某电站坝下水位治理工程枢纽重力坝设计毕业设计.doc

某电站坝下水位治理工程枢纽重力坝设计毕业设计目 录摘 要IABSTRACTII第一章 工程概况11.1工程等别和设计标准11.1.1 工程等别11.1.2 设计标准11.2设计依据和基本资料11.2.1 水文气象11.2.2 特征水位31.2.3 糙率31.2.4 地质特性及基岩物理力学指标31.2.5 材料特性7第二章 大坝枢纽的平面布置82.1 大坝枢纽布置的一般原则82.2 坝址的选择82.3 坝型的选择92.3.1 土石坝92.3.2 宽缝重力坝102.3.3 拱坝102.3.4 混凝土面板堆石坝102.3.5 碾压混凝土重力坝112.3.6 混凝土实体重力坝112.3.7 最终坝型的确定122.4 坝轴线的确定122.5 枢纽建筑物的组成13第三章 坝体设计143.1 大坝枢纽平面设计143.2 大坝坡面设计143.2.1 坝顶高程的拟定143.2.2 建基面高程的确定163.3 剖面设计原则163.3.1 坝顶宽度的拟定163.3.2 上下游坝坡坡率的确定163.3.3 坝底宽度173.3.4 基本剖面17第四章 非溢流坝段计算及应力分析184.1 坝体荷载计算184.2 荷载计算184.3 抗滑稳定分析244.4 应力分析254.4.1 强度指标254.4.2 应力计算公式26第五章 溢流坝段设计295.1 泄水方式的选择295.2 溢流坝孔口的设计295.2.1 单宽流量的确定295.2.2 溢流宽度的确定295.2.3 净宽拟定305.3 堰顶高程的确定305.4 设计水头的确定315.5 泄流能力校核325.6 闸门、闸墩设计335.6.1 闸门设计335.6.2 闸墩设计355.7 WES堰型设计375.7.1溢流堰顶部下游曲线375.7.2溢流堰顶部上游曲线385.7.3中部直线段385.7.4 反弧段设计计算395.7.5 WES堰面曲线示意图415.8水面线的确定415.8.1 WES堰面曲线段415.8.2水面线高度的计算425.8.3 掺气水深425.9 闸门设计计算435.9.1 弧形闸门435.9.2 平板闸门465.9.3 启闭设备的设计计算47第六章 消能防冲设计496.1 消能工的设计原则及型式496.2 鼻坎型式选择506.3 消能设计计算506.3.1 挑流水舌的挑距L的确定516.3.2 冲坑最大水垫深度的确定51第七章 细部构造设计537.1 坝顶构造537.1.1 非溢流坝段537.1.2 溢流坝段537.2 坝体分缝547.2.1 横缝设计547.2.2 纵缝设计547.3 坝体止水、排水及防渗557.3.1 止水设计557.3.2 坝体排水557.3.3 坝体防渗567.4 廊道系统设计567.4.1 坝基灌浆廊道577.4.2 观测廊道577.5 混凝土分区57第八章 厂房设计598.1 厂房的任务与基本类型598.1.1 厂房的任务598.1.2 厂房的分类598.2 厂房的选用598.3 主厂房的布置608.3.1 主厂房的平面设计608.3.2 厂房辅助设备布置和电气设备布置608.3.3 厂房内的构造要求61第九章 船闸的总体设计629.1 船闸的基本尺寸的拟定629.1.1 闸室的有效长度629.1.2 闸室有效宽度629.1.3 门槛水深629.2 航道的长度和宽度计算629.3 船闸的总体布置629.3.1 船闸布置639.3.2引航道布置63第十章 坝基处理设计6410.1 坝基的开挖6410.2 坝基的固结灌浆6510.3 帷幕灌浆6510.3.1 帷幕灌浆的深度6510.3.2 帷幕灌浆的厚度6610.4 坝基排水67十一章 结论68致谢69参考文献70附录712014届水利水电工程毕业设计（论文）说明书摘 要732014届水利水电工程毕业设计（论文）说明书北村枢纽工程位于福建省西部山区，距福建省省会福州市80余km。枢纽是以发电为主，兼有航运、过木等综合利用效益的大型水利水电枢纽工程。因此，研究本课题能够接触到各类水工建筑物，较全面地锻炼水利水电工程专业的学生。本设计参照已建成的或在建的同类工程，运用工程类比法，拟定相关水工建筑物结构型式和尺寸，进行了重力坝坝轴线位置的拟定及枢纽主要建筑物平面布置设计；枢纽大坝断面细部设计，挡水段与泄水段的设计；坝体构造设计；闸墩及船闸的简单设计。其中，对溢流坝表孔泄洪做了详细的设计说明。采用抗剪断公式计算出的抗滑稳定安全系数满足规定的要求；采用材料力学法对坝体应力进行分析，计算结果符合混凝土重力坝设计规范的要求；拟定的溢流表孔尺寸通过校核满足泄流能力，且流速能够在允许的范围内。关键词：混凝土重力坝，非溢流坝段，剖面设计，水利水电枢纽工程，溢流坝ABSTRACTBei Cunhub projectis located in the westernmountain area of Fujian Province,from the Fujianprovincial capitalFuzhouCity,more than 80km.The hub is mainly for power generation, shipping, has the benefit of comprehensive utilization of wood and other large-scale water conservancy and Hydropower project. Therefore, this research can be exposed to all kinds of hydraulic structures, a comprehensive training of water conservancy and hydroelectric engineering major students.The design reference in the construction of the similar projects have been completed or, using engineering analogy method, develop hydraulic building structure type and size, the layout design of its main structures develop and hub dam axis; the dam section detail design, design of water retaining section and the outlet section of the structure design of the dam; simple; design of pier and ship lock. Among them, made a detailed description of the design of the spillway surface Kong Xiehong.The shear strength formula of the anti-slide stability safety coefficient to meet the requirements;analysis of the dam stress by the method of mechanics of materials, the results accord with the code for design of concrete gravity dams requirements; the overflow surface pore size by check to meet the discharge capacity, and the flow velocity in the allowed range.Keywords：concrete gravity dam,design of nonoverflow section,profile,water conservancy and HydropowerEngineering,dam 第一章 工程概况1.1工程等别和设计标准 1.1.1 工程等别北村规划未来两年将要实施的工程项目，水库控制流域面积A=24868、总库容12.6亿。以发电为主，兼有航运、过木等综合利用效益的大型水利水电枢纽工程。根据防洪标准和水利水电工程等级划分及洪水标准有关规定，北村水库属等中型水库工程。1.1.2 设计标准根据防洪标准和水利水电工程等级划分及洪水标准有关规定，水口水库属等中型水库工程。 枢纽主要水工建筑物:挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物为级，干渠及渠系建筑物为级，临时建筑物为级。水工建筑物级别及防洪标准见表。表建筑物级别及防洪标准水工建筑物建筑物级别设计洪水校核洪水（洪峰流量）P%（洪峰流量）重力坝、泄水建筑物、取水电站泵房11356000.139800柔性坝及泄水建筑物11356000.139800注：据中国地震动参数区划图（）资料，工程区地震动峰值加速度值为，对应地震基本烈度为度，本工程按基本烈度设防。1.2设计依据和基本资料1.2.1 水文气象1、水文坝址多年平均流量1.416 m3/s（上坝址），1.71 m3/s（下坝址），多年平均年径流量586亿m3（上、下坝址）。各频率洪峰流量见表。 表上、下坝轴线不同频率洪峰流量表 单位m/sP%0.10.2123.335102050Q（m/s）上坝址336003240030600278002500023600173001380010700下坝址3380032500030800279602530023800175001400010900坝址处洪枯水季节的时段、各种频率的流量见表。表坝下游各时段各频率流量洪量表时段4月10月113月59月频率20%10%5%20%10%5%20%10%5%20%10%5%洪 峰流 量(m3/s)31.447.564.924.741.159.713.826.943.02103204402、泥沙上、下坝址泥沙设计参数见表。 表上、下坝址泥沙设计参数项 目上坝址下坝址多年平均悬移质入库量（万t）720.86720.86多年平均推移质入库量（万t）108.14108.14多年平均输沙量（万t）829.00829.00多年平均淤积总量（万m3）592.15592.15水库按50年运行淤积量（万m3）29607.5029607.50相应淤沙高程（m）泥沙淤积参数：泥沙容重：1.30t/m3。3、气象多年平均气温16.8（当地气象站）极端最高气温39.8极端最气温-9.2多年平均降雨量1731.6mm多年平均蒸发量1439.7mm多年平均最大风速14.8m/s，多为NE向实测最大风速24.7m/s。1.2.2 特征水位 表水库特征水位表 单位： 水库特征水位上坝址下坝址校核洪水位69.069.0设计洪水位66.069.0正常蓄水位66.066.0死水位25.3325.331.2.3 糙率衬砌混凝土 0.018压力钢管 0.014渠道 0.0171.2.4 地质特性及基岩物理力学指标拟建的闽江水口水库初选两个坝址进行比较，上坝址位于水口，下坝址位于水口大桥上500m，两坝址相距1.5km。上坝址处河道平面上呈不对称的S型，拟建大坝选于较平直的河段，为横向谷，两岸不对称，右岸较左岸陡，下部较上部陡，左岸平均坡度35，右岸平均坡度47。两岸植被茂盛，采煤弃渣使河道游积严重。坝址地层岩性揭示有第四系殘坡积层、冲洪积层，三叠系上统须家河组砂岩夹薄层页岩。第四系地层由殘坡积层和冲洪积层组成。破殘积层在两岸地形缓地带相对较集中，由棕黄色粉质粘士组成，厚度较小，一般不超过5.0m。冲洪积层分布于河床及岸坡冲沟地带，主要成分为灰岩、砂岩及页岩等，卵石的磨圆一般较差，多呈次稜次圆状，一般粒经1015mm，厚度15m。须家河组地层的岩性为灰黄色厚层中粗粒长石岩屑石英砂岩及灰黑色薄层页岩与多层煤线（厚度0.10.8m不等），中部见一层厚12m的粘士岩，近底部处夹透镜状砾石层及含砾砂岩，岩层强度高，三分性不明显，厚度402m。地质构造位置位于大朩垭背斜南翼，岩层倾角中等，产状18045（岩层倾向下游）背斜位于红岩向斜北翼，经大朩垭、黄阳坝，东至古路下泗坝背斜形迹消失，轴线延伸长度约52km。轴向北西南东，在天床山一带微向南突。背斜背北翼缓，岩层倾角2834，局部达62，南翼陡，一般为45，局部83，在天床山一带背斜北翼和大朩垭一带背斜南翼，发育一组近东西走向的次级皱，一般延伸27km.背斜东端北翼，为古路沟向斜，轴向近东西（290）向延伸，于古路沟下泗坝一带消失，延伸长度大于10km，上坝址末见断层。岩体中除层间裂隙外，其它方向的裂隙不发，主要为主岩层走向近于垂直的剪切型隙或纵张裂隙，组型隙数量少，长度较短，表部多张开，夹泥中下部多见方解石脉，且闭合较好，总的来说，岩体的完整性较好。地下水有第四系孔隙水与基岩裂隙水二类。第四系孔隙水赋存于第四系地层内，受大气降水与地表水体补给，向沟谷排泄。食水层厚度与面积均小，施工将被开挖，因此仅具象征意义。基岩裂隙水赋存于须家河组砂岩裂隙中，受大气降水补给，以泉或小滴水形式溢出于沟谷底部或低洼处。泉流量0.12.0L/s，单孔出水量80200m3/d。地方水类型为重碳酸硫钙型，对砼及砼中的钢筋均无侵触性。岩体的透水性与岩性及裂隙发育程度密切相关。即岩体表部透水性强，透水率q100Lu的强或极强透水层深度最大达10m有余，以下逐步过渡到中等及微透水层。但由于坝址区有采煤坑道通过，对岩层的透水性影响极大，有两个煤矿正在进行开采作业。红旗煤矿主道坑口位于上下坝址之间，平面上呈树校状，相互交叉，现已与钢岔煤矿同采一层煤，已超过拟选的上坝址位置，垂直方向已探明部分高程在313m，既有上采，又有下采，高达50m以上。钢岔煤矿有左、右岸各一个坑道，右岸坑道已向开采2km以上，现已停采，左岸坑道正在大规模开采中，平面上已开采距离达3km以上，呈树枝状分布，垂直方向的高程为212m，高达54m。这些坑道难以探明，它的存在增加了上坝址的防渗难度。不良地质现象主要表现为零星分布的崩塌。边坡稳定性较好，不存在大的边坡失稳现象。风化分强、弱、微风化。强风化岩体大部分破坏，风化裂隙发育，有的夹泥，岩石破碎。强风化带深度因地形等因素的不同而变化，钻孔揭示垂直深度为4.413.5m，平硐揭示其深度78m，一般24m.弱风化带岩体结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，裂隙而呈锈黄色，裂面上末见夹泥现象，岩石强度较高，完整性增强，钻孔揭示垂直深度为15.124.6m，平硐揭示其深度为1012m，两岸风化强度和深度基本一致。弱风化带岩体结构末变，岩质新鲜，末见风化裂隙仅见节理面有明显痕迹。在裂隙中发现有方解石脉充填，裂隙闭合，岩体完整。平硐揭示，两岸水平强缷带厚度78m。经钻孔取样16组试，提出岩体物理力学指标建议值见。表上坝址主要物理力学指标建议值表 项目岩性块体密度（g/cm）单轴抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）抗剪强度弹性模量（104 MPa）泊松比干饱和干饱和/fc（MPa）E砂岩2.652.6675.060.04.50.700.750.60.651.92.70.130.16页岩2.642.6514.09.01.20.650.700.200.350.50.550.230.24下坝址位于大岩屋，建坝河较顺直，属横向谷，河床纵坡变化大，多跌坎，河床底宽1518m，标高0-4m。两岸不对称，左岸较右岸陡，下部较上部陡，左岸均坡度37，右岸平均坡度26。左岸坡面有两条小冲沟，岸坡下部有一尚末完工的采煤道，长264m，其走向与岩层走向大致垂直，出口高程12.0m。地层较单一，仅见第四系崩积层，坡殘积层冲洪积层及侏罗系中统新田沟组地层。第四系崩积层主要成分为砂岩、粘士，厚度变化大，最厚达9.2m。零星分布于岸坡下部。坡殘积层由黄色粘土组成，含岩石碎块，稍湿，可塑，一般12m厚，最大厚度5.0m。零星分布于岩坡地形较缓带。冲洪积层主要物质成分为灰岩、砂岩及砂页岩等，粒径大小悬殊，一般1015mm，最大粒径1.5m，呈次圆次稜状，有一定分选，厚度15m。分布于现在河床。侏罗系中统新田沟组地层的岩性为青灰色厚层砂岩夹薄层棕红色灰绿色泥岩，并以砂岩为主，层厚度241.5m。地质构造位置位于红岩向斜北翼近轴部，岩层状17742，倾向下游。坝址区内末见断层。岩体中除层间裂隙外，其它方向的裂隙不发育，主要为与岩层走向近于垂直的剪切裂隙或纵张裂隙，组裂隙数量少，长度较短。裂隙性质表部多张开，夹泥中下部多见方解石脉，且闭合较好，总的来，岩体较为完整。地下水有第四系孔隙水基岩裂隙水二类。第四系孔隙水赋存于第四系地层内，受大气降水与地表水补给，向沟谷排泄。由于含水层厚度与面积较小，施工期将开挖，仅具象征意义。基屒裂隙水赋存于须家河组砂岩裂隙中，同样受大气降水补给，以泉或小滴水形式溢出于沟谷底部或低洼处。泉流量0.11.0L/s，单孔出水量5080m/d。为重碳酸钙型，对砼及钢筋均无侵触性。坝址岩体透水性与岩性及裂隙的发育程度有关，岩体表部透水性强，透水率q100Lu的强或极强透水层深度最大达20 m余，以下渐过度到中等及微透水层，砂岩比页岩的透水性强。由于层间裂隙较发育，经钻孔揭示存在绕坝渗漏。不良地质现象主要表现为崩塌，坡体表部岩体在各种性质的裂隙切割下，有的已成危岩。总的来说，边坡稳定性较好，不存在大的边坡失稳现象。岩体风化作用划分为强、弱、微三个风化带。强风化带岩体结构大部分破坏，风化裂隙很发育，有的夹泥，岩石破碎。风化带深度因地形等因素的不同而变化，钻孔揭示垂直深度3.318.6m，平硐揭示其深度7-8m，两岸风化强度和深度基本一致。弱风化带岩休结构部分破坏，沿节理而有次生矿物，风化裂隙发育，裂隙而呈锈黄色，裂面上末见夹泥现象，岩石强度较高，完整性明显增强。钻孔揭示其风化深度13.242.0m，平硐揭示深度10.513.0m两岸风化强度和深度基本一致。微风化带结构末变，岩质新鲜，末见风化裂隙，在不少的裂隙中发现有方解石脉充填，裂隙闭合，岩体完整，岩心多呈长柱状，波速比0.81.0。两岸坡体上部（或顶部）可能有缷荷裂隙分布或因缷荷作用使已有裂隙发生次生变化而多有张开之势，其水平和垂直方向的深度可能均不超过岸坡岩体的强风化深度。在钻孔不同深度取了27组岩样进行试，经统计，提出岩体物理力学建议值如下表。表下坝址主要物理力学指标建议值表项目岩性块体密度（g/cm）单轴抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）抗剪强度弹性模量（104 MPa）泊松比干饱和干饱和/fc（MPa）E砂岩2.652.6618.38.02.210.700.750.280.780.651.50.17泥页岩2.642.6513.011.91.410.650.700.190.530.340.650.231.2.5材料特性混凝土容重24kN/m，弹性模量2.55104MPa，泊松比0.167浆砌石 容重23kN/m，弹性模量1.0104MPa，泊松比0.17堆石体 容重21kN/m。第二章 大坝枢纽的平面布置2.1大坝枢纽布置的一般原则(1)坝址、坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。(2)应满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作。避免枢纽中各建筑物在运行期间互相干扰。(3)在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运行费用。(4)枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少连接建筑，且便于管理。(5)尽量使一个建筑物发挥多种用途或临时建筑物和永久建筑物相结合，充分发挥综合效益。(6)尽可能使枢纽中的建筑物早期投产，提前发挥效益(如提前蓄水、早期发电或灌溉)。(7)枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。2.2坝址的选择在可行性研究报告阶段，主要是根据地质、地形、施工及建筑材料等条件，初选几个坝段、坝轴线以及与其相适应的坝型，经过论证，找出其中最有利的坝段和一两条比较有利的坝轴线进行比较，也可对各坝段内有代表性的坝轴线进行比较，从中选定一两条最有利的坝轴线，并进行枢纽布置。在初步设计阶段，随着地质、水文和试验资料等的进一步深入和充实，通过比较，选定最有利的坝轴线、坝及其他主要建筑物的型式和相应的枢纽布置方案。经过比较，如今，枢纽坝址选定位于水口。坝址处地质等条件分析如下：(1) 地质条件分析坝址地层岩性揭示有第四系殘坡积层、冲洪积层，三叠系上统须家河组砂岩夹薄层页岩。第四系地层由殘坡积层和冲洪积层组成。破殘积层在两岸地形缓地带相对较集中，由棕黄色粉质粘士组成，厚度较小，一般不超过5.0m。冲洪积层分布于河床及岸坡冲沟地带，主要成分为灰岩、砂岩及页岩等，卵石的磨圆一般较差，多呈次稜次圆状，一般粒经1015mm，厚度15m。须家河组地层的岩性为灰黄色厚层中粗粒长石岩屑石英砂岩及灰黑色薄层页岩与多层煤线（厚度0.10.8m不等），中部见一层厚12m的粘士岩，近底部处夹透镜状砾石层及含砾砂岩，岩层强度高，三分性不明显，厚度402m。地质构造位置位于大朩垭背斜南翼，岩层倾角中等，产状18045（岩层倾向下游）背斜位于红岩向斜北翼，经大朩垭、黄阳坝，东至古路下泗坝背斜形迹消失，轴线延伸长度约52km。轴向北西南东，在天床山一带微向南突。背斜背北翼缓，岩层倾角2834，局部达62，南翼陡，一般为45，局部83，在天床山一带背斜北翼和大朩垭一带背斜南翼，发育一组近东西走向的次级皱，一般延伸27km.背斜东端北翼，为古路沟向斜，轴向近东西（290）向延伸，于古路沟下泗坝一带消失，延伸长度大于10km，上坝址末见断层。(2) 地形条件分析上坝址处河道平面上呈不对称的S型，拟建大坝选于较平直的河段，为横向谷，两岸不对称，右岸较左岸陡，下部较上部陡，左岸平均坡度35，右岸平均坡度47。两岸植被茂盛，采煤弃渣使河道游积严重。(3) 施工条件分析坝址处，有公路通至水口，对外交通较方便。坝址下游处有一较大冲沟地形，沟岸地势较缓，可供施工场地布置用。(4) 建筑材料河滩储存的大量沙砾石可供使用。此外，附近有部分农田土壤。2.3 坝型的选择由基本资料，可知在坝址处可以选用以下几种坝型：土石坝，宽缝重力坝，拱坝，混凝土面板堆石坝，碾压混凝土重力坝和实体混凝土重力坝。对这几种坝型进行比较。2.3.1 土石坝土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。优点：(1)就地取材，节省钢材水泥木材等重要建筑材料，从而减少了建坝过程中的远途运输。(2)结构简单，便于维修和加高扩建。(3)坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。(4)施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。缺点：坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。2.3.2 宽缝重力坝将实体重力坝每个坝段的横缝中间部分扩宽成为空腔的重力坝。优点：(1)由于宽缝的存在，坝底面积小，扬压力显著降低，加之上游坡较缓，可利用上游水重来增加稳定，因此使坝体混凝土量可较实体重力坝节省约1020。(2)宽缝增加了散热面，有利于施工期混凝土温度控制。(3)坝内留设宽缝后，可以方便坝体观察和检查，必要时还可以在宽缝内进行维护修补和地基处理工作。缺点：(1)模板工作量大，提高了混凝土的单价。(2)施工导流不便。(3)在严寒地区，必须采取保温措施。2.3.3 拱坝拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈竖直或向上游突出的曲线型。优点：(1)拱坝的内部弯矩较小，应力分布较均匀，有利于发挥材料强度，因而坝体厚度可以较小，工程量较小。(2)属于高次超静定结构，超载能力强，抗震能力强。(3)可安全泄洪。缺点：(1)剖面较薄，坝体几何形状复杂，施工难度大。(2)对坝体材料强度和防渗要求较高。(3)受温度变化，基岩变形的影响比较显著。(4)对地质、地形条件要求高。2.3.4 混凝土面板堆石坝以混凝土面板为防渗体的堆石坝，主要由堆石体和防渗系统组成,即：面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区组成。特点：(1)堆石紧密度大，抗剪强度高，坝坡可以做得较陡，可节约坝体填筑量，而且坝底宽较小，枢纽布置紧密。(2)施工受雨季和严寒气候条件限制小，可较均衡正常的施工.面板和它下面的过度层有半透水性和反滤作用，施工期没有面板保护的情况下也可直接挡水或过水，大大简化了施工导流和度汛的工程设施，有利于加快施工进度，降低临时工程的费用。(3)在运行期间，其碾压堆石体变形沉降量小，不易出现裂缝，即使出现裂缝和渗漏，也较易检查和维修。2.3.5碾压混凝土重力坝碾压混凝土重力坝是用水泥含量比较低超干硬性混凝土，经碾压建成的混凝土坝。它从根本上改革了常规混凝土的浇捣方法，是将土石坝碾压设备和技术应用于混凝土坝施工的一种新坝型。特点：(1) 施工工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益。(2) 胶凝材料(水泥+粉煤灰+矿渣等)用量少，一般在120160kg/m3，其中水泥用量约为6090kg/m3。(3)由于水泥用量少，结合薄层大仓面施工，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施。(4)不设纵缝，节省了模板及接缝灌浆等费用。(5)可适用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输和填筑工效。(6)降低工程造价。2.3.6混凝土实体重力坝整个坝体除若干小空腔外，均用混凝土填筑，依靠坝体自重来保持自身稳定的重力坝。优点：(1)对地形、地质适应性强。由于重力坝的拉应力一般低于相同坝高的拱坝，所以重力坝对地形和地质条件的要求也拱坝低，一般可以修建在弱风化岩基上。(2)枢纽泄洪问题容易解决。重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内不同高程设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。(3)便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不要另外设置导流隧洞。(4)安全可靠。重力坝剖面尺寸大，因此抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比其他坝型强。据统计，在各种坝型中，重力坝的失事概率是较小的。(5)施工方便。大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇注方面都比较简单，并且补强、修复、维护或扩建也比较方便。(6)作用结构明确。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，稳定和应力计算都比其他坝型简单。缺点：(1)因为抗滑稳定要求，重力坝相比较其他混凝土坝来说，剖面尺寸大，材料用量多。(2)坝体与地基接触面积大，比其他混凝土坝的坝底扬压力大，对稳定不利。(3)由于坝体体积大，施工期混凝土的水化热温升较高，造成后来的温降和收缩量都很大，将产生不利的温度应力，因此，在浇注混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。2.3.7最终坝型的确定经过比较，考虑多方面的因素，由于坝址处河谷较开阔，两岸显不侵蚀地貌，且河床基岩较坚硬，适宜修建混凝土重力坝。并且，水头较高导致相应坝体较高，也决定了修建混凝土重力坝的优势。因此，最终决定坝址处修建混凝土实体重力坝。2.4 坝轴线的确定根据坝址的地质、地形条件，通过定性分析，确定坝轴线位置。坝址处河道平面上呈不对称的S型，拟建大坝选于较平直的河段，为横向谷，两岸不对称，右岸较左岸陡，下部较上部陡。坝址地层岩性揭示有第四系殘坡积层、冲洪积层，三叠系上统须家河组砂岩夹薄层页岩。岩体中除层间裂隙外，其它方向的裂隙不发，主要为主岩层走向近于垂直的剪切型隙或纵张裂隙，组型隙数量少，长度较短，表部多张开，夹泥中下部多见方解石脉，且闭合较好，总的来说，岩体的完整性较好。坝轴线尽可能与等高线及来水方向垂直，尽量选在河谷较窄地质条件较好的山谷处，这样可以减小坝轴线长度，减小工程量。但混凝土重力坝溢流坝段下游的消能形式上选择挑流消能，水流挑距较大。坝轴线位置具体见平面布置图。2.5枢纽建筑物的组成(1)挡水建筑物：实体重力坝；(2)泄水建筑物：溢流坝；(3)水电站建筑物：电站厂房+压力管道+安装间等；(4)通航建筑物：双线船闸。具体的枢纽布置参见枢纽平面布置。第三章 坝体设计3.1 大坝枢纽平面设计 坝轴线的选择原则：1、 在选定的上坝址进行坝线拟定2、 坝轴线应尽可能短3、 坝基及两岸无大的地质构造问题，坝基尽量坐落在坑压和坑剪强度较高的岩石上，两岸岸坡具有良好的地质条件，以利于减少坝肩接头盒防渗工程量4、 坝轴线位置的选择还应有利于枢纽的取水、防沙、消能、防冲等其它建筑物的布置。坝轴线的选择：拟建的闽江水口水库初选两个坝址进行比较，上坝址位于水口，下坝址位于水口大桥上，两坝址相距。上坝址处河道平面上呈不对称的型，拟建大坝选于较平直的河段，为横向谷，两岸不对称，右岸较左岸陡，下部较上部陡，左岸平均坡度，右岸平均坡度。两岸植被茂盛，采煤弃渣使河道游积严重。经过综合因素分析，拟定大坝轴线。3.2 大坝坡面设计 3.2.1 坝顶高程的拟定超高值的计算 根据混凝土重力坝设计规范，坝顶在静水位以上的超高按以下公式计算： 式中： 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差； 累计频率为时的波浪高度； 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差； 安全超高，根据表采用。表安全超高相应水位坝的安全级别12345正常蓄水位0.70.50.40.30.3校核洪水位0.50.40.30.20.2 由混凝土重力坝设计规范SL3192005可知： 式中 平均波长，； 坝前水深，；北村水库，按官厅水库公式计算（适用于及）: 式中： 风区长度，即风作用于水域的长度，称为吹程 计算风速，是指水面以上处的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。 当 时,为累积频率的波高；当 时，为累积频率的波高 规范规定应采用累计频率为时的波高，对应于累计频率波高，应乘以。依据混凝土重力坝设计规范SL319-2005，当在正常蓄水位和设计水位下，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的倍,故取风速，在校核水位下，宜采用相应洪水期平均风速，故取，。 表坝顶高程计算成果表 单位：m特征水位水位高程坝顶高程设计洪水位0.3060.0860.566.066.892校核洪水位0.1290.0310.469.069.560为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值坝顶，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为,3.2.2 建基面高程的确定河床标高，取河床标哥为，校核洪水位为，根据 重力混凝土设计规范规定，坝高为时，建基面不要求为新鲜岩石，故可以弱风化带作建基面，最大开挖深度为，并要求坝底嵌入基岩，因此确定建基面高程为。由建基面高程得最大坝高,属于高坝。3.3 剖面设计原则(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。3.3.1 坝顶宽度的拟定为了满足运用、施工和交通的需要，坝顶要有一定的宽度，当有交通的需要时，应按交通要求布置。一般情况坝顶宽度可采用坝高的8%10%，且不小于3m。因为没有特殊要求，故坝顶宽度按坝高的10%计算，即8.6m，取9m。满足上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道设置、大坝维修作业通行需要。3.3.2 上下游坝坡坡率的确定依据混凝土重力坝设计规范，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铅直。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。拟定坝体形状为基本三角形。坝的上游面为铅直面，下游坝坡取。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。3.3.3 坝底宽度坝底宽度约为坝高的 倍，本工程的坝高为，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度。 3.3.4 基本剖面重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。初步拟定坝体基本剖面如图: 图3.1坝体基本剖面第四章、非溢流坝段计算及应力分析4.1 坝体荷载计算荷载是重力坝设计的主要依据之一。荷载按作用随时间的变异分为三类：永久作用、可变作用、偶然作用。设计时应正确选用荷载标准值、分项系数、有关参数和计算方法。按设计情况、校核情况分别计算荷载作用的标准值和设计值（设计值=标准值*分项系数）。重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力等，常取 坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类，本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载表所示：表荷载组合注：1 应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；2 分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算；3 施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合；4 根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合；5 表中的“+”表示应考虑的荷载。4.2 荷载计算 图坝体荷载计算示意图(1) 坝体自重坝体自重的计算公式： 式中： 坝体自重，；筑坝材料的容重，该坝采用混凝土坝体计算体积， 。(2) 静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算式常分解为水平水压力和垂直水压力 两种。 式中： 计算点处的作用水头，； 水的重度，常取；坝斜坡面以上水的体积，。由于上下游水位不同，作用水头不同，故对上下游分别计算，但在本设计中正常蓄水位和设计洪水位上游水位一样。正常工况时，上游水位是，作用水头为，下游根据已知最下流量，即年一遇时的流量，查坝址下游天然河道水位流量关系曲线，可得出下游水位为，作用水头为。设计工况时，上游水位是，作用水头为，下游水位根据下坝轴百年一遇的洪峰流量.查坝址下游天然河道水位流量关系曲线，可得出下游水位为，作用水头为校核工况时，上游水位为，作用水头为，下游水位根据下坝轴千年一遇的洪峰流量.查坝址下游天然河道水位流量关系曲线，可得出下游水位为，作用水头为得各种情况下的水头如下表： 表作用水头表 特征水位正常工况设计工况校核工况上游作用水头828285下游作用水头27.7738.8940.22上下游水头差54.2343.1144.78各种工况下坝体上下游的静水压力表如下：表各种工况下坝体上下游的静水压力表如下表所示：工况上游静水压力（）下游静水压力（）水平压力垂直压力正常工况32981.22 3782.60 3026.08 设计工况32981.22 7418.48 5934.78 校核工况35438.63 7934.57 6347.65 (3) 淤沙压力作用于坝面单位长度上的水平淤沙压力按下式计算： 式中： 淤沙压力值，； 淤沙的浮重度，。 坝前淤沙的淤积厚度，； 淤沙的内摩擦角，度。得：淤沙压力，淤沙压力矩(4) 浪压力依据混凝土重力坝设计规范，当 和 时，单位长度上的浪压力值按下式计算： 式中： 单位长度迎水面上的浪压力，； 水的重度，； 平均波长，； 累积频率为的波高，；挡水建筑物迎水面前的水深，； 波浪中心线至计算水位的高度，,按公式计算：使浪破碎的临界水深，按以下公式计算： 表浪压力成果表工况正常（设计）校核浪压力2.130.62浪压力矩-174.41-52.56(5) 扬压力扬压力包括上浮力和渗流压力。上浮力是由坝体下游水深产生的浮托力；渗流压力是在上、下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂缝而产生的向上的静水压力。此处根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕，帷幕灌浆中心线距上游坝踵5m，排水孔中心线据帷幕中心线。根据混凝土重力坝设计规范SL3192005可知，当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为，下游（坝趾）处为，排水孔中心线处为，其间各段依次以直线连接。且规定河床坝段，岸坡坝段，本设计取扬压力折减系数。为简化计算起见，折减位置距上游坝轴线。 图扬压力计算示意图整理计算结果得到各工况下扬压力的大小。表表各工况下扬压力大小工 况扬压力（）正 常