混凝土重力坝设计说明书学生：宋文海指导老师：张萍三峡大学水利与环境学院1. 工程等级、建筑物级别及防洪标准确定1.1工程等级确定根据工程基本资料和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000（表1—1），确定：1)根据水库总库容1.042亿m³和供水保证率为95%判定，工程属于Ⅱ等工程，大（2）型规模；2)根据电站装机1.5万KW判定，工程属于Ⅳ等工程，小（1）型规模；3)根据水库设计灌溉面积24.28万亩，工程属于Ⅲ等工程，中型规模。

综合以上数据，确定水利枢纽工程为Ⅱ等工程，大（2）型规模。

表1-1 水利水电工程分等指标注: ①水库总库容指水库最高水位以下的静库容；②治涝面积和灌溉面积均指设计面积。

1.2 建筑物级别确定表 1-2 水工建筑物级别根据工程基本资料和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000（表1—2），确定：鲤鱼塘水库水工建筑物级别1.3 工程洪水标准确定根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规定：表1-3山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]表1-4临时性水工建筑物洪水标准[重现期（年）根据表1—3、表1—4确定，有：鲤鱼塘水库工程的洪水标准所以，永久性水工建筑物的洪水标准：正常运用情况下为500年一遇（%2.0=P ）,非常运用情况下为2000年一遇（%05.0=P ）；临时性建筑物的洪水标准：5年一遇（%20=P ）。

2坝线、坝型比选2.1坝型坝轴线的初步选择从小黑滩到牛背脊共勘探了4条坝线，它们分别是I 线、II 线、III 线和IV 线，综合分析各项工程地质条件，以I 、II 线为优，结合考虑水工建筑物布置及工程量等方面的因素，本阶段选择I 坝线布置混凝土重力坝方案，II 坝线布置混凝土面板堆石坝方案进行比较。

1）地形地质条件：本坝址河谷较狭窄，为不对称的“V ”型横向河谷，河段较顺直，便于建筑物的布置，两岸山体完整、雄厚，左岸边坡高陡，右岸地形稍缓地形上适宜修建重力坝。

从工程地质条件来看，坝址以砂岩、粉砂岩及泥质岩、夹页岩为主，岩性相对较弱，两岸弱风化较深，若布置成面板堆石坝，岸边溢洪道开挖量大，堆石填筑量大，施工强度高，且场地狭小，施工道路布置困难，从地形地质条件看，本坝址宜修建混凝土重力坝。

2)工程布置：两个坝型方案布置都比较简单，引水隧洞、厂房与大坝分开布置，坝范围仅考虑挡水和泄洪，大坝下游消能影响区域内无重要设施和居民，故考虑坝体安全，两个方案均采用较简便的挑流消能方式。

但混凝土重力坝布置相对较紧凑，管理运行方便。

3) 施工条件：施工材料：坝区内石料的储量丰富，有工程需要的土料，但天然砂砾料较缺乏，水泥、粉煤灰需从外地购入，运距远、单价高。

施工导流：两种坝型方案施工导流标准相同，导流方式均为一次性拦断隧洞导流。

面板坝导流洞断面较小，但渡汛防护费用高，后期导流困难，而混凝土导流洞断面虽大，但后期可预留缺口易于解决。

导流费用面板坝略大。

弃渣场地：混凝土重力坝方案首部枢纽土石开挖41.04万m 3，混凝土面板堆石坝方案首部枢纽土石开挖123.26万m 3（含排沙放空洞），其中利用料约27%。

扣除利用料后，面板坝方案弃渣量约为重力坝方案的两倍，鲤鱼塘水库工程坝址附近地形狭窄，只能采取分散多处弃渣的方式解决。

因此，面板坝方案弃渣场地布置难度相对较大。

综上所述，两种坝型比较，宜采用I 坝线、混凝土重力坝方案。

3、调洪计算泄水建筑物尺寸：采用3个泄水孔，每个泄水孔尺寸为单宽为9m 堰型为实用堰2302H g m nb q ε=式中 q —通过溢流孔口的下泄流量，s m /3； n —溢流孔孔口数；b —溢流孔单孔净宽，ε—侧收缩系数，m —流量系数，g —取kg N g /81.9=；0H —堰顶水头，m 。

3.1调洪计算结果经过综合分析和比较，确定该水利枢纽工程的泄洪方式采用表孔溢流堰泄洪，表孔选择两孔，尺寸为8×11m(孔宽×高)，堰顶高程▽=441（m ）。

计算过程见计算书。

设计洪水位时：设Z m 641.450=，m ax q s m /59.9513=。

校核洪水位时：校Z m 258.452=，m ax q s m /45.12663=4、非溢流坝段设计 4.1非溢流坝段剖面设计4.1.1基本资料由工程水文资料中的，坝址水位—流量关系曲线查出：设计洪水位时：m Z 641.450=设，m H 76.362=下 校核洪水位时：m Z 258.452=校，m H 53.363=下4.1.2基本剖面的拟定图 4-1-2 重力坝基本剖面图设计洪水位设Z =450.641m ，坝底部高程Z=350m 。

根据工程经验，一般上游坡2.0~0=n ，下游坡8.0~6.0=m ，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。

该工程取，坝底宽度m B 38.81105775.0=⨯=，上游坝坡率0=n ，折坡率15.0=n ，下游坡率7.0=m 。

4.1.3实用剖面的确定（1）坝顶宽度坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及设施的需要。

非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8%～10%，并不小于2m 。

如作交通要道或有启闭机设施时，应根据实际情况确定。

经过分析选取该水利枢纽工程的坝顶宽度45.91059.0=⨯=顶B m ，实际工程可取9.5m（2）坝顶高程坝顶或坝顶上游防浪墙顶高程应超出水库静水面的高度按下式计算：c z h h h h ++=∆%1式中 %5h ——为累计频率为5%时的波浪高度（m ），可按官厅水库公式计算：h 45f v =0.0166450v D 31（m ）；（这里取0v =20.25m/s ,吹程取D=0.9km ）z h ——波浪高出静水面的高度（m ），按下式LHLh z cth h l ππ22=（m ）其中8.0)(4.10l h L⨯=c h ——取决于坝的级别和计算情况的安全超高，查表4—3。

表4—1 安全超高 c h （m ）坝顶高程（或坝顶防浪墙顶高程）按下式计算，并选用其中的较大值。

（ 式中，设h ∆和校h ∆分别按式（4—1）的要求考虑。

对于1、2级的坝，如果按照⎪⎩⎪⎨⎧∆+=∆+=校设校核洪水位坝顶高程设计洪水位坝顶高程h h可能最大洪水校核时，坝顶高程不得低于相应静水位，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。

该工程的防浪墙高度一般取 1.2m ，应与坝体在结构上连成整体，墙身应有足够的厚度，以抵挡波浪及漂浮物的冲击。

坝顶高程计算过程见计算书，最终取坝顶高程m 3.445=∇坝顶，并取防浪墙高度1.2m ，则坝顶部高程为： m 4.6452.13.445=+=∇防浪墙顶最大坝高为：454.6-350=104.6m 。

4.2非溢流坝段实体重力坝剖面形态理论分析与工程实践证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3～2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定性；上游坝坡系数常采用n=0～0.2，下游坝坡系数常采用m=0.6～0.8,坝顶宽度取坝高的9%，故顶宽为9.5m 。

4.3荷载分析作用在重力坝的荷载主要有：坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震压力及冰压力等。

设计重力坝时应根据具体的运用条件确定各种荷载的数值，并选择不同的荷载组合，用以验算坝体的稳定和强度。

具体计算过程见计算书。

4.2.1 荷载的计算1.坝体自重坝体自重是维持大坝稳定的主要荷载，其数值可根据坝的体积V 和材料容重c γ计算确定cV W γ= （4—1）本工程采用常态混凝土筑坝，取容重3/24m KN c =γ。

2.坝面上的静水压力可按水力学原理计算，坝面上任一点静水压强y P 0γ=。

式中，0γ为水的容重，y 为该点距水面的深度，将P 沿坝面积分后，即可求出作用在坝面上的静水压力的合力。

当坝面为倾斜时，为计算简便，常将水压力分解为水平水压力和垂直水压力两部分进行计算。

210211H P γ= 式中 1H —坝前水深（m ）=100.6m n —上游坝坡系数；0γ—水容重，取kg N /81.90=γ。

下游水深H2=12.76m3.扬压力（1）坝基面扬压力图 4-2-2 有防渗排水时坝底扬压力分布图对于坝基设有防渗帷幕和排水孔的实体重力坝，扬压力可按图（4—2）计算，在坝踵的扬压力强度为10H γ，在排水孔中心线上的扬压力强度为H H 020αγγ+下游坝址扬压力强度为20H γ，其间均以直线连接，形成折线形扬压力分布。

上式中的α为扬压力折减系数，可根据坝基地质及防渗、排水等具体情况拟定。

我国重力坝设计规范建议：河床坝段3.0~2.0=α；岸坡坝段4.0~3.0=α。

本工程去25.0=α。

H 11:mH =(H 1-H 2)H 2ba H 2Hd cH H 1e4.浪压力由于影响波浪的因素很多，目前主要根据风速和吹程结合水库所在位置 的地形，采用已建水库长期观测资料所建立的经验公式进行计算。

对于库缘地势高峻的山区水库，风速风速f v <20m/s ，水库吹程1～13km 的情况，可按官厅水库公式计算：31450166.0Dv h f l =8.0)(4.10l h L⨯=上两中，f v 为计算风速，设计情况宜采用洪水期多年平均最大风速的 1.5倍；校核情况宜采用洪水期多年平均最大风速。

库面吹程)(km D 系指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库形状确定，本工程中为已知0.9 Km 。

由于空气的阻力比水的阻力小，波峰在静水面以上的高度大于波谷在静水位以下的深度，所以平均波浪中心线高出静水面0h ，其值可按下式计算L HLh zcth h l ππ22=（4—6）本工程属于深水波，浪压力便可按下式p l =γLm 4(h 1%+h z )5.泥沙压力淤积计限可取为50～100年，对于多沙河流应专门研究决定。

本工程在设计工况下取50年淤沙高程，校核工况下取100年淤沙高程。

要准确计算泥沙压力是比较困难的，一般可参照经验数据，按土压力公式计算)45(tan 22221n n n n h P ϕγ-= （4—8）式中 n P —泥沙对上游坝面的总水平压力； n γ—泥沙的浮容重；= 1.2g/cm3 n h —泥沙的淤积高度；=30.94mn ϕ—泥沙的内摩擦角，对于淤积时间较长的粗颗粒泥沙，可取30~26=n ϕ；对于较细的粘土质泥沙，可取；对于极细的泥沙、粘土和胶质颗粒，可取0=n ϕ。

这里取 30=n ϕ当上游坝面倾斜时，除计算水平向泥沙压力外，尚应计算铅直向泥沙压力，即淤沙重。

6.土压力坝基开挖后，一般还要进行回填，但由于方量较少，压力小。

所以本工程中，不计算土压力。