潘家口水利枢纽混凝土坝毕业设计

1、摘 要本次设计内容为潘家口水利枢纽，坝型选择为混凝土重力坝。重力坝主要有非溢流挡水坝段、溢流表孔坝段、溢流底孔坝段和电站厂房坝段组成。挡水坝段最大断面的坝底高程为122.0m，坝顶高程为227.8m，防浪墙高1.2m，最大坝高为105.8m，属高坝类型。坝顶宽9m，最优断面的上游坝坡坡率为1:0.2，上游折坡点高程为182.0m，下游坝坡坡率为1:0.7，下游折坡点高程214.9m。溢流坝段布置在主河道中心，止水采用两道紫铜中间加沥青井的形式。坝基防渗处理（主要依据上堵下排的原则），上游帷幕灌浆（两道），下游侧设置排水管。以非溢流挡水坝段为计算选择断面，进行了抗滑稳定分析和应力分析，分别采用单

2、一安全系数法和可靠度理论法计算法进行计算，最终验算满足抗滑稳定，上游坝踵没有出现拉应力，设计剖面合理可行设计中认真总结，运用几年来所学的理论知识及专业知识，结合毕业设计的任务进行思考、分析应用，提高了独立思考与独立工作的能力，同时也加强了计算、绘图、编写设计文件、使用规范、手册能力的培养，使我们成为合格的水利人才。关键词：非溢流坝；细部构造；地基处理 AbstractThis design content for the Panjiakou project, dam type selection for the concrete gravity dam.A gravity dam are ma

3、inly non overflow dam section of spillway dam, spillway, bottom hole dam and powerhouse dam section of. Non overflow dam section of each of15 meters wide, distributed in the dam powerhouse dam section ends; each16 meters wide, disposed near the right bank main riverbed, outfit machine 3units; the bo

4、ttom orifice of each section of22 meters wide, arranged in a powerhouse left main riverbed; overflow section of each segment width 18meters, is arranged in the house music river main river bed.Dam section of maximum cross section of the bottom surface elevation of 122.0 meters, at elevation of 227.8

5、 meters,1.2 meters high wall, the dam height of 105.8 meters, is a type of dam. Crest width of 9 meters, the optimal section of the upstream dam slope rate of 1:0.2, the upstream slope angle point to 182.0 meters elevation, downstream dam slope rate of 1:0.7, the downstream slope angle point elevati

6、on 214.9 m.Maximum section of overflow dam section of the bottom surface elevation of 1901 meters,1978.08 meters height of weir, weir use WES curve design, straight slope rate of 1:0.7, reverse arc radius of18meters, the nasal sill elevation1912meters, the upstream dam slope rate and1:0.2, slope ang

7、le point elevation of 1956 meters, the upstream dam surface and WES surface by 1/4 elliptic connected.Treatment of dam foundation seepage prevention (mainly based on the principle of blocking drainage ), upstream grout curtain ( two ), a downstream side drainage tube.Non overflow dam section for the

8、 selection of calculation section, a sliding stability analysis and stress analysis, respectively by shear calculation method and the method of material mechanics calculation method are used to calculate the final checking, satisfying the stability against sliding of the upstream dam heel, no tensil

9、e stress, reasonable and feasible design profile.Keywords : Dam non-overflow;detail structure; foundation treatmen目 录摘 要IAbstractII第一章 前言1一 枢纽概况1二 基本资料1（一） 水文、水利调洪演算1（二） 气象条件1（三） 工程地质2第二章 坝轴线、坝型选择及枢纽布置4一 坝轴线选择4二 坝型选择6（一） 坝址地质条件6（二） 坝型方案比较6三 枢纽布置9（一） 枢纽布置的一般原则9（二） 各类建筑物的具体要求10（三） 方案比较11第三章 坝体剖面设计11一

10、坝顶高程确定12二 坝剖面设计13第四章 荷载计算14一 坝体自重15二 静水压力16三 扬压力16四 泥沙压力16五 浪压力17六 静冰压力17七 地震荷载18第五章 坝体稳定和应力分析20一 荷载组合21二 抗滑稳定分析21三 应力分析24第六章 细部结构设计26一 坝体分缝与止水27（一） 横缝27（二） 纵缝28（三） 施工缝28二 砼标号分区29（一） 砼分区的特性和要求29（二） 大坝砼分区结果32三 坝顶结构32（一） 挡水坝32（二） 溢流坝32四 坝体廊道系统33（一） 坝基灌浆廊道33（二） 检查和坝体排水廊道33（三） 观测、交通廊道33第七章 重力坝的地基处理34一 坝

11、基的开挖与清理35二 坝基灌浆35三 坝基排水36四 断层破碎带、软弱夹层的处理36结 论37致 谢38参考文献39附表1 基本组合（正常蓄水位）40附表2 基本组合（设计洪水位）41附表3 特殊组合（校核洪水位）42附表4 特殊组合（地震情况）43第一章 前言一 枢纽概况潘家口水库位于河北省唐山承德两地区交界处坝址位于迁西县洒河桥上游十公里扬查子村的滦河干流上。控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立米。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业用水城市人民生活用水，结合引水发电。并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前受益，尽早建成。根据水

12、库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为级建筑物，其它均按级建筑物考虑。水库建成与下游大黑汀、邱庄、陡河等水库联合运用，承担多年调节作用，在保证率P=75%时，可调节水量20.05亿立米，计划年补给工业及城市生活用水7亿立米，并可灌溉农田一百余万亩，达到遇旱有水。电站装机3台，总容量18万千瓦，平均年发电量3.45亿度。库区淹没范围包括河北省承德、唐山两地区的四个县(兴隆、宽城、承德和迁西)，十一个公社四十一个大队，迁移人口20700人，淹没土地33400亩，房屋19100间，公路25公里。二 基本资料（一） 水文、水利调洪演算死水位为180.0m，正常蓄水位为224.7m

13、，校核洪水位为227.2m，正常尾水位138.4m，设计洪水尾水位152.0m，校核洪水尾水位156.8m,设计洪水下泄流量32300m/s，泥沙淤积高程为140.0m，流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨，多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。（2） 气象条件库区年平均气温为10左右，一月份最低月平均气温为零下6.8，绝对最低气温达零下21.7(1969年

14、)，7月份最高月平均气温25，绝对最高达39(1955年)，本流域无霜期较短(90180天)，冰冻期较长(120200天)，潘家口站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70100天，冰厚0.40.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大，夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。流域内多年平均降雨量约为400700毫米。（3） 工程地质1 库区地质潘家口水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。2 坝址地质

15、、地貌坝址位于扬查子村南300米处，为低谷丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约600米上下游两公里范围内，河道顺直主河槽位于右岸，河床高程137米左右。枯水期河床宽约100米，由于受河流侧向侵蚀两岸地形不对称。右岸坡度较陡约60度左右，左岸较缓约20度，河床中除漫滩外，左岸还有三级阶地发育，一、二级阶地高程自140米160米。三级阶地与缓坡相接直达山顶。覆盖层厚度为712米的砂砾卵石冲积层。岩性：坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉，坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况可分为六大层，其中第一、四、六层岩性较好，但第一、六层因受地形限制建坝工程很大。

16、第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。3 构造坝址处虽然断层、裂隙较多，但大部分规模较小对工程影响不大，其中F2、F5、F11、f26、f27、f28断层对坝体有一定影响。4 水文地质坝基的透水性总的看来不大，但不均一，主要决定断裂发育程度和性质，在平面上，一级阶地基岩透水性大于其它地貌单元。从垂向上看河谷内单位吸水量小于0.01公升/分的顶板在83105米高程其间之透水层厚度为4050米，若除开挖部分厚度将更薄一些，两岸透水层应以天

17、然地下水位为下限，一般都大于50米。5 岩石物理力学性质岩石容重为2.682.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650kg/cm2以上，有的可达1100 kg/cm2，混凝土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化下部，可取f=1.10、c=7.5 kg/cm2。6 地震库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。弱震仍不断发生，其中1936年和1976年两次发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为7度，考虑到枢纽的重要性，和水库激发地震的可能性，拦河坝设防烈度采用8度。7 当地建筑材料坝址附近主要砂石料场有七处，储量足以建坝，各料场

18、的物理性质、试验指标，基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料使用。且无大量的粘性土及砂壤土料，可供围堰防渗材料之用。8 交通条件对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近略加修改或扩建即可直通坝址，坝顶无重要交通要求。第二章 坝轴线、坝型选择及枢纽布置一 坝轴线选择通过对潘家口水库坝址区域基本地质、地形等资料的研究和分析，确定要选择合理的坝轴线，必须具备以下四个原则；1、 坝基全部坐落在第四大岩层上，根据潘家口水库地质基本资料知；坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉，坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况可分为六大层，其中第一、四、六层岩性较好，但第一、六层因受

19、地形限制建坝工程很大。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右，其特性均满足建坝要求，故坝基建在第四大岩层之上，有利于坝体稳定。2、 左岸与第三大岩层保持一定距离；从“坝址河谷段构造分析图”中可知，第四大岩层，自右岸至左岸逐步向北偏移，且宽度略变窄，若坝轴线垂直水流方向直接伸向左岸，则坝轴线将与第三大岩层相接。由地质资料可知：第三大岩层较软弱，不宜建坝，故坝轴线需偏移，使之与第三大岩层保持一定距离。根据地质剖面资料分析，坝轴线在左岸时向上

20、游推移，避开软弱的第三大岩层，为以后坝体的稳定运行作好基础。3、 避开大的断层F2 由坝址河谷段构造分析图可知：坝址处虽然断层裂隙较多，但大部分规模较小，对工程影响不大。其中F2 断层最大，它走向为北东85-西北275，倾向南，倾角70-80，宽度2.5-12.5m，属压扭断层。长约200m，一段靠近上游坝踵，对基础岩石力学强度及坝基完整均一性有影响，故坝轴线应该避开F2 断层，并保持一定距离。 综上所述：为同时满足坝基坐落在第四大岩层上，左岸与第三大岩层保持一定距离，右岸避开不稳定岩体，河床部位使上游坝踵避开F2 断层四个选择坝轴线的基本原则。另外，左岸为避开F2 断层向下游偏移，右岸的下游

21、多为破碎带，故向上游偏移，致使坝轴线倾斜，偏离两岸山头；为了节省工程造价，减少工程量，使两岸坝轴线弯折，右岸（西）为避开不稳定岩体需做一圆弧，延伸至山头，左岸（东）则折线延伸至山头；由此，水流方向与坝轴线斜交，虽然会产生横向水流，对坝体，岸坡有影响，但水库蓄水后，库容较大，致使坝前水流流速几近为零，这样受到横向水流影响就很小，故此坝轴线选择合理可行。坝轴线定为直线，则坝轴线较短，施工比较容易，但受地形地质条件的限制，为了避开断层及不稳定岩体，故在左岸坝轴线向南偏折SE12330，在右岸坝轴线向北偏折NW27740，这样使坝轴线对着山顶与陡坡相交，可缩短坝轴线，减小工程量，降低造价。综上所述，定

22、出坝轴线如下：坝轴线如图 （1）图中所标各点坐标和偏折角如下：河床段坝轴线CD走向NE8830C点 x3664.11，y8004.19D点 x3684.59，y8786.81右端以A点（3824.05，8000.00）为圆心，半径R160m转角910切点：C点 x3664.11，y8004.19 BK0+826.00C点 x3665.47，y7978.66 BK0+800.40GC走向NW27740左端以F点（3624.35，8790.00）为圆心,转角36 o 切点：M点 x3658.07，y8878.31 BK1+705.63。 图 （1）坝轴线布置二 坝型选择（1） 坝址地质条件1、库区

23、属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。2、坝址位于扬查子村南300米处，为低谷丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约600米上下游两公里范围内，河道顺直主河槽位于右岸，河床高程137米左右。枯水期河床宽约100米，由于受河流侧向侵蚀两岸地形不对称。右岸坡度较陡约60度左右，左岸较缓约20度，河床中除漫滩外，左岸还有三级阶地发育，一、二级阶地高程自140米160米。三级阶地与缓坡相接直达山顶。覆盖层厚度为712米的砂砾卵石冲积层。岩性：坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积物，以及不同时

24、期的侵入岩脉，坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况可分为六大层，其中第一、四、六层岩性较好，但第一、六层因受地形限制建坝工程很大。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。3、坝址处虽然断层、裂隙较多，但大部分规模较小对工程影响不大，其中F2、F5、F11、f26、f27、f28断层对坝体有一定影响。综上述 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

25、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。（二） 坝型方案比较1 土石坝 土石坝又称当地材料坝，是土坝、堆石坝、土石混合坝的总称，是人类最早建造的坝型，具有悠久的发展历史，在全国使用都极为普遍。它主要是利用坝址附近的土料、石料及砂砾料填筑而成，筑坝材料基本来源于当地。下面分土石坝和堆石坝分别进行分析。1.1土石坝土石坝在实践中之所以被广泛采用并得到不断发展，主要原因具有以下几方面的优点：（1）筑坝材料就地取材，运输成本低，能节省大量的钢材、水泥和木料等建筑材料。（2）对地质条件要求较低，适应地基

26、变形能力强，可以建在软基上。土石坝体中的散粒结构能较好的适应地基的变形，对地基的要求在各种坝型中是最低的。（3）储存量是使用量的两倍。（4）构造简单，施工技术容易掌握，便于组织机械化施工。（5）运用管理方便，工作可靠，寿命长，维修加固和扩建均比较容易。但是与其他坝型一样，土石坝自身也有不足的一面：（1）施工导流不方便，会相应的增加工程造价。（2）坝顶不能溢流，需另设溢洪道。受散粒体材料整体强度的限制，土石坝坝身通常不允许过流，因此需在坝外单独设置泄水建筑物。（3）坝体填筑工程量大，且土料的填筑质量受气候条件影响较大等。缺点 由所给潘家口水库基本资料可知，坝址附近主要的砂石大料场有七处，且储量足

27、以建坝，各料场的物理性质、试验指标，基本满足技术要求，可 18 作为大坝混凝土骨料使用。从材料方面看可以建土石坝。但土石坝有它本身的特点，就是坝身不能过水，泄水建筑物需另设溢洪道。由本枢纽基本资料知，两岸均为高山，山峰绵绵，没有崖口，没有合适地形布臵溢洪道，因此，从这方面看，不宜建土石坝。 由于坝址附近无大量的粘性土及砂壤土料，只可供应围堰防渗材料之用。不能满足土石坝所需的大量粘性土和砂壤土料，因此，从这方面考虑，此处建设土石坝条件不足。1.2堆石坝堆石坝是土石坝的一种，主要有堆石支撑体、过滤垫层和防渗体组成。由于堆石坝散粒材料的整体抗剪强度相对较低，因而堆石坝在设计时大多是不允许过水的。又根

28、据基本资料，坝址地质岩石岩性较好，而堆石坝对地基的要求不是很高，采用堆石坝坝型不能充分发挥地基（岩体）的承载力，故此处不宜修建堆石坝。 综合上述优缺点，故本次设计不采用土石坝，而采用混凝土坝。2 混凝土坝 如果选择砼坝应考虑采用拱坝、支墩坝还是重力坝， 2.1 拱坝（1） 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。

29、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。 （2） 缺点：建筑拱坝要求河谷的宽高比小于 4.5，由水库坝轴线工程地质剖面图量得河谷长为 820 米，高87 米，L/H4.5，为宽浅形河道，不宜修建拱坝；而且拱坝对坝肩的岩体要求坚固完整，但从坝址河谷段构造分析图可发现河谷左岸有大的断层，右岸又存在一个滑坡体，也不宜选择拱坝；理想的拱坝地形应是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直，两岸由于受断层、软弱地带的影响，坝轴线为折线形，不适宜建拱坝。 综合上述，本坝址处不适宜建混凝土拱坝。2.2 支墩坝 （1） 优点：支墩坝，自重较轻，坝体工程量小

30、，其中连拱坝与平板坝可节省10 60工程量；支墩可随受力情况调整厚度，能充分利用圬工材料的抗压强度；节省坝基开挖量和固结灌浆工作量，可加快施工速度；由于坝体较薄，施工散热条件较好。 缺点： 支墩本身单薄，侧向刚度比纵向刚度低，在遭遇垂直水利流向的地震作用时，抗震能力明显低于重力坝；支墩的应力较大，对地基要求比重力坝高；施工期坝体对温度变化较敏感，容易产生裂缝；模板较复杂且用量较大，混凝土标号要求高，单方混凝土钢筋用量多，施工存在难度；而且支墩坝有一个致命的缺点，抗压性差，据资料显示库区附近历史上地震活动较为频繁，水库的基本烈度为 7 度，考虑到枢纽的重要性和水库激发的地震的可能性，拦河坝设防烈

31、度采用 8 度，基于此种情况，当地是不能选用支墩坝的。 综合上述，本坝址处不适宜建支墩坝，适宜选择重力坝坝型。2.3 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，坝体设臵宽缝后，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无霜期较短（90180 天）冰冻期较长（120200 天），对宽缝坝需要采取保温措施，工程造价大大增加

32、且不能大型机械化施工， 20 工期较长，因此不宜选用宽缝重力坝。 （2） 空腹重力坝优缺点： 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）空腹内可以布臵水电站厂房。缺点有：1）施工复杂； 2）钢筋用量大； 3）如在空腹内布臵水电站厂房，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。

33、因此不适宜建空腹重力坝。 结论；由上述可知，土石坝、堆石坝、砼拱坝、砼支墩坝、砼实体重力坝、砼宽缝重力坝和砼空腹重力坝各有优缺点。 实体重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，可以大型机械化施工，施工方便，并结合本次设计要求（提前受益，使工程尽早建成），选择砼实体重力坝作为本次设计的坝型。三 枢纽布置水利枢纽布置的任务就是根据组成建筑物的形式、功能和运行方式研究各种建筑物的相互位置。影响枢纽布置的因素有自然因素和社会因素两种，包括地形、地质、水文、施工运行条件等，是设计工作中一项复杂而具有全局性的工作。选择合理的枢纽布置对工程的经济效益和安全

34、运行有决定作用。所以，需在充分掌握基本资料的基础上，认真分析各种具体条件下各种因素的变化和相互影响，研究坝址和主要建筑物的适宜形式，拟定若干可能的布置方案，从设计、施工、运行、经济等方面进行论证、综合比较，选择最优的布置方案。（一） 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）枢纽布置应当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。（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）枢纽中各建筑物布置紧凑，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物早

35、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，在可能的条件下，注意美观。（二）各类建筑物的具体要求1 挡水坝主要是拦截水流，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，坝身体积小，对建筑物的受力状态有利，并便于与相邻建筑物的联结。但有时受地质和地形条件的限制，可将坝轴线布置成折线，本枢纽即是如此。2 溢流坝主要起泄洪作用，前缘应正对上游来水的主流方向，下游出口方向最好与主流槽水流方向一致。溢流坝应建在坚硬完整的岩基上，为减少下泄水流对其他建筑物的影响，有时需在溢流坝与这些建筑物之间布置导墙，冲沙孔常布置在厂房进水口附近，其高程应满足

36、运用要求。本枢纽中，溢流坝的尺寸大概估算如下：洪水资料显示，万年一遇洪水流量为59200m3/s，泄水孔在设计资料中设定有19孔，单宽流量为204m3/s，需净宽300m的溢流坝，尺寸约15m，中墩和边墩厚取3m，故每个溢流段的宽为18m，总溢流坝段宽为345m。所以每个底孔坝段的宽度3 泄洪底孔泄洪底孔，即深式泄水孔，起辅助泄洪、排沙、放空水库等作用。参照已建工程孔口尺寸定为5m宽7m高，共设4孔，每两孔口为一个坝段，其中两个底孔坝段中间隔墩厚4m，所以每个底孔坝段的宽度为22m，泄洪底孔坝段的总宽为44m。4 电站水电站进口水流应顺直，不发生旋涡和横向水流，尾水应顺畅。厂房坝段与底孔并排布

37、置，有以下优点：（1）可以保证电站经常引用活水，不会有泥沙淤积。（2）将电站坝段与底孔坝段同宽布置，可以共用启闭机设备，节省投资。（3）便于管理、维修。（三）方案比较现拟定两个枢纽布置方案进行比较分析：方案一是将挡水坝段布置在河岸两边，电站、底孔布置在右岸，溢流坝段布置在偏左岸。方案二是将挡水坝段布置在河岸两边，电站、底孔布置在左岸，溢流坝段布置在右岸。比较如下：方案一；电站厂房布置在右岸主河槽，可减少基础开挖量，获得高水头，但是，电站尾水位较高，发电水头小，尾水有横向水流存在，影响下游岸坡稳定，因本地河流泥沙量大，泄水底孔紧靠厂房用于排沙泄水，以免泥沙淤积而降低电站效率。方案二；电站厂房布置

38、在左岸，然后自左向右为底孔坝段，溢流坝段，挡水坝段，这种方案左岸地势开阔，便于布置电站厂房和开关站，泄洪时，水流均在河槽中，可保证两岸免受冲刷，河床冲刷问题易解决。但是尾水渠的开挖量太大。安装高程是通过尾水位来确定的，为了充分利用水头，尾水位必须与下游天然水位一致，而左岸阶地较高，需要开挖一部分，并且尾水渠出口也不能在附近与天然河床相接，这样，容易被底孔冲砂填塞，而必须开挖很长一段，才能进入主河槽。对上述两个方案，从经济角度考虑，本电站不宜采用引水式，因为引水式电站需另设隧洞，引水管线，工程成本高，而坝后式电站可采用坝内埋管引水，更为经济，坝后式厂房应尽可能靠近坝体，以减小引水管路的工程量和水

39、头损失，厂房多占据主河槽，可减少开挖量，获得高水头并靠近岸边。也结合本工程必须提前受益，尽早建成的要求，选择方案一比较符合工程要求。布置图如图 （2） 图（2）重力坝枢纽布置图第三章 坝体剖面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即满足稳定和强度要求，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。重力坝剖面设计的原则是：（1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全；（2）工程量最少；（3）运用方便；（4）便于施工。 一 坝顶高程确定坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用以下公式进行计算：波浪要素按鹤地公式计算。公式如下： 式 （1） 式 （2） 式 （3）库水位以上超高

40、h： 式 （4） 式中 波浪高度，m； 波浪中心线超出静水位的高度，m； 安全超高，m，查表1； 计算风速，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均 最大风速的1.52.0倍；校核洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风 速，m/s 风区长度，km； 波长，m；表1 坝顶高程计算成果表计算情况风速v（m/s）波高（m）波长（m）风壅水面高度（m）安全超高（m）静水位以上超高（m）坝顶高程（m）设计情况30.000.300.640.090.701.09225.80校核情况21.500.190.460.050.500.74227.90经比较得出坝顶或防浪墙高程228.0m，并取防浪墙1

41、.2m，则带有防浪墙的坝顶高程h=228.0-1.2=226.8m，因为、级重力坝坝顶高程不得低于校核洪水位，因此取无防浪墙的坝顶高程为227.8m，则带有防浪墙的坝顶高程229.0m，最大坝高hMax=227.8-122=105.8m。二 坝剖面设计1 坝顶宽度的拟定为了适应运用及施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的810，且不小于3m，取9m。2 坝坡的拟定根据岩石实验资料，综合分析实验成果，岩基面与混凝土的抗剪断指标f=1.10，C=0.75MPa，可初步判定其形态基本为上游坝面上部铅直，下部倾斜。上游坝采用折线面，坡点在（1/32/3）H即（1/32/3）10

42、5.8=（3570）m，取60m，坡度1:0.2，起坡点高程182m；下游剖面采用基本三角形与坝顶齐平的剖面形式，取下游边坡系数1:0.7，起坡点高程214.9m。3 坝底宽度由上、下游起坡点高程、坡度、边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度B=86.1m，在（0.70.9）H=74.195.2m范围内，说明坝底宽度符合要求。4 地基防渗与排水设施的拟定由于防渗需要，坝基需设置防渗帷幕和排水孔幕。根据基础廊道的布置要求，初步拟定防渗帷幕及排水孔中心线在坝基面处距离上游坝面分别为15m和17m。初步拟定非溢流坝剖面尺寸如图（3）所示：图 （3）非溢流坝段剖面第四章 荷载计算荷载是重力坝设计的主要

43、依据之一。荷载作用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。设计时应正确选择荷载标准值、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、地震荷载等。以下各组合情况均取单位坝长计算。荷载计算图如图（4）所示：图 (4) 主要荷载示意图一 坝体自重坝体自重的计算公式： 式 （5）式中； 坝体体积，m，由于取1m坝长，可以用断面面积代替，通常是把它 分成，如图（4）所示的简单几何图形分别计算； 坝体混凝土的重度，一般取23.524.0kN/m，取24.0kN/m

44、。具体计算如下： 二 静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平压力 和垂直压力两种。分项系数1.0。计算公式为： 式 （6） 式中；H 计算点处的作用水头，单位m； w水的重度，常取9.81kN/m。三 扬压力扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。渗透压力是由上下游水位差H产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由下游水面淹没计算截面而产生的向上的水压力。渗透压力：1.2；浮托力：1.0；扬压力折减系数：0.2。计算公式为。 式 （7） 式 （8） 式 （9） 式 （10）式中；B 扬压力所对应坝底宽度，单位m。 水的重度，常取9.81kN/m。H 作用水头，单位m

45、，如图（4）四 泥沙压力一般计算年限取50100年，水平泥沙压力PSKH(kN)为：式 （11）式中 泥沙的浮重度，单位kN/m,8.82 kN/m； 坝前淤沙厚度，单位m； 淤沙的内摩擦角，单位度，12。 竖直方向的淤沙压力按作用面上的淤沙重量（按淤沙浮重度）计算。分项系数1.2。式 （12）五 浪压力当时，可假定浪顶及水深等于L/2处的浪压力为零，静水位处的浪压力最大，并呈三角形分布，分项系数1.2。如图（5）所示。图 （5）波浪压力图则浪压力为：式 （13）式中；水密度 单位kN/m,取9.81 kN/m； L波长，单位m。六 静冰压力在寒冷地区的冬季，水库表面结冰，冰层厚度自数厘米至1

46、m以上。当气温升高时，冰层膨胀，对建筑产生的压力称为静冰压力。静冰压力的大小与冰层厚度、开始升温时的气温及温升率有关，参照表2确定。静冰压力作用点在冰面以下1/3冰厚处。表2 静冰压力冰厚（m)0.40.60.81.01.2静冰压力KN/85180215245280七 地震荷载地震引发地层表面作随机运动，能使水工建筑物产生严重破坏。可分为地震惯性力和地震动水压力。1 地震惯性力坝体分为如图（6）三块计算水平地震惯性力。图（6）（1） 坝体截面面积的计算 式 （14） （2） 各截面形心坐标的计算形心C（x,y）计算公式为 式 （15）式 （16）计算得到第一块的形心(36.7,25.4)，(2

47、3.3,73.4)，(16.5,99.4）。（3） 水平向地震惯性力计算当设计烈度为8度、9度的级、级重力坝，应同时计入水平向地震作用。混凝土重力坝沿高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值可按下式计算： 式 （17）式 （18）式中：作用在质点i的水平向地震惯性力代表值，单位kN; 水平向设计地震加速度代表值，设计烈度为7度、8度、9度时，分 别取0.1g、0.2g、0.4g； 地震作用的效应折减系数，一般取0.25,； 集中在质点i的重力作用标准值，单位kN; 质点的动态分布系数; 坝体计算质点总数； 坝高，溢流坝应算至闸墩顶，单位m； 分别为质点i，j的高度，单位m；计算得地震动态分布系

48、数值如下表3表3 地震动态分布系数值质点i123分布系数 1.132.184.622 地震动水压力单位宽度上的总地震动水压力为 式 （19）作用点位于水面以下0.54H处。当迎水面由折坡时，若水面以下直立部分的高度等于或大于水深的一半，则可近似取作铅直；否则应取水面与坝面的交点和坡脚点的连线作为代替坡度。计算地震动水压力时，应乘以折减系数。本设计的折减系数为0.93。计算如下： 则 所以 以上所有荷载在不同设计水位时，计算公式代入数值后计算结果如下表4 表4 计算值总结表 单位kN荷载作用及其分项系数水位情况正常水位设计水位校核水位方向 重力W11.08640.0 8640.0 8640.0

49、W222852.8 22852.8 22852.8 W372573.5 72573.5 72573.5 静水压力PV11.05026.6 5026.6 5320.9 PV23531.6 3531.6 3531.6 PV3923.5 3090.24768.1 PH151734.5 51734.5 54283.8 PH21319.2 4414.5 5940.2 扬压力U11.013852.1 25339.2 29393.5 U21.22709.1 2282.2 2210.0U35934.7 4999.4 4641.3U45418.3 4564.44420.0冰压力Fb1.1135.0 135.0

50、135.0 波浪力PL1.20.610.270.27泥沙压力PSH1.21157.0 1157.0 1157.0 PSV286.0286.0286.0地震惯性力F11.22402.12402.12402.1F2882.4882.4882.4F3231.5231.5231.5地震动水压力F011564.11564.11564.1F0240.640.640.6第五章 坝体稳定和应力分析一 荷载组合荷载组合分为基本组合和特殊组合两种。基本组合属设计情况和正常情况，由同时出现的基本荷载组成，特殊荷载属校核情况和非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。见表5表5 荷载组合荷载组合主要考虑情况荷载自重扬压力泥沙压力浪压力地震荷载冰压力基本组合正常蓄水位设计洪水位特殊组合校核洪水位地震情况根据对应的荷载组合，计算出正常，设计、校核情况，地震情况荷载作用值及相应的力矩值见附表1，表2，表3。二 抗滑稳定分析1 分析目的核算坝体沿坝基面或地