面板堆石坝毕业设计说明书

本科毕业设计说明书题目顺场滩水利枢纽工程设计（堆石坝方案）学院水利水电学院专业学生姓名学号年级指导教师二Ο一三年六月七日顺场滩水利枢纽工程设计（堆石坝方案）摘要：顺场滩枢纽位于顺河中游，是一座以灌溉为主，兼以发电的综合利用水库。水库正常蓄水位为469.50m，灌溉面积为8万多亩，电站装机容量为4000KW。本设计内容分为四个部分：水文水利计算、坝型论证选择、深入细部设计、施工初步设计。通过水文水利计算，确定了工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，泄洪方式为开敞式溢洪道（5孔）泄洪。通过坝型比较，从顺场滩水利枢纽工程的地形条件、工程地质等方面选择了堆石坝和重力坝两种方案。通过调洪演算求出特征水位，进而确定坝顶高程。依据设计规范和已建工程经验完成枢纽布置、坝体结构设计、泄水建筑物设计。通过两种方案工程量的比较及综合分析，最终选择堆石坝方案。参照已建工程对堆石坝的周边缝、垂直缝、止水结构进行详细设计。施工初步设计确定了导流标准及导流设计流量，选取了导流方案，确定了导流建筑物的型式和位置。设计成果包括说明书一份、计算书一份、图纸6张。关键词：面板堆石坝、顺场滩水利工程、水文水利计算、枢纽布置、深入细致设计、施工初步设计；

工程主要特征参数表一工程等级Ⅲ等中型二水文1利用的水文系列年限（年）222最大洪峰流量（m3/s）16003设计洪水标准/流量(m3/s)p=1%/23414校核洪水标准/流量(m3/s)p=0.05%/3234三水库1校核洪水位（m）471.712设计洪水位（m）469.753正常蓄水位（m）469.504汛前水位（m）461.505死水位（m）442.006总库容（万m3）4240四建筑物1最大坝高（m）52.72坝顶长度（m）3463上游坡比/下游坡比1:1.4/1:1.54坝顶宽（m）65面板厚度（m）0.36趾板宽度/趾板厚度（m）5/0.47周边缝接缝止水型式止水铜片、GB填料目录1前言 11.1面板堆石坝的发展 11.2面板堆石坝的主要特点 1面板坝具有良好的抗滑稳定性 1堆石坝具有良好的渗流稳定性 2面板坝具有良好的抗震性 21.3本设计的主要研究内容、思路及方法 2主要研究内容 2主要研究思路及方法 32工程概况 42.1枢纽位置及任务 42.2地形条件 42.3工程地质及水文地质 42.4水文气象 5水文特征 5气象特征 5泥沙情况 62.5施工条件 6建筑材料 6交通及施工场地 63水文水利计算 73.1工程等别及建筑物级别 7工程规模和工程等别 7水工建筑物级别 8洪水标准 93.2水文计算 9洪水过程线推求方法 9洪水过程线推求过程 103.3水利计算 11泄洪方式的选择 11泄洪建筑物的孔口尺寸 11调洪演算 114枢纽布置及坝型论证 164.1枢纽布置 16枢纽布置的任务 16枢纽布置的原则 16枢纽建筑物的组成 164.2坝型选择 175面板堆石坝设计 185.1坝顶高程设计 185.2坝顶构造 185.3上下游坝坡 195.4筑坝材料及坝体分区 195.5混凝土面板设计 21面板厚度 21面板分缝 21面板混凝土设计及配筋 225.6趾板设计 225.6.1趾板的布置 235.6.2趾板结构设计 235.6.3趾板分缝及配筋 235.7溢洪道设计 24引水渠 24控制段 24泄槽设计 25消能防冲段设计 275.8施工初步设计 27导流标准 27导流方式 296重力坝设计 316.1剖面设计 31剖面设计原则 31重力坝的基本剖面 31重力坝的实用剖面 31坝顶高程 31坝顶宽度 33非溢流坝最大坝高断面 336.2非溢流坝段稳定分析 33重力坝稳定分析目的 33荷载组合 34沿坝基面的抗滑稳定分析 346.3溢流坝段设计 36溢流坝的工作特点和设计要点 36溢流坝剖面设计 37溢流坝段稳定分析 417方案比较 428面板堆石坝深入设计 438.1趾板基础 438.2止水设计 44参考文献 45结束语 461前言1.1面板堆石坝的发展堆石坝从公元前两百多年的四川都江堰水利工程到现代的各水利枢纽都以“可充分利用当地天然材料、能适应不同的地质条件、施工方法比较简便”等优点著称。在相当长的一段时间内，堆石主要采用码砌或自高处向下抛填，再辅以压力水冲实的方法施工，著名的有四川狮子滩水电站大坝。20世纪60年代以后，坝体堆石的施工薄层填筑碾压代替了抛石填筑，其中混凝土面板堆石坝发展最为迅速，其中著名的有是墨西哥187m的阿瓜米尔帕坝和中国178m的天生桥一级坝。中国的混凝土面板堆石坝起步较晚，第一座混凝土面板堆石坝柯柯亚坝坝高41.5m，建成于1982年，为方格式面板，但运用情况良好。中国156座面板堆石坝中，已建最高坝为233m水布垭坝。我国面板堆石坝发展过程中形成以下特点：①严格渗流控制②面板渗流量小及尽量减小面板裂缝③施工设备不断改进④止水材料的研制⑤建立起复合中国特点的导流设计⑥碾压砂浆护坡⑦堆石预沉降时间。在“八五”期间，我国在高堆石坝方面解决几个关键的技术问题。如高堆石坝技术优化设计软件系统;利用宽级配砾石土作高堆石坝防渗体的成套技术;砼面板抗烈措施和接缝止水结构的合理形式;土工离心模型试验技术;堆石坝坝体堆石料供应规划仿真模拟软件系统和填筑压实质量无损检测技术;在堆石坝材料方面，我国在利用宽级配土料作防渗体方面也已取得重大进展，如四川境内大渡河上瀑布沟水电站，利用附近料场的宽级配砾石土作防渗土料。此外我国在混凝土面板施工工艺与高堆合坝离心模型试验研究上都有一定的成就。国外研究方面，巴西的伊塔坝引入了一种改进型的混凝土路缘碾压机，可降低成本,加快堆石表面的铺筑以便混凝土面板的浇筑。各国之间相互取长补短，共同促进着堆石坝的向前发展。1.2面板堆石坝的主要特点面板坝具有良好的抗滑稳定性 从面板坝的结构上来分析，坝体堆石全部在面板下游，水荷载作用于面板，整个堆石体重量及面板上部水重均在抵抗因水荷载作用所引起的水平推力。水荷载的水平推力大致为堆石体及部分水重的七分之一左右，而水荷载的合力在坝轴线以上传到地基中，有利于坝体的稳定。另一方面，分层碾压的堆石具有较高的密实度，从而提高了堆石的抗剪强度。再者，堆石具有较好的透水性，坝体堆石几乎不受渗流力的影响。已建造的面板坝，大多数设计时不作稳定分析，而是按照已建工程用类比法选定坝体坡度，基于上述原因，面板坝具有良好的稳定性。堆石坝具有良好的渗流稳定性堆石体填筑一般采用“进占法”施工，即将料卸在已铺好的层面上，然后用推土机朝卸料前进方向推平，此时，大块石跌落在每层底部，而小块石及细料则滞留在每层的上部，充填表面坑洼及堆石体的空隙。每层石料出现分离，形成层状堆石。这种成层堆石除表面平整，有利于施工外，还具有较好的透水性，因为通过堆石体的渗流在水平方向比垂直方向容易，使堆石体不被水饱和，当施工期面板未被浇筑前坝体挡水时，可增强坝体的稳定性。成层堆石在通过振动碾压实以后，由于石块之间的相互挤压作用，石块之间紧密接触，形成一种骨架，承受堆石体的重量。组成骨架的堆石间相互接触面积小，产生很高的接触应力，从而使对时间产生很大的摩阻力，阻止骨架中的任一块岩石对其周围岩石作相对运动。这种使岩块保持稳定的摩阻力要比在渗流作用下、孔隙内水流的拖拽力大得多，即使存在于堆石体孔隙中而没有参与形成骨架的小石块、细粒及土状岩屑，可能会被渗透水流带走，但不会引起附加沉降。这种细粒碎屑被水流带走，下游坝趾暂时渗出浑水，但很快就会变清。这说明坝体堆石料在渗流作用下能保持良好的稳定性。面板坝具有良好的抗震性面板坝就抵抗地震而言，具有很高的安全性。这是因为：①面板坝的堆石体具有良好的排水性能，整个堆石体一般处于无水的状态，不可能因地震而形成孔隙水压力，因而也就不存在堆石体强度降低的趋势而造成堆石体液化和坝坡失稳。由于堆石体已压实到密实状态，地震也只能使坝体产生一些微小的变形。②经过几次地震，混凝土面板坝也可以产生裂缝，引起漏水量增加，但这种漏水不会威胁坝体总的稳定性，因为渗过面板裂缝的漏水量因垫层反滤作用很容易得到控制，从而安全地渗过堆石体。1.3本设计的主要研究内容、思路及方法主要研究内容（1）了解熟悉滩水利枢纽工程基本资料，借阅相关资料文献；（2）水文水利计算：确定枢纽的等别、建筑物级别、以及洪水标准，计算绘制洪水过程线，水库的特征水位和特征高程。（3）枢纽布置：进行枢纽的布置及坝型的论证，确定坝体、泄水建筑物的位置，在地形图上绘出枢纽布置方案草图；（4）深入细部设计：对堆石坝的趾板、周边缝、垂直缝、各止水结构进行仔细设计；（5）施工设计：导截流方式及导截流建筑物的初步。主要研究思路及方法首先，根据所给资料及国家标准，确定枢纽的等别、建筑物级别以及洪水标准。通过水文水利计算，推求设计和校核两种工况下的洪水过程线。利用程序进行调洪演算，确定水库的各种特征水位、泄洪方案以及泄洪建筑物的尺寸。然后，通过对工程基本资料包括枢纽位置处的地形条件、工程地质和水文地质、水文气象、坝址处筑坝材料及施工条件等进行认真研读，对本工程所选取的堆石坝进行论证。然后再根据规范和已建工程确定各主要建筑物的剖面形式和具体位置。其次，通过翻阅教材和向指导老师请教，对坝体及溢洪道进行细致深入设计，对大坝进行稳定渗流分析。最后，参考国内外一些规模相近的工程，对大坝进行初步的施工设计。主要包括导截流方案、导截流时间的初步选择、围堰的选择以及施工总进度计划的初步拟定。2工程概况2.1枢纽位置及任务顺场滩水利枢纽位于顺河中游，距潭家场0.5km。上距白龙县城20km，下距全明镇约10km，均有公路相通。顺场滩枢纽是一座以灌溉为主，兼以发电的综合利用水库。工程建成后，可以灌溉下游8万多亩田地。发电站装机容量为4000KW，电能主要为附近城镇的工农业及农村产品加工业提供能源。2.2地形条件顺河发源于南岭山脉的南侧，河流上游两岸山势陡峻，河床比降较大。中游如潭家场以上一带，虽然山势雄伟，但是相对上游而言较为开阔，河床比降显著减小，并有小河湾存在，是水库的主要蓄水区；在潭家场以下河段，地势明显开阔，左岸较陡，右岸相对较缓，是农田主要分布区域。枢纽坝址河谷呈“U’型。谷底宽约30m，在470m高程处宽约300m，两岸不甚对称。在右岸431m高程左右，分布有一宽约10m，长约40m的一级阶地。河床左岸平均坡度为30°，右岸平均坡度为23°。主河槽偏向左岸，但是流经潭家场后偏向右岸，致使右岸坡变陡，左岸形成一冲积台地。坝址上游左右两岸有小山弯地形，下游潭家场附近有一较大的冲积地形，详见地形图示。由于坝址区段地形条件的限制，坝轴线只可能在小范围内变动。2.3工程地质及水文地质经勘察及区域地质构造分析，库区出露地层主要为下白垩系地层和中生代上侏罗纪系砂页岩互层。砂岩中节理裂隙较发育，但是无大的断裂构造切割，库岸稳定，地下水主要向库内补给，不存在向邻谷和下游渗流的问题。根据省地震局有关资料及《中国地震烈度区划图》综合分析，该区地震活动较弱，属相对稳定区。流域地震烈度为5

度。坝址河谷谷底以下为厚约30m以上的巨厚层石英砂岩，为大坝的主要持力层；中部为厚3m的砂质粘土岩，下部为厚30m厚的石英砂岩，中夹有薄层砂质粘土岩，两岸以石英砂岩为主，中夹有砂质粘土岩，石英砂岩岩质坚硬，抗压、抗拉及抗剪强度较高，但是其表层节理裂隙发育特别是左岸更甚。坝基岩体物理力学特性见表2.1所示：表2.1坝基岩体物理力学特性序号力学参数岩类岩体容重R（t/m3）变形模量E（kg/cm2）抗压强度Rc（kg/cm2）泊桑比1石英砂岩2.666.5×1048000.252砂质粘土岩2.551.1×1041900.302.4水文气象水文特征顺河流域属亚热带气候，由于受太平洋低压槽影响，本区雨量较为充沛。根据坝址下游5km处的桑坪水文站实测资料分析，多年平均降雨量为1020mm，雨量多集中在6～9月，占全年降雨量的80%。雨量年内分配不均，多年平均降雨数152天，多年平均气温15℃，极端最高气温36℃，极端最低气温-5℃，分别发生在7月和1气象特征根据当地气象站1957～1986年的实测风速资料，多年平均最大风速为7.2m/s，瞬时最大风速为16.9m/s，风向为西北风，与水库吹程方向近乎一致，水库吹程2km。根据桑坪水文站1967～1986年完整的水文资料分析，多年平均流量为240.5m3/s，实测最大洪峰流量为1600m3/s，详见表2表2.2实测洪峰流量年份1967196819691970197119721973197419751976洪峰流量（m3/s）1240590640795101091070016001120570年份1977197819791980198119821983198419851986洪峰流量（m3/s）106072582093013806301430680860770本河段曾进行多次洪水调查，查出具有代表性的两次历史洪水流量如表2.3所示，各月和各时段的施工洪水流量见表2.4所示： 表2.3历史洪水流量年份历史洪水量（m3/s）1957年23001899年2040表2.4各月和各时段的施工洪水流量月份频率1月2月3月4月5月10月11月12月全年10%0.82.52.91.55029134.25%1.24.04.1205938175.6泥沙情况顺河发源于南岭山脉南侧，由于受太平洋低压槽影响，流域气候温和，相对湿度较大，适宜植物生长。因此沿河两岸植被良好，无大面积固体径流来源，所以沙量变化较平稳。经分析，河流多年平均输沙总量为2.1万m3。淤沙浮容重0.75t/m3，内摩擦角13°。2.5施工条件建筑材料顺河流域地处山区，坝址上下游蕴藏有丰富的石英砂岩，表面覆盖较薄，易于开采，运输距离较近。混凝土及砂浆用的砂石料主要由坝址下游10km处的沙湾一带采集，水泥由地区水泥厂供给（400#水泥），钢材由县物资局统一调拨，流域土料缺乏，虽有农田覆盖，但是多为沙壤土，贮量小，土质差。其建筑用料的物理力学特性详见表2.5、表2.6：表2.5砌体与混凝土的物理力学特性力学特性名称容重（t/m3）弹性模量E（kg/cm2）容许抗压强度（kg/cm2）容许抗拉强度（kg/cm2）浆砌块石2.34.0×1041480.5混凝土2.418×104浆砌条石（M7.5）2.44.5×1041801.0交通及施工场地枢纽左岸有公路自潭家场经坝头通至县城，右岸有公路通至全明镇，并可以通往县城，交通较为方便。以上公路除了个别地段加宽外，可以满足施工运输要求。坝址上下游两岸的开阔地形，特别是潭家场附近一带，均可以布置施工场地，而且有部分拆迁后的民房可供利用。3水文水利计算3.1工程等别及建筑物级别3.1.1工程规模和工程等别水利工程对社会经济的影响巨大，因此，应从社会经济全局的利益出发，将工程安全性与经济合理性统一考虑，进一步将枢纽中的建筑物进行分级。水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，按中华人民共和国行业标准《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）（见表3.1）进行确定。表3.1水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容（亿m³）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（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象重要性装机容量（万kW）Ⅰ大（1）型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大（2）型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.10中等100～3060～1550～5中等30～5Ⅳ小（1）型0.10～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1Ⅴ小（2）型0.01～0.001<5<3<0.5<1注：1.水库总库容是指最高水位以下的静库容；2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。工程分等指标：（1）水库总库容：本工程基本资料里给出的正常蓄水位高程为469.50m，根据水位—库容曲线，可以得知本工程总库容为3640万m3，0.1亿m3<0.364亿m3<1亿m3，根据表3.1可查得本工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。（2）电站装机：根据已给资料，发电站装机容量为4000kW，根据表3.1可查得本工程等别为Ⅴ等，工程规模为小（2）型。（3）灌溉：顺场滩枢纽是以灌溉为主，工程建成后，可以灌溉下游8万多亩田地。根据表3.1可查得本工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。由《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）可知，对综合利用的水利水电工程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中最高等别确定。故由以上几个判别标准，可确定本工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。水工建筑物级别水利是国民经济的基础产业，工作失常会导致社会经济运转受到阻滞和破坏，甚至造成社会问题。因此应从整个工程的安全出发，考虑到工程的经济效益及运行时限，需要对水工建筑物进行分级。水利水电工程中的永久性和临时性水工建筑物，根据其所属的工程等别及其在工程中的作用和重要性，根据中华人民共和国行业规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），分别划分为5级和3级，见下表3.2和表3.3所示。表3.2永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅱ23Ⅲ34Ⅳ45Ⅴ55表3.3临时性水工建筑级别级别保护对象失事后果使用年限(年)临时性水工建筑物规模高度（m）库容（108m3）3有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失>3>50>1.041、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失3~1.550~151.0~0.153、4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小<1.5<15<0.1注：当临时性水工建筑物根据上表指标分属不同级别时，其级别应按其中最高级别确定，但对3级临时建筑物，符合该级别规定的指标不得少于两项。在本设计中工程等别为Ⅲ等，根据表3.2，可以得知该工程永久性水工建筑物中主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级；对于临时性水工建筑物，从表3.3中得出的级别为4级。洪水标准水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，查规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。结合本工程基本资料，顺场滩水利枢纽为山区、丘陵区水利水电工程，所以永久性水工建筑物的洪水标准按表3.3确定。表3.4山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]项目水工建筑物级别12345设计1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石坝10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土坝、浆砌石坝5000～20002000～10001000～500500～200200～100顺场滩工程永久性水工建筑物级别为3级，根据表3.4可知，本工程正常运用（设计工况）下的洪水重现期为100~50年，非常运用（校核工况）下的洪水重现期为2000~1000年。综合考虑后本设计取永久性水工建筑物洪水标准为：设计洪水标准为100年一遇（p=1%），校核洪水标准为2000年一遇（p=0.05%）。3.2水文计算水文计算的主要目的是推求设计洪水过程线和校核洪水过程线。洪水过程线推求方法设计洪水过程线和校核洪水过程线可由典型洪水过程线放大得到，其方法主要有两种：同频率放大法和同倍比放大法。本设计采用同倍比放大法。同倍比放大法即按峰或量同倍比控制的方法，其优点是可以较好地保持典型洪水过程线的特点，对多峰洪水过程的流域或分析洪水地区组成时均可适用，缺点是常使设计洪峰或设计洪量的放大结果有偏大或偏小的现象。同倍比放大法是按同一个倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值，从而得到设计洪水过程线。因此，方法的关键在于确定以谁为主的放大倍比值。放大倍比值的选用有两种：一是“以峰控制”，其放大倍比为：式中：Qmp—设计频率的洪峰流量；Qm—典型洪水过程线的洪峰流量。二是“以量控制”，其放大倍比为：式中：Wtp—设计频率的设计时段洪量，设计时段长短一般是根据工程情况决定；Wt—典型洪水过程线的设计时段洪量。洪水过程线推求过程根据本工程的水文资料及典型洪水过程线综合分析，选取“以峰控制”的方法。顺场滩工程永久性主要建筑物等级是3级，正常运用（设计标准）下的洪水重现期为100年（P＝1％），非常运用（校核标准）下的洪水重现期为2000年（P＝0.05％）。由理论频率曲线查得P=1%和P=0.05%对应的流量分别为Q设=2341m3/s和Q校=3234m3/s。因此最大倍比为K设=2341/1600=1.46，K校=3234/1600=2.02。洪水过程线如图3-1所示。图3-1洪水过程线3.3水利计算泄洪方式的选择泄水建筑物是水利水电枢纽工程中的重要组成部分，其型式的选择与具体布置，需结合具体的水文、地形、地质、施工等条件及运用要求，通过技术经济论证，从各种可行方案中，本着既安全又经济的原则选定。常见的泄洪建筑物有表面式溢洪道和深水式泄水洞。表面式溢洪道分为有闸溢洪道和无闸溢洪道。后者当库水为超过溢洪道的堰顶高程时，即自行泄流。因此水库只能延滞和调节洪水而不能控制洪水与兴利库容结合。对于有闸溢洪道，尽管增加了泄洪设施的投资和操作管理工作，但能够比较灵活地按需求控制流量和泄水时间，对大中型水库的防洪效果和枢纽的综合利用有较大的好处。对于本工程，从坝区地形图可知，右岸坝肩高程约为460~470m之间有一宽约为70m的平缓地段，河流在坝轴线下游约为300m处向右岸拐弯，此处河道几乎与坝轴线平行。因此拟在高程约为460~470m之间的平缓地段布置河岸开敞式正槽溢洪道。泄洪建筑物的孔口尺寸在确定泄洪建筑物孔口尺寸的时候，需要考虑以下几方面因素：（1）泄洪要求：为了维持一定的库水位,在汛期泄洪建筑物要有一定的泄洪能力；（2）闸门和启闭机：启闭力越大，工作桥的跨度相应地也就越大；（3）枢纽布置：孔口高度越大，单宽流量就越大，溢流堰宽度也就越小；孔口宽度越小，孔数就越多，闸敦数也越多，溢流堰总长度也就相应增大。（4）下游的水流条件：单宽流量越大，下游的消能问题就越突出，为了对称均衡地开启闸门，以控制下游河床的水流流态，孔口数目最好采用奇数。本设计参考国内外已建工程，初步拟定溢流堰净宽为40m，单宽为8m。调洪演算（1）调洪演算基本原理：水库调洪是在水量平衡方程和动力平衡（圣维南方程组的连续方程和运动方程）的支配下进行的。水量平衡用水库水量平衡方程表示，动力平衡可由水库蓄泄方程（或蓄泄曲线）来表示。调洪计算就是从起调开始，逐时段连续求解这两个方程。①水库水量平衡方程：②水库蓄泄方程或水库蓄泄曲线：式中：、—时段△t始、末的入库流量，m3/s；、—时段△t始、末的出库流量，m3/s；、—时段△t始、末的水库蓄水量，m3/s；△t—计算时段，s。其中，△t应以能较准确地反映洪水过程线的形状为原则。陡涨陡落的，△t取短些。反之，取长些。（2）列表试算法本设计考虑静库容进行调洪计算。用列表试算法来联立求解水量平衡方程和动力方程，以求得水库的下泄流量过程线，其计算步骤如下：a.根据库区地形资料，绘制水库水位容积关系曲线,并根据既定的泄洪建筑物的型式和尺寸，由相应的水力学出流计算公式求得出库流量和库容的关系曲线。b.从第一时段开始调洪，由起调水位（即汛前水位）查及关系曲线得到水量平衡方程中的和；由入库洪水过程线查得和；然后假设一个值，根据水量平衡方程算得相应的，由在qV曲线上查得，若二者相等，即为所求，否则，应重设，重复上述计算过程，直到二者相等为止。c.将上时段末的和作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即可得到出库下泄流量过程线。d.将入库洪水和计算的两条曲线点绘在一张图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点，说明计算的是正确的。否则，计算的有误差，应改变时段重新进行试算，直至计算的正好是二线的交点为止。e.由查曲线，得到最高洪水位时的总库容，从中减去堰顶以下的库容，得到调洪库容。由查ZV曲线，得最高洪水位。显然，当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的、、即为设计标准的最大泄洪量、设计防洪库容和设计洪水位。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的、、即为校核标准的最大泄洪量、设计防洪库容和设计洪水位。以设计洪水情况为例，计算结果为：溢洪道最大下泄流量qm=1986m3/s，相应总库容Vm=3631.3万m3；堰顶高程以下的库容得V设=1381.3万m3；由Z~V曲线查得Z设=469.4m。求得设计洪水过程线及下泄流量过程曲线如图3-2所示。t（h）Qt（h）Q，q（m3/s）设计洪水过程线下泄流量过程线图3-2设计洪水过程线及下泄流量过程线（3）计算机调洪拟定两个方案，对设计洪水、校核洪水分别进行调洪演算。计算结果见表3.5。表3.5调洪演算结果序

号方案类型

（孔数×单宽）设计工况校核工况最大泄流qm

（m3/s）水位Zm

（m）最大泄流qm

（m3/s）水位Zm

（m）15×8m2038.62469.752807.98471.7125×10m2080.56468.672898.67471.06已知堰顶高程为461.50m，正常蓄水位为469.50m，则闸门高度至少为8m。方案二的设计洪水位和校核洪水位均只稍高于方案一，但是闸孔净宽增加了10m，相应增宽了施工难度大的溢流坝面长度。通过比较分析，选择方案一，即闸孔数为5孔，单宽为8m，总净宽为40m。设计情况和校核情况的洪水过程线及下泄流量曲线见图3-3和图3-4.图3-3设计洪水过程线及下泄流量过程线图3-4校核洪水过程线及下泄流量过程线总结计算机调洪结果得到表3.6表3.6选定溢流方案的特性表设计情况校核情况上游水位（m）下游水位（m）下泄流量（m3/s)上游水位（m）下游水位（m）下泄流量（m3/s)469.75426.902038.62471.71427.602807.984枢纽布置及坝型论证4.1枢纽布置枢纽布置的任务为了满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。水利枢纽按承担的任务不同可分为防洪枢纽、灌溉（或供水）枢纽、发电枢纽、航运枢纽等。大多数情况下水利枢纽都是多目标的综合利用枢纽。按其作用水头的大小又可分为高水头（H＞70m）、中水头（30m＜H＜70m）和低水头（H＜30m）水利枢纽。按其所在地区的地貌形态分为：平原地区水利枢纽和山区（包括丘陵区）水利枢纽；按拦河坝的形式还可分为重力坝枢纽、拱坝枢纽、土石坝枢纽及水闸枢纽等。枢纽布置的任务概括地说就是分析某一具体水利枢纽的地形、地质、施工等条件，选择合适的水工建筑物的形式并明确各水工建筑物的位置。枢纽布置的原则水利枢纽的规划和运行中，防洪、发电、灌溉等部门对水的要求不尽相同，为了协调上述各个部门供需之间的矛盾，需要进行合理的枢纽布置，统筹安排，最合理的开发利用水能资源，做到以最少的投资，最大限度地满足国民经济各个部门的需要。在枢纽布置中应当遵循以下原则：（1）水利枢纽布置须充分考虑地形、地质条件，使各种水工建筑物都布置在安全可靠的地基上，并能满足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必要条件。（2）枢纽布置必须使各个不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在运行中相互协调，充分有效地发挥所承担的任务。（3）各个水工建筑物单独使用或联合使用的水流条件良好，上下游的河道冲淤变化不影响或少影响枢纽的安全运行。结构强度满足要求，即技术上安全可靠。（4）在满足基本要求的前提下，力求建筑物布置紧凑，一物多用，减少工程量，充分发挥综合效益，降低造价。尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。（5）要充分考虑运行管理的便利和施工的方便，枢纽的外观与周围环境协调，在可能的情况下尽量考虑美学要求。枢纽建筑物的组成本工程是以灌溉为主、兼以发电的综合利用水利枢纽。枢纽主要建筑物有：（1）挡水建筑物：面板堆石坝；（2）泄水建筑物：溢洪道；（3）输水建筑物：引水钢管等；（4）水电站建筑物：坝后式厂房；（5）临时建筑物：施工围堰、导流洞。4.2坝型选择大坝按筑坝材料主要分为：拱坝、重力坝、土石坝以及堆石坝等坝型。本工程坝址区河谷呈“U”型，谷底宽约30m，在470m高程处宽约300m，两岸不甚对称，因此本工程不适合修建拱坝。初选重力坝、土石坝、堆石坝三种坝型进行比较。根据坝址区地质条件，土石坝及堆石坝均能修建，但堆石坝相比土石坝有一定优势，主要表现在：堆石坝比土石坝的坝坡稳定性好。(2)堆石坝的防渗板位于堆石体上面，承受水压力的性能好，坝体透水性比心墙坝好，几乎不受渗透水压力的影响。(3)堆石坝比土石坝的抗震性能好、地震变形小，不易因地震而产生孔隙水压力。(4)堆石坝比土石坝的施工导流与度汛方便。(5)堆石坝比土石坝受气候的影响较小。(6)堆石坝比土石坝施工干扰少。堆石坝分为面板堆石坝和土心墙堆石坝，二者对坝址地质、地形条件的适应性都比较强，但是顺场滩水利枢纽坝址处缺少土心墙料，且面板堆石坝工期比土心墙堆石坝短得多，这是由于坝体填筑与基础灌浆互不干扰，面板堆石坝的填筑不受下雨天气影响，坝体体积较小，坝体分期灵活，垫层料可以挡施工期洪水，部分堆石的填筑可以在导流前进行。故放弃土心墙堆石坝方案。因此，本工程主要选择混凝土面板堆石坝与重力坝方案进行比较。坝型选择要根据坝址区地形条件、地质条件、筑坝材料、施工条件、气候条件及工程量等多方面因素综合进行比较，选定技术上可靠、经济上合理的坝型。5面板堆石坝设计5.1坝顶高程设计坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值：①正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；②设计洪水加正常运用情况的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；④正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶超高y的计算公式为式中：y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上的爬高，m；e—最大风壅水面高度，m；A—安全加高，m。根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》，在4种运用条件下的坝顶高程计算如表5.1。表5.1坝顶高程计算表运用情况洪水水位（m）波浪爬高R1%（m）风壅水面高度e（m）安全超高A（m）坝顶高程（m）设计洪水位加正常运用469.751.510.000870.7471.96正常蓄水位加正常运用469.501.510.000870.7471.71校核洪水位加非常运用471.700.890.000370.4472.99正常蓄水位加非常运用469.750.890.000370.4471.04坝顶上游侧应设置防浪墙，防浪墙的底部高程宜高于正常蓄水位（469.75m）,墙顶高出坝顶1m。故最后确定坝顶高程为473.00m，防浪墙顶高程为474.00m，防浪墙墙高为4m。5.2坝顶构造坝顶宽度应根据运行需要、坝顶设施布置和施工要求确定，坝顶宽度一般为5m~8m。当坝顶有交通需要时，坝顶宽度应满足交通要求。顺场滩水库为中型水库，参照工程经验，确定坝顶宽度为6.0m，坝顶铺有厚度为30cm的碎石垫层，路面混凝土厚度为30cm。为了排除雨水，坝顶面向下游侧倾斜，做成2%的坡度。坝顶上游侧应设置防浪墙，墙顶高出坝顶1m~1.2m。防浪墙与混凝土面板顶部的水平接缝高程，宜高于水库正常蓄水位。防浪墙底部高程以上的坝体，应用细堆石料填筑，并铺设路面。防浪墙立墙上游的底板上，宜设宽度0.6m~0.8m的检查用人行便道。本工程设计采用L型防浪墙，墙高4.0m，墙顶高出坝顶1.0m。检查用人行便道宽度为0.6m。防浪墙采用钢筋混凝土结构，墙顶部厚0.5m。防浪墙底高程469.50m，顶高程473.50m。坝顶细部构造如图5-1。图5-1坝顶结构图5.3上下游坝坡对于混凝土面板坝，当筑坝材料为质量良好的硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用1：1.3~1:1.4，当用质量良好的天然砂砾石料筑坝时，上、下游坝坡可采用1：1.5~1：1.6。软岩堆石料筑坝和软基上建坝，坝坡由稳定计算确定。本工程筑坝材料为砂岩，参照已建工程经验，满足规范要求，拟定上游坝坡为1：1.4，下游坝坡1：1.5。上游为钢筋混凝土面板，无需护坡，下游采用干砌石护坡，厚0.4m，在高程为445.00m处，设宽为2.0m的马道，其中包括了宽0.4m的排水沟。5.4筑坝材料及坝体分区堆石体在自重、水压等荷载的作用下，各部分的应力和变形特性不同，对面板工作产生的影响也不同，各部分对材料性质、级配、压实度和施工工艺的要求也各不相同，因此应根据料源及对坝料的强度、压缩性、渗透性、施工方便和经济合理等要求对坝体进行分区。一般，将坝体分为垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区。填筑料的分区原则如下：①各分区坝料的透水性宜满足水力过渡的要求，从上游到下游，坝料的渗透系数递增（软岩除外），下游堆石区下游水位以上的坝料不受此限制。相邻区下游坝料应对其上游区有反滤保护作用，防止产生渗透变形和渗透破坏；②依据对面板的影响程度，从上游到下游坝料变形模量可递减，以保证蓄水后坝体变形尽可能小，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性；③充分合理的利用近坝材料和枢纽的开挖石渣料，以达到经济的目的。（1）铺盖区（1A区）、压重区（1B区）设置1区的目的是用不透水料去覆盖周边缝及高程较低处的面板，当面板出现裂缝和板间缝、周边缝张开时，防渗土料将随水流进入缝中，并受面板下垫层料的反滤作用而淤堵裂缝使其自愈而恢复防渗性能。然后于其上再覆盖任意料，以防防渗土料失稳。参见已建工程，在本工程建坡度为1：1.6的黏土铺盖区和坡度为1:2的石渣压重区。垫层区（2A区）设置垫层区的目的是为混凝土面板提供一个均匀稳定的、具有低压缩性的优良基础，并实现从面板至过渡区和堆石区间的均衡过渡，适应坝体的变形而不出现裂缝。要求垫层料具有良好的颗粒级配、母岩本身强度较高、破碎率低、压实性能好、压实后变形模量和抗剪强度较高。同时，垫层料应为半透水料，渗透系数应控制在10-3~10-4cm/s范围内，以期在面板出现裂缝时，垫层区能起到第二道防线的作用。规范规定：垫层区的水平宽度应由坝高、地形、施工工艺和经济比较确定。当用汽车直接卸料、推土机平料的机械化施工时，垫层区的水平宽度不宜小于3m。本工程垫层区水平宽度设计为4.0m，采用石英砂岩人工开采加工砂料。最大材料颗粒直径取60到80mm，小于50mm的颗粒含量取30%到50%，小于75mm的颗粒含量去5%到8%。压实后垫层的渗透系数取1.0×10-4m/s。为了防止周边缝张开而导致漏水，在趾板周边缝的下侧，设置特殊垫层区（2B区），用粒径小于40mm的细垫层料填筑，以易于边角处填筑密实，减少周边缝的相对变形。（3）过渡区（3A区）该区位于垫层区与主堆石区之间，其变形特点和强度介于垫层与主堆石之间，作用是保护垫层区的渗透稳定，即使面板开裂漏水，也不会因高压水流作用将垫层料带走。该区材料，应是新鲜、坚硬、级配良好的石渣，其粒径级配应满足垫层区与主堆石区的过渡要求，符合反滤原则，一般不必采用破碎加工，常以主堆石料剔除较大粒径后直接填筑。规范规定：硬岩堆石料作主堆石区时，它与垫层区之间应设过渡区，为方便施工过渡区的水平宽度不宜小于3m。本工程过渡区水平宽度设计为4.0m，最大颗粒直径取200mm到300mm之间，采用专门开采的人工加工细堆石料。（4）主堆石坝区（3B区）主堆石区是面板坝的主体，是承受水荷载及其他荷载的主要支撑体。设计要求主堆石体坝料应具有低压缩性、高抗剪强度、透水性和耐久性。堆石坝的力学性质在很大程度上取决于坝料的级配，开挖料的级配与母岩岩性、岩层产状和构造以及爆破工艺等因素相关。坝料级配设计中，目前多数是根据岩性相近的工程资料进行类比确定。本工程选择级配为小于5mm的颗粒含量小于20%，小于0.1mm的颗粒含量小于10%。（5）次堆石坝区（3C区）该区承受的水荷载很小，其压缩性对面板变形影响较小，因此可以采用强度较低的石料如软岩筑坝。该区可充分利用料场中开挖出来的较次石料或者枢纽建筑物的开挖石料，但下游水位以下应设立专门的水下堆石区，其基本要求是级配良好，抗冲蚀性好，渗透系数大。主、次堆石区分界线：以坝轴线高程462m点为起点，以1：0.5倾向下游坡线分界。（6）下游排水棱体为了大坝排水通畅和下游坝坡稳定，在坝体下游高程为427.80m处设置下游堆石区，用于排水，顶部宽度为6m，上游坡度为1:0.5，下游坡度为1：1。5.5混凝土面板设计对于面板坝，面板是防渗的主体，对其质量有较高的要求，应具有良好的防渗性能，足够的耐久性，足够的强度和防裂性能。面板厚度面板的厚度和它的应力关系很小，主要由下列要求确定：施工要求，应有足够的厚度，以满足施工方便和保证质量的需要；结构要求，所采用的厚度应能便于在其内布置钢筋和止水；耐久性要求，应有足够厚度，以控制面板渗透水力比降低于满足耐久性的允许值。在达到上述要求的前提下，应尽量选用较薄的面板，它不仅柔性好，而且还能节约材料，降低造价。规范规定：中低坝可采用0.3~0.4m厚的等厚面板。结合工程经验，本工程设计拟定采用厚度为0.3m的等厚度面板。面板分缝随着建坝地区的气候条件、地基类型、施工条件的不同，在面板内部及其周边上将产生不同的温度应力的沉降变形应力。这些应力有可能导致产生极其有害的裂缝发生。为了保证混凝土面板的整体性和满足防渗要求，通常采取的措施有：提高坝体和坝基的密实性，减少在荷载作用下的变形；提高面板混凝土的均匀性，保证其具有较高的延展性和轴心抗拉强度，并在可能出现裂缝的部位布设钢筋；降低垫层对面板的基础约束应力；根据坝体和坝基可能产生变形的情况，对面板及其周边进行合理分缝，以增加面板整体柔性，并在缝中设立止水设施，防止渗漏，显然，分缝的目的是为了消除有害裂缝的发生，在人为的缝中有设防的条件下，保证面板在坝体变形、温度及其他因素作用时具有整体性，满足工作要求，有时接缝有时根据施工条件来布置的。按照接缝在面板中的位置和作用，可以分为：周边缝它是趾板与面板间的接缝，由于面板与趾板分别位于碾压堆石体和基岩上，即两种变形模量截然不同的地基上，在水荷载作用下，其变形性质不会相同，并使面板与趾板间产生明显的相对位移。周边缝两侧变形的不连续性，导致其变形差远大于其他接缝。从防渗的角度看，这是面板坝最薄弱环节。在张开、沉降、剪切三个方向都有变形发生。根据规定，50-100m高度的坝设两道止水才可满足大坝运行的要求。该设计的最大坝高为56.5m，故除在底部设止水外，在顶部设柔性填料止水，并在周边缝下设特俗垫层区，用沥青砂填筑，以易于边角处填筑密实，减少周边缝的相对变形。（2）垂直伸缩缝这种缝从坝顶沿坝坡一直延伸到周边缝，方向与坝轴线垂直，只在接近周边缝0.6m处转弯，便之垂直于周边缝。由于坝体产生位移的影响，位于面板中部的垂直缝将收到挤压，这种缝称为B缝。靠近两岸坡附近的垂直缝，则由于所有面板都向面板中部产生位移而受到拉伸，这种缝被称为A缝。本工程坝顶长336m，参照已建工程，右岸设总长度为80m的张性缝（A缝），缝间距为8m，左岸设总长度为64m的张性缝，缝间距为8m；面板中部设总长度为192m的压性缝，间距为12m。面板混凝土设计及配筋面板混凝土应具有较高的耐久性、抗渗性、抗裂性及施工和易性。面板混凝土强度等级不应低于C25，抗渗等级不应低于W8，抗冻等级应根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（DL/T5082—1998）的规定确定。面板宜采用单层双向钢筋。钢筋宜布置于面板截面中部，每项配筋率为0.3%~0.4%，水平向配筋率可低于竖向配筋率。经论证，面板局部可采用双层配筋。本工程设计使用强度等级为C30的混凝土，抗渗等级为W10，面板采用单层双向钢筋，配筋率由结构计算确定5.6趾板设计趾板是布置在防渗面板的周边、坐落在河床及两岸基岩上的混凝土结构。趾板与面板共同作用，形成坝基以上的防渗体，同时趾板与经过固结灌浆、帷幕灌浆处理后的稳定基岩连成整体，封闭地面以下的渗流通道，从而形成一个完整的防渗体系。趾板还是面板的底座，其作用是保证面板与河床及岸坡间的不透水连接，同时也作为滑模施工的起始工作面。趾板的布置趾板布置方式有三种方案：趾板等高线垂直于趾板基准线，即平趾板方案；趾板面等高线垂直坝轴线的斜趾板方案；趾板面等高线适应开挖以后的岩面的斜趾板方案。平趾板是应用得最广的一种方案，其优点：便于趾板的施工，便于交通及钻孔、灌浆作业；提供排水通道，避免造成暴雨冲刷填筑体；趾板上游端基岩风化较浅，地质条件较好；趾板可以用滑模施工。本工程选择平趾板布置方案。趾板结构设计岩石地基上的趾板宽度按容许水力梯度确定。岩石地基容许水力梯度如下表5.2所示。表5.2岩石地基容许水力梯度岩石风化程度容许水力梯度岩石风化程度容许水力梯度新鲜、微风化≥20强风化5～10弱风化10～20全风化3～5经过计算得趾板宽度为5m。岩基上趾板厚度可小于与其连接的面板厚度，最小设计厚度应不小于0.3m。本设计趾板厚度取0.4m。趾板示意图如下图5-2图5-2趾板示意图趾板分缝及配筋趾板结构早期为分段式，后来发展为连续式，现在连续式趾板已成为一种新的趋势。连续式趾板允许温度裂缝的出现，但按限制裂缝开展宽度的要求配筋，以保证趾板的耐久性。连续趾板的施工缝按冷缝处理，不设止水，钢筋通过。趾板仅需要配置温度筋和灌浆盖板的钢筋，采用单层钢筋，各向钢筋量为设计厚度的0.3%，保护层厚度采用10cm，止水附近局部增加构造钢筋。趾板的锚筋采用砂浆锚杆，先灌浆再插入钢筋，选取φ25普通螺旋钢筋，间距1m。5.7溢洪道设计根据地形条件，设置岸边开敞式溢洪道。溢洪道有引水渠，控制段，泄槽，出口消能段组成。溢洪道的布置和形式选择应该根据水库水文，坝址地形地质水流条件，枢纽布置，施工，管理条件以及造价等因素决定。从坝区地形图可知，右岸坝肩高程约为460~470m之间有一宽约为70m的平缓地段，河流在坝轴线下游约为300m处向右岸拐弯，此处河道几乎与坝轴线平行。5.7.1引水渠引水渠的作用是将水流平顺、均匀、对称地引向控制段。引水渠布置时，应尽量短而直，其轴线方向宜进水顺畅。如需设置弯道，其轴线转弯半径不宜小于4倍渠底宽度，流速越大，转弯半径也应越大。引水渠的进口布置，应根据不同的地形，采用不同的体形，使水流平顺入渠，体形宜简单。当进口布置在垭口面临水库时，一般布置成对称或基本对称的喇叭口形式。结合地形条件，本设计的进水渠布置成由不同半径的圆弧曲线组成的近似喇叭口形式，轴线的转弯半径为约为280m，满足大于4倍渠底宽度的要求。控制堰前为30长的直线段，满足大于2倍堰上水头（20.4m）的要求。进水渠底高程为450m，底板为平底。该地区岩性较好，故进水渠不衬砌。控制段控制段是控制溢洪道泄量的关键部位，从水力特征来分，控制段分为渠式和堰式两种。本设计选择堰式的控制段，溢流堰多采用宽顶堰和实用堰两种。宽顶堰的结构及施工简单，但流量系数较实用堰小，在垭口地面高程稍高于正常蓄水位、地面较平缓、泄流量小的工程中使用较广泛；实用堰的流量系数较大，故在相同泄量下，其前缘长度比宽顶堰短，在实际工程中采用较多。实用堰的结构及施工比宽顶堰复杂。当垭口狭窄、沿水流方向的山体或垭口比较单薄、地面高程较低、两旁山脊较高时多采用实用堰，以减少工程量。实用堰的流量系数基本上由堰顶形式决定。根据不同堰型在不同堰高下流量系数的比较，以WES幂曲线实用堰的流量系数最大，故实用堰堰顶下游堰面宜优先采用WES幂曲线实用堰。按照相对堰高P1/Hd对流量系数是否发生影响，实用堰又分为高堰与低堰两种。一般认为，上游堰高P1≥1.33Hd时为高堰（Hd为定型设计水头），相对堰高对流量系数不产生影响。对WES低堰，其流量系数随上游相对堰高P1/Hd的减少而减小，当P1/Hd＜0.3~0.4时，m值明显降低，故上游堰高一般应满足P1≥0.3Hd。通过调洪演算，溢流堰顶高程确定461.5m，堰上定型设计水头Hd＝(0.65～0.85)Hmax，堰上最大水头Hmax＝315.9－303＝21.36m，取堰上定型设计水头＝9m。根据规范及工程经验，堰顶上游采用三圆弧曲线，下游为幂曲线。幂曲线方程为：，故可得幂曲线方程为：y=0.0836x1.85。溢流堰原点下游堰面曲线坐标计算于下表5.3所示：表5.3溢流堰面曲线坐标结果0.08360.63811.64173.05944.87037.05969.616211.0292直线段与堰面曲线的切点计算得（Xc=13.64，Yc=10.51），反弧段半径确定为R=16.4m。泄槽设计（1）临界坡度和临界水深的确定泄槽落差大、纵坡陡，槽内水流为高速流态，而高速水流对边界条件的影响特别敏感，布置泄槽时必须注意转弯、宽度变化以及纵坡变化等问题，使之适应高速水流的特点。泄槽的纵坡主要根据自然条件及水力条件确定，通常应大于水流的临界坡。纵坡应尽量采用均一的一次坡。如泄槽较长、地形地质条件复杂，必须分段设置不同坡度时，分段也不宜过多，而且宜采用先缓后陡的坡度，在变坡处用抛物线连接。本工程所在地形较平缓，所以采用均一的一次坡，且尽量采用直线、等宽、对称布置，以使水流顺畅，保证工程安全。泄槽采用矩形断面，其临界水深和临界底坡可按下列公式计算：，，，，，式中：hk——临界水深，m；Q——槽内泄量，m3/s；q——单宽流量，m3/（s·m）；——临界坡降；B——泄槽首段宽度，m；g——重力加速度，m/s2；——相应临界水深的水面宽，m；、、、——临界水深时对应的过水断面积（m2）、湿周（m）、水力半径（m）、谢才系数。校核情况的单宽流量q=54m3/s，设计情况的单宽流量q=39m3/s。故只考虑校核情况下的计算。计算结果临界坡降ik为0.0014，纵坡坡降一般大于临界坡降，取0.04。根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）可知，泄槽上游接实用堰时，起始计算断面定在堰下收缩断面处，泄槽起始断面水深小于，可按下式计算：式中：q—起始计算断面单宽流量，m3/（s.m）；—起始计算断面渠底以上总水头，mm；—泄槽底坡坡角，；—起始计算断面流速系数，取为0.95。进过迭代计算，h1=3.71m。（2）水面线的确定泄槽的边墙主要作用是保护墙后山坡（或坝体）免受槽内水流的冲刷，同时，也起挡土作用，并保证两侧山坡的稳定。边墙的高度应根据计算水深，考虑波动及掺气影响，并加一定的安全超高。根据规范要求，采用分段求和法推算，以确定溢洪道泄槽的泄流能力，分段求和法计算公式如式：式中：泄槽段水流掺气水深按下式计算：式中：h─未计入波动及掺气的水深，m；hb─计入波动及掺气的水深，m；v─未计入波动及掺气的计算断面上的平均流速，m/s；─修正系数，一般为1.0s/m～1.4s/m，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s时，宜采用较大值，本设计取1.2。计算后的掺气水深的边墙高度，取安全超高0.6m。计算结果为泄槽边墙高最高为4.96m，由于泄槽采用同一坡度，则边墙高度一致，最终取5m。（3）泄槽构造设计为适应温度变化及地基不均匀沉降，混凝土衬砌设置纵、横缝。分块尺寸应根据气候特点、地基约束情况、混凝土施工条件等，参照类似工程经验确定。我国溢洪道工程泄槽底板的纵、横缝间距一般采用10~15m。本设计泄槽用厚50cm的混凝土衬砌，纵缝采用的是平接缝，缝的间距取10m，横缝采用的是搭接缝，缝的间距取20m。消能防冲段设计溢洪道消能防冲设施的型式包括挑流、底流、面流、戽流等消能工。其形式选择应根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接及对其他建筑物的影响等因素，通过技术经济比较选定。基于目前国内大、中型河岸式溢洪道大部分采用挑流消能，约占85%左右，其余15%采用底流消能，而面流及戽流消能工采用很少。本工程溢洪道泄槽的末端接近主河槽，可以用挑流消能的形式。水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为：式中：L—水舌挑距，m；g—重力加速度，9.81m/s2；v1—坎顶水面流速，m/s，约为鼻坎处平均流速v的1.1倍；θ—挑射角度；h1—坎顶平均水深h在铅直向的投影，h1=hcosθ；h2—坎顶至河床面的高程，m。计算得L=54m。冲坑最大水垫深度按下式估算：式中：T—自下游水面至坑底最大水垫深度，m； q—鼻坎末端断面单宽流量，m3/(s.m)；Z—上、下游水位差；k—综合冲刷系数。计算得T=17m。冲坑深度Tk=12.4m。L/Tk=54/12.4=4.35>2.5，满足要求。挑流鼻坎段反弧半径R=反弧最低点最大水深h×（6~12）=2.83×9=25.5m。5.8施工初步设计导流标准广义地讲，导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，它包括初期导流标准、坝体拦洪度汛标准、孔洞封堵标准等。施工初期导流标准，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ388—89）的规定，首先需根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限、工程规模等，将导流建筑物分为III～V级，再根据导流建筑物的级别和类型，在水利水电工程施工组织设计规范规定的幅度内选定相应的洪水重限期作为初期导流标准。实际上，导流标准受众多随机因素的影响。如果标准太低，不能保证施工安全；反之，则使导流工程设计规模过大，不仅增加导流费用，而且可能因其规模太大以致无法按期完成，造成工程施工的被动局面。因此大型工程导流标准的确定，应结合风险度的分析，使所选标准更加经济合理。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）：临时性水工建筑物（导流建筑物）的级别可由表5.4确定：表5.4临时性水工建筑物级别级别保护对象失事后果使用年限临时性水工建筑物规模高度（m）库容3特别重要重大＞3年＞50＞1.04重要较大3～1.5年50～151.0～0.15一般较小＜1.5年＜15＜0.1注：当临时性水工建筑物根据上表指标分属不同级别时，其级别应按其中最高级别确定，但对3级临时建筑物，符合该级别规定的指标不得少于两项。从资料中得知施工期限安排为三年半，即临时性水工建筑物使用年限至少为三年，故本设计中的临时水工建筑物级别为4级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)：临时性水工建筑物（导流建筑物）的洪水标准可由表5.5确定：表5.5临时性水工建筑物洪水标准〔重现期（年）〕临时性建筑物类型临时性水工建筑物级别345土石结构50～2020～1010～5混凝土、浆砌石结构20～1010～55～3本设计决定采用土石结构围堰。根据确定的临时性水工建筑物级别，选取洪水标准即导流标准为10年一遇。导流方式施工导流方式大体分一下两类：河床外导流：即用围堰一次拦断全部河床，将河道的水流引向河床外的明渠、隧洞等导向下游；河床内导流：采用分期导流，即将河床分段后用围堰挡水，使河道的水流分期通过被束窄的河床或坝体底孔、坝体缺口、坝下涵管、厂房等导向下游。现代面板堆石坝多数采用一次断流和隧洞导流的导流方案，本工程亦采用此导流方案。（1）导流洞隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，以减小作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。隧洞的进、出口在开挖过程中容易塌方且易受地震破坏，应选在覆盖层、风化层较浅，岩石比较坚固完整的地段，避开严重的顺坡卸荷裂隙，滑坡或危岩地带。洞线在平面上应力求短直，若因地形、地质、枢纽布置等原因必须转弯时，应以曲线相连。本工程所处地址没有发现大的断裂构造和不成的物理地质现象，仅左岸坝头附近有两条小的错动面。错动带宽3～6cm，影响带宽20cm，可见长度5～6m左右，产状NE50°～60°，倾向NW30°，影响深度不大。将隧洞布置在左岸，其上游取水口布置在距坝轴线160m的小河湾处，下游出水口布置在距坝址200m左右，满足远离围堰50m的要求。隧洞的进、出口处均与明渠相连接。为了保证导流洞能顺利将水导向下游，原河床水位高程为425.5m，故隧洞进口高程取为425m。主要洞身段为直线布置，纵坡i取为0.005。两端均用圆弧连接，其转弯半径分别为45m、70m，均大于5倍洞径。转角约为40°，小于60°。两条隧洞间距为25m，不小于3倍洞径。为了保证导流洞的安全有效运行，需要对导流洞进行衬砌，选用单层衬砌中的钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为30cm。（2）围堰土石围堰能充分利用当地材料，对地基适应性强、施工工艺简单。常见的土石围堰有斜墙式、斜墙带水平铺盖式、垂直防渗墙式、帷幕灌浆式等。顺河流域附近没有足够数量的防渗料