面板堆石坝毕业设计计算书

本科毕业设计计算书题目顺场滩水利枢纽工程设计（堆石坝方案）学院水利水电学院专业学生姓名学号年级指导教师二一三年六月七日四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第I页目录目录I1水文水利计算111水文计算1111水文资料1112工程等别及建筑物级别1113洪水频率曲线的推求2114洪水过程线的推求412水利计算6121列表试算法6122计算机调洪813淤沙高程计算14131计算淤沙系数14132计算淤沙高程142坝体剖面设计1521坝顶高程计算15211波浪爬高的计算15212风壅水面高度的计算16213确定坝顶高程1622坝体设计17221坝坡拟定17222钢筋混凝土面板设计17223趾板设计173溢洪道计算1931引水渠的计算1932控制段的计算19321堰面曲线的确定20322剖面衔接计算2132泄槽的计算21321泄槽临界水深和临界坡降21322泄槽水面曲线确定2133消能防冲段的计算25331水舌挑距的计算25四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第II页332冲坑及鼻坎的计算264施工初步设计2741导流标准2742导流洞设计2743围堰设计295重力坝方案设计3151坝顶高程计算3152剖面设计3253稳定计算33531荷载及荷载组合33532荷载计算34533稳定计算3754溢流坝段设计38541剖面设计38542稳定计算416工程造价估算及方案选择4561面板堆石坝方案工程量计算45611土石方开挖工程量45612坝体填筑工程量4762重力坝方案工程量计算51621土石方开挖工程量51622坝体混凝土浇筑工程量53四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第1页1水文水利计算11水文计算111水文资料顺河流域属亚热带气候，根据桑坪水文站19671986年完整的水文资料分析，多年平均流量为2405M3/S，实测最大洪峰流量为1600M3/S。实测洪峰流量及有代表性的两次历史洪水流量分别见表11和表12。表11实测洪峰流量年份1967196819691970197119721973197419751976洪峰流量（M3/S）1240590640795101091070016001120570年份1977197819791980198119821983198419851986洪峰流量（M3/S）106072582093013806301430680860770表12历史洪水流量年份历史洪水量（M3/S）1957年23001899年2040顺河无大面积固体径流来源，所以沙量变化较平稳。经分析，河流多年平均输沙总量为21万M3。淤沙浮容重075T/M3，内摩擦角13。112工程等别及建筑物级别由顺场滩水利枢纽工程的基本资料知（1）水库库容顺场滩水利枢纽工程正常高水位4695M，由水位库容曲线查得对应库容为3652万M3；（2）电站装机发电站装机容量为4000KW。（3）灌溉面积工程建成后，可以灌溉下游8万多亩田地。综合考虑顺场滩水利枢纽工程水库库容、灌溉、防洪、电站装机等要求，根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）确定顺场滩水利枢纽工程的工程等别为等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第2页113洪水频率曲线的推求（1）特大洪水的处理实测系列的经验频率计算按系列经验频率公式为1001MMPN；1001MMPN特大洪水系列经验频率计算公式为；式中PM实测系列第M项的经验频率；M实测系列由大到小排列的序号，M1、2、320；N实测系列的年数，N19861967120；PM特大洪水第M序号的经验频率；M特大洪水由大到小排列的序号，M1、2；N自最远的调查考证年份迄今的年数，N19861899188。（2）经验频率曲线计算将逐年实测的年最大洪峰流量（包括特大洪水系列）填入表13的（1）、（2）栏。将第（2）栏中的洪峰流量按从大到小的顺序重新排列，并填入第（5）栏。分别计算特大洪水系列与实测资料系列经验频率，填入第（9）栏。以第（5）栏的水文变量QM为纵坐标，以第（9）栏的P为横坐标，在频率格子上点绘经验频率点，目估通过点群中间练成一条光滑曲线，即为年最大洪峰流量的经验频率曲线。（3）理论频率曲线计算统计参数年最大洪峰流量的均值N3II11228001036M/SN22QQN3II122800M/S5Q式中为表中第（）栏的总和。变差系数N2II1V1424045N1221KC（）IIQKQ式中为各项的模比系数。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第3页表13顺场滩水利枢纽最大洪峰流量频率计算表年份年最大洪峰流量QM3/S序号由大到小排列QM3/S模比系数KIKI1（KI1）2经验频率PM/N1（）（1）2345678918992040123002219121914871119572300220401968096809382319671240116001544054402964819685902143013800380014495196964031380133203320110143197079541240119601960039190197110105112010810081000723819729106106010230023000128619737007101009750025000133319741600893008970103001138119751120991008780122001542919765701086008300170002947619771060118200791020900445241978725127950767023300545711979820137700743025700666191980930147250700030000906671981138015700067503250105714198263016680065603440118762198314301764006180382014681019846801863006080392015485719858601959005690431018690519867702057005500450020395222800228004241配线Q平均1036M3/S，取CV045，并假定CS2CV，查水文水利计算附表2，得出相应于不同频率P的KP值，列入表14中的第（2）列，乘以Q平均得相应的QP值，列入表四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第4页14中第（3）列。将表14中第（1）、3两栏的对应数值点绘曲线，以QP为纵坐标，P为横坐标，将此频率曲线花在绘有经验点据的图上，发现理论频率曲线头部于经验频率点据的下方，而尾部又偏于经验频率点的上方。改变参数，重新配线，分别取CV04、CS2CV和CV04、CS3CV进行第二次和第三次配线，发现第三次配线时理论频率曲线和经验频率曲线大致重合，即作为采用的理论频率曲线。表14理论频率曲线选配计算表频率P第一次配线第二次配线第三次配线CV045CS2CV09CV04CS2CV08CV04CS3CV12KP1QP1KP2QP2KP3QP3（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）00135937193203315356368801298308727027972923025022802901254263127328280332652745242250725826730525326212322404246254912332414216223822623412213220719820512052124518419061741803176182310160165815415951541595201351399131135712913365009396309598409295375067694071736070725900484970535490575919504041404546605051899026269030311042435114洪水过程线的推求在理论频率曲线上查频率P1，P005对应的流量分别为Q设2341M3/SQ校3234M3/S本工程采用同倍比放大法推求洪水过程线，以洪峰流量控制，其放大倍比为K。设计洪水情况K设QQ设典2341/1600146校核洪水情况K校QQ校典3234/1600202将典型洪水过程线按放大倍比放大，得到表15。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第5页表15洪水过程线对应点值流量时段典型洪量Q典（M/S）设计洪量Q设（M/S）校核洪量Q校（M/S）04058408080112951890726159233548910676703660963601333204100014600020200051381720172827910361560227760315120715625228125315625812817187128258903986931269181755991064989487113126011500730001010001238955686778679133048445016157014239434952483591519027740383801615422484311081712818688258561810881588521978199351365118887208011680161602166597091343322537784010847234266220860524344502269492530438060602629843516020四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第6页12水利计算121列表试算法以计算来水为设计洪水情况为例。（1）根据已给的水库水位容积关系曲线ZV,泄洪建筑物为有闸门溢洪道，堰顶高程与防洪限制水位齐平为46150M，初步拟定堰顶净宽为40M，堰流系数为M0502，汛期水轮机过水能力Q电12M3/S引水发电。（2）列表计算QV曲线。在堰顶高程46150M之上，假定不同库水位Z，列于表16中第1栏，用它们分别减去堰顶高程46150M，得第（2）栏所示的堰顶水头H，代入堰流公式32Q2MBGH从而算出各H相应的溢洪道泄流能力，加上发电流量12M3/S，得Z值相应的水库泄流能力为QQ溢Q电，列于第（3）栏。再由第（1）栏的Z值查ZV曲线，得Z值相对应的库容V，列于表中第（4）栏表16水库QV关系计算表库水位Z（M）（1）4615463546554675469547154735堰顶水头H（M）（2）024681012泄流能力QM3/S）（3）12002514471119130653201154281121369543库容V（104M3）（4）2250259529353278364541084680（3）绘制QV曲线。由表中第（3）、（4）栏对应值，绘制水库蓄泄曲线QV，见图11。图11水库蓄泄曲线QVZVQV四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第7页表调洪计算表（列表试算法）TH时间（）TH时段（）3M/SQ（）1232/SQQM）1263T210QQM）3QM/S（）123QQ2/SM）1263QQT210M）6310MV（）MZ（）（1）（2（3）（4（5（6（7（8（9（100584012225046152273751975950428248910107240446242974557023455248841460005842857465042186880134610837798622776015823423468322074441494178412845818712819863632469421410001015175012600109487115143387468127586954612168755125686791830584662245910331746553751434952575285146522871820747753438162248438027144642219184138326234718158852722618463621378209923951724201168020725444632297600701835132122784016024824629264310461411015245022122242746252468703410807782643519423834623（4）推求下泄流量过程线Q（T）。按表的格式逐时段进行试算。对于第一阶段，按起始条件V1225106M3、Q112M3/S和已知值Q1584M3/S、Q24891M3/S，求V2、Q2，假设Q120M3/S，由水库水量平衡方程1212211122QQTQQTVV求得V223995106M3，查QV曲线，得Q2103M3/S，与假设不符，故需重新设Q2进行计算，再假设Q2107M3/S，求得V2240043106M3，查QV曲线，得Q2107M3/S，与假设相符，故Q2107M3/S和V2240043106M3即为所求，分别填入表中该时段末的第6、9栏。以第一时段所求的V2、Q2作为第二时段初的V1、Q1，重复第一时段的失算过程，可求得表第（6）栏所示的下泄流量过程Q（T）。（5）计算最大下泄流量QM。按每时段T2小时，取表第（1）、（3）、（6）栏的T、Q、Q值，绘出QT、Q（T）过程线，可以查出QM1986M3/S。（6）推求设计设计洪水位Z设。按QM1986M3/S从QV曲线上查得相应总库容VM36313万M3，减去堰顶高程以下的库容2250万M3，即得V设13813万M3，查ZV曲线得到Z设4694M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第8页图12设计洪水过程线及下泄流量过程线122计算机调洪（1）设计状况输入数据库容曲线的数据为4272,0430,1244325,30435,604375,1087440,1804425,2789445,4104475,577450,7804525,1101455,12804575,1609460,20004625,2421465,28504675,3278Q，Q（M3/S）T（H）1设计洪水过程线Q（T）2下泄流量过程线Q（T）四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第9页470,37504725,4361475,5130入库洪水线的数据为0,5841,189072,48913,96364,14605,20172826,227767,2281258,18712829,126917810,94870811,73012,5686713,44500814,34952415,277416,2248417,1868818,15884819,1365120,116821,970922,7840223,6219624,5022425,43826,43508泄流曲线的数据为4615,046185,1784622,504四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第10页46255,9264629,142546325,19924636,261846395,3304643,403146465,481465,563446535,6504657,740646605,83514664,933246675,10354671,1140246745,124874678,1360546815,147554685,1593546885,171454692,1838446955,196514699,2094747025,22274706,2361947095,249954713,2639647165,27823472,2927447235,30754727,322547305,337734734,3532起调水位为4615M，调洪结果图为下图13所示。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第11页图13设计洪水过程线及下泄流量过程线水库调洪最高水位为46975M，调洪最大下泄流量为203862M3/S，查资料中坝址下游水位流量曲线得下游水位为4269M。（2）校核状况库容曲线的数据设计状况的相同，校核洪水过程线的数据为0,8081,261592,67673,133324,20205,27910346,315127,3156258,25890349,175598610,131259611,101012,78679四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第12页13,61569614,48358815,383816,3110817,2585618,21977619,1888720,161621,1343322,10847423,8605224,6948825,60626,60196泄流曲线的数据为4615,046185,1784622,50446255,9264629,142546325,19924636,261846395,3304643,403146465,481465,563446535,6504657,740646605,83514664,933246675,10354671,1140246745,124874678,1360546815,14755四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第13页4685,1593546885,171454692,1838446955,196514699,2094747025,22274706,2361947095,249954713,2639647165,27823472,2927447235,30754727,322547305,337734734,3532起调水位为4615M，调洪结果图如下图14所示图14校核洪水过程线及下泄流量过程线水库调洪最高水位为47171M，调洪最大下泄流量为280798M3/S，查资料中坝址下游四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第14页水位流量曲线得下游水位为4276M。13淤沙高程计算131计算淤沙系数/001200102V/WVW入入式中V正常高水位时的库容，M3；W入年平均来水量M3，6324053652436007584410MWQT多年入MSQ3多年多年平均流量，/；T全年时间，S。多年平均流量为2405M3/S，所以W入Q多年T240536524360075844106M3水库正常高水位4695M，此时的对应的库容为3697万M3代入数据得22369775844100436970012001027584410132计算淤沙高程淤沙体积VWT淤沙式中181804072；W沙多年平均输沙总量；T使用年限。河流多年平均输沙总量为21104M3，工程使用年限为50年。代入公式得V淤0722110450754104M3查已给资料中的ZV曲线可以得Z淤4359M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第15页2坝体剖面设计21坝顶高程计算坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用情况计算，取其最大值正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；设计洪水加正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高。根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），坝顶超高Y的计算公式为AERY式中Y坝顶超高，M；R最大波浪在坝坡上的爬高，M；E最大风壅水面高度，M；A安全加高，M。依据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），对于3级大坝，设计工况（正常运用时），A07M；校核工况（非常运用时），丘陵地区，A04M。最大波浪在坝坡上的爬高R和风壅水面高度E依据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）的附录A中的计算方法进行计算。211波浪爬高的计算对于丘陵地区水库，计算风速W265M/S，风区长度D7500M时，累积频率为2的波高H2和平均波长LM可采用鹤地水库公式碾压式土石坝设计规范（SL2742001）附录A中的式A161和式A162）计算，如下2122M03860GLWGDW3126122006250WGDWWGH式中G重力加速度，取为981M/S2；W计算风速，正常运用情况时取年平均最大风速的15倍108M/S；非常运用时取年平均最大风速72M/S。D水库吹程，2000M。由波浪累积频率为2的波高H2查碾压式土石坝设计规范（SL2742001）的附录A中表A18即可求出平均波高HM值，计算结果整理如表21。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第16页表21平均波浪爬高RM和设计波浪爬高R1计算成果表运用情况上游坝坡坡率M糙率渗透性系数K经验系数KW平均波高HM（M）平均波长LM（M）平均波浪爬高RM（M）设计波浪爬高R1（M）正常蓄水140910275960622151校核洪水140910153970369089212风壅水面高度的计算风壅水面高度E可按碾压式土石坝设计规范（SL2742001）附录A中A110计算，COS22MGHDKWE式中K综合摩阻系数，取36106；HM库水平均深度，这里取坝前水深；计算风向与坝轴线法向的夹角，这里取90。风壅水面高度的计算列于表22中。表22风壅水面高度E计算表运用情况库水平均深度HM（M）综合摩阻系数K风区长度D（M）计算风速W（M/S）风壅水面高度E（M）正常蓄水495361062000108000087校核洪水51736106200072000037213确定坝顶高程根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），在4种运用条件下的坝顶高程计算如表23。表23坝顶高程计算表运用情况洪水位（M）波浪爬高R1（M）风壅水面高度E（M）安全超高A（M）坝顶高程（M）设计洪水位加正常运用469751510000870747196正常蓄水位加正常运用469501510000870747171校核洪水位加非常运用471700890000370447299正常蓄水位加非常运用469750890000370447104坝顶上游侧应设置防浪墙，防浪墙的底部高程宜高于正常蓄水位（46975M）,墙顶高出坝顶1M。故最后确定坝顶高程为47300M，防浪墙顶高程为47400M，防浪墙墙高为4M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第17页22坝体设计221坝坡拟定当筑坝材料为硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用113114。本设计根据工程实际情况，上游坝坡取114，下游坝坡取115，并在高程为44500M之处设2M宽的马道。222钢筋混凝土面板设计1面板厚度根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001），面板厚度的确定应满足下列要求1应能便于在其内布置钢筋和止水，其相应最小厚度为03M。2控制渗流水力梯度不超过2003在达到上述要求的前提下，应选用较薄的面板厚度，以提高面板的柔性，减低造价。对于中低坝面板可采用0304M均一厚度，本设计取面板厚度为03M。2面板分缝在两坝肩附近的面板应设张性垂直缝，其余部分的面板设压性垂直缝。该坝顶长336M，参照已建工程，右岸设总长度为80M的张兴缝，缝间距为8M，左岸设总长度为64M的张性缝，缝间距为8M；面板中部设总长度为192M的压性缝，缝间距为12M。3钢筋面板采用单层双向钢筋，钢筋布置在面板截面中部，每向配筋率为03。223趾板设计趾板的布置采用平趾板方案，即趾板等高线垂直于趾板基准线。趾板宽度按容许水力梯度确定。表24岩石地基容许水力梯度岩石风化程度容许水力梯度岩石风化程度容许水力梯度新鲜、微风化20强风化510弱风化1020全风化35根据已给地形地质资料，岩石风化程度为弱风化，容许水力梯度I为1020，取10。趾板宽度469542314645MI10HD，取。趾板厚度可小于与其连接的面板厚度,最小设计厚度应不小于03M。本设计取04M。趾板示意图如图21。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第18页趾板图21趾板示意图趾板仅需要配置温度筋和灌浆盖板的钢筋，采用单层钢筋，各向钢筋量为设计厚度的03，保护层厚度采用10CM，止水附近局部增加构造钢筋。趾板的锚筋采用砂浆锚杆，先灌浆再插入钢筋，选取25普通螺旋钢筋，间距1M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第19页3溢洪道计算31引水渠的计算引水渠的作用是将水流平顺、均匀、对称地引向控制段，为了加大泄流能力，采用反坡形式，引渠渠首渠底高程取为450M。引渠终点渠底高程比堰顶高程低05HD。HD是堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高P1133的高堰，取HD（075095）HMAX；对于P110，见溢洪道设计规范（SL2532000）附录A中表A11；当P1/HD10时，取K2022。321堰面曲线的确定根据规范及工程经验，堰顶上游采用三圆弧曲线R105HD41M，0175HD1435M；R102HD164M，0276HD226M；R1004HD0328M，0282HD231M。，下游为幂曲线。幂曲线方程为1850852XDHY；故可得幂曲线方程为Y00836X185溢流堰原点下游堰面曲线坐标计算于表32所示表32溢流堰面曲线坐标结果00836063811641730594487037059696162110292四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第21页322剖面衔接计算（1）直线段107和堰面曲线切点XC、YC确定对Y00836X185求导，得Y0155X0851/M1/071429，求得XC1364，代入原幂曲线方程YC1051。（2）反弧段半径确定R（02520）（HMAXZMAX）0382464164M。32泄槽的计算321泄槽临界水深和临界坡降23KQHG，QQB，2KKKKGICBC，KKKARC，KKABH，161KKCRN式中HK临界水深，M；Q槽内泄量，M3/S；Q单宽流量，M3/（SM）；KI临界坡降；B泄槽首段宽度，M；G重力加速度，M/S2；KB相应临界水深的水面宽，M；KA、KC、KR、KC临界水深时对应的过水断面积（M2）、湿周（M）、水力半径（M）、谢才系数。表33临界水深HK和临界坡降IK计算结果计算情况QKBKQKHKAKCKRNKCKI设计水位203952395402808062804470014916800014校核水位280852546683473665365320014943600014本设计中取I004，故泄槽段属于急流，按照明渠非均匀流计算。322泄槽水面曲线确定根据溢洪道设计规范（SL2532000）可知，泄槽上游接实用堰时，起始计算断面定在堰下收缩断面处，泄槽起始断面水深1H小于KH，可按下式计算COS2101HHGQH四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第22页式中Q起始计算断面单宽流量，M3/（SM）；0H起始计算断面渠底以上总水头，MM；泄槽底坡坡角，ARCTAN004；起始计算断面流速系数，取为095。根据上表计算结果确定以校核洪水流量来计算。11540952984717456COS229HH经过迭代试算H1371M。根据规范要求，采用分段求和法推算，以确定溢洪道泄槽的泄流能力，分段求和法计算公式如式SDSUS22SVIIEEEJCR式中22SVHH2G2GQEAABMHH221BMHAR21321CRRN现以H1371M，H2351M。求两端面之间的距离S。A1B2A2BH25235118252M21B2H5223715942M2B2H5223515902MR119292/59423247R218252/59023093C1R11/21/NR12/31/001432472/315662C2R21/21/NR12/31/001430932/315163V12808/192921456M/SV22808/182521538M/SV12/C12R11456/156622000864四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第23页V22/C22R21538/151632001030J1/2V12/C12R1V22/C22R21/200086400103000952211V1456108162G196（）2221V1538120692G196（）3711081635112069S345200400095（）其余各流段的计算完全相同，为了清晰起见，采用列表法进行，情况如表34四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第24页表34水面线试算列表H/M2/MA/M/MR231NRV/M/S22VJCRJIJ2V/M2G/SEM/SEM/SM/SM371192925942325156616145550009108091451900000009003105071637436118772592231715413514958000911416150261637400100030056018570351182525902309151616153850010120761558634944001100290619211803411773258823011490601583600111279416204561240012002806852432333117212586229414646316314001213579168898044700130027075928166321166925842286143826168220014144381764810861200140026084332956311161725822278141145173630015153821849214156800160024093939070301156525802270138420179400017164211943118063900180022104847113291151325782262135649185570019175692047922775200190021033816114288149765776259134809187500019179372081724386600200020035017200285148257725713396418947002018316211662610660020002001195996284147685768256133681190140020184462128626706200200020012161352831471657662551333981908100201857621406273198四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第25页泄槽段水流掺气水深按下式计算H100V1HB式中H未计入波动及掺气的水深，M；HB计入波动及掺气的水深，M；V未计入波动及掺气的计算断面上的平均流速，M/S；修正系数，一般为10S/M14S/M，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20M/S时，宜采用较大值，本设计取12。计算后的掺气水深的边墙高度，取安全超高06M。列举若干个泄槽段断面的掺气水深及泄槽边墙高计算结果如下表35所示表35泄槽边墙高度计算表断面距槽首的距离（M）计算水深（M）流速（M/S）HB（M）安全超高（M）泄槽边墙高（M）03711456436064961637361149642606486349435115384160647656123411584406064668045331163139606456108613211682386064461415731117363760643618064301179436606426227752911856356064162438728818753530641326107285189435006410267062841901349064092732283190834806408根据上表得泄槽边墙高最高为496M，由于泄槽采用同一坡度，则边墙高度一致，最终取5M。33消能防冲段的计算331水舌挑距的计算水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第26页COS2SINCOSCOSSIN121221121HHGVVVGL式中L水舌挑距，M；G重力加速度，981M/S2；V1坎顶水面流速，M/S，约为鼻坎处平均流速V的11倍；挑射角度；H1坎顶平均水深H在铅直向的投影，H1HCOS；H2坎顶至河床面的高程，M。鼻坎处平均水深近似取泄槽出口水深H283M，挑射角按经验值取20，鼻坎处平均流速近似取泄槽出口流速，VQ/H末1908M/S，故V111V21M/S，H243542015M。222121SIN20COS2021COS2021SIN202981283COS20COS201554M981L332冲坑及鼻坎的计算冲坑最大水垫深度按下式估算1124KTQZ式中T自下游水面至坑底最大水垫深度，M；Q鼻坎末端断面单宽流量，M3/SM；Z上、下游水位差；K综合冲刷系数。T09541/2471742761/417M。冲坑深度TKTH2式中H2为下游水深TK174276423124M。L/TK54/12443525，满足要求。挑流鼻坎段反弧半径R反弧最低点最大水深H（612）2839255M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第27页4施工初步设计41导流标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000临时性水工建筑物（导流建筑物）的级别可由表7确定表41临时性水工建筑物级别级别保护对象失事后果使用年限临时性水工建筑物规模高度（M）库容38M103特别重要重大3年50104重要较大315年501510015一般较小15年1501注当临时性水工建筑物根据上表指标分属不同级别时，其级别应按其中最高级别确定，但对3级临时建筑物，符合该级别规定的指标不得少于两项。从资料中得知施工期限安排为三年半，即临时性水工建筑物使用年限至少为三年，故本设计中的临时水工建筑物级别为4级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）临时性水工建筑物（导流建筑物）的洪水标准可由表42确定表42临时性水工建筑物洪水标准重现期（年）临时性建筑物类型临时性水工建筑物级别345土石结构50202010105混凝土、浆砌石结构201010553本设计决定采用土石结构围堰。根据确定的临时性水工建筑物级别，选取洪水标准即导流标准为10年一遇。42导流洞设计临时建筑物的洪水标准为10年一遇，在理论频率曲线查10对应流量为Q101592M3/S，采用同倍比放大法来求10年一遇的洪水过程线，则KQ1592/16000995，将典型洪水过程线按0995倍放大，得10年一遇洪水流量为15547M3/S。十年一遇洪水过程计算如表43。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第28页表43十年一遇洪水过程列表流量M/S典型洪水流量（M/S）10年一遇洪水流量（M3/S时段T040398011295128852335333333660656704100099500513817137479615601552207156251554698128171275299869386495106498646551150049750123895387551330483032814239423820151901890516154153231712812736181088108261993593032080796021665661722537534323426423924344342325302985262982965本设计采用全年围堰一次断流、隧洞导流的导流方案。由于上游围堰有一定的滞洪作用，参考已建工程，导流洞最大泄流量为1200M3/S。导流洞为圆形断面的有压隧洞，泄流能力公式为2GHQ式中流量系数，经验值取07；洞口横断面面积，M2；H计算水头，上下游水位差，M；拟定不同的方案进行计算，结果如表44所示。其中下游水位根据QM1200M3/S查坝址下游水位流量关系曲线得下游水位42643M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第29页表44导流方案列表方案序号导流洞拟定条数洞径（M）上下游水位差H（M）上游水位（M）1281644222910436321066433方案比较方案1虽然洞径小，隧洞开挖量小，但是上下游水位差太大，需要的上游围堰高程较高；方案3上下游水位差较小，上游围堰高程小，但是由于洞径太大，山体开挖量过于多，故也要舍弃。综合考虑，选择方案2。43围堰设计堰顶高程取决于导流设计流量及围堰的工作条件，上、下游围堰均采用土石围堰。围堰底部高程为4208M。则上游围堰高为4424208152M。下游围堰的堰顶高程可由下式决定DDAHHH式中DH下游围堰堰顶高程，M；DH下游水位高程，M；AH波浪爬高，与吹程有关，一般取AH0510M；围堰安全超高，可按下表45取值。表45不过水围堰堰顶安全超高下限值（单位M）围堰形式围堰级别IIIIVV土石围堰0705混凝土围堰、浆砌石围堰0403在本设计中，下游水位高程HD42643M，波浪爬高取10M，围堰等级为IV级，故安全超高取05M。综上，可知本设计中下游围堰堰顶高程HD42793M。本工程围堰为土石围堰，对地基要求不是很高。故将河床部位13M的砂卵石挖出后即为本工程的围堰坝基面，高程为42080M。故下游围堰堰高H70M。上游围堰的堰顶高程由下式决定DAHHHUZ式中HU上游围堰堰顶高程，M；Z上下游水位差，M；四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第30页在本设计中，上游水位高程HD43600M，波浪爬高取10M，围堰等级为IV级，故安全超高取05M。综上，可知本设计中上游围堰堰顶高程HD4375M。故上游围堰高H43754208167M。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第31页5重力坝方案设计51坝顶高程计算根据混凝土重力坝设计规范SL3192005可知，坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程，应高于波浪顶高程。防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差，可按下式计算上式中H防浪墙顶至正常蓄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波浪中心线高于静水位的高度，M；HC安全加高，按表51取值。表51重力坝安全加高HC的取值运用情况坝的安全级别123正常蓄水位070504校核蓄水位050403注表中正常蓄水位指设计工况下，包含正常蓄水位和设计洪水位两种情况。本工程重力坝方案调洪演算在理论频率曲线上查频率P1，P02对应的流量分别为Q设2341M3/SQ校2828M3/S本工程采用同倍比放大法推求洪水过程线，以洪峰流量控制，其放大倍比为K。设计洪水情况K设QQ设典2341/1600146校核洪水情况K校QQ校典2828/1600177同堆石坝方案的计算过程一样，经过洪水过程线的绘制及计算机调洪演算，得到各工况下的水位及流量见表52所示表52各工况下的水位及下泄流量正常工况设计工况校核工况上游水位（M）469504697547194下游水位（M）423104269042721下泄流量（M3/S600203862232349CZ1HHHH四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第32页本设计重力坝的级别为3级，所以HC设计04M，HC校核03M。坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算，并选用其中的较大值防浪墙顶高程设计洪水位HC设计；防浪墙顶高程校核洪水位HC校核。根据本设计基本资料，宜按鹤地水库公式计算坝顶超高。2122M03860GLWGDW3126122006250WGDWWGH式中G重力加速度，取为981M/S2；W计算风速，正常运用情况时取年平均最大风速的15倍108M/S；非常运用时取年平均最大风速72M/S；D水库吹程，2000M。经计算得，设计状况下H1056M，HZ0165M；校核状况下H1031M，HZ0076M。ZCZCCCHHHH0560165041125MHHHH0310075030686MH46975112547088MH47194068647263M11设计校核设计工况校核工况设计洪水位校核洪水位由混凝土重力坝设计规范SL3192005，坝顶上游侧防浪墙顶高程必须大于波浪顶高程，由以上计算可以得知，坝顶上游侧防浪墙顶高程应大于校核工况下的波浪顶高程47263M，本设计选取坝顶上游侧防浪墙顶高程为47270M。再根据混凝土重力坝设计规范SL3192005，重力坝防浪墙高度一般取为12M，本设计取防浪墙高为12M，则重力坝坝顶高程为4727012047150M，坝顶下游侧设栏杆。由坝址区地质剖面图可确定坝基开挖高程为弱风化下限41700M，最大坝高为4715041700545M。52剖面设计根据工程经验，一般情况下，坝体上游面常做成铅直或是上部铅直下部倾向上游。实体重力坝上游坝坡宜采用10210，下游坝坡宜采用108106。本设计根据工程实际情况，坝址河谷谷底以下为厚约30M以上的巨厚层石英砂岩，为大坝的主要持力层；中部为厚3M的砂质粘土岩，下部为厚30M厚的石英砂岩，中夹有薄层砂质粘土岩，两岸以石英砂岩为主，中夹有砂质粘土岩，石英砂岩岩质坚硬，抗压、抗拉及抗剪强度较高，可满足大坝对基强度的要求。故本设计选择的实用剖面坝体上游面44400M高程以上铅直，44000M高程以下倾斜，坡率取为N020，下游坝坡坡率取为M08。重力坝基本剖面设计见图51所示。四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第33页图51重力坝非溢流坝段最大剖面图53稳定计算531荷载及荷载组合主要荷载A组A1，坝体自重及永久设备重A2，正常高水位时之水压力A3，设计洪水位之水压力A4，浪压力A5，正常水位时之扬压力A6，设计洪水位时之扬压力A7，淤沙压力特殊荷载B组B1，宣泄校核洪水时之水压力B2，宣泄校核洪水时之扬压力B3，地震荷载四川大学本科毕业设计顺畅滩面板堆石坝设计第34页荷载组合1）正常运行A1A2A4A5A72）正常运行A1A3A4A6A73）校核情况A1A4A7B1B2由基本资料可知，香山水电工程坝址区基本地震烈度为5度，且所处大清河流域为亚热带气候，故不需考虑冰冻情况和地震情况。因此，本设计取正常蓄水位；设计洪水位；校核洪水位三种情况进行计算。532荷载计算各种工况上下游水位、水头情况如表53所示表53各种工况上下游水位、水头工况上游水位1H（M）下游水位2H（M）上游水深（M）下游水深（M）上下游水位差H（M）扬压力折减H（M）正常469504231052506104640928设计469754269052759904285857校核4719442721549410214473895坝体自重取单宽为计算单元，坝体剖面面积由三部分组成，如荷载计算简图所示。S11/22754729M2；S212（4715417）654M2；S31/23953166241M2；则剖面总面积为SS1S2S3729545682721351M2，体积VS113006211351M3。根据资料已给出的200碾压混凝土容重C24G/CM32400KG/M3，可求得单