水工建筑物课程设计

水工建筑物课程水工建筑物课程设计PAGE水工建筑物课程设计南昌学院课程设计CURRICULUMDESIGN设计名称水工建筑物课程设计专业班级水利水电工程5班姓名张龙学号52指导老师牛景太张洁时间2013年6月18日水工建筑物课程设计任务书一、设计目的和要求水工建筑物课程设计的目的在于培养同学们了解并初步掌握水利工程的设计内容、方法和步骤。通过课程设计，应用和巩固该课程所学的理论，锻炼应用所学的课程知识解决实际工程的能力，培养正确的设计思想，熟悉水利建设的方针、政策及有关的规范，进一步提高同学们编写设计说明书、进行各种计算和绘制水利工程图的能力。根据以上目的，要求每一位同学对设计内容中的各个重要环节的设计均需自己动手，做出完整的设计成果（包括编写设计计算书和说明书，绘制设计图），并要求各项设计成果概念明确，说理简明扼要，绘图正确整洁，计算准确并具有一定的精度。二、设计内容（一）、枢纽布置1、坝址、坝轴线及坝型选择2、导流放空及泄洪建筑物的选择与布置（二）水工设计1、挡水建筑物的结构布置、设计计算2、泄水建筑物体型设计、水力计算、消能防冲设计3、地基处理、坝体细部构造设计三、设计成果及要求（一）、编制设计说明书、计算书一份。说明书、计算书要求用钢笔写，章节分明，字体清晰工整。对于论点的依据、公式来源以及所引用的符号意义均须交待清楚。使用程序时须附源程序说明、编制原理和程序框图、打印结果等，必要时附源程序。（二）、图纸1、水工部分（1）大坝横剖面图、溢洪道或溢流坝结构布置图1张。（2）各建筑物必要的细部构造图1张。图纸可用电脑绘制，也可手工绘制，要求表达正确、尺寸齐全、整齐美观，符合国家制图。四、时间安排（1）水工部分设计2周基本资料杨溪水库总库容为2840万M³，总装机容量为2500*2KW。设计洪水位：米校核洪水位：米第一节流域的水文气象驿前河是抚河，源区支流，源出赣闽边界武夷山脉西麓的广昌驿前镇梨木庄，流域面积474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段为抚河中上游段，称为江，南城以下为抚河中下游主流，杨溪水库坝址位于驿前河杨溪附近，坝址以上流域面积为138平方公里，主河道长公里，平均比降。库区内地形三面环山，地势西南高，北部低，其中以西南部河流发源地灵花仙山山峰最高达991米（黄河标高，后同）库区河流大致为自西南向东再转向北，流域面积范围在东经116º15′至116º22′，北纬26º31′至26º36′之间。库区内无大，中型蓄，引水或提水工程，仅在源头龙井电站建有一座小（一）型水库，控制集雨面积平方公里，有效库容为万立方米，其他称为小坡，小川，人类活动规模小，对径流量，以流年内分配影响均很小故不考虑水量还原。水库坝址以上流域内，其上游及下游的山地植被均很好，水土流失量小，仅在中游有部分地区轻度水土流失。由于该河段内无泥沙，测验资料，经采用下游干流上的沙子岭水文站共24年实测泥沙资料多年平均侵蚀模数为154吨/平方公里。一、气象气象观测情况杨溪水库工区流域内无气象观测资料，现以广昌县气象站作为库区流域的代表站该站距坝址约30公里，设立于1954年至今，观测有气温，湿度，降水量，蒸发量，风速等资料，项目较全。降水量：每年平均降水量1720毫米，实测最大年降水量2336毫米，（1957），年最小降水量毫米（1971年），降水量年分配不均匀，主要集中在3——6月，约占全年降水量的62%。气温：每年平均气温为18度,实测极端最高温度40度（1983年8月），极端最低气温度（1955年1月），月平均最高气温30度（1983年7月），月平均最低气温度（1977年1月）。蒸发：多年平均蒸发量毫米，月最大蒸发量毫米（1956年7月），月最小蒸发量毫米（1957年2月）。湿度：多年平均相对湿度80%，月最小相对湿度8%。风速及风向：多年平均风速米/秒，多年最大风速20米/秒，相应风向为南风。日照：多年平均时数为小时，无霜期多年平均为273天。二、径流杨溪水库坝址以上均无流量观测资料，流域内的驿前雨量站，有1957年至今的实测雨量资料，但因其成果精度低而不能采用，坝址以下4公里处的河道上设有东坑水文站，可以作为工程径流分析的主要参考证站。流系列推求：根据东坑水文站补延后的33年系列资料，按面积比的一次方进行杨溪水库坝址处的年月径流推求，计算的基本公式为：Q杨溪=F杨溪•Q东坑/F东坑得杨溪水电坝址历年各月的平均流量如下：杨溪水库坝址年月平均流量（单位：M³/S）123456789101112平均195719581959196019611962196319641965196619671968196919701971197219731974197519761977197819791980198119821983198419851986198719881989三、洪水水成因与特性杨溪水库流域的洪水主要由暴雨形成，4-6月洪水由峰面雨形成，7-8月的洪水由峰面雨和台风雨形成。根据测站实测，一般汛期为4-6月，尤以5，6月的洪水出现次数最多，洪水量也较大，由于山区河道，比降大，洪水易涨易落，来去迅猛，涨洪历时短，一般在一日左右，洪峰历时在1-2小时左右，并且一单峰型出现较多，多峰型洪水较少。2、杨溪水库坝址处，历年洪峰流量（实测系列）：单位：（M³/S年1971197219731974197519761977Q洪峰流量128274年1978197919801981198219831984Q洪峰流量730年19851986198719881989Q洪峰流量历史洪水杨溪水库坝址处，由于无居民点，故难于进行历史洪水调查，但距坝址约4公里的下游河道上，设有东坑水文站，该站调查的站址处1854年、1962年两年的峰值为914秒/立方米，660秒/立方米。杨溪水库实测典型洪水过程线（1984年6月，单位：秒立方米）时间1984年6月15日8：008：309：009：3010：0010：3011：00Q典型17232256411:3012:0012:0612:1812:3013:3014:0015:0083889588888882458545226216:0017:0019:0021:006、160:002:008:0014:0017812820:00六月17日2：008：0014：002:004:008:0012:0第二部分坝工部分本次设计只做坝工部分，不做调洪计算，在坝工部分，主要任务为确定非溢流坝段重力坝坝的有关参数、大坝的平面布置、应力分析及溢流坝段设计。第一章基本资料第一节工程地质条件一、区域地质条件广昌县杨溪电站在大地构造上处武夷山地背斜的西北翼，属于我国东部地区新华厦构造体系，构造线大致呈北东方向，发育走向北北东的褶皱系和断裂带。根据江西——福建等震线图，本区的地震烈度为六度。区内出露的岩性主要有前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩及零星的第四纪覆盖物。区内水文地质条件简单，地下水有两种：一是埋藏于冲积层及破残层中的空隙性潜水，不构成统一的含水层，水量有限；二是埋藏于基岩中的裂隙性潜水，水量有限。这二种地下水均接受大气降水补给，排泄于河道中。二、库区工程地质条件库区出露地层为前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩，此外零星分布的厚度很小的冲击沙，卵，石层及坡亚粘沙土层。库区仅见驿前大断层通过，但远离坝区，此断层为压扭性断裂，破碎带挤压紧密，且被第四纪坡残土层覆盖，因此不成为库区渗漏通道。此外，库区主要有变粒岩和混花岗岩组成，岩石渗透性小，四周山体雄厚，又无大的临谷，故库区无渗漏之虑。库区尚未发现大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地质现象，山坡是稳定的。建坝不后不致产生大的边岸再造问题。库区植被发育，水土保持良好，固体径流来源不丰富，因此，库区淤积问题不致严重。此外，库区除了下陌村及部分田外，尚无有价值的矿产资源和文物古籍被淹没，故淹没损失小。三、枢纽区域工程地质一、坝址工程地质条件（一）地层岩性1、坝址出露太古界前震旦系第三段（AZ）地层，新生界第四系全新统（Q4）以及加里东期的混合花岗岩（M）。前震旦系第三段（AnZc），出露在全区，为黑云母变粒岩；硅化，绢云母化变粒岩；混合质变粒岩及条痕状混合岩。黑云母变粒岩：呈灰色，细粒结构，显片理。主要成分为石英（40%），钾长石（23%），斜长石（15%），黑云母（15%）。硅化、绢云母变粒岩：呈灰黄色，结构致密，显片理。主要成分为：石英（70%）、绢云母（22%）、白云母（15%）。以上两种变粒岩是坝区的主要岩性，分布比较广泛，并有混合花岗岩穿插其中。混合质变粒岩：呈灰色，结构致密、均一、但黑云母呈定向分布，其主要成分石英（40%）、斜长石（30%）、钾长石（15%）、黑云母（15%）。条痕状混合岩：灰色，致密块状、黑云母定向排列并形成条痕构造。其主要成分：石英（40%）、斜长石（40%）、黑云母（13%）。以上两种岩性，在坝区分布零星，且厚度不大，延伸不远便尘灭。2、第四系全新统（Q4），按其成因类型可分为坡残积层（d—Elq4）和冲积层（Alq4），前者分布在坝区山坡及冲沟之中，为灰黄色砂壤土，壤土夹碎（砾）石，层厚米；后者主要分布在河道拐弯处及两岸水边，为漂石、砂卵（碎）石，层厚米。3、加里东期的混合花岗岩（Mrs’），坝区分布凌乱，呈灰白—淡黄绿色，其主要成分是石英（31%）、微斜长石（30%）、斜长石(25%有蚀变现象)和白云母（30%），与上部的震旦系地层呈侵入接触关系，二者胶合良好，层厚大于1000米。地质构造坝址处在武夷山地背斜西北翼，岩层呈单斜，在坝区上，下游地层走向大致北东东向（这可能与加里东期我省北部强烈的褶皱回返有关），其产状为334º-352º〈24º-36º，局部因受混合花岗岩侵入的影响，产状有所变化。坝区地质构造简单，没有大的断层通过，岩层中节理裂隙也不甚发育。层间错动：坝址的变粒岩中，由于构造运动（如武夷山地背斜的形成和后期岩浆岩的侵入等原因，同时受变粒岩本身的影响，普遍发育有层间错动，即：有变粒岩的地方，就有层间错动存在。通过坝址区的九个平洞及部分槽深的揭露资料发现，坝址区发育的层间错动有如下规律：1、分布广泛；2、接近地表处呈张开状，且含次生泥，但随着深度的增加，错动面逐渐闭合，也不含泥质；3、由于后期花岗岩的侵入，造成了层间错动的起伏，被花岗岩岩体切割，致使层间错动面并不完全连续。地貌及物理地质现象：坝址区为低山求侵蚀地貌，山体雄厚，呈北北西方向展布。驿前河有南南东往北北西流向坝址区。坝段河道平直，两岸地形也比较对称。左右两岸山头高程分别为米和米。两岸坡度适中，左岸稍陡，坡角30º-50º。河谷狭窄，谷底宽20米左右，河水很浅，枯水期水深为米左右。河床高程194米左右，河床两岸基岩裸露，以变粒岩为主，岩体的风化程度两岸不一，右岸风化深度小于5米左右，而左岸风化深度大，强风化区的最大厚度达米。两岸有规模不等的御前裂隙发育，它与坝址发育的北西走向的裂隙面形成了不利组合关系，致使一部分表层岩石出现松动，右岸靠近坝线下游山坡，因此形成了一个小的滑坡体，但迄今为止，坝址区尚未发现大滑坡、大崩塌、大量的松散堆积和泥石流等不良物理地质现象。水文地质现象坝区地下水按其埋藏条件可分为孔隙潜水和裂隙潜水两种。前埋藏在第四纪的松散地层中，由于分布零星，厚度小，未能形成统一的含水层，含水较少，但透水性强。裂隙潜水埋藏于断层和节埋裂隙密集带中，含水性及透水性不均一，总趋势是：随着深度的增加，岩体风化程度的减弱而减小，如河床基岩透水性弱，一般值均少于升/分米、米，个别达到升/分米、米，两岸基岩透水层厚度相对较大，且左岸大于右岸。特别是全、强风化带中透水层厚度较大。弱风化带以下，W值一般在升/分米、米以下，个别达到升/分米、米。可见，单位吸水随着深度的增加、岩石风化程度的减弱而变小的趋势十分明显。两岸地下水位的埋深均在风化带以下，最深处达米，尤其是左岸地下水位比较低。坝址的地表及地下水均属于HCO3—N型水。地下水有中等溶出型侵蚀，一般酸性弱腐蚀，无其它类型侵蚀。地表水具有中等溶春型和一般酸性弱侵蚀，还具有中等碳酸型腐蚀，无其它侵蚀性。（四）坝区主要地质技术参数坝基由黑云母变粒岩、硅化、绢云母化变粒岩及混合花岗岩组成，它的主要物理力学指标如下：岩性力学参数风化程度饱和抗压强度MPa砼/岩石动弹模数EdGPa泊桑比μso容量g/cm³摩擦系数f抗剪断强度摩擦系数f凝聚力CMPa变粒岩弱风化55-77微-新鲜80-100混合花岗岩弱风化30微-新鲜40说明：1、坝基各段的力学指标可近岩石指标的加权平均值采用；2、定层间错动面是可能滑动的软弱面，则取f=，c=0进行稳定计算。开挖边坡建议取值：开挖坡高（米）边坡值风化程度0-10米10-15米永久临时永久临时全风化层或堆层1：11：1：1：1强风化层1：：1：1：11：弱风化岩层1：1：1：1：第二节天然建筑材料一、砂料场黄石嘴砂料场：位于坝址下游约3公里的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为石英中粗砂。粒径一般在1-2毫米之间，含泥量极少，总储量3000立方米以上。地处公路边，运输方便。清潭砂粒场：位于母坝址下游约7公里的右岸，为一沿河浅滩，有效储量6000M³左右，为石英中、粗砂，分选良好，运输方便。大港上砂料场：位于坝址下游约公里的左岸，地面平坦，为石英中粗砂，加卵砾石（约5%）。砂的摩圆度好，分选较好。料场面积大于120000M²，有效厚度大于2米，总储量大于240000M³。（砾）石料场湖罗石卵砾石料场：位于坝址下游约500米的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为卵（砾）石夹少量中粗砂，粒径一般在510厘米，最大达30厘米，磨圆较好，成分以变粒岩和花岗岩为主，分选性较差，大小混杂，料场面积20000M³，平均厚度3米，有效储量60000M³，地处公路边，交通方便。田卵（砾）石料场：位于坝址下游约公里的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下。岩性同湖罗石卵砾石料场，料场面积10000M³，层厚3米无无效层，有效储量30000M³，质量较好，地处公路边，开采与交通方便。东坑卵（砾）石料场：位于坝址下游右岸东坑水文站附近，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为卵（砾）石夹少量中粗砂，粒径一般在210厘米，少量达30厘米，磨圆较好，摩圆度好，分选较好。料场面积20000M³，层厚3米无无效层，有效储量160000M³，质量较好，地处公路边，开采与交通方便。三、于坝址下游1100米到1400米左岸，为一陡峭山坡，岩性为灰白色混合花岗岩，主要成分为石英，长石，及黑云母和白云母等，岩石新鲜坚硬，抗风化能力强，饱和抗压强度为500kg/cm，干容重cm³。从它的物理力学指标来看，完全可以作为大坝的块石料。料场上覆盖无效层平均厚度约2米，估计储量大于500000m³，运距近，储量丰富，必要是可扩大开采。总之，该工程的天然建筑材料都能满足需求量，质量较好，运输也较方便。第二节基本资料及数据1）设计和校核洪水位及相应的下游水位由第二章的水文计算可知，杨溪水库的设计洪水位为米；校核洪水位为米；下游水位高分别为、米，2）风速及吹程由基本资料可知，多年平均最大风速为米/秒，洪水期的多年平均最大风速为20米/秒，吹程为；3）坝顶高程的确定设计水位和校核水位均进行计算，取其较大者，作为最后的坝顶高程；4)基础开挖根据基本资料中河谷的地质情况确定开挖高程为米。第三节附加资料混凝土的弹性模量Ec=10T/m基岩的弹性模量E=10T/m淤沙浮容重Rs=T/m淤沙内摩擦角14゜该种重力坝的洪峰流量比较大，校核洪水最大下泄流量1100m³/s，设计洪水下泄流量690m³/s，规划阶段有关参数如下：1、水库特征参数校核洪水位（%）黄海米设计洪水位（2%）米正常蓄水位米死水位米总库容2840万米电站总装机容量Ng2500*2千瓦水电站最大引用流量秒/立方米淤沙高程203米坝址下游校核水位米坝址下游设计水位米目录设计说明书1基本资料及设计数据………………………………………………………………………………12基本资料………………………………………………………………………………………12概况………………………………………………………………………………………12枢纽任务…………………………………………………………………………………12地形，地质概况…………………………………………………………………………12水文，气象概况…………………………………………………………………………12设计数据………………………………………………………………………………………132重力坝设计…………………………………………………………………………………………13剖面设计………………………………………………………………………………………13坝顶宽度，坝底宽度……………………………………………………………………13坝顶高程…………………………………………………………………………………13坝底高程…………………………………………………………………………………14坝坡系数的确定…………………………………………………………………………14稳定设计………………………………………………………………………………………14沿坝基面的抗滑稳定分析………………………………………………………………14深层抗滑稳定分析………………………………………………………………………14岸坡坝段的抗滑稳定分析………………………………………………………………15应力分析………………………………………………………………………………………15构造设计………………………………………………………………………………………15横缝………………………………………………………………………………………15纵缝………………………………………………………………………………………16坝体排水…………………………………………………………………………………16廊道系统…………………………………………………………………………………16坝基灌浆廊道………………………………………………………………………16检查和坝体排水廊道………………………………………………………………16坝顶………………………………………………………………………………………16地基处理………………………………………………………………………………………16坝基的开挖与清理………………………………………………………………………16坝基的固结灌浆…………………………………………………………………………16帷幕灌浆…………………………………………………………………………………17坝基排水…………………………………………………………………………………17溢流重力坝和泄水孔的孔口设计……………………………………………………………17泄水方式…………………………………………………………………………………17孔口设计…………………………………………………………………………………17洪水标准……………………………………………………………………………17孔口型式……………………………………………………………………………17孔口尺寸……………………………………………………………………………17闸门和启闭机………………………………………………………………………18闸墩和工作桥………………………………………………………………………18溢流面体形设计…………………………………………………………………………18顶部曲线段…………………………………………………………………………18反弧段………………………………………………………………………………18中间直线段…………………………………………………………………………18剖面设计………………………………………………………………………………19消能防冲设计……………………………………………………………………………19设计说明书1基本资料及设计数据基本资料概况驿前河是抚河，源区支流，源出赣闽边界武夷山脉西麓的广昌驿前镇梨木庄，流域面积474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段为抚河中上游段，称为旴江，南城以下为抚河中下游主流，杨溪水库坝址位于驿前河杨溪附近，坝址以上流域面积为138平方公里，主河道长公里，平均比降。枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进行开发。地形，地质概况1）地形情况：库区内地形三面环山，地势西南高，北部低，其中以西南部河流发源地灵花仙山山峰最高达991米（黄河标高，后同）库区河流大致为自西南向东再转向北，流域面积范围在东经116º15′至116º22′，北纬26º31′至26º36′之间。2）区域地质情况：广昌县杨溪电站在大地构造上处武夷山地背斜的西北翼，属于我国东部地区新华厦构造体系，构造线大致呈北东方向，发育走向北北东的褶皱系和断裂带。根据江西——福建等震线图，本区的地震烈度为六度。区内出露的岩性主要有前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩及零星的第四纪覆盖物。3）库区工程地质条件：库区出露地层为前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩，此外零星分布的厚度很小的冲击沙，卵，石层及坡亚粘沙土层。库区仅见驿前大断层通过，但远离坝区，此断层为压扭性断裂，破碎带挤压紧密，且被第四纪坡残土层覆盖，因此不成为库区渗漏通道。此外，库区主要有变粒岩和混花岗岩组成，岩石渗透性小，四周山体雄厚，又无大的临谷，故库区无渗漏之虑。库区尚未发现大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地质现象，山坡是稳定的。建坝不后不致产生大的边岸再造问题。库区植被发育，水土保持良好，固体径流来源不丰富，因此，库区淤积问题不致严重。此外，库区除了下陌村及部分田外，尚无有价值的矿产资源和文物古籍被淹没，故淹没损失小。水文，气象概况1）降水量：每年平均降水量1720毫米，实测最大年降水量2336毫米（1957年），年最小降水量毫米（1971年），降水量年分配不均匀，主要集中在3——6月，约占全年降水量的62%。2）气温：每年平均气温为18度,实测极端最高温度40度（1983年8月），极端最低气温度（1955年1月），月平均最高气温30度（1983年7月），月平均最低气温度（1977年1月）。3）蒸发：多年平均蒸发量毫米，月最大蒸发量毫米（1956年7月），月最小蒸发量毫米（1957年2月）。4）湿度：多年平均相对湿度80%，月最小相对湿度8%。5）风速及风向：多年平均风速米/秒，多年最大风速20米/秒，相应风向为南风。6）日照：多年平均时数为小时，无霜期多年平均为273天。设计数据杨溪水库的设计洪水位为米，校核洪水位为米，下游水位高分别为、米。风速及吹程：由基本资料可知，多年平均最大风速为米/秒，洪水期的多年平均最大风速为20米/秒，吹程为。坝顶高程的确定：设计水位和校核水位均进行计算，取其较大者，作为最后的坝顶高程。基础开挖：根据基本资料中河谷的地质情况确定开挖高程为米。混凝土的弹性模量Ec=×106T/m2基岩的弹性模量EF=×106T/m2淤沙浮容重Rs=m3淤沙内摩擦角14度该种重力坝的洪峰流量比较大，校核洪水最大下泄流量1100m³/s，设计洪水下泄流量690m³/s校核洪水位（%）黄海米设计洪水位（2%）米正常蓄水位米死水位米总库容2840万米电站总装机容量Ng2500*2千瓦水电站最大引用流量秒/立方米淤沙高程203米坝址下游校核水位米坝址下游设计水位米2重力坝设计剖面设计剖面设计原则1、设计断面要满足稳定和强度要求；2、力求剖面较小；3、外形轮廓简单；4、工程量小，运用方便，便于施工。坝顶宽度&坝底宽度坝顶宽度一般取坝高的8%～10%，且不小于2m。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。坝底宽度约为坝高的～倍。坝顶高程（分别按照设计情况和校核情况计算）坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程，应高于波浪顶高程。防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差，按下式计算：式中：为波浪高度，m；为波浪中心线高于静水位的高度，m；为安全加高，按下表选用。运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）校核情况（特殊情况），在正常蓄水位和设计洪水位时，库面风速宜采用相应洪水期多年平均最大风速的倍；在校核洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速。坝顶高程H（选用其中的较大值）：设计情况：H设=设计洪水位+校核情况：H校=校核洪水位+防浪墙高度设置为米。坝底高程坝底高程=开挖高程坝高=坝顶高程-坝底高程拟定剖面尺寸(坝坡系数的确定)根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用1∶～1∶；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由资料可知，坝前淤沙高程为203m，故折点可取在高程为203m的位置。参考其他相似工程，初步拟定坝面坡度：上游坝坡取1：，下游坝坡取1：。图3-1重力坝的基本剖面图示稳定设计沿坝基面的抗滑稳定分析（1）抗剪强度公式，计算公式如下：式中：为接触面以上的总铅直力；为接触面以上的总水平力；为作用在接触面上的扬压力；为接触面间的摩擦系数。坝基面抗滑稳定安全系数荷载组合坝的级别123基本组合特殊组合（1）（2）（2）抗剪断公式，计算公式如下：式中：为接触面面积，为抗剪断摩擦系数，为抗剪断凝聚力。坝基岩体力学参数岩体分类混凝土与坝基接触面岩体变形模量(GPa)(MPa)(MPa)Ⅰ～～～～～～Ⅱ～～～～～～Ⅲ～～～～～～Ⅳ～～～～～～Ⅴ～～－～～～深层抗滑稳定分析因本设计坝基岩性良好，故不进行深层抗滑稳定分析。岸坡坝段的抗滑稳定分析计算公式如下：式中：为自重W分解为对滑动面的法向分力；T为自重W分解为对滑动面的切向分力；S为切向分力和水压力的合力。应力分析因为假定按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游边缘应力和，计算公式如下：式中：为作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，KN；为作用于计算截面以上全部荷载对截面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。构造设计横缝为了减少温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求，沿坝轴线方向设置横缝。横缝间距一般为15～20m。缝宽2cm，内有止水。坝体设有两道止水片和一道防渗沥青井。止水片采用厚的紫铜片，第一道止水片距上游坝面。两道止水片间距为1m，中间设有直径为20cm的沥青井，止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。纵缝为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度压力，在平行坝轴线方向设铅直纵缝。纵缝间距一般为15～30m。坝体排水为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕。排水管幕至上游面的距离，一般要求不小于坝前水深的1/10～1/12，且不小于2m。排水管间距2～3m,内径15～25cm。廊道系统为了满足灌浆、排水、观测、检查和交通等的要求，需求在坝体内设置各种不同用途的廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。其中包括：坝基灌浆廊道、检查和坝体排水廊道。坝基灌浆廊道廊道为城门洞形，宽度和高度应能满足灌浆作业的要求，一般宽为～3m,高为3～4m，底面距基岩面不宜小于倍廊道宽度。廊道随坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度不宜陡于40°～45°。检查和坝体排水廊道在靠近坝体上游面沿高度每隔15～30m设置检查和排水廊道，断面形式采用城门洞形，最小宽度，最小高度，至上游面的距离应不小于～倍水头，且不小于3m，上游侧设排水沟。坝顶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，厚度为30cm，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，坝顶总宽度为5m，下游侧设置栏杆及路灯。地基处理坝基的开挖与清理DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》要求：混凝土重力坝的建基面应根据岩体物理性质，大坝稳定性，坝基应力，地基变形和稳定性，上部结构对地基要求，地基加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经济技术条件比较确定。原则上应在考虑地基加固处理后，在满足坝的强度和稳定性的前提下减少开挖量。坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化的或弱风化下部基岩上；坝高在50～100m时，可建在微风化致弱风化上部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上；两岸岸坡较高部位的坝段，其利用基岩的标准可适当放宽。坝基的固结灌浆固结灌浆也一般布置在应力较大的坝踵和坝址附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆也呈梅花状或方格状布置，孔距、排距和孔深取决于坝高和基岩的构造情况。孔距和排距一般从10～20m开始，采用内插逐步加密的方法，最终约为3～4m。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。帷幕灌浆DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定：岩体相对隔水层的透水率q根据不同坝高可采用下列标准：坝高100m以上，q=1～3Lu[1Lu=(min·m)]；坝高在100～50m之间，q=3～5Lu；坝高在50m以下，q=5Lu。坝基排水排水孔幕与防渗帷幕下游面的距离，在坝基面处不宜小于2m。排水孔幕一般略向下游倾斜，与帷幕成10°～15°交角。排水孔孔距为2～3m，孔径约为150～200mm，不宜过小，以防堵塞。孔深一般为帷幕深度的～倍，高、中坝的排水孔深不宜小于10m。溢流重力坝和泄水孔的孔口设计泄水方式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。选用表面溢流式，表面溢流孔泄流能力大，宣泄同样的流量，表面溢流孔造价远小于深水泄水孔。孔口设计溢流坝的孔口设计涉及很多因素，如洪水设计标准、下游防洪要求、库水位壅高有无限制、是否利用洪水预报、泄水方式以及枢纽所在地段的地形、地质条件等。洪水标准洪水标准包括洪峰流量和洪水总量，是确定孔口尺寸、进行水库调洪演算的重要依据，可根据SL252-2000《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》的标定，参照下表选用。山区、丘陵区水利水电工程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5000～20002000～10001000～500500～200200～100由水文计算可知：校核洪水最大下泄流量1100m3/s，设计洪水下泄流量690m3/s。孔口型式选用开敞溢流式。这种型式的溢流孔除宣泄洪水外，还能用于排除冰凌和其他飘浮物。须设闸门，其闸门顶略高于正常蓄水位，堰顶高程较低，可以调节水库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的工作量，且当遭到意外洪水时可有较大的超泄能力。孔口尺寸（1）单宽流量的确定通过调洪演算，可得出枢纽的总下泄流量，通过溢流孔口的下泄流量应为式中为经过电站和泄水孔等下泄的流量；为系数，正常取用时取～，校核运用时取。设为溢流段净宽（不包括闸墩的厚度），则通过溢流孔口的单宽流量为对一般软弱岩石或裂隙发育岩石，左右；对较好的岩石，；对坚硬或完整岩石，。（2）孔口尺寸有闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流段分隔为若干个等宽的孔口。若孔口宽度为，则孔口数,一般选用略大于计算值的整数。令闸墩厚度为，则溢流前沿总长应为再利用下式求堰顶水头：式中：为闸墩侧收缩系数，与墩头型式有关；为流量系数，与堰顶型式有关；为重力加速度，。设计洪水位减去即为堰顶高程。闸门和启闭机工作闸门选用平面闸门，优点：结构简单，闸墩受力条件好，各孔口可共用一个活动式启门机。启闭机选用活动式启闭机，可以兼用于启吊工作闸门和检修闸门。闸墩和工作桥闸墩形状上游端采用半圆形，下游端采用方形。工作闸门槽深，宽，门槽处的厚度不得小于。溢流面体形设计溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：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、造价低、便于施工等。顶部曲线段选用WES型溢流堰顶部曲线，因为其流量系数较大且剖面较瘦，工程量较省，坝面曲线用方程控制。上游段曲线方程：下游段曲线方程：反弧段根据DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能，，为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。也可采用经验公式：中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。剖面设计溢流重力坝剖面与其邻近的非溢流重力坝的基本剖面相适应。上游坝面设计成铅直的，并与非溢流重力坝的上游坝面相一致。消能防冲设计由溢流坝下泄的水流具有巨大的能量，必须妥善进行处理，否则势必导致下游河床被严重冲刷，甚至造成岸坡坍塌和大坝失事。所以必须合理选择和设计消能，对枢纽布置、大坝安全及工程量都有重要意义。本设计选用挑流消能，能通过鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范围和流量分布，对尾水变幅适应性强，结构简单，施工、维修方便，工程量小。鼻坎挑射角度一般采用。鼻坎反弧半径一般采用，为鼻坎上水深。鼻坎坎顶应高出下游水位，一般1～2m为宜。水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为：式中：为水舌挑距，m；为重力加速度，；为坎顶水面流速，，约为鼻坎处平均流速的倍；为挑射角度；为坎顶平均水深在铅直向的投影，；为坎顶至河床面的高差，m。冲刷坑深度，工程上常按下式进行估算：式中：为水垫厚度，自水面至坑底的距离，m；为单宽流量；为上、下游水位差，m；为冲坑系数，对坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎、裂隙发育的基岩。目录设计计算书1重力坝设计……………………………………………………………21剖面设计………………………………………………………………………………………21坝顶宽度坝底宽度………………………………………………………………………21坝顶高程…………………………………………………………………………………21坝底高程…………………………………………………………………………………21坝坡系数的确定…………………………………………………………………………21稳定设计………………………………………………………………………………………22应力分析………………………………………………………………………………………24溢流重力坝和泄水孔的孔口设计……………………………………………………………26孔口尺寸…………………………………………………………………………………26溢流面体形设计…………………………………………………………………………26顶部曲线段…………………………………………………………………………26反弧段………………………………………………………………………………26消能防冲设计……………………………………………………………………………27设计计算书1重力坝设计剖面设计坝顶宽度&坝底宽度由算出坝高为米，所以坝顶宽度为，取6m；坝底宽度为，取45m。坝顶高程（分别按照设计情况和校核情况计算）根据规范计算，主要建筑物级别为3级：设计情况：校核情况：根据公式求出：设计情况：校核情况：所以：取其较大者，最后的坝顶高程为。坝底高程坝坡系数的确定在此坝的设计中，采用上游坝坡系数n=；经过m取各值的比较计算，采用下游坝坡系数m=。稳定设计非溢流坝体剖面图如下：扬压力计算简图：图3-4浪压力示意图荷载及荷载组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取1ｍ坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。荷载组合剖面面积取单宽，坝底宽，坝体材料重度，水的容重，折减系数设计情况：上游水位下游水位坝体自重↓静水压力：上游水平→上游垂直↓下游水平←下游垂直↓扬压力：↑↑↑↑波浪压力：此波为深水波→泥沙压力：已知浮容重水平压力：→垂直压力：↓∴↓↑→∴校核情况：上游水位下游水位坝体自重↓静水压力：上游水平→上游垂直↓下游水平←下游垂直↓扬压力：↑↑↑↑波浪压力：此波为深水波→泥沙压力：已知浮容重水平压力：→垂直压力：↓∴↓↑→∴应力分析设计情况：坝体自重：（逆）（逆）（逆）静水压力：（顺）（逆）（逆）（逆）（顺）扬压力：（顺）（顺）（顺）波浪压力：（顺）泥沙压力：（顺）（逆）∴（顺）校核情况：坝体自重：（逆）（逆）（逆）静水压力：（顺）（逆）（逆）（逆）（顺）扬压力：（顺）（顺）（顺）波浪压力：（顺）泥沙压力：（顺）（逆）∴（顺）溢流重力坝和泄水孔的孔口设计孔口尺寸单宽流量的确定由于坝址处基岩较坚硬完整，所以取。（2）孔口尺寸，其中为经过电站和泄水孔等下泄的流量，为；设计情况下取，校核情况下取。经过计算计算情况设计情况69050～709～13校核情况1100108950～7015～21根据上表计算所得数据，溢流段净宽取16米，孔数n=2，每孔净宽b=8m。溢流前沿总长。假定闸墩侧收缩系数，流量系数，由式，求得：设计情况下，堰顶高程=。闸门高度确定门高=正常高水位-堰顶高程+～=+=。取8m。溢流面体形设计顶部曲线段为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%～95%。通过计算，在校核洪水位时，堰顶水头为，所以，在本设计中，选，代入上、下游段曲线方向，即得顶部曲线段方程。上游段曲线方程：下游段曲线方程：反弧段根据DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能，，为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。假定流速系数，堰顶水头为，则：流速坎顶水深反弧段半径，取整数38米。消能防冲设计本设计选用，鼻坎坎顶高出下游水位。水舌挑射距离按水舌外缘计算：冲刷坑深度，工程上常按下式进行估算：选用。