西山水库设计

目录第一章工程概况及基本资料 4一、工程概况 4二、设计基本资料 4（一）特征水位及流量 4（二）气象 5（三）冰情 5（四）地质 5（五）天然建筑材料 6（六）安全系数 7三、设计任务 7第二章坝型选择及工程总体布置 8一、坝型的选择 8（一）坝线比较 8（二）坝型及基础防渗型式的比较 8二、工程总体布置 9（一）溢洪道方案比较 9（二）枢纽工程总体布置 9第三章挡水建筑物 10一、土石坝基本剖面尺寸的拟定 10（一）坝顶高程 10（二）坝顶宽度 12（三）坝坡 12（四）防渗体 12（五）排水体设计 13二、土料设计 13（一）心墙及粘土料设计 13（二）堆石体及堆石料设计 13三、渗透分析 13（一）渗透分析的目的： 13（二）稳定渗流期的计算情况： 13（三）1/3坝高水位时的计算情况： 14四、稳定计算 15五、坝的构造设计 21（一）坝顶构造 21（二）护坡设计 21（三）反滤层、垫层及过滤层的设计 22（四）坝体排水设计 23六、堆石坝与溢洪道及左岸的连接 23七、基础处理 23第四章泄水建筑物设计 25一、溢洪道平面位置的确定 25二、溢洪道布置 25（一）进水渠 25（二）控制段 26（三）泄槽段 27（四）消能防冲设施 28（五）出水渠 28三、控制段的具体的布置 28（一）定型设计水头的选择 28（二）实用堰的高度选择 29四、消能防冲设施的具体布置 29（一）消能方式 29（二）挑流设计 29（三）挑流鼻坎的型式 29五、泄槽段的具体布置 29（一）泄槽长度的确定 30（二）水面线计算及边墙高度的确定 30六、水力计算 34（一）堰型设计 34（二）堰流能力计算 34（三）水舌挑距计算 35（四）冲刷坑最大水垫深度 36七、溢洪道布置总述 36参考文献 38致谢 39第一章工程概况及基本资料 一、工程概况伊春市是黑龙江省重点防洪城市，目前存在防洪标准较低，伊春河沿岸城镇供水水源不足等问题。西山水库是一座以防洪和供水为主，兼顾发电、灌溉等综合利用功能的大型水利枢纽工程。西山水库建成后，配合城区堤防建设可将伊春市的防洪标准提高到50～100年一遇，为伊春市和伊春河沿岸城镇提供1.4亿立方米的供水水源，发展灌溉面积1.8万亩，此外，还具有为伊春市增加电力供应、提供森林灭火水源、改善枯水期水环境等综合利用功能。西山水库以防洪和供水为主，兼顾发电、灌溉等综合利用功能。西山水库为大Ⅱ型，属二等工程，主要建筑物堆石坝、溢洪道及电站进水口为2级，经论证本工程主要建筑物按200年一遇洪水标准设计，5000年一遇洪水标准校核。溢洪道消能防冲设计标准按50年一遇洪水设计。各建筑物的洪水标准见表1-1。表1-1各建筑物的洪水标准建筑物堆石坝溢洪道引水洞进口引水洞电站厂房消能防冲设计标准P=0.5%P=0.5%P=0.5%P=2%P=2%P=2%校核标准P=0.02%P=0.02%P=0.02%P=0.1%P=1%—二、设计基本资料（一）特征水位及流量挡水坝、溢洪道、输水洞及电站厂房的特征水位及流量见表1-2。表1-2特征水位及流量表特征水位单位数量备注校核洪水位m288.67P=0.02%设计洪水位m287.560=0.5%正常蓄水位m284.70死水位m276.00溢洪道设计洪水位时最大泄量m3/s1785P=0.5%相应下游水位m266.53溢洪道校核洪水位时最大泄量m3/s2113P=0.02%相应下游水位m267.05（二）气象气象资料见表1-3。表1-3气象资料表项目单位数量备注多年平均气温℃0.6最高气温℃36.3最低气温℃-43.1W、WS、WWS、WWN向多年平均最大风速m3/s10.5伊春气象站资料（7、8、9、10月）相应设计水位库面吹程km2.20相应校核水位库面吹程km2.25对各风向历年7、8、9、10月份最大风速进行分析，经修正后，得水面上多年平均最大风速15.74m/s，从1/10000库区地形图量得设计水位时吹程为2200m,校核水位时吹程为2250m。（三）冰情伊春河封冻时间最早为10月22日，平均为11月6日；开河日期最晚为4月25日，平均为4月17日。平均封冻天数162天，多年平均最大冰厚1.23m。伊春河平均流冰天数为9d；开河后平均流冰天数为7d。伊春河流冰期最大流冰块平均长为30m，最长可达100m；流冰块宽平均为18m，最宽可达50m，平均流冰速度为0.54m/s，最大流冰速度可达1m/s以上。最大土层冻深为2.4m。（四）地质1、坝址区工程地质条件坝址区两岸为低山，河床靠近右岸。河左侧依次为漫滩、阶地及台地。低山及河谷部分基岩均为花岗闪长岩。台地区第四系厚度15.50m--22.80m，上部为低液限粘土，下部为卵石混合土夹砂透镜体。其物理力学指标可以满足土石坝对坝基要求。阶地和漫滩区第四系厚度7.50m—13.30m左右，上部为低液限粘土，下部为卵石混合土。其物理力学指标可以满足土石坝对坝基要求。坝基透水层厚度：桩号0—400m，为4.5m，桩号400—970m，为7m。2、溢洪道工程地质条件闸室段及挑流鼻坎基础座于微风化花岗闪长岩岩体中，岩体完整性较好，节理裂隙多为高倾角，地基抗滑稳定性好。仅断层处岩体强度稍低，岩体相对破碎。需对断层进行工程处理。冲刷坑段上部为大于3.50m厚的卵石混合土，下部为花岗闪长岩。卵石混合土和强风化花岗闪长岩的冲刷系数K=1.5-1.8，弱风化岩体和微风化岩体的冲刷系数K=0.9—1.2。（五）天然建筑材料1、粘土料场粘土料场有4处，土料技术指标见表1-4。项目质量指标Ⅰ料场实测指标Ⅱ料场实测指标Ⅲ料场实测指标Ⅳ料场实测指标粘粒含量15-40%为宜27.1%19.1%33.5%42.4%塑性指数10-2016.614.317.317.4渗透系数碾压后，小于1×10-5cm1.62×10-6cm(ρ控=1.70g/cm3)3.57×10-6cm(ρ控=1.71g/cm3)3.94×10-6cm(ρ控=1.54g/cm3)1.10×10-6cm(ρ控=1.66g/cm3)有机质含量<2%0.499%0.805%1.089%0.54%水溶盐含量<3%0.0128%0.0173%0.0087%0.0087%紧密密度宜大于天然密度ρmax=1.73g/cm3ρd=1.55g/cm3ρmax=1.74g/cm3ρd=1.58g/cm3ρmax=1.59g/cm3ρd=1.44g/cm3ρdmax=1.69g/cm3ρd=1.56g/cm3表1-4土坝防渗体土料质量技术要求对比表注：表中天然含水率为现场实测，孔深1-3m的算术平均值。2、块石料建议首选第Ⅰ块石料场，该料场位于坝址西部约3.5km处，岩性味花岗岩，石料的室内实验指标，满足块石料质量技术指标要求。第Ⅱ石料场储量约80×10-6m表1-5石料试验指标与石料质量技术要求对比表序号项目质量技术要求指标第Ⅰ石料场质量指标第Ⅱ石料场质量指标1饱和抗压强度应按地域、设计要求与使用目的确定45.1MPa66.9MPa2软化系数>0.80.830.813密度>2.4t/m32.54t/m32.65t/m34冻融损失率<1％0.01％0.10%（六）安全系数本工程堆石坝及溢洪道为2级建筑物，按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001及《溢洪道设计规范》SL253-2000，稳定计算的最小安全系数见表1-6。表1-6坝坡稳定最小安全系数表坝坡计算情况安全系数上游坡下游坡1/3坝高水位1.351.35正常蓄水位1.351.35设计水位1.351.35水位骤降1.251.25校核水位1.251.25三、设计任务（一）根据给定的坝轴线，确定枢纽布置方案；（二）挡水建筑物设计;（三）泄水建筑物设计；第二章坝型选择及工程总体布置一、坝型的选择（一）坝线比较可行性研究阶段的审查意见中，同意选用下坝址。根据1999年至2002年几次下坝址的坝轴线优化调整及相应的地质工作，西山水下坝址附近地质条件变化不大，从最初的上坝线经过左坝端上移、右坝端下移变化到现在采用的下坝线，坝轴线方位角为NS146.59°，使坝线垂直等高线，坝长最短，且左半段坝高变小，整个挡水坝工程量最小。同时挡水坝右坝端下移后，原坝端的花岗岩出露面作为引水洞进口使引水洞变短，从而整个枢纽布置更加合理。调整后的下坝线做为选定坝线。（二）坝型及基础防渗型式的比较根据坝址的实际地质、地形、料场、水文气象等客观条件，本次设计选择了粘土心墙堆石坝、均质土坝与沥青砼心墙堆石坝三种坝型方案，分别进行稳定分析、工程量计算和投资比较，比较后选择坝型，具体见表3-1。表3-1坝型比较类类型项目粘土心墙堆石坝均质土坝沥青混凝土心墙堆石坝施工条件施工受季节限制，冬季不能施工，但适于机械化施工有利于机械化施工，施工干扰少，对施工要求相对较低，但受气候影响较大施工干扰大，受气候影响较小，可以进行冬季施工，但不便于机械化施工稳定分析可以很好地与左侧天然粘土铺盖结合当地粘土料不能满足设计用量，且粉、粘粒含量较高，不适合作均质土坝与左侧天然粘土铺盖结合不如粘土心墙好工程量最小由于基础碾压与坝基工程量大，工程量大由于沥青混凝土心墙及混凝土预制块的工程量大，工程量也较大工程造价最低较高最高基础防渗比较：塑性混凝土防渗墙与粘土齿墙方案比较：塑性混凝土防渗墙需要专业的施工专业队伍进性施工，并且在与心墙连接部位需要特许处理，但是它的防渗效果比较好，造价也偏低；粘土心墙齿槽方案：施工方法简单，与心墙粘土结合较好，但需要的开挖量比较大，基坑排水工程难度较大，且造价也比较高；综合上述比较，结合本工程的工程地质条件，由于透水层的厚度小于15米，本设计采用粘土心墙齿槽方案。基础右半段由于粘土覆盖层薄，采用人工粘土铺盖。二、工程总体布置（一）溢洪道方案比较由于坝址区无天然垭口或鞍部来布置独立溢洪道，现选择左岸溢洪道、右岸溢洪道及河床式溢流坝进行方案比较。河床式溢流坝虽然尾水直接进入原河道，但开挖量较大，施工导流布置较复杂，且存在两侧与堆石坝的连接处理问题，且该方案造价较高；左岸式溢洪道施工导流方案布置简单，施工干扰少，但距原河槽较远，需开挖进口引渠及出口尾水渠，开挖量大，造价相对较高；右岸式溢洪道尾水可直接入原河槽，施工干扰少，导流方案布置相对简单，开挖的岩石也可以二次利用，造价也相对较低。综合上述比较，决定采用右岸溢洪道枢纽布置方案。（二）枢纽工程总体布置枢纽方案布置包括溢洪道、堆石坝、引水隧洞、电站厂房及开关站。第三章挡水建筑物一、土石坝基本剖面尺寸的拟定（一）坝顶高程1、设计情况下：已知：计算风速吹程重力加速度水域平均水深风浪要素计算：最大波浪爬高：式中：K△——斜坡的糙率渗透性系数，取K△=0.8；Kw——经验系数，设计情况取1.016；m——坝坡系数，m=ctg，本设计初步拟定为2。风壅水面高度：式中：e——最大风壅水面高度，m；k——综合摩阻系数，取3.6×10-6；β——风向与坝轴线夹角，°，安全加高：设计情况下A=1.0m；坝顶超高:：坝顶高程：2、校核情况下：已知：计算风速吹程重力加速度水域平均水深风浪要素计算：最大波浪爬高：式中：K△——斜坡的糙率渗透性系数，取K△=0.8；Kw——经验系数，校核情况取1；m——坝坡系数，m=ctg，本设计初步拟定为2。风壅水面高度：式中：e——最大风壅水面高度，m；k——综合摩阻系数，取3.6×10-6；β——风向与坝轴线夹角，°，安全加高：校核情况下A=0.5m；坝顶超高:：坝顶高程：将设计与校核情况下的坝顶高程比较，取大值得，3、心墙顶高程H心在不设防浪墙时需满足两个条件；（1）H心=H设+（0.3-0.6）m，本设计取0.5m，即H心=288.06m；（2）H心≥H校，即H校=288.67m因此。得H心=288.67m。考虑到东北地区冻深的影响，坝顶高程H坝=H心+冻深，即H坝=H心+2.4=291.07m，与289.93m比较，取大值作为坝顶高程，即为291.07m。（二）坝顶宽度顶宽要满足心墙顶部及反滤层布置的要求，还应考虑施工的要求和运行、检修、防汛、运输的要求。本设计部考虑交通特殊要求，由于坝高28.57m，结合设计手册，坝顶宽度取为5m。（三）坝坡结合水工建筑物课本表5-7心墙坝参考坝坡比值，进行初拟坝坡：由于坝高大于15米，需要进行变坡并在变坡处设置马道，在上游变坡处设置排水沟，以拦截雨水。本设计马道设在坝高15m即高程277.5m处，宽度为2m。上游坝坡：马道之下为1：2.25，之下为1：2；下游坝坡：马道之下为1：2,之下为1：1.75。（四）防渗体心墙的顶宽考虑到施工要求，本设计取为3m。心墙的坡度参照水工建筑物课本表5-7心墙坝参考坝坡比值，取为1：0.20。心墙的底宽心墙的平均宽度心墙的部位设在中心部位。（五）排水体设计贴坡排水结构简单，施工方便，用石料少且便于维修，但不能降低浸润线高度并易受冻害；棱体排水因其深入坝体能降低浸润线高度，当坝基强度足够时还可起到支撑坝体增加稳定的作用，是一种可靠的排水型式，但用石料量大，不易检修；本设计采用棱体排水方案。根据设计要求，其高出下游水位的高度为1.0m，顶部宽度为2.0m，内、外坡均为1：1.5。二、土料设计（一）心墙及粘土料设计根据粘土料料场击实试验最大干容重1.73g/cm3，最优含水量18.5%，二级坝设计压实度98%，设计干密度为1.69g/cm3。根据控制干密度抗剪强度试验，粘土强度指标取试验值的小值平均值，饱和不排水剪强度(CU)：内摩擦角φ′=28.59º，粘聚力为c′=18.11kPa。根据料场调查和试验指标，得出西山水库堆石坝堆石料比重为G=2.66g/cm3，自然吸水率为ω=0.485%，天然容重γ天=2.033g/cm3，选取强风化花岗岩堆石料，坝料级配取开采后的自然级配，最大粒径取600mm。设计要求填筑干密度不低于20.0kN/m3，设计孔隙率不大于24%，堆石内摩擦角为φ水下=33.5º、φ水上=35.5º。三、渗透分析（一）渗透分析的目的：（1）确定浸润线的位置；（2）确定渗透坡降J；（3）计算渗漏量q，估算渗漏损失；（二）稳定渗流期的计算情况：1、设计洪水位时根据心墙与坝体的渗漏量相等，联立方程，求解。解得式中：k心、k坝——心墙、坝体的渗透系数，分别为H1、H2——上、下游水深，分别为25.06m,4m;he——渗流逸出点高度，m；——心墙的平均厚度，m；L——渗径42.65m；得渗流方程：根据方程，绘出浸润线如附图所示。2、正常蓄水位时：解得式中：k心、k坝——心墙、坝体的渗透系数，分别为H1、H2——上、下游水深，分别为22.22m,4m;he——渗流逸出点高度，m；——心墙的平均厚度，m；L——渗径42.65m；得渗流方程：根据方程，绘出浸润线如附图所示。（三）1/3坝高水位时的计算情况：解得式中：k心、k坝——心墙、坝体的渗透系数，分别为H1、H2——上、下游水深，分别为9.5m,4m;he——渗流逸出点高度，m；——心墙的平均厚度，m；L——渗径42.65m；得渗流方程：根据方程，绘出浸润线如附图所示。表3-1浸润线计算情况表x24688.2421.5617.3711.775.314.1419.4216.1812.085.524.118.738.126.855.714.02四、稳定计算坝体稳定分析主要核算稳定渗流期的上、下游坡和1/3坝高水位时的上游坡。采用瑞典圆弧法用总应力法计算，计算公式如下：式中：——抗滑力矩；——滑动力矩；——滑动力，KN；——抗滑力，KN；——渗透力，，KN；——土条重量，kN；——0号土条中心线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，º；——土条宽度(m)；——土条底面的有效应力抗剪强度指标，kN/m2；——浸润线以下，下游水位以上的高，m。设计采用的物理力学指标：注：本设计未考虑孔隙间土应力及地震应力的作用。稳定渗流期的稳定计算，具体计算表如下：1、设计洪水位时下游坡的稳定计算，见表3-2。2、设计洪水位上游坡的稳定计算，具体见表3-3。3、正常蓄水位时下游坡的计算情况，见表3-4。4、正常蓄水位时上游坡稳定计算表，见表3-5。表3-2设计水位时下游坡稳定计算表编号宽度b85.876.9271.330.80.6366.30687.8875.8269.220.70.71787.141093.0365.8334.600.60.81102.311164.4155.8326.910.50.871171.21948.0445.8299.9915.650.40.921191.65732.2835.8246.1440.250.30.951109.30498.3225.8188.4558.140.20.98978.63286.0415.8134.6167.080.10.99803.0116.9805.871.5501606.50-15.882.73-0.10.99313.52-47.98-25.840.25-0.20.98150.99-46.69∑8580.555432.31可得满足稳定要求。表3-3设计水位时上游坡稳定计算编号宽度b-36.417.89-0.30.9571.79-34.34-260.37-0.20.98249.9-77.27-175.5371.55-0.10.99638.98-94.130197.2129.07011018.9101176.2367.080.10.991073.29155.722234.9853.660.20.981268.52369.463297.9233.540.30.951420.65636.44356.664.470.40.921508.38924.495348.270.50.871376.811114.466318.900.60.81159.271224.587155.8137.760.70.71624.5867.19861.670.80.663.05118.41∑=SUM(ABOVE)10474.05=SUM(ABOVE)5204.97满足稳定要求。表3-4正常蓄水位时下游坡稳定计算表编号宽度b8657.6962.940.80.6308.33579.027134.61188.820.70.71978.251358.416384.654.550.60.81496.621580.945444.8729.070.50.871748.601421.554381.8464.840.40.921732.731072.033318.9091.680.30.951635.49739.042251.76109.560.20.981476.23433.581193.02111.80.10.991252.34182.890130.08109.5601988.00-167.14105.09-0.10.99695.15-103.34-293.91-0.20.98364.45-112.69-315.65-0.30.9512.36-5.92∑=SUM(ABOVE)12688.55=SUM(ABOVE)7145.51满足稳定要求。表3-5正常蓄水位时上游坡稳定计算表编号宽度b-36.426.83-0.30.95107.66-51.51-278.26-0.20.98323.96-100.17-171.33-0.10.99320.88-45.650130.0801591.0801188.820.10.99849.42120.842251.760.20.981121.12322.253314.70.30.951358.50604.224373.440.40.921561.16956.015190.060.50.87698.45608.19615.25134.160.60.81017.721111.337242.300.70.71781.721085.5876.920.80.681.92153.84∑=SUM(ABOVE)8813.59=SUM(ABOVE)4764.85满足稳定要求。五、坝的构造设计（一）坝顶构造由于坝顶无公路运输要求，因此不做特殊路面，只铺设碎石。坝顶上、下游两侧铺设路缘石。（二）护坡设计因坝的上游面受波浪淘刷，下游面受雨水冲刷等，坝的上下游坡面需要设置护坡，本设计采用干砌石护坡，并在上下游护坡的下面设碎石垫层。护坡计算：当Lm/hp≤15时当Lm/hp>15时式中：D——石块的换算球形直径，m；Q——石块的质量，t；D50——石块的平均粒径，m；Q50——石块的平均质量，t；t——护坡厚度，m；Kt——随坡率变化的系数，查表得到Kt=1.2；ρk——块石密度，t/m3；ρw——水的密度，t/m3；hp——累积频率为5%的波高；1、设计情况下：由于2、校核情况下：由于本设计决定护坡厚度为40cm，下设25cm垫层过滤料。（三）反滤层、垫层及过滤层的设计排水设备既要求把坝体渗水排出坝外，又要求不产生土壤的渗透破坏。在渗流的出口或进入排水体处，由于水力坡降往往很大，流速较高，土壤易发生管涌破坏，为了防止这种渗透破坏，在这些地方应设置反滤层。护坡石下通常需要设置垫层，其作用是防止衬砌的护坡石陷入坝身土中，在上游坡避免波浪淘刷并在库水位降落时把坝体的水排出去，而又不带走坝体土料。坝的防渗体与坝壳之间由于材料的性质不同，往往产生较大的不均匀沉陷，使两种材料接触面上产生较大的剪应力。为了缓和这种情况，通常在防渗体和坝壳之间设置一定厚度的过渡层。本设计根据提供的粘土料，反滤层设计如下：1、第一层反滤料：≤9d85，亦即要求已知D15≥4d15，已知小于0.005mm的颗粒含量为22.4％，因此粘土的可见排水满足要求。2、第二层反滤料：被保护土为无粘性土，即级配良好的粗砂，其按规范要求，第二层反滤料的级配应符合的要求，即要求。从料场的勘察成果分析，无论是风化碎石料还是天然砂砾石均不能满足要求，拟定天然砂砾料进行筛分后取粒径（1.25-80）mm部分，其，从平均粒径验证满足要求，同时，排水也满足要求。因此，粘土心墙第二层反滤料采用天然砂砾料筛分后的（1.25-80）mm粒径部分，其水平厚度为心墙上游侧20cm，下游侧20cm。3、坝基反滤过渡为使基础受力均匀、排水条件良好及防止渗透破坏，在清基后的下游坝基与坝体堆石之间设过滤带。坝基反滤过渡带要求的条件比心墙的低，因此，设计中采用天然砂砾料做为坝基反滤料，厚度为1.0m。（四）坝体排水设计由于坝基防渗左半段采用天然粘土铺盖，右半段为粘土心墙齿槽，排水体设计要考虑坝体排水，采用棱体排水结合地面排水型式，棱体高出下游水位的高度为1.0m，顶部宽度为2m，内外坡均为1：1.5。排水沟底宽1.5m，上游坡1：1.5，下游坡1：1.5，采用干砌石型式，厚30cm，其下铺30cm厚碎石及无纺布一层。六、堆石坝与溢洪道及左岸的连接堆石坝右坝肩与溢洪道采用侧墙式连接，采用将粘土心墙在接头处放大心墙顶加宽至9m与溢洪道边墩混凝土斜坡1：0.25连接，基础与粘土心墙齿槽联合形成防渗体。堆石坝左坝肩与岸坡连接采取土质防渗体与土质岸坡不陡于1：1.5边坡连接。七、基础处理堆石坝从左端0+000至0+478.15长478.15m，基础为约11m厚的粘土层及卵石混合土，基础处理采取清基后用振动碾碾压后做为天然铺盖；从0+398.15至0+961.35长563.20m，此段基础上层为厚4.25-5.7m不等的粘土层，此段粘土平均挖除厚1.0m，然后基础用振动碾碾压，厚度在2.0m左右，基础满足设计要求。其下基础为砂砾石厚5.4-6.0m左右，其下为花岗岩，采取粘土齿墙防渗，经计算左端与天然粘土铺盖嵌入80.0m能够满足绕渗要求，粘土齿墙向下深入基岩1.0m；其右侧结合溢洪道基础处理做帷幕灌浆。第四章泄水建筑物设计一、溢洪道平面位置的确定经前面枢纽布置比较，选定右岸溢洪道布置方案。在坝轴线确定以后，考虑到溢洪道纵轴线与坝轴线交角大小对溢洪道工程量及进、出口的水流条件有较大影响，考虑尽量使溢洪道靠近河边并平行河道以使工程量最省，同时结合地质条件考虑溢洪道基础全部座落在弱风化花岗岩体上，经几次调整并结合水工模型试验，确定溢洪道与堆石坝轴线的法线交角10°，与坝轴线桩号0+978.10相交。从进、出口水流条件看均能满足要求，溢洪道左边墙都座落在花岗岩弱风化层上二、溢洪道布置溢洪道布置在右岸，溢洪道纵轴线与堆石坝法线的夹角为100。（一）进水渠进水渠是水库与控制段间的连接段，具有进水及调节水流的作用。具体布置从三个方面考虑。1、平面布置进水渠在平面上最好按直线布置，且前缘不得有阻碍进流的山头或建筑物，以便水流均匀平顺入渠。受地形、地质条件及上游河势的影响需设置弯道时，弯道轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度。弯道与控制段之间应布置一直线段过渡。2、横断面布置进水渠一般按梯形断面布置，在控制段前过渡为矩形断面。进水渠应有足够的断面尺寸。对于坝肩旁的引渠，可取引渠入口处的流速=1.5m/s左右。3、纵断面布置进水渠的纵断面应布置成平坡或不大的反坡。当控制段采用实用堰时，堰前渠底高程宜比控制段堰顶高程低0.5Hs（Hs为堰面设计水头），以保持良好的入流条件和增大堰的流量系数。本设计进水渠采用半径为120m的圆弧弯道，进口右侧直立翼墙与进水渠采用长30m扭曲面连接，进口左侧边墙为椭圆形，椭圆曲线长短轴之比一般为a/b=1.5，初拟b=16m，则a=24m，后接6m直线段过渡。（二）控制段1、堰型选择溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰。宽顶堰结构计算简单，施工方便，水流条件稳定，但流量系数小。实用堰流量系数比宽顶堰大，泄水能力强，但施工相对复杂，在大、中型工程中，特别是在泄洪流量较大的情况下，采用这种堰型。本设计综合以上优缺点采用WES实用堰。2、工作闸门的选择平板闸门：优点：可封闭相当大面积的孔口；门叶可移出孔口，便于检修维护；门叶可沿高度分成数段，便于在工地组装；对移动式启闭机的适应性较好。缺点：需要较高的机架桥和较厚的机墩；具有影响水流的门槽，对高水头闸门特别不利，容易引起空蚀现象；弧形闸门：优点：可封闭相当大面积的孔口；所需机架桥的高度和闸墩的厚度较小，没有影响水流流态的门槽；所需启闭力较小，且摩擦阻力对启闭力的影响较小；埋件的数量较少。缺点：需要较长的闸墩；门叶所占据的空间位置较大；不能提出孔口之外进行检修维护，不能在孔口之间互换；门叶承受的总水压力集中于支铰处。综合以上优缺点，本设计采用弧形闸门。工作闸门顶高程H：闸门高h=285.2-276=9.2m闸门安装高程闸门弧形半径工作门为弧形闸门，采用液压式启闭机；检修门为平板钢闸门，门式启闭机，墩顶设7.0m宽交通桥。边墩采用流线形，，顶宽0.8m，墩顶高程291.10m；闸墩顶端伸出上游壁面，头部平面形状为半圆形，；中墩为缝墩，总宽为2.5m。（三）泄槽段泄水经溢流堰后，多用泄水槽与消能防冲设施连接。1、泄槽的平面布置泄槽在平面上应尽量按直线、等宽和对称布置。当泄槽较长，为减少开挖，可在泄槽的前端设收缩段，末端设扩散段，但必须严格控制。为了适应地形地质条件，减少工程量，泄槽轴线可设弯道。当泄槽的边墙向内收缩时，使槽内水流产生陡冲击波，波高取决于偏转角；当边墙向外扩散时，水流产生缓冲击波，取决于扩散角。一般不宜大于6-8°，泄槽在平面上必须设弯道时，弯道应设置在流速较小，水流平稳，底坡较缓，且无变化的部位。转弯时，采用较大的转弯半径及适宜的转角。2、泄槽的纵剖面布置泄槽纵剖面设计主要是选择适宜的纵坡，泄槽纵坡以一次坡的水力条件最佳，对于长度较短的泄槽，宜采用单一的纵坡。为了保证不在泄槽上产生水跃，纵坡不宜太缓，太陡的纵坡对泄槽的底板和边墙的自身稳定不利。因此必须大于水流的临界坡。常用纵坡为1%-15%，本设计取为8.5%。3、泄槽的横断面布置泄槽的横断面应尽可能按矩形布置，并进行衬砌。因为这种断面的流态较好，特别是消能设施采用底流消能时，能保证较好的消能效果。4、泄槽的构造（1）衬砌为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽一般都要进行衬砌。一般采用混凝土衬砌。衬砌的厚度主要是根据工程规模，流速的大小和地质条件决定。在工程应用中主要采用工程类比法确定，一般取0.4-0.5m左右，不应小于0.3m。本设计取0.5m。（2）衬砌的分缝、止水和排水为了控制温度裂隙的发生，需要在纵、横方向上分缝，并与堰体及边墙贯通。岩基上的混凝土衬砌，由于基岩对衬砌的约束力大，分缝的间距不宜太大，一般采用10-15m。衬砌的接缝有平接、搭接和键槽等多种型式，本设计采用为防止高速水流通过缝口钻入衬砌底面，将衬砌掀动，所有的伸缩缝都应布置止水。衬砌的排水设施，一般在纵、横伸缩缝下面布置，并且纵、横贯通，将渗水汇集到纵向排水管内排往下游。（四）消能防冲设施溢洪道泄洪，一般是单宽流量大，流速高，能量集中，如果消能设施考虑不当，下游河床和岸坡就会遭受冲刷，甚至会危及溢洪道的安全。河岸溢洪道的消能设施一般采用挑流消能或底流消能，当地形地质条件允许时，优先考虑挑流消能，以节省这部分的工程投资。由于本设计岩石完整性较好，决定采用挑流消能方式。（五）出水渠出水渠的作用是使溢洪道下泄的洪水顺畅地流入下游河床。当消能防冲设施直接与河床连接时，可不另设出水渠。出水渠的布置优先考虑利用天然沟谷，并采用必要的工程设施，使投资最少，同时保证出流平顺。三、控制段的具体的布置已经初步选定采用WES型实用堰，并且堰顶高程为276.00m，堰宽24m。（一）定型设计水头的选择在堰顶水头不变的情况下，愈小，流量系数愈大。对于高堰，其中Hmax=校核水位-堰顶高程=288.67-276=12.67m因此，。（二）实用堰的高度选择堰高对流量系数有较大的影响，在确定Hd时，P1愈小，则m愈小。为获得较大的流量系数m，一般要求P1应大于0.3Hd，查水工建筑物课本表6-1，可得m=0.476。下游堰高P2≥0.6Hd，本设计取P2=0.4Hd。即P1=5m,P2=7m。四、消能防冲设施的具体布置（一）消能方式本设计采用挑流消能方式。它是利用下游反弧段的鼻坎，将下泄的高速水流挑射抛向空中，抛射水流在掺入大量空气时消耗部分能量，然后落到距坝址较远的下游河床水垫中产生强烈的漩滚，并冲刷河床形成冲坑，随着冲坑的逐渐加深，大量能量消耗在水流漩滚的摩擦之中，冲坑也逐渐趋于稳定。（二）挑流设计主要包括选择合适的鼻坎型式，鼻坎高程和挑射角度，反弧半径，鼻坎构造和尺寸；计算挑射距离和最大冲坑深度。（三）挑流鼻坎的型式有连续式和差动式两种。连续式挑流鼻坎构造简单，射程较远，水流平顺，不易产生空蚀，经济安全。差动式挑流鼻坎消能效果比连续式好，但易产生负压，产生空蚀破坏。本设计采用连续式挑流鼻坎。挑射角度，一般情况下取，本设计取300，反弧半径定为30m。鼻坎高程应高于下游水位0.3-0.6m，本设计鼻坎高程定位267.1m，混凝土底高程为259.00m。边墙采用贴壁式挡土墙，溢洪道基础坐落于弱风化花岗岩上。五、泄槽段的具体布置（一）泄槽长度的确定得泄槽长度是50m。（二）水面线计算及边墙高度的确定起始段面水深h1按下式计算：式中：q——起始计算断面单宽流量，m3/(s·m)；H0——起始计算断面渠底以上总水头，m；θ——泄槽底坡坡角；φ——起始计算断面流速系数，取0.95。对于矩形断面泄槽的临界水深为：hk=式中：q—泄槽的单宽流量，m3/s·m；α—动能修正系数，可近似地取为1；g—重力加速度，取9.8m/s2设计情况下：计算得试算得由于h1<hk，因此计算时取用h1=4.6m。校核情况下：计算得试算得因此计算时仍取用h1=5.3m。陡坡水面线根据能量方程，用分段求和法计算泄槽水面线，计算公式如下：式中：—分段长度，m；h1、h2—分段始、末断面水深，m；v1、v2—分段始、末断面平均流速，m3/s；α1、α2—流速分布不均匀系数，取1.05；θ—泄槽底坡角度，°；i—泄槽底坡，i＝tgθ=0.085；—分段内平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系数；取0.014；—分段平均流速，＝（v1+v2）/2，m/s；—分段平均水力半径，＝（R1+R2）/2,m；设计水位时水面线计算情况列于表4-1。校核水位时水面线计算情况列于表4-2。表4-1设计水位时水面线计算情况表h(m)4.64.23.8A(m2)131.6118.4105.6x(m)33.232.431.6R(m)3.963.653.34c(m0.5/s)89.888.687.3v(m/s)16.117.820.0(m)13.2316.1720.41Es（m）17.8320.3724.21△ES(m)2.543.84(m/s)16.9518.9(m)3.813.50(m0.5/s)89.288.00.009460.013180.075540.07182△l(m)33.6253.47∑△l(m)33.6287.09h掺(m)5.495.104.71表4-2校核水位时水面线计算表h(m)5.34.94.54.1A(m2)155.3141.6128.3115.2x(m)34.633.83332.2R