水利枢纽工程设计

1、 清水江水利枢纽工程设计（下坝址，左岸通航建筑物布置方案1 基本资料清水江是我国的一条河流，根据流域规划拟建一水电站。现对清水江水利枢纽进行设计，其基本资料如下。1.1水文1.1.1 流域概况清水江是沅水的上游主流河段，沅水是洞庭湖水系四水之中水能资源最丰富的河流。流域大致呈东西长、南北短的长方形。流域地势西南高而东北低，海拔高程在20000180000m之间，周边东部与北部分水岭高程在6000080000m，其余流域边界高程均在100000m以上。清水江有南北二源，南源马尾河，发源于贵州省某县境斗篷山南麓，流经都匀等至岔河口，全长174km，流域面积2708km2；北源重安江出自某县之水头，

2、流经福泉等至岔河口，河长144km，流域面积2799km2。两源于岔河口汇合后称清水江，河流向东先后纳诸河后至湖南省境内，与渠水汇合后称沅水。主流河长485km，流域平均宽度约69km。该坝址位于贵州省某县境内，下距某县约28km，控制流域面积16530 km2。上距梯级电站563km，下距梯级电站562km，控制流域面积16530km2。流域内植被状态良好，多为杉、松等用材林覆盖。1.1.2气象特性清水江流域属副热带季风气候区，暖湿多雨，冬冷夏热，四季分明。流域内设有多个气象站，观测有气温、降水、蒸发、风力、风向等气象要素。坝址以上流域多年平均气温153，极端最高气温为391，极端最低气温为

3、131，历年月平均气温以1月份最低，为44，7月份最高，为249；多年平均降雨量为1279mm。一般每年4月份进入雨季，8月份以后雨量逐渐减少，48月份降雨量较集中，约占全年雨量的68，其中57月份占46，多年平均降雨日为1835d；多年平均水面蒸发量12406mm；多年平均相对湿度81；多年平均风速介于0830m/s之间，历年实测最大风速286m/s，相应风向为北风。坝址处无实测气象资料，距坝址较近的某气象站，直线距离约28km，坝址气象要素特征值采用该气象站统计，河流水温采用上游干流水文站资料统计。成果见表11。表1-1 坝址气象要素特征值表项目单位数量气温多年平均气温161最高月平均气温

4、266最低月平均气温48极端最高气温386极端最低气温114降水量多年平均降水量mm1280实测最大1d雨量1261项目单位数量降水日数多年平均降水日数d1803水面蒸发多年平均蒸发量mm1054相对湿度多年平均相对湿度83最小相对湿度12水温多年平均水温178最高月平均水温292最低月平均水温41极端最高水温331极端最低水温18风速风向多年平均风速m/s13实测最大风速14实测最大风速相应风向S1.1.3 水文基本资料清水江干流、支流先后均设有若干站，沅水干流、支流先后设有一些站，是该水电站工程水文分析计算的主要依据站。为满足工程设计的需要，某设计院在坝址河段设立了3组水尺，观测水位资料。

5、1.1.4 径流该水电站坝址河段无实测径流资料，坝址径流采用上下游、干支流控制水文站径流插补计算。清水江径流由降水形成，径流特性与降雨特性一致，48月份为汛期，该坝址48月份水量占全年水量的688，其中57月份占497，平枯水期（9月次年3月）径流量仅占全年的312。月平均流量1月份最小为119m3/s，6月份最大为809m3/s。径流年际变化较为稳定，多年平均流量为359m3/s，相应多年平均径流量为1132，最大年平均流量558m3/s，最小年平均流量217m3/s，最大、最小年平均流量分别为多年平均流量的155倍和06倍。1.1.5 洪水清水江流域洪水由暴雨形成，暴雨一般出现在410月份

6、，大暴雨集中在57月份。年最大洪水自4月至10月份各月均可出现，但主要集中在汛期58月份，占总数的877，其中57月份出现次数最多，约占772。该坝址以上洪水以单峰型居多，一次洪水过程一般为37d。该坝址无实测水文资料，坝址设计洪水依据上下游、干支流水文站设计洪水成果，考虑有关工程设计成果，由地区综合法推求。该坝址设计洪水如表12。表12 坝址各频率年最大洪水成果表坝址集水面积（km2）项目单位P（）0102051251016530Qm3/s2270020700181001610014100113009360W3d亿m3287265236213191160136W7d亿m34033753373

7、082782382061.1.6泥沙该坝址无实测泥沙资料，坝址泥沙特征值由干支流、上下游测站及工程设计资料推算，与梯级电站等上下游工程一致，泥沙系列采用19631991年。该坝址多年平均输沙量232万t，多年平均含沙量0216kg/m3，最大年输沙量964万t，最小年输沙量495万t。1.1.7 坝址水位流量关系该水电站坝址等设计断面ZQ关系以相关水文站为依据站，通过水位相关、高水延长计算推求。坝址水位流量关系见表42。1.2 地质1.2.1 区域地质概况该水电站位于清水江下游河段，为苗岭山脉与雪峰山西南余脉组成的中低山、低山地形，以低山丘陵垄脊宽谷地貌为主，受风化剥蚀山顶浑圆，山脉的延伸与构

8、造线一致，多为北东向，高程一般在3000080000m；区内发育3级夷平面和多级阶地。河谷多为“U”型谷，河谷高程1900030000m，河道蜿蜒曲折，河床礁滩密布，坡降大，河流冲积物不发育；干流两岸阶地不甚发育，一般为带状基座阶地。清水江流域梯级电站区内出露地层为第四系、第三系、白垩系、二叠系、震旦系、前震旦系，以前震旦系上板溪群最为发育。本区大地构造单元属扬子准地台的江南台隆次级构造单元。从大地构造体系来看，位于新华夏系雪峰山褶皱隆起带西南端，隶属雪峰武陵复式背斜。基本构造为华夏系构造，主干构造为北东向压性构造。本区地质构造主要表现为大面积间歇抬升，断块差异性活动明显。流域内以加里东期褶皱

9、为主，表现形态为巨型复式褶皱，属北东向构造，为图区最显著的构造形迹，但多数被断裂错切、破坏。燕山期褶皱多为宽缓的短轴背、向斜。流域内断裂构造发育，主要形成于加里东期，部分属燕山期和挽近期，部分断层具有多期性，以北东组为主。根据中国地质局1400万中国地震动参数区划图（BG183062001），该水电站的地震动峰值加速度小于005g，地震动反应谱特征周期为035s，相应地震烈度小于6度，区域构造稳定性好。1.2.2 水库工程地质水库区出露地层均为前震旦系上板溪群拉缆组，均由板岩、长石砂岩等相对不透水的区域浅变质岩组成，岩性较单一。水库渗漏：水库位于清水江的下游中低山、低山区，库岸山顶高程达400

10、0050000m，山势雄厚，构成封闭的水库地形；库盆由相对不透水的地层岩石组成，库岸地下水位高于水库正常蓄水位30000m。库区虽有破坏性较大的溪口断裂将库岸切断并通向库外，但属压性，断层通过分水岭地段，地下水位远高于水库正常蓄水位，因此，不会导致水库向邻谷渗漏。库岸稳定：坝址至远口段两岸为低山丘陵垄脊宽谷地貌，山体呈浑圆状，阶地较发育，水库蓄水后阶地将被淹，其后缘与岸坡接合部的表部覆盖层及强风化岩体在库水影响下产生浅层坍滑和岸坡再造现象，阶地分布之外，岸坡以斜向岩质边坡或反向岩质边坡为主，仅局部为顺向岩质边坡，边坡稳定性一般较好。远口至库尾段，左岸为中低山台地峡谷地貌，右岸为低山丘陵垄脊宽谷

11、地貌，两岸阶地不发育，岸坡以岩质边坡为主，大部分边坡由板溪群的硬质岩石组成，边坡稳定性较好。水库淤积：两岸主要为岩质边坡，组成岸坡的岩石主要为中硬、坚硬岩石，抗风化能力强。库区植被良好，第四系沉积物不发育，固体径流来源少，水库淤积轻微。水库诱发地震：库区位于完整性较好的稳定地块上，不存在发生强震的活动断层。水库不具备产生水库诱发地震的地质构造背景。因此本工程无高于本地区地震基本烈度的水库诱发地震的可能。1.2.3坝段工程地质坝段位于清水江下游某镇的坪内村长约27km的河段，下距该镇137km。坝段大致以兰溪口为界，以上为上坝址，以下为下坝址。地形地貌：坝段内河谷为“U”型河谷，河流进入坝段后逐

12、渐向北西方向偏转，以345°方向流经上坝址，然后在兰溪口附近逐渐向NW偏转，以296°方向流经下坝址，平面上河流呈弧形。上坝址河谷开阔，宽210260m，河道顺直，主流偏右岸，水深25m，河床左侧为浅滩，水面宽60100m；下坝址河谷较窄，河谷宽140170m，主流偏左岸，主河槽水深1013m，宽5580m，河床右侧为礁滩。两岸为低山丘陵区，山体呈浑圆状，山顶高程310410m，河谷岸坡比高一般60150m，两岸自然边坡坡度25°40°。两岸冲沟发育，地形较零乱，大部分地形不对称。大部分山脊和冲沟相间出现，沿岩层走向发育。坝段中部右岸受兰溪切割而成单薄的

13、条型山脊，沿北西方向分布一狭长垭口，沿该垭口方向有贵州至湖南的公路穿过。地层岩性：区内分布的地层，有前震旦系上板溪群拉缆组第三段（Ptbn2L3）的灰色条带状细砂质板岩、粉砂质板岩，呈中厚层状；第四段(Ptbn2L4)的长石石英砂岩、砂岩夹少量砂板岩、细砂岩；第四系的河流冲击物、阶地堆积物、残坡积物、崩坡积物、崩积物和地滑堆积物。坝段内拉缆组第三段地层总体上为岩性单一的板岩，颗粒较细，主要由绿泥石、石英、绢云母矿物组成，属板状构造，岩体岩层较发育。拉缆组第四段为一套浅变质的砂岩、砂板，岩性坚硬，层面不发育。地质构造：坝段位于新华夏系第三隆起带的南段，处于兴隆向斜的北西翼，NE向褶皱、NWW向断

14、裂两组构造形迹构成了坝段内的构造的基本骨架。岩石（体）物理力学性质：试验成果表明，上坝址Ptbn2L31、Ptbn2L32岩组除个别岩样受陡倾结构面的影响而使其饱和抗压强度偏低外，其余均为中硬至坚硬岩石；下坝址Ptbn2L33、 Ptbn2L41岩组均属坚硬岩石。根据岩石试验成果，类比有关工程，2个坝址的岩体物理力学指标建议值如表13。表1-3岩体物理力学指标建议值地层风化程度饱和抗压强度R0(MPa)承载力基本值f0(MPa)变形模量E0（GPa）混凝土与岩石抗剪断岩石（体）抗剪断fC(MPa)fC(MPa)Ptbn2L31弱风化304034380950911111微风化5565451215

15、11111214Ptbn2L32弱风化303523370908095091111微风化50603510131111112Ptbn2L33弱风化50704659091091111微风化658557151611111215Ptbn2L41弱风化60804671010091111微风化7090571518111211121316备注自然层面和节理面的抗剪断强度f05，C01MPa，软弱夹层的抗剪断强度f035，C005MPa；弱风化岩体的参数，上部采用小值，下部采用大值。1.2.4 各坝址工程地质1.2.4.1上坝址工程地质上坝址大坝轴线拟定在左岸号冲沟和右岸号冲沟的上游侧山坡，地形较对称，设计正常

16、蓄水位30000m时，河谷宽434m。左岸地形坡度为22°38°，右岸地形坡度为30°40°，右岸地形较左岸要陡，右坝肩上下游侧分布2条深切的冲沟（、号冲沟），地形单薄。左岸分布级阶地，宽35m，地面高程266m，右岸级阶地不发育，仅宽4m，级阶地宽36m。坝址基岩为上板溪群拉缆组第三段（Ptbn2L3）的灰色、浅灰绿色条带状细砂质板岩、粉砂质板岩，中厚层状、厚层状；坪内背斜轴线于坝址中部斜穿两岸，其上游侧岩层产状为N45°70°E，SE35°65°，倾向上游微偏右岸，属横向谷；下游侧岩层产状为N70°8

17、5°E，NW17°25°，倾向下游，属横向谷。代表坝线位于坪内背斜轴部上游侧220280m，为单斜地层，岩层倾向上游，属横向谷；岩层发育少量软弱夹层，以破碎夹层为主，局部见少量破碎夹泥层，厚度一般在0520cm，其中左岸较右岸相对发育。但由于岩层横切河床，倾向上游，倾角35°65°，因此坝基软弱夹层对大坝抗滑稳定影响较小；坝址区无大的断层构造，发育8条小断层。坝区岩体强风化带下限埋深，左岸为1019m，右岸为1027m，河床砂砾石层以下，多为弱风化岩石。坝址为横向谷，对坝基防渗有利，坝基相对隔水层顶板(q3Lu)埋深：左岸2145m，河床约13

18、m，右岸1844m。坝区地下水主要为基岩裂隙水，坝址区河水、地下水均对混凝土无腐蚀作用。受地形影响，两岸地下水埋藏较深，其中左岸为1848m，右岸为1547m。1.2.4.2 下坝址工程地质下坝址代表轴线位于15、16号冲沟的下游侧，设计正常蓄水位30000m时，河谷宽339m。左岸山顶高程400m，右岸山顶高程为350m，左岸地形坡度为30°40°，右岸地形坡度为30°45°，右坝头为一较单薄的山脊，两岸山坡均见基岩裸露，覆盖层较浅，一般厚13m。主河槽及左岸沙滩，砂卵砾石层较厚，厚39m。坝址基岩为前震旦系上板溪群拉缆组第三段（Ptbn2L33）粉砂

19、质板岩夹细砂岩、第四段（Ptbn2L4）的长石石英砂岩夹细砂岩、砂板岩，岩层产状为N65°85°E，NW15°25°，单斜地层，倾向下游偏右岸，属斜向谷；岩体中发育一些软弱夹层和层间错动带，夹层以破碎夹层为主，局部见少量破碎夹泥层，厚度一般在0510cm。由于岩层倾向下游，岩层及夹层倾角为15°25°，因此坝基存在浅层抗滑稳定问题。坝址区NW向断裂构造发育，顺右岸垭口及河流方向发育一条区域性断层F10，破碎带宽1720m，影响带宽515m，为压扭性平移断层，规模较大，坝线下游侧沿F10形成深槽，对施工导流、坝基开挖均不利；在区域性断层

20、F10两侧发育6条次级断裂，规模较大的有右岸坡PD4揭露的F13，破碎带宽13m。坝址岩体强风化带下限埋深，左岸为828m，右岸为2633m，右岸风化较深；河床礁滩及砂砾层下伏基岩一般为弱风化。坝址为斜向谷，坝基相对隔水层顶板(q3Lu)埋深：左岸3046m，河床约810m，右岸27m。坝址区两岸地下水埋藏较深，其中左岸为1642m，右岸为2658m。1.2.5 天然建筑材料天然砂砾料：由于坝址附近河床天然砂砾料缺乏，储量不足，且产地分散，因此，现阶段勘探、试验的天然砂砾料仅满足坝区临建工程的需要。对坝址附近的家祠砂砾场、上坝址砂砾料场、下坝址砂砾料场、自坪洲砂砾料场等4个天然砂砾料场进行了初

21、查、地震勘查、现场筛选、砂砾料全简分析。对4个天然砂砾料场进行综合比较，以家祠砂砾场较好，其储量满足临建工程的需要，其中，砂的储量为122万m3，砾石的储量为699万m3。本阶段推荐家祠砂砾料场作为临建工程的开采料场。人工骨料：推荐的上坝址采用混凝土重力坝方案，枢纽主体工程混凝土方量约100万m3，需要相应的混凝土骨料勘探储量300万m3以上。由于坝址附近河床天然砂砾料缺乏，储量不足150万m3，且产地分散，因此，该水电站主体工程混凝土骨料采用人工骨料。坝址附近地层为板溪群的浅变质岩，以板岩为主，无质量好的灰岩，选择坝址附近浅变质的长石石英砂岩作为混凝土骨料。料源层由Ptbn2L41岩组组成，

22、厚度较大且稳定，岩性较单一，均为浅变质的长石石英砂岩夹少量细砂岩，巨厚状，可作为混凝土骨料使用。经查勘人工骨料场有用层储量为500万m3，储量满足工程要求。人工骨料场位于上坝址坝线下游12km的右岸，高程258m处有一条公路沿河岸分布，外围运输条件便利，运距较短。土料：该水电站围堰共需防渗体土料17万m3，在坝址附近选择了上坝址左岸沿河的级阶地、右岸沿河的级阶地、下坝址右岸山顶部位3个土料场。3个储量场总储量5142万m3，土料储量、质量均符合围堰防渗体土料的要求。1.3枢纽任务该水电站建成后，将充分利用龙头梯级水电站的调蓄作用和自身调节库容，与其余梯级电站一起形成一组梯级调峰电源，供某省电力

23、系统。该水电站的开发任务以发电为主，兼有航运，环境等综合利用效益。1.3.1 发电该水电站装机42万KW，多年平均电量1232亿KW·h，保证出力897万KW。该水电站建成以后，可使上游梯级水电站的航运基荷得到释放，有利于充分发挥上游梯级水电站的电量和容量效益。与上游龙头水电站联合运行，形成一组良好的调峰电源，参与系统调峰，充分发挥梯级电站的容量和电量效益。1.3.2 航运该水电站建成后，库区航运条件得到改善。该河段上游水电站航运过坝采用驳运码头方案。下游在建的梯级水电站的通航建筑物为船闸，120t级规模，级航道标准。该水电站通航建筑物按级航道、50t级规模设计。1.4 设计依据1.

24、41 水文气象坝址控制流域面积 16530km2多年平均气温 161极端最高气温 386极端最低气温 -114多年平均降雨量 1280mm多年平均相对湿度 83%多年平均年最大风速 84m/s50年一遇的年最大风速 144m/s多年平均流量 359m3/s淤沙高程：245m，淤沙浮重度：9KN/m3，淤沙内摩擦角：18°。1.42 坝址各频率洪峰流量表1-4坝址各频率年最大洪水设计成果表 单位：m3/sP(%)0.10.20.5123.3351020设计值22700207001810016100141001260011300936073201.4.3 水位流量关系曲线表1-5 坝址水

25、位流量关系 高程系统：黄海Z坝址（m）Q（m3/s）Z坝址（m）Q（m3/s）Z坝址（m）Q（m3/s）24680417250801715259009670247006312510018552595010290247208802512020002600010930247401182514021502605011590247601602516023042610012270247802192518024622615012970248002852520026222620013690248203582525030122625014410续表1-52484043425300341826300151402

26、486051225350385026350158802488059725400430426400166302490069025450477226450173902492078525500525226500181502494088425550574426550189102496098825600625026600196802498010982565067742665020450250001212257007316267002122025020133025750787826800227602504014532580084602690024300250601581258509060270002586

27、01.4.4 水利动能主要参数正常蓄水位 30000m死水位 29400m设计洪水位（P1） 30000m设计洪水时下游水位 26364m校核洪水位（P01） 30218m校核洪水时下游水位 26639m厂房设计洪水位（P1） 30000m厂房校核洪水位（P02） 30137m总库容（校核洪水位以下） 694亿m3正常蓄水位以下库容 614亿m3死水位以下库容 440亿m3调节库容 174亿m3洪峰流量（P1） 16100 m3/s （P01） 22700 m3/s装机容量 42万KW保证出力（P90） 897万KW机组台数 3台额定水头 4500m最大水头 5320m最小水头 3900m加权

28、平均水头 4775m最大引用流量 35560 m3/s消能防冲建筑物按50年一遇洪水设计：Q14100 m3/s消能计算水位：上游水位：30000m；相应下游水位：26256m2 枢纽的整体布置枢纽的整体布置要综合考虑上、下坝址的地形和地质条件，结合所给工程的实际要求，反复比较优缺点，最终选出最优方案。2.1 坝址的选择从地质地形条件来看，上坝址基岩为上板溪群拉缆组第三段（Ptbn2L3）的灰色、浅灰绿色条带状细砂质板岩、粉砂质板岩，中厚层状、厚层状；坪内背斜轴线于坝址中部斜穿两岸，其岩层发育少量软弱夹层，以破碎夹层为主，局部见少量破碎夹泥层，厚度一般在0520cm，其中左岸较右岸相对发育。，

29、因此坝基软弱夹层对大坝抗滑稳定影响较小；坝址区无大的断层构造，发育8条小断层。坝区岩体强风化带下限埋深，左岸为1019m，右岸为1027m，河床砂砾石层以下，多为弱风化岩石。下坝址代表轴线位于15、16号冲沟的下游侧，两岸山坡均见基岩裸露，覆盖层较浅，一般厚13m。主河槽及左岸沙滩，砂卵砾石层较厚，厚39m。基岩为前震旦系上板溪群拉缆组第三段（Ptbn2L33）粉砂质板岩夹细砂岩、第四段（Ptbn2L4）的长石石英砂岩夹细砂岩、砂板岩，岩体中发育一些软弱夹层和层间错动带，夹层以破碎夹层为主，局部见少量破碎夹泥层，厚度一般在0510cm。由于岩层倾向下游，岩层及夹层倾角为15°25&#

30、176;，因此坝基存在浅层抗滑稳定问题。坝址区NW向断裂构造发育，顺右岸垭口及河流方向发育一条区域性断层，为压扭性平移断层，规模较大，坝线下游侧沿F10形成深槽，对施工导流、坝基开挖均不利；在区域性断层F10两侧发育6条次级断裂，规模较大的有右岸坡PD4揭露的F13，破碎带宽13m。坝址岩体强风化带下限埋深，左岸为828m，右岸为2633m，右岸风化较深；河床礁滩及砂砾层下伏基岩一般为弱风化。因此可以看出，上坝址对坝基的稳定稍微有利，但材料不足，而下坝址建筑材料丰富，开挖工程量也相对较小，另外，下坝址地形开阔，有利于施工导流及枢纽布置。因此综合考虑，选择下坝址。2.2坝型的选择 目前，应用比较

31、多的坝型有重力坝、拱坝和土石坝。在选择坝型时，要根据坝区的地质、地形条件、筑坝材料、施工技术、施工条件、施工导流等众多因素来定。由于坝址区河道曲折，呈 “U”形，河床礁滩密布，坡降大，地质构造主要表现为大面积间歇抬升，因此，很明显不适合拱坝的修筑，重力坝和土石坝都在考虑范围之内。对这两种坝型进行比较后再作选择。考虑到本枢纽主要承担了发电、防洪任务，而且在校核洪水位时的流量和泄流量都较大，需要开敞式的坝体泄流枢纽，由于土石坝自身不能在坝顶溢流的缺点，不能够满足防洪时泄流的需要，故选用混凝土重力坝作为设计的坝型。重力坝主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由

32、于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝之所以得到广泛应用，是因为其具有以下几个方面的优点： （1）安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。 （2）任何形状的河谷都可以修建重力坝。 （3）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。 （4）便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。 （5）施工方便。大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都比较简单，并且加强、修复、维护或扩建也比较方便。 重

33、力坝的缺点主要是坝体剖面尺寸大，材料用量多，把体应力较低，材料的强度不能充分发挥，而且需要严格的温度控制措施，坝体与地基的接触面积大，相应的坝体扬压力大，对稳定不利。 重力坝的形式比较多，主要可分为实体重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝等。下面介绍比较常用的几种坝型，它们各自的优缺点如下： 1、碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，具有以下一些优点：工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益；胶凝材料用量少，特别是水泥用量减少；由于水泥用量减少，结合薄层大仓面浇筑，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；不设纵缝，节省了模板和灌浆等费用

34、；可使用大型施工机械设备，提高混凝土运输和填筑的工效。但也有一定缺点，如：坝体混凝土分区；各区域内混凝土的级别。 2、实体重力坝的主要优点就是，结构相对比较简单，施工比较方便，并且有丰富的经验技术，施工过程中质量容易控制。其不足之处就是坝体体积较大，扬压力也比较大，施工时不利于混凝土的散热。 3、浆砌石重力坝具有以下一些优点：便于就地取材，节省水泥；节省模板，减少脚手架，因而减少木材用量，同时减少施工干扰；施工技术容易掌握。但也有不少缺点，如：砌体质量不易均匀；不易采用机械化施工，需要大量劳动力；砌体本身防渗性能差，需另作防渗处理。 4、宽缝重力坝具有以下一些优点：充分利用了混凝土的抗压强度；

35、扬压力显著降低；节省混凝土方量。但也有一些缺点，如：增加了模板用量，立模也较复杂；分期导流不便；在严寒地区，对宽缝需要采取保温措施。综合以上内容，结合工程中有丰富的砂石料场，地质条件非常复杂，必须要有效的手段来防止扬压力问题，考虑到宽缝重力坝对于降低扬压力的特殊优势，因此，对于本设计中所采用的重力坝定为宽缝重力坝。2.3枢纽布置方案比较 枢纽由以下部分组成：溢流坝段、非溢流坝段、厂房、通航建筑物。在进行水利枢纽布置时应全面考虑运用、施工、管理、技术经济等多方面的问题。初步拟定了两种方案以供比选：方案一：左岸通航建筑物，右岸厂房，中间大坝方案二：左岸厂房，右岸通航建筑物，中间大坝方案比较：考虑到

36、右岸有比较开阔的地方来布置发电厂房，对坝后式厂房的布置非常有利；左岸地势相对平坦，因此水流比较平顺，有利于船只的顺利通航，因此在左岸布置通航建筑物是不错的选择。开挖引水渠的费用也比较高，所以，在选择方案时选择坝后式厂房，综上所述，选择方案一。建筑物级别为2级，查水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000可知其洪水标准重现期为：设计情况下：500-100年；校核情况下：2000-1000年。另外，查DL5108-2003水利枢纽工程等级划分及安全标准该工程等别为二等，工程规模为大（2）型；主要建筑物如大坝、厂房、船闸等都为2级，次要建筑物为3级。工程安全级别为级。3 非溢流坝段设计3.1

37、 坝顶高程的确定坝顶高程应该高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶的高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由下式计算，应选择两者中防浪墙顶最高者，根据混凝土重力坝设计规范DL51081999：坝顶高程=静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高，计算公式如下 （3-1）式中： 坝顶高程； 安全超高； 静水位正常蓄水位300m 校核洪水位302.18m 根据混凝土重力坝设计规范DL51081999：11.1.1式，有： （3-2） 式中：防浪墙至正常蓄水位的高差（m） 频率为1%的波高（m） 波浪高中心线到正常或校核洪水位的高差（m） 安全超高，查水工建筑物有：该枢纽的安全级别为级，

38、所以其安全超高为：=0.4m（校核）；=0.5m（正常）根据基本资料，可判断该水库属于内陆峡谷水库，应按照官厅水库公式计算：（官厅公式使用：m/s及） （3-3） （3-4）式中：当=20250时，为累计频率为5%的波高。即： 当=2501000时，为累计频率为10%的波高。即：计算风速； 吹程； 波长；取吹程D =500，g=9.81/则：(1)正常蓄水位 此时，取=14.4m/s，由式（3-3）、（3-4）得=4.61m 由（3-3）式得，h为累计频率5%的波高，=0.36m 因此可以查得=2.42*/=0.45m在波浪作用时，由于水坝位于峡谷区，则根据教材水工建筑物中：cth 式中：波高

39、。 波长。 坝前水深。（）=0.45+0.138+0.5=1.088m故坝顶高程=300+1.088=301.088m(2)校核洪水位取多年平均年最大风速8.4m/s同上，可得=2.74m, =0.188m, =0.233m, =0.062m由上可得：=0.695m坝顶高程=302.18+0.695=302.875m取两者较大值302.875作为坝顶高程3.2 剖面拟定3.2.1基本剖面的拟定基本剖面是指坝体在自重、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，并使得工程量最小的三角形剖面。如图3.1示 图3.1 重力坝的基本剖面 1、剖面设计的原则：（1）满足稳定

40、和强度要求 （2）工程量小（3）运用方便 （4）便于施工2、基本剖面之所以采用三角形剖面，主要是根据重力坝的工作原理：依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求，同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力所引起的拉应力以满足强度要求。水压力亦呈现三角形规律，采用三角剖面不仅符合力学上的要求，而且也便于施工。根据工程实践的经验，基本剖面拟定时，坝顶在最高洪水位上要留有一定的安全超高，坝顶宽应视运用和交通的需要而定。坝的上游通常作成铅直面或略向上游倾斜，倾斜坡度n=00.2，坝的下游面通常为均一的坡度，一般坡度m=0.60.8，坝底宽，一般为坝高的0.7-0.9倍。3.2.2 实用剖面的拟定根据前面的计

41、算坝顶高程为302.875m。坝顶宽度的拟定为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%10%，且不小于3m。坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并满足抗震、特大洪水位时抢护等要求。,初设计为7m。查混凝土重力坝设计规范DL5108-1999，坝高50-100m,可建在微风化至弱风化中部基岩，根据地质条件，将开挖线高程定为224m,既满足稳定要求又使施工难度降到最低。因此可得出坝高H=302.875-224=78.875m坝坡的拟定常用的剖面形态，如图3.3所示。上游坝面铅直，适用于混凝土与基岩接触面间的f、c值较大或坝体内没有泄水孔或引

42、水道，有进水控制设备的情况；上游坝面上部铅直，下游倾斜，既便于布置进口控制设备，又可以利用一部分水重帮助坝体维持稳定，是实际工程中经常采用的一种形式；上游坝面略向上倾斜，适用于混凝土与基岩面间的f、c值较低的情况。如若上游起坡，上游起坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来确定，一般起坡点在坝高的1/32/3附近。下游起坡点的位置应根据坝的实用剖面型式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处）。由于起坡点处的断面发生突变，故应对该截面进行强度和稳定校核。混凝土重力坝在体型上应力求简单，便于施工，上游坝坡结合其防渗结构型式进行选择

43、。上游坝坡宜采用1:01:0.2，初拟为1:0.25；下游坝坡可采用一个或几个坡度，并应根据稳定和应力的要求，结合上游坝坡同时选择。下游坝坡宜采用1:0.61:0.8，混凝土重力坝下游坝坡可按常态混凝土重力坝断面的选择进行优选，但应考虑少设横缝，初拟为1:0.7。坝段宽L一般采用16-24m,本设计取20m.缝宽2S=5.6m，则缝宽比2S/L=0.28。上游头部厚度，通常取（0.08-0.12）h（h为截面以上水深），且不小于3m，所以取=10m，下游尾部厚度通常采用3-5m，不宜小于2m，取=4m，在变厚处的坡率一般在1-2之间，取=1.5。图3.2 实用剖面的比选根据以上几个方面，初拟非

44、溢流重力坝实用剖面如图3.3所示。3.3荷载计算及组合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）。 3.3.1自重坝体自重W(kN)的计算公式： （3-5）式中：V坝体体积，m3，由于取一个坝段即20m长，可以用断面面积代替，通常把它分成若干个简单的几何图形分别计算；坝体混凝土的重度，一般取23.524.0kN/m3。表3-1 荷载作用的分项系数序号作用类别分项系数序号作用类别分项系数1自重（永久作

45、用）1.05浪压力1.22水压力（可变作用）（1） 静水压力（2） 动水压力1.01.16冰压力1.17土压力1.23扬压力（可变作用）（1） 渗透压力(2)浮托力1.21.08未规定的永久作用对结构不利未规定的永久作用对结构有利1. 050.954淤沙压力（永久作用）1.29未规定的不可控制可变作用未规定的可控制可变作用1.21.1图3.3 非溢流坝段断面示意图3.3.2静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力Pv两种。PH(kN)计算公式为： P= (3-6)式中：H计算点处的作用水头，m；水的重度，常取9.81kN/m3。垂直水压力按水重计算

46、。3.3.3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产生的渗流在坝体内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由下游面淹没计算截面而产生向上的水压力。扬压力的分布与坝体结构、上下游水位、防渗排水等因素有关。下面以坝基面（当坝基设有防渗帷幕和上游筑排水孔）上的扬压力计算为例来说明，坝踵处的扬压力强度为H1，坝趾处的扬压力强度为H2，排水孔孔幕处的渗透压力为H（为扬压力折减系数，河床坝段=0.20.3，岸坡坝段=0.30.35）。扬压力的大小等于扬压力分布图的面积。只要把扬压力分布图画正确，就能正确计算了。3.3.4泥沙压力一般计算年限取50100年，水平泥沙压力为： （3-7）

47、式中：泥沙的浮重度，(kN/m3) ，本设计中取9 kN/m3 坝前淤沙厚度，(m)本设计中为21m淤沙的内摩擦角，(°)。取18°3.3.5浪压力正常蓄水位时：，浪压力按深水波情况计算。校核洪水位时： ，浪压力按深水波情况计算。可假设浪顶及水深等于处的浪压力为零，静水压力为零，静水位处的浪压力最大，并呈三角形分布,则浪压力为： （3-8）浪压力对坝底中点的力矩为: (3-9) 式中：H1坝前水深，m；y1、y2大、小三角形的形心到坝基面中心的垂直距离，m。波浪要素L、h1、h2按官厅水库公式（33）计算。3.3.6其它荷载地震荷载：一般地，当地震的设计烈度为6度及6度以下

48、时，不考虑地震荷载。冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占的比例很小，可以忽略不计。先按式（38）式（39）算出荷载作用的标准值，标准值乘以其分项系数即为荷载作用的设计值；然后，求出荷载作用点对滑动面截面形心的力臂、荷载所产生的力矩的标准值、设计值。有关参数的选择：混凝土的重度为24kN/m3，水的重度为9.81kN/m3，泥沙的浮重度为9 kN/m3，内摩擦角为18º。表3-2 重力坝荷载组合设计情况荷载作用自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力冰压力动水压力土压力地震力基本组合正常蓄水位

49、情况设计洪水位情况冰冻情况00000000偶然组合校核洪水位情况地震情况0000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）表中的“+”表示应考虑的荷载，“0”表示不考虑的荷载。3.3.7荷载组合荷载组合可分为基本组合和偶然组合，它们分别考虑的荷载见表3-2。由于本工程所处地区没有冰冻危害；地震烈度为六度不需计算地震力，所以设计考虑基本组合中的正常蓄水位情况和设计洪水位情况；偶然组合中的校核洪水位情况：工况1（设计洪水位时：上游水位：300m；下游水位：263.64m）工况2（正常蓄水位时：上游水位：300m；下游水位：0m）工况3（校核洪水位时：上游水位：302.18m；下游水位：266.39m）3.4 坝体强度和稳定计算抗滑稳定分析可分两种工况来计算，分别是正常蓄水位和校核洪水位。其目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑的安全度。因为重力坝沿坝轴线方向用横缝分隔成若干个独立的坝段，所以稳定分析可以按平面问题进行，但对于地基中存在多条互相切割交错的软弱面构成空间滑动体或位于地形陡峭的岸坡段，则应按空间问题分析。3.4.1 正常蓄水位（坝基面）荷载组合：正常蓄水位情况：自重+静水压力+扬压力+淤沙压力+浪压力 A 抗滑稳定校核：作用效应函数 S（·）=PR （3-10）抗滑稳定抗力函数 R（·）=f'