毕业设计（论文）-江北河宁溪重力坝枢纽及深孔泄水建筑物设计.docx

江北河宁溪重力坝枢纽及深孔泄水建筑物设计目录第一部分设计说明书5第1章 基本资料51.1流域状况51.2枢纽的设计依据51.3水文气象资料61.3.1河流特征61.3.2洪峰流量61.3.3洪峰单位过程线71.3.4多年平均降雨天数、中水年月流量71.3.5坝址处水位流量关系71.3.6库水位面积；库水位容积曲线71.3.7气温情况71.3.8其它资料81.4坝址及地形情况81.5筑坝材料81.5.1当地材料81.5.2外来材料101.5.3交通情况：101.6施工动力、机械、劳动力情况10第二章枢纽布置102.1枢纽等别和建筑物等别102.2根据枢纽任务确定枢纽建筑物组成112.3坝型的初步选择122.4坝型的进一步步选择122.5主要建筑物的型式选择132.5.1泄水建筑物132.5.2电站建筑物132.5.3放空建筑物132.6调洪演算142.6.1洪水过程线的确定142.6.2相关曲线图152.6.3设计洪峰流量和校核洪峰流量162.6.4调洪演算的原理162.6.5调洪演算的方案172.6.6调洪演算的结果及分析182.7重力坝挡水坝段剖面尺寸初拟192.7.1坝顶高程的确定192.7.2坝顶宽度的确202.7.3上、下游边坡坡度确定202.7.4上、下游折坡点确定202.7.5排水管位置及灌浆廊道位置、尺寸确定202.8重力坝溢流坝段剖面尺寸初拟212.9重力坝枢纽布置方案21第三章非溢流坝段设计243.1非溢流坝段设计243.1.1经济剖面的选择原理243.1.2经济剖面选择电算方法243.1.3成果分析及最终断面选择243.2非溢流坝的稳定及边缘应力分析（手算）253.2.1抗滑稳定计算原理253.2.2抗滑稳定计算方法263.3坝体应力计算分析263.3.1坝体应力计算目的263.3.2坝体应力计算方法26第四章溢流坝段设计274.1溢流坝段剖面形状的确定274.2消能设计284.2.1消能方式选择284.2.2鼻坎高程、挑射角及反弧半径确定294.2.3消能验算304.3闸门、闸墩及导墙设计314.3.1闸门选择314.3.2闸墩设计324.3.3导墙32第五章电站坝段设计335.1引水建筑物335.1.1压力钢管直径335.1.2进口建筑物及主要设备335.1.3闸门选择、拦污栅、通气孔等设施355.1.4压力钢管的布置355.2电站厂房建筑物365.2.1水轮机转轮直径的确定365.2.2水轮机安装高程365.2.3尾水管底部高程375.2.4发电机安装高程375.2.5蜗壳38第六章深孔泄水建筑物设计406.1深孔的作用406.2深孔形式的选择406.3基本尺寸初拟416.3.1深孔尺寸、底板高程416.3.2坝段宽度的确定426.4深孔体型设计426.5闸门、启闭设施设计43第七章细部构造447.1重力坝构造447.2坝顶构造447.2.1非溢流坝坝顶构造447.2.2溢流坝坝顶构造457.3坝体分缝457.4坝体排水477.5坝内廊道系统477.6坝体混凝土分区48第八章重力坝地基处理498.1重力坝地基处理要求498.2坝基的固结灌浆498.3帷幕灌浆508.4坝基排水50第九章施工导流设计509.1导流目的509.2导流方案的选择51第二部分 计算说明书53第十章调洪演算5310.1调洪演算的目的5310.2调洪演算的基本原理和方法5310.3调洪基本资料5410.3.1流量系数确定5510.4方案拟定5510.5计算下泄流量5610.6调洪演算过程5710.6.1泄流量与水位关系曲线5710.6.2设计、校核情况下来水曲线5710.6.3设计情况调洪计算5810.6.4校核情况调洪计算6010.6.5调洪结果分析63第十一章非溢流坝段设计6411.1剖面优化电算结果6411.2非溢流坝段的稳定分析计算7111.2.1设计情况稳定分析计算7111.2.2设计情况稳定计算7311.2.3校核情况稳定分析计算7411.2.4坝体应力电算76第十二章溢流坝段设计8512.1溢流坝段剖面形状的确定8512.2消能验算8812.2.1设计情况消能验算8812.2.2校核情况消能验算89第十三章水面线计算90第十四章蜗壳水力计算93第十五章深孔坝段放空计算9515.1放空方式选择9515.2放空计算过程95参考文献98结束语&致谢词99 第一部分设计说明书第1章 基本资料1.1流域状况江北河为我国某一大河的一条支流，全长约170km，中、上游河道曲折，流经于山地之间，两岸高地环列，到坝址处缩窄成瓶口，河宽仅百余米，坝址至下游六公里一段，河床窄，水流急，再经3km以后，河槽渐宽水流渐缓，又经7km以后，河道又转陡，自坝址至下游50km，落差达150m，且集中于三处，为本河流梯级开发创造了有利条件，宁溪水利枢纽即列为第一梯级。下游至河口河长20km左右为河口平原，当洪水超过3500m3/s时，即泛滥成灾。流域面积共3200km2，共计人口65万人，中上游地处山脉丘陵地带，大部分以农业为主，在流域内无主要的矿产和工业城市。仅在河口有一中等城市，有轻工业及加工业，离坝址90km处之珞城，是我国一主要工业城市，所发电力与珞城、河口及附近小的电站组成电力系统。本枢纽主要任务为发电，兼作防洪之用。 1.2枢纽的设计依据本枢纽经过技术经济调查以及水利、水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据。特征水位正常高水位： 345.0 m死水位（淤积结果）： 320.0 m发电死水位（最低工作水位）： 333.0 m最有利工作深度： 12 m水库下游防洪标准P=1%时的安全泄量： 2800m3/s水库上游最高限制水位：350米水电站资料装机容量： 2700kw台数： 3台水轮机容量： HL123每台引用流量： 30m3/s厂房尺寸（机组三+装配间）主厂房长：40米主厂房宽：11米发电机主板距屋顶高：18米本枢纽的电站装机，除考虑相应的运转备用及重复容量外，且承担系统事故备用任务。1.3水文气象资料1.3.1河流特征本河流域以降雨为洪水之成因，一般在五月间即开始涨水。最大洪水量多发生在七月，每年5、6、7三个月降水占全年的48%，比较集中，洪水期为510月，13月为最枯水期，P=50%洪水量仅为120 m3/s，P=10洪水流量为85 m3/s；114月同P=5%的洪水流量为420 m3/s，P=10%的洪水流量为360 m3/s。1.3.2洪峰流量根据水文分析，各频率下的洪水流量列于表1。表1-1各频率下的洪水流量表频率p%210.20.10.05流量m3/s315040506100700079001.3.3洪峰单位过程线依据观测资料，推测五天历时的洪峰单位过程线列于表2。表1-2五天历时的洪峰单位过程线表时间段（天）011.062345流量（%）10891005732.519121.3.4多年平均降雨天数、中水年月流量表1-3多年平均降雨天数、中水年月流量表项目123456789101112中水年月流量207060180470790810800320530200160年平均降雨天数1.231 .335565443.23.21.3.5坝址处水位流量关系表1-4坝址处水位流量关系表水位（m）309310311312313314315316流量（m3/s）140350660110016202180282035001.3.6库水位面积；库水位容积曲线表1-5库水位面积；库水位容积曲线表水位（m）315320325330335340345350面积（km2）6.312.823.531.740.957.568.5容积（亿m3）0.1580.3420.7621.662.894.637.159.991.3.7气温情况本流域气候属于温和地区，植物全年均可生长，甚少降雪，冬季平均温度为8.5，河水无冰冻现象，夏季平均气温为27.4，7、8月最高平均为28.6，各月温度见表6。表1-6气温情况表()月份123456789101112多年平均温度7.99.913.418.623.225.329.739.825.419.314.70.1最高温度19.525.030.038.03839.742.244.042.038.830.119.0最低温度-0.3-2.50.54.512.915.51615.013.57.50.80.01.3.8其它资料(a) 河流较清、淤沙较少，含沙量仅为流量的0.9%。(b) 水库最大吹程：10km。多年平均风速：16m/s。其它资料见蓝图。1.4坝址及地形情况坝址处为震旦纪砂岩，右岸风化较严重，深约34m，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜之一翼为倾向上游。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物。无侵蚀地下水。基岩的物理力学性质为：砂岩：容重rc=2150t/m3，比重G=2.7，干燥时极限抗压强度1300kg/cm2，摩擦系数f=0.62；渗透系数k =1.010-5cm/s。砂质页岩：容重rc=255 t/m3，比重G=2.75，渗透系数k=1.210-5cm/s，干燥时极限抗压强度700 kg/cm2，饱和时极限抗压强度350 kg/cm2。坝基岩经过水实验，吸水率均低于0.05公斤/分。砂岩与页岩间磨擦系数f=0.45。岩石与混凝土：f=11.2，c0.61.0Mpa1.5筑坝材料1.5.1当地材料勘测结果如下(a) 砂河砂A，在坝址下游35公里处，颗粒较粗，其主要颗粒在10.5毫米间，d50=0.65mm,不均匀系数=d60/d30=21。砂均在正常河水位附近，含泥量均3.5%，沿河有公路可通。河砂B：在坝址下游20公里处，粒径较小，d50=0.32mm,不均匀系数=20。(b) 石料有泥盆石英砂岩，位置见附图，蕴藏量480万方，平均覆盖层2.5米厚。岩石机械物理性质为：比重 2.65干抗压极限强度 1400kg/cm2饱和抗压极限强度 1050 kg/cm2经过25次冻融后抗压极限强度 1050 kg/cm2(c) 土料有粘土、沙壤土及山皮土风化料，其分布、储量及性质见表7、表8。表1-7建筑材料性能表土壤名称土壤特性河砂A河砂B粘土砂壤土山皮土土壤干容重（吨/立方米） c1.601.601.701.661.60空隙率 gn0.450.420.350.380.398内摩擦系数（自然含水量）f0.600.550.350.300.60内摩擦系数（饱和含水量）f0.600.550.240.280.50粘着力（公斤/平方厘米） C001.001.000渗透系数 （厘米/秒） K210-3610-3410-7110-5110-3天然含水量 %2017最优含水量 %191822.5压缩模量（公斤/平方厘米）E120100表1-8当地材料分布及储量表部位材料石料砂壤土粘土石料位置坝址上游2km右岸坝址上游1km左岸坝址上游1.3km左岸坝址上游3.5km右岸可开采量(d) 卵石在本支流入干流河口处有卵石80万m3，粒径在120cm，质地良好，可做混凝土骨料。1.5.2外来材料水泥：水库下游珞城有一大水泥厂，可供给本工程以足量的水泥。钢筋：可取自珞城，其它钢材则由千里之外之城市运来。木材：具工地70km之专区，可大量供应。1.5.3交通情况：本支流由于险滩阻隔，无法通行较大船，但有公路可达干流河口，而干流可通过大船直达珞城，与铁路相联系，很方便。1.6施工动力、机械、劳动力情况坝址下游20公里，有火电站，可供应足够的动力。施工可考虑半机械化：土料上坝、碾压可使用机械，砂料开采，混凝土的制作、运输、捣固、石料的加工可以使用机械化，土料的运输、石料开采、土料开挖、用人工或简单机械。当地民工比较多，尤以农闲时为甚，但技术工人则要从珞城调用。第二章枢纽布置2.1枢纽等别和建筑物等别根据附表水利水电工程等级划分及洪水标准，确定水利水电枢纽工程分等指标：工程等别工程规模水库总库容108m3防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿区保护农田面积104亩治涝面积104亩灌溉面积104亩供水对象104亩装机容量104kwI大（1）型10特重要500200150特重要120II大（2）型101重要5001002006015050重要12030III中型1.00.1中等100306015505中等305IV小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51V小（2）型0.010.001530.51永久性水工建筑物级别：工程等别主要建筑物次要建筑物I13II23III34IV45V55根据设计给出资料：正常蓄水位345m时，水库库容为7.15亿立方米，水库库容最大为9.99亿立方米，可知综合考虑发电规模以及对下游防护任务可确定该水利枢纽为II等大（2）型。再根据永久性建筑物等级表，当枢纽工程为II等时，主要建筑物（大坝、溢洪道等）为2级，次要建筑物（工作桥，护岸等）为3级，临时性建筑物（围堰，导流隧洞）属于4级。根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范，见附录一表3山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准，确定设计洪水标准为100年一遇，枢纽流量为4050m3/s；校核洪水标准为1000年一遇，枢纽流量为7000m3/s。2.2根据枢纽任务确定枢纽建筑物组成根据设计资料指出，该水利枢纽的主要作用是发电兼防洪之用。固所需的永久建筑物包括：挡水建筑物，泄水建筑物，放空建筑物，电站建筑物。临时建筑物如：导流建筑物、施工围堰等。2.3坝型的初步选择（1）从地质来看，重力坝是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠自重保持稳定，对地形、地质适应性较强。任何形状的河谷都可以修建重力坝，在土基上也可以修建高度适中的重力坝。拱坝坝体的稳定性主要依靠两岸拱段的反力作用，因此拱坝对坝址的地形、地质条件要求较高，对地基处理要求也较严格。由于左右两岸言行不均一，故不适宜建拱坝。土石坝能适应不同地形地质气候条件，除极少数例外，几乎任何不良地基经过处理后均可修建土石坝。但土石坝对土石方量要求很大，而且因洪水泄流量及导流和度汛流量大的特点，不适宜修建土石坝。综上考虑该地质条件适宜修建混凝土重力坝。（2）地形条件。河谷狭窄，地质条件良好，适宜修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可选重力坝或支墩坝；河谷宽阔、河床覆盖层深厚或地质条件较差，且土石、沙砾等当地材料储量丰富，适宜修建土石坝。由于坝址处河床狭窄但地质条件较差，且左右岸岩性不均一，不适宜修建拱坝，因为开挖量过大，不经济。同时在高山峡谷区布置水利枢纽，应尽量减少高边坡开挖。因洪水歇凉及导流和度汛量大的特点，坝址处不宜修建土石坝。故而修建重力坝最为合适。（3）筑坝材料。土石坝可用土石料筑坝，坝址附近有足够符合的天然建筑材料。重力坝和拱坝因建筑材料的不同可分为多种类型。综合考虑，选定重力坝。2.4坝型的进一步步选择(1)因全河道泄洪，溢流坝堰顶会降的很低，空腹重力坝和宽缝重力坝节省投资有限，且结构复杂，钢筋和模板用量较多，施工难度大，度汛过水较困难，故不采取这两种坝型。（2）本工程洪水泄量大，所以非溢流坝段长度较小，溢流坝段长度所占比例较大，且堰顶高程较低，除去基础部位和霸体外部的常态混凝土意外，碾压混凝土的放量较少，如果采用碾压混凝土坝，还要增设碾压施工设备，拌合楼的容量也要扩大，故该种坝型也不合理。（3）实体混凝土重力坝，坝身泄洪安全可靠，坝体结构简单，施工期便于过水度汛，施工速度较快。根据宁溪地形地质及洪水特点，选择实体混凝土重力坝较为合适。2.5主要建筑物的型式选择 2.5.1泄水建筑物首先，泄水隧洞是在山体中开凿的一种水流通道，可用于引水、排水、排砂、预泄洪水、施工导流，虽然隧洞比较节约地方，有时也可以“一洞多用”，即导流、泄洪、放空、发电等综合利用一条隧洞，比较经济，但是它也有不少工作特点，受力方面：山体开洞，围岩变形，需要支护；水流方面：不仅有外水压力，而且有内水压力，还存在高速水扰；施工方面，场地狭窄，工序多，干扰大，事故可能性大，加固检修困难，该地区坝址处为震旦纪砂岩，左岸风化较严重，地质条件并非很好，不太适宜修泄水隧洞。其次，河岸泄水道实用于两种情况：坝型为土石坝，因为土石坝一般不允许坝身过水，多数情况是在地形较好的地方如垭口处修河岸泄水道来泄水；坝型为重力坝，但河谷狭窄，布置坝身泄水道有困难时。本工程坝型已选为重力坝，并且设大量泄洪要求，河谷也较宽阔，不需要采用河岸泄水道的形式。2.5.2电站建筑物因坝址河段坡降并不大，不适宜用引水式厂房；水电站水头较大，流量不大，也不宜采用河床式厂房，综合考虑，用坝挡水，将厂房置于坝后，采用坝后式厂房。2.5.3放空建筑物放空建筑物是为了防洪和检修等目的要放空水库而布置的建筑物，有深孔、隧洞和涵管等。 隧洞因其施工量大，施工难度大，速度慢，施工场地狭窄，容易出现事故，且施工和材料的费用巨大，一般情况下尽量不采用隧洞的放空建筑物的形式，而且隧洞对地质条件要求较高，需要坚硬的地质条件下才能施工。 涵管一般用于土石坝中，它是将涵管埋在土石坝的河床底部，以避免高速水流冲刷，且涵管费用较高，安装困难。 本工程河床比较宽阔，经过初步估计能够布置下深孔放空建筑物和电站坝段，而且我们已经拟订了实体重力坝的坝型方案，重力坝中预留空洞，前期可作导流洞，后期作放空洞，这样是比较经济的。2.6调洪演算2.6.1洪水过程线的确定本设计中枢纽主要任务是发电，兼做防洪之用，所以必须在选定水工建筑物的设计标准外，还要考虑下游防护对象的防洪标准。由资料知混凝土坝按100年一遇（P=1%）洪水设计，1000年一遇（P=0.1%）洪水校核。由设计资料给出，五天历时洪峰单位过程线表如下：时段（天）011.062345流量m/s10891005732.51912按同倍比放大法得，设计洪水过程线表为：时段（天）011.062345流量m/s4053604.540502308.51316.25769.5486校核洪水过程线表为：时段（天）011.062345流量m/s70062307000399022751330840 利用excel绘制出设计洪水过程线以及校核洪水过程线如下。设计洪水过程线：校核洪水过程线：2.6.2相关曲线图 由设计资料并表5给出：水位（m）315320325330335340345350面积km26.312.823.531.740.957.568.5容积亿m30.1580.3420.7621.662.894.637.159.99则库水位与库容关系图如下：坝址处水位流量关系曲线：2.6.3设计洪峰流量和校核洪峰流量频率p%210.20.10.05流量m3/s31504050610070007900 则设计洪峰流量p=1%时，Q=4050m3/s，p=0.1%时Q=7000m3/s2.6.4调洪演算的原理根据水库的水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组及，用已知（设计或预报）的入库洪水过程线Qt,由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程qt,这就是调洪演算的基本原理。2.6.5调洪演算的方案根据坝址地址条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80m3/s.按允许最大设计流量Qmax1%为百年一遇2800m3/s及确定的单宽流量q，初步计算溢流坝段前缘宽度B=Q/q=2800/80=35米。选定溢流堰堰顶高程H1，取为337米。WES堰的设计水头Hd，按坝顶最大工作水头Hmax的0.750.95采用，由于最高水位不得超过350米，即有Hmax=350-337=13米，Hd=13*0.85=11.05米。堰高P1.33Hd，即为高堰，流量系数m只与H/Hd 有关，根据m=f（H/Hd），查得从345米开始，即H=345-337=8米开始，对应的每个m值。通过WES堰流量公式，根据水利水电工程钢闸门设计规范，露顶式泄洪道闸门的孔口尺寸，在孔高为8米时，孔口宽度可取8，9，10，12，14，16，18，20米，列出几组方案代入公式计算，得出闸门在不同水头下的泄水量，参考下表：同时考虑水轮机引用流量（由于不可能总是三台机组同时工作，故只考虑一台机组引用流量），得出该枢纽的下泻洪水流量。采用列表试算法进行调洪演算，得出以下几组方案。水位水深m流量系数下泄流量Q堰宽42m下泄流量Q堰宽40m337000.4200337.50.50.050.4225.4624.2533810.090.4272.5369.08338.51.50.140.43134.51128.1033920.180.43209.02199.07339.52.50.230.44294.15280.1434030.270.44390.22371.64340.53.50.320.44496.22472.5934140.360.45611.73582.60341.54.50.410.45734.85699.8534250.450.45868.31826.96342.55.50.50.461010.59962.4734360.540.461159.031103.83343.56.50.590.471318.221255.4534470.630.471485.881415.13344.57.50.680.471658.441579.4634580.720.481842.501754.76345.58.50.770.482034.861937.9634690.810.482230.882124.65346.59.50.860.492439.382323.22347100.90.492656.112529.63347.510.50.950.502881.072743.883481110.503108.022960.02348.511.51.040.503349.003189.53349121.090.513598.223426.87349.512.51.130.513848.113664.87350131.180.514113.373917.492.6.6调洪演算的结果及分析方案项目设计情况校核情况堰顶宽为42m最高水位346.8m348.2m堰顶宽为40m最高水位346.9m348.4m综合比较后选择方案一，充分利用下游防洪能力的同时使投资最省，则调洪演算最终确定的水能资料为：项目上游水位m下游水位m 设计工况346.8314.6校核工况348.2315.92.7重力坝挡水坝段剖面尺寸初拟2.7.1坝顶高程的确定坝顶高程由静水位、风浪涌高、安全超高几部分组成。坝顶高出水库静水位的高度按下式计算：h=h1+h0+hc 式中 h1 波浪高度， h0 波浪中心线高出静水位的高度二者按 h1=0.0166V5/4*D1/3 ， L1=10.4h10.8 ，h0=h12 /2L1 计算 V库面风速 D库面的波浪吹程hc安全超高 ，按下表采用：依据水电枢纽工程等级划分及设计安全标准DL51802003和 混凝土重力坝设计规范DL 5108-1999，安全超高hc按下表确定。安全超高hc值运用状况坝的级别IIIIIIIV、V正常运用洪水（正常蓄水位和设计洪水位）0.70.50.40.3非常运用洪水（校核洪水位）0.50.40.30.2注：当正常运用洪水和非常运用洪水均低于水库正常蓄水位时，坝顶超高以正常蓄水位为基准坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算，并选用较大值 ：设计情况下V取多年平均风速的1.52.0倍，本设计取2倍。校核情况下取多年平均风速。由设计给出资料该水库最大吹程为10km,多年平均风速为16m/s.即对于设计情况V=32m/s，校核情况，V=16m/s.坝顶高程=设计洪水位+h设坝顶高程=校核洪水位+h校代入数值计算，设计情况下：h1=1.89 h0=0.51 而hc=0.5校核情况下：h1=1.14 h0=0.18 而hc=0.4，代入数值计算取两者较大值。故最终确定坝顶高程为349.92m。2.7.2坝顶宽度的确坝顶宽可采用坝高的8%10%，且不小于2m，坝高大约为50米，所以坝顶宽度初拟为5米。2.7.3上、下游边坡坡度确定考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定性，根据工程实践，上游边坡取n1=1:0.01:0.3，本设计取1：0.15.下游边坡取n2=1:0.61:0.8，本设计:1：0.75。坝底宽度一般为坝高0.70.9倍。2.7.4上、下游折坡点确定上游起坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物进口高程来确定，上游折坡点位置一般取泥沙淤积高程，根据所给设计资料可知为320m；下游起坡点位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面得到，即下游折坡点延长线对应上游校核洪水位。2.7.5排水管位置及灌浆廊道位置、尺寸确定基础灌浆廊道的断面采用上圆下方的城门洞型，尺寸为2.5m*3.0m（宽乘高），以满足钻孔，灌浆工作空间需要。在廊道顶部和底部应埋设一些吊钩和轨道。底部廊道尽量靠近基础。高程定为307m。在高程为330m再设置一层检查廊道。靠近上游坝轴线方向设一排竖向排水管幕，管内径取20cm，间距为3m，上端通至坝顶，下端通至廊道，垂直布置。2.8重力坝溢流坝段剖面尺寸初拟本设计由前面章节可知采用WES曲线堰型泄流。消能方式的选择。各消能方式优缺点比较如下:底流消能：适用于高、中、低水头，大、中、小流量的各类泄水建筑物，对地质条件要求较低，对尾水变幅的适应性较好，但对于高水头、大单宽流量的泄水建筑物与挑流消能相对而言，应用较少。底流消能应用与高水头、大流量泄水建筑物尽管工程费用大，但由于消能效果稳定可靠，因而在某些特殊情况下仍被采用。挑流消能：一般不需对下游河床设置保护工程，因而大大节省工程费用，同时设计与施工均较方便简单，应用也较安全可靠。只要有足够的水头，能保证水舌有一定的挑距，使冲坑远离建筑物，而且下游河床地址良好，尾水有足够的深度，水垫足以消杀大部分能量，均可采用。面流消能：要求利用鼻坎将高速下泄的水流挑到下游水面附近，以避免高速水流接触河床引起冲刷。适用与下游尾水较深，单宽流量变化范围较小，且水位变幅不大，或有漂运的情况。但面流式消能坝下游有波浪发生，甚至几公里范围内的水面都不稳定，对电站及航运不利，容易冲刷两岸，要采取相应的保护措施。消力戽消能：比挑流有较好的消能效果和较小的冲刷范围，而工程量则比消力池少，但是其底部旋滚会把下游河床沙石带入戽内，并随戽内旋滚运动，磨损消力戽和坝面，增加了维修养护费用，而且下游水面波动绵延较长的范围，易冲刷河岸，对航运不利。实用于尾水较深，变幅较小，无航运要求，且下游河床和两岸有一定的抗冲能力的情况。最终选定挑流消能，挑坎最低高程等于或略低于最高的下游水位，可取为315.8米，反弧段半径R取23m。2.9重力坝枢纽布置方案在进行水利枢纽布置时应全面考虑运用、施工、管理、技术经济等问题，一般应进行多方案的比较。在保证方便和安全可靠的前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期，优选技术经济效益最佳的方案。具体地说，应有下列几方面的要求。 运用方面： 枢纽布置应首先满足建筑物正常的要求，避免各建筑物之间相互干扰，保证在各种条件工作条件下，都能完成枢纽所担负的任务。灌溉取水建筑物应保证按照水量及水质的需要要为灌区提供灌溉用水。溢洪道或溢洪隧洞的布置应保证安全泄洪，进口水流平顺，出口水流最好与原河道主流一致，尽量减少对其它建筑物正常运行的影响。水电站枢纽布置主要应保证电站运用可靠，水头损失较小，因此要求进口水流平顺，尾水通畅。通航建筑物布置应能使船舶顺利航行，有足够的过船能力。船闸的进出口要求水流平顺和水面平稳。此外，枢纽对外和内部交通线路也要布置合理，以便满足交通的要求。施工方面： 枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工进度综合考虑，力求施工方便，程序简单，工作期短，劳动力省。施工设计时应尽可能采用在洪水季节不中断施工的导流方案，较好安排各建筑物的施工程序和施工进度，使枢纽中的部分建筑物及早投入进行，尽快发挥效益。环境方面：水利枢纽的兴建会使周围环境发生明显的改变，特别是大型水库的形成为发展水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和防止洪水灾害创造了有利条件，同时也到来了一些不利的影响。水利枢纽布置要求尽量避免或减轻对周围环境的不利影响，并充分发挥有利的影响。对蓄水枢纽在汛期要充分利用泄水和输水建筑进行排沙，以减少淹没及淹没损失，降低防洪投资。对于下游衔接在布置上也要采取适当的措施，以减轻下游河床的冲刷、淤积、回流等对尾水的影响。还要注意建筑的美观，使枢纽的外观与周围环境相协调。经济方面：枢纽布置应在技术可行的条件下，力求经济最优，应在满足建筑物的稳定、强度、运用及远景规划等要求的前提下，使枢纽的总造价和年运转费最低。在不影响运用且不互相矛盾的前提下，应尽量发挥各建筑物的综合利用能力。如利用导流洞改为泄洪动、尾水洞；导流底孔改建为深式泄水孔，兼起放空水库的作用。在河床较窄，并列布置溢流坝和水电站厂房有困难时，可以考虑采用坝内式厂房、溢流式厂房或地下室厂房等布置形式。要力求缩短枢纽建设工期，考虑提前发电的可能性和充分实施的合理性。大力推广应用新技术、新材料等，也有效降低工程造价。方案一：从右岸到左岸依次布置非溢流坝段，电站坝段，溢流坝段，深孔坝段，再接一段非溢流坝段。 方案二：从右岸到左岸依次布置非溢流坝段，电站坝段，深孔坝段，溢流坝段，再接一段非溢流坝段。按照以上的比较原则，考虑到溢流坝段的下游消能可能对电站坝段的影响，电站坝段与溢流坝段应尽量分开，方案二好；此外右岸交通较为方便，布置电站坝段便于运行、维护工作 。第三章非溢流坝段设计3.1非溢流坝段设计3.1.1经济剖面的选择原理非溢流坝段的断面在任何水平截面上均能满足稳定和应力要求，而整个坝体的混凝土量又最小的断面称为经济断面。理论上的经济断面外形很复杂，而且各坝段也不一致，不合实用。因此，实际常需要采用一些接近理论经济断面的实用断面，这些断面虽非最少工程量，但能满足实用要求。选择经济断面时，重力坝坝基断面均应满足：（1） 在最不利荷载组合情况下，抗滑稳定安全系数不小于规范要求。（2） 在最不利荷载组合情况下，坝踵和坝址的最小垂直正应力和最大垂直正应力分别满足规范要求。3.1.2经济剖面选择电算方法采用武汉大学熊文林主编的重力坝稳定和应力计算程序（SAOGD1），进行电算。计算工况：正常洪水位+扬压力 设计洪水位+扬压力 校核洪水位+扬压力3.1.3成果分析及最终断面选择在满足稳定要求的前提下，选择坝体积较小的方案。电算选择结果如下（电算过程见计算说明书）经济剖面：n=0.25，m=0.725，对应混凝土方量VOL=830.26m3。上游起坡点高程320.0m，下游折坡点高程，341.32m。其他结果如下表：计算工况上游边缘垂直正应力y上游边缘最小主应力2u下游边缘最大主应力1d抗滑稳定安全系数KSH按摩擦公式计算安全系数KSL正常情况13.6613.48104.283.75070.6549设计情况12.1012.00105.363.71690.6363校核情况1.881.84117.453.38480.57013.2非溢流坝的稳定及边缘应力分析（手算）3.2.1抗滑稳定计算原理重力坝承受的荷载和作用主要有：自重；静水压力；扬压力；动水压力；波浪压力；泥沙压力；冰压力；土压力；风荷载；温度荷载等。 荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。滑动面选择的基本原则：研究坝基地质条件和坝体剖面形式，选择受力较大,抗剪强度低,最容易产生滑动的截面作为计算截面。一般有以下几种情况：坝基面坝基内软弱层面基岩缓倾角结构面不利的地形碾压混凝土层面等。由已知基本资料知，坝址处为震旦纪砂岩。右岸风化较严重，深达3 4m，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜层之一翼微倾向上游。基坑抗滑稳定控制面为混凝土与基岩接触面,故对非溢流坝段只需对坝基面进行抗滑稳定分析。3.2.2抗滑稳定计算方法抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数为：K= 式中 f抗剪断摩擦系数； c抗剪断凝聚力；KN/m2 A滑动面面积, m2；U作用于滑动面上的扬压力；H作用于滑动面上坝体的力在水平方向的投影的代数和；V作用于滑动面上坝体的力在垂直方向的投影的代数和。抗滑稳定安全系数设计情况校核情况K4.0133.72.5详细计算过程见计算说明书。3.3坝体应力计算分析3.3.1坝体应力计算目的重力坝应力分析目的是为了判定坝体在运用期和施工期是否满足强度和稳定的要求，同时也为研究与设计、施工有关的其他问题如确定坝体混凝土的标号分区以及在某些部位配置钢筋等提供依据。3.3.2坝体应力计算方法采用武汉大学熊文林主编的重力坝稳定和应力计算程序（SAOGD1），进行电算。计算工况：正常洪水位+扬压力 设计洪水位+扬压力 校核洪水位+扬压力应力电算选取的截面及其基本数据如下截面坝基面基础廊道底面上游折坡点断面下游折坡点断面高程（m）302307320341.32应力电算具体结果见计算说明书。第四章溢流坝段设计4.1溢流坝段剖面形状的确定理想的溢流堰，应该使流量系数较大，堰面上不出现负压，而且使工程量较小。溢流坝段的基本断面为梯形（或截顶三角形），再根据水流情况，修改为实用断面。顶部为堰面曲线，底部用反弧曲线与护坦或鼻坎衔接，各段中通常采用切线衔接。本设计采用三圆弧作为WES堰的堰顶上游曲线。(1)根据堰顶上游圆弧相关参数绘制堰顶上游曲线；WES设计水头Hd 取最大水头的0.750.95，Hmax=11.2m，取系数为0.85则Hd =0.8513=9.52m。则： R1=0.50Hd=0.509.52m=4.76m R2=0.20Hd=0.209.52m=1.904m R3=0.04Hd=0.049.52m=0.381m c1=0.175Hd=0.1759.52m=1.666m c2=0.276Hd=0.2769.52m=2.63m c3=0.2818Hd=0.28189.52m=2.683m设圆弧段衔接点距 x轴距离，依次为a1，a2，a3。 a1=0.0316Hd=0.03169.52m=0.301m a2=0.1153Hd=0.11539.52m=1.098m a3=0.136Hd=0.1369.52m=1.295m（2）根据堰下游斜面坡度m，计算堰顶下游曲线与斜面的切点（xt，yt）；堰顶下游曲线OC与堰顶下游面直线段相切于C点，堰顶下游曲线一般式表示为：xn=kHdn-1y因为上游堰面是垂直的故k=2.00，n=1.850即为：x1.85=2Hd0.85y求一阶导数得：dydx=1.859.520.852x0.85=1.8513.58x0.85=0.136x0.85中部直线段坡度取为与非溢流坝段下游坝坡一致，即为0.725。dydx=1m=10.725故有：0.136xc0.85=10.725xc=（10.7250.136）10.85=15.26m（3）根据下游曲线经验方程点绘堰顶点O至切点C（xt，yt）的堰顶下游曲线；y=x1.852Hd0.85=x1.8529.520.85=x1.8513.58按上式算得曲线OC的坐标值列表计算如下：x(m)12345678y(m)0.073630.265460.562040.956991.446082.026182.694833.44998x(m)910111213141515.26y(m)4.289915.213156.218377.304418.470239.7148711.037411.3944.2消能设计4.2.1消能方式选择 底流消能：适用于高、中、低水头，大、中、小流量的各类泄水建筑物，对地质条件要求较低，对尾水变幅的适应性较好，但对于高水头、大单宽流量的泄水建筑物与挑流消能相对而言，应用较少。底流消能应用与高水头、大流量泄水建筑物尽管工程费用大，但由于消能效果稳定可靠，因而在某些特殊情况下仍被采用。挑流消能：一般不需对下游河床设置保