某大坝水利枢纽布置及泄水建筑物设

{水利工程管理}某大坝水利枢纽布置及泄水建筑物设2012铜钱坝水利枢纽工程布置及泄水建筑物设计摘要1份，设计图纸6张以及其他相关附图附表等。关键词：常态混凝土重力坝；溢流坝；底孔；设计。CoppercashdamwaterconservancyhubprojectlayoutandWaterdischargebuildingdesignABSTRACTCoppercashdamlocatedinhanjiangriverdamsitetributaryjadebeltlinkedtothedownstream,thereservoirforafactoryinindustrialwaterisgivenpriorityto,andpensationoffarmlandirrigationwaterdownstream,andfloodcontrol,powergeneration,fish,andotherprehensiveuseofwaterconservancyhubproject.Thegraduationdesignanalysisofthedamsitetopographicalandgeologicalconditions,paredseveraldamtypeselectionultimatelynormalconcretegravitydamanddamaxisandthegeneralbuildingsincludingoutletstructure,Blockwaterdam,underport,Watersupplypipeandpowerthespillwayandbottomoutletintheformofengineeringandtheenergydissipationandscourprotectiondesign.Thestabilityofthedamprofileandstresscalculation,theloadbinationtotakethebasicbinationsandspecialbinationoftwodifferentsituation,normalwaterleveloftheloadbinationasthebasicbination;checkingloadsandseismicloadsasspecialthedesignofthedamfoundationandcorridoronthesurfaceasthesectionatthebottomsectiononthedamtwostabilityandstrengtharecalculated,theresultismeettherequirements.Thedesignofthemainachievementsare:adesignspecifications,designdrawingsandotherrelevantdrawingssixpicturesschedule,etc.Keywords:normalconcretegravitydam;Overflowdam;underport;Design.前言力等。材、资料、设计手册等的基础上完成的。本次设计的主要内容有：沙底孔的剖面拟定；构造设计；地基处理设计。下游农田灌溉用水，以及防洪、发电、养鱼的要求。本次毕业设计从开题报告的撰写到最终成果答辩历时近四个月，经过学习基本上达到了预期的目的。目录第1章铜钱坝工程概述11.1工程概况11.2工程特征表2第2章水文气象32.1流域水文概况32.2洪水分析计算3第3章兴利调节和调洪计算73.1底孔规模及死库容确定73.2兴利库容确定73.3调洪计算8第4章工程地质144.1区域地质概况144.2库区工程地质条件144.3坝址工程地质条件164.4各坝轴线工程地质条件18第5章枢纽布置195.1坝址选择195.2坝轴线选择205.3坝型选择205.4枢纽布置21第6章建筑物设计236.1非溢流坝坝体设计236.1.1坝顶高程确定236.1.2初拟坝体剖面256.1.3荷载计算256.1.4坝基面稳定计算316.1.5坝体应力分析386.2溢流坝设计416.2.1溢流坝堰面体型设计426.2.2挑流消能水利要素计算456.2.3溢流坝面水面线计算466.3排沙底孔设计516.3.1体型设计516.3.2挑流消能计算536.4工业取水管设计55第7章构造设计567.1坝顶构造567.2廊道系统567.2.1基础灌浆及排水合用廊道567.2.2坝体检查及排水廊道577.3防渗系统577.4横缝构造58第8章地基处理598.1地基开挖与清理598.2帷幕灌浆与固结灌浆598.2.1固结灌浆598.2.2帷幕灌浆598.3断层、软基夹层处理60致谢61参考文献62第1章铜钱坝工程概述1.1工程概况厂工业用水年平均流量1.5m3/s为主，兼补偿下游农田灌溉用水3000万m3/s，以及防洪、发电、养鱼等综合利用水利枢纽工程，要求工业供水保证率97%，农田灌溉保证率75%。该工程属Ⅲ等工33100m3/s4550m3/s605m,死水位588m1075万m3。根据铜钱坝水库设计洪水标准,推求得典型洪水过程线与设计、位为605m，设计洪水位高程为611.1m，校核洪水位为613.3m。根据坝址区工程地质概况比选出Ⅲ-Ⅲ′坝轴线和修筑常态混凝土重565m确定了最大坝高48.3m经过计算得出实用堰的WES置及与相应建筑物的连接方式。由于Ⅲ-Ⅲ′处得坝基和岸坡存在强坝体的稳定，防止坝周围的渗漏破坏，增加大坝的可靠性。14个坝段，1#-4#坝段为左岸挡水坝段，5#-9#坝段为溢流坝段，10#-14#为右岸挡水坝段，排沙底孔位于4#10#221.48m，坝顶高程为613.3m48.3m合泄洪的方式，消能方式都为挑流式。1.2工程特征表表1-1工程特征表工程名称铜钱坝水利枢纽工程建设地点陕西省汉中市勉县所在河流玉带河Ⅰ．水文特征坝轴线全长224.48m设计洪峰流量(P=1％)2160m3/s二.泄洪建筑物形式溢流坝结合底孔校核洪峰流量(P=0.1％)3324m3/s1.溢流坝Ⅱ．水库特征堰顶高程605m正常蓄水位605m单宽流量41.71m3/s.m设计洪水位(P=1％)611.1m消能方式鼻坎挑流校核洪水位(P=0.1％)613.3m每孔净宽13m兴利库容5273万m3孔数5个防洪库容(605-613.3m)2830万m32.底孔死库容(588m以下)1075万m3孔口尺寸3.5m×3mⅢ.主要建筑物进口底部高程580m一.大坝孔数1个坝型常态混凝土重力坝设计洪水最大流速21.60m/s地震基本烈度Ⅶ度3.闸门及启闭型式坝顶高程613.3m底孔工作门弧形、液压启闭机最大坝高48.3m事故检修门平板门、直升式启闭机第2章水文气象2.1流域水文概况1000m以下垦荒坡地少，河道总长110km，河床平均比降3‰，下游河床比降为1800。坝址以上集水面积798km2。集水区呈狭长形，流域平均高程为1100m，多年平均降雨量1000mm-1100mm，由“陕西省年降雨量等值线图上可见，降水量分布由上游向下游递减，且宁析与计算见调洪计算。2.2洪水分析计算根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1％，0.1％所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下：（1）设计洪峰实测资料展延铁索关洪水资料为1936-1941年、1950-1974年系列，水面积内插法推求铜钱坝P=0.1％，1分析比较，最后选定铜钱坝水库采用值为：：：（2）设计洪量的推求为3天，铜钱坝洪水历时定为3天。表2-1大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1%时段的洪量。表2-1实测历年最大一、三日洪量时段一二三洪水总量（亿m3）1.321.792.08（3）洪水过程线典型放大关站1964年9月2-4日一次洪水过程线为典型：典型洪峰Q=1640m3/s；24小时洪量W24=0.52亿m3，作为一日洪量（3日4时-4日4时）；用同倍比放大法推求设计需要的洪水过程线见表2-2，其曲线如图2-1（其中比例因子C设=3100/1640=1.890；C校=4550/1640=2.774）,大坝库水位-库容关系曲线如图2-2，水坝下游河道水位-流量的关系曲线见图2-3：表2-2铜钱坝典型洪水过程线与设计、校核洪水过程线日-时2-02-82-163-03-43-8Q（m3/s）4570100120140460设计(P=1％)85.05132.3189226.8264.6869.4校核(P=0.1％)124.83194.18277.4332.88388.361276.04日-时3-103-113-123-133-143-15Q（m3/s）50011801590164016001270设计(P=1％)9452230.23005.13099.630242400.3校核(P=0.1％)13873273.324410.64549.34438.43522.9866日-时3-163-184-04-44-104-24Q（m3/s）89048025013810550设计(P=1％)1682.1907.2472.5260.82198.4594.5校核(P=0.1％)2468.861331.52693.5382.81291.27138.7图2-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线表2-3铜钱坝水库Z-V和Z-A关系曲线库水位(m)570.9580590600610620630库容(万m3211.41404.44112.48587.41494923378.5水面(m2)068.5180.5373.5525.5740952.08图2-2铜钱坝水库水位-库容的关系曲线表2-4水库坝下游河道水位流量关系曲线水位Z(m)570.9573575577579580582584流量020070016003000390056007600

Q(m3/s)图2-3铜钱坝下游水位-流量的关系曲线第3章兴利调节和调洪计算3.1底孔规模及死库容确定站1966-19741936-1970年水文资料统计成果可以580m,孔口尺寸3.5×3m588m死库容为1075万m3。3.2兴利库容确定（1）工业供水净用水量为1.5m3/s考虑管道沿途损失以10%计，工业供水保证率为97%。（23000万m35月份1000万m36月份2000万m35678四个月的河道天然径流不纳入水库径流调节。（3,根据当地水文气象资料分析，水库多年平均水面蒸发量为360mm，水库库区地质条件属中等，月渗漏量以月平均库容水量的1.5%计。（4）根据当地水文、用水变化特点，选取调节度从9月初开始至次年8月底结束，确定水库运用方式为10月至次年4月为蓄水期，5-6月为用水高峰期，7-9月为防汛排沙期。这样可以做到使用寿命，又可将部分兴利库容作为防汛使用。（5）用历时列表法，进行代表年P=25%，50%，75%，97%年调合考虑水库的淹没及浸没确定兴利库容V兴=5275万m3，相应的正常高水位为605m。3.3调洪计算初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程为605m,溢流坝段总长定为69m，分成5孔，每孔净宽13米。底孔设一个,进口高程580m,孔口尺寸3.5×3m。大坝库水位库容Z～V关系曲线见图3-1，大坝下游河道水位流量Z～Q关系曲线见图3-2。图3-1大坝库水位库容Z～V关系曲线图3-2坝下游河道水位流量Z～Q关系曲线表3-1库水位—总泄量计算表库水位—总泄量计算表(△t=3600s)堰顶库以上水排沙库容排沙底位堰顶洞水V溢流坝孔泄流总泄量q/2(V/△tZ(m水头头库容V（V/△t(m3/泄流q2(m3/sq(m3/sm3/s+q/2()H(m)H(m)（万m3)万m3）s)q1(m3/s))))m3/s)6050.0026.756100.000.000.00192.419296966061.0027.756500.04001111.11131.20196.032716412756072.0028.757000.09002500.00371.10199.557128527856083.0029.757500.014003888.89681.75202.988544243316094.0030.758000.019005277.781049.62206.3125662859066105.0031.758550.024506805.561466.89209.7167783876446116.0032.759100.030008333.331928.27212.92141107194046127.0033.759700.0360010000.002429.90216.226461323113236138.0034.7510050.0395010972.222968.77219.331881594125666149.0035.7510650.0455012638.893542.47222.5376518821452161510.036.7511400.0530014722.224148.99225.64375218716909由库水位计算表得如下图3-3：图3-3表3-2调洪计算工作曲线计算表(P=1%设计洪水)时间入库流量（m3/s）平均入库流量（m3/s）V/T+q/2(m3/s)下泄流量（m3/s）水库水位（m）151861901703718560516194197170421866051719920117053187605182032061706718860519208211170841906052021321617105193605.12121822017127196605.12222222517151198605.12322723017178201605.12423223517206205605.12523723817236208605.22623824217265212605.22724625117295215605.22825626117331219605.32926540817373224605.33055062517556245605.43170078517936289605.832870102018432356606.1331170170019096462606.6342230261820334688607.43530053053222641112608.63631003062242041578609.83730242713256881962610.63824012042264392160611.139168214412632021296114012001054256321947610.641907247391712610.1从设计洪水的调节得出:设计洪水位为611.1m，相应的下泄流量2160m3/s.同理，对于1000年一遇校核洪水与100年一遇洪水调洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相应的下泄流量，见下表3-4：表3-3调洪计算工作曲线计算表(P=0.1%校核洪水)时间入库流量（m3/s）平均入库流量（m3/s）V/T+q/2(m3/s)下泄流量（m3/s）水库水位（m）7185.31901703718560581941991704218760592042101705418860510215220170751916051122523117104192605.11223624117143196605.11324625117188201605.11425626217238207605.21526727217292213605.21627728117351220605.31728428817412227605.31829129517472234605.41929830217533241605.42030530917593248605.52131231617654255605.52231932317714262605.62332633017775269605.62433334017835276605.72534735417899283605.72636136817970291605.82737438118047300605.92838843218128309605.929475550182503256063062571318475361606.23180093818827418606.4321075127319346502606.7331470177520117642607.334208026772125087260835327338422305416796103644114481252171836610.43745504495278622533611.83844393981298233075612.83935232996307293324613.34024692120304013235613.14117701551292862925612.54213321229279122547611.8431125265932190611.2由计算结果可得出最高水位即校核洪水位为613.3m,对应的最大下泄流量为3324m3/s。调洪成果汇总为下表3-5，表3-4调洪成果汇总表P%库水位Z(m)库容（万m3）下泄q(m3/s)下游水位（m)0.1613.3104503324579.351611.191802160577.926056350185572.9第4章工程地质4.1区域地质概况本区位于大巴山旋扭构造西段北缘，北与秦岭纬向构造相连，近南北向受多期构造运动影响。主要褶曲有李家大山—阳平关背斜，陈家大梁—宽川铺背斜、胡家坝———双河寺断层，李家大山—人长沟断层和铜钱坝断层等。岭，自南向北，流经宁强勉县，于勉县铜钱坝注入汉江，全长110km，流域面积近800km2。近期该区属缓慢上升区，河床及河谷两岸覆盖少，见有明显的三级阶地，河曲多，比降小，宜于见库。4.2库区工程地质条件（1）水库渗漏凝灰质砂岩等，该区泉水出露高程在620m以上，回水后一般不会产生库水向邻近河谷渗漏的可能。震旦系灯影组硅质白云岩有岩溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高悬于640m-720m高程以上，不致产生渗漏，据水文二队访问，600m库区中游的白岩河两条近东西向压扭性断层宽度一为40m，一为20m，地势向西逐渐增高，山体连绵，断层交会处已接近回水尾端，据水文二队估计，无集中渗漏可能。有2500m2400m左右。水文二队认为回水后又可能发生渗漏。（2）水库的淹没及浸没按正常高水位605m600m范围。蓄水后将淹没3000亩耕地和分散居民房屋千余间。（3）水库坍岸产生塌滑体。会产生坍岸变性。滑坡体及崩塌踢大部分分布在土车坝以下河段，多，一般长约100m-150m，高50m-100m，厚20m-30m。滑坡地面坡度25°-30°60#和65#滑坡体验算，最终她岸宽度分别为90m和81m，而根据地质剖面分析65#滑坡塌岸最终宽度可能达100m以上。曲尺沟口30#滑坡有可能阻塞河道。另陈家坝和许家坝附近有基岩滑坡几处。（4）固体径流来流多南溪沟以下，仅有部分溪谷出口处有小型碎块石组成的洪积扇，输沙量亦不大。77.2万t-84.9万t，年固体径流模数为1115t/km2。4.3坝址工程地质条件（1）地形地貌中坝址距下坝址400S形弯曲，U谷宽约80m-100m1%-0.5%低漫滩广泛分布，水面标高571.6m左右，水深1-3m。坝址区河谷两岸发育不对称零星分布的阶地，左岸地形较缓，坡度35°-45°，基岩裸露。右岸呈陡坡地形，坡度为45°-60°。上游略有变缓，下游有一条深冲沟切割。河床覆盖层厚为4m-6m，河床及岩面略有起伏，但仍较平坦，未发现较大深槽。（2）地层岩性层，其岩性略有差别。元古界东房沟组：①含炭砂质板岩：灰~深灰色，局部炭质富集呈灰黑色，矿物理发育，易风化，新鲜岩石较坚硬。②硅化灰质砾岩夹岩质板岩：深灰、灰黑色，砾石成分复杂，3cm-5cm2m轻微的溶蚀现象，本层在中坝址变化较大。质成分为主，板状构造、板理发育、单层厚3cm-5cm，质坚脆、易风化。④紫色千枚岩：底部夹灰绿色千枚岩，具千枚状构造，质软，易风化。⑤青灰色千枚岩：具千枚状构造，片理明显，质软，易风化。—黄褐色，夹层或透镜状。风化面呈褐色、质坚。宽度一般1m-2m左右，最大厚度可达7m，与围岩接触较好，质坚，难风化。为板岩。砂粒以石英长石岩屑为主，砂岩比为4：6。（3）地质构造2.5°-3.050°-70°北20-30西，倾南西，倾角65°-80°。为压性断层。基本一致。（4）主要物理地质现象及岩石风化情况CH15630m25m，东西宽80m，南北长后缘位于CH15号孔下方（标高630m25m，东西宽80m，南北长85m20m-24m10万m3能。（5）水文地质石层孔隙潜水。河。由于裂隙充填较多，其透水性较河床基岩透水性为小。量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒层为极强透水层，厚度4m-8.9m。根据中坝址两个试坑抽水试验，降深为0.315m-0.51m时渗漏系数为432md。（6）其他地质资料根据国家地政局兰州地震大队（76009号文件认为，该城区的地震基本烈度为Ⅶ度。骨料在当地3km28km-35km。4.4各坝轴线工程地质条件陕西省地质局水文地质二队于1975年5月和1976年6月先条件如下：（1-Ⅰ′坝线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎。左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难；右坝肩上方CH16孔附近断层破碎带密集，宽8余米，其铅直厚度达48m,并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m,肩下方有F5（2-F48m，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9-12m；右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北、东东向、差，并为绕坝肩渗漏通道。（3-Ⅲ′坝线：左坝肩发育有充填粘土的缓倾角裂隙，且F5>0.01L/min.m，底板埋深>50m落于F1、F5、F12断层交汇处软弱带上。第5章枢纽布置5.1坝址选择经地质勘探得出以下两个比较合适的坝址相关资料：中坝址自然条件良好，河道平直，河床宽度80m~100m，岸坡较缓，8m~21m的强风化层10m~36m，炭质层分布右岸平洞内富集厚度大，应进行方向，有一倾伏倒转背斜，轴向北西300°，左坝肩有F4断层，顺坝轴线延伸到河床内，宽3m~8m，右坝肩有F1、F5、F12断层向北30%F4断层坝肩岩石滑坡约10万，风化严重，应处理，右坝肩局部构造破碎及风化，应处理。左坝肩稳定水位比较高，右坝肩比较低。下坝址河道转弯，河床宽度90~100m,岸坡较陡，河床覆盖层较厚。坝肩岩石硬脆、应清除强风化层较13m，右坝肩岩石软、应清除的强风化层6~20m，炭质层分布左岸平洞内不连续的薄层状，或板理面上分布，对于下游冲刷坑岩石破碎。地质构造方面，河床偏左，右岸一平行河倾伏倒转背斜，轴向北东10°。左坝肩有的断层一般胶结较好，F7岸有F5断层顺河通过。左坝肩缓倾角裂隙，面平短小，有两条缓理。坝肩稳定水位较低。地质条件及施工处理难度等，所以本次设计选择中坝址建坝。5.2坝轴线选择中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，板岩上。坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件比较如下：①Ⅰ~Ⅰ线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方孔附近断层破碎带密集8余m，其铅直厚度达48m，并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。②Ⅱ~Ⅱ线：左坝肩小凹沟有断层的压碎岩宽约8m，坝脚坐落在滑9m~12m砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，漏通道。③Ⅲ~Ⅲ线：左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压50m，~Ⅲ坝线工程地质条件比Ⅰ~Ⅰ和Ⅱ~~Ⅲ线作为坝轴线。5.3坝型选择主要砂料及全部骨料在当地3km沙河开采，运距28km-35km。由此可知在铜钱坝建设常态混凝土重力坝比其他坝型方便。5.4枢纽布置枢纽布置应遵循的一般原则是：(1)坝址、大坝及其它主要建术上可能，经济最优化；(2)枢纽布置应当满足在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，互不干扰；(3)在满足建筑物强度和稳定的条件下，结构最优化，降低枢纽总造价和年运转费用；(4)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；(5)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)(6)枢纽的外观应与周围环境相协调，尽可能美化枢纽周围的环境。根据对铜钱坝基本资料的分析和枢纽布置的一般原则和要求，孔、引水管道和水电站厂房等水工建筑物，具体方案考虑如下：为695孔，毎孔净宽1341m5803.5×3m低。缺点是当底孔放水时影响电站尾水位的稳定性。价高，且混凝土用量多。价高，故以方案Ⅰ为推荐方案。第6章建筑物设计6.1非溢流坝坝体设计6.1.1坝顶高程确定顶高程按下式计算，并选用其中的较大值。坝顶高程=设计洪水位+△h设坝顶高程=校核洪水位+△h校其中：为水库静水位以上的超高，按公式△h=hl+hz+hchl——波浪高hz——hc——安全加高[8]。现分为正常蓄水位、设计洪水与校核洪水两种情况进行计算：（1）求波浪的hl和hz已知铜钱坝水库吹程D=1000m，多年最大风速为20m/s，多年平均最大风速为10m/s。坝高小于50m时坝可建在弱风化中部至上部基岩上，铜钱坝中坝址区弱风化层厚为1-7m，经考察中坝址Ⅲ-Ⅲ′风化程度后确定开挖线高程为565m用相应最大风速，即为20m/s，校核情况宜采用最大风速的多年平均值，即为10m/s，带入官厅水库公式；；中有：正常蓄水位时：由于在20-250之间，所以设计洪水位时：由于在20-250之间，所以校核洪水位时：由于在20-250之间，所以（2）坝顶安全加高hc查规范知：设计洪水情况时hc=0.5m；校核洪水情况时hc=0.4m。所以坝顶超高为：设计洪水位时：=0.87+0.197+0.5=1.57m相应的坝顶高程为：611.1+1.57=612.68m校核洪水位时：=0.36+0.070+0.4=0.83m相应的坝顶高程为：613.3+0.83=614.13m高1.2m故采用坝顶高程为613.3m。6.1.2初拟坝体剖面由上述坝顶高程613.3m，坝底高程为565m。由此可确定坝高为H=613.3-565=48.3m,按规范要求坝顶宽取b=H(8–10)%,即b=48.3×(8-10)％=(3,86-4.83)m，且b不小于3m，由于坝顶有交通要求，5m。B/H=0.7～0.9，所以坝底宽B=（33.81-43.47）m。计算，再进行修正。最后确定的断面尺寸如下：上游坝坡做成折坡，折坡点位于坝高24m处，在此以上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率n取为0.2，下游坝坡坡率m取为0.8，基本三角形顶点高程取为校核洪水位613.3m43.16拟的非溢流坝横断面如图6-1图6-1非溢流坝段横剖面6.1.3荷载计算为一种基本组合；以校核洪水时的荷载或地震荷载作为特殊组合。本次设计不需计算动水压力土压力及其他荷载。其基本资料如下：河床基岩面高程：565坝顶高程：613.3校核洪水位（P=0.1%）上游：613.3下游：579.35设计洪水位（P=1%）上游：611.1下游：577.92正常蓄水位上游：605.00下游：572.9死水位：588.0坝前淤沙高程：580.0淤沙浮容重：8.0KN/m3泥沙内摩擦角：28度泥沙孔隙率：20%混凝土容重：24KN/m3坝基与基岩的摩擦系数标准值：f=0.82灌浆帷幕孔距上游面5m，帷幕孔处扬压力系数：0.5排水孔处扬压力系数：0.25地震设计烈度：Ⅶ度多年平均最大风速为：20m/s吹程D=3000m图6-2非溢流坝坝上的作用荷载作用荷载的标准值计算公式及结果如下（取单位长坝段）：1.坝体自重：按照拟定的断面将坝体分为两部分计算。2.水平水压力正常蓄水位：上游水平水压力：下游水平水压力：校核水位：上游水平水压力：下游水平水压力：3.垂直水压力正常蓄水位：上游垂直水压力为：下游垂直水压力为：校核水位：上游垂直水压力为：下游垂直水压力为：4.正常水位扬压力为廊道宽度为灌浆孔处距上游坝面的距离为排水孔处距下游坝面的距离查表，则扬压力为5.校核水位扬压力为廊道宽度为灌浆孔处距上游坝面的距离为排水孔处距下游坝面的距离查表，则扬压力为5.浪压力正常蓄水位时的波高和波长由上面计算已得：波高：波长：因此作用于铅直坝面的浪压力之合力为：校核洪水位时由上面计算的：因此作用于铅直坝面的浪压力之合力为：6．淤沙压力因，则水平淤沙压力：垂直泥沙压力：7.地震力（1式中，,质点i的动态分布系数见图6-3：图6-3质点的动态分布系数荷载标准值及计算结果见表6-1。表6-1非溢流坝坝基面地震惯性力计算表（公式：Fi=ahξGEiαi/g）分块∑Gei/GGihiαi力（KN）e(hi/H)54.58631377.7646.20.0135.782717.030222233.516.10.0111.2937531382.4801.448.384（2计算公式,对坝基面形心力矩：下游面地震动水压力：对坝基面形心力矩：经统计：6.1.4坝基面稳定计算用的方法有单一安全系数法及基于目标可靠度的极限状态设计方法，本次设计采用两种方法分别进行计算。（1）单一安全系数法依照《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005计算主要核算坝基面稳定条件，应按抗剪强度公式（4-2-1）或抗剪断强度公式（4-2-2）进行验算。取f=0.65=1.10c′=1.1MPa=1100kPaKs在基本组合时取1.051.001.00Ks′不分工程级别，基本组合时取3.0，校核洪水时取2.5，地震情况取2.3。A.基本组合（正常蓄水位时）上游水位为605m,下游水位为572.9m，相应数据见表6-3：(满足稳定要求)用抗剪断公式验算时：（大于3.0，故满足稳定要求）表6-2重力坝荷载计算表(弯矩逆时针为正顺时针为负)对坝力标基中力矩分项力设计设计力矩荷载效应方向准值点力(KN·m)系数值（KN）(KN·m)（KN）m）377.7G1下13.455080.8721377.7665080.8722223322233.4自重G2下488933.841.46688933.841382.25408.5125408.51G3下18.3811382.4422-13.3-104613.-104613.P1左78481784838484306.1P2右2.63805.09561306.12静水2805.0956压力1318.W1下19.1825288.8311318.5525288.83-13.9W2下245-3407.9512451-3407.95U1上3345001.240140-16.6-25737.2-30884.6U2上15431.21851.68488-10.2-2428.13-2913.76U3上236.21.2283.44扬压8632力U4上11956.57767.51.2143493211157.-18.3-21190.1-25428.1U5上1.21388.763163956-10.7-1281.74-1538.09U6上118.91.2142.688204浪压-843.955PL左17.28-40.7-703.2961.220.736力2345.2泥沙Psh左-5-1726.151.2414.2763-2071.38压力Psv下18019.583524.41.22164229.28ΣW=25737.12KNΣU=7595.4KNΣP=P1-P2+PL+Psh=7904.39KNΣW'=25773.1基本2KNΣU'=9114.5KNΣP'=7977KN力矩和ΣM=-4279.5KN·m不计扬压力组合ΣM=38590.3KN·mΣM'=-12634.4KN·mB.校核洪水位上游水位为613.3m,下游水位为579.35m，相应数据见表6-4：用抗剪公式验算时：(满足稳定要求)用抗剪断公式验算时：大于2.5，故满足稳定要求）表6-3重力坝荷载计算表(弯矩逆时针为正顺时针为负)荷载效应方向力标对坝基力矩分项力设计设计力准值中点力(KN·m)系数值（KN）矩(KN·m)（KN）臂（m）377.75080.875080.87G1下13.451377.766222223388933.822233.488933.8自重G2下41.464641382.25408.525408.5G3下18.3811382.44121211442-184229-184229P1左-16.1111442.8.8.08.081010.4828.034828.03静水P2右4.7811010.050599压力1709.32784.332784.3W1下19.1811709.337474W2下808-17.75-143421808-14342U1上6076001.27291.20扬压-23018.-27622.U2上1380-16.681.21656力408U3上250.5-10.28-2575.61.2300.66-3090.75548481267.U4上6.58240.051.21521.2479888.061227.-22475.-26970.U5上-18.311.21473552563126.1-1359.5-1631.4U6上-10.781.2151.34427368832浪压-260.33-312.39PL左5.35-48.661.26.42力172345.2-1726.1-2071.3泥沙Psh左-51.2414.276358压力Psv下18019.583524.41.22164229.28ΣW=26690.92KNΣU=10327.87KNΣP=P1-P2+PL+Psh=10783.33KNΣW'=26726基本.92KNΣU'=12393.44KNΣP'=10853.45KN力矩和ΣM=-81186.63KN·m不计组合扬压力ΣM=-39997.5KN·mΣM'=-89116.86KN·m上游水位为605m,下游水位为572.85m，相应数据见表6-5：表6-4重力坝荷载计算表(弯矩逆时针为正顺时针为负)力标对坝基力矩分项力设计设计力荷载效应方向准值中点力(KN·m)系数值（KN）矩(KN·m)（KN）臂（m）377.75080.875080.87G1下13.451377.766222223388933.822233.488933.8自重G2下41.464641382.25408.525408.5G3下18.3811382.441212-104613-104613P1左7848-13.3317848.84.84306.1805.095805.095P2右2.631306.12静水266压力1318.25288.825288.8W1下19.1811318.5533-3407.9-3407.9W2下245-13.91124555扬压U1上3345001.240140力-25737.-30884.U2上1543-16.681.21851.624688-2428.1-2913.7U3上236.2-10.281.2283.4436632U4上11956.57767.51.2143493211157.-21190.-25428.U5上-18.311.21388.7631631956-1281.7-1538.0U6上118.9-10.781.2142.6842904浪压-703.29-843.95PL左17.28-40.71.220.736力652345.2-1726.1-2071.3泥沙Psh左-51.2414.276358压力Psv下18019.583524.41.22164229.28惯性F左717-13.3-9536.11717力-9536.1动水F0左270-48201270压力-4820ΣW=25737.12KNΣU=7595.4KNΣP=8891.4KNΣW'=25773.12KNΣU'=9114.基本5KNΣP'=8964KN力矩和ΣM=-18635.5KN·m不计扬压力组合ΣM=24234.2KN·mΣM'=-26990.5KN·m用抗剪公式验算时：(满足稳定要求）用抗剪断公式验算时：（大于2.3，故满足稳定要求）（2）极限状态设计法要求同时满足抗滑稳定和坝趾抗压强度承载能力的极限状态。验算坝基抗滑稳定，对于承载能力状态应考虑持久状况和偶然状A．抗滑稳定极限状态设计公式为：（6-8）式0——结构重要性系数，对应于结构安全级别为I、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；铜钱坝主要建筑物级别为3为Ⅲ级，故取0.9；Ψ——分别取用1．O、0.95、0.85；S(·)——作用效应函数；R(·)——f′的材料性能分项系数为1.3，则设计值为f′/1.3=0.85,凝聚力c′的材料性能分项系数为3.0，则设计值为c′/3.0=366.67kPa；——作用的设计值；——结构的几何参数；fd——材料性能的设计值；γd——基本组合结构系数。（一）基本组合对于持久状况时，Ψ取1.0，S(·)=∑P=7977KN,则γ0ΨS(·)=0.9×1.0×7977=7179.3KN，γd取1.2，而所以此工况下，抗滑稳定满足要求（二）偶然组合0.85S(·)=∑P=8964KN,则γ0ΨS(·)=0.9×0.85×8430.82=6857.5KN，γd取2.7，则所以此工况下，抗滑稳定满足要求；对于校核洪水时，Ψ取0.85，S(·)=∑P=10853.45KN,则γ0ΨS(·)=0.9×0.85×10853.45=8303KN，γd取1.2，则所以此工况下，抗滑稳定满足要求。综述，在承载能力情况下，抗滑稳定满足要求。B.坝趾抗压强度极限状态设计公式为：式中：R(·)——抗力函数，其中铜钱坝采用标号为C15的混凝土，其抗压强度材料性能分项系数为1.5，则设计值Ra=R/1.5=15000/1.5=10000KPa。（一）基本组合对于持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0d=1.8，结构重要性系数γ0=0.9。满足要求，故在此工况下满足坝址抗压极限状态条件。（二）偶然组合对于地震情况用拟静力法计算时，Ψ取0.85，结构系数γd=1.8，结构重要性系数γ0=0.9。满足要求，故在此工况下满足坝址抗压极限状态条件。0.85d=1.80=0.9。满足要求，故在此工况下满足坝址抗压极限状态条件。6.1.5坝体应力分析况进行计算验证，不需要考虑扬压力。在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求[14]。A.边缘应力的计算绕形心逆时针转为正，相应的计算公式如下：a.水平截面上的正应力载的铅直分力的总和，kN垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；B为计算截面的长度，m。b.剪应力kPan、m为上、下游坝坡坡率。c.水平正应力式中：、为上、下游边缘应力的水平正应力。d.主应力坝面水压力强度也是主应力1上游边缘垂直正应力正常蓄水位时：校核情况时：地震情况时：2下游边缘垂直正应力正常蓄水位时：校核情况时：地震情况时：基本和偶然情况下均小于fc。3上游面剪应力正常水位时：校核水位时：地震时：4下游面剪应力正常水位时：校核水位时：地震水位时：5上游面水平正应力正常水位时校核水位时地震水位时6下游面水平正应力正常水位时：校核水位时：地震水位时：7上游面主应力正常水位时：校核水位时：地震水位时：8下游面主应力正常水位时：校核水位时：正常水位时：由上面计算的最大应力为1352kPa,由铜钱坝坝基岩体抗压强度知要求。6.2溢流坝设计全。溢流坝的设计内容及过程见下面计算。6.2.1溢流坝堰面体型设计段、中间直线段和反弧段三部分组成。（1）堰顶曲线段WES坝面曲线的流量年来我国多采用WES曲线，其基本剖面如下图6-4：图6-4WES型堰面曲线WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分，坐标原点设在堰顶最高点，上游段采用三圆弧曲线，下游段采用（4-6）式标准形式x1.85=2.0Hd0.85y式中：Hd为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%-95%。根据调洪计算可知，水库校核洪水位613.3m，溢流坝堰顶高程605m，校核情况下堰顶最大作用水头：则上游段尺寸如下：其中的Hd为定形设计水头，按堰顶最大作用水头Hmax的75％-95Hmax=613.3-605=8.3m设计水头取7.0m。R1=0.50Hd=3.5mx1=0.175Hd=1.225mR2=0.20Hd=1.4mx2=0.276Hd=1.932mR3=0.04Hd=0.28mx3=0.282Hd=1.974m堰顶下游采用WES幂曲线，按下式计算：故可得堰面曲线见表6-5。表6-5堰面曲线坐标编号12345678910x00.511.522.533.544.5y0.000.030.100.210.360.540.761.021.301.62编号11121314151617181920x55.566.577.588.599.5y1.962.342.753.193.664.164.695.245.836.44WES曲线下接10.8可求得切点坐标为C（9.96，6.736直线段后接反弧段，采用挑流消能，挑流鼻坎高程取580.0（下游最高水位为579.356-5图6-5堰面曲线坐标系估算鼻坎上水深：经试算拟定反弧半径为R=12m，此时反弧最低点高程为DL5108-1999）中规定,反弧段R取4～10hc故反弧半径取R=12m满足规范要求。圆心高程反弧段与直线段的切点D坐标为则圆心6.2.2挑流消能水力要素的计算鼻坎上削角厚度取0.4m顶的水平距离为则整个溢坝坝基总宽度为伸出非溢流坝段下游端其中挑射角度，本设计为26°；坎顶平均水深，在铅直方向的投影。冲坑系数，取1.1。将以上数据代入公式求得：挑距，水垫厚度。则河床以下冲坑深：符合要求，不会对坝体安全造成影响。6.2.3溢流坝面水面线计算全超高可采用0.5-1.5m，对非直线段，宜适当增加。（1）坝头部水面线的确定1.水面线计算掺气点计算：，故溢流坝面上不会发生自然掺气情况a.6-6，坝头部水面线6-6,计算坐标系如图6-7。图6-6闸墩图6-7计算坐标系表6-6坝头部闸孔水面线坐标计算H/Hd0.511.331.19Hd=7X/HdY/HdX/mY/m-1-0.482-0.941-1.23-1.11-7-7.77-0.8-0.48-0.932-1.215-1.09-5.6-7.63-0.6-0.472-0.913-1.194-1.07-4.2-7.49-0.4-0.457-0.89-1.1654-1.05-2.8-7.35-0.2-0.431-0.855-1.122-1.01-1.4-7.070-0.384-0.805-1.071-0.960-6.720.2-0.313-0.735-1.015-0.891.4-6.230.4-0.22-0.647-0.944-0.822.8-5.740.6-0.088-0.539-0.847-0.724.2-5.040.80.076-0.389-0.725-0.585.6-4.0610.257-0.202-0.564-0.47-2.81.20.4620.015-0.356-0.198.4-1.331.40.7050.266-0.1020.069.80.421.60.9770.5210.1720.3211.22.24（2）直线段上的不掺气水面线的确定A.确定切点坐标溢流堰曲线与直线段的切点C（9.96，6.736段的切点D为（21.93，21.7B.求曲线段的长度Lc对于WES型堰面，Lc27-2-7按X/HdXX/Hd=Xt/Hd时查的便是曲线段总长度Lc,t,本次设计中Xt=9.96m,Hd=6.736m，X/Hd=1.5,查得当X/Hd=1.50时，Lc,t/Hd=2.18,所以Lc,t=2.18×7=15.26mC.求直线段的长度Ls从切点到直线段上的任意一点（Xi,Yi）的距离公式意一点（Xi,Yi）的距离为D.从堰顶曲线起到点（Xi,Yi）的坝面距离（m）E．按下列公式计算边界层厚度δ（m）韩立公式式中KK=0.427-0.61mm次设计取为0.5mm。计算结果如下表6-8：F.计算单宽流量计算单宽流量：前述已求完校核情况下表6-7边界层厚度计算(sinα=0.78)边界层厚度计算(sinα=0.78)YiYtLs,iLδ6.7366.7360.0013.800.2076.7360.3414.140.207.56.7360.9814.780.2186.7361.6215.420.228.56.7362.2616.060.2396.7362.9016.700.249.56.7363.5417.340.24106.7364.1817.980.2510.56.7364.8318.630.26116.7365.4719.270.2711.56.7366.1119.910.28126.7366.7520.550.2812.56.7367.3921.190.29136.7368.0321.830.3013.56.7368.6722.470.31146.7369.3123.110.3214.56.7369.9523.750.32156.73610.5924.390.3315.56.73611.2425.040.34166.73611.8825.680.3516.56.73612.5226.320.35176.73613.1626.960.3617.56.73613.8027.600.37186.73614.4428.240.3818.56.73615.0828.880.39196.73615.7229.520.3919.646.73616.5430.340.40206.73617.0130.810.41G．按下式，用试算法推求势流水深hp相应的试算结果如下表6-9：表6-8势流水深试算表(cosα=0.62)hpYiq22gh2pq2/(2gh2p)H+Yi-q2/(2gh2p)(H+Yi-q2/(2gh2p))/cosα2.7846.7362024.1152.06813.3111.7252.7832.75572024.1148.91613.5921.7082.7552.7037.52024.1143.34814.1201.6802.7092.65382024.1138.09414.6571.6432.6492.6078.52024.1133.34615.1791.6212.6142.562592024.1128.83315.7111.5892.5632.5219.52024.1124.69416.2331.5672.5282.481102024.1120.76816.7601.5402.4842.44310.52024.1117.09717.2861.5142.4422.407112024.1113.67117.8071.4932.4092.37211.52024.1110.39018.3361.4642.3612.339122024.1107.33918.8571.4432.3272.30812.52024.1104.51319.3671.4332.3112.278132024.1101.81419.8801.4202.2902.24813.52024.199.15020.4151.3852.2352.221142024.196.78220.9141.3862.2362.19414.52024.194.44421.4321.3682.2072.168152024.192.21821.9491.3512.1792.14315.52024.190.10422.4641.3362.1552.118162024.188.01422.9981.3022.1012.09516.52024.186.11323.5051.2952.0882.073172024.184.31424.0071.2932.0862.05117.52024.182.53424.5251.2752.0572.03182024.180.85225.0351.2652.0412.00918.52024.179.18825.5611.2391.9991.989192024.177.61926.0771.2231.9721.9719.52024.176.14326.5831.2171.9631.951202024.174.68227.1031.1971.931H．正交于坝面的坝面水深按下式计算将上面2h如下表6-10：表6-9坝面水深h计算表（h=hp+0.18δ）坝面水深计算表Yiδ0.18δhph6.7360.100.0192.7842.8070.110.0192.7552.777.50.110.0212.7032.7280.120.0222.6532.678.50.130.0232.6072.6390.130.0242.56252.599.50.140.0252.5212.55100.150.0272.4812.5110.50.150.0282.4432.47110.160.0292.4072.4411.50.170.0302.3722.40120.170.0312.3392.3712.50.180.0332.3082.34130.190.0342.2782.3113.50.190.0352.2482.28140.200.0362.2212.2614.50.210.0372.1942.23150.210.0382.1682.2115.50.220.0402.1432.18160.230.0412.1182.1616.50.230.0422.0952.14170.240.0432.0732.1217.50.250.0442.0512.10180.250.0452.032.0818.50.260.0462.0092.06190.260.0481.9892.0419.50.270.0491.972.02200.280.0501.9512.00I.掺气水深计算掺气点计算：溢流坝顶设计洪水时的单宽流量通过前面计算可知q=44.39m3/s，故掺气开始发生点，坝面总长度为L=Lc,t+Lc,u+Ls,D=19.16+2.205+15.26=36.625m，Lk>L，故溢流坝面上不会发生自然掺气情况。K.2．溢流坝段边墙高度的确定DL5108-1999）中规定,堰顶曲线处的边墙高度应高出水面线1.5m,直线段的边墙高度应高出水面线1m，反弧段的边墙高度高出挑坎水深1m（以上均指高出水面线的最高1.5m,直线段的边墙高度应高出水面线1.2m，反弧段的边墙高度高出挑坎水深1.2m6.3排沙底孔设计6.3.1体型设计③坝段高程为580m3.5m3m由进口段、孔身段、压坡段和出口段四部分。工作门布置在出口，有较长的平坡段。其典型布置如下图6-7：图6-8有压泄水孔典型布置（11/4椭圆，其方程为：其中：A——孔高，为3m；由于铜钱坝排沙底孔进口为矩形，故α采用14，本次设计取α=1/3。即进口顶部曲线方程为，椭圆长轴与孔轴线平行。孔口两侧壁曲线也采用椭圆曲线，A为孔口宽度，α采用1/4，故进口两壁曲线方程为。进口段的孔口中心线布置为水平线。(2）闸门与闸门槽,宽4.6m3.5m1m缩型门槽，尺寸见图6-8：图6-9闸门槽构造图（cm）（3）平压管和通气孔设计时补气。本次设计取平压管直径D=0.6m，通气孔尺寸为D=0.8m。坝顶2m处转向，最后与坝下游相通，具体见设计图。(4)平坡段（孔身）平坡段断面采用矩形，其断面尺寸设为3.5×3m。(5)压坡段（渐变段）压坡段孔顶坡度一般采用1:10-1:5，面积收缩比一般为0.85-0.90，宽度方向不做改变，仅是在孔顶压坡。本次设计坡度采用1：7，面积收缩比采用0.90，收缩前孔口尺寸为3.5×3m，收缩后变为3.5×2.7m，则可得压坡段长度为2.1m。(6)出口消能段半径取20m，挑射角取21°，鼻坎高程为581.0m。6.3.2挑流消能计算考虑了生态用水，高程以死水位588m计，水头，所以为有压流。水力半径，，，，则，根据能量方程，求得反弧段最低点水深为。式为式中挑射角度，本设计为25°坎顶水面流速，坎顶平均水深坎顶至河床面的高差冲坑系数，取1.1单宽流量将以上数据代入公式求得：挑距，冲坑。则。6.4工业取水管设计该水库是以供某工厂工业用水为主，净用水量为1.5m3/s，需要专设管道从水库中取水,考虑管道沿程损失以10％计，则取水入口流量Q=1.5/(1-0.1)=1.67m3/s，要求工业供水保证率97％，则取水入口设在10#587.0m水。工业供水是自由出流，根据水力学公式式Q————管道系统的流量系数,取0.98A——管道断面面积；H——管道水头，最不利情况时H=588-587.0=1m。则管道断面总面积则每条管道直径0.5m置在右岸坝段。第7章构造设计7.1坝顶构造本设计坝顶宽度取5m,坝上游设1.2m7-1。图7-1坝顶构造图7.2廊道系统7.2.1基础灌浆及排水合用廊道坝基帷幕灌浆压力较高，因此须在坝体砌筑一定高度后进行，廊道采用上圆下方的标准廊道断面，其净空为3.0m×3.0m，廊道底部高程高出基础面4.50m,即为569.5m，廊道上缘距上游坝面5m，高程580m处，用横向交通廊道通向下游坝外。交通廊道与灌浆廊道连接处如图7-2所示。图7-2纵横向廊道交界7.2.2坝体检查及排水廊道25m设一层廊道，其断面也是城门洞型，尺寸为宽1.5m，高2.5m，至上游面的距离为5m，上游侧设排水沟，廊道在左右岸各有一个出口。7.3防渗系统上游面采用6cm工的干扰。下游用混凝土预制板代替模板，作为坝体的一部分。幕，排水管用预制多孔混凝土管，间距3m，内径20cm，渗水由排坝外，排水管与廊道的连通采用直通式。如图7-3图7-3廊道与排水管的连接7.4横缝构造离设永久性横缝，横