水工建筑物课程设计

第一章基本资料

1.1 工程概况

某水库是一座以农业灌溉为主兼顾生活、工业和防洪功能的中型水利工程。水库总库容3594.0万m，兴利库容2701.0万m。水库建成后，每年可供水4858.4万m。

水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供当地工农业用水和城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)，水库工程为Ⅲ等工程。水库枢纽工程主要建筑物大坝为3级建筑物。临时建筑物导流围堰、导流隧洞为5级建筑物。 施工期下游无供水要求，无须考虑通航、过木问题。

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3

2.1 气象水文资料

水库位于某江上游右岸一级支流上，属珠江流域西江水系，河流大致呈西南～东北向。

2.1.1气象

流域是典型的高原季风气候，其特点是：冬无严寒，夏无酷暑，干湿季分明，春暖干旱，秋凉湿润，日照丰沛。流域内水汽主要来源于印度洋孟加拉湾的西南暖湿气流和太平洋东南季风带入的丰沛水汽。

根据气象站的资料统计，多年平均气温13.4℃，极端最高气温33.9℃，极端最低气温-14.9℃，最热月平均气温19.4℃(7月)，最冷月平均气温5℃(1月)；多年平均日照2183.4小时，日照百分率为49%；多年平均相对湿度72%，多年平均风速3.4m/s，多年最大平均风速为19m/s，最大风速25m/s；全年主导风向南南西(SSW)；20cm蒸发器多年平均蒸发量2051.8mm；多年平均气压80.18kPa。霜冻期最长可达198天，多年平均147天，对农作物的生长有所不利。

2.1..2 年径流

流域内设有雨量站。水库的设计径流成果，如表1所示。

表1 水库设计年径流成果表 单位：万m

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名称 年 10-11 月 均值 （万m） 3 C v 0.30 0.50 C s /C v 2 设计径流量(万m3) P=5% 17100 4750 P=20% 13800 3380 P=25% 13100 3130 P=50% 10800 2250 P=75% 8710 1550 P=80% 8250 1410 P=95% 6250 837 11100 2450

年内分配采用典型年法。按各月所占比值计算得各月的相应径流，如表2所示。

表 2 水库径流设计代表年年内分配成果表 单位：万m3

月份 频率 P=20% P=50% P=80% P=95% 6 758 459 858 650 7 2613 1417 2777 2104 8 1613 1520 1241 940 9 2662 2478 956 724 10 2390 2036 873 662 11 1176 921 524 397 12 917 718 334 253 1 547 369 187 142 2 405 281 144 109 3 326 288 138 105 4 269 210 125 94.9 5 123 103 92.1 69.8 年值 13800 10800 8250 6250

2.1.3 洪水

表 3 水库设计洪水成果表 单位：m3/s、万m3

项 目 P=0.1% 洪峰流 量Q m W 24 1380 6960 P=0.2% P=1% 设 计 峰 量 P=2% P=3.33% P=5% P=10% P=20% 1230 6240 899 4550 753 3810 640 3240 557 2820 411 2080 266 1350 注：洪峰流量为典型洪水放大成果 10～11月为汛后期，11～4月为枯期。枯期施工导流标准根据有关规范，确定为5年一遇，

即P=20%。经计算水库P=20%时，枯季洪峰流量为30m3/s 2..1.4 泥沙

坝址断面年均悬移质输沙量为16.36万t，推移质输沙量为1.91万t，总输沙量为18.27万t。悬移质多年平均含沙量为1.51kg/ m3。淤砂浮容重为0.9t/m3，内摩擦角为12° 2.1.5 蒸发

根据周围水文气象站点分布及其资料情况，水库水面蒸发成果如表4所示。 表 4 水文站蒸发量计算成果表 单位：mm 均 值（E601） 1206.9 水面蒸发 1122.4 蒸发增损 472.4 2.1.6 水库水位、面积、库容表

水库水位、面积、库容关系如表5所示。

水位 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 面积S（万m） 0.11 0.48 0.92 1.43 2.44 3.38 4.82 6.57 8.80 10.8 12.8 14.5 16.0 17.9 19.8 22.0 24.3 27.2 30.0 32.7 35.2 37.5 40.2 43.3 46.5 49.3 52.8 56.1 59.2 62.6 66.2 2库容V（万m） 0 0.28 0.96 2.13 4.04 6.94 11.0 16.7 24.4 34.2 46.0 59.6 74.9 91.8 111 132 155 180 209 240 274 311 349 391 436 484 535 589 647 708 772 3水位（m） 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 面积S（万m） 库容V（万m） 69.6 73.1 77.1 80.7 84.5 89.3 93.4 98.2 103.9 109.7 115.4 121.3 126.3 132.6 137.8 144.4 150.8 159.1 166.6 176.3 184.4 193.3 201.8 211.9 221.6 233.1 243.1 256.3 266.9 278.9 289.4 840 911 987 1065 1148 1235 1326 1422 1523 1630 1742 1861 1985 2114 2249 2390 2538 2693 2856 3027 3207 3396 3594 3801 4017 4245 4483 4732 4994 5267 5551 23 3.1 工程地质 3.1.1 区域

工程区地处云贵高原，属珠江流域水系的上游。河谷形态多呈相对狭窄的“U”型，阶

地不发育。区域出露地层主要为泥盆系、石炭系、二叠系、三迭系、侏罗系、第

三系和第四系。工程区区内以断裂构造为主，北北东向断裂构造发育，北西向断裂构造次之，成为该区地貌格局的控制因素。工程区域内断裂构造虽较发育，但活动性断层迹象不明显，区域稳定性好。根据1:400万《中国地震动参数区划图(GB18306～2001)》，工程区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震烈度为Ⅶ度。

3.1.2 库区

库区属剥蚀～溶蚀中低山地貌，高程一般在1940～2300m之间，地势总体趋势南西高北东低。最高点为南西部的主峰，高程2305.1m，最低点为下坝址附近的河床，高程约1938m。

库区非可溶岩出露面积约占75%，可溶岩约占25%，非可溶岩间夹可溶岩，侵蚀地形与岩溶地形沿构造线方向呈条带状平行展布，构成一些岩溶脊状山。主要岩溶地层有T1y、T2g2、T2g3等，属中等岩溶化岩层，该区岩溶不发育，属夹层型。受褶皱和断裂构造的影响，与非可溶岩接触带及断层带溶蚀洼地发育，局部见有漏斗、落水洞，一般以溶隙为主，规模一般较小。岩溶洼地内多存在落水洞。非可溶岩间夹的岩溶洼地是库区内地下水的主要补给区。

库区山体由碳酸盐岩、玄武岩和碎屑岩组成，在碳酸盐岩地段河谷形态多呈陡峭的峡谷，而在碎屑岩与玄武岩地段坡缓谷宽，多呈相对狭窄的“U”谷。河流蜿蜒曲折，但总体呈北东向，与区域主构造线一致。库区谷底高程1938～1980m，与两侧山岭相对高差100～330m。平缓岸坡地表多为第四系洪冲积、残坡积层和坡崩积层覆盖。物理地质现象主要为冲沟、岩溶、风化、岸边卸荷和小规模崩塌。

（1）库区处于向斜汇水构造内，两翼有宽厚连续的隔水岩组，外围低邻谷与库区无断裂构造相连通，库水不存在向库外（两岸）的渗漏问题。

（2）库岸多属岩质岸坡，强度和稳定性总体较好。 （3）区地表植被较好。

（4）库区河水和地下水的水质良好，对混凝土无结晶性侵蚀、分解性侵蚀及分解结晶复合性侵蚀。根据灌溉用水水质评价,为Ⅰ类水质。

3.1.3 坝址区

坝址区属溶蚀～剥蚀中低山地貌，高程一般在1938～2100m之间，地势总体趋势南高北低。最高点为库区东部的主峰，高程2127.5m，最低点为坝址附近的河床，高程约1938m。 坝址区山体由碳酸盐岩和碎屑岩组成，河谷形态多呈陡峭的峡谷。河流蜿蜒曲折，但总体呈北东向，与区域主构造线一致。坝址区谷底高程1938m，与两侧山岭相对高差100～190m。平缓岸坡地表多为第四系洪冲积、残坡积层和坡崩积层覆盖。坝址基岩为Tg和 Tg组

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碳酸盐岩，两岸存在层间挤压破碎带及泥化夹层，坝基、坝肩的强度和稳定性基本能满足坝体荷载要求，不存在大的压缩变形和渗透变形问题，但存在坝基及绕坝渗漏问题。

根据坝址区的地形地貌、地质条件和天然建筑材料等分析，基本坝型为重力坝。 拟建导流隧洞围岩为Tg组碳酸盐岩，大部弱～微风化，局部强风化。隧洞沿线无断裂构造

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通过，进、出口段极不稳定，围岩为Ⅳ～Ⅴ类，中部洞室局部不稳定，围岩为Ⅲ类。 坝体及坝基物理力学指标建议值如表6、7所示。

表 6岩石物理力学指标建议值

项 目 白云岩（强风化） 白云岩（弱风化） 层间挤压破碎带 天然容重 抗压强度 软化系数 0.875～0.8 0.75～0.714 0.6～0.5 容许承载力 2～3 3～5 0.5～1 f′ 0.55～0.60 0.60～0.80 0.30～0.40 抗剪断强度 C′（MPa） 0.3～0.4 0.55～0.65 0.02～0.03 湿 （MPa） （g/cm3） 干燥（MPa）2.74～2.76 2.75～2.78 2.10～2.25 16～25 40～70 5～10 14～20 30～50 3～5 表 7 坝基岩体力学参数建议值

岩 性 白云岩（强风化） 白云岩（弱风化） 泥化夹层 岩/岩接触面抗剪强度参数 f′ 0.60～0.80 0.80～1.0 0.25～0.18 C′（MPa） 0.40～0.60 0.70～0.80 0.005～0.002 砼/岩石接触面抗剪强度参数 f′ 0.70～0.80 0.80～0.90 C′（MPa） 0.50～0.60 0.70～0.80

4.1 当地建筑材料

坝址附近主要砂石料场储量足以建坝，各料场的物理性质、试验指标，基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料使用。且无大量的粘性土及砂壤土料，可供围堰防渗材料之用。 5.1 交通条件

对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近，略加修改或扩建即可直通坝址，坝顶无重要交通要求。

第二章非溢流坝坝体设计

2.1挡水建筑物——混凝土重力坝 2.1.1基本数据资料

重力坝级别: 3级，结构安全级别:III级，结构重要性系数: 0.90，坝体高度: 63.7m，坝顶标高: 1993.7m，坝顶宽度: 5.0m

水位状态 上游水位(m) 下游水位(m) 水的容重(kN/m3) 正常蓄水位 1988.500 1939.000 10.000 设计洪水位 1988.500 1940.000 10.000 校核洪水位 1992.000 1941.000 10.000 淤沙上表面标高(m): 1939.0m，淤沙厚度(m):

5.0m，淤沙天然容(kN/m3):

19.0kN/m3，淤沙浮容重(kN/m3):9.0kN/m3，淤沙的内摩擦角(度): 12.0度，计算风速(50年一遇):25.0m/s，计算风速(多年平均最大): 25.0m/s土层上表面标高:1934.0m，土层厚度: 4.0m，土的天然容重: 20.0kN/

，土的浮容重:

10.0kN/，设计烈度: 7，水平向地震设计加速度(g): 0.10，地震作用效应折减系

数:0.25，计算地震主动土压力的计算系数:0.25，计算地震主动土压力的修正系数: 1.00，作用分项系、数材料性能、材料性能分项系数、按照规范选取。考虑地震作用时地震水平加速度指向坝体下游，用力的位臵: 截面形心，作用力的方向: 水平力以指向坝体下游为正，竖向力以竖直向上为正，弯矩方向以坝体下游出现拉应力为正。

2.1.2坝体强度和稳定承载力极限状态计算

2.1.2.1坝趾抗压强度承载能力极限状态检算 (1)各种荷载对计算截面的作用力

作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) 坝体自重 +0.0

+

静水压力(上游) +

静水压力(下游)

扬压力(浮托力)

扬压力(渗透力)

浪压力 +0.0

土压力(上游)

总计

(2)计算截面的几何参数

截面长度=48.400m 对形心轴的惯性矩=9448.324m3 上游坡度=0.100 下游坡度=-0.70。

(3)坝趾混凝土抗压强度检算 作用效应函数

S(.)=((28981.932/48.400-(-123504.969)*24.200/9448.324)*(1+0.700*0.700))/1000 =

1.364MPa

结构重要性系数=0.90 设计状况系数=1.00 总作用效应=0.90*1.00*1.364=1.227MPa 结构抗力函数R(.)=20.000MPa 结构系数=1.80

材料性能分项系数=1.50

总抗力效应=(1/1.80)*(20.000/1.50)=7.407MPa 总作用效应=1.227MPa 总抗力=7.407MPa 坝趾混凝土抗压强度满足要求 (4)坝趾基岩抗压强度检算 作用效应函数

S(.)=((28981.932/48.400-(-123504.969)*24.200/9448.324)*(1+0.700*0.700))/1000 = 1.364MPa

结构重要性系数=0.90 设计状况系数=1.00 总作用效应=0.90*1.00*1.364=1.227MPa 结构抗力函数R(.)=30.000MPa 结构系数=1.00

材料性能分项系数=1.80

总抗力效应=(1/1.00)*(30.000/1.80)=16.667MPa 总作用效应=1.227MPa 总抗力=16.667MPa 2.1.1.2坝体混凝土与基岩接确面的抗滑稳定极限状态 (1)各种荷载对截面的作用力

作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) 坝体自重 +0.000e+000 -3.684e+004 +2.465e+005

静水压力(上游) +1.711e+004 -1.246e+003 -3.051e+005 静水压力(下游) -4.050e+002 -2.835e+002 -5.050e+003 扬压力(浮托力) +0.000e+000 +4.356e+003 +0.000e+000 扬压力(渗透力) +0.000e+000 +5.079e+003 -5.646e+004 淤沙压力 +8.853e+001 -1.350e+001 -1.826e+002 浪压力 +5.954e+001 +0.000e+000 -3.410e+003 土压力(上游) +3.120e+002 -3.120e+001 +1.894e+002 总计 +1.717e+004 -2.898e+004 -1.235e+005 (2)坝基混凝土抗滑稳定 作用效应函数S(.)=17166.318kN

结构重要性系数=0.90 设计状况系数=1.00 总作用效应=0.90*1.00*17166.318=15449.687kN 结构系数=1.20

坝基混凝土抗剪断摩擦系数=1.00 材料性能分项系数(抗剪断摩擦系数)=1.30 坝基混凝土抗剪断粘聚力=1.00MPa 材料性能分项系数(抗剪断粘聚力)=3.00

总抗力=(1/1.20)*((1.00/1.30)*(28981.932)+(1.00*1000/3.00)*48.400)=32022.605kN 总作用效应=15449.687kN总抗力=32022.605kN 坝基混凝土的抗滑满足要求 (3)坝基抗滑稳定

作用效应函数S(.)=17166.318kN

结构重要性系数=0.90 设计状况系数=1.00 总作用效应=0.90*1.00*17166.318=15449.687kN 结构系数=1.20

坝基面抗剪断摩擦系数=1.25

材料性能分项系数(抗剪断摩擦系数)=1.30 坝基面抗剪断粘聚力=1.05MPa 材料性能分项系数(抗剪断粘聚力)=3.00

总抗力=(1/1.20)*((1.25/1.30)*(28981.932)+(1.05*1000/3.00)*48.400)=37339.367kN 总作用效应=15449.687kN 坝基面的抗滑满足要求 (4)坝基基岩抗滑稳定

作用效应函数S(.)=17166.318kN

结构重要性系数=0.90 设计状况系数=1.00 总作用效应=0.90*1.00*17166.318=15449.687kN 结构系数=1.20

坝基基岩抗剪断摩擦系数=1.35

材料性能分项系数(抗剪断摩擦系数)=1.40 坝基基岩抗剪断粘聚力=1.75MPa 材料性能分项系数(抗剪断粘聚力)=3.20

总抗力=(1/1.20)*((1.35/1.40)*(28981.932)+(1.75*1000/3.20)*48.400)=45346.344kN 总作用效应=15449.687kN 坝基基岩的抗滑满足要求

总抗力=45346.344kN 总抗力=37339.367kN

2.1.3坝体上、下游面拉应力正常使用极限状态计算 2.1.3.1.坝踵垂直应力不出现拉应力 (1)各种荷载对计算截面的作用力

作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) 坝体自重 +0.000e+000 -3.684e+004 +2.465e+005 静水压力(上游) +1.711e+004 -1.246e+003 -3.051e+005 静水压力(下游) -4.050e+002 -2.835e+002 -5.050e+003 扬压力(浮托力) +0.000e+000 +4.356e+003 +0.000e+000 扬压力(渗透力) +0.000e+000 +4.232e+003 -4.705e+004 淤沙压力 +7.377e+001 -1.125e+001 -1.522e+002 浪压力 +4.962e+001 +0.000e+000 -2.842e+003 土压力(上游) +2.600e+002 -2.600e+001 +1.579e+002 总计 +1.709e+004 -2.982e+004 -1.135e+005 (2)坝踵混凝土抗拉强度

作用效应函数S(.)=(29820.934/48.400+(-113527.477)*24.200/9448.324)/1000 = 0.325MPa

结构重要性系数=0.90

总作用效应=0.90*0.325=0.293MPa 结构抗力函数R(.)=0.000MPa 总抗力效应=0.000MPa 总作用效应=0.293MPa

总抗力=0.000MPa

坝踵混凝土抗拉强度满足要求

2.1.4坝内应力计算

计算说明:正应力以受压为正 坐标系说明:

X轴:水平指向坝体下游为正,坝顶面的上游坝面点为x轴零点 Y轴:竖直向上为正 角度:逆时针方向为正

单位说明:应力单位均为Mpa；距离和长度的单位均为m；角度的单位为度； 距离坝顶高度为 63.700m 的截面上各点的应力 (1)各种荷载对截面的作用力

作用力名称 水平力(kN) 竖向力(kN) 弯矩(kN*m) 坝体自重 +0.000e+000 -3.684e+004 +2.465e+005 静水压力(上游) +1.711e+004 -1.246e+003 -3.051e+005 静水压力(下游) -4.050e+002 -2.835e+002 -5.050e+003 扬压力(浮托力) +0.000e+000 +4.356e+003 +0.000e+000 扬压力(渗透力) +0.000e+000 +5.079e+003 -5.646e+004 淤沙压力 +8.853e+001 -1.350e+001 -1.826e+002 浪压力 +5.954e+001 +0.000e+000 -3.410e+003 土压力(上游) +3.120e+002 -3.120e+001 +1.894e+002 总计 +1.717e+004 -2.898e+004 -1.235e+005 (2)坝体各点的应力 截面 坐标 63.7 正应力X -2.8 正应力Y 0.087 剪应力 主应力1 -0.02 0.284 主应力2 0.085 角度 84.3

63.7 63.7 63.7 63.7 0 20.0 40.0 45.6 0.258 0.369 0.367 0.448 -0.067 0.357 0.591 0.641 0.362 0.847 1.242 1.364 0.215 0.102 -0.033 0 57.3 126.8 124.1 125.0 第三章溢流坝坝体设计

3.1.泄水建筑物——溢流坝段

溢流坝剖面设计分4个方面的内容:泄水方式的选择，断面尺寸的拟定，水力计算和闸墩尺寸的拟定。溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。

重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流，开敞溢流式的堰除了有较好的调节性能外,还便于设计和施工,同时这种形式的堰在我国应用广泛，有很多的工程实践经验。故本设计采用开敞溢流式孔口形式，堰顶不设闸门，故堰顶高程与正常蓄水位齐平。 3.2堰顶高程

根据本工程的实际情况，坝顶溢流式，堰顶设闸门。则堰顶高程低于正常水位2m，即1996.5m。

(1)单宽流量的确定 一般首先考虑下游河床的地质条件，在冲坑不危及坝体安全的前提下选择合理的单宽流量。以设计水位下单宽流量

，校核

洪水位下

(2)孔口尺寸 当采用开敞式溢流时，（50年设计，500年校核）设计洪水下泄流量Ｑ=753m3/s，校核洪水下泄流量Ｑ校=1230m3/s。即，确定溢流段净宽：L=Q/q L设=Q/q=753/16=45.06m L校=Q/q=1230/25=49.2m 取上面数字中较大的49.2m为溢流段净宽。则溢流段分五孔可以满足要求，结合实际施工，净宽取为50m，闸墩厚度取1m(4个)，即溢流段总宽度为54.0m。 3.3溢流面设计 3.3.1要求

（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体形简单，44造价低，便于施工。4

采用溢流坝的基本剖面为三角形，其上游面为折线面，其起坡点的高度和坡率与非溢流坝的保持一致，即取上游的坡率为n=0.1，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。 定型设计水头的确定： 堰顶最大水头

；

定型设计水头3.3.2坝顶曲线段

；

溢流坝顶部采用曲线形式，顶部曲线的形式很多，常用的有克—奥曲线和WES 曲线。选用WES 曲线。首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点。WES 型堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分：

上游段曲线采用三圆弧型曲线

堰顶O 点上游三圆弧的半径及其坐标值为：

3.3.3下游段的曲线方程为：

按上式算得的坐标值如下表

表 3-6 计算 WES 下游曲面坐标值表

x 1 2 3 4 5 y 0.142 0.512 1.083 1.844 2.787 x 6 7 8 9 10 y 3.905 5.194 6.649 8.268 10.048 x 11 12 13 14 15 y 11.985 14.078 16.325 18.724 21.273 3.3.4中间直线段

中间直线段与坝顶部下游曲线和下部反弧段相切，坡度和挡水坝一致，取0.7。 3.3.5反弧段 3.3.5.1反弧半径：

溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程措施。通常采用圆弧

曲线，反弧半径R 按经验公式计算：

式中：Fr 为反弧最低点处的弗劳德数。

该式为迭代公式，迭代初值取h=0。

为上游最高水位与反弧段最低点的距离，反弧最低点与下游正常水位齐平。

=1992-1939=53m Φ=0.95，Q=1230m3/s，q=25m3/s 初始令h=0，

故v=25/0.8059=31.02m/s 故取R=25m。 3.3.5.2挑角

挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程减小。同时 入水角增大后，冲刷坑深度增加。θ一般在3.3.5.3挑坎高度：

挑坎应高出下游水位，一般以1～2m 为宜。计算时按设计洪水位情况考虑。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高点与最低点间距离为R(1-cosθ)。故挑坎高度

3.3.5.4反弧段坐标确定 圆心O′距坝底距离

之间，在此取

。

圆心O′距C 点距离

根据以上数据，可以确定溢流坝曲面。

3.3.5.5下游导墙高

由溢流堰反弧段知：反弧段最低处水深为hc?1.0m; 溢流堰下游掺气水深:

Vc?q25??25.0m/s hc1.0ha?(1??V100)h?（1?1.2?25）?1.0?1.3m100;

故下游导墙高p2?1.3?(0.5~1.5)?1.8~2.8,取2.8m，导墙厚取1.0m。 3.4堰顶过流能力复核

Q?Cm?s?B2gHw32 B—溢流堰净宽，m； Hw—堰顶以上作用水头，m； g—重力加速度，m/s2；

m—流量系数，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）附表C-1查得，取0.510；

C—上游面为铅直时，取1.0； ?—侧收缩系数，取0.95； ?s—淹没系数，取1.0；

Q?Cm?s?B2gHw?1.0?0.510?1.0?0.95?50?2?9.8?5.5?1383.36m3/s3232 Q?Q校核?123m03/s 满足下泄要求。

第四章 消能防冲

4.1消能工形式的选择

⑴尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部的紊动中，以及水流与空气

的摩擦上；

⑵不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷； ⑶下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行； ⑷结构简单，工作可靠； ⑸工程量小，经济。

根据地形、地质、枢纽布臵、水头、泄量、运行条件、消能防冲要求、下游水深及其变幅等条件进行技术经济比较，选择消能工的形式为挑流式消能。

鼻坎顶高程：高出下游最高水位（去设计洪水位对应的原始河道水位1940m）；取鼻坎顶高程为1941m。 4.2最大冲坑深度以及水舌挑射距离

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），最大冲坑估算公式为：

tk?Kqz?ht

式中：K—冲刷系数，根据下游河床情况取K=1.3（覆盖层）或K=0.8（基岩完整）

Z—上下游水位差，m; q—单宽流量，m3/（s﹒m）

则 tk校?1.3?24.49?51?7.32?9.87m?覆盖层厚度6m; 下泄水流挑流射程

根据《水力学》空中挑距为：

12141214L0??2S1sin2?(1?1?a?ht ）22?S1sin? 式中：L0—空中射程，m； ?—堰面流速系数；

S1—上游水面至挑坎顶部的高差，m；

?—鼻坎出口仰角；

a—鼻坎高度，m；

ht—冲坑后的下游水深，m； ??31?0.055(经验公式)； K0.5qgs1.51 K—流能比，K?；

根据上式计算得：?校?0.783，L0校?56.9m； ?设?0.796，L0设?56.08m 水中挑距L1 L1?ts?htta2n??a?ht?2Sco2s?

根据上式计算得：L1校?26.14m； L1设?11.27m。.

根据（1）、（2）计算所得结果计算下泄水流挑射距离L L校=L0校+L1校=56.9+26.14=83.04m L设= L0设+L1设=56.08+11.27=67.35m

（4）冲刷坑是否会危及建筑物的基础，这与冲刷坑深度及河床基岩节理裂隙、层面发育情况有关，应全面研究确定。一般可认为冲刷坑对坝身的影响，采用挑坎末端至冲刷坑最深点的平均坡度表示即：

i?ts

L0?L1按照上式计算出的i值愈大，坝身愈不安全。根据工程实践知，允许的最大临界坡度ik值一般取0.25~0.33。当i

i校?9.55?0.12<0.25； 83.04故冲刷坑不会对大坝的地基造成危险。

第五章 泄水孔与取水口

5.1 放水建筑物——泄水孔 5.1.1坝身泄水孔的组成及形式

（1）泄水孔的组成 一般由进口段、闸门控制段、孔身段和出口消能段组成。

（2）泄水孔的形成 按孔身水流条件，坝身泄水孔可分为有压和无压两种类型。前者指高水位闸门全开时，整个管道都处于满流承压状态。后者是指泄水时除进口附近一段为有压外，其余部分均处于明流无压状态。设计时应避免在同一段泄水孔中产生明满流交替现象，以防引起振动和空蚀。 5.1.2坝身泄水孔的布臵

为了保证供水，尽可能的使用兴利库容的水量，且满足供水量2.96m3/s，即在死水位1958.0m时可供水2.96m3/s，泄水孔高程应低于死水位。根据水库混凝土重力坝的设计数据，进水口底高程拟定在1954.8m位臵，底孔数及尺寸拟定为：3—4×4。根据水库校核水位泄水能力指标计算，满足泄水放空水库的能力。

正常蓄水位为1988.5m，因此为深式泄水孔。为根据《水利水电工程进水口设计规范》（SL285—2003）要求：坝内孔口在平面上作直线布臵。无压孔进口处设工作闸门和检修闸门。工作闸门采用弧形闸门，为操作方便，弧形闸门的启闭室设于坝顶，为方便坝后引水渠连接和施工无压孔底缘采用直线，洞身为城门洞形，出口与引水渠相连。 5.2取水口

第6章地基处理设计

天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的处理措施，地基处理的主要任务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。

6.1 清基开挖

6.1.1 开挖原则

地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根

据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。坝高超过100m 时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。 6.1.2 开挖设计

靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽可能清除。顺河流流向的基岩面尽可能略向上倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免造成坝体内应力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后0.5～1.0m，应采用受风钻钻孔，小药量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留0.2～0.3m 的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。对岸坡坝段，在平行坝轴线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角。 6.1.3 坝基清理

基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，包括：清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。

6.2 坝基加固

6.2.1固结灌浆

固结灌浆孔一般布臵在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。采用浅孔低压灌注法灌入水泥浆，以提高基岩的弹性模量、抗渗性和强度等。在坝踵、坝址附近灌注孔相对较密，呈梅花形布臵，其他部位疏一些。孔距排距由灌浆试验确定，一般从10～20m 开始，采用内插逐步加密的方法，最终约为3～4m，本设计取4m。孔深5～8m，必要时还可适当加深，帷幕上游区

的孔深一般为8～15m。钻孔方向垂直于基岩面。当存在裂隙时，为了提高灌浆效果，钻孔方向尽可能正交于主要裂隙面，但倾角不能太大。

6.3 防渗排水

6.3.1 帷幕灌浆 1、帷幕灌浆目的

帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。 2、帷幕灌浆范围

防渗帷幕布臵于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在100 以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层3～5m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗要求确定，通常采用坝高的0.3～0.7倍。帷幕深入两岸的部分，原则上也应达到上述标准，并与河床部位的帷幕保持连续，形成连续的不透水的防渗墙。

6.4 软弱带处理

6.4.1 断层破碎带的危害

断层破碎带的强度低，压缩变形大，易于使坝基产生不均匀沉降，引起不利

的应力分布，还会使坝至坝体开裂。如果破碎带与水库相同，还会使坝底的渗透压力加大，甚至产生机械或化学管涌，危及大坝安全。 6.4.2 断层破碎带处理措施

对倾角较陡的走向近于顺河流流向的破碎带，可采用开挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞，其高度可取断层厚度的1～1.5 倍，且不小于1.0m，见图(a)。如破碎带延伸至坝体上、下游边界线以外，则混凝土塞也应向外延伸，延伸长度取为1.5～2.0 倍混凝土塞的高度。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的陡倾角断层破碎带，因为它将导致坝基渗透压力或坝体位移增大。如难以避开，也可用混凝土塞，但其开挖深度要比近于顺河流流向的大，约为1/10～1/4 坝底宽度，如图6-3（b）。

图6-3 陡倾角断层破碎带的处理

1—坝段；2—伸缩缝；3—断层破碎带；4—混凝土塞； 5—基岩面；6—坝体；7—灌浆帷幕；8—排水孔幕

对走向近于顺河流流向的缓倾角断层破碎带，埋藏较浅的应予挖出；埋藏较深的，除应在顶面作混凝土塞外，还要考虑深埋部分对坝体稳定的影响。必要时可在破碎带内开挖若干斜井和平洞，回填混凝土，形成有混凝土塞和水平塞组成

的刚性骨架，封闭该范围内的破碎物，以阻止其产生积压变形和减少地下水产生的有害的作用。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的缓倾角断层破碎带。如不可避免，也可采用上述方法进行处理。 6.4.3 软弱夹层的处理

具有软弱夹层的坝基，由于夹层的抗剪强度很低，遇水易软化或泥化，通常都须进行加固处理，以满足抗滑稳定要求。根据软弱夹层的埋深、产状、厚度、充填物的性质，结合工程的具体情况，为了阻止软弱夹层滑动，一般采用的处理措施有：

（1） 对于浅埋的夹层，多用明挖处理，将软弱夹层清除，回填混凝土或者在上

游坝踵、下游坝趾设臵深齿坎，切断软弱夹层直达完整基岩。当夹层埋藏较浅时，此方法施工方便，工程量小，采用的较多。

（2）对于埋藏较深、较厚，倾角较缓的软弱夹层，可在夹层内设臵混凝土洞塞。 （3）采用大型钢筋混凝土抗滑桩。

（4）若有两层以上的软弱夹层时，可采用预应力锚索，锚索可在水库正常

（2） 运行的情况下施工，特别适合于已建工程的施工。

的刚性骨架，封闭该范围内的破碎物，以阻止其产生积压变形和减少地下水产生的有害的作用。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的缓倾角断层破碎带。如不可避免，也可采用上述方法进行处理。 6.4.3 软弱夹层的处理

具有软弱夹层的坝基，由于夹层的抗剪强度很低，遇水易软化或泥化，通常都须进行加固处理，以满足抗滑稳定要求。根据软弱夹层的埋深、产状、厚度、充填物的性质，结合工程的具体情况，为了阻止软弱夹层滑动，一般采用的处理措施有：

（1） 对于浅埋的夹层，多用明挖处理，将软弱夹层清除，回填混凝土或者在上

游坝踵、下游坝趾设臵深齿坎，切断软弱夹层直达完整基岩。当夹层埋藏较浅时，此方法施工方便，工程量小，采用的较多。

（2）对于埋藏较深、较厚，倾角较缓的软弱夹层，可在夹层内设臵混凝土洞塞。 （3）采用大型钢筋混凝土抗滑桩。

（4）若有两层以上的软弱夹层时，可采用预应力锚索，锚索可在水库正常

（2） 运行的情况下施工，特别适合于已建工程的施工。

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