那岸水电站枢纽工程初步设计.doc

大专水利水电工程建筑专业 毕业设计 那昭平电站枢纽工程初步设计设 计 说 明 书广西水利电力职业技术学院水利与建筑工程系2006年五月第一部分 基本资料第一章 工程概述一. 自然情况1 .地理位置：临江水电站工程地处广西贺州市昭平县文竹镇境内的临江河上，近期规划开发二个梯级水电站。其中：临江一级水电站厂房位于临江与古哲冲江、汇合口处。距二级站拦河坝坝址1.1公里，地理位置东经11049，北纬2417，计划安排在二期工程兴建；临江二级水电站厂房位于一级水电站的下游，距临江与桂江汇合口约1.0公理，地理位置东经11048，北纬2415，拟安排在一期工程兴建，两站厂房交通距离5公理。二级电站厂房至昭平县城交通距离11公理。2. 流域概况： 临江河是珠江流域西江水系桂江的一条支流，位于广西昭平县，全流域面积为145.3平方公里，发源于平乐县鸡公冲山顶，由北向南流于临江屯汇入桂江，临江主河道长28.87公理，平均纵坡1.52%，总落差1058米。流域内有2条主要支流，一条为黄石冲长约8.5公里另一条为古哲冲长约16公里。流域海拔高程在112172米.之间。域内属高山峻领区，植被条件良好，森林覆盖率达98%。水量充沛，水力资源丰富，是开发水电站的理想流域。二. 社会概况1. 土地资源：大新县土地资源丰富。全县总面积为2755.01平方公里，合约4132520亩。其中荒地、牧地、林地面积2779392亩，占全县总面积67.26%；石山面积704169亩，占总面积17.03%；水域、村庄、公路面积147020亩，占总面积3.56%；耕地面积501939亩（1985年统计数）占总面积12.15%。全县总面积占广西总面积1.25%，占全国总面积0.28%。2. 矿产资源：大新矿产资源十分丰富。锰矿储量占全国四分之一，居首位。另有铅锌、铀、红锑、水晶、铜、铁、金等20多种矿藏，储量相当丰富。3. 农业资源：大新县现有耕地面积49.1万亩，粮食作物主要有水稻、玉米、红薯等，经济作物主要有甘蔗、水果、花生等。20年来，大新县切实打破计划经济的各种框框，认真推行和完善家庭联产承包责任制，根据市场需求，大胆调整产业和产品结构，从传统的小农经济转向依靠科技发展农业上来，着眼于发展大农业，大力推行规模经营和多种经营，农村经济得到快速发展，成为广西主要的蔗糖、龙眼生产基地之一。1999年，完成农业总产值7.32亿元，比上年增长13.97倍；粮食总产量12.96万吨，比上年增长0.77%；甘蔗产量50万吨；水果总产量达4万多吨，其中龙眼果树面积15.73万亩，总产量3万吨。农民人均纯收入预计达到2058元，比上年增长5.65%。4. 市政建设：改革开放20年来，大新县认真贯彻落实中央有关方针政策，切实搞好工业企业改革，以市场为导向，以本地资源为依托，大胆调整产业结构，积极发展新兴产业，加大技改力度，抓好产品结构调整，完善企业内部管理，在顺利完成经济转轨的同时，工业生产实现稳步发展，目前已形成了冶金、制糖、电力、食品、化工、建材、轻化等七大行业，全县共有工业企业40多家，固定资产原值5.5亿多元，比1978年增长10.4倍，1999年实现工业总产值6.64亿元。乡镇企业异军突起，从无到有，从小到大，取得了长足的发展，1999年完成营业总收入11.96亿元，实现利润6630万元，成为国民经济发展中一支充满活力的生力军。三. 兴建本工程的原由大新县内兴建和即将兴建的大新铅锌矿，桂南锰矿以及518矿区等有色金属开采和冶炼及县内其它工业如化肥厂、农机厂、制糖厂等用电和居民生活用电需要，县内现在装机容量1154KW，已远远不能满足目前的需要，急需开发新的电源。第二章 水文水利水能计算一. 水文资料：径流根据昭平站与本流域相近并属同一雨区，可直接采用昭平水文站1938年至2001年64年连续实测降雨量资料视为本流域降雨，直接推算临江流域年降雨量成果表如下：那岸水文站历年逐月平均流量表年月123456789101112平均195725.323157.769.438.321.013.7195810.812.49.487.6013.247.713.219.033.814.032.617.776.5195914.514.017.346.110.933.118.027.519.259.126.321.0107196014.712.015.68.9642.477.128.331.613.355.732.431.685.4196117.615.324.731.840.323.012.027.018.050.074.344.092.2196242.019.114.813.723.816.018.214.355.043.122.015.061.6196311.81.059.669.096.6261.710.511.243.329.252.128.335.5196419.214.115.828.435.012.815.826.096.010741.323.177.5196515.510.58.9455.536.332017012629.739.566.220.775.2196615.611.67.7413.032.228.741212589.249.739.018.191.5196713.113.210.39.6279.885.769.031410428.920.115.964.1196814.814.017.216.011136.931953028010155.132.0149历史洪水根据调查访问，近百年来以1925年和1968年二次洪水最大，1968年实测洪峰流量为2430m/s，1925年的洪水没有访问到确定可靠的洪水位，故未推算其洪峰流量，但据调查可以确定1968年洪水为以来的最大值。实测洪水资料：那岸水文站历年实测最大洪峰流量表：年份最大洪峰流量年份最大洪峰流量. 气象资料：气温昭平县地处北回归线以北，属南亚热带季风气候，夏季南风北两股西风急流汇合，冷暖空气交汇，容易形成暴雨中心，其中多年平均降雨量达2042毫米，降雨主要时段集中在每年的4-6月份，年平均气温19.9C，极端最高气温39.4C，极端最低气温-2.6C，年蒸发量1457.4毫米，多年平均风速1.7米/秒，最大风速20米/秒。降雨量坝址年平均降雨量.mm，最小年降雨量.mm（年），最大年降雨量.mm，降雨量多集中于这五个月，占年总降雨量的。最大月降雨量.mm（年月），最大日降雨量.mm（年月日）。蒸发量水库蒸发损失，多年平均蒸发量如下表：月份蒸发量.月份平均蒸发量.湿度历年平均相对湿度.，具体见下表：月份多年平均.月份多年平均.风力历年最大风力级相对风速ms多年最大风速ms吹程m6水库泥沙淤积坝址多年平均输沙量29.11万吨，主要为洪水期携带入库，其中60%为悬浮物，可随洪水下泄，40%为推移质，是水库淤积的主要原因。淤沙浮容重 0.95T/m水下淤沙内摩擦角 =18按50年淤沙年限考虑水库淤沙高程 194.5m. 地质资料：那岸工程位于黑水河中游，水库处于石灰岩峡谷地带，库区内淹没损失很小，坝址处于峡谷出口处，下游较平坦，有足够的施工场地，布置较方便。库区属石灰岩高山峰林地貌，山顶标高400600m，出露岩层大部分为中、上泥盆系硅酸盐地层，以薄层、中厚层为主。一般喀斯特化不甚强烈。岩层走向北西，倾向南西，倾角1015，溶洞分布在270m高程以上，洪水期周围两岸地表径流及悬挂水均补给河流，库区泉水出现标高均高于正常高水位，库水向邻渗漏的可能性不大。坝址地段属“U”型河谷。左岸由泥盘系槽江组薄层，中厚层的石灰岩组成，产状平缓，微倾上游，一般走向东南160170，倾向南西，倾角49度，喀斯特深蚀不发育，条件尚属良好，岩石抗压强度均达320Kg/cm以上。二. 水文计算1 那岸水电站水库水位库容关系曲线水位 m190195200205210215220库容 万m200300500765108014701870水位 m225230235240245250库容 万m2580337043705600706085402 下游水位流量关系曲线水位 m180181182183184185186流量m/s199415655900115014301730水位 m187188189190191192流量m/s203023502700308035003950低水放大水位m178.8178.9179.0179.1179.2179.3179.4179.5流量m/s06.0014.525.338.051.867.086.0水位m179.6179.7179.8179.9180.0180.1180.2流量m/s107.5130.0152.0175.5199.0222.0247.53. 水库特征水位. 电站最低尾水位黑水河在那岸电站处的最低水位为178.9m，如按天然河道最低水位确定电站最低水位，则有一台机组要抬高尾水位7.6m，保证出力减少6720KW，年发电量减少5.4万度，同时厂房部分多挖岩石5560m，开挖深度达10.6m，施工困难，更严重的是校核洪水时，下游尾水位超过发电机层5.95m，给厂房设计和今后的运行带来很大的麻烦。如按灌溉水位186.5m确定电站尾水位，则电站厂房地质条件不允许，需抬高大坝7.6m，增加投资185万元，上一级捻底电站被淹7.7m，硕龙下雷公路受洪水威胁，综合上诉最后确定电站最低尾水位为180.00m。. 正常高水位经过三个方案进行技术经济比较，并经报上级机关批准，最后选定水库正常高水位为219.00m。.水库死水位根据淤沙情况及电站动能经济指标，作了三个方案比较，最后选定水库死水位为219.00m。 电站装机容量本电站由于缺乏典型负荷，故未编制负荷图，也未进行电力电量平衡。装机容量的选择，以充分利用水能为原则，并考虑机组制造等情况，最后确定选用金城江水力发电设备厂的产品，电站装机容量43200KW。三.水利水能计算水利水能计算结果：1. 水库特性情形 上游 （m） 下游（m） 泄洪量（m/s）设计洪水位 224.00 188.55 2600校核洪水位 225.30 190.65 3340死水位 210.00正常尾水位 180.00最低尾水位 178.90水库正常高水位 217.00相应水库面积 102.5 万有效库容 544 万m死库容 1070 万m溢流堰顶高程 213.00 m2. 水电站特性装机容量 1.28万KW保证出力 2620 KW多年平均发电量 65.5百万度年利用小时 5600水电站最大水头 43 m水电站最小水头 24 m设计水头 30.5 m单机引用流量 12.60 m/s第二部分 枢纽布置部分第三章 枢纽总布置水利枢纽布置的原则： 枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。 在满足建筑物的强度和稳定安全条件下，使枢纽的总造价和年运转费用较低。 充分发挥枢纽的综合效益，尽量使一个建筑物发挥多种用途。 枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工进度结合考虑，应使施工方便，并尽可能缩短工期。 尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前生效。 考虑到远景规划，应对远期扩大装机容量留有余地。亦应考虑到分期开发，在枢纽布置时，应满足高坝规划、低坝施工的要求。 枢纽的外观与周围环境相协调，在可能的条件下尽量注意美观。一. 水利枢纽与水工建筑物等级的划分（依据黄河水利出版社出版，书号为：ISBN7-80621-710-X/TV325水工建筑物高职高专教材绪论部分）。1. 水利枢纽的分类水利枢纽有高、中、低水头之分，一般以水头70m 以上者为高水头枢纽，30-70m者为中水头枢纽，30m以下者为低水头枢纽。从本设计说明书“第二章水文水利水能三、计算水利水能计算1、水库特性”中知，水库正常高水位为217.00m。可判断此水利枢纽为高水头枢纽。2. 水工建筑物等级的划分工程等别工程规模分等指标水库总库容（亿m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田面积（万亩）治涝面积（万亩）灌溉面积（万亩）供水对象的重要性装机容量（万kW）大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中型1.00.1中等100306015505中等305小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.00151注：水库总库容是指水库最高水位以下的净库容。治涝、灌溉面积等均指设计值。根据本设计说明书“第二章水文水利水能三、计算水利水能计算”资料知，有效库容为万m3，装机容量万kW，灌溉面积约万亩。综合上表，知本工程等别为等，工程规模为小（）型。水工建筑物级别为四级。二.坝址选择坝址的选择从以下几方面考虑：.枢纽地质条件坝址地质条件是水利枢纽设计中重要问题之一，是建库建坝的基础。在有些情况下，甚至能起决定性作用。库区工程地质库区属喀斯特峰林地貌，山顶标高400600m，由于地壳急剧上升，侵蚀基准面迅速下降，河道呈V型深切，比降大，沿河急滩、跌水、深潭普遍，台地不发育。.地质岩性库区出露岩层，大部分为中、上盘系碳酸盐类地层，仅在硕龙以下有下泥盘系地层和寒武志留系砂页岩互相出露，下雷河发源地龙鸦岭旁新花岗岩出露。库内主要为中尼盘系东岗岭灰岩和榴江组薄层灰岩。.地质构造该水库位于大明山穹地的西南线，构造断裂受大明山穹窿控制，岩层大致走向北西，倾向南西，倾角1015度，断裂构造分两组，走向西北，多为正断层和年推断层，伴随之节理裂隙也较发育，见于陇慢、陇登和坝区，另一组为北东东南西西方向，以逆断层为主，倾向北西西，伴随有挠曲和轻微皱曲。.喀斯特发育情况勘测区内，漏斗、溶洞、溶蚀、洼地、峡谷、落水洞、暗河等喀斯特现象均有发育。漏斗：多呈圆形，直径m，深度m ,底部与地下水道相通，部分漏斗底有亚粘土充填。溶洞：多分布于峰林中或喀斯特洼地，溶槽两侧，一般规模不大，直径m，深m , 高程在m左右。.水文地质库区地下水受岩层、构造及喀斯特化程度的影响，库区中游灰岩、质岩、溶蚀较强烈，喀斯特水丰富。黑水河支流少，流域水文网不发育，洪水期两岸地表溪流以悬挂水补给河流。根据调查，库区四周地下水出露标高均超出正常水位高程。库区及分水岭所出露的地下水位标高均高于正常高水位，有许多甚至以悬挂水补给河流，故库区水文地质条件较好。库区渗漏问题库区出露虽然大部分zho能够、上盘系碳酸盐类岩层。但溶蚀和喀斯特化程度不很强烈，深层喀斯特不发育，渗透系数一般为0.020.05m/昼夜。与黑水河平行的邻谷明士河，虽然与黑水河相距仅6km，但与黑水河库区蓄水段向平行的河段水面，上下游均高出水库正常水位，故沿邻谷渗漏问题不存在。由于构造断裂破碎带和其相伴相生的喀斯特现象，对水库虽然有一定影响，但兴建水库的条件还是具备的。2.坝址工程地质坝址地段属石灰岩峰林区，处于峡谷与开阔河槽之界限，左岸为石灰岩陡坡峭壁，右岸是由石灰岩组成的二级高台地，谷坡陡峻，构成“U”型河谷，坝轴线下游120m处，由石灰岩形成一道天然河槛致使坝址段枯水季节水深竟达46m。1. 地层岩性坝区出露地层，由泥盘系榴江组碳酸盐类岩系及第四系结晶石灰岩组成。土层覆盖厚度16.5m，均为疏松亚粘土，石灰岩厚2528m，一般在207m高程以上多含泥质，洞穴很发育，且具有蜂窝状小孔，地质软弱，以下为质地较坚硬的结晶石灰华，但与基岩连接处，均发育有大洞穴，一般洞高1.21.6m，最大洞高达5.09m，红棕色粘土充填。后层灰岩，分布于河谷右岸F大断裂层上盆，为浅灰色不纯灰岩，中细晶粒结构，节理、裂隙发育，但多为次生矿物所充填。厚层灰岩，分布于河谷两岸，灰色、浅灰色硅质岩，质坚稍脆，层理清晰，层面溶隙发育，多呈薄层片状，单层厚度110cm，间夹肉红色白云质灰岩，完整性较差。. 地质构造本区受区域性断裂之影响，次一级断裂甚为发育，坝址附近可见断层九条，断裂带多属已经胶结。主要断裂方向N286331W，倾向SW，倾角6268度，乃属与区域性断裂伴生之同期产物。次为走向N3070E，倾向SE，倾角7577度的一组，而者倾向SW，倾角49度，但构造层附近有达1723度。区内构造张干裂隙发育，一般宽210mm，最大可达20mm，长度26m，但坝左肩陡壁处竟有四条平行张开裂隙，宽410cm，长达10余米，产状走向EW，倾向N，倾角7485度。主要裂隙有两组： 走向近EW，倾向N，倾角7485度 走向N345355W，倾向SW，倾角6684度本区风化作用不甚剧烈，基岩风化深度一般在25m左右，强风化层13m。. 喀斯特发育情况 本区喀斯特化不清洌，主要见于层面溶蚀，一般规模很小，在基岩面以下0.43.19m范围内较发育，一般洞高26cm，最大埋高20cm。 坝左肩224.4230m高程，分布两排层面溶蚀洞，洞高0.50.5m，宽达24m,发育穿过坝肩与巴河相联系，暴洪期间，呈股流溢出。. 水文地质条件本区地下水分布受岩层产状及地质构造制约，左岸地下水位较高，右岸较平缓，均属裂隙水类型，埋藏于基岩裂隙中，由大气降水补给向河谷排泄，右岸在坝轴线上下游埋藏较深，根据钻孔实测，埋深在37.839.5m，高程为181178m，左岸在坝轴线上下游90100m处均有泉水群出露，下降泉性质，分布高程182186m，常年不枯。坝址地段岩石渗透性，在155m高程以下渗透性很小。一般155m高程以上，渗透系数K=0.24.0m/昼夜，155m以上K0.001m 昼夜。155m高程以上，单位吸水量=0.0130公升/分，155m高程以下，0.01升/分。地下水及地表水经化学分析为重碳酸钙型水，对混凝土无侵蚀性。 岩石物理力学特性指标根据实验成果及综合野外实际情况，计算指标如下：岩石名称 风化分带 容重 计算强度 fF C石灰岩强2.16340.40.753.5石灰岩半2.41790.50.85.0厚层灰岩半2.7216190.60.97.0薄层灰岩半2.7014160.550.956.0地震根据中国科学院研究所广州地震大队所提供的资料，并经实地调查，本区地震基本烈度为5度。3. 工程地质结论： 库区为碳酸盐类岩层，喀斯特化不强烈，渗透性稍弱，区域水系及邻谷河槽均高于该水库正常高水位，故条件良好，可以建库。 坝址为薄层硅质灰岩，坚硬，喀斯特化微弱，溶洞不发育，河谷狭窄，岩层狭窄，岩层微倾上有，断裂构造呈较发育，但均为胶结良好。唯有河床沿顺河构造成产生深切，及河槽地段渗透较强，但经处理，可以建坝。库区及坝址工程地质条件参见地质平面图和剖面图。. 地形条件 坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽布置的要求，还必须与坝型相互适应。本工程位于石灰岩峡谷地区，河道坡降大、河谷呈V型，坝址左岸陡峻，右岸为二级台阶，坝轴线较短，地形条件详见1/500坝址地形图。. 建筑材料水利工程的建设必须因地制宜，就地取材，才能取得技术经济合理的效果。根据调查勘测资料，本枢纽坝址附近12公里范围内有足够的砂石料，为建筑混凝土坝和砌石坝提供了有利的条件。天然建筑材料：在坝区上游1Km 内两岸均有石料场，条件良好，可以满足需要，砂料场初步调查情况，在坝址以下40Km 内沙场总蓄量40000余m质量尚好，但数量不能满足要求，需要到崇左要砂。. 施工条件那岸电站位于大新县太平乡，坝址距崇左火车站76Km，有标准公路（崇左靖西公路）通至太平50Km，太平到工地26Km已有路基，仅需铺设路面即能全面通车。本工程施工时所需外来器材，物资（包括重件运输）均可先以铁路运到崇左，然后由公路转运到工地，对外交通方便。枢纽地址位于峡谷出口处，两岸山坡较陡，在坝下游200m峡谷出口以外的两岸，均有开阔平地可供施工场地布置。场内交通以右岸对外交通的永久公路直通坝址，坝顶无交通要求。施工力量由本地区专业施工队和县民工共同组成，配备有一定的施工机械（如混凝土搅拌机等），可达到半机械化施工水平。工程采用分段围堰施工，二期导流流量62m/s（113月）。综合上诉资料，本工程坝址选择 坝轴线选择选地形图上所示的轴线NN，该轴线所在的地形较宽阔，不利于降低坝的造价和工程量，但是有利于泄水建筑物、电站厂房、施工导流和施工场地的布置，河流的水流条件也较好，对发电、过坝建筑物是有利的。在建筑材料方面，根据调查勘测资料，本枢纽坝址附近12公里范围内有足够的砂石料，为筑坝材料提供有利的条件。该坝轴线处于F1断裂破碎带和F9深切河槽地带,对坝基有较大的影响,但是由于地形条件的限制,坝轴线选择的余地不大,经过对F1破碎带和F9深切河槽的处理，还是可以筑坝的。经过综合的定性、定量的技术经济比较，确定了坝轴线NN。二. 坝型及其它主要建筑物型式选择1. 坝型选择坝是水利枢纽工程的主体，坝型的合理性对枢纽工程的设计、施工、投资、运用和技术经济指标将产生决定性的影响。坝型选择和坝址选择是相互联系的，坝型选择也是根据地质条件、建筑材料和施工条件来确定。 从建筑材料和施工条件来考虑，本工程可建重力坝（包括宽缝、空腹重力坝）、大头坝、支墩坝、拱坝；从地质、地形条件考虑，建拱坝不够理想，因为河谷较宽，地形、地质对稳定很不利；从枢纽布置来考虑，建土石坝不甚是和，因为泄洪建筑物和电站厂房布置较困难。综合来考虑，建坝的材料可采用浆砌石或混凝土，坝型采用重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、梯形坝和大头坝较为适宜，从设计角度来考虑，可着重考虑重力坝和宽缝重力坝两种坝型。那岸电站工程概算单价表：建筑工程坝型项目单位实体重力坝宽缝重力坝重力拱坝150#砼溢流坝M73.6582.7282.02非溢流坝66.0974.2373.59200#砼溢流坝81.2191.2290.42非溢流坝71.9880.7580.04250#砼溢流坝86.9697.6796.82非溢流坝76.8786.3485.59100#砼60.9068.4067.81经过对坝型进行详细的分析比较，本枢纽选择实体重力坝。2. 其它主要建筑物型式选择1. 泄洪建筑物泄洪建筑物应与坝型结合考虑，重力坝一般多采用坝顶泄洪或坝身孔口泄洪方式，若两岸有适宜布置溢洪道的垭口，也可采用河岸式。1、泄洪建筑物经各方面分析比较，泄洪建筑物采用坝顶自动泄洪，设闸门。2. 二期导流建筑物利用冲砂孔进行导流，同时利用冲砂孔兼做放空孔。3. 过坝公路4. 电站厂房电站厂房型式采用坝后地面封闭式的电站厂房三.枢纽布置1. 泄水建筑物溢流坝段设在河床中间，前缘正向上游来水主流方向，下游出口方向与原河道的主河槽水流方向一致，设有放空孔。消能方式采用挑流消能2. 挡水建筑物挡水建筑物设在溢流坝的两端与两岸连接。3. 水电站建筑物厂房设在坝下，厂房轴线与坝轴线平行。第三部分 设计部分第四章 水工建筑物设计本枢纽主要的水工建筑物有挡水坝、发电进水口、放空冲砂孔、导流孔。第一节 挡水重力坝设计一. 概述重力坝是主要依靠自重产生的抗滑力来维持稳定的古老坝型。是用混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物。. 重力坝优点：1.对地形、地质条件适应性较强；2.枢纽泄洪及导流问题容易解决； 3.重力坝结构简单、体积大，有利于机械化施工； 4.传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少。需采用防渗排水设施及温控措施。. 重力坝缺点：1.坝底扬压力较大。扬压力的作用会抵消部分坝体重量的有效压力，对坝体稳定不利。需采用各种有效的防渗排水设施，以减小扬压力，节省工程量。2.水泥水化热较大，可能导致坝体裂缝。需采取温控措施。. 实体重力坝实体重力坝是最简单的型式，优点是设计和施工均较方便，应力分布也较明确；缺点是扬压力大和材料的强度不能充分发挥，工程量较大。二.断面设计（依据：黄河水利出版社出版，书号为：ISBN7-80621-710-X/TV325水工建筑物高职高专教材第一章第五节 重力坝的剖面设计 P40P43）. 设计原则重力坝断面设计，应当在满足稳定、强度要求前提下，力求工程量小、外形轮廓简单、便于施工、运用方便等。. 基本断面 由于作用于坝上游面的水压力呈三角形分布，与此作用相适应的坝体的基本断面必须为三角形。从满足强度要求来看，当90，上游面为倒坡时，在库空的情况下，三角形重心超出底边的三分点，在下游面会产生拉应力，而且倒坡也不便施工；当90，可以利用上游面的水重增强稳定，但小到一定程度，在库满时合力可能超出底边的三分点，在上游面会产生拉应力。在一般情况下，常使=90。根据工程经验，重力坝基本断面的上游坡度宜采用1：01：0.2，下游面的坡度宜采用1：0.61：0.8，坝底宽度一般为坝高的0.70.9倍。.实用断面1. 坝顶高程坝顶高程不应低于最高洪水位，并要有一定的安全超高值h 。h按下式计算：h=2hc+ho+he 2hc=0.0166V（5/4）D（1/3） H1Ll(4hc)(2Ll)ho = cth 2LL =10.4（2hc）0.8 2hc ：波浪高度。（m） ho : 波浪中心线至静水位的高度。（m） D ：吹程。（m） H1 ： 坝前水库水深。（m） he ：安全超高。（m） V ： 计算风速。（m/s）（依据：中国水利水电出版社出版，书号为：ISBN7-80124-520-2/TV294水工建筑物教材第一章第二节 重力坝的荷载及其组合 P18 ，第五节 非溢流重力坝的剖面设计 P33）。由于大坝等级为四级，则校核洪水位下he=0.3 ，校核洪水位为225.3 m,设计洪水位下he=0.4 , 设计洪水位为224.00m。由本设计说明书第二章水文水能计算知：V=18 m/s ；设计洪水位时，V=182.0=36 m/s ；D=4 Km；H1=217-170=47m 代入公式得出设计洪水位下：2hc设=0.016636（5/4）4（1/3）2.324m 2LL =10.4（2hc设）0.8=10.4（2.324）0.820.418 （m） ， H12LL则ho0.6hc ， ho设=0.6（2.324/2）0.697m h =2hc+ho+he =2.324+0.697+0.4=3.421 m 坝顶高程 H设 = 设计洪水位+h=224.00+3.421=227.421m校核洪水位下：2hc校=0.016618（5/4）4（1/3）0.977m 2LL =10.4（2hc校）0.8=10.4（0.977）0.810.208 （m） ， H12LL则Ho 0.6hc ， ho校 =0.6（0.977/2）0.293m h =2hc+ho+he =0.977+0.293+0.3=1.570 m 坝顶高程 H校 = 校核洪水位+h=225.3+1.570=226.87mH设与H校相比较，坝顶高程取 227.5m 。2. 坝顶宽度坝顶宽度一般可取坝高的8%10%，并不小于2m 。用B表示， 则 坝顶宽取5m 。3. 上、下游坝坡度上游坝坡一般为10.0 10.25，下游坝坡一般为10.7 10.85；如上游做成折坡，则起坡点一般在坝高1/3 2/3范围内，起坡点高程还应结合坝上的发电进水口考虑。本设计采用：上游坝坡为 10.2，起坡点在坝高1/3范围内，即在189.17m高程处；下游坝坡为10.8，起坡点在222.5m高程处。坝型见图1。4. 坝基面高程坝基面要求： 具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制流量； 具有足够的强度，以承受坝体的压力； 具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基的抗滑稳定和减少不均匀沉陷； 具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。对于超过100m的高坝应建在新鲜、微风化或弱风化层下部的基岩上；对一些中、小型工程，坝高10050m时，也可考虑建在微风化或弱风化上部中部基岩上，对两岸较高部位的坝段，其开挖基岩的标准可比河床部位适当放宽。坝基面高程根据计算断面所处之位置、地质条件而定。 根据坝高及地基条件确定，坝基高程为170m处。三. 抗滑稳定计算 抗滑稳定计算按抗剪断公式计算。坝体与坝基接触面的抗剪断面的抗剪断摸查悉书记把体与坝基面的抗剪断凝聚力，按计算断面的位置相应的地质资料选用。 （依据：中国水利水电出版社出版，书号为：ISBN7-80124-520-2/TV294水工建筑物中专教材第一章第二节至第四节；黄河水利出版社出版，书号为：ISBN7-80621-710-X/TV325水工建筑物高职高专教材第一章第二节至第四节。）在基本组合中，有设计情况或正常运用情况。设计洪水位情况，指 进行坝体稳定和应力计算时的设计洪水，仅用于以防洪为主的水库，且正常蓄水位很低者，可以50年至100年一遇洪水位时荷载作为基本组合，一般可不考虑此种组合。本设计的那岸水电站是以发电为主兼顾灌溉的综合利用工程。稳定计算采用的荷载组合情况有： 正常高水位情况、校核洪水位情况。. 各情况下的荷载组合计算挡水重力坝正常高水位情况荷载计算表坝顶高程： 227.5m 坝基面高程： 170.0m 上游水位高程：217.0m 下游水位高程：180.0m挡水重力坝校核洪水位情况荷载计算表坝顶高程： 227.5m 坝基面高程： 170.0m 上游水位高程： 225.3m 下游水位高程：190.65m. 抗滑稳定验算：根据坝址地质资料，结合坝基岩体分类要求，岩体工程为第级，取摩擦系数标准值f Rk=0.82,粘聚力标准值CRk=610KPa。摩擦系数f Rk、粘聚力f Rk的材料性能分项系数分别为1.3、3.0。结构安全级别为级，相应结构重要性系数r0 =1.0。水压力、水重、自重、浮托力的分项系数均取1.0，渗透压力、淤沙压力、浪压力均取1.2。相应设计值为：摩擦系数 f R=0.82/1.3=0.631粘聚力 C R=610/3.0=203.33（MPa）选用C10,抗压强度材料性能分项系数为1.5,则设计值为f c=10000/1.5=666.7(kPa)1. 基本荷载组合（正常蓄水位情况）的抗滑稳定验算：方法1 ：W =40066.91-9471.23=305 95.7（kN） P =13225.37-1021.12=122 04.25（kN） K =fW/ P=0.630595.7/12204.25=1.501.05 f : 坝体混凝土与坝基接触面的摩擦系数，对于微风化、弱裂隙的较坚固岩石，f =0.60 0.70；弱风化、弱裂隙的中等坚固岩石，f =0.55 0.60；这里取f =0.60。K ： 抗滑稳定安全系数。对于2、3级别的大坝 K 计算值应不小于1.05。方法2 ：取持久状况对应的设计系数=1.0，rd =1.2 r0 S()= 1.01.012204.25 = 122 04.25（kN）1/ rd R()=1/ rd （f RW+ C RA）=(0.63130595.7+203.3354.78)/1.2=253 70.25（kN）r0 S()1/ rd R() 即 基本组合时，满足设计要求。S()、R()：作用效应函数和结构及构件抗力函数。S()= P2. 特殊荷载组合（校核洪水位情况）的抗滑稳定验算：方法1 ：W =42017.51-15050.99=269 66.5（kN） P =16958.15-2262.37=146 95.79（kN） K =fW/ P=0.626966.5/14695.79=1.101.05 方法2 ：取偶然状况对应的设计系数=0.85，rd =1.2 r0 S()= 1.00.8514695.79=124 91.42（kN）1/ rd R()=1/ rd （f RW+ C RA)=(0.63126966.5+203.3354.78)/1.2=234 61.90（kN）r0 S()1/ rd R() 即 偶然组合时，也满足设计要求。四.应力分析 （依据：中国水利水电出版社出版，书号为：ISBN7-80124-520-2/TV294水工建筑物中专教材第一章第四节；黄河水利出版社出版，书号为：ISBN7-80621-710-X/TV325水工建筑物高职高专教材第一章第四节。）考虑扬压力时，W=305 95.7kN ，M=287745.76-2799794.37=7951.39（KNm） ；不计扬压力时，W=400 66.91kN ，M=287745.76-227185.19=60560.57（KNm） 。. 边缘应力计算1. 边缘正应力计算. 上游边缘正应力计扬压力： y =W/T+(6M/T2)=30595.7/54.78(67951.39/54.782)= 574.42 (kPa)不计扬压力 y =40066.91/54.78660560.57/54.782)= 852.50 (kPa). 下游边缘正应力计扬压力： y= 30595.7/54.78(67951.39/54.782)= 542.62 (kPa)不计扬压力： y= 40066.91/54.78(660560.57/54.782)= 610.33 (kPa)T： 计算截面沿上下游方向的宽度。上游面y 0，下游面y在计入或不计入扬压力时，均远小于坝基的容许压应力。2. 边缘剪应力计算. 上游边缘剪应力（Py ）n（13225.37-852.5）0.2= 2474.58(kPa). 下游边缘剪应力（y- P）m （610.33-1021.12）0.8= 328.63(kPa)3. 边缘主应力计算. 上游边缘主应力x= P（Py ）n 2=13225.37-（13225.37-852.5）0.22=12730.46(kPa). 下游边缘主应力x= P+（y- P）m 2=1021.12+（610.33-1021.12）0.82=758.21(kPa). 坝体内部应力计算五.强度校核 考虑扬压力时：基本组合： W=305 95.7kN ， M=287745.76-2799794.37=7951.39（KNm）偶然组合： W=269 66.5kN ，M=363264.86-292628.90=70635.95（KNm）. 承载能力极限状态强度校核 坝趾抗压强度极限状态.基本组合时，设计状况系数=1.0，结构系数rd =1.8 r0 S()=1.01.030595.7/54.78-（67951.39）/54.782 （1+0.82）=889.90(kPa) = 0.890MPa1/ rd R() =（1/1.8）6666.7=3703.7 （kPa）=3.704 MPar0 S() 1/ rd R(). 偶然组合时，设计状况系数=0.85，结构系数rd =1.8r0 S()=1.01.026966.5/54.78-6(-70635