金山峡挡泄水建筑物设计-学位论文.doc

兰州交通大学博文学院

毕
业
设
计

题 目： 金山峡挡泄水建筑物设计
学 院： 兰州交通大学博文学院
专 业： 水利水电
班 级： 11级水利水电2班
姓 名： 张童
指导教师： 魏永健
目 录
1 金山峡水利枢纽基本资料 1
1.1 工程设计基本资料 １
1.1.1流域概况 １
1.1.2气象、水文 １
1.1.3泥沙 1
1.1.4工程地质资料 1
1.3.5动能指标 3
2 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较 3
2.1 坝轴线的选择 3
2.2 坝型选择 4
2.2.1综述 4
2.2.2坝型选择方案 4
2.3 枢纽布置方案 6
2.3.1综述 6
2.3.2枢纽布置应遵循以下原则 6
2.3.3各类建筑物枢纽布置的要求 7
3 坝工设计 8
3.1 坝工设计综述 8
3.2 挡水坝剖面设计 9
3.2.1挡水坝剖面初步拟定 9
3.2.2坝基高程设计 10
3.2.3坝高拟定 10
3.2.4剖面尺寸拟定 13
3.2.5坝顶宽度拟定 13
3.2.6基础灌浆廊道尺寸拟定 13
3.2.7坝基防渗和排水设计 14
3.3 挡水坝稳定计算 14
3.3.1 荷载计算及其组合 14
3.3.2稳定分析 18
3.4 溢流坝及冲沙闸剖面拟定 20
3.4.1 孔口设计 20
3.4.2堰顶高程的确定 20
3.4.3闸门高度的确定 20
3.4.4溢流坝剖面设计 21
3.4.5冲沙闸尺寸设计 22
3.5 溢流坝稳定及应力计算 22
3.5.1荷载计算 22
3.5.2 削能防冲设计 24
3.5.3闸门的设置 28

4 细部构造设计 29
4.1 坝顶构造 29
4.2 分缝止水 29
4.2.1分缝的作用 29
4.2.2缝间距 29
4.2.3止水设计 30
4.3 排水 30
4.3.1坝体排水 30
4.3.2基础排水 30
4.4 廊道系统 30
4.4.1基础灌浆廊道 31
4.4.2检查及坝体排水廊道 31
4.4.3其他廊道 31
5 地基处理 31
5.1 清基开挖 31
5.1.1开挖设计原则 31
5.1.2开挖设计 32
5.1.3处理措施 32
5.2 防渗措施 32
5.2.1帷幕灌浆目的 32
5.2.2帷幕灌浆范围 32
5.2.3帷幕灌浆设计 33
参考文献 34
致 谢 35

兰州交通大学博文学院毕业设计
1 金山峡水利枢纽基本资料
1.1 工程设计基本资料
1.1.1 流域概况
金沙峡水电站位于黄河二级支流大通河干流中游的甘青交界段（河流左岸为甘肃省天祝藏族自治县，右岸为青海省互助土族自治县），拟定开发的河段位于大通河金沙峡至羊脖子弯段，由于受地形、公路、淹没等条件限制，水电站采用低坝径流引水式开发。金山峡水电站工程为低坝引水径流式电站,装机容量为70MW,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定,本工程属Ⅲ等工程,主要建筑物按3级设计，次要建筑物及临时性建筑物为5级。设计水头72.5m，设计引用流量116m3/s，装机容量3×20 Mw +10 Mw =70Mw。

1.1.2 气象、水文
历年各月极端最高气温 30°C
历年各月极端最低气温-28°C
多年平均气温3°C
多年平均最大风速21m/s
最大冻土深度1.48m
多年平均流量81.7m3/s.
1.1. 3 泥沙
多年平均悬移质输沙率63.1 kg/s
多年平均含沙量0.76kg/m3
多年平均悬移质输沙量199万t

1.1.4 工程地质资料
（2） 工程区地震动峰值加速度为0.20g，地震设防烈度Ⅶ度

０

1.1.4.1 坝址工程地质
推荐坝址位于上游，河道顺直，河床狭窄，河水面宽约60～65m，河谷宽约90～100m。左岸陡峻，坡度约78°，右岸为Ⅱ级阶地，Ⅱ级阶地阶面高出河水位约16.0m，阶面宽约135～145m，河谷呈不对称“U”型谷。据坝线处物探测试结果，河床覆盖层厚22～23m。坝址地层岩性从老至新为前震旦系马啣山群花岗片麻岩和冲洪积、崩坡积、坡洪积等不同成因的松散堆积物。
河床覆盖层岩性为含漂石砂卵石层，粒径最大约80～100cm，一般约15～20cm，分选性较差，结构松散，渗透性及富水性较好，其渗透系数为20～25m/d，允许渗透坡降为0.125。(al–plQ34)含漂石砂卵石层的允许承载力0.35～0.4MPa，变形模量50～60MPa，建议开挖边坡采用1:1.25～1:1.5。

1.1.4.2 引水线路工程地质
线路经过地段地形较为完整，植被茂盛，无大的冲沟切割，但局部地段存在岸坡岩土体的浅部滑移和垮塌现象。
线路区的地下水为第四系松散堆积物孔隙水，受大气降水补给，向河床排泄。沿线地下水埋藏较浅，对普通混凝土无腐蚀性。
压力管道所经地貌单元主要为沟谷内侧山坡坡脚、河漫滩。各镇支墩地基主要为崩坡积块碎石夹粉质壤土，这些土体地面以下3m中等密实，承载力和变形指标可满足设计要求，但存在侧向边坡稳定和地下水丰富等问题，建议施工过程中加强基坑临时支护和排水措施，另外，为避免岸坡岩土体崩塌掉块危及管道安全，建议采用埋管处理，管顶埋深大于2m。
1.1.4.3 厂址区工程地质
厂址区河段左岸岸坡地形坡度为20～30°，后缘为山坡整体稳定性较好。区内地面高程2696～2725m，未见基岩出露，主要由洪冲积与崩坡积组成，其中洪冲积厚50～65m，为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、漂石，砂砾(卵)石成份主要为灰岩、玄武岩，砾径一般1～3cm，含量40～50%，漂石直径0.4～0.8m，局部孤块石直径1.2～3.5m，含量5～10%，该层除表部4～5m结构较松散，以下中等密实。崩坡积(Qcol-dl)厚35～50m，为块碎石夹粉质壤土。下伏基岩为二迭系下统第3段(P13)浅灰～灰色含泥砂质结晶灰岩、结晶灰岩夹蚀变玄武岩、炭硅质板岩，和第4段(P14)中～厚层结晶灰岩、生物碎屑灰岩夹炭质板岩。
1.3.5 动能指标
正常蓄水位： 2166.9m；
电站装机容量（台数×单机容量） 3×20＋1×10MW
发电引用流量 1.92m3/s
最大水头 84.2m
最小水头 69.9m
额定水头 72.5m
保证出力(有调节) 7.9MW
年利用小时数 4044h
2 坝轴线、坝型选择和枢纽布置方案比较
2.1 坝轴线的选择
坝址和轴线的选择是根据地形、地质、河流走势等条件综合考虑决定的。就地形而言，坝址一般以选在狭窄河谷处，节省工程量；但对于一个具体的枢纽来说，必须从各个方面综合考虑：是否便于布置泄洪、发电建筑物，是否便于施工导流，技术可行，经济合理等综合衡量。坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型的选择和枢纽的布置起着决定性作用。坝址最好的地质条件是强度高、透水性小、不易风化、没有构造缺陷的岩基。但理想的天然地基很少，因而在选择坝址时应从实际出发，针对不同的情况采取不同的地基处理方式，来满足工程需要。亦可通过选择不同的坝型或将坝轴线转折以适应地质条件，同时应考虑两岸的地质因素，使库区及两岸边坡有足够的稳定性，以防止因蓄水而引起的滑坡现象。就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址上、下游河流如有急湾最不利 ，应予避免；枢纽两岸坝肩的山体要较雄厚，并尽可能离上下游两岸的冲沟远一些；水库周缘应没有难处理的缺口。
通过对金山峡水电站坝址区域基本地质、地形等资料的研究和分析，确定要选择合理的坝轴线：
推荐坝址地处上游，河道顺直，河床狭窄，河水面宽约60～65m，河谷宽约90～100m。左岸陡峻，坡度约78°，右岸为Ⅱ级阶地，Ⅱ级阶地阶面高出河水位约16.0m，阶面宽约135～145m，河谷呈不对称“U”型谷。据坝线处物探测试结果，河床覆盖层厚22～23m。坝址区均为第四系洪冲积层与崩坡积层覆盖，其中洪冲积层厚50～55m，为中粗砂砾(卵)石夹孤块石、漂石，中粗砂砾(卵)石成份主要为灰岩、玄武岩，砾径一般1～3cm，含量40～50%，漂石直径0.4～0.8m，局部孤块石直径1.2～3.5m，含量5～10%，该层除表部4～5m结构较松散，以下中等密实。
坝址区附近植被茂盛，无冲沟切割，地形完整，坡体稳定，无崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用存在。
2.2 坝型选择
2.2.1 综述
坝型选择应根据当地地质、地形条件，施工条件，建筑材料，综合效益，宣泄洪水能力，以及抗震性等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术比较，选取既满足工程要求，又比较经济的坝型，经济比较只要求对坝体的砼方量及三材用量作粗略的计算和比较。
以下分别就各种坝型进行比较分析。
2.2.2 坝型选择方案
2.2.2.1 土石坝
土石坝又称当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为：均质坝、心（斜）墙坝、土石混合（堆石坝）坝等。
（1）可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量，几乎任何土石料均可筑坝。
（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。
（3）大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝的发展。
（4）由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
（5）土石坝适应地基变形，施工方便，而且我国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼坝相比，其造价为砼坝的1/10，工程量为砼坝的4倍，由此可见土石坝经济性优于砼坝。

2.2.2.2 混凝土坝
如果选择砼坝应考虑采用拱坝、支墩坝还是重力坝，
1、拱坝优缺点
优点：拱坝是高次超净定空间整体结构，坝体的稳定性主要依靠两岸拱端山体反力作用来维持，并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分布较均匀，有利于发挥材料的强度，从而坝体厚度可以减薄，节省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省1/3～2/3，从经济意义上讲，拱坝是一种很优越的坝型。且较好的超载能力可达设计荷载的5～11倍，具有很强的抗震能力。
缺点：建筑拱坝要求拱坝地形应是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直，不适宜建拱坝。
综合上述，本坝址处不适宜建混凝土拱坝。
2、重力坝
重力坝坝身可以过水，对地形地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，可以大型机械化施工，施工速度快，故本枢纽选择重力坝坝型。
重力坝又分为宽缝重力坝、空腹重力坝、实体重力坝。需对三种坝型进行比较做出结论：
（1）宽缝重力坝优缺点：
宽缝重力坝，坝体设置宽缝后，坝基的渗透水可自宽缝排出，减小了渗透压力，但宽缝坝增加了模板用量，立模也较复杂，分期导流不便，而且由资料可知当地气温低、冬季长，无霜期较短，冰冻期较长，对宽缝坝需要采取保温措施，工程造价大大增加且不能大型机械化施工，工期较长，因此不宜选用宽缝重力坝。
（2）空腹重力坝优缺点：
空腹坝与实体坝相比具有以下优点：
1）由于空腹下部设底板，减小了坝底面上的扬压力，可节省坝体砼方量20%左右；
2）减小了坝基开挖量；
3）坝体前后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的抗滑稳定；
4）前后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大；
5）便于砼散热；
6）坝体施工可不设纵缝；
7）便于监测和维修；
8）空腹内可以布置水电站厂房。
缺点有：
1）施工复杂；
2）钢、用量大；
3）如在空腹内布置水电站厂房，施工干扰大，基于以上缺点，将难以进行大型机械化施工，不能实现机械化程度较高的快速施工，选此坝型不够经济合理。因此不适宜建空腹重力坝。
（3）结论
实体重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，可以大型机械化施工，施工方便且速度快，结构作用明确，适合建高坝。基于以上各种坝型的比较分析，本水库采用砼重力坝较为合理。
2.3 枢纽布置方案
首先根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成，然后根据地质、地形等条件，拟定二到三个枢纽布置方案，并画出草图，通过定性分析确定较合理的枢纽方案。水利枢纽布置的任务是合理地确定枢纽中各组成建筑物之间的相互位置。
2.3.1 综述
根据河流规划拟在青海省一河流上修建一座水电站，本设计任务是进行水利枢纽及电站进行设计，水库建成后，可建装机容量约为装机容量4MW的水电站。包括溢流坝段、挡水坝段；挡水坝段在河的两岸，溢流坝段的位置在中部。
因干流水量年内分配很不均匀，汛期主要集中在六到九月份，所以枢纽设计应具有年调节能力，能将丰水期水量调到枯水期运用。建坝拦河蓄水并引水至下游发电所形成的水头，满足电站要求，结合引水发电充分利用水头提高工程效益，由四台发电机组发电，并用四条引水管引水。与电站配合运行的还有开关站、尾水渠等建筑物。
根据枢纽功能需要，工程具有挡水坝段、溢流坝段等建筑物。
枢纽布置主要应考虑：溢流坝段，挡水坝段的布置。
2.3.2 枢纽布置应遵循以下原则
1、坝址、坝段及其他主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低。
　　2、枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，各建筑物之间能协调、无干扰地工作，保证其他任何工作条件下都能正常工作，满足枢纽运用管理的要求。
　　3、在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用。
　　4、枢纽中各建筑物紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。
　　5、尽可能使枢纽中的部分建筑早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或灌溉）。
　　6、枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。
2.3.3 各类建筑物枢纽布置的要求
1、挡水坝
拦截水流，形成水库，将其布置在河岸的两边。通常布置成直线，这样坝轴线较短，坝身体积小，对建筑物的受力状态有利，并便于与相邻建筑物的联结。
2、溢流坝
溢流坝起泄洪作用，前缘应正对上游来水的河流主流方向，下游出口方向最好与主河槽水流方向一致。溢流坝应坐落在坚硬结实的岩基上，减少下泄水流对其建筑物的影响，以解决下游消能防冲问题。为减少下泄水流对其它建筑物的影响，有时常在溢流坝和这些建筑物之间布置导墙。
3、冲沙闸
冲沙闸建在多泥沙的河流上，用于排除进水闸及节制闸前沉积的泥沙，减少引水水流的泥沙量，防止渠道和闸前河道淤积。冲沙闸常建在水闸的一侧的河道上，设置在进水闸旁边。本设计取闸净宽1.5m，边墩0.5m。
4.进水口
工程上常将开敞式进水口布置在河道主流比较集中，河床稳定，河岸坚固的河段上，防止因主流左右摆动影响取水，进水口中心线与河道交角30°～45°。
从防沙考虑，将进水口设在河道凹岸。这样布置可以利用河湾处的横向环流，使进水口引进表层较清的水，而底沙则由底流带向突岸。在选择进水口时，还应避开上游有浅滩、急滩的地点，因为它们容易搅浑底沙和形成冰凌。

图2-1枢纽布置图
3 坝工设计
3.1 坝工设计综述
剖面设计是重力坝设计的重要环节，主要任务是选择一个既要满足稳定和强度的要求，又使得坝体工程量最小，外形轮廓简单，施工方便，运行可靠的剖面，影响剖面设计的因素很多，如荷载、地形、地质、运用要求、筑坝材料、施工条件等。本次设计首先考虑坝体的主要荷载，按照安全和经济的要求拟定基本剖面，然后根据剖面的设计原则，进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算，校核坝体强度和抗滑稳定性能，反复修改，最后确定经济合理的坝体剖面。
重力坝剖面的设计原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小；③运用方便；④便于施工。
重力坝剖面设计包括的主要工作有：
（1）拟定剖面尺寸 参照已建成的条件相近的工程，检验和设计工程的坝体要求，或通过简化计算初步拟定剖面尺寸。
（2）稳定分析 在持久状况和偶然状况下进行承载能力极限状态稳定计算，保证坝体不至沿坝基面或地基中的软弱结构面产生滑动。
（3）应力分析 使坝体应力在承载能力和正常使用极限状态下满足设计要求，保证坝体和地基不产生强度破坏。
（4）确定设计剖面 在满足设计原则条件下的经济剖面确定为设计剖面。
（5）构造设计 根据施工和运用要求确定坝体的构造，如廊道系统、排水系统、分缝、止水等。
（6）地基处理 包括地基防渗、排水、断层破碎带的处理等。
《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）就坝体断面设计的原则作了如下规定：“混凝土重力坝一般以材料力学和刚体极限平衡计算成果作为确定坝段面的依据。”一般采用数学规划和优化设计方法求得最优剖面。本次设计应用材料力学和可靠度理论进行坝体设计。
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。
对于完整、坚硬的基岩，f、c值较大，剖面尺寸主要由上游面不出现拉应力的条件控制，上游坝坡较陡，甚至可做成倒坡（n<0），但倒坡对施工不利，立模浇筑砼存在一定难度，在空库时坝址易出现拉应力。
对于完整性较差、较软弱的岩基，f、c值较小，需要将上游坝坡放缓，以便借助上游坝面上的水重帮助坝体维持稳定。但当n太大时，在满库情况下，合力可能超出底边三分点，坝踵易出现拉应力。
根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，取n＝0.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游的；下游坝坡坡率m=0.6～0.8，取m＝0.7；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。

图3-1 重力坝的基本剖面图示
3.2 挡水坝剖面设计
3.2.1挡水坝剖面初步拟定
本次设计挡水坝剖面主要对挡水坝的最大剖面进行拟定，并进行稳定和强度校核。
3.2.2 坝基高程设计
确定最大剖面的位置，首先要知道清基后坝基的最低点位置，地基的处理根据《混凝土重力坝设计规范》（SL5108-2005）。
1、坝基设计原则
一般规定，砼重力坝的基础经处理应满足下列要求：
（1）具有足够的强度，以承受坝体的压力；
（2）具有足够的整体性和均匀性，以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷；
（3）具有足够的抗渗性，以满足渗透稳定，控制渗流量；
（4）具有足够的耐久性，以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化。
2、坝基开挖
（1）砼重力坝的建基应根据大坝稳定、坝基应力、岩体物理力学性质、岩土类别、基础变形和稳定性，上部结构对基础的要求、基础加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经技术经济比较确定，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。
坝高超过100m 时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上；坝高100m～50m 时，可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m 时，可建在弱风化中部至上部基岩上。两岸地形较高部位的坝段，可适当放宽。
（2） 重力坝的基坑形状应根据地形地质条件及上部结构的要求确定，坝段的基面上下游高差不宜过大，并略向上游倾斜，若基础面高差过大或向下游倾斜时，应开挖成带钝角的大台阶状，台阶的高差与砼浇筑块的尺寸和分缝的位置相协调，并和坝址处的坝体砼厚度相适应。对地形悬殊部位的坝体应调整坝段的分缝。
（3）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。
3.2.3 坝高拟定
1、超高值Δh的计算
（1）基本公式
坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式计算，应选择两者中防浪墙较高者作为选定高程。

Δh—防浪墙顶与正常蓄水位或校核洪水位的高差m；
—超值累积频率为1%时波浪高度，m；
—波浪中心线静水位的高差m；
—安全超高按表3－1采用,对于3级工程设计情况，特殊组合(校核情况) 。
表3－1 坝的安全加高hc
安全级别
运用情况
Ⅰ
（1级）
Ⅱ
（2级）
Ⅲ
（3级）
正常蓄水位
校核洪水位
0.7
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
必须注意，在计算h（1%）和hz时，正常蓄水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位时，采用重现期为50年的年最大风速；校核洪水位时，采用多年平均最大风速。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下式计算：

式中，、分别为计算的坝顶（或防浪墙顶）据正常蓄水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位和校核洪水在计算坝顶超出静水位Δh时，所采用的风速计算值及安全超高值不一样，所以在决定坝顶高程时，应按正常蓄水情况（持久状况）和校核洪水情况（偶然状况）分别求出坝顶高程，但坝顶高程应高于校核水位。
首先计算波浪高度和波浪长度和波浪中心线超出静水面的高度hz。
（2）设计洪水位时Δh计算
风速采用50年一遇的风速，取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，即：
风速V=2.0×20＝40m/s，吹程D=3km。
各波浪要素计算如下：

=1.24×2.41m
=2.99 m

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；
V——计算风速，设计情况采用50年一遇,风速取为多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核情况采用多年平均最高风速；
D——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离；

（2）校核洪水位时Δh计算
风速采用多年平均风速，即：
V=3.1m/s,D=3km。各波浪要素计算如下：

=0.1m

=1.24×0.1m
=0.124 m

=1.65m

所以
2、坝顶高程计算
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）设计洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=设计洪水位+Δh
=2166.9+4.73=2171.63m
（2）校核洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=校核洪水位+Δh
=2167.6+0.45=2168.05 m
为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝2166.9m，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙（取1.2m）时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为▽2165.7m。建基面最低开挖高程为▽2160.1m，则最大坝高为7.5m，属于低坝。
3.2.4 剖面尺寸拟定
根据规范DL5108-1999，常态混凝土实体重力坝非溢流坝段的上游面可为铅直面，斜面或折面。上游坝坡宜采用n＝0—0.2，取n＝0.2；当设置纵缝时，应考虑其对纵缝灌浆前施工期坝体应力的影响，坝坡不宜太缓，采用折面时，折坡点高程应结合坝内发电进水管，泄水孔建筑物的进水口一并考虑，下游坝坡可采用一个或几个坡段，并根据稳定和应力要求，结合上游坝坡同时选择，下游坝坡宜采用m＝0.6—0.8，取m＝0.7；对横缝设有键槽进行灌浆的整体重力坝，坝坡可适当变陡。
根据《水工建筑物》，有时为了同时满足稳定和强度坝体抗滑稳定要求，同时也避免施工期下游面产生拉应力，折坡起点高度应结合引水管、泄水孔的进口布置等通过优化设计确定，一般的为坝前最大水头的1/2~1/3。
折点取在高程为▽2158.05m的位置。上游坝坡取1：0.2，下游坝坡取1：0.6。
3.2.5 坝顶宽度拟定
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。在严寒地区，当冰压力很大时，还要核算段面的强度。
非溢流坝段的坝顶宽度可根据要求确定，必要时可在坝的上、下游面加做悬臂结构，增加坝顶宽度，常态混凝土坝顶最小宽度为3m，为了满足施工要求，大中型工程不低于10～15m（旧规范取1%坝高），本工程取坝顶宽度为3m。
3.2.6 基础灌浆廊道尺寸拟定
高中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。
基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，宽度可取2.5m～3.0m，高度可取3.0m～3.5m，为了保证完成其功能且可以自由通行的尺寸，本次设计基础灌浆廊道断面取1.2×2.4m，形状采用城门洞型。
廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于3m，本次设计取3m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基底为3m，取3m。
3.2.7 坝基防渗和排水设计
坝基防渗和排水设计，应以坝基的工程地质、水文地质条件和灌浆试验资料为依据，结合水库功能、坝高综合考虑防渗和排水措施的适应性及二者的联合作用，确定相应的措施。水文地质条件复杂的高坝，应进行渗流计算分析。
1．当坝基下相对隔水层埋藏较深或分布无规律时，帷幕深度应符合本规范7.4.3 的规定，并参照渗流计算，考虑工程地质条件和坝基扬压力等因素，结合工程经验研究确定，通常在0.3～0.7 倍水头范围内选择,本工程取为4.5m。
2. 两岸坝头部位，防渗帷幕伸入山体内的长度及帷幕轴线的方向，应根据工程地质、水文地质条件确定，宜延伸到相对隔水层处或正常蓄水位与地下水位相交处，并应与河床部位的帷幕保持连续性。
3. 坝基主排水孔一般设置在基础灌浆廊道内防渗帷幕的下游，在建基面上主排水孔与帷幕孔的距离不宜小于2m，取为2 m ；主排水孔深为帷幕深的0.4～0.6 倍，本设计取为3.0 m；主排水孔的孔距可为2m～3m，取为2 m.
3.3 挡水坝稳定计算
3.3.1 荷载计算及其组合
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。
3.3.1.1 设计水位情况
（1）坝体自重

（2）水平水压力
上游水平水压力：
下游水平水压力：
（3）垂直水压力
上游垂直水压力：
下游垂直水压力：
（4）扬压力
排水处扬压力折减系数：a=0.3

（5）浪压力
防洪高水位时风速采用50年一遇的风速，即：V=40m/s,D=3km。各波浪要素计算如下：

=2.41m

=21.12m

=0.86m
式中：2hl——当时，为累计频率5%的波高；
时，为累计频率10%的波高。
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；
V——计算风速，设计情况采用50年一遇风速，校核情况
采用多年平均最高风速；
D——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离；
坝前水深
,在20-250之间，所以累积频率为1%时的波高为：

又因为防洪高水位情况下，半个波长,则浪压力按浅水波计算：

（6）泥沙压力
水平泥沙压力：

垂直泥沙压力：
式中： ——泥沙的浮重度；
——泥沙的淤积厚度；
——泥沙的内摩擦角。
3.3.1.2 校核洪水位情况
（1）坝体自重

（2）水平水压力
上游水平水压力：
下游水平水压力：
（3）垂直水压力
上游垂直水压力：
下游垂直水压力：
（4）扬压力
排水处扬压力折减系数：a=0.3

（5）浪压力
校核洪水位时风速采用多年平均的风速，即：V=3.1m/s,D=3km。各波浪要素计算如下：

=0.1m

=1.63m

=3.14×0.12/1.63
=0.02m
式中： ——时，为累计频率5%的波高；
时，为累计频率10%的波高。
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；
V——计算风速，设计情况采用50年一遇风速，校核情况
采用多年平均最高风速；
D——吹程，可取坝前沿水库到对岸水面的最大直线距离；
坝前水深
,在20-250之间，所以累积频率为1%时的波高为：

又因为校核洪水位情况下，半个波长,则浪压力按深水波计算：

（6）泥沙压力
水平泥沙压力：

垂直泥沙压力：
式中： ——泥沙的浮重度；
——泥沙的淤积厚度；
——泥沙的内摩擦角。
3.3.2 稳定分析
现行规范《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999）中规定，重力坝的抗滑稳定验算应采用概率极限状态设计原则。该方法中反映了坝体上的作用（荷载）的不定性和变异性，荷载均为随机变量。重力坝的抗滑稳定计算按承载能力极限状态进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的：是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时以一个坝段或取单宽作为计算单元。计算公式选择抗剪断公式：
关于安全系数K’s，设计规范规定，不分工程级别，基本荷载组合时，采用3.0；特殊荷载组合（1），采用2.5；特殊荷载组合（2），不小于2.3
3.3.2.1 设计水位时的稳定分析
单一安全系数法

Ps垂=15.22KN A= 9.95×1=9.95
，重力坝在防洪高水位情况下满足抗滑稳定要求。
3.3.2.2 校核洪水位时的稳定分析
单一安全系数法

Ps垂=15.22KN A= 9.95×1=9.95
计算结果表明，重力坝在校核洪水位情况下满足抗滑稳定要求。
3.4 溢流坝及冲沙闸剖面拟定
3.4.1孔口设计
本工程采用开敞式孔口，根据第一部分可得，本工程采用30年一遇的洪水标准设计，100年一遇的洪水标准校核。在这两种情况下，溢流坝的下泄流量分别为35.58 m3/s，44.48m3/s。由已知材料得，一般对于软质岩石单宽流量q=30~50 m3/s左右，本设计取q=25 m3/s,溢流堰尺寸为1.8×1m，孔口净宽1.8m，每孔宽度为1.8m, 孔数为1。根据工程经验，,边墙厚1.1m,则溢流坝段总长为 4m。边墙下缘取0.5m，一直延伸至消力池末端。
3.4.2 堰顶高程的确定
，初定ε=0.9, m=0.502， 忽略行进流速水头，即，则堰顶高程为计算水位减去相应的堰上水头。计算结果如下表：
表3-4 堰顶高程计算表
计算情况
流量
侧收缩系数
流量系数
孔口净宽
对应上游水位
堰上水头H0
堰顶高程
校核情况
44.48
0.9
0.502
1.8.
2167.6
5.34
2162.26
设计情况
35.87
0.9
0.502
1.8
2166.9
4.63
2162.27
根据上表计算，取堰顶高程为2162.26m。

3.4.3 闸门高度的确定
计算门的高度。

取门高为3.5m。
3.4.4 溢流坝剖面设计
溢流坝的基本剖面为三角形。本工程设计上游面为铅直面，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧段三部分组成。
设计要求：
（1）有较高的流量系数，泄流能力大；
（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；
（3）体形简单，造价低，便于施工。
（1）顶部的曲线
①、上游堰顶曲线：开敞式堰面上游堰顶曲线可采用三种曲线——双圆弧曲线、三圆弧曲线、椭圆曲线。
②、下游面采用WES曲线：

式中 n，k----系数，上游面铅直，取n=1.85，k=2.0
----定型设计水头，m。取堰顶最大作用水头的75%～95%，

本设计为4.0m～5.0m，取为4.5m。

对该方程求导，即可得切点B的坐标

故： xc=7.5m yc=5.8m
由于5.8m>4.7m，所以下游曲线段与直线段无切点，可直接接下游的反弧段。
（2）直线段
由于溢流重力坝较低，其坝面顶部曲线段可以直接与反弧段直接连接，而无中间直线段
（3）反弧段一般情况下，对于岩基上的坝体，当H<5m时，可取r=(0.25~0.5)( Hd +Hmax). 本设计取r=0.5(4.5+4.2)=4.35m.
（4） 反弧段坐标确定
交点 坐标（xc，yc）满足方程

圆心O’ xo’＝2.84+2.4=5.21m

相对
根据 以上的公式和数据，就可以确定溢流坝曲面了。下图就是本次设计的溢流坝曲面。
从而 可以知道溢流坝L=1.269+2.84+2.4=6.5m
(4)hl 应大于0.5 Hmax,，本设计2.5m.
(5)为了保持与非溢流坝相一致，上游折坡点