混凝土重力坝设计论文

前言关键词：重力坝剖面稳定性应力细节结构地基处理本设计为南家口水利枢纽工程，坝型为混凝土重力坝。坝轴线的选择及工程布置见图1，SG-01的夹口水库平面图。整个重力坝分为53个坝段，主要包括防溢挡水坝段、溢流面孔坝段、溢流底孔坝段和电站厂房坝段。其中，非溢流挡坝断面较宽15米，分布于坝体两端；厂房坝段较宽16米，布置在靠近右岸的主河床上，安装3台；底孔坝段较宽22米，布置在厂房坝段左侧的主河床；溢流坝段各段较宽18挡土坝段最大段底高程为128米，坝顶高程为228米，防波墙高1.2米，最大坝高为101.2m。坝顶较宽12米，最佳断面上游坝坡坡度比为1：0.2，上游断坡高程181米为1：0.7，下游坝坡坡度比为1：0.7溢流坝断面最大断面底部标高为126米堰顶标高210米。溢流堰采用WES曲线设计，直线段坡比为1：0.7，取反弧段半径，取25.0米鼻梁高程，取159米上游坝坡坡比。为1:0.2，断点高程为181米，上游坝面与WES面之间用该轮毂溢流堰采用挑流消能方式，挑角为250。止水带的形式是中间的两个铜填充的沥青井。坝基防渗处理（以上堵下排水为主）、上游帷幕灌浆（两道）、下游侧排水管。以防溢流挡坝断面为选定断面进行计算，进行抗滑稳定性分析和应力分析，采用抗剪抗力计算方法和材料力学方法计算计算方法。应力，设计断面合理可行。这种设计只是结构设计的一部分，考虑的比较简单。所用的基础资料一般以书本为主，难免与实际情况有所出入。欢迎广大读者批评指正。目录第1部分设计手册第一章嘉口混凝土重力坝工程基本情况………………21.枢纽和项目目的概述..........................22.基本设计信息（见附件一）……3附录二水城水库规划及建筑特色指标...................................12第2章坝轴线比较、坝型选择及枢纽布置方案……14第一节大坝轴线的选择…………………14第二节大坝选型……………………17第三节枢纽布局图.............................20第三章大坝工程设计…………26第1节挡土坝断面设计…………26第二节挡水坝断面设计………………28第三节溢流坝剖面图…………33第4节挡土坝的稳定性计算.........................43第四章详细结构设计……………………56第1节坝顶结构…………56第2节，接缝止水………………56第3节，混凝土标签司………………58第4节.排水.........................60第5节.走廊系统...........................61第5章基础处理..............................63第一节，清集发掘……………………63第2节防渗措施............................64第3节断层断裂带的处理......................66第4节弱夹层的处理…………67计算书第二部分表1设计水位作用情况设计值计算表…………69表2负荷计算表（设计水位）………………70表3水位作用情况校核设计值计算表……………………71表4荷载计算表（查洪水位）…………72第一部分嘉口混凝土重力坝工程基本情况一、枢纽概况及项目目的：家口水库位于省、市、市交界处，坝址位于黔西县萨河桥上游十公里的羊岔子村滦河干流上。控制流域面积3.37万平方公里，总库容25.5亿立方米。水库枢纽由主坝、电站和底孔组成。并考虑到防汛，要求：尽可能使项目提前受益，尽快完成。根据水库工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽为一级工程，主坝为一级建筑，其他建筑为二级建筑。2.基本设计信息（见附录1）：设计任务及基本要求：(一)设计任务：1、根据地质地形条件和枢纽建筑功能选择坝线和坝型，初步分析确定枢纽布局方案对比。绘制枢轴平面图和下游立面图。2、进行溢流坝断面设计，包括：断面起草、水力计算和稳定应力分析等，并绘制设计图纸。（采用可靠性理论方法，编程计算）3、进行防溢流坝断面设计，包括：挡坝断面的绘制、稳定应力分析等，绘制设计图。（采用可靠性理论方法，编程计算）4、进行详细的结构设计和基础处理设计，包括：混凝土标注、隔断、接缝、止水、型材、排水、开挖、清理、灌浆、断层处理等，并绘制相关设计图纸。5、设计图要求结构合理，工艺精湛，表达完整清晰，符合国标规定，体现CAD制图能力。（二）入选内容：根据设计者完成设计任务的具体情况，可选择作为导墙、型材、门墩、工作桥等结构设计内容，包括：结构计算、钢筋计算和绘制设计图纸。根据基本设计数据，确定导流设计标准和时间段，比较导流方案。通过论证计算，选定施工导流方案。编制可控的总体施工进度计划，绘制施工导流方案图。（三）基本要求：1、设计者必须发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务，在设计中遵循技术规范，尽量借鉴国外先进技术和经验。2、设计师在处理设计、计算、制图等方面应具有认真细致的工作作风，使设计成果更上一层楼。3、设计者必须充分注意并熟悉原材料，明确设计任务，并在规定时间内顺利完成规定的设计内容。结果包括：设计说明、计算书一份、设计图纸4。附录一家口水库混凝土重力坝分级设计基本资料1、水文分析：1、年径流量：滦河水源充足。家口水文站年均径流量24.5亿立方米，占全流域的53%。全年分布很不均匀，主要集中在汛期的七八月份。雨年占全年的50-60%，旱年占30-40%，年际变化也很大。2、洪水：多发生在7月下旬至8月上旬。它们具有峰高和体积快速波动的特点。据调查，在过去的100年里，发生了六次大洪水。其中最大的一次是1883年，根据洪水标记估算的洪峰流量约为24400—27400m3/s。1962年45年实测资料中最大洪峰流量发生在1962年18800m3。洪峰持续时间约三天，通过频率分析得到：几个重现期对应的洪峰流量值（见下表1和表表一项目千年一遇的洪水流动百万分之一的洪水流动一千年的三天海量万年三天海量指数40400m359200m326.1亿立方米45.4亿立方米表二回收期（年）102050100峰值流量(m3/s)7520117001780022800三日洪水（亿m3）8.0611.416.019.7旱季洪水水文表3期间：9月1日至次年6月30日日期月、日、小时流量m3/s日期月、日、小时流量m3/s日期月、日、小时流量m3/s6.16.2656.17.24906.18.244047248804430672610106420879877284001079107301039012861269012380141231466014360161231661016350181301856018330201372052020310二十二188二十二490二十二300242312445024280表4设计洪水水位线表流量：m3/sec回报期（年）日期1020501007.25.2871201952215110180300340825437857666311604117012901460141504183019002290171860263037504510203790537076509200235210735010450126007.26.260008150116001400056800883012000152008723011400162001960011722011700178002280014734010400148001780017543077001100013200表4续表设计洪水水文表流量：m3/sec退货期日期1020501907.26.2037805350762091602328604040576069407.27.2210029604220503051670236033604050814402080291035001113001840262031501422701700235028401712501680220026002011001600205025002310501580183021007.28.21000145017002050595013501600188089001150155018501187011001500180014850104514501700178201000140016703、泥沙：该盆地泥沙颗粒较粗，粒径中等0.0375mm。全年的泥沙大部分来自汛期的七八月份。主要产于一个或几个洪峰，年际变化较大。据测算，多年平均悬沙输移量为1825万吨多年平均含沙量7.45kg/m3。缺乏床上用品的观察数据。可计入前者的10%，这样入库的沙子总量为2010万吨。淤泥的容重为0.9t/m3，摩擦角为2.天气：库区10℃年平均气温100%左右，1月份最低月平均气温在零以下6.8℃，绝对最低气温在21.7℃零以下39℃（1969年表5.多年平均温度和水温。单位：℃月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该流域无霜期短（90-180天），冰冻期长（120-200天）。嘉口站附近的河流一般在12月结冰，次年3月初解冻。冰冻期约70-100天，冰层厚度为0.4—，0.6米支撑1米。冬季流域盛行偏北风，风速可达七八级，有时更大。春秋两季风向变化很大。夏季多为东南风。年平均最大风速为21.流域年平均降雨量约400-700mm，年平均降雨天数及降水量见表6：月123456789101112降低水天空数字月平均1.72.53.64.66.711.015.512.67.147.32.61.1最长天数59981117二十一20141154最少天数000111451000降低水数量毫仪表月平均1.45.68.225.739.089.1277.3215.268.830.19.22.0最大4.833.524.274.291.3217.8548.5462.8181.976.1134.611.4最低限度0000.912.520.0101.194.21.7000表6多年平均月降水日数及降水规模单位：毫米3.工程地质：1、库区地质情况：甲口水库及库区属中高山区。大部分河谷是峡谷。只有西城峪到北台子的范围比较广。岸边和渗水问题。2.坝址地质：（1）地貌：坝址位于羊扎子村南部，300m属低谷丘陵区。两侧相对高度差不大。河谷开阔，宽度600m在上下两公里左右137m。旱季河床较宽100m，两岸地势因河流横向侵蚀而不对称。右岸坡度较陡约60°，左岸坡度较缓约20°。除了河床的泛滥平原，140m左岸还有三个梯田160m。三层梯田与山顶的缓坡相连。砾石和卵石冲积层，覆盖层厚度为7-。12m(2)岩性：坝区岩性主要为太古代拉马古片麻岩，其次为第四系松散沉积。对比不同时期的侵入堤，坝区周边片麻岩根据其岩性变化情况可分为六层，其中一、四、六层岩性较好，而一、六层岩性较好。由于地形限制，图层非常大。第四大岩层（ArI4）是闪石斜长片麻岩。具有粗粒至中细粒的纤维状花岗岩变质结构，主要矿物为斜长石、石英、闪石。工程地质条件好，总厚度185m约。3、构造：坝址虽然断层裂隙较多，但大多规模较小，对工程影响不大。其中F2、F5、F11、f26、f27和f28断层对坝体有一定影响。上述故障的特点如下表（表7）所示。其所在部分见结构分析图。表7各故障特征编号向倾向于倾角宽度(米)自然对建筑物的影响F2_85°东北—275°西北南70—80°2.5—12.5___按下并扭转关于200米F5_东北20度东南30度1—8.0捻位于溢流坝段，从上游到下游斜贯2-3个坝段，降低岩层的机械强度。影响完整性和均匀性。F11_东北10度东南75度1.5—2.5捻F11和F26彼此靠近并相交。它们位于溢流坝上，向两个坝段倾斜。26_东北16度东南75度0.3—1.2捻27_西北320度东北80度0.3—0.6捻f27和f28也比较接近。有1号岩堤与坝体呈53度角相交120米28_西北320度东北75度1.3捻4、水文地质：坝基的透水性一般不大，但不均匀，主要决定了裂缝的发育程度和性质。在平面上，一级阶地基岩的透水性大于其他地貌单元。从垂直方向看，-标高单位吸水率小于0.01升/分钟的屋面透水层105m厚度为83m40-50m。如果去掉开挖部分，厚度会变薄。两岸透水层应以天然地下水位为下限，一般大于50m，详见地质剖面。5、岩石物理力学性质：岩石容重为2.68-2.70t/m3，饱和抗压强度、弱风化和微分化岩石均在650kg/cm2以上，部分可达1100kg/cm2，摩擦混凝土与岩石之间的系数在微分异和弱风化的下部，f=1.10和c=7.5kg/cm2是优选的。6、地震：库区附近的历史地震活动较为频繁，近年来已不常见。弱地震继续发生。其中，1936年和1976年发生了两次6度左右的地震。1977年6月，国家地震局地震地质大队确定了该地区的地震问题。水库基本强度为7度。考虑到枢纽的重要性，8度用于拦河坝的设防强度，以及水库触发地震的可能性。4、当地建材：坝址附近主要有7个砂石采石场，储量足以建坝。各采石场的物理性能和试验指标基本满足技术要求，可作为大坝混凝土骨料使用。并且没有大量的粘性土和砂壤土材料，可作为围堰的防渗材料。5、交通情况：对外交通在右岸，公路和铁路距离坝址较近。稍加改造或扩建即可直接通向坝址，对坝顶无重要交通要求。6、水库水位、库容与淤积期的关系曲线如下表所示：（表8）表8水库水位与库容关系曲线及沉降期水库液位(米)自然存储容量（亿立方米）增量法万氏法沉降年限十年20年五十年五十年136.000000150.00.310.210.1000160.01.030.870.650.190170.02.362.131.861.030180.04.464.163.852.710.04190.07.407.016.535.001.23200.011.2510.639.837.764.23210.016.0916.0614.0111.078.94220.022.0020.5019.2015.4014.83230.029.1927.6526.2822.1022.02坝前淤积海拔（米）141.2144.0153.8177.57.好处：水库建成后，将与大黑亭、邱庄、斗河等下游水库配套使用，并承担多年整治。保障率P=75%时，可调节水量20.05亿立方米，计划年供应工业和城市生活用水7可灌溉农田10万余亩，电站3座遇旱装机，总容量18万千瓦，年均发电3.45亿千瓦时。表九家口水库水位-库容关系表水位(米)容量（亿立方米）水位(米)容量（亿立方米）水位(米)容量（亿立方米）136.00164.01.50192.08.10139.00.01166.01.78194.08.90141.20.03168.02.10195.09.20143.00.07170.02.36200.011.25145.00.11172.02.75210.016.09147.00.19174.03.20220.022.00148.00.22176.03.60150.00.31178.04.00152.00.42180.04.46154.00.55182.05.00156.00.70184.05.65158.00.85186.06.20160.01.03138.06.90162.01.20190.07.408、淹没损失：库区淹没包围圈包括全省两区4县（兴隆、宽城、黔西），11个公社41个大队，移民2.07万人，淹没土地3.34万亩，房屋及道路1.91万户25km。注：移民安置标准：经领导审核，决定清河塘以下水库段（约坝线附近40km）按正常高水位加风浪浸没方式淹没2m。50年一次的回水线作为移民安置线，5年一次洪水的回水线作为征地线。9、本项目由水电部工程局承建，机械化程度高。根据区域内气温、降雨等自然条件，施工天数见表10。表10全年有效施工天数统计季节项目Ⅰ二ⅢⅣ全部的月亮123456789101112混凝土浇筑8111927272420二十一25262815251填土0013252420131723252710197其他的项目20二十二2427272420二十一2626282528910、工期：根据施工组织设计，项目总工期为8年。十一、其他：施工期间，下游无供水需求，无需考虑通航、过木问题。附录二水库规划建设特色指标项目单元指数评论水少量检查洪水位仪表227.2设计洪水位仪表224.7p=0.01%正常水位仪表224.7p=0.1%汛期水位限制仪表216.0死水位（发电）仪表180.0检查洪水位和尾水位仪表156.8设计洪水尾水位仪表152.0正常尾水位仪表138.4图书馆内容总存储容量亿立方米25.5包括十年的淤积蓄洪能力亿立方米7.4欣李久荣亿立方米19.5共享存储容量亿立方米5.6死存储容量亿立方米4.2包括十年的淤积坝型混凝土重力坝坝顶标高仪表228.0最大坝高仪表103.0坝顶长度仪表1024.0坝顶溢流孔数洞19堰顶标高仪表210.0每个孔的净宽仪表15.0工作浇口尺寸MXM15×15弧形钢门提升机（2×70吨）塔19固定绞盘设计泄洪能力立方米/秒32300检查水位泄漏42900排水限制275003项目单元指数评论发泄水洞入口底部标高仪表160.0底孔数洞4工作门分辨率尺寸（宽x高）MXM5×7弧形钢门提升塔4设计水位排放能力立方米/秒4340检查水位和排水能力立方米/秒4430电站立带领水管子路引水管道进口底标高仪表170.0三根水管线长仪表121.0管径仪表5.0最大引水流量立方米/秒104每个渡槽工作门风扇-mxm3-5×7扁钢大门工作门葫芦塔3240×70吨液压平面检修门MXM5×8.5分享一个粉丝检修门提升机塔1400/25吨门式起重机电站立主厂房尺寸（长×宽×高）mxmxm72×19.1×39。单位间距仪表16水轮发电机组塔3安装容量百万瓦3×6=18涡轮机型号HL702-LJ-330额定输出百万瓦6.18发电机型号TS-750/190-36__额定输出百万瓦6.0主压机型号SSPL-80000/220电源线电压千伏220共3个※遇千年一遇洪水，水库最大流量和区间内同频洪水将超过大黑亭水库设计洪水。为此，应控制排放流量不超过27,500m3/s，以满足大供暖水库的设计标准。第2章坝轴线比较、坝型选择及枢纽布置方案坝址、坝型选择和枢纽布置是水利工程设计的重要方面，三者相互关联。在选择坝址/坝型和枢纽布置时，不仅要研究枢纽附近的自然条件，还要考虑枢纽的建设条件、运行条件、综合效益、投资指标和远期规划。被考虑。在所有阶段都是一个非常重要的问题。不同的坝址适合不同的坝型和枢纽布置，所以在选择坝址和坝型时，应同时做好枢纽布置。根据不同坝址，制定不同坝型的各种枢纽布置方案，并进行技术经济比较。最后选择理想的坝轴线位置和相应的坝型和枢轴布置。坝轴线第一段的选择坝址和轴线的选择是综合考虑地形、地质、河流走向等条件。在地形方面，坝址一般选择在狭窄的河谷，以节省工程量；但对于具体的枢纽，必须从各个方面综合考虑：排洪和发电建筑的布置是否方便，施工导流是否方便，技术可行性、经济合理性等综合措施。坝址地质条件是水利工程设计的重要依据之一，对坝型的选择和工程的布置具有决定性的作用。坝址的最佳地质条件是岩基强度高、透水率低、不易风化、无结构缺陷。但理想的天然地基很少，因此坝址的选择应根据实际情况，根据不同情况采用不同的地基处理方法，以满足工程的需要。也可以选择不同的坝型或转动坝轴以适应地质条件。同时考虑两岸地质因素，使库区和两岸边坡有足够的稳定性，防止蓄水造成滑坡。就河流情况而言，坝址应选择在河流直线段，避开坝址上下游河流附近的急湾是最不利的；两岸沟壑较远；水库周围不应有难以处理的缝隙。通过对夹口水库坝址区基本地质地貌的研究分析，确定合理的坝轴线选择必须满足以下四个原则：1、坝基全部位于第四大岩层上根据甲口水库基础地质资料，坝区岩性主要为太古代拉马沟片麻岩，其次为第四系松散沉积。物性变化可分为六层，其中一、四、六层岩性较好，但一、六层受地形限制非常大，第四大岩层（ARL4）为角闪光。斜长片麻岩具有粗粒至中细粒的纤维状花岗岩变质结构。主要矿物有斜长石、石英和闪石。该层岩体厚而块状，质地均匀，岩性坚硬。耐候性强，解理裂痕少，小型工程透水性好。总厚度185m约100%，其特性满足大坝施工要求。因此，坝基建在第四大岩层上，有利于坝体的稳定。2.左岸与第三大岩层保持一定距离从《坝址河谷断面分析图》可以看出，第四大岩层由右岸向左岸逐渐北移，宽度略有变窄。毗邻第三大岩层。从地质资料可以看出，第三大岩层比较薄弱，不适合建坝，所以需要将大坝轴线偏移，与第三大岩层保持一定距离.根据地质剖面资料分析，坝体轴线在左岸时向上游移动，避开了弱第三大岩层，为今后坝体的稳定运行奠定了坚实的基础。3.避免大故障F2从坝址河谷段结构分析图可以看出，虽然坝址断层裂隙较多，但大多规模较小，对工程影响不大。其中F2断层最大。走向为东北85°至西北275°，南倾，倾角70～80°，宽2.5°-12.5m。是压扭断层。断面长度200m接近上游坝跟，对基础岩石的力学强度和坝基的完整性和均匀性都有影响。因此，坝轴线应避开F2断层并保持一定距离。4.避开右岸不稳定的岩体从坝址河谷段结构分析图可以看出，右岸F2断层上方有一个由ALI5和Qpl组成的不稳定岩体，库区附近的历史地震活动相对较多。经常。因此，大坝轴线需要避开右岸陡岸上的局部不稳定岩体，在右岸向上游弯曲，有利于今后大坝的安全。综上所述：为满足坝基位于第四大岩层的要求，左岸应与第三大岩层保持一定距离，右岸应避开不稳定岩体，上游坝脚应避开河床处的F2断层。基本原则。另外，为了避开F2断层，左岸向下游移动避开F2断层，而右岸下游多为破碎带，因此向上游移动，造成坝体轴线倾斜偏离两岸的山丘。折叠，右岸（西）需要做一个圆弧，避免岩体不稳定，延伸到山顶，左岸（东）折叠延伸到山顶；因此，水流方向与坝轴线倾斜，虽然会产生水平水流，对坝体和岸坡有影响，但蓄水后库容大，使坝前水流速度几乎为零，受侧向水流影响小，坝轴线的选择合理可行。根据地质构造图，坝轴线有以下要求：1、坝基应全部位于第四大岩层（Ar14）。第四大岩层是闪石、石英和闪石。岩体厚而块状，质地均匀，岩性坚硬。抗风化能力强，工程地质条件好，总厚度约185米，适合大坝建设。2、坝线应避开大节理和断层，并保持一定距离。根据坝址河谷断面构造分析图，河谷上游有一个大断层断裂带F2，从东北850度向西北2750度延伸。南面倾角70-800，宽度2.5-12.5m。它是一种压扭断层，影响基础岩石的力学强度和坝基的完整性和均匀性。应避开坝体，坝轴可顺流移动。3、河岸右岸有不稳定岩体，应避免坝线布置，以保证右坝坝肩的稳定，应将右岸坝线向上游移动。4、河谷左岸有第三大岩层。其岩性较弱，应避让，左岸坝线宜上移。5、由于以上条件，坝线若采用直线，将无法通过两侧的丘陵。为满足挡水要求，工程量大，材料量大。弧线与两岸山丘相连，即左岸向下游弯曲，右岸向上游向山弯曲。结论：可以看出，给定的坝轴线满足上述要求，坝轴线的选择是合理的。第二节坝型选择一、概述坝型的选择应根据当地地质地形条件、施工条件、建筑材料、综合效益、泄洪能力、抗震能力等。对于符合工程要求且较为经济的坝型，经济比较只需对坝体混凝土体积和三种材料用量进行粗略计算比较即可。以下是各种坝型的对比分析。2.坝型选择方案(1)土石坝土石坝又称土石坝，是最古老的坝型。土石坝主要分为：均质坝、芯（斜）墙坝和土石混合（堆石坝）坝。一、土石坝的优势（1）材料就近就近取材，大量节省水泥、木材、钢材，减少工地对外运输量，几乎可以用任何土石料筑坝。(2)能适应各种地形、地质、气候条件。任何不良的坝址基础经处理后均可建造。（3）大容量、多功能、高效工程机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了建设成本，促进了高土石坝的发展。(4)由于岩土力学理论、试验方法和计算技术的发展，提高了大坝分析计算水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全性和可靠性。（5）土石坝适应地基变形，施工方便，我国大坝建设经验丰富。与混凝土坝相比，土石坝的造价是混凝土坝的1/10，工程量是混凝土坝的4倍。2.缺点根据家口水库的基本资料，坝址附近有7个大型砂石采石场，储量足以建坝。材料使用。在材料方面，可以建造土石坝。但土石坝有其自身的特点，即坝体不能通水，泄水结构需要设置单独的溢洪道。从该枢纽的基本资料可知，两岸均为高山，峰峦叠嶂，无崖口，无适宜地势布置溢洪道。因此，从这方面来说，不宜建土石坝。由于坝址附近没有大量粘性土和砂壤土，只能供应围堰防渗材料。无法满足土石坝所需的大量粘性土和砂壤土。因此，从这方面考虑，建设土石坝的条件是不充分的。鉴于上述优缺点，本设计不采用土石坝，而是采用混凝土坝。(2)混凝土坝如果选择混凝土坝，则应考虑拱坝、扶壁坝或重力坝。一、拱坝的优缺点优点：拱坝为高阶超净定空间整体结构，坝体稳定主要靠拱两侧山体的反作用力维持，不完全靠坝体自重.由于拱是一种主要承受轴压的推力结构，拱弯矩较小，受力分布比较均匀，有利于发挥材料的强度，从而可以减小坝体厚度可节省工程量。拱坝的体积比同高度的重力坝可节省1/3～2/3左右。从经济角度看，拱坝是一种非常优越的坝型。而较好的超载能力可达设计载荷的5～11倍，抗震能力强。河谷820米高度以水库坝轴线工程地质剖面测量，高度87米L/H>4.5。河道宽浅，不宜建拱坝；拱坝不宜施工。要求坝肩岩体坚固完整，但从坝址河谷断面结构分析图可以发现，河谷左岸存在综上所述，该坝址不宜建混凝土拱坝。2、扶壁坝的优缺点优势：对于扶壁坝，自重轻，坝体工程体积小。其中，多拱坝和平板坝可节约工程量10%～60%；扶壁的厚度可根据受力情况进行调整，充分利用砌体材料的抗压强度。力量;节省大坝基础开挖固结注浆工作量，可加快施工速度；由于坝体较薄，施工散热条件较好。缺点：扶壁本身很薄，横向刚度低于纵向刚度。在垂直水力流动方向发生地震时，抗震能力明显低于重力坝；支墩受力较大，基础要求高于重力坝；施工时坝体对温度变化比较敏感，容易产生裂缝；模板复杂、用量大，混凝土标注要求高，单面混凝土配筋量大，施工难度大；资料显示，扶壁坝有一个致命的缺点，就是抗压能力差。库区附近地震活动历史较为频繁。1977年6月，国家地震局地震地质大队对该地区和地震问题进行了鉴定。水库的基本强度为7度。考虑到枢纽的重要性和水库引发地震的可能性，拦河坝的设防强度为8度。基于这种情况，不能就地选择支墩坝。综上所述，该坝址不宜建扶壁坝，宜采用重力坝型。3.重力坝重力坝体能通水，对地形地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，可大规模机械化施工，施工速度快，所以重力坝已为此集线器选择类型。重力坝又分为宽槽重力坝、空心重力坝和实心重力坝。需要对三种大坝类型进行比较才能得出结论：(1)宽缝重力坝的优缺点：宽缝重力坝，坝体设置宽缝后，坝基的渗水可以从宽缝中排出，降低渗流压力，但宽缝坝增加了模板量，垂直模板也比较复杂，分阶段导流不方便，有资料显示，当地无霜期短（90~180天），冻结期长（120~200天），保温措施宽缝坝需要采取，工程造价大大增加，不能进行大型机械化施工。缝重力坝。（2）空腹重力坝的优缺点：与实心坝相比，空坝具有以下优点：1）由于底板设置在空腹下部，减少了坝底面的抬升压力，可节省坝体混凝土体积20%左右；2）减少坝基开挖量；3）坝体前后支腿嵌入岩体中，有利于坝体的抗滑和稳定；4）前后腿受力分布均匀，坝跟压应力大；5）便于混凝土散热；6）坝体施工中不得设置纵缝；7）易于监控和维护；8）水电站厂房可空腹布置。缺点是：1）施工复杂；2）钢筋用量大；3）水电站厂房空腹布置，施工扰动较大。基于以上缺点，将难以进行大型机械化施工，无法实现机械化程度高的快速施工。这种坝型的选择既不经济也不合理。因此，不宜建空重力坝。(3)结论固体重力坝由于结构简单、安全可靠、对地形和地质条件的适应性强，易于解决枢纽泄洪问题，便于施工导流，可大规模机械化施工。施工方便快捷，结构清晰。综合以上各坝型对比分析，本水库选用混凝土重力坝是合理的。第三节枢纽布局图首先根据枢纽的任务和要求确定枢纽建筑的组成，然后根据地质、地形条件制定二至三个枢纽布局图，并绘制草图，更合理的枢纽规划是通过定性分析确定的。水利工程布置的任务是合理确定工程中建筑物的相互位置。一、概述夹口水利枢纽工程的主要任务是调节水量，结合引水发电，兼顾防洪。包括溢流坝段、井底坝段、电站坝段和挡土坝段；挡水坝段位于河流两侧，溢流坝段位置与电站位置有关。枢纽及其相应的水工建筑物的功能，夹口水库枢纽的主要任务是调节水量，为城市和区域工农业城市人民提供生活用水，结合引水，吸收考虑防汛。由于干水量年分布很不均匀，汛期主要集中在七八月份，年际变化也很大，所以枢纽的设计要具备多年调整的能力，可调节雨年至旱年的水量。大坝建设和河流蓄水形成的水头，除供水外，还可用于建设电站。与引水发电相结合，可充分利用水头，提高工程效益。电站装机容量可达18万千瓦。还有与电站合作的开关站、尾水等建筑物。根据枢纽的功能要求，项目设有挡土坝段、电站坝段、底孔坝段、溢流坝段等建筑。枢纽布置应主要考虑：厂房段、底孔段、溢流坝段、挡土坝段的布置。2.枢纽的布局应遵循以下原则1、坝址、坝段等主体建筑物的形式选择和枢纽布置应便于施工，工期短，造价低。2、枢纽的布局应满足各建筑物的布局要求，各建筑物能协调无干扰地工作，保证在任何其他工况下都能正常工作，满足经营管理的要求的枢纽。3、在满足建筑物强度和稳定性的条件下，降低枢纽的总建设成本和年运营成本。4、枢纽内建筑物紧凑，应尽量将同工种的建筑物布置在一起，减少连接建筑物的数量。5.枢纽内的一些建筑尽可能早投入使用，可以提前实现效益（如早蓄水、早发电或灌溉）。6、轮毂的外观要与周围环境相协调，在可能的条件下要注意美观。三、各类建筑枢纽布局要求1.大坝截断水流，形成水库，布置在河岸两侧。通常沿直线布置，使坝轴线较短，坝体较小，有利于建筑物的受力状态，便于与相邻建筑物的连接。但有时受限于地质和地形条件，大坝轴线可以布置成折线，本项目就是这样。2.溢流坝溢流坝起泄洪作用，前缘应面向上游河流的主流方向，下游出口方向最好与主河道水流方向一致。溢流坝应设在坚硬、坚固的岩基上，以减少泄流对其建筑物的影响，解决下游消能和防冲刷问题。为了减少泄流对其他建筑物的影响，有时在溢流坝与这些建筑物之间设置导流墙。在本工程中，溢流坝的大小大致如下：从数据可以得出万年洪水的洪水流量为59200m2/s。假设单个宽度的排放流量为200m2/s，一个15m净宽约为的溢流孔300m，总共需要20个孔。泄洪时，若开底孔辅助泄洪，可不设溢流孔，需19个孔。中间和侧墩较厚3m3、泄洪底孔及坝段泄洪底孔的入口标高往往接近水库死水位，或接近河床，随时可以放水。其功能包括：预排库水，增加水库的蓄水量；排空水库以维护大坝；排沙，减少水库淤积；随时向下游放水以满足航运或灌溉要求；定期泄洪和防空。根据本工程基础资料，拟采用底孔泄洪作为二期导流渠道，现有工程孔口尺寸确定为5m宽×7m高。总共有四个孔。每两个孔为一个坝段，使用两个底孔。坝段中间的间隔墩较厚4m。因此，每个井底坝段宽度为2×5+3×4=22m，泄洪井底总宽度为24、电站厂房坝段水电站厂房坝段布置原则：要求水电站进水口水流平稳，无涡流和横流，尾水畅通；溢流坝与厂房平行布置时，应尽量将溢流坝布置在河道深沟内，以保证排水。光滑的;为减少泄流对发电和航运的不利影响，溢流坝与其他建筑物之间常设置导流墙；当河流含沙量大，坝前泥沙严重时，应采取清沙措施冲沙。厂房进水口附近常设孔或排砂孔，其标高应满足应用要求。坝后厂房应尽量靠近坝体，以减少引水管道的工程量和水头损失。沉淀导致尾水停滞，降低发电水头。厂房坝段与泄洪底孔段并排布置具有以下优点：（1）可以保证电站经常使用自来水，不会有泥沙淤积。(2)起闭设备可共用，节省投资。枢纽规划安装3台机组，每台机组断面宽度16m100米，电站厂房坝段总长为48m.该枢纽电站厂房及坝段选址是枢纽整体布局的关键。一是拟定两个方案进行比较，通过论证和比较，选出最优方案，做到技术先进可行、投资少、建设周期短、运行管理可靠。方便等4.枢纽布局方案对比基于以上考虑，初步制定以下两种方案：（一）方案一：电厂布置在右岸主河道内可减少基础开挖量，获得高水头。该区域主要用电用户在右岸方向，有利于就近输电，比较经济。但电站尾水位高，发电水头小，尾水有侧向流动，影响下游岸坡稳定性。由于当地河流泥沙量大，排放底孔靠近厂房，用于排沙和排水，避免泥沙淤积，降低电站效率。下游设置导水墙，其余为挡水坝段。（2）方案二：厂房布置在左岸，从左到右依次为底孔坝段、溢流坝段、挡土坝段。虽然溢流水流不会影响电站尾水，电站尾水流状态良好，但开挖量大，发电水头和装机容量可以得到保证，即不经济。因此，选项1更合理。（3）经济技术比较从经济角度看，该电站不宜采用引水式，因为引水式电站需另设隧道和引水管道，工程造价高，而大坝-背式电站可采用坝埋管引水，更经济。可靠近坝体，减少引水管道的工程量和水头损失。厂房多占据主河道，可减少开挖量，获得高水头，靠近岸边。排放底孔一般位于河床坝段。进口标高、尺寸、孔数和孔型应根据其主要用途进行选择。窄谷应与溢流坝段相结合，在宽谷中可将两者分开布置。非溢流坝段的排砂孔应尽量靠近动力进水口、船闸头等需要排砂的部位。应避免无压孔或压孔，但应避免有压流与无压流交替。近年来，未采用压力孔。底孔也应设置在主槽内，以满足除砂要求。在选择溢流坝的位置时，应考虑是为了泄洪。冰层排出时，水流可以顺畅地连接到下游，不会直接冲走大坝基础和其他建筑物的基础。它的流动状态和冲淤不会影响其他建筑物的使用。溢流坝也应设在主槽内，否则溢流坝两侧应安装导流墙，以控制水的流动状态，导流墙高度应高于溢流水面.资料显示，外部交通在右岸，高速公路和铁路距离坝址较近。稍作修改或扩建，即可直接通向坝址。如果选择第二种方案，由于电力用户聚集在右岸，会耗费大量电缆，而且电站安装维护也不方便，应从经济合理的角度选择第一种方案观点。对于方案一中存在的问题，可以采用以下方法进行处理：陡峭的不稳定岩体被开挖成缓坡并由喷射混凝土支撑。电站与井底之间设置导流墙，直至尾水影响小。第三层岩层特殊处理，确保安全。从地质剖面图可以看出，为减少电站开挖，方便安装室布置，电站坝段设置在BK1+006，底孔坝段设置BK1+054和BK1+118之间，溢流坝设置在BK1+006。坝段直到BK1+472。开挖线基本按建议开挖线，最大开挖标高为126.0m.两种备选设计的下游立面图如下：最终选择方案一。第三章大坝设计第一节大坝设计概述断面设计是重力坝设计的重要组成部分。主要任务是选择既能满足稳定性和强度要求，又能最大限度地减少坝体工程量、轮廓简单、施工方便、运行可靠的断面。影响截面设计的因素很多。如荷载、地形、地质、应用要求、坝体材料、施工条件等。本次设计首先考虑坝体的主要荷载，根据安全经济的要求编制基础断面.然后根据断面设计原则，计算承载力极限状态和正常使用极限状态，并对坝体的强度和抗滑稳定性进行校核。，反复修改，最终确定了一个经济合理的坝体断面。重力坝段的设计原则是：=1\*GB3①满足稳定性和强度要求，保证大坝安全；=2\*GB3②工程量小；=3\*GB3③使用方便；=4\*GB3④施工方便。重力坝断面设计的主要工作包括：（1）建议断面尺寸参照类似条件的竣工工程、检验设计工程的坝体要求或简化计算初步提出的断面尺寸。(2)稳定性分析承载力的极限状态稳定性计算是在永久和偶然条件下进行，以保证坝体不沿坝基面或地基中的弱结构面滑动。(3)应力分析使坝体在承载力和正常使用极限状态下的应力满足设计要求，保证坝体和基础不受强度破坏。(4)确定设计断面的经济断面，在满足设计原则的条件下确定为设计断面。（5）结构设计根据施工和应用要求确定坝体结构，如廊道系统、排水系统、接缝、止水等。(6)地基处理包括地基防渗、排水、断层破碎带处理等。《混凝土重力坝设计规程》（DL5108-1999）对坝段设计原则规定如下：“混凝土重力坝一般采用材料力学和刚体极限平衡计算结果作为确定坝段面的依据。”一般使用数学。规划优化设计方法获得最优轮廓。本设计应用材料力学和可靠性理论对坝体进行设计。重力坝的基本断面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）、顶压，如图3-1所示，在已知坝高H、水压P、抗剪强度参数f、c和顶压U的条件下，根据抗滑稳定性和强度要求，取三角形截面可以得到工程量最小的尺寸。对于完整坚硬的基岩，f和c值都比较大，断面尺寸主要受上游地表不产生拉应力的条件控制。不利于施工，垂直模板浇筑混凝土有一定难度，库空时坝址易产生拉应力。对于完整性和软性较差的岩基，f和c值较小，需要通过上游坝面水重来减缓上游坝坡，以帮助坝体保持稳定。但当n过大时，在满水库的情况下，合力可能超过底边第三点，坝脚容易产生拉应力。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡率n=0～0.2，取n=0.2，常作垂直或上部垂直下部向上游倾斜；下游坝坡率m=0.6～0.8，取n=0.2m=0.7；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。αγαγHψ图3-1重力坝基本剖面图第二节挡水坝剖面设计1.挡土坝段的初步起草本次挡坝断面设计主要是拟定挡坝的最大断面，并进行稳定性和强度校核，利用计算机确定挡坝的最佳断面。以下是手动计算部分。(1)坝基立面设计确定最大断面的位置，首先要知道地基清理完毕后坝基最低点的位置。一、坝基设计原则一般来说，混凝土重力坝的地基经处理后应满足以下要求：(1)有足够的强度承受坝体的压力；(2)具有足够的完整性和均匀性，满足坝基抗滑稳定，减少不均匀沉降；(3)具有足够的抗渗性，以满足渗透的稳定性和控制渗流；(4)具有足够的耐久性，防止岩体在水的长期作用下性能变坏。2、坝基开挖（1）混凝土重力坝的基础应根据坝体稳定性、坝基应力、岩体物理力学性能、岩土类型、基础变形与稳定性、上部结构对基础的要求、地基加固处理和施工技术的效果，以及施工周期。成本等由技术经济比较确定。原则上，经过技术加固处理后，应在满足大坝强度和稳定性的基础上减少开挖。坝高超过100m，可建在新鲜、微风化或弱风化的下部基岩上。(2)重力坝基坑的形状应根据地形地质条件和上部结构的要求确定。倾斜时应开挖成钝角的大台阶状。台阶的高差应与混凝土浇筑块的大小和接缝的位置相协调，并应与坝址坝体的厚度相适应。对于地势悬殊位置的坝体，应调整坝段接缝。（3）地基中存在的局部工程地质缺陷，如地表泥裂缝、强风化区、断层断裂带、节理密集带、岩溶充填物等，应结合地基开挖清除。3、坝基标高根据水库坝轴线工程地质剖面，河床标高为137m左右，标准洪水位227.2m为基础开挖时拆除（从地址剖面图上测量）大部分都在10m上面），所以开挖应按100m上述坝高标准考虑。图中测得的电站坝段最小基础面标高为▽126m(2)坝高的起草超高值Δh的计算(1)基本公式坝顶应高于止水位，坝顶上游的防波墙顶标高应高于坝顶标高2.1.1Δh=2hl+hz+hc(2.1.1Δh——防波墙顶部与正常水位或止水位的高度差m；h%——波高m；hz——波浪中心线到正常水位或归一化洪水位的高度差m；hc——按表3-1采用安全超高，hc=一级工程设计，hc=0.5m特殊组合（校核）。0.7m表3-1大坝安全加高hc安全级别用法Ⅰ（1级）二（2级）Ⅲ（2级）正常水位检查洪水位0.70.50.50.40.40.3需要注意的是，在计算h(1%)和hz时，正常水位和验水位使用不同的计算风速值。水位正常时，采用50年重现期的年最大风速；检查洪水位时，使用多年平均最大风速。坝顶标高或坝顶上游防波墙顶标高计算如下：坝顶高程=正常水位+Δh正坝顶标高=检查洪水位+Δh校准式中，Δh和Δh分别为坝顶（或防波堤顶部）按正常水位和验水位计算的高度。由于计算坝顶超过静水位Δh所用的风速计算值不同于正常水位和止洪、正常蓄水条件（持续条件）和止洪的安全超高值条件（偶然条件）分别求得坝顶标高，但坝顶标高应高于校核水位。首先计算波高2hl和波长2LI以及超出静水表面的波浪中心线高度hz。正常水位下的Δh计算风速采用50年一遇的风速，为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，即：风速V=2.0×21.5=43m/s，风距D=3km各波元的计算如下：波高2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166×435/4×31/3=2.64m（官方公式）波长2Ll=10.4(2h1)0.8=10.4×2.640.8=22.6mho=4πhl2/2Ll=0.97规定使用累积频率为1%时的波高，对应5%的波高，乘以1.24；对应10%波高，乘以1.41；V——计算风速，设计情况采用50年一次的风速，风速为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核情况采用平均最大风速速度多年；D——吹水距离，坝前水库至对岸水面的最大直线距离；hz=ho=0.97hc=0.7mΔh=2hl+hz+hc=2.64+0.6+0.7m=4.31检查洪水位时的Δh计算风速采用多年平均风速，即：V=21.5m/s,D=3km2hl=0.0166V5/4D1/3=1.11m0.0166×21.55/4×31/3=（政府官员）2Ll=10.4(2h1)0.8=10.4×1.110.8=11.31m(政府官员ho=4πhl2/2Ll=0.34所以;hz=ho=0.34hc=0.Δh=2hl+hz+0.5mhc=1.11+0.34+2、坝顶标高计算Δh，得到两种条件下的坝顶高程。(1)正常水位时坝顶标高：▽坝顶=正常水位+Δh=224.7+4.31=229.01(2)查洪水位时的坝顶标高：▽坝顶=检查洪水位+Δh=227.2+1.95=229.15为保证大坝的安全运行，▽坝顶=应选择较大的值229.15m。当坝顶设置与1.2m坝体一体的防波墙（取）时，可降低坝顶标高，故坝顶取为顶标高为▽228m。基础面最小开挖标高▽126m，最大坝高▽，102m属于高坝。(3)截面尺寸的起草根据DL5108-1999规定，普通混凝土固体重力坝的非溢流坝段上游面可以是垂直面、斜面或折面。上游坝坡应为n=0—0.2，n=0.2；设置纵缝时，应考虑纵缝注浆前施工期对坝体受力的影响，坝坡不能太平缓。坡点标高应结合大坝发电进水管和泄水楼进水考虑。下游坝坡可采用一处或多处坡段。斜率应为m=0.6-0.8，m=0.7；整体重力坝横缝有键槽灌浆，坝坡可适当加陡。据《水工建筑》（明权主编，第72页），有时为了满足坝体的稳定性和抗滑强度和稳定性的要求，同时也为了避免坝体下游面的拉应力。施工时，边坡起始高度应与导流管相结合。、泄水孔进水口布置等由优化设计确定，一般为坝前最大水头的1/2-1/3。上游设置为折面，可利用淤泥增加177.5m坝体自重。断点设置在淤泥水位以上。从数据可以看出，180m大坝前五十年的淤泥高程为181m.上游坝坡为1：0.2，下游坝坡为1：0.7。(4)提出坝顶宽度坝顶宽度应根据设备布置、运行、维护、施工和交通等需要确定，并应满足大洪水时的抗震和维护要求。在严寒地区，当冰压很高时，还应计算管片表面的强度。以增加波峰宽度。3m不小于10～15m（旧规定为坝高的1%），本工程以坝顶宽度为坝宽12m。扣除上游防波墙、下游侧护栏和排水槽的厚度后，坝顶铺装的宽度为10m.由于两岸没有通行要求，10m宽阔的道路可以满足大坝维修作业的通行需求。(5)基础灌浆廊道尺寸的起草高中坝必须设置基础灌浆廊道，同时用于灌浆、排水和检查。基础灌浆3.5m廊道的长度应根据灌溉设备的大小，即工作要求来确定。宽度可以是2.5m～3.0m，高度可以是3.0m～3.5m。外形采用浇口式。5m6.5m1：0.71：0.2廊道及上游侧应满足防渗要求。坝跟与上游坝面的距离为作用头的0.05～0.1倍，且不小于45m561：0.71：0.2图3-2挡土坝剖面图第3节溢流坝剖面图溢流坝的实用断面既要满足稳定性和强度要求，又要满足泄洪要求。溢流面的曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。1.部分起草溢流曲线由顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分组成。设计要求：（1）流量系数高，排放量大；(2)水流顺畅，不会造成不利的负压和气蚀损坏；(3)外形简单，成本低，施工方便。1.坝顶曲线剖面溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部分。顶部曲线常用的形式有Ke-Austrian曲线和WES曲线。由于WES坝顶曲线流量系数大，截面薄，工程量少，施工方便，故在设计中采用WES曲线。在原点上游使用一条椭圆曲线，其方程为：X2/(aHs)2+(bHs-y)2/(bHs)2=1其中：aHs和bHs分别是椭圆曲线的长轴和短轴Hs——设计水头，按堰顶最大作用水头的75%～95%计算a——取0.28～0.30，这里取a=0.29a/b——取0.87+3a，则b=0.17αHsαHs图3-3WES实用堰面曲线图定型设计水头的选择及堰顶可能的最大负子值见表Hs/Hzmax0.750.7750.800.8250.850.8750.900.951.0最大负压值（m）0.5Hs0.45Hs0.4Hs0.35Hs0.3Hs0.25Hs0.2Hs0.1Hs0.0Hs227.2-210.0=17.2mHs=0.9×Hzmax=0.9×17.2=15.48m0.2Hs=0.2×15.48=3.96m<3～6m，符合规程要求。因此：椭圆曲线的长轴aHs=0.29×15.48=4.49mbHs=0.17×15.48=2.63m上游椭圆曲线方程为：X2/(4.49)2+(2.63-y)2/(2.63)2=1X-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.49是的0.0160.0660.1510.2750.4450.6730.9831.4352.632.堰顶下游段堰面曲线根据DL5108-1999混凝土重力坝设计规范，堰顶下游段堰面曲线可采用以下功率曲线：式中：hs——设计水头，米，按堰顶最大作用水头hsmax的0.75-0.95倍计算，设计时取XC倍。K，n——与上游堰面倾角有关的参数，本设计分别取2.0和1.85。x,y——以溢流堰顶部坐标为坐标原点，x为下游正，y为下游正。即：y=x1.85×0.0487对这个方程求导，得到切点B的坐标dx/dy=0.0478×1.85x1.85=1/0.8所以：xc=22.05yc=14.89X1358101215172022.05是的0.04870.3720.9562.2823.4484.8317.39.20214.42914.893、中间直段中间直线段与坝顶下游曲线和下部反弧段相切，坡度与挡土坝相同，取0.6～0.8。中间直线段的坡度由挡土坝剖面优化程序选取，最终取值为0.8。4.反转弧段(1)倒圆弧半径溢流坝面倒弧段是使泄流沿溢流面顺利导流的工程措施。通常采用圆弧曲线，反圆弧半径R在《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）中有规定：R=(4-10)小时式中：h——验水时闸门全开时反弧处的水深。逆弧流速越大，需要的逆弧半径越大。但是，如果反向弧过大，机头会向下游延伸很多，增加工作量，耽误工期。其值为R=25.0m。(2)山脊标高工程中一般采用在下游最高尾水位以上1-2m处。由于下游最高尾水位156.8m为159.0，因此山脊标高设定为159.0。(3)挑角挑角越大，射程越大，但挑角越大，进水角β越大，水下射程越小。同时，进水角增大后，冲刷坑深度增加；此外，随着挑角的增大，流动的能量开始形成，即所谓的挑能也随之增大。θ一般在150到300之间，这里取250。(4)反弧段坐标的确定中心O'yo'G158+24×cos25o=179.8m反向弧最低点E和E=179.8-24=155.8M相对于xoy坐标和o'=30.2m和E=54.2mxE=xB+(yE–yB)×0.8+R×tg(51.340/2)=22.05+(54.2-14.89)×0.8+24×tg(51.340/2)=65m切点cxC=R=25×1.28=32m。根据以上公式和数据，可以确定溢流坝的表面。下图是本次设计的溢流坝表面。hh图3-4溢流坝实用堰剖面图2.消能防震设计因工程所在地基岩性好，抗冲刷能力强，水头高，参照既有工程DL5108-1999条7.1.6：消能型式应根据地形和区域条件，布置枢纽、运行条件、下游水深和能量耗散。抗冲击要求等综合考虑，通过经济技术比较选择。由于溢流坝的水流动能很大，往往高达几百万甚至几千万千瓦，如此巨大的能量，如果处理不当，势必导致下游河床冲刷严重，甚至造成塌方和山体滑坡。大坝故障。因此，合理选择和设计消能措施对枢纽布局、大坝安全和工程量具有重要意义。根据《水工结构》和《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999），消能的设计原则是：1）尽量使泄流的大部分动能消散在坝体的湍流运动中。2）不危及坝体安全的河床或岸坡局部冲刷；3）排放流量稳定，不影响枢纽内其他建筑物的正常运行；4）结构简单，工作可靠，工程量小。1.确定能量耗散的形式(1)漂流消能：漂流消能是利用机头将高速水流投射到空气中，使水流扩散，混入大量空气，然后落入空气中。下游河床水垫形成强大的漩涡，冲刷河床形成水坑。随着冲刷逐渐加深，水垫越来越厚。大部分能量消耗在滚动水的摩擦中，水坑逐渐变得稳定。，结构简单，维护施工方便。但下游局部冲刷是不可避免的，一般适用于岩基较坚固的高、中坝。(2)底流消能：底流消能是在坝址下游设置消力池、消力坎等，促使水流在有限的围护结构内产生水跃，通过涡流、摩擦力消耗能量。，曝气和水流的影响。底流消能具有流态稳定、消能效果好、对地质条件和尾水幅值变化适应性强、水流雾化等优点。但由于工程量大，不适合放流或放冰。对于水坝或基岩薄弱的河流，需要对高坝利用底流消能进行论证。(3)面流消能：面流消能是在溢流坝下游面设置低于下游水位、截角小的鼻脊，将主流提升至水面，形成主流下有一个旋流，其流速低在水面上，旋流水体底部流向指向坝址，主流沿下游水面逐渐扩散，减少了对水体的冲刷。河床，达到消能防冲的目的。面流消能适用于水头小、要求下游水位稳定、尾水深、河道笔直、河床、河岸抗冲能力强的中低坝，能排出浮冰。地表流消能虽然不需要作为保护池，但由于高速水流在地表，伴随着强烈的波动，流态复杂，使得下游水流长期不稳定距离，这可能会影响电站的运行和下游航运。海峡两岸都被冲走，因此也必须采取一定的保护措施。（4）消能消能：溢流坝址设置半径较大的反弧铲，铲突出的鼻部淹没在水下，不能形成自由水舌，水流在水里。勺子产生漩涡和滚动，高速主流通过鼻子被拾到表面。水流的漩涡和滚动会消耗大量能量，因为高速水流到地表，减少了河床的侵蚀。静力滑板车适用于尾水较深、变化小、无航运要求、下游河床及两侧有一定抗冲刷能力的情况。静止滑板车的优点是：工程体积小于底流消能；冲刷坑比尖流消能浅；不存在雾化问题。缺点是：下游水面波动大，周长长，岸坡易冲走，不利于航运。(5)确定消能类型对上述消能器的优缺点进行了分析比较，考虑到本次设计的重力坝为高坝，下游地质条件较好。决定选择消能流。漂流消能是将下游水流利用排水结构出口处的吸水头抛向空中，然后落入远离建筑物的河床与下游水流连接的消能方式。.根据文章DL5108-19997.1.2：耗能适用于坚硬岩石上的高中坝。示范后需选择低坝。当坝基结构薄弱，倾角平缓，向下游延伸，可能形成对面时，不宜使用。.设计项目地质条件较好，故选择消能。2.消流消能设计倾翻消能的设计能力包括：选择合适的鼻梁形式、反圆弧半径、鼻梁仰角和倾翻角，计算各种排放量时计算倾翻距离和最大坑深。考虑到大坝的安全，希望拍摄距离更长，冲坑更浅。(1)鼻梁形态和鼻梁高度的确定扑鼻的形式有很多种，主要有扩散型、连续型、微分型和斜型。坡地坎结构简单，容易避免气蚀损坏；喷流可在斜鼻梁前均匀化，水流也可轻微雾化。长排水结构。由于设计工程地基岩性好、抗冲刷能力强、水头高，应参照现有工程采用最常用的偏转消能形式，必须设置偏转鼻。按规定159m取为下游尾水位加1-2m超高1.5m。(2)反弧段半径的计算反圆弧半径计算公式：R=(4-10)H，取25mR。(3)挑角的计算鼻脊角度越大（小于45度），射程越远，但由于此时落水舌向下游的入射角越大，冲刷坑也越深。根据实验，鼻脊拾取角度取θ=250。3.检查冲刷坑的计算1.水舌射击距离L，L,=L+ΔLL=1/g[v12sinθcosθ+v1cosθ+√v12sin2θ+2g(h1+h2)]ΔL=Ttanβ式中：L——冲孔最深点至大坝下游垂直面的水平距离；L——拍动水舌外缘进入下游水面后，坝下游垂直面至与河床面交点的水平距离；ΔL——水舌外缘与河床面的交点到冲坑最深处的水平距离；v1——窗台顶部水面流速，按窗台平均流速的1.1倍计算；θ——机头的挑角；h2——山脊顶部与河床表面的高度差；h1——脊顶垂直方向的水深；φ——堰面速度系数，取值0.9-1.0；β——水舌外缘与下游水面的夹角；将数据代入公式，我们得到：L=1/9.8[392sin25cos25+39cos25(392sin225+2×9.8×15)1/2]=1ΔL=10×tan50=12mL,=L+ΔL=150+12=162m2.最大冲洗水垫厚度tk=kq0.5H0.25式中：tk——水垫层的厚度，从水面到坑底；H——上下游水位差；q——单幅面流量；k——冲刷系数；取1.1；将数据代入公式得到：tk=1.1×33.40.5×70.40.25=583.冲坑校核计算L,/tk=162/58=2.79计算可知：L,/tk=2.79，在内容范围内，设计合理。四、闸机的设置闸门分为工作闸门、事故闸门和维修闸门。工作闸门用于调节排放流量，需要在流动水中启闭，需要较大的启闭力；维修闸门用于短期保水，使工作闸门、建筑物和机械设备在静水中进行维修和启闭。，启闭力小；事故闸门在紧急情况下使用，可在流水中关闭。1.工作门常用的工作闸门有平面闸门和弧形闸门。板式闸门的主要优点是：结构简单，闸墩受力条件好，每个孔口可共用一台活动葫芦；缺点是：启闭力大，闸墩厚。弧形闸门的主要优点是：启闭力小，闸墩薄，无闸槽，水流顺畅；缺点是：闸墩较长，受力条件差。设计项目具有汛期峰高大、波动快的特点。与平闸门相比，缺点：启闭力大、墩厚较突出；而弧形闸门具有启闭力小、闸墩薄、无门槽、水流顺畅等优点。选择弧形闸门还可以在有限的坝轴线断面上布置更多的闸孔，更有利于泄洪。经比较，确定溢流坝闸门的工作闸门应为弧形闸门。2.维修和事故闸门常见的维修闸门可以是平板闸门、浮箱闸门和较简单的叠梁闸门。根据设计工程实际情况分析，由于坝面足够宽，布置弧形工作闸门后，无法布置带门槽的平检修门，平检修门也有开闭设备，交通桥梁布置维修不便。第4节挡土坝的稳定性计算荷载计算及其组合载荷组合可分为基本组合和特殊组合。基本组合是设计工况或正常工况，由同时发生的基本载荷组成。特殊组合是检查条件或异常条件，由基本载荷和同时出现的一种或几种特殊载荷组成。设计时，应从这两类组合中选取几个最不利和控制的组合进行计算，使其符合法规规定的要求。1、设计水位(1)坝体重量W1=12×100×24=28800KNW2=1/2×57.4×82×24=56520.96KNW3=1/2×53×10.6×24=6741.6KN(2)水平水压上游水平水压：P1=1/2×10×96.7×96.7=46754.45KN下游水平水压：P2=1/2×10×24×24=2880KN(3)垂直水压上游垂直水压：Q1=10.6×43.7×10=4632KNQ2=1/2×10.6×53×10=2809KN下游垂向水压：Q3=1/2×24×16.8×10=2016KN(4)提升压力排水提升压力降低系数：a=0.3UI=80×24×10=19200KNU2=1/2×69.5×72.7×0.3×10=7579KNU3=10.5×72.7×0.3×10=2290.05KNU4=1/2×10。5×72.7×0.7×10=2671.73KN图3-5顶压计算示意图(5)波压防洪高水位风速采用50年一次的风速，即：V=32.25m/s，D=3km2hl=0.0076V-1/12(gD/V2)1/3×V2/g=0.0076×32.25-1/12(9.81×3000/32.252)1/3×32.252/9.81=1.2Ll=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.75×V2/g=0.331×22.5-1/2.15(9.81×3000/22.52)1/3.75×22.52/9.81=16.939ho=4πhl2/2Ll=3.14×1.842/16.939=0.式中：2hl——当gD/V2=20～250时，为累积频率5%的波高；当gD/V2=250～1000时，为累加频率10%的波高。规定使用累积频率为1%时的波高，对应5%的波高，乘以1.24；对应10%波高，乘以1.41；V——计算风速，设计情况采用50年一次的风速，检查情况使用多年平均最大风速；D——吹水距离，坝前水库至对岸水面的最大直线距离；坝前深度H1=224.7-128=96.7因为gD/V2=29，在20~250之间，所以累积频率为1%时的波高为：2hl(1%)=1.84×1.24=2.28由于防洪水位高，半波长Ll=16.939/2=8.47m，H1>Ll，Pl=ro(Ll+2hl(1%)+ho)Ll/2-roLl2/2=10×[(8.47+2.28+0.6)×8.47/2-8.472/2]=122KN_(6)泥沙压力水平泥沙压力：Pml=rnhn2tan2(450-φ/2)/2=8×25.82tan2(45-18/2)/2=1405.47KN垂直泥沙压力：Pm2=1/2×8×0.2×25.82=532.51KN式中：rn——泥沙的浮重；hn——沉积物的沉积厚度；φ——沉积物的摩擦角。详见载荷计算图和载荷计算表1（见计算手册第二部分）。2.检查洪水位(1)坝体重量W1=12×100×24=28800KNW2=1/2×57.4×82×24=56520.96KNW3=1/2×53×10.6×24=6741.6KN(2)水平水压上游水平水压：P1=1/2×10×99.22=49203KN下游水平水压：P2=1/2×10×28.82=4147KN(3)垂直水压上游垂直水压：Q1=10.6×46.2×10=4897KNQ2=1/2×10.6×53×10=2809KN下游垂向水压：Q3=1/2×28.8×20.16×10=2903KN(4)提升压力排水提升压力降低系数：a=0.3UI=80×28.8×10=23040KNU2=1/2×69.5×70.4×0.3×10=7339KNU3=10.5×70.4×0.3×10=2218KNU4=1/2×10。5×70.4×0.7×10=2587KN(5)波压查洪水位时，风速为多年平均风速，即：V=21.5m/s，D=3km2hl=0.0076V-1/12(gD/V2)1/3×V2/g=0.0076x211.5-1/12(9.81x3000/211.52)1/3x21.52/9.81=1.12Ll=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.75×V2/g=0.331×21.5-1/2.15(9.81×3000/21.52)1/3.75×21.52/9.81=11.ho=4πhl2/2Ll=3.14×1.1082/11.29=0.3式中：2hl——当gD/V2=20～250时，为累积频率5%的波高；当gD/V2=250～1000时，为累加频率10%的波高。规定使用累积频率为1%时的波高，对应5%的波高，乘以1.24；对应10%波高，乘以1.41；V——计算风速，设计情况采用50年一次的风速，检查情况使用多年平均最大风速；D——吹水距离，坝前水库至对岸水面的最大直线距离；坝前深度H1=227.2-128=99.2因为gD/V2=65，在20~250之间，所以累积频率为1%时的波高为：2hl(1%)=1.108×1.24=1.又因为在查洪水位的情况下，半波长Ll=11.29/2=5.65m，H1>LlPl=ro(Ll+2hl(1%)+ho)Ll/2-roLl2/2=10×[(5.65+1.37+0.34)×5.65/2-5。652/2]=48KN_(6)泥沙压力水平泥沙压力：Pml=rnhn2tan2(450-φ/2)/2=8×25.82tan2(45-18/2)/2=1405.47KN垂直泥沙压力：Pm2=1/2×8×0.2×25.82=532.51KN式中：rn——泥沙的浮重；hn——沉积物的沉积厚度；φ——沉积物的摩擦角。详见载荷计算图和载荷计算表1（见计算手册第二部分）。2.稳定性分析现行法规《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）规定，重力坝抗滑稳定性验算应采用概率极限状态设计原则。该方法反映了坝体上作用（荷载）的不确定性和可变性，荷载均为随机变量。重力坝的抗滑稳定计算是根据承载力的极限状态计算和校核的。抗滑稳定性分析的目的是计算坝体沿坝基面或沿地基深层弱结构面的安全性。在抗滑稳定性计算中，以坝段或单幅宽为计算单位。计算公式选用抗剪公式：K's=[f'(∑WU)+c'A]/∑P关于安全系数