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1、第一章 基本资料1、1工程概况及工程目的1、1、1地理概况县位于东径108、北纬30的温带地区，全县地域面积2167平方公里，人口百万，耕地面积九十万亩。全县属西北向东南倾斜的丘陵区，境内最高海拔1450米，最低海拔150米。县区内山地及深丘占74%，其余为分布于中南部的浅丘地。该县是以产粮为主的农业大县，主要产粮区分布于南部及中部浅丘区。1、1、2气象与水文全流域属亚热带湿润季风气候，具有冬暖、春早、夏热、秋雨、湿度大的特点，多年平均降雨量为1239mm，多年平均气温20左右，无霜期长，多年平均最大风速16m/s，最大风速28m/s，水库吹程1.5公里。流域内平均径流深约650mm，坝址河道
2、最小月平均流量0.11m3，河道纵坡16.89%，多年平均含沙量2kg/m3，淤沙干容重为13kn/m3，孔隙率0.4的摩擦角为18。1、1、3工程地质流域地质属侏罗系重庆绕上沙溪庙组砂岩。坝址区位于锣鼓峡背斜西翼，东距背斜约5公里，出露地层为砂岩，该砂岩为中粗粒结构，主要成份为石英，长石及少量云母，岩层走近南北，倾向西，倾角2235，为单斜地层，坝址区内未发现断层，但节理裂隙较发育，强透水带埋存较深，最大可达40米，一般为1530米。主要节理有三组，一组是走向东北，倾向东南，倾角6580；二组走向同一组，倾角约30；三组走向北西，倾向东，倾角30。坝址岩层风化较浅，岸坡24米，河床13米。基
3、岩极限抗压强度40700kpa，软化系数0.5，抗剪强度7200kpa，内摩擦角40。河谷地带多有第四系现代河流冲积层或崩坡积物，岸坡强风化带深度一般大于河床部。库区地质条件良好，未发现有滑坡及崩塌等不利地质现象，岸坡稳定，抗渗性较好。坝址区砂岩裸露，河床砂岩块石遍布，质量坚硬，储量丰富。1、1、4地形条件坝址区属丘陵地形，高程388445米，相对高差约67米，河谷岩层定向发育，河流平直，流向南西，流水常年不断，丰水期河面宽约1520米，河谷左岸坡度较缓，坡角30，右岸稍陡，坡角35,属较为宽浅的不对称梯形河谷。坝址左岸上游100米处有一小河沟，但两岸崩坡积物较厚，再往上游地势开阔为一场镇所在
4、地，下游150M处有一落差为2米的天然跌水，且也势开阔，河谷较宽。1、1、5工程目的拟在县中南部的西北方向兴建三合水库，该处地理位置高，便于自流灌溉中南部片；流域内雨量丰沛，水量充足，库区地形地质条件好；建筑材料丰富，劳动力充足。1、2设计基本资料1、2、1工程等级本水库总库容3700万m3。根据现行水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程为中型三等工程。枢纽主要建筑物挡水、泄水、取水建筑物为三级建筑物，施工导流建筑物为四级建筑物。1、2、2特征高程及库容水库校核洪水位425.10米，下游水位391.00米水库设计洪水位423.70米，下游水位390
5、.00米水库正常蓄水位420.50米，下游无水死水位399.50米淤沙高程397.00米河床高程388.00米校核下泄流量630设计下泄流量380总库容3700万方有效库容2500万方放水洞设计流量6放水洞最低正常工作水位406米放水洞进口底高程400米1、2、3有关计算参数砌体与地基之间的摩擦系数f=0.58砼与地基之间的摩擦系数f=0.60砼与基岩抗剪断fk=1.0ck=0.7mpa坝基岩石承载力fkk=20mpa砼容重r砼=241、2、4设计依据混凝土重力坝设计规范SL3192005水工建筑物荷载设计规范DL50771997浆砌石坝设计规范SL 2591水工隧洞设计规范SL2792002
6、水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000水利水电工程进水口设计规范DL 2852003水闸设计规范SL265-2001水工建筑物抗震设计规范SL20397第二章 枢纽布置2、1坝轴线选择坝址处河谷呈“U”型，两岸地形不很对称，左岸坡度较缓，坡角30，右岸稍陡，坡角35，河谷高程一般在388.00M389.50M之间，地势平缓，丰水期河面宽约15M20M。坝址区地层基本上为砂岩，该砂岩为中粗粒结构，主要成份为石英，长石及少量云母，岩层走近南北，倾向西，倾角2235，为单斜地层，坝址区内未发现断层，但节理裂隙较发育，强透水带埋存较深，最大可达40M，一般为15 M30M。主要节理有三组，一
7、组是走向东北，倾向东南，倾角6580；二组走向同一组，倾角约30；三组走向北西，倾向东，倾角30。岩层风化较浅，岸坡2M4M，河床1M3M。坝址区河谷形状在立面上呈梯形，在平面上呈“K”形，初选坝轴线在“K”字中央，此处河谷相对较窄，仅15 M左右，适宜筑坝，但左岸坡度较右岸坡度大，河谷呈不对称形状，在高程425.00M处，河谷宽度约为155M，在初选坝轴线下游50M也即“K”字下端处，河谷宽度略大，约为20M，但两岸山坡比较对称，在高程425.00M处，河谷宽度约为140M，此处筑坝工程量增加不多，但两岸岸坡对称，坝体受力均匀，是第二个坝轴线的选择之地。因此，本设计选择第二坝轴线为大坝位置。
8、图21 坝轴线示意图2、2坝型确定2、2、1坝型初选坝轴线处河床虽然较窄，但随高程的增高两岸便趋于平坦，整个河谷较宽，不适宜建造拱坝，因而首选时就排除拱坝。可以选择的坝型有重力坝、土石坝、面板堆石坝。坝型之一重力坝：优点：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；工程经验丰富，维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大，消耗水泥、石料较多；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。坝型之二土石坝：优点：就地取材，节约材料；能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工
9、作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小，工程量较大；坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；施工导流不方便；对坝的防渗要求较高；沉降问题存在。坝型之三面板堆石坝：优点：对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降，抗震性能好，施工不受气候限制；就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；机械化施工，可加速建坝，减小投资；可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流；结构简单。缺点：堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪，而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；施工中的导流问题难以解决。结合该处的地址条件简单而良好，河谷较为宽广，在经济和技术成熟的前提下，优选重力坝。2、2、2
10、重力坝坝型的进一步选择从坝型初选的比较中可看出重力坝构造简单，施工和设计的难度较小，且有大量的工程事例可供参考，经验丰富。而其他的坝型都有共同的缺点：施工复杂，设计难度大。重力坝有三种坝型进行比选，分别为：常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝，他们之间的比较列于下表：表21 重力坝各种坝型比较常态混凝土重力坝碾压混凝土重力坝浆砌石重力坝优点断面形状简单；机械化施工，混凝土浇注容易；工程经验丰富。工艺程序简单，工期短；水化热低，散热条件好；不设纵缝，便于大规模机械化施工。节省混凝土；不需要温控措施；施工技术易掌握；不设纵缝。缺点底部扬压力大；施工散热条件差。工程经验相对较少；坝体抗渗
11、性能低；施工强度大，对现场要求高易产生裂缝，质量不易控制。人工砌筑，质量不均匀；不易机械化施工；工期相对较长；要做防渗设备。本工程坝址区砂岩块石储量丰富，且强度均能满足砌体的基本要求，为施工方便，节约工程造价，综上所述，最后确定坝型为浆砌石重力坝。2、3枢纽组成建筑物及相互位置2、3、1挡水建筑物由2、2分析知，采用浆砌石重力坝。2、3、2泄水建筑物重力坝的泄水方式有多种，一般采用河岸溢洪道、开敞式溢流、孔口式溢流，分别将其特点和适用条件列于下表：表22 泄水方式比较方式特点适用条件河岸溢洪道其结构特点是地面开敞式。他具有超大的泄流能力；溢洪道检修方便，运行安全可靠；可充分利用地形，减少开挖量
12、。最好能布置在垭口等有利地形处，常和土石坝联合修建。本枢纽地处通长河谷，明显不适合。孔口式溢流在泄水坝段设置的一种水流通道。他作为水利枢纽的或渠首的重要组成部分，在水利枢纽中广泛应用。泄水隧洞按进口高低可分表孔和深孔。表孔的进口属于堰流，超泄流能力大，结构简单运行方便可靠。而深孔结构复杂，对闸门的要求高，在设计、施工和运行管理方面都有一些特殊的问题，必须妥善解决。深孔泄水隧洞总的来说施工工序多、速度慢、难度大、工作量大、场地狭小、工程投资较大。表孔常用于要求泄水量随水位增长而较快增长时，或需要排除表面污物时；深孔适用于要求调节水库水位或水库有放空要求时。他们一般常用在拱坝中，本枢纽不优先采用。
13、开敞式溢流通过坝身宣泄洪水的泄流建筑物。溢流坝结构上简单，检修方便；水流平顺；便于排除漂浮物，不易堵塞；超泄流潜力大；施工简单方便。但在开始泄流是流量较小，不能适时加大泄流量来降低水位。另外他不能满足排沙防空等要求；所以必须根据需要设置防空、排沙等设施。在重力坝枢纽中一般多用此种泄流方式。在枢纽中设置溢流坝段，可以很好的宣泄很大洪水流量；且较其他泄水方式较经济。由于本枢纽使用的是浆砌石重力坝，从经济和施工方面考虑，拟采用开敞式溢流的泄水方式来宣泄洪水。2、3、3取水建筑物取水建筑物是本工程功能实现的重要设备之一，由于取水流量较小，仅为6 M3/S，为方便起见采用坝身泄水孔，考虑到下游灌区在左岸
14、，取水建筑物也布置在左岸。据泄水孔中的水流的状态，可分为无压孔和有压孔，下面就对这两种方式进行比选：表23 有压孔和无压孔的比较 形式项目有压孔无压孔工程布置布置灵活，水平弯角不大即可，较优要求两侧顺直，以免涡流。易高速喷射，断面要求也高，流态不好。水流条件流速小，流态稳定，其他问题不大，断面要求也比无压洞小，较优。流速较高，流态复杂，水流掺气、空蚀、震动问题较多。结构条件需要断面全衬砌，要有一定埋深，当有外水压或者围堰抗力较大时经济无需衬砌与埋深，山岩压力小时，较为有利。闸门设置运行闸门分设两处，优缺点与无压相反，隧洞末端压力大，结构复杂工作和检修闸门都在进口，管理操作方便，但维修处理困难，
15、工程量与施工一般来讲有压洞的开挖、混凝土和钢筋量为少。在开挖立模浇筑等工序无压洞较优。由于本工程为浆砌石重力坝，相对于其他坝型坝身厚实，采用无压管可以提高泄流能力，而通过设计可以解决气蚀等问题，做到扬长避短。从目前国内外已建成和正在建设的工程来看，无压深孔选用较多，工程经验丰富，工程技术相对成熟。决定采用无压深孔。综上所述，使用无压深孔来作为取水建筑物的坝身泄水孔。2、3、4枢纽布置2、3、4、1枢纽布置的基本原则挡水建筑物通常布置成直线，使坝轴线最短，坝身体积最小；泄水建筑物，对于溢流坝，其前沿应正对上游来水主方向，以使坝前流速均匀分布，在其两端用边墩和导墙与非溢流坝段隔开；坝身泄水孔可布置
16、在非溢流坝段，也可布置在溢流坝段，设计时根据泄水孔的性质、性能、功能作相应调整；其它建筑物可根据需要来确定。2、3、4、2枢纽布置的方案比较选择根据上述基本原则，现拟订两个方案：表24 枢纽布置方案比较方案方案一（如图）方案二（如图）特点溢流坝居于中间，左岸布置泄水孔，右岸布置上坝公路。溢流坝居于中间，左岸布上坝公路，右岸布置泄水孔。优点已有主干公路在河道右岸，方便进厂公路的修建；右岸坝轴线下游地势平坦，便于布置功能区等设施；下游灌区在左岸，利于泄水孔的布置。坝顶高程处地势较缓，利于上坝公路施工，公路造价相对较小。缺点左岸地势较陡，取水建筑物工程施工难度大。需在水库下游建造一座公路桥，增加投资
17、。经过上面的比较，方案一明显优于方案二，确定选用方案一。图22 枢纽布置方案一图23 枢纽布置方案二第三章 主要建筑物设计3、1重力坝剖面设计重力坝剖面设计的主要原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝的安全；尽可能节省工程量，力求获得最小剖面尺寸，造价最低；结构合理，利于施工，方便维修；运行方便。已知本工程坝址区河谷高程为388.00M，坝址区岩层风化较浅，岸坡2M4M，河床1M3M，河床段坝基开挖深度平均取3.0M，则坝底高程Z基=388.003.00=385.00M，水库最高蓄水位于425.10M，则水位高度H=425.10385.00=40.10M。3、1、1重力坝基本剖面的拟定重力坝的基
18、本剖面是指坝体在承受自重、水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的的剖面。本工程主要对非溢流坝段剖面进行经济设计，非溢流坝段的基本断面为三角形，其顶点高程在上游校核洪水位处，根据以往工程经验，对基本三角形稍作变化，在上游面布置一个折坡，上部铅直下部向上游倾斜，折坡点高程一般在处（H为基本三角形的高度），也即在398.37M405.05M处，考虑到放水洞进口底高程为400.00M，拟定折坡点高程在400.00M，如图31。基本剖面有如下几个参数，m下游面坝坡，n上游面坝坡，采用抗剪强度公式计算稳定，材料力学公式计算坝踵应力，列出含有m、n未知数的坝基稳定方程式和应力
19、方程式，用数值法试算当上游坝坡n=0.05，0.1，0.15，0.2时相应的4个m值，再由4组值算得相应坝踵应力和基本剖面的面积A，计算过程可参阅设计计算书，通过比较，我们选择在坝体满足抗滑稳定的要求下，基本剖面积较小且坝踵应力为压应力的组合，最终确定m=0.75，n=0.15为坝体经济断面的基本参数。图31 重力坝基本剖面3、1、2非溢流坝实用剖面的拟定3、1、2、1坝顶高程的确定坝顶在库水位以上超高波浪高度；波浪中心线高出静水位高度；安全超高，根据坝的等级为三等可知；经过计算（见设计计算书1、2节），坝顶高程为425.56M，防浪墙顶高程为426.76M。3、1、2、2坝基面高程和最大坝高
20、的确定已知河谷高程为388.00M，坝址区岩层风化较浅，河床段在1M3M，取开挖的深度为3M，则坝底高程为385.00M，取大坝高40.56M。3、1、2、3坝顶宽度的确定在无特殊要求的前提下，坝坝顶宽度约为最大坝高的8%10%，一般不小于2M，本工程坝顶有交通要求，顶宽定为5M。3、1、2、4坝坡的确定重力坝上游坝坡n一般要求在00.2之间，下游坝坡m在0.60.8之间。同时在满足稳定和应力条件的情况下，取能使整个坝的工程量最小的n和m值。根据重力坝基本剖面的初拟计算结果（见设计计算书1、1），现确定：n=0.15 m=0.75。3、1、2、5上下游折坡点高程为尽量利用水重来提高抗滑稳定，在
21、满足应力的前提下，上游坝坡可适当放缓，同时也考虑取水口闸门拦污珊的操作便利，上游折坡点高度定在坝高的400.00M处。根据基本三角形理论，基本三角形的顶点应在上游校核水位处，由此确定下游折坡点高程为418.44M。3、1、2、6坝段长度的确定重力坝坝段长度一般为15M20M，坝址区基岩较好，取20M为一个坝段。3、1、3溢流坝剖面的拟定溢流坝剖面除了应满足强度、稳定和经济等要求外，还需考虑水流运动的要求。通常它是由基本三角形，即非溢流坝剖面修改而成，内部构造则不变，与非溢流坝剖面相同。溢流面由顶部曲线段、中部直线段和下部反弧段组成，上游边为直线或折线。溢流面的中间直线段一般可与非溢流坝下游面斜
22、率保持相同，上端与堰顶溢流曲线相切，下端与下游反弧段相切，其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水衔接。3、1、3、1溢流堰单宽流量的确定一般来说，单宽流量选择较小，不能满足水库的泄洪要求，选择太大，可以减小泄水前缘宽度，降低溢流坝、交通桥和工作桥的造价，但会增大下游的消能防冲负担，本工程坝址区地质为砂岩，质地坚硬，但有三组节理，且裂隙较发育，根据工程经验，初拟单宽流量3、1、3、2堰顶高程的确定设计洪水位423.70M，下游水位390.00M，相应的下泄流量，由溢流堰泄流能力计算公式反算出堰顶水头：式中：淹没系数，取1；侧收缩系数，取0.95；流量系数，取0.502；经过计算，堰顶水头M
23、，由设计洪水位减去堰上水头即得堰顶高程418.10M。3、1、3、3溢流面顶部曲线段设计顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状与锐缘堰泄流水舌下缘曲线相吻合，否则会导致泄流量减小或堰面产生负压，常用的有克-奥曲线和WES曲线。但最近的工程实例证明WES曲线比克-奥曲线瘦，宜与坝面连接，计算切点位置及放样均方便得多，与上游面可呈坡形连接，按定型水头设计此堰面曲线时，在不同水头下，可增加泄流量，因此混凝土重力坝设计规范SL2005推荐采用WES曲线，故拟定采用WES曲线。当上游面垂直时，WES曲线方程如下：式中 堰面曲线定型设计水头，可根据容许负压的大小按堰顶最大作用水头的75%95%计算； x，y
24、原点下游堰面曲线横、纵坐标； n与上游堰坡有关的指数，取n=1.850； k与上游堰坡有关的指数，取k=2.000。经计算确定该曲线方程为：上游堰头为三圆弧曲线，其形状如下图：图21 堰顶堰面曲线曲线中各参数值经计算，如下： 3、1、3、4中部直线段设计溢流坝的中部为直线段，要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。经过计算（详细见计算书3.2节）得切点位置为(9.69，6.99)，其坡度和非溢流坝保持一致，为1：0.75。3、1、3、5反弧段曲线设计结合挑流消能方式的设计，反弧段半径为：，鼻坎高程为：39
25、2.50M，挑射角度=25。3、2非溢流坝段的结构设计3、2、1荷载计算浆砌石重力坝的作用主要有坝体自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力、地震作用等。坝体自重：坝体自重应根据筑坝材料的重度确定，本工程经试验确定浆体的容重，计算坝体自重时，坝上设备的重量暂不计算，坝体泄水孔、廊道所对应的重量占总重量的比列很小，所以在应力及稳定计算时也不予考虑。静水压力：作用于坝面上的静水压力可按静水力学公式计算，当上游面倾斜时，单位宽度上的静水压力可公解为水平向压力和铅直向压力，计算时水的容重取。扬压力：本工程拟在坝踵附近设置防渗帷幕，并在其后设置排水孔幕，排水孔距离坝踵6.75M，此处的的扬压力折减系。浪
26、压力：本工程地处丘陵、平原地区，所以根据混凝土重力坝设计规范SL2005中的规定，采用鹤地水库公式计算波浪要素。淤沙压力：坝面的上游产生的水平淤沙压力可按公式：计算，式中是淤沙的浮容重等于，淤沙干容重，孔隙率n=0.4，淤沙内摩擦角。地震作用：本工程地震的设计烈度为70，可根据水工建筑物抗震设计规范DL50731997的方法计算地震惯性力和动震动水压力。3、2、2荷载组合浆砌石坝设计规范SL 2591规定，作用在浆砌石坝上的荷载，按其作用的情况分为基本荷载和特殊荷载。由设计计算书 算得各荷载值及其组合情况列表如下：表31 荷载组合表荷载组合主要考虑情况荷载（KN）附注自重静水压力扬压力淤沙压力
27、浪压力地震荷载基本组合正常蓄水位情况9644.84664.4388.16175.2165.4452.001112.4587.1880.6270.672.7设计洪水位情况9644.84664.4388.17338.7122.5165.4522.61584.21056.0557.3836.0270.672.7特殊组合校核洪水位情况9644.84664.4388.17879.2176.4165.4553.51901.01068.5563.9845.9270.615.72地震情况9644.84664.4388.17338.7122.5165.4522.61584.21056.0557.3836.027
28、0.672.7321.8185.612.42563.363、2、2抗滑稳定分析计算3、2、2、1抗滑稳定分析计算的原理和方法在任何可能出现的荷载组合的情况下，浆砌石重力坝都必须保持稳定。位于均匀坝基上的重力坝沿坝基失稳破坏一般有以下两种类型：坝沿抗剪能力不足而产生滑动，包括沿坝基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结构面产生深层滑动；坝可能伴随着在上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝趾以下出现岩石受压屈服区，两者逐渐开展，直至连通，坝体连同部分地基产生倾倒或滑移而破坏。抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。主要计算方法有两种
29、：抗剪断强度公式（K1）抗剪强度公式（K2），根据我国1991年颁布的浆砌石坝设计规范SL 2591中规定，本工程地质条件不错，坝体垫层混凝土与基岩接触良好，应按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数。抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数为：式中:抗剪断摩擦系数; 抗剪断凝聚力；KN/M2; A 滑动面面积, M2;U 作用于滑动面上的扬压力;P接触面以上的总水平力;W接触面以上的总铅直力;抗滑稳定安全系数不应小于浆砌石坝设计规范SL 2591表4.3.3中规定值。即如下表：表32 抗滑稳定安全系数安全系数荷载组合2、3级坝K1基本3.00特殊12.5022.303、2、2、2稳定分析计算计算
30、的详细过程见计算书2.2.1节，计算成果汇总列于如下表：表33 稳定安全系数表荷载组合主要考虑情况荷载（KN）安全系数自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力地震荷载计算值标准值基本组合正常蓄水位情况9644.84664.4388.16175.2165.4452.001155.9500.1750.2270.672.75.433.00设计洪水位情况9644.84664.4388.17338.7122.5165.4522.61584.21056557.3836270.672.74.363.00特殊组合校核洪水位情况9644.84664.4388.17879.2176.4165.4553.519011068
31、.5563.9845.9270.615.724.212.50地震情况9644.84664.4388.17338.7122.5165.4522.61584.21097.3474.7712.1270.672.7321.8185.612.42563.363.962.30可知上面设计的坝体满足抗滑稳定要求。3、2、3应力分析与强度计算3、2、3、1基本原理和方法强度和稳定是表征建筑物安全两个重要方面，而应力分析是校核强度和稳定的前提。浆砌石重力坝的应力分析是在坝体断面业已初步拟订的情况下进行的，其目的是为了判定坝体运用期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为研究与设计和施工有关的其他问题提供依
32、据。浆砌石坝设计规范SL 2591中规定：在各种荷载（地震荷载除外）组合下，分计入扬压力和不计入扬压力两种情况时，坝基面垂直正应力均应小于砌体容许压应力，计入扬压力情况时，坝基面最小垂直正应力应为压应力；坝体最大主压应力应小于砌体容许压应力，坝体内不得出现主拉应力；在地震情况下，坝基面的垂直正应力和坝体上游面的主应力的控制标准应符合水工建筑物抗震设计规范的规定。应力的分析计算方法很多，可归纳为理论计算和模型实验两大类。设计时一般使用理论计算的方法，理论的计算方法有材料力学法、弹性理论和弹塑性理论的方法。对于中等高度（6070m）以下的重力坝，一般只用材料力学计算方法即可，他计算方法简单，原理明
33、确，计算比较准确。3、2、3、2应力分析计算以坝基面为计算截面，在各种荷载（设计洪水位情况和校核洪水位情况）组合下，按不计入扬压力和计入扬压力两种前提，计算上游面和下游面两点的应力值。经过应力计算（计算过程见设计计算书1、3节）汇总计算结果列于表：表33 应力计算成果表前提位置上游面下游面组合不计入扬压力设计洪水位3416378340611422366927校核洪水位29614391294687449396994计入扬压力设计洪水位724637265568389341860校核洪水位465238538636433384960表中：，上、下游边缘正应力，Kpa；，上、下游边缘剪应力，Kpa；，上
34、、下游边缘水平正应力，Kpa；，上、下游边缘主应力，Kpa。从计算结果表中可知，在各种荷载组合下坝基面垂直正应力均小于砌体容许压应力20Mpa，坝基面最小垂直正应力均大于0，为压应力，符合浆砌石坝设计规范 2591的要求。该坝体的设计尺寸满足应力要求。3、3溢流坝挑流消能设计3、3、1消能方式的选择浆砌石重力坝的消能方式常见的有底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能四种，现列表作比较选择：表34 消能形式比较消能形式原理及特点适用情况底流消能基本原理是使水流产生临界水跃，通过表面漩滚消能；他常需要护坦、消力池等措施，对于基岩往往不够经济。 常用于水闸。挑流消能挑流消能，利用鼻坎将自溢流面下泄
35、的高速水流向空中抛射，使水流扩散并卷如大量的空气，然后落入下游河床水垫中。水流在同空气摩擦的过程中，消耗了约20%的能量。抛射到下游水垫后，形成强烈的旋滚区，冲刷河床形成冲坑，同时消耗掉大部分的能量。它一般适用于基岩上的水工建筑物，特别是高水头、大流量的泄水建筑物。面流消能原理是将高速水流挑至尾水面，在表层主流和河床之间形成逆流旋涡和跃波，通过旋涡和主流扩散而消能。水流在表面可减轻对坝下河床的冲刷，但可能水滚裹挟石块，磨损坝脚地基。它适用于下游尾水较深，流量变化范围小，水位变幅不大的情况，由于表层水流速很大，对下游的电站和航运有影响。消力戽消能它将鼻坎设置在水下，不形成自由水舌，水流在戽内产生
36、漩滚，经鼻坎将高速主流挑射至水流表面，消耗大量动能。它一般实用于尾水较深，变幅较小，无航运要求，且地基条件比较好的情况。由于该枢纽河床地质条件较好，且水头中等，所以拟采用挑流消能。3、3、2挑流消能设计挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床，与下游水流相衔接。挑流消能设计的内容是：选择合适的鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角度，使挑射水流形成的冲刷坑不会影响到坝体的安全。常用的鼻坎型式有连续式和差动式。连续式构造简单，射程远，水流平顺，一般不会产生空蚀，施工方便；差动式消能效果好，冲刷坑较小，但有空蚀问题存在，施工难度较连续式大。由于本枢纽
37、的地质条件较好，考虑到施工的方便，确定采用连续式鼻坎，同时也避免了空蚀的问题，但要保证冲坑不会危及到坝体的安全。连续式的挑流鼻坎的挑射角，根据我国的工程实践经验，以1535为宜，拟定采用25的挑射角。鼻坎反弧段半径R以812倍的hc为宜，hc为鼻坎上的水深，流速越大，倍数宜选用较大值。经过计算（见设计计算书第2、1节）反弧段半径为。鼻坎高程，为了保证挑流的效果，必须要求挑流要高于下游水面。一般情况下鼻坎高程以高于下游水位1 M2 M为宜。设计出来的鼻坎高程为392.64M，高出下游水位1.50M，满足要求。3、3、2挑流消能水力校核鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全，射流
38、形成的冲坑是否会延伸到鼻坎处以致于危及坝体安全，主要取决于最大冲坑深度tk与挑射距离L的比值，即L/ tk。当L/ tk2.5时，冲坑不会危及大坝和其它建筑物的安全。挑流消能的挑射距离与冲坑示意图分别在设计洪水位和校核洪水位两种工况下对挑流消能进行水力校核。如图所示，挑射距离可按下列公式估算：式中：水舌挑距；坎顶水面流速， 鼻坎挑射角，=25坎顶垂直方向水深，坎顶与河床间的高差，最大冲坑水垫厚度公式计算：式中：冲坑系数，由于该枢纽地基岩石较坚硬，取1.0单宽流量，设计洪水位时，校核洪水位时 上下游水位差。经过计算，校核洪水位情况时：，设计洪水位情况时：，均在允许的范围之内，冲坑不会危及大坝的安
39、全。第四章 材料及细部构造设计4、1石料与胶结材料的选择石料是浆砌石重力坝的主要建筑材料，要新鲜、完整。风化、半风化或有裂缝的石料不能用，容易风化、软化的岩石也不能用作坝体砌筑，一般要求石料的饱和极限抗压强度在40Mpa以上，也就是202020立方厘米的试件在饱和情况下作轴心抗压试验，其标号达到40Mpa以上。本工程坝址附近有较大储量的砂岩，采集方便，运输距离短，工程造价低，经试验各性能参数能达到规定的设计值，可以用作坝体砌筑材料。砌石体的胶结材料可以选用水泥砂浆或混凝土，由于坝址区石子、砂储量丰富，优先选择混凝土作为胶结材料，虽然混凝土的和易性比水泥砂浆差，且相对用量较大，但混凝土的砌体强度
40、比水泥砂浆的砌体强度要大，既便于机械化施工，提高功效，又能保证工程质量，而且还可以和混凝土防渗墙使用同一拌和、运输系统，简化施工现场的布置。根据坝体应力和稳定分析，拟采用C10的混凝土作为胶结材料。4、2坝顶和交通桥4、2、1非溢流坝顶构造坝顶高度应高出水库静水位，并考虑浪高和一定的超高；坝顶宽度应考虑实际的交通要求。在设计计算书第1、2节中已经计算确定坝顶高程425.56M，防浪墙顶高程426.76 M，坝顶宽度为5M，坝顶下游侧不设置防浪墙，仅设置不锈钢栏杆。坝顶路面应有适当的横向坡度，坡度2%，并设置相应的排水管，将水引至上游水库，引水管出口布置在正常蓄水位以下，以免污染坝面；坝顶两侧为
41、人行道，宜高出路面2030cm。坝顶的下游设置栏杆和照明设备，具体的布置如下图所示。 图41 非溢流坝段坝顶构造示意图4、2、2溢流坝顶构造溢流坝顶高程为了保证交通的通畅和非溢流坝保持一致。其宽度主要根据坝顶的构造而定。溢流坝顶主要的构造有交通桥、工作桥和检修桥。在可能的情况下，可以将工作桥和交通桥结合使用。上面所有的构造都通过T形梁支承在闸墩上，T形梁要求能够承载上面所有的荷载。两侧同非溢流坝相同的布置栏杆及照明设施。4、3坝体分缝与止水4、3、1 坝体分缝的目的为了满足施工要求（如混凝土防渗面板浇注能力与施工期间的温度控制等）以及为防止在坝在运行期间由于温度变化或地基的不均匀沉降等导致坝体
42、出现裂缝，应在坝体内分缝。根据分缝的布置形式可分为横缝和纵缝，由于浆砌石坝水泥用量少，施工时分层砌筑，散热条件好，所以坝体不设纵缝，仅在溢流坝段设必要的纵缝。4、3、2 坝体分缝及止水设计横缝有永久缝和临时缝两种，临时缝一般在坝基条件不好的情况下，为了提高坝体的整体性而设置的。本枢纽坝基条件良好，无须设临时缝。永久缝是为了防止出现由于不均匀沉降或温度变化而出现裂缝而设置的。横缝是垂直于坝轴线设置的，将坝体分为若干段，横缝间距一般为1220米，本枢纽在各坝段间均设置横缝，缝距20M。横缝内设置两道止水带，上游面从基岩下50CM开始布置到防浪墙顶，下游面从基岩下30CM布置到高程391.50 M，
43、第一道止水采用紫铜片为材料，厚度1.01.5MM，距离上游坝面0.60M左右，伸入混凝土中的长度为20CM，第二道止水采用橡胶止水带，紧贴止水铜片布置，具体尺寸参见图42所示： 图42 止水示意图由于溢流坝在坝基反弧段附出现拉应力和较大的剪应力，需在此设置永久纵缝，以减小拉应力和剪应力。纵缝设置在基本三角形的顶点处，即如图43所示的位置。由于在反弧段，有下泄水流，需在此设置止水。止水设置参见上面横缝的止水设置。纵缝面应设水平方向键槽，因为键槽承受压力和剪力，所以键槽所用块石应有足够的强度，以免被破坏。一般纵缝键槽为斜三角形，上斜面和第一主应力正交，下斜面和第二主应力正交，形式如图43所示。图42 纵缝示意图4、4坝体廊道系统浆砌石重力坝为了灌浆、排水、观测、检查及交通要求，必须在坝体内设置各种廊道，廊道有灌浆廊道和检查排水廊道。帷幕灌浆常在坝体砌筑到一定高程后开始进行，以便用砌体的压重来提高灌浆压力，保证灌浆质量，并加强坝基接触面上的抗渗和抗剪能力。因此，常需在坝内靠近上游坝踵处设置一个专门的基础灌浆廊道。其上游距坝面0.050.1倍的水头，且不小于3M，也不宜距坝踵过远，以免降低减小扬压力的作用。灌浆廊道的断面一般采用上圆下方的城门洞的型式，宽度约为1.2 M2.5 M。高度为2.2 M3 M，以满足钻
