1、目錄第一章 非溢流壩設計 1.1壩基面高程的確定由混凝土重力壩設計規范可知，壩高10050米時，重力壩可建在微風化至弱風化中部基巖上，本工程壩高為50100m，由于本壩址巖層分布主要為石英砂巖，故可確定壩基面高程為832.0 m。由水位庫容曲線查的該庫容為0.03108m3，故可知該工程等級為級。1.2壩頂高程計算 基本組合情況下：.1 正常蓄水位時：壩頂高程分別按設計和校核兩種情況，用以下公式進行計算：波浪要素按官廳公式計算。公式如下： 庫水位以上的超高：式中-波浪高度，m-波浪中心線超出靜水位的高度，m-安全超高，m-計算風速。水庫為正常蓄水位和設計洪水位時，宜用相應洪水期多年平均最大風速

2、的1.52.0倍；校核洪水位時，宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/sD-風區長度；mL-波長；MH-壩前水深.2 設計洪水位時：根據水庫總庫容在之間可知，大壩工程安全級別為級計算風速取相應洪水期多年平均最大風速的1.8倍，即=47.7m/s根據公式，可知波浪高度=2.71m根據公式，可知波長L=23.19m根據公式，可知波浪中心線超靜水位高度=0.994274m可知庫水位超高 =4.1m可知壩頂高程=890.00+4.1=894.1m .2 校核洪水位時：計算風速取相應洪水期多年平均最大風速，即=26.5m/s根據公式，可知波浪高度=1.30m根據公式，可知波長L=7.0034m根據公式，可

3、知波浪中心線超靜水位高度=0.7577m可知庫水位超高 =2.355m可知壩頂高程=890.00+2.355=892.355m特殊組合情況下： Vo=26.5 m/s故按莆田試驗站公式計算： =6.4310-3故 hm=0.4603 m =1.1146故 Tm=3.011 s綜合（1）、（2），可知最大壩頂高程取894.1m1.3壩寬計算為了適應運用和施工的需要，壩頂必須有一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的8%10%。，且不小于3m所以壩頂寬度=6m，并可算出壩底寬為 78.5m1.4 壩面坡度上游壩坡采用折線面，一般起坡點在壩高的2/3附近，建壩基面高程為832m，折坡點高程為873.

4、4m， 坡度為1：0.2；下游坡度為1：0.8。因為基本三角形的頂點與正常蓄水位齊平，故重力壩剖面的下游坡向上延伸應與正常蓄水位相交，具體尺寸見下圖圖1.1 重力壩剖面圖1.5 壩基的防滲與排水設施擬定由于防滲的需要，壩基須設置防滲帷幕和排水孔幕。據基礎廊道的布置要求，初步擬定防滲帷幕及排水孔廊道中心線在壩基面處距離壩踵5.5m。 第二章 非溢流壩段荷載計算 2.1 計算情況的選擇作用在壩基面的荷載有：自重、靜水壓力、揚壓力、淤沙壓力、浪壓力、土壓力，常取壩長進行計算。2.2 荷載計算 自重自重在正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位完全一樣計算步驟如下；壩體自重的計算公式： 式中：可知： W1=

5、0.56302.49.81=2118.96 KNW2=662.12.49.81=8772.494 KNW3=0.566.557.32.49.81=44856.62KNW=W1+W2+W3=55748.47KN 壩體自重=55748.47KN 靜水壓力及其推力 靜水壓力與作用水頭有關，所以在正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位時靜水壓力各不相同，應分別計算； 靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平壓力和垂直壓力兩種。的計算公式為： 式中： 計算點的作用水頭，； 水的重度，常取；（1）基本組合：正常蓄水位情況：F1=0.59.81582=16500.42KN W1=0.5 (58+

6、28) 69.81=2538.72KN設計洪水位情況：F1=0.59.8158.092= 16551.67KNF2=0.59.8121.72= -2309.715KNW1=0.5 (58.09+28.09) 69.81= 2536.277KN W2=0.5 21.727.1259.81= 2887.144KN（2）特殊組合：校核蓄水位情況： F1=0.59.8160.332=17852.77KNF2=0.59.8117.52=1502.156KN W1=0.5 (60.33+30.33) 69.81=2668.124KN W2=0.523.6229.5259.81= 3420.651KN 揚壓

7、力的計算規范：當壩基設有防滲帷幕和排水孔時，壩底面上游（壩踵）處的揚壓力作用水頭為， 排水孔中心線處為（，下游（壩趾）處為，其間各段依次以直線連接,則：A 壩踵處的揚壓力強度為,壩址處的揚壓力強度為,帷幕灌漿和排水孔處的滲透壓力為（,的取值如表2-1所示）。B 揚壓力的大小等于揚壓力分布圖的面積。圖2.1揚壓力計算圖示 表 2.1 壩底面的滲透壓力、揚壓力強度系數壩型及部位壩 基 處 理 情 況（A） 設置防滲帷幕及排水孔（B） 設置防滲帷幕及主、副排水孔并抽排部位壩 型滲透壓力強度系數主排水孔前的揚壓力 強度系數1殘余揚壓力強度系數2河 床 壩 段實體重力壩0.250.20.5寬縫重力壩0.

8、20.150.5大頭支墩壩0.20.150.5空腹重力壩0.25-岸 坡實體重力壩0.35-寬縫重力壩0.3-則：帷幕灌漿處的，排水孔處的。（1）正常蓄水情況下：H1=890.0832.0=58.0H2=0 U1= H2=0 U2=-11.50.39.8158=-1962.981 KNU3=-0.5670.39.8158=-5718.249 KNU4=0Ucc=-（0+1962.981+5718.249+0）=-7681.23 KN（2） 設計洪水情況：H1=890.9832.0=58.09H2=21.7 U1= H2=-212.877 KN U2=-11.50.39.8158.09=-196

9、6.027 KNU3=-0.5670.39.8158.09=-5727.122 KNU4=-0.511.536.39=-209.2425 KNUcc=-（212.877 +1966.027+5727.122+209.2425）=-8115.269 KN（3）校核洪水位情況：H1=60.33H2=17.5U1= H2=-171.675 KNU2=11.50.39.8160.33=-2041.839 KNU3=-0.5670.39.8160.33=-5947.965 KNU4=-0.511.542.83=-246.2725 KNUcc=-（171.675 +2041.839+5947.965+24

10、6.2725）=-8407.751 KN 淤沙壓力及其推力 圖2.3 淤沙壓力計算圖示（1）水平泥沙壓力 為：式中: ，水平方向： （2）豎直方向：Psv=7.360.5(17.8+4) 4=80.224KN 波浪壓力波浪壓力計算公式：式中： （1）基本組合（設計和正常情況）：Hz=0.7577m；Lm=7.0m；h1%=1.30m （2）特殊組合（校核）：Hz=0.05402m；Lm=2.488m；h1%=0.207m； 土壓力（1）正常蓄水情況： （2）設計及校核洪水位情況： 第三章 壩體抗滑穩定性分析3.1 總則A、按抗剪斷強度的計算公式進行計算，按抗剪斷強度公式計算的壩基面抗滑穩定安全

11、系數值應不小于表3-1規范規定；B、它認為壩體混凝土與壩基基巖接觸良好，屬于交界面；C、基礎數據：；A=178.5=78.5 m2。此時其抗滑穩定安全系數的計算公式為：式中：表 3.1 壩基面抗滑穩定安全系數 K荷 載 組 合K基 本 組 合3特 殊 組 合(1)2.5(2)2.3表3.2 全部荷載計算結果荷載水平力垂直力正常工況設計工況校核工況正常工況設計工況校核工況自重144598.97144598.97144598.97水壓力67144.5460426.660333.519025.2014775.915784.29揚壓力-25586.66-57222.22-59984.09波浪力4.87

12、4.871.59淤沙力3614.423614.423614.42964.13964.13964.13土壓力-805.0748.6448.646688.24511.194511.19總計69958.7664094.5363998.16135689.80107585.0105874.493.2 抗滑穩定計算（1）正常蓄水情況 W=51617.23 KNP=16889.85 KNK=3.056113.0（2）設計洪水情況W=54067.9 KN P=14953.2 KNK=3.6158092.5 （3）校核洪水情況W=54440.77 KN P=17061.85 KN K=3.1907892.33.

13、3 抗剪斷強度計算（1）正常蓄水情況 W=51617.23 KNP=16889.85 KN 3.0（2）設計洪水情況W=54067.9 KN P=14953.2 KN 2.5（3）校核洪水情況W=54440.77 KN P=17061.85 KN K=3.1907892.3 2.3故非溢流壩段抗滑穩定滿足設計規范要求。第四章 應力分析4.1 總則大壩垂直應力分析根據SL319-2005混凝土重力壩設計規范，按下列公式進行應力計算：圖4.1應力計算圖示(1)上游面垂直正應力：(2)下游面垂直正應力：式中： 4.1.2大壩垂直應力滿足要求由混凝土重力壩設計規范SL3192005可知：重力壩壩基面：

14、運用期：要求上游面垂直正應力不小于0，下游面垂直正應力應小于壩基容許壓應力4.0Mpa=4000Kpa。；施工期：壩趾垂直應力可允許由小于0.1Mpa（100Kpa）的拉應力；重力壩壩體截面：運用期：壩體上游面不出現拉應力（計揚壓力），下游面垂直正應力應不大于混凝土壓應力值，采用C15混凝土，故混凝土壓應力值為15/4=3.75Mpa=3750Kpa。施工期：壩體任何截面上的主壓應力應不大于混凝土的允許壓應力，下游面可允許有不大于0.2Mpa（200Kpa）的主拉應力。 4.2計算截面為建基面的情況4.2.1 荷載計算（1） 自重力矩自重如下圖所示：圖4.2自重力矩計算圖示W1=2118.96

15、 KN； W2=8772.494 KN；W3=44856.62KN自重力矩計算如下：M1=2118.96 28.31=59987.76 KNmM2=8772.49424.2=212294.4 KNmM3=44856.622.03=91058.94KNmM =M1+M2+M3=363341.1KNm4.2.2運用期（計入揚壓力的情況）(1)上游面垂直正應力：T=109.45 (2)下游面垂直正應力：4.2.3運用期（不計入揚壓力的情況）(1)上游面垂直正應力：T=109.45(2)下游面垂直正應力： 4.2.4 施工期(1)上游面垂直正應力：T=109.45(2)下游面垂直正應力：第五章 溢流壩

16、段設計5.1 泄流方式選擇為了使水庫具有較大的超泄能力，采用開敞式孔口，WES實用堰。5.2 洪水標準的確定洪水標準的確定：本次設計的重力壩是級建筑物，根據GB5020194表，采用50年一遇的洪水標準設計，500年一遇的洪水標準校核。5.3 流量的確定流量的確定：根據基礎資料可知，設計情況下，溢流壩的下泄流量為115.75m3/s；在校核情況下溢流壩的下泄流量為176m3/s。 5.4 單寬流量的選擇壩址處基礎節理裂隙發育，巖石軟弱，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，單寬流量取20 m3/（s.m）。5.5 孔口凈寬的擬定孔口凈寬擬定，分別計算設計和校核情況下溢洪道所需的孔口寬度，計算成果

17、如下表： 表5.1 孔口凈寬計算情況流量(m3/s)單寬流量qm3/(s.m)孔口凈寬B（m）設計情況115.75205.79校核情況176208.8根據以上計算，溢流壩孔口凈寬取B=16m，假設每孔寬度為b=8m，則孔數n為2。5.6 溢流壩段總長度的確定溢流壩段總長度（溢流孔口的總寬度）的確定：根據工程經驗，擬定閘墩的厚度。初擬中墩厚d為2.5 m，邊墩厚t為3m，則溢流壩段的總長度B0為： B0=nb+(n1)d+2t = 28+（21）2.5+23=24.5(m)5.7 堰頂高程的確定初擬側收縮系數，流量系數m=0.463，因為過堰水流為自由出流，故由堰流公式計算堰上水頭Hw,計算水位

18、分別減去其相應的堰上水頭即為堰頂高程。計算公式如下：計算成果見表：表5.2 堰頂高程計算情況流量 （m3/s）側收縮系數流量系數孔口凈寬 （m）堰上水頭（m）堰頂高程（m）設計情況115.750.920.463167.57883.52校核情況1760.920.463169.86882.47根據以上計算，取堰頂高程為882.47m。5.8 閘門高度的確定 門高=正常高水位堰頂高程+安全超高=890.00882.47+0.2=7.7（m） 則按規范取門高7.8m。5.9 定型水頭的確定堰上最大水頭Hmax=校核洪水位堰頂高程=892.33882.47=9.86（m）；定型設計水頭Hd=（75%95

19、%）Hmax=7.49.4（m）；取Hd=8.4，Hd/Hmax=8.4/9.86=0.85,查表知壩面最大負壓為：0.3Hd=2.8（m），小于規范的允許值（最大不超過36m水柱）5.10 泄流能力的校核 先由水力學公式計算側收縮系數，然后計算不同水頭作用下的流量系數m，根據已知條件，運用堰流公式校核溢流堰的泄流能力。計算成果匯總如下表：表5.3 泄流能力校核計算情況mB (m)H (m)Q (m3/s)Q (m3/s)設計情況0.4630.92167.57142141.950.0352%校核情況0.4630.92169.86211208.331.2654%滿足的要求，則符合規范設計的孔口要

20、求。5.11.1 溢流壩段剖面圖圖5.1 溢流壩橫剖面圖5.11.2 溢流壩段穩定性分析（1）正常蓄水情況 W=51617.23 KNP=16889.85 KN 3.0（2）設計洪水情況W=54067.9 KN P=14953.2 KN 2.5（3）校核洪水情況W=54440.77 KN P=17061.85 KN K=3.1907892.3 2.3故溢流壩段抗滑穩定滿足設計規范要求。第六章 消能防沖設計 通過溢流壩頂下泄的水流，具有很大的能量，必須采取有效地消能措施，保護下游河床免受沖刷。消能設計的原則是：消能效果好，結構可靠，防止空蝕和磨損，以保證壩體和有關建筑物的安全。設計時應根據壩址地

21、形，地質條件，樞紐布置，壩高，下泄流量等綜合考慮。 6.1洪水標準和相關參數的選定本次設計的重力壩是3級水工建筑物，根據SL2522000表，消能防沖設計采用按50年洪水重現期標準設計。根據地形地質條件，選用挑流消能。根據已建工程經驗，挑射=20。6.2 反弧半徑的確定反弧半徑R為：對于挑流消能，可按下式求得反弧段的半徑 堰面流速系數，取0.95；H設計洪水位至坎頂高差，H=891.09-851.0=40.09m (取坎頂高程為851.0m)故算出V=26.65m/sQ校核洪水時溢流壩下泄流量，(211m3/s)；B鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2邊墩厚度； B=8+23=14mh1=

22、5.65585(m)R=（410）hR=22.6256.56（m）取R=32（m）6.3 坎頂水深的確定坎頂水深計算公式為：坎頂水流流速v按下式計算：堰面流速系數，取0.95；H設計洪水位至坎頂高差，H=891.09-851.0=40.09m (取坎頂高程為851.0m)故算出V=26.65m/sQ50年一遇洪水時溢流壩下泄流量，(105m3/s)；B鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2邊墩厚度； B=8+23=14m故坎頂平均水深：6.4 水舌拋距計算根據SL253-2000溢洪道設計規范，計算水舌拋距和最大沖坑水墊厚度。計算公式：水舌拋距計算公式：L：水舌拋距：鼻坎的挑角： ：坎頂至河

23、床面的高差 ：堰面流量系數，取0.95； 將這些數據代入水舌拋距的公式得：6.5 最大沖坑水墊厚度及最大沖坑厚度最大沖坑水墊厚度公式：水墊厚度，自水面算至坑底。：單寬流量，由前面的計算可得單寬流量為20；：上下游水位差，根據資料可得水位差為40.5m；：沖刷系數，（這里根據地質情況取1.5）；將數據代入公式得： 所以最大沖坑水墊厚度為14.35m。最大沖坑厚度估算：圖6.1 沖坑厚度圖示為了保證大壩的安全，挑距應有足夠的的長度。一般當時，認為是安全的。 計算結果為n=3.817，所以滿足規范。故，其消能防沖設計符合規范設計要求。第七章 泄水孔的設計7.1有壓泄水孔的設計壩體在內水壓力的作用下可

24、能會出現拉應力，因此孔壁需要鋼板襯砌。7.11孔徑D的擬定孔徑D的擬定可依據下式： 式中：Q每個發電孔引取的流量，m3/s vp孔內的允許流速，m/s，對于發電孔vp=5.06.0m/s。7.12 進水口體形設計 進水口體形應滿足水流平順、水頭損失小的要求，進水口形狀應盡可能符合流線變化規律。工程中常采用橢圓曲線活著圓弧形的三向收縮矩形進水口橢圓方程為：式中 a橢圓長半軸，圓形進口時，a為圓孔直徑：矩形進口時，頂面曲線a為孔高h，側面曲線a為孔寬B；b橢圓短半軸，圓形進口時，b=0.3a；矩形進口時，頂面曲線b=（1/31/4）a 對于重要工程的進水口曲線應通過水工模型試驗進行修改。孔口的高寬比（h/B）不宜太大，最大不超過2根據經驗和流量情況，選用橢圓曲線的三向收縮矩形進水口可知： a=h=2.11m孔口的高寬比，故孔口設計符合要求7.13 閘門與門槽 有壓泄水孔一般在進水口設置攔污柵和平面檢修門，在出口處設置無門槽的弧形閘門。7.14 漸寬段 有壓泄水孔控申斷面為圓形，進水口閘門為矩形，在進口閘門之后需設置漸寬段，以保持水流平順。 根據規范取漸