重力坝毕业设计说明书1111

1、TL水库混凝土重力坝枢纽设计TL水库混凝土重力坝枢纽设计【摘 要】：人类筑坝的历史有近5000年，重力坝是出现最早的一种坝型。它具有结构简单、工作可靠、易于机械化施工、使用年限长、养护费用低等优点，所以至今仍被广泛使用。TL水库主要任务是调节水量，为工业、农业和生活提供水量，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可以综合利用。TL水库混凝土沿岸地质条件适中，所以修筑实体重力坝较为理想。【关键词】：重力坝设计 非溢流坝段 溢流坝段前 言流域概况及枢纽任务TL水库位于QL河上，控制流域面积506Okm2，占全流域的80%。水库主要任务是调节水量，为工业、农业和生活提供水量，结合引水发电、水面养殖、洪

2、水错峰等，可以综合利用。枢纽建筑物包括主坝、泄水设施及电站等。经水文、水利调洪演算确定：死水位110.00m；设计洪水位153.70m，相应下游水位97.00m，通过溢洪道下泄流量18276.00m3/s；校核洪水位156.30m，相应下游水位99.00m，通过溢洪道下泄流量24527.00 m3/s；泥沙淤积高程97.60m，淤沙平均含沙量4.0Kg/m3（浮容重=9.0 KN/m3），内摩擦角为=1.2°。其他有关资料根据国家建筑委员会所颁布的地震烈度图，本地区应属6-7度地震区，坝区设防烈度建议为7度。坝顶行车宽度为8m。第一章 基 本 资 料第一节 工程概况TL水库位于QL河

3、上，控制流域面积506Okm2，占全流域的80%。QL河水量充沛，但年内及年际的水量分配极不均匀，必须兴建大型的控制工程进行调节，丰富的水资源方可得到充分的利用。水库主要任务是调节水量，为工业、农业和生活提供水量，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可以综合利用。供水原则是:在满足城市生活、工业用水的同时，对农业也给予一定的重视，特别是移民迁建灌区用水应优先保证。枢纽工程在3个坝址选择了2条坝线，两种坝型。83坝线采用混凝土重力坝。“红层”坝线采用当地材料坝。枢纽建筑物包括主坝、泄水设施及电站等。枢纽工程的推荐方案为83坝线混凝土坝方案(见坝址位置图1-1)。根据本工程的规模及其在国民经济中的

4、作用，按设计规范规定，水库枢纽工程属大1型。主要建筑物按一级设计，辅助建筑物按三级设计，临时建筑物按四级设计。第二节 基 本 资 料1.2.1 气 象全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约70Omm,且多集中在夏季7，8两月。流域多年平均气温为10左右，日温度变化较大。离坝址较近的气象站实测最高气温39。全年无霜期约180d，结冰期约120d，河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，冰厚为0.40.6m，岸边可达1m。多年平均最大风速为23.7m/s，水库吹程为3km。1.2.2 水文分析1.2.2.1 年径流QL河流域水量丰沛，年径流主要由年降雨产生。年径流在地区

5、与时间上的分布与年降水基本一致。径流在年际间变化悬殊。根据实测资料，19561982年的27年中，丰水年1977年来水量达21.34×1O8m，枯水牛L1081年仅1.667×1O8m3，相差19.37×1O8m3,约合12.8倍，且丰、枯水年常连续发生。坝址处多年平均年径流量为9.6×1O8m3。1.2.2.2 洪水洪水一般由暴雨形成。本地区暴雨历时短，强度大，地面坡度陡，洪峰陡涨陡落。一次洪水历时一般为35d。洪水具有峰高量大的特点。本流域洪水多发生在7，8两月，出现在7月的占34%，出现在8月的占66%。多年平均69月洪量占年径流量的70%左右，3

6、天洪量占6天洪量的70%以上，大水年尤为集中。如1962年最大6天洪量占年径流量的比例达70%。由频率分析法求得不同频率的洪水结果，见表2-1。 图1-1坝址位置图表2-1洪水计算成果表项 目洪峰流量/(m3.s-1)洪量/m3(×1O8)1d2d6d30d特征值 均值20001.402.202.805.37CV1.351.351.351.251.00CS/CV2.502.502.502.502.50频率/%0.013204022.4335.2439.9655.400.022960020.7532.6536.9051.500.12248015.7424.7328.3440.500.2

7、1968013.7821.6524.9236.200.51600011.2317.6020.4130.401132809.3014.5017.1426.102106807.4811.7513.9221.70573605.158.109.8016.201050003.505.506.8312.102029202.043.214.178.181.2.2.3 泥沙流域植被较好，泥沙来源和洪水在地区上的分布是一致的。泥沙在年内分配比径流更集中。汛期输沙量约占年输沙量的95%，而汛期沙量又都集中在几次大洪水中。年际之间沙量变化悬殊。由统计分析得知，坝址处多年平均输沙量为386×1O4t，多年平

8、均侵蚀模数为762t/km2，多年平均含沙量为4.0kg/m3。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为0.075mm，淤沙浮重度为9kN/m3，内摩擦角为1.20。(资料中提供的内摩擦角太小应该为 120) 1.2.3工程地质1.2.3.1 区域地质该水库库区属中高山区，构造剥蚀地形。QL河在本区内河曲发育，侧蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，于堆积岸形成阶地，侵蚀岸形成陡岸。组成本区地层计有太古界、下元古界、震旦系、株罗系及火成岩侵人体和第四纪等，其中分布最广的为震旦系地层。以太古界、震旦系、株罗系三者与工程关系密切，为库区的主要岩层。1.2.3.2 地

9、质构造与地震本地区地质构造复杂，全区地震频繁，特别是坝址区南段尤为突出。库区及其周边控制性的断层有两条大断裂。第一条在坝址下游小暖泉村穿过QL河，沿线有泉群出现。从控制泉群、控制地貌及岩相作用分析，列为活动性断裂较合适。第二条向北东方向延伸，在距TL水库库区67km处尖灭，属第四纪以来活动性较强的断裂，沿该断层时有地震发生。这两条活动性断裂在三坝址以西5km处汇而不交。按断层交汇部分易发震的原则，这种汇而不交是值得注意的。近期坝址地区末发生大于4级以上地震，邻区地震活动有一定影响。1983年8月经省级地震局鉴定确定，一、二坝址位于北区，属相对稳定区，基本烈度为6度，三坝址位于区，基本烈度为7度

10、。邻E强震的影响，烈度可高达67度。1.2.3.3 库区工程地质条件库区左岸非可溶性岩层广泛分布，其中主要由云母千枚岩、石英砂岩、砂质页岩等组成，其透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。因此，在非可溶性岩层分布区，没有向库外渗漏的可能性。库区可溶性岩层分布不至于影响水库蓄水，即水库蓄水以后，向邻谷沙河渗漏的可能性不大。经过对库内断层、灰岩地区的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。库区内岩层抗压强度较高，抗风化能力较强，末发现可能发生塌滑的岩体，库岸基本上是稳定的。库区内末发现有开采价值的矿藏，不存在对库周边产生的浸没问题。1.2.3.4 坝址坝线工程地质条件坝址内出露的断裂构造如

11、F103,FlO5,F108,Fll2,F114,Fl17,Fl22等大小断层共十余条，断层走向以北西为主，北东者少，多为高角度正断或平移正断层。(l)F103断层，产状走向近EW，倾向N，倾角400500,逆断层。大红峪组第三段砾岩被切割。下盘有牵引摺曲，破碎带宽约102Om。出露于83坝线右岸上游约1502OOm,宽约1020m。(2)FlO5断层，产状走向NW3100,倾角800900,为平移断层。水平断距400m，两侧岩石破碎严重，无胶结现象，出露于83坝线右岸坝头附近。(3)F108断层，产状走向NW3450，倾向NE，倾角560，逆断层。由大红峪组第一段薄层板岩、石英砂岩逆于大红峪

12、组第二段中厚石英砂岩之上。破碎带宽约6.0m，末见胶结现象。其中夹有3Ocm厚的断层泥。断层两盘岩石影响带宽10.4m。在上盘薄层板岩夹石英砂岩中有牵引摺曲。岩层有直立或倒转现象，具有强烈挤压特征。(4)根据坝址两岸构造，地层岩性出露分析，推测河床中可能有顺河断层通过。原因是两岸出露的断裂构造均末过河，如F103断层走向近东西，规模较大，左岸无迹象，且地层出露两岸高程有明显差异。83坝线主要工程地质条件见表2-2。表2-2I83坝线主要工程地质条件地形地貌构造剥蚀中低山地形，不对称U形峡谷，石岸较陡，左岸坡缓，阶地不发育坝线长480m覆盖层河床57m砂石层，左岸山麓堆积31.Om地岩层性震旦系

13、大红峪组第一、二段，为中厚层石英砂岩与板岩互层。岩层产状层面倾向上游软弱夹层据平碉、竖井资料，右岸有软弱夹层13条，系顺层夹泥。左岸顺层夹泥6条，切层泥3条。建议摩擦系数f=0.20.24风化情况弱风化下限，河床1028 m深(高程:左边75m，右边55m)。左岸弱风化下限为1151O5m高程，右岸为120908m高程地质构造右岸小断层67条，左岸F122断层1条。构造简单，基本地震烈度为6度岩层透水层坝基下部801OOm深的范围内w值均大于0.O2L/(min.m.m)，均需灌浆处理岩溶83坝线上游2km处，马圈子电站附近见溶洞稳定性右坝肩上、下游存在，号不稳定岩体岩石力学指标石英砂岩单块岩

14、石室内指标:抗压强度134338MPa，弹性模量5001000MPa。泊桑比0.110.13。各岩层层面摩擦系数的估计建议值:(1) 石英砂岩层面摩擦系数为0.600.65，凝聚力0.38-0.5OMPa(2) 板岩层面摩擦系数为0.40.45，凝聚力0.330.38Mpa(3) 层面夹泥膜摩擦系数为0.30-35，凝聚力0.200.27Mpa(4) 切层泥层摩擦系数为0.20.24，凝聚力0.150.18MPa1.2.4 当地建筑材料天然建筑材料分布于坝址区上、下游河滩及两岸阶地。其中土料场主要有7处，地下水位以上储量为1183.44×1O4m3。砂砾卵石料场主要有8处，地下水位以

15、上储量为1088.95×1O4m3。全部储量有待进一步探查。各料场材料的物理性质、试验指标等基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料及围堰土料。如采用当地材料方案，其黏性土料的储量足以满足施工要求。1.2.5 交通条件施工现场对外交通方便，仅需将工地与交通要道的连线公路修通即可。坝顶无重要交通要求。1.2.6 施工条件采用低围堰、底孔导流、分期施工的导流方法进行施工。各项施工辅助企业、仓库及生活等临时建筑物布置在坝址下游两岸。混凝土骨料取自下游料场。施工用电由刘田庄引接。1.2.7效益(以1984年价格水平及费用标准计算)水库建成以后，除了满足城市生活、工业及农业用水外，还可获得发电、防

16、洪、养鱼等效益，总效益是显著的。1.2.7.1 灌溉效益灌溉效益分析成果见表2-3。表2-3灌溉效益分析成果表项目旱地灌溉旱改水稻垦荒水稻灌区不灌产值差/(元/亩)162.00354.20412.00分摊系数法亩效益/(元/亩)81.00177.10206.00单元水效益/(元/m3)0.250.170.17减去成本法亩效益/(元/亩)124.00378.00261.00单元水效益/(元/m3)0.390.260.221.2.7.2 市及钢铁基地供水效益按城市总净产值中水的效益分摊系数以10%计，则lm3水的效益为0.53元/m3。1.2.7.3 防洪效益防洪效益按建库以后，与邻近水库联合运用

17、，在削峰、错峰过程中减少下游地区洪水灾害的效益计算。水库年平均效益为443.16万元/年。1.2.7.4 发电效益以水电的价格代替水电的效益，按0.093元/kW.h计算。本水库的规划及建筑物特性指标见表2-4。表2-4水库规划及建筑物特性指标项目单位指标备注水位校核洪水位设计洪水位正常蓄水位死水位校核尾水位设计尾水位正常尾水位坝前堆沙高程mmmmmmmm156.30153.70153.20110.0099.1097.0084.1097.60P=0.02%P=0.1%发电库容总库容调洪库容兴利库容死库容堆沙库容m3m3m3m3m31493×1O8211×1O81033

18、15;1O8094×1O81166×1O8主坝坝型混凝土实体重力坝坝顶高程m157.24最大坝高m89.24坝顶长度m519.00坝顶溢流孔数孔15堰顶高程m141.70每孔净宽m15.00工作闸门尺寸m×m×m15×12.5启闭机（2×45t固定式）台15设计洪水下泄能力m18276.00校核洪水下泄能力m3/s24527.00进水口进口底高程m 90.00孔底数及尺寸孔- m×m4-5×6弧形工作闸门扇- m×m4-5×6工作门启闭机台4设计水位泄水能力m3/s3584校核水位泄水能力m3/

19、s36631.2.8 地形图和地质剖面图TL水库枢纽地形图见附图3，TL水库坝线地质剖面图见附图4。50第二章 枢纽布置坝型、坝址选择是水利枢纽设计的重要内容，两者相互联系，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坝型进行万案比较。在选择坝型、坝址时，应考虑以下因素:地形地质条件。重力坝对地形、地质条件适应性较强。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，但应尽量选在坝轴线较短、坝体工程量较小的地段。筑坝材料。坝址附近应有足够的符合要求的建筑材料。施工条件。坝址附近应有开阔地形，便于布置施工场地；距离交通干线近，便于交通运输。综合效益。应综合考虑防洪、发

20、电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。一般地，混凝土重力坝应选择河谷宽阔，地质条件较好，当地有充足砂卵石或碎石料的地段。坝轴线宜采用直线。枢纽布置应遵循的一般原则是:坝址、坝及其他主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低；枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作；在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用；枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑；尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益(如提前蓄水，早期发电或灌溉)；枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。一般来说，拦

21、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，同时还要考虑拟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。一般泄洪建筑物和电站厂房应尽量布置在主河床位置，供(引)水建筑物位于岸坡。(1)溢流坝的布置。溢流坝的位置应使下泄洪水时与下游平顺连接，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。(2)泄水孔及导流底孔的布置。泄水孔一般设在河床部位的坝段内，尺寸、形式应根据主要用途来选择。狭窄河谷泄水孔宜与溢流坝段相结合分开；排沙孔应尽量靠近发电进水口、船闸等需要排沙的部位。(3)非溢流坝段的布置。非溢流坝通常布置在河岸部分并与岸坡相连坝或

22、其他建筑物相连处，常用边墙、导墙隔开。第一节 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。2.2.1 坝址比较TL水库坝址，从上游到下游分为3个坝址。即上游第一坝址，位于高台子村至三道河村之间，曾选有I，V，及I83 4条坝线。河岸为串岭沟板岩，其中I83坝线为大红峪第一层的石英砂岩与板岩互层。中间第一坝址，位于二道河村与桃林口水文站之间，曾选有6O，69，83及 “红层线”4条坝线，坝基岩层为高于庄灰岩地层，其中“红层线”位于红色的杨庄泥质灰岩之上。下游第三坝址，位于桃林口旧村与新村之间，曾选有，两条坝轴线河床为串岭沟板岩，坝轴线坝基为大红峪石英砂岩夹砂页岩。3个坝址，

23、11条坝线的位置见图1-1。3个坝址坝基岩层的地质年代虽都属于震且系，但岩性不同，而其共同点却是都存在有软弱层或夹泥层。现已发现的第一坝址I83坝线基岩的夹泥层只是泥膜, 厚度为35mm，基岩以下深30m以内。夹层的夹泥厚度5cm左右。二、三坝址夹泥较多一些。3个坝址地形、地质及交通条件等的比较见表2-5。表2-5 坝址地形、地质等条件比较坝址类别第一坝址第二坝址第三坝址地形条件河谷较窄，适于修建混凝土坝或当地材料坝。溢流堰底孔等泄水建筑物可放在主河床。右岸还可采用引水式电站。可增加6m发电水头。原副坝工程单一，不宜修建当地材料坝河谷不对称，左岸坡缓，坝轴线较长，适于修建混凝土坝或当地材料坝。

24、养麦岭处天然的单薄分水岭，是修建溢洪道或泄水洞的有利地形。无副坝，工程单一河谷较窄，适于修建混凝土坝，或当地材料坝。右岸山低脊薄。需修建两座副坝。工程项目多地质条件坝基石英砂岩与板岩互层，右岸北西向大裂隙较多，坝基软弱夹层为泥膜。切层的夹泥厚35cm且倾向下游。左岸F122断层通过坝肩混凝土坝基为灰岩，岩性不均一，左坝头可能漏水。养麦岭较单薄。69坝基有断层F104通过，破碎带宽度大，处理工程量大。当地材料坝坝基为泥质灰岩和页岩，渗透性小，为天然防渗惟幕，溢洪道位于养麦岭坝基为石英砂岩夹砂质页岩，岩性坚硬，坝硬。坝基有断层F8通过。右坝头有F7通过。坝址上游不远处是几个断层交汇处。下游离建昌营

25、秦皇岛大断裂较近。对坝体稳定不利地震度度7度交通条件坝址位于峡谷之中，对外交通不便，施工场地狭窄同左坝址位于低山丘陵地带，交通方便，施工场地宽阔其它距离建筑材料场地最远距离建筑材料场地较远距离建筑材料场地最近2.2.2 坝线选择第一坝址I，V，3条坝线，其右岸岩层摺皱变化复杂，断层密集，都不是适宜的坝线。相比之下，在三河道附近，右岸岩层倾向上游，层次分明较为完整，条件较好，故以I83坝线作为第一坝址的代表。第二坝址中6O，69两条坝线基岩为灰岩。但从右岸岩层的产状相比，6O坝线右岸岩层走向与河流平行，倾向河中，倾角较高。当建坝蓄水以后，存在不稳定因素及绕坝渗漏。69坝线右岸岩层倾向下游，层次比

26、较平稳。两者相比，69好于6O。但因两坝线左岸都存在大暖泉，渗漏情况及单薄分水岭养麦岭在蓄水以后的稳定情况难以把握，故此两坝线不予考虑。“红层线”与83坝线坝基岩层强度稍低一些，适宜修建当地材料坝。83坝线左岸钻孔中，从高程137.7m到49.7m发现黑色含锰页岩51层，厚度0.51.Ocm，最厚达8cm，性质松软，表面润滑，摩擦系数较低且岩层走向与河流平行，不宜作为坝基。第三坝址中坝线河槽较宽，右岸坝头已经远离较高的山头，坝轴线拐弯，增加了坝线的长度，从而加大了工程量。坝线，坝基为串岭沟板岩，岩层强度较低，还有软弱层，相比之下，不如坝线。坝线位于现存小溢流坝下游80m处，坝基岩层为石英砂岩，

27、夹有少数几层砂质页岩，岩层的抗压强度及抗滑摩擦系数比板岩要大，故以此坝线作为第三坝址的代表。经上述比较，3个坝址虽有11条坝线，但适于建坝的仅有I83、“红层线”及坝线3条。综合比较坝段地形、地质及交通条件，最后确定本设计以第一坝址的I83坝线。第二节 坝型的确定TL水库位于北纬400地区，坝址在峡谷的风口，气温较低，气候寒冷，日气温变化值相差较大，各条坝线的河谷不对称，河谷宽度与坝高之比皆大于5.0，坝基及两岸岩层又夹有软弱岩层或夹泥层，故不宜修建拱坝或其他类型的轻型混凝土坝。根据本地区的气象特点及坝址区地形、地质条件的实际情况，初步考虑采用当地材料坝和混凝土重力坝两种坝型作为枢纽工程坝型比

28、较的依据。I83坝线，坝址两岸群山连绵，左岸没有修建溢洪道的地形条件，右岸虽有布置溢洪道的位置，但山体高大。如修建溢洪道，需挖深超过130m，开挖土石方量约1560×lO4m3，工程量浩大，故本坝线选用当地材料坝方案是不经济的。经过上述比较分析，183坝线以混凝土实体重力坝为宜。第三节 枢纽布置枢纽布置应遵循的一般原则是:坝址、坝及其他主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低；枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作；在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低E纽总造价和年运转费用；枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在

29、一起，以减少联结建筑；尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益(如提前蓄水，早期发电或灌溉)；枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。坝址河谷宽约250m，河床覆盖层厚47m，河谷不对称，右岸岩石裸露、坡陡，左岸山坡较缓，基岩被山麓堆积物所覆盖。坝基为石英砂岩与板岩互层，岩层倾向上游，视倾角160180，坝基建基高程位于弱风化岩层，基岩挖深715m。枢纽布置方案考虑如下:(1)方案 主河槽从右到左分别为溢流坝部分、底孔部分及电站部分，两岸山坡为溢流坝部分。由于底孔及溢流坝部分已全部占满河槽，电站部分不得不向左岸山坡靠近。本方案的优点是电站进口紧邻底孔，可利用底孔冲沙，防止电

30、站进水口淤积。缺点是建筑物之间太挤，布置场地紧张，当底孔放水时影响电站尾水位的稳定性；遇校核洪水泄洪时，保护电站不受淹没的工程措施复杂；此外，电站厂房及进口引渠土石方开挖的工程量大。(2)方案 主河槽从右到左分别为溢流坝部分、底孔部分，两岸山坡为非溢流部分。在右岸开凿一引水隧洞至坝址下游。电站布置在隧洞出口，洞长约450m。其优点是利用QL河拐弯处折回的自然地形条件，可增加6m的发电水头;电站厂房自成系统，互不干扰，场地开阔，遇校核洪水时，易于防护。其缺点是增加一条隧洞的工程量，多一项工程，对施工不利。比较上述两个方案，方案D虽增加了一条引水隧洞，相应地增加了工程费用，但由于减少了土石开挖方量

31、，且增加了6m发电水头，河床的主要建筑物布置相对容易，比方案更为合理。故以方案为推荐方案。第三章 坝体剖面设计坝体剖面设计要求做溢流坝最大坝高坝段的设计和挡水坝最大坝高坝段的设计。第一节 坝顶高程的确定坝顶高程分别按设计和校核两种情况计算。坝顶高程主要根据重力坝的级别、库区风浪作用，按照 混凝土重力坝设计规范确定。一般来说，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差由式 (3-1)计算，应选择两者之中防浪墙顶高程的较大值作为选定高程。 h= h1+hz+he (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；h1=0

32、.0166V5/4*D1/3hz波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；hz=4(hl%*1/2)2/he安全超高，按表2-6计算。正常蓄水时为0.7m，校核洪水为0.5m。由气象资料知，多年平均最大风速，V=23.7m/s , D=3km表2-6安全超高he相应水位坝的安全级别正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3防浪墙的高度一般可取1.2m。正常蓄水时,采用重现期为50年的年最大风速;校核洪水位时,采用多年平均最大风速。坝顶高程或坝顶防浪墙高成计算式：坝顶高程=正常蓄水位+h正坝顶高程=校核洪水位+h校（1） 正常蓄水位时：h1=0.0166（1.5V）5/4*D1

33、/3=0.0166*（1.5*23.7）5/4*31/3=2.08 m设=10.4*（h1）0.8=10.4*（2.08）0.8=18.68hz=4(hl%*1/2)2/=4*3.142*(0.5*1.25) 2/18.68=0.73（2） 校核洪水位时：h1=0.0166V5/4*D1/3=0.0166*23.75/4*31/3=1.25 m设=10.4*（h1）0.8=10.4*（1.25）0.8=12.43hz=4(hl%*1/2)2/=4*3.142*(0.5*1.25) 2/12.43=0.39所以， h设 = h1+hz+he =2.08+0.73+0.7=3.51 h校 = h1

34、+hz+he =1.25+0.39+0.5=2.14 由表2-4水库规划及建筑物特性指标知 设计洪水位为153.2m，校核洪水位为156.3m 。即：坝顶高程=正常蓄水位+h正=153.2+3.51=156.71m 坝顶高程=校核洪水位+h校=156.3+2.14=158.44m 取坝顶高程较大值158.44m，作为本枢纽工程混凝土重力坝防浪墙顶高程，故坝顶设计高程为158.44-1.2=157.24m。即，157.24m156.3m 坝顶高程高于校核洪水位符合要求。第二节 非溢流坝剖面设计非溢流坝剖面尺寸初步拟定主要参考己建工程并考虑与溢流坝的连接等具体情况。主要内容有坝顶高程、坝顶宽度、坝

35、坡及防浪墙等。3.2.1 坝顶设计为满足坝顶上设备布置、运行、检修、施工和交通的需要，坝顶上设立行道、防浪墙、公路桥、排水设施等。3.2.2 坝顶宽度的设计为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般坝顶宽度取最大坝高的1/81/10，且不小于3m。因坝顶有交通要求，根据有关规定确定坝顶宽度为8米即（157.24-75）*1/10=8.2米，取8米，以满足各项要求。3.2.3 坝坡的设计坝体上游面建议取为铅直面，下游坝坡根据稳定和应力要求确定，一般在1:0.61:0.8之间，即：下游坝坡取1:0.7。同时，为满足稳定和强度的要求，坝体上游面布置为折面，折坡终点高程确定为95m，边坡初步

36、设计为1：0.2。3.2.4 下游起坡点位置的确定下游起坡点位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处）。下游边坡系数宜m=0.60.8。本设计取0.7。常态混凝土重力坝非溢流坝段的上游面可为铅直面、斜面或折面。根据工程实践，上游边坡系数宜采用1:01:0.2，即上游面为折面，折坡终点高程确定为95m。3.2.5 坝段长度坝段长度主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置和浇筑能力等。坝段长度一般为152Om，这里设计取20m。3.2.6 防浪墙坝顶设立防浪墙可以降低坝顶路面高程，防浪墙的高度一般可取1.2m。本工程坝顶防浪

37、墙设计为墙高1.2米，墙宽0.3米，采用与坝体连成整体的钢筋混凝土墙体结构。3.2.7 坝顶道路坝顶道路设计为：两侧各设宽1米行人道，中间为坝顶公路，并且在坝顶道路两侧布置集水沟，汇集的雨水经坝面排水沟排至下游。排水沟的设计尺寸为30*30cm。第三节 溢流坝剖面设计溢流坝剖面设计分4个方面的内容:泄水方式的选择，断面尺寸的拟定，水力计算和闸墩尺寸的拟定。3.3.1 泄水方式的选择溢流坝的泄水方式有开敞溢流式和孔口溢流式。(1)开敞溢流式 也称坝顶溢流式，堰顶可以设闸门，也可不设。不设闸门的溢流孔，堰顶高程与正常水位齐平，泄洪时，库水位垄高，加大了淹没损失，非溢流坝顶高程也相应提高；但结构简单

38、，管理方便。适用于洪水量较小、淹没损失不大的中、小型工程。设置闸门的溢流孔，闸门顶大致与正常蓄水位齐平，堰项高程较低，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。通常大中型工程的溢流坝均装设有闸门。(2)孔口溢流式 可根据洪水预报提前放水，以腾出库容储蓄洪水，从而提高了调洪能力。当库水位低于胸墙时，下泄水流和坝顶溢流式相同;当库水位高出孔口一定高度时，为大孔口泄流。根据本工程的实际情况，建议采用开敞溢流式，即：坝顶溢流式，堰顶设闸门。3.3.2 断面尺寸的设计(1)单宽流量的确定 一般首先考虑下游河床的地质条件，在冲坑不危及坝体安全的前提下选择合理的单宽流量。根据国内外工程

39、实践和本工程情况，建议在设计水位下单宽流量取8090m3/(s.m)，校核洪水位下取1051l5m3/(s.m)。本设计以设计水位下单宽流量取q=90m3/(s.m)，校核洪水位下取q校 =110m3/(s.m)。(2)孔口尺寸 当采用开敞式溢流时，设计洪水下泄流量=18276 m3/s，校核洪水下泄流量校=24527 m3/s。即，确定溢流段净宽：L=Q/qL设=Q/q=18276/90=203.07L校=Q/q=24527/110=222.97取上面数字中较大的222.97m为溢流段净宽，孔口宽度取15m。则溢流段分段数为：222.97/15=14.86。取整数为15段，即，溢流段总宽度为

40、15*15=225m。3.3.3 堰顶高程堰顶水头H0由开敞式溢流堰泄流能力计算公式反算得出。Q=CmSL（2g）1/2H03/2 即: H0 = Q/ CmSL（2g）1/22/3=18276/1*0.494*0.9*1.0*222.97*（2*9.8）1/22/3=12.01m (注:上游溢流坝面设为铅直，则C=1.0；取0.9；S取1.0。先假定P/D01.33,H0/HD=0.9查表的流量系数=0.494)所以，堰顶高程H=H设-H0=153.7-12.01=141.7m 上游堰顶高程P=H-河床底高程=141.7-68=73.7m3.3.4、闸门尺寸的设计 包括闸门形式选择，工作桥、

41、交通桥的布置及闸墩的形式、长度、高度、厚度等尺寸的拟定。3.3.4.1 设置工作闸门和检修闸门工作闸门设在溢流堰的顶部，为了使溢流面水流平顺，将闸门设在堰顶稍下游一些。检修闸门和工作闸门之间应留有2米的净距，以便进行检修。全部溢流孔通常备有12个检修闸门，交替使用。考虑闸孔较宽，工作闸门选为为弧形闸门，其主要优点是启门力小，闸墩较薄，且无门槽。水流平顺，局门开启时水流条件较好；缺点是闸墩较长，且受力条件差。检修闸门采用平面闸门。启闭机选用固定式启闭机，固定在工作桥上。3.3.4.2 闸墩和工作桥闸墩的作用是将溢流坝前缘分隔为若干个孔口，并承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁和启闭设备的支撑结构。

42、为了使水流平顺，减小孔口水流的侧收缩，闸墩上游端常采用半圆形，下游端逐渐收缩，形成流线型，以使水流平顺扩散。考虑到分缝，闸墩厚度为3.26m。由于闸墩较薄，为避免产生拉应力，需要配置受力钢筋和构造钢筋，由闸墩结构计算确定。考虑到满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求，闸墩的长度为3.3米，高度上游交通桥顶部高程确定为157.24 m，下游工作桥高程为164.84m。工作桥采用钢筋混凝土结构。工作桥的平面布置满足启闭机械的安装和运行条件的要求。溢流坝两侧设边墩，也称边墙或导水墙，一方面起闸墩的作用，同时也起分隔溢流段和非溢流段的作用。3.3.5 溢流面设计溢流面曲线有顶部曲线段、中间直线段

43、和下部反弧段三部分组成。设计要求是：有较高的流量系数；水流平顺，不产生空蚀。为减少顶部曲线段的形状对泄流能力和流态的影响，坝顶溢流式孔口采用WES曲线。3.3.5.1 溢流面顶部曲线可采用WES曲线曲线的具体形式见图（2-2）。其中的Hd为定形设计水头，按堰顶最大作用水头Hmah的75%95%计算。Hmah为校核流量下的堰上水头，即:Hmah= H校-H堰顶=156.3-141.7=14.6 m由于H0/HD=0.9，得出 HD=H0/0.9=12.01/0.9=13.344堰顶WES曲线相关数据计算如下表：距堰顶O点X值距堰顶O点Y值或R值X1=-0.175Hd=-2.335m R1=0.5

44、Hd=6.672mX1=-0.276Hd=-3.683mR2=0.2Hd=2.669mX1=-0.282Hd=-3.763mR3=0.04Hd=0.533mX1=1m Y=0.055mX1=2mY=0.2mX1=3mY=0.422m堰顶下游曲线按公式X1.85=2.0 Hd0.85y 计算各点坐标堰顶WES曲线坐标表堰顶左侧X-2.335-3.683-3.763R6.6722.6690.533堰顶右侧X1234567891011Y0.0550.20.4220.7181.0851.5212.0232.5893.223.9134.6673.3.5.2 下游反弧段曲线下游反弧段的反弧半径R=(41O

45、)h，h为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深。R太小，水流转向不够平顺，过大又使向下游延伸太长，增加工程量。当反弧段流速V 16 m/s时，可取下限，流速越大，反弧半径也宜选用较大值。消能工采用挑流消能，鼻坎顶高程高出下游最高水位H=2.15m ,按照校核水位洪水期的允许下泄流量，由设计指导书查得下游最高水位为99.10m,故取鼻坎顶高程为101.25m，鼻坎底高程与溢流坝底高程相同即68.00m。溢流坝下游反弧段的作用是使溢流坝面下泄的水流平顺地与下游消能设施相衔接，取反弧半径R=16m（下节有计算公式）。3.3.5.3 中间直线段设计中间的直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度一般与

46、非溢流坝段的下游坡相同，即 1:0.7。第四节 水力计算水力计算的内容包括堰顶过流量计算、下游消能水力计算等。根据本工程的实际情况，建议采用挑流消能方式。挑流消能设计的内容包括选择合适的鼻坎形式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角度，计算各种泄量时的挑射距离和最大冲坑的深度。3.4.1 堰顶过流根据溢流坝孔口尺寸可以得出：溢流坝段总宽度为225m，设计洪水泄流量Q设=18276m3/s C=1.0；取0.9；S取1.0，m=0.494, H0设=12.01m；校核洪水泄流量Q =24527m3/s C=1.0；取0.9；S取1.0，=0.507, H0设=14.6m；堰顶过流量计算公式见水工建筑物教材

47、中的开敞式溢流堰泄流能力计算公式。设计洪水位高程153.7m,堰顶高成为141.70 m时：Q = CmSL（2g）1/2H0设3/2 =1.0*0.9*1.0*0.494*225*（2*9.8）1/2*12.013/2 =18432m3/sQ设（18276m3/s） 校核洪水位高程156.30m,堰顶高成为141.70 m时：Q = CmSL（2g）1/2H0校3/2 =1.0*0.9*1.0*0.507*225*（2*9.8）1/2*14.63/2 =25357m3/sQ校（24527m3/s） 3.4.2 消能工的形式选择设计原则：尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部的紊动中，以及水

48、流与空气的摩擦上；不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷；下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行；结构简单，工作可靠；工程量小，经济。根据地形、地质、枢纽布置、水头、泄量、运行条件、消能防冲要求、下游水深及其变幅等条件进行技术经济比较，选择消能工的形式为挑流式消能。3.4.2.1 挑流消能鼻坎顶高程：高出下游最高水位h=2.15m；按照校核洪水期的允许下泄流量，由设计指导书查得下游最高水位为99.10m,故取鼻坎顶高程为101.25m；鼻坎底高程与溢流坝底高程相同，即68.00m。 下游反弧段的反弧半径R=(41O)h，h为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深。由于流速V 较大

49、，经分析，反弧半径R也宜选用较大值，即：R=（41O）h=8.621.5m，为使溢流坝面下泄的水流平顺地与下游消能设施相衔接，本设计取16m。挑射角=15° 35°取=35°3.4.2.2 最大冲坑深度最大冲坑深度：T=kq0.5H0.25- t式中：k冲刷系数，因I83线覆盖层为沙石层，由表2-25查得k=1.1；q单宽流量，由堰顶过流知最大流量，Q =25357m3/sq= Q/ L=25357/225=112.7 m3/（s.m）H上下游水位差，H= H校-H校尾=156.3-99.1=57.2 mt上下游水深，t=99.1-84.1=15 m故：T=kq0

50、.5H0.25-t= 1.1*112.70.557.20.25-15=17.113.4.2.3 水舌挑射距离水舌挑射距离按照如下计算： LLL其中 L=1/g12sincos+1 cos+ 12sin2+2g(h1+ h2)1/2L=Ttan式中： L冲坑最深点到坝下游垂直面的水平距离，m；L坝下游垂直面到水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离，m；L水舌外缘与河床面交点到冲坑最深点的水平距离，m；1坎顶水面流速，m/s。按照鼻坎出平均流速的1.1倍计算，即：H0=156.3-101.25=55.05m1=1.1=1.1（2gH0）1/2=1.1*0.95*（2*9.8*55.05）1/

51、2=34.32m/s 挑射角；h1坎顶垂直方向的水深，m。h1= h/ cos=2.15/cos35°=2.62mh坎顶水深，h2坎顶至河床面高差，河床面高程为84.1m，h2=101.25-84.1=17.15 m堰面流速系数，可以取0.91.0；经查水力学7-17表，取=0.95T最大冲坑深度，m，由下面（2）项知T =17.11 m水舌外缘与下游水面的夹角，取=40°L=1/9.834.322*sin35°*cos35°+34.32 cos35°+ 34.322sin235°+2*9.8(2.62+ 17.15)1/2=62.1

52、8m L=Ttan=17.11*tan40°=14.36m最大挑射距离：LLL=61.28+14.36=76.54第四章 坝体结构设计与计算第一节 荷载作用及其组合4.1.1 作用在挡水坝上的荷载有：基本组合1：兴利水位的静水压力，扬压力，浪压力，自重，泥沙压力。基本组合2：设计洪水位时静水压力，扬压力，浪压力，自重,泥沙压力。特殊组合1：校核洪水位时静水压力，扬压力，浪压力，自重,泥沙压力。特殊组合2：兴利水位的水压力，扬压力，浪压力，自重，泥沙压力和地震惯性力，地震动水压力和动土压力等。基本组合1、基本组合2、特殊组合1中荷载相同，只计算最高水位时进行验算，即计算特殊组合1和特殊

53、组合2。4.1.1.1 特殊组合1校核洪水位156.3 m，下游取校核尾水位99.1 m，坝基高程取最低处75.0 m，取1m宽坝段进行计算，见下图。1、自重W1=10×83.5×24=20040kNW2=1/2×52.56×65.7×24=41438kNW3=1/2×20×4×24=960kN2、水压力上游水平水压力：P1=1/2×10×81.32=33048kN下游水平水压力：P2=1/2×10×24.12=2904kN上游垂直水压力：Q1=4×61.3

54、5;10=2448kNQ2=1/2×4×20×10=400 kN下游垂直水压力：Q4=1/2×19.28×24.1×10=2323kN3、扬压力坝基设帷幕灌浆和排水孔，帷幕灌浆和排水孔中心线距上游坝坡分别为2.0 m和5.0m，排水处扬压力折减系数为=0.3。U1=24.1×66.56×10=16041kNU2=1/2×24.36×61.56×10=7498kNU3=1/2×(81.2+24.36)×5×10=2639kN4、浪压力水库校核洪水位为156.

55、30m，设计洪水位为153.70m，多年平均最大风速为V=23.7m/s，水库吹程为D=3km。各波浪要素计算如下：因V=23.7m/s，20 <V <26.5m/s，采用鹤地水库公式计算浪高：2 hl= 0.00625···/g= 0.00625···/9.81=1.88m2 Ll= 0.0386··/g= 0.0386··/9.81=6.41mhz0.61 hl= 0.57m；坝前水深H1=81.3因gD/V2=52， 故h1%=1.88×1.24= 2.33m；又因为正常高水位情况下，半个波长Ll=3.2 m；H1>Ll,则浪压力按深水波计算：P1=0 Ll=1.0××3.2=4.29 kN5、泥沙压力水平泥沙压力：P m 1 =TLan2(45°/2)=TLan2(45°12°/2)=1507kN垂直泥沙压力：P m 2=1/2×(22.6+2.6)×4&#