水利枢纽工程设计

1、B江水利枢纽工程设计第一章 工程设计基本资料1.1 枢纽概况及工程目的B 江是我国南部的一条河流，根据河流规划拟建一座水库，本设计的任务是进行水库 水利枢纽工程设计。水库建成后，控制流域面积 33700 平方千米，总库容 25.5亿立方米。 水库枢纽由主坝、 电站及泄水底孔等组成， 水库主要任务是调节水量、 供 B 市人生活用水、 结合引水发电并兼顾防洪要求，尽可能使工程提前受益，尽早建成。根据水库规模及在国 名经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其他建筑物均按u级建筑物考 虑。1.2 设计任务和基本要求1.2.1设计任务1、 根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用进行坝线、坝型的

2、选择，枢纽布置方案比 较通过初步分析确定。绘制上、下游立视图。2、 进行非溢流坝（挡水坝）的剖面设计，内容包括：拟定挡水坝剖面，稳定、应力分 析等，并绘制剖面设计图。3、 进行溢流坝的剖面设计，内容包括：拟定断面，水力计算，稳定、应力分析等，并 绘制剖面设计图。4、 进行细部构造设计和地基处理设计，包括：混凝土标号分区、分缝、止水、廓道、 排水以及开挖、清理、灌浆、断层处理等，并绘制有关设计图。5、 设计绘图要求结构合理、工艺性好、表达完整清晰，符合 GB 规定，体现 CAD 绘 图能力。1.2.2选作内容根据设计者完成设计任务的具体情况，可选作导墙、廓道、闸墩、工作桥等结构设计 内容，包括：

3、结构计算、配筋计算和绘制设计图纸。根据设计基本资料，确定导流设计标准及导流时段，并进行导流方案比较。通过论证 和计算，选定施工导流方案。编制控制性的施工总进度计划，并绘制施工导流程序图。1.2.3基本要求1、必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术规范，尽量采用国内外的先进技术与经验。2对待设计计算绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达 到较高水平。3、必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设 计内容，成果包括：设计说明计算书一份、设计图纸3张（1#）。1.3水文分析1.3.1年径流B江水量较充沛，坝址处多年平均年径流

4、量为 24.5亿立方米，占全流域的53%，年内 分配很不均匀，主要集中汛期七、八月份。丰水年时占全年50 60%,枯水年占3040%, 而且年际变化也很大。1.3.2洪水多发生在七月下旬至八月上旬有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来由六次 大水。其中1883年最大，有洪痕估算洪峰流量约为 24400-27400 m3 s，实测的45年资 料中最大洪峰流量发生灾1962年为18800m3 s。洪峰历时三天左右，有频率分析法求得： 表1.1洪水流量指标项目千年一遇洪水流量万年一遇洪水流量千年一遇三天洪量万年一遇三天洪量指标40400 m3/s59200 m/s26.1 亿 m345.4 亿

5、m3表1.2几个重现期所对应的洪峰流量值重现期（年）102050100洪峰流量（m3/s）7520117001780022800三日洪量（亿m3）8.0611.416.019.7表1.3枯水期洪水过程线（频率：5%）时段:9.1-6.30日期流量日期流量日期流量月、日、时m/s月、日、时3 / m / s月、日、时3 / m /s6.16.2656.17.24906.18.244047248804430672610106420日期流量日期流量日期流量月、 日、时3 / m /s月、日、时3 / m / s月、日、时3 / m /s87987728400107910730103901286126

6、9012380141231466014360161231661016350181301856018330201372052020310221882249022300242312445024280表1.4设计洪水过程线表流量：m5 / s日期重现期1020501007.25.2871201952215110180300340825437857666311604117012901460141504183019002290171860263037504510203790537076509200235210753010450126007.26.26000815011600140056800883012

7、0001520087230114001620019600117220117001780022800147340104001480017800重现日期期102050190175430770011000132002037805350762091602328604040576069407.27.2210029604220503010205019051670236033604050814402080291035001113001840262031501422701700235028401712501680220026002011001600205025002310501580183021007.28.

8、21000145017002050595013501600188089001150155018501187011001500180014850104514501700178201000140016701.3.3泥沙本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375 毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，有计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨，多年平均含沙量7.45公升/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的 10%，这 样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容重为0.9吨/立方米，内摩擦角为12度。1.3.4气象库区年平均气温为10C左右，一月份最低月平均气温

9、为零下6.8C，绝对最低气温达零下21.7C（ 1969年），7月份最高月平均气温25C，绝对最高达39C（ 1955）,多年平均气温见表1.5。表1.5多年平均气温表月份123456789101112气温-6.8-3.43.5512.1119.1422.8625.1124.016.6710.202.85-4.4水温10.417.121.424.623.618.511.63.4本流域无霜期较短（90-180）天，冰冻期较长（120-20天），坝址附近的河道一般12 月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70-100天，冰厚0.4-0.6米，岸边可达1米，流域 内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级有时

10、更大些，春秋两季风向变化较大，夏季常为东 南风，多年平均最大风速为21.5 ms，水库吹程D 3km。流域内多年平均降雨量约为400-700毫米，多年平均降水天数及降水量见下表1.6。表1.6多年平均降水天数及降水量表月份123456789101112月平均1.72.53.64.66.711.015.512.67.147.32.61.1最多天数599811172120141154降 水 天 数最少天数000111451000月平均1.45.68.225.739.089.1277.3215.268.830.19.22.0最大4.833.524.274.291.3217.8548.5462.818

11、1.976.1134.611.4降 水 量 毫 米最小0000.912.520.0101.194.21.70001.4工程地质1.4.1库区地址B江水利枢纽属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，岸阶地狭窄，断续出现且不对称,区域内无严重的坍岸及渗陋问题142坝址地址（1）地貌坝址位于丫村南300米处，为低谷丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约600 米上下游两千米范围内，河道顺直主河槽位于右岸，河床高程137米左右。枯水期河床宽约100米，由于受河流侧向侵蚀两岸地形不对称。右岸坡度较陡约60左右，左岸较缓约20度，河床中除漫滩外，左岸还有三级阶地发育，一、二级阶地高程自140米一160米。三

12、级阶地与缓坡相接直达山顶。覆盖层厚度为712米的沙砾卵石冲击层。岩性坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四季松散堆积物，以及不同时期的侵 入岩脉，坝区范围内片麻岩以其岩性变化情况可分为六大层，其中第一、四、六层岩性较 好，但第一、六曾因受地形限制建坝工程很大。第四大岩层（ Ar I 4）为角闪斜长片麻 岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗岩变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩 体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。1.4.3构造坝址处虽然断层、裂隙较多，但大部分规模较小对工程影响不大，其中F2、F5、F11、F26、F27、F28断层对坝

13、体有一定影响，以上各断层的特性由表1.7所示144水文地质坝基的透水性总的看来不大，但不均一，主要决定断裂发育程度和性质，在平面上， 一级阶地基岩透水性大于其它地貌单元。从垂向上看河内单位溪水量小于0.01公升/分的顶板在83105米高程其间之透水层厚度为 40 50米，若除开挖部分厚度将更薄一些， 两岸透水层应以天然地下水位为下限，一般都大于50米。表1.7地质构造特性表编号走向倾向及倾角宽度（米）性质对建筑物的影响上处 onn AlA告缶 -潞+171帚p汁长约200米段靠近上游坝锺。对北东852.5 F2西北275南 70 8012.5压扭基础岩石力学强度及坝基完整均一性有影响。位于溢流

14、坝段子上有向下游斜贯2F5北东20度南东30度1 8.0张扭3隔坝段降低岩层力学强度。影响完整性和均一性。水库水位于库容关系曲线及淤积年限见表1.8、表1.9F11北东10度南东75度1.5 2.5张扭F11与f26两断层相距近而交汇，位于溢流坝处斜贯两个坝段且交汇带F26北东16度南东75度0.3 -1.2张扭靠近下游侧，对基础力学强度影响较大。F27北西320度北东80度0.3 -0.6张扭F27与f28两断层相距也较之间有一号岩脉并欲坝体成53度夹角相F28北西320度北东75度1.3张扭交，斜穿56个坝段，对坝体有影响地段达20米。145岩石物理力学性质岩石容重为2.682.70 t

15、m3，饱和抗压强度，弱风化和微风化岩石均在 650 kg； cm2以 上，有的可达1100 kg:cm2，混凝土与岩石的默察系数微风化及弱风化下部，可取f 1.10、2c 7.5kg / cm。1.4.6地震库区附近历史地震活动较为频繁， 近年来微繁。弱震仍不断发生，其中1936年和1976 年两次发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴 定，水库的基本烈度为7度，考虑到枢纽的重要性，河水激发地震的可能性，拦河坝设防 烈度采用8度。1.5其他资料1.5.1当地建筑材料坝址附近主要砂石料场有7处，储量足以建坝，阁僚长的物理性质、实验指标，基本 满足技术要求，可

16、作大坝混凝土骨料使用。且无大量的粘性土及沙壤土料，可供围堰防渗 材料之用。1.5.2交通条件对外交通在右岸，公路，铁路均距坝址较近略加修改或扩建即可直接通坝址，坝顶无 重要交通要求。1.5.3水库水位于库容关系曲线及淤积年限表1.8水库水位与库容关系曲线及淤积年限表三角洲法淤积年限水库水位（m）天然库容（亿 m3）十年二十年五十年万氏法五十年136.000000150.00.310.210.1000160.01.030.870.650.190170.02.362.131.861.030180.04.464.163.852.710.04190.07.407.0160535.001.23200.0

17、11.2510.639.837.764.23210.016.0916.0614.0111.078.94220.022.0020.5019.2015.4014.83230.029.1927.6526.2822.1022.02坝前淤积咼程（m）141.2144.0153.8177.5表1.9水库位一库容关系表水位库容水位库容水位库容（m）（亿 m3）（米）（亿 m3）（m ）（亿 m3）136.00164.01.50192.08.10139.00.01166.01.48194.08.90141.00.03168.02.10195.09.20143.00.07170.02.36200.011.251

18、45.00.11172.02.75210.016.09147.00.19174.03.20220.022.00148.00.22176.03.60150.00.31178.04.00152.00.42180.04.46表1.8水库水位与库容关系曲线及淤积年限表154.00.55182.05.00其他工程202224272724202126262825289156.00.70184.05.65158.00.85186.06.20160.01.03188.06.69162.01.20190.07.401.5.4效益水库建成与下游水库联合运用，承担多年调节作用，在保证率p=75%寸，可调节水量20.

19、05亿立方米，计划年补给工业及城市生活用水 7亿立方米，并可灌溉农田100余万亩, 达到遇旱有水。电站装机3台，总容量18万千瓦，平均年发电量3.45亿度。1.5.5淹没损失库区需迁移人口 20700人，淹没土地33400亩，房屋9100间，公路5千米。注：移民迁建标准：经领导审查决定距坝线约40千米以下库区段按正常高水位加风浪 浸没安全2米定淹没线，以上按计入淤积后以1962年洪水（相当于50年一遇）的回水线 作为移民线，以五年一遇洪水的回水线作为土地征用线。1.5.6降雨等自然条件统计本工程由水电部某工程局施工，机械化程度较高。施工作业天数，根据本地区气温及 降雨等自然条件统计如表1.10

20、。1.5.7按施工组织设计得知，工程总工期为8年。1.5.8其他图料填筑0013252420131723252710197施工期下游无供水要求，无须考虑通航，过木问题。表 1.11水库规划及建筑特性指标项目单位指标备注校核洪水位米227.2设计洪水位米224.7P=0.01%水正常畜水位米224.7P=0.1%汛期限制水位米216.0死水位（发电）米180.0位校核洪水尾水位米156.8设计洪水尾水位米152.0正常尾水位米138.4总库容亿立米25.5计入十年淤积库调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米19.5容共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积闸墩的中墩厚度为 3米坝型混凝土重

21、力坝（横缝设在闸墩中间）坝顶长度米1024.0溢流坝孔数孔19溢流堰顶咼程米210.015.0每孔净宽工作闸门尺寸米米X米15X 15弧形钢闸门台启闭机（2X 70吨）19固定式卷扬机设计洪水下泄流量ms32300校核洪水下泄流量m3 s42900限泄275003为此需要控制下泄流量而不超过27500 mS以符合下游水库设计标准。进口底咼程米160.0低孔数目孔4泄工作闸门尺寸（宽X高）米X米57弧形钢闸门水启闭机台4孔设计水位泄水能力m3. s4340校核水位泄水能力m3. s4430引水管道进口底咼米170.0三条引水管电管线长度米121.0站管径米5.0引最大引水流量m3. s104每条

22、引水道水工作闸门长X米X宽3- 5X 7平板钢闸门管工作闸门启闭机台3240 X 70吨液压道平板检修门米X米5X 8.5式共用一闪检修门启闭机台1400/25吨门机主厂房尺寸（长X宽X高）米X米X米72 X 19.1 X 39.00机组间距米16水轮发电机组台3装机容量力瓦3X 6=18电水轮机型号HL702-LJ-330站额定出力力瓦6.18发电机型号TS-750 /190-36额定出力力瓦6.0主要压器型号SSPL-80000/ 220输电线电压千伏220共3台如遇千年一遇洪水，水库最大泄量与区间同频率洪水相遇将超过下游水库的千年一遇设计洪水。第二章 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案2.1

23、 坝轴线选择根据坝址的地质、地形条件，通过定性分析确定坝轴线位置，主要考虑如下地质条件：（一）坝基全部坐落在第四大岩层上。因为坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其 次为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉，坝区内片麻岩依岩性不同可以分为六 层，其中，一、四、六岩性较好。但一、六层岩层因受地形限制建坝工程量很大。第四大 岩层（Ar I 40）为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗岩变晶结构。主要矿物为 斜长石，石英及角闪石。本层岩体呈厚层块状，质地均一，岩石坚硬，抗风化能力强，工 程地址条件较好。总厚度为 185m 左右。所以选择坝基全部坐落在第四大岩层上。（二） 左岸与第三大岩层保持一

24、定距离。因为第三大岩层岩性较差，为避开对工程的 不利影响，选择左岸与第三大岩层保持一定距离。（三） 河床部位使上游坝踵避开 F2断层。F2宽度为2.512.5m，岩性为压扭。对基 岩石力学强度及坝基完整均一性有影响。故选择避开 F2 断层。右岸离开陡岸的局部不稳 定岩体。2.2 坝型选择 坝址地形地址条件：河谷断面比较宽浅，两岸相对高差不大，两岸地形不对称。坝址 区域为角闪斜长片麻岩。岩性坚硬完整性较好覆盖层及风化层较薄。建筑材料：坝址附近砂石料丰富，主要沙石料厂有 7 处，储量足以建坝。并且各料场 的物理性质，试验指标，基本满足技术要求，但缺乏土料。宣泄洪水能力：本枢纽要求泄洪能力较大。水库

25、基本烈度为 7 度，考虑到枢纽的重要 性和水库激发地震的可能性，拦河坝设防烈度为 8 度。根据以上情况进行综合分析如下：2.2.1土石坝土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型，它之所以得到广泛应 用和发展有以下优点： 可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。 能适应各种不同的地形、地质和气候条件。大容量、多功能、 高效率施工机械的发展， 提高了土石坝的施工质量， 加快了进度， 降低了造价，促进了高土石坝建设的发展但土石坝坝顶不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，坝体的断面大，土料填筑的质 量易受气候的影响。且此坝址附近没有适合的地形开挖溢洪道，若开挖溢

26、洪道，则需要开 挖工程量较大，并且当地土料比较缺乏。故该方案不可取。2.2.2拱坝 拱坝须是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面竖直 的或向上游凸出的曲线形，坝体结构既有拱的作用又有梁作用。由于拱坝剖面较薄，坝体 几何形状复杂，因此，对于施工质量、建筑材料强和防渗要求等都较重力坝严格。除此之 外，拱坝对地形的要求是左右两岸对称， 岸坡平顺无突变， 在平面上向下游收缩的峡谷段。 该坝址处河谷断面宽浅，不是 V 字型，两岸不对称，没有适宜的地形条件。本设计的两岸 地形不适合建拱坝。2.2.3重力坝1、重力坝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

27、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。 重力坝之所以得到广泛应用， 是因为其具有以下几个方面的优点： 安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而 抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。 对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。 枢纽泄洪问题容易解决。 重力坝可以做成溢流的， 也可以在坝内不同高程设置泄水 孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。 便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。 施工方便。大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都 比较简单，并且加强、

28、修复、维护或扩建也比较方便。2、重力坝的缺点主要是：坝体剖面尺寸大，材料用量多；坝体应力较低，材料的强度 不能充分发挥；坝基与地基的接触面积大，相应的坝体扬压力大，对稳定不利；坝体体积 大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力，因此， 在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。综合以上三种坝形的优缺点，考虑到本枢纽主要承担了防洪作用，而且在校核洪水位 时的流量和泄流量都较大，需要开敞式的坝体泄流形式，故选用重力坝作为设计坝型。重力坝的形式比较多，主要可分为实体重力坝、碾压混凝土重力坝、宽缝重力坝等。面介绍这几种坝型：（一）实体重力坝的主要优点就是，结构相对比较简

29、单，施工比较方便，并且有丰富 的经验技术， 施工过程中质量容易控制。 其不足之处就是坝体体积较大， 扬压力也比较大， 施工时不利于混凝土的散热。（二）宽缝重力坝具有以下一些优点：充分利用了混凝土的抗压强度；扬压力显著降 低；节省混凝土方量。但也有一些缺点，如：增加了模板用量，立模也较复杂；分期导流 不便；在严寒地区，对宽缝需要采取保温措施，而且宽缝重力坝的散热比较好，并且一般 情况下，不易出现被坝体内部混凝土由于膨胀而破坏坝体的稳定。（三）碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，具有以下一些优点：工艺程序简 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；由于水泥用量减少， 结合薄

30、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，节省了模板和接缝灌浆等费用；可使用大型施工机械设备，提高混凝土运输和 填筑的工效；降低工程造价。最后结合设计内容，结合工程中有丰富的砂石料场，地质条件不是很复杂，故确定选 择实体混凝土重力坝方案。2.3 枢纽布置方案拦河坝在水利枢纽中占主要地位。在确定枢纽工程位置时，一般先确定建坝河段，再 进一步确定坝轴线，同时还要考虑采用的坝型和枢纽中建筑物的总体布置，合理解决综合 利用要求。一般地，泄洪建筑物和电站厂房应尽量布置在主河床位置，供水建筑物位于岸 坡。该枢纽中重力坝由52个坝段组成，其中非溢流坝段从右岸至左岸依

31、次为：1号号16坝段为右岸挡水坝段，19号37号坝段为溢流坝段，42号52号坝段为左岸挡水坝段。 该坝的坝基最低高程为125m,坝顶高程为231m，最大坝高为107m,坝体总长为1024m。 枢纽工程布置见附录上、下游立视图。2.3.1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。 考虑将其设置在主河床段， 约 343米， 分为19个坝段，每个坝段长15m，溢流堰顶高程为210m，堰顶安装工作闸门和检修闸门。 工作闸门为弧形闸门，闸门宽X高 =15mx15m，采用卷扬式启闭机启闭。公路桥高程与非 溢流坝顶一

32、致。堰顶设有3个中墩，其厚度为3m，2个边墩，厚为2m,横缝设在闸墩上， 溢流堰面采用 WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为155m，反弧半 径为16m,挑射角为25边墩向下游延伸成导水墙，其高度为 5.5m，断面为梯形，顶宽 为0.5m，需分缝，缝距为20m。2.3.2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。本设计的非溢流坝段左段约为 324米，共16个坝段，1

33、号坝段长24米，2号 16号坝段个长 20米；非溢流坝段右段约为 225米，共 11个坝段， 52号坝段长 25米， 42 号51号个长20米。坝顶宽度为9m,坝顶两侧各设一人行道，人行道宽 1m。坝顶上下 游侧均设置1.1m栏杆和灯柱。坝的其他尺寸为：上游坡度为 1: 0.2，下游坡度为1: 0.8, 折坡点高程为 188.28m。2.3.3发电厂房的布置 左岸较右岸缓，且在坝址附近没有设置厂房的最佳位置，故考虑采取坝后式厂房，将 厂房布置在左岸，厂房坝段总厂 72 米。第三章 非溢流坝设计坝体剖面设计包括挡水坝最大坝高的设计以及溢流坝最大坝高段的设计。3.1 坝顶高程的确定坝顶应高于校核洪

34、水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可根据 SL319-2005混凝土重力坝设计规范，由式（3.1）计算， 且应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。h h1% hz hc式（3.1）式中：h防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（ m）;h1% 波高（ m）；hz 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差，即壅高（m）;he 安全超高，按表3.1采用表3.1安全加高hc相应水位I坝的安全级别n出正常畜水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3由于水库位于丘陵、地区，宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、v0 v 26.5m/s及 D v 7.

35、5km):gh2%0.00625v16(gD)13式（3.2）V。V。gLm20.0386(-gD)12式（3.3）V0V式中：v0 计算风速（m/s）;D 风区长度m,也称为吹程，D 3km ；Lm 平均波长，m。h%2 Hhzcth式（3.4）由SL319-2005混凝土重力坝设计规范中表B.6.3-1可得：累积频率为2%的波高h2%与平均波高的关系为邑2.23，累计频率为1%的波高h1%与平均波高的关系为2.42，则hmhm累积频率为2%的波高h2%和累计频率为1%的波高h%的关系为g% 1.09h2%。本工程为一等工程，主坝为1级建筑物，故坝顶高程的计算结果见下表:表3.2坝顶咼程计算

36、表设计洪水工况校核洪水工况上游水位（m）224.7227.2计算风速（m/s）3321.5库前水深（m）99.70102.20P=2%的波高（m）3.731.96波长(m)22.2814.51P=1%的波高(m)4.062.129壅咼(m)2.320.99安全超高(m)0.70.5坝顶设计高程(m)231.78230.82以上两个坝顶设计高程两者比较取大值，则坝顶高程231.78m。考虑安全和施工方便等因素取坝顶高程232m。3.2坝底高程的确定考虑坝基面地质情况，结合SL319-2005重力坝设计规范，坝基最底点高程为125m3.3坝顶宽度拟定最大坝高为107m,坝顶宽度为坝高的8%10%,

37、即107X( 8%10%) = 8.5610.7m 在本设计中取9m。3.4坝坡的拟定根据SL319-2005混凝土重力坝设计规范实体重力坝上游坝坡宜采用1:01:0.2,本设计中取1:0.2;下游坝坡为1:0.61:0.8,本设计中取1:0.8。3.5上下游起坡点位置确定上游起坡点的位置在坝高的 1/32/3附近，107X (1/32/3)= 35.6771.33m。由此计算起坡点高程为 125+ (35.6771.33)= 160.67196.33m，188.28m第四章荷载计算4.1荷载组合荷载是重力坝设计的主要依据之一。荷载作用随时间的变异分为三类：永久作用、可 变作用、偶然作用。设计

38、时应选择正确的荷载标准值、分项系数有关参数和计算方法。设 计情况、校核情况分别计算荷载作用的标准值(设计值=标准值X分项系数)。以下为荷载作用标准值计算方法。重力坝的主要荷载由：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震 荷载等，取1m坝长进行计算表4.1荷载作用分项系数序号作用类别分项系数序号作用类别分项系数1自重（永久作用）1.05浪压力（可变作用）1.26冰压力（可变作用）1.1（1）静水压力1.02水压力（可变作用）（2）动水压力1.17土压力（永久作用）1.2未规定的永久作用对结构不利1.05（1）渗透压力1.23扬扬压力（可变作用）（2）浮托力1.08未规定的永久作用对

39、结构有利0.95未规定的不可控制可变作用1.24淤沙压力（永久作用）1.29未规定的可控制可变作用1.1表4.2荷载组合可以分为基本组合和偶然组合荷载何载组合主要考虑情况自重静水压力扬压力於 沙 压 力浪压力冰压力地震何载动水压力土压力其它何载附注(1)土压力根正常据坝体外基本蓄水VVVVV一一一VV是否填有组合位情土石而定况（下同）(2)VVVVV一一一VV设计洪水位情况（3）冰冻情况VVVV一V一一VV静水压力 及扬压力 按相应冬 季库水位 计算（1）校核洪水情况VVVVV一一VVV特殊组合（2）地震情况VVVVV一V一VV静水压力、扬压力和 浪压力按 正常蓄水 位计算，有 论证时可 另作

40、规定注：1:应根据各种荷载同时作用的实际可能性，选择计算中最不利的荷载组合；2:分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算；3:施工期的情况应作必要的核算，作为特殊组合；4:根据地质和其它条件，如考虑运用时排水设备易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情 况，作为特殊组合；5:地震情况，如按冬季计及冰压力，则不计浪压力。4.2荷载计算方法4.2.1自重W坝体自重W（kN）的计算公式:WcV式（4.2）式（4.1）式中：V 坝体体积，m3,由于取1m坝长，可以用面积代替，通常把它分成如图4.1所示的若干简单的几何图形分别计算；c 坝体混凝土的重度，取24.0 kN/m34.2.2静水压力静水压

41、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PH和垂直水压力FV两种。如图（4.1），FH计算公式为:2 WH2式中：H 计算点处的作用水头，mW 水的重度，常取9.81 kN/mPV计算公式为：FVWV式（4.3）式中:V -作用于坝体上水的体积，m3,由于取1m坝长进行计算，故可以用断面面积代替4.2.3扬压力图4.1荷载计算简图扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。渗透压力是由上下游水位差H产生在坝内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由上下游水面淹没计算截面产生向上的水压力。扬压力的 分布与坝体结构、上下游水位、防渗排水等有关。下面计算坝基面上的扬压力。坝踵处扬压力强度为 Hi,坝

42、址处扬压力为 H2，排水孔幕处渗透压力为H为扬压力折减系数，河床坝段=0.20.3，岸坡坝段=0.30.35。本设计中在荷载计算时根据规范取=0.25,扬压力的大小等于扬压力分布图的面积。4.2.4泥沙压力一般计算年限为50100年，水平泥沙压力RkH（KN）为：竖直泥沙压力为：RkvsbVs式（4.5）式中Vs为作用面上淤沙体积，可用断面面积代替。在本计算中 sb = 0.9 吨/立方米=0.9 g.81KN：m3 = 8.829KN . m3根据三角洲法计算坝前淤积高程为153.8m,万氏年法高程为 177.5m,在本设计中取 160m,则 hs=35m。 s = 12竖直方向的泥沙压力P

43、skH（kN）按作用面上的淤沙重量（按淤沙的浮重度）计算4.2.5浪压力因为比 Lm，为深水波。2式中：sb -泥沙的浮重度，kN/ m3 ；hs -坝前淤积厚度，m；s-淤沙的内摩擦角，（。1 sbh脚2(45。专式（4.4）其浪压力分布如图4-2所示：式(4.6)i的水平地震惯性力按式(4.7)波浪中心线1hl 1.Thr静水位1 zi z*-rf1?rV/Y L/2严iy -V图4.2浪压力计算简图则浪压力为：LmRm(hi% hz)4式中：R 为单位长度迎水面上的浪压力标准值，KN /m;为水的重度，KN/m3 ；Lm 为平均波长，m；hi% 为累计频率为1%的波高，m ；hz 为壅咼

44、，m。4.2.6地震荷载地震荷载包括地震惯性力、地震动水压力、地震动土压力等。(1)地震惯性力地震惯性力分为水平地震惯性力和竖直地震惯性力。水平地震惯性力采用拟静力法计算。沿建筑物高度作用于质点照下式计算：Fih GEi i/g式中：Fi -作用在质点i的水平向地震惯性力代表值，KN ;-地震作用的效应折减系数，除另有规定外，取二0GEi 集中在质点i的重力作用标准值，KN ;式(4.8)g-重力加速度，取9.81m/s2;h -水平向设计地震加速度代表值，可由表 4-3确定;i -质点i的动态分布系数，对于重力坝按照下式计算i 1.41 4(h/H)4in G1 4 穿(hj/H)4j 1

45、GE式中：n为坝体计算质点总数；hi、hj 分别为质点i、j的高度，mH 坝高，溢流坝的H应算至闸墩顶，m；GEj 为集中在质点j的重力作用标准值，KN ；GE 为产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值，KN。表4-3水平向设计地震加速度代表值设计烈度789h0.1g0.2g0.4g当需要计算竖向地震惯性力时，仍可用式(4.7),但应以竖向地震系数v代替h。据统计，竖向地震加速度的最大值约为水平地震加速度最大值的2/3，即v 2 3 h当同时计入水平和竖向地震惯性力时，竖向地震惯性力还应乘以遇合系数0.5(2)地震动水压力米用拟静力法计算重力坝地震作用效应时，水深算.h处的地震动水压强代表值

46、按下式计Pw(y)h(y) wH1式(4.9)式中：Pw(y)为水深y处的地震动水压力代表值，kPa；(y)为水深y处的地震动水压力分布系数，按表 4-4选用；w 为水体质量密度标准值，KN/m 3;H1 为坝前水深，m;其他符号的意义同式（4.7）表4-4水深y处的地震动水压力分布系数（y）计算图形及应力与荷载的正方向见图5.1y.H00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0(y)0.000.430.580.680.740.760.760.750.710.680.67单位宽度上的总地震动水压力F0为Fo 0.65 h wH i0.65 0.1 0.25 9.81 99.7

47、1585KN作用点位于水面以下0.54Hi处。4.3荷载计算成果4.3.1荷载计算成果（见附表1、附表2）4.3.2地震荷载计算结果（见附表3、附表4）第五章应力计算应力分析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求。应力分析的过 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 各部位的应力是否满足强度要求。应力分析方法有模型实验法、材料力学法、弹性理论的 解析法、弹性理论的分差法、弹性理论的有限元法。该设计采用材料力学法。材料力学法的基本假定：（1） 坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；（2） 视坝段为固结于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝

48、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y按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。5.1边缘应力计算在一般情况下，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。oyJO垂直力图5.1坝体应力计算图上游边缘应力:yu下游边缘应力:yd6 MB2式（5.1）式（5.2）KN ;（1）水平截面上的正应力式中：W为作用于计算荷载截面以上全部荷载的铅直分力的总和,M 为作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩综合，KN m；B 为计算截面的长度，m。（2）剪应力上游边缘剪应力： U Pu

49、 yu n式（5.3）下游边缘剪应力：d yd pd m式（5.4）式中：Pu 为上游面水压力强度，kPa；n 为上游坝坡坡率；Pd 为下游面水压力强度，kPa；m 为下游坝坡坡率。（3）水平正应力上游边缘的水平正应力：XuPuun式( 5.5)下游边缘的水平正应力：XdPddm式( 5.6)（ 4）主应力上游坝面主应力：1u 1 n2yu2Pun2式( 5.7)2uPu式( 5.8)下游坝面主应力：21d1 myd2Pdm式( 5.9)2dPd式(5.10)5.2 考虑扬压力时的应力计算 上述应力计算公式均未计入扬压力。当需要考虑扬压力时，可将计算截面上的扬压力 作为外荷载。先利用式（5.1

50、 ）和式（5.2）计算y,而、X、1、2及Puu、Pud （上、下游边缘的扬 压力强度）可由下式计算u(PuPuuyu)nXu(PuPuu )(PuP)n2Puuyu)nd( ydPudPu )mXd(PdPud )( ydPud Pd)m1u(1n2) yu(PuPuu )n22uPuPuu1d(12m ) yd(PdPud)m22dPdPud当无泥沙压力和地震动水压力时，则 Pu Puu, Pd Pud，以上公式还可化简。5.3 设计洪水位时坝基面的应力计算计算时： H1 表示上游水位, m；H2表示下游水位，m；5.3.1不计扬压力时：W 117509KN , M1232867KN m,

51、 B 90.76m上游面边缘正应力:yu11750990.766( 1232867)396.72kpa290.76下游面边缘正应力:yd11750990.766( 1232867)2192.73kpa290.76上游面水压力强度:PushsH18.829 359.8199.71287.07kpa ；下游面水压力强度:PdH29.8127264.87kpa上游面边缘剪应力:Puyu(1287.07 396.72)0.2178.07kpa下游面边缘剪应力:ydPd2192.73 264.870.81542.29kpa上游边缘水平正应力:XUPuun1287.07178.07 0.2 1251.46

52、 kpa下游边缘水平正应力:xdPddm264.871542.29 0.81498.70kpa上游坝面主应力:1un22yu Pun (10.22) 396.72 0.22 1287.07361.11kpa2uPu1287.07kpa下游坝面主应力:1d2 2 2 2m yd pdm (1 0.8 ) 2192.73 0.8264.873426.56kpa2dpd264.87 kpa5.3.2计扬压力时：W 80119KN ； M 1473433KN m ； B 90.76mW 117509KN , M1232867KN m, B 90.76myu801196( 1473433)90.7629

53、0.76190.47kpau PuPuuyu n(1287.07978.06 178.2) 0.226.16kpa上游面边缘正应力:下游面边缘正应力:上游坝面剪应力:22(1 0.2 ) 190.470.22(1287.07 978.06) 185.73 kpa2u Pu Puu 1287.07978.06 = 309.01 kpa下游面主应力：2 21d 1 m yd m PdPud(1 0.82) 1955.990.82 (264.87264.87)1957.63kpaW6M801196 ( 1473433)BB290.7690.762PuuH19.81 99.7978.06kpapudH

54、29.8127264.87kpa1955.99kpayd上游边缘的扬压力强度：下游边缘的扬压力强度:2uPdPud 0ydPudpd(1955.99264.87264.87) 0.81564.79kpaXUPuPuuPuPuuyun2(1287.07978.06)284.29kpa(1287.07978.06 190.47) 0.22下游边缘的水平正应力:xdpdpudydpd2Pud m下游坝面剪应力:上游边缘的水平正应力:(264.87264.87)(1955.99 264.87264.87) 0.821251.83 kpa上游面主应力:1u2yu nPupuu2uPdPud 0它是把坝体

55、与基岩之间看成一个单纯的接触面,而不是胶结面。当接触面水平时，其抗滑稳定安全系数的计算公式为；K 3KsP式中：Ks 抗滑稳定安全系数，计算值不小于表式（6.1）6.1中规定值;W作用于接触面上竖直方向的合力,kN ；P作用于接触面上水平方向的合力,kN ；经计算，应力满足要求。第六章抗滑稳定分析6.1分析目的抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，其目的是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。位于均匀坝基上的混凝土重力坝沿坝基面的失稳 机理是：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微烈松弛区，随后在坝址处基岩和胶结面出现局 部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，

56、最后，形成滑动通道，导致坝 的整体失稳。6.2抗滑稳定计算方法以一个坝段或取单宽作为计算单元，常用的稳定计算方法有：抗剪强度公式、抗剪断强度公式、抗滑稳定极限状态计算等。6.2.1抗剪强度公式f 接触面间的摩擦系数。表6.1抗滑稳定安全系数表坝的级别坝的级别何载组合12、3何载组合12、3基本组合1.101.05基本组合3.0Ks特殊组合（1）1.051.00Ks特殊组合（1）2.5特殊组合（2）1.001.00特殊组合（2）2.3A,直接采用接Ksf W cAP式（6.2）9.81 10735.75kpa6.2抗剪断强度公式利用抗剪断公式时，认为坝体混凝土与基岩接触良好，接触面面积为触面上的

57、抗剪断参数f和c计算抗滑稳定安全系数，公式为下：式中：Ks抗滑稳定安全系数计算值；根据 SL319-2005混凝土重力坝设计规范规定， 不分工程级别，基本荷载组合时，采用 3.0;特殊荷载组合（1），采用2.5；特殊荷 载组合（2），采用2.3.f 抗剪断摩擦系数，由实验得到；c抗剪断凝聚力，由实验得到，kPa；A 计算截面（坝底面）面积， m2。6.3抗滑稳定分析6.3.1设计洪水位情况下：该设计采用抗剪断强度公式：W cAKsf 1.102c 7.5kg / cm 7.5W 77725kN2A 90.76mP 49613kN1.10 77725 735.75 90.76 Ks3.073.0

58、49613故满足抗滑稳定要求。6.3.2地震情况下：一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震作用。设计烈度为 8度、9度的1级、2 级重力坝，应同时计入水平向和竖向地震作用。该设计拦河坝采用设计烈度8度设防，故应计入竖向地震作用。则：KsfW + FyicAP Fi Fo则:Ks由附表 3、4得，Fi 9111KN,Fyi3037, FW(y)18.58KNf W + FyicAF Fi F0选取两处质点进行稳定分析:(1)坝基处：由附表 3、4 得此时，Fi 36179KN,Fyi 12060 KN，而 Fo = 1585 KN1.1 (77725 12060) 735.75 90.7649

59、613 36179 15852.38 2.3满足稳定要求。（2）高程180m处：经计算，该处 W 27518KN, P 567KN1.1 (21518 3037) 735.75 31.76567 9111 18.583.7 2.3满足稳定要求。第七章溢流坝段设计7.1溢流重力坝的工作特点：溢流重力坝是重力坝枢纽中最重要的泄水建筑物，用于将规划库容所不能容纳的绝大 部分洪水经坝顶泄向下游，以保证大坝安全。溢流重力坝应满足的泄洪要求包括：（1） 有足够的孔口尺寸、良好的孔口体型和泄水时具有较高的流量系数。（2） 使水流平顺地流过坝体，不产生不利的负面和震动，避免发生空蚀现象。（3） 保证下游河床不

60、产生危及坝体安全的局部冲刷。（4） 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中 其他建筑物的正常进行。（5） 有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。7.2孔口设计7.2.1洪水标准的确定；本设计的重力坝是I级建筑物，根据规范查山区、丘陵区水利工程建筑物洪水标准，见表7.1，采用500年一遇的洪水标准设计，2000年一遇的洪水校核表7.1水利工程建筑物洪水标准水工建筑物级别1级2级3级4级5级洪水重现设计情况1000-500500-100100-5050-3030-20期（年）校核情况5000-20002000-10001000-500500-200200-10