南昌工程學院課程設計CURRICULUMDESIGN設計名稱水工建筑物課程設計專業班級水利水電工程5班姓名張龍學號2010101952指導老師牛景太張潔時間2013年6月18日水工建筑物課程設計任務書一、設計目的和要求水工建筑物課程設計的目的在于培養同學們了解并初步掌握水利工程的設計內容、方法和步驟。通過課程設計，應用和鞏固該課程所學的理論，鍛煉應用所學的課程知識解決實際工程的能力，培養正確的設計思想，熟悉水利建設的方針、政策及有關的規范，進一步提高同學們編寫設計說明書、進行各種計算和繪制水利工程圖的能力。根據以上目的，要求每一位同學對設計內容中的各個重要環節的設計均需自己動手，做出完整的設計成果（包括編寫設計計算書和說明書，繪制設計圖），并要求各項設計成果概念明確，說理簡明扼要，繪圖正確整潔，計算準確并具有一定的精度。二、設計內容（一）、樞紐布置1、壩址、壩軸線及壩型選擇2、導流放空及泄洪建筑物的選擇與布置（二）水工設計1、擋水建筑物的結構布置、設計計算2、泄水建筑物體型設計、水力計算、消能防沖設計3、地基處理、壩體細部構造設計三、設計成果及要求（一）、編制設計說明書、計算書一份。說明書、計算書要求用鋼筆寫，章節分明，字體清晰工整。對于論點的依據、公式來源以及所引用的符號意義均須交待清楚。使用程序時須附源程序說明、編制原理和程序框圖、打印結果等，必要時附源程序。（二）、圖紙1、水工部分（1）大壩橫剖面圖、溢洪道或溢流壩結構布置圖1張。（2）各建筑物必要的細部構造圖1張。圖紙可用電腦繪制，也可手工繪制，要求表達正確、尺寸齊全、整齊美觀，符合國家制圖標準。四、時間安排（1）水工部分設計2周單位：（M3/S年1971197219731974197519761977Q洪峰流量81.70185.00176.00128305.00274378.0年1978197919801981198219831984Q洪峰流量191.00144.00180.00504.00273.00228.0730年19851986198719881989Q洪峰流量83.3141.0088.1111.00123.00歷史洪水楊溪水庫壩址處，由于無居民點，故難于進行歷史洪水調查，但距壩址約4公里的下游河道上，設有東坑水文站，該站調查的站址處1854年、1962年兩年的峰值為914秒/立方米，660秒/立方米。楊溪水庫實測典型洪水過程線（1984年6月，單位：秒立方米）時間1984年6月15日8：008：309：009：3010：0010：3011：00Q典型11.518.639.884.517232256411:3012:0012:0612:1812:3013:3014:0015:0083889588888882458545226216:0017:0019:0021:006、160:002:008:0014:0017812882.563.045.740.230.623.720:00六月17日2：008：0014：006.182:004:008:0012:019.618.216.916.916.315.115.715.5第二部分壩工部分本次設計只做壩工部分，不做調洪計算，在壩工部分，主要任務為確定非溢流壩段重力壩壩的有關參數、大壩的平面布置、應力分析及溢流壩段設計。第一章基本資料第一節工程地質條件一、區域地質條件廣昌縣楊溪電站在大地構造上處武夷山地背斜的西北翼，屬于我國東部地區新華廈構造體系，構造線大致呈北東方向，發育走向北北東的褶皺系和斷裂帶。根據江西——福建等震線圖，本區的地震烈度為六度。區內出露的巖性主要有前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖及零星的第四紀覆蓋物。區內水文地質條件簡單，地下水有兩種：一是埋藏于沖積層及破殘層中的空隙性潛水，不構成統一的含水層，水量有限；二是埋藏于基巖中的裂隙性潛水，水量有限。這二種地下水均接受大氣降水補給，排泄于河道中。二、庫區工程地質條件庫區出露地層為前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖，此外零星分布的厚度很小的沖擊沙，卵，石層及坡亞粘沙土層。庫區僅見驛前大斷層通過，但遠離壩區，此斷層為壓扭性斷裂，破碎帶擠壓緊密，且被第四紀坡殘土層覆蓋，因此不成為庫區滲漏通道。此外，庫區主要有變粒巖和混花崗巖組成，巖石滲透性小，四周山體雄厚，又無大的臨谷，故庫區無滲漏之慮。庫區尚未發現大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地質現象，山坡是穩定的。建壩不后不致產生大的邊岸再造問題。庫區植被發育，水土保持良好，固體徑流來源不豐富，因此，庫區淤積問題不致嚴重。此外，庫區除了下陌村及部分田外，尚無有價值的礦產資源和文物古籍被淹沒，故淹沒損失小。三、樞紐區域工程地質一、壩址工程地質條件（一）地層巖性1、壩址出露太古界前震旦系第三段（AZ）地層，新生界第四系全新統（Q4）以及加里東期的混合花崗巖（M）。前震旦系第三段（AnZc），出露在全區，為黑云母變粒巖；硅化，絹云母化變粒巖；混合質變粒巖及條痕狀混合巖。黑云母變粒巖：呈灰色，細粒結構，顯片理。主要成分為石英（40%），鉀長石（23%），斜長石（15%），黑云母（15%）。硅化、絹云母變粒巖：呈灰黃色，結構致密，顯片理。主要成分為：石英（70%）、絹云母（22%）、白云母（15%）。以上兩種變粒巖是壩區的主要巖性，分布比較廣泛，并有混合花崗巖穿插其中?；旌腺|變粒巖：呈灰色，結構致密、均一、但黑云母呈定向分布，其主要成分石英（40%）、斜長石（30%）、鉀長石（15%）、黑云母（15%）。條痕狀混合巖：灰色，致密塊狀、黑云母定向排列并形成條痕構造。其主要成分：石英（40%）、斜長石（40%）、黑云母（13%）。以上兩種巖性，在壩區分布零星，且厚度不大，延伸不遠便塵滅。2、第四系全新統（Q4），按其成因類型可分為坡殘積層（d—Elq4）和沖積層（Alq4），前者分布在壩區山坡及沖溝之中，為灰黃色砂壤土，壤土夾碎（礫）石，層厚0.5-2.0米；后者主要分布在河道拐彎處及兩岸水邊，為漂石、砂卵（碎）石，層厚0.5-2.5米。3、加里東期的混合花崗巖（Mrs’），壩區分布凌亂，呈灰白—淡黃綠色，其主要成分是石英（31%）、微斜長石（30%）、斜長石(25%有蝕變現象)和白云母（30%），與上部的震旦系地層呈侵入接觸關系，二者膠合良好，層厚大于1000米。地質構造壩址處在武夷山地背斜西北翼，巖層呈單斜，在壩區上，下游地層走向大致北東東向（這可能與加里東期我省北部強烈的褶皺回返有關），其產狀為334o-352o〈24o-36o，局部因受混合花崗巖侵入的影響，產狀有所變化。壩區地質構造簡單，沒有大的斷層通過，巖層中節理裂隙也不甚發育。層間錯動：壩址的變粒巖中，由于構造運動（如武夷山地背斜的形成和后期巖漿巖的侵入等原因，同時受變粒巖本身的影響，普遍發育有層間錯動，即：有變粒巖的地方，就有層間錯動存在。通過壩址區的九個平洞及部分槽深的揭露資料發現，壩址區發育的層間錯動有如下規律：1、分布廣泛；2、接近地表處呈張開狀，且含次生泥，但隨著深度的增加，錯動面逐漸閉合，也不含泥質；3、由于后期花崗巖的侵入，造成了層間錯動的起伏，被花崗巖巖體切割，致使層間錯動面并不完全連續。地貌及物理地質現象：壩址區為低山求侵蝕地貌，山體雄厚，呈北北西方向展布。驛前河有南南東往北北西流向壩址區。壩段河道平直，兩岸地形也比較對稱。左右兩岸山頭高程分別為288.75米和290.50米。兩岸坡度適中，左岸稍陡，坡角30o-50o。河谷狹窄，谷底寬20米左右，河水很淺，枯水期水深為0.5米左右。河床高程194米左右，河床兩岸基巖裸露，以變粒巖為主，巖體的風化程度兩岸不一，右岸風化深度小于5米左右，而左岸風化深度大，強風化區的最大厚度達22.05米。兩岸有規模不等的御前裂隙發育，它與壩址發育的北西走向的裂隙面形成了不利組合關系，致使一部分表層巖石出現松動，右岸靠近壩線下游山坡，因此形成了一個小的滑坡體，但迄今為止，壩址區尚未發現大滑坡、大崩塌、大量的松散堆積和泥石流等不良物理地質現象。水文地質現象壩區地下水按其埋藏條件可分為孔隙潛水和裂隙潛水兩種。前埋藏在第四紀的松散地層中，由于分布零星，厚度小，未能形成統一的含水層，含水較少，但透水性強。裂隙潛水埋藏于斷層和節埋裂隙密集帶中，含水性及透水性不均一，總趨勢是：隨著深度的增加，巖體風化程度的減弱而減小，如河床基巖透水性弱，一般值均少于0.03升/分米、米，個別達到0.035升/分米、米，兩岸基巖透水層厚度相對較大，且左岸大于右岸。特別是全、強風化帶中透水層厚度較大。弱風化帶以下，W值一般在0.020升/分米、米以下，個別達到0.029升/分米、米?？梢?，單位吸水隨著深度的增加、巖石風化程度的減弱而變小的趨勢十分明顯。兩岸地下水位的埋深均在風化帶以下，最深處達20.90米，尤其是左岸地下水位比較低。壩址的地表及地下水均屬于HCO3—N型水。地下水有中等溶出型侵蝕，一般酸性弱腐蝕，無其它類型侵蝕。地表水具有中等溶春型和一般酸性弱侵蝕，還具有中等碳酸型腐蝕，無其它侵蝕性。（四）壩區主要地質技術參數壩基由黑云母變粒巖、硅化、絹云母化變粒巖及混合花崗巖組成，它的主要物理力學指標如下：巖性力學參數風化程度飽和抗壓強度MPa砼/巖石動彈模數EdGPa泊桑比μso容量g/cm3摩擦系數f抗剪斷強度摩擦系數f凝聚力CMPa變粒巖弱風化55-770.55-0.600.55-0.600.5-06100.252.53微-新鮮80-1000.60-0.650.60-0.55150.202.53混合花崗巖弱風化300.60-0.650.60-0.650.6-0.7100.202.58微-新鮮400.65-0.700.65-0.700.7-0.8150.152.55說明：1、壩基各段的力學指標可近巖石指標的加權平均值采用；2、定層間錯動面是可能滑動的軟弱面，則取f=0.35-0.40，c=0進行穩定計算。開挖邊坡建議取值：開挖坡高（米）邊坡值風化程度0-10米10-15米永久臨時永久臨時全風化層或堆層1：11：0.751：1.251：1強風化層1：：0.751：0.51：11：0.75弱風化巖層1：0.51：0.51：0.751：0.5第二節天然建筑材料一、砂料場黃石嘴砂料場：位于壩址下游約3公里的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為石英中粗砂。粒徑一般在1-2毫米之間，含泥量極少，總儲量3000立方米以上。地處公路邊，運輸方便。清潭砂粒場：位于母壩址下游約7公里的右岸，為一沿河淺灘，有效儲量6000M3左右，為石英中、粗砂，分選良好，運輸方便。大港上砂料場：位于壩址下游約7.5公里的左岸，地面平坦，為石英中粗砂，加卵礫石（約5%）。砂的摩圓度好，分選較好。料場面積大于120000M2，有效厚度大于2米，總儲量大于240000M3。（礫）石料場湖羅石卵礫石料場：位于壩址下游約500米的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為卵（礫）石夾少量中粗砂，粒徑一般在510厘米，最大達30厘米，磨圓較好，成分以變粒巖和花崗巖為主，分選性較差，大小混雜，料場面積20000M3，平均厚度3米，有效儲量60000M3，地處公路邊，交通方便。田卵（礫）石料場：位于壩址下游約1.5公里的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下。巖性同湖羅石卵礫石料場，料場面積10000M3，層厚3米無無效層，有效儲量30000M3，質量較好，地處公路邊，開采與交通方便。東坑卵（礫）石料場：位于壩址下游右岸東坑水文站附近，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為卵（礫）石夾少量中粗砂，粒徑一般在210厘米，少量達30厘米，磨圓較好，摩圓度好，分選較好。料場面積20000M3，層厚3米無無效層，有效儲量160000M3，質量較好，地處公路邊，開采與交通方便。三、于壩址下游1100米到1400米左岸，為一陡峭山坡，巖性為灰白色混合花崗巖，主要成分為石英，長石，及黑云母和白云母等，巖石新鮮堅硬，抗風化能力強，飽和抗壓強度為500kg/cm，干容重2.58g/cm3。從它的物理力學指標來看，完全可以作為大壩的塊石料。料場上覆蓋無效層平均厚度約2米，估計儲量大于500000m3，運距近，儲量豐富，必要是可擴大開采?？傊?，該工程的天然建筑材料都能滿足需求量，質量較好，運輸也較方便。第二節基本資料及數據1）設計和校核洪水位及相應的下游水位由第二章的水文計算可知，楊溪水庫的設計洪水位為236.26米；校核洪水位為237.17米；下游水位高分別為189.69、190.6米，2）風速及吹程由基本資料可知，多年平均最大風速為1.8米/秒，洪水期的多年平均最大風速為20米/秒，吹程為1.2KM；3）壩頂高程的確定設計水位和校核水位均進行計算，取其較大者，作為最后的壩頂高程；4)基礎開挖根據基本資料中河谷的地質情況確定開挖高程為182.4米。第三節附加資料混凝土的彈性模量Ec=1.010T/m基巖的彈性模量E=1.010T/m淤沙浮容重 Rs=0.8T/m淤沙內摩擦角14゜該種重力壩的洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設計洪水下泄流量690m3/s，規劃階段有關參數如下：1、水庫特征參數校核洪水位（0.2%）黃海237.17米設計洪水位（2%）236.26米正常蓄水位236.0米死水位220.00米總庫容2840萬米電站總裝機容量Ng2500*2千瓦水電站最大引用流量11.02秒/立方米淤沙高程203米壩址下游校核水位190.6米壩址下游設計水位189.69米目錄設計說明書1基本資料及設計數據………………121.1基本資料………………………121.1.1概況………………………121.1.2樞紐任務…………………121.1.3地形，地質概況…………121.1.4水文，氣象概況…………121.2設計數據………………………132重力壩設計…………………………132.1剖面設計………………………132.1.1壩頂寬度，壩底寬度……………………132.1.2壩頂高程…………………132.1.3壩底高程…………………142.1.4壩坡系數的確定…………142.2穩定設計………………………142.2.1沿壩基面的抗滑穩定分析………………142.2.2深層抗滑穩定分析………………………142.2.3岸坡壩段的抗滑穩定分析………………152.3應力分析………………………152.4構造設計………………………152.4.1橫縫………………………152.4.2縱縫………………………162.4.3壩體排水…………………162.4.4廊道系統…………………162.4.4.1壩基灌漿廊道………………………162.4.4.2檢查和壩體排水廊道………………162.4.5壩頂………………………162.5地基處理………………………162.5.1壩基的開挖與清理………………………162.5.2壩基的固結灌漿…………162.5.3帷幕灌漿…………………172.5.4壩基排水…………………172.6溢流重力壩和泄水孔的孔口設計……………172.6.1泄水方式…………………172.6.2孔口設計…………………172.6.2.1洪水標準……………172.6.2.2孔口型式……………172.6.2.3孔口尺寸……………172.6.2.4閘門和啟閉機………………………182.6.2.5閘墩和工作橋………………………182.6.3溢流面體形設計…………182.6.3.1頂部曲線段…………182.6.3.2反弧段………………182.6.3.3中間直線段…………182.6.3.4剖面設計………………192.6.4消能防沖設計……………19設計說明書1基本資料及設計數據1.1基本資料1.1.1概況驛前河是撫河，源區支流，源出贛閩邊界武夷山脈西麓的廣昌驛前鎮梨木莊，流域面積474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段為撫河中上游段，稱為旴江，南城以下為撫河中下游主流，楊溪水庫壩址位于驛前河楊溪附近，壩址以上流域面積為138平方公里，主河道長27.8公里，平均比降0.0082。1.1.2樞紐任務樞紐主要任務以灌溉發電為主，并結合防洪，航運，養魚及供水等任務進行開發。1.1.3地形，地質概況1）地形情況：庫區內地形三面環山，地勢西南高，北部低，其中以西南部河流發源地靈花仙山山峰最高達991米（黃河標高，后同）庫區河流大致為自西南向東再轉向北，流域面積范圍在東經116o15′至116o22′，北緯26o31′至26o36′之間。2）區域地質情況：廣昌縣楊溪電站在大地構造上處武夷山地背斜的西北翼，屬于我國東部地區新華廈構造體系，構造線大致呈北東方向，發育走向北北東的褶皺系和斷裂帶。根據江西——福建等震線圖，本區的地震烈度為六度。區內出露的巖性主要有前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖及零星的第四紀覆蓋物。3）庫區工程地質條件：庫區出露地層為前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖，此外零星分布的厚度很小的沖擊沙，卵，石層及坡亞粘沙土層。庫區僅見驛前大斷層通過，但遠離壩區，此斷層為壓扭性斷裂，破碎帶擠壓緊密，且被第四紀坡殘土層覆蓋，因此不成為庫區滲漏通道。此外，庫區主要有變粒巖和混花崗巖組成，巖石滲透性小，四周山體雄厚，又無大的臨谷，故庫區無滲漏之慮。庫區尚未發現大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地質現象，山坡是穩定的。建壩不后不致產生大的邊岸再造問題。庫區植被發育，水土保持良好，固體徑流來源不豐富，因此，庫區淤積問題不致嚴重。此外，庫區除了下陌村及部分田外，尚無有價值的礦產資源和文物古籍被淹沒，故淹沒損失小。1.1.4水文，氣象概況1）降水量：每年平均降水量1720毫米，實測最大年降水量2336毫米（1957年），年最小降水量1140.2毫米（1971年），降水量年分配不均勻，主要集中在3——6月，約占全年降水量的62%。2）氣溫：每年平均氣溫為18度,實測極端最高溫度40度（1983年8月），極端最低氣溫-9.8度（1955年1月），月平均最高氣溫30度（1983年7月），月平均最低氣溫2.3度（1977年1月）。3）蒸發：多年平均蒸發量1504.9毫米，月最大蒸發量309.7毫米（1956年7月），月最小蒸發量22.4毫米（1957年2月）。4）濕度：多年平均相對濕度80%，月最小相對濕度8%。5）風速及風向：多年平均風速1.8米/秒，多年最大風速20米/秒，相應風向為南風。6）日照：多年平均時數為1828.5小時，無霜期多年平均為273天。1.2設計數據楊溪水庫的設計洪水位為236.26米，校核洪水位為237.17米，下游水位高分別為189.69、190.6米。風速及吹程：由基本資料可知，多年平均最大風速為1.8米/秒，洪水期的多年平均最大風速為20米/秒，吹程為1.2KM。壩頂高程的確定：設計水位和校核水位均進行計算，取其較大者，作為最后的壩頂高程?；A開挖：根據基本資料中河谷的地質情況確定開挖高程為182.4米?；炷恋膹椥阅Ａ縀c=1.0×106T/m2基巖的彈性模量EF=1.0×106T/m2淤沙浮容重Rs=0.8T/m3淤沙內摩擦角14度該種重力壩的洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設計洪水下泄流量690m3/s校核洪水位（0.2%）黃海237.17米設計洪水位（2%）236.26米正常蓄水位236.0米死水位220.00米總庫容2840萬米電站總裝機容量Ng2500*2千瓦水電站最大引用流量11.02秒/立方米淤沙高程203米壩址下游校核水位190.6米壩址下游設計水位189.69米2重力壩設計2.1剖面設計2.1.0剖面設計原則1、設計斷面要滿足穩定和強度要求；2、力求剖面較??；3、外形輪廓簡單；4、工程量小，運用方便，便于施工。2.1.1壩頂寬度&壩底寬度壩頂寬度一般取壩高的8%～10%，且不小于2m。當在壩頂布置移動式啟閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求。壩底寬度約為壩高的0.7～0.9倍。2.1.2壩頂高程（分別按照設計情況和校核情況計算）壩頂高程應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂的高程，應高于波浪頂高程。防浪墻頂至設計洪水位或校核洪水位的高差，按下式計算：式中：為波浪高度，m；為波浪中心線高于靜水位的高度，m；為安全加高，按下表選用。運用情況壩的級別123設計情況（基本情況）0.70.50.4校核情況（特殊情況）0.50.40.3，在正常蓄水位和設計洪水位時，庫面風速宜采用相應洪水期多年平均最大風速的1.5-2.0倍；在校核洪水位時，宜采用相應洪水期多年平均最大風速。壩頂高程H（選用其中的較大值）：設計情況：H設=設計洪水位+校核情況：H校=校核洪水位+防浪墻高度設置為1.2米。2.1.3壩底高程壩底高程=開挖高程壩高=壩頂高程-壩底高程2.1.4擬定剖面尺寸(壩坡系數的確定)根據規范SL319-2005規定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點宜在壩頂附近。基本斷面上部設壩頂結構。壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。實體重力壩上游壩坡宜采用1∶0～1∶0.2，壩坡采用折面時，折坡點高程應結合電站進水口、泄水孔等布置，以及下游壩坡優選確定。下游壩坡可采用一個或幾個坡度，應根據穩定和應力要求并結合上游壩坡同時選定。下游壩坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；對橫縫設有鍵槽進行灌漿的整體式重力壩，可考慮相鄰壩段聯合受力的作用選擇壩坡。擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長線與上游壩面相交于最高庫水位處，為了便于布置進口控制設備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩定，本次設計采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的形式。該形式為實際工程中經常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經驗。上游設置成折面可利用淤沙增加壩體自重，折點設置在淤沙水位以上，由資料可知，壩前淤沙高程為203m，故折點可取在高程為203m的位置。參考其他相似工程，初步擬定壩面坡度：上游壩坡取1：0.2，下游壩坡取1：0.71。圖3-1重力壩的基本剖面圖示2.2穩定設計2.2.1沿壩基面的抗滑穩定分析（1）抗剪強度公式，計算公式如下：式中：為接觸面以上的總鉛直力；為接觸面以上的總水平力；為作用在接觸面上的揚壓力；為接觸面間的摩擦系數。壩基面抗滑穩定安全系數荷載組合壩的級別123基本組合1.101.051.05特殊組合（1）1.051.001.00（2）1.001.001.00（2）抗剪斷公式，計算公式如下：式中：為接觸面面積，為抗剪斷摩擦系數，為抗剪斷凝聚力。壩基巖體力學參數巖體分類混凝土與壩基接觸面巖體變形模量(GPa)(MPa)(MPa)Ⅰ1.50～1.301.50～1.300.85～0.751.60～1.402.50～2.0040.0～20.0Ⅱ1.30～1.101.30～1.100.75～0.651.40～1.202.00～1.5020.0～10.0Ⅲ1.10～0.901.10～0.700.65～0.551.20～0.801.50～0.7010.0～5.0Ⅳ0.90～0.700.70～0.300.55～0.400.80～0.550.70～0.305.0～2.0Ⅴ0.70～0.400.30～0.05－0.55～0.400.30～0.052.0～0.22.2.2深層抗滑穩定分析因本設計壩基巖性良好，故不進行深層抗滑穩定分析。2.2.3岸坡壩段的抗滑穩定分析計算公式如下：式中：為自重W分解為對滑動面的法向分力；T為自重W分解為對滑動面的切向分力；S為切向分力和水壓力的合力。2.3應力分析因為假定按直線分布，所以可按偏心受壓公式計算上、下游邊緣應力和，計算公式如下：式中：為作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，KN；為作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，KN·m；B為計算截面的長度，m。2.4構造設計2.4.1橫縫為了減少溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求，沿壩軸線方向設置橫縫。橫縫間距一般為15～20m。 縫寬2cm，內有止水。壩體設有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片采用1.0mm厚的紫銅片，第一道止水片距上游壩面1.0m。兩道止水片間距為1m，中間設有直徑為20cm的瀝青井，止水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂。2.4.2縱縫為了適應混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度壓力，在平行壩軸線方向設鉛直縱縫?？v縫間距一般為15～30m。2.4.3壩體排水為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設置排水管幕。排水管幕至上游面的距離，一般要求不小于壩前水深的1/10～1/12，且不小于2m。排水管間距2～3m,內徑15～25cm。2.4.4廊道系統為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等的要求，需求在壩體內設置各種不同用途的廊道，這些廊道互相連通，構成廊道系統。其中包括：壩基灌漿廊道、檢查和壩體排水廊道。2.4.4.1壩基灌漿廊道廊道為城門洞形，寬度和高度應能滿足灌漿作業的要求，一般寬為2.5～3m,高為3～4m，底面距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度。廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡度不宜陡于40°～45°。2.4.4.2檢查和壩體排水廊道在靠近壩體上游面沿高度每隔15～30m設置檢查和排水廊道，斷面形式采用城門洞形，最小寬度1.2m，最小高度2.2m，至上游面的距離應不小于0.05～0.07倍水頭，且不小于3m，上游側設排水溝。2.4.5壩頂壩頂上游設置防浪墻，與壩體連成整體，其結構為鋼筋混凝土結構。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內設止水。墻高為1.2m，厚度為30cm，以滿足運用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側傾斜，坡度為2%，兩邊設有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂公路兩側設有寬1m的人行道，并高出壩頂路面20cm，壩頂總寬度為5m，下游側設置欄桿及路燈。2.5地基處理2.5.1壩基的開挖與清理DL5108—1999《混凝土重力壩設計規范》要求：混凝土重力壩的建基面應根據巖體物理性質，大壩穩定性，壩基應力，地基變形和穩定性，上部結構對地基要求，地基加固處理效果及施工工藝、工期和費用等經濟技術條件比較確定。原則上應在考慮地基加固處理后，在滿足壩的強度和穩定性的前提下減少開挖量。壩高超過100m時，可建在新鮮、微風化的或弱風化下部基巖上；壩高在50～100m時，可建在微風化致弱風化上部基巖上；壩高小于50m時，可建在弱風化中部至上部基巖上；兩岸岸坡較高部位的壩段，其利用基巖的標準可適當放寬。2.5.2壩基的固結灌漿固結灌漿也一般布置在應力較大的壩踵和壩址附近，以及節理裂隙發育和破碎帶范圍內。灌漿也呈梅花狀或方格狀布置，孔距、排距和孔深取決于壩高和基巖的構造情況?？拙嗪团啪嘁话銖?0～20m開始，采用內插逐步加密的方法，最終約為3～4m?？咨?～8m，必要時還可適當加深，帷幕上游區的孔深一般為8～15m。2.5.3帷幕灌漿DL5108—1999《混凝土重力壩設計規范》規定：巖體相對隔水層的透水率q根據不同壩高可采用下列標準：壩高100m以上，q=1～3Lu[1Lu=0.01L/(min·m)]；壩高在100～50m之間，q=3～5Lu；壩高在50m以下，q=5Lu。2.5.4壩基排水排水孔幕與防滲帷幕下游面的距離，在壩基面處不宜小于2m。排水孔幕一般略向下游傾斜，與帷幕成10°～15°交角。排水孔孔距為2～3m，孔徑約為150～200mm，不宜過小，以防堵塞。孔深一般為帷幕深度的0.4～0.6倍，高、中壩的排水孔深不宜小于10m。2.6溢流重力壩和泄水孔的孔口設計2.6.1泄水方式溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩定和強度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產生空蝕破壞。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調節性能外,還便于設計和施工,同時這種形式的堰在我國應用廣泛，有很多的工程實踐經驗。選用表面溢流式，表面溢流孔泄流能力大，宣泄同樣的流量，表面溢流孔造價遠小于深水泄水孔。2.6.2孔口設計溢流壩的孔口設計涉及很多因素，如洪水設計標準、下游防洪要求、庫水位壅高有無限制、是否利用洪水預報、泄水方式以及樞紐所在地段的地形、地質條件等。2.6.2.1洪水標準洪水標準包括洪峰流量和洪水總量，是確定孔口尺寸、進行水庫調洪演算的重要依據，可根據SL252-2000《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》的標定，參照下表選用。山區、丘陵區水利水電工程永久性水工建筑物洪水標準[重現期(年)]項目水工建筑物級別12345設計1000～500500～100100～5050～3030～20校核5000～20002000～10001000～500500～200200～100由水文計算可知：校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設計洪水下泄流量690m3/s。2.6.2.2孔口型式選用開敞溢流式。這種型式的溢流孔除宣泄洪水外，還能用于排除冰凌和其他飄浮物。須設閘門，其閘門頂略高于正常蓄水位，堰頂高程較低，可以調節水庫水位和下泄流量，減少上游淹沒損失和非溢流壩的工作量，且當遭到意外洪水時可有較大的超泄能力。2.6.2.3孔口尺寸（1）單寬流量的確定通過調洪演算，可得出樞紐的總下泄流量，通過溢流孔口的下泄流量應為式中為經過電站和泄水孔等下泄的流量；為系數，正常取用時取0.75～0.9，校核運用時取1.0。設為溢流段凈寬（不包括閘墩的厚度），則通過溢流孔口的單寬流量為對一般軟弱巖石或裂隙發育巖石，左右；對較好的巖石，；對堅硬或完整巖石，。（2）孔口尺寸有閘門的溢流壩，需用閘墩將溢流段分隔為若干個等寬的孔口。若孔口寬度為，則孔口數,一般選用略大于計算值的整數。令閘墩厚度為，則溢流前沿總長應為再利用下式求堰頂水頭：式中：為閘墩側收縮系數，與墩頭型式有關；為流量系數，與堰頂型式有關；為重力加速度，。設計洪水位減去即為堰頂高程。2.6.2.4閘門和啟閉機工作閘門選用平面閘門，優點：結構簡單，閘墩受力條件好，各孔口可共用一個活動式啟門機。啟閉機選用活動式啟閉機，可以兼用于啟吊工作閘門和檢修閘門。2.6.2.5閘墩和工作橋閘墩形狀上游端采用半圓形，下游端采用方形。工作閘門槽深，寬，門槽處的厚度不得小于。2.6.3溢流面體形設計溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。設計要求：①有較高的流量系數，泄流能力大；②水流平順，不產生不利的負壓和空蝕破壞；③體形簡單、造價低、便于施工等。2.6.3.1頂部曲線段選用WES型溢流堰頂部曲線，因為其流量系數較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制。上游段曲線方程：下游段曲線方程：2.6.3.2反弧段根據DL5108-1999《混凝土重力壩設計規范》規定：對于挑流消能，，為校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深。也可采用經驗公式：2.6.3.3中間直線段中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同。2.6.3.4剖面設計溢流重力壩剖面與其鄰近的非溢流重力壩的基本剖面相適應。上游壩面設計成鉛直的，并與非溢流重力壩的上游壩面相一致。2.6.4消能防沖設計由溢流壩下泄的水流具有巨大的能量，必須妥善進行處理，否則勢必導致下游河床被嚴重沖刷，甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。所以必須合理選擇和設計消能措施，對樞紐布置、大壩安全及工程量都有重要意義。本設計選用挑流消能，能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍和流量分布，對尾水變幅適應性強，結構簡單，施工、維修方便，工程量小。鼻坎挑射角度一般采用。鼻坎反弧半徑一般采用，為鼻坎上水深。鼻坎坎頂應高出下游水位，一般1～2m為宜。水舌挑射距離按水舌外緣計算，其估算公式為：式中：為水舌挑距，m；為重力加速度，；為坎頂水面流速，，約為鼻坎處平均流速的1.1倍；為挑射角度；為坎頂平均水深在鉛直向的投影，；為坎頂至河床面的高差，m。沖刷坑深度，工程上常按下式進行估算：式中：為水墊厚度，自水面至坑底的距離，m；為單寬流量；為上、下游水位差，m；為沖坑系數，對堅硬完整的基巖，堅硬但完整性較差的基巖，軟弱破碎、裂隙發育的基巖。目錄設計計算書1重力壩設計……………211.1剖面設計………………………211.1.1壩頂寬度壩底寬度………………………211.1.2壩頂高程…………………211.1.3壩底高程…………………211.1.4壩坡系數的確定…………211.2穩定設計………………………221.3應力分析………………………241.4溢流重力壩和泄水孔的孔口設計……………261.4.1孔口尺寸…………………261.4.2溢流面體形設計…………261.4.2.1頂部曲線段…………261.4.2.2反弧段………………261.4.3消能防沖設計……………27設計計算書1重力壩設計1.1剖面設計1.1.1壩頂寬度&壩底寬度由2.1.3算出壩高為56.03米，所以壩頂寬度為，取6m；壩底寬度為，取45m。1.1.2壩頂高程（分別按照設計情況和校核情況計算）根據規范計算，主要建筑物級別為3級：設計情況：校核情況：