朱家滩水电站设计_水工建筑物课程设计

'目录第一章基本资料31.1工程概况31.2工程规模31.3流域概况31.4气象资料41.5水文资料41.5.1洪水41.5.2泥沙51.5.3河道水位流量关系曲线51.6地质资料71.6.1坝址区工程地质概况7（1）地形地貌7（2）地层岩性71.6.2坝址基岩物理力学参数8第二章工程总体布置9第三章溢流坝坝体设计113.1泄流方式选择113.2洪水标准的确定113.3流量的确定113.4单宽流量的选择113.5孔口净宽的拟定123.6定型水头的确定123.7堰型的确定123.7.1顶部曲线段123.7.2反弧段设计143.8确定上游水位143.9消能防冲设计163.9.1确定消能形式163.9.2消力池设计17（1）护坦构造17（2）消力池长的确定183.10溢流坝稳定分析18 第四章冲沙闸设计234.1冲沙闸尺寸设计234.1.1泥沙止动流速的计算234.1.2冲沙流速的计算234.1.3沉沙槽尺寸的计算244.1.4闸墩设计254.1.5胸墙设计254.1.6工作桥尺寸拟订264.1.7冲砂闸门264.2冲沙闸防渗设计264.3冲沙闸闸室稳定验算274.4消能防冲设计314.4.1消力池长度计算314.4.2消力池深度334.4.3消力池底板厚度计算334.4.4排水设备344.4.5止水设计354.4.6上下游岸坡防护35第五章进水闸设计365.1基本资料365.1.1基本尺寸确定365.1.2基本高程确定365.2水力计算375.2.1过闸流速确定375.2.2水头损失计算375.2.3进水闸过流能力验算38第六章细部构造设计396.1坝顶构造396.2坝体的分缝396.3止水设计396.4混凝土标号分区406.5坝体排水426.6廊道系统426.5.1坝基灌浆廊道43 6.5.2检查及坝体排水廊道43第七章地基处理设计447.1清基开挖447.1.1开挖原则447.1.2开挖设计447.1.3坝基清理447.2坝基加固447.3防渗排水457.3.1帷幕灌浆45（1）帷幕灌浆目的45（2）帷幕灌浆范围45（3）帷幕灌浆设计467.3.2坝基排水477.4软弱带处理477.4.1断层破碎带的危害477.4.2断层破碎带处理措施47 第一章基本资料1.1工程概况朱家滩水电站选择枢纽布置在朱家滩村上游300m的渭河主干流上，上游距小水河汇入口1.8km。宝鸡峡林家村引水枢纽以上陕西境内渭河干流长70km，平均比降3.5‰，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的水能资源，朱家滩是该段渭河干流上的梯级开发中的水电站之一，电站坝址以上控制流域面积是29874.80km2。电站工程南靠310国道，北邻陇海铁路对外交通便利、快捷。随着改革开放的深入发展，经过20多年的建设，当地经济也得到了长足的发展，但与东部、南部省市相比，与全国平均水平相比仍有较大的差距。在中央西部大开发战略决策感召下，宝鸡市各县（区）、乡各级政府，决心开发当地资源，把资源优势转化为经济优势，确定新的经济增长点，带领群众实现奔小康目标。而朱家滩水电站工程就是陈仓区、宝鸡市政府确定的招商引资项目，为该项目的建设提供了多项优惠政策和方便条件。1.2工程规模朱家滩是座低坝引水式电站，有日调蓄能力。电站拦水坝顶高程687.5m，尾水位674.74m，设计水头12.16m。按长系列分析确定的典型年逐日计算出力和发电量，最终确定装机容量9600kw，多年平均发电量3859万kwh，年利用小时数为3850h。1.3流域概况朱家滩水电站位于北纬34°23′，东经106°51′之间，枢纽布置在陕西省宝鸡市陈仓区坪头镇上游3.2km的渭河主流上，上游距小水河汇入口1.8km，电站坝址以上控制流域面积29874.80km2，电站处于渭河干流及其流域的中部。渭河发源于甘肃省渭源县的乌鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省26个县（市），全长818km，总流域面积6.24万km2。渭河由宝鸡风阁岭流入陕西境内，于陕西潼关港口东汇入黄河，是黄河的最大一级支流，也是陕西关中的母亲河。陕西境内渭河干流长502km，流域面积3.32万km2， 分别占渭河全长和总流域面积的61.4%和53.2%。坝址以上渭河干流长分别为373.5km，平均比降3.5‰。林家村水位站控制流域面积30661km2，渭河流经甘肃、宁夏、陕西三省（区），甘肃省境内流域面积占林家村以上总面积的85%，宁夏占11.07%，陕西境内占1.3%。1.4气象资料多年平均气温12.9℃，最高气温41.6℃（1973.8.8），最低气温-13.9℃（1977.1.30）；多年平均降雨量683.4mm，实测最大降雨量948.6mm（1964），实测最小降雨量434.5mm（1977）；多年平均陆地蒸发量550mm，水面蒸发量800mm。流域内降雨显著的特征是时空分布不均，降雨量随地形海拔高程垂直变化大，山区高而川道低，二是年内分配不均衡，7、8、9、10四个月降雨量占全年的59.7%；三是年际丰枯变化大，丰枯比为2.26。1.5水文资料朱家滩枢纽布置在坪头镇上游3.2km的渭河主干流上，在小水河汇入口下游1.8km处。电站坝址以上控制流域面积29874.80km2，其下游28Km处有林家村水文站，控制流域面积30661km2，该区间流域面积786.2km2，占林家村水文站以上流域面积的2.56%。林家村水文站建于1934年，至今已有68年的径流、洪水、泥沙系列资料（1934～2001年）。朱家滩处无实测资料，但其控制流域面积与林家村水文站控制流域面积仅相差2.56%，就以林家村水文站为参证站来分析该座水电站的水文特性，朱家滩水电站进行水文分析。1.5.1洪水坝址以上渭河干支流上未建大型蓄水工程，故林家村洪水不需要进行还原计算，直接采用该站实测洪水资料。洪峰流量选样的方法采用年最大值法，即每年只选取最大一次的瞬时洪峰流量作为频率计算样本。 作年最大洪峰流量与历时关系图（图2-3），在1944-2001年的58年系列中，大洪水有1954年、1959年、1981年，一般洪水有1949年、1988年；而干旱年有1982年、1974年、1994年。历年洪水丰枯交替出现，变幅较大。一般间隔3-4年，多者7-8年就会出现一次丰水年。根据林家村（1944～2001）58年系列洪水资料，加1933年历史调查洪水Q=6890m3/S，进行频率分析采用皮-Ⅲ型频率曲线目估适线，得出林家村水文站不同频率的洪峰流量，再用面积比拟法换算到朱家滩水电站坝址处，其洪水成果详见表。表1—1洪峰流量成果表站名各种频率年径流量（亿m3）0.10%0.33%0.50%1%2%3.30%10%林家村9782799573786356534646263072朱家滩96147858725162475254454730191.5.2泥沙林家村水文站每年平均悬移质输沙量为1.5771亿t，推移质输沙量为0.0287亿t。1.5.3河道水位流量关系曲线天然情况下各断面水位流量关系曲线采用均匀流计算公式：式中：A——断面过水面积R——水力半径C——谢才系数，C=R1/6/n，n为糙率i——河道断面处纵向比降坝址河段纵比降i=3.5‰，河床糙率n=0.057，原河段天然河床断面水位流量关系曲线如下图。根据各站坝址处河段纵向比降i和n，可得各站坝址水位流量关系曲线。见图1—1。 图1—1原河段天然河床断面水位流量关系曲线 1.6地质资料本区属稳定性较差地区，区内次级构造活动痕迹明显，在基岩山体中，“X”型节理和小的褶曲较发育，在多期岩浆侵入活动影响下，岩体非常破碎。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）规定，工程区抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度为0.2g。1.6.1坝址区工程地质概况（1）地形地貌工程区位于秦岭中低山区，渭河蛇曲发育，自西向东流经本区，地面高度675m（渭河河谷）~1243.8（强家山）。渭河两岸山体陡峻，基岩大都裸露，局部表层覆盖少量坡积物和第四系黄土及黄土状土。渭河河道宽度200~400m，两岸阶地呈不对称发育，左岸大多数被侵蚀，右岸残留一级、二级及三级阶地，一级阶地高出河床4~5m，最宽可达400~500m，二、三级阶地仅残存一小部分。河谷两岸支流分布有一级阶地，阶地堆积物二元结构清晰，上部黄土、壤土夹碎石，下部卵（砾）石。（2）地层岩性上坝址引水枢纽位于码头村东北渭河干流上，该段河谷部宽150～300m，宽38～45m，河床高程679～683m，河漫滩表面高程682.31～686.59m，河床漫滩堆积的卵石层厚度13.0～22.1m。左坝肩山坡岩石体裸露，坡面倾角40～50度。右坝山坡高呈687.0m以下岩体裸露，岸坡陡立，以上为黄土斜坡，坡面角度20度左右，无不良物理地质现象。地质特性从上至下概况如下：中沙层（Q4a1+p1）：黄褐色，长石、石英质，均粒结构，稍湿—饱和，松散—稍密状态，层厚1.6-6.5m。卵石层（Q4a1+p1）：由石英岩、花岗岩碎块组成，亚园形，一般粒径5-8cm，最大30cm，充填沙15%。该层遍布场地，稍密状态，层厚3.9-14.7m。漂石层（Q4a1+p1）：由石英岩、花岗岩碎块组成，亚园形，一般粒径20-25cm，最大90cm，充填沙10%，松散—稍密，分布广，层厚1-13.6m。园砾层（Q4a1+p1）：由石英岩碎块组成，亚园形，一般粒径2-15mm，最大约50cm，充填沙10%，夹卵石薄层，松散— 稍密状态，在左岸呈凸镜体分布，层厚2-5.1m。基岩层（r5）：花岗岩，浅褐色，主要矿物为长石，石英岩次之，或黑云母，中粒结构，块状结构，少量裂隙，中等风化。基岩埋深17-26.3m，岩石分类为Ⅱ类。坝址处地层强透水层，渗透系数K=85.6m/天。中砂层有振动液化的可能，应挖去。1.6.2坝址基岩物理力学参数坝基砂卵石层物理、力学指标建议值表如下表1—2。表1—2砂卵石层物理力学指标建议值表地貌地层渗透系数(m/d)允许水力坡降（i）承载力基本值f0(kpa)变形模量E0(Mpa)摩擦系数f6砂卵石550.1380260.55两坝肩弱风化花岗岩岩体裂隙发育，比较破碎，岩石和饱和单轴抗压强度Rb=90～100MPa，岩体纵波速度Vp=2000～3750m/s，完整系数Kv=0.11～0.39，岩体的基本质量指标BQ=237～378，基本质量级别III～IV级，岩体物理、力学指标建议值如下表1—3。表1—3坝基岩体力学指标建议值表岩石名称密度抗剪断强度变形模量泊桑比ρf′cμg/cm3—MpaGpa—花岗岩2.450.80.650.3 第二章工程总体布置根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，朱家滩装机9600kw，为五等工程，即小（2）型水电工程，其主要建筑物为5级建筑物。故朱家滩水电站枢纽设计洪水标准为10年一遇，相应洪峰流量Q=3019m3/s，校核洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为Q=5254m3/s，厂区防洪标准为30年一遇洪水设计，相应洪峰流量Q=4547m3/s，50年一遇洪水校核，相应洪峰流量Q=5254m3/s。经多方案比较，朱家滩水电站选择枢纽布置在朱家滩村上游300m的渭河主干流上，上游距小水河汇入口1.8km。进水闸、冲砂闸布置在左岸，厂区布置在朱家滩下游100m渭河一级阶地上，该处的主流靠左岸，河岸开阔有利于布置水电站建筑物。本引水枢纽工程由三大部分组成，拦河溢流坝、冲沙闸及进水闸，附属工程有上游防渗、下游消能工程，包括消力池、海漫、防冲槽，工程范围内的两岸翼墙及护岸工程。右岸为进水闸，与溢流坝轴线夹角为34°，闸底板表面高程为681m，闸孔宽为2.5m，设胸墙顶部高程为695m，底部高程为685m,胸墙高10m。闸室用C30砼浇筑，闸门为宽2.5m，高4m的平面铸铁闸门。坝轴线垂直河道，坝布置在河中及左岸。溢流坝长130m，坝高14m，坝底宽15.3m，坝顶高程687.5m，坝底高程678.0m。坝体内填充M7.5浆砌石，表面为C15混凝土。冲沙闸布置在右岸靠近进水口一侧，冲沙闸3孔，每孔宽4m。冲沙闸为敞开式，上部设11m高胸墙，闸门为4×5m的平面铸铁闸门，四扇。左边墩厚2m，中墩宽2m，右边墩宽2m。闸底板顶面高程679m，闸关闭后闸门顶高程684m，。闸室顶部高程700m，工作闸门闸墩净高16m，上设启闭机及启机房；检修闸门闸墩净高11m。坝、冲沙闸下游均采用底流消力池消能，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。消力池底高程678.0m，池长39m，深2m，池尾槛高程为680.0m，池用C25混凝土浇筑。 有关设计规范见表5-1。表2-1有关设计规范序号名称标准编号1水利水电工程等级划分及洪水标准SL252—20002防洪标准GB50201—943水利工程水利计算规范SL104—954水利水电工程设计洪水计算规范SL44—935水工建筑物荷载设计规范DL5077—19976建筑结构荷载规范GB50009—20017水工混凝土结构设计规范SL/T191—20088水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）SDJ20—789堤防工程设计规范GB50286—9810城市防洪工程设计规范CJJ50—9211水利水电工程设计工程量计算规定SL328—200512水利水电工程初步设计报告编制规程DL5021—9313水利水电工程施工组织设计规范SL303—200414水电水利工程围堰设计导则DL/T5087—199915水电水利工程施工导流设计导则DL/T5114—2000 第三章溢流坝坝体设计3.1泄流方式选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。重力坝的泄水方式主要有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物；设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于中小型工程，采用开敞式溢流水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。3.2洪水标准的确定洪水标准的确定：本次设计的溢流重力坝是Ⅴ级建筑物，根据GB50201—94表采用10年一遇的洪水标准设计，50年一遇的洪水标准校核。3.3流量的确定流量的确定：根据基础资料可知，设计情况下，溢流坝的下泄流量为3019m3/s；在校核情况下溢流坝的下泄流量为5254m3/s。3.4单宽流量的选择一般来说，当河谷狭窄、基岩坚硬，且下游水深较大时，可选用较大单宽流量，以减小溢流前缘宽度，便于枢纽布置；当河床基岩较软弱或存在地质构造等缺陷时，该值应较小些。以往一般情况，软弱基岩20～50m3/(s.m),较好基岩50～70m3/(s.m),特别坚硬完整基岩100～150m3/(s.m)。由该坝址区的地质资料及工程地质概况可知该坝址处基础节理裂隙发育，岩石软弱，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，故可取单宽流量为45m3/（s.m）。 3.5孔口净宽的拟定孔口净宽拟定，分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度，计算成果如下表：表3—1不同情况下的孔口净宽计算情况流量(m3/s)单宽流量q〔m3/(s.m)〕孔口净宽B（m）设计情况3019(10%)4567.09校核情况5254(2%)45116.76根据以上计算，溢流坝孔口净宽取B=130m，因为溢流坝按一孔设计，则溢流前缘长度为L=130m。3.6定型水头的确定堰上最大水头Hmax=校核洪水位－堰顶高程=693.15-687.5=5.65（m）；定型设计水头Hd=（75%～95%）Hmax=4.24～5.37（m）；取Hd=4.8，Hd/Hmax=4.8/5.65=0.85，查表知坝面最大负压为：0.2Hd=0.2×4.8=0.96（m），小于规范的允许值（最大不超过3～6m水柱）,故最终确定Hd=4.8m，满足要求。3.7堰型的确定溢流面由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。设计要求：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体型简单，造价低，便于施工等。3.7.1顶部曲线段（1）由于WES溢流曲线的流量系数较大且剖面较瘦，工程量教省，坝面曲线用方程控制，容易找到切点位置，施工教方便，故采用WES溢流堰形式。WES溢流剖面堰型采用幂曲线公式如下： 其中—定型设计水头，为了防止出现负压和得到经济的剖面，采用堰顶水头Hd=(0.75～0.95)H0，取Hd=0.85H0=4.8m。a、b—系数，与堰的上游系数面倾斜坡度有关，由《水工建筑物》课本P106可知，当上游面为垂直的时候a=0.5,b=1.85；x、y——以堰顶最高点为原点坐标。化简为图3—1WES堰堰面曲线（2）堰顶曲线与堰下游面的连接点：堰顶曲线和下游坝面应该是光滑连接，即下游坝面直线是堰顶曲线在交接点的切线。这两条直线的斜率应相等。堰下游面坡度与非溢流坝段的下游面相同为1：m=1:0.7。设两曲线相交点坐标为（x,y）,易知下游坝面直线斜率为k=1.43,堰顶曲线在焦点处斜率为曲线方程对x求导： 3.7.2反弧段设计堰顶高程687.50m，坝基高程673.50m，溢流坝高度14m。堰顶上游为三段圆弧曲线，下游面为反弧段，堰面方程为；其后接直线段，坡比1：0.7；直线段后接反弧段，反弧半径根据下游收缩断面处水深hc来确定。hc是通过试算得到的。其具体试算过程如下表：表3—2上游水位流量关系H0ZH0/HdP1/HdmQhcqEoφhc"2.0689.50.42.90.4868.60.040.415.51.02.42.5690.00.52.90.51254.22.440.415.51.02.73.0690.50.62.90.51699.62.740.415.51.02.73.5691.00.72.90.52193.92.740.415.51.02.74.0691.50.82.90.52733.12.740.415.51.02.74.5692.00.92.90.53317.32.740.415.51.02.75.0692.51.02.90.53936.92.740.415.51.02.75.5693.01.22.90.54588.02.740.415.51.02.76.0693.51.32.90.55258.52.740.415.51.02.7由以上，试算得到收缩断面水深：hc=2.69m。下游反弧段半径宜为R=(4～10)hc，对于该溢流坝段，考虑到多种因素，取R=7m。一般情况下，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍，反映在该溢流坝上，底宽为9.8～12.6m。但是，考虑到该坝属于低坝，应尽量取大值，最终定为15.3m。3.8确定上游水位由上游水位流量关系，可以绘制上游水位流量关系曲线。绘制结果如下图： 图3—2上游水位流量关系曲线 由以上关系曲线可以查得：对应于校核流量Q=5254m3/s时的上游校核洪水位为693.5m，相应单宽流量为33.26m3/s，对应于设计流量Q=3019m3/s时的上游设计洪水位为691.75m相应单宽流量为19.11，m3/s。由下游水位流量关系曲线可以查得：对应于校核流量Q=5254m3/s时的下游校核洪水位为688.4m，对应的下游临界水深hK=4.83m，相应下游水深ht=10.4m，相应共轭水深为9.87m,淹没系数σj=1.05；对应于设计流量Q=3019m3/s时的下游设计洪水位为687m，对应的下游临界水深hK=3.34m，相应下游水深ht=9.1m,相应共轭水深为7.58m,淹没系数σj=1.20。当一般洪水标准情况下，取Q=868.55m3/s时的下游洪水位为685.3m，对应的下游共轭水深为4.13m,相应下游水深ht=6.9m,淹没σj=1.67。3.9消能防冲设计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。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》可知消能的设计原则是：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。3.9.1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。（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。采用底流消能时应保证消力池内形成稳定的水跃，避免产生回流。消力池内和尾坎前后要清理干净，不允许堆积石渣等杂物。（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，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。通过以上各种消能方式的优缺点分析及综合比较，以及考虑到该坝的自身情况及地质情况，最终确定适合该坝体的最佳消能工形式为底流消能。3.9.2消力池设计消力池是由一段护坦与尾坎成的，因此需要考虑护坦与尾坎两个方面。（1）护坦构造护坦厚度：由于消力池内水流高度紊流转台，脉动压力情况复杂，可按经验公式，也可以参照规范设计，一般大、中型水闸为0.5～1.0m ，长消力池也可以自上而下，采用不同的厚度，末端厚度为t/2，但不宜小于0.5m。在本次设计中，护坦厚度采用0.8m，且厚度均匀。护坦的材料和细部构造：校核情况下的临界水深为hk=4.83m,收缩断面水深hc=2.69m,则hkhc"",水流从收缩断面起要流动一段距离，使水深由hc增至ht,才开始发生水跃。由于下游的实有比能大，表面旋滚将涌向上游，并淹没收缩断面，形成淹没式水跃。淹没度系数公式因为前已判明建筑物下游水流为淹没式水跃衔接，ht>hc""，采用底流型衔接与消能，淹没度系数σj=1.05，护坦长度较小，消能效果比较好，则可修建消能坎，使坎前水位壅高，在池内发生稍有淹没的水跃，因为根据河底地形与高程，下游坝顶高程为678m,下游河道高程为680m,相当于在护坦末端加了一个2m高的消力坎。求池长LB:由Lj=6.9(hc""-hc)=6.9(9.87-2.69)=49.54m得LB=0.75Lj=0.75×48.714=38m则消力池长度不小于38m，故最后确定消力池池长LB=41m，坎高c=2m。3.10溢流坝稳定分析重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、泥沙压力及扬压力等，常取1m坝长进行计算。 荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。各种情况下相应荷载的计算如下：（1）自重W坝体自重的计算公式：式中：V—坝体体积，m³；由于取1m坝宽，可用断面面积代替，面积可从断面图上量取；—坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为25KN/m³）三种情况下自重均相同，且量取的断面面积为144.55㎡，则有：（2）静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解成水平水压力PH和垂直水压力PV两种。表3—3不同情况上下游水深特征水位上游水深H1（m）下游水深H2（m）上下游水位差（m）正常蓄水位687.5680.07.5设计洪水位691.8687.04.8校核洪水位693.5688.45.1计算各种情况下的静水压力：水平水压力PH计算公式为：式中：H—计算点处的水头，m；—水的重度，常取10KN/m³;垂直水压力PV按水重计算。 a.正常蓄水位：上游水平水压力：（→）下游水平水压力：（←）上游垂直水压力：下游垂直水压力：b.设计洪水位：上游水平水压力：下游水平水压力：上游垂直水压力：下游垂直水压力：c.校核洪水位：上游水平水压力：下游水平水压力：上游垂直水压力：下游垂直水压力： （1）扬压力U根据规范，排水处扬压力折减系数取，扬压力的计算过程如下：a.正常蓄水位b.设计洪水位c.校核洪水位（2）泥沙压力PS一般计算年限取50~100年，水平泥沙压力PS为：式中：—泥沙的浮容重，KN/m³；—坝前淤积厚度，m；—淤沙的内摩擦角，（）。故泥沙压力：各种荷载计算结果见表3.1。稳定分析：重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法进行验算。本设计采用抗滑稳定公式进行验算，计算时取单宽1m，计算公式如下：计算结果见表3.1，验算均满足抗滑稳定要求。 计算内容荷载基本组合荷载特殊组合正常挡水情况设计洪水情况校核洪水情况计算水位上游687.5691.8693.5下游680.0687.0688.4下游坝顶高程m678.0678.0678.0坝基面高程m673.5673.5673.5荷载自重kN3613.83613.83613.8压力体kN0.0615.0820.0上游静水压力kN980.01575.01721.3下游静水压力kN191.3506.3540.8泥沙压力kN240.6240.6240.6扬压力kN356.6787.3224.7∑WKN3257.23441.44209.0∑PKN1029.31309.31421.0抗滑稳定计算值KC1.71.41.6安全系数允许值[KC]1.21.11.0表3—4溢流坝稳定计算成果表如上表计算结果可见，重力坝的抗滑稳定系数KC满足荷载组合要求，即： 第四章冲沙闸设计4.1冲沙闸尺寸设计泥沙运动控制法，概念明确，方法简单。它是根据在进水闸前，能够造成“门前清”所需要的冲沙流量Q来确定的，基本上可以防止推移质泥沙进入进水闸，适用于丘陵和山区河流上建设的中小型水电站取水枢纽。已知泥沙平均粒径dpj=0.0367mm,设计能够冲沙的最大石块粒径dmax=5cm.,4.1.1泥沙止动流速的计算Uc为泥沙起动流速，根据河流泥沙情况可选用有关的公式计算。本设计选用张瑞瑾泥沙启动流速公式：则止动流速Uz为：4.1.2冲沙流速的计算(1)开启冲沙闸，要求沉沙槽断面流速达到能够冲洗槽内全部淤泥以及随冲沙水流带入槽内的群体泥沙，则冲沙流速为：式中，d0--冲沙流量相应的河道运动推移质泥沙的平均粒径； h0i--沉沙槽内水位至底板面上的水深。（2）另外，为使停留在沉沙槽内的单个粒径为d的大石块也能够冲到下游，要求槽内冲沙流速达到Vc＇可由库明试验公式计算。取VC与Vc＇中的较大值，作为沉沙槽的设计冲沙流速，则取Vc＝1.9m/s。在正常引水条件下，沉沙槽进口控制断面宽度b0，由下式计算：则沉沙槽设计冲沙流量：且流量系数：4.1.3沉沙槽尺寸的计算假设冲沙闸关闭，进水闸引水通过沉沙槽时的水流流速应小于等于限制入渠最小粒径泥沙的止动流速，使进入槽内的底沙沉落，利用这个原则确定沉沙槽的尺寸。在正常引水条件下，沉沙槽进口控制断面宽度：式中，Q0--进水闸引水的流量；h0--沉沙槽断面减去预留淤积厚度后的水深，为限制进入进水闸泥沙最小粒径dmin的止动流速； B--冲沙闸过流宽度。本设计取B=12m，闸门为3孔，每孔4m×5m(宽×高)。另外，由闸孔出流方程：Q=μBe单宽流量表达式：计算不同情况下冲沙闸的过流量，结果见下表4.2。表4—1不同情况下冲沙闸的过流能力计算来水情况上游水位上游水头h0闸门开度e流量系数μ冲沙流量Q单宽流量q校核洪水693.514.550.539545.545.46设计洪水691.7512.7550.531503.741.98正常蓄水位687.58.550.496384.532.044.1.4闸墩设计(1)作用：分隔闸孔并支撑闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。(2)外形轮廓：应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。其长度采用与闸底板同长，为18m。(3)厚度：中墩和边墩均厚2.0m。工作闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，门槽深0.3m，宽0.5m。检修闸门与工作闸门间距为4m。(4)高度：采用三种计算方法，取最大值。经过比较后取闸墩高度为16m.H墩=校核洪水位时水深+安全超高=14.5+1.5=16（m）H墩=设计洪水位水深+安全超高=12.75+1.5=14.25（m）H墩=正常挡水位水深+Δh=8.5+0.27+1.5=10.27（m）式中Δh为波浪高度。 4.1.5胸墙设计（1）作用：当水闸挡水高度较大时，可代替一部分闸门高度。(2)高度：顶部高程与边墩顶部高程相同，底部高程以不影响闸孔过水为准。所以顶部高程为695.00m，底部高程为684.00m，高度为11m。（3）由于胸墙高度较大，采用板梁式结构，材料为钢筋混凝土，厚度为60cm.4.1.6工作桥尺寸拟订(1)工作桥：工作桥是为拉安装启闭机和便于工作人员的操作而设的桥。若工作桥较高可在闸墩上部设排架支承。工作桥设置的高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面铸铁闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据工作需要和设计规范，设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。工作桥底部高程与闸室底板高程的差值约等于闸门高度的2倍再加1.01～1.5m的富余高度，所以工作桥底部高程为700.00m。4.1.7冲砂闸门闸门型式及操作运行共设4扇闸门，其中工作闸门3扇，检修闸门1扇；铸铁闸门，闸门尺寸宽×高=4m×5m。冲砂闸门的操作运行方式主要根据进水室前泥砂淤积情况而定，为了防止泥砂淤积超过681.00m而进入压力管洞必须及时启动冲砂闸冲砂排砂。冲沙排沙时机最好选择洪水期。因此，必须加强对泥沙淤积的监测制定冲砂排砂的运行操作方案。4.2冲沙闸防渗设计由于上下游水头较大，则作用在冲沙闸地板上的渗透压力较大，而冲沙闸不似溢流坝段压重较大，需在闸底板前设置防渗铺盖，用以降低闸底板的渗透压力，并在闸后设置排水管，用以降低侵润线，保证闸室稳定。设防渗铺盖，铺盖长度为闸上下游最大水头的3~5倍，由于冲沙闸所处地基岩性较好，按照3倍计算得： 则冲沙闸前防渗铺盖总长为22.5m。厚度用右式其中：△H—铺盖定地面的水头差，m[J]—材料的允许坡降若采用钢筋混凝土铺盖，可兼做阻滑板，厚度不宜小于0.4m，在与底板连接处应加厚至0.8~1.0m，并用沉降缝分开，缝中设止水。根据设计规范，将铺盖长度取22.5m，厚度取1m.设置防渗铺盖后，冲沙闸底板上作用的渗透压力减小为：1.正常蓄水位情况下：2.设计洪水位情况下：3.校核洪水位情况下：4.3冲沙闸闸室稳定验算闸室的稳定性是指闸室在各种荷载作用下，满足：①平均基底压力不大于地基的容许压力；②不发生明显的倾斜，基底压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值；③不至沿地基面或深层滑动。通过计算，得闸室抗滑稳定计算成果见表4—2，闸室应力稳定计算见表4—3。1.闸室沿地基面抗滑稳定验算 表4—2冲沙闸室抗滑稳定计算成果表计算内容荷载基本组合荷载特殊组合正常挡水情况设计洪水情况校核洪水情况计算闸上m687.5691.8693.5水位闸下m680.0687.0688.4闸孔底板m679.0679.0679.0基面高程m678.0678.0678.0荷载闸房kN50.050.050.0启闭机及人群荷载kN15.015.015.0交通桥kN50.050.050.0胸墙kN110.0110.0110.0边墩kN900.0900.0900.0底板kN625.0625.0625.0闸门kN62.962.962.9垂直水压力kN520.71186.41341.3浮托力kN108.0459.0534.6渗透压力kN300.0190.0204.0水平水压力kN350.0584.1660.5∑WKN1925.62350.42415.6∑PKN350.0584.1660.5抗滑稳定计算值KC3.02.22.0安全系数允许值[KC]1.21.11.0 抗滑稳定验算采用抗剪强度公式，按下式计算：式中：K—沿闸基面的抗滑稳定安全系数；f—闸基面与地基之间的摩擦系数，取0.6；∑Ｗ—作用在闸上的全部竖向荷载（包括扬压力）；∑P—作用在冲砂闸坝段上的全部水平荷载；抗滑稳定计算结果表明，安全系数满足条件：地基应力计算：式中：---闸室基底应力的最大值或最小值(kPa)；∑W---作用在闸室上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在内,kN)；∑M---作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩(kN.m)；A---闸室基底面的面积(m2)；B---计算截面的长度。　 表4—3冲沙闸室应力稳定计算成果表应力计算（Kpa）荷载基本组合荷载特殊组合正常挡水情况设计洪水情况校核洪水情况荷载大小KN偏心距m弯矩KN·m荷载大小KN偏心距m弯矩KN·m荷载大小KN偏心距m弯矩KN·m荷载闸房kN50.02.0100.050.02.0100.050.02.0100.0启闭机及人群荷载kN15.02.030.015.02.030.015.0-1.0-15.0交通桥kN50.02.0100.050.02.0100.050.0-1.0-50.0胸墙kN110.01.6176.0110.01.6176.0110.01.6176.0边墩kN900.00.00.0900.00.00.0900.00.00.0底板kN625.00.00.0625.00.00.0625.00.00.0闸门kN62.92.0125.962.92.0125.962.92.0125.9垂直水压力kN520.75.52863.81186.4135.11341.3181.7浮托力kN108.00.00.0459.00.00.0534.60.00.0渗透压力kN300.0-3.0-900.0190.0-3.0-570.0204.0-3.0-612.0水平水压力kN350.0-4.1-1005.9584.1-2757.7660.5-3530.9求和∑MKN·m1489.8-2660.7-3624.2∑WKN1925.62350.42415.6∑PKN350.0584.1660.5应力计算σmaxKpa6.79.010.1σminKpa4.04.13.4η1.72.23.0[η]2.52.53.0 4.4消能防冲设计冲沙闸消能防冲设计选用底流式，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。采用底流消能时应保证消力池内形成稳定的水跃，避免产生回流。消力池内和尾坎前后要清理干净，不允许堆积石渣等杂物。图4—1冲沙闸泄流示意图4.4.1消力池长度计算Lj=6.9(h″-hc)Lsj=Ls+βLj式中:Lsj--消力池长度（m）；Ls--消力池斜坡段水平投影长度（m）；β--水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8；Lj--水跃长度（m）；式中Ls=4。 表4—4冲沙闸消力池长度计算成果表洪水情况上游水头闸门开度侧收缩系数ɛ2收缩断面水深hc跃后水深hc＇＇池长校核洪水14.550.6283.1410.1442.64设计洪水12.7550.6253.1258.9536.15正常蓄水位8.550.6583.296.521.72取Lsj=43m.表4—5消力池深度计算成果表洪水情况上游水头(m)闸门开度(m)侧收缩系数ɛ2收缩断面水深hc(m)跃后水深hc＇＇(m)下游水深(m)淹没度校核洪水14.550.6283.1410.1410.40.03设计洪水12.7550.6253.1258.9590.01正常蓄水位8.550.6583.296.520.31由上表可以看出在正常蓄水位情况下，冲沙闸下游将发生远趋式水跃，因此需要在消力池尾部设围坎。 4.4.2消力池深度式中：d--消力池深度（m）;σ0--水跃淹没系数，可采用1.05～1.1;hc″--跃后水深（m）；hs′--出池渠道水深（m）；△Z--出池落差（m）计算得d<0,尾坎高度设计为2m。4.4.3消力池底板厚度计算消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求,分别按下式计算,并取其大值.抗冲t=抗浮其中：t---消力池底板始端厚度(m)；ΔH"---闸孔泄水时的上,下游水位差(m)；k1---消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20.k2---消力池底板安全系数,可采用1.1～1.3；U---作用在消力池底板底面的扬压力(kPa)；W---作用在消力池底板顶面的水重(kPa)；Pm---作用在消力池底板上的脉动压力(kPa),其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%；通常计算消力池底板前半部的脉动压力时取"+"号, 计算消力池底板后半部的脉动压力时取"-"号；γb---消力池底板的饱和重度(kN/m3).消力池末端厚度,可采用t/2,但不宜小于0.5m.表4—6消力池底板厚度计算上游水位下游水位上下游水位差单宽流量K1闸底板厚度校核水位693.5688.45.145.50.181.52设计水位691.756874.7541.970.181.43正常蓄水位687.56789.532.040.181.49取闸底厚度t=1.5m.4.4.4排水设备采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做到既减少渗压又避免渗透变形。(1)水平排水。水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是由2-3层不同粒径的砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足：被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层；各层次的颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水畅通；同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设计中的反滤层有碎石、中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为15cm厚的中砂，下部为15cm厚的细砂。(2)铅直排水设计。本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔下设反滤层。(3)侧向排水设计。侧向排水布置应根据上、下游水位、墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。在消力池两岸翼墙设2-3 层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。4.4.5止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和水平止水两种。前者设在闸墩中间、边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉陷缝内。在黏土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。4.4.6上下游岸坡防护为了保护上下游翼墙以外的河道两岸不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用浆砌石护坡，厚0.3m，上游设计高程为695m,下游设计高程为689.5m。保护范围上游自铺盖向上延伸2-3倍的水头，下游自防冲槽向下延伸4-6倍的水头。 第五章进水闸设计进水闸是建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。又称取水闸或渠首闸。5.1基本资料5.1.1基本尺寸确定进水闸布置在大坝左岸上游，进水方向与大坝轴线接近平行，与大坝轴线夹角34°。该处的主流靠左岸，有利于取水建筑物取水，以供灌溉和发电之用。进水闸共两孔，孔口尺寸高×宽为4×2.5m,共设4扇闸门，其中工作闸门两扇，检修闸门两扇，选用平板铸铁钢闸门，尺寸高×宽为4.4×3.3m。边墩墩头半径0.75m，闸门槽深0.5m，门槽处闸墩厚度1m；中墩墩头半径1m，槽深0.5m,门槽处厚度为1m，闸墩采用钢筋混凝土C20浇筑。胸墙靠闸门的外侧圆弧半径取0.8m，内侧半径取0.4m，即胸墙的厚度为0.4m。工作闸门与检修闸门之间的净距为1～3m，此次计算取3m。在检修闸门之前，墩头圆弧段之后设置拦污栅，用于拦阻水流挟带的水草、漂木等杂物（一般称污物）。拦污栅由边框、横隔板和栅条构成，支承在混凝土墩墙上，一般用钢材制造。栅条间距视污物大小、多少和运用要求而定。水电站用的栅条间距取决于水轮机型号及尺寸，以保证通过拦污栅的污物不会卡在水轮机过流部件中为准。拦污栅所受荷载除自重外，主要是污物堵塞后，在栅前后由于水位差形成的水荷载，一般按2～4m水头考虑。拦污栅的栅面尺寸决定于过栅流量和允许过栅流速。当水流通过拦污栅栅条之间的间隙时,因受栅条的阻拦,水流断面收缩将产生水头损失;当水流通过拦污栅后由于断面扩大,流速又减缓,因而又产生水头损失。水流通过拦污栅的水头损失可按下式计算:式中为栅前平均流速;为栅条的水头损失系数。5.1.2基本高程确定进水闸底板高程至少高出冲沙闸底板1.5～2m ，以保证泥沙在沉沙闸前沉淀下来，在闸门开启时被冲到下游，从而能够保证进水闸能够取到清水。此次计算取进水闸与冲沙闸的高程差为2m。由前面冲沙闸的计算可知，进水闸的底板高程为681m,底板厚度取为1m。规范中规定：水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况来确定，挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高当水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值和。表5—1水闸安全超高下限值(m)水闸级别1234,5运用情况挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.510.70.5校核洪水位10.70.50.4经过前面的计算，可知大坝上游校核洪水位为693.5m，安全超高下限值为0.4m，考虑到波浪爬高，故取安全超高1.5m，这样，水闸闸顶高程为695m。胸墙顶尽可能与闸顶齐平，正常蓄水位与胸墙底齐平，因此胸墙高度为7.5m。5.2水力计算5.2.1过闸流速确定进水闸设计引水流量为94.1m3/s,过栅流速及过闸流速相等，即:;5.2.2水头损失计算局部水头损失系数：ζ1=0.110，ζ2=0.200，ζ3=0.200,ζ4=0.050；水流过拦污栅时的局部水头损失： 水流过闸门时的局部水头损失：水流过闸门槽时的局部水头损失：水流过渐变段时的局部水头损失：总水头损失：Δh=Δh1+Δh2+Δh3+Δh4=0.63m；5.2.3进水闸过流能力验算该进水闸过流按闸孔出流计算，所用基本公式：其中：为流量系数，按下式计算其中：σs=1，代表淹没系数；b=2×2.5=5m，为闸门总净宽;H--在正常蓄水位时取6.5m,在设计洪水位时取10.5m；e--闸门开度；H0--指闸前全水头；ε2--根据e/H的值,查规范得0.644;上式中，e与H0通过试算求出来，试算过程如下：流量Q为设计引水流量94.1m3/s，先假定一个e/H值，查规范，对每个e/H值，都对应一个ε2，根据e/H值与H值计算出开度e，再根据基本公式反算出闸前全水头H0，闸前全水头是根据闸前水头H来确定的：由于闸前全水头H0还要考虑闸前流速水头H，因此H0大于H，但是闸前流速很小，因此H0与H的差值很小，当H0稍微大于H时，可认为此时的H0为闸前全水头，对应的开度e 即为对应水位情况下满足设计引水流量时的开度。再由流量系数计算公式算出流量系数μ，流量系数μ应满足不大于0.6的条件，来验证该水流确为闸孔出流。经试算得：（1）在正常蓄水位情况下，闸前全水头为6.805m，对应开度e=3.185m,流量系数μ=0.512，流速水头为0.305m，满足闸前流速很小的事实，μ<0.6,符合空口出流情况；（2）在设计洪水位情况下，闸前全水头为10.938m，对应开度e=2.344m,流量系数μ=0.548，流速水头为0.438m，满足闸前流速很小的事实，μ<0.6,符合孔口出流情况。（3）在校核洪水位情况下，没有引水要求，闸门不开启，只要求满足挡水要求，这可以通过控制闸顶高程来实现。在以上三种情况下，该进水闸在孔口尺寸为4×2.5m时，均满足对过流能力的要求。相应的计算过程见下表： 正常蓄水位情况下进水闸闸门开度试算e/Hε2σsQbHeH0μ0.10.615194.156.50.6549.505182450.7637.83512458.598125.4390.5839320.150.618194.156.50.97532.843241078.67911.809981090.48855.63720.5845270.20.62194.156.51.324.55297602.848415.7976618.64631.56360.5820430.2180.61928194.156.51.41722.55185508.58617.19939525.785426.82580.5792230.220.6208194.156.51.4322.29212496.938617.39978514.338426.24180.5803090.250.622194.156.51.62519.57922383.345819.8107403.156520.56920.5768060.290.6244194.156.51.88516.81376282.702523.06908305.771615.60060.5709650.30.625194.156.51.9516.2377263.662923.8875287.550414.67090.5691520.350.628194.156.52.27513.85154191.865228.00252219.867711.21770.5579010.40.63194.156.52.612.08162145.965632.1048178.07049.085220.5424380.450.638194.156.52.92510.60456112.456636.57654149.03327.603730.5270510.490.6436194.156.53.1859.65414193.2024440.17737133.37986.805090.5116410.50.645194.156.53.259.44052289.1234641.0865130.216.643370.507474 设计洪水位情况下进水闸闸门开度试算e/Hε2σsQbHeH0μ0.10.615194.1510.751.07529.93336896.006312.95805908.964346.37570.5806810.1050.6153194.1510.751.1287528.49407811.911813.61259825.524442.11860.5803060.110.6156194.1510.751.182527.18563739.058314.26776753.32638.4350.5798650.1250.6174194.1510.751.3437523.8536568.994416.26077585.255229.860.5789330.150.618194.1510.751.612519.8587394.368119.53189413.921.11730.5736830.20.62194.1510.752.1514.84598220.403226.1268246.5312.57810.5575020.2180.61928194.1510.752.343513.636185.940628.44514214.385710.9380.5484750.220.6208194.1510.752.36513.47896181.682228.77656210.458810.73770.5485360.250.622194.1510.752.687511.8386140.152432.76385172.91628.822260.5325410.290.6244194.1510.753.117510.16646103.356938.15271141.50967.219880.5074810.30.625194.1510.753.2259.81814396.3959439.50625135.90226.933790.5005840.350.628194.1510.753.76258.3753570.1464846.31186116.45835.941750.463509 另外，进水闸过流能力仍可以通过以下方法来验证：（4）将闸门置于全开状态。在正常蓄水位情况下，其过闸流量为：（5）在设计洪水位情况下，其过闸流量为：在以上两种情况下，孔口尺寸均能满足过流能力的要求，且在正常蓄水位情况下，闸孔开度为3.185m，利用率较高，因此，可以认为孔口尺寸的设计较为合理。水流过闸室后，经过一段渐变段，进入隧洞，以供发电和灌溉之用。 第六章细部构造设计6.1坝顶构造坝顶路面应具有2～3％的横向坡度，并设置砼排水沟(30×30cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）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，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m设一对照明灯，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。6.2坝体的分缝横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求；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。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1.5～4.0m；在靠近基岩面附近用0.75～1.0m的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。该溢流坝段长度为130m，因此在坝段距两端15m处设横缝，中间设5条间距为20m的横缝。6.3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1.0～1.6mm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0.5～2.0m（本设计采用1.0m），每侧埋入砼的长度约为20～25cm（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1.0～1.5m，厚5～10cm（本设计采用1m×10cm），沥青井尺寸大致为15cm～15cm至25cm～25cm（本设计采用20cm×20cm），井内灌注的填料由二号或三号是由沥青，水泥和石棉粒组成，井内设加热设备（通常采用电加热的方法），将钢筋埋入井中，并以绝缘体固定，从底部一直通到坝顶，在井底设置沥青排出管，以便排除老化的沥青，重填新料，管径可为15～20cm。止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约30～50cm，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。图6-1止水设计1—第一道止水铜片；2—沥青井；3—第二道止水铜片；4—预制块；5—横缝6—沥青油毡；7—加热电极6.4混凝土标号分区砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同,对砼材料性能指标的要求也不同,为了满足坝体各部分的不同要求,节省水泥用量及工程费用,把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区,选用不同的强度等级和性能指标,一般分为6个区,见下图（5-2）。 图6-2坝体混凝土分区示意图Ⅰ区—上、下游水位以上坝体表层砼，其特点是受大气影响；Ⅱ区—上、下游水位变化区坝体表层砼，既受水位的作用也受大气影响；Ⅲ区—上、下游最低水位以下坝体表层砼；Ⅳ区—坝体基础砼；Ⅴ区—把体内部砼；Ⅵ区—抗冲刷部分的砼。为了便于施工，选定各区域砼等级时，各类别应尽量少,相邻区的强度等级不得超过两级，分区的厚度一般不得小于2～5m，以便浇筑施工，分区对混凝土性能的要求见下表，表中“++”表示选择各区同等级的主要控制因素，有“+”的表示需要提出要求；有“-”的为不需要提出要求。表6-1坝体各区对混凝土性能的要求分区强度抗渗抗冻抗冲刷抗侵蚀低热最大水灰比选择各区厚度的主要因素严寒寒冷地区温和地区I+-++--+0.550.60抗冻II++++-++0.450.50抗冻、抗裂III+++++-++0.500.55抗渗、抗裂IV++++-+++0.500.55抗裂V++++--++0.650.65VI++-+++++++0.450.45抗冲、耐磨 6.5坝体排水坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕，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），以便于检修管距可采用采用3m，排水管幕距上游坝面的距离，一段要求不小于坝前水深的1/10～1/12，且不少于2m，（1/10～1/12）（104.14～107.1）=（8.68～10.71）m故根据规定排水管设置在距上游面9m处，以使渗透坡降控制在允许范围内。排水管采用预制多孔混凝土管，内径可为15cm～25cm（取20cm），随着坝体混凝土的浇筑而加高。渗入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30cm×30cm，低坡3%，排水管施工时必须防止被混凝土的杂物等堵塞。排水管与廊道的连通采用直通式，如图5-3所示。6.6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。6.5.1坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇灌到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门水洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，取5m。灌浆廊道兼有排水作用，并在其上游侧设排水沟，下游侧设坝基排水孔幕，在靠近廊道最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后经由水泵抽水排至下游坝外。6.5.2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15～30m设置检查和排水廊道，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0.05～0.07倍水头，且不小于3m,该重力坝选取7m，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。排水廊道断面尺寸统一拟定为2m×2.5m，城门洞形。 第七章地基处理设计天然地基，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。7.1清基开挖7.1.1开挖原则地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、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，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上，减少开挖。坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。7.1.2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0.5～1.0m，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0.2～0.3m的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。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。7.1.3坝基清理基岩开挖后，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、洞等均应回填封堵。7.2坝基加固固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。 图7—1采用浅孔低压灌注法灌入水泥浆，以提高基岩的弹性模量、抗渗性和强度等。在坝踵、坝址附近灌注孔相对较密，呈梅花形布置，其他部位疏一些。孔距排距由灌浆试验确定，一般从10～20m开始，采用内插逐步加密的方法，最终约为3～4m，本设计取4m。孔深5～8m，必要时还可适当加深，帷幕上游区的孔深一般为8～15m。钻孔方向垂直于基岩面。当存在裂隙时，为了提高灌浆效果，钻孔方向尽可能正交于主要裂隙面，但倾角不能太大。7.3防渗排水7.3.1帷幕灌浆（1）帷幕灌浆目的帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。（2）帷幕灌浆范围 防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在100以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层3～5m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗要求确定，通常采用坝高的0.3～0.7倍。帷幕深入两岸的部分，原则上也应达到上述标准，并与河床部位的帷幕保持连续，形成连续的不透水的防渗墙。当相对隔水层距地面不远时，帷幕应深入岸坡与该层相衔接。当相对隔水层埋藏较深时，可深到原地下水位线与最高枯水位的交点B处，如图6-2，在BC′以上设置排水，以降低水库蓄水后库岸的地下水。图7-2防渗帷幕沿坝轴线的布置1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—灌浆平洞；5—排水孔；6—最高库水位；7—原河水位；8—防渗帷幕底线；9—原地下水位线；10—蓄水后地下水位线（3）帷幕灌浆设计防渗帷幕的厚度应当满足抗渗稳定要求，即帷幕的渗透坡降不能超过规定的容许值，见表7-1。表7-1防渗帷幕的容许渗透坡降帷幕区的透水率q（Lu）帷幕区的渗透系数k(cm/s)容许渗透坡降J＜5＜1×10-410＜3＜6×10-515＜1＜2×10-520 灌浆所能到的帷幕厚度l与灌浆孔排数有关，如图所示，当由n排灌浆孔时，l=(n−1)c1+c"此处，c1为灌浆孔排距，一般c1=（0.6～0.7）c；c为孔距；c"为单排灌浆时的帷幕厚度，c"=（0.7～0.8）c。帷幕灌浆孔的排数，在一般情况下，高坝可设两排，对地质条件差的地段还可适当增加。当帷幕由n排灌浆孔组成时，一般仅其中一排孔钻灌至设计深度，区域各排的孔深可取设计深度的1/2～1/3。孔距一般为1.5～4.0m，排距宜比孔距略小。本次设计属高坝，所以帷幕设两排，孔距取3.0m。钻孔方向可以是铅直的，也可有一定的倾斜度，依工程地质情况而定，帷幕灌浆必须在浇灌一定后的坝体混凝土后施工。灌浆压力一般应通过实验确定，通常在帷幕表层段不宜小于1～1.5倍坝前静水头，在孔底段不宜小于2～3倍坝前静水头，但应以不破坏岩体为原则。7.3.2坝基排水为进一步降低坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕。根据规定要求，坝基的排水孔幕在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角为15°，孔距取3m，孔径为200mm。孔深为10m，沿坝轴线方向设置一排。7.4软弱带处理7.4.1断层破碎带的危害断层破碎带的强度低，压缩变形大，易于使坝基产生不均匀沉降，引起不利的应力分布，还会使坝至坝体开裂。如果破碎带与水库相同，还会使坝底的渗透压力加大，甚至产生机械或化学管涌，危及大坝安全。7.4.2断层破碎带处理措施对倾角较陡的走向近于顺河流流向的破碎带，可采用开挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞，其高度可取断层厚度的1～1.5倍，且不小于1.0m，见图。如破碎带延伸至坝体上、下游边界线以外，则混凝土塞也应向外延伸，延伸长度取为1.5～2.0 倍混凝土塞的高度。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的陡倾角断层破碎带，因为它将导致坝基渗透压力或坝体位移增大。如难以避开，也可用混凝土塞，但其开挖深度要比近于顺河流流向的大，约为1/10～1/4坝底宽度，如图6-3（b）。'