土木工程坝址一混凝土重力坝设计本科毕业论文.doc

郑州大学毕业设计（论文）

题 目：焦作市孤山湖水库坝址一混凝土重力坝设计
指导教师： xxxx 职称： xxxx

学生姓名： xxxx 学号： xxxxx
专 业： 水利水电工程
院（系）： 水利与环境学院
完成时间： xxxxxxx

2010年 x 月 x 日

目录
摘 要 1

Abstract 2

前 言 3

第一章 设计基本资料 4
1.1工程概况 4
1.2、基本资料 5
1.2.1地质资料 5
1.2.1.1 区域地质 5
1.2.1.2 地形地貌 5
1.2.1.3 物理地质现象 6
1.2.1.4 水文地质条件 6
1.2.1.5 岩土物理力学性质 6
1.2.2 水文资料 7
1.2.2.1气象 7
1.2.2.2 洪水 7
1.2.2.3 泥沙 8
1.2.2.4 水库死水位确定 9
1.2.2.5 水库正常蓄水位及其库容确定 9
1.2.3 其它资料 9

第二章 枢纽布置 11
2.1工程等级和设计标准 11
2.1.1 工程等级及建筑物级别 11
2.1.2 工程洪水标准 11
2.2．枢纽总体布置 12
2.2.1 坝型的选择 12
2.2.2 枢纽布置方案比较 13

第三章 非溢流坝段设计 14
3.1、坝顶高程的确定 14
3.2 坝顶宽度的确定 15
3.3 坝坡的拟定 15
3.4坝基的防渗与排水设施拟定 15
3.5荷载组合及其计算 16
3.5.1 设计情况 16
3.5.2 校核情况 19
3.5.3 地震情况 23
3.6应力分析 26
3.6.1 设计情况 27
3.6.2校核情况 29
3.6.3 地震情况 29

第四章 溢流坝段设计 31
4.1泄水方式的选择 31
4.2堰顶高程确定 31
4.3定型设计水头的确定 31
4.4、溢流坝段剖面设计 31
4.4.1 堰顶圆弧曲线及WES曲线的确定 32
4.4.2 溢流坝段消能防冲设计 33
4.5 溢流坝段抗滑稳定验算以及应力分析 35
4.6发电输水洞和泄洪排沙洞设计 39
4.6.1 发电输水洞设计（有压孔） 39
4.6.2 排沙孔设计 39

第五章 细部构造 41
5.1坝顶构造 41
5.1.1非溢流坝段 41
5.1.2溢流坝段 41
5.2 温控措施 42
5.3坝体分缝及止水 42
5.3.1 坝体分缝 42
5.3.2止水 42
5.4廊道系统 43
5.5坝体防渗排水 43
5.6.坝体材料分区 43
5.7 地基处理 44
5.7.1 地基开挖与清理 44
5.7.2 坝基的帷幕灌浆 44
5.7.3 坝基的固结灌浆 45
5.7.4 软弱带处理 45

第六章.安全检测设计 46
6.1渗流观测 46
6.1.1 扬压力观测 46
6.1.2 渗水量观测 46
6.1.3 绕坝渗流观测 46
6.2外部变形观测 46
6.2.1 水平位移观测 46
6.2.2 坝体绕度观测 46
6.2.3 基础变形观测 46
6.3大坝内部观测 46

致谢 47

参考文献 48

附件一：中英文专题翻译 49
附件二：图纸 58

4

摘 要

孤山湖水库是一座综合利用的小型水利工程，其开发主要任务是城市供水，兼顾发电、旅游、防洪及发展水产养殖。
本次设计为混凝土重力坝设计，设计内容主要包括挡水建筑物即挡水坝的
设计和泄水建筑物即溢流坝的设计。 枢纽按五十年一遇洪水设计，五百年一遇洪水校核。水库正常蓄水位401米，设计洪水位406.78米，校核洪水位409.11米。电站装机2台320千瓦，总装机640千瓦。
设计的准备工作有基本资料分析、坝址选择。挡水坝设计包括剖面基本尺寸的拟订、抗剪断稳定分析和应力分析；溢流坝设计包括剖面拟定、泄流能力验 算、消能水力计算、稳定分析和应力分析。后期工作有细部构造及地基处理。

关键词：

混凝土重力坝、应力分析、稳定分析

Abstract

GuShan lake reservoir is a comprehensive utilizing small water conservancy projection, the main developing of urban is water supply, both power and tourism, the flood control and development of aquaculture.
The design of the concrete gravity dam hub design, Design features include retaining that building the dam design and discharge structures that spillway design.Water project plan is designed according to meeting flood design once in fifty years, and meet flood check once in five hundred years. The normal water level of the project is 401m, the design flood level is 406.78m, and the check flood level is 409.11m.The total volume of the power generation units is 640KW.
Design of a basic preparations for the analysis of the information, Pa-choice and the general layout. Dam design includes profiles basic dimensions in the formulation, stability-cut analysis and stress analysis; spillway design includes profiles drawn up, checking discharge capacity, hydraulic calculation of energy dissipation, stability analysis and stress analysis. Late work detailing and ground treatment, and the main engineering calculations.

Keyword:

concrete gravity dam stress analysis stability analysis

前 言
毕业设计是各工科高校为大学生安排的最后一次全面性、总结性的教学实践环节，既是学生 在教师指导下运用所学知识和技能，解决具体问题的一次尝试，也是学生走向工作岗位前的一 次实战演习。
本次设计的目的是：参加毕业设计的同学，首先应熟悉本枢纽的基本资料，明确设计任务。 要严肃认真地对待设计工作，树立正确的设计思想和观点，设计中应实事求是，刻苦钻研，勇 于探索、创新，并应注意贯彻党的建设方针和政策。要认真总结、运用几年来所学的理论知识及专 业知识，结合毕业设计的任务进行思考、分析应用。在设计中注意培养与提高独立思考与独立工 作的能力，并加强计算、绘图、编写设计文件，使用规范、手册能力的培养。设计中既应遵循技术 规范，亦应尽量采用国内、外成熟的先进技术与经验，出色地、创造性地按期完成设计任务。本次 设计的范围：本次设计是依据有关规范主要进行混凝土重力坝及相关部分的设计。
本次设计我的题目为焦作孤山湖水库坝址一混凝土重力坝方案，基本要求是先熟悉基本 资料，通过坝址选择和枢纽布置，来设计主要建筑物 （挡水坝、溢流坝），最后设计细部构造。
通过本次设计，提高了我的动手能力，加强了我的整体思维能力，推进了理论联系实际的 实用能力，贯穿我们四年所学知识的综和利用能力。使之了解相关的水利水电建筑工程的知识： 水位及工程地质在实际工程中的应用；重点掌握坝址的选择、枢纽的布置，尤其是水工部分的挡 水坝、溢流坝的设计及应力计算。在这次设计中对于所遇到的问题 主要应用所学的知识加以解决，辅以指导老师的耐心、细致的解答，同时查阅资料以及参考以建 工程的资料等。
焦作孤山湖水库坝址一混凝土重力坝的毕业设计使我掌握了水利水电学科的基本理论和基本 知识，了解对于水利水电建筑工程师的基本素质和实际工作能力的要求，对于今后成为高级的 应用型人才打下了良好的基础。

第一章 设计基本资料
1.1工程概况
为了进一步开发建设峰林峡旅游风景区，焦作市群英湖水库管理处拟在大沙河上修建一小型水库——孤山湖，以营造景区观光旅游景点，同时进行城市供水、发电等，特委托郑州大学进行孤山湖水库枢纽工程可行性研究。
拟建孤山湖水库位于焦作市北部山区，距焦作市约18km。坝址位于群英水库大坝下游约6.5km处。行政位置隶属焦作市中站区龙洞乡。
库间控制流域面积66.9km2。水库下游的焦作市是我国主要的煤炭基地和晋东南能源南下的重要门户，焦作现已发展成为一个以能源、化工、冶金、建材工业为主，机械、轻纺、食品等综合性的新兴工业城市。
孤山湖水库是一座综合利用的小型水利工程，其开发主要任务是城市供水，兼顾发电、旅游、防洪及发展水产养殖。
焦作市位于河南省西北部，地处太行山南麓，座落在山前坡地和平原交接地带。城区位于北纬34°48′～35°30′，东经112°02′～113°02′，北依太行山，南接武陟，东邻修武，西靠博爱，总面积4072km2。按焦作市城市总体规划，为加快城市现代化进程，提升整个城市的功能，规划扩大中心城区的规模，新建高新经济技术开发区和中铝工业区，形成一市辖六区（解放区、山阳区、中站区、马村区、高新区和中铝工业区）的基本格局，到2020年，规划城区面积将达到424平方公里，人口达到150万人。根据2003年焦作市人民政府《关于全面建设小康社会的规划纲要》，到2015年人均GDP超过3000美元，到2020年人均GDP达到4300美元。
根据《焦作市中心城总体规划》，焦作市的定位是以能源、化工、冶金、建材、旅游业为主的区域性中心城市。其总体发展战略是：逐步将焦作市建设成为联系东西、贯穿南北的交通枢纽城市，功能齐全、设施先进、产业结构合理的现代化工业城市，生态平衡、环境优美的园林式城市。要想达到上述目的，水—自然成为焦作未来发展的关键所在。随着经济的发展和城市化人口的增加，对水的需求量越来越大，水已成为经济社会发展的瓶颈。焦作是全国缺水城市之一，年平均降雨量641.7mm，主要集中在7-9月份；由于降雨时间的分布不均，缺水已经影响到焦作市经济社会发展。目前，城市大量超采地下水，在城区周围形成地下水漏斗。兴建孤山湖水库，每年可向焦作市区供水1247～2462万m3（供水保证率为75%），大大缓解了用水矛盾。因此，为满足城市供水，兼顾发电、旅游等，建设孤山湖水库工程不仅完全必要而且非常紧迫。
为了做好孤山湖水库的前期准备工作，2006年焦作市水利局组织河南省有关专家对孤山湖水库库区进行了多次考查，在大沙河上拟选了坝址一、坝址二、坝址三共三处坝址。
1.2、基本资料
1.2.1地质资料
1.2.1.1 区域地质
拟建库区位于山西台隆向华北平原的过渡地带，伴随着山西地台的强烈上升和平原的剧烈下降运动，地形切割强烈。库区一带表现为典型的中山特征。本区出露地层主要为一套浅海相沉积岩系，岩性主要为寒武系厚层，巨厚层状白云岩、灰质白云岩，奥陶系中厚层、厚层状灰岩夹泥质灰岩，局部残留石炭系铁铝质粘土岩、页岩和灰岩。
新生代以来，受加里东运动影响，出现强烈的造山运动，产生新华夏经向构造体系与秦岭纬向构造体系两大一级构造体系，受该两大体系的共同作用和控制，产生晋东南“山”字型二级构造体系。库区即位于该“山”字型构造东翼之反射弧部位。区内构造形迹多以东西向或北东向高角度正断层为主。伴随着断裂的产生，区内断层破碎带、网状节理、裂隙、溶洞、溶孔广泛发育。晚第三纪至第四纪以后，伴随着喜玛拉雅运动的发生，区内差异升降运动加剧，以河谷阶地形态分析，该区新构造运动仍表现为较强烈的上升运动。
焦作处在河北平原地震带、汾渭地震带、河淮地震带三个地震带的交汇部位。焦作历史上地震虽不强烈，但从整体地震构造上看，具备发生中强地震的构造背景。近几年来，与焦作相邻的河北平原地震带和汾渭地震带，地震比较活跃，特别是河北平原地震带相继发生了几次中强地震，焦作及附近地区未来的地震活动受到人们的密切关注。1978年第二次全国抗震工作会议将焦作确定为全国重点抗震城市，地震基本烈度为7度。
本区从地震地质背景和地震活动特征来看，都具有发生中强地震活动的危险性。
根据2001年国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图（1:400万）》（GB18306—2001），水库区地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为VII度，地震动反应谱特征周期为0.40S。
1.2.1.2 地形地貌
孤山湖水库坝址位于孤山村北约1.5km处，大沙河近南北走向，在坝址区下游向东延伸呈一‘S’型弯曲。两岸支沟不发育，仅在小滚水坝左岸有一较大支沟，宽25～40m，走向北东，入口处与大沙河近直交。
大沙河两岸均为高大雄厚山体，山顶高程450～578m，两岸岸坡坡度均在50°以上，且多处近直立。河底高程为340～348m，河床比降1/100～1.5/100，河谷呈狭窄的‘U’型，二、三坝址间河底宽40～80m。两岸阶地不发育，仅零星残留有二级阶地，二级阶地由上更新统（Q3）冲洪积物组成，零星分布于坝址区左右岸缓坡上，分布高程为350～390m，高出现代河床20～40m。左岸局部有崩积物，河床中漫滩有冲洪积物覆盖，由全新统（Q4）冲洪积物组成。
1.2.1.3 物理地质现象
坝址区两岸岸坡陡峻，沟谷两侧岩石裸露，风化轻微，在大沙河左岸局部有小范围崩塌体及不稳定体。如在小滚水坝下游左岸有孤立的危岩体，坡脚有脱落的崩塌体，但规模均不大。另外，坝址区地层主要为碳酸盐岩，右岸支沟中见有沿裂隙、小断层局部形成小的溶蚀洞穴，深度一般小于2m，连通性差。
1.2.1.4 水文地质条件
坝址区地下水可划分为基岩裂隙水、第四系松散层孔隙水两大类。基岩裂隙水岩性主要为鲕粒白云质灰岩、灰质白云岩、薄层状泥质条带灰岩。地下水主要沿断层破碎带和裂隙密集带发育。据51组压水试验，坝基岩体透水率q为0.05～14.4Lu,其中中等透水1组，占2%；弱透水42组，占82.4%;微-极微透水8组，占15.6%。坝基岩体以弱-极微透水性为主。第四系松散岩类孔隙水由粘性土、卵石层及漂石层组成，地下水属孔隙潜水型。卵石层及漂石层主要分布于河床内，为主要含水层。地下水主要由地表水和地下径流补给，据经验，其渗透系数K=200～500m/d，属强透水。
坝址区地下水类型虽有不同，但二者联系密切，坝址区地下水化学类型为HCO3-CaMg型水。矿化度0.227g/l，均属淡水。pH值8.17，属弱碱性水。总硬度12.4H°，属微硬水。
根据水质分析结果，按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）附录G评价，坝址区地下水对混凝土无腐蚀性。
1.2.1.5 岩土物理力学性质
表1 坝址岩土体物理力学参数建议值
项目

岩性
块体密度g/cm3
弹性
模量
GPa
泊松比
岩体
抗剪断强度
砼与岩体
抗剪断强度
岩体抗剪强度
允许
承载力
f'
c'（MPa）
f'
c'（MPa）
f
MPa
弱风化白云质灰岩
2.75
8
0.24
1.1
1.0
1.0
0.9
0.65
7
微风化白云质灰岩
2.8
10
0.23
1.3
1.6
1.2
1.2
0.70
9
备注：坝基与卵石摩擦系数f= 0.50～0.53。
（1）松散岩类
1）Q4低液限粘土
坝址区Q4 低液限粘土呈透镜体状分布于Q4卵石层中，灰色，属软塑-可塑状态，标贯击数3-4击。
2）Q3低液限粘土
呈透镜体状分布于Q3卵石层中，棕黄色，硬塑状态，标贯击数19-22击。
3）Q4卵石
在坝址及其附近上、下游河槽中，对表层卵石混合土层取样进行了试验，粒度成分中漂石含量占23%～40%，卵石占17%～45%；砾石占12%～25%，小于砾石的颗粒占15%～40%，不均匀系数值为120～190，属不均匀土类。
4）Q3砾砂、卵石
Q3砾砂、卵石分布于河槽下部，属中密-密实土类。
（2）基岩类
坝址区岩石种类有鲕粒灰质白云岩、鲕粒白云质灰岩、白云质灰岩、泥质条带灰岩等。均属坚硬岩，其单轴饱和抗压强度为83.4～143MPa，平均113.9Mpa。饱和抗剪断试验所得凝聚力范围值为4.39～5.18 MPa，平均值为4.85 MPa，内摩擦角为53.2°～58.6°，平均值为55.67°。
岩土体参数建议值见表1。
1.2.2 水文资料
1.2.2.1气象
大沙河流域地处暖温带，属大陆季风型气候。据当地气象局资料，该区春季温暖多风干旱，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季干冷少雪。年平均气温14.3℃，1月份最冷，平均气温-0.1℃，年极端最低气温-20℃，7月份最热，平均气温27.3℃，年极端最高气温43.3℃，年平均降雨量641.7mm，主要集中在7-9月份，年最高降雨量为1012.7mm，年最低降雨量为376.6mm。年水面蒸发量1350mm，陆面蒸发量490mm。最大风速33m/s，多年平均最大风速22.5m/s。多年平均径流深160mm。
1.2.2.2 洪水
孤山湖水库位于焦作市郊，流域主要由山丘区组成。上游群英水库设计洪水和群英水库下游至孤山湖水库区间设计洪水均依据河南省水利勘测设计院1984年编制的《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（以下简称《洪水图集》）进行计算。群英水库调节后的洪水，与区间洪水相叠加作为孤山湖水库设计洪水。
洪水计算结果见表2。
表 2 各坝址洪水计算结果
坝址一（b=60m）
起调水位：401m
对应库容：969.08万m3
设计标准
洪峰流量(m3/s)
水位(m)
库容(万m3)
泄量(m3/s)
50年一遇
2335.86
406.78
1240.21
1768.1
500年一遇
3730.97
409.11
1349.58
2930.1

坝址二（b=55m）
起调水位：397m
对应库容：964.6万m3
设计标准
洪峰流量(m3/s)
水位(m)
库容(万m3)
泄量(m3/s)
50年一遇
2335.86
402.83
1239.96
1797.25
500年一遇
3730.97
405.3
1362.06
2841.01

坝址三（b=65m）
起调水位：395m
对应库容：1208.19万m3
设计标准
洪峰流量(m3/s)
水位(m)
库容(万m3)
泄量(m3/s)
50年一遇
2575.01
400.76
1321.72
1904.27
500年一遇
3788.9
402.77
1426.22
2975.16

坝下游设计水位
50年一遇水位(m)
500年一遇水位(m)
坝址一
352.65
353.98
坝址二
348.73
350.70
坝址三
346.47
348.29

1.2.2.3 泥沙
孤山湖水库坝址附近没有实测泥沙资料。查《河南省水利工程水文计算常用图》，大沙河流域实测输沙量模数200t/km2～500 t/km2。由于孤山湖库区内植被良好，故选取孤山湖水库坝址输沙量模数为200t/km2，则孤山湖水库坝址悬移质输沙量为1.338万t，推移质输沙量为0.201万t，多年平均输沙量为1.539万t。
由此算得泥沙淤积库容及相应水位：
坝址一 21.7万m3，淤积高程为358.2m；
坝址二 22.4万m3，淤积高程为354.2m；
坝址三 29.2万m3，淤积高程为353.44m；
1.2.2.4 水库死水位确定
考虑水库泥沙淤积对进水口高程的影响，水库死水位应高于坝前淤沙高程。通过综合比较，取水库死水位坝址一取为358.3m，相应库容22.19万m3；坝址二取为354.3m，相应库容22.57万m3；坝址三取为353.5m，相应库容29.54万m3 ，可以满足设计年限内泥沙淤积和各部门正常工作的最低要求。
1.2.2.5 水库正常蓄水位及其库容确定
根据孤山湖水库来水由群英水库下泄流量和区间来水两部分组成，经群英水库调节后，各月来水相对较为均匀，对城市供水有利。焦作市工业及居民生活用水有多个水源，孤山湖水库建成后将成为新的补给供水水源，群英水库不再直接供给焦作市用水。正常情况下孤山湖水库需向焦作市供水0.9m3/s，无水情况可不供给。现根据孤山湖水库来水、焦作市综合用水以及水库坝址地形、地质条件，拟定三个孤山湖水库正常蓄水位比选方案如表3所列。
表3 孤山湖水库各坝址防洪方案
坝址位置
起调水位(m)
相应库容(104m3)
溢流坝宽度(m)
运用方式
坝址一
401
969.08
60
无闸门控制
坝址二
397
964.6
55
无闸门控制
坝址三
395
1208.19
65
无闸门控制
1.2.3 其它资料
电站机组主要技术指标见表4基本参数。
表4 电站机组主要技术指标
序号
项 目
坝一（2×320KW）
坝二、三（2×400KW）
1
水轮机型号
HL220-WJ-42
HL220-WJ-50
2
水轮发电机型号
TSWN85/31-6
TSWN99/37-8
3
调速器型号
TT-150
YT-300
4
设计水头（m）
36.7
33
5
设计流量（m3/s）
1.18
1.70
6
水轮机效率（%）
82.5
83
7
发电机效率（%）
91.5
93
8
水轮机出力（KW）
350
459
9
设计点模型汽蚀系数
0.133
0.133
10
水轮机单价（万元）
14.5
16.5
11
发电机单价（万元）
18.3
25.0
12
装机年利用小时数（h）
2283
1744

第二章 枢纽布置
2.1工程等级和设计标准
2.1.1 工程等级及建筑物级别
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000有
表1-1 水利水电工程分等指标
工程等别
工程
规模
水库总
库容
(10m）
防 洪
治 涝
灌 溉
供 水
发 电
保护城镇及工矿企业的重要性
保护
农田
(10亩)
治涝
面积
(10亩)
灌溉
面积
(10亩)
供水对象重要性
装机
容量
(10KW)
Ⅰ
大（1）型
≥10
特别重要
≥500
≥200
≥150
特别重要
≥120
Ⅱ
大（2）型
10～1.0
重要
500～100
200～60
150～50
重要
120～30
Ⅲ
中型
1.0～0.10
中等
100～30
60～15
50～5
中等
30～5
Ⅳ
小（1）型
0.10～0.01
一般
30～5
15～3
5～0.5
一般
5～1
Ⅴ
小（2）型
0.01～0.001

<5
<3
<0.5

<1
注: ①水库总库容指水库最高水位以下的静库容；
②治涝面积和灌溉面积均指设计面积。
确定孤山湖水利枢纽工程为Ⅳ等工程，小（1）型规模。
表 1-2 水工建筑物级别
工程等别
永久性建筑物级别
临时性建筑物级别
主要建筑物
次要建筑物
Ⅰ
1
3
3
Ⅱ
2
3
4
Ⅲ
3
4
5
Ⅳ
4
5
5
Ⅴ
5
5
5
确定孤山湖水利枢纽的水工建筑物级别为：主要建筑物4级，次要建筑物5级，临时性建筑物级别5级。

2.1.2 工程洪水标准
表 1-3 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]
项 目
水工建筑物级别
1
2
3
4
5
设 计
1000～500
500～100
100～50
50～30
30～20
校核
土石坝
可能最大洪水（PMF）或10000～5000
5000～2000
2000～1000
1000～300
300～200
混凝土坝、浆砌石坝
5000～2000
2000～1000
1000～500
500～200
200～100
本工程采用混凝土重力坝，所以永久性水工建筑物的洪水标准：正常运用情况下为50年一遇,非常运用情况下为500年一遇。
表1-4 临时性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]
临时性建筑物类型
临时性水工建筑物级别
3
4
5
土石结构
50～20
20～10
10～5
混凝土、浆砌石结构
20～10
10～5
5～3
确定临时性建筑物的洪水标准：5年一遇。

2.2．枢纽总体布置
枢纽的整体布置要综合考虑上、下坝址的地形和地质条件，结合所给工程的实际要求，全面考虑运用、施工、管理、技术、经济等问题。在保证方便和安全可靠的前提下，力求作到节省工程量，便于施工、缩短工期，优选技术经济效益最佳的方案。
2.2.1 坝型的选择
目前，应用比较多的坝型有重力坝、拱坝和土石坝。在选择坝型时，要根据坝区的地质、地形条件、筑坝材料、施工技术、施工条件、施工导流等众多因素来定。
由于坝址区河道曲折，在坝址区下游向东延伸呈一“S”型弯曲，河床礁滩密布，坡降大，地质构造主要表现为大面积间歇抬升，因此，很明显不适合拱坝的修筑，重力坝和土石坝都在考虑范围之内。对这两种坝型进行比较后再作选择。考虑到本枢纽主要承担了发电、防洪任务，而且在校核洪水位时的流量和泄流量都较大，需要开敞式的坝体泄流枢纽，由于土石坝自身不能在坝顶溢流的缺点，不能够满足防洪时泄流的需要，故选用混凝土重力坝作为设计的坝型。
重力坝主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝之所以得到广泛应用，是因为其具有以下几个方面的优点：
（1）安全可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫顶、渗漏、地震和战争破坏的能力都比较强。
（2）任何形状的河谷都可以修建重力坝。
（3）枢纽泄洪问题容易解决。重力坝可以做成溢流的，也可以在坝内不同高程设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
（4）便于施工导流。在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。
（5）施工方便。大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都比较简单，并且加强、修复、维护或扩建也比较方便。
重力坝的缺点主要是坝体剖面尺寸大，材料用量多，把体应力较低，材料的强度不能充分发挥，而且需要严格的温度控制措施，坝体与地基的接触面积大，相应的坝体扬压力大，对稳定不利。对稳定不利可以采用多种措施进行改良，例如：1.利用水重；2.采用有利的开挖轮廓线；3.设置齿墙；4.抽水措施；5.加固地基；6.横缝灌浆；7.预加应力措施。因此，最后决定采用混凝土重力坝。
2.2.2 枢纽布置方案比较
枢纽由以下部分组成：溢流坝段、非溢流坝段、厂房、通航建筑物。在进行水利枢纽布置时应全面考虑运用、施工、管理、技术经济等多方面的问题。初步拟定了两种方案以供比选：
方案一：左岸通航建筑物，右岸厂房，中间大坝
方案二：左岸厂房，右岸通航建筑物，中间大坝
方案比较：考虑到右岸有比较开阔的地方来布置发电厂房，对坝后式厂房的布置非常有利；左岸地势相对平坦，因此水流比较平顺，有利于船只的顺利通航，因此在左岸布置通航建筑物是不错的选择。开挖引水渠的费用也比较高，所以，在选择方案时选择坝后式厂房，综上所述，选择方案一。

第三章 非溢流坝段设计
3.1、坝顶高程的确定
坝顶高程=max(设计洪水位+超高；校核洪水位+超高)
坝顶上游防浪墙顶高程应超出水库静水面的高度按下式计算： （3-1）
式中 —累积频率为1％的波浪高度（m），素按官厅水库公式计算：

—波浪中心线高出静水面的高度（m），按下式计算：

—取决于坝的级别和计算情况的安全超高，查下表：
安全超高 （m）
荷载组合（运用情况）
坝的级别
1
2
3
基本组合（正常情况）
0.7
0.5
0.4
特殊组合（校核情况）
0.5
0.4
0.3

设计和校核情况坝顶高程（或坝顶防浪墙顶高程）按下式计算，并选用其中的较大值。

式中，和分别按式（3-1）的要求考虑。对于1、2级的坝，如果按照可能最大洪水校核时，坝顶高程不得低于相应静水位，放浪墙顶不得低于波浪顶高程。此工程防浪墙高度取1.2m，与坝体在结构上连成整体，墙身应有足够的厚度，以抵挡波浪及漂浮物的冲击。
坝顶高程计算成果表
（1） 正常蓄水位情况下
H
D
V0
V02
gD/V02
Lm
h
h1%
80.28
1325
33
1089
11.936
13.998
1.441
1.788
πh1%2/Lm
2πH/Lm
cth(2πH/Lm)
hz
hc
△h
设计水位
墙顶高程
0.717
36.035
1
0.717
0.4
2.905
406.78
409.685

（2） 校核洪水位情况
H
D
V0
V02
gD/V02
Lm
h
h1%
82.61
1325
22.5
506.25
25.676
9.538
0.893
1.108
πh1%2/Lm
2πH/Lm
cth(2πH/Lm)
hz
hc
△h
校核水位
墙顶高程
0.404
54.42
1
0.404
0.3
1.812
409.11
410.922

则坝顶高程取最大值H=410.93m,（包括了防浪墙高1.2m）
则最终坝顶高程H=410.93-1.2=409.73m.
坝高为409.73m-326.5m=82.23m
3.2 坝顶宽度的确定
为了满足设备布置、运行、交通及设施的需要，经过分析选取坝顶宽度B1为9m。
3.3 坝坡的拟定
常用的剖面形态有：（１）上游坝面铅直，适用于混凝土与基岩接触面间的f,c值较大或坝体内设有泄水孔或水管道，有进口控制设备的情况；（２）上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进口控制设备，又可利用部分水重帮助坝体维持稳定；（３）上游坝面略向上倾斜，适用于混凝土与基岩面间的f,c值较低的情况。经比较，本设计采用第2种，即上游坝面上部铅直，下部倾斜的剖面形态。上游坝坡坡率取n=0.2，下游边坡系数m=0.8，上游起坡点高度，一般在坝高的1/3～2/3范围内。
(～）坝高m =（～）×82.23=（27.41～54.82）m
上游折坡点高程=（27.41～54.82）+318=345.41～372.82m
为尽量利用水重，折坡点高程初步定在371.5m处。
重力坝剖面的下游坡的起坡点的高程取为397.5m.
3.4坝基的防渗与排水设施拟定
由于防渗的需要，坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。根据基础廊道的布置要求 ，初步拟定防渗帷幕及排水孔中心线在坝基面处距离坝踵分别为6.5m和9m。
拟定的剖面尺寸如下图所示：

3.5荷载组合及其计算
作用在重力坝的荷载主要有：坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震压力等，取1m坝长进行计算。设计重力坝时应根据具体的运用条件确定各种荷载的数值，并选择不同的荷载组合，用以验算坝体的稳定和强度。
3.5.1 设计情况
A 抗滑稳定计算
上游设计洪水位为406.78m，相应下游洪水位为352.65m，坝基设有防渗帷幕和基础排水措施。要求抗滑安全系数Ks≧1.05。按抗剪断强度公式计算稳定安全系数k'≥3.0。
基本资料：
坝顶高程(m)
坝底高程(m)
上游水位(m)
409.73
326.50
406.78
坝顶宽B1（m)
坝底宽B2(m)
坝体高H(m)
9.00
74.80
83.23
淤沙高度hs（m)
沙浮容重γsb（kN/m3)
坝体容重γ坝（kN/m3)
31.70
10.00
24.00
下游水位(m)
上游折坡高程(m)
下游折坡高程(m)
上游坡率n
352.65
371.50
397.50
0.20
浪高2hl(m)
上游折坡高度H3(m)
下游折坡高度H4(m)
波长2Ll(m)
1.45
45.00
71.00
13.98
水容重γ水（kN/m3)
摩擦系数f
淤沙内摩擦角φs
计算风速（m/s)
9.81
0.65
26.00
33.00
下游坡率m
渗透压力系数α
上游水深H1
排水孔至坝踵距L2(m)
0.80
0.25
80.28
9.00
h0(m)

下游水深H2

0.43

26.15

吹程(km)
多年风速(m/s)
混凝土/基岩摩擦系数f'
混凝土/基岩凝聚力 C'(MPa)
1.33
22.50
1.00
0.90

自重：自重部分分三部分分别为上游三角体、矩形体、下游三角体。
坝体矩形体自重W1= B1*H*γ坝= 17977.68 KN
上游三角体自重W2= 0.5*n*H32γ坝= 4860.00 KN
下游三角体自重W3= 0.5*m*H4^2*γ坝= 48393.60 KN

水重：
上游矩形Q1=