水工建筑物设计.doc

'水工建筑物课程设计——平山水利枢纽指导老师：姓名：王晓辉班级：专业：水利水电工程 一基本资料及数据设计第一节基本资料1概况平山水库位于G县县城西南3公里处的平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长28公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为431平方公里；沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为、62.5m；河床比降3‰，河流发源于苏塘乡大源锭子，这个流域物产丰富，土地肥沃，下游盛产稻麦，上游蕴藏着丰富的竹子、木材等土特产。由于平山河为山区性河流，雨后山洪常给农作物和村镇造成灾害，另外，当雨量分布不均匀时，又易造成干旱现象，因此有关部门对本地区做了多次勘测以开发着棵的水利资源。2枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养鱼及供水等任务进行开发。据初步规划，本工程灌溉面积为20万亩（高程在102m以上），装机容量9000千瓦。防洪方面，由于水库调洪作用，使平山河下游不致洪水成灾，同时配合下游睦水水利枢纽，对睦水下游也能起到一定的防洪作用，在流域规划中规定本枢纽通过设计洪水流量时，控制最大泻流流量不超过900m³/s。在航运方面，上游库区能增加航运里程20公里，下游可利用发电尾水等航运条件，使平山河下游四季都能筏运，并拟建竹木最大过坝能力为25吨的筏道。3地形地质概况地形情况：平山河流域多为丘陵山区，在[平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°～70°，地势高差都在80～120m，河谷冲割很深，山脉走向大约为东西方向，岩基出露很好，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更显著形成S形，沿河滩及坡积层发育，尤以坝址下游段的平山咀下游一带及坝下陈家上游一嗲更为发育，其他地方则很少，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。地质情况：靠上游有泥盆五通沙岩，靠下游有二叠纪灰岩，几条坝轴线皆落在五通沙岩上面。地质构造特征有：在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东南，倾向大致向北西，在第一坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，在100多米范围内就有三、四处小断层，产状凌乱，坝区右岸破碎深达60多米的钻空岩芯获得率仅为20%，可见岩石裂隙十分发育。岩石的渗水率都很小，右岸一般为0.001～0.01，个别达到0.07～0.08，而左岸多为0.001～0.01。 坝区下游石灰岩中，发现两处溶洞，平山咀大溶洞和大泉眼大溶洞，前者对大坝及库区无影响，但后者朝东南方向发展的话，则可能通向库壁，待将来蓄水后，库水可能顺着溶洞流到库外，为此，目前正加紧勘测工作，以便得出明确结论和处理意见。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5～5.0m，K=1×10cm/s，浮容重V浮=10.4KN/m³，内摩擦角Φ=35°。4水文、气象1）水文：由于流域径流资料缺乏，设计年月径流量及洪水量不能直接由实测径流分析得到，必须通过降雨径流见解推求。根据省水文站由C城站插补延长得三天雨量计算频率；千年一遇雨量498.1mm，二百年一遇雨量348.2mm，五十年一遇雨量299.9mm，雨洪峰流量Q%=1860m³/s，Q%=1550m³/s，Q%=1480m³/s，多年平均来水量为4.55亿³。2）气象：多年平均风速10m/s，水库吹程D=9Km，多年平均降雨量430mm/年，库区气候温和，年平均气温16.9℃，年最高气温40.5℃，年最低气温-14.9℃。5其他1）坝顶无交通要求；2）对外交通情况水路：由B城至溪口为、南江段上水，自溪口至C城系睦水主流，为内河航运，全长256公里，可通行3～6吨木船，枯水季节只能通行3吨以下的船只，水运较为困难。公路：附近公路干线为AF干道，B城至C城段全长为356KM，晴雨无阻，但目前C城至坝址尚无公路通行。铁路：D城为乐万铁路，由B城至D城180KM，至工地还有53公里。3）地震：本地区为5～6度，设计时可不考虑。第二节设计数据1工程等级：根据规范自定。2水库规划资料1）正常水位：113.10m2）最高洪水位（校核）：113.50m3）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）4）灌溉最低库水位：104.0m5）总库容：2.00亿m³6）水库有效库容：1.05亿m³7）库容系数：0.5758）发电调节流量Q=7.35m³/s，相应的下游水位68.2m；9）发电最大引用流量Q=28m³/s，相应的下游水位68.65m；10）通过设计洪水位时（Q%），溢洪道最大泻量Q=1340m³/s，相应下游最高洪水位74.3m。通过校核洪水位流量时，溢洪道最大泄水量Qmax=1660m3/s，相应下游最高洪水位75.0m。 3枢纽组成建筑物1）大坝：布置在1＃坝轴线上；2）溢洪道：堰顶高程为107.50m；3）水电站：装机容量为9000千瓦，三台机组，厂房尺寸为30×9平方米；4）灌溉：主要灌溉区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m³/s，相应最大渠道水深1.75m，渠底宽为3.5m，渠道边坡1：15）水库放空遂洞：为便于检修大坝和其他建筑物，拟利用导流遂洞做放空洞，洞底高程为70.0m，洞直径为3.5m；6）筏道：为干筏道，上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3，转运平台高程115.0m，平台尺寸为30×30m²。4筑坝材料枢纽大坝采用当地材料筑坝，根据初步勘察，土料可才用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用、。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口出两岸河滩开采。石料可利用采石场开采，采石场可利用坝22下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量较好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。1）土料：主要有粘土和壤土，可采用坝下游1.5～3.0公里丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般土质尚佳，可做筑坝之用。起性能见附表1；2）砂土：从坝下游0.5～3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，其性能见附表2；3）石料：可在坝址下游附近开采，石质为石灰岩及砂岩，质地坚硬，储量丰富，便于开采，其性能见附表3。附表1土料特性表土壤类别干容重（KN/m³）最优含水率（%）空隙率n（%）内摩擦角Φ粘着力（Kp）渗透系数K（cm/s）粘土15.4254018°30´371×10壤土15.814.541.723°41´121×10坡土16.022.539.822°（湿）33°（干）7.5（湿）1×10附表2砂土特性表土壤类别干容重（KN/m³）空隙率n（%）内摩擦角Φ渗透系数K（cm/s）浮容重´（KN/m³）砂土1640.630°1×1010.06 附表3石料特性表干容重（KN/m³）空隙率n（%）内摩擦角Φ1.83.338°二枢纽布置（一）工程等别及建筑物级别1.水库枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。2.工程规模根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程规模如下：（1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩，属Ⅲ等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程。（2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道，水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。（二）各组成建筑物的选择1.挡水建筑物型式的选择在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。（1）重力坝方案从枢纽布置处地形地质平面图及1#坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质页岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，目前C城至坝址尚无铁路、公路通行，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。（2）拱坝方案修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，无建拱坝的可能。（3）土石坝方案土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土石坝方案。 2.泄水建筑物型式的选择土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。3.其它建筑型式的选择（1）灌溉引水建筑物采用有压式引水隧洞与灌溉渠首连接。进口设有拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段；洞身采用钢筋混凝土衬砌；出口段设有一弯曲段连接渠首，并采用设置扩散段的底流消能方式。主要灌区位于河流右岸，渠首底高程102m，灌溉最大引用流量8.15m3/s，相应渠道最大水深1.75m，渠底宽3.5m，渠道边坡1∶1。（2）水电站建筑物因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，所以这里用单元供水式引水发电。（3）过坝建筑物主要是筏道，采用干筏道。起运平台高程115.00m平台尺寸为30×20m2，上游坡不陡于1∶4，下游坡不陡于1∶3。（4）施工导流洞及水库放空洞施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m。（三）枢纽总体布置方案的确定挡水建筑物——土石坝（包括副坝在内）按直线布置在河弯地段的1#坝址线上，泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；施工导流洞及水库放空洞布置在左岸的山体内。综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。三土坝设计（一）坝型选择影响土石坝坝型的因素有：坝高；建筑材料；坝址区的地形地质条件；施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；枢纽开发目标和运行条件；土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5~3.5公里的丘陵与平原地区的土料，且储量特别多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1~3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料利用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩、质量良好，质地坚硬、岩石出露、覆盖浅，易开采。 从建筑材料上说，均质坝、多种土质分区坝、心墙坝、斜墙坝均可。1.均质坝坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。2.多种土质坝该坝型显然可以因地制宜，充分利用包括石渣在内的当地各种筑坝；土料用量较均质坝少，施工气候的影响也相对小一些，但是由于多种材料分区填筑，工序复杂，施工干扰大，故也不选用多种土质分区坝。3.斜墙坝斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。4.心墙坝心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。综合以上分析，最终选择心墙坝。（二）大坝轮廓尺寸的拟定大坝轮廓尺寸包括坝顶高程、坝顶宽度、上下游坝坡、防渗排水设备等。1.坝顶宽度本坝顶无交通要求，根据施工条件和防汛抢险需要以及以往工程的统计资料，对于中低坝取5-10m。本设计坝顶宽度采用B=7.0m。2.坝坡因最大坝高约115.0-62.50=52.5m,故采用三级变坡。（1）上游坝坡：从坝顶到坝踵依次为1:2.75；1:3;1:3.25（2）下游坝坡:从坝顶到坝踵依次为1:2.5;1:2.75;1:3.0（3）马道:第一级马道高程为62.5+20=82.5m,第二级马道高程为102.5m,马道宽度取2.0m。3.坝顶高程坝顶高程等于水库静水位与超高Y之和，并分别按以下运用情况计算，取最大值：①正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。最后需预流一定的坝体沉降量，此处取坝高的1%。计算公式采用下列算式：, 式中：——波浪在坝坡上的最大爬高，m；——最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值，m；=0.01m;——安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表1-1确定。——坝前水域平均水深，粗略估计为50m；——综合摩阻系数，其值变化在（6~12）之间，计算时一般取;b——风向与水域中线的夹角，（）；——计算风速和水库吹程；表1-1安全加高（单位：m）运用情况坝的级别1级2级3级4、5级正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3该坝属于2级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用情况下1.0m，非常运用情况下0.5m。下面采用我国水利水电科学研究院推荐的计算波浪在坝顶上的爬高：式中：——设计波高，；m——坝坡坡率，取m=3.0；n——坝坡护面糙率，取n=0.025由所给的设计资料中只有多年平均风速=10m/s，故取正常运用情况和非正常运用情况波高均为==0.614m，则。两种计算成果见表1-３运用情况静水位（m）（m）e(m)A(m)坝顶高程（m）考虑1%沉陷 设计洪水113.10.84230.011114.95114.95116.09校核洪水113.50.84230.010.5114.85坝顶高程最后结果：116.10m。验算：坝顶高程116.10m均大于设计洪水位（正常蓄水位）+0.50m即113.10+0.50=113.60m；校核洪水位113.50m。所以满足要求。（三）渗流计算1.　渗流计算的基本假定1）心墙采用粘土料，渗透系数,坝壳采用砂土料，渗透系数,两者相差倍，可以把粘土心墙看做相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔行降落水头的作用。2）土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律平均流速v等于渗透系数Ｋ与渗透比降i的乘积，v=Ki；3）发生渗流时土体的空隙体积不变，饱和度不变，渗流为连续的。2.　渗流计算条件：流计算时应考虑以下组合情况，取其最不利情况作为控制条件：1）上游正常水位，下游相应的最低水位；2）上游校核洪水位相应的下游最低水位；3）对上游坝坡最不利的库水降落后的落差。由于缺乏资料所以拟定如下工况进行计算：设计洪水位（取与正常蓄水位）113.10m，相应的下游最低水位为74.3m；校核洪水位113.50m，相应的下游水深为75.00m。3.渗流分析的方法采用水利学法进行土坝渗流计算。将坝内渗流分为若干等份，应用维尔金斯公式和水流连续方程求解渗流流量和浸润线方程。 4.计算断面及公式本设计仅对河槽截面处进行最大断面的渗流计算，并假设地基为不透水。采用的公式：5单宽流量将心墙看作等厚的矩形，则平均宽度为：;=144.5mL=144.5-33.3-9.475=101.73（设计情况）L=144.5-32.5-9.475=102.53（校核情况）已知通过心墙的单宽流量通过心墙下游坝壳的单宽流量为 计算结果见表计算情况（m）　（m）　　（m）（m）　（m）　（m）　（m）　　（m）　正常蓄水位113.174.350.611.818.95144.5101.76.511.86校核洪水位113.5755112.518.95144.5102.56.3612.556.总的渗流量计算从地质地形平面图上可以看出大坝沿轴线大约长为400m，沿整个坝段的渗流量为：Q=μLq式中μ是考虑到坝宽，厚度，渗流量沿坝轴线的不均匀分布而加的折减系数，μ=0.8Q正=0.8×400×6.50×10=m³/sQ校=0.8×400×6.36×10=m³/s6浸润线方程正常水位=校核水位=（四）坝坡稳定计算面板坝下游采用的是是堆石，所以C=0，常形成折线状的滑弧面，形状如图所示：图中所示的各数据应满足以下关系：φ´-β）-ctg（θ-φ´）-（1+）tg（φ-б）=0φ´=tg（tgφ/K）φ´=tg（tgφ/K）φ´=tg（tgφ/K） 查设计资料沙土的抗剪强度指标，φ=φ=φ=30º，由于设计原始资料中无相关的数据，在此也无法提供实验资料，所以假定θ=25º，б=5º，β=10º，φ´=φ´=φ´=13º，带入上面三个式子中解得K=2.5>K=1.35。2级水工建筑物正常运行情况下=。因而该假定的滑动坡面是稳定的。（此处须了解原因）（五）材料及构造设计(1)防渗体设计1.防渗体尺寸土质防渗体的尺寸应满足控制防渗比降和渗流量要求,还要便于施工。防渗体顶部考虑机械化施工的要求,取3.5m,土斜墙上下游坡度取1:0.3，。上下游最大作用水头差，H=113.50-62.50=51.00（下游无水工况），根据规定，粘土心墙的容许渗透坡降[J]不宜大于4，这里取[J]=4，故墙厚T>=H/[J]=51.00/4=12.75m。心墙底宽为3.5+（51.00+0.5）0.32=34.4m>12.75m.，满足要求。2.防渗体尺寸防渗体顶部在静水位以上超高，对于正常运用情况心墙为0.3-0.6m，取0.5m，最后防渗体顶部高程取为113.10+0.50=113.60m。（在非常运用情况下，不应低于该工况下的最高水位）3.防渗体保护层心墙顶部以及心墙的上游侧均应设保护层，防止冰冻和干裂。保护层可采用砂或者碎石，其厚度不小于该地区的冻结或干燥深度，此处取1.0m，上部碎石厚0.50m，下部砾石石厚0.50m。心墙上游保护层应分层碾压填筑，达到和坝体相同的标准。其外坡坡度应按稳定计算确定，使保护层不至沿斜墙面或连同心墙一起滑动。具体见坝顶构造。(2)坝体排水设计1.排水设施选择常用的坝体排水有以下几种形式：贴坡排水、棱体排水、坝内排水以及综合式排水。（1）贴坡排水：不能降低浸润线，多用于浸润线较低和下游无水的情况，故不选用。（2）棱体排水：可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护上游坝脚不受尾水冲刷，且有支撑坝体增加坝体稳定的作用，且易于检修，是效果较好的一种排水形式。（3）坝内排水：其中褥垫排水对不均匀沉降的适应性差，易断裂，且难以检修，当下游水位高过排水设施时，降低浸润线的效果将显著降低；网状排水施工麻烦，而且排水效果较褥垫排水差。综合以上分析选择棱体排水方式。 2.堆石棱体排水尺寸顶宽2.0m，内坡1：1.5，外坡1：2.0，顶部最高水位须高出下游最高水位对1、2级坝不小于1.0m，通过校核洪水位113.50m，假设相应下游最高洪水位为75.00m，超高取1.5m，所以顶部高程为75.00+1.5=76.5m。(3)反滤层和过滤层1.设计规范及标准1）保护无粘性土料（粉砂、砂、砂砾卵砾石、碎石等）碾压式土石坝设计规范规定，对于与被保护土相邻的第一层反滤料，建议按下述准则选用，，同时要求两者的不均匀系数及不大于5～8，级配曲线形状最好相似。式中：——反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15%；——被保护土的控制粒径和特征粒径，小于该粒径的土分别占总重的15%及85%。上述两式同样适用于选择第二、三层反滤料,当选择第二层反滤料时，以第一层反滤料为被保护土，二选择第三层反滤料时，则以第二层反滤料为被保护土。按次标准天然砂砾料一般不能满足要求，须对土料进行筛选。2）保护粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比无粘性土强，通常不用上述两式设计反滤层，而用以下方法设计。①满足被保护粘性土的细粒不会流失根据被保护土的小于0.075mm含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm的颗粒时，则取其小于5mm的级配确定小于0.075mm的颗粒含量百分数及计算粒径。如被保护土不含有大于5mm的颗粒时，则按全料确定小于0.0075mm的颗粒含量百分数及。a.对于小于0.075mm的颗粒含量大于85%的粘性土，按式.设计反滤层，当，取等于0.2mm。b.对于小于0.075mm的颗粒含量为40%～85%的粘性土按式.设计反滤层。c.对于小于0.075mm的颗粒含量为15%～39%的粘性土按式设计反滤层。式中，为小于0.075mm时颗粒含量1%。若，应取0.7mm。②满足排水要求 以上三种土还应符合式，以满足排水要求。式中应为被保护粘性土全料的，若时不小于0.1mm。3）护坡垫层垫层料的粒径不能过大，而且含有适量的细料。本坝属于中坝，取最大粒径为80-100mm,粒径小于5mm的颗粒含量宜选为30%-50%，同样应满足土粒不流失及足够的透水性要求，但标准可降低些，建议按下式的简便方法选择粒径。.，.。2.设计结果由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配情况，这里无法用计算方法进行反滤层的设计，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟结果如下：(4)护坡设计1.上游护坡：采用目前最常用的浆砌石护坡。护坡范围从坝顶一直到坝脚，厚度为40cm，下部设厚度均为30cm的碎石和粗沙垫层。见图： 2.下游护坡：下游设厚度为40cm的碎石护坡，护坡下面设厚度为40cm的粗沙垫层。见图：(5)顶部构造1.坝顶宽度对中低坝可取5-10m，此处取B=7.0m2.防浪墙采用C15水泥浆砌快石放浪墙，高为1.2m，基本尺寸见图，墙身每隔15m布置一道设有止水的沉陷缝，墙顶设有高2.8m的灯柱。3.坝顶盖面(6)马道和坝顶，坝面排水设计1.马道：第一级马道高层为82.50m，第二级马道高层为102.50m，马道宽为 2.0m。2.坝顶排水：坝顶设有防浪墙，为了便于排水，把顶做成自上游倾向下游的坡，坡度为3%，将坝顶雨水排向下游坝面排水沟。3.坝面排水（1）布置在下游坝坡设纵横向排水沟。纵向排水沟（与坝轴线平行）设在各级马道内侧。沿坝轴线每隔200m设置1条横向排水沟（顺坡布置，垂直于坝轴线），横向排水工自坝顶直至棱体排水处的排水沟，再排至坝址排水沟。纵横排水沟互相连通，横向排水沟之间的纵向排水沟应从中间向两侧倾斜，坡度取0.2%，以便将雨水排向横向排水沟。坝体与岸坡连接处应设计排水沟，以排除岸坡上游下来的雨水。（2）排水沟尺寸及材料1）尺寸拟定：由于缺乏暴雨资料，所以无法用计算的方法确定断面尺寸，根据以往已建工程的经验，排水沟宽度及深度一般采用20-40cm，具体的尺寸见图。2）材料：排水沟通常采用浆砌石或混凝土预制块。综合考虑选用浆砌石块石。见图(7)地基处理及坝体与岸坡的连接结合本坝坝基情况，从坝轴线剖面图可知，地基处理如下：1.地基处理（1）河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，且钻1处岩芯获得率都比较高。吸水量也较低，故只需清除覆盖层即可，挖至基岩即可。（2）钻2及右岸河滩：覆盖层和坡积物相对较厚，钻2处的上层岩芯获得率只有12%，岩层裂隙较为发育，拟采用局部帷幕灌浆。（3）平山咀大溶洞：经勘探后分析对大坝及库区均无影响，为安全起见，可修筑土铺盖，用水泥砂浆填缝。铺盖同时还应与粘土斜墙相连，向上库区及右岸延伸展布，将岩溶封闭。2.坝体与地基的连接（1）河槽部位（即钻1部位），岩芯获得率及吸水量均能达到要求，采用在斜墙底端局部加厚的方式与地基相连。（2）钻2到右岸河滩：上部岩层裂隙较发育，岩芯获得率只有12%。而覆盖层也较左岸厚，采用截水槽的方式与基岩相连。截水槽可挖至基岩以下0.5m深处，内填壤土。截水槽横断面拟定：边坡采用1：2.0；底宽，渗径不小于（1/3～1/5）H，其中H为最大作用水头（下游无水时为51.00m），底宽取1/3.4×51.00=15.0m。 3.坝体与岸坡的连接土坝与岸坡的接合面是工程中较软弱的环节，应妥加处理，避免沿接合面发生集中渗流，土坝裂缝等现象。左坝肩到左滩地，坡积风化层5～10m，需彻底清除，左岸坡上修建混凝土齿墙，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。右坝肩到右滩地坡积风化层处理与左岸相同，基岩开挖角不宜太大。四溢洪道设计（一）溢洪道路线选择和平面位置的确定根据本工程地形地质条件，选择正槽式溢洪道，引水渠末端设置圆形渐变段，泄槽不设收缩、弯曲段和扩散段，尾水渠设护袒。成直线布置在右岸的天然垭口。（二）堰面形式及孔口尺寸1采用WES型堰面形状取取 点下游曲线方程：坡度（与水平线段夹角为）的下游直线段与曲线段相切点的坐标值，做一阶导数：=1.667切点坐标为（10，9）反弧圆心的确定：反弧半径，为校核洪水闸门全开时反弧水深，本设计中，反弧圆心点坐标圆弧与直线相交点坐标为：2孔口尺寸设计（1）、单宽流量的确定。计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q(m3/s)水深H（m）设计113.1013405.60校核113.5016806.00——单宽流量根据堰顶形式可选则取孔口宽度为10则 ——孔口宽度——中闸墩（取2.0），边墩（取3.0m）则溢流前缘总长为——闸墩侧收缩系数，取0.95——流量系数，取0.48——重力加速度，9.81溢洪道在开挖的时候，为了增强防冲刷能力，需要设置衬砌，粗糙率取3、引水渠引水渠的作用是将水流平顺的引至溢流堰前。为提高泄洪能力，渠内流速。渠底宽度大于堰宽，渠底末端高程与控制堰顶高程相同，取为107.50m。引水渠断面尺寸的拟定，具体计算结果和过程见表1-5。表1-5引水渠断面尺寸计算成果计算情况上游水位（m）下泄最大流量Q(m3/s)水深H（m）边坡坡率m底宽B(m)设计113.1013405.601.571.36校核113.5016606.001.583.22计算公式：，，假设。由计算可以拟定引水渠底宽B=90m，引水渠与控制堰之间设渐变段，采用圆弧连接，圆弧半径R=10m，圆弧的圆心角为90°；引水渠前段采用梯形断面，边坡采用1：1.5；底坡均为1：10的逆坡。最后引水渠总长L=65m。进水渠与控制堰之间20m为渐变段，采用弧线连接。4控制段（1）拟定控制段的形式为了控制泻流能力，设置平面钢闸门，取查表： 与泄槽底版相连采用反弧曲面，（其中为校核洪水位全开时的反弧最低点）5泄槽泄槽布置在基岩上，断面为挖方，为适应地形，泻槽分为收缩段、泻槽一段、泻槽二段，根据已建的工程拟定收缩段收缩角为12度。首端与控制堰同宽B=61m。末端采用矩形。6、出口消能溢洪道出口段为冲沟，岩石质地较好，离大坝较远，采用挑流消能。水流冲刷不会危及大坝安全。（三）水力计算泄槽水面线计算：对称布置由地质平面图可知堰顶到下游水面高程（74.3）处的水平距离是86，高差33.2。坡降i=33.2/86=0.386＞iK，属急流，槽内形成bⅡ型降水曲线，属于明渠非均匀流的计算。（1）、基本计算采用各段试算的方法计算（2）、基本计算公式流段距离：式中收缩断面处开始计算（3）、用试算法进行求 取几组的值，进行试算，使得两公式算的相等列表如下：的值1.51.41.31.21.11.09261.09071.088761.086871.0849经计算满足要求。hvRJ1.08821.843　1.052　24.343　　　1.03522.89922.3711.0051.02926.7520.09415.18515.1850.98524.06123.4800.9580.98229.5370.11119.66534.8500.93525.34824.7040.9110.93432.7810.13126.85461.7040.88526.78026.0640.8630.88736.5890.15640.127101.8310.86927.27327.0260.8480.85637.9490.17618.238120.069作出泻槽水面线： 4掺气水深（1）、掺气发生的位置按经验公式：——单宽流量理论上是不需要考虑的，但是一般还是在4段末考虑掺气，从而减小影响。从水面线上得到此点的流速，，代入——不计波动和掺气的水深——不计波动和掺气的计算断面的平均流速——修正系数，一般为本题目中取1.2则边墙的超高一般为，取0.6槽面到墙顶的垂直距离为，取为1.8m。（1）鼻坎型式选用结构简单、施工方便、鼻坎上水流平顺、挑距较远、应用广泛的连续式鼻坎。鼻坎挑角。鼻坎高程高出下游最高水位（设计时74.30m、校核时75.00m）1～2m，取76.00m，反弧半径R=10m。见图12所示。图12（2）水舌挑射距离计算 式中：L——水舌挑距，m；——坎顶水面流速,m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍；——坎顶垂直方向水深m，——坎顶至河床面高差，m。。计算结果见表1-11表1-11水舌挑射距离计算结果计算情况hL校核洪水300.8690.42260.90630.787613.5344.727.12160.66249.1691（3）冲刷坑深度的计算（由河床表面至坑底），，式中：——水垫厚度，自水面算至坑底，m；——冲坑深度，m；——单宽流量，；——上下游水位差，m；——下游水深，m；——冲坑系数，坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎、裂隙发育的基岩。此工程下游河床存在破碎带和一假想逆断层，岩层裂隙发育，所以取。冲坑计算结果见表1-12。表1-12冲刷坑深度计算结果计算情况Z上（m）Z下（m）H（m)　qH2(m)校核水位113.5075.0038.501.823.712.5021.8329.33（4）安全验算，安全。 （四）衬砌及构造设计包括衬砌、排水、止水和分缝。泄槽中的水流流速较大，采用厚50cm的混凝土衬砌，引水渠的流速较低可选用石灰浆砌块石水泥勾缝。衬砌纵向接缝采用平接缝，沿水流向横缝采用搭接型式。纵横向分缝距离分别取为10m、20m，缝下设纵横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟，各横向排水沟的水流应通过泄槽两侧的纵向排水沟排往下游，纵向排水管设置两排，以保证排水通畅。（五）地基处理及防渗堰顶处来自水重和底板的重量较大，泄槽段高速水流的冲击作用也较大，再加上此处的岩芯获得率较小，故需进行地基处理，初步拟定采用局部水泥灌浆，挑流消能的鼻坎由连接面板（即泄槽衬砌之延续）和齿墙两部分组成，起到防滑兼防渗的作用。'