金山峡挡泄水建筑物设计毕业设计

1、兰州交通大学博文学院 毕 业 设 计 题 目： 金山峡挡泄水建筑物设计 学 院： 兰州交通大学博文学院 专 业： 水利水电 班 级： 11 级水利水电 2 班 姓 名： 张童 指导教师： 魏永健 目 录 1 1 金山峡水利枢纽基本资料金山峡水利枢纽基本资料.1 1 1.1 工程设计基本资料. 1.1.1 流域概况 . 1.1.2 气象、水文 . 1.1.3 泥沙 .1 1.1.4 工程地质资料 .1 1.3.5 动能指标 .3 2 2 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较.3 3 2.1 坝轴线的选择.3 2.2 坝型选择 .4 2.2.1 综述 .4 2.2.

2、2 坝型选择方案 .4 2.3 枢纽布置方案 .6 2.3.1 综述 .6 2.3.2 枢纽布置应遵循以下原则 .6 2.3.3 各类建筑物枢纽布置的要求 .7 3 3 坝工设计坝工设计.8 8 3.1 坝工设计综述.8 3.2 挡水坝剖面设计 .9 3.2.1 挡水坝剖面初步拟定 .9 3.2.2 坝基高程设计 .10 3.2.3 坝高拟定 .10 3.2.4 剖面尺寸拟定 .13 3.2.5 坝顶宽度拟定 .13 3.2.6 基础灌浆廊道尺寸拟定 .13 3.2.7 坝基防渗和排水设计 .14 3.3 挡水坝稳定计算.14 3.3.1 荷载计算及其组合.14 3.3.2 稳定分析 .18

3、3.4 溢流坝及冲沙闸剖面拟定.20 3.4.1 孔口设计.20 3.4.2 堰顶高程的确定 .20 3.4.3 闸门高度的确定 .20 3.4.4 溢流坝剖面设计 .21 3.4.5 冲沙闸尺寸设计 .22 3.5 溢流坝稳定及应力计算 .22 3.5.1 荷载计算 .22 3.5.2 削能防冲设计.24 3.5.3 闸门的设置 .28 4 4 细部构造设计细部构造设计.2 29 9 4.1 坝顶构造.29 4.2 分缝止水.29 4.2.1 分缝的作用 .29 4.2.2 缝间距 .29 4.2.3 止水设计 .30 4.3 排水.30 4.3.1 坝体排水 .30 4.3.2 基础排水

4、.30 4.4 廊道系统.30 4.4.1 基础灌浆廊道 .31 4.4.2 检查及坝体排水廊道 .31 4.4.3 其他廊道 .31 5 5 地基处理地基处理.3 31 1 5.1 清基开挖 .31 5.1.1 开挖设计原则 .31 5.1.2 开挖设计 .32 5.1.3 处理措施 .32 5.2 防渗措施.32 5.2.1 帷幕灌浆目的 .32 5.2.2 帷幕灌浆范围 .32 5.2.3 帷幕灌浆设计 .33 参考文献参考文献.3 34 4 致致 谢谢.3 35 5 兰州交通大学博文学院毕业设计 1 金山峡水利枢纽基本资料 1.1 工程设计基本资料 1.1.1 流域概况 金沙峡水电站位

5、于黄河二级支流大通河干流中游的甘青交界段（河流左岸为甘肃省天 祝藏族自治县，右岸为青海省互助土族自治县） ，拟定开发的河段位于大通河金沙峡至羊 脖子弯段，由于受地形、公路、淹没等条件限制，水电站采用低坝径流引水式开发。金 山峡水电站工程为低坝引水径流式电站,装机容量为 70mw,根据水利水电工程等级划分 及洪水标准(sl252-2000)的规定,本工程属等工程,主要建筑物按 3 级设计，次要建 筑物及临时性建筑物为 5 级。设计水头 72.5m，设计引用流量 116m3/s，装机容量 320 mw +10 mw =70mw。 1.1.2 气象、水文 历年各月极端最高气温 30c 历年各月极端最

6、低气温-28c 多年平均气温 3c 多年平均最大风速 21m/s 最大冻土深度 1.48m 多年平均流量 81.7m3/s. 1.1. 3 泥沙 多年平均悬移质输沙率 63.1 kg/s 多年平均含沙量 0.76kg/m3 多年平均悬移质输沙量 199 万 t 1.1.4 工程地质资料 （2）工程区地震动峰值加速度为 0.20g，地震设防烈度度 1.1.4.1 坝址工程地质 推荐坝址位于上游，河道顺直，河床狭窄，河水面宽约 6065m，河谷宽约 90100m。左岸陡峻，坡度约 78，右岸为级阶地，级阶地阶面高出河水位约 16.0m，阶面宽约 135145m，河谷呈不对称“u”型谷。据坝线处物探

7、测试结果，河床 覆盖层厚 2223m。坝址地层岩性从老至新为前震旦系马啣山群花岗片麻岩和冲洪积、 崩坡积、坡洪积等不同成因的松散堆积物。 河床覆盖层岩性为含漂石砂卵石层，粒径最大约 80100cm，一般约 1520cm，分 选性较差，结构松散，渗透性及富水性较好，其渗透系数为 2025m/d，允许渗透坡降为 0.125。(alplq34)含漂石砂卵石层的允许承载力 0.350.4mpa，变形模量 5060mpa， 建议开挖边坡采用 1:1.251:1.5。 1.1.4.2 引水线路工程地质 线路经过地段地形较为完整，植被茂盛，无大的冲沟切割，但局部地段存在岸坡岩 土体的浅部滑移和垮塌现象。 线

8、路区的地下水为第四系松散堆积物孔隙水，受大气降水补给，向河床排泄。沿线 地下水埋藏较浅，对普通混凝土无腐蚀性。 压力管道所经地貌单元主要为沟谷内侧山坡坡脚、河漫滩。各镇支墩地基主要为崩 坡积块碎石夹粉质壤土，这些土体地面以下 3m 中等密实，承载力和变形指标可满足设计 要求，但存在侧向边坡稳定和地下水丰富等问题，建议施工过程中加强基坑临时支护和 排水措施，另外，为避免岸坡岩土体崩塌掉块危及管道安全，建议采用埋管处理，管顶 埋深大于 2m。 1.1.4.3 厂址区工程地质 厂址区河段左岸岸坡地形坡度为 2030，后缘为山坡整体稳定性较好。区内地面 高程 26962725m，未见基岩出露，主要由洪

9、冲积与崩坡积组成，其中洪冲积厚 5065m，为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、漂石，砂砾(卵)石成份主要为灰岩、玄武岩，砾 径一般 13cm，含量 4050%，漂石直径 0.40.8m，局部孤块石直径 1.23.5m，含量 510%，该层除表部 45m 结构较松散，以下中等密实。崩坡积(qcol-dl)厚 3550m， 为块碎石夹粉质壤土。下伏基岩为二迭系下统第 3 段(p13)浅灰灰色含泥砂质结晶灰岩、 结晶灰岩夹蚀变玄武岩、炭硅质板岩，和第 4 段(p14)中厚层结晶灰岩、生物碎屑灰岩 夹炭质板岩。 1.3.5 动能指标 正常蓄水位： 2166.9m； 电站装机容量（台数单机容量） 320110

10、mw 兰州交通大学博文学院毕业设计 发电引用流量 1.92m3/s 最大水头 84.2m 最小水头 69.9m 额定水头 72.5m 保证出力(有调节) 7.9mw 年利用小时数 4044h 2 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较 2.1 坝轴线的选择 坝址和轴线的选择是根据地形、地质、河流走势等条件综合考虑决定的。就地形而 言，坝址一般以选在狭窄河谷处，节省工程量；但对于一个具体的枢纽来说，必须从各 个方面综合考虑：是否便于布置泄洪、发电建筑物，是否便于施工导流，技术可行，经 济合理等综合衡量。坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型的选择和枢 纽的布置起着决定性作用。坝址最好的地质

11、条件是强度高、透水性小、不易风化、没有 构造缺陷的岩基。但理想的天然地基很少，因而在选择坝址时应从实际出发，针对不同 的情况采取不同的地基处理方式，来满足工程需要。亦可通过选择不同的坝型或将坝轴 线转折以适应地质条件，同时应考虑两岸的地质因素，使库区及两岸边坡有足够的稳定 性，以防止因蓄水而引起的滑坡现象。就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址 上、下游河流如有急湾最不利 ，应予避免；枢纽两岸坝肩的山体要较雄厚，并尽可能离 上下游两岸的冲沟远一些；水库周缘应没有难处理的缺口。 通过对金山峡水电站坝址区域基本地质、地形等资料的研究和分析，确定要选择合 理的坝轴线： 推荐坝址地处上游，河道顺直

12、，河床狭窄，河水面宽约 6065m，河谷宽约 90100m。左岸陡峻，坡度约 78，右岸为级阶地，级阶地阶面高出河水位约 16.0m，阶面宽约 135145m，河谷呈不对称“u”型谷。据坝线处物探测试结果，河床覆 盖层厚 2223m。坝址区均为第四系洪冲积层与崩坡积层覆盖，其中洪冲积层厚 5055m，为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、漂石，中粗砂砾(卵)石成份主要为灰岩、玄武岩， 砾径一般 13cm，含量 4050%，漂石直径 0.40.8m，局部孤块石直径 1.23.5m，含 量 510%，该层除表部 45m 结构较松散，以下中等密实。 坝址区附近植被茂盛，无冲沟切割，地形完整，坡体稳定，无崩塌、

13、滑坡、泥石流 等不良地质作用存在。 2.2 坝型选择 2.2.1 综述 坝型选择应根据当地地质、地形条件，施工条件，建筑材料，综合效益，宣泄洪水 兰州交通大学博文学院毕业设计 能力，以及抗震性等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术比较， 选取既满足工程要求，又比较经济的坝型，经济比较只要求对坝体的砼方量及三材用量 作粗略的计算和比较。 以下分别就各种坝型进行比较分析。 2.2.2 坝型选择方案 2.2.2.1 土石坝 土石坝又称当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为：均质坝、 心（斜）墙坝、土石混合（堆石坝）坝等。 （1）可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢

14、材，减少工地的外线运输量， 几乎任何土石料均可筑坝。 （2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均 可筑坝。 （3）大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了 进度，降低了造价，促进了高土石坝的发展。 （4）由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平， 加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。 （5）土石坝适应地基变形，施工方便，而且我国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼 坝相比，其造价为砼坝的 1/10，工程量为砼坝的 4 倍，由此可见土石坝经济性优于砼坝。 2.2.2.2 混凝土坝 如果选择砼坝应考虑采

15、用拱坝、支墩坝还是重力坝， 1、拱坝优缺点 优点：拱坝是高次超净定空间整体结构，坝体的稳定性主要依靠两岸拱端山体反力 作用来维持，并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构， 拱内弯矩较小，应力分布较均匀，有利于发挥材料的强度，从而坝体厚度可以减薄，节 省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省 1/32/3，从经济意义上讲，拱坝 是一种很优越的坝型。且较好的超载能力可达设计荷载的 511 倍，具有很强的抗震能 力。 缺点：建筑拱坝要求拱坝地形应是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游 兰州交通大学博文学院毕业设计 收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直，不适宜建拱坝。

16、 综合上述，本坝址处不适宜建混凝土拱坝。 2、重力坝 重力坝坝身可以过水，对地形地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，可以大 型机械化施工，施工速度快，故本枢纽选择重力坝坝型。 重力坝又分为宽缝重力坝、空腹重力坝、实体重力坝。需对三种坝型进行比较做出 结论： （1）宽缝重力坝优缺点： 宽缝重力坝，坝体设置宽缝后，坝基的渗透水可自宽缝排出，减小了渗透压力，但 宽缝坝增加了模板用量，立模也较复杂，分期导流不便，而且由资料可知当地气温低、 冬季长，无霜期较短，冰冻期较长，对宽缝坝需要采取保温措施，工程造价大大增加且 不能大型机械化施工，工期较长，因此不宜选用宽缝重力坝。 （2）空腹重力坝优缺点：

17、空腹坝与实体坝相比具有以下优点： 1）由于空腹下部设底板，减小了坝底面上的扬压力，可节省坝体砼方量 20%左右； 2）减小了坝基开挖量； 3）坝体前后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的抗滑稳定； 4）前后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大； 5）便于砼散热； 6）坝体施工可不设纵缝； 7）便于监测和维修； 8）空腹内可以布置水电站厂房。 缺点有： 1）施工复杂； 2）钢、用量大； 3）如在空腹内布置水电站厂房，施工干扰大，基于以上缺点，将难以进行大型机械 化施工，不能实现机械化程度较高的快速施工，选此坝型不够经济合理。因此不适宜建 空腹重力坝。 （3）结论 实体重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质

18、条件适应性强，枢纽泄洪问题 兰州交通大学博文学院毕业设计 容易解决，便于施工导流，可以大型机械化施工，施工方便且速度快，结构作用明确， 适合建高坝。基于以上各种坝型的比较分析，本水库采用砼重力坝较为合理。 2.3 枢纽布置方案 首先根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成，然后根据地质、地形等条件， 拟定二到三个枢纽布置方案，并画出草图，通过定性分析确定较合理的枢纽方案。水利 枢纽布置的任务是合理地确定枢纽中各组成建筑物之间的相互位置。 2.3.1 综述 根据河流规划拟在青海省一河流上修建一座水电站，本设计任务是进行水利枢纽及 电站进行设计，水库建成后，可建装机容量约为装机容量 4mw 的水电

19、站。包括溢流坝段、 挡水坝段；挡水坝段在河的两岸，溢流坝段的位置在中部。 因干流水量年内分配很不均匀，汛期主要集中在六到九月份，所以枢纽设计应具有 年调节能力，能将丰水期水量调到枯水期运用。建坝拦河蓄水并引水至下游发电所形成 的水头，满足电站要求，结合引水发电充分利用水头提高工程效益，由四台发电机组发 电，并用四条引水管引水。与电站配合运行的还有开关站、尾水渠等建筑物。 根据枢纽功能需要，工程具有挡水坝段、溢流坝段等建筑物。 枢纽布置主要应考虑：溢流坝段，挡水坝段的布置。 2.3.2 枢纽布置应遵循以下原则 1、坝址、坝段及其他主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短， 造价低。

20、2、枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，各建筑物之间能协调、无干扰地 工作，保证其他任何工作条件下都能正常工作，满足枢纽运用管理的要求。 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转费用。 4、枢纽中各建筑物紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。 5、尽可能使枢纽中的部分建筑早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或 灌溉） 。 6、枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。 2.3.3 各类建筑物枢纽布置的要求 1、挡水坝 拦截水流，形成水库，将其布置在河岸的两边。通常布置成直线，这样坝轴线较短， 兰州交通大学博文学院毕业设计 坝身体积小，

21、对建筑物的受力状态有利，并便于与相邻建筑物的联结。 2、溢流坝 溢流坝起泄洪作用，前缘应正对上游来水的河流主流方向，下游出口方向最好与主 河槽水流方向一致。溢流坝应坐落在坚硬结实的岩基上，减少下泄水流对其建筑物的影 响，以解决下游消能防冲问题。为减少下泄水流对其它建筑物的影响，有时常在溢流坝 和这些建筑物之间布置导墙。 3、冲沙闸 冲沙闸建在多泥沙的河流上，用于排除进水闸及节制闸前沉积的泥沙，减少引水水 流的泥沙量，防止渠道和闸前河道淤积。冲沙闸常建在水闸的一侧的河道上，设置在进 水闸旁边。本设计取闸净宽 1.5m，边墩 0.5m。 4.进水口 工程上常将开敞式进水口布置在河道主流比较集中，河

22、床稳定，河岸坚固的河段上， 防止因主流左右摆动影响取水，进水口中心线与河道交角 3045。 从防沙考虑，将进水口设在河道凹岸。这样布置可以利用河湾处的横向环流，使进 水口引进表层较清的水，而底沙则由底流带向突岸。在选择进水口时，还应避开上游有 浅滩、急滩的地点，因为它们容易搅浑底沙和形成冰凌。 图 2-1 枢纽布置图 3 坝工设计 3.1 坝工设计综述 兰州交通大学博文学院毕业设计 剖面设计是重力坝设计的重要环节，主要任务是选择一个既要满足稳定和强度的要 求，又使得坝体工程量最小，外形轮廓简单，施工方便，运行可靠的剖面，影响剖面设 计的因素很多，如荷载、地形、地质、运用要求、筑坝材料、施工条件

23、等。本次设计首 先考虑坝体的主要荷载，按照安全和经济的要求拟定基本剖面，然后根据剖面的设计原 则，进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算，校核坝体强度和抗滑稳定性能， 反复修改，最后确定经济合理的坝体剖面。 重力坝剖面的设计原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；工程量小； 运用方便；便于施工。 重力坝剖面设计包括的主要工作有： （1）拟定剖面尺寸 参照已建成的条件相近的工程，检验和设计工程的坝体要求， 或通过简化计算初步拟定剖面尺寸。 （2）稳定分析 在持久状况和偶然状况下进行承载能力极限状态稳定计算，保证坝 体不至沿坝基面或地基中的软弱结构面产生滑动。 （3）应力分析 使坝体应力在承

24、载能力和正常使用极限状态下满足设计要求，保证 坝体和地基不产生强度破坏。 （4）确定设计剖面 在满足设计原则条件下的经济剖面确定为设计剖面。 （5）构造设计 根据施工和运用要求确定坝体的构造，如廊道系统、排水系统、分 缝、止水等。 （6）地基处理 包括地基防渗、排水、断层破碎带的处理等。 混凝土重力坝设计规范 （dl51081999）就坝体断面设计的原则作了如下规定： “混凝土重力坝一般以材料力学和刚体极限平衡计算成果作为确定坝段面的依据。 ”一般 采用数学规划和优化设计方法求得最优剖面。本次设计应用材料力学和可靠度理论进行 坝体设计。 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

25、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，如图 31，在已知坝 高 h、水压力 p、抗剪强度参数 f、c 和扬压力 u 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求， 可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。 对于完整、坚硬的基岩，f、c 值较大，剖面尺寸主要由上游面不出现拉应力的条件 控制，上游坝坡较陡，甚至可做成倒坡（n4.7m，所以下游曲线段与直线段无切点，可直接接下游的反弧段。 （2）直线段 由于溢流重力坝较低，其坝面顶部曲线段可以直接与反弧段直接连接，而无中间直 线段 （3）反弧段一般情况下，对于岩基上的坝体，当 h5m 时，可取 r=(0.250.5)( hd +

26、hmax). 本设计取 r=0.5(4.5+4.2)=4.35m. （4） 反弧段坐标确定 交点 坐标（xc，yc）满足方程 cdc yhx 85 . 0 85 . 1 2组 c y65. 2cos35 . 4 85 . 0 2576 . 0 /tan c xdxdy 96. 084 . 2 c c yx计算得 圆心 o xo2.84+2.4=5.21m mye e 7 . 1332167.3220反弧最低点 相对 mxmyxoy e 21 . 5 65 . 2 0 坐标下于 根据 以上的公式和数据，就可以确定溢流坝曲面了。下图就是本次设计的溢流坝曲面。 从而 可以知道溢流坝 l=1.269+

27、2.84+2.4=6.5m (4)hl 应大于 0.5 hmax,，本设计 2.5m. (5)为了保持与非溢流坝相一致，上游折坡点高程取3219.5m,坡度取 1:0.2. 3.4.5 冲沙闸尺寸设计 冲沙闸底板高程取 3219m，闸门尺寸 1.51m，闸门距离上游面 1.2m，闸顶总宽与溢流坝 顶相同，高度与溢流坝顶平齐。下游面伸出闸门后缘 1.5m,厚度取 0.2m.冲沙闸后接消力 池，与溢流坝同用。 兰州交通大学博文学院毕业设计 3.5 溢流坝稳定及应力计算 3.5.1 荷载计算 3.5.1.1 设计水位情况 （1）坝体自重 1 9.68 14.9 251803 2 gkn （2）水平水

28、压力 上游水平水压力： 22 1 11 10 9.6810 4.98344.51 22 pkn 下游水平水压力： 22 2 11 10 5.610 0.9152.75 22 pkn （3）垂直水压力 下游垂直水压力 3 1 0.9 5.6 105.21 10 1.7102.785 2 pkn （4）扬压力 1 9.68+5.610 6.5=496.6 2 ukn （5）泥沙压力 水平泥沙压力： kn n hp s sss 6.267 2/02 . 1 / ) 2 10 45(ta.742.88 2/02 . 1 / ) 2 45(tan 2 1 022 022 垂直泥沙压力： =13.45 s

29、 pkn 垂 式中： 泥沙的浮重度； s 泥沙的淤积厚度； s h 泥沙的内摩擦角。 s 3.5.1.2 校核洪水位情况 （1）坝体自重 1 10 15.4 251925 2 gkn （2）水平水压力 上游水平水压力： 22 1 11 10 1010 5.3359.55 22 pkn 下游水平水压力： 22 2 11 10 5.810 1.1162.15 22 pkn 兰州交通大学博文学院毕业设计 （3）垂直水压力 下游垂直水压力： 3 1 1.1 6,.5 105.21 10 1.7115.785 2 pkn （4）扬压力 1 10+5.810 6.5=513.5 2 ukn （5）泥沙压力

30、 水平泥沙压力： kn n hp s sss 6.267 2/02 . 1 / ) 2 10 45(ta.742.88 2/02 . 1 / ) 2 45(tan 2 1 022 022 垂直泥沙压力： =13.45 s pkn 垂 式中： 泥沙的浮重度； 泥沙的淤积厚度；泥沙的内摩擦角。 s s h s p acuwf ks )( 2 6 b m b w yu 2 d 6 b m b w u 0 . 341 . 4 s k可见溢流坝稳定性满足要求。 0 5 . 241 100 1 . 196 d yu u mp 溢流坝满足应力要求。 .5267. 4 s k可见溢流坝稳定性满足要求。 03.

31、8261 10024.212 d yu u mp 溢流坝满足应力要求。 3.5.2 削能防冲设计 由于工程所在地地基岩性很好，抗冲能力强，且水头很高，消能型式应根据地形地 区条件、枢纽布置、运行条件、下游水深及消能防冲要求等综合考虑，并通过经济技术 比较选定。 由于溢流坝下泄的水流具有很大的动能，常高达几百万甚至几千万 kw，如此巨大 的能量，如不妥善处理，势必导致下游河床被严重冲刷，甚至造成塌滑岸破和大坝失事。 兰州交通大学博文学院毕业设计 所以消能措施的合理选择和设计对枢纽布置、大坝安全及工程量具有重要意义。 水工建筑物及混凝土重力坝设计规范 （sl319-2005）可知消能的设计原则是：

32、 1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上； 2）不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷；3）下泄水流平稳，不影响枢纽中其 它建筑物的正常运转；4）结构简单，工作可靠，工程量小。 3.5.2.1 确定消能形式 （1）挑流消能:挑流消能是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散,并掺 入大量空气，然后跌入下游河床水垫后,形成强烈的旋滚,并冲刷河床形成冲坑,随着冲坑逐 渐加深，水垫愈来愈厚,大部分能量消耗在水滚的摩擦中,冲坑逐渐趋于稳定.挑流消能的工 程量小、投资省,结构简单、检修施工方便.但下游局部冲刷不可避免,一般适用于岩基比较 坚固的高坝或中坝。

33、（2）底流式消能:底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等,促使水流在限定范围内 产生水跃,通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量.底流消能具有流态稳定，消 能效果好,对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点.但工程量大，不宜排漂或排 冰.底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道,高坝采用底流消能需经论证。 （3）面流式消能:面流消能是在溢流坝下游面设低于下游水位、挑角不大的鼻坎，将 主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指 向坝址，并使主流沿下游水面逐步扩散，减小对河床的冲刷，达到消能防冲的目的。面 流消能适用与水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，

34、尾水较深，河道顺直，河床和 河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。面流消能虽不需要做护坦，但因为 高速水流在表面，并伴随着强烈的波动，流态复杂，使下游在很长距离内水流不平稳， 可能影响电站的运行和下游航运，且宜冲刷两岸，因此也须采取一定的防护措施。 （4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流坝址设置一个半径较大的反弧戽斗，戽斗的 挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑 至表面。戽内、外水流的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，减轻了对河床 的冲刷。消力戽适用于尾水较深，变幅较小，无航运要求且下游河床和两岸有一定抗冲 刷能力的情况。消力戽的优点是：工

35、程量较底流消能小；冲刷坑比挑流消能浅；不存在 雾化问题。缺点是：下游水面波动大，绵延范围长，易冲刷岸坡，对航运不利，底部旋 滚将泥沙带入戽内时，磨损戽面增加了维修费用。 （5）最终确定消能型式 兰州交通大学博文学院毕业设计 mhs1 . 1 7 . 3220 8 . 3221 mh43 . 6 0 75 . 0 17 . 0 43 . 6 1 . 1 0 h hs 所以是自由出流形式，需要进行消能。 3.5.2.2 海漫的计算 水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍有一定的剩余动能，特别是流 速分布不均，脉动任较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后任需设置海漫等防冲 加固设施，以使水

36、流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。 (1)海漫的布置和构造。 一般在海漫起始段做 510m 长的水平段，其顶面高程可与护坦齐平或在消力池尾坎 顶以下约 0.5m，水平段后做成不陡于 1：10 的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布， 保护河床不受冲刷。 对海漫的要求：表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；具有一定的透水 性，以便使渗水自由排出，降低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲 刷变形。常用的海漫结构有以下几种： 干砌石海漫。 一般由块径大于 30cm 块石砌成，厚度为 0.40.6m，下面铺设碎石、粗砂垫层，厚 1015cm。干砌石海漫的抗冲流速为

37、2.54.0m/s。为了加大其抗冲能力，可每隔 610m 设一浆砌石梗。干砌石常用在海漫后段。 浆砌石海漫。 采用 50 号或 80 号水泥砂浆砌块石，块径大于 30cm，厚度为 0.40.6m，砌石内设 排水孔，下面铺设反滤层或垫层。浆砌石海漫的抗冲流速可达 36m/s，但柔性和透水性 较差，一般用海漫的前部约 10m 范围内。 混凝土板海漫。 整个海漫由混凝土板块拼铺而成，每块板的边长 25m，厚度为 0.10.3m，板中有 排水孔，下面铺设反滤层或垫层。混凝土板海漫的抗冲流速可达 610m/s,但造价较高。 有时为增加表面糙率，可采用斜面式或城垛式混凝土块体。铺设时应注意顺水流流向不 兰

38、州交通大学博文学院毕业设计 宜有通缝。 钢筋混凝土板海漫。 当出池水流的剩余能量较大时，可在尾坎下游 510m 范围内采用钢筋混凝土板海漫， 板中有排水孔，下面铺设反滤层或垫层。 其他形式海漫。如铅丝石笼海漫等。 (2)海漫的长度 海漫长度 l 应根据可能出现的最不利水位和流量的情况进行设计，它与消力池出口 的单宽流量及水流扩散情况、上下游水位差、地质条件、尾水深度以及海漫本身的粗糙 程度等因素有关，sl 2652001水闸设计规范建议用下式进行估算。 2 lkq h 式中：消力池出口的单宽流量，;q 3 /()ms m 上下游水位差，m; h 河床土质系数，当合床位粉砂、细砂时，取 1413

39、；当河床为中砂、粗砂及粉 2 k 质壤土时，取 1211；当河床为粉质黏土时，取 109；当河床为坚硬黏土时，取 87. 由设计资料本设计取=7. 2 k 上式适用于=19 的范围内。本设计中，q h8.9 4.24.27q h 故 2 78.9 4.230lkq hm 则海漫的水平段为 5m，为浆砌石海漫；水平段后做成 1：10 的斜坡，为干砌石海漫。 3.5.2.3 防冲槽的设计 水流经过海漫后，尽管多余能量得到了进一步消除，流速分布接近河床水流的正常 状态，但在海漫末端仍有冲刷现象。为保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲 槽或采用其他加固措施。 在海漫末端预留足够的块径大于 30c

40、m 的石块，当水流冲刷河床，冲刷坑向预计的深 度逐渐发展时，预留在海漫末端的石块将沿冲刷坑的斜坡陆续滚下，散铺在冲坑的上游 斜坡上，自动形成护面，使冲刷不致再向上游侧扩展。参照已建水闸工程的实践经验， 防冲槽大多采用宽浅式，其深度一般取 1.52.5，底宽 b 取 23 倍深度，上游坡率 t m1=23，下游坡率 m2=3。防冲槽的单宽抛石量 v 应满足护盖冲坑上游坡面的需要，可 兰州交通大学博文学院毕业设计 按下式估算。 其中 vat 0 1.1 q tt v 式中：经验系数，一般采用 24，本设计取 a=3；a 海漫末端的可能冲刷深度，m； t 海漫末端的单宽流量，； q 3 /()ms

41、m 河床土质的容许不冲流速，m/s； 0 v 海漫末端的水深，m。t 由 2/3 1/22/3 1/2 11 () 2 qqbh rii anbhn bh 2/31/2 44.4815 ()0.10.7 50.017 52 h hm hh 则海漫末端的水深为 =0.7m，t 又 由地质资料得=0.6m/s, 0 v 则 3 0 8.9/() 1.11.10.71.258 5/ qms m ttm vm s 3 1.2583.774vatmm 2.52.5 1.2583.145btmm 算得防冲槽深度，底宽，上游坡率 m1=2.5,下游坡率 m2=3。 1.26tm3.15bm 3.5.3 闸门

42、的设置 闸门分为工作闸门、事故闸门和检修闸门。工作闸门用来调节下泄流量，需在动水 中启闭，要求有较大的启闭力；检修闸门用于短期挡水，以便对工作闸门、建筑物及机 械设备进行检修，在静水中启闭，启闭力较小；事故闸门则是在出现事故紧急使用，能 在动水中关闭。 3.5.3.1 工作闸门 常用的工作闸门有平板闸门和弧形闸门。 平板闸门的主要优点是：结构简单，闸墩受力条件好，各孔口可共用一个活动式起 闭机；缺点是：启闭力较大，闸墩较厚。 弧形闸门的主要优点是：启闭力较小，闸墩较薄，无门槽，水流平顺；缺点是：闸 兰州交通大学博文学院毕业设计 墩较长，受力条件较差。 设计工程有洪水期有峰高量小、涨落慢的特点，

43、相比较，平板闸门的优点：结构简 单，闸墩受力条件好更为突出。比较后决定，溢流坝闸孔工作闸门采用平面闸门。 3.5.3.2 检修和事故闸门 通常的检修闸门可采用平板闸门、浮箱闸门及较简单的叠梁门。针对设计工程实际 情况分析，由于坝面部够宽，可以再布置有门槽的平板检修闸门。 4 细部构造设计 4.1 坝顶构造 坝顶路面应具有 23的横向坡度，并设置砼排水沟(2020cm)以排出坝顶雨水， 坝顶上游的防浪墙（宽 50cm，高 120cm）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足 够的刚度、强度和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护 栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照

44、明设施，一只朝向坝顶路面方向，一 只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电 站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。在大坝电站坝段和溢流坝段，为方便开启 闸门，维修或更换闸门或其它设备，在坝顶设置启闭机轨道，并安装启闭机。 4.2 分缝止水 4.2.1 分缝的作用 1、横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求； 2、纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。 一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若干独立 的坝段；纵缝为临时缝，可分为铅直纵缝、斜缝和错缝三种，纵缝缝面应设水平向键槽， 键槽呈斜三

45、角形，槽面大致沿主应力方向，在缝面上布置灌浆系统进行接缝灌浆，为了 灌浆时不使浆液从峰内流出，必须在缝的四周设止浆片。 3、水平施工缝：是上、下层浇筑块之间的接合面。浇筑块厚度一般为 1.54.0m； 在靠近基岩面附近用 0.751.0m 的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。 4.2.2 缝间距 1、横缝：由工作条件和运行条件确定（挡水：1218m；电站：由机组尺寸确定； 溢流：由孔宽+闸墩尺寸确定；底孔：由孔宽确定） ；主要取决于地基特性、河谷地形、 兰州交通大学博文学院毕业设计 温度变化、结构布置和浇筑能力等。 2、纵缝：根据砼浇筑能力和温度控制要求确定，一般为 1513m。 由于

46、本工程坝体过小，只需设置横缝，不设置纵缝。在左岸挡水坝段设置一条横缝， 右岸挡水坝段不设置横缝。 4.2.3 止水设计 横缝内需设止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等，对于高坝应采用两道 止水片，中间设沥青井，金属片止水一般采用 1.01.6mm 后的紫铜片，第一道止水治上 游面的距离应有利于改善坝体头部应力，一般为 0.52.0m（本设计采用 1.0m） ，每侧埋 入砼的长度约为 2025cm（本设计采用 25cm） ，在止水片的安装时要注意保证施工质量， 沥青井为方形或圆形（本设计采用方形） ，其一侧可用预制砼块，预制块长 1.01.5m， 厚 510cm（本设计采用 1m10cm）

47、 ，沥青井尺寸大致为 15cm15cm 至 25cm25cm（本设计采用 15cm15cm） 。 止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约 3050cm，井内填满沥青砂，止水片必须 延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。 4.3 排水 4.3.1 坝体排水 根据混泥土重力坝设计规范 （sl319-2005）11.4.8 在上游设面防渗层，下游面应 设置铅直或近乎铅直的排水管系。排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道 或坝顶（溢流面以下） ，以便于检修，排水管可采用拔管，沙空或预制无砂砼管，或多孔 砼管，管距可为 2m3m（取 2m） ，内径可为 15cm25cm,（取 15cm） 。渗入

48、排水管的水 可汇集到下层纵向廊道，沿积水沟或集水管经横向廊道的排水沟汇入集水井，再用水泵 或自流排水排向下游，排水沟断面常用 20cm*20cm，低坡 3%，排水管施工时必须防止被 砼的杂物等堵塞。 坝体排水为了减少坝体各横向的渗透压力，管距可采用 3m，排水管距上游坝面的距 离，一段要求不小于坝前水头的 1/151/25，且不少于 2m，以使渗透坡降在允许范围内， 排水管施工时用水泥浆砌浆，随着坝体砼的浇筑而加高（1/151/25）10=（0.670.4）m 故取排水管距上游坝面的距离为 2.75m 兰州交通大学博文学院毕业设计 4.3.2 基础排水：为了减少坝面的渗透压力和渗透流量，注意帷

49、幕与排水管之间的距离不 应小于 2m， 4.4 廊道系统 为了满足施工运用要求，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设置 各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。 4.4.1 基础灌浆廊道 帷幕灌浆需要在坝体浇灌到一定高度后进行，以便利用混凝土亚种提高灌浆压力， 保证灌浆质量。 4.4.2 检查及坝体排水廊道 为了检查巡视和排除渗水，常在靠近坝体上游面适当高度方向每隔 1520m 设置检 查和排水廊道，本设计只设置一个廊道。断面形式多采用城门洞形，最小宽度为 1.2m， 最小高度为 2.2m，距上游面的距离应不少于 0.050.07 倍水头，且不小于 3m,本设计取 为 3m,寒冷

50、地区应适当加厚，上游测设排水沟。 各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通，如坝体内设 有电梯井，则各层廊道均应与电梯井相通。排水廊道断面尺寸统一拟定为 1.2m2.4m， 城门洞形。 4.4.3 其他廊道 对于高坝，除上述靠近上有坝面的纵向检查廊道外，有的尚需布置其他纵向廊道和 横向廊道，以供检查观测或交通之用，跨横缝的横向廊道也可采用三角形孔，平地断面， 比例还可根据需要要设置专门性廊道，如操作闸门的操作廊道，进入钢管的交通廊道等。 5 地基处理 兰州交通大学博文学院毕业设计 天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还 有断层、破碎带和软弱

51、夹层，所有这些都需要采取适当的处理措施，地基处理的主要任 务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。 5.1 清基开挖 5.1.1 开挖设计原则 地基开挖与清理的目的是石坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基 应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和 费用等研究确定根据混泥土重力坝设计规范 （sl319-2005）要求：砼重力坝的建基应 根据大坝稳定、坝基应力、岩体物理力学质、岩土类别、基础变形和稳定性，上部结构 对基础的要求、基础加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经技术经济比较确定，原 则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础

52、上，减少开挖。 5.1.2 开挖设计 靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽可能清除。顺河流流向的基岩面尽可能略向上倾 斜，以增强坝体的抗滑稳定性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免造成坝体内应 力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免 造成新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后 0.51.0m，应采用受风钻钻孔，小药 量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留 0.20.3m 的保护岩层，待到浇筑混凝土前 在挖除。从改善坝体应力分布的角度考虑，地基刚度较低反而能改善坝踵的应力情况， 所以， 。国外有的工程适当放宽了对坝踵附近地基开挖的要求。对岸坡坝段，在平行坝轴 线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角，或不用台阶而采取其他结构措施。 5.1.3 处理措施 基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，包括：清除松动的岩 块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞