1基本资料
1.1气象资料
本坝址位于四川仁寿县境内的***上，流域地处龙泉山以西、岷江以东地带。流域最高处位于灯塔乡与文公乡的界山顶, 系岷江水系***与沱江水系球溪河的支流龙溪河的分水岭, 海拔904m。流域最低处为***河口, 海拔395m, 流域相对高差504m。流域属亚热带湿润气候, 四季分明, 气候温和, 夏无酷暑, 冬无严寒。多年平均降水量1009mm, 降水量在年内分配不均, 主要集中在7、8两月, 7月平
均降水量244mm, 8月平均降水量234mm, 最多月降水量达507.16mm,流域内多年平均气温17.13℃，最高气温43℃，最低气温－4℃,霜期在11～2月间，约100天，每次霜期约为3～4天。
流域内雨量充沛，多年均雨日121天，多年平均降雨量1036.3mm，雨量年内分布不均，7～8月雨量占全年总雨量的50%左右。
流域内多年平均最大风速为20m/s。
1.2地形、地质资料
坝址位于某县官料河上游河谷地段，由于地质构造运动及长期风化剥蚀，库区多为平顶圆丘及丘陵间凹地，坝址处河谷不对称，谷地宽约为20m，覆盖层厚度小于3m。
库区位于龙泉上背斜末端某县背斜西翼轴以东，属于中生代上侏罗纪，白垩纪地层以及新生代第四纪沉积。坝址区地质构造处于某县背斜西翼的单斜层上，地层平缓，一般倾角5～8°。坝址属白垩纪嘉定统，为砖红色细粒、中细粒泥质、钙质胶结的块层砂岩。岩层一般强度不高，易风化，风化层深度5～7m。上游( 仁寿县境内) 地貌以丘陵为主, 海拔450m～500m, 相对高差30m,切割不深, 地形开阔, 田连阡陌, 土层深厚, 垦植指数较高。下游( 眉山、青神境内) 地貌以缓丘平坝为主, 丘顶浑圆或呈方山状, 斜坡多具不明显的台阶,丘间平坝坦荡, 地面微有倾斜, 与冲积平原浑然一体。根据有关规范坝址地震设计烈度为7度。
1.3有关技术指标及相关参数
1、库容：总库容0.8亿m3
防洪库容0.3亿m3
兴利库容0.4亿m3
死水库容0.1亿m3
2、水位：设计洪水位1704.50m（P=1%）
正常蓄水位1702.00m
死水位1680.00m
3、淤沙高程：1677.00m；
淤沙容重：8.5KN/m3；
内摩擦角：18°；
4、坝址处河谷底面新鲜基岩面高程：1666.00m；
5、坝顶宽度：根据交通要求取为7.0m；
6、流量及水位：设计洪水流量355m3/s；
相应下游水位1674.50m；
校核洪水位流量475m3/s；
相应下游水位1676.00m。
7、其他有关参数：
基岩与坝基面摩擦系数：f=0.55
坝体混凝土容重：24KN/m3
坝基扬压力折减系数：α=0.3
坝基排水孔中心线距坝踵处6.5m
水库吹程：1.22km
坝基部分混凝土标号：C15
坝址基岩的允许承载力：基本组合70Mpa
考虑地震100Mpa
坝址下游基岩允许单宽流量：q=50 m3/s.m
8、坝轴线根据地形和枢纽布置等综合分析而确定，已在地形图中标明。详
见附图一。
2工程概况
2.1工程分等与建筑物分级
根据规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》，确定本枢纽工程规模为Ⅲ等中型工程，其主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物为5级。
2.2坝址选择
该河道河谷为壮年期类型，浅滩深渊交替，河道稳定，断面冲淤极微，河谷断面形状除上游和峡谷地区多呈“V”形外，中下游一带均为浅槽形或梯形，坝址区域多为花岗岩，完整性较好，覆盖层及风化层均较薄。
2.3枢纽布置
本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段布置在主河槽处，冲沙孔布置在电站进水口附近。
本枢纽的主体工程由挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段及其建筑物组成，电站为引水式电站。该坝坝基面最低高程为1666.00m ，坝顶高程为1707.50m ，枢纽工程布置图附后（见附图二）。
非溢流坝段：坝顶宽度为7m ，坝顶两侧各设一宽1m 的人行道。坝顶的上游侧设置高1.2m 宽0.5m 的钢筋混凝土结构防浪墙，下游设置栏杆。沿坝轴线方向每隔20m 设置一个照明灯。坝上游面为折线面，起坡点高程为1666.00m ，坡度为1：0.2，折坡点高程为1687.35m ；下游面坡度为1：0.7，折坡点高程为1698.69m 。
溢流坝段：该坝段全长20.00m ，共分3孔，每孔净宽3.00m ，中墩厚3.0m ，边墩厚2.5m ；坝顶宽20.40m ，分为便桥、工作桥、交通桥三部分。溢流堰顶高程为1697.45m ；堰顶安装工作闸门和检修闸门，闸门宽×高=3×7。工作闸门为弧形闸门，采用坝顶工作桥卷扬式启闭机启闭。工作桥面与非溢流坝顶高程一致。溢流堰面采用WES 曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为1677.87m ，反弧半径为20m ，挑射角为25o ，边墩向下游延伸成导水墙。
3 设计计算
3.1 溢流坝结构设计 3.1.1 溢流坝前缘宽度计算
由设计洪水流量确定溢流前缘宽度
q
Q
L =
L —溢流前缘宽度m ；Q —设计洪流量355m3/s ； q —下游基岩允许单宽流量50m 3/s .m ；则.1m 750
355
q Q L ===
3.1.2 溢流坝孔口宽度及孔数计算
（1）孔口净宽拟定
分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度。计算成果见下表
表3.1 空口宽度计算成果
计算情况 流量Q （ m3/s ）
单宽流量q[ m3/（s.m ）]
孔口净宽B （m ）
设计情况 355 50 7.1 校核情况 475
50
9.5
根据以上计算，溢流坝孔口净宽取9m ，设每孔宽度为3m ，则孔数为3。 （2）溢流坝段总长度确定
初步拟定闸墩厚度，中墩厚d =3m ，边墩厚t =2.5m ，则溢流坝段的总长度B 0为： B 0=nb +（n -1）d +2t =9+6+5=20m 3.1.3 溢流坝坝顶高程计算
初拟侧收缩系数ε＝0.95，流量系数m ＝0.502，因为过堰水流为自由出流，故σs ＝1，由堰流公式计算堰上水头H ，计算设计洪水位水位减去其相应的堰上水头即为堰顶高程，根据公式
23
o s H g 2mnb Q εσ=，计算如下：
表3.2 堰上水头计算成果
计算情况
流量
Q
（ m 3/s ）
侧收缩系数
ε 流量系数
m 孔口净宽度
（m ） 堰上水头H 0
（m ） 设计情况 355 0.95 0.502 9.0 7.04 校核情况
475
0.95
0.502
9.0
8.55
则溢流坝顶高程=设计洪水位－设计时堰上水头 =1704.50－7.04=1697.46m 。 3.1.4 校核洪水位计算
则校核洪水位=溢流坝顶高程＋校核时堰上水头=1697.46＋8.55=1706.01m 。 3.1.5 溢流面曲线设计
流坝剖面除应满足强度、稳定性和经济条件外，其外形尚须考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形修改而成，内部与非溢流坝相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及挑流鼻坎组成，上游面为直线或折线。
溢流曲线要求：①有较高的流量系数；②水流平顺，不产生空蚀。
溢流面采用WES 曲线曲线。
本设计采用的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 =0.2，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。
(1) 顶部曲线段
我国现行规范推荐采用幂曲线，即WES 曲线, 其曲线方程为：
y kH X 1
n d n -=
式中：n 、k ——系数，n =1.85，k =2.0；
Hd ——定型设计水头，m ，（一般为校核水位－堰顶水头的75%-95%）。在本次设计中，按85%计算。 堰上最大水头Hmax ＝校核洪水位－堰顶高程即：Hmax ＝1706.01－1697.46＝8.55m 。Hd ＝0.85×（1706.01－1697.46）＝7.27m 。由Hd / Hmax =0.85，查表知堰顶负压值为0.3 Hd =0.3×7.27=2.18m 小于规定的允许值（3～6m 水柱），满足规范要求。代入WES 曲线经计算，WES 曲线方程为：
5
.815
.805.815.80s 5.81x 926.007
.272x H 2x y ?=?== (坐标原点为堰顶,同时确定上游面是铅直的) 表3.3 WES 曲线方程图
（2） 椭圆曲线。堰面曲线原点上游采用椭圆曲线，其方程为：
1bH y bH aH x 2
2
d d 2d 2=-+）
（）（）（ 因上游面垂直，故取a ＝0.3，b =a /(0.78+3a )＝0.178 图中的 aH d =2.18 bH d =1.29 所以带入得椭圆曲线方程为
19
.219.21y 8.12x 2
2
22=-+）
（ 可以通过描绘几个不同的点来确定这个曲线。详图见溢流坝的剖面图。（见附图三） (3) 中间直线段
溢流坝的中部为直线段，要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，坡度和非溢流坝保持一致，为1：0.7。其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。
由于曲线和直线相切，那么切点处WES 曲线的导数的值为1/0.7。对WES 求导， y ′=(0.0926.x1.85)′=0.171.x0.85=1/0.7 由此求得切点位于(9.40,12.15)
3.2 消能防冲设计
本设计采用挑流消能的消能方式。挑流消能是利用溢流坝下游的挑流鼻坎将从坝顶下泄的高速水流抛向空中，使水流扩散、掺气，然后跌入下游河床的水垫中。水流在同空气摩擦的过程中可消耗一部分能量，水流进入水垫后，发生强烈的摩擦、旋滚，冲刷河床形成冲坑，其余大部分能量消耗于冲坑中。
表3.4 消能防冲示意图
挑流鼻坎设计主要是选择合适的鼻坎型式、鼻坎高程、挑射角及反弧半径。鼻坎的型式选择连续式。连续式鼻坎结构简单，施工方便，鼻坎上水流平顺，挑距较远，应用也广泛。鼻坎挑射角一般取θ＝20°～25°，本设计采用挑角θ＝25°。鼻坎坎顶高程宜高出下游最高水位1～2ｍ，校核洪水位时对应的下游最高水位为1676.00米。
3.2.1 堰面流速系数?
3.5
0E
K 55
.001-
=ψ 式中
--流能比
E K ，.5
11
E S g q K =
（1S 为上游水面至挑坎顶部的高差，1
S =1706.01-1676.0=30.01ｍ）
Ｑ――校核洪水时溢流坝下泄流量，475 m 3/s ；Ｂ――鼻坎处水面宽度，11m ；q--单宽流量，q =31.67 m 3/s
所以 K E =q /g0.5（s11.5）=31.67/2044=0.01549 ?=0.8233
3.2.2 鼻坎处水流平均流速υ
υ＝
1gs 2ψ
式中?——堰面流速系数，其中1
S ——上游水面至挑坎顶部的高差
υ=19.97m ／s
3.2.3 反弧半径Ｒ
h ——校核洪水闸门全开是反弧处的水深 h =Q /(B ×V )=475/(11×19.97)=2.16m
查规范反弧半径Ｒ=（4--10）h =9.28～23.2m ，所以取Ｒ为20ｍ。 鼻坎高程为1676+R (1-cos25)=1676+20（1-cos25）=1676+1.87=1677.87m 高出下游水位1.87米，满足要求。
3.2.4 挑距L
（水舌外缘计算，其估算公式如下）
[]
）（2122
1121h h g 2sin v cos v cos sin v g
1L +++=
θθθθ
L ——水舌挑距ｍ；g ——重力加速度9.82
/m s ；1v
——坎顶水面流速，约为鼻坎处平均流速v 的1.1倍；θ——挑角取25°；
1
h ——坎顶平均水深h 在铅直向的投影；
2
h ——坎顶至河床面的高差。
△L =T /(tanβ) 其中：
△L ——水舌外缘与河床面交点到冲坑最深点的水平距离； β——入水角，指水舌外缘与下游水面的夹角。 L '=L +△L
其中：L '——总抛距。
表3.5 计算成果表
坎顶水面流速(m /s ) 坎顶平均水深(m ) 坎顶垂直方向
水深(m ) L (m )
入水角(°) △L (m )
总抛距
L '(m ) 24.542 1.419
1.287
64.535
30.338
11.088
75.622
3.2.5 冲刷坑深
最大冲坑水垫厚度t k （自水面至坑底）计算公式： 5.200.5
k H kq
t =
其中：q 单宽流量(m 2/s )，H 上下游水位差(m )，k 冲刷系数。 冲坑深度T （自河床面至坑底）计算公式： T=tk-ht 其中：ht 下游水深。
表3.6 冲坑深度计算成果
上下游水位差(m )
水垫厚度(m ) 冲坑深度(m ) 30.010
14.489
6.489
3.2.6 冲刷坑深验算冲刷坑后坡是否满足要求
为了保证大坝的安全，挑距应有足够的长度，《混凝土重力坝设计规范》中7.4.2规定：“挑流消能的安全挑距，以不影响坝址基岩稳定为原则。冲坑最低点距坝址的距离应大于2.5倍坑深”。即规范规
定许可的最大后坡为：iK=1/2.5，当冲刷坑后坡i 校核洪水位荷载计算（软件计算） 表3.7 荷载计算 荷载 垂直力（KN ） 水平力（KN ） 对坝底中点的力臂 力矩（KN .m ） ↓ ↑ → ← 逆时顺时自重 W 498 157 3.92 1953 水压力 P 9813.33 2101P 3.33 3263 水重 Q 242 2.70 6548 Q 221 26.00 5758 浪压力 P 38. 143 39.16 1513泥沙压力 P s 3.67 52 4.33 扬压力 U 108 U 643 12.30 7917小计 544 701.66 172 760.28 157 727.98 98 00.00 104.41 2627 149.70 2894 950.37 合计 371941.38 147927.98 267800.67 3.4 溢流坝稳定分析 上游校核洪水位为1706.01m ，相应下游洪水位为1676.00m 。根据《重力坝设计规范》要求抗滑安全系数Ks ≧1.05。 抗滑稳定系数按公式 P U -W f K s ∑∑=） （ （2-1） 计算式中： ∑W —总铅直力； ∑P —总水平力； ∑M —对坝截面形心的总力矩。 设计洪水位时抗滑稳定验算： 由（2-1）式得 s K ＝0.55×371941.38/147927.98=1.38＞1.00 溢流坝校核洪水位情况下，地基满足抗滑稳定要求。 3.5 溢流坝强度验算 坝基面应力：)B 6e (1LB G P max min ±?∑= Pmax /min —坝基面应力的最大值或最小值（Kpa ）； ∑G —作用在坝基面的全部竖向荷载（包括坝基面上的扬压力在内，KN ）； L —坝基面垂直水流方向的长度； B —坝基面顺水流方向的长度； e —偏心矩 经计算：e=0.7 Pmax=72.51MPa ＜100MPa Pmix=62.00MPa ＜100MPa Pmax/min=1.17＜1.5 综上可知，剖面尺寸满足抗滑稳定和强度要求。 3.6 非溢流坝结构设计 3.6.1 非溢流坝坝顶高程计算 波浪要素按官厅水库公式计算： 3 1 45o l D V 166.00h = 0.8 l )10.4(h L = L H 2cth L h hz 2 l ππ= L —波长m ； D —风区长度km ； H —坝前水深m ； hl —波浪高度m ； hz —波浪中心线高于静水面的高度m ； V o —计算风速，设计洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍,此处取1.5,即风速为30.0m /s ；校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速为20.0m /s 。 坝顶或防浪墙高程＝设计洪水位设h ?+ 坝顶或防浪墙高程＝校核洪水位校h ?+。 z c l h h h h ++=?。 h ?—坝顶高于静水位的超高值 c h —坝顶安全超高（查非溢流坝坝顶安全超高表）。 坝体按三级建筑物考虑取安全超高分别为：设计情况0.4m ，校核情况0.3m 。坝顶高程如下表所示： 3.7 坝顶高程计算 计算情况 风速 V （m/s ） 波浪高度 l h （m ） 波浪长度L （m ） 风壅水高z h （m ） 安全加高c h （m ） 静水超高 h ?（m ） 坝顶高程（m ） 设计情况 30.0 1.25 12.43 0.39 0.4 2.04 1706.54 校核情况 20.0 0.91 9.64 0.27 0.3 1.48 1707.49 根据以上计算比较，取坝顶高程为1707.50m ；防浪墙设计为高1.2m ，宽0.5m 的钢筋砼结构。 3.6.2 非溢流坝几何尺寸拟定 3.6.2.1 非溢流坝高度和坝顶宽度 坝高=坝顶高程-基岩高程=1707.50m -1666.00m =41.50m 根据交通要求坝顶宽度取为7.0m 3.6.2.2 非溢流坝坝面坡度 根据工程经验，上游坝坡系数常采用n =0～0.2；下游坝坡系数常采用m =0.7～0.75；在此坝的设计中，采用上游坝坡系数n =0.2, 上游起坡点高度42.69×1/2=21.35m ，经过取各值的比较计算，采用下游坝坡系数m =0.7。 3.6.2.3 非溢流坝底宽 由上下游起坡点高程、坡度、边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为34.15m ，在（0.7～0.9）坝高=29.88m ～38.42m 范围内，坝底宽度满足要求。 表3.8初步拟定非溢流坝剖面简图 3.7非溢流坝应力及抗滑稳定计算 3.7.1应力计算 3.7.1.1坝趾抗压强度验算 荷载组合:运用期-特殊组合-校核洪水位 (1)各种荷载对计算截面的作用力（电算） 表3.9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+000-1.704e+004+6.410e+004永久设备+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000附加荷载+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000静水压力(上游) +8.004e+003-1.253e+003-8.771e+004静水压力(下游) -5.000e+002-3.500e+002-3.493e+003 扬压力(渗透力) +0.000e+000+2.513e+003-1.996e+004 淤沙压力+1.436e+002-5.440e+001+5.370e+001 浪压力+3.866e+001+0.000e+000-1.514e+003 土压力(上游) +1.730e+002-3.460e+001+4.179e+002 土压力(下游) -2.000e+001-1.400e+001-2.192e+002 总计+7.839e+003-1.282e+004-4.832e+004 (2)计算截面的几何参数 截面长度=34.153m对形心轴的惯性矩=3319.750m3，上游坡度=0.200，下游坡度=-0.700。 (3)坝趾混凝土抗压强度检算 坝趾面垂直应力σy = Σ W/A - Σ Mx/J = 12820.063/34.153 - (-48319.992*17.076)/3319.750 = 0.624MPa 混凝土极限抗压强度Ra = 26.20MPa 抗压安全系数K = 3.50 混凝土的允许应力[σ] = Ra/K = 26.200/3.50 = 7.486MPa σy < [σ]，坝趾混凝土抗压强度满足要求 (4)坝趾基岩抗压强度检算 基岩的允许应力[σ] = 70.000MPa σy < [σ]，坝趾基岩抗压强度满足要求 3.7.1.2坝踵抗拉验算 荷载组合:运用期-特殊组合-校核洪水位 (1)各种荷载对计算截面的作用力表（电算） 表3.10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+000-1.704e+004+6.410e+004 永久设备+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000 附加荷载+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000 静水压力(上游) +8.004e+003-1.253e+003-8.771e+004 静水压力(下游) -5.000e+002-3.500e+002-3.493e+003 扬压力(渗透力) +0.000e+000+2.513e+003-1.996e+004 淤沙压力+1.436e+002-5.440e+001+5.370e+001 浪压力+3.866e+001+0.000e+000-1.514e+003 土压力(上游) +1.730e+002-3.460e+001+4.179e+002 土压力(下游) -2.000e+001-1.400e+001-2.192e+002 总计+7.839e+003-1.282e+004-4.832e+004 (2)计算截面的几何参数 截面长度=34.153m对形心轴的惯性矩=3319.750m3 上游坡度=0.200下游坡度=-0.700 (3)坝踵混凝土抗拉强度 坝踵垂直应力σy = -(Σ W/A + Σ Mx/J) = -(12820.063/34.153 + (-48319.992*17.076)/3319.750) = -0.127MPa 混凝土极限抗拉强度Ra = 0.00MPa 混凝土的允许应力[σ] = 0.000MPa σy < [σ]，坝踵混凝土抗拉强度满足要求。 3.7.1.3下游面抗拉验算 荷载组合:运用期-特殊组合-校核洪水位 (1)各种荷载对计算截面的作用力（电算） 表3.11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+000-1.704e+004+6.410e+004 永久设备+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000 附加荷载+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000 静水压力(上游) +8.004e+003-1.253e+003-8.771e+004 静水压力(下游) -5.000e+002-3.500e+002-3.493e+003 扬压力(浮托力) +0.000e+000+3.415e+003+0.000e+000 扬压力(渗透力) +0.000e+000+2.513e+003-1.996e+004 淤沙压力+1.436e+002-5.440e+001+5.370e+001 浪压力+3.866e+001+0.000e+000-1.514e+003 土压力(上游) +1.730e+002-3.460e+001+4.179e+002 土压力(下游) -2.000e+001-1.400e+001-2.192e+002 总计+7.839e+003-1.282e+004-4.832e+004 (2)计算截面的几何参数 截面长度=34.153m对形心轴的惯性矩=3319.750m3 上游坡度=0.200下游坡度=-0.700 (3)坝趾混凝土抗压强度检算 坝趾面垂直应力σy = -(Σ W/A - Σ Mx/J) = -(12820.063/34.153 - (-48319.992*17.076)/3319.750) = -0.624MPa 混凝土的允许应力[σ] = 0.100MPa σy < [σ]，坝趾混凝土抗拉强度满足要求。 (4)坝趾基岩抗拉强度检算 基岩的允许应力[σ] = 70.000MPa σy < [σ]，坝趾基岩抗拉强度满足要求。 3.7.1.4坝内应力计算 计算说明:正应力以受压为正 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 应力云图如下（电算）： 表3.12应力云图 3.7.2坝体抗滑稳定计算 3.7.2.1坝体混凝土与坝基接触面的抗滑稳定验算 荷载组合:运用期-特殊组合-校核洪水位 ① 各种荷载对截面的作用力（电算） 表3.13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+000-1.704e+004+6.410e+004永久设备+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000附加荷载+0.000e+000+0.000e+000+0.000e+000静水压力(上游) +8.004e+003-1.253e+003-8.771e+004静水压力(下游) -5.000e+002-3.500e+002-3.493e+003扬压力(浮托力) +0.000e+000+3.415e+003+0.000e+000扬压力(渗透力) +0.000e+000+2.513e+003-1.996e+004淤沙压力+1.436e+002-5.440e+001+5.370e+001浪压力+3.866e+001+0.000e+000-1.514e+003土压力(上游) +1.730e+002-3.460e+001+4.179e+002土压力(下游) -2.000e+001-1.400e+001-2.192e+002总计+7.839e+003-1.282e+004-4.832e+004 ②计算截面的几何参数 截面长度= 34.153m上游坡度= 0.200下游坡度= -0.700 ③坝基面抗剪断强度验算 滑动力 = 7839.244kN 坝体混凝土与坝基接触面抗剪断摩擦系数 = 1.15 坝体混凝土与坝基接触面抗剪断粘聚力 = 1.15MPa 抗滑力 = 1.15*12820.06 + 1.15*1000*34.15 = 54019.020kN 抗剪断安全系数K' = 6.891 K' > 2.500，坝基面抗剪断强度满足要求。 ④坝基面抗剪强度验算 滑动力 = 7839.244kN 坝体混凝土与坝基接触面抗剪摩擦系数 = 1.05 抗滑力 = 1.05*12820.06 + 1.15*1000*34.15 = 13461.065kN 抗剪断安全系数K' = 1.717 K' > 1.050，坝基面抗剪强度满足要求。 3.8细部构造 3.8.1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。坝顶公路两侧分别设有宽0.5m 和1m的人行道，并高出坝顶路面20cm，坝顶总宽度为7m，下游侧设置栏杆及路灯。 3.8.2坝体结构 横缝 垂直于坝轴线布置，缝距为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1.0mm厚的紫铜片，第一道止水片距上游坝面1.0m。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。 3.8.3廊道设计 3.8.3.1坝基灌浆廊道 位置：廊道底部距坝基面6.5m，廊道底部形状：城门洞形，底宽2m，高3m。上游侧（中心点）距上游坝面6m；部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井。平行高，坡度不大于40o。 3.8.3.2坝体排水廊道 坝体排水廊道利用坝基灌浆廊道，左右岸各有一个出口。 3.8.4坝体防渗与排水 3.8. 4.1坝体防渗 在坝的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一层厚2m具有防渗性能的混凝土作为坝体的防渗设施。 3.8. 4.2坝体排水 据坝的上游面6.5m沿坝轴线方向设一排竖向排水管幕。管内径为20cm，间距为3m，上端通至 坝顶，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用无砂混凝土管 3.8.5坝体混凝土的强度等级 坝体混凝土应满足强度、抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷、低热、抗裂、硬化时体积变小等性能的要求。为了合理使用材料，坝体混凝土可按不同部位、不同的工作条件采用不同强度等级，通常可分为下列区域： Ⅰ区：上下游最高水位以上坝体外部表层混凝土； Ⅱ区：上下游水位变化范围内坝体外部表层混凝土； Ⅲ区：上下游最低水位以下坝体外部表层混凝土； Ⅳ区：坝体基础混凝土； Ⅴ区：坝体内部混凝土； Ⅵ区：抗冲刷部位混凝土。 混凝土分区的尺寸：一般外部（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）混凝土各区厚度最小2～3M，上游面的厚度比下游面大，基础混凝土（Ⅳ区）厚度为0.1B（B为坝体底宽），并不小于3M，不同强度等级混凝土之间要有良好的接触带。坝体分区见图3.14所示。 表3.14坝体分区图 重力坝设计说明书 《水工建筑物》课程设计 姓名： 专业： 学号： 基本资料一、基本情况 本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m ， 坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高， 抗冲能力强。 3水库死水位51.0m，死库容亿m，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位84.72m、下游水位46.45m。二、气候特征 1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现 期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km； 2、最大冻土层深度为125m； 3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。三、工程地质条件 1、坝址地形地质（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m； （2）、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m 左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。 2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km均可开采，储量足。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。 大坝设计 一、工程等级 3 3本水库死库容亿m，最大库容未知，估算约为5亿m左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。二、坝型确定 1 目录 目录 (1) 第1章非溢流坝设计 (4) 1.1坝基面高程的确定 (4) 1.2坝顶高程计算 (4) 1.2.1基本组合情况下： (4) 1.2.2特殊组合情况下： (5) 1.3坝宽计算 (6) 1.4 坝面坡度 (6) 1.5 坝基的防渗与排水设施拟定 (7) 第二章非溢流坝段荷载计算 (8) 2.1 计算情况的选择 (8) 2.2 荷载计算 (8) 2.2.1 自重 (8) 2.2.2 静水压力及其推力 (8) 2.2.3 扬压力的计算 (10) 2.2.4 淤沙压力及其推力 (12) 2.2.5 波浪压力 (13) 2.2.6 土压力 (14) 第3章坝体抗滑稳定性分析 (16) 3.2 抗滑稳定计算 (17) 3.3 抗剪断强度计算 (18) 第4章应力分析 (20) 4.1 总则 (20) 4.1.1大坝垂直应力分析 (20) 4.1.2大坝垂直应力满足要求 (21) 4.2计算截面为建基面的情况 (21) 4.2.1 荷载计算 (22) 4.2.2运用期（计入扬压力的情况） (23) 4.2.3运用期（不计入扬压力的情况） (23) 4.2.4 施工期 (23) 第5章溢流坝段设计 (25) 5.1 泄流方式选择 (25) 5.2 洪水标准的确定 (25) 5.3 流量的确定 (25) 5.4 单宽流量的选择 (25) 5.5 孔口净宽的拟定 (26) 5.6 溢流坝段总长度的确定 (26) 5.7 堰顶高程的确定 (27) 5.8 闸门高度的确定 (27) 5.9 定型水头的确定 (28) 5.10 泄流能力的校核 (28) 5.11.1 溢流坝段剖面图 (29) 5.11.2 溢流坝段稳定性分析 (29) （1）正常蓄水情况 (29) （2）设计洪水情况 (30) （3）校核洪水情况 (30) 第6章消能防冲设计 (31) 6.1洪水标准和相关参数的选定 (31) 6.2 反弧半径的确定 (31) 6.3 坎顶水深的确定 (32) 6.4 水舌抛距计算 (33) 6.5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 (34) 第7章泄水孔的设计 (36) 7.1有压泄水孔的设计 (36) 7.11孔径D的拟定 (36) 7.12 进水口体形设计 (36) 7.13 闸门与门槽 (37) 7.14 渐宽段 (37) 7.15 出水口 (37) 7.15 通气孔和平压管 (38) 参考文献 (39) XXXXXX 继续教育学院 毕业论文 题目 XXX水库 混凝土重力坝枢纽设计 专业水工 层次专升本 姓名 学号 前言 关键词：重力坝剖面稳定应力细部构造地基处理 本次设计内容为河南南潘家口水利枢纽，坝型选择为混凝土重力坝，坝轴线选择和枢纽布置见1号图SG-01潘家口水库平面图所示。 整座重力坝共分53个坝段，主要有非溢流挡水坝段、溢流表孔坝段、溢流底孔坝段和电站厂房坝段。其中非溢流挡水坝段每坝段宽15米，分布于大坝两端；厂房坝段每段宽16米，布置在靠近右岸的主河床上，装机3台机组；底孔坝段每段宽22米，布置在厂房坝段左侧的主河床上；溢流坝段每段宽18米，布置在滦河主河床上。详见1号图SG-02下游立视图。 挡水坝段最大断面的底面高程为128米，坝顶高程为228米，防浪墙高1.2米，最大坝高为101.2m，属高坝类型。坝顶宽12米，最优断面的上游坝坡坡率为1:0.2，上游折坡点高程为181米，下游坝坡坡率为1:0.7，下游折坡点高程688.98英尺，详细情况参见1号图SG-03挡水坝剖面图。 溢流坝段最大断面的底面高程为126米，堰顶高程210米，溢流堰采用WES曲线设计，直线段坡率为1：0.7，反弧段半径取25.0米，鼻坎高程取159米，上游坝坡坡率取1：0.2，折坡点高程为181米，上游坝面与WES曲面用1/4椭圆相连，详细情况见1号图SG-02溢流堰标准横断面图所示。 本枢纽溢流堰采用挑流方式消能，挑角取250。止水采用两道紫铜中间加沥青井的形式。坝基防渗处理（主要依据上堵下排的原则），上游帷幕灌浆（两道），下游侧设置排水管。 以非溢流挡水坝段为计算选择断面，进行了抗滑稳定分析和应力分析，分别采用抗剪断计算法和材料力学法计算法进行计算，最终验算满足抗滑稳定，上游坝踵没有出现拉应力，设计剖面合理可行。 本次设计只是部分结构物设计，考虑问题较单一，采用基础资料一般以书本为主，跟实际情况难免有出入，敬请读者批评指正。 编者 2008.9 第三部分枢纽布置 （1）坝型的选择 坝型根据：坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。河床冲积层厚度一般为2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。且河床堆积块石、孤石和卵石，但是缺乏土料。浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工质量难以控制，故本工程采用混凝土重力坝。 （2）坝轴线的选取 坝址河段长350m，河流方向为N20E，其上、下游河流方向分别为S70E 和S80E。坝址河谷呈“V”型，两岸 h山体较雄厚，地形基本对称，较 1 完整，两岸地形坡度为30°-40°。河床宽20-30m，河底高程约 556-557m。坝轴线取在峡谷出口处，此处坝轴线较短，主体工 程量小，建库后可以有较大库容。 （3）地形地质 坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。河床冲积层厚度一般为2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。 （4）坝基参数 坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。坝址发育11 条断层。建议开挖深度：河中5m，左岸6-12m，右岸6-15m。 （5）基本参数 干密度2.61g/cm 3 ，饱和密度2.62 g/cm 3 ，干抗压强度 92-120MPa，饱和抗压强度83-110MPa，软化系数0.9，泊松比 0.22-0.23。混凝土与基岩接触面抗剪断指标：Ⅲ类岩体，抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚力09.-1.1MPa。坝基高程为550m. 正常水位642.00m 设计水位642.71m 校核水位643.69m （6）工程级别：本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合口下游约2.5km的峡谷中，坝址集水面积144.5km2，又知河底高程556-557m。可算的水库容容量约为0.12亿立方米，大坝的工程级别为中型级别。 第三部分非溢流坝段设计 （1）剖面尺寸的拟定 1、坝顶高程的确定 坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用下列公式进行： 波浪要素按官厅公式计算: Δh = h1+ hz + hc Δh—库水位以上的超高，m； h1—波浪高度，m； hz —波浪中心线超出静水位的高度，m； hc —安全超高，按表2-1 采用,对于2级工程，设计情况hc＝0.5m，校核情况hc＝0.4m。 目录 第一章调洪演算 ........................ - 3 - 1.1 调洪演算的原理.......................................... - 3 - 1.2 调洪方案的选择.......................................... - 3 - 1.2.1对以下四种方案进行调洪演算......................... - 3 - 1.2.2方案比较........................................... - 7 - 1.2.3 2浅孔+2中孔方案选定后坝顶高程的计算 .............. - 8 -第二章大坝工程量比较 .................. - 10 - 2.1 大坝剖面设计计算....................................... - 10 - 2.1.1混凝土重力坝设计.................................. - 10 - 2.2 大坝工程量比较......................................... - 17 - 2.2.1重力坝工程量...................................... - 17 - 2.2.2拱坝工程量........................................ - 18 - 2.2.3重力坝与拱坝工程量比较............................ - 19 -第三章第一主要建筑物的设计 ............ - 19 - 3.1 拱坝的型式尺寸及布置................................... - 19 - 3.1.1坝型选择.......................................... - 19 - 3.1.2拱坝的尺寸........................................ - 19 - 3.2 荷载组合............................................... - 23 - 3.2.1 正常水位+温降 .................................... - 23 - 3.2.2 设计水位+温升 .................................... - 23 - 3.2.3 校核水位+温升 .................................... - 23 - 3.2.4 正常水位+温降+地震 ............................... - 23 - 3.3 拱坝的应力计算......................................... - 23 - 3.3.1对荷载组合1，2，3使用FORTRAN程序进行电算........ - 23 - 3.3.2对荷载组合4进行手算.............................. - 24 - 3.4 坝肩稳定验算........................................... - 37 - 3.4.1计算原理.......................................... - 37 - 3.4.2验算工况.......................................... - 38 - 3.4.3验算步骤.......................................... - 38 - 4.1泄水建筑物的型式尺寸 ................................... - 42 - 4.2坝身进水口设计 ......................................... - 42 - 4.2.1管径的计算........................................ - 42 - 4.2.2进水口的高程...................................... - 42 - 4.3泄槽设计计算 ........................................... - 43 - 4.3.1坎顶高程.......................................... - 43 - 4.3.2坎上水深h ........................................ - 43 - c 4.3.3反弧半径R ........................................ - 44 - 第一章设计基本资料及任务 第一节设计基本资料 一、枢纽任务 本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用。水电站装机容量为21.75万kW，装3台机组。正常蓄水位为110.5m，死水位为86.5m，三台机满载时的流量为405m3/s。采用坝后式厂房。工程建成后，可增加保灌面积90万亩，减轻洪水对下游城市和平原的威胁。在遇P=0.02%和P=0.1%频率的洪水时，经水库调节后，洪峰流量可由原来的18200m3/s、14100 m3/s分别削减为6800 m3/s和6350 m3/s；水库蓄水后形成大面积水域，为发展养殖业创造有利条件。 二、基本资料 1、规划数据 本重力坝坝高86.9m，坝全长368m，溢流坝位于大坝中段长度73米，非溢流坝分别接溢流坝两侧各147.5m，坝顶宽度8m，坝底宽度80.5m，坝底高程28m，坝顶高程114.9m，正常蓄水位110.5m，死水位86.5m。 坝址处的河床宽约120m，水深约1.5～4m。河谷近似梯形，两岸基本对称，岸坡取约35o。 2、工程地质 坝基岩性为花岗岩，风化较深，两岸达10m左右。新鲜花岗岩的饱和抗压强度为100～200MPa，风化花岗岩为50～80Mpa。坝址处无大的地质构造。 3、其他资料 - 1 - （1）风向吹力：实测最大风速为24m/s，多年平均最大风速为20m/s，风向基本垂直坝轴线，吹程为4km。 （2）本坝址地震烈度为7度。 （3）坝址附近卵砾石、碎石及砂料供应充足，质量符合规范要求。 三、表格 表1比选数据 - 2 - 表2岩石物理力学性质 四、参考文献 1．混凝土重力坝设计规范水利电力部编 2．水工建筑物任德林河海大学出版社 3．水工设计手册泄水与过坝建筑物水利电力出版社 4．混凝土拱坝及重力坝坝体接缝设计与构造水电部黄委会编 第二节设计任务 一、枢纽布置 （1）拟定坝址位置 - 3 - 5.1重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程1152.00m，坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m B10 。 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～0.2，下游边坡坡率m=0～0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2，下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m。 5.1.2剖面设计原则 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压应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。 5.2重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。 表4.5 荷载组合表 组合情况相关 工况 自 重 静水 压力 扬压 力 泥沙 压力 浪压 力 冰压 力 地震 荷载 动水 压力 土压 力 基本正常√√√√√√ 重力坝课程设计 一、目的 1、学会初拟重力坝尺寸的方法； 2、掌握重力坝抗滑稳定计算和应力计算； 3、进一步认识重力坝的结构特点。 二、基本资料 （一）、水文、气象及泥沙资料 通过对区域内水文气象资料的调查和分析计算，设计中所采用的水文、气象及泥沙参数见下表1。 （二）、地质资料 1、坝址地质资料 选定坝址河谷呈基本对称的“V”形谷，左岸山体坡角48°，右岸山体坡角46°，两岸地貌主要为侵蚀切割形成的平缓脊状山岭地貌，河谷地貌为侵蚀-构造类型。坝址处出露地层为峨嵋山玄武岩(P2β)，岩层无产状，岩层倾向总体倾向河床下游偏右岸。坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m，局部地段深达7m以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m，在河床左岸坡厚7.5m，在河床右岸坡厚8m，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m，在河床左岸坡厚4m，在河床右岸坡厚3.5m。再往下为微风化和新鲜岩石。 经取样试验，结合有关工程经验类比，参考有关设计规范，地质专业提出了岩石（体）物理、力学参数，见表5-2～表5-4。 表5-2 岩土质物理力学性质建议指标 表5-3 坝基岩体力学参数 （三）特征水位 （四）坝址处地形图 三、要求 1、拟定坝体尺寸，进行重力坝稳定计算及应力计算； 2、提交成果 （1）重力坝非溢流坝段剖面图，溢流坝段剖面图；（2）重力坝平面布置图。 1.坝基开挖深度的确定 初步确定坝高在50~100m 的范围内，可建在微风化至弱风化的上部基岩上。由地质资料，坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m ，局部地段深达7m 以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m ，在河床左岸坡厚7.5m ，在河床右岸坡厚8m ，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m ，在河床左岸坡厚4m ，在河床右岸坡厚3.5m 。再往下为微风化和新鲜岩石。综合考虑工程量、工程造价、坝的稳定决定开挖12m 相对比较合理，由地质图可知开挖高程为1328m 。 2.校核洪水位，设计洪水位的确定 设计洪水流量s m Q /4003= 校核洪水流量s m Q /6003= 一般软弱岩石单宽流量q=s m s m /50/3033- 设计洪水流量下溢流坝宽L=8～12m 校核洪水流量下溢流坝宽L=12～20m 取L=20m m=0.5，ξ=1，L=20m 正常蓄水位 1388m 2 /30 2H g mnb Q ξ= 得 =设计0H 4.338m =校核0H 5.684m 设计H =1388+4.338=1392.338m 校核H =1388+5.684=1393.684m 3.累计频率为1%时的波浪高度和波浪中心线高于静水位的计算 讲解重力坝设计例题：一．基本资料 某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。 1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。 2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。抗剪断强度取其分布的0.2分位 值为标准值，则摩擦系数 ' ck f=0.82，凝聚力' ck c =0.6MPa。 3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。 枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。 坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。 二．设计要求： （1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。 （2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取 常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。 （3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。 （4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。 重力坝剖面设计图（单位：m） 三．非溢流坝剖面的设计 ●资料分析 该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd =1.2；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd =1.2。坝趾抗压强度极限状态的设计状况系数同前，结构系数γd =1.3。 可靠度设计要求均采用作用（荷载）设计值和材料强度设计值。作用（荷载）标准值乘以作用（荷载）分项系数后的值为作用（荷载）设计值；材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关（荷载）作用的分项系数查表2-10得：自重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.35；因大坝混凝土用90 d龄期，大坝混凝土抗压强度材料分项系数取2.0；热扎Ⅰ级钢筋强度分项系数为1.15；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级为1.10。材料 性能分项系数中，对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数 ' ck f为1.3，凝聚力' ck c为3.0。 设计内容 一、 确定工程等级 由校核洪水位446.31 m 查水库水位———容积曲线读出库容为1.58亿3 m ，属于大（2）型，永久性水工建筑物中的主要建筑物为Ⅱ级，次要建筑物和临时建筑物为3级。 一、 确定坝顶高程 (1)超高值Δh 的计算 Δh = h1% + hz + hc Δh —防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m ； H1% —累计频率为1%时的波浪高度，m ； hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m ； hc —安全加高，按表3－1 采 内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于0V ＜20m/s 及 D ＜20km ） 下面按官厅公式计算h1% ， hz 。 113 120 22000.0076gh gD v v v -??= ??? 11 3.75 2.150 220 00.331m gL gD v v v -??= ??? 2 2l z h H h cth L L ππ= 式中：D ——吹程，km ，按回水长度计。 m L ——波长，m z h ——壅高，m V0 ——计算风速 h——当 2 20250 gD v =:时，为累积频率5%的波高h5%;当 2 2501000 gD v =:时， 为累积频率10%的波高h10%。 规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应由累积频率为P（%）的波高hp 与平均波高的关系可按表B.6.3-1 进行换 超高值Δh 的计算的基本数据 设计洪水位校核洪水位 吹程D（m）524.19965.34 风速 v（m）2718 安全加高 c h（m）0.40.3 断面面积S（2 m） 1890.5719277.25 断面宽度B（m）311.80314.44 正常蓄水位和设计洪水位时，采用重现期为50 年的最大风速，本次设计 27/ v m s =；校 核洪水位时，采用多年平均风速，本次设计 18/ v m s =。 a.设计洪水位时Δh 计算： 18902.57 60.62 311.80 m S H m B === 设 设 波浪三要素计算如下： 波高： 2 1 13 12 2 9.819.81524.19 0.007627 27 27 h-?? ?? =? ? ?? h=0.82m 波长： 1 1 3.75 2.15 22 9.819.81524.19 0.33127 2727 m L-?? ?? =? ? ?? 一、非溢流坝设计 ( 一) 、初步拟定坝型的轮廓尺寸 (1)坝顶高程的确定 ①校核洪水位情况下: 波浪高度 2h l=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m 波浪长度 2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×0.980.8=10.23m 波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×0.982/10.23=0.30m 安全超高按Ⅲ级建筑物取值 h c=0.3m 坝顶高出水库静水位的高度△h校=2h l+ h0+ h c=0.98+0.30+0.3=1.58m ②设计洪水位情况下: 波浪高度2h l=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166×(1.5×18)5/4×41/3=1.62m 波浪长度 2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×1.620.8=15.3m 波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×1.622/15.3=0.54m 安全超高按Ⅲ级建筑物取值 h c=0.4m 坝顶高出水库静水位的高度△h设=2h l+ h0+ h c=1.62+0.54+0.4=2.56m ③两种情况下的坝顶高程分别如下: 校核洪水位时: 225.3+1.58=226.9m 设计洪水位时: 224.0+2.56=226.56m 坝顶高程选两种情况最大值226.9 m, 可按227.00m设计, 则坝高227.00-174.5=52.5m。 (2)坝顶宽度的确定 本工程按人行行道要求并设置有发电进水口, 布置闸门设备, 应适当加宽以满足闸门设备的布置, 运行和工作交通要求, 故取8米。 (3)坝坡的确定 考虑到利用部分水重增加稳定, 根据工程经验, 上游坡采用1: 0.2, 下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍, 挡水坝段和厂房坝段均采用1: 0.7。 (4)上下游折坡点高程的确定 理论分析和工程实验证明, 混凝土重力坝上游面可做成折坡, 折坡点一般位于1/3~2/3坝高处, 以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。 根据坝高确定为52.5m, 则1/3H=1/3×52.5=17.5m, 折坡点高程=174.5+17.5=192m; 2/3H=2/3×52.5=35m, 折坡点高程=174.5+35=209.5m, 因此折坡点高程适合位于192m~209.5m之间, 则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。 (5)坝底宽度的确定 由几何关系可得坝底宽度为T=( 203-174.5) ×0.2+8+(216.5-174.5) ×0.7=43.1m (6)廊道的确定 坝内设有基础灌浆排水廊道, 距上游坝面6.1m, 廊道底距基岩面4m, 尺寸 2.5× 3.0m( 宽×高) 。 (7)非溢流坝段纵剖面示意图 1 兵团广播电视大学开放教育（专科） 题目：混凝土重力坝设计 分校： 姓名： 学号： 专业： 指导教师： 目录 目录 (1) 第一章非溢流坝设计 (5) 1.1坝基面高程的确定 (5) 1.2坝顶高程计算 (5) 1.2.1基本组合情况下： (5) 1.2.1.1 正常蓄水位时： (5) 1.2.1.2 设计洪水位时： (6) 1.2.2特殊组合情况下： (6) 1.3坝宽计算 (7) 1.4 坝面坡度 (7) 1.5 坝基的防渗与排水设施拟定 (8) 第二章非溢流坝段荷载计算 (9) 2.1 计算情况的选择 (9) 2.2 荷载计算 (9) 2.2.1 自重 (9) 2.2.2 静水压力及其推力 (9) 2.2.3 扬压力的计算 (11) 2.2.4 淤沙压力及其推力 (13) 2.2.5 波浪压力 (14) 2.2.6 土压力 (15) 第三章坝体抗滑稳定性分析 (17) 3.1 总则 (17) 3.2 抗滑稳定计算 (18) 3.3 抗剪断强度计算 (19) 第四章应力分析 (21) 4.1 总则 (21) 4.1.1大坝垂直应力分析 (21) 4.1.2大坝垂直应力满足要求 (22) 4.2计算截面为建基面的情况 (22) 3 4.2.1 荷载计算 (23) 4.2.2运用期（计入扬压力的情况） (24) 4.2.3运用期（不计入扬压力的情况） (24) 4.2.4 施工期 (24) 第五章溢流坝段设计 (26) 5.1 泄流方式选择 (26) 5.2 洪水标准的确定 (26) 5.3 流量的确定 (26) 5.4 单宽流量的选择 (27) 5.5 孔口净宽的拟定 (27) 5.6 溢流坝段总长度的确定 (27) 5.7 堰顶高程的确定 (28) 5.8 闸门高度的确定 (29) 5.9 定型水头的确定 (29) 5.10 泄流能力的校核 (29) 5.11.1 溢流坝段剖面图 (30) 5.11.2 溢流坝段稳定性分析 (30) （1）正常蓄水情况 (30) （2）设计洪水情况 (31) （3）校核洪水情况 (31) 第六章消能防冲设计 (32) 6.1洪水标准和相关参数的选定 (32) 6.2 反弧半径的确定 (32) 6.3 坎顶水深的确定 (33) 6.4 水舌抛距计算 (34) 6.5 最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 (35) 第七章泄水孔的设计 (37) 7.1有压泄水孔的设计 (37) 7.2孔径D的拟定 (37) 7.3 进水口体形设计 (37) 7.4 闸门与门槽 (38) 7.5渐宽段 (38) 目录 第一章工程规模的确定......................................................... - 3 - 1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分..................................... - 3 - 1.2 永久建筑物洪水标准................................................. - 3 -第二章调洪演算 .............................................................. - 4 - 2.1洪水调节计算....................................................... - 4 - 2.1.1 洪水调节计算方法........................................................ - 4 - 2.1.2 洪水调节具体计算........................................................ - 4 - 2.1.3 计算结果统计：.......................................................... - 8 -第三章大坝设计 .............................................................. - 9 - 3.1 坝顶高确定 ........................................................ - 9 - 3.1.1 计算方法................................................................ - 9 - 3.1.2 计算过程................................................................ - 9 - 3.2 坝顶宽度 ......................................................... - 10 - 3.3 开挖线的确定...................................................... - 10 - 3.4 非溢流坝剖面设计.................................................. - 10 - 3.4.1 折坡点高程拟定......................................................... - 11 - 3.4.2 非溢流坝剖面拟定....................................................... - 11 - 3.5 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算...................... - 17 - 3.5.1 荷载计算成果........................................................... - 17 - 3.5.2正常蓄水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算.......................... - 41 - 3.5.3正常蓄水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 42 - 3.5.4正常蓄水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 42 - 3.5.5正常蓄水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 45 - 3.5.6校核洪水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算.......................... - 46 - 3.5.7校核洪水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 46 - 3.5.8校核洪水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 47 - 3.5.9校核洪水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算............................ - 49 - 3.5.10正常蓄水位地震时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算..................... - 51 - 3.5.11正常蓄水位地震时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算....................... - 52 - 3.5.12正常蓄水位地震时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算....................... - 52 - 3.5.13正常蓄水位地震时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算....................... - 55 - 3.5.14设计水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算........................... - 56 - 3.5.15设计水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算............................. - 58 - 3.5.16设计水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算............................. - 58 - 3.5.17设计水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算............................. - 60 - 3.6 应力计算 ......................................................... - 61 - 3.6.1 边缘应力............................................................... - 62 - 3.6.2内部应力 ............................................................... - 62 - 3.6.3 截面应力计算表......................................................... - 64 - 3.6.4 应力图................................................................. - 64 - 3.7 溢流坝段的设计.................................................... - 78 - 实用标准文档 混凝土重力坝坝顶超高计算书标准格式 工程设计分院坝工室 2006.3. 核定：审查：校核：编写： ——水电站工程（或水库工程、水利枢纽工程） 混凝土重力坝坝顶高程计算书 1计算说明 1.1适用范围（设计阶段） 本计算书仅适用于工程设计阶段的（坝型）坝顶超高/高程计算。 1.2工程概况 工程位于省市（县）的江（河）上。该工程是以为主，兼顾、、等综合利用的水利水电枢纽工程。 本工程规划设计阶段（或预可行性研究阶段，可行性研究阶段/初步设计阶段，招标设计阶段）设计报告已于年月经审查通过。水库总库容×108m3，有效库容×108m3，死库容×108m3；灌溉面积亩；水电站装机容量MW，多年平均发电量×108 kW·h，保证出力MW。选定坝址为，选定坝型为。 根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180—2003，工程等别为等型工程，拦河坝为级永久水工建筑物。（因拦河大坝坝高已超过其规定的高度，拦河坝应提高级，按级建筑物设计。） 1.3计算目的和要求 通过混凝土重力坝坝顶上游防浪墙顶与正常蓄水位、设计洪水位或校核洪水位高差的计算，以确定防浪墙顶高程和大坝高度，为坝体断面设计及坝体工程量计算提供可靠的依据。 1.4计算原则和方法 1.4.1计算原则 (1)坝顶上游防浪墙顶与正常蓄水位、设计洪水位或校核洪水位的高差，包括 最大浪高、波浪中心线至水库静水位的高度和安全超高。 (2)确定的坝顶高程不得低于水库正常蓄水位及设计洪水位。 (3)坝顶高程的确定尚需考虑枢纽中其他建筑物(如船闸坝顶桥下通航净空) 对坝顶高程的要求。 1.4.2计算方法 因选定坝型为（混凝土重力坝），防浪墙顶在水库静水位以上的高差按《混凝土重力坝设计规范》DL 5108-1999式(11.1.1)计算，即： h=h1%+h z+h c 式中，h—防浪墙顶至水库静水位的高差，m； —浪高，m； h 1% 波浪中心线至水库静水位的高度，m； h z 安全超高，m。 h c 1.5计算工况 (1)正常蓄水位+相应的墙顶高差； (2)设计洪水位+相应的墙顶高差； (3)校核洪水位+相应的墙顶高差。 2计算依据 2.1规程规范和相关的技术文件 (1)规程规范 《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL5180—2003。 讲解重力坝设计例题： 一．基本资料 某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。 1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。 2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。抗剪 断强度取其分布的0.2分位值为标准值，则摩擦系数 ' ck f=0.82，凝聚力' ck c =0.6MPa。 3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。 枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。 坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。 二．设计要求： （1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。 （2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。 （3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。 一、非溢流坝设计 （一）、初步拟定坝型的轮廓尺寸 (1)坝顶高程的确定 ①校核洪水位情况下： 波浪高度2h l=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m 波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×0.980.8=10.23m 波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×0.982/10.23=0.30m 安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.3m 坝顶高出水库静水位的高度△h =2h l+ h0+ h c=0.98+0.30+0.3=1.58m 校 ②设计洪水位情况下： 波浪高度2h l=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166×(1.5×18)5/4×41/3=1.62m 波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×1.620.8=15.3m 波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×1.622/15.3=0.54m 安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.4m =2h l+ h0+ h c=1.62+0.54+0.4=2.56m 坝顶高出水库静水位的高度△h 设 ③两种情况下的坝顶高程分别如下： 校核洪水位时：225.3+1.58=226.9m 设计洪水位时：224.0+2.56=226.56m 坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5m。 (2)坝顶宽度的确定 本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。 (3)坝坡的确定 考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。 (4)上下游折坡点高程的确定 理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。 根据坝高确定为52.5m，则1/3H=1/3×52.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/3×52.5=35m，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m~209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。 (5)坝底宽度的确定 由几何关系可得坝底宽度为T=（203-174.5）×0.2+8+(216.5-174.5)×0.7=43.1m重力坝设计说明书
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