广西大学《水工建筑物》课程设计版2017年适用于宁村水库重力坝设计

'第一章工程概况31、工程地理位置32、流域概况33、水文气象34、工程开发目的35、枢纽组成及主要建筑物36、地形资料37、地质资料38、水文资料49、其它资料5第二章枢纽布置61、工程等级、建筑物级别的确定62、坝址选择63、坝轴线选择64、坝型选择75、泄水方案选择96、孔口尺寸拟定及特征水位确定107、枢纽组成及布置10第三章挡水坝设计11（一）断面设计111、确定坝顶高程112、确定坝基面高程113、确定坝顶宽度114、上下游坝坡拟定115、廊道位置的拟定126、挡水坝剖面的拟定12（二）安全复核121、沿坝基面稳定复核（抗剪断公式）122、坝基面及坝体强度复核13第四章溢流坝设计13（一）溢流坝断面拟定131、堰型确定132、堰顶高程确定133、溢流坝宽度的拟定13 4、WES堰剖面拟定13（二）泄流能力校核15（三）消能防冲设计161、挑距计算162、下游冲刷坑深度计算16（四）导墙设计16（五）溢流坝稳定及强度校核171、沿坝基面稳定复核（抗剪断公式）182、坝基而及坝体强度复核18第五章基础处理18（一）基础开挖18（二）固结灌浆18（三）帷幕灌浆19（四）基础排水19（五）断层破碎带处理19第六章细部构造19（一）坝顶19（二）坝内廊道19（三）坝体分缝及止水20（四）坝体防渗与排水20（五）坝体混凝土分区20第七章工程量计算21（一）开挖量的计算21（二）混凝土浇筑量的计算22 第一章工程概况1、工程地理位置宁村水库位于南宁盆地北缘，高峰山南麓，南宁市明秀乡宁村河上。宁村河发源于高峰山脉南部燕尾岭，流经安吉河至心坏河后汇入邕江。2、流域概况①水库集雨面积10.93平方公里；②坝址以上河长9.4公里；③河道平均坡降0.96%；④河道平均水深2加左右。3、水文气象无实测的宁村河水库库区的气象，水文资料，但由于宁村水库是邕江的一支流，并且宁村河位于南宁市北缘，就在南宁市附近因此根据相似原则，可参照南宁市的气象，水文资料。南宁市平均海拔74〜79加,南宁地处北回归线以南，属于亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，气候温和，年平均气温21.6C,年平均降雨量达1304.2加加，全年无霜期高达345〜360天。4、工程开发目的宁村水库的主要任务是保证南宁的环境用水，并兼有灌溉之用。5、枢纽组成及主要建筑物扌肖水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物6、地形资料1：500坝址地形图；1：500坝轴线工程地质剖面图。7、地质资料(1)库区工程地质宁村水库库区为砂岩、页岩、泥岩组成的碎屑岩系，库盘出露的岩层以泥岩为主，岩石渗透性微弱，岩层产状稍平缓，交错层理发育。其断层均为铁猛质胶接良好，无集中渗漏地段，库周山峦起伏，无主要邻谷，且库外一般谷地高程均高于正常蓄水位，因此不存在库区向库外渗漏的可能性，具备建库的基木条件。(2)坝址工程地质及水文地质坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度较高，但泥岩、页岩抗压强度稍低,其允许承载能力为0.6〜岩层倾向上游，岩石节理、裂隙发育，整体性稍差，并夹有薄层，抗滑能力较低，岩石受风化作用较强，岩石受风化深度为4〜6加，河床地段强风化深度3〜5加，基础开挖和清基工作量较大，坝址河床及两岸岩石的渗透性较大，一般渗透系数0.1〜0.7加/〃，因此存在地基渗漏和绕坝渗漏的可能性，必需进行帷幕灌浆处理，总之坝址地质具备建坝条件，但不是很理想，河谷两岸不对称，风化深，而河床地段岩石较好，因此不宜作轻型坝，可考虑选择其他坝型。(3)坝址岩石物理力学性质 在钻取岩芯作物理力学性质实验，将不同深度，不同风化强度的砂岩、泥岩、页岩分五组进坝址行实验，成果如下：表1岩芯物理力学性质实验成果岩石名称风化程度重度比重吸水率（%）抗压强度标准值干重度饱和重度干饱和（/?）砂岩强分化23.524.22.635.630.014.0砂岩弱风化25.025.62.682.0351.642.0砂岩微风化26.226.62.700.615&049.8泥岩新鲜23.724.52.747.2432.012.9页岩新鲜25.125.92.763.0239.414.8由于某些原因，未作岩石抗剪断实验，现在将混凝土和弱风化岩石的抗剪断摩擦系数和凝聚力提供如下：砂岩/混凝土f=1.0,c1=500kpa；泥岩（页岩）/混凝土f=0.850=40007。（4）当地建筑材料坝址上下游5R加范围内，有大量适合建坝的砂岩可供开釆，河谷地带有少量中细砂，卵石不多，而离坝址8〜9如7范围的邕江两岸有足够的数量河沙和河卵石可提供。坝址附近缺乏适宜筑坝的土料。8、水文资料根据水文计算结果，为枢纽建筑物设计提供一下资料：（1）下泄洪水流量设计洪水（2%）Q=450m3/s；校核洪水（0.2%）Q=588m3/5；可能最大洪水Q=722/n3/so（2）特征水位正常蓄水位：126.50加；死水位：106.00加。（3）水位〜容积、下游水位〜流量关系表表2水库水位~库容关系库水位（加）90.0100110120125130135库容（万肿）040110260370520840表3下游水位〜流量关系流量（府）10100200300400450588 下游水位（加）9092.793.693.793.893.994 图1水库水位~库容关系曲线图2下游水位~流量关系曲线（4）最大引用流量1.Om"/so（5）淤沙高程92.00mo9、其它资料浆砌石重度22kN/m3；混凝土重度24kN山仁淤沙浮重度IkN/m3；淤沙内摩擦角20。；水库吹程D=3km,多年平均最大风速v=5m/s；下游渠首底部高程97.00m；地震烈度6度（设计不考虑）。当上游堰高人大于或等于1.33倍设计定型水头H〃时，流量系数加值："表4Hw/Hd与加的关系比/Hd0.40.50.60.70.80.91LI1.21.3m0.4360.4510.4640.4760.4860.4940.5010.5070.510.513 图3Hw/Hd与加的关系曲线第二章枢纽布置1、工程等级、建筑物级别的确定(1)工程等级该工程主要作用以供水灌溉为主，由于供水灌溉资料未定，根据计算书上确定校核洪水位为132.15m,查水库水位~库容关系曲线(图1)得总库容为600万加",根据总库容大小，查询规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》即《SL252—2000》，得该工程的等别为IV等。(2)建筑物的级别南宁市是广西自治区的首府，其重要性不言而喻，而宁村河就位于南宁盆地北缘，若工程失事，对南宁市周边居民及对南宁市都会造成严重的影响。因此，该工程的建筑物级别经论证并报主管部门批准，可提升一个级别，即确定建筑物的级别为3级。(3)设计洪水标准由1、2可知该工程为IV等，主要建筑物为3级，查询规范《SL252—2000》，可确定校核洪水标准为：100〜500年一遇洪水，设计洪水标准为100〜50年一遇洪水。因此考虑了建筑物失事对南宁市所造成的影响。前面已经将建筑物级别由4级提升到3级，在安全上已经有所储备和考虑，若确定洪水标准时取上限，那么必然会增加工程的投资，使坝过于安全。因此洪水标准应取下限，即设计洪水标准为50年一遇；校核洪水标准为500年一遇。2、坝址选择由于宁村河发源于高峰山脉南部燕尾岭，水库集雨面积也较小，为了获得较大的蓄水量,所以坝址应该选择在宁村河出口附近。 3、坝轴线选择 从地形图上看，宁村河上游河岸两侧山势陡哨，河谷呈“V”型，具有成库条件，但上游河谷弯曲明显，下游却开阔平坦，坝轴线易交于上游山嘴处，对坝肩稳定不利，而下游地势开阔平坦，枢纽容易布置，施工也方便，也有利于挑流消能的防冲，水流衔接也比较恰当。从地质图上看，坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度高，满足筑坝条件,虽然泥岩和页岩抗压强度稍低，其允许承载能力只有0.6〜0.7M%,岩层倾向上游，岩石节理，裂隙发育，整体性稍差，并夹有软薄层，抗滑能力较低，岩石受风化作用较强，两岸强风化深度4〜6m,河床地段强风化深度3〜5m,并且坝址河床及两岸岩石的渗透性较强，达到0.1〜0.7加/〃，存在地基渗漏和绕坝渗漏问题，但是可以通过加大基础开挖和清基工作来增加坝基于岩石的整体性结合和强度要求，可以通过帷幕灌浆来处理坝基的渗漏问题，所以坝址地址具有筑建中低坝条件，但必须做适当的处理。从施工、经济条件来看，下游地势开阔平坦，枢纽易于布置，交通也方便，可以通达至坝址，材料运输也方便，另外坝址离村庄近，水电问题容易解决，总体上已经具备了“三通一平”的要求，且下游处布置坝轴线较短，工程量较小，比较经济。综上所述，在宁村河下游处布置坝轴线是较为合理的，具体布置图见附图。4、坝型选择（1）坝型选择分别从以下三种坝型讨论论证得出：a、拱坝理想的地形条件是：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段，坝端下游侧有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定；理想的地质条件：基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大的断裂等。对于本工程，在地形，左岸山势较右岸陡峭，坝轴线也较长，左右两岸不对称；从地质剖面图上看，坝轴线处地质岩石主要为砂岩，为中等坚硬岩石，R夹有强度低的泥岩和页岩,岩石完整性较差，岩石受风化作用较强，坝址河床及两岸岩石的渗透性较强，存在地基渗漏和绕坝渗漏问题。因此，不适合修建拱坝。b、土石坝土石坝适应性强，应用范围广，施工方便，但需要大量的土石料，由于坝址附近缺乏适合筑坝的土料，如若修建土石坝，则土料需要远距离运输，不经济，若开挖岩体为筑坝材料,但坝轴线两侧山体较陡，势必会增加开挖量，并且岩石的整体性较差，需要采取防护措施，将会增加工程造价；从施工上看，土石坝是以土、石为筑坝材料进行整体施工，所以坝身木身不能泄水，就必须在坝的一侧修建溢洪道，但两侧山体较陡，将会增加开挖量，若以导流隧洞为泄水建筑物，乂考虑坝址地质条件较差，修建隧洞施工技术要求高，将会增加工程造价，并且泄水隧洞泄水量较小，不能很好调节上游水位，所以不适合修建土石坝。c、重力坝 从地形图上看，宁村河上游河岸两侧山势陡哨，河谷呈“V”型，具有成库条件，但上游河谷弯曲明显，下游却开阔平坦，坝轴线易交于上游山嘴处，对坝肩稳定不利，而下游地势开阔平坦，枢纽容易布置，施工也方便，也有利于挑流消能的防冲，水流衔接也比较恰当。从地质图上看，坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度高，满足筑坝条件,虽然泥岩和页岩抗压强度稍低，其允许承载能力只有0.6〜0.7M%,岩层倾向上游，岩石节理，裂隙发育，整体性稍差，并夹有软薄层，抗滑能力较低，岩石受风化作用较强，两岸强风化深度4〜6m,河床地段强风化深度3〜5m,并且坝址河床及两岸岩石的渗透性较强，达到0.1〜0.7加/〃，存在地基渗漏和绕坝渗漏问题，但是可以通过加大基础开挖和清基工作来增加坝基于岩石的整体性结合和强度要求，可以通过帷幕灌浆来处理坝基的渗漏问题，所以坝址地址具有筑建中低坝条件，但必须做适当的处理。从施工、经济条件来看，下游地势开阔平坦，枢纽易于布置，交通也方便，可以通达至坝址，材料运输也方便，另外坝址离村庄近，水电问题容易解决，总体上已经具备了“三通一平”的要求，且下游处布置坝轴线较短，工程量较小，比较经济。综上所述，在宁村河下游处布置坝轴线是较为合理的，具体布置图见附图。4、坝型选择（1）坝型选择分别从以下三种坝型讨论论证得出：a、拱坝理想的地形条件是：左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段，坝端下游侧有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定；理想的地质条件：基岩比较均匀、坚固完整、有足够的强度、透水性小、能抵抗水的侵蚀、耐风化、岸坡稳定、没有大的断裂等。对于本工程，在地形，左岸山势较右岸陡峭，坝轴线也较长，左右两岸不对称；从地质剖面图上看，坝轴线处地质岩石主要为砂岩，为中等坚硬岩石，R夹有强度低的泥岩和页岩,岩石完整性较差，岩石受风化作用较强，坝址河床及两岸岩石的渗透性较强，存在地基渗漏和绕坝渗漏问题。因此，不适合修建拱坝。b、土石坝土石坝适应性强，应用范围广，施工方便，但需要大量的土石料，由于坝址附近缺乏适合筑坝的土料，如若修建土石坝，则土料需要远距离运输，不经济，若开挖岩体为筑坝材料,但坝轴线两侧山体较陡，势必会增加开挖量，并且岩石的整体性较差，需要采取防护措施，将会增加工程造价；从施工上看，土石坝是以土、石为筑坝材料进行整体施工，所以坝身木身不能泄水，就必须在坝的一侧修建溢洪道，但两侧山体较陡，将会增加开挖量，若以导流隧洞为泄水建筑物，乂考虑坝址地质条件较差，修建隧洞施工技术要求高，将会增加工程造价，并且泄水隧洞泄水量较小，不能很好调节上游水位，所以不适合修建土石坝。c、重力坝 首先重力坝对地形地质条件的适应性强，任何形状的河谷都可以修建重力坝，所以在坝址处地基岩石的砂岩上修建中低坝是没有问题的。虽然坝址存在渗漏问题，但是可以通过帷幕灌浆解决。从建筑材料看，坝址附近有大量适合建坝的砂岩可供开采，河谷地带有少量中细砂，且离坝址89km范围的邕江两岸有足够的数量河沙和河卵石可提供，满足了施工上的需要，施工也很方便，可以大规模整体施工。另外枢纽泄洪问题和施工导流问题容易解决，重力坝可以做成溢流的，也可以在坝身不同高度设置泄水孔，减免了设置岸边溢洪道和泄水隧洞的情形，使枢纽布置更加紧凑。所以，宁村水库坝型应该选择为重力坝。（2）重力坝结构形式及材料选择重力坝按其结构形式可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝；按筑坝材料可分为常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝和浆砌石重力坝。a＞结构选择在实体重力坝横缝的中下部扩宽成为具有空腔的重力坝叫做宽缝重力坝，设置宽缝后，坝基的渗水可自宽缝排出，应而渗流压力显著降低，作用面积也相应减小。所以坝体混凝土方量较实体重力坝可节省10%〜20%，也增加了坝块侧向散热面，加快混凝土散热过程。但是宽缝重力坝设置了宽缝后，增加了模板用量，立模也较复杂，分期导流不便。空腹重力坝：空腹重力坝的优点是坝体空腔对减少坝基场压力及改善坝基应力有利，因而坝体混凝土量可较实体重力坝节省20%〜30%；节省了坝基开挖量；便于散热；有的坝体空腔内可以布置水电站厂房，特别是当河谷狭窄，洪水流量大，下游水位变幅大，布置地面厂房困难时,有其优越性。缺点是:施工复杂,有倒悬模板；空腔周围易出现拉应力，为摸清和改善应力状态，需作大量计算和模型试验：钢筋用量较实体重力坝多；坝内厂房运行条件不如地面丿房好。对于宁村水库属于小型水库，应该尽量使坝体更加简单，施工更加方便，所以宽缝、空腹重力坝在宁村水库的经济效益不高，故选用实体重力坝。b、浆砌石重力坝浆砌石重力坝虽有就地取材，节省水泥，可不设纵缝，施工技术易于掌握，施工安排易于掌控等优点，但是由于人工砌筑，砌体质量不易均匀；石料的修整和砌筑难以机械化，需要大量的劳动力；砌石本身防滲性能较差，需设防渗设备；工期较长等缺点决定了宁村水库不宜修筑浆砌石重力坝。c、碾压混凝土重力坝碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，虽然工艺程序较简单，可快速施工，能节省工期，节省水泥，坝体水化热少，施工机械程度高，降低工程造价等优点，但是对于宁村水库属于一个小水库没有足够的空间来布置仓面实现机械化，不能体现碾压混凝土重力坝效益。d、常态混凝土重力坝此种坝型虽要考虑温控措施，但技术要求较碾压混凝土重力坝要低，效益较其明显；此 外宁村河水库交通便利，水电等都不是问题，施工也较方便了。综上所述，宁村水库选择常态混凝土实体重力坝。5、泄水方案选择(1)泄水建筑物形式选择重力坝的泄水方式有：溢洪道、隧洞、坝身泄水等。下面就分析以上三种泄水方式的优缺点来确定泄水方式。及、岸边溢洪道泄水：此种泄水方式是为了在汛期持续出现较大流量时，宣泄超过其他泄水建筑物泄水能力的流量，或者是河谷狭窄没有足够空间布置枢纽建筑物时在岸边、域口建造的溢洪道。虽然宁村水库坝址处于河谷狭窄，泄洪量较大，需要在岸边处建造溢洪道，但是坝轴线较长，能够布置挡水建筑物和泄水建筑物，并且坝址两岸山体陡峭，若建造岸边溢洪道势必会造成很大的开挖量，增加投资，并且可能使得工期加长，显得经济不合理。故此种泄水方式不适用宁村水库扌肖水坝的泄水。b、隧洞泄水：虽隧洞泄水还可兼施工期的导流隧洞，同时可兼放空隧洞，引水隧洞等用处，利用率高，但坝址处的岩石主要是砂岩，同时还夹有泥岩和页岩，岩石风化深，破碎，成洞条件差，要求施工技术高，增加投资，延长工期，既不经济，安全性能乂差，因此隧洞泄水也不使用于宁村水库。c、坝身泄水：布置紧凑，运行管理方便，投资比岸边溢洪道和隧洞泄水都要省，即可作为扌肖水建筑物，乂可作为泄水建筑物，效益明显。综上考虑，泄水方式应该选用坝身泄水。(2)坝身泄水方式选择坝身泄水方式选择乂可分为开敞式坝身泄水、表孔带闸门泄水、带胸墙表孔泄水、中孔和底孔泄水。a、开敞式一般不设闸门，结构简单，运行方便，可自行泄水，投资小，但不能提前预泄一部分水以腾出库容防洪，调节性能差。b、表孔带闸门设闸墩、闸门，较开敞式复杂，投资也较开敞式大，但是能够提前预泄一部分水，可调节水位。c、带胸墙表孔泄水此种结构较复杂，投资大，一般是当上游水位变幅较大时使用，但能够对水库水位起到一定的调节作用。d、中孔有冲沙，放空水库等要求时，可考虑设置中孔泄水，一般适用于淤沙严重的河流。在坝中部设置泄水孔，会使坝的受力状态恶化，需要在其周围布置许多钢筋，因此造价势必有所提高。e、底孔具有冲沙、放空水库和施工导流之用，能够水文气象部门的要求提前预泄洪水，但投资、造价必定提高。 由于宁村水库的主要任务是提供环境用水和灌溉之用，效益低，乂由于其上游无村庄，无防洪要求，无预泄洪水要求，库区无淹没问题，下泄的洪水流进邕江，属于邕江的一支小支流，无控制流量的要求。工程量较小，综合考虑，釆用开敞式表孔泄水。6、孔口尺寸拟定及特征水位确定(1)堰顶高程的拟定因为是开敞式溢流坝身泄水，并无调节等要求，因此就确定堰顶高程为正常蓄水位高程126.50mo(2)堰顶溢流前沿宽度的拟定a、地形方面：坝轴线选在了相对较狭窄的河谷地段，且两侧山体陡峭，因此从这方面考虑，溢流前沿宽度不宜太宽。b、地质方面：该水里枢纽下游夹有泥岩、页岩的砂岩，抗冲能力并不强，从这方面考虑,前沿宽度宜大些，从而使单宽流量小些，有利于消能防冲。c、枢纽布置方面：要求前沿宽度不宜过大，以方便枢纽布置。d、经济方面：前沿宽度宜小些，节省工程量，降低造价。坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度较高，但泥岩、页岩抗压强度稍低,其允许承载能力为0.6〜0.7MPQ,岩层倾向上游，岩石节理、裂隙发育，整体性稍差，并夹有软薄层，抗滑能力较低。下游河道平均水深2米左右。若从消能防冲考虑，应按破碎岩石处理，单宽流量q=20〜50加3",通过综合考虑地质条件、下游河道水深、枢纽布置和消能工设计及技术经济比较后选定单宽流量q=28m3/($•”?)。下泄校核洪水=588m3,则B=2^/^=588/28=21；77o(3)设计洪水位、校核洪水位由上可知垠顶高程为126.50m,单宽流量=28m3/(5•/??),及前沿宽度B=2T所以根据WES堰泄流量计算公式：Q=c・£PmB(2QEHo"2式中：c—上游影响系数，取1£—侧收缩系数，通常采用0.9P.95,本设计取£=0.92<7—淹没系数，取1加一流量系数，取0.5115Ho—堰上水头从而确定出设计洪水位Z设=131.27心校核洪水位Z校=132.15加。7、枢纽组成及布置(1)根据该工程的任务主要是保证南宁市的环境用水，并兼灌溉之用，因此可确定枢纽建筑物由泄水建筑物、扌肖水建筑物、输水建筑物组成。(2)枢纽建筑物的布置：a、溢流坝的布置 ①溢流坝尽量正对上游来水方向，过坝水流与溢流坝轴线正交。②要布置在岩石坚硬的地段下游水流出口要尽量与河道主流方向一致。③从地形图看，坝轴线下游右岸存在十分陡悄的山坡或悬崖，因此出流应尽量偏向左岸,以避免造成塌方。所以布置在河床偏左，见附图所示。b、挡水建筑物的布置平面上要保持挡水，坝段与溢流坝段轴线在同一直线上，这样不仅坝轴线短，工程量省,而且受力条件好，连接、施工都方便。见附图所示。C、输水建筑物的布置进水口布置在左岸，进水口高程应高于最大设计淤积高程92.00m,和下游渠首底部高程97.00m,同时，不能够高于死水位106.00加。考虑到进水口太高还要设置消能措施，太低水质不好，因此可假定进水口高程为97.50mo第三章挡水坝设计(-)断面设计1、确定坝顶高程坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程，应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差，所以坝顶上游防浪墙顶高程可按下式计算，取其大者为防浪墙顶高程。防浪墙顶高程二设计洪水位+41・设二131.27+2.73二134.00m防浪墙顶高程二校核洪水位+zhc校二132.15+1.43=133.58m二者取大者即为防浪墙顶高程134.00m,将防浪墙并入坝体整体浇筑施工，即防浪墙顶高程为坝顶高程为134.00mo2、确定坝基面高程根据《混凝土重力坝设计规范九坝高＞100,可建在新鲜、弱风化、微风化下部基岩上；坝高二,可建在微风化至弱风化上部基岩上；坝高小于50时，可建在弱风化中部至上部基岩上。根据该地的地形地质条件，建基面可设在弱风化处，从坝轴线工程地质剖面图上看，河床处弱风化与微风化岩层分界高程约为83,本工程最大断面开挖到弱风化的下部，本设计取河床坝基面高程为84.00,由河床沿两岸延伸，按阶梯开挖方式确定了不同坝段的坝基面高程，具体开挖高程见下游立视图1:500所示。3、确定坝顶宽度木工程采用常态混凝土重力坝设计，坝顶宽度B的选取如下：(1)B=(0.08-0.1)H_,H哑为最大坝高(2)施工来看，常态混凝土坝坝顶最小宽度为3m,碾压混凝土坝为5mo 则B=(0.08〜0.1)H“腺=(0.08〜0.1)x50.00=4.00〜5.00/7?，取B二4.50加。4、上下游坝坡拟定(1)上游起坡点由于考虑到防止坝踵出现拉应力，施工方便，故上游采用铅直坡面。（2）下游起坡点根据工程经验，下游坡率在1:0.6~1:0.8之间，由于考虑到防止坝踵出现拉应力且坝基面抗滑稳定满足要求，最终取1:0.8。5、廊道位置的拟定采用城门洞型，廊道根据经验，其高为3~3・5加，宽为2.5^3m,距上游垂直坝面不小于3加且介于（1/8~1/12）*上下游水位差，距坝基面不小于1.5倍廊道宽度,即3.75〜4.5。最终初定廊道高为3.5m,宽为3m,距坝基面为4.5m，距上游垂直坝面为4加。计算扬压力时在排水处折减系数取0.2,6、扌肖水坝剖面的拟定图4挡水坝剖面 （―）安全复核1、沿坝基面稳定复核（抗剪断公式）（1）基本荷载组合时（设计洪水位）：£=3.09>3,满足要求；（2）特殊荷载组合时（校核洪水位）："3.06>2.5,满足要求.。 综上，坝基面稳定满足要求。2、坝基面及坝体强度复核(1)基木荷载组合(设计洪水位工况)：坝踵水平截面上的正应力为68.627C^>0,坝址水平截面上的正应力为745.44价加<42000®°,满足要求。(2)特殊荷载组合(校核洪水位工况人坝踵水平截面上的正应力为61.04心a>0,坝址水平截面上的正应力为755.50Kpa<42000Kpa,满足要求。综上，坝基面强度满足要求。第四章溢流坝设计III(-)溢流坝断面拟定1、堰型确定溢流垠的顶部曲线是控制流量的关键部位，若选择不当会导致流量减小或垠面产牛负压。常用的顶部曲线有克■奥曲线和WES曲线。二者比较如下：a、克■奥曲线的控制是用一些给定坐标值来进行设计施工，WES曲线是用曲线方程来控制，较克■奥曲线精确且易于施工。b、WES曲线的流量系数大，过流能力强。c、WES坝面曲线较克■奥曲线的剖面小，工程量较省，可降低造价。d、WES坝面曲线可大大改善坝面压力条件，可避免垠面出现过大负压。e、WES坝面曲线运行经济、稳定。因此，综合以上分析，最后堰面曲线选择釆用WES剖面堰。2、垠顶高程确定由于泄水方案采用开敞式表孔泄水，则垠顶高程等于正常蓄水位为126.5mo3、溢流坝宽度的拟定在枢纽布置中溢流坝宽度B拟定为21m4、WES堰剖面拟定(1)顶部曲线段a、上游垠面曲线由计算书可知，比产4.52m,根据经验公式得：表5上游堰面曲线参数设计水头尽=0.5H〃R2=0.2HdR3=0.0他X]=0」15HdX2=0.276£X3=0.2824.522.260.9040.1808-0.791-1.248-1.275 b、下游堰面曲线①计算曲线上各点由于坝体上游面铅直，则由计算公式XL85=2.0H/85y确定，见图②确定与下游直线段的切点由于溢流坝与挡水坝衔接部分有导墙连接，从工程实用和经济等方面综合考虑，初步拟定下游直线段的坝率与扌肖水坝相同取加=0.8。衔接点A点为切点故可对04曲线段方程求导确定A点坐标：y,=1.85x°-85/(2.0H/85)=l/mx0-85=2.0H/85/(1.85m)=2.0x4.96/(1.85x0.8)=4.87m求得：xA=6.44m,yA=4.35m,即A(6.44,4.35)。综上即可具体定出下游面第一条曲线04。(1)反弧段的确定反弧段的确定可以根据下游的消能方式来确定。a、消能方式的确定而常见的消能方式有挑流消能、底流消能、面流消能及消力屛消能，以下通过论述各种消能方式优缺点来选择合适的消能方式。①底流消能：该方式主要是通过产生水跃，使急流变成缓流，通过水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用消能。其优点是下游流态稳定，消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化小；缺点是所需护坦较长，土石开挖量和碗方量较大，工程造价较高。适用于中、低水头。②挑流消能：该方式是利用泄水建筑物出口的挑流鼻砍，将下泄急流抛向空中，然后在离坝址较远处落入河床而消能。其优点是可以通过鼻砍有效的控制射流落入下游河床位置、范围和流量分布，对尾水变幅适应性强，结构简单，施工、维修方便，工程量较小。缺点是下游冲刷较严重，堆积物较多，尾水波动和雾化较大。适用于基岩比较坚固的中、高水头各类泄水建筑物。③面流消能：利用鼻砍将主流挑至水面，在主流下面形成反向旋滚，主流在水面逐渐扩散而消能。其优点是工程量较小，下游不需做护坦。缺点是要求下游尾水较深，流量变化范围小，水位变幅不大等要求，同时会使下游水位波动大，易冲刷两岸。④消力屛消能：可有效减轻河床的冲刷，适用于尾水较深且变幅小的河床，但易冲刷两岸，水面波动大。综合以上各种消能方式的优缺点，由于宁村水库下游并无用水要求，属于一条小河流，因此当水位低于堰顶高程吋，下游处于无水状态，而且水深也不够，因此面流消能和消能屛消能方式并不适用。又由于宁村水库是一个小工程，工程效益并不高，因此必须使工程量减小，造价降低，而底流消能需要护坦较长，土石方及碗方量均较大，造价高，因此底流消能 方式也不适用。由于水库下游并无通航要求，不受水位波动和雾化的影响，综合考虑，采取挑流消能的方式。b、坎顶咼程坎顶高程在满足挑距要求：高于下游最高水位1〜2加，最高水位为校核洪水下泄流量Q校对应的下游水位Z校=94加，初定Z坎=95加。c、挑角:(20°,25°),取23。。d、反弧半径：R=(4〜10)力，校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深，收缩断面水深，为方便计算，计算时采用挑坎顶部断面水深肉代替。根据能量方程试算法计算反弧半径R：试算过程见计算书，结果得：h校=1.05m选择反弧半径R:/?=(4~10)力=4.2-10.5/7?因为反弧段流速愈大，反弧半径R越大，最终取R=9m.(1)下游直线段由于下游直线段与下游垠面曲线、反弧段相切，坝坡与非溢流坝段的下游坝率相同m=0.8,其上部切点A(7.07,4.78)计算过程详见计算书。由以上步骤最终可根据：上游直线段，垠顶曲线段、下游曲线段、下游直线段和反弧段确定出溢流坝剖面：坟轴线134.00图5WES堰剖面图 (二)泄流能力校核由公式：Q=c£(rm・n・B(2g严,可得，H-4.77加，%=5.65%而确定坝高 到垠顶距离//=134.00-126.5=7.5m,故满足泄流能力要求。（三）消能防冲设计由溢流坝断面设计部分得知：鼻坎顶部高程为95m,反弧半径R=9m,挑角&=23。。1、挑距计算厶=_叶sin&cos&+*]cos水舌挑射距离是按水舌外缘计算，其估算公式为g厶：为水舌挑距；g为重力加速度,9.8/72/52片为坎顶水面流速，约为鼻坎处平均流速的1.1倍&：挑射角度，本设计为23。/：坎顶平均水深久在铅直向的投影，h"=hxcosO他：坎顶至河床面的高差片=气交=26・67m/5力i=1.05mh=95-90=5mf厶L=1/9.8|26.6725z/?23c^23+26.67c^23-[26.6725m223+2x9.8（1.05x^23+5）]"2J=63.86/h2、下游冲刷坑深度计算关于冲刷坑深度，目前还没有比较精确的公式，可按下式进行估算：tk=K$产R0.25tk：水垫厚度，自水面至冲刷坑的距离勺：冲刷坑后的下游水深q：单宽流量，m3/（5-m）Z：上、下游水位差，加Ks；冲坑系数，对坚硬完整的基岩，取0.9〜1.2坚硬但完整性较差的基岩，取1.2〜1.5软弱破碎、裂隙发育的基岩，取1.2〜2.0此工程取心=1.2^=28m3/（5-m）H=132.15—94.00=3&15加ht=94-83=11mtk=KsqQ"5Z025=1.2X2805x38.15025=16.73/n贝Of=16.73-10=6.73mM冲坑后坡：L/rv=63.86/6.73=9.49>（3〜5）,满足要求。（四）导墙设计边墩或导墙顶高度应根据计算水面线（考虑掺气水深）加上A//-0.5m超高确定。导墙宽 度bw(0.5J.0)m,取b-mo由能量方程乙+邑+也1諾+空+竺丫2gy2g以坝基面为基准面，取垠前一定距离处为断面为1-1忽略行进流速则7+^-+-^=^.=132.15-84=48.15m,Y2gk乙+空+空二=乙+人+也，取a=1.0,-y2g2gQ58828y.===*Bh.21/i,h.计算点计入掺气和波动时的水深：hb=1+畫］勺也为未计入波动及掺气的水深,则导墙高度：h^=hb+h表6导墙计算表格Zj(m)hj(m)Vj(m/s)g(m)hh(m)A/z(m)导墙高度%(m)42.55.654.961.16.006.5040.02.7110.331.23.053.553&22.2812.281.22.623」236.01.9814.141.22.322.8232.51.6916.571.32.050.52.5527.51.4419.441.31.802.3013.71.0925.691.41.481.9812.51.0825.931.41.471.9711.01.0526.671.41.441.949.51.0327.181.41.421.92(五)溢流坝稳定及强度校核溢流坝作用荷载：静水压力，动水压力，坝体自重，扬压力，淤沙压力。计算过程与前面的挡水坝相同。1、沿坝基面稳定复核（抗剪断公式） （1）基木荷载组合（设计洪水位工况）：鸟=3.31>3,满足要求（2）特殊荷载组合（校核洪水位工况）："3.1D2.5,满足要求.综上，坝基面稳定满足要求。2、坝基面及坝体强度复核⑴基本荷载组合时（设计洪水位）坝踵水平截面上的正应力为370.32Kpa>0,坝址水平截面上的正应力为406.31^<42000Kpa，满足要求。（2）特殊荷载组合时（校核洪水位）坝踵水平截面上的正应力为388.78^>0,坝址水平截面上的正应力为421.61Kpa<42000Kpa,满足要求。综上，坝基面强度满足要求。第五章基础处理（-）基础开挖1、开挖标准考虑的原则是在地基加固处理后，满足坝的强度和稳定性前提下减少开挖量。对于宁村水库重力坝，本设计坝高H=134.0-84.0=50.0加，坝高小于70加，可建在弱风化中部及下部基岩上，根据上述原则，对与坝段较高，承受水头较大的地段可开挖至弱风化层的下部；而对与两岸岸坡较高部位的坝段，其利用基岩的标准可适当放宽，开挖到弱风化层中部及上部。2、开挖体型（1）顺河流流向的基岩面尽可能略向上游倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性；若无法开挖成水平或向上游倾斜形状，那么应开挖成阶梯形，阶梯处包角应大于120°,从而满足抗滑稳定要求。（2）坝轴轴线方向，岸坡一般采用大台阶开挖，台阶处不能成锐角或出现倒悬现象，所成梯面与踏面夹角不宜小于120°,台阶高差不宜过人，台阶尽量与分缝相协调，在横缝处，台阶宽度为坝段宽度的33%〜50%.（3）坝基面应避免有高低悬殊的突变，以免造成坝体应力集中。3、清基工作在坝体浇筑前，需要对建基面进行彻底的清洗和冲刷，包括清除松动的岩块，打掉突岀的尖角。基坑中层有的勘探钻孔、井、洞等均应回填、封堵。（-）固结灌浆1、部位：坝基范围内全部进行固结灌浆2、灌浆布置：a、孔距、排距均取3.5加b、形式：灌浆孔呈梅花状布置c、孔深：坝底两边（上、下游侧）取8m；中间全部取为5加d、灌浆压力：在无混凝土盖重灌浆，压力以不抬动地基岩石为原则，取0.2OAMPa；在有混凝土盖重灌浆，压力取0.4〜OJMPao e、孔径：150加加（三）帷幕灌浆1、宁村水库重力坝为中低坝，排数设一排2、孔距：取2加3、孔深：根据相对不透水层深度确定，深入到不透水层（单位吸水率⑷线）以下3〜5加4、灌浆压力：以不破坏岩体为原则，帷幕表层段不小于（1-1.5）倍的最大静水头；孔底段不小于（2〜3）倍的最大静水头，其中最大静水头为为校核洪水位时的静水头。5、钻孔方向：取（02久俨）往上游倾斜6、范围：深入到两岸及河床（四）基础排水1、排数：取1排2、孔距：3m3、孔深：取（0.4-0.6）倍的帷幕深度，孔与帷幕在基岩处距离不小于2加4、倾向：排水孔幕略倾向下游，取10。5、孔径：取50-200mm（五）断层破碎带处理1、断层破碎带处理从水库坝轴线工程地质剖面图上可以看到在左岸处有一倾角较陡的走向近于河流流向的破碎带，对这一破碎带的处理可采用回填混凝土措施，做成混凝土塞以将其置换：取塞的宽度=破碎带宽度+1.2加，塞的深度为=（1.5〜2.0）倍塞的宽度2、软弱夹层的处理坝址处未见有软弱夹层，可不进行处理第六章细部构造（―）坝顶1、排水：往上游倾，坡度取（1%〜3%）。2、栏杆：上游侧未设防浪墙，因此上下游侧栏杆高取（1〜1.2加）。3、为通行及检修等需要，坝顶设照明设施。4、排水沟：设置于上游侧，高度、宽度均取为30cmo（二）坝内廊道1、层数：只设1层2、形式：采用城门洞形3、尺寸：宽3m,高3.5m4、照明：廊道内用低压电照明，并要求通风良好。5、廊道上坝坡段较长，间隔一段距离设置休息平台，陡段应设置扶手。6、距上游垂直坝面不小于3加且介于（1/8〜1/12）*上下游水位差，最终确定距上游垂直坝面为4加o 7、廊道底与建基面的距离不小于1.5倍廊道宽，乂因b取为3m,即廊道底与建基面距离不小于4.5m,取为4.5m。8、廊道底坡不大于45。9、在排水孔上面廊道中设置排水道，尺寸为30cmx30cm（三）坝体分缝及止水1、横缝间距：20cm,坝头段可适当放宽。2^缝宽：20mm3、缝型：平缝4、止水：只设置一道止水，材料为紫铜片，厚度1.2加加，距离上游坝面1.5m。5、止水埋入基础底部1.0m,两侧埋入混凝土深度25cm,止水的顶部高度应超多最高水位,即校核洪水位。6、止水形状示意图如下：（四）坝体防渗与排水1、坝体上游面3加处提高混凝土标号，可提高至C20o2、坝体排水：上游面设排水孔，孔距取3.5m,孔径15cmo范围上至校核洪水位以上，下至廊道。施工方法：①拔管；②钻孔3、布置方式：铅直布置（五）坝体混凝土分区为了防止坝面冲刷严重，表面设有1加厚的抗冲耐磨层，并设防裂钢筋①10@200加72。挡水坝混凝土分区：I区：上、下游水位以上坝体多部表面混凝土II区：上、下游水位变化区的坝体外表面混凝土 Ill区：上、下最低水位以下坝体外部表面混凝土IVIX:基础混凝土第七章工程量计算由地质剖面图和各控制坝段剖面图，由CAD可以计算得到各坝段所对应的开挖面积和各坝段的面积，由于都沿坝轴线方向，故可近似当做梯形来求解开挖量和混凝土浇筑量，各断面的面积，由CAD可以求出；计算过程:（-）开挖量的计算表7开挖量计算表格坝块编号（左岸至右岸）剖面编号（左岸至右岸）剖面面积【於宽度m开挖量n?11-184.5718.002505.422-2193.8122-2193.8120.007196.003-3525.7933-3525.7920.0011074.004-4581.61 44-4581.6120.007961.205-5(1)214.5155-5(2)224.7223.009852.976-6(1)632.0666-6(2)257.1820.004221.407-7164.9677-7164.9620.002731.808-8108.2288-8108.2220.001615.709-953.3599-953.3520.00805.1010-1027.161010-1027.1619.00349.6011-119.64合计48313.19（二）混凝土浇筑量的计算表8混凝土浇筑量计算表格坝块编号（左岸至右岸）剖面编号（左岸至右岸）剖面面积m2宽度m开挖量m311-10.0018.001157.402-2128.6022-2128.6020.006132.003-3484.6033-3484.6020.0013496.004-4865.0044-4865.0020.0017300.005-5(1)865.0055-5(2)948.9423.0021825.626-6(1)948.9466-6(2)654.5420.009294.407-7274.9077-7274.9020.004049.008-8130.0088-8130.0020.002075.009-977.5099-977.5020.001180.00 10-1040.501010-1040.5019.00384.7511-110.00合计76894.17'