土石坝设计计算书

目录第一章调洪演算 11.1设计洪水过程线 11.2调洪演算 2第二章大坝剖面尺寸确定 122.1坝顶高程的确定 122.1.1坝顶超高 122.1.2坝顶高程计算方法 122.1.3波浪平均波高和平均波周期 122.1.4风壅高度可按下式计算: 132.1.5波浪爬高 132.2计算过程（河底高程为1932.0m） 132.3坝顶宽度计算 172.4坝坡与马道 172.5坝顶构造 182.6反滤层和过滤层 18第三章溢洪道计算 193.1结构设计 193.1.1引水渠 193.1.2控制段 193.1.3泄槽底板 193.1.4挑流消能 193.1.5边墙结构设计 193.2地基及边坡处理设计 193.2.1地基开挖 193.2.2边坡开挖及处理 193.3混凝土的强度、防渗、抗冻指标 203.4控制段 203.5泄流能力计算： 213.6泄槽的水力计算 223.7挑流消能计算 24第四章导流隧洞计算 264.1洞型尺寸 264.2隧洞结构设计 274.2.1衬砌厚度 274.2.2分缝 274.3水力计算 274.3.1过流能力的计算 274.3.2水面线的计算 284.3.3通气孔面积计算 294.3.4消能计算 29第一章调洪演算1.1设计洪水过程线根据资料所给出的设计洪水过程线和施工期洪水过程线是，令△t=2小时，求得相同时间间隔的设计洪水过程线及施工期洪水过程线如表1-1表1-1QA水库洪水过程线计算表(△t=2h=120min=7200s)P=0.1%P=2%P=5%P=10%△t(h)时间修匀流量时间修匀流量时间修匀流量时间修匀流量07日00:0038.77日00:0014.523日20:0017.423日20:0011.422:0040.32:0015.122:0025.022:0016.344:0041.84:0015.624日00:0026.324日00:0017.266:0045.36:0017.02:0027.52:0018.188:0048.88:0018.34:0028.84:0018.91010:0046.810:0017.56:0029.56:0019.41212:0044.712:0016.78:0030.28:0019.81414:0041.714:0015.610:0032.310:0021.21616:0038.716:0014.512:0034.512:0022.51818:0036.918:0013.814:0039.514:0024.12020:0041.220:0016.116:0043.416:0024.72222:0051.622:0021.618:0059.918:0033.9248日00:0062.08日00：0027.020:0050.020:0028.3262:0075.02:0022.722:0046.722:0026.4284:0098.34:0035.725日00：0047.425日00：0026.8306:0095.76:0034.82:0048.82:0027.6328:0093.08:0033.84:0042.04:0023.83410:0086.510:0031.46:0037.96:0022.93612:0080.112:0029.18:0033.88:0022.03814:0073.614:0026.710:0033.110:0021.14016:0067.116:0024.412:0032.312:0020.34218:0068.618:0024.914:0031.514:0019.44420:0077.920:0028.316:0030.716:0018.54622:0098.322:0035.718:0027.518:0017.7489日00:00127.29日00：0046.220:0026.720:0017.5502:00156.02:0055.622:0027.422:0017.9524:00150.54:0053.526日00：0028.026日00：0018.3546:00145.06:0050.42:0027.42:0017.9568:00174.08:0055.24:0026.74:0017.55810:00307.810:0097.66:0024.96:0016.36012:00388.112:00123.08:0023.18:0015.16214:00346.714:00106.710:0020.710:0013.56416:00260.616:0079.812:0018.312:0011.96618:00223.618:0067.714:0017.514:0011.46820:00195.020:0061.916:0016.816:0011.07022:00175.022:0057.018:0016.018:0010.57210日00:00160.010日00：0055.020:0015.220:0010.0742:00151.72:0052.7764:00143.34:0050.3786:00135.06:0048.0808:00132.08:0045.08210:00123.910:0042.68412:00115.912:0040.28614:00107.814:0037.78816:0099.716:0035.39018:0091.718:0032.99220:0084.020:0030.69422:0082.022:0029.99611日00:0080.011日00：0029.2982:0077.42:0028.61004:0074.84:0028.01026:0073.26:0027.41048:0071.58:0026.710610:0068.010:0025.410812:0064.412:0024.111014:0060.914:0022.711216:0057.316:0021.411418:0054.518:0020.411620:0052.920:0019.811822:0048.522:0018.412012日00：0048.012日00：0019.01.2调洪演算根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为（1.1）式中Q1——时段始的入库流量，m3/s；Q2——时段末的出库流量，m3/s；V1——时段始的水库蓄水量，m3/s；V2——时段末的水库蓄水量，m3/s；——计算时段，s.其能比较准确地反映洪水过程线地形状。根据水库入库洪水过程线，式中Q1，Q2均为已知，V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有两个（V2、q2），对V2、q2进行试算。根据水库入库洪水过程线，式中Q1，Q2均为已知，V1、q1则是计算时段△t开始时的初始条件，未知数有两个（V2、q2），对V2、q2进行试算。联合另一方程：q2=f(H)=A.Hb(1.2)式中A系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，A=m.B(2g)1/2；m流量系数；B堰顶高度；b指数，对于堰流一般为3/2。由式(1.1)和式(1.2)联立,就可解出q2，V2两个未知数，用两个公式调洪计算的方法很多，常用试算法和半图解法。本设计中采用试算法。利用Excel图表分别绘制出P=0.1%和P=2%各个时段来水流量和下泄流量曲线图，两曲线相交点即为校核洪水位、设计洪水位。最终确定设计洪水位和校核洪水位。其校核洪水位计算过程表见表1.1，设计洪水位计算过程见表1.2。表1.1设计过程校核洪水位调洪演算过程（P=0.1%）时间△tQZVq(Q1+Q2)/2(q1+q2)/2△VV2'q2'Z2'7日00：00038.71994.709060.0039.4759.8621.3302:00240.31995.2592719.71927.3319.711995.2504:00441.81995.4993733.9441.02526.8210.22937.2233.941995.4906:00645.31995.5994140.5843.5537.264.53941.5340.581995.5908:00848.81995.6594444.7547.0542.663.16944.1644.751995.6510:001046.81995.6894546.8947.77545.821.41945.4146.891995.6812:001244.71995.6694545.4645.72546.17-0.32944.6845.461995.6614:001441.71995.6494444.0543.244.75-1.12943.8844.051995.6416:001638.71995.6094241.2640.242.66-1.77942.2341.261995.618:001836.91995.5694038.5437.839.90-1.52940.4838.541995.5620:002041.21995.5594137.8739.0538.210.61940.6137.871995.5522:002251.61995.6694445.4646.441.673.41944.4145.461995.668日00：002462.01995.7595052.0056.848.735.81949.8152.001995.7502:002675.01995.9495766.7368.5259.376.59956.5966.731995.9404:002898.31996.1596584.3986.6775.568.00965.0084.391996.1506:003095.71996.2797095.0796.97589.735.22970.2295.071996.2708:003293.01996.2597093.2694.32594.170.11970.1193.261996.2510:003486.51996.2296890.5789.7591.92-1.56968.4490.571996.2212:003680.11996.1596584.3983.28587.48-3.02964.9884.391996.1514:003873.61996.0796277.5076.83580.94-2.96962.0477.501996.0716:004067.11995.9995970.8170.36574.16-2.73959.2770.811995.9918:004268.61995.9695868.3667.8569.58-1.25957.7568.361995.9620:004477.91996.0395974.1373.23571.241.43959.4374.131996.0322:004698.31996.1696585.2688.179.706.05965.0585.261996.169日00：0048127.21996.41977108.07112.72596.6711.56976.56108.071996.4102:0050156.01996.72990138.75141.575123.4113.08990.08138.751996.7204:0052150.51996.86995153.43153.25146.095.16995.16153.431996.8606:0054145.01996.81993148.13147.75150.78-2.18992.82148.131996.8108:0056174.01996.91997158.78159.5153.464.35997.35158.781996.9110:0058307.81997.621026241.15240.875199.9729.451026.45241.151997.6212:0060388.11998.471062353.78347.915297.4636.321062.32353.781998.4714:0062346.71998.581066369.37367.375361.574.181066.18369.371998.5816:0064260.61998.051045296.34303.64332.85-21.031044.97296.341998.0518:0066223.61997.611026239.91242.09268.13-18.751026.25239.911997.6120:0068195.01997.341016207.31209.285223.61-10.321015.68207.311997.3422:0070175.01997.161007186.47185196.89-8.561007.44186.471997.1610日00：0072160.01996.971001165.29167.5175.88-6.041000.96165.291996.9702:0074151.71996.90997157.71155.85161.50-4.07996.93157.711996.904:0076143.31996.81993148.13147.5152.92-3.90993.10148.131996.8106:0078135.01996.75989141.86139.15144.99-4.21988.79141.861996.7508:0080132.01996.66986132.62133.5137.24-2.69986.31132.621996.6610:0082123.91996.61984127.58127.95130.10-1.55984.45127.581996.6112:0084115.91996.54981120.63119.885124.10-3.04980.96120.631996.5414:0086107.81996.44978110.93111.835115.78-2.84978.16110.931996.4416:008899.71996.38975105.24103.75108.08-3.12974.88105.241996.3818:009091.71996.2797295.0795.68100.16-3.22971.7895.071996.2720:009284.01996.2296890.5787.8392.82-3.59968.4190.571996.2222:009482.01996.1596584.398387.48-3.22964.7884.391996.1511日00：009680.01996.1396382.658183.52-1.81963.1982.651996.1302:009877.41996.0796277.5078.780.07-0.99962.0177.501996.0704:0010074.81996.0696176.6576.177.08-0.70961.3076.651996.0606:0010273.21996.0396074.1373.97575.39-1.02959.9874.131996.0308:0010471.51996.0195972.4672.32573.30-0.70959.3072.461996.0110:0010668.01995.9895869.9969.7571.23-1.06957.9469.991995.9812:0010864.41995.9495666.7366.20568.36-1.55956.4566.731995.9414:0011060.91995.8995562.7462.65564.74-1.50954.5062.741995.8916:0011257.31995.8695360.3859.161.56-1.77953.2360.381995.8618:0011454.51995.8195156.5255.9258.45-1.82951.1856.521995.8120:0011652.91995.7895054.2453.7255.38-1.20949.8054.241995.7822:0011848.51995.7494951.2650.752.75-1.48948.5251.261995.7412日00：0012048.01995.7294749.7948.2550.52-1.64947.3649.791995.729日14：00时Qmax=qmax（图中两曲线相交时刻），则校核洪水位1998.58m表1-2设计过程设计洪水位调洪演算过程（P=2%）时间△tQZVq(Q1+Q2)/2(q1+q2)/2△VV2'q2'Z2'7日00：00014.51994.709060.0014.82.848.6102:00215.11994.949155.68914.615.681994.9404:00415.61995.069204.2415.358.065.25920.254.241995.0606:00617.01995.1492314.1116.27512.272.88922.8814.111995.1408:00818.31995.1892516.0717.62515.091.83924.8316.071995.1810:001017.51995.2292618.1217.917.100.58925.5818.121995.2212:001216.71995.2192517.6017.117.86-0.55925.4517.601995.2114:001415.61995.1992416.5816.1517.09-0.68924.3216.581995.1916:001614.51995.1692315.0815.0515.83-0.56923.4415.081995.1618:001813.81995.1492314.1114.1414.59-0.33922.6714.111995.1420:002016.11995.1692315.0814.9414.590.25923.2515.081995.1622:002221.61995.2092517.0918.8516.081.99924.9917.091995.208日00：002427.01995.2792920.8024.318.943.86928.8620.801995.2702:002622.71995.3393124.1724.8522.481.70930.7024.171995.3304:002835.71995.3893427.1029.225.632.57933.5727.101995.3806:003034.81995.4893833.2935.22530.203.62937.6233.291995.4808:003233.81995.5093834.5834.27533.940.24938.2434.581995.5010:003431.41995.4893733.2932.633.94-0.96937.0433.291995.4812:003629.11995.4493630.7730.24532.03-1.28935.7230.771995.4414:003826.71995.4293429.5327.89530.15-1.62934.3829.531995.4216:004024.41995.3793226.5125.5528.02-1.78932.2226.511995.3718:004224.91995.3493124.7424.6525.63-0.70931.3024.741995.3420:004428.31995.3593225.3326.625.041.13932.1325.331995.3522:004635.71995.4393530.143227.743.07935.0730.141995.439日00：004846.21995.5494037.2140.9533.685.24940.2437.211995.5402:005055.61995.6894646.8950.942.056.37946.3746.891995.6804:005253.51995.7694952.7454.5549.823.41949.4152.741995.7606:005450.41995.7394950.5251.9551.630.23949.2350.521995.7308:005655.21995.7695052.7452.851.630.84949.8452.741995.7610:005897.61996.0296073.3076.463.029.63959.6373.301996.0212:0060123.01996.38975105.24110.389.2715.14975.14105.241996.3814:0062106.71996.47979113.81114.85109.523.83978.83113.811996.4716:006479.81996.2897195.9893.25104.90-8.39970.6195.981996.2818:006667.71996.0796277.5073.74586.74-9.36961.6477.501996.0720:006861.91995.9495766.7364.79572.12-5.27956.7366.731995.9422:007057.01995.8695460.3859.4563.56-2.96954.0460.381995.8610日00：007255.01995.8395258.055659.22-2.32951.6858.051995.8302:007452.71995.7795153.4953.8555.77-1.38950.6253.491995.7704:007650.31995.7695052.7451.553.12-1.17949.8352.741995.7606:007848.01995.7394850.5249.1551.63-1.79948.2150.521995.7308:008045.01995.6894646.8946.548.70-1.59946.4146.891995.6810:008242.61995.6694445.4643.846.17-1.71944.2945.461995.6612:008440.21995.6194241.9541.443.71-1.66942.3441.951995.6114:008637.71995.5794139.2238.9540.59-1.18940.8239.221995.5716:008835.31995.5494037.2136.538.21-1.23939.7737.211995.5418:009032.91995.5193835.2334.136.22-1.53938.4735.231995.5120:009230.61995.4793632.6631.7533.94-1.58936.4232.661995.4722:009429.91995.4493530.7730.2531.71-1.05934.9530.771995.4411日00：009629.21995.4293529.5329.5530.15-0.43934.5729.531995.4202:009828.61995.4293529.5328.929.53-0.45934.5529.531995.4204:0010028.01995.4193428.9128.329.22-0.66934.3428.911995.4106:0010227.41995.3893427.1027.67528.01-0.24933.7627.101995.3808:0010426.71995.3993427.7027.02527.40-0.27933.7327.701995.3910:0010625.41995.3793326.5126.0527.10-0.76933.2426.511995.3712:0010824.11995.3593225.3324.7525.92-0.84932.1625.331995.3514:0011022.71995.3393124.1723.424.75-0.97931.0324.171995.3316:0011221.41995.3093022.4622.0523.31-0.91930.0922.461995.3018:0011420.41995.2892921.3520.921.90-0.72929.2821.351995.2820:0011619.81995.2792820.8020.121.07-0.70928.3020.801995.2722:0011818.41995.2492719.1819.119.99-0.64927.3619.181995.2412日00：0012019.01995.2392718.6518.718.91-0.15926.8518.651995.239日14：00时Qmax=qmax（图中两曲线相交时刻），则设计洪水位1996.47m第二章大坝剖面尺寸确定2.1坝顶高程的确定2.1.1坝顶超高坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：（2.1）其中：Y坝顶超高，m；R最大波浪在坝顶的爬高，m；e最大风壅水面高度，m；A安全超高，m，该坝为Ⅲ级建筑物，正常运行时取A=0.7，非常运行时取A=0.5。2.1.2坝顶高程计算方法坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值:1.设计水位加正常运用条件下的坝顶超高;2.正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高;3.校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高；4.正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高。2.1.3波浪平均波高和平均波周期波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式：=（2.2）T=4.438×hm（2.3）L=（2.4）其中：hm——平均波高，m；T——平均波周期，s；L——平均波长，m；D——风区长度.km；——坝前水深，m；W——计算风速,m/s；2.1.4风壅高度可按下式计算: （2.5）式中：e——计算处的风壅水面高度，m；D——风区长度，km；K——综合摩阻系数3.6×10-6；β——计算风向与坝轴线的夹角0°。2.1.5波浪爬高设计波浪爬高值应根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值.平均波浪爬高可按下式或有关规定计算:（2.6）式中：Rm——波浪的平均爬高；K△——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得0.75；Kw——经验系数，查规范得1.0；m——单坡的坡度系数，若坡角为，即等于ctg，本设计取m=3查规范1%累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23，故R=2.23Rm。2.2计算过程（河底高程为1932.0m）1、设计水位加正常运用条件下的坝顶超高设计水位1996.47m吹程D=2.12㎞风速W=1.5×12=18m/s坝前水深=64.47mβ=0°根据公式（2-2）求解得：hm=0.385434mT=4.438×hm=2.755258sL==11.84652m查规范1﹪累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R1%=2.23×0.506794=1.180831m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：Y=R+e+A=1.180831+0.002048+0.7=1.882879m坝顶高程：1996.47+1.882879=1998.373m2、正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高正常蓄水位1994.7m吹程D=2.12㎞风速W=1.5×12=18m/s坝前水深Hm=62.7mβ=0°根据公式（2-2）求解得hm=0.385403mT=4.438×hm=4.438×0.385403=2.755148sL==11.84558m=0.75×1.0×/=0.506754m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R1%=2.23×0.506754=1.180737m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：Y=R+e+A=1.882785m坝顶高程：1994.7+1.882785=1996.583m3、校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高校核洪水位1998.58m吹程D=2.12㎞风速W=12m/s坝前水深Hm=66.58mβ=0°根据公式（2-2）求解得hm=0.246289mT=4.438×hm=2.202469sL==7.569826m=0.75×1.0×/=0.323837m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R1%=2.23×0.323837=0.754541m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定：Y=R+e+A=0.754541+0.00091+0.5=1.255451m坝顶高程：1998.58+1.255451=1999.855m4、正常蓄水位加非常运用条件下的坝顶超高加地震安全加高正常蓄水位1994.7m吹程D=2.12㎞风速W=12m/s坝前水深Hm=62.7mβ=0°根据公式（2-2）求解得hm=0.24627mT=4.438×hm=2.202384sL==7.569243m=0.75×1.0×/=0.323812m查规范不同累积频率下的爬高与平均爬高的比值为2.23R1%=2.23×0.323812=0.754482m坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定： Y=R+e+A =0.754482+0.00091+0.5 =1.255393m根据DL5073-1997《水工建筑物抗震设计规范》要求，地震安全加高按设计地震烈度和坝前水深情况取为0.5～1.5m，本设计取1.0坝顶高程1994.7+1.255393+1.0=1996.955m综上所述，四种情况中取最大值，即校核洪水位加非常运用条件下的坝顶高程：1999.855m，则坝高：1999.855-1932.0=67.855m,取为68m.设计的坝顶高程是针对坝沉降稳定以后的情况而言的，因此，竣工时的坝顶高程就预留足够的沉降量，一般施工质量良好的土石坝，坝体沉降量约为坝高的0.2%～0.4%，此处取为0.3%坝顶高程：1998.855+0.3%×68=2000.059m，为方便计算取为2000.0m综合情况见下表2-1：表2-1各种工况下的坝顶高程计算情况计算项目正常运用情况非常运用情况正常蓄水位设计洪水位正常蓄水位校核洪水位上游静水位（m）1994.71996.471994.71998.58河底高程（m）1932.0坝前水深（m）62.764.4762.766.58吹程（km）2.12风向与坝轴线夹角（°）0风浪引起坝前雍高（m）0.0020480.0020480.000910.00091风速V（m/s）1812波高hm(m)0.3854030.3854340.246270.246289护坡粗糙系数0.75上游坝面坡脚arctg1/3.0波浪沿坝面爬高（m）1.1807371.1808310.7544820.754541安全超高（m）0.70.5地震安全加高（m）01.00坝顶高程（m）1996.5831998.3731996.9551999.855综上所述，此大坝坝顶高程为2000.0m，坝高为68m。2.3坝顶宽度计算坝体宽度必须考虑斜心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。土石坝坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定，SL274-2001《碾压土石坝设计规范》要求高坝的最小顶宽为10～15m，中低坝则为5～10m。此坝坝高为68m，为中坝，故其坝顶宽度取为10m。坝顶的最小宽度也可按-水工建筑物（中国水利水电出版社P283）公式式中：H为坝高，m；R为所求坝顶宽度。此坝坝高为68m，为中坝，故其坝顶宽度取为10m。2.4坝坡与马道土石坝坝坡的选择取决于坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料材料的性质、承受的荷载、施工和运行等主要因素。一般可参考已建坝的实践经验或用近似的计算方法初步拟定坝坡，然后进行稳定等计算确定合理的坝坡。在满足稳定要求的前提下，应尽可能使坝坡陡些，以减小坝体工程量。根据规范规定与实际结合，上游坝坡考虑在一半坝高处变坡一次，上部取2.5，下部取3.0，下游坝坡自上而下均取为2.5。在坝坡改变处，尤其在下游坡，通常设置1.5～2.0m的马道以使汇集坝面的雨水，防止冲刷坝坡，并同时兼作交通、观测、检修之用，综合上述等各方面的因素取其宽度为2.0m。2.5坝顶构造本工程属于中坝，根据运行、施工交通的方便，坝顶宽度定为10m，坝顶路面的材料采用沥青混凝土，坝顶面向下游侧放坡，由于当地的降雨量并不强，所以坡度取i=0.02。在上游侧设防浪墙，高度为1.2m，下游侧设置栏杆。详见图QA-1。2.6反滤层和过滤层按照1.被保护土不发生渗透变形；2.渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；3.不致被细粒土淤塞失效的原则进行反滤层设计，过渡层采用连续级配，最大粒径小于300mm，采用等厚度。第三章溢洪道计算3.1结构设计3.1.1引水渠引水渠采用与泄槽等宽，其B=27m。底板高程为1989.20m，采用厚为0.5m的C25混凝土进行衬砌。边墙采用重力式挡土墙，上宽为0.5m，底宽为2.5m

。进水段由于受地形的限制，为了减小开挖量，则采用圆弧形导墙进行引水，在靠近溢流堰处设置于直墙段，其长度L=26米。3.1.2控制段控制段的结构形式可采用分离式或整体式，分离式适合用于岩性比较均匀的地基。整体式是用于地基均匀性较差的情况，本工程地质条件较好，岩性较均匀，可采用分离式。3.1.3泄槽底板泄槽底板厚度考虑溢洪道规模及其与坝的相对位置、沿线的工程地质条件、水力特性、气候提条件、水流中挟沙情况等因素，并根据类似工程经验类比确定，泄槽的底板厚度不应小于0.3米，本工程泄槽地板厚度为0.5米。泄槽地板设置结构缝，分块尺寸考虑到气候条件、地基约束情况、混凝土施工条件，加上类似工程经验确定，其横缝间距采用15米，中间设一条纵缝。3.1.4挑流消能反弧半径R可采用反弧最低点最大水深h的6～12倍。由于采用挑流，且挑流鼻坎建在岩基上，所以不设衬砌，仅在末端设置出口挑流结构，将泄流挑入原河床。3.1.5边墙结构设计泄槽两侧的边墙高由泄槽的水面曲线加上超高来确定，由于泄槽采用同一坡度，则其边墙高度一致，取3m。采用重力式，其尺寸见QX-03中泄槽横剖面图。3.2地基及边坡处理设计3.2.1地基开挖根据建筑物对地基的要求结合地质条件，工程处理措施等综合研究确定，地基开挖至弱风化层的中上部，开挖面平顺。在控制段的基坑略向上游倾斜。3.2.2边坡开挖及处理根据岩体质量、岩体结构特征、边坡高度和施工方法等条件，通过工程类比法，取溢洪道的开挖边坡为1：0.33.3混凝土的强度、防渗、抗冻指标1、材料强度标准：混凝土强度标准等级不宜低于《水工混凝土结构设计规范》中4.4.2条中表4.4.2所列数值。而有抗冲耐磨要求的部位，混凝土强度等级不应低于C25。故泄槽的混凝土采用C25等级。2、材料抗渗性指标：由于溢洪道有抗渗要求，混凝土应满足有关抗渗等级的规定，混凝土抗渗等级按28天龄期的标准试件测定，混凝土抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、W10、W12六级。而再根据所承受的水头、水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗透水的危害程度等因素，混凝土的抗渗等级不得低于《水工混凝土结构设计规范》表4.4.5所列数值。对于溢流堰大体积混凝土结构的挡水面，而且H<30，所以等级为W4。3、材料抗冻指标混凝土的抗冻等级按28天龄期的试件用快冻实验方法测定，分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级。对于混凝土的抗冻指标可在《水工混凝土结构设计规范》表中查得抗冻等级为F300。3.4控制段溢流堰为正堰，堰顶下游采用WES型幂曲线，堰顶上游堰头采用三圆弧曲线，采用高堰设计.高堰堰高要符合p＞1.33Hd,Hd=（0.75～0.95）Hmax,Hmax=最高洪水位－堰顶高程=1998.58－1994.7=3.88m。经计算Hd=3.35m，p=4.46m，取4.5m。而下游堰面曲线可按下式计算：xn=KHdn-1y（3.1）其中Hd——堰面曲线定型设计水头；x、y——原点下游堰面曲线横、纵坐标；n——与上游堰坡有关的指数；k——当p1/Hd>1.0时，k值见规范表A.1.1；当p1/hd≤1.0时，取k=2.0～2.2。在《溢洪道设计规范》表A.1.1可查出k=1.936，n=1.836。则公式可写为:x1.836=1.936×3.350.836由此式可绘出下游曲线。上游堰头曲线由双圆弧曲线组成，其相关参数如下：R1=0.68Hd=2.278，R2=0.21Hd=0.7035，a=0.139Hd=0.4657，b=0.273Hd=0.9146反弧段半径r=（0.25～0.5）（Hd+zmax），取8m。3.5泄流能力计算：开敞式WES型实用堰的泄流能力可按公式-溢洪道设计规范（中国电力出版社P45）计算：（3.2）式中Q—流量，m3/sB—溢流堰总净宽度，定义B=nb=26m；b—单孔宽度，13.5m；n—闸孔数目,2;H0—计入行近流速的堰上总水头，4.42m;g—重力加速度,9.81;m—实用堰流量系数经下表取值,计算后取0.507;c—上游堰坡影响系数,经下表取值，取为0.997；ε—闸墩侧收缩系数；表3.1流量系数m值H0/HdP1/Hd0.20.40.61.01.330.40.4250.4300.4310.4330.4360.50.4380.4420.4450.4480.4510.60.4500.4550.4580.4600.4640.70.4850.4630.4680.4720.4760.80.4670.4740.4770.4820.4860.90.4730.4800.4850.4910.4941.00.4790.4860.4910.4960.5011.10.4820.4910.4960.5020.5071.20.4850.4950.4990.5060.5101.30.4960.5000.5000.5080.513表3.2上游面坡度影响修正系数C值上游坝面坡度（）P1/Hd0.30.40.60.81.01.21.33:10.0091.0071.0041.0021.0000.9980.9973:20.0151.0111.0061.0020.9990.9960.9933:31.0211.0151.0071.0020.9980.9960.988（3.3）上式适用于H0/b≤1.0,当H0/b＞1.0，H0/b,仍取值1.0。式中ε0—中墩形状系数；ζk—边墩形状系数；σs—淹没系数。得：ε=0.977故可计算得Q=426.66m3/s＞390.295m3/s，可以满足最大洪峰下泄流量。（详见计算书）3.6泄槽的水力计算1.临界水深和临界底坡计算泄槽采用矩形断面其临界水深和临界底坡可按公式-溢洪道设计规范（中国电力出版社P51）计算：（3.4）（3.5）式中Q——最大下泄流量m3/s；n——泄槽槽身糙率系数，0.014；Rk——水力半径，m；Bk——泄槽宽度，m。经计算hk=3.22，ik=0.00182.水面线计算（1）起始断面水深计算根据《溢洪道设计规范P53》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：(3.6)式中Q——计算断面单宽流量，；——起始计算断面渠底以上总水头，取3.95m，——泄槽底坡坡角，——起始计算断面流速系数，取为0.95；（2）采用逐段试算法进行水面线计算具体做法是把河流分为若干段，然后对每一段△s应用以下公式进行计算（3.7）式中——流段的两端断面上断面比能差值；Esd——流段下游断面比能；Esu——流段上游断面比能；J——流段平均水力坡度；J=,以上公式中，K=，A=（b+mh）h，R=,经计算得最终结果见下表表8.3水面线计算表H(m)A(m2)v（m/s）v2/2gmEs（m）ΔEsmRJi-J△sS(m)1.5634.3211.376.598.151.370.0181.4030.8012.678.189.581.432.761.240.207.157.151.2026.4014.7811.1412.342.761.080.040.1914.5321.681.0022.0017.7416.0417.044.701.080.0690.11628.4050.080.8017.6022.1825.0625.868.820.750.140.1176.86126.943.边墙高度泄槽两侧的边墙高由泄槽的水面曲线加上超高来确定，由于泄槽采用同一坡度，则其边墙高度一致，本次设计取3m。3.7挑流消能计算1.水舌挑距：水舌挑距按水舌外缘计算，按-溢洪道设计规范（中国电力出版社P59）公式计算：（3.8）式中L——自挑坎坎顶算起的挑流水舌与下游面交点的水平距离。m；——坎顶水面流速，，可按鼻坎处平均流速V的1.1倍计；挑射角，取30；鼻坎铅直方向水深，m；；（h为坎顶法向平均水深），3.8m；坎顶到下游水面的高差，m；21.77m。鼻坎处平均流速：0.946=25.26代入数据得：L=92.1m2.冲坑深度：冲坑最大水垫深度按-按溢洪道设计规范（中国电力出版社P60）公式计算：（3.9）式中：t——自下游水面至坑底的最大水垫深度，m当t<H2时，采用H2；K——冲刷系数，查规范取0.8；——坎顶单宽流量，14.05——上，下游水位差，为60.94m;代入数据计算得：3.校核情况挑距所以满足要求。（详见计算书）第四章导流隧洞计算4.1洞型尺寸在设计通过16m3/s的一定流量时,对于无压隧洞,要用明渠均匀流公式，先假定断面尺寸，进行试算，一直算到和设计规定的流量相等的方式来确定隧洞的断面尺寸，根据教学安排，指定本人进行3m洞径的输水隧洞设计，断面尺寸的高宽比为1:1.2。在隧洞的进口之后用抛物线段、斜坡段及反弧段与导流洞的洞身相接。表孔进口后的抛物线段底板应符合射流曲线并有一定的安全值，以便闸门在不同开度时均能保持一定的正压。由于本设计的起始流速为水平，所以抛物线方程为：（4.1）式中H工作闸门处孔口顶缘的最大设计水头，38.6m；ψ修正流速及保持边界正压的系数，一般在1.18-1.30范围内，取1.20；x,y横，纵坐标表4-5抛物线底板曲线表y(m)0.501.002.003.004.005.006.007.00x(m)10.5414.9121.1025.8029.8033.3036.5039.50进水口采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，其体形应符合孔口泄流的形态，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时还应尽量减少局部水头损失，以提高输水能力，本工程进口段喇叭口的顶板和边墙采用椭圆曲线，其方程为：（4.2）式中a椭圆长半