水电站取水枢纽设计.doc

目 录摘要3关键词3Abstract .4Keywords.41 概述52 基本设计资料62.1流域概况62.2水文气象62.2.1降水72.2.2径流72.2.3暴雨92.2.4洪水102.2.5泥沙112.3坝址处地质条件122.3.1地貌条件及第四纪地质122.3.2坝址处地址构造132.4天然建筑材料133 枢纽布置133.1工程总体布置133.2取水枢纽建筑物布置143.2.1坝址、坝线选择143.2.2主要建筑物布置154 建筑物的水力计算164.1坝长、冲沙闸及进水闸孔口尺寸的确定164.1.1初步拟定坝长，并计算坝体过流能力164.1.2冲沙闸孔口尺寸的确定164.1.3进水闸孔口尺寸的确定184.2水位流量关系曲线的绘制184.2.1作上游水位流量关系曲线184.2.2作坝下游50m处的水位流量关系曲线205 工程设计.225.1大坝设计235.1.1溢流坝的断面尺寸的确定245.1.2溢流坝渗流计算255.1.3溢流坝的抗滑稳定与地基稳定计算325.1.4大坝消能防冲设计395.2冲沙闸设计435.2.1冲沙闸水力计算435.2.2冲沙闸闸室段稳定分析445.3进水闸设计455.3.1进水闸的水力计算455.3.2进水闸闸室段稳定分析46附图：47参考文献48宝鸡鸡冠岩水电站取水枢纽设计1 概述鸡冠岩水电站工程位于渭河干流宝鸡县境内河段的颜家河乡北星村,电站下游距坪头镇约5km，距宝鸡市约45km，距下游渭河林家村水位站39km.工程线路及建筑物均布置在渭河左岸。310国道公路位于右岸沿河道走线,交通方便,公路与电站工程布置互不交错.该工程为低坝引水式水电站,是渭河梯级水电站工程中最具有开发价值的首选项目.工程包括:坝高15m,坝长150m，坝型为浆砌石溢流重力坝引水渠首。引水隧洞和水电站,由于是毕业设计，时间短，经验不够,所以只做了取水枢纽工程(大坝、进水闸、冲沙闸)。根据国家新的防洪标准(GB50201-94)及本工程实际情况，确定本工程为五等工程。主要建筑物为5级。建筑物按10年一遇洪水（3130m3/s）设计，50年一遇洪水（5380m3/s）校核工程主要技术特征参数表如下序号项目单位数量1工程等级5建筑物52流域面积Km229411多年平均径流量m3/s73.6年输砂量104t164003设计洪水流量m3/s3130（p=10%）设计洪水位m743.737校核洪水流量m3/s5380（p=2%）校核洪水位m745.5244坝型浆砌石重力式溢流坝坝高m15坝顶高程m740坝长m1505进水闸孔数、型式二孔潜孔平面钢闸门引水高程m740底板高程m735.5孔口尺寸m22.54.5引水量m3/s506冲沙闸孔数、型式三孔潜孔平面钢闸门底板高程m732孔口尺寸m245敞泄流量m3/s368.332 基本设计资料2.1 流域概况 鸡冠岩水电站位于宝鸡县颜家河乡北星村，东距坪头镇5公里，东距宝鸡市25公里，是渭河干流资源开发工程，坝址控制流域面积29411平方公里。渭河发源于甘肃省渭源县乌鼠山，源地海拔高程 3230米，干流平均纵比降42.1，其南北两岸自然条件差异较大，北岸黄土覆盖层厚，植被较差，气候干燥，洪水暴涨暴落，径流年际年内变化较大;南岸有森林和草地分布，植被良好，气候湿润，洪水平稳，径流年际年内变化较小。渭河流域内河网发育，但两岸支流发育不对称，南岸河流源于秦岭北麓，大体为清水河流,支流多,比降大，短小流急，滚石量大，推移质严重，近正交注入渭河，主要有漳河、榜泌河、惜河等 ；北岸支流源远流长，多为泥沙性河流，主要支流有通关河、秦祁河、咸河、葫芦河、小水河等。据宝鸡县农业区划资料，鸡冠岩水电站坝址以上渭河流域内宝鸡段为西部深山林牧寒温半湿润区，其降水受大气环流、纬度和地形的影响较大，夏季主要受西伸的太平洋带高压及青藏大陆负高的影响，往往造成大面积的降雨，该地年平均气温6.0-10.5，年日照时数1700-1900小时，地面坡度大，山多地少，宜以林业为主，适合发展牧业。2.2 水文气象鸡冠岩水电站坝址处无实测水文资料，但其下游渭河干流上有林家村水文站，区间面积为1250平方公里（林家村集水面积为30661平方公里），占林家村站控制面积的4.07%。两地控制流域内水文气象条件和下垫面因素都比较一致，因此可用水文比拟法，以林家村水文站实测资料作为鸡冠岩水电站设计的主要依据。林家村水文站建于1934年，观测项目齐全（有降水、径流、蒸发、泥沙、水质等 ），现有1944-1993年共50年的连续观测资料,系列长、精度高，具有典型性和代表性，可以满足设计对资料的要求。2.2.1 降水渭河水系的降水主要受大气环流、纬度和地形的影响，年内分配极不均匀，降水集中于六、七、八、九四个月，其降水量占年总量的60%以上，而枯季十一月至次年二月仅占7%左右。六月至八月降水多以暴雨形式出现，形成洪水，以致造成洪涝灾害和严重的水土流失。九月降水最为集中，约达年总量的19%。年降水的变差系数在0.25-0.3之间,最大年降水变率为1.28-1.58,最小年降水变率为0.52-0.74。据林家村水文站资料，多年平均降水量708.2mm，最大年降水量1170.9mm（1940年），最小437.5mm（1977年）。多年平均降水日数34.6天(5mm)。多年平均蒸发量917.2mm,4-8月蒸发量占全年的64.9%。2.2.2 径流渭河水系的径流受降水的影响严重，其年际内变化与降水呈同步性。由前所述，鸡冠岩水电站设计以林家村水文站实测资料为依据。1径流资料一致性分析 渭河林家村以上流域，水资源开发利用主要是农业灌溉，且限于支流，迄今，干流尚未修建 一座水电站。为使设计成果具有一定的可靠性，采用单累积曲线对林家村的径流资料分析（图2-1），发现一致性在所用资料段内未受破坏。2林家村水文站年径流分析计算对林家村水文站1944年1993年共50年的年径流资料采用矩法初估其统计参数，得该站多年平均流量Q=76.7m3/s、变差系数Cv=0.35,经适线(图2-2)得Q=76.7m3/s、Cv=0.38、Cs=2.5Cv=0.95,不同频率的年径流值如表2-1表2-1林家村水文站年径流量分析成果表多年平均流量（m3/S）CvCs/Cv不同频率的年均流量（m3/S）计算采用10%25%50%75%90%95%76.70.350.382.5115.893.172.156.043.737.6图2-1 林家村水文站年径流量累计曲线3 鸡冠岩水电站年径流分析以林家村水文站为参证站,采用面积比拟法推求鸡冠岩水电站坝址处的年径流,即分析计算成果见表2-2表2-2鸡冠岩水电站年径流分析成果表项目多年平均径流量不同频率的年径流量10%25%50%75%90%95%Q(m3/s)73.6111.189.369.153.741.936.1W(亿m3)23.235.028.221.816.913.211.44鸡冠岩水电站日平均流量分析 参证站(林家村水文站)共有50年实测径流资料,因此日平均流量分析采用长系列法。将林家村实测日平均流量按面积比拟法折算到鸡冠岩水电站坝址处,由不等距分组逐年统计求出多年平均组内出现天数,计算相应频率,用组内平均流量与频率点绘出日平均流量频率曲线（见图2-3）。从该曲线上查得鸡冠岩水电站坝址处不同保证率的日平均流量如表2-3.表2-3鸡冠岩水电站不同保证率的日平均流量表频率P(%)253050707580859095Q(m3/s)90.075.046.031.527.525.022.519.516.5W(亿m3)28.423.714.59.98.77.97.16.15.2图2-2 林家村水文站平均流量频率曲线图2-3 鸡冠岩水电站坝址日平均流量频率曲线2.2.3 暴雨渭河鸡冠岩水电站坝址控制流域内的暴雨主要受西伸太平洋副热带高压影响。以孟加拉湾水汽入流为主,在副热带峰区往往形成较大范围的暴雨;此外,受来自青藏高原东麓的西北低涡流和西南低涡流的袭击、中低层中小系的幅合，形成对气流的抬升，也是该区形成局部暴雨的主要因素。由于该区范围大，区内各处下垫面因素有一定的差异,且雨量站点分布较多，因此只就宝鸡区内暴雨加以概述。从宝鸡市实用水文手册（1990年版，以下简称手册）提供的各历时最大点雨量等值线图可以看出，各种历时的最大点雨量有愈向上游愈小的趋势，但该电站与林家村属同一雨型区且相距较近，为安全电站处安全可直接移用林家村站的暴雨成果。林家村水文站不同历时年最大暴雨频率计算成果见表2-4表2-4林家村站暴雨计算成果表暴雨历时（h）1/61/3126降雨量(mm)10.414.820.037.641.0变差系数（Cv）0.600.500.450.520.522.2.4 洪水1 设计洪水设计洪水依据水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）推求。由于该水电站是低坝引水型式，故设计洪水只推求设计洪峰流量，而不推求洪水过程。该水电站处无实测洪水资料，但下游林家村水文站有50年的实测洪水记录，两地区间面积相差仅4.07%,根据水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）和手册，可使林家村资料作为计算鸡冠岩水电站设计洪水的依据，成果直接利用。林家村水文站有1944-1993年的实测流量资料系数列（实测最大洪峰流量1954年5830m3/s，最小洪峰流量1982年271m3/s），手册所载河段调查洪水一次，6990m3/s（1933年），经分析，确定其重现期定为100年。采用不连续序列频率分析法计算洪水频率，用矩法初估参数得Qm=1629.7m3/s,Cv=0.75。经适线（见图2-4），得到该水电站设计洪水成果如表2-5。表2-5鸡冠岩水电站工程设计洪水成果表多年平均洪峰流量Qm(m3/s)CvCs/Cv不同频率下的洪峰流量(m3/s)计算采用0.5%1.0%2.0%3.3%5.0%10%1629.716300.753.5741763905380462040913130图2-3 鸡冠岩工程洪峰流量频率曲线2施工洪水根据径流成因及年内径流变化规律，采用施工洪水分期见表2-6。表2-6鸡冠岩水电站工程施工洪水分期施工洪水分期起止日期名称代号枯水期A12月1日2月26日汛前过渡期B3月1日4月20日副汛期C4月21日6月20日主汛期D6月21日9月30日汛后过渡期E10月1日11月30日主汛期设计洪水仍采用表2-5成果；其余各期的设计洪水根据林家村水文站相应分的流量资料系列，用频率分析计算。计算成果表2-7。表2-7鸡冠岩水电站工程分期洪水洪水分期A(12.1-2.28)B(3.1-4.20)C(4.21-6.20)E（10.1-11.30)(m3/S)计算采用53.654.0169.3175.0416.2430.0252.1260.0Cv计算采用0.450.500.890.900.730.850.740.80Cs/Cv2.53.03.53.0不同频率下的洪峰流量Qp(m3/S)1%140795190410535%106492116167910%9036886052320%7325058537225%491172881872.2.5 泥沙由于坝址处无实测资料，直接移用林家村水文站实测泥沙资料和宝鸡市水文实用手册（1990年版）的计算成果如表2-8、表2-9和表2-10。表2-8林家村站悬移质特征值平均含沙量(kg/m3)平均输沙率(kg/s)年平均输沙量(104T)侵蚀模数(T/km2)实测最大侵蚀(T/km3)64.3520016400535013000(1973年)表2-9林家村站多年平均沙量及年内分配项目年输沙量各 月 分 配1234567891011127-9数量(104T)164003.811.6121423839162055305580175045851.012.612860百分比(%)10000.10.72.65.19.933.734.010.72.80.30.178.4表2-10林家村站多年平均泥沙颗粒级配粒径(mm)0.010.0250.050.10.250.51中数粒径平均粒径小于相应粒径百分数(%)29.354.584.596.398.299.41000.0220.0362.3 坝址处地质条件2.3.1地貌条件及第四纪地质工程布置区位于秦岭中低山区的渭河峡谷之中，渭河总体自西向东流向略偏北，两岸高山陡峻、多呈陡峭山坡，鸡冠岩处，河谷狭窄，挟持于石门及鸡冠岩之间，长度在2.0km之间的河谷则开口较宽,是渭河的河湾地段,发育有不对称分布的一级阶地和河漫滩，区内第四系地层以冲洪积相和坡积物为主，主要情况于下：耕植土层： 主要发育在石门以上和石门至鸡冠岩之间的河流阶地表层，其中在魏家村一带（右岸）及站址区（左岸）分布较广泛，以砂壤土为主，零星见有坡积的块石及冲洪积的砾卵石等，厚度变化较大，如隧洞出口处下侧可达5-8m，其它地区大多在2-3m之间 。 砂层： 分布于河谷较宽阔的拐弯处，呈零星分布而不连续，为中粗粒结构，偶夹砂卵石和块、漂石。层位厚度变化大，成分以长石、石英和云母为主，粘粒含量低。砂卵石层： 是渭河河谷主要堆积物，相变大，多以透镜体形式出现，粒径以5-7cm者居多，磨圆度、分选性和级配均较差，一般结构疏松，无胶结，砂、泥质充填，局部见有漂砾石，成分为花岗岩和变质岩及片岩，据物探及钻探资料，工程布置区渭河河床砂卵石厚度不超过20m。坡积物： 主要见于两岸山体坡脚及较缓谷坡之上，主要为山体的风化碎屑产物。 2.3.2 坝址处地址构造坝基之下松散的砂砾石层主要为冲积相，其中靠近底部有一层为湖相，而湖相在河床中多不稳定，靠近河谷中部则尖灭，钻探揭示地层剖面如下：最上部为厚度在1.0m内的填土。埋深1.04.3m为砂砾层，砾石直径多在2.0一3.0cm,个别见有较大直径者，呈松散状，级配不良，承裁力为140kpa(即14吨m2);埋深4. 35.4m。间为含泥质砂砾，砾径无多大变化，透水性稍差，承载力为140 kpa(14吨m2);埋深5.4一8.8m段为结构较为致密的圆砾和砾卵石,砾卵石厚度较其上部的砾径稍大，直径多在3.5cm之间，透水性好，承载力较其上部砂砾层增至280kpa(28吨m2)；而在深度8.8一15.0m段，岩性以砂砾一中细砂互层为主，砾径多在2.03cm之间，承载力为160 kpa(16吨m2)，15.0一16.9m段为卵石层，中密状结构，承载力为300 kpa(30吨m2)；16.9m以下为花岗岩，岩体完整而坚硬，承载力在3000kpa左右(300吨m2)2.4 天然建筑材料工程布置区天然建筑材料分布广泛，中、细砂等可沿河谷的高漫滩取用，湿凝土骨料及砾卵石沿河床两侧广泛分布，岩性开采条件方便，可就近利用，具有优质、方便、经济等优点。3 枢纽布置3.1工程总体布置根据水文、地质条件综合分析，多次试算，最终确定将坝址定在牛里圈附近，并且右岸及河床段布置溢流坝段落，左岸沿岸坡劈坡布置冲沙闸及进水闸，坝型为浆砌石溢流重力坝，坝顶高程740.00m，坝长150m,右坝肩布置护岸导墙与右岸相接,墙顶高程744.00m，靠溢流坝左肩布置三孔4.05.0m2冲沙闸,库底板高程732.00m，高出枯水河床1m,启闲机顶高程745.50 m。冲刷闸左侧靠边左岸布置两孔2.54.5m2,进水闸,闸底板高程735.5m，启闭机顶高程745.50m。引水枢纽中,坝轴线基本与河道主流线垂直,冲沙闸轴线为水平方向,与坝轴线成600夹角,进水闸轴线与冲沙闸轴线夹角450。进水闸后接输水隧洞,冲沙闸接下游河床。具体布置图如附图。工程布置的轴线坐标、桩号如表31表31建筑物轴线参数特性轴线名称轴线点位置坐标X Y长度 方位角坝轴线A1A27415.25 73527542.46 7431.49150 58冲刷闸C1 C27578.34 7478.677590.70 7472.114.00 152 进水闸J1J27582.19 7499.927591.75 7502.8410.0 733.2 取水枢纽建筑物布置取水枢纽采用有坝引水方式，由拦河坝、冲沙闸及进水闸组成。3.2.1 坝址、坝轴线选择坝址的选择主要考虑到水文、地质条件以及淹没条件，使不仅可以正常远行，又不给附近村庄带来危害，经过对地形图的审视，我最终确定了两个坝址方案：上游坝址在河谷最窄处A1（7420.00 ，74000.00）A2(7542.46 ，7431.49),方位角为40此处坝轴线最短,工程量小,可以节省投资,左岸利用天然弯道取水，有利于建筑物的布置,但上游淹没比较严重,会倒置公路、铁路改线，部分移民搬迁。下游坝址位于牛里圈附近，坝轴线A1（7415.25，7352.00）, A2（7542.46，7431.49）方位角A1A2为58，此处坝轴线较长，经过分析比较，两坝址有以下共同优点：坝基地质条件无较大差异，河床覆盖物以冲积物为主，多为中、粗砂及砂砾等，距下伏基岩20多米左右。、此处修坝两岸地势较陡，在左岸有一凸出的山体，右岸岩体陡立；、使河道在该处依原河势形成一个完整的弯道，正好使进水闸进水口位于该弯道凹岸的下游侧，更便于弯道环流和进水口环流的充分发挥，大大改善了进水口的引水条件，提高了引水防砂的效果；、有利于冲沙闸和进水闸的布置，并且使冲刷闸和进水闸布置在新鲜的花岗岩岩基之上。不同点：上游坝址较短，虽然坝轴线较短，减小了工程量，但上游淹没比较严重，公路、铁路改线，会增加工程造价。下游坝址坝轴线较长，从上游坝轴线120米增加到150米，大大降低了上游淹没度。综上所述：选定下游坝址作为坝轴线，轴线参数如下：坝轴线坐标：A1（7415.25，7352.00）, A2（7542.46，7431.49） 方位角A1A2为583.2.2 主要建筑物布置(1)溢流坝段 拦河坝主体为150m长的溢流坝段，由右岸护岸导墙、右岸衔接坝段及坝后消力池组成，共分10个坝段，每段长15m，最大坝高15 m，底宽22m，坝轴线与洪水河道主流线基本正交。(2).冲沙闸 冲沙闸布置在溢流坝段左端，劈左岸突出山体形成平顺弯道主槽，用以泄洪拉沙，保证河道主槽的稳定，在进水闸运行期间关闭用来挡水，使闸前保持较大水深形成沉砂槽，用以使大量推移质及较粗之悬移质泥砂落淤。冲沙闸设计为三孔，孔口尺寸4.05.0m2，其轴线与坝轴线呈60夹角，方位角为152。(3).进水闸 进水闸布置在冲沙闸左侧与河道左岸岸坡之间，其轴线与冲沙闸轴线成 45的引水角，其方位角为73，形成正向引水，侧向排砂的布置形式，为增加引水防砂的可靠性，加大了进口宽度以抬高闸底高程在冲沙闸前形成较深沉沙槽，设计为两孔，孔口尺寸2.54.5m2。4 建筑物的水力计算4.1 坝长、冲沙闸及进水闸孔口尺寸的确定4.1.1 初步拟定坝长，并计算坝体过流能力根据水文、地质条件，多次选取坝定坝址并计算过流能力确定坝长150m，当水位达到允许淹没高程745.00m时,坝体过流量由堰流计算公式得大于设计洪峰流量3130m3/s,所以确定坝长为150m4.1.2 冲沙闸孔口尺寸的确定拟定孔口尺寸坝址处河床为天然弯道河床，左岸冲刷，右岸游积，水流集中于左岸 ，因此形成不均匀河床，由于要在该段河床布置建筑物，河床右岸进行开挖，左岸进行填筑以便坝后消力池、海漫的布置。该处设计确定溢流坝出流未端高程为731.00m,即使下游河床平均高程为731.00m;另外,渭河为多泥沙河道,本身易于淤积,取闸底板高程为732.00m,高于河床平均高程731.00m约1.0m。由基本资料可知河床床砂中数d50=8.7mm。河道多年平均流量73.6m3/s,由西北水利科学研究所刘旭东公式计算。根据上式计算h太小，不经济且影响过流能力，因此，选3孔45m.2。冲沙闸的水力验算对拟定的冲沙闸进行计算确定冲沙最小流量及上游水位通过造床流量Qp=50%时的稳定河床宽B及相应造床流量时平均水深H可用阿尔图宁公式计算：相应河道均匀流水深可用均匀流公式计算结果为1.542m.则冲沙所需的冲沙流量当进水闸关闭冲沙闸通过流量时,门前水深实际闸下流速为同样水深下,中数粒径床砂的启动流速可按沙莫夫公式计算即当进水闸关闭,上游水位只需达到737.6m时,闸下水流即可形成冲沙拉槽能力。4.1.3 进水闸孔口尺寸的确定引水流量50m3/s，初步拟定2孔2.54.5m2进行过流能力计算,由于水流在闸门进出口处有水头损失，取堰上全水头为4.0m，在正常挡水位740.00m时流量Q为：满足取水要求,因此进水闸孔口尺寸定为2孔2.54.5m24.2 水位流量关系曲线的绘制4.2.1作上游水位流量关系曲线分别计算冲沙闸，坝体在不同洪水位下的泄流情况，求出不同洪水位闸坝联合泄流量，作出水位流量关系曲线。(1）、冲沙闸泄流当时(即上游水位738.70m)冲沙闸内水流为堰流由于此时水的流量较小，可假设为自由出流，m取0.385,S取1.0，取H0=H,由公式计算，冲沙闸泄流如表41表41冲沙闸为堰流时泄流量计算表水位z（m）732734736738738.7流量Q（m3/s）05496280.62330.95、当 时为孔口出流，假定全为自由出流，计算结果如表42表4-2冲沙闸为孔口出流时泄流量计算表水位z（m）740741742743744745746747748流量系数=0.60-0.1760.490.5020.5120.520.5270.5320.5370.5410.545368.33400.422430.299458.872484.872510.076533.867557.2579.3722.坝体泄流由地形图知,在高程740748m之间,由堰流公式 ，计算结果如表43表43坝体泄流计算表水位z（m）74074174274374474574674774800.1820.3640.5450.7270.9091.0911.271.455 m0.4360.4360.4360.4440.4790.4950.5070.5120.513流量Q（m3/s）0289.686819.3551532.8712546.0463677.0624950.9026300.257712.463（3）坝一闸联合泄流计算如表44表44坝一闸联合泄流计算表水位z（m）740741742743744745流量Q（m3/s）368.33690.1081249.6541991.7433030.9184187.138水位z（m）746747748流量Q（m3/s）5484.7696857.458291.835图4-1 闸坝联合泄流时枢纽上游水位流量关系曲线4.2.2 作坝下游50m处的水位流量关系曲线先根据地形图作出河道断面图，然后由求出不同水位下流量，作出水位流量关系曲线。1、做河道断面图根据地形图，测量坐标点如表4-5X-605090101113.5122.5128.5139188199Y740730730.129730.666731.573733.420733.830735.341737.354737.145740.坝址处的河道断面图如图4-2图4-2 坝下游河道断面图2、水位流量关系曲线坝址处的水位流量关系曲线均采用均匀流计算公式：式中W断面面积 R水力半径 C谢才系数 用C=R1/6计算。其中n为糙率，取n=0.035。 i河道比降，取i=4计算结果如表2-12水位Z（m）730.666731.573733.42733.83735.341735.614737.145面积W（m2）47.1135.67349.8403.75588.82628.6898.39湿周X（m）91.3103.39116.1064124.4132.113140.895195.2322水力半径R（m）0.5161.3123.0133.2464.454.45864.60165谢才系数C(m1/2/s)25.5929.9034.3434.7736.64436.65536.848流量Q（m3/s）54.75293.871318.711599.642878.723074.1184491.27水位Z（m）737.5738738.5739739.5740面积W（m2）970.741073.751178.051283.651390.551498.73湿周X（m）197.2125200202.79205.58208.37211.16水力半径R（m）4.92235.368755.8096.2446.67357.1谢才系数C（m1/2/s）37.26437.8138.307638.7739.239.61流量Q（m3/s）5075.865949.0456879.0647865.3438906.7110003.8图4-3 坝下游水位流量关系曲线5 工程设计根据国家新的防洪标准(GB50201-94)及本工程的实际情况,确定本工程为五等小(2)型工程,主要建筑物为5级,引水枢纽按10年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。引水枢纽溢流坝和冲沙闸联合下泄50年一遇洪水5380m3/s流量时,坝上游水位745.524m,坝下游水位737.689m，下泄10年一遇洪水3130m3/s流量时，坝上游水位743.737m，坝下游水位735.676m,均满足洪水淹没高程的限制。枢纽主要建筑物特征水位和流量详见表51表51主要建筑物设计的特征水位及流量特征洪水洪峰流量溢流坝冲沙闸设计洪水流量(m3/s)3130(P=10%)2650480 上游设计洪水位(m) 下游743.737743.737735.676730.676校核洪水流量(m3/s)5380（P=2%）4858522上游校核洪水位(m)下游745.524745.524735.689732.689表52设计中采用的主要地基参数地基类别干容量d(m3/s)渗透系数KCm/s弹性模量EKg/cm2内摩擦角强度指标基底摩擦系数f坚固系数f弹性抗力系数kg/cm2容许承载力t/m2RuRlRr砼浆砌面新鲜微风化花岗岩地基2.51000251400.650.60400中粗砂地基200.450.422805.1 大坝设计由于该工程位于宝鸡县渭河上，是一个山区河道，天然材料丰富，因而采用浆砌石溢流重力坝。5.1.1 溢流坝的断面尺寸的确定溢流坝坝面曲线采用WES曲线，由顶部曲线段，下游面中间直线段和下部反弧段组成。（1）曲线段在校核洪水时洪水位为745.524m，而溢流坝的坝顶高程740m，此种状态下堰上水头Hmax=5.524m,取定型水头Hd=Hmax=5.5m。由于,因而按高堰设计。WES堰顶部下游段曲线,采用坝体上游面为铅直型,曲线方程为:图5-1 WES堰顶曲线尺寸图（2）.直线段直线段的斜率由坝体稳定要求决定,一般为1：0.71：0.85,此处取0.85.（3）.反弧段由于该溢流坝地上部分较少,并且座落在砂砾石层上,稳定难于满足,基本按梯形剖面设计,反弧段半径R取8.0m具体尺寸如图5-2图5-2大坝剖面尺寸5.1.2 溢流坝渗流计算溢流坝基础采用大开挖方式，坝体及护坦均置于含砾中、粗砂基河床之上（5.48.8m）层上，坝下采用中、粗砂基上的灌浆帷幕或砼防渗墙防渗，防渗墙伸入相对不透水层中细砂基中深约3.2m。因此防渗墙高度为6m,底高程719m1防渗长度的初步拟定值按下列公式计算L=CH 式中L为拟定防渗长度H为上下游水位差C为渗透系数在中粗砂基中，C取47，此处取5，H=8m，则L= C H=58=40m2防渗长度如下图图5-3防渗长度计算图假设：L0为上图在水平上的投影，S0为坝基和防渗体在垂直方向的投影之和，即： 有效计算深度 大于相对透水层深度，因而取防渗长度L为图中各点顺次连接起来的总长度所以防渗长度满足要求3渗透水头的计算1用改进阻力系数法求渗透水头，其计算公式如下 式中hi为各段水头损失，H为各段水头损失的总和是各段阻力系数是总阻力系数n是渗透段的段数图5-4渗流区域图20各段阻力系数计算进口段 中间水平段内部垂直段内部垂直段中间水平段出口段总的阻力系数即位各段阻力系数之和： 在正常挡水情况下，上、下游水头差在设计洪水情况下,上、下游水头差在校核洪水情况下,上、下游水头差由此可以知道在设计洪水和校核洪水情况下各段水头损失如表5-1。表5-1不同挡水情况下各段水头损失分段编号0.75830.31190.63550.63551.70640.7583正常挡水情况下水头损失1.26230.51921.05791.05792.84051.2623设计情况下水头损失1.27190.52321.06591.06592.86221.2719校核情况下水头损失1.23620.50851.03601.03602.78191.236230对进、出口段及水平段水头损失进行修正。 修正后进、出口段，水头损失减小。即进、出口段水头损失不变，因而进、出口段及水平段水头损失不必进行修。各角隅点渗透水头如下图所示。40渗透压力及对坝基的力矩计算。渗透压力及渗透压力对坝基的力矩计算主要考虑正常挡水，设计洪水和校核洪水，三种情况。a、正常挡水情况下图5-5 正常挡水情况下各隅点渗透水头损失b设计洪水情况下图5-6设计洪水情况下各隅点渗透水头损失C在校核情况下：图5-7校核洪水情况下各隅点渗透水头损失50出口段渗流坡降J出口段渗流坡降正常挡水情况下：所以按以上设计，坝体渗流稳定满足要求。5.1.3 溢流坝的抗滑稳定与地基稳定计算重力坝稳定可能有三种情况：由于上游水推力作力而发生滑动；在下平衡力矩的作用下倾覆；扬压力作用下而上浮，由于是浆砌石的容重大于水的容重，一般情况下会出现上浮情况。抗滑稳定按纯摩公式计算式中 K安全系数 应力计算仅进行上、下游边缘正应力计算，按公式。式中， 泥砂压力式中坝体主要到自重、坝体上水重、淤砂重、以及上游水压力、下游水压力、淤砂压力的作用，此处淤砂容重取10KN/m3，淤砂内摩擦角，坝体容重23KN/m3，分别计算正常挡水期，设计水期和校核洪水期，坝体受力稳定情况。1枢纽在正常挡水期，上游水位与溢流坝齐平，水位为740.00m,上游淤积高程为738.00m,下游水位731m;坝体自重分为I 、II、III 、IV块，分别计算其重量并对底部中心取矩，坝体自重分块如图5-8图5-8 坝体自重分块所以自重 正常挡水情况下坝体受力图如5-9图5-9 正常挡水情况下坝体受力图 .2. 枢纽宣泄设计洪水期,上、下游设计洪水位分别为743.737m和735.676m,上游泥沙淤积高程为736m。设计洪水期坝体上水重计算简化如图5-10，其中，743.737，735.67，732.3111，分别为该工况下的上游水位，下游水位，下游收缩断面水深，此处假设收缩断面在反弧段未端。图5-10 设计情况下坝体上水重计算图所以水重 经过上述计算设计洪水情况下坝体受力如图5-11图5-11 设计洪水情况下坝体受力图3枢纽宣泄校核洪水期，上、下游校核洪水位分别为745.524m和737.689m，上游泥沙淤积到734m。校核洪水期坝体上水重简化为图5-12其中745.524、737.689、733.3261分别为相应工况下，上游水位、下游水位、下游收缩断面水深，此处假设收缩断面在反弧段未端。图5-12校核情况下坝体水重计算图经过上述计算，校核洪水情况下坝体受力图如图5-13图5-13 校核洪水情况下坝体受力图将正常挡水情况下坝体稳定情况、设计洪水情况下坝体稳定情况，以及校核洪水情况下坝体稳定情况计算成果列于表5-2。表5-2坝体在不同情况下坝体稳定计算成果表项目正常挡水期设计洪水期校核洪水期水平力竖直力KN力矩KN.m水平力竖直力KN力矩KN.m水平力竖直力KN力矩KN. m自重W自4806.057-3223.4494806.057-3223.4494806.057-3223.449水重W水309.015-2957.715938.39-4192.9851285.352-4343.683淤砂重W砂255-2445195-1875120-1160扬压力U-2000.5931986.082-3027.50422168.5911-3429.5151944.6348上游水压力P上1103.6255518.1251653.5259641.7041916.48211613.881上游淤砂压力P砂183.739796.202131.553482.36188.064264.192下游水压力P下-176.58-352.16-559.057-1987.498-789.758-3340.413合计1110.7843369.479-677.9151226.0212911.9431013.7241214.7882781.8941755.163抗滑稳定安全系数K基底压力KN/m2 表中结果显示,正常、设计、校核三种工况下,坝基的抗滑稳定安全系数分别为1.365、1.069、1.031均高于规范规定设计系数1.05,校核系数1.00；而坝体最大(最小)基底压力分别为161.562KN/m2(144.754 KN/m2)、144.928 KN/m2(119.794 KN/m2),148.208KN/m2(104.692 KN/m2)，均低于地基承载力280KN/m2；基底不均匀系数分别为1.116、1.21、1.416均小于中等坚硬紧密地基土质设计2.0,校核情况下2.5的规定。5.1.4 大坝消能防冲设计大坝消能防冲措施主要在坝后修建消力池，设计主要确定消力池池深d，池长LB，护坦厚高，海漫长度LP。1消力池池深d的确定。先假定消力池池底高程731.00m确定E0,由计算出hc,并由求出,绘制曲线,在同一张图纸上,从图上找出为最大时所对应的池深设计流量。（此处=0.90）不同流量下确定ht，q ，E0如表5-3所示表5-3不同流量下确定ht，q ，E0流量Q(m3/s)293.871318.711599.642878.723074.118下游水深ht(m)0.5732.422.8304.3414.614单宽流量q(m3/sm)1.9598.79110.66419.19220.494上游水位与731之差E0(m)7.18210.89211.21012.55812.7314流量Q(m3/s)4491.275075.865949.0456879.0647865.343下游水深ht(m)6.1456.57.07.58.0单宽流量q(m3/sm)29.94233.83939.6645.8652.436上游水位与731之差E0(m)13.8814.3114.9115.50916.103由公式求跃前,跃后水深。其中计计算结果如表5-4表5-4不同单宽流量下求出的q(m3/s)1.9598.79110.66419.19220.49429.94239.6645.8652.436E0(m)7.18210.89211.21012.55812.731413.8814.9115.50916.103hc(m)0.1860.690.831.4441.53652.22.8673.2913.7411.964.4464.8866.5256.7368.0819.2399.88710.513根据上表数据绘图如图5-