平山水利枢纽设计项目说明指导书.doc

平山水利枢纽
设计计算书

学院：水利水电学院
班级：水电5班
姓名：张远金
学号：
目录
一、综述 3
1.1 工程概况 3
1.2 枢纽任务 3
1.3 设计基础资料 3
二、坝址水文特征 4
三、 枢纽及库区地形地质条件 5
3.1 坝址、库区地形地质及水文地质 5
3.2 筑坝材料 5
四、 枢纽建筑物选型及枢纽总体部署 6
4.1工程等级及关键建筑物等级、洪水标准 6
4.2 枢纽建筑物选型 8
五、土石坝设计 10
5.1 选择土石坝类型 10
5.2 土石坝剖面设计 11
5.5 土石坝结构设计 14
5.3 渗流稳定计算 16
5.4 坝坡稳定分析计算 19
5.6地基处理及和岸坡连接 25
六、正槽溢洪道设计 25
6.1 正槽式溢洪道位置选择 25
6.2 溢洪道孔口尺寸确定 26
6.3 溢洪道泄槽设计 29
6.4 溢洪道消能设计 33
6.5 溢洪道细部结构设计 35

一、综述
1.1 工程概况
平山水库在湖北省某县平山河中游，该河系睦水关键支流，全长284公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为491平方公里；平山河是山区性河流，河床比降3‰，沿河道有地势比较平坦小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为62.5左右。
1.2 枢纽任务
该枢纽以浇灌发电为主，并结合防洪、航运、养殖、给水等进行开发。
1.3 设计基础资料
1..水库计划资料
（1）正常蓄水位：113.0m
（2）设计洪水位：113.1m （百年一遇）
（3）校核洪水位：113.5m （千年一遇）
（4）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）
（5）浇灌最低库水位：104.0m
（6）水库总库容：2.0亿m³
（7）水库有效库容：1.15亿m³
（8）发电调整确保流量Q =7.35 m³/s，对应下游水位63.20m；
（9发电最大引用流量Q=28 m³/s，对应下游水位68.65m；
（10）设计情况下，溢洪道下泄流量Q=840 m³/s，对应下游水位72.65m。
（11）校核情况下，溢洪道下泄流量Q=1340m3/s，对应下游水位75.30m。
（12)水库淤积高程85.00m。
2.枢纽组成建筑物设计条件
（1）主坝：沿坝轴线部署。
（2）河岸溢洪道：堰顶高程为107.5m。
（3）水电站：装机容量为9000kw，三台机组，厂房尺寸为30.0×9.0，引水隧洞直径3.50m，尾水底板高程62.0m。
（4）放空建筑物可利用导水隧洞，洞底高程为70.0m，洞直径5.0m，上游土石围堰顶部高程85.0m，下游土石围堰顶部高程70.0m.
3. 力学参数
基岩许可抗压强度2MPa，混凝土和基岩摩擦系数f=0.58。基岩内摩擦系数f=0.7,凝聚力C=0.5MPa，容重=26KN/m³。
4. 其它
坝顶设有公路，枢纽工程对外交通有水路、公路、铁路。
坝区地震烈度5～6度，设计时不考虑。
二、坝址水文特征
暴雨洪峰流量Q=1860m³/s，Q=1550 m³/s ，Q=1380 m³/s。多年平均流量13.34m³/s，多年平均水量4.22亿m³，多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。

三枢纽及库区地形地质条件
3.1 坝址、库区地形地质及水文地质
平山河流域多为丘陵山区，在平山河上游全部为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡通常为60°～70°，地势高差全部在80～120m，河谷冲割很深，河床通常为100m左右，河道弯曲相当厉害，枢纽部署处成S形，沿河滩及坡积层发育，在坝轴下游300m处两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。
靠坝址上游有泥盆五通沙岩，坝址下游有二叠纪灰岩，坝轴线在五通沙岩上。
在平山咀以南，即石灰岩和沙岩分界处，发觉一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左侧为五通沙岩，尤其破碎，产状凌乱，两岸岩石破碎，岩石隐裂隙很发育。 岩石渗水率全部很小，两岸多为0.001～0.01升/分。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.5～5.0m，K=10cm/s，浮容重=10.4KN/m³，内摩擦角=35°。
3.2 筑坝材料
坝轴线下游1.5～3.5km，土料储量丰富，质量可满足筑坝要求，砂料在坝轴线上下游1.0～3.0km河滩开采，石料可在坝轴线下游左岸山谷里开采，材料性质及各项指标以下表所表示：
土壤类别
干容重
（KN/m³）
最优含
水率
（%）
孔隙率n
（%）
内摩擦角

（干/湿）
凝聚力
（）
（干/湿）
渗透系数
K
（cm/s）
粘土
15.4
25
25
20/18
37
1×10
壤土
15.8
15
42
24/20
12
1×10
坡土
16.0
23
39
33/22
7.5/10
1×10
覆盖层
16.0

35
0
1×10
砂料
16.0

40
30
0
1×10
堆石
18.0

33
38
0

四、枢纽建筑物选型及枢纽总体部署
4.1工程等级及关键建筑物等级、洪水标准
4.1.1 枢纽建筑物组成
依据设计资料中要求枢纽任务来确定。关键有拦洪蓄水挡水建筑物，宣泄洪水泄水建筑物，浇灌用引水建筑物，检修用放空建筑物，发电、变电、配电厂房、开关站等建筑物，等等。
4.1.2 工程等级及关键建筑物等级、洪水标准
水利水电工程等别，应依据其工程规模、效益及在国民经济中关键性确定。永久性建筑物等级，应依据其所属工程等别及其关键性确定。
由《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》和所给资料中指标确定工程规模、洪水标准以下：
（1）分项等别：依据总库容为2.0亿m3，在10～1.0亿m3之间，属Ⅱ等工程；依据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；。
（2）枢纽等别：依据规范要求，对含有综合利用效益水电工程，各效益指标分属不相同别时，整个工程等别应按其最高等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。
（3）水工建筑物等级：依据水工建筑物等级划分标准，Ⅱ等工程关键建筑物为2级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。故本枢纽中土石坝、溢洪道、发电建筑物、导流隧洞、放空隧洞均为2级水工建筑物。
（4）水工建筑物洪水标准：依据山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准（重现期），2级水工建筑物设计洪水标准为500~1，土石坝校核洪水标准为5000~。从经济角度考虑，选择该枢纽永久性水工建筑物设计洪水标准取1（P），校核洪水标准取（P），该水库计划结果中校核洪水位为千年一遇。

4.2 枢纽建筑物选型
4.2.1 坝轴线选择
依据坝址地形图中给定坝轴线部署大坝。
4.22 枢纽各建筑物选型
1. 挡水建筑物：在该坝址可能采取坝型有重力坝、拱坝、土石坝。
（1）重力坝方案：
重力坝关键依靠本身重量在地基上产生摩擦力和坝和坝基之间凝聚力来抵御坝前水压力，维持本身稳定。要求地基含有足够强度、整体性、均匀性、抗渗性、耐久性。但因为坝址处两岸坡积层发育，河谷覆盖层厚达1.5～5.0m，若建重力坝清基开挖量大。而且重力坝体积大，需消耗大量水泥和材料，运输不便，当地材料也未能充足利用，建重力坝不经济。
（2）拱坝方案：
拱坝对坝址地形地质条件要求比重力坝高。适合建于断面为“V”字形高山峡谷中，河谷对称缩窄处，以使拱座下游有较多岩体保持抗滑稳定。要求坝址岩石尽可能坚硬致密、质地均匀，两岸坝座周围边坡岩体稳定、整体性好。而该枢纽坝址处河谷宽度和最大坝高之比L/H较大，不能发挥拱作用；坝址在“S”形河湾上，下游河谷断面扩大，右岸岸坡平缓，坡积层发育，左岸下游存在一个大断层，对拱坝稳定极为不利。故不宜建拱坝。
（3）土石坝方案：
土石坝对地形地质要求低，几乎任何不良坝址地基和深层覆盖层经过处理后全部可填筑土石坝，可就地取材，节省大量水泥、钢材，施工速度快，经济效益好。该枢纽坝址周围砂土石料储量丰富，质量满足筑坝要求。
经过上述论证，综合考虑地形地质、水文特征、建筑材料、施工周期等，挡水建筑物选择土石坝。
2. 泄水建筑物
对于土坝，不宜经过坝身泄流，可考虑采取溢洪道或隧洞泄水。因为该枢纽坝址右岸有一垭口，故适宜在垭口处修建溢洪道。采取正槽式溢洪道，过堰水流和泄槽轴线方向一致，水流平顺，泄洪能力大。结构简单，施工运行方便。
3. 水电站建筑物
土石坝坝身不能开孔，不宜建坝式水电站，很好方案是建引水式水电站。
4. 放空建筑物
为部署方便和减小开挖量，可利用导流隧洞作为水库放空洞，均为有压隧洞。洞底高程70.0m，直径5.0m。

4.3 枢纽总体部署
挡水建筑物即土石坝，在主河床，直线部署在地形图所表示坝址线处；
泄水建筑物，即溢洪道部署在大坝右岸天然垭口处；
发电建筑物中厂房部署在大坝下游右岸地势较平坦经开挖基岩上，开关站部署在厂房旁边；
施工导流洞及水库放空洞：部署在右岸山体内，以减小隧洞长度和避开断层。
协调各建筑物部署要求，最终确定枢纽部署，绘制在平面部署图上（见坝址地形图）。

五、土石坝设计
5.1 选择土石坝类型
土石坝依据施工方法分为碾压式土石坝、水力冲填坝、水中倒土坝。其饭中碾压式土石坝便于机械化施工，速度快、缩短工期，质量易确保，是应用最广泛坝型，故采取碾压式土石坝。碾压式土石坝又分为均质坝、心墙坝、斜墙坝等。现结合本工程实际情况对多种坝型优缺点分析以下：
1.均质坝：坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和降低坝体渗流量，另外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物接触渗径比较长，可简化防渗处理。不过，因为土料抗剪强度比其它坝型坝壳石料、砂砾和砂等材料抗剪强度小，故其上下游坝坡比其它坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会降低，工期延长，故在严寒和多雨地域使用受限制，故不选择均质坝。
2.斜墙坝：斜墙坝和心墙坝，通常优缺点无显著差异，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址地质条件，因为坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，而且不轻易正确估计，斜墙截水槽靠近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑处理坝基和填筑沙砾料全部有充裕时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。
3.心墙坝：心墙在坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重经过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙和地基接触面产生较大接触应力，有利于心墙和地基结合，提升接触面渗透稳定性；使其因坝主体变形而产生裂缝可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。
综合以上分析，最终选择粘土心墙坝。
5.2 土石坝剖面设计
土石坝断面尺寸确定包含坝顶宽度、上下游坝坡坡度、坝顶高程、坝高、心墙断面尺寸、排水设施设置等。
1.坝顶宽度
土石坝坝顶宽度依据运行、施工、结构、交通和人防等方面要求综合研究后确定。该工程坝顶宽度取为10m。
2.坝顶高程
土坝坝顶高程=水库静水位（设计洪水位或校核洪水位）+坝顶超高
（1）坝顶超高=风吹壅高+波浪爬高+安全超高
（2）波浪爬高可按以下经验公式计算：

式中：——风浪波高，，m；设计洪水位时，取库面风速为洪水期多年平均最大风速1.5倍，即，水库吹程；
——土坝上游坡度，计算时取为3；
——上游护坡糙率，对浆砌块石护坡取0.025，对砌块石护坡取0.0275。
（3）风浪引发坝前水位壅高计算公式：

式中：——综合摩阻系数，通常取值范围为，计算时取；
——风向和坝轴线法线方向夹角，计算中取最不利情况，即；
——坝前水域平均水深，由对应水位减高程得，m；
（4）安全超高
依据坝等级和运行情况按下表选择安全超高：

表1-1 安全加高取值
坝等级
1
2
3
4、5
正常运行
1.5
1.0
0.7
0.5
很运行
0.7
0.5
0.4
0.3

现将水库正常利用和很利用情况，即设计洪水位和校核洪水位下计算结果列于下表：

表1-2 坝顶高程计算表 （单位：m）
运行情况
水库静水位
波浪爬高
风吹壅高
安全超高
坝顶超高
坝顶高程
考虑0.3%沉降后坝高
正常运行
113.1
1.34
0.005
1.0
2.34
115.44
115.79
很运行
113.5
0.77
0.005
0.7
1.47
114.97
115.31

由表中计算结果，坝顶高程应取正常运行、很运行二者中较大值，即115.80m。
3.上下游坝坡坡度
坝坡选择取决于坝型、坝高、坝等级、坝体及坝基材料性质、承受荷载、施工和运行等原因。对粘土心墙坝，上下游坝坡在1:2、1:4之间选择，通常上游坝坡比下游坝坡稍缓；沿坝高20~30m改变一次坡度，设置一级马道，坡度相差0.25~0.5。依据坝高采取一次变坡、一级马道。
（1）上游坝坡坡度：从坝顶至坝底依次为1:2.75、1:3.25
（2）下游坝坡坡度：从坝顶至坝底依次为1:2.5、1:3.0
（3）马道：马道宽度取为2m；
上游一级马道高程：115.8m-30m=85.8m
下游一级马道高程：115.8m-25m=90.8m
5.5 土石坝结构设计
1. 防渗体
防渗体类型有土质防渗体、沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体。因为坝址周围有丰富防渗涂料，故选择土质防渗体，并采取心墙坝。
（1）心墙位置：土石坝断面中心线部位；
（2）心墙顶部宽度：应满足施工机械碾压要求，通常大于3m，取为4m。
（3）心墙顶部高程：心墙顶部在水库静水位以上应有超高，正常运行条件下，超高0.3~0.6m，顶部高程113.4~113.7m；非正常运行条件下，应不低于对应水库静水位，即应大于113.5m。综合考虑，心墙顶部高程取为113.6m。
（4）心墙两侧坡度：土质心墙上下游两侧坡度通常为1:0.151:0.25，取为1:0.2。
（5）心墙底部宽度：；
另外，心墙顶部应有保护层，预防冰冻和机械破坏，厚度通常为1.52.5m，取为2m。和上游连接处设置过渡带，以缓解不一样土料之间沉陷差和减缓渗流破坏作用；下游连接处设置反滤层，反滤截留随渗流带出细小颗粒，促进心墙裂缝自愈。
2. 坝体排水
坝体排水作用是控制引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，预防渗流逸出处土渗流破坏，增强坝稳定性；在严寒地域，保护下游坝坡免遭冻胀破坏。要求有充足排水能力，设有反滤层保护坝体和坝基土，便于观察和检修。
坝体排水方法有坝趾棱体排水、坝址贴坡排水、褥垫排水层等，本工程采取堆石棱体排水。
（1） 棱体顶部高程：棱体顶部高程应超出下游最高水位，对于2级土石坝，超出高度应大于波浪爬高（1.3m）且大于1.0m，取棱体顶部高程=下游最低水位（74.30m）+超高（1.4m）=75.7m；
（2） 棱体顶部宽度及内外坡：顶部宽度不应小于1.5m，内坡坡度通常为1:1.01:1.5,外坡1:1.51:2.0取顶部宽度3m，内坡坡度1:1.25，外坡坡度1:1.75；
3.护坡
为预防坝上下游面被波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物撞击、冻胀干裂等，需在上下游坝面设置护坡。该枢纽坝址处有堆石料可利用，故上下游护坡均采取堆石护坡。
（1）上游护坡： 采取堆石护坡，厚度为50cm堆石，护坡下设置碎石垫层30cm。护坡范围自坝顶起延伸至水库最低水位以下一定距离2.5m。
（2）下游护坡：下游坝面除排水棱体外需全部护砌，堆石护坡厚度40cm，护坡下设置碎石垫层20cm。护坡范围从坝顶护至堆石棱体。各护坡在马道、坝脚、护坡末端均设置基座。
3. 反滤层
反滤层作用是滤土排水，预防水工建筑物渗流逸出处发生管涌、流土等渗透变形，和不一样土层接触面接触冲刷。反滤层由1~3层级配均匀耐风化砂、砾、卵石或碎石组成，每层粒径随渗流方向而增大，水平反滤层最小厚度为0.3m，铅直或倾斜反滤层最小厚度为0.5m。
因为设计原始资料中没有提供各土、砂、石料颗粒级配情况，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步确定结果分述以下：
（1）防渗体周围部位：心墙和坝壳间、截水槽和覆盖层间、水平铺盖和覆盖层间，反滤层设置为，第一层细砂反滤层，厚20cm；第二层为碎砾石反滤层，厚30cm。
（2）排水部位：坝壳和堆石棱体间反滤层设置为，第一层细砂层厚30cm第二层碎砾石层厚50cm。
5.3 渗流稳定计算
1.渗流计算基础假定
（1）心墙采取粘土料，渗透系数,坝壳采取山皮土，渗透系数,二者相差倍，能够把粘土心墙看做相对不透水层，所以计算时能够不考虑上游楔行降落水头作用。
（2）土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律：

（3）发生渗流时土体空隙体积不变，饱和度不变，渗流连续。
2.渗流计算条件
按土石坝渗流计算规范，渗流计算时应考虑以下组合情况，取其最不利情况作为控制条件：
（1）上游正常高水位+下游对应最低水位；
（2）上游设计洪水水位+下游对应最低水位；
（3）上游校核洪水水位+下游对应最低水位；
（4）对上游坝坡稳定最不利库水降落后水位。
为减小计算量，只选其中一个工况进行计算：设计洪水位113.1m+下游对应最低水位72.65m 。
3.渗流分析方法
采取水力学法进行土坝渗流计算。将坝内渗流分为若干部分，假定地基不透水，用等厚虚拟矩形替换心墙，应用达西定律和杜平公式，建立各段运动方程式，然后依据水流连续性原理求解渗流要素。
4.渗流计算过程
取土石坝最大断面为计算断面，简图以下（单位：m）

图1—1 不透水地基上心墙坝渗流计算简图

假定心墙上游浸润线和水库上游水位齐平，先假定坝基相对不透水，坝底高程62.5m，心墙后水深为H , 则
上游水深：
下游水深：
心墙等厚矩形宽度
渗流区长度：
（1） 单宽渗流量
经过心墙渗流量

经过下游坝体渗流量

依据流量连续性原理，，解得心墙后水深，代入得单宽渗流量：

（2） 浸润线方程
将透水地基厚度，即覆盖层厚度T取为3m，渗透系数，换算为和坝体渗透系数相同土体厚度，并视为坝体一部分，则依据有限深透水地基上渗流计算浸润线方程

对浸润线方程进行验算，当初，带入浸润线方程得，和实际相符；心墙下游面（）浸润高程，和实际心墙后水深相符。由此可知，心墙下游浸润线近似为一条水平线。
5.4 坝坡稳定分析计算
土石坝稳定分析是验算土石坝在自重和多种情况孔隙水压力及外荷载作用下，是否含有足够稳定性。SL274—《碾压式土石坝》要求，对于凝聚性土类组成均质或非均质土石坝，采取条分法即瑞典圆弧法较简单实用。
条分法假定滑裂面为一个圆柱面（剖面为一圆弧），将可能滑动面以上土体划分为若干铅直条，不考虑土条间相互作用力影响，算出作用于土条底面法向力和切向力；安全系数定义为土条在滑裂面上所提供抗滑力矩和滑动力矩之比。
1.计算方法及公式
此次坝坡稳定分析计算采取瑞典圆弧法，进行总应力分析。总应力分析稳定安全系数计算式为：

式中：——下标，代表土条编号；
——第块土条重量，浸润线以上以天然容重计，以下以浮容重计，kN；
——第块土条重量，浸润线以上以天然容重计；浸润线以，下游水位以上按饱和容重计，下游水位以下按浮容重计，kN；
——第块土条沿滑裂面长度，m；
——第块土条沿滑裂面坡角；
、——总应力抗强度指标。
2.计算工况
采取上游设计洪水位（113.1m）及对应下游对应水位（72.65m）作为设计工况。
3. 计算过程
滑弧面选择，需要确定最危险滑动圆弧位置，此次只做一个滑动面稳定计算，即：滑动面起点在坝顶、和心墙相交、和坝基靠近或切入坝基、端点在坝脚周围。
步骤：（1）假定圆心、半径，画出圆弧图所表示；
（2）圆弧半径取为138m，起端点水平距离143m，分为10块土条，每块土条宽14.3m，编号；
（3）计算土体多种状态下容重：
粘土天然容重：
山皮土天然容重：
山皮土饱和容重：
山皮土浮容重：
覆盖层浮容重：；
（4）计算土条自重及在滑面上反力；
（5） 计算滑动力矩及抗滑力矩；
（6） 计算抗滑稳定安全系数。

图 1—2 坝坡稳定计算简图

计算结果列于下表：

表1-3 条分法计坝坡稳定分析算表
土条编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

10
10
10
10/7.5
7.5
7.5/0
0
0
0
0

22.1
19
17.2
16
15.3
14.8
14.5
14.4
14.5
15.7

221
190
172
141.1
114.8
63.1
0
0
0
0

2027
4618.9
6091
6756.3
6240
5621.8
4910.9
3622.3
.4
697.7

2027
4618.9
6091
6756.3
6240
5621.8
4910.9
3622.3
.4
697.7

50
41
34
27
20
14
8
0
-4
-10

0.766
0.656
0.559
0.454
0.342
0.242
0.139
0.000
-0.070
-0.174

0.643
0.755
0.829
0.891
0.940
0.970
0.990
1.000
0.998
0.985

33
33
33
33
22
22
35
35
35
35

0.649
0.649
0.649
0.649
0.404
0.404
0.700
0.700
0.700
0.700

1067.1
2453.8
3451.3
4050.5
2483.9
2267.0
3405.2
2536.4
1403.6
481.1
23599.8

1552.8
3030.3
3406.0
3067.3
2134.2
1360.0
683.5
0.0
-140.2
-121.2
14972.8

因为浸润线几近水平且和下游水面线几乎重合，坝壳山皮土饱和容重和天然容重相近，为简便计算，浸润线以下、下游水面线以上部分以天然容重替换饱和容重，在表格中表现为和相等。
依据计算表格得抗滑稳定安全系数为

根据设计规范，坝坡抗滑稳定安全系数不应小于下表中对应值：

表1—4 坝坡抗滑稳定最小安全系数表
运行条件
工程等级
1
2
3
4
正常运行条件
1.50
1.35
1.30
1.25
很运行条件I
1.30
1.25
1.20
1.15
很运行条件II
1.20
1.15
1.15
1.10
因,故坝坡满足抗滑稳定要求，剖面设计合理。
5.6地基处理及和岸坡连接
土石坝坝底面积大，坝基应力较小，含有一定适应变形能力，故对天然地基强度、变形要求、处理方法标准较低，但仍需要经过处理以提升坝基承载能力和抗渗能力。
坝建于五通砂岩上，覆盖层较薄，从防渗和稳定安全考虑，可挖除部分覆盖层，使防渗体和基岩接触面结合紧密。垂直防渗设施科视情况采取截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等；水平防渗设施采取粘土土料修筑铺盖和坝体防渗体相连；下游排水减压设施可采取排水沟、减压井、透水铺盖等。
坝轴线两岸岩体破碎，岩石隐裂隙很发育，为预防大坝蓄水后沿坝肩绕流和恶化岸坡稳定条件，应采取挖除回填截水槽，或灌浆、加设铺盖等防渗设施，使岸坡和坝基防渗体系连成整体。

六、正槽溢洪道设计
6.1 正槽式溢洪道位置选择
溢洪道位置选择应综合考虑地形、地质条件，枢纽总部署要求等原因。故将溢洪道部署在和水库正常蓄水位高程相近马鞍形垭口上，坝和溢洪道分开，有利于坝安全；利用天然垭口，有利于降低工程开挖量。具体位置见枢纽部署平面图。
6.2 溢洪道孔口尺寸确定
1. 堰型选择
控制堰型可采取宽顶堰或实用堰，本工程采取流量系数较大、过流特征很好WES型实用堰。
堰顶设计水头：

取为5m；依据垭口处地形等高线，溢流堰底部高程约103.5m，堰高取，下游斜面坡度。
堰顶上游三圆弧半径及水平控制长度为：

以堰顶点为坐标原点，堰顶下游曲线方程为，即
。对x求导，令导数等于下游斜面坝坡系数倒数，求得下游曲线和直线段切点坐标为。
坝下游反弧半径，取为m，其中H为校核洪水位堰上水头。
由以上计算结果绘制WES堰剖面以下图：

图1—3 WES堰剖面
2.堰顶高程：依据设计资料给出为107.5m 。
3.溢流前缘宽度L
上游堰高和设计水头之比，故该溢流堰为低堰；
堰顶总水头，式中为行近流速，通常为，取。
堰顶总水头和设计水头之比，流量系数依据值和值从下图中查取,得，所以

（1）设计情况：
溢洪道下泄流量；堰顶水深；
单宽流量；
溢流前缘宽度；
（2） 校核情况：
溢洪道下泄流量，计算得，，
溢流前缘宽度取较大值并取整，即。
4.单孔宽度b确实定
据要求孔数n取单数,，则单孔宽度。
5.闸门
堰顶控制泄流量可采取弧形闸门和平板闸门，本工程采取平板闸门，闸门顶部高程=正常高水位+安全超高。安全超高取值见下表。最终确定闸门顶部高程为。
表1—5 安全超高下限值
运行情况
控制段建筑物等级
1
2
3
挡水
0.7
0.5
0.4
泄洪
0.5
0.4
0.3

6. 闸墩： 采取墩中分缝，中墩宽度取为25m,边墩宽度取为3m。

6.3 溢洪道泄槽设计
1. 泄槽平面部署
正槽溢洪道在溢流堰后采取泄水陡槽和消能段连接，方便让过水流安全下泄。因为泄槽内水流处于急流状态，高速水流对边界条件尤其敏感，要求泄槽在平面上尽可能采取直线、等宽、对称部署，以使水流平顺、结构简单、施工方便。
2.泄槽横断面尺寸
为使泄槽内水流流速、流量分布均匀，在岩基上泄槽断面形状宜部署为矩形，泄槽宽度为

式中，为中墩宽度，为边墩宽度。
3.泄槽纵断面底坡
泄槽纵剖面设计关键是确定纵坡。泄槽纵坡必需确保槽中水位不影响溢流堰自由泄流和槽中不发生水跃，使水流一直处于急流状态，故泄槽纵坡必需大于临界坡度。
矩形断面临界坡度公式为

式中：—泄槽底坡糙率,对浆砌石底坡，取0.025；
—临界湿周； —泄槽宽度；
—临界水力半径，对于矩形断面，取；
—临界水深,。
代入上式，求得,考虑山谷地形和上下游水位差并取单一坡度，确定，故槽内水流属急流，水面曲线为型降水曲线。
4. 泄槽水面线计算
（1）计算公式
泄槽水面线依据能量方程用分段求和法计算，计算公式为

式中：—分段长度，；
—分段始、末断面水深，；
—分段始、末断面平均流速，；
—流速不均匀系数，取；
—槽底底坡 —槽底坡倾角，；
—分段内平均摩阻坡降；
—泄槽槽身糙率系数，对浆砌块石，；
—分段平均流速，，；
—分段平均水力半径,,；
（2）起始断面、起始水深、正常水深
起始断面位置选择堰下收缩断面处，近似可认为是在泄槽起点。起点水深按下式计算：

式中：—泄槽单宽流量，；
—流速系数，取；—起始计算断面渠底以上总水头，

代入上式，经试算得，。
水面线为降水曲线，若泄槽足够长，泄槽水深最终将趋近于正常水深，计算公式为
，
经试算得，。
（3） 计算过程
从水深为断面开始,以水深步长向泄槽末端推进，计算断面间距，计算结果列表以下；

表1-6 泄槽水面线计算表
断面

边墙高
1
1.935
108.360
1.810

12.371

10.008

3.022
2
1.835
102.760
1.722
1.766
13.046
12.708
0.047
10.833
0.825
0.333
2.478
2.922
3
1.735
97.160
1.634
1.678
13.797
13.422
0056
11.820
0.988
0.324
3.053
2.822
4
1.635
91.560
1.545
1.589
14.641
14.219
0.068
13.013
1.192
0.312
3.823
2.722
5
1.535
85.960
1.455
1.500
15.595
15.118
0.083
14.464
1.452
0.297
4.891
2.622
6
1.435
80.360
1.365
1.410
16.682
16.139
0.103
16.250
1.786
0.277
6.445
2.522
7
1.335
74.760
1.274
1.320
17.932
17.307
0.129
18.473
2.224
0.251
8.871
2.422
8
1.235
69.160
1.183
1.229
19.383
18.658
0.165
21.282
2.809
0.215
13.086
2.322
9
1.135
63.560
1.091
1.137
21.091
20.237
0.216
24.892
3.610
0.164
21.975
2.222
10
1.035
57.960
0.998
1.044
23.129
22.110
0.288
29.626
4.734
0.092
51.639
2.122
11
0.996
55.776
0.962
0.980
24.035
23.582
0.357
31.878
2.252
0.023
98.255
2.083
注：泄槽末端水深不一定是正常水深，和泄槽长度相关。
5. 边墙高度确实定
依据设计规范要求，泄槽边墙顶高度应由上述计算结果，考虑掺气水深、安全超高。其中，安全超高取，掺气后水深按下式计算：

式中，—不掺气情况下泄槽计算断面流速；
—修正系数，可取，这里取；
加上安全超高，计算结果已列于表1—6中，为使施工方便，边墙高度沿泄槽取相同值，约为。
6.4 溢洪道消能设计
泄流所含有冲刷河床大量机械能经消能后方可和下游河床衔接，不然会使下游河床和岸坡遭受冲刷，危及大坝及溢洪道本身安全。溢洪道出口消能方法关键有平台水跃扩散消能、窄缝式挑坎消能、挑流消能、底流消能等，本工程采取挑流消能。鼻坎做成连续式，结构简单施工方便、水流平顺、射程较远，不易产生空蚀。
1.挑流鼻坎设计
鼻坎高程：下游最高水位为，鼻坎高程通常高于下游最高水位，定为；
鼻坎挑射角：通常采取，取；
鼻坎上水深：依据泄槽末端水深，假定为；
反弧半径：通常采取，取为；
2.挑距计算
水舌挑射距离按水舌外缘估算，估算公式为

式中，—坎顶水面速度，约为鼻坎处平均流速倍，取；
—坎顶平均水深在铅直方向投影，
；
—坎顶至河床面高差，。
代入上式计算得，水舌挑距。
3.冲刷坑深度计算
冲刷坑深度采取以下经验公式计算

式中，—水垫厚度，自水面算至坑底，；
—单宽流量，
—上下游水位差，
—冲坑系数，坚硬完整基岩，坚硬但完整性较差基岩，软弱破碎裂隙发育基岩，坝址处河床基岩为五通砂岩，产状零乱，覆盖层较厚，取。
代入上式计算得，冲坑深度
由计算结果知，水舌挑入下游水面处离挑流鼻坎较远，冲刷坑深度不大，距大坝远，大坝及溢洪道是安全，设计合理。

6.5 溢洪道细部结构设计
1. 衬砌
为预防冲刷、高速水流钻入基岩缝隙后造成岩石掀起，保护基岩免受风化，需要对泄槽进行衬砌。岩基上泄槽衬砌能够采取混凝土、水泥浆砌条石和石灰浆砌块石等型式。因为泄槽中水流流速较大，故采取混凝土衬砌，厚。挖除表面风化破碎岩石，对于扬压力较大情况用锚筋加固，靠近衬砌表面沿纵横缝配置温度钢筋，
2. 分缝
衬砌需要用纵横向收缩缝分开，底板纵横缝采取平缝，分缝距离不宜太大，约为。缝中设止水片。温度钢筋不穿过收缩缝。
3. 排水
衬砌纵缝和横缝下面设置排水设备，纵横连通，渗水集中到纵向排水内排入下游。纵向排水在沟内放置罐瓦管，横向排水在岩面上开挖沟槽。