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目 录

摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
前言 2
1.基本资料 1
1.1 地域概况 1
1.2 气象、 水文 1
1.3 泥沙 1
1.4 工程地质 3
1.4.1坝址工程地质 3
1.4.2引水线路工程地质 5
1.5 动能指标 5
2.建筑物级别及坝型选择 6
2.1水利水电工程分等和水工建筑物分级 6
2.2 坝轴线的选择 6
2.3 坝型选择 8
2.3.1 综述 8
2.3.2 坝型选择方案 8
3枢纽布置 9
3.1 综述 9
3.2 枢纽布置应遵循下原则 11
3.3 各类建筑物枢纽布置的要求 11
3.3.1 挡水坝 11
3.3.2 泄冲闸 11
3.3.3 进水口 11
4.非溢流坝设计 12
4.1 剖面设计 12
4.1.1 坝顶高程的确定 12
4.1.2 坝顶宽度 14
4.1.3坝面坡度 14
4.1.4坝底宽度 14
4.1.5 基础灌浆廊道尺寸拟定 14
4.1.6 坝基防渗与排水设施拟定 15
4.2 抗滑稳定及坝体应力分析 15
4.2.1 荷载计算及其组合 15
4.2.2荷载组合及计算 16
5 泄冲闸设计 19
5.1 闸室的结构型式及空口尺寸的确定 19
5.1.1 闸室的结构型式及高程确定 19
5.1.2 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度 19
5.1.3 校核泄洪能力 23
5.2 消能防冲设计 23
5.2.1 消能防冲设计的控制情况 23
5.2.2 消力池尺寸确定及构造 25
5.2.3 海漫设计 27
5.2.4 防冲槽设计 28
5.3 水闸防渗及排水设计 30
5.3.1 闸底轮廓布置 30
5.4 防渗和排水设计及渗透压力计算 31
5.4.1 渗流计算的目的 31
5.4.2 计算方法 31
5.4.3 计算渗透压力 31
5.5　排水设备的细部构造 34
5.5.1. 排水设备的作用 34
5.5.2. 排水设备的设计 34
5.5.3. 止水设计 35
5.6 闸室 35
5.6.1闸室的布置 35
5.7 闸室稳定计算 37
5.7.1 荷载及其组合 37
5.7.2地基应力验算 39
5.7.3 闸室稳定验算 40
参考文献 41
致谢 42

附图1 重力坝剖面及细部图 43
附图2 水闸纵剖及其它构造图 44
附图3枢纽布置平面图 45
附图4 枢纽下游立视图 46
附图5 三更水里枢纽平面布置图 47

三更挡泄水建筑物设计
1 基本资料
1.1 地域概况
三更水电站位于四川省康定县孔玉乡境内三更沟中游, B沟流域河道水流湍急, 急滩跌水随处可见, 水力资源较为丰富三更沟属于B河右侧的一级小支流, 厂址位于三更沟与B沟交汇的两河口上游900m处, 首部枢纽位于厂址以上4.2km的河段上。三更水电站设计引用流量1.92m3/s, 额定水头500m, 装机容量2×4MW。
1.2 气象、 水文
三更沟属于巴郎沟流域, 属高原温带川西山地气候, 主要特点是气温低、 冬季长、 日照丰富、 干湿季分明, 影响流域降水的主要系统是西太平洋副热带高压。工程区多年平均气温7.1℃, 极端最高气温和极端最低气温分别为28.9℃和-14.7℃, 多年平均年降水量为815.7mm, 历年一日最大降水量49.4mm, 多年平均蒸发量1285.5mm( 20cm口径蒸发皿观测值) , 多年平均相对湿度73%。多年平均风速为3.1m/s, 最大风速为20.0m/s( 相应风向为E) 。多年平均霜日数为84.9天, 最大积雪深度为24cm。
坝址多年平均径流深995mm, 多年平均流量1.55m3/s, 取水口以上集雨面积49.2km2。
表1-1 三更沟电站设计洪水成果表
位置
集雨
面积(km2)
各 频 率 设 计 值 Qp(m3/s)
p=0.1%
p=0.2%
p=0.33%
p=0.5%
p=1.0%
p=2%
p=3.3%
p=5%
p=10%
p=20%
p=50%
坝址
49.2
63.3
58.3
54.6
51.5
46.4
41.3
37.5
34.4
29.3
24.0
17.1
厂址
61.0
73.0
67.3
63.0
59.4
53.6
47.6
43.3
39.8
33.8
27.7
19.7
1.3 泥沙
三更电站坝址处年侵蚀模数为: 63.01t/km2
多年平均悬移质输沙量为: 0.31万t
悬移质多年平均含沙量为: 0.063kg/ m3
汛期( 6～9月) 悬移质平均含沙量为: 0.070kg/ m3

表1-2 三更沟电站年最大24、 72小时洪量频率计算成果表
时段
各频率设计值(108m3)
p=0.1%
p=0.2%
p=0.5%
p=1%
p=2%
p=3.3%
24小时
0.017
0.015
0.014
0.012
0.011
0.010
72小时
0.042
0.039
0.035
0.032
0.029
0.026
表1-3 三更沟电站闸址分期洪水成果表
时 段
各 频 率 设 计 值Qp(m3/s)
p=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
p=50%
1月
1.06
1.02
0.94
0.86
0.73
2月
0.85
0.82
0.77
0.71
0.61
3月
0.96
0.90
0.81
0.71
0.57
4月
1.40
1.32
1.17
1.01
0.77
5月
9.38
8.60
7.12
5.68
3.59
6月-9月
37.5
34.4
29.3
24
17.1
10月
9.80
9.10
7.97
6.68
4.77
11月
2.39
2.26
2.03
1.77
1.36
12月
1.49
1.42
1.30
1.17
0.94
表1-4 三更沟电站厂址分期洪水成果表
时 段
各 频 率 设 计 值Qp(m3/s)
p=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
p=50%
1月
1.32
1.26
1.17
1.07
0.90
2月
1.05
1.01
0.95
0.88
0.76
3月
1.18
1.12
1.00
0.88
0.71
4月
1.73
1.63
1.45
1.25
0.96
5月
11.14
10.22
8.46
6.74
4.26
6月-9月
43.3
39.8
33.8
27.7
19.7
10月
11.64
10.80
9.46
7.94
5.66
11月
2.96
2.80
2.51
2.20
1.69
12月
1.84
1.76
1.61
1.45
1.17
1.4 工程地质
工程区地震动峰值加速度为0.20g, 相对应的地震基本烈度为Ⅵ度。
基岩物理力学指标如下饱和抗压强度: 15～25; 抗剪指标: f砼/岩=0.6～0.62; 抗剪断指标: f′砼/岩=0.7～0.8, c′=0.70。
三更沟水电站区内地貌以川西高原山地为主, 河谷深切狭窄, 两岸高竣陡峭, 谷岭高差较大。坝址区、 厂区地质物理力学参数建议值见表所示。
表1-5 工程区覆盖层物理力学性建议值表
地层
代号
地层
岩性
物理性指标
承载及变形指标
抗剪强度
渗透及渗透变形指标
坡 比
干密度
ρd
g/cm3
密 度
干密度
允许承载力
变形摸量
凝聚力
内摩擦角
允许比降
密 度
ρ
ρd
〔R〕
E0
C
φ
J
ρ
g/cm3
g/cm3
MPa
MPa
MPa
°
—
g/cm3
col+dlQ4
块碎石土
2.00～2.10
1.80～2.00
0.25～0.30
25～30
0
25～28
块碎石土
2.00～2.10
1.80～2.00
alQ4
砂砾( 卵) 石
2.10～2.25
2.00～2.15
0.35～0.40
30～35
0
30～35
砂砾( 卵) 石
2.10～2.25
2.00～2.15
1.4.1坝址工程地质
推荐坝址地处三更沟的中上游, 位于山海子支沟口上游25～75m河段, 河沟地面高程3219～3225m, 该段河床比降较小, 水流相对平缓。本阶段在坝址区河段内进行了坝线的比选工作, 最终确定现坝线为最优坝线。若现坝线上移, 沟谷变的较开阔; 若坝线下移, 将丢失水头坝址区河段沟谷为早期洪冲积层下切形成的狭窄沟谷, 左岸地形坡度15～20°, 右岸为45～50°属不对称型”V”形谷, 河床水面宽5～8m, 水深0.5～1.2m。
坝址区均为第四系洪冲积层与崩坡积层覆盖, 其中洪冲积层厚50～55m, 为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、 漂石, 中粗砂砾(卵)石成份主要为灰岩、 玄武岩, 砾径一般1～3cm, 含量40～50%, 漂石直径0.4～0.8m, 局部孤块石直径1.2～3.5m, 含量5～10%, 该层除表部4～5m结构较松散, 以下中等密实。崩坡积(Qcol-dl)厚35～50m, 为块碎石夹粉质壤土。下伏基岩为二迭系下统第3段(P13)浅灰～灰色含泥砂质结晶灰岩、 结晶灰岩夹蚀变玄武岩、 炭硅质板岩, 和第4段(P14)中～厚层结晶灰岩、 生物碎屑灰岩夹炭质板岩。
坝址区附近植被茂盛, 无冲沟切割, 地形完整, 坡体稳定, 无崩塌、 滑坡、 泥石流等不良地质作用存在。
1.4.2引水线路工程地质
明渠与前池基本沿3223m等高线布置, 该段地形为三更左岸斜坡, 地面坡度35～
45°, 压力管道顺沟铺设, 总体倾斜度为7～8°, 所经地貌单元主要为沟谷内侧山坡坡脚、 河漫滩。
沿线基岩出露在两岸岸坡较高处, 主要为二迭系下统第3段(P13)浅灰～灰色含泥砂质结晶灰岩、 结晶灰岩夹蚀变玄武岩、 炭硅质板岩, 和第4段(P14)中～厚层结晶灰岩、 生物碎屑灰岩夹炭质板岩。线路地基主要为崩坡积为块碎石夹粉质壤土及洪冲积中粗砂砾(卵)石夹孤块石、 漂石。
线路经过地段地形较为完整, 植被茂盛, 无大的冲沟切割, 但局部地段存在岸坡岩土体的浅部滑移和垮塌现象。
线路区的地下水为第四系松散堆积物孔隙水, 受大气降水补给, 向河床排泄。沿线地下水埋藏较浅, 对普通混凝土无腐蚀性。
压力管道所经地貌单元主要为沟谷内侧山坡坡脚、 河漫滩。各镇支墩地基主要为崩坡积块碎石夹粉质壤土, 这些土体地面以下3m中等密实, 承载力和变形指标可满足设计要求, 但存在侧向边坡稳定和地下水丰富等问题, 建议施工过程中加强基坑临时支护和排水措施, 另外, 为避免岸坡岩土体崩塌掉块危及管道安全, 建议采用埋管处理, 管顶埋深大于2m。
1.5 动能指标
正常蓄水位 3224.03m
电站装机容量( 台数×单机容量) 2×4MW
发电引用流量 1.92m3/s
最大水头 507.07m
最小水头 500.05m
额定水头 500m
保证出力(有调节) 2.161MW
年利用小时数 5338h

图1-1 三更电站厂房水位流量曲线
图1-2 三更电站坝址水位流量曲线

2 建筑物级别及坝型选择
坝址、 坝型选择和枢纽布置是水利枢纽设计的重要内容, 三者相互联系。在选择坝址/坝型和枢纽布置时, 不但要研究枢纽附近的自然条件,而且需要考虑枢纽的施工条件, 运行条件, 综合效益, 投资指标以及远景规划等, 这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。不同的坝址适用于不同的坝型和枢纽布置, 因此选择坝址、 坝型要同时做出枢纽布置。针对不同坝址做出不同坝型的各种枢纽布置方案, 进行技术经济比较, 最后选定较为理想的坝轴线位置及相应的坝型和枢纽布置。
2.1水利水电工程分等和水工建筑物分级
由装机容量为8MW查水利水电工程分等指标得, 此工程等别为Ⅴ级, 工程规模为小( 2) 型。水工建筑物的结构安全级别为Ⅲ级, 永久性重要建筑物为3级, 按规范要求, 采用30年一遇洪水设计, 1 一遇洪水校核。查相应的水位流量曲线得上游设计洪水位为3225.68m, 校核洪水位3226m。下游设计洪水位为3221.61m, 校核洪水位3221.77m。
2.2 坝轴线的选择
坝址和轴线的选择是根据地形、 地质、 河流走势等条件综合考虑决定的。就地形而言, 坝址一般以选在狭窄河谷处, 节省工程量; 但对于一个具体的枢纽来说, 必须从各个方面综合考虑: 是否便于布置泄洪、 发电建筑物, 是否便于施工导流, 技术可行, 经济合理等综合衡量。坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一, 对坝型的选择和枢纽的布置起着决定性作用。坝址最好的地质条件是强度高、 透水性小、 不易风化、 没有构造缺陷的岩基。但理想的天然地基很少, 因而在选择坝址时应从实际出发, 针对不同的情况采取不同的地基处理方式, 来满足工程需要。亦可经过选择不同的坝型或将坝轴线转折以适应地质条件, 同时应考虑两岸的地质因素, 使库区及两岸边坡有足够的稳定性, 以防止因蓄水而引起的滑坡现象。就河势来说, 坝址要选在河流顺直段, 靠近坝址上、 下游河流如有急湾最不利 , 应予避免; 枢纽两岸坝肩的山体要较雄厚, 并尽可能离上下游两岸的冲沟远一些; 水库周缘应没有难处理的缺口。
由基本资料分析得, 选择的坝址地处三更沟的中上游, 位于山海子支沟口上游25～75m河段, 河沟地面高程3219～3225m, 该段河床比降较小, 水流相对平缓。本阶段在坝址区河段内进行了坝线的比选工作, 最终确定现坝线为最优坝线。若现坝线上移, 沟谷变的较开阔; 若坝线下移, 将丢失水头坝址区河段沟谷为早期洪冲积层下切形成的狭窄沟谷, 左岸地形坡度15～20°, 右岸为45～50°属不对称型”V”形谷, 河床水面宽5～8m, 水深0.5～1.2m。
坝址区均为第四系洪冲积层与崩坡积层覆盖, 其中洪冲积层厚50～55m, 为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、 漂石, 中粗砂砾(卵)石成份主要为灰岩、 玄武岩, 砾径一般1～3cm, 含量40～50%, 漂石直径0.4～0.8m, 局部孤块石直径1.2～3.5m, 含量5～10%, 该层除表部4～5m结构较松散, 以下中等密实。崩坡积(Qcol-dl)厚35～50m, 为块碎石夹粉质壤土。下伏基岩为二迭系下统第3段(P13)浅灰～灰色含泥砂质结晶灰岩、 结晶灰岩夹蚀变玄武岩、 炭硅质板岩, 和第4段(P14)中～厚层结晶灰岩、 生物碎屑灰岩夹炭质板岩。
坝址区附近植被茂盛, 无冲沟切割, 地形完整, 坡体稳定, 无崩塌、 滑坡、 泥石流等不良地质作用存在。
2.3 坝型选择
2.3.1 综述
坝型选择应根据当地地质、 地形条件, 施工条件, 建筑材料, 综合效益, 宣泄洪水能力, 以及抗震性等特点, 经过定性分析, 初步选择两种坝型进行较详细的技术比较, 选取既满足工程要求, 又比较经济的坝型, 经济比较只要求对坝体的砼方量及三材用量作粗略的计算和比较。
以下分别就各种坝型进行比较分析。
2.3.2 坝型选择方案
2.3.2.1土石坝
土石坝又称当地材料坝, 是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为: 均质坝、 心( 斜) 墙坝、 土石混合( 堆石坝) 坝等。
( 1)土石坝优点
①能够就地、 就近取材, 节省大量水泥、 木材和钢材, 减少工地的外线运输量, 几乎任何土石料均可筑坝。
②能适应各种不同的地形、 地质和气候条件。任何不良的坝址地基, 经处理后均可筑坝。
③大容量、 多功能、 高效率施工机械的发展, 提高了土石坝的施工质量, 加快了进度, 降低了造价, 促进了高土石坝的发展。
④由于岩土力学理论、 试验手段和计算技术的发展, 提高了大坝分析计算的水平, 加快了设计进度, 进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
⑤土石坝适应地基变形, 施工方便, 而且中国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼坝相比, 其造价为砼坝的1/10, 工程量为砼坝的4倍, 由此可见土石坝经济性优于混凝土坝。( 2)缺点
由所给 三更水电站基本资料可知, 坝址区均为第四系洪冲积层与崩坡积层覆盖, 其中洪冲积层厚50～55m, 为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、 漂石, 中粗砂砾(卵)石成份主要为灰岩、 玄武岩, 且储量足以建坝, 各料场的物理性质、 试验指标, 基本满足技术要求, 可作为大坝混凝土骨料使用。从材料方面看能够建土石坝。但土石坝有它本身的特点, 就是坝身不能过水, 泄水建筑物需另设溢洪道。由本枢纽基本资料知, 三更沟水电站区内地貌以川西高原山地为主, 河谷深切狭窄, 两岸高竣陡峭, 谷岭高差较大, 没有合适地形布置溢洪道, 因此, 从这方面看, 不宜建土石坝。
由于坝址附近无大量的粘性土及砂壤土料, 只可供应围堰防渗材料之用。不能满足土石坝所需的大量粘性土和砂壤土料, 因此, 从这方面考虑, 此处建设土石坝条件不足。
综合上述优缺点, 故本次设计不采用土石坝, 而采用混凝土坝。
2.3.2.2 混凝土坝
如果选择砼坝应考虑采用拱坝还是重力坝,
( 1)拱坝优缺点
优点: 拱坝是高次超净定空间整体结构, 坝体的稳定性主要依靠两岸拱端山体反力作用来维持, 并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构, 拱内弯矩较小, 应力分布较均匀, 有利于发挥材料的强度, 从而坝体厚度能够减薄, 节省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省1/3～2/3, 从经济意义上讲, 拱坝是一种很优越的坝型。且较好的超载能力可达设计荷载的5～11倍, 具有很强的抗震能力。
缺点: 理想的拱坝地形应是左右岸对称, 岸坡平顺无突变, 在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址属不对称型”V”形谷, 不适合建拱坝。
综合上述, 本坝址处不适宜建混凝土拱坝。
( 2)重力坝
重力坝坝身能够过水, 对地形地质条件适应性强, 枢纽泄洪问题容易解决, 能够大型机械化施工, 施工速度快, 故本枢纽选择重力坝坝型。
重力坝又分为宽缝重力坝、 空腹重力坝、 实体重力坝。需对三种坝型进行比较做出结论:
( 1) 宽缝重力坝优缺点:
宽缝重力坝, 坝体设置宽缝后, 坝基的渗透水可自宽缝排出, 减小了渗透压力, 但宽缝坝增加了模板用量, 立模也较复杂, 分期导流不便, 而且由资料可知当地三更沟属于巴郎沟流域, 属高原温带川西山地气候, 主要特点是气温低、 冬季长, 对宽缝坝需要采取保温措施, 工程造价大大增加且不能大型机械化施工, 工期较长, 因此不宜选用宽缝重力坝。
( 2) 空腹重力坝优缺点:
空腹坝与实体坝相比具有以下优点:
① 由于空腹下部设底板, 减小了坝底面上的扬压力, 可节省坝体砼方量20%左右;
② 减小了坝基开挖量;
③ 坝体前后腿嵌固于岩体内, 有利于坝体的抗滑稳定;
④ 前后腿应力分布均匀, 坝踵压应力较大;
⑤ 便于砼散热;
⑥ 坝体施工可不设纵缝;
⑦ 便于监测和维修;
⑧ 空腹内能够布置水电站厂房。
缺点有:
① 施工复杂;
② 钢筋用量大;
因此不适宜建空腹重力坝。
( 3) 结论
实体重力坝由于结构简单, 安全可靠, 对地形、 地质条件适应性强, 枢纽泄洪问题容易解决, 便于施工导流, 能够大型机械化施工, 施工方便且速度快, 结构作用明确, 适合建高坝。基于以上各种坝型的比较分析, 本水库采用混凝土重力坝较为合理。
3 枢纽布置
首先根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成, 然后根据地质、 地形等条件, 经过定性分析确定较合理的枢纽方案。水利枢纽布置的任务是合理地确定枢纽中各组成建筑物之间的相互位置。
3.1 综述
三更水利枢纽的主要任务是调节水量, 兼顾防洪。包括挡水坝段和泄洪闸段; 挡水坝段在河的两岸, 中间设置泄洪闸。
根据枢纽功能需要, 工程具有挡水坝段、 泄洪闸段等建筑物。
枢纽布置主要应考虑: 水闸段, 挡水坝段的布置。
3.2 枢纽布置应遵循下原则
①坝址、 坝段及其它主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便, 工期短, 造价低。
②枢布置应当满足各个建筑物在布置上的要求, 各建筑物之间能协调、 无干扰地工作, 保证其它任何工作条件下都能正常工作, 满足枢纽运用管理的要求。
③ 在满足建筑物强度和稳定的条件下, 降低枢纽总造价和年运转费用。
④ 枢纽中各建筑物紧凑, 尽量将同一工种的建筑物布置在一起, 以减少联结建筑。
⑤ 尽可能使枢纽中的部分建筑早期投产, 提前发挥效益。
⑥ 枢纽的外观应与周围环境相协调, 在可能条件下注意美观。
3.3 各类建筑物枢纽布置的要求
3.3.1 挡水坝
拦截水流, 形成水库, 将其布置在河岸的两边。一般布置成直线, 这样坝轴线较短, 坝身体积小, 对建筑物的受力状态有利, 并便于与相邻建筑物的联结。
3.3.2 泄冲闸
泄洪闸起泄洪作用, 前缘应正对上游来水的河流主流方向, 下游出口方向最好与主河槽水流方向一致。本枢纽中, 泄洪闸的尺寸大概如下: 本次设计为单孔门, 闸门净宽为3m。闸墩厚取1.2m。总闸段长为5.4m。
3.3.3 进水口
工程上常将开敞式进水口布置在河道主流比较集中, 河床稳定, 河岸坚固的河段上, 防止因主流左右摆动影响取水, 进水口中心线与河道交角30°～45°。
从防沙考虑, 将进水口设在河道凹岸。这样布置能够利用河湾处的横向环流, 使进水口引进表层较清的水, 而底沙则由底流带向突岸。在选择进水口时, 还应避开上游有浅滩、 急滩的地点, 因为它们容易搅浑底沙和形成冰凌。本次设计将进水口设在坝体上游左岸。
将挡水坝段设在左右两岸, 中间段设置泄水闸。具体布置如图3-1所示。

图3-1 枢纽布置图

4 非溢流坝设计
4.1 剖面设计
4.1.1 坝顶高程的确定
波浪要素按官厅水库公式计算

为计算风速, 。设计洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5-2.0倍; 校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速, ;
-吹程, Km;
-波长, m;
-累计频率为波高, m;
-波浪中心线高于静水面的高度, m;
-坝前水深, m;

取较大值
表4-1 防浪墙高程计算表
基本情况
水位高程

防浪墙高程
设计洪水位
3225.68
30
3
1.68
15.75
2.08
0.86
0.4
3.34
3229.02
校核洪水位
3226
3.1
3
0.10
1.65
0.12
0.03
0.3
0.45
3226.45
为保证大坝的安全运行, 应该选用其中的较大值▽坝顶3229.02m, 当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙( 取1.2m) 时, 可降低坝顶的高程, 因此取坝顶高程为▽3227.82m。建基面最低开挖高程为▽3215m, 则最大坝高为12.82m, 属于低坝。
4.1.2 坝顶宽度
考虑交通要求, 坝顶宽度取3 m。
4.1.3坝面坡度
上游坝坡宜采用n＝0-0.2, 取n＝0; , 下游坝坡宜采用m＝0.6-0.8, 取m＝0.7。
4.1.4坝底宽度
由上、 下游的高程、 坡度、 坝顶宽度等几何关系能够求得坝底宽度为9.00 m。
4.1.5 基础灌浆廊道尺寸拟定
基础灌浆廊道的断面尺寸, 应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定, 为了保证完成其功能且能够自由通行的尺寸, 本次设计基础灌浆廊道断面取2.0×1.6m, 形状采用城门洞型。
廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求, 在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头, 本次设计取2m, 为满足压力灌浆, 基础灌浆廊道距基底为2m。挡水坝段剖面拟定如图4-1所示:

图4－1 挡水坝段剖面图
4.1.6 坝基防渗与排水设施拟定
由于防渗的需要, 坝基面须设置防渗帷幕, 其中心线在坝基面处距离坝踵分别为2m。
4.2 抗滑稳定及坝体应力分析
4.2.1 荷载计算及其组合
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要求。
4.2.1.1设计洪水位情况
①坝体自重

②水平水压力

③垂直水压力

下游垂直水压力:

④扬压力
排水处扬压力折减系数:

⑤浪压力
由前面计算的波长
防洪高水位时风速采用50年一遇的最大风速, 即: ,。各波浪要素计算如下:

图4－2 扬压力计算简图
坝前水深 :
又因为设计洪水位情况下, 半个波长 则浪压力按深水波计算:

⑥泥沙压力

式中: ——泥沙的浮重度;
——泥沙的淤积厚度;
——泥沙的内摩擦角。
4.2.1.2 校核洪位情况
① 坝体自重

② 水平水压力

③ 垂直水压力

下游垂直水压力:
④ 排水处扬压力折减系数:

⑤ 浪压力
由前面计算的波长
防洪高水位时风速采用相应洪水期最大风速的多年平均值, 即: ,。各波浪要素计算如下:
坝前水深:

又因为设计混水位情况下, 半个波长则浪压力按深水波计算:

⑥ 泥沙压力
水平泥沙压力:

式中: ——泥沙的浮重度;
——泥沙的淤积厚度;
——泥沙的内摩擦角。
4.2.2荷载组合及计算
选取两种荷载组合进行计算, 分别为基本组合对应的是设计洪水位、 偶然组合对应的是校核洪水位。荷载计算表如见表4-2,4-3。
由于坝体混凝土与岩基接触良好, 因此采用单一系数法。
① 设计洪水位情况
抗剪断公式

图4－3 扬压力计算简图
=>3.0
② 核洪水位情况
=>2.5
满足要求
关于安全系数, 设计规范规定, 不分工程级别, 基本荷载组合时, 采用3.0; 特殊荷载组合( 1) , 采用2.5; 特殊荷载组合( 2) , 不小于2.3。
4.2.2.1 边缘应力的计算
在一般情况下, 坝体的最大和最小应力都出现在坝面, 因此, 因此在重力坝设计规范中规定, 首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。
4.2.2.2 设计洪水位情况

=>0

>-100
满足要求
4.2.2.3校核洪水情况

=>0

>-100
满足要求
表4-2 设计洪水位情况下荷载计算表( 力的单位: kN, 力矩的单位: kN·m)

作用值
作用力臂
力矩值
水平力
垂直力

荷载

→
←
↓
↑

↙
↘
坝体自重
W1

967.38

3．5
3385.83

W2

996.57

0.5

498.29
水压力
( 水平)
Pwh1
570.315

3.6

2030.3
Pwh2

124.52

1.65
205.46

水压力
( 垂直)
PwV1

0

0
0
0
PwV2

153.02

2.96
452.94

浪压力
PL1
115.76

4.5

520.92
PL2

109.87

4.5
494.42

泥沙压力
PsH
105

2

224.06
PsV

107.65

4.7
505.9

渗透压力
U1

361.03
1.93

696.79
U2

370.22
2.61
966.27

小计

791.075
234.3
2224．62
731.25

189.97

表4-3 校核洪水位情况下荷载计算表( 力的单位: kN, 力矩的单位: kN·m)

作用值
作用力臂
力矩值
水平力
垂直力

荷载

→
←
↓
↑

↙
↘
坝体自重
W1

967.38

3.5
3385.83

W2

996.57

0.5

498.29
水压力
( 水平)
Pwh1
605

3.67

2218.3
Pwh2

130.62

1.69
220.75.75

水压力
( 垂直)
PwV1

0

0
0

PwV2

187.91

556.21
浪压力
PL1
0.619

4.5

2.78
PL2

0.614

4.5
2.76

泥沙压力
PsH
112.03

2

224.06
PsV

107.65

4.7
505.96

渗透压力
U1

361.03
2.57
938.64

U2

370.22
2.1

795.44
小计

717.65
131.234
2259.51
731.25

28.44

5泄冲闸设计
5.1 闸室的结构型式及空口尺寸的确定
5.1.1 闸室的结构型式及高程确定
本工程的主要任务是拦河截水,以利灌溉。由于是建于狭窄沟谷的泄水闸, 应具有较大的超泄能力, 并利于排除漂浮物, 因此采用不设胸墙的开敞式水闸。闸底板可定在▽3219.8m, 根据规定及已建工程的经验, 一般取闸地板高程较河底低0.20m。
5.1.2 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度
由于已知上、 下游水位, 可推算上游水头及下游水深

表5—1 上游水头计算
流量Q( m3/s)
下游水深hs (m)
上游水深 H0( m)
过水断面积( m2)
行近流速V0( m3/s)
=Q/A
V02/2g
上游水头H0
设计35.58
5．78
5.88
137.31
0.27
0.004
5.88
校核49.58
6.05
6.2
147
0.35
0.006
6.3
注: 考虑壅高10～15cm
闸门全开泄洪时, 为平底板宽顶堰堰流, 判断其是否淹没出流。
表5—2 淹没出流判别计算
计算情况Q (m3/s)
下游水深hs
(m)
上游水头H0
(m)
h与0.8H0
流态
设计水位
5.78
5.88
5.78＞4.7
淹没出流
校核水位
6.05
6.2
6.2＞5.0
淹没出流
按照闸门总净宽计算公式

根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算, 其中堰流侧收缩系数ε=0.91, 堰流流量系数m=0.385。闸孔总净宽计算见表5-3。
根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准, 选单孔净宽B=3m, 为单孔闸门, 边墩1.2m。如图5—1所示。闸孔总宽度为:

表5-3 闸孔总净宽计算
流量Q (m3/s)
下游水深hs( m)
上游水头H0 (m)
hs/H0
淹没系数бs
B0 (m)
设计35.58
5.78
5.88
0.983
0.47
3.42
校核49.58
6.05
6.2
0.976
0.55
3.77

图5-1 闸孔尺寸布置图
5.1.3 校核泄洪能力
根据孔口与闸墩的尺寸可计算的收缩系数,查《水闸设计规范》( 规范表2-2) , 结果如下所示:

得
因此与假定接近, 根据选定的孔口尺寸与上、 下游水位, 进一步换算流量如表5-4所示。
表5-4 过流能力校核计算
计算情况( m3/s)
堰上水头H0( m)
Hs/ H0
σs
ε
Q
校核过
流能力
设计流量35.58
5.78
0.983
0.47
0.91
37.71
2.9%
校核流量49.58
6.05
0.976
0.55
0.91
51.19
1.2%
设计情况和校核情况均未超过规定的5%的要求, 说明孔口尺寸符合设计要求。故L=5.4m即为所求。
5.2 消能防冲设计
5.2.1 消能防冲设计的控制情况
由于本闸位于狭窄沟谷, 河床的抗冲刷能力较低, 因此采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开宣泄洪水, 为淹没出流, 无须消能。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能, 采用闸前水深H=5.78m,闸门局部开启情况, 作为消能防冲设计的控制情况。
为了降低工程造价, 确保水闸安全运行, 能够规定闸门的操作规程, 对不同开启高度进行组合计算, 找出消力池池深和池长的控制条件。见表5-5。
表5-5 消力池池长池深估算表
开启孔数n
开启高度e( m)
收缩系数

流量Q
()
单