重力坝设计毕业论文

实用文档/PAGE73页PAGE73页目录TOC\o"1-3"\h\u288981基本资料 1296341.1.流域概况 147941.2水文气象特征 1246931.3地质条件 2212591.4工程枢纽任务 353502枢纽布置 4152792.1工程等级及建筑物级别确定 458142.2坝址、坝型选择 567022.2.1坝址地形地质条件 525732.2.2选址、选型原则 5255442.2.3亭子口坝址概况 6209952.2.4李家嘴坝址概况 7283542.2.5坝址比较 854112.3枢纽布置 9202982.3.1布置原则： 962842.3.2枢纽的总体布置 990023洪水调节 11139073.1基本资料 11289853.1.1洪水过程线的确定 11315053.1.2相关曲线图 1399483.1.3确定天然设计洪峰流量和天然校核洪峰流量 1373453.1.4确定下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量标（p=0.1%） 1440983.2洪水调节基本原则 14139053.2.1确定工程等别和级别 1416823.2.2水库防洪要求 14164983.2.3水库的运用方式 14302993.3调洪演算 15163063.3.1堰顶高程 1585483.3.2设计水头 1516253.3.3流量系数的确定 15122333.3.4方案拟订 1618513.3.5计算下泄流量 16121783.3.6半图解法调洪演算 17278364非溢流坝剖面设计 2231034.1设计原则 22320024.2剖面拟订要素 225474.2.1坝顶高程的拟订 22236994.2.2坝顶宽度的拟订 25318094.2.3坝坡的拟订 2627924.2.4上、下游起坡点位置的确定 26260594.2.5剖面设计 2643024.3抗滑稳定分析与计算 28113104.3.1分析的目的 28221474.3.2滑动面的选择 28115384.3.3对坝基面进行抗滑稳定计算 2920284.4应力计算 30323184.4.1分析的目的 30244124.4.2分析方法 3096514.4.3材料力学法的基本假设 30132574.4.4荷载组合 30193684.4.5应力计算 30198035溢流坝段设计 32320665.1泄水建筑物方案比较 32234795.1.1布置原则 3236545.1.2泄洪方案选择 328955.2溢流表孔布置 32228025.3溢流坝剖面设计 33258095.3.1顶部曲线 33224295.3.2中间直线段的确定 34191545.3.3反弧段 3595585.4消能设计与计算 35298365.4.1闸墩的设计 36146165.4.2消能形式选择 37106535.4.3消力池的水力计算 38244545.4.4辅助消能工设计 4185915..4.5消力池护坦的设计 424046细部构造设计 42150646.1坝顶构造 42245816.2廊道系统 4399256.2.1基础灌浆廊道 43297296.2.2检查排水廊道 4466286.2.3排水管 44263686.3坝体分缝 45196326.3.1横缝 45235596.3.2纵缝 45139496.3.3水平施工缝 45288256.4坝体止水与排水 45320006.4.1止水 4587126.4.2坝体排水 4694506.5基础处理 4651896.5.1坝基开挖 46134126.5.2固结灌浆 47181496.5.3帷幕灌浆 47159906.5.4坝基断层及破碎带处理 48295546.6混凝土重力坝的分区 4818080参考文献 50PAGEPAGE73页1基本资料1.1.流域概况嘉陵江是长江上游左岸的主要支流，发源于陕西凤县东北的秦岭山脉，流经陕西、甘肃、四川、重庆四省（直辖市），干流全长1120km，落差有2300m，平均比降2.05‰，全流域面积为15.98万平方千米，占长江流域面积的9%。嘉陵江水系发育，自上而下主要支流有西汉水、白龙江、东江、西河、渠江、涪江等。嘉陵江流域大部分属亚热带湿润季风气候。在中下段的盆地区，冬季温暖多雾，霜雪少见，上游段山区则冬季寒冷，霜雪较多，又多风暴，往往一雨成灾。春夏时节，流域内降雨自东向西移动，若遇季风弱而迟，则西部常形成春旱和初夏干旱天气。流域内年降水量在1000毫米以上，其中50%集中在7～9月。而且降雨在区域上分布上很不均匀，一般聚集在盆地边缘的降水大于盆地中部。中游南充至合川的年径流量为300～400mm；下游合川至重庆为400～500mm；而南充至苍溪为川中径流量深低值区，仅300mm；中游苍溪以上至广元的大滩场，由300mm递增到600mm。流域多年平均径流量为698.8亿立方米，主要集中在汛期5～10月，汛期干流水量占全年径流量的75%～83%，非汛期在11月到次年的4月，占17%～25%。1.2水文气象特征坝址地区雨量丰沛，资料显示其多年平均降水量为995.8，多年平均流量598，相应多年平均径流量189亿，径流深309。多年平均气温16.6，多年平均风速1.9，多年平均最大风速为13.2，多年平均地面温度19.2，多年平均水温15.5[。坝址区河段平直开阔河谷呈浅U形，谷底宽200～350，在正常蓄水位458高程处谷宽778～856，左侧为主河槽,枯水位370～371，水面宽170～200水深1.5～4.5河床覆盖层最厚处约13.5，基岩顶板高程352.9～364[6]。水库规划指标：水库正常蓄水位458，设计洪水位461.3，相应洪峰流量34500，校核洪水位463，相应洪峰流量37610，总库容40.67亿，防洪库容19.56亿，坝前淤沙高程373。表1-1坝址各频率洪峰流量频率（P）%10.50.20.10.02洪峰流量（m3/s）28000308003250034700396001.3地质条件（1）地形地貌嘉陵江由北北西向南南东流经坝址区，流向170°，河段平直开阔，呈浅“U”型河谷，谷底宽170～350m，高程458m处谷宽778～856m。河床左侧为主河槽，枯水位370～371m、相应水面宽170～200m、水深1.1～4.5m。河床覆盖层厚度一般6～10m，最厚处约13.5m，基岩顶板高程352.86～364m。左岸山体宽厚，临江峰顶高程657.8m，岸坡中部高程480～400m间为缓坡平台，平台宽150～360m，长2500m，台面高程自上游至下游降低，斜坡段地形坡度20～25°。右岸山体临江峰顶高程550m，岸坡中分布两级缓坡平台，下级高程390～410m，台地宽120～150m，长大于500m，上级缓坡平台高程445～460m，台地宽100～120m，长约500m，斜坡段地形坡度15～20°。（2）地层岩性坝区出露地层为白垩系下统苍溪组（K1c）砂岩、粉砂岩、粘土岩，总厚度480m，为软硬相间不等厚的层状岩层。主要层位有K1c6-1、K1c4-2、K1c3-2、K1c2-3、K1c2-1等5层，除K1c4-2层为长石石英砂岩结构较疏松，为软岩外，其余4层均为较坚硬的岩屑砂岩，其中河床坝基下K1c2-1层砂岩厚23～28m。坝区第四系分布较广，主要为河流冲积与崩滑堆积。河床冲积砂砾石厚6～13.50m；左岸古滑体厚度一般20～40m，最大厚度63m。（3）地质构造坝址处于九龙山背斜东南翼，岩层走向30～60°，微倾下游偏左岸，倾角1～5°，未见断层。砂岩中两组陡倾角裂隙较发育，一组走向350～360°，倾向东或西，倾角70～90°；一组走向75～90°，倾向南或北，倾角70～90°。（4）水文地质坝址地下水按赋存介质可分为孔隙水、裂隙水和孔隙～裂隙水。地下水主要以井、泉形式排泄于地表，流量较小，季节性变化大，砂岩层间裂隙水局部微具承压性，地下水水力联系差。地表水、地下水水质对砼均无侵蚀性。岩体透水性具有较明显的层状特征与不均一性，两岸砂岩中等透水；K1c4-2长石石英砂岩中～强透水，粘土岩、粉砂岩和河床分布的砂岩为弱透水或微透水。（5）岩体风化与卸荷岩体风化受岩性和环境制约，不同部位表现不同的风化特点。河床及漫滩基本上是微风化带，厚度小于3m；谷坡地带全～强风化带厚度多小于2.0m，弱风化带厚度3～28m；左岸崩滑体平台下伏基岩全～强风化带厚度小于1.0m，弱风化带约4m左右。岩体卸荷与岩性、微地貌相关。江边岩体卸荷水平宽度较小，卸荷水平宽度一般小于20m，最大可达37m（平硐PD5）；两岸岸坡中部（460m平台以下）卸荷带水平宽度25～66m，460m平台以上岸坡卸荷带水平宽度左岸较大，卸荷水平宽度69～85m，右岸卸荷水平宽度43～52m；砂岩的卸荷宽度大于粉砂岩或粘土岩的卸荷宽度。1.4工程枢纽任务本枢纽经过技术经济调查阶段，以及水利、水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据。正常蓄水位： 458.0设计洪水位 461.3校核洪水位 463.0死水位（淤积结果） 438最有利工作深度 20水库防洪限制水位 4422枢纽布置2.1工程等级及建筑物级别确定根据规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，亭子口水利枢纽工程等别确定为一等，工程规模为大（1）型，主要建筑物级别为1级，电站厂房级别为2级，次要建筑物为3级。表2-1水利水电枢纽工程的分等指标工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿米）防洪灌溉面积（万亩）水电站装机容量（万千瓦）保护城镇及工矿区保护农田面积（万亩）一大（1）型>10特别重要城市、工矿区>500>150>120二大（2）型10～1重要城市、工矿区500～100150～50120～30三中型1～0.1中等城市、工矿区100～3050～530～5四小（1）型0.1～0.01一般城镇、工矿区30～55～0.55～1五小（2）型0.01～0.001<5<0.5<1注:①水库总库容指水库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；表2-2水工建筑物级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ4552.2坝址、坝型选择2.2.1坝址地形地质条件河段规划等前期研究工作确定该枢纽工程有李家嘴和亭子口两个坝址可供比较选择,它们分别位于苍溪县城上游15km和28km处。两坝址间无大的水系汇入,水文气象条件基本一致,其主要特征洪水见表1,两坝址的相对位置见图1。图1坝址相对位置表1主要特征洪水洪峰流量洪峰频率（%）洪峰流量（）洪峰频率（%）洪峰流量（）洪峰频率（%）洪峰流量（）5210000.2325000.02396001269000.1347000.0142000两坝址区的出露地层均为白垩系下统苍溪组红色碎屑岩,总厚度约480m。根据岩性及其组合特性,自下而上分为k11c至k81c共8段,其中k11c～k41c为坝基岩体,其主要持力层为位于河床部位的k21c层,该层主要为巨厚层状浅灰色细粒岩屑砂岩,夹有浅色长石石英砂岩及少量粉砂岩和粘土岩等,岩相较为稳定。两坝址坝肩均为k31c～k41c层岩体,大多为粉砂岩、石英砂岩及粘土岩互层体,岩性相变较大。其中砂岩类岩体抗压强度较高,饱和抗压强度在30-55MPa左右;而粘土岩类抗压强度较低,饱和抗压强度只有8-13.5MPa左右,属软岩类。两坝址区均无大的断裂构造。2.2.2选址、选型原则坝型、坝址选择是水利枢纽设计的重要内容，二者相互联系，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的枢纽布置方案并进行比较。在选择坝型，坝址时，应研究枢纽附近的地形地质条件、水流条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等：(1)地质条件。地质是坝址、坝型选择的主要依据之一。拱坝、重力坝需建在岩基上；土石坝则岩基，土基均可修建。坝址选择应该注意一下几个方面的问题：①对断层破碎带，软弱夹层要查明其产状、宽度（厚度）、充填物和胶结情况，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流方向的断层或是存在活断层的河岸，均不应选择坝址；②在顺向河谷（指岩层走向与河流方向一致）中，总有一岸指与岩层倾向一致的顺向坡，当岩层倾角小于地形坡角，岩层又有软弱结构面时，在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意；③对于岩溶地区，要掌握岩溶发育规律，特别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟和溶槽，必须查明岩溶对水库蓄水和对建筑物的影响；④对土石坝，应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土、湿陷性黄土和膨胀土等土基。(2)地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选用重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或是地质条件较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需综合考虑。(3)筑坝材料。坝址附近应有足够的符合要求的天然建筑材料。(4)施工条件。便于施工导流，坝址附近特别是其下游应有开阔地形，便于布置施工场地；距离交通干线近，便于交通运输；可与永久电网连接，解决施工用电问题。(5)综台效益。选择坝址应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游、环境等各部门的经济效益。坝址选择与地形、地质条件、坝型、枢纽布置和施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。从地质条件看，坝址应选在地质构造简单，无大的地质构造的地方。2.2.3亭子口坝址概况该坝址区河段的水流流向,在坝址下游1km处由南东流向转为北东流向,由于弯道环流的作用,左岸形成河间地块(见图1)。坝址处河谷为对称/U0型谷,岸坡坡角40b～45b,正常蓄水位时水面宽约650m,枯水期水面宽80～120m。河床基岩顶高程355～364m,岩层微倾上游,倾角2b～5b。坝基持力层k21c蚀余厚度12～14m,底部为k11c层粘土岩,两层之间夹有一层厚约10～30cm(局部厚达1.0m左右)较为连续的层间错动剪切泥化带。根据坝址区上述的地形、地质条件,对分别采用混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝的两个枢纽布置方案进行了研究。结果表明,混凝土重力坝方案存在以下重大缺点:一是为满足坝基深层抗滑稳定要求,其连续性的泥化夹层处理方案工程量大,施工工艺复杂,而且k11c层粘土岩的抗压强度较低,很难满足坝基抗压强度要求;二是河床较窄,当宣泄洪峰流量时,即使偏高采用单宽流量,其泄洪宽度亦需200～250m,又因地质条件限制而难以采用挑流消能,故发电厂房只能布置在岸边坝后,连同通航建筑物的三者总宽度约450m,而河床天然宽度仅约150m,故必须大量开挖两岸山坡。2.2.4李家嘴坝址概况李家嘴坝址位于亭子口坝址下游13km处。该坝址区河道顺直,河谷较为宽阔,正常蓄水位时河谷宽约950m,枯水期谷宽250～300m。河床基岩k21c岩层顶高程354～364m,其河床蚀余厚度约42m,岩层微倾下游偏左岸,倾角1b～5b。该坝址的主要工程地质问题为:左岸坝肩有一古崩滑体,其底部前缘高程410～460m,后缘高程440～480m,顺河向长1100～1200m,东西宽约200～350m。50～60年代因对该崩滑体稳定性认识的局限而导致舍弃该坝址并选用亭子口坝址。80年代末以来,根据新的勘探资料和试验研究成果,对其稳定性进行了深入分析,结果表明,古崩滑体的底滑面基本上为k4-11c层的顶面,倾角2b偏向左岸山里和下游,且整个底滑面为椅背状;据对崩滑岩体的组成成份及其物理力学性质分析,可知该崩滑体组成物质较为密实,其形成时间较早,整体上处于稳定状态,仅在暴雨时其前缘局部有小量的滑移。如对其采取适当工程处理措施,其稳定性是有保证的。根据上述地形地质条件,对该坝址同样进行了混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝的枢纽布置方案研究,以便比较、选定坝址,同时可进一步探讨在红色岩层地区修建堆石坝的可行性和经济性。当采用混凝土重力坝方案时,泄洪消能、引水发电、通航建筑物基本均可布置于原天然河床,对天然河势无大的改变。而且各主要建筑物相对关系简单明确,各建筑物的设计施工均无难度,坝基分布的粘土夹层对重力坝稳定不构成威胁,左岸古崩滑体的处理方案简单易行。施工导流采用分期导流、分期施工方案,施工工期有保证,施工场地布置也方便。较之混凝土面板堆石坝方案,该方案具有明显优越性。由于亭子口坝址和李家嘴坝址分别适宜修建混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝,故两个坝址的比较,就其水工布置及其施工技术的实质差别而言,可简化为两种坝型的比较。在交通不便而当地建筑材料较为丰富的地区,人们常倾向于修建混凝土面板堆石坝,即使其动能经济、对外交通、运行管理等方面均明显不如采用混凝土重力坝方案的李家嘴坝址,仍有一部分同志因难挡当地材料坝之诱惑而倾向推荐亭子口坝址。我们经认真详细研究后认为,亭子口坝址选用混凝土面板堆石坝主要存在以下几个重大技术难题。2.2.5坝址比较(1)难觅开采、运输方便的堆石填筑料源。在两个坝址区,出露岩层均为软硬相间的红色岩层,岩相岩性变化较大,厚薄不均,可成片开采利用的极少。而较可靠的k21c层砂岩又埋藏较深,溢洪道等开挖料大多不能利用。而修建堆石坝,须有既满足强度要求储量又几倍于大坝填筑方量的石料场。据现有地勘成果,坝址区尚无如此料场,而零星或深挖或远距离大量开采将是极不经济的。(2)施工导流极为困难。嘉陵江属峡谷型河流,洪水峰高量大,20年一遇洪峰流量为21100m3/s;5年一遇洪峰流量也达15200m3/s。若选用堆石坝方案,则难以采用分期导流、分期填筑或过水围堰等施工方案,加之两岸又无天然哑口可利用,故只有采用岸边隧洞导流。经计算,需布置内径约10m的导流隧洞4条,总长度近5500m。而坝址区多分布水平岩层,岩性软弱,成洞条件极差,隧洞施工困难,造成施工准备工期长或代价高。(3)对泄洪消能建筑物布置不利。亭子口枢纽的泄洪单宽流量为150～200,坝址区地形地质条件决定了只能采用底流消能。若选用堆石坝,只能采用坝肩溢洪道及隧洞泄洪,而溢洪道水力学及调度运用条件均较复杂,两者的下游出口走向与河床天然主流向均有一定夹角,而河谷边坡又多为软岩,故泄洪水流对天然河床的冲淤影响势必较大。另外,嘉陵江属多沙河流,多年平均含沙量达2.95,而堆石坝方案无法布置泄洪冲沙深孔,这将严重影响水库的使用寿命和兴利调节功能。此外,对以上两个方案的主要建筑物工程量作了比较。亭子口坝址也并不占优。其主要原因一是堆石坝方案的混凝土方量虽然较少,但多为钢筋混凝土板壁结构,且施工条件复杂。如泄洪洞、引水洞衬砌,大坝面板、混凝土趾板、溢洪道边坡混凝土板等,混凝土施工场地分散,场内交通运输布置不便;二是钢筋、钢材用量较多；三是土石方开挖工程量巨大,且溢洪道高边坡为100多米高的软岩边坡,其边坡稳定及支护设计均存在很大难度。综上比较,本阶段决定选用李家嘴坝址为亭子口水利枢纽坝址，坝型选用混凝土重力坝。2.3枢纽布置2.3.1布置原则：根据坝址的建坝条件，枢纽布置主要考虑以下原则：（1）坝址洪水洪峰流量大，且河谷狭窄，所以要求尽可能加宽溢流前缘，减少单宽流量，以便泄洪安全可靠，上下游流态好，不影响个建筑物的正常运行。（2）应积极稳妥地采用先进技术，尽量减少工程量，节省工程投资，以便加快施工进度，缩短施工工期，争取提前发电。（3）在枢纽布置时，引水系统应优先考虑坝式进水口，做到管理运行方便，缩短引水隧洞长度，尽可能不设调压井，厂房尽可能布置在完整的基岩上，特别要注意厂后边坡的稳定。2.3.2枢纽的总体布置亭子口水利枢纽工程等别为一等，工程规模为大（1）型。主要建筑物为1级，电站厂房为2级，次要建筑物为3级。混凝土坝设计洪水重现期为500年，校核洪水重现期为1000年。消能建筑物设计洪水重现期为100年。该枢纽是以防洪为主的工程，嘉陵江洪水峰量较大，大坝设计洪水峰值达32500，同时坝址处河段较为顺直，枢纽布置中泄水消能建筑物宜布置于主河床，这既有利于施工及运行期洪水的宣泄，减少对下游河势的影响，也可方便其他建筑物的布置。在泄水消能建筑物布置于主河床后，升船机及厂房建筑物宜分别布置于泄水建筑物两侧，经过从大坝深层抗滑稳定、施工导流、施工条件、施工工期、工程投资等多方面比较确定推荐方案。该工程坝址为李家咀坝址，推荐坝型为混凝土重力坝，重力坝坝轴线总长995.4m，坝顶高程465m，最大坝高116m。推荐的枢纽布置方式为：河床中间布置8个表孔、5个底孔及消能建筑物，底孔（兼作排砂孔）布置在表孔左侧，河床左侧布置坝后式电站厂房，河床右侧布置垂直升船机，两岸布置非溢流坝段，灌溉渠首独立布置在坝线上游。（1）泄水建筑物泄水建筑物均布置于河床中部，由8个表孔、5个底孔组成，底孔邻近厂房坝段，布置于表孔左侧。表孔坝段宽18.5m，闸墩厚4.5m；底孔坝段宽17.0m。溢流前缘总长243.5m，采用底流消能形式。（2）表孔表孔共8个，孔口尺寸为14.0m×22.8m（宽×高），每孔设弧形工作门，由液压启闭机启闭，弧门上游设检修钢闸门。为减小消力池长度，加强消能效果，表孔出口采用宽尾墩方案。宽尾墩起始收缩点距坝轴线29.42m，水平长22.58m，收缩比为0.3，墩尾折角为12.24°。边表孔采用不对称宽尾墩（即导墙侧收缩6.10m，另一侧收缩3.00m），收缩比为0.35。表孔池底高程355m，池长135m，池宽143.5m，消力池尾坎为连续式，坎顶高程367m。尾坎后防冲段长35m，高程360.3m。消力池设置封闭抽排系统。（3）底孔底孔主要任务是泄洪、排沙，并兼作施工期导流底孔，共5孔，孔口尺寸均为6m×9m（宽×高）。底孔底板高程374.0m，采用有压短管形式，有压短管出口下游两侧突扩0.5m，底部跌坎高1.6m。明槽坡比1∶4.5，下段采用半径为75m的圆弧调整到水平后至出口，出口突跌8.0m至消力池底板，出口高程362.0m，消力池护坦高程354.0m。底孔池底板高程354.0m，长187.7m（底孔明槽出口～消力池尾坎），池宽75m，消力池尾坎为连续式，坎顶高程367m。尾坎后防冲段长35m，高程360.3m。消力池设置封闭抽排系统。（4）通航建筑物通航建筑物布置在枢纽右岸导流明渠内，采用单线一级垂直升船机，承船厢有效水域尺寸为116m×11.7m×2.5m（总长×型宽×吃水），可一次通过1+2×500t分节驳顶推船队或2艘50t级机动驳。通航建筑物主要包括升船机上闸首、船厢室、下闸首以及上下游引航道靠船、导航、隔流建筑物等。上游引航道长404m，引航道左侧布置两条50m长的支墩式浮式导航堤，引航道右侧布置7个中心距为20.0m的靠船墩。上闸首采用整体式“U”形结构，结构总长80.0m，总宽42.0m。船厢室结构总高134.0m，总长118.2m，总宽41.6m。下闸首结构总长27.5m，总宽48.8m。下游引航道长785.0m，临江侧在原纵向围堰基础上布置混合式隔流堤与下游河道隔开。引航道左侧设120.0m长的墩板式导航墙，右侧设45.0m长的辅导航墙和7个中心间距为20.0m的靠船墩。3洪水调节3.1基本资料3.1.1洪水过程线的确定本设计中枢纽主要任务是发电，兼做防洪之用，所以必须在选定水工建筑物的设计标准外，还要考虑下游防护对象的防洪标准。由资料及表3-1-1得出防洪标准：重现期在500～1000，频率在0.2～0.1%。由水工建筑物的设计标准与下游防护对象的防洪标准综合考虑，选定设计洪水的频率为0.2%，校核洪水的频率为0.1%。表3-1-1洪水防护对象与防护标准防护对象防洪标准城镇工矿区农田面积（万亩）重现期（年）频率（%）特别重要城市特别重要的>500>100<1重要城市重要的100～50050～1002～1中等城市中等的30～10020～505～2一般城市一般的<3010～2010～5表3-1-2洪峰单位过程线时段(天)011.062345流量(%)10891005732.51912由表3-1-2，运用同倍比放大法，绘出设计洪水过程线和校核洪水过程线：3.1.2相关曲线图3.1.3确定天然设计洪峰流量和天然校核洪峰流量表3-1-3洪水流量频率表频率(P%)210.20.10.02流量(m3/s)1860026900325003470039600由表3-1-3：设计流量（p=0.2%），校核流量（p=0.1%）。3.1.4确定下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量标（p=0.1%）从前面资料可知，考虑下游防洪要求以及下游能承受的洪水泄量，故下泄设计洪峰流量标准（p=0.2%），下泄校核洪峰流量标准（p=0.1%）。3.2洪水调节基本原则在已确定选择混凝土实体重力坝的情况下，从提高泄流能力，便于运用管理和闸门维修，节省工程投资角度出发，泄洪方式以坝顶泄流最为经济。故按坝顶溢流的方式进行洪水调节计算，以确定坝顶高程和最大坝高。调洪演算采用半图解法。3.2.1确定工程等别和级别根据SDJ12-78《水利水电工程枢纽等级划分和设计标准（山区、丘陵区部分）》结合亭子口枢纽所给定的特征水位和基本资料，通盘考虑水库总库容、防洪效益、装机容量等因素，该工程为大一型工程，主要建筑物为1级，次要建筑物为2级，临时建筑物为3级。表3-2-1：山区、丘陵区水利水电永久性水工建筑物洪水标准[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由表3-2-1可知永久性建筑物设计洪水标准为：正常运用（设计）洪水重现期为500年，非常运用（校核）洪水重现期为1000年。3.2.2水库防洪要求本水库的设计标准为500年，校核标准为1000年，亭子口枢纽洪水调节除保证本工程设计标准以外，还担负着提高下游防洪标准的任务。3.2.3水库的运用方式本工程拦河大坝采用混凝土重力坝，为充分利用混凝土坝坝身泄水的特点，泄水建筑物选用坝顶溢流式。当水库洪水在时，即P=0.2%时，用闸门控制下泄流量，既来多少泄多少，保持库水位不变；当并小于下游承受的最大洪水量，继续用闸门控制下泄量，即来多少泄多少，保持库水位不变；当>下游承受的最大洪水量，为了提高下游防洪标准，用闸门控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大坝允许承受的最大洪水量，把多余的洪水拦蓄在水库内。3.3调洪演算3.3.1堰顶高程设此堰的堰顶高程为440。3.3.2设计水头最高限制水位为459，正蓄水位H＝458，设堰顶高程为440，则堰上最大水头根据公式＝最高限制水位－堰顶高程进行计算，即＝459－440＝19设计水头取最大水头的（0.75～0.95），即＝（0.75～0.95）所以有＝（0.75～0.95）×19，取＝0.85×13＝16.153.3.3流量系数的确定河底高程为360，所以上游的堰高为＝440-360＝80因为设计水头＝16.15，所以＝，所以此堰为高堰。当，流量系数=0.502，而实际的，得=0.59。根据水力学中的关系图得各个水深的流量系数。3.3.4方案拟订根据所给资料，工程建成后可以对下游起到防洪作用，最大的下泄流量为，设表孔和底孔的最大单宽流量分别为，，则沿流宽度根据公式确定，可得：调洪演算采用坝址洪水，根据水量平衡原理用列表法计算，拟定孔口尺寸方案：8个表孔,8个表孔堰顶高程为440m，堰顶采用“WES”曲线实用堰，堰顶设弧形工作闸门，堰宽112,闸门尺寸14×22.8（宽×高），用坝顶排架上的固定式启闭机启闭。3.3.5计算下泄流量根据以上数据应用下泄流量的计算公式计算下泄流量，其中其中ε=0.92，g=9.8，=Z-440根据以上数据和不同的堰宽可得不同水深时的下泻流量，列于表中：表3-3-1：水位水深m流量系数下泄流量Q（堰宽112m)44000.000.3850.0044110.060.392178.8244220.120.402518.6944330.190.413978.9644440.250.421532.7644550.310.4322203.2944660.370.4352916.4244770.430.4433742.7044880.500.4544686.2444990.560.465665.72450100.620.4696765.61451110.680.4757905.27452120.740.489102.21453130.800.48510370.28454140.870.4911709.06455150.930.49513118.25456160.990.514597.68457171.050.50816243.18458181.110.51117801.78459191.180.51819570.15460201.240.5221216.91461211.300.52322959.61462221.360.5324948.46463231.420.53526920.273.3.6半图解法调洪演算依据《水能规划》教材所给的水库洪水调节计算原理，采用水量平衡方程式：，式中：——分别为计算时段初，末的入库流量（）；——计算时段中的平均入库流量（），它等于；——分别为计算时段初、末的下泄流量（）；——计算时段中的平均下泄量（），即=；——分别为计算时段初、末水库的蓄水量（）；——为的差；——计算时段，须化为秒数。泄洪建筑物采用500年一遇洪水设计，洪峰流量为32500；1000年一遇洪水校核，洪峰流量为34700，为达到下游防洪要求时，限制下泄流量为19000。（1）计算并绘制单辅助线计算中V取溢洪道堰顶以上库容，计算时段取△t=4h。计算过程见下表：表1-1-2：水库设计洪水单辅助曲线计算表(P=1%)堰宽112水库水位Z总库容V总堰顶以上库容VV/△tqq/2(m)(亿m³)(亿m³)(m³/s)(m³/s)(m³/s)(m³/s)-1-2-3-4-5-6-73372003015153382.40.42777.78102.6051.302829.083392.80.85555.56238.91119.465675.013402.890.896180.56420.36210.186390.743413.241.248611.11641.10320.558931.663423.591.5911041.67898.17449.0911490.753433.941.9413472.221189.08594.5414066.763444.292.2915902.781514.91757.4616660.233454.632.6318263.891872.80936.4019200.293465.133.1321736.112263.021131.5122867.623475.643.6425277.782685.291342.6526620.423486.144.1428750.003139.471569.7430319.743496.654.6532291.673625.491812.7534104.413507.155.1535763.894143.382071.6937835.58利用表1-1-2中第(5)、(7)两栏相应的数据绘制成单辅助线如下图所示。图1-1-1单辅助曲线图（2）调洪计算求q~t过程和Z~t过程并绘制单辅助线表1-1-4某水库半图解法调洪计算表(P=1%)堰宽112m时间t入库流量Q时段平均入库流量qZ(h)(m³/s)(m³/s)(m³/s)(m³/s)m-1-2-3-4-5-60.000.0015.0030.00337.04.00938.25469.13454.1341.33337.28.001471.501204.881617.6771.35337.612.002004.751738.133284.45124.41338.216.002538.002271.385431.41227.25338.920.003071.252804.638008.78560.97340.624.003604.503337.8810785.69826.51341.728.003795.793700.1413659.321171.41342.932.003431.113613.4516101.361418.99343.736.003103.453267.2817949.651695.43344.540.002809.332956.3919210.611874.25345.044.002545.492677.4120013.771960.51345.248.002308.872427.1820480.442034.45345.452.002096.652202.7620648.752114.35345.656.001906.182001.4220535.822187.22345.860.001735.061820.6220169.222270.75346.064.001581.061658.0619556.532072.99345.568.001442.191511.6318995.172013.49345.472.001316.661379.4318361.111946.28345.2在表中，库水位未达到防洪限制水位350m，所以不需再进行调洪，只需操作闸门将库水位控制在防洪限制水位即可。利用表中第(1)、(2)、(5)三栏相应的数据绘制成Q~t，q~t关系曲线，如图所示。图1-1-3设计洪水调洪曲线图然后利用第(1)、(6)栏相应的数据绘制成Z~t关系曲线，如图所示。图1-1-4设计洪水z~t曲线图查图可知，最大下泄流量qm发生在t=52h时刻，正好是q~t曲线与Q~t曲线的交即为所求。，。4非溢流坝剖面设计4.1设计原则重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生大扬压力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。4.2剖面拟订要素4.2.1坝顶高程的拟订坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即＝静水位＋式中：＝（＝为波浪高度；为计算风速；D为吹程；为波浪中心线超出静水位的高度；为安全超高。），取频率为1%的波浪高度。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。表4-2-1计算情况库水位(m)吹程(km)最大风速(m/s)计算风速(m/s)正常情况458101632设计情况461.3101624校核情况463101616采用官厅公式计算：，（D——吹程，m;L——波长，m;）非溢流坝坝顶安全超高hc值表如下：表4-2-2水工建筑物结构安全级别水工建筑物安全级别ⅠⅡⅢ水工建筑物级别（1）（2，3）（4，5）设计情况0.70.50.4校核情况0.50.40.3坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：坝顶高程=正常蓄水位+坝顶高程=设计洪水位+坝顶高程=校核洪水位+式中，、分别为计算的坝顶（或防浪墙顶）据设计洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位Δh时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常蓄水位、设计洪水情况（持久状况）和校核洪水情况（偶然状况）分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。（2）正常蓄水位时计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即：风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高（官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为波长（官厅公式）（官厅公式）则（3）设计洪水位时计算风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离，即：风速，吹程。各波浪要素计算如下：波高（官厅公式）由于,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为波（官厅公式）（官厅公式）则（3）校核洪水位时计算校核情况采用多年平均最高风速，即：,。各波浪要素计算如下：（官厅公式）（官厅公式）（官厅公式）则2、坝顶高程计算根据以上两种水位时计算结果，得出两种状况下坝顶高程。（1）正常蓄水位时的坝顶高程：▽坝顶=正常蓄水位+=458+9.94=467.94m（2）设计洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=设计洪水位+=461.3+6.533=467.833m（3）校核洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=校核洪水位+=463+2.89=465.89m为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝467.94m，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙（取1.2m）时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为▽467.9m。坝基面面高程为；坝高为。计算过程详见计算书,成果列于下表：表4-2-3计算情况（m）hz（m）hc（m）h（m）坝顶高程（m）正常情况2.75.90.79.94467.94设计情况2.3652.90.76.533467.833校核情况1.141.250.52.89465.89计算结果表明，坝顶高程由校核洪水位控制，考虑由泄洪和结构要求确定的剖面，稳定安全系数有较大的余幅，坝踵也未出现拉应力，取坝顶高程467.9，将超高置于坝顶以上，坝顶上游再设实体防浪墙。4.2.2坝顶宽度的拟订为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%～10%，且不小于2m。综合考虑以上因素,坝顶宽度B=10m。 4.2.3坝坡的拟订考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数n=0.1～0.2，下游边坡系数m=0.6～0.8。4.2.4上、下游起坡点位置的确定上游起坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来定，上游起坡点一般在距坝底处，初拟上游起坡点高107.9/335.96，则上游起坡点高程=360+35.96=395.96m，取整396m，下游起坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面得到（最常用的是基本剖面的顶点位于校核洪水位处），由于起坡点处的断面发生突变，故应对该截面进行强度和稳定校核。4.2.5剖面设计根据规范规定，取n=0.2,m=0.7,坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，这里取0.8，即B=107.9*0.7=75.53，取整数76m初选剖面尺寸如图所示:图4-2-1剖面受力图3.基本荷载计算=1\*GB4㈠正常蓄水位情况（1）坝体自重（2）水平水压力上游水平水压力：下游水平水压力：垂直水压力上游垂直水压力：下游垂直水压力：（4）扬压力排水处扬压力折减系数：浪压力设计、校核水位情况设计、校核水位情况下的计算方法与正常蓄水位是一样的，故设计、校核洪水位情况下的各个方向的压力如下表所示：坝体自重(W)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位102583.2102480101384水平水压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位525005213551080（3）垂直水压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位716070506800（4）扬压力(U)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位25515.525485.523984.6（5）浪压力(P)正常蓄水位设计洪水位校核洪水位180.8114.0339.704.3抗滑稳定分析与计算4.3.1分析的目的核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面的抗滑稳定的安全度。4.3.2滑动面的选择滑动面选择的基本原则：研究坝基地质条件和坝体剖面形式，选择受力较大,抗剪强度低,最容易产生滑动的截面作为计算截面。一般有以下几种情况：①坝基面②坝基内软弱层面③基岩缓倾角结构面④不利的地形⑤碾压混凝土层面等。4.3.3对坝基面进行抗滑稳定计算坝体建基面抗滑稳定根据规范规定，按抗剪断强度公式计算，公式为：——抗滑稳定安全系数，不小于下表的规定：表4-5-1抗滑稳定安全系数荷载组合12、3基本组合3.03.0特殊组合2.52.3——作用于接触面上竖直方向的合力，kN;——作用于接触面上水平方向的合力，kN;——抗剪断摩擦系数；——抗剪断凝聚力，kPa；——计算截面面积；设计时：>3.0校核时：>2.5均符合稳定要求。计算结果如下表抗滑稳定安全系数设计校核K’3.17(>3.0)2.75(>2.5)满足稳定要求。4.4应力计算4.4.1分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料分区，某些部位配筋提供依据。4.4.2分析方法应力分析的方法有理论计算和模型试验两类。理论计算又分为材料力学法和弹性理论法，材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地质比较简单的中低坝；本工程坝高467.9-360=107.9属中高坝，故采用材料力学分析法。4.4.3材料力学法的基本假设1、坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料；2、视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力；3、假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。4.4.4荷载组合1、正常蓄水情况：自重+正常蓄水位对应的静水压力+扬压力+浪压力；2、设计洪水情况：自重+设计洪水位对应的静水压力+扬压力+浪压力；3、校核洪水情况：自重+校核洪水位对应的静水压力+扬压力+浪压力；因正常蓄水位与设计洪水位相差不大，根据《SDJ21-78(试行)补充规定》可不予计算。4.4.5应力计算在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，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。取1坝长进行计算,计算如下：①垂直正应力σyu和σyd式中：——作用在计算截面以上全部荷载的垂直分力总和。设计时：校核时： ——作用在计算截面以上全部荷载的对截面形心的力矩总和。 设计时： 校核时： ——坝体计算截面沿上下游方向的长度,。带入求得：设计时：, 校核时：,均未出现负值（拉应力），符合应力要求。②剪应力，设计时：校核时：——上游面水压力强度,n——上游坝坡坡率——上游面水压力强度,m——下游坝坡坡率③水平正应力,设计时:校核时：④第一主应力,设计时:校核时:⑤第二主应力设计时:校核时: 分析可看出由以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。5溢流坝段设计5.1泄水建筑物方案比较5.1.1布置原则（1）坝址洪峰流量大，泄水建筑物要有较大的泄流能力和灵活可靠的运行方式。考虑下游的防洪要求，泄水建筑物应有较好的泄流能力。（2）坝址左岸陡峭，右岸为顺向坡，采用了右岸引水式厂房，两岸没有布置溢洪道的条件，加上选择了混凝土重力坝，所以采用河床坝身泄洪方式。（3)下游校核洪水位很高，而且不同工况下的尾水位变化很大，难以采用挑流消能，采用底流消能型式。5.1.2泄洪方案选择选用8个表孔，孔口净宽14×8=112，设计洪水位为461.3，相应下泄量q为32500，校核洪水位为463，相应下泄量q为34700。5.2溢流表孔布置表孔共8个，孔口尺寸为14.0m×22.8m（宽×高），每孔设弧形工作门，由液压启闭机启闭，弧门上游设检修钢闸门。为减小消力池长度，加强消能效果，表孔出口采用宽尾墩方案。边表孔采用不对称宽尾墩（即导墙侧收缩6.10m，另一侧收缩3.00m），收缩比为0.35。表孔池底高程355m，池长135m，池宽143.5m，消力池尾坎为连续式，坎顶高程367m。尾坎后防冲段长35m，高程360.3m。消力池设置封闭抽排系统。5.3溢流坝剖面设计溢流坝的基本剖面为截顶三角形，一般其上游面为铅直或折线面，溢流面由顶部的曲线、中间的直线和底部的反弧三部分组成。5.3.1顶部曲线根据《混凝土重力坝设计规范》和《水力学》上册，将堰面曲线设计为“WES”剖面曲线，上游面采用三圆弧连接，下游面采用幂曲线。定型设计水头按堰顶最大作用水头的75%～95%计算（），考虑到在校核洪水位闸门全开时出现的负压不得超过3～6（水柱），经试算，取定型设计水头=90%。即=90%×（463-440）=20.7，此时在校核洪水位闸门全开时产生负压为3.186（水柱），在允许范围内，满足规范要求。上游面采用三圆弧连接，其半径分别为：=0.5=0.5×20.7=10.35X1=-0.175=-0.175×20.7=-13.6225=0.2=0.2×20.7=4.17X2=-0.276=-0.276×20.7=-5.7132=0.04=0.04×20.7=0.828X3=-0.282=-0.282×20.7=-5.8374下游面采用幂曲线，其方程为：其中=20.7，则方程简化为WES曲面上的点坐标X(m)Y(m)X(m)Y(m)X(m)Y(m)1.000.0413.004.3825.0014.672.000.1414.005.0226.0015.783.000.2915.005.7027.0016.924.000.4916.006.4328.0018.105.000.7517.007.2029.0019.316.001.0518.007.9930.0020.567.001.3919.008.8331.0021.858.001.7820.009.7132.0023.179.002.2221.0010.6333.0024.5310.002.6922.0011.5834.0025.9211.003.2123.0012.5835.0027.3512.003.7724.0013.6136.0028.81将坐标圆点0点定于堰顶，绘制WES曲线如下图：5.3.2中间直线段的确定顶部的曲线段确定后，中部的直线段分别与顶部曲线、底部的反弧段相切，其坡度一般与非溢流坝段下游坡率相同，即为1：m。直线与幂曲线相切时，切点C的坐标为：对堰面曲线求一阶导数=1/26.28×1.85=0.07直线CD的坡度为=1/0.7；故有0.07=1/0.7X=34.73m由上可得直线段与幂曲线的切点的坐标为（34.73,26.96）。5.3.3反弧段堰顶剖面曲线的下游与一倾斜直线段相切，直线段的坡度与非溢流坝下游面相同，即1：0.7，直线段的下部与反弧段相切。对于底流衔接，以便将水流平顺地导入下游，防止水流跌落的冲击力对坝基础的冲刷，反弧半径采用以下公式计算：式中上下游水位差=78m=（24~48）m，式中：水深—坝前水头（）——流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面，取为0.95——该断面处水深对于底流消能，反弧段取反弧半径的上限值，故取R=48m。5.4消能设计与计算由于坝址处洪峰流量大，河谷较窄，故下泄的单宽流量较大。在校核工况下，最大下泄量达34700时的堰上单宽流量为180。因此消能设施尤显重要。现根据《水力计算手册》、《水力学》和《混凝土重力坝设计规范》，采用以下消能方式消能。5.4.1闸墩的设计闸墩厚5，墩长32，头部为半圆形，在距坝轴线1.5处采用半径为2.5的半圆相接，在距坝轴线0.5处设置检修门槽，门槽宽度为1.0，深度为0.5，尾部为“Y”型宽尾墩。在闸墩尾部设置“Y”型宽尾墩，利用宽尾墩的以下特性，提高消能效果。（1）水流特点：由于墩尾加宽，水流接近宽尾墩尾部时，水面逐渐壅高，贴近边壁的水面比孔中心附近的水面壅高更甚。水面壅高的程度随流量和宽尾的体型尺寸而变化，由于水面壅高，闸室出口处射流上缘水面与坝面夹角显著加大，为水流沿铅直方向扩散创造了条件。各孔水流出闸室后，受宽尾墩作用，沿程横向收缩，竖向扩散，在坝面上形成窄而高的多股“水墙”。这种横向收缩使坝面水深增加2～3倍甚至更大。由于坝面水流与空气的接触面积大大增加，因而水流的掺气量也大大增加。（2）掺气特性：(a)宽尾墩闸室内水面逐渐壅高，水面切线与坝面的夹角也逐渐加大，使水流沿竖向加速扩散；(b)墩尾出流与空气的接触面积成倍增加；(c)水流出闸室后，两侧紊流边界层立即暴露在空气中，可以造成大量掺气，与底层紊流边界层接触，所以底层水流掺气发展较快。（3）坝面压力：实际观测，宽尾墩尾部的压力提高，消除了负压，墩头压力变化不大。5.4.2消能形式选择（1）水流衔接状态的判别亭子口水库为Ⅰ等大（1）型工程，根据《混凝土重力坝设计规范》，其消能防冲建筑物按500年一遇洪水设计。对于P=0.2%，亭子口水库上游正常水位458.0，最大泄量q=32500，此时下游水位为380。河床原始基面高程为360。由前面设计可知，溢流坝段的溢流面宽度为：B=14×8+5×7=147，故收缩断面处单宽流量对于矩形断面，下游的临界水深=（取流速系数）查《水力学》下册附图I矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图，得,故收缩断面处水深:共轭水深:下游水深<由于下游水深小于收缩断面处的共轭水深，水跃发生在收缩断面下游，称为远驱式水跃衔接。在此情况下，建筑物与跃前断面之间还存在相当长的急流段。在这一段内，流速很高，对河床冲刷能力很大，河床必须有可靠的保护结构。由于下游尾水较深，且水位变化大，优先选用底流式消能。为了改变这种不利的衔接形式，必须设法加大建筑物的下游水深，使水跃控制在紧靠建筑物之处，并形成淹没程度不大的水跃。加大下游水深的工程措施，其有降低护坦高程和在护坦末端修建消能坎来雍高水位，使坎前形成消能池两种方式。综合各方面因素，结合现有的工程实际，采用消力池，考虑适当降低护坦高程，同时修建不太高的消能坎，并在消力池内修建辅助消能工（即趾墩和四排中墩），形成综合消力池。5.4.3消力池的水力计算水流衔接计算采用以下公式：，=，，式中———下游临界水深；———断面处水头与水深的比值；———下游收缩断面处水深；———下游收缩断面处共轭水深。计算得知：>故水流衔接形式为远驱式水跃衔接，需要修建消力池使水跃的跃后水深与下游安全衔接。算消力池深度d采用以下公式进行计算：，式中：--水流动能修正系数,可采用1.0～1.05；——跃后水深

(m)，则假设d=8.76m。于是：，由公式，得再计算水面跌落值（取消能池流速系数），则代入公式与假设相符，故所求池深。计算消能坎高度经过简单计算可得出该坎为淹没坎，设坎高为。查表得，则。故另外假设，则，。查表得，最后算出故消能坎高度为8m。式中———消能坎顶全水头；———消能坎顶实际水头；———水跃的淹没系数，一般取1.05； ———消力池深，取2.8。 ———消力坎过流能力；———消力坎的淹没系数，需查表得；———消力坎的流量系数，取0.42。计算中尽量使消能坝的过水能力与已知流量66.13接近，经计算得消能坎高度C=8。（4）消力池长度的计算消力池的长度必须足以保证水跃不越出池外，所以消力池的长度可以从水跃的长度出发来考虑。但消力池的水跃受到消力池末端一垂直壁面产生的一个反向作用力，减小了水跃长度。所以消力池内的水跃长度仅为平底渠道中自由水跃长度的70%～80%。故采用下式计算：其中水跃长度为：，考虑到要在消力池内修建辅助消能工，故取83。（5）边墙高度边墙高度为跃后水深加上适当的超高，一般按工程的规模取计算，这里取，则。（5）护坦厚度护坦厚度。故水流衔接形式为远驱式水跃衔接，需要修建消力池使水跃的跃后水深与下游安全衔接。而消力池中的几个重要尺寸通过计算得：算消力池深度、计算消能坎高度、消力池长度。5.4.4辅助消能工设计消力池中收缩断面处的弗汝德数>4.5所以考虑在消力池中修建趾墩和中墩作为辅助消能工。根据《水力计算手册》参考“USBRШ”型消力池，作以下设计：（1）趾墩设计高度==2.457取2.5宽度==2.457取2.5间距可以近似等于，取2.5，与边墙距离0.5=1.2285，设计时取2。（2）中墩设计依据Fr1=5.48查《水力计算手册》第二版图4—2—16，得高度则取3.8宽度间距，考虑到错位布置中墩，设计时与边墙的距离分别取3.7，5。消力中墩设计为一排，每排五个消力，且中墩位置。5..4.5消力池护坦的设计（1）护坦在下游的水跃区内，用以保护地基免受冲刷，护坦设计成水平的，为混凝土结构，并设钢筋加固。护坦和坝体间有伸缩缝分开。（2）护坦板的范围很大，应分块施工，以降低温度应力和便于浇筑。护坦要承受高速水流的冲刷和消能作用，采用抗磨性能较高的高标号混凝土，必要时可在表层浇筑抗磨能力特强的混凝土或保护层，高强混凝土中应掺有粉。本设计中护坦表面按构造要求布置钢筋网，钢筋网的直径取16，间距为25，钢筋网表面用高强混凝土喷浆处理，要形成25厚的保护层，（3）锚筋设计锚筋采用直径=30，其间距取=2。锚入深度依据不同的地质条件，取值范围在3—5，每块护坦板的尺寸依据具体情况取值范围为10—20。6细部构造设计6.1坝顶构造坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。墙高为1.2m，厚度为50cm，以满足运用安全的要求。坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%，两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶公路两侧设有宽1m的人行道，并高出坝顶路面20cm，下游侧设置栏杆及路灯。（见图：非溢流坝坝顶布置）6.2廊道系统6.2.1基础灌浆廊道基础灌浆廊道的断面采用上圆下方的城门洞形，尺寸为2.5×3.5（宽×高）见下图，以满足钻孔、灌浆工作空间的需要。在廊道顶部和底部应埋设一些吊钩和轨道，以便用来搬动机件。底部廊道尽量靠近基础，非溢流坝段底部廊道高程为370，溢流坝段底部廊道高程为370。灌浆廊道的高程低于尾水位。在廊道近下游侧设有集水井。用水泵抽水向下游排出。6.2.2检查排水廊道为了检查，观测，巡视和排除渗水，靠近坝体上游面处每隔15～30m高程设置一检查廊道兼做排水廊道。廊道也采用上圆下方的型式，尺寸此处选和基础廊道相同。检查廊道分别布置布置于非溢流坝和溢流坝内，纵向排水廊道沿不同高程分设自流式排水设备。6.2.3排水管靠近坝的上游面沿坝轴线方向设一排竖向排水