平山水利枢纽设计说明书.doc

平山水利枢纽设计计算书目录一、综述31.1 工程概况31.2 枢纽任务31.3 设计基本资料3二、坝址水文特性4三、 枢纽及库区地形地质条件53.1 坝址、库区地形地质及水文地质53.2 筑坝材料5四、 枢纽建筑物选型及枢纽总体布置64.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准64.2 枢纽建筑物选型8五、土石坝设计105.1 选择土石坝的类型105.2 土石坝的剖面设计115.5 土石坝的构造设计145.3 渗流稳定计算165.4 坝坡稳定分析计算195.6地基处理及与岸坡连接25六、正槽溢洪道设计256.1 正槽式溢洪道的位置选择256.2 溢洪道的孔口尺寸确定266.3 溢洪道泄槽设计296.4 溢洪道消能设计336.5 溢洪道细部结构设计35一、综述1.1 工程概况 平山水库位于湖北省某县平山河中游，该河系睦水的主要支流，全长284公里，流域面积为556平方公里，坝址以上控制流域面积为491平方公里；平山河是山区性河流，河床比降3，沿河道有地势比较平坦的小平原，地势自南向东由高变低。最低高程为62.5左右。1.2 枢纽任务 该枢纽以灌溉发电为主，并结合防洪、航运、养殖、给水等进行开发。1.3 设计基本资料1.水库规划资料（1）正常蓄水位：113.0m （2）设计洪水位：113.1m （百年一遇）（3）校核洪水位：113.5m （千年一遇）（4）死水位：105.0m（发电极限工作深度为8m）（5）灌溉最低库水位：104.0m（6）水库总库容：2.0亿m （7）水库有效库容：1.15亿m（8）发电调节保证流量Q =7.35 m/s，相应的下游水位63.20m；（9）发电最大引用流量Q=28 m/s，相应的下游水位68.65m；（10）设计情况下，溢洪道下泄流量Q=840 m/s，相应下游水位72.65m。（11）校核情况下，溢洪道下泄流量Q=1340m3/s，相应下游水位75.30m。（12)水库淤积高程85.00m。2.枢纽组成建筑物设计条件（1）主坝：沿坝轴线布置。（2）河岸溢洪道：堰顶高程为107.5m。（3）水电站：装机容量为9000kw，三台机组，厂房尺寸为30.09.0，引水隧洞直径3.50m，尾水底板高程62.0m。（4）放空建筑物可利用导水隧洞，洞底高程为70.0m，洞直径5.0m，上游土石围堰顶部高程85.0m，下游土石围堰顶部高程70.0m.3. 力学参数 基岩允许抗压强度2MPa，混凝土与基岩摩擦系数f=0.58。基岩的内摩擦系数f=0.7,凝聚力C=0.5MPa，容重=26KN/m。4. 其他 坝顶设有公路，枢纽工程的对外交通有水路、公路、铁路。 坝区地震烈度56度，设计时不考虑。二、坝址水文特性 暴雨洪峰流量Q=1860m/s，Q=1550 m/s ，Q=1380 m/s。多年平均流量13.34m/s，多年平均水量4.22亿m，多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。三、枢纽及库区地形地质条件3.1 坝址、库区地形地质及水文地质平山河流域多为丘陵山区，在平山河上游都为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为6070，地势高差都在80120m，河谷冲割很深，河床一般为100m左右，河道弯曲相当厉害，枢纽布置处成S形，沿河滩及坡积层发育，在坝轴下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，起覆盖物教厚，岩基产状凌乱。靠坝址上游有泥盆五通沙岩，坝址下游有二叠纪灰岩，坝轴线位于五通沙岩上。在平山咀以南，即石灰岩与沙岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左侧的为五通沙岩，特别破碎，产状凌乱，两岸岩石破碎，岩石的隐裂隙很发育。 岩石的渗水率都很小，两岸多为0.0010.01升/分。坝址覆盖层沿坝轴线厚度达1.55.0m，K=10cm/s，浮容重=10.4KN/m，内摩擦角=35。3.2 筑坝材料 坝轴线下游1.53.5km，土料储量丰富，质量可满足筑坝要求，砂料在坝轴线上下游1.03.0km的河滩开采，石料可在坝轴线下游左岸的山沟里开采，材料的性质及各项指标如下表所示：土壤类别干容重（KN/m）最优含水率（%）孔隙率n（%）内摩擦角（干/湿）凝聚力（）（干/湿）渗透系数K（cm/s）粘土15.4252520/1837110壤土15.8154224/2012110坡土16.0233933/227.5/10110覆盖层16.0350110砂料16.040300110堆石18.033380四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准4.1.1 枢纽建筑物组成 根据设计资料中规定的枢纽任务来确定。主要有拦洪蓄水的挡水建筑物，宣泄洪水的泄水建筑物，灌溉用的引水建筑物，检修用的放空建筑物，发电、变电、配电的厂房、开关站等建筑物，等等。4.1.2 工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准 水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性确定。永久性建筑物的级别，应根据其所属工程等别及其重要性确定。 由水利水电枢纽工程等级划分及设计标准以及所给资料中的指标确定工程规模、洪水标准如下： （1）分项等别：根据总库容为2.0亿m3，在101.0亿m3之间，属等工程；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属等工程；。 （2）枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为等工程。 （3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。故本枢纽中的土石坝、溢洪道、发电建筑物、导流隧洞、放空隧洞均为2级水工建筑物。 （4）水工建筑物的洪水标准：根据山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准（重现期），2级水工建筑物的设计洪水标准为500100年，土石坝校核洪水标准为50002000年。从经济角度考虑，选取该枢纽永久性水工建筑物的设计洪水标准取100年（P），校核洪水标准取2000年（P），该水库规划成果中校核洪水位为千年一遇。4.2 枢纽建筑物选型4.2.1 坝轴线选择 根据坝址地形图中给定的坝轴线布置大坝。4.2.2 枢纽各建筑物的选型 1. 挡水建筑物：在该坝址可能采用的坝型有重力坝、拱坝、土石坝。 （1）重力坝方案：重力坝主要依靠自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与坝基之间的凝聚力来抵抗坝前水压力，维持自身稳定。要求地基具有足够的强度、整体性、均匀性、抗渗性、耐久性。但由于坝址处两岸坡积层发育，河谷覆盖层厚达1.55.0m，若建重力坝清基开挖量大。并且重力坝体积大，需消耗大量水泥和材料，运输不便，当地材料也未能充分利用，建重力坝不经济。 （2）拱坝方案：拱坝对坝址的地形地质条件要求比重力坝高。适合建于断面为“V”字形的高山峡谷中，河谷对称缩窄处，以使拱座下游有较多岩体保持抗滑稳定。要求坝址岩石尽量坚硬致密、质地均匀，两岸坝座附近边坡岩体稳定、整体性好。而该枢纽坝址处河谷宽度和最大坝高之比L/H较大，不能发挥拱的作用；坝址位于“S”形河湾上，下游河谷断面扩大，右岸岸坡平缓，坡积层发育，左岸下游存在一个大断层，对拱坝稳定极为不利。故不适宜建拱坝。（3）土石坝方案：土石坝对地形地质要求低，几乎任何不良的坝址地基和深层覆盖层经过处理后都可填筑土石坝，可就地取材，节省大量水泥、钢材，施工速度快，经济效益好。该枢纽坝址附近砂土石料储量丰富，质量满足筑坝要求。 通过上述论证，综合考虑地形地质、水文特性、建筑材料、施工周期等，挡水建筑物选用土石坝。2. 泄水建筑物 对于土坝，不宜通过坝身泄流，可考虑采用溢洪道或隧洞泄水。由于该枢纽坝址右岸有一垭口，故适宜在垭口处修建溢洪道。采用正槽式溢洪道，过堰水流与泄槽轴线方向一致，水流平顺，泄洪能力大。结构简单，施工运行方便。3. 水电站建筑物 土石坝坝身不能开孔，不宜建坝式水电站，较好的方案是建引水式水电站。4. 放空建筑物 为布置方便和减小开挖量，可利用导流隧洞作为水库放空洞，均为有压隧洞。洞底高程70.0m，直径5.0m。 4.3 枢纽总体布置挡水建筑物即土石坝，位于主河床，直线布置在地形图所示坝址线处；泄水建筑物，即溢洪道布置在大坝右岸天然垭口处；发电建筑物中，厂房布置在大坝下游右岸地势较平坦经开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边； 施工导流洞及水库放空洞：布置在右岸的山体内，以减小隧洞长度和避开断层。协调各建筑物布置要求，最后确定枢纽布置，绘制在平面布置图上（见坝址地形图）。五、土石坝设计5.1 选择土石坝的类型土石坝根据施工方法分为碾压式土石坝、水力冲填坝、水中倒土坝。其饭中碾压式土石坝便于机械化施工，速度快、缩短工期，质量易保证，是应用最广泛的坝型，故采用碾压式土石坝。碾压式土石坝又分为均质坝、心墙坝、斜墙坝等。现结合本工程的实际情况对各种坝型优缺点分析如下： 1.均质坝：坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降较小，有利于渗流稳定和减少坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。但是，由于土料抗剪强度比其他坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷和多雨地区的使用受限制，故不选择均质坝。2.斜墙坝：斜墙坝与心墙坝，一般的优缺点无显著差别，粘土斜墙坝沙砾料填筑不受粘土填筑影响和牵制，沙砾料工作面大，施工方便；考虑坝址的地质条件，由于坝基有破碎带和覆盖层，截水槽开挖和断层处理要花费很多时间，并且不容易准确的预计，斜墙截水槽接近坝脚，处理时不影响下游沙砾料填筑，处理坝基和填筑沙砾料都有充裕的时间，工期较心墙坝有把握；土料及石料储量丰富，填筑材料不受限制。 3.心墙坝：心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；使其因坝主体的变形而产生裂缝的可能性小，粘土用量少，受气候影响相对小，粘土心墙冬季施工时暖棚跨度比斜墙小。移动和升高较便利。综合以上分析，最终选择粘土心墙坝。5.2 土石坝的剖面设计土石坝的断面尺寸拟定包括坝顶宽度、上下游坝坡坡度、坝顶高程、坝高、心墙断面尺寸、排水设施设置等。1.坝顶宽度 土石坝坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。该工程坝顶宽度取为10m。2.坝顶高程土坝坝顶高程=水库静水位（设计洪水位或校核洪水位）+坝顶超高（1）坝顶超高=风吹壅高+波浪爬高+安全超高（2）波浪爬高可按以下经验公式计算：式中：风浪波高，m；设计洪水位时，取库面风速为洪水期多年平均最大风速的1.5倍，即，水库吹程； 土坝上游坡度，计算时取为3； 上游护坡糙率，对浆砌块石护坡取0.025，对砌块石护坡取0.0275。（3）风浪引起的坝前水位壅高计算公式：式中：综合摩阻系数，一般取值范围为，计算时取； 风向与坝轴线法线方向的夹角，计算中取最不利情况，即； 坝前水域平均水深，由相应水位减高程得，m；（4）安全超高 根据坝的级别和运行情况按下表选择安全超高： 表1-1 安全加高的取值坝的级别1234、5正常运行1.51.00.70.5非常运行0.70.50.40.3现将水库正常运用和非常运用情况，即设计洪水位和校核洪水位下的计算结果列于下表： 表1-2 坝顶高程计算表 （单位：m）运行情况水库静水位波浪爬高风吹壅高安全超高坝顶超高坝顶高程考虑0.3%沉降后的坝高正常运行113.11.340.0051.02.34115.44115.79非常运行113.50.770.0050.71.47114.97115.31 由表中计算结果，坝顶高程应取正常运行、非常运行两者中的较大值，即115.80m。3.上下游坝坡坡度坝坡的选择取决于坝型、坝高、坝的等级、坝体及坝基材料的性质、承受的荷载、施工和运行等因素。对粘土心墙坝，上下游坝坡在1:2、1:4之间选取，一般上游坝坡比下游坝坡稍缓；沿坝高2030m改变一次坡度，设置一级马道，坡度相差0.250.5。根据坝高采用一次变坡、一级马道。 （1）上游坝坡坡度：从坝顶至坝底依次为1:2.75、1:3.25（2）下游坝坡坡度：从坝顶至坝底依次为1:2.5、1:3.0（3）马道：马道宽度取为2m；上游一级马道高程：115.8m-30m=85.8m下游一级马道高程：115.8m-25m=90.8m5.5 土石坝的构造设计1. 防渗体防渗体的类型有土质防渗体、沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体。由于坝址附近有丰富的防渗涂料，故选择土质防渗体，并采用心墙坝。（1）心墙位置：土石坝断面中心线部位；（2）心墙顶部宽度：应满足施工机械碾压要求，一般不小于3m，取为4m。（3）心墙顶部高程：心墙顶部在水库静水位以上应有超高，正常运行条件下，超高0.30.6m，顶部高程113.4113.7m；非正常运行条件下，应不低于对应的水库静水位，即应大于113.5m。综合考虑，心墙顶部高程取为113.6m。（4）心墙两侧坡度：土质心墙上下游两侧坡度一般为1:0.151:0.25，取为1:0.2。（5）心墙底部宽度：；此外，心墙顶部应有保护层，防止冰冻和机械破坏，厚度一般为1.52.5m，取为2m。与上游连接处设置过渡带，以缓和不同土料之间的沉陷差和减缓渗流的破坏作用；下游连接处设置反滤层，反滤截留随渗流带出的细小颗粒，促进心墙裂缝的自愈。2. 坝体排水坝体排水的作用是控制引导渗流，降低浸润线，加速孔隙水压力消散，防止渗流逸出处土的渗流破坏，增强坝的稳定性；在寒冷地区，保护下游坝坡免遭冻胀破坏。要求有充分的排水能力，设有反滤层保护坝体和坝基土，便于观测和检修。坝体排水的方式有坝趾棱体排水、坝址贴坡排水、褥垫排水层等，本工程采用堆石棱体排水。（1） 棱体顶部高程：棱体顶部高程应超出下游最高水位，对于2级土石坝，超出高度应大于波浪爬高（1.3m）且不小于1.0m，取棱体顶部高程=下游最低水位（74.30m）+超高（1.4m）=75.7m；（2） 棱体顶部宽度及内外坡：顶部宽度不应小于1.5m，内坡坡度一般为1:1.01:1.5,外坡1:1.51:2.0；取顶部宽度3m，内坡坡度1:1.25，外坡坡度1:1.75；3.护坡 为防止坝上下游面被波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物撞击、冻胀干裂等，需在上下游坝面设置护坡。该枢纽坝址处有堆石料可利用，故上下游护坡均采用堆石护坡。 （1）上游护坡： 采用堆石护坡，厚度为50cm的堆石，护坡下设置碎石垫层30cm。护坡范围自坝顶起延伸至水库最低水位以下一定距离2.5m。 （2）下游护坡：下游坝面除排水棱体外需全部护砌，堆石护坡厚度40cm，护坡下设置碎石垫层20cm。护坡范围从坝顶护至堆石棱体。各护坡在马道、坝脚、护坡末端均设置基座。3. 反滤层 反滤层的作用是滤土排水，防止水工建筑物渗流逸出处发生管涌、流土等渗透变形，以及不同土层接触面的接触冲刷。反滤层由13层级配均匀耐风化的砂、砾、卵石或碎石组成，每层粒径随渗流方向而增大，水平反滤层的最小厚度为0.3m，铅直或倾斜反滤层的最小厚度为0.5m。 由于设计原始资料中没有提供各土、砂、石料的颗粒级配情况，只能参考相关规范和已建工程进行初步设计。初步拟定结果分述如下： （1）防渗体周边部位：心墙与坝壳间、截水槽与覆盖层间、水平铺盖与覆盖层间，反滤层设置为，第一层细砂反滤层，厚20cm；第二层为碎砾石反滤层，厚30cm。 （2）排水部位：坝壳与堆石棱体间反滤层设置为，第一层细砂层厚30cm；第二层碎砾石层厚50cm。5.3 渗流稳定计算1.渗流计算的基本假定 （1）心墙采用粘土料，渗透系数,坝壳采用山皮土，渗透系数,两者相差倍，可以把粘土心墙看做相对不透水层，因此计算时可以不考虑上游楔行降落水头的作用。 （2）土体中渗流流速不大，且处于层流状态，渗流服从达西定律： （3）发生渗流时土体的空隙体积不变，饱和度不变，渗流连续。2.渗流计算条件 按土石坝渗流计算规范，渗流计算时应考虑以下组合情况，取其最不利情况作为控制条件：（1）上游正常高水位+下游相应的最低水位；（2）上游设计洪水水位+下游相应的最低水位；（3）上游校核洪水水位+下游相应的最低水位；（4）对上游坝坡稳定最不利的库水降落后的水位。 为减小计算量，只选其中一种工况进行计算：设计洪水位113.1m+下游相应的最低水位72.65m 。3.渗流分析的方法 采用水力学法进行土坝渗流计算。将坝内渗流分为若干部分，假定地基不透水，用等厚的虚拟矩形代替心墙，应用达西定律和杜平公式，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性原理求解渗流要素。4.渗流计算过程 取土石坝最大断面为计算断面，简图如下（单位：m）图11 不透水地基上心墙坝渗流计算简图 假定心墙上游浸润线与水库上游水位齐平，先假定坝基相对不透水，坝底高程62.5m，心墙后水深为H , 则 上游水深： 下游水深： 心墙等厚矩形宽度 渗流区长度：（1） 单宽渗流量通过心墙的渗流量 通过下游坝体的渗流量 根据流量连续性原理，解得心墙后水深，代入得单宽渗流量：（2） 浸润线方程 将透水地基的厚度，即覆盖层厚度T取为3m，渗透系数，换算为与坝体渗透系数相同的土体厚度，并视为坝体的一部分，则根据有限深透水地基上的渗流计算浸润线方程 对浸润线方程进行验算，当时，带入浸润线方程得，与实际相符；心墙下游面（）浸润高程，与实际心墙后水深相符。由此可知，心墙下游浸润线近似为一条水平线。5.4 坝坡稳定分析计算土石坝的稳定分析是验算土石坝在自重和各种情况的孔隙水压力及外荷载作用下，是否具有足够的稳定性。SL2742001碾压式土石坝规定，对于凝聚性土类组成的均质或非均质土石坝，采用条分法即瑞典圆弧法较简单实用。条分法假定滑裂面为一个圆柱面（剖面为一圆弧），将可能滑动面以上的土体划分为若干铅直条，不考虑土条间相互作用力的影响，算出作用于土条底面的法向力和切向力；安全系数定义为土条在滑裂面上所提供的抗滑力矩与滑动力矩之比。1.计算方法及公式本次坝坡稳定分析计算采用瑞典圆弧法，进行总应力分析。总应力分析稳定安全系数的计算式为：式中：下标，代表土条编号； 第块土条重量，浸润线以上以天然容重计，以下以浮容重计，kN； 第块土条重量，浸润线以上以天然容重计；浸润线以，下游水位以上按饱和容重计，下游水位以下按浮容重计，kN； 第块土条沿滑裂面的长度，m； 第块土条沿滑裂面的坡角； 、总应力抗强度指标。2.计算工况 采用上游设计洪水位（113.1m）及对应的下游相应水位（72.65m）作为设计工况。3. 计算过程 滑弧面选择，需要确定最危险滑动圆弧位置，本次只做一个滑动面的稳定计算，即：滑动面起点在坝顶、与心墙相交、与坝基接近或切入坝基、端点在坝脚附近。步骤：（1）假定圆心、半径，画出圆弧如图所示；（2）圆弧半径取为138m，起端点水平距离143m，分为10块土条，每块土条宽14.3m，编号；（3）计算土体各种状态下的容重： 粘土天然容重： 山皮土天然容重：山皮土饱和容重：山皮土浮容重：覆盖层浮容重：；（4）计算土条自重及在滑面上的反力；（5） 计算滑动力矩及抗滑力矩；（6） 计算抗滑稳定安全系数。图 12 坝坡稳定计算简图 计算结果列于下表： 表1-3 条分法计坝坡稳定分析算表土条编号1234567891010101010/7.57.57.5/0000022.11917.21615.314.814.514.414.515.7221190172141.1114.863.1000020274618.960916756.362405621.84910.93622.32009.4697.720274618.960916756.362405621.84910.93622.32009.4697.750413427201480-4-100.766 0.656 0.559 0.454 0.342 0.242 0.139 0.000 -0.070 -0.174 0.643 0.755 0.829 0.891 0.940 0.970 0.990 1.000 0.998 0.985 333333332222353535350.649 0.649 0.649 0.649 0.404 0.404 0.700 0.700 0.700 0.700 1067.1 2453.8 3451.3 4050.5 2483.9 2267.0 3405.2 2536.4 1403.6 481.1 23599.8 1552.8 3030.3 3406.0 3067.3 2134.2 1360.0 683.5 0.0 -140.2 -121.2 14972.8 由于浸润线几近水平且与下游水面线几乎重合，坝壳山皮土饱和容重与天然容重相近，为简便计算，浸润线以下、下游水面线以上部分以天然容重代替饱和容重，在表格中体现为与相等。 根据计算表格得抗滑稳定安全系数为 按照设计规范，坝坡抗滑稳定安全系数不应小于下表中相应值：表14 坝坡抗滑稳定最小安全系数表运行条件工程等级1234正常运行条件1.501.351.301.25非常运行条件I1.301.251.201.15非常运行条件II1.201.151.151.10 因,故坝坡满足抗滑稳定要求，剖面设计合理。5.6地基处理及与岸坡连接 土石坝坝底面积大，坝基应力较小，具有一定的适应变形的能力，故对天然地基的强度、变形要求、处理措施的标准较低，但仍需要经过处理以提高坝基承载能力和抗渗能力。坝建于五通砂岩上，覆盖层较薄，从防渗和稳定安全考虑，可挖除部分覆盖层，使防渗体与基岩接触面结合紧密。垂直防渗设施科视情况采用截水槽回填粘土、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等；水平防渗设施采用粘土土料修筑的铺盖与坝体防渗体相连；下游排水减压设施可采用排水沟、减压井、透水铺盖等。坝轴线两岸岩体破碎，岩石隐裂隙很发育，为防止大坝蓄水后沿坝肩绕流和恶化岸坡稳定条件，应采取挖除回填截水槽，或灌浆、加设铺盖等防渗设施，使岸坡与坝基的防渗体系连成整体。六、正槽溢洪道设计6.1 正槽式溢洪道的位置选择 溢洪道的位置选择应综合考虑地形、地质条件，枢纽总布置要求等因素。故将溢洪道布置在与水库正常蓄水位高程相近的马鞍形垭口上，坝与溢洪道分开，有利于坝的安全；利用天然垭口，有利于减少工程开挖量。具体位置见枢纽布置平面图。6.2 溢洪道的孔口尺寸确定1. 堰型选择控制堰型可采用宽顶堰或实用堰，本工程采用流量系数较大、过流特性较好的WES型实用堰。堰顶设计水头：取为5m；根据垭口处的地形等高线，溢流堰底部高程约103.5m，堰高取，下游斜面坡度。 堰顶上游三圆弧半径及水平控制长度为： 以堰顶点为坐标原点，堰顶下游曲线方程为，即。对x求导，令导数等于下游斜面坝坡系数的倒数，求得下游曲线与直线段的切点坐标为。坝下游反弧半径，取为m，其中H为校核洪水位的堰上水头。由以上计算结果绘制WES堰剖面如下图：图13 WES堰剖面2.堰顶高程：根据设计资料给出为107.5m 。3.溢流前缘宽度L上游堰高与设计水头之比，故该溢流堰为低堰；堰顶总水头，式中为行近流速，一般为，取。堰顶总水头与设计水头之比，流量系数根据值和值从下图中查取,得，所以（1）设计情况： 溢洪道下泄流量；堰顶水深；单宽流量；溢流前缘宽度；（2） 校核情况： 溢洪道下泄流量，计算得， 溢流前缘宽度取较大值并取整，即。4.单孔宽度b的确定 据要求孔数n取单数,，则单孔宽度。5.闸门 堰顶控制泄流量可采用弧形闸门和平板闸门，本工程采用平板闸门，闸门顶部高程=正常高水位+安全超高。安全超高取值见下表。最终确定闸门顶部高程为。表15 安全超高下限值运行情况控制段建筑物级别123挡水0.70.50.4泄洪0.50.40.36. 闸墩： 采取墩中分缝，中墩宽度取为2.5m,边墩宽度取为3m。6.3 溢洪道泄槽设计1. 泄槽的平面布置正槽溢洪道在溢流堰后采用泄水陡槽与消能段连接，以便让过水流安全下泄。由于泄槽内水流处于急流状态，高速水流对边界条件特别敏感，要求泄槽在平面上尽可能采取直线、等宽、对称布置，以使水流平顺、结构简单、施工方便。2.泄槽横断面尺寸 为使泄槽内水流流速、流量分布均匀，在岩基上泄槽的断面形状宜布置为矩形，泄槽宽度为式中，为中墩宽度，为边墩宽度。3.泄槽纵断面底坡泄槽的纵剖面设计主要是确定纵坡。泄槽纵坡必须保证槽中水位不影响溢流堰自由泄流和槽中不发生水跃，使水流始终处于急流状态，故泄槽纵坡必须大于临界坡度。矩形断面临界坡度公式为式中：泄槽底坡糙率,对浆砌石底坡，取0.025； 临界湿周； 泄槽宽度； 临界水力半径，对于矩形断面，取； 临界水深,。代入上式，求得,考虑山谷地形和上下游水位差并取单一坡度，确定，故槽内水流属急流，水面曲线为型降水曲线。4. 泄槽水面线计算（1）计算公式泄槽水面线根据能量方程用分段求和法计算，计算公式为式中：分段长度，； 分段始、末断面水深，； 分段始、末断面平均流速，； 流速不均匀系数，取； 槽底底坡； 槽底坡倾角，； 分段内平均摩阻坡降； 泄槽槽身糙率系数，对浆砌块石，； 分段平均流速，； 分段平均水力半径,；（2）起始断面、起始水深、正常水深 起始断面位置选择堰下收缩断面处，近似可认为是在泄槽的起点。起点水深按下式计算：式中：泄槽单宽流量，； 流速系数，取；起始计算断面渠底以上总水头，代入上式，经试算得，。水面线为降水曲线，若泄槽足够长，泄槽水深最终将趋近于正常水深，的计算公式为，经试算得，。（3） 计算过程 从水深为的断面开始,以的水深步长向泄槽末端推进，计算断面间距，计算结果列表如下；表1-6 泄槽水面线计算表断面边墙高11.935 108.360 1.810 12.371 10.008 3.02221.835 102.760 1.722 1.766 13.046 12.708 0.047 10.833 0.825 0.333 2.478 2.922 31.735 97.160 1.634 1.678 13.797 13.422 0.056 11.820 0.988 0.324 3.053 2.822 41.635 91.560 1.545 1.589 14.641 14.219 0.068 13.013 1.192 0.312 3.823 2.722 51.535 85.960 1.455 1.500 15.595 15.118 0.083 14.464 1.452 0.297 4.891 2.622 61.435 80.360 1.365 1.410 16.682 16.139 0.103 16.250 1.786 0.277 6.445 2.522 71.335 74.760 1.274 1.320 17.932 17.307 0.129 18.473 2.224 0.251 8.871 2.422 81.235 69.160 1.183 1.229 19.383 18.658 0.165 21.282 2.809 0.215 13.086 2.322 91.135 63.560 1.091 1.137 21.091 20.237 0.216 24.892 3.610 0.164 21.975 2.222 101.035 57.960 0.998 1.044 23.129 22.110 0.288 29.626 4.734 0.092 51.639 2.122 110.996 55.776 0.962 0.980 24.035 23.582 0.357 31.878 2.252 0.023 98.255 2.083 注：泄槽末端水深不一定是正常水深，与泄槽长度有关。5. 边墙高度的确定根据设计规范要求，泄槽边墙顶的高度应由上述计算结果，考虑掺气水深、安全超高。其中，安全超高取，掺气后水深按下式计算：式中，不掺气情况下泄槽计算断面的流速； 修正系数，可取，这里取； 加上安全超高，计算结果已列于表16中，为使施工方便，边墙高度沿泄槽取相同值，约为。6.4 溢洪道消能设计泄流所具有的冲刷河床的大量机械能经消能后方可与下游河床衔接，否则会使下游河床和岸坡遭受冲刷，危及大坝及溢洪道自身安全。溢洪道出口消能方式主要有平台水跃扩散消能、窄缝式挑坎消能、挑流消能、底流消能等，本工程采用挑流消能。鼻坎做成连续式，构造简单，施工方便、水流平顺、射程较远，不易产生空蚀。1.挑流鼻坎设计鼻坎高程：下游最高水位为，鼻坎高程一般高于下游最高水位，定为；鼻坎挑射角：一般采用，取；鼻坎上水深：根据泄槽末端水深，假定为；反弧半径：一般采用，取为；2.挑距计算 水舌挑射距离按水舌外缘估算，估算公式为 式中，坎顶水面速度，约为鼻坎处平均流速的倍，取； 坎顶平均水深在铅直方向的投影，； 坎顶至河床面的高差，。 代入上式计算得，水舌挑距。3.冲刷坑深度计算 冲刷坑深度采用以下经验公式计算式中，水垫厚度，自水面算至坑底，； 单宽流量， 上下游水位差， 冲坑系数，坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎裂隙发育的基岩，坝址处河床基岩为五通砂岩，产状零乱，覆盖层较厚，取。代入上式计算得，冲坑深度 由计算结果知，水舌挑入下游水面处离挑流鼻坎较远，冲刷坑深度不大，距大坝远，大坝及溢洪道是安全的，设计合理。6.5 溢洪道细部结构设计1. 衬砌为防止冲刷、高速水流钻入基岩缝隙后导致岩石掀起，保护基岩免受风化，需要对泄槽进行衬砌。岩基上泄槽的衬砌可以采用混凝土、水泥浆砌条石以及石灰浆砌块石等型式。由于泄槽中水流流速较大，故采用混凝土衬砌，厚。挖除表面风化破碎岩石，对于扬压力较大情况用锚筋加固，靠近衬砌表面沿纵横缝配置温度钢筋，2. 分缝 衬砌需要用纵横向的收缩缝分开，底板的纵横缝采用平缝，分缝距离不宜太大，约为。缝中设止水片。温度钢筋不穿过收缩缝。3. 排水 衬砌的纵缝和横缝下面设置排水设备，纵横连通，渗水集中到纵向排水内排入下游。纵向排水在沟内放置罐瓦管，横向排水在岩面上开挖沟槽。