水工建筑物.docx

一、枢纽基本资料
1.工程概况
该河流自西向东汇入东海，干流全长153公里，流域面积4860平方公里。罢职以上流域面积2761平方公里，流于境内为山区，平均海拔高度662米，最高峰达1921米，流域境内气候湿润，雨量充沛，属热带气候。径流重要来自降雨，小部分由地下水补给，每年4-9月份为汛期，其中5、6份为梅雨季节，河道坡道上上游陡下游缓，平均坡降6.32-0.97%，因河道陡，蓄水能力低，汇流快，有暴雨产生的洪水迅速涨落，一次洪水过程线尖瘦，属典型的山区性河流。流于境内，一以农林为主，森林繁茂，植被良好，水土流失不严重枢纽下游为谋省的重要农副业生产基地某平原。坝址下游约50公里有县级城市两座，在河流入海处有省辖市一座。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库重要任务是防洪、发电、灌溉、渔业养殖。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为三等工程，主坝为3级建筑物，其它建筑物按4级建筑物考虑。
2.水文条件
1.年径流：根据资料分析，坝址处的数年平均流量100m/s，数年平均总量为31.5m/s，年内分派很不均匀，重要集中在汛期4-9月份。丰水年时占全年80%，枯水年占20%。
2.洪水：根据记录资料推算102023一遇的浑水流量为11700m/s，502023一遇的洪水14900m/s。施工期间各设计洪水频率流量见下表。

频率
时段

10-4月

9-6月

10-3月

11-6月

11-2月

12-2月

备注
5%
2087
1772
1367
1367
884
824

10%
1673
1410
1072
1072
654
596

20%
1275
1045
784
784
434
332

3．固体流量及水库淤积：根据水文站实测资料分析，年固体径流量为331万吨，百年之后水库淤积高程115m。淤沙浮容重为8.5kn/m，内摩擦角10。
4． 其他;本坝址地震烈度为7
3.气象条件
1．气温：坝址处的数年气温为17.3℃，月平均气温5℃（一月份）、最高29℃（七月份)。实测极端气温-8.2℃（一月份）、最高气温40.6℃（七月份）。
2．湿度：年平均相对湿度为79%左右，其中六月份87%为最大，一月份72%最小，日变化较大。
3．降雨量：坝址以上流域的年平均降雨量1860毫米，实测最大降雨量为2574毫米，最少降雨量1242毫米。雨量在年内分派不均，其中4-9月份占全年雨量的80%，5-6月份站全年雨量的1/3，往往形成起伏多峰的洪水。
4．蒸发量：坝址处数年平均蒸发量为1349毫米其中以七月份最大，月蒸发量为217毫米，二月份最少，月蒸发量为45.5毫米。
5．风向风力：实测最大风速为17米/分，风向西北偏西，吹程4.5公里，数年平均风速成为：汛期为12米/分，非汛期为13米/分。风行基本垂直坝轴线，吹程4公里。
4.坝址工程地质
（1）地貌：坝址河床宽度约100米。河底高程约100米，水深1-3米。河床覆盖层，厚度为5-10米左右。河谷近似梯形，两岸约40-60。
（2）岩性及工程地质：坝基为花岗斑岩，分化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达120-200MPa。坝址构造简朴，无大的地质构造，缓倾角解理延伸短，整体滑动的也许行小。但陡倾角解理较发育，以构造解理为主，左右岸各有走向互相垂直的二组解理。解理的倾角约35-90度
（3）岩石的物理力学性质
岩石的物理力学性质表
岩性或地质构造
容重
（KN/m）
孔
隙
率
（%）
抗压强度
（MPa）
弹性模量
（MPa）
摩擦系数

粘
着
力
（MPa）

泊
松
比
（u）
抗剪系数
抗剪短系数

干

湿

干

饱和
混凝土与基岩
基岩内部
混凝土与基岩
基岩内部
花岗斑岩

27.3

28.1

2.3

210

190

22023

0.70

0.75

0.75

1.20
0.5（基岩与混凝土

0.2

解理面

0.65

0.75
1.0（基岩内）

（4）库区工程地质：库区岩性以火山岩和沉积岩为主，褶皱规模不大，均为背斜，两翼底层平缓，切不对称。有较大的断层两条，这些褶皱和断层成北东走向，以压扭性为主，倾角较陡，延伸长度达几十公里，断层单宽一米左右，个别达十米以上。断层破碎都已胶结。库区水文地质较简朴，一裂隙水为主，地下分别水岭高程均高出库水位以上。
5.建筑材料
石料：坝区大部分为花岗岩，基岩埋省深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石也可运用由此筑坝石料极易解决。
砂料：在坝下游勘探6个砂料场，最远料厂离坝约9公里，以石英带料场为主，估计砂料储量430万方。经质量检测，砂料符合规范规定。坝址处缺少筑坝材料。
二、重要建筑物型式选择
（一）、枢纽的建筑物组成
本水利枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用，故枢纽组成建筑物应涉及：挡水建筑物（各种坝和水闸等）、泄水建筑物（溢流坝、坝身泄水孔等）、输水建筑物（引水隧洞、引水涵管等）、取水建筑物（引水隧洞的进口段、灌溉渠首等）、整治建筑物（丁坝、护底等）、专门建筑物（放空洞、过木道等）。
（二）、工程等别和建筑物级别
枢纽工程的等别：根引水隧洞、据水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，考虑到本枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用，且要保证下游某省重要农副生产基地某平原和某市的安全，同时由于坝址处河床较窄，河道陡，调蓄能力低、汇流快，汛期洪峰流量大等因素，枢纽工程等别定为Ⅲ等。
水工建筑物的级别：永久性重要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级。
（三）、建筑物型式选择
1、挡水建筑物型式的定性选择
在岩基上修建挡水坝有三种基本类型：重力坝、拱坝、土石坝。通过对各种坝型的定性比较，综合考虑建筑材料、地形、地质自然条件、应用规定、施工条件后认为：拱坝对地形、地质的规定较高，在平面上向下游收缩的河谷段，坝端下游侧要有足够的岩体支撑，岸坡稳定，本工程中两岸山坡为第四系覆盖层，且左右岸各有走向互相垂直的二组陡倾角节理，约35˚~90˚，是修建拱坝的不利条件；土石坝的修建考虑充足运用本地建筑材料，虽然坝区附近砂石料易解决、且符合规范规定，但坝址处缺少筑坝的土料，故土石坝方案不可取；考虑到坝址附近对外交通方便，本地砂石料可充足运用，重力坝对地形、地质条件适应性强，故选择混凝土重力坝方案。
2、泄水建筑物型式的定性选择
泄水重力坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，除应满足稳定和强度规定外，还需要根据洪水特性、水利枢纽布置、地形地质、工程造价等满足泄水规定，其泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。
坝身泄洪是经济的，表面溢流孔泄流能力大，又具有较大的超泄潜力，宜优先考虑；深水泄水孔虽然泄流能力不及表面溢流孔，但进水口淹没在水面下，放水条件好、给水库的运用带来了很大的灵活性，可提高水库的运用率和安全度。故本工程的泄水建筑物选择兼有表面溢流孔和深水泄水孔。溢流坝的泄水方式重要有开敞溢流式和大孔口溢流式两种。前者除宣泄泄洪水外，还可排除冰凌或其他漂浮物；堰顶可设闸门，也可不设。设立闸门的溢流孔，闸门顶略高于正常蓄水位，堰顶高程较低，可运用闸门的开度调节库水位和下泄流量，合用于大型工程及重要的中型工程。
本工程调洪成果中，在设计洪水位186.64时，相应的下泄流量为6438.1，校核洪水位189.60时，相应的下泄流量为6711.6。为使水库具有较大的超洪能力，采用开敞溢流式溢流堰。
3、水电站建筑物形式的选择
采用坝后式水电站，主厂房平面尺寸81×81，发电机层高程114.8，尾水底板高程90.8，厂房顶高程130.5。副厂房平面尺寸66×10。安装场尺寸为21×18。开关站尺寸20×75。
4、过木建筑物型式的定性选择
采用用于浮运木排（筏）的过木建筑物—筏道。
三、重力坝枢纽的各重要建筑物设计
（一）、非溢流重力坝段设计
1、非溢流重力坝剖面尺寸的拟定
重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为拟定坝体断面的依据，并以特殊荷载组合复核。设计断面要满足稳定和强度规定，保证大坝安全，工程量小，造价低，运用方便，便于施工，避免出现不利的应力分布状态。
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项重要荷载作用下，满足稳定和强度规定，并使工程量最小的三角形剖面。
如图下图所示：已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度规定，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。

图3-1重力坝的基本剖面图示
根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0~0.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.6~0.8；底宽约为坝高的0.7~0.9倍。
在拟好的基本三角形基础上，根据交通和运营管理的需要，坝顶应由足够的宽度。为防止波浪漫过坝顶，在静水位以上还应有一定的超高，修改后即得到重力坝实用剖面如下：

图3-2非溢流重力坝实用剖面
其中，实用剖面上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进口控制设备，又可运用一部分水重帮助坝体维持稳定，故本工程拟采用该种剖面形态。
（1）坝基高程计算
坝址处的河底高程为100，河床覆盖层由大块石、卵石组成，厚度5~6。
工程建基面开挖时挖除覆盖层，即初步拟定开挖深度为5.5，故坝基高程定为94.5。
（2）坝顶高程计算
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。坝顶上游防浪墙顶高程=max（设计洪水位+，校核洪水位+）
超高值的计算
防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差=++
式中：为累计频率为1%时的波浪高度，；为波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，；为安全加高，，因建筑物级别为1级，按规定，设计情况取安全加高=0.7，校核情况取安全加高=0.5。
与：按SL319-2023《混凝土重力坝设计规范》，采用合用于山区峡谷水库的官厅水库公式：；；；
为计算风速，，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速20m/s；校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的数年平均值。D为吹程，。波高，当时，为累计频率5%的波高；当时，为累计频率10%的波高。规范规定采用累计频率为1%的波高，对于5%的波高=1.24；对于10%的波高=1.41。为坝前水深，等于相应的水位与坝基高程之差。
a、设计水位时的计算
取重现期最大风速17，D=4.5，=186.64-94.5=92.14，求得：
=0.95，=9.98，=0.28，=152.60，=1.24=1.18，
=++=1.18+0.28+0.7=2.16。
b、校核水位时的计算
取洪水期数年平均最大风速12，D=4，=189.60-94.5=95.1，求得：=0.59，=6.82，=0.16，=272.22，=1.41=0.83，
=++=0.83+0.16+0.5=1.49。
‚坝顶高程拟定
max（设计洪水位+，校核洪水位+）=max（188.8,191.09）=191.09。取防浪墙的高度为1.2，故坝顶高程▽=189.89，最大坝高为95.39。
（3）拟定坝顶宽度
坝顶宽度一般取坝高的8%~10%，且本工程坝顶有双线公路布置的规定，取为10。
（4）上下游面及坝底宽的拟定
据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0~0.2，下游坝坡坡率m=0.6~0.8；底宽约为坝高的0.7~0.9倍。上游折面可运用淤沙和水增长坝体自重，折点设立在淤沙高程之上，据水文站实测资料分析，百年后水库淤积高程115，死水位164，故折点取在164；上游坝坡坡率0.1，下游坝坡坡率0.7；相应坝底宽度为73.8。
2、安全控制验算与改善措施
（1）荷载计算及组合
重力坝的重要荷载重要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取1坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的规定。
本次设计考虑的基本荷载组合为设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况。

图3-3荷载计算示意图（取1坝长）
坝体自重
坝体自重计算公式=，取混凝土容重为24。

，故=84080.6
‚静水压力及扬压力
静水压力是垂直于作用在上下游坝面的重要荷载，计算时分解为水平压力和垂直水压力两种。水平力计算公式，水的重度取9.81；垂直力按水重计。
扬压力涉及渗流压力和上浮力两部分。渗流压力是由上下游水位差作用产生的渗流在坝内或坝基面上形成的向上的静水压力；上浮力是由下游水深产生的浮托力。根据规范，排水处扬压力折减系数=0.25，=。可知排水中心线距坝底上游面水平距离为10。
表3-1各工况下静水压力及扬压力
特性水位
上游水位
下游水位

正常蓄水位
184.25
103.5
3759.7
278.1
39510.1
397.3
17785.1
设计水位
186.64
114.15
3923.8
1325.8
41642.4
1893.9
23774.0
校核水位
189.60
115.50
4127.1
1514.2
44360.9
2163.1
22543.7
ƒ泥沙压力
水平泥沙压力
式中，据水文站实测资料分析，年固体径流总量为331万，百年后水库淤积高程115。淤沙浮容重为8.5，内摩擦角10˚。

竖直方向的泥沙压力按作用面上的淤沙重量（淤沙的浮重度）计算，
=1/2×=178.6。
④浪压力
查的平均波长计算公式：=，代入相应情况下的风速与吹程，设计洪水位时，=9.98，校核洪水位时，=6.82。易知两种工况下坝前水深均大于相应半平均波长，波浪运动不受库底的约束，即为深水波，均按深水波计算浪压力，如下图示：

图3-4浪压力计算示意图
浪压力计算式，代入相应工况的数据，求得
设计洪水位时，，
校核洪水位时，。
地震情况按正常蓄水位计算。
⑤地震作用
本工程区地震烈度为7度，采用拟静力法考虑水平向地震作用。混凝土重力坝沿高度作用于质点的水平向地震惯性力代表值=/。当设计烈度为7度时，取0.1，一般取0.25，为质点的动态分布系数,按下式计算，
各工况下力与力矩计算如下：
表3-2设计洪水位荷载计算汇总表
荷载作用
小计
扬压力

垂直力
水平力
对形心的力臂
力矩
↓
↑
→
←

＋
－
自重
W11
5880

32.23
189512.4

W12
22893.6

24.90`
570050.6

W13
55307.0

0.97
53647.8

水压力1

41642.4

30.71

1278838.1

1893.9
6.55
12405.0

水压力2

1520.4

33.40
50781.4

2403.4

34.57
83085.5

1325.8

32.32

42849.9
泥沙压力

1257.5

6.83

8588.7

178.6

31.25
5581.3

浪压力

35.7

91.43

3264.1
小计
89508.8↓
41041.7→

－368476.8
扬压力
U1

2666.9

33.57

89527.8
U2

1777.6

31.90

56705.4
U3

5103.4

5.63

28742.1
U4

14226.2

0

0
总计
65734.7↓
41041.7→

－543452.1

表3-3校核洪水位荷载计算汇总表
荷载作用
小计
扬压力

垂直力
水平力
对形心的力臂
力矩
↓
↑
→
←

＋
－
自重
W11
5880

32.23
189512.44

W12
22893.66

24.90
570050.6

W13
55307.0

0.97
53647.8

水压力1

44360.9

31.70

1406240.5

2163.1
7.00
15141.7

水压力2

1723.7

33.40
57571.6

2403.4

34.57
83085.5

1514.2

-32.00

48454.4
泥沙压力

1257.5

6.83

8588.7

178.6

31.25
5581.3

浪压力

16.6

94.55

1569.5
小计
89900.5↓
43471.9→

－490262.2
扬压力
U1

2725.7

33.57

91501.7
U2

1817.3

31.90

57971.9
U3

5797.2

5.63

32638.2
U4

15203.5

0

0
总计
64356.8↓
43471.9→

－672374.0
（2）安全控制验算与改善措施
抗滑稳定分析：重力坝沿坝面失稳的机理是：一方面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。
按SL319—2023《混凝土重力坝设计规范》进行，重力坝坝体抗滑稳定计算重要核算抗滑动条件，此处按抗剪断强度公式计算坝基基面的抗滑稳定安全系数。
表3-4坝基面抗滑稳定安全系数K′
荷载组合
K′
基本组合
3.0
特殊组合

（1）
2.5
（2）
2.3
抗剪断强度的计算公式：

——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；
——坝体砼与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；
——坝体砼与坝基接触面的抗剪断凝聚力，Pa；
——坝基接触面截面积，；
——作用接触面以上的总铅直力，；
——作用接触面以上的总水平力，；
根据资料查的，，故设计工况下的抗滑稳定分析

故按规范，抗滑稳定不满足。
考虑到提高坝体抗滑稳定性的工程措施及可行性综合影响，拟定采用工程措施提高混凝土与基岩间抗剪断摩擦系数为1.0，其间粘着力提高至0.9，这一措施在当前水平下是较易实现且较合理的。
改善后进行抗滑稳定分析：
设计工况，
由以上计算可知，设计洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定规定。
校核工况，
由以上计算可知，校核洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定规定。
‚应力分析
应力分析的目的是检查大坝在施工期和运用期是否满足强度规定，同时也是为研究、解决设计和施工中的某些问题，如为坝体混凝土标号分区和某些部位配筋等提供依据。
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，并认为各坝段独立工作，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，所以重力坝设计规范规定，一方面应校核坝体边沿应力是否满足强度规定。
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如下。
坝基面坝踵、坝址的铅直应力应符合下列规定：
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小于坝基允许应力。
施工期：坝址铅直应力允许有小于0.1的拉应力。
坝体应力规定
运用期：坝体上游面的铅直应力不出现拉应力（计扬压力）；坝体的最大主压应力，不得大于混凝土的允许压应力；在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的规定。
施工期：坝体任何截面上的主压应力不得大于混凝土的允许压应力；在坝体的下游面可以有不大于0.2的主拉应力。
a. 设计工况下的应力分析

b.校核工况下的应力分析

由以上计算和规范分析可知，坝基面应力满足规定。
（二）重力坝细部构造设计
重力坝的细部构造涉及坝顶布置与构造、坝体分缝、排水廊道布置等内容，这些构造的合理选型和布置，可以改善坝体的工作状态，提高坝体的抗滑稳定性，改善坝体应力，满足运用个施工规定，保证大坝的正常工作。
1、坝顶布置与构造
对于非溢流坝段，坝顶上游侧设立防浪墙，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，墙高一般1.2，下游侧应设立防护栏杆、灯柱，以保护行人和行车安全。在坝体的伸缩缝处，防浪墙也相应设立伸缩缝，并设止水。坝顶路面应有适当的横向坡度，并设立相应的排水设施，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。当设立人行道时，宜高出坝顶路面20~30。对于溢流坝段，溢流坝的上部构造，应根据运营规定布置。有交通规定期，应按公路等级设立交通桥；无交通规定期，需设立人行道。对于大中型工程溢流坝，坝顶常设立闸门、闸敦、工作桥、启闭机等。
本工程设防浪墙，采用与大坝相连固结的方法，墙高取1.2。坝顶有双线公路交通规定，故取路面宽8，两旁设人行道各1人，人行道上设栏杆，路面呈弧形，横向坡度，取为2%，以将路面积水排向两侧，并设立相应的排水管将集水引至上游水库。为了照明需要，在坝顶下游段每隔10设立路灯。
2、坝身廊道与排水
（1）廊道系统
为了满足施工运用规定，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设立各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。
基础灌浆排水廊道：坝基的防渗帷幕灌浆工作和排水孔幕的钻设通常均在廊道内进行。其优点是：可以运用已完毕部分坝体的重量来提高灌浆压力，保证灌浆质量；浆液灌入坝体与基岩的接触面，可以提高坝的抗剪强度和抗渗能力；钻孔，灌浆工作不影响坝体正常施工，能保证施工进度；在工程运用期间，可以根据需要对帷幕作补充加固灌浆或补钻排水孔。
灌浆排水廊道的位置应尽量靠近上游面和坝基，以便最有效地减少渗透压力。但由于渗透坡降的限制和应力规定，又不能太近。一般规定廊道的上游侧距上游坝面不得小于作用水头的0.05～0.1，且不得小于4～5。廊道底距基岩面，最佳不小于廊道底宽的1.5倍，以免被灌浆压力掀动开裂。本次设计中，基础灌浆廊道断面取3.0×3.5，形状采用城门洞形，距上游坝坡面8，距基岩面5。
坝体廊道：坝内设纵向（沿坝轴线）和横向（垂直于坝轴线）廊道，纵向廊道按高程分层设立，一般沿坝高每隔15～30设立一层，断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2，最小高度为2.2，距上游面的距离应不少于0.05～0.07倍水头，且不小于3。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200～300，应在上下层廊道之间设立交通通道。对高坝应设立1～2座电梯及便梯，对中坝和中型工程的高坝，视需要设立电梯或便梯。
本工程设计排水廊道断面尺寸统一拟定为2×2.5，城门洞形，距上游面的距离选取5，上游测设排水沟，沿坝高每28布置一层，即在130.5高程和161高程，各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通。
（2）坝体排水
坝体排水：为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体的上游面坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设立排水管幕，排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道或坝顶（溢流面以下），以便于检修。排水管间距2～3，采用多孔混凝土预制管，管径不小于110，一般取150～250，排水管幕距上游坝面的距离，一般规定不小于坝前水深的1/10～1/12，且不少于2。
本设计在距上游面5设一排坝体排水管，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15。
3.横缝构造
横缝垂直于坝轴线设立，将坝体提成若干个坝段。横缝的间距重要取决于气候条件，地形与地质特点，坝的高度，施工条件等因素。混凝土重力坝一般为15～20，很设计横缝间距设为20。由于间距过大会产生裂缝，过小又无必要，反而增长造价和对结构不利。
横缝有永久缝和临时缝两种。永久缝可分为沉降缝、温度缝和兼有两种作用的温度沉降缝。本工程可采用温度沉降缝，永久横缝内需要设立专门的止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料和沥青等。对于高坝或很重要的坝，需设两道止水，中间设沥青井，前面设混凝土塞。当止水失效时，混凝土塞可起临时止水作用。本次设计采用两道止水片和一道防渗沥青井的布置。第一道止水离上游面约0.5～2.0，本工程设计取1.6。一般采用1.0～1.5厚的紫铜片，每侧埋入混凝土中的长度约为20～25厘米。第二道止水也可用不锈钢片或镀锌钢片。在气候温和地区止水片可采用塑料，在寒冷地区可采用橡胶。沥青井为方形或圆形，其一侧可用预制混凝土块，长1～1.5，厚5～10。沥青井尺寸大体为20×20至30×30，井内灌注的填料由Ⅱ号或Ⅲ号石油沥青、水泥和石棉粉组成，井内设加热设备
4.混凝土标号分区
砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同,对砼材料性能指标的规定也不同,为了满足坝体各部分的不同规定,节省水泥用量及工程费用,把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区,选用不同的强度等级和性能指标,一般分为6个区,见下图（5-2）。

图5-2坝体混凝土分区示意图
Ⅰ区—上、下游水位以上坝体表层砼，其特点是受大气影响；
Ⅱ区—上、下游水位变化区坝体表层砼，既受水位的作用也受大气影响；
Ⅲ区—上、下游最低水位以下坝体表层砼；
Ⅳ区—坝体基础砼；
Ⅴ区—把体内部砼；
Ⅵ区—抗冲刷部分的砼。
为了便于施工，选定各区域砼等级时，各类别应尽量少,相邻区的强度等级不得超过两级，分区的厚度一般不得小于2～5m，以便浇筑施工，分区对混凝土性能的规定见下表，表中“++”表达选择各区同等级的重要控制因素，有“+”的表达需要提出规定；有“-”的为不需要提出规定
表5-1坝体各区对混凝土性能的规定

分区

强度

抗渗

抗冻

抗冲刷

抗侵蚀

低热
最大水灰比
选择各区厚度的重要因素
严寒寒冷地区
温和地区
I
+
-
++
-
-
+
0.55
0.60
抗冻
II
+
+
++
-
+
+
0.45
0.50
抗冻、抗裂
III
++
++
+
-
+
+
0.50
0.55
抗渗、抗裂
IV
++
+
+
-
+
++
0.50
0.55
抗裂
V
++
+
+
-
-
++
0.65
0.65

VI
++
-
++
++
++
+
0.45
0.45
抗冲、耐磨
四、重力坝地基解决
天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时尚有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采用适当的解决措施，地基解决的重要任务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。
一.清基开挖
1.开挖原则
地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的规定和地基加固解决的效果、工期和费用等研究拟定，原则上应考虑技术加固解决后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。
2.开挖设计
靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽也许清除。顺河流流向的基岩面尽也许略向上倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免导致坝体内应力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免导致新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后0.5～1.0m，应采用受风钻钻孔，小药量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留0.2～0.3m的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。对岸坡坝段，在平行坝轴线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角。
3.坝基清理
基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，涉及：清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。
二.防渗帷幕与排水
（一）帷幕灌浆
1、帷幕灌浆目的
帷幕灌浆的目的是：减少坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。
2、帷幕灌浆范围
防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有助于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在100以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况拟定。本地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层进一步相对隔水层3～5m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗规定拟定，通常采用坝高的0.3～0.7倍。
帷幕进一步两岸的部分，原则上也应达成上述标准，并与河床部位的帷幕保持连续，形成连续的不透水的防渗墙。当相对隔水层距地面不远时，帷幕应进一步岸坡与该层相衔接。当相对隔水层埋藏较深时，可深到原地下水位线与最高枯水位的交点B处，如图6-2，在BC′以上设立排水，以减少水库蓄水后库岸的地下水

图6-2防渗帷幕沿坝轴线的布置
1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—灌浆平洞；5—排水孔；6—最高库水位；
7—原河水位；8—防渗帷幕底线；9—原地下水位线；10—蓄水后地下水位线
3、帷幕灌浆设计
防渗帷幕的厚度应当满足抗渗稳定规定，即帷幕的渗透坡降不能超过规定的允许值，见表6-1。
表6-1防渗帷幕的允许渗透坡降
帷幕区的透水率q（Lu）
帷幕区的渗透系数k(cm/s)
允许渗透坡降J
＜5
＜1×10-4
10
＜3
＜6×10-5
15
＜1
＜2×10-5
20
灌浆所能到的帷幕厚度l与灌浆孔排数有关，如图所示，当由n排灌浆孔时，
l=(n−1)c1+c'
此处，c1为灌浆孔排距，一般c1=（0.6～0.7）c；c为孔距；c'为单排灌浆时的帷幕厚度，c'=（0.7～0.8）c。
帷幕灌浆孔的排数，在一般情况下，高坝可设两排，对地质条件差的地段还可适当增长。当帷幕由n排灌浆孔组成时，一般仅其中一排孔钻灌至设计深度，区域各排的孔深可取设计深度的1/2～1/3。孔距一般为1.5～4.0m，排距宜比孔距略小。本次设计属高坝，所以帷幕设两排，孔距取3.0m。
钻孔方向可以是铅直的，也可有一定的倾斜度，依工程地质情况而定，帷幕灌浆必须在浇灌一定后的坝体混凝土后施工。灌浆压力一般应通过实验拟定，通常在帷幕表层段不宜小于1～1.5倍坝前静水头，在孔底段不宜小于2～3倍坝前静水头，但应以不破坏岩体为原则。
（二）坝基排水
坝基排水的目的：为了进一步减少坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设立排水孔幕。
排水孔幕与防渗帷幕下游面的距离在坝基面处不宜小于2m。排水孔幕一般略向下游倾
斜，与帷幕的夹角为10o~15°。排水孔孔距为2~3m，孔径约为150~200mm，不宜过小，
以防堵塞。高、中坝的排水孔深不宜小于10m。
本设计沿坝轴线方向设一排排水孔。排水孔与帷幕中心线的距离为2m，与帷幕中
心线成15°交角，排水孔孔距取3m，孔径为150mm，孔深为10m。排水孔幕在混凝土
坝体内的部分要预埋钢管，待防渗帷幕灌浆后才干钻孔。渗水通过钢管进入排水沟，再
汇入集水井，最终经横向排水管自流排向下游。

《水工建筑物》课程设计
设计计算说明书

班级水利水电工程091班
姓名苏 博 文
学号
土木工程学院水利水电系
2023年7月