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南昌工程学院水工课程设计

来源：世旅网

南昌工程学院

课程设计（论文）任务书

一1 课程设计(论文)题目重力坝课程设计

2课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求

某枢纽以了发电为主, 兼顾防洪灌溉. 水库建成后. 还可以提高下游二个水电站的出力的发电量. 该工程坝型为混凝土重力坝. (一)水库特征;

一水库水位. 1.正常蓄水位--349M. 2. 设计洪水位---349.9M 3校核洪水位---350.4M 二下游流量及相应下游水位..

1 千年一遇洪水的下泄流量.13770 米3/秒.. 相应下流水位271.90米 2 五千年一遇洪水的下泄流量.15110 米3/秒.. 相应下流水位272.63米

三. 库容: 总库容为17.9亿. 考虑开挖后. 坝基面高程269M (二) 综合利用效益: 装机容量20万千瓦, 年发电量.7.4亿度.,

防洪: 可将千年一遇洪峰流量以18200米3/秒削减至13770米3/秒: 可将五千年一遇洪峰流量以21200米3/秒削减至15110米3/秒: 可灌溉农田30万亩: 此外还可以改善航运条件, 库区可从事养殖. (三)自然条件.

1 地形. 坝址位于峡谷出口段. 左岸地势较低.山坡较缓.右岸地势较高.山坡较陡.

2 地质. 坝址出露岩层为志留系圣母山绿色含砾片岩.岩性坚硬完整.新鲜岩石饱和极限抗压强度在60—80MPA以上. 坝上游坡角为绢云母绿泥石英片岩. 饱和极限抗压强度在30—40MPA.

坝基坑剪断擦系数F经野外试验及分析研究确定为1.0—1.1: 坝基坑剪断凝聚力为为0.6—0.8MPA.

3 水文地质坝址水文地质较简单.相对不透水层埋藏深度一般在35米以内.库区无渗漏问题 4 气象资料最高气温为42度. 最低气温为-8度.多年平均最大风速为14米/秒. 水库吹程为1.4KM

5 淤泥:百年后坝前淤沙高程为286.6米.淤积泥沙内摩擦角取0度.淤沙浮容重为8000N/M 二、工程的等别和建筑物级别

水利部、能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。永久性建筑物系指工程运行期间使用的建筑物。根据其重要性分为：①主要建筑物，如堤坝、水闸、电站厂房及泵站等。②次要建筑物，如挡土墙、导流墙及护岸等。临时性建筑物系指工程施工期间使用的建筑物，入导流建筑物、施工围堰的。

对于本枢纽工程，由于工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用，所以枢纽工程等别等为Ⅰ等，相应的永久性主要建筑物为1级，永久性次要建筑物为3级。三、重力坝非溢流坝段设计

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工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。

重力坝的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3项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。在拟好的基本三角形基础上，根据已确定的坝顶高程及宽度，初拟主要防渗，排水设施，即可得到重力坝实用剖面。㈠非溢流坝剖面设计

⑴ 坝顶高程。坝顶高程有静水位＋相应情况下的风浪壅高和安全超高定出。即： ▽＝静水

位＋△h △h＝hl＋hz＋hc hl＝0.0166V05/4D1/3 ① L=10.4(hl)0.8 ② L H cth Lhlhz22 ③

由于建筑物级别为1级，查规范可知，设计工况下安全加高hc＝0.7m，校核工况下安全加高hc＝0.5m。 ⒈ 设计工况

设计洪水位H＝349.9 m 实测最大风速V0＝21m/s 吹程D＝1.4㎞

由以上公式①可得 hl＝0.834826m 由公式②得L＝9.00140m 由公式③可得 hz＝0.243115m 又 hc＝0.7m 则 △h＝hl＋hz＋hc＝0.834826＋0.243115＋0.7＝1.777941m 坝顶高程 ▽＝静水位＋△h＝349.9＋1.777941=1351.6779m ⒉ 校核工况

设计洪水位H＝350.4m 多年平均最大风速V0＝14m/s 吹程D＝1.4㎞由以上公式①可得 hl＝0.5025m 由公式②得L＝6.00088m 由公式③可得 hz＝0.132333m 又 hc＝0.5m 则 △h＝hl＋hz＋hc＝0.5025＋0.132333＋0.5＝1.35228m 坝顶高程 ▽＝静水位＋△h＝350.4＋1.35228=351.75228m

经过比较选取大者，可以得出坝顶或放浪墙顶高程为351.75228 m，并取放浪墙高1.2 m，则坝顶高程为：351.75228+1.2＝352.95228 m 最大坝高为：352.95228－269＝82.75228m 三、坝顶及坝底宽度的确定

因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m并应满足交通和运行管理的需要。我取10%的坝高，即为8.27米.取整为 9米。坝底的宽度约为坝高的0.7～0.9倍，这里取0.8倍，即B =0.8*82.75228 =66.201824 m。取66.5米. 根据工程经验，上游坝坡系数常采用n=0～0.2；下游坝坡系数常采用m=0.6～0.8；在此坝的设计中，采用上游坝坡系数n=0.2, 上游起坡点高度82.75228*1/2=41.376144经过m取各值的比较计算，采用下游坝坡系数m=0.7。

非溢流坝剖面图及有关计算尺寸

㈡荷载计算（取1m坝长进行计算） ⑴ 设计工况下的荷载计算

⒈ 自重 W 取γc=24.0 kN/m3 根据自重公式：W=Vγc 得： W1=1/2×8.28×41.38×24＝4111.5168KN↓ W2=9×82.75×24＝17874 KN↓

W3=（82.75－12.79）×（66.5－17.28）×24×1/2＝41321.1744 KN↓

⒉ 水压力水深为H时，单位宽度上的水平静水压力P为 P＝1/2γH2 斜面、折面、曲面承受的总静水压力，除水平静水压力外，还应计入其垂直分力。垂直水压力按水重计算。γ 水

＝9.81 kN/m3。

PH1＝1/2×9.81×（351.75－269）2＝33587.294KN→

PH2＝1/2×9.81×（271.9－269）2＝41.25KN← PV1＝（349.9－310.38）×8.28×9.81＝3210KN↓ PV2＝1/2×41.38×8.28×9.81＝1680.58KN↓ PV3＝1/2×（271.9－269）×8.28

×9.81＝117.78KN↓

⒊ 泥沙压力百年后坝前淤沙高程为286.6m，淤沙浮容重为8 kN/m3，内摩擦角为0°。竖直方向的泥沙压力PSKV按作用面上的淤沙重量（按淤沙的浮重度）计算，水平压力按PSKH＝1/2γsbhs2tg2 （45°－φ s/2）计算。 PSKH＝1/2γ sbhs2tg2 （45°－φ

s/2）＝1/2×8×（286.6－269）2×tg2（45°－0°／2）＝1239.04KN→ PSKV＝Vγ=1/2×（286.6－269）2×0.2×8＝247.8KN↓

⒋ 浪压力当＞L／2时，可假定浪顶以及水深等于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。L＝9m ， hl＋hz＝0.834826＋0.243115 Pi=[r×(h1+hz) ×L]/4=23.79KN→

PL1＝（hl＋hz＋L/2）×L/2×1/2×9.81＝123.12KN→ PL2＝L/2×L/2×9.81＝198.65KN← ⒌ 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向上的水压力。扬压力分布图如计算简图所示。扬压力折减系数α＝0.25。

U1＝B×γH2＝66.5×9.81×（271.9－269）＝12KN↑ U2＝12×αH＝12×0.25×9.81×（349.9－271.9）＝2296KN↑

U3＝（B－12）×αγH×1/2＝（66.5－12）×0.25×9.81×78×1/2＝5213KN↑ U4＝12×（γH1―γH2―αγH）×1/2＝12×（9.81×80.9－9.81×2.9－0.25× 9.81×78）×1/2＝3443KN↑

合力计算以及力矩计算如下表所示：

非溢流坝荷载计算成果汇总（设计工况）

⑵ 校核工况下的荷载计算

因为两种工况下的坝体自重和泥沙压力相同，故仅计算水压力、浪压力以及扬压力。各种压力计算原理、计算公式和计算参数同〖设计工况下的荷载计算〗。 ⒈ 水压力

PH1＝1/2×9.81×（350.4－269）2＝32500KN→ PH2＝1/2×9.81×（272.63－296）2＝.63KN← PV1＝（350.4－269－41.38）×8.28×9.81＝3250.7KN↓ PV2＝1/2×41.38×8.28×9.81＝1680.58KN↓

PV3＝1/2×（272.63－269）×8.28×9.81＝147.43KN↓ ⒉ 浪压力 L＝6m ， hl＋hz＝0.5025＋0.132333 Pi=[r×(h1+hz) ×L]/4=＝12.158KN→

PL1＝（hl＋hz＋L/2）×L/2×1/2×9.81＝28.15KN→ PL2= L/2×L/2×9.81＝22.07KN← 3扬压力

U1＝B×γH2＝66.5×9.81×（272.63－269）＝2368KN↑ U2＝12×αγH＝12×0.25×9.81×（350.4－272.63）＝22KN↑

U3＝（B－12）×αγH1/2＝（66.5－12）×0.25×9.81×77.77×1/2＝5197KN↑ U4＝12×（γH1―γH2―αγH）×1/2＝12×（9.81×81.4－9.81×3.63－0.25 ×9.81×77.77）×1/2＝3433KN↑

合力计算以及力矩计算如下页表所示。 ⑵ 库空情况下的荷载计算

库空情况下的荷载只有坝体自重，力以及力矩值汇总如下： ∑W＝4111.5168＋17874＋41321.1744＝63306.7KN↓

∑M=114053.476＋366059.52―17768.1＝＋462344.6 KN*M

非溢流坝荷载计算成果汇总（校核工况）

㈢坝体抗滑稳定分析

重力坝沿坝面失稳的机理是：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道，导致坝的整体失稳。表抗滑稳定安全系数

荷载组合 1 Ks 基本组合特殊组合（1）特殊组合（2） 1.10 1.05 1.00 坝的级别 2、3 1.05 1.00 1.00 计算以一个坝段（单宽）作为计算单元，公式采用抗剪强度公式，将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系数Ks为 Ks＝f（∑W－U）／∑P ，f取 1.0。 ⑴ 设计工况下的抗滑稳定分析 Ks＝f（∑W－U）／∑P＝1.0×55718.85／34709.55＝1.605 根据设计规范，1.605＞1.10，有以上计算可知，设计洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定要求。 ⑵ 校核工况下的抗滑稳定分析

Ks＝f（∑W－U）／∑P＝1.0×55346.2／33680.5＝1.3 根据设计规范，1.3＞1.05，有以上计算可知，校核洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定要求。㈣应力分析

应力分析的目的是检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料分区、某些部位配筋提供依据。

应力分析采用材料力学法，其基本假定为：① 坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。② 视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段工作，横缝不传力。③ 假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以应该校核坝体边缘应力是否满足强度要求。

用材料力学分析坝体应力时，重力坝设计规范规定的强度指标。 1、坝基面的σy应符合下列要求

（1）运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝基面的最大铅直正应力应小于坝基容许应力（计算时应计入扬压力）。最小铅直正应力应大于零（计算时应计入扬压力）。（2）施工期：下游坝面允许有不大于0.1MPa的拉应力。 2、坝体应力要求

（1）运用期。坝体上游面的最小主应力要考虑两种控制标准：①在作用力中计入扬压力时，要求σ≥0，即σ为压应力；②当作用力中不计入扬压力时，要求σ≥0.25γh。坝体下游面的最大主压应力，不得大于混凝土的容许压应力。

（2）施工期。坝体主压应力不得大于混凝土的容许压应力，在坝的下游面可以有不大于0.2MPa的主拉应力。

本设计分设计情况和校核情况两种情况分别分析水平截面上的正应力。因为假定y按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力yuyd和。设计工况下

σyu= Wi/T+6*Mi/T2

=68562.85/66.5+6*(-316363.24)/(66.5*66.5)=601.76 KPa σyu= Wi/T－6*Mi/T2

=68562.85/66.5－6*(-316363.24)/(66.5*66.5)=1460.24KPa 校核工况下 σyu= Wi/T+6*Mi/T2

=68633.2/66.5+6*(-292878.9)/(66.5*66.5)=634.62 KPa σ yu= Wi/T－6*Mi/T2

=68633.2/66.5－6*(-292878.9)/(66.5*66.5)=1429.92KPa 各项均满足要求. 六、重力坝溢流坝段设计

㈠孔口设计装设闸门的溢流坝，常用闸门将溢流坝段分割成若干个等宽的溢流孔口. 确定孔口尺寸时应考虑的因素: ① 满足泄洪要求

② 孔口宽度越大，闸门尺寸越大，启门力越大，启门和启闭机的构造就较复杂. ③ 孔口高度越大，q大，溢流坝段越短;孔口宽度越小，孔数多、闸门多，溢流段总长也相应加大。 ④ q大，消能困难，为了对称均衡开启闸门，以控制下游河床流态，孔口数目最好采用奇数。 ⑴ 泄水方式的选择。为使水库具有较大的超洪能力，采用开敞式孔口。

工程实践证明：软弱岩石或裂隙发育岩石，ｑ＝20～50ｍ3/(s.m)；较好的岩石，ｑ＝50～70ｍ 3

/(s.m)；坚硬或完整岩石，ｑ＝100～130ｍ3/(s.m)。此取100ｍ3/(s.m)。

⑵ 流量的确定。设计情况下，溢流坝的下泄流量为13770 m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为15110m3/s。

⑶ 孔口净宽。根据调洪演算，在设计情况和校核情况下孔口净宽为137.7m和蔼151.1m 根据以上计算，假设每孔宽度为11m，则孔数n为13。

⑷ 堰顶高程的确定。初拟侧收缩系数ε＝0.95，流量系数m＝0.502，因为过堰水流为自由出流，故σs＝1，由堰流公式计算堰上水头H，计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。 2 /30

2HgmnbQs ， n＝13

堰顶高程计算表计算情况设计情况校核情况流量（m3/s） 13770 15110 侧收缩系数 0.95 0.95 流量系数 0.502 0.502 孔口单宽（m） 11 11 堰上水头（m） 12.76 13.58 堰顶高程（m） 337.14 336.82 根据以上计算，取堰顶高程为336.82m。㈡溢流坝剖面设计溢流坝剖面除应满足强度、稳定性和经济条件外，其外形尚须考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形修改而成，内部与非溢流坝相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及挑流鼻坎组成，上游面为直线或折线。

溢流曲线要求：①有较高的流量系数；②水流平顺，不产生空蚀。溢流面常用曲线：①WES曲线；②克一奥曲线。

本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形。其上游面为折线面，其起坡点的高度和坡率与非溢流坝的保持一致，即取上游的坡率为n=0.2，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。 (1) 顶部曲线段

我国现行规范推荐采用幂曲线，即WES曲线, 其曲线方程为：

nndxkHy 式中：ｎ、ｋ——系数，n=1.85，k=2.0； Hd——定型设计水头，m，（一般为校核水位十堰顶水头的75%-95%）。 Hd＝0.85×（350.4－336.82）＝11.55m。（坐标原点在堰顶）

在本次设计中，按85%计算，即Hd＝11.55m。经计算，该方程可写为： X 1.85

=y*0.2*11.55 0.85

(坐标原点为堰顶,同时确定上游面是铅直的)

⑵ 椭圆曲线。堰面曲线原点上游采用椭圆曲线，其方程为： 1) ()()(2 222

dddbHybHaHx 因上游面垂直，故取a＝0.3，b=a/(0.78+3a)＝0.178

图中的 aHd=9.22 bHd=6.

可以通过描绘几个不同的点来确定这个曲线。详图见溢流坝的剖面图。 (2) 反弧段

反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线。按《混凝土重力坝设计规范》规定，其半径R=4～10h，h为校核洪水闸门全开时反弧处的水深。 BVQh

Q---校核洪水位的下泄流量15110m3 /s B=143---闸孔全宽 V---流速流速 12gsV

s1--上游水面至挑坎顶部的高差 ---坝面流速系数 35.0055.01E K

1.51EEqKKgS 流能比

坎顶部的高程:挑坎高程愈低,出口断面的流速愈大,射程愈远.同时,挑坎高程低,工程量也小,可以降低造价,工程设计中常使用挑坎最低的高程高出下游最高水位的1～2m,由校核洪水位允许下泄流量查得下游最高水位为271.9m,故取挑坎高程为272.5m.

最终通过计算反弧半径R取为20m,鼻坎挑射角a=.25 具体计算可以看溢流坝部分的计算书. (3) 中间直线段

中间直线段与顶部的曲线和反弧段相切，坡率取为1:0.7。

（本设计溢流坝直线段的坡率如与非溢流坝的一致则不满足应力和稳定的要求，故经计算的坡率取为1:0.7时可以满足要求，故本设计采用了此坡率，具体的计算选取过程不在此赘述。）四、消能防冲设计

通过溢流坝顶下泄的水流，具有很大的能量，必须采取有效的消能措施，保护下游河床免受冲刷。消能设计的原则是：消能效果好，结构可靠，防止空蚀和磨损，以保证坝体和有关建筑物的安全。设计时应根据坝址地形、地质条件，枢纽布置、坝高、下泄流量等综合考虑。对于大型工程及高坝，还

应进行水工模型试验。本设计采用挑流消能的消能方式。

挑流消能是利用溢流坝下游的挑流鼻坎将从坝顶下泄的高速水流抛向空中，使水流扩散、掺气，然后跌入下游河床的水垫中。水流在同空气摩擦的过程中可消耗一部分能量，水流进入水垫后，发生强烈的摩擦、旋滚，冲刷河床形成冲坑，其余大部分能量消耗于冲坑中。这种方式比较经济，一般适用于高水头、大流量、基岩较坚固的高坝或中坝，故为本设计所采用。 1、挑流鼻坎设计

挑流鼻坎设计主要是选择合适的鼻坎型式、鼻坎高程、挑射角及反弧半径。鼻坎的型式选择连续式。连续式鼻坎结构简单，施工方便，鼻坎上水流平顺，挑距较远，应用也广泛。鼻坎挑射角一般取θ＝20～25°，本设计采用挑角θ＝25。鼻坎坎顶高程宜高出下游最高水位1～2ｍ，校核洪水位时对应的下游最高水位为272.63米，故鼻坎高程为274.63米。（1）堰面流速系数

35.0055.01E K

式中--流能比EK， 1.5 1 q=

gEKS（1S为上游水面至挑坎顶部的高差，1S=349.9-274.63=75.27 ｍ）

Ｑ――校核洪水时溢流坝下泄流量，15110ｍ3/s；Ｂ――鼻坎处水面宽度，ｍ． q--单宽流量,q=100立方米每秒所以。KE=q÷√g（s1.5 ）=100÷2044=0.04 =0.909

（2）鼻坎处水流平均流速υ υ＝1 2gS 式中

——堰面流速系数，其中

1S——上游水面至挑坎顶部的高差 υ=34.932m／s （3）反弧半径Ｒ

h——校核洪水闸门全开是反弧处的水深 h=Q/(B*V)=15110/(143*34.932)=3.025M

根据有关的经验反弧半径Ｒ=（4--10）h=2.72---6.8m，所以取Ｒ为20ｍ。（4）挑距L（水舌外缘计算，其估算公式如下） 2

22111121[sincoscossin2()]

Lvvvghhg

L——水舌挑距，ｍ g——重力加速度，2 /ms

1v——坎顶水面流速，约为鼻坎处平均流速v的1.1倍 ——挑角，取25°

1h——坎顶平均水深h在铅直向的投影； 2h——坎顶至河床面的高差。流速 1v=1.1v=1.1×34.932=38.425ｍ/s 投影

1h=hcos=3.025×cos25°=2.742 高差 2h=5.63ｍ 2

22111121[sincoscossin2()]

Lvvvghhg

=1/g【38.4252

*sin25*cos25+38.425sin25[38.4252 sin2

25+2*9.81（2.742+5.63）]1/2 】 =131.

（5）冲刷坑深（工程上经常按下式计算） 0.50.25ktqH 式中

kt——水垫厚度，自水面至坑底，ｍ q

——单宽流量，ｍ3/s

H——上下游水位差，ｍ，349-271.9=77.1m

——冲坑系数，对坚硬完整的岩基，=0.9~1.2，本设计取1.0 0.50.25ktqH=1.0*1000.5*77.10.25=29.63

为了保证大坝的安全，挑距应有足够的长度。一般当Ｌ／' Kt＞2.5～5.0时，认为是安全的。则Ｌ／' K

t=131/29.63=4.42满足要求七、坝身泄水孔设计

泄水孔作用：①预泄库水，增大水库的调蓄能力； ②放空水库，以便检修；③排放淤泥，减少淤积；④随时放水，以满足航运和灌溉的要求；⑤施工导流。工作条件：①孔内水流流速高，易产生负压，空蚀和振动； ②闸门在水下，承受的压力大，检修困难。按水流条件分：有压的、无压的；按高程分：中孔、底孔；按布置层数分：单层、多层。

本次设计中发电孔设计为有压孔，灌溉孔设计为无压孔，利用发电尾水供水。下面以发电孔设计为例说明有压孔的设计，对于无压泄水孔的设计部分省略。

发电孔的进口处设置拦污栅和事故闸门(兼做检修闸门用)，工作闸门布置在出口，孔的断面为圆形，孔内用钢板衬砌。发电孔共设两条，为单元供水方式。㈠孔径D的拟定

最大发电量Q=405m3/s，共设三台发电机组，由式，得到:D=9.87~10.13m，取 D=10.0m。

㈡进水口体形设计

进水口应满足：①减少局部损失，提高泄水能力；②控制负压，防止空蚀。进口曲线：顶部、两侧常用四分之一椭圆，底部常用园弧。椭圆方程：X2/A2+Y2/(aA)2=1；断面：矩形：①顶面曲线，A为孔高，α为1/3~1/4；②两侧曲线，A为孔高，α=1/4；园孔：A为直径，α=0.30；进口段的孔口中心线，一般布置成水平的。

本工程进水口顶部采用椭圆曲线，曲线方程见公式，这里a=3，b=1，则曲线方程为: ，进水口底缘采用平底。椭圆曲线坐标值 X 3 2 1 0 y 0 0.75 0.9 1

㈢闸门与门槽

深孔常用的闸门是平面和弧形闸门。平面闸门槽是最易产生负压和空蚀的地方。为减免门槽空蚀，试验结果表明，矩形收缩型门槽较好。

进水口处设置拦污栅和平面事故闸门，平面工作闸门。事故闸门上游坝面布置，闸门槽尺寸为0.5m×0.5m，为矩形闸门槽。㈣渐变段

泄水孔进口一般都做成矩形，以便布置进口曲线和闸门，而重力坝有压泄水孔断面常采用圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便水流平顺过渡。当主要闸门（由圆变方）布置在出口时，出口断面必须做成矩形。

在进水口闸门后需设置渐变段，渐变段采用圆角过渡，其长度为(2~3)D，取30m。㈤出水口

出水口前采用1:10压坡段，出口断面面积为孔身断面的85%~95%，由于孔身断面面积A为78.m2，故出口断面面积为66.76 m2。出口断面为方形。八、坝体细部构造

重力坝的细部构造包括坝顶结构、坝体分缝、排水廊道布置等的内容，这些构造的合理选型和布置，可以改善大坝的工作状态，提高坝体的抗滑稳定性，改善坝体应力，满足运用个施工要求，保证大坝的正常工作。㈠坝顶构造

对于非溢流坝，坝顶上游侧应设置防浪墙，宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物冲击，墙高为1.0～1.2m，在坝体的横缝处应留伸缩缝，并设置止水。下游侧应设置栏杆、灯柱，以保护行人和行车安全。坝顶路面应有适当的横向坡度，并设置相应的排水设施，以便排除路面雨水。路面排水应与坝体内排水连通或直接排入把体内。当设置人行道时，宜高出坝顶路面20～30cm。对于溢流重力坝，溢流坝的上部

构造，应根据运行要求布置。有交通要求时，应按公路等级设置交通桥;无交通要求时，需设置人行道。对于大中型工程溢流坝，坝顶常设置闸门、闸敦、工作桥、启闭机等。

本工程有双线交通要求，故取路面宽9m，两旁设人行道各1人m，人行道上设栏杆，路面呈弧形，以将路面积水排向两侧，以排水管排向上游水库。㈡坝体分缝及止水

为了防止坝体因温度变化和地基不均匀沉陷而产生裂缝，满足施工(混凝土的浇筑能力和施工期的温控)的需要，坝体需要分缝。常见的缝有：横缝、纵缝、水平施工缝。

①横缝。垂至于坝轴线，将坝体分成若干各坝段。间距(一般是相等的)为12～20m，缝

宽1～2cm。横缝一般为永久性缝，缝面为水平面，缝内设置止水。

②纵缝。一般为竖缝形式，缝面应设置键槽，并埋设灌浆系统，并在蓄水前进行灌浆。纵缝与坝面应垂直相交，避免浇筑块有尖角。间距为15～30m，深孔坝段、寒冷地区，宜选用较小的间距。

③水平施工缝。坝体上下层浇筑块之间的结合面称水平施工缝。一般浇筑块厚1.5～4m，靠近基岩面层厚度为1.5～2m，同一坝相邻浇筑块水平施工缝的高程应错开。

止水与坝的级别和高度有关。高坝：止水采用两道止水片，止水片间设沥青井，两道止水片均为紫铜片，厚度为1.0～1.6mm。中低坝的止水可适当简化，中坝第一道止水片为紫铜片，第二道止水片可采用塑料或橡胶止水片.横缝止水必须与坝基岩石妥善连接，止水片一般埋入基岩内的深度为30～50cm，沥青井也埋入基岩内.

对于本枢纽，为满足混凝土的浇筑能力和温度控制的需要，沿坝轴线方向每隔20m设一横缝(厂房坝段考虑机组间距取18m，上下游方向因坝段宽度较大，设两道垂直纵缝，遇钢管处，纵缝与钢管轴线垂直。㈢坝体坝基排水

为了减小坝体的渗透压力，在靠近坝的上游防渗层后面，沿坝轴线方向，布置一排竖向排水管。其中心线距离上游坝面(1/10～1/12)倍坝前水深，一般为2～5m。排水管间距2～3m，采用无砂混凝土预制管，管径不小于110mm，一般取150～250mm。排水管的上部延伸至最高水位以上，下部直通廊道，竖直布置，不宜有弯头。坝基排水目的：通过排除渗水降低坝基底面的渗透压力。坝基排水范围：基础排水一般设一排主排水孔。对于地址条件良好的基础应充分利用排水作用，除设主排水孔外，高坝可设置辅助排水孔2～3排，中坝可设置辅助排水孔1～2排。排水孔的位置及方向：防渗帷幕下游设置主排水孔，辅助排水孔可设置在基础纵向排水廊道内。在坝基面上，主排水孔与帷幕灌浆孔的距离不宜小于2m。主排水方向一般向下游倾斜，与帷幕的夹角为～。

对于本工程，为减小坝体内的渗透压力，在距上游面5m设一排坝体排水管，与上游面平行布置，排水管与各层廊道内的排水沟相连，渗水经排水管流至排水沟，再由排水沟

流至集水井排走。排水管间距3m，多孔混凝土管内径为15cm。由于的存在，不设置坝基排水廊道。㈣坝内廊道

重力坝内有纵向(沿坝轴线)和横向(垂至于坝轴线)廊道，纵向廊道按高程分层设置，一般沿坝高每隔15～30m设置一层，其断面形状为城门洞形。当有多层廊道时，应在两岸将各层互相连通。若廊道较长，沿坝长每隔200～300m，应在上下层廊道之间设置交通通道。对高坝应设置1～2座电梯及便梯，对中坝和中型工程的高坝，视需要设置电梯或便梯。本工程坝内廊道包括基础灌浆廊道和坝体排水检查廊道，其设计按规范要求确定。因坝体存在空腔，故重力坝的廊道与各坝段空腔相通，在空腔内设置1.5m宽的悬臂检查平台，形成环行通道。跨横缝的横向廊道可用三角形尖顶和平底断面。十、地基处理

天然地基常存在着不同程度的缺陷，必须经过处理才可作为基础。常用的处理方法有：开挖与清理、加固处理、坝基帷幕灌浆、基础排水等方法。㈠坝基开挖

高坝需修建在新鲜岩面上，故将覆盖层全部开挖，左岸覆盖层厚度较薄，130m高程以下几乎无覆盖层，130m高层以上逐渐加厚。坝基开挖量主要集中在右岸，45m高程以上覆盖层厚约10m左右，故全部挖除。为提高坝体的测向稳定性，沿岸坡开挖成台阶状。㈡固结灌浆

为了提高基岩的整体性和基岩的承载能力，减少不均匀沉陷，提高地基表层防渗性能，需要对坝基进行加固处理。

固结灌浆孔时一种用低压浅层灌水泥浆的方法来加固地基，适用于裂隙发育又无其他缺陷时。

固结灌浆孔一般布置在坝踵、坝址附近，以及节理裂隙发育和破碎带的范围内。灌浆孔布置呈梅花形或方格形。

本工程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。在坝踵坝址附近关注孔相对较密，呈梅花形布置，其他部位树疏一些。孔距排距由灌浆试验确定，一般为3～6m。

㈢帷幕灌浆

帷幕灌浆的目的：降低坝底的渗透压力，减少绕坝渗透，防止坝基内产生渗透破坏，使幕后的坝基面渗透压力降至允许值以内。帷幕灌浆的范围：河床及两岸。

灌浆的材料：一般采用水泥浆，必要时也可采用化学浆。

位置：应在靠近上游坝面的坝轴线附近，自河床向两岸延伸。钻孔和灌浆常在基础廊道内，靠近两岸可在坝顶或平洞内进行。

帷幕灌浆钻孔的方向：原则上应尽量穿过最多的裂隙和岩层层面。一般向上游倾斜的角度为～～。

本工程为减小渗透压力对坝体稳定的影响，减小扬压力，在灌浆廊道设一排帷幕灌浆孔，利用高压灌浆填塞岩内的裂缝和空隙等污水通道，帷幕深度打入相对不透水层1～2m。

最大发电量Q=405m3/s，共设三台发电机组，由式，得到:D=9.87~10.13m，取 D=10.0m。

㈡进水口体形设计

本工程进水口顶部采用椭圆曲线，曲线方程见公式，这里a=3，b=1，则曲线方程为: ，进水口底缘采用平底。

椭圆曲线坐标值 X 3 2 1 0 y 0 0.75

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