程挑流鼻坎型式采用连续式。鼻坎挑设角度 :根据实验 , 鼻坎挑射角度一般采用 , 可选取,如图所示。 鼻坎高程 :鼻坎咼程与工程布置有关，一般应咼于下游最咼水位12m,以利于挑流水舌下缘的掺气。该工程下游最高水位为校核洪水位相应的下游水位 363.53 米, 则可选取鼻坎咼程为 365 米。 反弧半径 :设挑坎顶部的过流断面的流速为 , 平均水深为 大坝的流速系数可有经验公式计算 , 即J泄流的单宽流量为因此有建立大坝上游断面和挑坎顶部断面的伯努利方程 :行近流速很小 , 可忽略。此外 , 故

38、有 鼻坎处水流平均速度 v 按下式计算?堰面流速系数?库水位至坎顶的咼所以鼻坎平均水深为 : 反弧段半径 , 取(3) 设反弧段圆弧圆心的坐标为 , 则 :即;P2为下游堰高,取则(5) 直线段下端点 D(6) 挑距和冲刷坑的估算连续式挑流鼻坎的水舌挑距按水舌外缘计算 :根据混凝土重力坝设计规范 SL319-2005中附录A中公式A.4.1-1:式中 ?水舌抛距 ,m;?坎顶水面流速 ,m/s, 按鼻坎处平均流速的 1.1 倍计, 即J? 鼻坎的挑角 ;?坎顶垂直方向水深 ,m, ( 为坎顶平均水深 ,m);? 坎顶至河床面高差 , m,;? 堰面流速系数。所以最大冲坑水垫厚度估算参见混凝土重力坝设计规范 SL