密云沙厂水利枢纽碾压混凝土重力坝设计

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1、前言拟定选密云沙厂水利枢纽碾压混凝土重力坝设计作为大学毕业前的最后一次攻坚战，它是我们将所学的理论知识运用于现实工程的真实的综合演习，通过这次毕业设计能巩固和提高所学水利水电工程专业的理论知识， 并使之系统化、整体化，能运用所学的专业知识去解决工程中遇到的实际问题，并具有进行设计、计算、制图的能力,提高撰写专业技术报告的水平，同步培养我们分析问题，解决问题的能力，为自己在后来的工作岗位上打下坚实的基本。重力坝在水压力及其她荷载作用下，重要依托坝体自重产生的抗滑力来满足稳定规定的，它具有构造作用明确，设计措施简朴，安全可靠；对地形、地质条件适应性强等长处，因此对重力坝的优化设计和研究是十分有必要

2、的。随着国家经济技术的不断发展，人们逐渐发现已有的火力发电站已经无法满足现代对电力的需求，于是水力发电开始走进人们的视野，并逐渐发展成为发电系统里面的主力军，而在水电站的建设中，混凝土重力坝又占有相称优势。重力坝之因此得到广泛应用,是由于有如下长处：相对安全可靠,耐久性好，抵御渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；设计、施工技术简朴，易于机械化施工；对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件规定相对地说不太高；在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。随着大型振动压路机的浮现，使碾压混凝土重力坝的高度明显提高，机械化限度高，从而达到缩短施工

3、工期，减少工程造价的目的，并且采用高掺粉煤灰或矿渣的方式减少水泥用量，使温度裂缝数量较常态混凝土坝明显减少。因而碾压混凝土重力坝得到迅速的发展，已成为一种经济合理、应用广泛、施工以便的新坝型。密云沙厂水利枢纽位于巨各庄镇沙厂村北，所在河流为潮河支流红门川河下游，控制流域面积128 平方公里。该水利枢纽是以防洪、灌溉、发电、养鱼、旅游为主的综合效益的中型水库。目录摘 要IABSTRACTII第1章 工程概况11.1地理位置11.2水文条件11.3 地质条件11.4 地形条件11.5 设计基本资料1第2章 水利枢纽的布置42.1枢纽级别及重要建筑物的级别42.2坝型的选择42.3枢纽的总体布置4第

4、3章 溢流坝设计63.1 基本剖面63.2坝顶高程的拟定63.4基本断面的拟定83.5荷载组合及计算83.5.1 坝体自重及其力矩93.5.2 水重及其力矩93.5.3 静水压力及其力矩103.5.4 扬压力及其力矩113.5.5 淤泥压力及其力矩133.5.6 波浪压力及其力矩14第4章 大坝安全稳定分析与应力分析154.1坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定验算154.2大坝的应力分析174.2.1坝趾抗压强度极限状态174.2.2坝踵垂直应力不浮现拉应力极限状态验算（正常使用极限状态）：18第5章 溢流坝设计195.1单宽流量的拟定195.2溢流宽度的拟定195.3堰顶高程的拟定195.4泄流

5、能力的校核205.5 WES堰型设计215.6消能防冲设计24第6章 坝体细部及其他设计276.1坝体分缝与止水276.2 廊道系统286.3坝基的开挖与清理286.4 坝段与基岩面的连接296.5 坝基的固结灌浆296.6坝基帷幕灌浆296.7坝基排水306.8坝体分区306.9温度控制316.10闸门与启闭设备的选型316.10.1 闸门型式的选择316.10.2 启闭设备的选择326.11坝顶构造326.11.1 非溢流坝段坝顶构造326.11.2 溢流坝段坝顶构造32致 谢33参照文献34附录35摘 要北京市密云县沙厂水利枢纽位于巨各庄镇沙厂村北，所在河流为潮河支流红门川河下游，控制流

6、域面积128 平方公里。该水利枢纽是以防洪、灌溉、发电、养鱼、旅游为主的综合效益的中型水库。其工程级别为级，重要建筑物级别为级，次要建筑物级别为级，临时建筑物级别为级。密云沙厂水利枢纽工程是碾压混凝土重力坝，近几年随着大型振动压路机的浮现，使碾压混凝土重力坝的高度明显提高，机械化限度高，从而达到缩短施工工期，减少工程造价的目的，并且采用高掺粉煤灰或矿渣的方式减少水泥用量，使温度裂缝数量较常态混凝土坝明显减少。因而碾压混凝土重力坝得到迅速的发展，已成为一种经济合理、应用广泛、施工以便的新坝型。密云沙厂水利枢纽碾压混凝土重力坝的坝体构造设计重要涉及如下几种方面内容：大坝坝址的选择、坝型的选择、枢纽

7、布置、非溢流坝构造设计，如1、大坝基本断面的拟定 2、坝顶高程的拟定 3、坝顶宽度的拟定。溢流坝构造设计，如1、堰顶高程的拟定 2、溢流面线形的拟定 3、溢流坝闸门的选择。碾压混凝土坝的分区、坝体细部构造设计，如1、大坝坝基本的解决 2、坝体的分缝与止水 3、灌浆廊道的布置等。泄水建筑物采用正槽溢洪道，溢流堰采用WES堰型，消能方式为挑流消能。核心词：重力坝，碾压混凝土，溢洪道，挑流消能AbstractMiyun County plant project is located in the town of giant sand village north, where the River is

8、 a tributary of the tidal river red door-gawa River, in an area of 128 square kilometers. The project is to flood control and irrigation, power generation, fish farming, tourism is the primary benefits of medium-sized reservoir. The project grade is level., the main building level to grade , grade l

9、evel for secondary buildings, temporary buildings are level.The project in Sand plant Miyun Water Conservancy is the RCC of gravity dam, In recent years with the advent of large vibration roller, the RCC highly significant improvement, with a high degree of mechanization, and thus shorten the constr

10、uction period, the aim of reducing construction costs, and the use of high-fly ash or slag cement consumption, reduction in the number of a normal temperature cracks in concrete dam significantly reduced. Hence RCC get fast development, has become an affordable, convenient and widely used, construct

11、ion of the new dam type. Miyun sand factory project RCC dam structure design mainly includes the following aspects: dam site selection, dam-type selection, project layout, non-overflow dam structure design, such as 1, basic section of the dam 2, dam Crest elevation of 3, the determination of the cre

12、st width. Overflow dam structure design, such as 1, Weir Crest elevation of 2, spillway alignment determines the 3. spillway gates of choice. RCC dam dam of partition, detail design, such as 1, dam Foundation of 2, the dam of the joints and sealing 3, filling the layout gallery. Structure used as ta

13、nk spillway overflow weir with WES, Weir, how to pick the dissipation of energy dissipation. Keywords: Gravity dam, RCC, Spillway, Energy dissipation 第1章 工程概况1.1地理位置沙厂水库位于北京密云县红门川河下游沙厂村东。距密云县城20公里。1973年5月竣工，共完毕土石方1605万立方米。总库容2120万立方米，正常水面面积 426万平方米，控制红门川河上游128平方公里的流域。建有1 座主坝、3座副坝、1座溢洪道、2条输水管道和2座电站。主

14、坝最大坝高47米，坝顶长230米，为混凝土宽缝重力坝。年均供水1466万立方米，年均发电 50多万千瓦时，灌溉农田4万亩1.2水文条件沙厂水库总库容2120万立方米，防洪库容550万立方米，大坝及溢洪道正常运用洪水原则为50年一遇，相应洪峰流量为560m3/s，上游水位167.95m，下游水位134.32m。非常运用洪水原则为200 年一遇, 相应洪峰流量为798m3/s，上游水位169.30m，下游水位135.0m。1.3 地质条件沙厂坝址处河床较为广阔，岸坡平缓，河道内有6 m 厚的砂卵砾石覆盖层，河床基岩为斑状花岗岩，左岸有两个很小的断层，河床靠右岸处有辉绿石岩脉，无其她软弱夹层和断层等

15、不良地质。总体上，沙场坝址基岩强度、硬度较大，吸水率较小。1.4 地形条件坝址地段为一U 型河谷，底宽7080m，两岸岸坡均较缓，左岸4055，右岸3540。两岸山体雄厚。河谷基本对称，地质条件也较好，适合建碾压混凝土重力坝。设计地震基本烈度为VIII 度。1.5 设计基本资料沙厂水利枢纽设计参数如表1.1所示。表1.1 设计参数表项目指标枢纽任务灌溉、防洪工程级别设计洪水位(m/s)167.95校核洪水位(m/s)169.30设计下泄洪水流量(m3/s)560校核下泄洪水流量(m3/s)798水库最大吹程(km)2.5设计风速(m/s)14坝底与基岩间摩擦系数f 1.0坝底与基岩凝聚力c (

16、MPa)1.2坝基岩石最大抗压强度(MPa)120设计地震烈度水库泥沙淤积高程(m)140.0干容重g (t/m3)1.4空隙率n0.47内摩擦角f14沙厂下游水位-流量关系曲线图1.1沙厂下游水位-流量关系曲线第2章 水利枢纽的布置2.1枢纽级别及重要建筑物的级别根据国内水利部颁发的现行规范水利水电枢纽工程等别划分及设计原则，同步满足山区枢纽等别提高一级的规定，密云沙厂水利枢纽工程：工程等别为等，属中型工程；重要建筑物级别为3级；次要建筑物级别为4级；临时建筑物级别为5级。2.2坝型的选择沙厂坝址地段为一U 型河谷，河床较为广阔，宽约7080m，河道内有6 m 厚的砂卵砾石覆盖层，河床基岩为

17、斑状花岗岩，左岸有两个很小的断层，河床靠右岸处有辉绿石岩脉，无其她软弱夹层和断层等不良地质，两岸岸坡均较缓，左岸4055，右岸3540。两岸山体雄厚。河谷基本对称，地质条件也较好。故此坝址合适建重力坝。重力坝之因此得到广泛应用,是由于具有如下长处：相对安全可靠,耐久性好，抵御渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；设计、施工技术简朴，易于机械化施工；对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件规定相对地说不太高；在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。随着大型振动压路机的浮现，使碾压混凝土重力坝的高度明显提高，机械化限度高，从而达到缩短施工工

18、期，减少工程造价的目的，并且采用高掺粉煤灰或矿渣的方式减少水泥用量，使温度裂缝数量较常态混凝土坝明显减少。因而碾压混凝土重力坝得到迅速的发展，已成为一种经济合理、应用广泛、施工以便的新坝型。因此在本设计中采用的坝型为碾压混凝土重力坝。2.3枢纽的总体布置枢纽布置由拦河坝、泄水建筑物、引水隧洞等建筑物构成。主河槽位于河床的中央，河道内有6 m 厚的砂卵砾石覆盖层，河床基岩为斑状花岗岩，左岸有两个很小的断层，河床靠右岸处有辉绿石岩脉，无其她软弱夹层和断层等不良地质。因此主河槽基岩强度较好，硬度较大，抗冲能力强，故将溢流坝段布置在河床中央位置。溢流堰采用WES 溢流曲线，共设3孔，每孔8m。下游消能

19、工采用持续式鼻坎挑流消能。溢流坝的两侧布置拦河坝。枢纽总体布置见下图：图2.1 枢纽平面图图2. 2 枢纽下游立视图第3章 溢流坝设计3.1 基本剖面由坝轴线地址剖面图可知，在河床处有一层砂卵砾石，应做挖除解决。在挖除砂卵砾石层的基本上，还需继续向下挖除风化的花岗岩层。为此，基底高程取为120.0 m。基本剖面按校核洪水位拟定，则基本剖面的高度h169.30120.049.30m。由混凝土重力坝设计规范SL319- 查得，实体重力坝上游坝坡宜采用1010.2；下游坝坡宜采用10.610.8。故上游坝坡率取n=0;上游坝坡率取m=0.8。则坝底宽B0.8h39.44m。3.2坝顶高程的拟定表3.

20、1 基本数据正常蓄水位状况校核洪水位状况计算风速0(m/s)2814有效吹程D(m)25002500重力加速度g(m/s2)9.819.81水位高程(m)167.95169.3坝基高程(m)120120坝前水深(m)47.9549.30（1）放浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差，可按式（3.1）计算。 （3.1） 式中：防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；波浪爬高(m)； 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差(m)安全超高（m）,按混凝土重力坝设计规范（DL 319）表8.1.1采用表3.2 安全超高相应水位坝的安全级别123正常洪水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3（

21、2）波浪要素按官厅水库公式（3.2）、（3.3）计算（3.2） （3.3）式中： 当 =20250时，为累积频率5%的波高h5%；当=2501000时，为累积频率10%的波高h10%； 平均波长（m）；（3）波浪中心线至水库静水位的高度hz按公式（3.4）计算：（3.4）由混凝土重力坝设计规范SL319- 查得 当在设计水位下，宜采用相应洪水期近年平均最大风速的1.52.0倍，故取V0=28m/s当在校核水位下，宜采用相应洪水期平均风速，故取V0=14m/s坝顶高程的计算成果如表3. 3所示表3. 3 计算成果hz水位高程墙顶高程正常蓄水位1.800.720.4167.95170.87校核洪水

22、位0.760.260.3169.30170.62防浪墙顶部高程为170.87m，防浪墙的高度取1.2m ,因此大坝的坝顶高程H=170.87-1.2=169.67m结论：大坝的坝顶高程取为170m。3.3坝顶宽度的拟定由碾压混凝土重力坝设计规范SL314- 查得，坝顶宽度取最大坝高的8%10%，且不不不小于5m，碾压混凝土坝的坝顶宽度除满足设备布置、运营、检修、交通及抗震等规定外，还应满足碾压混凝土施工的规定，故坝顶宽度取B1=8m3.4基本断面的拟定非溢流坝的基本断面如图3.1所示图3.1 坝的基本断面3.5荷载组合及计算重力坝的荷载重要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力，

23、地震荷载等。常取1m坝段为单位进行计算。各荷载作用的分项系数如表3.4表3.4 荷载作用的分项系数序号作用类别分项系数1坝体自重1.02水重1.03静水压力1.04扬压力渗入压力1.2浮托力1.05淤沙压力1.26浪压力1.23.5.1 坝体自重及其力矩由水工建筑物和载设计规范DL5077-1997查得，混凝土容重c=24 kN/m3 水容重，坝体自重的分项系数表3.5 坝体自重计算成果分区面积(m2)力臂(m)荷载原则值（KN）荷载设计值（KN）力矩原则值(KNm)力矩设计值(KNm)第1部分坝体40015.7296009600150912150912第2部分坝体617.801.241482

24、7.1014827.1018385.6118385.611017.8024427.124427.1169297.61169297.13.5.2 水重及其力矩水的容重；水重的分项系数表3.6 水重计算成果面积(m2)力臂(m)荷载原则值（KN）荷载设计值（KN）力矩原则值(KNm)力矩设计值(KNm)正常蓄水位82.03-15.90804.7804.7-12795.8-12795.8校核洪水位90-15.72882.9882.9-13879.2-13879.23.5.3 静水压力及其力矩静水压力的分项系数静水压力P按公式（3.5）计算 （3.5）式中： H计算点处的作用水头(m) 水的重度常取9

25、.81KN/m3静水压力示意图如下图3.2： 图3.2 静水示意图表3.7 静水压力计算成果水位差(m)力臂(m)荷载原则值（KN）荷载力设计值（KN）力矩的原则值(KNm)力矩的设计值(KNm)正常蓄水位上游47.95-15.9811277.6011277.60-180249.9-180249.9下游14.32-4.77-1005.8-1005.84800.734800.73校核洪水位上游49.30-16.411921.6011921.60-195907.7-195907.7下游15-5-1103.6-1103.6551855183.5.4 扬压力及其力矩由水工建筑物荷载设计规范DL5108

26、-1999查得，坝底渗入压力系数表3.8 分项系数项目浮托力（）渗入力()分项系数1.01.2由由混凝土重力坝设计规范DL5108-1999查得，坝基灌浆帷幕中心线距坝上游面的距离可取0.1倍左右坝底宽度，故取为4m,灌浆廊道底厚取4m。扬压力分布图如下图3.3图3.3 扬压力分布示意图（1） 正常蓄水位状况下上游水深：下游水深：表3.9 正常水位扬压力计算成果表力臂（m）荷载原则值(KN)荷载设计值(KN)力矩原则值()力矩设计值()A区0-5540-554000B区17.72-329.91-395.90-5846.01-7015.21C区3.91-1461.50-1753.8-5700.6

27、0-6851.52D区18.39-494.87-593.84-9098.93-10918.71-7826.28-8283.53-20653.61-24785.44(2)校核洪水位状况下上游水深：下游水深：表3.10 校核水位扬压力计算成果力臂（m）荷载原则值(KN)荷载设计值(KN)力矩原则值()力矩设计值()A区0-5803.6-5803.600B区17.72-331.8-398.2-5888-7066C区3.91-1493-1791.6-5889-7067D区18.39-497.7-597.2-9160-10991-8126.1-8590.6-20937-251243.5.5 淤泥压力及其

28、力矩由水工建筑物荷载设计规范DL5077-1999，查得，淤泥压力分项系数由资料知：淤泥干容重；内摩擦角；孔隙率n=0.47。淤泥压力示意图如下图3.4图3.4 淤泥压力示意图表3.11 淤泥压力计算成果力臂(m)荷载原则值（KN）荷载设计值（KN）力矩原则值(KNm)力矩设计值(KNm)6.671062.021274.43-7080.67-8496.83.5.6 波浪压力及其力矩由水工建筑物和在设计规范DL5077-1999,查得，波浪压力的分项系数使波浪破碎的临界水深：（3.6）由于和因此该波为深水波（1）正常蓄水位状况下当浪压力参与作用基本组合时，采用重现期为50年的最大风速。（2）在校

29、核洪水位状况下当浪压力参与作用偶尔组合时，采用近年平均年最大风速。表3.12 波浪压力结算成果力臂(m)荷载原则值（KN）荷载设计值（KN）力矩原则值(KNm)力矩设计值(KNm)正常蓄水位-47.9588.58106.29-4171.7-5006校核洪水位-49.3017.9021.48-862.75-1035.3第4章 大坝安全稳定分析与应力分析4.1坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定验算坝底与基岩的摩擦系数的材料性能分项系数为1.3，则其设计值：凝聚力的材料性能分项系数为3.0，则其设计值：大坝碾压混凝土强度原则值可采用180 d龄期强度，保证率为80%，选用，其材料性能分项系数为1.5，则

30、其设计值为多种荷载组合及其荷载代数和登记表如下表4.1和表4.2表4.1 正常蓄水位状况荷载登记表坝体自重水重上游静水压力下游静水压力浪压力淤沙压力扬压力荷载原则值(kN)24427.1804.711277.6-1005.888.581062-7826.3力矩原则值(kNm)169297.6-12795.8-180249.94800.7-4171.7-7081-20654荷载设计值(kN)24427.1804.711277.6-1005.8106.291274.4-8284力矩设计值(kNm)169297.6-12795.8-180249.94800.7-5006-8496.8-24785坝基

31、面法向作用原则值之和坝基面切向作用原则值之和力矩原则值之和坝基面法向作用设计值之和坝基面切向作用原则值之和力矩设计值之和表4.2 校核洪水位状况荷载登记表坝体自重水重上游静水压力下游静水压力浪压力淤沙压力扬压力荷载原则值(kN)24427.1882.911921.6-1103.617.91062.02-8126.1力矩原则值(kNm)169297.6-13879.2-195907.75518-862.75-7081-20937荷载设计值(kN)24427.1882.911921.6-1103.621.481274.4-8590.6力矩设计值(kNm)169297.6-13879.2-19590

32、7.75518-1035.3-8496.8-25124坝基面法向作用原则值之和坝基面切向作用原则值之和力矩原则值之和坝基面法向作用设计值之和坝基面切向作用原则值之和力矩设计值之和抗滑稳定验算按下列公式计算：（4.1）（4.2）式中：-设计状况系数-构造重要性系数-作用效应函数-坝基面切向作用原则值之和-构造系数-抗力函数-坝底与基岩的摩擦系数设计值坝基面法向作用设计值之和-凝聚力设计值-坝底面积（1）在正常蓄水位状况下：（基本组合）基本组合时，取持久状况相应的设计状况系数，构造系数，构造重要性系数结论：满足规范规定，大坝抗滑稳定。（2）校核洪水位状况下：（偶尔组合）偶尔组合时，取持久状况相应的

33、设计状况系数，构造系数，构造重要性系数结论：满足规范规定，大坝抗滑稳定。4.2大坝的应力分析4.2.1坝趾抗压强度极限状态（4.3）（4.4）式中：-设计状况系数-构造重要性系数-作用效应函数-坝基面法向作用设计值之和-力矩设计值之和-坝底宽-下游坝坡坡率-构造系数-抗力函数-混凝土的抗压强度（1）基本组合时，设计状况系数，构造系数，构造重要性系数结论：满足规范规定，坝趾抗压稳定。（2）偶尔组合时，设计状况系数，构造系数，构造重要性系数结论：满足规范规定，坝趾抗压稳定。4.2.2坝踵垂直应力不浮现拉应力极限状态验算（正常使用极限状态）：坝基面法向作用原则值之和力矩原则值之和 0结论：满足规范规

34、定，坝踵不浮现拉应力。第5章 溢流坝设计5.1单宽流量的拟定工程实践证明，溢流坝单宽流量宜采用如下数值： 软弱岩石或裂隙发育岩石，单宽流量 较好的岩石，单宽流量 坚硬或完整的岩石，单宽流量因此由坝址地质条件选用单宽流量5.2溢流宽度的拟定将通过泄水孔、电站、船闸等建筑物下泄的流量计入下泄流量，则在设计水位下，在校核洪水位下，。(1)、在校核洪水位下，溢流坝段的净宽由其他已建坝型工程经验得，选用每个孔口净宽则孔口数为了便于下游坝溢流的消能，表孔数宜采用单数，故取n=3（2）、溢流坝段总长度的拟定根据工程经验，初拟中墩厚d=3m ,边墩厚度t=2m,则溢流坝段的总长度为5.3堰顶高程的拟定当上游垂

35、直时，上游面坡度影响修正系数c=1.0,自由出流时，沉没系数假设流量系数m=0.502,侧收缩系数0.93则开敞式溢流堰泄流能力计算公式按公式（5.1）计算（5.1）式中：下泄流量，m3/s；侧收缩系数，取0.93；n溢流孔口数量，取其值为3；b溢流孔口净宽度，取其值为8m；m流量系数,取0.502；H0计入行近流速的堰上水头，m；C坡度影响修正系数沉没系数在设计洪水位状况下，由公式（5.1）得其堰上水头则其堰顶高程H=167.95-5.03=162.92m在校核洪水位状况下，由公式（5.1）得：其堰上水头则其堰顶高程H=169.30-6.37=162.93m故溢流坝的堰顶高程取H=160m5

36、.4泄流能力的校核定型设计水头Hd按堰顶最高作用水头Hmax的75%-95%计算则定型设计水头Hd =0.95Hmax=0.959.3=8.8m表5.1 泄流能力校核项目堰上水头H0（m）流量系数m侧收缩系数相应下泄洪水（）与否能安全下泄设计洪水位7.950.4940.951118.3560是校核洪水位9.30.5040.941428.4798是5.5 WES堰型设计（1）、对于开敞式溢流坝，溢流坝顶部下游采用WES幂曲线幂曲线方程： （5.2）式中：堰面曲线定型设计水头，取。 K与相对上游堰高有关，当时，K=2.0 n与堰的上游面坡度有关，上游面垂直时，n=1.85故幂曲线方程为：（2）、原

37、点上游宜采用椭圆曲线，其方程为：（5.3）式中： ，椭圆曲线长半轴和短半轴（当时，a=0.280.30,a/b=0.87+3a）取a=0.29,则b=0.17因此由公式（5.3）得，上游采用的椭圆曲线方程为：（3）、反弧半径的拟定根据已建工程经验，挑射角取，挑流鼻坎应高出下游最高水位12m,则取高出下游最高水位2m，则挑流鼻坎的高程为：135+2=137m坎顶水流流速按公式（5.4）计算（5.4）式中：v坎顶水流流速 m/s流速系数，取H 坎顶水头，H=167.95-137=30.95m 由公式（5.4）计算得坎顶水深为：反弧半径R为：R=(410)h=5.6814.2 m ,当v16m/s时

38、，取下限故取反弧段半径为R=13m因此WES堰型的剖面如下图5.1图5.1 溢流堰剖面图5.1中的点的坐标见表5.2表5.2 点的坐标012345X(m)013.5917.9322.2831.8839.44Y(m)09.8615.2920.7325.3123(1)、单宽流量按公式（5.5）计算（5.5）式中：H堰上水头mm水头为H时的流量系数g重力加速度由公式（5.5）求得q=63.31（2）、用试算法推求在不掺气的状况下的势流水深由试算法求得的各点的水深如下表5.3表5.3 不掺气的水深012345(m)6.083.483.002.682.492.58(3)、泄槽段水流掺气水深可按公式（5.

39、6）计算（5.6）式中： 掺气水深m不掺气水深，m不掺气状况下泄槽计算断面流速，m/s修正系数，可取1.01.4m/s，流速大者取大者，故取为1.3m/s由公式（5.6）求得各点的掺气水深如下表5.4表5.4 掺气后的水深012345（m）6.513.913.433.112.923.01由泄水与过坝建筑物查得，水面线以上的安全超高可采用0.51.5m，故安全超高取为1.3m因此加上安全超高后的边墙上各点的坐标如表5.5表5.5 边墙上各点的坐标6789X(m)04.3222.2839.44Y(m)-7.9-7.916.2318.23因此溢流坝的剖面图如下图5.2图5.2 溢流坝的剖面图5.6消

40、能防冲设计采用挑流消能，根据已建工程经验，挑射角取，挑流鼻坎应高出下游最高水位12m,则取高出下游最高水位2m，则挑流鼻坎的高程为：135+2=137m，挑流消能计算简图如图3.3图5.3挑流水舌抛距及冲刷坑示意图（1）、挑流水舌的挑距L的拟定水舌的挑距L按公式（5.7）计算（5.7）式中： L水舌的挑距，m坎顶水流流速，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，m/s 挑射角坎顶垂直方向水深，=h/cos,m坎顶至下游水面高差，m重力加速度，m/s（2）、冲坑最大水垫深度的拟定冲坑最大水垫深度按公式（5.8）计算（5.8）（5.9）式中： t自下游水面至坑底的最大水垫深度，m冲坑深度，m坎顶单宽流量，

41、设计洪水时：，校核洪水时：H上下游水位差，m下游水深，m冲刷系数，由资料知取K=1.3（坚硬完整的基岩K=091.2；坚硬但完整性较差的基岩K=1.21.5；软弱发育的基岩K=1.52.0）表5.6 消能计算成果项目挑距L（m）水垫深度t(m)冲坑深度(m)冲刷与否影响大坝安全设计洪水位58.8915.098.776.71否校核洪水位58.518.1411.145.25否结论：满足规范规定，冲刷不影响大坝安全。第6章 坝体细部及其他设计6.1坝体分缝与止水横缝垂直于坝轴线，用于将坝体提成若干个独立的坝段，其作用是：减少温度应力，适应地基不均匀变形和满座施工规定（如混凝土浇筑能力及温度控制等）。

42、横缝分为永久性和临时性两种。1、永久性横缝常做成竖直平面，不设键槽，缝内不灌浆，以使各坝段独立工作。根据地基及温度变化状况，一般在坝段间预留12cm的缝；横缝内需设金属止水片，中间设沥青井，缝间贴沥青油毡。止水片及沥青井应伸入基岩30cm50cm，对于非溢流坝段和横缝设在闸墩中间的溢流坝段，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井则需到坝顶。在横缝止水之后宜设排水井，井内设爬梯和休息平台，并与检查廊道相连通。2、临时性横缝重要用于下述几种状况：河谷狭窄，做成整体式重力坝，可在一定限度上发挥两岸山体的支撑作用，有助于坝体的强度和稳定；岸坡较陡，将各坝段连成整体，可以改善岸坡坝段的稳定性；坐落在软弱破

43、碎带上的各坝段，连成整体后，可增长坝体刚度；在强地震区，将各坝段连成整体，可提高各坝体的抗震性能。由碾压混凝土坝设计规范SL314-查得，碾压混凝土重力坝不适宜设立纵缝，根据工程的具体条件和需要设立横缝或诱导缝。横缝或诱导缝间距应根据坝基地形地质条件、河谷地形、坝体布置、坝体断面尺寸、温度应力、施工强度等因素综合比较拟定，其间距宜为20m30m。在本设计中大坝的横缝间距为30m，此碾压混凝土重力坝不设纵缝。横缝处采用铜片止水，横缝止水见图6.1所示图6.1 横缝止水构造图6.2 廊道系统为了满足灌浆、排水、观测、检查和交通等的规定，需要在坝体内设立多种不同用途的廊道，这些廊道互相连通，构成廊道

44、系统。廊道系统涉及坝基灌浆廊道、检查和坝体排水廊道。1、坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便运用混凝土压重提高灌浆压力保证灌浆质量。为此，需要在坝踵附近距上游坝面0.050.1倍作用水头、且不不不小于45m处设立灌浆廊道。2、检查与坝体排水廊道为了检查、观测和排除坝体渗水，还应在接近坝体上游面沿高度每隔1530m设立检查和排水廊道。3、由于该坝较小并且是碾压混凝土坝，廊道的层数可合适减少，因此坝基灌浆、检查和坝体排水共用一种廊道。廊道距上游坝面距离为4m，两层布置，最低处高于下游校核洪水位，廊道四周墙壁采用液态混凝土，墙壁厚度为1m,廊道宽度取为3m，拱顶高度为4.5m，顶

45、拱半径为1.5m。见图6.2 所示。图6.2廊道构造图6.3坝基的开挖与清理坝基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、结实的地基上。根据混凝土重力坝设计规范DL5108-1999的规定：混凝土重力坝的建基面应根据岩体物理性质，大坝稳定性，坝基应力，地基变形和稳定性，上部构造对地基的规定，地基加固解决效果及施工工艺、工期和费用等经济技术条件比较拟定。原则上应在考虑地基加固解决后，在满足坝的强度和稳定性的前提下减少开挖量。坝基开挖后，在浇筑混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，涉及：清理松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探孔、井、洞等均应回填封堵。密云沙厂碾压混凝土重力坝工程级别为三级，属中型

46、工程；重要建筑物级别为3级；次要建筑物级别为4级；临时建筑物级别为5级，最大坝高50m。为了保证坝体基本在多种荷载作用下的安全，大坝建基面应座落在弱风化岩体中上部。沙厂坝址处河床较为广阔，岸坡平缓，河道内有6 m 厚的砂卵砾石覆盖层，河床基岩为斑状花岗岩，左岸有两个很小的断层，河床靠右岸处有辉绿石岩脉，无其她软弱夹层和断层等不良地质。总体上，沙场坝址基岩强度较好、硬度较大，吸水率较小。故把河床表面的砂卵砾石覆盖层挖掉，直挖到斑状花岗岩岩石上，则大坝的坝基面高程为120.0m。6.4 坝段与基岩面的连接坝体混凝土必须与基岩面紧密结合，以防沿面漏水，影响坝体稳定。当基岩横向坡度缓于1:2时，一般在

47、坝体浇筑后运用帷幕灌浆对接触面进行灌浆封实；当横向坡度陡于1:2时，应设接触面止水，在基岩上挖槽，将止水铜片的一侧埋入槽内，回填混凝土；当横向坡度陡于1:1时，应按临时性横缝解决，沿周边嵌入止浆片，并在接触面上布设灌浆系统，待坝体混凝土接近稳定温度后，进行接缝灌浆。6.5 坝基的固结灌浆固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度，减少地基的透水性。固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范畴内。灌浆孔呈梅花状或方格状布置，孔距、排距和孔深取决于坝高和基岩的构造状况。根据勘测成果，本设计岩层性质坚硬致密，仅岩石上层10-18米深度存在有裂缝和节理，不很严重，但须加以解

48、决。因此，在坝踵、坝址附近采用固结灌浆。灌浆孔布置呈梅花形。灌浆孔的深度一般58m，取8 m ；灌浆孔的孔距、孔径应根据地质条件并参照灌浆实验拟定，一般为34m，取3 m 。6.6坝基帷幕灌浆帷幕灌浆的目的是：减少坝底渗流压力，避免坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。防渗帷幕布置于接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，接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。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质状况拟定。本地基内的透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层进一步相对隔水层35m.为了避免坝基的渗流对大坝

49、的破坏，需对坝基进行帷幕灌浆，坝基及两 图6.3帷幕灌浆示意图岸帷幕灌浆孔排数均布置单排，间距2m，最大灌浆深度达25m。6.7坝基排水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，在坝基面处不适宜不不小于2m。排水孔幕一般略向下游倾斜，与帷幕成1015交角。排水孔孔距为23m，孔径约为150200mm，不适宜过小，以防堵塞。孔深一般为帷幕深度的0.40.6倍，高、中坝的排水孔深不适宜不不小于10m。6.8坝体分区坝体各部位的工作条件不同，对混凝土强度、抗渗、抗冻、坑冲涮、抗裂等性能的规定不同。为了节省与合理使用水泥，一般将坝体按不同部位和不同工作条

50、件分区，采用不同强度级别的混凝土。为了便于施工，坝体混凝土采用的强度级别种类应尽量减少，并与枢纽中其她建筑物的混凝土强度级别一致。同一浇筑块中的强度级别不得超过两种，相邻区的强度级别不得超过两级，以免引起应力集中或产生温度裂缝。分区宽度一般不不不小于23m，以便浇筑施工。在该坝中将碾压混凝土用于坝体内部，而在坝体上、下游面和接近基岩面浇筑23m厚的常态混凝土作为防渗层、保护层、和垫层，即所谓金包银式。6.9温度控制从总体上讲，用碾压混凝土筑坝有助于温度控制，但其水化热增温过程缓慢，高温持续时间长，加之坝体迅速升高，不设纵缝，不设冷却水管等，对温控又将产生不利的影响。为避免坝体产生温度裂缝，可以

51、采用如下措施：减少水泥用量，选用低热水泥，合理拟定混合材料的掺量；对原材料进行预冷却；用冰屑替代部分拌和水；根据工程的具体条件（季节、气温和工程量等）合理安排施工等。6.10闸门与启闭设备的选型6.10.1 闸门型式的选择 目前工程中应用比较广泛的有平面闸门和弧形闸门。 弧形闸门和平面直开闸门均为方案选择中优先考虑的门型，弧形闸门的优缺陷如下： 长处：可封闭相称大面积的孔口。 所需要高度和厚度较小。 没有影响水流流态的门槽。 所需启闭力较小。缺陷：需要较长的闸墩。 闸门所占空间位置较大。 不能提出孔以外进行检修维护，不能在孔口间互换。 闸门所承受总水压力集中于支座处，对土建构造不利。平面闸门是

52、使用广泛的一种门型，由于它能满足多种类型泄水孔道的需要，它的优缺陷如下： 长处：门叶可以移出出口便于检修闸门。 所占顺水流方向的空间尺寸较小。 门叶可以在孔口之间互换，故在孔数较多时，可兼做事故闸门和检修闸门。 对移动式启闭机的适应性较好。 闸门所占空间位置较小。缺陷：由于门槽的存在，特别是深孔平面闸门，会影响流道的平滑，容易引起空蚀破坏。 闸门启闭力较弧形闸门大，需用较大的启闭机。 对于露顶闸门，由于泄水时，闸门底部需高出最高水位，故工作桥排架较高。 结合本设计的具体状况，选用平面闸门作工作闸门。6.10.2 启闭设备的选择在本设计中，平面闸门采用固定式卷扬启闭机 ，由于固定式卷扬启闭机在启

53、闭和扬程方面有广阔的使用范畴，其重要靠自重、水柱或其他加重方式关闭孔口闸门和规定在短时间内所有启动的闸门，此外固定式卷扬启闭机可增设飞摆调速器装置，闭门速度快。因此，广泛应用于弧形闸门和平面闸门上。6.11坝顶构造坝顶构造涉及非溢流坝段坝顶构造和溢流坝段坝顶构造两部分。6.11.1 非溢流坝段坝顶构造坝顶公路总宽8m，两侧设立人行道，每侧宽为1米，人行道高出路面20cm；在公路桥上游和下游侧设立护栏和灯柱，以保护行人和行车的安全。护栏的高度为1.01.2米，取1.2m；坝顶路面设有3%的横向坡度，并设立相应的排水设施，以便排除路面雨水。路面排水与坝体排水连通，一部分水排入坝体内并通图 6.4

54、廊道示意图过坝体排水管排出，另一部分水通过排水管排向上游水库。如图6.4所示。6.11.2 溢流坝段坝顶构造根据运营规定溢流坝坝顶的布置，涉及交通桥、工作桥、便桥、闸门、闸墩、启闭机（见前溢流坝段设计），具体示意图见附录大坝剖面图。致 谢弹指一挥间，大学四年已经接近了尾声。四年的艰苦跋涉，近两个月的精心准备，毕业设计终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负。在设计过程中，我们得到了郑丹教师的精心指引，她对我的设计从拟定题目、修改直到完毕，予以了我许多的指点和协助。感谢她在繁忙的工作之余，挤出时间对设计提出精辟的修改意见。在此，要向郑教师致以最诚挚的谢意。我也要感谢河海学院所有教育过我的教师！你

55、们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完毕本设计的基本。同步，我还要感谢我的同窗们，人们在设计中互相协助，互相监督，体现出良好的团队精神。四年了，仿佛就在昨天。你们的开怀大笑、你们的精神鼓励、你们的给了我快乐和温馨的感觉，给了我永远无法忘掉的大学生活。我们在一起的日子，我会记一辈子的。能和你们相遇、相交、相知，是我人生的一大幸事，让我们永远记住曾在一起经历过的欢笑与泪水！让我们一起面对美好的将来，共同为布满但愿的前程而继续努力奋斗！四年的大学学习，我们究竟掌握了多少知识，我们能否将这些所学的知识用于实践，独立自主的做一份毕业设计就是一种最佳的检查，而这次的毕业设计对我们来说正是一种较好的

56、实践机会，也是给我的一种挑战自我的机会！在做毕业设计的过程中我觉得能较好的检查自己，并发挥自己的聪颖才智。我不久乐能在郑教师和小组同窗的指引和协助下以及自己的努力下把它完毕，它的完毕给了我极大的鼓励，相信这对我将来的学习和工作都会有很大的协助。最后我再次对所有关怀、协助我的人说一声“谢谢”。陈昌林-5-31参照文献1 防洪原则GB5020194S，北京：中国水利水电出版社，1994。2 水利水电工程级别划分及洪水原则SL252S，中国水利电力出版社。3 混凝土面板堆石坝设计规范SL22898S，中国水利水电出版社，1998。4 溢洪道设计规范SDJ253S，中国水利电力出版社。5 碾压混凝土坝

57、设计规范SL314 S， 中国水利电力出版社。6 混凝土重力坝设计规范SL319 S，中国水利电力出版社。7 水工建筑物荷载设计规范DL50771997 S，中国水利电力出版社。8 湖南省水利水电勘测设计院编，小型水利水电工程设计图集混凝土坝分册M，北京：中国水利水电出版社，1986。9 马善定等主编，水利水电工程专业毕业设计指南M，北京：中国水利水电 出版社，。10 叶守泽主编，水利水文计算M，武汉大学，中国水利水电出版社，1994。11 林继镛主编，水工建筑物M，北京：中国水利水电出版社，1996。12 袁光裕主编，水利工程施工M，北京：水利电力出版社，1996。13 沈曾源等合编，枢纽布置及坝型选择M，中国水利水电出版社,1981。14 郑守仁主编，水工手册水利水文泄水建筑物M，北京：水利水电出版社，1987。15 郑守仁主编，导流截流及围堰工程（上册）M，中国水利水电出版社。16 吴持恭主编，水力学M，高等教育出版社。 17 Aoki, M. The Nature of the Japanese Firms as a Nexus of Employment and FinancialJ. Journal of the Japanese and International Economics. 1989, 34(3):