第一章 工程综合说明1.1工程等别及建筑物级别
水电站装机容量20万千瓦，平均发电量5.09亿度。工程建成后，可增加保灌面积50万亩。根据工程的效益、库容、灌溉面积、防洪标准及重要程度等综合因素确定本工程属于Ⅲ等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑为5级。 1.2 枢纽总体布置
本枢纽河谷底宽100米左右，主厂房平面尺寸81×18㎡，根据初步布置，溢流坝段与主厂房并列布置。厂房坝段布置在偏左岸。由于坝址上游30公里处有铁路干线另有公路相通，所以进厂公路布置在左岸便于运送设备。开关站布置在进厂公路一侧。过木筏道布置在右岸，与厂方隔开，以防筏道运行时木材滑落，影响进厂交通。
第二章 坝型及主要建筑物的型式选择
2.1坝型选择
坝址地形地质条件：河谷断面比较宽浅，近似梯形。坝基为花岗斑岩，风化较浅，岩性均一，岩层新鲜坚硬完整。
筑坝材料：坝区大部分为花岗斑岩,基岩埋深浅,极易开采,在坝址下游勘探有6个沙料场,储量丰富,符合规范要求。但坝址处缺乏筑坝土料。 根据以上情况分析如下：
拱坝方案：此处河谷断面呈梯形状，不是v字形。没有适宜的地形条件，故该方案不可取。
土石坝方案：由于当地缺乏土料，故该方案也不可取。 重力坝方案：混凝土重力坝和浆砌石重力坝都能充分利用当地的地形地质条件，泄洪问题容易解决，施工导流容易。浆砌石重力坝虽可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工速度慢，施工质量难以控制，故此方案也不可取。混凝土重力坝采用机械化施工，施工方便，施工速度快，工期短。
综合以上方案：本工程坝型宜用混凝土重力坝。 2.2 枢纽组成建筑物
（1）挡水建筑物：混凝土重力坝 （2）泄水建筑物：坝身泄水
（3）水电站建筑物：坝后式厂房、引水管道及开关站等 （4）其他建筑物：过木筏道等
第三章、非溢流坝面设计
3.1 剖面拟定
3.1.1 剖面设计原则
1、设计断面要满足稳定和强度要求； 2、力求剖面较小； 3、外形轮廓简单；
4、工程量小，运用方便，便于施工。 3.1.2 拟定基本剖面
重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3—1，在已知坝高 H、水压力P、抗剪强度参数f、c 和扬压力 U 的条件下，根
据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。
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 0.7ψ
3.1.3
拟定实用剖面 一、确定坝顶高程 1、超高值Δh 的计算
（1）基本公式
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，
防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh，可由式（3-1）计算。
Δh = h 1%+ h z + h c （3-1）
Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m； H1%—累计频率为 1%时的波浪高度，m；
h z—波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；
hc —安全加高，按表 3－1 采用,对于Ⅲ级工程，设计情况 h ＝0.4m，校核情况 hc＝0.3m。
V 为计算风速，m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位和设计洪水位时，采用重现期为 50 年的最大风速 20m/s；校核洪水位时，采用多年平均风速 13m/s。
D 为吹程，km，按回水长度计算：正常蓄水位时回水长度为 4.50km，设计洪水位时回水长度为 4.50km，校核洪水位时回水长度为4.00km。
波高 h1 ，当 gD/V2 =20～250 时，为累计频率 5%的波高h5% ；当 gD/V2 =250～1000时，为累计频率 10%的波高h10%
规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于 5%波高，应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41。
首先计算波浪高度 hl 和波浪长度 L 和波浪中心线超出静水hz 。
（1）设计洪水位时Δh 计算
风速采用 50年一遇的风速 17m/s，吹程 D=4.5km。 波浪三要素计算如下：
波高
=0.0166×17（5/4）×4.5（1/3）=0.95m
=10.4×0.95(0.8)=9.95m =3.14×0.95×0.95/9.98m=0.28m
面的高度
9.8×4500/17/17=152
1.24×0.95=1.18m ； hz = 0.28 m ； hc = 0.4m
Δh = h1% + hz + hc=1.18+0.28+0.4=1.86m （2）校核洪水位时Δh 计算
风速采用多年平均风速 13m/s，D=4km。 波浪三要素计算如下：
0.0166×13(5/4) ×4(1/3)=0.65 10.4×0.65(0.8)=7.37 3.14×0.65×0.65/7.37=0.18
9.8×4000/13/13=231
=1.24×0.65=0.806m ； hz = 0.18m ； hc= 0.3m
Δh = h1% + hz + hc= 0.806+0.18+0.3=1.29m 2、坝顶高程计算
坝顶高程按式（3-5）计算，并选用其中较大值
坝顶高程=设计洪水位+Δh设
坝顶高程=校核洪水位+Δh校 （3-5）
根据以上两种水位时Δh 计算结果，得出两种状况下坝顶高程。 （1） 设计洪水位时的防浪墙顶高程：
防浪墙顶高程=设计洪水位+Δh=186.64+1.86=188.5m
（2）校核洪水位时的防浪墙顶高程：
防浪墙顶高程=校核洪水位+Δh=189.6+1.29=190.89m
为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽防浪墙顶＝190.9m 取防浪墙高1.2米。水库坝顶高程190.9-1.2=189.7m 二、坝确定基高程
河床高程 100m，校核洪水位为 189.60m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除。
弱风化层厚 5.5～6.5m，微风化层厚 6～7m，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初步定出开挖深度 6m，通过立式图上确定的坝基开挖线定出建基面最低开挖高程为▽94m，因此，最大坝高为95.7m，属于中坝 。 三、拟定坝顶宽度
坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震特大洪水时维护等要求。
因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的 10%计算，即为 9.6
米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为 10m，以满足大坝维修作业通行需要。 四、拟定剖面尺寸
根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。
实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。
下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。
拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。
上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，一般折点取在坝高1/3～2/3附近，取128米。通过最优方案的比较，上游坝坡取 1：0.2，下游坝坡取 1：0.7。 五、坝底宽度拟定
坝底宽度约为坝高的0.7～0.9 倍，本工程的坝高为95.7m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度 B=73.72m。 3.2 荷载计算及其组合
重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取 1ｍ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要求。
本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载如表 3-2所示。
水工建筑物重力坝课程设计（交大水利2012级）
