重力坝设计计算书

设计名称： 混凝土重力坝设计 学 院： 土木工程学院 专 业： 水利水电工程专业 年 级： 2012 学 号： 1208070176 学生姓名： 杨林 指导教师： 邹爽老师

2015年7月16日

水工建筑物课程设计

精选

目录

一、 设计坝顶高程

1. 确定坝基开挖高程 …………………………………………………………1 2. 计算坝顶高程 ………………………………………………………………1

二、 绘制坝基开挖线 ……………………………………………………………2 三、 设计非溢流坝段

1.设计实用剖面 ………………………………………………………………3 2.实用坝体剖面稳定及强度验算 ……………………………………………4

四、 设计溢流坝段

1.孔口形式及溢流坝前沿总长 ………………… ……………………………15 2.溢流面体型设计 ……………………………………………………………15

五、 溢流坝段稳定验算

1.溢流坝段剖面图 ………………………………………………………………18 2.设计洪水位状况 ………………………………………………………………19 3.校核洪水位情况 ………………………………………………………………21

六、 设计消能工

1.选择鼻坎形式 …………………………………………………………………24 2.确定挑角、鼻坎高程和反弧半径 ……………………………………………24 3.计算挑距和下游冲刷坑深度 …………………………………………………24

七、 坝体细部构造拟定

1.橫缝布置 ………………………………………………………………………28 2.坝顶的布置 ……………………………………………………………………28 3.廊道系统 ………………………………………………………………………28 4.橫缝灌浆，固结灌浆，排水措施 ……………………………………………29

八、 附录

重力坝设计资料 …………………………………………………………………30

精选

一、设计坝顶高程

1.确定坝基开挖高程

由相关水文、地质等资料初步估计坝高为50米左右，可建在微风化至弱风化上部基岩上，又下坝址河面高程1858.60m，综合槽探、硐探、钻探和地表地质勘察资料，坝址区左右岸坡残坡积层厚度达3～5m，局部地段深达10m，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为8.8m左右；结合风化线深度，初步拟定坝基最低开挖高程为1843.50m。大坝校核洪水为500年一遇，坝体级别为4级。

2.计算坝顶高程

坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。 (1).相关资料

吹程 坝底高程 校核水位 设计水位 防浪墙顶防浪墙顶取用风速 高程 600m 高程 1843.50m 1892.71m 1892.50m H设+▽h设 H校+▽h校 20.7m/s (2). 计算hl 根据官厅公式计算： 当 当

gD=20～250 时，为累计频率5%的波高h5%; 2V0gD=250～1000 时，为累计频率10%的波高h10%; 2V0gD=（9.8×0.6×103）/20.72=13.723 故取hl≈h5%. V20 本设计

1

（3）.计算防浪墙顶高程及基本剖面坝高 坝前水深H=H较/设-H底 hl0.0166V0D1/3 5/4设计洪水位m 49.00 0.618 7.077 0.179 13.723（s2） 0.766 0.4 1.345 1893.845 校核洪水位m 49.21 0.618 7.077 0.178 13.723（s2） 0.766 0.3 1.244 1893.954 L10.4(hl)0.8 hzhl2Lcot2H LgD 2V0h1%1.24hl 安全加高hc hh1%hzhc 防浪顶高程 最终防浪顶高程 坝高

1893.954 50.454 二、绘制坝基开挖线

坝高超过100m时，坝可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；

坝高在50～100m时，可建在微风化至弱风化上部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。本设计坝高为50.454m，根据地质资料坝基建在弱风化层上部基岩上。开挖线见CAD附图。

2

三、设计非溢流坝段

1.设计实用剖面 （1）.坝顶宽度

一般取坝高的8%~10%，且不小于2m；此处坝高范围可取为：8%x50.454=4.036m、10%x50.454=5.045m。综合取坝顶宽度为5m. （2）.上下游坝坡坡率

根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率为n=0~0.2，常做成铅直、或上部铅直，下部倾斜；下游坝坡坡率为m=0.6~0.8。考虑施工，枢纽布置，地质条件等因素，坝体上游面设计为上部铅直，下部倾斜，转折点取和淤沙高程等高，即为1876.25m，坡率为0.2；下游坝坡坡率取为0.8。故可得坝体底宽：

B=49x0.8+(1876.25-1843.50)x0.2=45.75m。 （3）.坝体实用剖面参数 序号 部位 项 目 1 2 3 4 5 6 7 8

3

单位 m m m m m m 数 量 备 注 水 库 坝高 坝顶宽度 上游坡率 下游坡率 坝底宽度 上游折点高程 下游折点高程 坝顶高程 50.454 5 0.2 0.8 45.75 1876.25 1886.25 1893.954 2．实用坝体剖面稳定及强度验算

帷幕灌浆中心线取距坝踵8m，取单宽1m进行计算。砼的容重: γC=2.4 t/m3,水的容重:γW =1t/m3。

(1).设计洪水位情况(正常蓄水位情况与此相同) a. 实用剖面图

4

b. 计算简图：

基本数据 坝顶高程 坝基高程 三角形起点高程 坝顶宽b 下游坡率m 上游坡率n 扬压力折减系数 上游起坡高程 下游起坡高程 5

1893.954 m 上游水位 1843.500 m 相应下游水位 1892.500 m 泥沙高程 5.000 m 0.800 0.200 0.25 f'抗剪断摩擦系数 c'抗剪断凝聚力 r砼 r水 1892.500 m 1861.290 m 1876.250 m 0.850 0.45MPa 2.400 t/m3 1.000 t/m3 30o 0.800 t/m3 1876.250 m 泥沙内摩擦角 1886.250 m r沙 c.荷载计算

取1延米计算，坝底宽B=45.75m。则:

坝体自重: W2=r坝A2=2.4x(1886.25-1843.5)x34.2x0.5=1754.46t

W3=r坝A3=2.4x5x(1893.954-1843.5)=605.448t W4=r坝A4=2.4x(1876.25-1843.5)x6.55x0.5=576.240t

水 重：W1=r水A1=1.0x17.788x17.788x0.8x0.5=126.594t

W5=r水A5=1.0x6.55x(1876.25-1843.5)x0.5=107.256t W6=r水A6=1.0x(1892.50-1876.25)x6.55=106.438t

水 压 力：P1=0.5r水H12=0.5x1.0x(1892.50-1843.5)2=1200.5t P2= 0.5r水H22=-0.5x1.0x(1861.29-1843.5)2 =158.242t

泥沙压力：PS=rsbhS2tan2(450)

212=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o =143.008t

扬 压 力：U1=(1861.29-1843.5)x1.0x45.75=813.893t

U2=(45.75-8)x(1892.5-1861.29)x1.0x0.25x0.5=147.27t U3=8x(1892.5-1861.29)x0.25x1.0=62.42t U4=8x(1892.5-1861.29)x0.5x1.0x(1-0.25)=93.63t

6

则W = W1+ W2+ W3+ W4+ W5+ W6

=1754.46+605.448+576.240+126.594+107.256+106.438 =3276.436t

U =U1+U2+U3+U4=813.893+147.27+62.42+93.63=1117.213t

P =P1-P2+ PS=1200.5-158.242+143.008=1185.266t

d.稳点判定 安全系数：

K'f'(WU)c'AP0.85(3276.4361117.213)4545.753.2853.0

1185.266根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:

满足稳点要求。

7

荷载组合 基本组合 安全系数 K’ 3.0 特殊组合 （1） 2.5 （2） 2.3 e.坝体应力计算 计算力矩: 荷载 W4坝自重 w3坝自重 W2坝自重 W5上游水自重 W6上游水自重 w1下游水自重 p1上游静水压力 p2下游静水压力 pt泥沙压力 U1扬压力 U2扬压力 U3扬压力 U4扬压力

水平截面上的正应力：

yuW6MB26MB221592.246•27223.53393.92kpa 245.7545.7521592.246•27223.53550.00kpa 45.7545.752大小t 576.24 605.448 1754.46 107.256 106.438 126.594 1200.5 -158.242 142.833 -813.892 -147.27 -62.42 -93.63 力臂m 18.508 13.825 -0.075 20.692 19.6 -18.131 -16.333 -5.93 -10.917 0 2.29 18.875 20.21 力矩t•m 10665.050 8370.319 -131.585 2219.341 2086.185 -2295.276 -19607.767 938.375 -1559.308 0.000 -337.248 -1178.178 -1892.262 BWydB

8

剪应力：

upupuuyun 10•498•32.75•tan2(30o)10•49393.92•0.2

61.32kpadpudpdydm10•17.7910•17.79550•0.8 440kpa水平正应力：

xupupuupupuuyun28•32.75•tan2(30o)10•498•32.75•tan2(30o)10•49393.92•0.2299.6kpaxdpdpudpudpdydm210•17.7910•17.79550•0.82 352kpa主应力：

1u1n2yupupuun2406.184kpa1d1m2yupdpudm2590.138kpa10.04•393.9287.33•0.04 10.64•393.9287.33•0.64

2upupuu10•498•32.75•tan2(30o)10•4987.33kpaxdpdpud0kpa

由上计算可得：

运用期：坝踵铅直应力393.92kpa>0kpa，没有出现拉应力，满足强度要求。坝址铅直应力较小，为550kpa，远小于坝基容许压应力。

施工期：坝址铅直应力:

yd'W'6M'29361.486•189037.4899.88kpa为压应力，即满足22BB45.7545.75拉应力小于0.1Mpa，满足强度要求。

9

(2).校核洪水位

a.计算简图

基本数据 坝顶高程 坝基高程 1893.954 m 上游水位 1843.500 相应下游水位 1892.710m 1862.860m 1876.250 m 三角形起点高程 1892.500 m 泥沙高程 坝顶宽b 下游坡率m 上游坡率n 5.000 m 0.800 0.200 f'抗剪断摩擦系数 0.850 c'抗剪断凝聚力 r砼 r水 0.45Mpa 2.400 t/m3 1.000 t/m3 30o 0.800 t/m3 扬压力折减系数 2.5 上游起坡高程 下游起坡高程 10

1876.250 m 泥沙内摩擦角 1886.250 m r沙 b.计算各荷载

取1延米计算，坝底宽B=45.75m。则:

坝体自重: W2=r坝A2=2.4x(1886.25-1843.5)x34.2x0.5=1754.46t

W3=r坝A3=2.4x5x(1893.954-1843.5)=605.448t W4=r坝A4=2.4x(1876.25-1843.5)x6.55x0.5=576.240t

水 重：W1=r水A1=1.0x19.36x19.36x0.8x0.5=149.92t

W5=r水A5=1.0x6.55x(1876.25-1843.5)x0.5=107.256t W6=r水A6=1.0x(1892.71-1876.25)x6.55=107.813t

水 压 力：P1=0.5r水H12=0.5x1.0x(1892.71-1843.5)2=1210.81t P2=0.5r水H22=0.5x1.0x(1862.86-1843.5)2 =187.40t

泥沙压力：PS=rsbhS2tan2(450)

212=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o =143.008t

扬 压 力：U1=(1862.86-1843.5)x1.0x45.75=885.72t U2=(45.75-8)x(1892.71-1862.86)x1.0x0.25x0.5

=140.855t

U3=8x(1892.71-1862.86)x0.25x1.0=59.70t U4=8x(1892.71-1862.86)x0.5x1.0x(1-0.25)=89.55t

11

则W = W1+ W2+ W3+ W4+ W5+ W6

=1754.46+605.448+576.240+149.92+107.256+107.813 =3301.137t

U =U1+U2+U3+U4=885.72+140.855+59.70+89.55=1175.825t

P =P+P+ P=1210.81-187.40+143.008=1166.418t

1

2

S

c.稳定判定 安全系数：

K'f'(WU)c'AP0.85(3301.1371175.825)4545.753.3142.5

1166.418根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:

满足稳点要求。

12

荷载组合 基本组合 安全系数 K’ 3.0 特殊组合 （1） 2.5 （2） 2.3 d.坝体应力计算 计算力矩: 荷载 W4坝自重 w3坝自重 W2坝自重 W5上游水自重 W6上游水自重 w1下游水自重 p1上游静水压力 p2下游静水压力 pt泥沙压力 U1扬压力 U2扬压力 U3扬压力 U4扬压力

水平截面上的正应力：

yuyuW6MB26MB222148.626•29520.73399.50kpa 245.7545.7522148.626•29520.73568.75kpa 45.7545.752大小t 576.24 605.448 1754.46 107.256 107.813 149.92 1210.81 -187.4 142.833 -885.72 -140.855 -59.7 -89.55 力臂m 18.508 13.825 -0.075 20.692 19.6 -18.131 -16.403 -6.453 -10.917 0 2.29 18.875 20.21 力矩t•m 10665.050 8370.319 -131.585 2219.341 2113.135 -2718.200 -19860.916 1209.292 -1559.308 0.000 -322.558 -1126.838 -1809.806 BWB

13

剪应力：

upupuuyun10•49.218•32.75•tan2(30o)10•49.21399.50•0.2 62.43kpadpudpdydm10•19.3610•19.36568.75•0.8 455kpa水平正应力：

xupupuupupuuyun28•32.75•tan2(30o)8•32.75•tan2(30o)399.5•0.2299.82kpa

xdpdpudpudpdydm210•19.3610•19.36568.75•0.82 364kpa主应力：

1u1n2yupupuun2412.00kpa1d1m2ydpdpudm2876.86kpa10.04•399.5087.33•0.04 10.64•568.7587.33•0.64

2upupuu10•49.218•32.75•tan2(30o)10•49.2187.33kpa

xdpdpud0kpa

由上计算可得：

运用期：坝踵铅直应力399.50kpa>0kpa，没有出现拉应力，满足强度要求。坝址铅直应力较小，为568.75kpa，远小于坝基容许压应力。 施工期：坝址铅直应力:

yd'W'6M'29361.486•189037.4899.88kpa为压应力，即满足22BB45.7545.75拉应力小于0.1Mpa，强度满足要求。

14

四、设计溢流坝段

1.孔口形式及溢流坝前沿总长

采用孔口形式：开敞溢流式,溢流孔口设为3孔，每孔净宽10m；采用平面闸门；堰顶高程为1888.000m，溢流段净宽L=nb=3x10=30m。由工程经验，采用平面闸门时需设闸门槽，工作闸门槽深0.5~2m，考虑工程级别，此处取1m;门槽处闸墩厚度不得小于1~1.5m，以保证有足够的强度，此处取1.5m;平面闸门多采用活动式启闭机，机距取10m。由此溢流坝段溢流前沿总长为L0=nb+(n-1)d=30+2x1.5=33m.溢流坝段位于大坝中部。 2.溢流面体型设计

溢流面由顶部直线段、中间直线段和反弧段三部分组成。 a.顶部曲线段

WES坝面曲线的流量系数较大且剖面较廋，工程量较省，此处采用WES曲线，坝面曲线由方程控制。坐标原点为堰顶最高点，水平右向为x轴，竖直向下为y轴。

WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分。上游段采用三圆弧方法或下列形式的曲线绘制：

式中：Hd为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%~95%。 本设计采用三圆弧方法绘制上游段曲线：

校核洪水位时的堰顶水：H0=1892.71-1888.00=4.71m则Hd=0.75x4.71~0.95x4.71=3.5325~4.4745m，取Hd=4m。

15

三圆弧绘制数据如下：

X1=-0.175Hd=-0.7m R1=0.5Hd = 2m X2=-0.276Hd=-1.104m

R2=0.2Hd=0.8m

X3=-0.282Hd=-1.128m R3=0.04Hd=0.16m WES型堰顶下游段曲线，当坝体上游面铅直时，按下式计算：

取值计算得下表：

x 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 y 0.15 0.55 1.17 2.00 3.02 4.23 5.63 7.21 8.97 10.89

b.中间直线段

中间直线段坡率与非溢流坝段下游坡率一致，为1：0.8，与堰顶曲线相切与A点，对堰顶曲线方程应等于1：0.8。 即：

求一阶导数，其斜率

解得XA=5.7m,带入堰顶曲线方程得YA=3.85m。 c.反弧段

a) 确定反弧半径

本设计水头为中水头，且下游基岩较为坚固，设计初步选用消能方式为挑流消能。本设计鼻坎采用连续式。

下游反弧段反弧半径R=(4~10)hc,挑射角一般采用20o～25o。hc

为校核洪水闸门全开时反弧段最低点处的水深。R太小水流不平顺，过大会导致向下游延生过长,增加工程量。综合取R=9hc, =25o。

16

查《水利学》得hc迭代公式：

hci1q2g(E0hc)

式中q为单宽流量，校核洪水位时：

E0为以收缩断面底部为基准断面的上游水流总能量。

E0=1892.71—1861.29=31.42m

为流量系数。主要取决于上游堰高与设计水头之比。

P1/Hd=44.5/4=11.1>1.33,堰为高堰; 堰顶全水头与设计水头之比H0/Hd=4.71/4=1.17，查表计算=1.9x0.502=0.954.迭代初值h0=0,带入式子迭代得h1=1.06,h2=1.08,h3=1.08.故hc=1.08m。

反弧半径R=9x1.08=9.72m 。在实际工程中，反弧段半径R远远超过

23以上取值，用经验公式: RFr2h。又V=2g(S1h1cos)；

3得：V1=20.07m/s2.故Frv/gh21.07/9.8•1.086.48。

则：

3232RFr2h•6.482•1.0811.88m，取R=16m。 33b) 确定反弧段反弧圆心

反弧段圆心可由下列方法确定：作与坝体下游面相距为R的直线，再做与鼻坎最低点相距为R的水平线，两线交点即为圆心O。由此，设反弧段反弧圆心为（Ox,Oy）,则Oy=（1888.00-1864.36）-16 =7.64m.

17

中间直线段的直线方程可求得：

则亦可求得与坝体下游面相距为R的直线方程为：

y1x28.89 0.8带入圆心纵坐标可得反弧圆心为（29.22，7.64）。

五、溢流坝段稳点验算

1.溢流坝段剖面图

18

2.设计洪水位状况

a.计算简图(坝前水位1892.5m)

b.荷载计算

取1延米计算，由cad计算溢流坝段剖面面积A=1131.35m3.坝底宽B=45.75m。则:

坝体自重: W1=r坝A=2.4x1286.76=3088.224t 水 重：W2=r水A水

=1.0x[(1892.5-1876.25)+(1892.5-1843.5)]x0.5x6.55 =213.69 t

水 压 力：P1=0.5r水H2=0.5x1.0x(1888-1843.5)2=990.125t P2= r水Hd=1.0x(1888-1843.5)x1.53=68.085t P3.=- 0.5r水H2=-0.5x1.0x(1861.29-1843.5)2=-58.24t

19

泥沙压力：PS=rsbhS2tan2(450)

212=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o =143.008t

扬 压 力：U1=(1861.29-1843.5)x1.0x45.75=813.89t U2=(45.75-8)x(1892.5-1861.29)x1.0x0.25x0.5

=147.27t

U3=8x(1892.5-1861.29)x0.25x1.0=62.42t U4=8x(1892.5-1861.29)x0.5x1.0x(1-0.25)=93.63t 动水压力：PH=r水qV(cosа2-cosа1)/g

=1.0x12.07x20.07x(0.9205-0.629)/9.8=7.2t

Pv=r水qV(sinа2-sinа1)/g

=1.0x12.07x20.07x(0.777+0.391)/9.8=28.86t

则：W = W1+ W2+Pv=3088.224+213.69+28.86=3330.77t

U =U1+U2+U3+U4=813.89+147.27+62.42+93.63=1117.21t P =P1+P2+P3+PS-PH=990.125+60.085-58.24+143.008-7.2

=1127.78t

c.稳定判定 安全系数：

K20

'f'(WU)c'AP0.85(3330.771117.21)4545.753.453.0

1127.78根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:

满足稳点要求。

3.校核洪水位情况

a.计算简图(坝前水位1892.71m)

荷载组合 基本组合 安全系数 K’ 3.0 特殊组合 （1） 2.5 （2） 2.3

21

b.荷载计算

取1延米计算，由cad计算溢流坝段剖面面积A=1131.35m3.坝底宽B=40.05m。则:

坝体自重: W1=r坝A=2.4x1286.76=3088.224t 水 重：W2=r水A水

=1.0x[(1892.71-1876.25)+(1892.5-1843.5)]x0.5x6.55 =181.63t

水 压 力：P1=0.5r水H2=0.5x1.0x(1888-1843.5)2=990.125t P2= r水Hd=1.0x(1888-1843.5)x1.61=71.645t

P3.=- 0.5r水H2=-0.5x1.0x(1862.86-1843.5)2=-175.78t

泥沙压力：PS=rsbhS2tan2(450)

212=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o =143.008t

扬 压 力：U1=(1862.86-1843.5)x1.0x45.75=885.72t U2=(45.75-8)x(1892.71-1862.86)x1.0x0.25x0.5

=140.85t

U3=8x(1892.71-1862.86)x0.25x1.0=59.7t

U4=8x(1892.71-1862.86)x0.5x1.0x(1-0.25)=89.55t

22

动水压力：PH=r水qV(cosа2-cosа1)/g

=1.0x25.2x21.07x(0.9205-0.629)/9.8

=15.79t

Pv=r水qV(sinа2-sinа1)/g

=1.0x25.2x21.07x(0.777+0.391)/9.8 =63.28t

则W = W1+ W2+Pv=3088.224+181.63+63.28=3333.134t U =U1+U2+U3+U4=885.72+140.85+59.7+89.55=1175.82t P =P1+P2+P3+PS-PH=990.125+71.645-58.24+143.008-15.79

=1130.748t

c.安全判定 安全系数：

K'f'(WU)c'AP0.85(3333.1341175.82)4545.753.442.5

1130.748根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:

满足稳点要求。

23

荷载组合 基本组合 安全系数 K’ 3.0 特殊组合 （1） 2.5 （2） 2.3 六、设计消能工

根据大坝所处地理环境、水文地质条件，本坝体选用挑流消能。挑流消能设计包括：选择鼻坎形式、确定鼻坎高程、反弧半径、挑角、计算挑距和下游冲刷坑深度。 1. 选择鼻坎形式

连续式鼻坎设施简单，不易汽蚀，在相同水力条件下，挑距笔差动式稍远，但水舌较集中，空中扩散校差，对河床冲刷较深。综合考虑坝体所处地理环境及地质、水文条件，初步选择鼻坎形式为连续式。

2. 确定挑角、鼻坎高程和反弧半径

由溢流坝剖面设计可得反弧半径R=16m，挑角=25o。由挑角得出鼻坎高程H=1865.94m。 3.计算挑距和下游冲刷坑深度 水舌挑射距离的估算公式为：

L12[v1sincosv1cosv12sin22g(h1h2)] g式中：L— 自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距m

v1—为坎顶水面流速；按鼻坎处平均流速的1.1倍取用。 —鼻坎的挑角（单位 度）；

h1—为坎顶平均水深h在铅直向的投影，h1=hcos ；

h2 —为坎顶至河床面的高差

24

冲刷坑深度在工程上按下式估算：

tkq0.5H0.25

式中： tk水垫厚度，自水面至坑底的距离，m。q为单宽流量，H为上下游水位差。为冲坑系数。

a. 设计洪水位情况 a).计算挑射距离

反弧段挑射水流速度V1=2g(S1h1cos)

其中：由长江流域规划办公室整理的经验公式得31面至挑坎顶部的高差：

S1=1892.5-1864.36=28.14m,h2=1865.13-1858.600=6.43m， （河床1875.600）。 又单宽流量q则流能比kEQÒçL36212.07m3/(s•m)， 300.055k0.5E；上游水

q1.5S1g12.070.0550.02610.870 ，30.528.141.59.8kEhcosh11.08cos25o0.99m,将上述结果带入V=2g(S1h1cos)得

V=20.07m/s2. V1=20.07x1.1=22.077 m/s2。

则挑射距离：

1[22.082sin25cos2522.08cos2522.08sin22529.8(0.996.43)]9.844.01mL

25

b).计算冲刷深度

对于岩石河床，计算冲刷坑深度的经验公式为：

tkq0.5H0.25

其中：为冲坑系数，由经验规定取值取1.2。单宽流量：

qQÒçL36212.07m3/(s•m)；上下游水位差H=1892.5-1861.29=31.21m 30冲刷坑后的下游水深ht=1861.29-1858.60=2.69m。 则冲刷坑深度：

tkq0.5H0.251.2•12.070.5•31.210.259.85m

tk'tkht9.852.697.2m

L44.016.302.5~5.0 满足要求。 tkht9.852.86

b.校核洪水位情况 a).计算挑射距离

反弧段水流挑射速度V1=2g(S1h1cos) 其中：由长江流域规划办公室整理的经验公式得31面至挑坎顶部的高差：

S1=1892.71-1864.36=28.35m,h2=1864.36-1858.700=5.66m, 又单宽流量q则流能比kEQÒçL75625.2m3/(s•m)； 300.055k0.5E，上游水

q1.5S1g25.20.0550.0510.910 ，30.51.528.359.8kEhcosh11.08cos23o0.99m26

,将上述结果带入V=2g(S1h1cos)得

V=21.07m/s2.V1=1.1x21.07=23.18 m/s2。 则挑射距离：

1[23.182sin25cos2523.18cos2523.18sin22529.8(0.996.43)]L9.847.22m

b).计算冲刷深度

对于岩石河床，计算冲刷坑深度的经验公式为：

t0.25

kq0.5H其中：为冲坑系数，由经验规定取值取1.2，qQÒçL7563025.2m3/(s•m), 上下游水位差H=1892.71-1862.86=29.85m,

冲刷坑后的下游水深ht=1862.86-1858.60=4.26m。 则冲刷坑深度：

t0.250.25kq0.5H1.2•25.20.5•29.8514.08m

t'ktkht14.084.269.82m

Lth47.224.265.012.5~5.0，满足要求。 kt14.08

27

宽流量：

单

七、 坝体细部构造拟定

1.橫缝布置

橫缝的划分主要取决于地基的特性，河谷变化，温度变化，结构布置和浇筑能力，作用为减小温度应力，适应地基的不均匀变形和满足施工要求 。设永久性横缝，橫缝做成做成铅直平面，不设健槽，橫缝内不灌浆。使各坝段独立工作，设置止水，采用两道金属止水片，中间设置沥青井，金属止水片采用1.0～1.6（mm）厚的紫铜片，每侧埋入混混凝土的长度取25cm ,考虑溢流坝段前沿长度与横缝布置要求，横缝间距取为16m. 2.坝顶的布置

坝顶上下游设置栏杆，取高为1.2m。 3.廊道系统

灌浆廊道宽取3m，高取4m，位置：距坝体上游面为（1892.5-1843.5）x0.05~(1892.5-1843.5)x0.1=2.45~4.9m，取为6m;底部距基岩大于1.5x3=4.5m,取为5m.灌浆廊道沿河床向两岸逐渐升高，坡度不陡于40o~45O。

为了检查、观测和排除坝体排水，在靠近坝体上游面高度每隔15~30m设置检查和排水廊道，本设计取20m.断面形式采用城门洞型。宽度取1.5m，高度取2.5m。至上游面距离为0.05H~0.07H,且不小于3m,本设计取3m。

各层廊道在左右岸各设一个出口，与电梯井或直井相连。

28

4.橫缝灌浆，固结灌浆，排水措施。

帷幕灌浆的目的是降低坝低渗流压力，防止坝基产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。帷幕深入相对隔水层3～5m.帷幕灌浆灌浆设一排。由下坝址地质剖面图可查得最低相对透水层q=3Lu的地层高程为1817m，则可定本设计帷幕灌浆孔底距坝基的距离为30m,

固结灌浆的目的是提高基岩的整体稳定性和强度，降低地基的透水性。固结灌浆布置在坝踵和坝址附近，孔距和排距一般从10～20m开始，采用内插逐步加密的方法，最终间距约为3～4m。孔深5～8m。

坝基排水的目的是进一步降低坝底扬压力。在防渗帷幕后设置排水孔幕，排水孔幕与防渗帷幕下游面的距离，在坝基面处取2m。排水孔幕向下游倾斜，与帷幕成15o夹角，排水孔孔距为2～3m，孔径为150～200mm,孔深一般为帷幕深度的0.4~0.6倍。

29

八、附录

重力坝设计资料

（一）、水文、气象及泥沙资料

某水库所在流域属亚热带季风湿润气候，立体带状气候明显，其特点是“冬长夏短，春秋相连、雨热同季、干湿分明”。流域内无气象观测资料，其气象资料参照威宁县气象站资料：多年平均气温10.4℃，最冷月1月平均1.9℃，最热月7月平均17.7℃，极端最高气温30.6℃（1963年5月29日），极端最低气温-15.3℃（1977年2月9日）。年平均相对湿度80%，最大在秋季，达85%左右，最小在春季，在73%上下，全年平均雾日数76.0d，年平均日照时数1805.4h，为贵州全省各县之冠。全年无霜期208.6d，大风日数29.3d，冰雹日数2.6d，雷暴日数66.4d，雾日天数83.7d，降雪日数32.2d，最大积雪深度27cm。多年平均风速3.2m/s，最大风速20.7m/s，全年以SE风为多，频率为17%。

流域水汽主要来自印度洋孟加拉湾，由于地势较高，多年平均相对湿度较其它地区低。流域内地表径流主要来自降雨，但降雨时空上分布不均，大多集中在每年5～10月，降雨量占全年降雨总量的80-90%。暴雨一般出现在5～10月，日降雨量大于100mm的暴雨主要出现在6～8月，汛期比其他地区出现晚，降雨量较其它地区少，根据威宁县气象站历年实测资料统计：多年平均降雨量为909.7mm，丰水期(5～10月)平均降雨量795.4mm，占全年降雨量的87.7%，枯水期(11月至次年4月)平均降雨量114.3mm，占全年降雨量的12.3%，最大一日降水量为105.9mm（1984年7月23日），降水量≥0.1mm的日数193d，降水量≥10.0mm的日数28d，降水量≥25.0mm的日数7d，降水量

30

≥50.0mm的日数1.3d，多年平均水面蒸发量为1282.5mm（20cm蒸发皿）。吹程为600米。 （二）特征水位

表5-5 主要建筑物特征水位及流量 序号 部位 项 目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 水 库 校核洪水位（P=0.2%） 设计洪水位（P=2%） 正常蓄水位 死水位 校核洪水位最大下泄流量 相应下游水位 设计洪水位最大下泄流量 相应下游水位 淤沙高程 单位 m m m m m3/s m m3/s m m 数 量 备 注 1892.71 1892.5 1892.5 1885.8 756 1862.86 362 1861.29 1876.25 堰顶高程：1888.00，溢流孔口设为3孔，每孔净宽10m。

（三）、地质资料 1、地形地貌

下坝址河谷深切，为横向谷，河流由SE向转向NE向。两岸坡山体地形坡度较陡，其中在1890m高程以下地形坡度较陡，基岩裸露；上部地形稍缓，为坡耕地、林地和荒坡，残坡积层厚度最大达10m，一般3～5m；地形为浅切中山地形，河谷地形呈较宽缓的“V”形谷，河床冲积层厚度达8.8m。右岸坡在1889.5m高程修建有一条通乡油路，

31

宽9m左右。两岸地貌主要为侵蚀切割形成的尖棱状山脊地貌，为侵蚀构造类型。下坝址河面高程1858.60m，河面宽43m；坝线位置河谷地形在1894.5m高程时宽高比为3.0，下坝址河流位于二塘向斜北东翼，靠二塘向斜轴部发育。坝址区右岸坡上游80m位置发育一条小溪沟（即锅厂小河），为下切侵蚀型溪沟，锅厂小河交汇口高程1859.0m，溪沟地形随着山体地形的抬高，溪沟河床在1890m高程以下基岩裸露，基本上无冲积层，两岸多为耕地和林地，残坡积层厚度不大，一般为3m左右。

3、地层岩性

下坝址出露基岩地层主要为二叠系上统峨嵋山玄武岩组(P2β)玄武岩，地层总体倾向河床下游，其在坝址区分布特征是坝址地形与岩层之间构成横向河谷。综合槽探、硐探、钻探和地表地质勘察资料，坝址区左右岸坡残坡积层厚度达3～5m，局部地段深达10m，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为8.8m左右。

某水库下坝址的岩土层具体构成情况如下：

：厚度10～1294m。属岩（1）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）

浆岩地层，主要为暗绿、暗灰蓝、油绿色细粒玄武岩、拉斑玄武岩，上部夹一层厚度4～6m的玻屑凝灰岩，在1858.6～1866m高程夹有2

32

至3层厚度3～8cm的软弱夹层，为铁质粘土岩或铜质凝灰岩。玄武岩新鲜岩石坚硬，但表面易风化成碎块状，坝基岩体工程地质分类为中硬岩，属于BⅢ1类。

（2）第四纪覆盖层(Q4)：在河谷两岸坡上为残坡积层，成分为褐黄褐色的含碎石粘土。河床上为冲积层，成分为块石、碎石、沙卵石、砂砾石、细粉沙和少量淤泥等组成。

4、地质构造

下坝址位于二塘向斜北东翼。坝址区玄武岩为岩浆岩，属喷出岩，岩层无产状，主要结构面为不同时期玄武岩喷出的流层理层面，玄武岩流层理层面倾向与早期下部沉积岩的成层方向一致，总体倾向河床上游偏右岸。

在下坝址无区域性断裂地质构造发育通过。但在下坝址锅厂小河左岸和水库右岸的山坡上发育有次生F1张性断层（不明原因断层），向库区上游延伸，总体走向为北西走向，倾角近直立，北西端延伸到库区上坝址和下坝址之间，南东端直抵库区内炉山镇尖山附近，长约800m左右。该断层断距一般为0.5m，未见破碎带。

下坝址玄武岩中节理裂隙发育，发育密度较高，在河谷左右岸按勘察规范要求统计的节理裂隙产状见表3-4-3。主要有两个方向发育，第一组节理裂隙产状为走向170°，倾向260°，倾角为70～80°或近直立；第二组节理裂隙产状为走向65～80°，倾向155～170°，倾角近直立。节理裂隙向下延伸深度大，大部分节理裂隙内无充填物，呈闭合状，向下延伸到微风化和新鲜基岩后，裂隙逐渐尖灭，少数节

33

理裂隙内偶有充填物。地表岩层呈强风化状，岩体一般较破碎，多呈块状。

2、坝址地质资料

经取样试验，结合有关工程经验类比，参考有关设计规范，地质专业提出了岩石（体）物理、力学参数，见表5-2～表5-4。 表5-2 坝基岩体力学性质参数

玄武岩 玄武岩 玄武岩 名称 项目 (强风化) 抗压强度 抗拉强度 弹性模量 泊松比 承载力标准值 岩石与岩石抗剪强度 岩石与岩石抗剪断强度 砼与岩石抗剪强度 砼与岩石抗剪断强度 Rc(MPa) σt(MPa) Ee(GPa) μ [R](MPa) f C(MPa) f＇ 15 1.5 7 0.29 1.5 0.48 0.55 (弱风化) 75 3.5 7.6 0.28 2.5 0.53 0.75 0.65 0.50 0.85 0.45 (微风化) 75 4.5 35 0.27 4.0 0.63 1.0 0.85 0.55 0.9 0.75 凝灰岩 （强风化） 10 1.2 2 0.33 0.7 0.38 0.45 0.15 0.35 0.40 0.15 C＇(MPa) 0.3 f C(MPa) f＇ 0.42 0.7 C＇(MPa) 0.35 34

表5-4 坝基结构面力学参数 强风化玄武层面抗剪强度 f C(MPa) 弱风化玄武岩层面抗剪强度 f C(MPa) 微风化玄武岩层面抗剪强度 f C(MPa) f C(MPa) 玄武岩层间软弱夹层抗剪强度 f C(MPa) 强风化玄武岩层面抗剪断强度 f C(MPa) 弱风化玄武岩层面抗剪断强度 f＇ C＇(MPa) 微风化玄武岩层面抗剪断强度 f＇ C＇(MPa) 玄武岩陡倾结构面抗剪断强度 f＇ C＇(MPa) 玄武岩层间软弱夹层抗剪断强度

大坝抗滑稳定计算的物理力学参数表 项目名称 单位 数值 项目名称 单数f＇ C＇(MPa) 0.3 0.45 0.55 0.3 0.27 0.48 0.20 0.60 0.35 0.8 0.50 0.4 0.1 0.35 0.05 玄武岩陡倾结构面抗剪强度 35

位 值 砼容重γc kN/m3 24 基岩抗压强度fR 砼/基岩摩擦系数f（固接灌浆后） MPa 75 0.55 水容重γw kN/m3 10 淤沙浮容重kN/mγsb 淤沙高度Hs 3 8 砼/基岩凝聚力C＇（固接灌浆后） MPa 0.8 31.52 0.25 M 渗透压力强度系数α 砼抗压强度fk MPa 25.4 淤沙内摩擦角φ （四）附坝址处地形图及地质剖面图（见CAD图）

度 30 36