香山水利枢纽—重力坝设计本科生毕业设计论文.doc

目录
摘要 1
第1章 基本资料 2
1.1自然条件及工程： 2
1.2水文气象资料： 2
1.3地型地质： 2
第2章 工程等级、坝顶高程的确定 3
2.1工程等级确定： 3
2.2坝型坝址的选择： 3
2.3坝顶高程的确定： 3
2.3.1超高值Δh 的计算： 3
2.3.2坝顶高程： 4
第3章 非溢流坝实用剖面的设计和静力校核 6
3.1非溢流坝实用剖面的拟定： 6
3.2确定坝基高程 6
3.3拟定坝顶宽度： 6
3.4拟定坝基宽度： 6
3.5拟定基础灌浆廊道尺寸： 6
3.6荷载计算及其组合： 7
3.6.1自重： 8
3.6.2静水压力： 9
3.6.3扬压力： 11
3.6.4泥沙压力： 14
3.6.5浪压力： 15
3.6.6其它荷载： 18
3.6.7基本作用荷载各种工况下的和： 18
3.7抗滑稳定分析: 19
第4章 溢流坝坝体设计 22
4.1泄水方式选择： 22
4.2孔口设计： 22
4.2.1流量的确定： 22
4.2.2孔口尺寸确定和布置： 22
4.2.3堰顶高程的确定： 23
4.2.4消能防冲设计： 24
4.3 溢流坝剖面拟定： 27
4.3.1坝顶曲线段： 27
4.3.2中间直线段： 28
第5章 细部构造设计 29
5.1坝顶构造： 29
5.2分缝与止水： 29
5.3廊道系统： 30
5.4防渗与排水： 30
第6章 地基处理 32
6.1坝基开挖: 32
6.2坝基的防渗处理： 32
6.3坝基排水： 32
参 考 文 献 33
致谢 34

香山水利枢纽—重力坝设计
摘要：香山水利枢纽位于黄河流域的中游，距离下游香山市直径30公里。该工程是一座以发电为主，兼顾防洪和灌溉的综合性水利枢纽，流域面积有67176平方公里，水库设计洪水位 316.52m ，正常蓄水位314.00m 。设计中，根据给定的地质及水文气象等资料，首先进行了重力坝的坝型坝址选择，选择了混凝土实体重力坝坝型；对溢流坝非溢流坝的剖面进行了设计，并进行了消能防冲设计，确定坝高为135m，并对坝体进行抗滑稳定分析及坝体应力分析，结果均满足要求；最后还对大坝进行了细部构造设计。
关键词：荷载计算 剖面设计 稳定分析 应力分析 细部构造
The design of gravity dam water conservancy hub - Xiangshan
Abstract: Xiangshan hydropower project is located in the middle reaches of the Yellow River, about 30 km away from the downstream hill city. The project is a mainly for power generation, flood control, using both comprehensive water conservancy irrigation, drainage area 67176 square kilometers, the reservoir design flood level 316.52m, the normal water level is 314.00m. In the design, according to the given geological and hydrological and meteorological data, first the dam type selection, selection of dam concrete; non overflow section were designed, and determine the energy dissipation design, the dam height is 135m, and the dam stress analysis of slip resistance stability analysis and the dam body, the results meet the requirements; at the end of the dam for detail structure design.
Keywords: load calculation; Profile design; stability analysis; stress analysis; detail structure
第1章 基本资料
1.1自然条件及工程：
香山水利枢纽在黄河流域中游，距下游香山市30公里。该工程是一座以发电为主，兼顾防洪和灌溉的综合性水利枢纽。中、上游地处于丘陵地带，大部分都以农业生产为主，在流域内没有主要的厂矿和工业城市。流域境内的气候非常湿润，雨量充沛，属于亚热带气候。每年的5-9月份是该地的汛期，其中5、6份为该流域的雨季，河道上游坡度陡下游较缓，因为河道陡，蓄水的能力较低，汇流速度快，该流域属于非常典型的内陆峡谷性河流。
1.2水文气象资料：
流域面积总共67176km2；
多年平均径流量243.6亿立方；
多年平均流量为772m2/s；
设计洪水流量8560m3/s（p=0.1﹪），
校核洪水流量9665m3/s(p=0.02)。
设计洪水位316.5m
校核洪水位317.7m
水库总库容21.3亿m3
坝址处的多年平均气温为18℃，最低为-2℃（1月份），最高39℃（6月份）
降雨量：流域的年平均降雨量1678毫米，实际测得的最大降雨量为2454毫米，最少降雨量1088毫米。
风向及风力：多年平均风速成为13m/s，吹程为3000m；实测最大风速为17m/s，吹程为4000m.
1.3地型地质：
地形地质：坝基处的岩体为新鲜岩石、微风化及覆盖层，坝址两岸均为花岗岩，岩性均一，岩体坚硬完整，抗压强度达120-200MPa。坝址的结构构造简单，没有较大的地质构造，整体滑动的可能行也较小。坝址处河床的宽约100米。河底高程为200米，河床覆盖层的厚度约为5-8米左右。本坝址地震烈度为6o。
第2章 工程等级及坝顶高程的确定
2.1工程等级确定：
由水库总库容21.3亿m3可以确定工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，由于坝高超过100米，所以永久性水工建筑物要提高一级，主要建筑物为1级，次要建筑物为2级。
2.2坝型坝址的选择：
坝型选择：由于河谷断面相对较浅，两岸比较不对称。坝址两岸为花岗岩，完整性好，覆盖层和风化层比较薄。重力坝能够利用当地的的自然条件，泄洪的问题也容易解决，施工导流也很容易。混凝土重力坝施工时可以采用机械化施工，施工更加方便，施工速度也相对快一些，所以本工程选用混凝土重力坝。
坝址选择：经过地形地质资料分析，坝址确定在峡谷的出口处，峡谷的上游是一个大的盆地，建成后流域可以有较大的库容，而且坝轴线也相对短，工程量也相对小。峡谷出口的地方地形比较宽阔，库区的两岸可以布置生活区。由以上分析可以知道坝址处有二条坝轴线可供我们选择。上游坝轴线：基岩裸露，清基工作量小，水流条件好，下泄水流与下游主流一致可以防止下游河床发生冲刷；下游坝轴线：覆盖层较厚，清基工程量大，下泄水流容易产生冲刷。所以本工程决定选择上游坝轴线。
2.3坝顶高程的确定：
2.3.1超高值Δh 的计算：
Δh = hl + hz + hc
Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；
hl—波浪高度，m；
hC —波浪中心线高出静水面高度，m；
hZ—安全加高，按表2－1 选择：

表2-1 坝的安全加高hc
运用情况
坝的级别
1
2
3
设计情况（基本情况）
0.7
0.5
0.4
校核情况（特殊情况）
0.5
0.4
0.3
正常蓄水位和设计洪水位时，采用实际测得最大风速，本次设计v0=17m/s；校核洪水位时，采用多年平均风速，本次设计V0=13m/s
内陆峡谷水库，按官厅水库公式计算（适用于＜20m/s 及 D＜20km）
下面按官厅公式计算 hl， hz。

a.设计洪水位时的Δh计算：

Δh = hl + hz + hc
设计洪水位时hc取0.7
Δh = hl + hz + hc=0.25+0.06+0.7=1.01m
校核洪水位时的Δh计算：

Δh = hl + hz + hc=0.19+0.04+0.5=0.73m
2.3.2坝顶高程：
a.设计洪水位的坝顶高程：

=316.5+1.01
=317.51m
b.校核洪水位的坝顶高程：

=317.7+0.73
=318.43m
所以坝顶高程取二者较大值为318.43m

第3章 非溢流坝实用剖面的设计和静力校核
3.1非溢流坝实用剖面的拟定：
拟定坝体的形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，本次设计采用上游坝面铅直，下游坝面倾斜的形式，坡度为1:0.75，折点设在高程为304m。
3.2确定坝基高程
河床高程为200m，校核洪水位为317.70m，河床上的覆盖层（大约5—8米，取8米）需要处理。弱风化层的厚度为4.5～5.5m，微风化层厚度为6～7.5m，弱风化层和微风化层也必须要清除，取8m，所以本次设计的最低开挖高程即坝基高程为200-16=184m。所以大坝高133.7m,取135米。
3.3拟定坝顶宽度：
根据规范的规定，没有特殊要求的情况下，坝顶宽度可以采用坝高的8%～10%取值，而且不应小于2m， 还要满足交通和正常工作运行管理的需要。本次设计取8%计算，即为10.8米，取坝顶顶宽为12m，用来满足大坝维修作业时的工作需要。
3.4拟定坝基宽度：
根据规范规定，坝基宽度约为坝高的0.7～0.9 倍，本工程的坝高为135m，可以算出坝基宽度。本次设计取0.75。所以坝底宽度为0.75*135=101.5m,取102m
3.5拟定基础灌浆廊道尺寸：
根据规范的要求，高、中坝坝内必须建设基础灌浆廊道，好在灌浆、排水和检查的时候使用。基础灌浆廊道的尺寸的设置，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，并且必须能保证完成坝体的基本功能而且还要满足工作人员能够自由通行，本次设计基础灌浆廊道的断面取宽2.5m，高3.5m，形状采用城门洞型。因为廊道的上游壁距离重力坝上游的距离必须满足防渗的要求，所以本次设计取10m。为满足灌浆的工作能够得到好的实施，基础灌浆廊道距离基岩面的高度不宜小于1.5倍廊道宽度，本次设计取5m。
初步拟定坝体形状剖面如图（3-1）所示。

图3-1
3.6荷载计算及其组合：
重力坝的所受主要荷载有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，取单位长度1ｍ坝长进行计算。荷载组合分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计洪水位时的情况或正常蓄水位时的情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属于校核洪水位时的情况或者非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。
本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位情况和设计洪水位情况；特殊荷载组合为校核洪水位情况，荷载分布如表3-1 所示。

表3-1 荷载组合
荷载
组合
主要考虑情况
荷载
自重
静水
压力
扬压
力
泥沙
压力
浪压
力
地震
荷载
动水
压力
土压
力

基本
组合
（1）正常蓄水位情况
√
√
√
√
√

√
（2）设计洪水位情况
√
√
√
√
√

√
√

特殊
组合
（1）校核洪水位情况
√
√
√
√
√

√
√
（2）地震情况
√
√
√
√
√
√

√
重力坝所受荷载计算示意图3-2：

图 3-2
3.6.1自重：
坝体自重W（kN）的计算公式：

式中 V——坝体体积，ｍ3；
γc ——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3）
B=102 B1=12 B2=90
自重：坝体混凝土重度

kN

=38880+129600=168480kN
=1749600+1166400=2916000
3.6.2静水压力：
水平水压力PH 计算公式为：
（3-8）
式中： Ｈ — 计算点处的作用水头，ｍ；
γw —水的重度，常取10 kN／ｍ3；
垂直水压力PV 按水重计算。
表3-2 不同情况下上下游水深及水位差
特征水位（m）
上游水深
下游水深
上下游水位差
正常蓄水位
130
18
112
设计洪水位
132.5
20
112.5
校核洪水位
133.7
21
112.7
正常蓄水位时：
上游水平水压力及力矩:

=84500kN

上游垂直水压力为=0
下游水平水压力及力矩：

=1620kN

下游垂直水压力等于==1215kN
力矩为
静水总力矩 =-3857557.5 设计洪水位时：
上游水平水压力及力矩：

上游垂直水压力为=0
下游水平水压力及力矩：

下游垂直水压力等于==1500kN
下游垂直水压力力矩为
静水总力矩=-3992489.3
校核洪水位时：
上游水平水压力及力矩：

上游垂直水压力为=0
下游水平水压力：

下游垂直水压力等于==1653.75kN
下游垂直水压力矩
静水总力矩=-4066819.25
3.6.3扬压力：
扬压力包括了渗透压力和浮托力两部分。本次设计扬压力折减系数取=0.25。根据混凝土重力坝设计规范的规定，排水管幕中心线上游壁距上游坝面倍坝前水深，所以本次设计排水孔中心线到上游坝面的距离取为12m。

图3-3 扬压力分布图
正常蓄水位时：=10130=1300kN/m2
=1018=160kN/m2
=-=1240kN/m2
=0.251240=310kN/m2
Ⅰ区：=B=160102=16320kN
M1=0
Ⅱ区：=B1=31012=3720kN

Ⅲ区：=0.5(B-B1)=0.531090=13950kN

Ⅳ区：=0.5B(-)=0.512930=5580kN

正常蓄水位时的扬压力及力矩:
U=U1+U2+U3+U4=16320+3720+13950+5580=39570Kn
=-555210
设计洪水位时：=132.510=1325kN
=1020=200kN
=-=1325-200=1125kN
=0.251125=281.25kN
Ⅰ区：=B=200102=20400kN
M1=0
Ⅱ区：=B1=281.2512=3375kN

Ⅲ区：=0.5(B-B1)=0.5281.2590=12656.25kN

Ⅳ区：=0.5B(-)=0.512843.75=5062.5kN

设计洪水位时的扬压力及力矩：
U=U1+U2+U3+U4=20400+3375+12656.25+5062.5=41493.75kN
=-502908.75
校核洪水位时：=10133.7=1337kN
=1021=210kN
=-=1337-210=1127kN
=0.251127=281.75kN
Ⅰ区：=B=210102=21420kN
M1=0
Ⅱ区：=B1=281.7512=3381kN

Ⅲ区：=0.5(B-B1)=0.5281.7590=12678.75kN

Ⅳ区：=0.5B(-)=0.512845.25=5071.5kN

校核洪水位时的扬压力及力矩:
U=U1+U2+U3+U4=21420+3381+12678.75+5071.5=42551.25kN
=-504614.25
3.6.4泥沙压力：
水平方向淤沙压力，按下面公式计算：

式中： —泥沙沙浮容重，；
—泥沙高度，m；
—泥沙内摩擦角。

图3-4 泥沙压力示意图
查询资料知道本次设计泥沙的浮容重为8.8kN/m3，φs取28°。泥沙的高层为224m。则泥沙高度224-184=40m。设计洪水位情况等于正常蓄水位情况乘以分项系数1.2。校核洪水位情况跟正常蓄水位情况一样。
正常蓄水位情况：
=1/2×8.8×402×tan2（45°- 14°）=2541.68kN

设计洪水位情况：
PskH=1.2 ×1/2×8.8×402×tan2（45°- 14°）=3049.956kN

3.6.5浪压力：
（1）基本数据:
表3-3 浪压力计算基本数据表

正常蓄水位
设计洪水位
校核洪水位
计算风速V0(m/s)
17
17
13
有效吹程D(m)
4000
4000
3000
重力加速度g(m/s2)
10
10
10
水位高程(m)
314
316.5
317.7
坝基高程(m)
184
184
184
安全超高hc(m)
0.7
0.7
0.5
迎水面的深度H(m)
130
132.5
133.7
（2）波浪要素的计算：
根据重力坝设计规范，波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s 及D<20km）：

h ——当gD/V02=20～250 时，为累积频率5%的波高h5%；
当gD/V02=250～1000 时，为累积频率10%的波高h10%
Lm ——平均波长（m）；
波浪中心线至水库静水位的高度hz， 按下式计算：

平均波长按下式计算：

a.正常蓄水位：
Lm =0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g
=0.331×17-1/2.15(10×4000/172)1/3.75×172/10=9.54m
hl =0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g
=0.0076×17-1/12(10×4000/172)1/3×172/10=0.646m
h1%=1.24×h5%=1.24×0.646=0.8m
hz=3.14×1.242/9.54=0.51m
b.设计洪水位：
Lm =0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g
=0.331×17-1/2.15(10×4000/172)1/3.75×172/10=9.54m
hl =0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g
=0.0076×17-1/12(10×4000/172)1/3×172/10=0.646m
h1%=1.24×h5%=1.24×0.646=0.8m
hz=3.14×1.242/9.54=0.51m
c.校核洪水位
Lm =0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g
=0.331×13-1/2.15(10×3000/132)1/3.75×132/10=6.72m
hl =0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g
=0.0076×13-1/12(10×3000/132)1/3×132/10=0.41m
h1%=1.24×h5%=1.24×0.41=0.51m
hz=3.14×1.242/9.54=0.72m
因H>Lm /2，属于深水波。
（3）波浪压力及力矩计算
以上几种情况均可按深水波计算浪压力，如图3-5 所示。

图3-5 波浪压力分布
浪压力计算公式为：

力矩计算公式：

a.正常蓄水位时：
Pl=γLm(h1%+hz)/4=10×9.54×(0.8+0.51)/4=31.2kN
=130-9.54/2+1/3(9.54/2+0.8+0.51)=127.25
=130-9.54/3(1.13)=126.4
M1=1/4×10(9.54/2+0.8+0.51)9.54×127.5-1/2×10(9.54/2)2×126.4
M1=-4108.69
b.设计洪水位时：
Pl=γLm(h1%+hz)/4=10×9.54×(0.8+0.51)/4=31.2kN
=132.5-9.54/2+1/3(9.54/2+0.8+0.51)=130
=132.5-9.54/3(1.13)=128.9
M1=1/4×10(9.54/2+0.8+0.51)9.54×130-1/2×10(9.54/2)2×128.9
M1=--4156
c.校核洪水位时：
Pl=γLm(h1%+hz)/4=10×6.72×(0.51+0.72) /4=20.66kN
=133.7-6.72/2+1/3(6.72/2+0.51+0.72)=131.87
=133.7-6.72/3(1.13)=131.17
M1=1/4×10(6.72/2+0.72+0.51)6.72×131.87-1/2×10(6.72/2)2×131.17
M1=--2759.8
3.6.6其它荷载：
因为当地的地震烈度为60，所以可以不考虑地震荷载。冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载可以采取一定的措措施来消除，稳定分析和应力分析计算的时可以不考虑。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。
3.6.7基本荷载各种情况下下的和：
表3-4 合力汇总表 单位：kN
工况
正常蓄水位
设计洪水位
校核洪水位
坝体自重↓
168480
168480
168480
静水压力（垂直↓）
1215
1500
1653.75
静水压力（水平→）
82880
85576.25
87173.45
扬压力↑
39570
41493.75
42551.25
泥沙压力(→)
2541.68
2541.68
2541.68
波浪压力（→）
31.2
31.2
20.66
∑W1（↓）
127827
126482.25
125732.25
∑P（→）
85452.88
88149.13
89735.79
3.7抗滑稳定分析:
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。根据重力坝设计规范中的规定，除中型中低坝外，坝基面的抗滑稳定的安全都应按抗剪断强度公式计算。
本次设计的工程属于大(一）型工程，所以采用抗剪断强度公式。计算公式如下：

式中：
K′—— 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；
f′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f′=1.2
c′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，c′=150KPa；
A —— 坝基接触面截面积，m2。
ΣW—— 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；
ΣP—— 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；
按抗剪断强度公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数K′值应不小于
表3-5的规定。
表3-5 坝基的抗滑稳定安全系数K′
荷载组合
K′
基本组合
3.0
特殊组合

（1）
2.5
（2）
2.3

正常蓄水位时：
设计洪水位时：
校核洪水位时：
三种情况都符合稳定要求
坝体不出现拉应力验算只需要计算一种情况，就是在正常使用并且计入扬压力时的情况。

=1.1×1.0×0.368=0.405
根据计算结果，可知坝体不出现拉应力，满足工程要求。

第4章 溢流坝坝体设计
4.1泄水方式选择：
溢流坝不仅能够挡水还要能泄水，必须要满足稳定和强度要求，还要满足泄水的要求。因此溢流坝必需要有适当的孔口尺寸、适合的堰型，才能够满足泄水的要求；而且要让下泄尾水水流平稳，不能产生空蚀破坏。本设计采用采用开敞溢流式。
4.2孔口设计：
4.2.1流量的确定：
通过坝顶溢流的下泄流量Q为：

式中：—下泄流量，经过调洪演算确定的枢纽中总的下泄流量，；
—系数，
—经过泄水孔，电站，船闸等建筑物下泄的流量，。
根据基本资料可知，设计洪水时取0.9，校核洪水位时取1.0。
则设计洪水位情况下，通过溢流坝下泄的流量：

校核洪水位情况下，通过溢流坝下泄的流量：

单宽流量取100。
4.2.2孔口尺寸确定和布置：
孔的单宽B，由，在校核洪水位的情况下，由公式可计算出B=8665/100=86.65m。
孔口的净宽为b取10，孔数为n。n=B/b=86.65/10=8.665，取n=9
确定溢流坝总长度：拟定中墩厚度为d=3m，边墩厚度为t=2m。

=9×10+(9-1)×3+2×2=118m
4.2.3堰顶高程的确定：
可以由堰流公式计算：
（
式中：n—孔口数；
b—单孔宽度，m；
—闸墩的侧收缩系数，与墩头形式有关, ，可取0.90~0.95；
m—流量系数，与堰顶形式有关；
g—重力加速度，10；
—堰上水头，m。
计算堰顶高度的公式：

堰上最大水头，定型设计水头的确定：
=校核洪水位-堰顶高程
=（75%-90%）
拟定侧收缩系数=0.95，流量系数m=0.502.=1。
设计洪水位情况时:
校核洪水位情况时:m
设计洪水位情况时，堰顶高程=316.5-11.7=304.8m
校核洪水位情况时，堰顶高程=317.7-12.67=305.03m
取二者较小值：堰顶高程为304.8m
堰上最大水头、定型设计水头的确定：
=校核洪水位-堰顶高程=317.7-304.8=12.9m
取85%，则=10.97m
闸门的高度：
门高=正常高水位-堰顶高程+超高（0.2）
门高=314-304.8+0.2=9.4m
泄流能力校核：=3%<5%
所以本次设计的孔口符合要求。
4.2.4消能防冲设计：
溢流坝顶下泄的水流都包含着很大的能量，所以必须采取有效的消能设施来消除这部分能量带来的危害。本次设计的消能形式采用挑流消能形式。
挑流鼻坎的设计：
本次设计选择连续式鼻坎。本次设计的挑流鼻坎的挑射角取200。
挑流鼻坎坎顶高程应该高出下游最高水位1至2m，本次设计取2m。
所以挑流鼻坎坎顶高程=205+2.0=207m。
鼻坎处水流平均流速v（m/s）为：

由，所以挑流鼻坎的平均水深h（m）为：
（2.6）
式中：—堰面流速系数，取0.96；
—库水位至坎顶高差，m；
Q—校核洪水时溢流坝下泄的流量，；
B—鼻坎处水面宽度，取单宽，m。
H0=317.7-207=110.7m
将以上数据代入计算得；
V=45.17m/s
h=2.1m
反弧半径R=（4~10）h=(8.4~21)m，取R=15m
挑距和冲坑的估算：

图4-1 挑流消能冲刷坑计算图
连续式挑流鼻坎的水舌挑距L的计算公式为：

最大冲坑水垫厚度估算公式为：

式中：水舌的挑距，m；

设计水位时冲刷坑安全验算：

所以：不影响大坝安全。
校核洪水位时冲刷坑的安全验算：

所以：不影响大坝安全。
4.3 溢流坝的剖面拟定：
溢流曲线分为顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分。
本次设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形。溢流坝的上游面铅直，溢流面由顶部的曲线段、中间的直线段、底部的反弧段三部分组成。
4.3.1坝顶曲线段：
本次设计采用的是开敞溢流式，所以溢流坝顶部可以采用幂曲线形式。按下式计算：

式中：、—椭圆曲线的长半轴和短半轴，取。
代入数据得曲线方程为：

本次设计开敞溢流式堰面的下游堰面采用WES幂曲线,按下式计算：

表4-1 堰面曲线的参数表：
根据上表可以查到n=1.85，k=2.0，所以原点下游堰面曲线方程为:

将上式计算所得的值列取到下表：
表4-2 计算WES下游曲面坐标值表
x
y
x
y
x
y
1
0.196
6
5.408
11
16.596
2
0.707
7
7.193
12
19.494
3
1.51
8
9.207
13
22.604
4
2.454
9
11.448
14
25.927
5
3.86
10
13.913
15
29.456
4.3.2中间直线段：
中间直线段与坝顶下游曲线和反弧段相切，坡度和挡水坝一致，取1：0.75
根据以上计算的数据，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。

图4-1 溢流坝曲面。
第5章 细部构造设计
5.1坝顶构造：
非溢流坝：坝顶的上游部分设置防浪墙，采用与坝体能够连接成整体的钢筋混凝土结构，墙厚度为0.3米，高为1.1米，在坝体的横缝处留一些伸缩缝，并设置止水。坝顶的下游侧设置栏杆、灯柱，用来保护工作人员和行车的安全。坝顶的路面设置一定的横向坡度，坡度设置为2%。两边设一些排水管。
溢流坝：溢流坝的上部设置闸门、闸墩、门机、交通桥等结构和设备。
闸门的布置：溢流坝的坝顶偏下游一些的地方设置工作闸门，为了防止闸门未全部开启时水舌脱离坝面而形成负压对坝体产生危害，本次设计采用平面钢闸门，门的尺寸高为8m,宽为8m。，工作闸门的上游设置检修闸门，二门之间的净距为2m。
闸墩：闸墩的墩头的形状上游建造成半圆形，下游建造成流线型。上游布置工作桥，顶部的高程取非溢流坝坝顶的高程，即取319m；下游布置交通桥，桥面高程为非溢流坝坝顶高程。中墩的厚度3m，边墩的厚度2m。工作闸门槽深取0.5m,宽取0.5m。
5.2分缝与止水：
（1）横缝：横缝垂直于坝轴线布置，缝之间间距15m,缝宽2cm,内有止水；
（2）纵缝：纵缝的设置为临时性缝，缝内建造键槽，等混凝土得到冷却后，在水库蓄水前进行灌浆。纵缝与坝面正交，缝之间的间距为15m。
（3）止水：本次设计设置二道止水片和一道防渗沥青井。止水片用1.0mm厚的紫铜片，第一道止水片距上游面1m。二道止水片间距1m。
（4）水平缝：混凝土浇筑块厚度为4m，纵缝两侧相邻坝块的水平缝错开布置。

图5-1
1—第一道止水铜片；2—沥青井；3—第二道止水铜片；
4—预制块；5—横缝6—沥青油毡；7—加热电极
5.3廊道系统：
基础廊道：位置：廊道底部距坝基面5m，上游侧距距上游坝面10m，形状为城门动型，低宽2.5m，高3.5m。内部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井。平行于坝轴线方向廊道向两岸沿地形逐渐升高，坡度不大于400。
坝体廊道：从基础廊道开始沿坝高每隔30米建设一层廊道，共四层。底部高程分别为194m，224m，254m，284m，形状为城门洞型，其上游侧距上游6m，低宽1.5m，高2m，左右岸各设一个出口。

图5-2
5.4防渗与排水：
坝体防渗：在坝的上游面、溢流面和下游面的最高水位以下部分，都采用一层厚2m的防渗帷幕。
坝体排水：距离坝的上游面3m而且沿坝轴线方向设一排竖向排水管幕用来排水。

图5-3

第6章 地基处理
6.1坝基开挖:
由于坝址处的河床上有8m厚的覆盖层，还有8m厚的风化层，地基开挖时必须要全部挖出，所以坝基高程为184m，顺水流的方向开挖成锯齿状，在上下游坝基面开挖一个浅齿墙。
6.2坝基的防渗处理：
在基础灌浆廊道内设防渗帷幕和排水孔幕。防渗帷幕的灌浆材料采用喷张水泥浆做，其位置建在在靠近上游坝面的坝基和坝两岸。帷幕深度取10-30米。灌浆孔直径取80mm，方向竖直，孔距取2m，设置一排。
6.3坝基排水：
坝基的排水孔幕布置在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕夹角取100,孔距取3m，孔径130mm，孔深10-15m，沿坝轴线方向设置一排。

图5-4

参 考 文 献
[1] 潘家铮．重力坝设计．水利电力出版社，1987
[2] 张建文.龙滩水电站碾压混凝土重力坝施工与管理.中国水利水电出版社，2007
[3] 中华人民共和国水利电力部.混凝土重力坝设计规范 SDJ 21-78.水利电力出版社，1979
[4] 中华人民共和国水利水利部.水工碾压混凝土试验规范 SL 48-94.水利电力出版社，1996
[5] 张光斗主编．水工建筑物（上册）．水利电力出版社，1994
[6] 天津大学主编．水工建筑物 . 中国水利水电出版社，2005
[7] 华东水利学院主编．水工设计手册（17卷）．北京：水利电力出版社，1989
[8]赵文华编. 农村水利技术实用