水库工程设计（浆砌石梯形重力坝）

1、 本科毕业设计广西龙门水库工程设计郑恭渝202130540128指导教师 李就好教授学院名称水利与土木工程学院 专业名称水利水电工程论文提交日期2021年05月10日 论文辩论日期2021年05月15日摘 要随着我国社会的高速开展以及庞大的人口基数，水资源问题越发严峻。水资源贫乏、时空分布不均，使得来水和用水矛盾难以协调，洪水更是严重威胁下游人民的生命和财产平安。为了保障国民生产生活用水，财产平安，必须建设水利枢纽工程，以适应生产力快速开展的需求。广西龙门水库工程以灌溉为主，并有一定的防洪作用，能减轻洪水对下游的威胁。枢纽主要建筑物有拦河坝，岸边溢洪道及梯级放水设备。设计主要包含4个核心阶段：

2、坝型选择及枢纽布置，通过对设计任务书的分析，根据水文、地质条件、地形，选择坝型、确定各枢纽建筑物等级及布置方案。溢流坝段设计，根据设计资料及水库特征水位，拟定断面，水力计算，稳定及应力分析等。非溢流坝段设计，主要包括拟定挡水坝剖面，稳定验算及应力分析。细部构造及图纸整理，包括标号分区、横缝止水、坝顶布置、廊道、排水、出图以及其它内容等。关键词：广西龙门 重力坝 水库枢纽 梯形坝The Guangxi Longmen Reservoir Dam Project DesignZheng GongyuCollege of Water Conservancy and Civil Engineering

3、, South China Agricultural University Guangzhou 510642,ChinaAbstract: With the rapid development of our society and a huge population base, the issue of water resources is increasingly grim. Due to the shortage of water resources, the spatial and temporal distribution of uneven, contradictions betwe

4、en water supply and consumption is difficult to coordinate. Flood will also threat to the downstream peoples lives and property safety. In order to guarantee the national product, domestic water, property safety. To adapt to the needs of the rapid development of productive, it is necessary to build

5、reservoir dam project. Guangxi Longmen Reservoir Dam Project with the combined effects of flood control and irrigation. The body of hub is Masonry gravity dam that mainly composed by Non-overflow Dam and Spillway Dam.Key words: Hanjiang Hengshan Gravity Dam Reservoir Hub Masonry Dam1 总论11.1 工程总说明11.

6、2 设计根本资料11.2.1 流域概况11.2.2 工程说明11.2.3 工程地质21.2.4 工程水文31.2.5 其它资料31.3 设计任务与依据31.3.1 设计任务31.3.2 主要依据标准32 枢纽布置42.1 坝轴线选择42.2 坝型确定42.2.1 各种坝型特点42.2.2 坝型选择62.2.3 坝体型式7枢纽布置8挡水建筑物82.3.2 泄水建筑物82.3.3 放水建筑物93 非溢流坝设计93.1 剖面设计93.1.1 梯形坝的根本剖面103.1.2 剖面控制数据113.1.3 拟定实用剖面133.2 荷载计算及组合153.2.1 荷载组合153.2.2 荷载计算163.2.3

7、 荷载汇总243.3 稳定分析273.3.1 结构分析规定273.3.2 抗滑稳定分析283.4 应力分析303.4.1 材料性能313.4.2 各种情况下应力分析314 泄水建筑物334.1 控制段334.1.1 进水口及堰型334.1.2 定型设计水头334.1.3 泄洪能力校核344.1.4 溢流堰面曲线354.2 泄槽374.2.1 泄槽坡度374.2.2 堰下反弧段384.2.3 水面线与边墙高度394.2.4 出口消能段454.2.5 泄槽底板与边墙475 放水建筑物485.1 卧管设计485.1.1 放水流量确实定485.1.2 放水孔孔径的计算485.1.3 卧管断面尺寸确定4

8、9.4 卧管结构尺寸确定495.2 涵洞设计505.2.1 涵洞内水深计算505.2.2 涵洞结构尺寸确定505.3 卧管末端消力池506 细部结构设计51防渗系统516.1.1 非溢流坝段516.1.2 溢流坝段516.2 坝体分区及材料51主要建坝石料与胶结材料516.2.2 坝体分区与标号526.3 坝顶构造546.4 坝体分缝与止水546.4.1 坝体分缝546.4.2 横缝止水556.5 坝体廊道与排水系统566.5.1 灌浆平台566.5.2 梯级放水设备566.5.3 检查与排水廊道566.5.4 排水系统57结束语58参考文献59附录60致谢611 总论1.1 工程总说明广西龙

9、门水库工程属于小1型，工程等别为IV。本工程的各方面最终设计方案各数据如下：坝顶高程：151.60m；溢流堰顶高程：149.00m；正常蓄水位：149.00m；设计洪水位：150.45m；校核洪水位：151.09m；总库容：万；方案其他方面数据见相关章节。1.2 设计根本资料 流域概况龙门水库位于南宁市郊，建于龙门河下游，距南宁市公里，交通方便。水库总库容万，灌溉农田余亩，并有一定的防洪作用，能减轻洪水对下游的威胁。 工程说明枢纽主要建筑物有拦河坝，岸边溢洪道及梯级放水设备。大坝的中段为梯形坝，两端为实体重力坝。溢洪道利用右岸鞍形垭口略加开挖，与重力坝紧邻。左岸布置梯级放水设备，放水涵管由梯形

10、坝垛内引出。梯形坝高m，个垛的总长m，顶宽m，上游边坡，下游边坡，上游侧有均厚m的C15混凝土防渗墙。梯形坝各坝垛是独立工作的，因此，各垛之间以及梯形坝与重力坝连接处都有沉陷缝，每缝设两道止水，第一道用652型塑料止水带，第二道为断面20cm×20cm的沥青井。沥青井的填料配合比为：沥青40%，石棉份20%要求软化点为8590，井的电加热设备用ø6钢筋做电极。开敞式溢洪道首部为实用断面堰，前缘长20m，堰下接纵坡的泄水陡槽，陡槽在平面上有10°的侧收缩角，将陡槽末端缩至10m宽，尾端以半径m的反弧接挑流鼻坎，再以30°挑射角挑出，最大泄洪流量130。坝底

11、上、下游作了阻渗齿槽，未作灌浆帷幕，但在坝体上游面m高程处预留有m宽的灌浆平台，以备必要时灌浆之用。根据?水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准?SL252-2000对水库枢纽工程等别的划分如表1-2-1：表1-2-1 水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容 ( 10 8 m 3 )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(10 4 亩 )治涝面积(10 4 亩 )灌溉面积(10 4 亩 )供水对象重要性装机容量(10 4 kW)I大 (1) 型10特别重要500200150特别重要120大 (2) 型重要500 100200 60150 50重要120 30中型中等100

12、3060 1550 5中等30 5IV小 (1) 型一般30 515 3一般5 1V小 (2) 型<5<3<1按库容和面积指标，该工程为 小1型，工程等别为IV。由表1-2-2：表1-2-2 永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物次要建筑物I132334IV45V55查得主要建筑物应为4级、次要建筑物应为5级。大坝应为4级建筑物，但是大坝下游7公里处即为南宁市，人口众多，为了确保南宁市的平安，设计时提高为3级建筑物标准，按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。 工程地质坝建于寒武系砂质岩互层的低山峡谷区。岩层倾向上游，倾角，走向平行坝轴线。河床为厚层石英砂岩，两岸那么为页

13、岩、泥岩及粉砂、细砂岩。河床基岩裸露，风化层厚约m。左岸覆盖层厚m，基岩风化层厚m。右岸覆盖层厚m，基岩风化层厚m。坝区基岩主要有北西与北东向两组裂隙，其中北西向一组近于平行河流。坝上、下游m处均有断层，但对坝的稳定无影响。 工程水文坝址以上集水面积，据年的系列水文资料计算，年平均降水量，多年平均径流量达，设计与校核洪水流量分别为和，经水库调节后的下泄流量为和。 其它资料坝体抗滑稳定计算时浆砌石容重取，摩擦系数=。梯形坝是介于宽缝重力坝与大头坝之间的一种支墩坝，它的特点是体型简单，轮廓线的变化平缓而单纯，既有利于施工，又能防止局部的应力集中，用浆砌石筑坝时这些优点更为突出。据本工程选择坝型时的

14、比拟，梯形坝的工程量可比实体重力坝减少。1.3 设计任务与依据 设计任务根据给定的地形、地质、水文、实验和其它有关资料及相应的规划成果，设计龙门水库工程，主要内容如下：1、坝型选择和水利枢纽布置：根据地质、地形条件和枢纽建筑物的作用进行坝线、坝型的选择，枢纽布置方案比拟通过初步分析确定。2、溢流坝的剖面设计：拟定断面，水力计算，稳定验算及应力分析等。3、非溢流坝的剖面设计：拟定挡水坝剖面，稳定验算及应力分析等。4、细部构造设计：混凝土标号分区、分缝、止水、廓道、排水等。 主要依据标准1、?水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准?SL252-20002、?混凝土重力坝设计标准?DL 5108-199

15、93、?水工混凝土结构设计标准?SL/T 191-964、?水工建筑物荷载设计标准?DL 5077-19975、?水工建筑物抗震设计标准?SL 203-976、?溢洪道设计标准?SL 253-20007、?浆砌石坝设计标准?SL 25-20062 枢纽布置2.1 坝轴线选择坝轴线选择的根本原那么：1. 挡水建筑物，考虑到工程量与建设投资，挡水建筑物通常布置成直线，使坝轴线最短，坝身体积最小；2. 泄水建筑物，对于溢洪道，其在平面布置上应力求平顺，前言最好正对来水方向，以使坝前流速均匀分布。如有连接，要使溢洪道在工作过程中不影响其它建筑物。根据地形图，拟选坝轴线为龙潭上游处，该处右岸有一鞍形垭口

16、，河床在该处被束窄，坝轴线为最短，且溢洪道可以利用鞍形垭口略加开挖，与挡水坝紧邻。坝轴线上游河床宽度迅速扩大，地形开阔，是形成水库的良好条件。且下游即为龙潭，输水路线较短，降低工程量与投资。2.2 坝型确定 各种坝型特点主要的坝型有如下几种：1. 重力坝重力坝是用混凝土或浆砌石材料修筑而成的挡水坝。重力坝的工作原理是在水压力及其它荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求，同时也依靠坝体自重产生的压应力来减少水压力所引起的上游坝踵拉应力以满足强度要求。重力坝的根本剖面为三角形剖面，在平面上，坝轴线通常呈直线。对于常态混凝土重力坝，为了适应地基变形、温度变化和混凝土的浇筑能力，一般沿

17、坝轴线分成假设干个独立的坝段，每个坝段的结构形式类似于固结于地基上的悬臂梁。与其它坝型比拟，重力坝具有以下优点：1平安可靠。重力坝剖面尺寸大，坝体内部应力小，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗透、冲刷，以及地震和战争破坏能力都比拟强，平安性较高。在意外情况下，即使发生少量洪水漫顶，一般也不会招致坝体失事，不像土坝那样一旦洪水漫顶很快就会溃坝成灾。这是重力坝的一个最大优点。2枢纽泄洪问题容易解决。重力坝的断面大，坝体材料抗冲刷能力强，适于将河床坝段做成溢流坝，从坝顶大量溢流，还可以在坝身不同高程设置泄水孔、引水孔。3便于施工导流。在施工期可以通过较低坝块或预留底孔、缺口等导流。一般不需要另

18、设导流隧洞。4对地形、地质条件适应性强。地形条件对重力坝的影响不大，几乎任何形状的河谷断面均可修建重力坝。重力坝一般要求修建在岩基上，但低的溢流重力坝也可修建在土基上。重力坝对地基的要求比土石坝高，但比拱坝的要求为低，对于无重大缺陷的一般强度的岩基均可满足要求。另外，由于重力坝沿轴线方向被横缝分成假设干个独立的坝段，适应不均匀沉陷能力强，应此能较好地适应各种非均匀地基。5结构作用明确。重力坝沿坝轴线方向被横缝分成假设干坝段，每个坝段独立工作，适应各自独立的温度变化，相互间不受影响。结构作用明确，稳定和应力计算都比其他坝型简单。但是，重力坝也存在以下缺点：1所用材料比其他坝型多，坝体材料强度不能

19、充分发挥。由于重力坝的每个坝段类似悬臂梁结构，坝体的应力分布一般很不均匀，在满足强度和稳定要求下，往往坝体内部的压应力较小，因此不能充分发挥混凝土、浆砌石这类材料的抗压强度。2受扬压力影响较大。由于坝体与岩基接触面较大，相应受到的坝底扬压力也较大，使得坝体有效自重减少，对抗滑稳定不利。2. 拱坝拱坝是一种空间拱形壳体结构。在水压力和淤泥压力等水平向为主的荷载作用下，大局部荷载将通过拱的作用传递到两岸基岩上，少局部荷载那么通过类似垂直悬臂梁的作用传给坝底基岩。所以，主要依靠两岸拱端基岩的反力作用来维持其稳定性是拱坝的工作特点。拱坝在外荷载作用下，由于拱结构使得其主要产生轴向压应力，拱圈断面上受弯

20、矩不大，故其断面应力分布比拟均匀，从而可以充分利用混凝土或浆砌石料的抗压强度，使坝体厚度较薄，节省材料。与相同高度的重力坝相比，其工程量可节省1/32/3。拱坝一般是周边固支的高次超静定空间壳体结构，当外荷载增大或某部位产生局部开裂时，坝体中拱和梁的作用将会自行调整。根据模型试验分析，拱坝的超载能力可以到达设计荷载的511倍。拱坝的抗震能力也较高。而另一方面，由于拱坝是嵌固于基岩上的整体结构，坝体一般不设永久伸缩缝，所以地基变形和温度变化对坝体内力影响较大。故设计时，地基变形应力和温度应力也列为主要荷载，计算较为复杂，所以对坝肩地质条件和处理措施更应特别重视。由于坝体较薄、形状复杂，故对施工质

21、量、材料强度和防渗要求等方面也都比拟严格。拱坝对坝址地形地质条件要求也比拟高。地形条件是选择拱坝形式、枢纽布置以及经济性的主要影响因素，可从河谷剖面形状、坝址地形变化等方面进行分析。理想的地形条件应是两岸对称、岸坡平顺，平面上向下游收缩的峡谷地段，且拱端下游有足够厚的岩体支撑，以利于稳定。3. 土石坝土石坝是由土、砂石料等当地材料填筑而成的坝，是目前世界坝工建设中应用最为广泛和开展迅速的一种坝型。土石坝得以广泛应用开展的主要原因：1可以就地取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。由于土石坝设计施工技术的开展放宽了对筑坝材料的要求，几乎任何土石料均可筑坝。2非黏性土的填筑能适应各种

22、不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝，待变形趋于稳定、天气好的条件下再回填黏性土。特别是在气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震区的情况下，土石坝实际上是唯一可取的坝型。3既可用简单机械施工，也可高度机械化施工。大容量、多功能、高效率施工机械的开展，提高了土石坝的施工质量，缩短工期，降低了造价，促进了高土石坝建设的开展。4运用管理方便，加高、扩建、维修较容易。土石坝的主要缺点是：不允许坝顶溢流，对于意外情况可能会有溃坝危险。在河谷狭窄、洪水流量很大的河道上施工时，施工导流比拟困难；黏性土料的施工受天气的影响较大。 坝型选择地形上，坝址处河床宽度从上游到坝轴线逐渐缩窄

23、，至坝轴线处最小，由坝轴线开始河床又逐渐变宽，并且坝址下游右岸有一深潭。河床两岸坡度相差较大，右岸坡度和缓，左岸较徒，并不对称。不适合建拱坝。地质上，坝建于寒武系砂质岩互层的低山峡谷区。岩层倾向上游，倾角，走向平行坝轴线。河床为厚层石英砂岩，两岸那么为页岩、泥岩及粉砂、细砂岩。拱坝对两岸基岩要求较高，由于页岩、泥岩强度较低，不能满足建拱坝要求，也不能建拱坝。河床基岩为厚层石英砂岩，石英砂岩强度较高，是建重力坝的良好地基。因此，重力坝和土石坝均是可行的方案。但是重力坝平安性能较高，由于大坝下游紧邻南宁市，考虑到溃坝将会带来重大损失，在地基条件允许的情况下，宜优先选择重力坝。综上所述，选择重力坝作

24、为初步建坝方案。 坝体型式重力坝根据建坝材料不同，可以分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。浆砌石重力坝相对于混凝土重力坝，具有以下一些优点：1.就地取材，节省水泥；2.由于水泥用量少，水化热温升低，因而不需要采取温控措施，也不需设纵缝，还可增加坝段宽度；3.节省模板，减少脚手架，因而木材用量较少，减少了施工干扰；4.施工技术易于掌握，施工安排比拟灵活，可以分期施工，分期受益，在缺少施工机械的情况下，可用人工砌筑。浆砌石重力坝的缺点有：1.人工砌筑，砌体质量不易均匀；2.石料的修整与砌筑难以机械化，需要大量劳动力；3.砌体本身防渗性能差，需另作防渗设备；4.工期较长。根据坝体结构不同，又分为实体重力

25、坝、宽缝重力坝、空腹重力坝及支墩坝。实体重力坝工程量大，材料用量多，其强度不能充分发挥，散热条件差。但是实体重力坝结构简单，施工方便，能大规模机械化施工，且抗震能力强。宽缝重力坝考虑到重力坝内部应力较低，为了充分利用混凝土抗压强度，而将横缝的中下部扩宽而成为具有空腔的重力坝。由于坝基渗水能从宽缝中排出，因而渗流压力显著降低，所以节省了坝体混凝土方量；宽缝也改善了混凝土的散热条件；便于观测、检查和维修。但宽缝重力坝增加了模板用量，立模也较为复杂；分期导流不便。空腹重力坝与实体重力坝相比。存在以下优点：由于空腔使得扬压力减少，节省了坝体混凝土方量；减少了坝基开挖量；坝体前后脚嵌固于岩体内，对抗滑稳

26、定有利；前后脚应力分布均匀，坝踵应力较大；便于混凝土散热。但其施工复杂、钢筋用量大。支墩坝的自重较轻，坝体工程量相对实体重力坝小，节省了坝基开挖和固结灌浆工作量，可加快施工进度，但侧向刚度较低，其抗震能力明显低于重力坝。另外模板较复杂且用量大，混凝土标号高。而且支墩与头部连接处厚度有急剧变化，将发生应力集中，可能引起裂缝。根据不同型式重力坝的特点及优缺点，本设计参考?建议一种新的大头坝坝型梯形坝? 钱令希先生、云大真先生、朴秀男先生一书，并结合前人总结的湖南镇水电站梯形坝的工程建设经验，拟修建一座浆砌石梯形坝。梯形坝具备重力坝在强度和稳定方面的优点，由于坝垛间敞开，并且容易散热，坝底浮托力亦较

27、小。同时该坝型具备大头坝在经济方面的优点，经济且施工比拟容易，另外由于坝身纵截面沿上游到下游没有突变，大大减少应力集中的影响，还可以防止头部的拉应力区，用浆砌石筑坝时这些优点更为突出。例如湖南镇水电站，大坝采用混凝土梯形坝，上游坝坡较平缓，可利用水重增强坝体稳定；坝垛间敞开，扬压力较小，并可减少坝体混凝土工程量；梯形坝头部轮廓较单支墩大头坝厚实，且可防止后者的不利裂缝，挡水前缘比拟平安；梯形坝坝头与支墩连接较单支墩大头坝平缓，应力状态比后者好；且下游敞开，易于散热，可节约坝体二期冷却费用；与宽缝重力坝相比，没有倒悬模板，便于施工。由此，选定坝型为梯形坝。该枢纽主要建筑物有拦河坝，岸边溢洪道及梯

28、级放水设备。根据枢纽区域的地形、地质条件以及建筑物的功能，结合供水等要求，对个建筑物的布置情况简述如下：挡水建筑物挡水建筑物，挡水建筑物宜布置成直线，考虑到梯形坝建设经验尚不充足，为了保证两岸挡水坝的施工质量，便于与两岸建筑物的连接，减轻绕坝渗流冲刷影响，除主河床采用梯形坝外，两岸采用实体重力坝。梯形坝坝轴线长60m，左岸重力坝坝轴线长15m，右岸重力坝坝轴线长31m，坝轴线总长106m。 泄水建筑物在水利枢纽中，为保证各建筑物的平安，如防止洪水漫顶、库水位过高造成上游过大的淹没损失，必须设置泄水建筑物。溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大

29、坝平安。溢洪道可以与坝体结合在一起，也可设在坝体以外。混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪，如各种溢流坝。此时，坝体既是挡水建筑物，又是泄水建筑物，枢纽布置紧凑、管理集中，这种布置一般是经济合理的。但对土坝、堆石坝以及某些轻型坝，一般不容许从坝身溢流或大量溢流，或当河谷狭窄而泄流量大，难于经混凝土坝泄放全部洪水时，那么需在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道或开挖泄水隧洞。泄水建筑物简述：1 河岸溢洪道河岸溢洪道分为正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等1 正槽溢洪道正槽溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等局部组成，溢流堰轴线与泄槽轴线正交，过堰水流流向与泄槽轴线方向

30、一致，其中，控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主体。2侧槽溢洪道当两岸山坡徒峻且无适当的山谷垭口时，宜采用侧槽式溢洪道。侧槽式溢洪道的主要特点是：溢洪堰大致沿等高线布置，水流经过溢洪堰后，流入与溢洪堰大致平行的侧槽，然后进入泄槽或隧洞泄往下游。2 泄水隧洞按流态不同，隧洞可分为有压隧洞和无压隧洞。布置上根据应用条件应考虑尽可能满足多种用途的需要。如导流、泄流、排沙、灌溉等。本设计选用正槽溢洪道，主要原因为：坝轴线右岸有一鞍形垭口，只要略节开挖便可形成正槽溢洪道，把来水直接泄入下游龙潭，有利于减少开挖量，降低造价；此外，该处可紧邻右岸重力坝设置溢洪道，把水直接导进下游龙潭，便于农业用水，枢纽布置

31、紧凑，设置合理。所以拟建溢洪道于右岸紧邻重力坝的鞍形垭口，溢流前沿正对主流方向，与坝轴线成一微小转角。 放水建筑物放水设备用于在需要时放空水库，以便对大坝进行检修；或对下游补水以满足下游用水要求。本设计于左岸布置梯形放水设备，放水涵管从梯形坝中间段引出，直接把水泄向下游龙潭。3 非溢流坝设计非溢流坝的设计主要任务为剖面设计、荷载计算、稳定分析及应力分析。 剖面设计重力坝的设计断面要满足稳定和强度要求，保证大坝平安，工程量要小，运用方便，优选体形，便于施工，防止出现不利的应力分布状态。 梯形坝的根本剖面梯形坝是介于宽缝重力坝及大头坝之间的一种支墩坝，其根本断面与其它重力坝一样为一个三角形，但又有

32、所区别。如图3-1-1所示，其异同如下：图3-1-1 梯形坝根本断面与重力坝相同，作任何一个与坝轴线垂直的横截面，如图中的截面C-C和D-D，它总是一个三角形，所以坝身根本上具有三角形重力坝的性质，只不过沿着坝的轴线方向三角形截面的大小是逐渐变化的。做任意一个水平截面，它总是一个梯形，如图中的A-A和B-B截面，坝轴线处宽度不变，上游宽度根据横缝分段而定。因此，梯形坝并不分头部和支墩两局部，而是一个从上游到下游厚度缓和渐变的整体，这可以防止应力集中和冷却不均匀的现象。 剖面控制数据梯形坝高m，坝基最低高程119mm。由于交通等各方面需求，坝顶宽度为4m。1 坝顶高程本设计泄洪方式为正槽溢洪道，

33、开敞式溢洪道首部为实用断面堰，堰顶高程149m，溢流前缘长20m，堰下接纵坡的泄水陡槽，陡槽在平面上有10°的侧收缩角，将陡槽末端缩至10m宽，尾端以半径m的反弧接挑流鼻坎，再以30°挑射角挑出，设计与校核洪水流量分别为和，经水库调节后的下泄流量为和。根据实用堰的计算公式： Q= (3-1) (3-2)式中：Q泄流流量，；H计算水头，忽略行进水头，那么为堰顶水头；侧收缩系数；m流量系数，对于高堰，取m=0.502；n溢流孔数，本设计为1；b单孔净宽，本设计为20m；边墩形状系数，对于与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰，建议取0.1，对于土坝，那么为0.2，本设计取为0.15。

34、闸墩形状系数，本设计不予考虑。根据设计洪水及校核洪水的下泄流量，可以算出相应堰上水头及相应水位，计算步骤为先假定一个侧收缩系数，用式3-1算出堰上水头H，用H代入式3-2，从新算出侧收缩系数，用新的侧收缩系数代入式3-1，再算出堰上水头，如此往复，直到得到的H与足够精确，最终计算结果如下表3-1-1：表3-1-1 水位计算结果下泄流量Q()侧收缩系数堰上水头H(m)相应水位(m)续表3-1-1 水位计算结果正常蓄水位0设计洪水位76校核洪水位130m是符合要求的，坝基高程为119mm。2 坝段宽度梯形坝由于水平截面是梯形，所以其剖面设计不仅要拟定横截面，还需确定水平梯形截面尺寸，所以要先拟定大

35、坝的横缝分段。增加横缝间距，有利于大机械化施工，同时，由于坝段宽度增加，横缝减少，也减少了止水，这对坝的工作和维护是有利的。但过大的厚度，又容易产生收缩、沉降裂缝。梯形坝类似于大头坝，根据大头坝的经验数据，当坝高H<45m时，横缝间距一般为1018m，本设计梯形坝轴线长60m，共分5个垛，每垛厚12m。3 上下游面坡度由于梯形坝较实体重力坝工程量减少2030%，自重较轻，需要借助一局部水重来满足抗滑稳定分析，根据一般经验数据，大头坝的上游坡度在1：0.41：0.5之间，下游坡度在1：0.41：0.6之间。在不考虑地震力的的情况下，最常见的是上下游坡度都作成1：0.451：0.55。根据梯

36、形坝与大头坝自重与形式相似的特点，初步拟定上游坡面为1：0.4，下游坡面1：0.6。4 坝体水平截面梯形上下游面宽度梯形截面的上游边长度应当与坝段厚度相同，沿坝底至坝顶为常数12m。对于梯形截面的下游宽度，越薄那么工程量越少，但过薄对应力和稳定不利，且坝体侧向刚度也缺乏。本设计坝底梯形下游边长取4m，随着高程增加，梯形下游边逐渐加大，至坝顶为12m。 拟定实用剖面根据前面控制数据，梯形坝坝底119mm，上游边长12m，下游边长4m，理论上相邻两垛间接触厚度为0，但实际上需要一定的接触厚度，考虑坝顶宽度为4mm，如图3-1-2所示：图3-1-2 梯形坝实用剖面对于任意高程的梯形水平截面，与坝底梯

37、形截面在水平投影相对位置及计算简图如以下图3-1-3，其水平投影梯形两侧边延长线分别通过坝底截面下游边两端点：图3-1-3 梯形截面尺寸计算简图任意高程水平截面尺寸按下式计算： (3-3) (3-4)式中：截面高程与坝底高程的差值，m；水平截面沿上下游方向长度，m；坝垛连接厚度，m；水平截面上游边宽度，m；水平截面下游边宽度，m；上下游坝面坡度，。根据，得由此可绘出一个坝垛的三视图3-1-4：图3-1-4 坝垛三视图3.2 荷载计算及组合 荷载组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，对于本设计属于非实体重力坝，不能取1m坝长进行荷载计算，应力分析及稳定

38、分析应按由横缝分割而视为独立工作的一个坝段进行计算，所以荷载计算取大坝中间一个12m坝垛进行计算。荷载组合可分为根本组合与特殊组合两类。根本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的根本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的根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，使之满足标准中规定的要求。本次设计考虑的根本荷载组合为设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况。各种情况下考虑的荷载如下表3-2-1所示：表3-2-1 不同情况下考虑的荷载组合荷载组合荷载主要考虑情况自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力地震荷载动水压力土压力根本

39、组合1设计洪水位情况+特殊组合1校核洪水位情况+2地震情况+“+表示进行考虑的荷载。 2.地震情况的静水压力、扬压力按正常蓄水位时计算。3.2.2 荷载计算荷载计算简图见图3-2-1图3-2-1 梯形坝荷载计算简图水平截面沿坝轴线方向的形心轴距截面上游边的距离按下式计算= (3-5)那么坝底水平截面的形心轴距上游边距离= (1)自重坝体自重的计算公式： (3-6)式中坝体体积，；取一个坝垛计算，不计廊道影响。在计算局部体积时由于大坝水平截面沿高程其梯形截面不断变化，可以根据其尺寸函数积分求得其体积；坝体材料的重度(本设计中浆砌石的重度为)。对于，有其力臂为：因此：= (逆时针方向)对于，计算如

40、下处的水平截面尺寸：因此任意水平截面的梯形局部尺寸为：为梯形局部长度，那么局部体积可表示为：= (3-6)代入得=因此 对于局部对坝底面形心轴产生的弯矩的计算，同样可用积分法。任意处的水平截面梯形局部的形心到其上游边的距离为： = (3-7)那么其形心至坝底形心轴的水平距离为：= -11.2 (3-8)那么可表示为： (3-9)代入、，得=()= (顺时针方向)对轴的力臂为：=2静水压力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。各种情况下的水位如下表3-2-1：表3-2-2 不同情况下的水深特征水位上游水位上游水深下游水位正常蓄水位无水设计洪水位无水校核洪

41、水位无水计算各种情况下静水压力：水平水压力计算公式为： (3-10)式中：计算情况时的上游水深，。其值见表3-2-2；水的重度，常取。算得，设计洪水位时：校核洪水位时：正常蓄水位时：垂直水压力按水重计算： (3-11)式中：压在坝体上的水的体积，算得，设计洪水位时：校核洪水位时： 正常蓄水位时： 3扬压力排水孔幕距上游面距离初步取为4计算，如图3-2-1所示，把扬压力划分为三局部计算。坝踵处扬压力强度， (3-12)排水孔幕处扬压力强度， (3-13)式中：排水孔幕处扬压力折减系数。根据标准，取为。对于第三局部扬压力的计算，由于坝底水平截面下游处的扬压力强度均为0，因此还须把坝底梯形截面分成一

42、个长方形和两个三角形局部分别计算，如以下图3-2-2：图3-2-2 扬压力计算坝底分块图三角形局部，沿上下游方向距离截面y轴为x处的长度可表示为： (3-13)得三角形区域的扬压力值为：=3 (3-13)对轴产生的弯矩为：= 得= (3-13)因此有=力臂设计洪水位时：从而：校核洪水位时：从而：正常蓄水位时：从而：4地震荷载工程地区的地震烈度为7度，水平加速度取为，根据?水工建筑物抗震设计标准?SL203-97，当采用拟静力法计算地震作用效应时,沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算： (3-14)式中：作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；地震作用的效应折减系数,除另有

43、规定外,取0.25；集中在质点i的重力作用标准值；质点i的动态分布系数,应按本标准各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用；g重力加速度.其中质点的动态分布系数按下式计算： (3-15)式中坝体计算质点总数；坝高，溢流坝应算至闸墩顶；质点的高度；质点的高度；产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值。把大坝以每1m分成，近似取每层质点位于其中间高程，计算如下表3-2-4：表3-2-4 地震惯性力计算表12634567891011121314151617181920212223续表3-2-4 地震惯性力计算表24342526272829303132332374.613总和得地震惯性力：地震动水压力，

44、采用拟静力法计算重力坝地震作用效应时，单位宽度坝面的总地震动水压力作用在水面以下处，其代表值应按下式计算： (3-16)式中水的密度，为。因大坝迎水面与水平面倾斜，按式3-16算得的地震动水压力代表值应乘以折减系数：= (3-17)式中：迎水面与水平面的夹角，本设计为。算得那么作用于一个坝段的总地震动水压力代表值为 荷载汇总根据荷载计算结果，将各种情况下的荷载列于表3-2-4、表3-2-5及表3-2-6。设计洪水位情况见表3-2-4：表3-2-4 设计洪水位时的荷载荷载分项系数竖向力标准值设计值，水平力标准值设计值，力臂力矩标准值设计值，-+自重3129631296(209057.28) 22

45、0631.56水压力(58218.57)10.48 (610130.61)(23287.43)11 (256316.98)扬压力(4887.17)13.2 )(5701.34)13.87 (79058.64)(13276.80)2.144 28465.47总和23865.3158218.57537422.64校核洪水位情况见表3-2-5：表3-2-5 校核洪水位时的荷载荷载分项系数竖向力标准值设计值，水平力标准值设计值，力臂力矩标准值设计值，-+自重312963129620()()水压力()()()()扬压力(4986.43)13.2 (65820.90)续表3-2-5 校核洪水位时的荷载扬压

46、力(5817.50)13.87 (80688.77)(13546.48)2.144 (29043.65)总和()24350.41()(570689.36)地震情况见表3-2-6表3-2-6 地震情况时的荷载荷载分项系数竖向力标准值设计值，水平力标准值设计值，力臂力矩标准值设计值，-+自重3129631296(209057.28)95785.4220631.56水压力5210扬压力1.11.16851.1地震荷载总和148271(148271)22764.68(58722.65)(559477.78)3.3 稳定分析 结构分析规定结构分析根据?混凝土重力坝设计标准?DL5108-1999后文简称

47、?标准DL5108?，采用概率极限状态设计原那么，以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算。混凝土重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行以下计算和验算：(1) 承载能力极限状态：坝体断面、结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算；对需抗震设防的坝及结构，尚需按DL5073进行验算。(2) 正常使用极限状态：按材料力学方法进行坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构平安级别，见表3-3-1。表3-3-1 水工建筑物结构平安级别水工建筑物级别水工建筑物结构平安级别12、34、5本大坝建筑物级别为3级，对于结构平安级别为II。极限状态设计表达式如下：1承载能力极限状态设计式采用以下极限状态设计表达式0S(，) (3-18)式中：0结构重要性系数，对应于结构平安级别为、级的结构及构件，可分别取用、；设计状