倫潭水利樞紐工程重力壩畢業設計

........4......................6.................12

........4......................6.................12目錄

第一章工程概況與設計任務及要求...........1

1.1工程概況............................1

1.2設計任務與要求......................1

第二章設計基本資料及水庫工程特性

2.1基本資料............................4

2.1.1水文氣象......................4

2.1.2工程地質......................4

2.1.3筑壩材料及其物理力學性質......6

2.1.4水庫的運用要求................6

2.2水庫工程特性

第三章樞紐布置及工程等級...................9

3.1工程等級及建筑物級別................9

3.2樞紐布置...........................11

3.2.1壩址選擇.....................12

3.2.2壩軸線選擇

I

.......................19

南昌工程學院本科畢業設計.......................193.2.3壩型選擇.....................13

3.2.4引水隧洞的布置...............15

第四章重力壩非溢流壩剖面設計..............17

4.1壩頂高程的確定.....................17

4.2壩頂寬度的確定.....................18

4.3壩坡的設計

4.4壩底寬度的擬定.....................19

4.5荷載組合及其計算（以單寬計算）.....19

4.6穩定計算...........................22

4.7應力分析及邊緣應力計算.............24

第五章溢流壩段設計........................29

5.1泄水方式的選擇.....................29

5.2溢流壩的孔口布置...................29

5.3溢流壩剖面擬定.....................32

5.4消能防沖設計.......................36

5.5挑距和沖坑的估算...................38

II

.................41...................41

南昌工程學院本科畢業設計.................41...................415.5.1水舌挑射距離L..............38

5.5.2最大沖坑水墊厚度的計算（按校核洪水位情況考慮）.....................38

第六章細部構造設計........................40

6.1混凝土分區設計.....................40

6.2非溢流壩細部結構

6.3溢流壩細部結構

6.3.1閘門和啟閉機.................41

6.3.2閘墩和工作橋.................41

6.4壩體分縫及止水設計.................42

6.5壩體排水...........................43

6.6壩體廊道系統.......................44

6.6.1基礎灌漿廊道.................44

6.6.2壩體廊道.....................44

第七章引水隧洞的設計......................46

7.1洞徑的計算.........................46

III

南昌工程學院本科畢業設計7.1.1洞徑的擬定...................46

7.1.2洞徑泄流驗算.................46

7.2洞線的布置.........................47

7.2.1洞線的布置原則...............47

7.2.2隧洞圍巖厚度的確定...........47

7.2.3隧洞縱坡設計.................48

7.2.4洞線的選擇...................48

7.3進口段的布置與設計.................48

7.3.1進水口的具體形式選擇.........48

7.3.2事故閘門與檢修閘門...........48

7.3.3進水口高程的驗算.............49

7.3.4進口段、漸變段和閘門段的設計.49

7.3.5攔污柵的設計.................50

7.3.6通氣孔設計...................51

7.3.7啟閉機設計...................51

7.4引水隧洞水力計算...................52

IV

南昌工程學院本科畢業設計7.4.1局部水頭損失計算.............52

7.4.2沿程水頭損失計算.............52

7.5調壓室設計.........................53

第八章地基處理............................54

8.1重力壩對地基的要求.................54

8.2壩基開挖與清理.....................54

8.3壩基的固結灌漿.....................55

8.4壩基帷幕灌漿.......................55

8.5壩基排水設施.......................56

V

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VI

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I

2。流域內山高林密84kW，可開發電量8kW·h，其水2。流域內山高林密84kW，可開發電量8kW·h，其水

第一章工程概況與設計任務及要求

1.1工程概況

倫潭水利樞紐工程位于鉛山縣天柱山鄉境內，距縣城約50km，壩址地處鉛山河支流楊村水中游，是鉛山河流域內具有防洪、灌溉、發電、供水及水產養殖等綜合效益的控制性工程。

鉛山河是信江中上游南岸的一條主要支流，發源于閩贛邊境的武夷山脈。流域東鄰石溪水，西毗陳坊河，南靠武夷山，北抵信江，集雨面積1255km，植被良好，氣候溫和，礦產資源豐富，尤以銅礦著稱。鉛山河流域理論電力蘊藏量約14×10kW·h，初步查明的可開發水電裝機有18.46×106.7×10力資源之豐富為信江之冠。

鉛山河流域是我省暴雨中心之一，也是我省小流域治理規劃的重點流域。倫潭水利樞紐工程項目在2002年7月已經國務院批準立項。

1.2設計任務與要求

1.2.1設計任務

（一）樞紐布置

1、壩址、壩軸線及壩型的選擇。

2、引水隧洞的布置。

（二）擋水及泄水建筑物設計

1、壩體設計，包括地基處理、剖面設計、壩體應力分析、穩定分析及細部構造設計。

2、泄水建筑物設計，包括溢流壩或泄水孔的孔口尺寸、體形、消能防沖設計及穩定計算等。

1

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包括進水口設計，隧洞直徑確定、襯砌設計及調壓室設計等。

1.2.2設計要求

（一）設計說明書、設計計算書各一份

說明書和計算書要求用鋼筆書寫，章節分明，語句通順，字體工整，對于論斷的依據，公式的來源以及所引用的符號意義均需交代清楚，并應附必要的簡圖和表格。此外，要求前有目錄，頁有編號，如使用程序時須附源程序說明，編制原理和程序框圖打印結果等，必要時附源程序。

（二）圖紙

主要設計圖有：

1、大壩平面布置圖、上游立視圖、下游立視圖；

2、擋水壩剖面圖、溢流壩剖面圖及細部結構圖

3、引水系統平面布置圖、剖視圖，包括進水口、調壓室及隧洞斷面圖

圖紙要求用計算機或鉛筆繪制，能表達設計意圖，尺寸齊全，干凈美觀，符合國家制圖標準，圖中應有附注以說明技術要求等問題。圖應編號，有設計制圖者簽名。

2

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3

2，河道平均坡降2、主河長3/s，C

8m3。鉛山河為雨洪式河流，洪水與暴雨3/s，洪量

2，河道平均坡降2、主河長3/s，C

8m3。鉛山河為雨洪式河流，洪水與暴雨3/s，洪量

6m3、W6m3；設計洪水標準（P=1%）、相應洪峰流量為3/s，洪量

6m3、W6m3。鉛山河屬少泥沙河流，壩址多年平均懸移質輸沙量4t、

4t。

第二章設計基本資料及水庫工程特性

2.1基本資料

2.1.1水文氣象

潭水利樞紐壩址處于鉛山河支流楊村水中游。楊村水為信江二級支流，發源于武夷山脈讀書尖。河流自南向北流經篁碧、港口、天柱山、港東、楊村、五都等地，在下坂與石塘水相匯后稱鉛山河。楊村水主河長70km，流域面積465km6.6‰。倫潭水庫壩址以上集雨面積242km41.9km，流域平均寬度5.77km，主河道平均比降11.62‰。壩址附近無水文測站，選擇鉛山河流域內鐵路坪水文站作為參證站，由1959年至2000年共42年徑流資料，推求壩址多年平均流量為11.0m=0.31,C=2.5C，多年vsv平均徑流深1438.8mm，多年平均徑流量3.48×10相應，多發生在4~9月份，洪水主要由鋒面雨形成，臺風雨也能形成較大洪水。經分析計算，壩址設計洪水成果：校核洪水標準（P=0.1%)，相應洪峰流量為2640mW=87.731×10=155.17×101500mW=52.0631×10=92.08×104.55×103推移質輸沙量1.82×10

鉛山河流域屬亞熱帶季風氣候區，流域內各地多年平均氣溫18.1℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最低氣溫-10.6℃，多年平均相對濕度79%。多年平均降水量1908.9mm，最大年降水量2856.7mm（1998年），最小年降水量1177.1mm（1971年），多年平均蒸發量1550.4mm，多年平均風速1.9m/s，實測最大風速20.3m/s。壩址區洪水期多年平均最大風速16ｍ/ｓ，吹程為2.5公里。

2.1.2工程地質

本區處華南褶皺系、贛中南褶隆、饒南拗陷區。區內地勢東南高、西北低，下游為低山丘陵區，中上游屬中低山——中高山構造剝蝕地貌，不良物理地質現象不甚發育。區內出露地層主要為燕山早期花崗巖。樞紐及庫區處于次一級的陳坊~永平~八都區域隆起構造

4

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帶，未發現孕震斷裂分布，不存在產生水庫誘發地震的可能性，根據GB18306-2001《中國地震動參數區劃圖》，本區地震動峰值加速度小于0.05g，地震動反應譜周期小于0.35s，區域構造穩定性較好。

水庫區地層巖性單一，組成庫盆、庫岸的花崗巖體巖性堅硬，透水性弱，庫周分水嶺雄厚，庫區產生永久性滲漏的可能性小，庫岸穩定性較好。未來庫區淤積問題不大。庫區內未發現有工業開采價值的礦產資源及古文化遺址分布，淹沒影響較小。不存在浸沒問題。

壩區含上、下兩個壩址，均屬構造剝蝕中低山地貌，位于燕山早期侵入的倫潭巖體上巖性，為細粒花崗巖，巖性單一，一般弱風化~微新巖體為中等~較好質量巖體。地質構造較簡單，未發現較大的斷裂構造及順河斷層。構造節理主要為北東向和北西向兩組，卸荷裂隙發育不明顯。

壩區的地下水主要為基巖裂隙潛水。地下水埋深多受大氣降水和地形條件及季節變化等因素所控制。巖體透水性則受地形條件、節理裂隙的密度與貫通，節理裂隙充填狀況及巖體風化程度等多種因素影響，一般遵循自上而下，由大到小的規律。據水質分析結果，壩區河水和地下水對混凝土具中等溶出型侵蝕性。

上、下壩址存在的工程地質問題，主要為滲漏及壩肩穩定問題。由于巖體風化及節理裂隙的影響，壩址基礎開挖以后，建基面以下一般為弱~中等透水巖體，需作防滲處理。上壩址可利用基巖埋深較大，建基面以下透水巖體厚度也較大。下壩址拱壩方案右壩肩，由于局部分布有緩傾角節理裂隙，其與壩區較發育的北西或北東向兩組陡傾角結構組合，存在與拱肩推力方向夾角很小的不利組合面，有沿該組面產生滑動的可能，對拱肩穩定不利。

就工程地質條件而言，上、下壩址均具備修建90m左右大壩的條件。而下壩址的工程地質條件優于上壩址。

據本階段對三條引水隧洞、一條導流隧洞、一個溢洪道及三個發電廠房和下壩址上、下游圍堰作的地質勘探工作，這些建筑物均處于中低山地貌，圍巖為細粒花崗巖，洞室大部分置于弱風化~微新巖體，地下水量不豐，地質構造較簡單，洞線進出口及廠房區未見較大的滑坡、崩塌等不良物理地質現象。各引水隧洞線及廠房均未發現大的工程地質問題。

5

8m3，調節庫容8m3，水庫總庫容8m3；灌溉農田面8m3，調節庫容8m3，水庫總庫容8m3；灌溉農田面4m34kW.h，4m3。

上、下游圍堰不存在大的工程地質問題。

2.1.3筑壩材料及其物理力學性質

水庫樞紐工程所需天然建材，石料可就地取材，儲量及質量均可滿足要求。砂礫料在壩址區缺乏，需在壩區下游較遠處采運，其中砂料質量可滿足規范要求，但粗骨料級配較差，粗細骨料儲量均可滿足需求。

2.1.4水庫的運用要求

倫潭水利樞紐工程位于鉛山河流域楊村水中游，是以防洪、灌溉為主，兼顧發電、供水和水產養殖的綜合利用工程。經綜合分析論證，倫潭工程規模基本選定為：水庫正常蓄水位253.0m，死水位為230.0m，防洪限制水位250.0m，防洪高水位為254.70m，相應防洪庫容為0.261×100.938×101.798×1010.62萬畝；電站裝機容量20.0MW；枯水季節能為下游工礦企業補充1500×10生產生活用水。

倫潭水利樞紐工程綜合利用效益顯著。在防洪方面：經水庫調蓄可使下游沿河兩岸和港東、楊林、五銅、永平、鵝湖、福惠等7個鄉（鎮）的村鎮和農田、永平銅礦的供水設施和尾礦污水排放設施、橫南鐵路線和上饒聯絡段鐵路線以及鉛山縣河口鎮的防洪標準由5年一遇提高到20年一遇；在灌溉方面：從水庫壩下取水可灌溉下游鉛山西部灌區的楊林、五銅、福惠、虹橋、汪二、河口茶場、新安埠、汪二墾殖場等九個鄉（鎮、場）的10.62萬畝，農田灌溉保證率達90%；在發電方面：電站裝機2×10.0MW，年發電量6074×10保證出力4520kW，年利用小時3037h；在供水方面：枯水季節能補充下游工礦企業生活生產用水1500×10

2.2水庫工程特性

（一）水庫樞紐工程主要特征值

正常蓄水位253.00ｍ

6

3/ｓ3/ｓ3333滲透系數-6ｃｍ/ｓ3/ｓ3/ｓ3333滲透系數-6ｃｍ/ｓ202

防洪高水位254.70ｍ

設計洪水位（P=1％254.75ｍ

相應下瀉流量975ｍ

相應下游水位176.43ｍ

校核洪水位256.45ｍ

相應下瀉流量1310ｍ

相應下游水位177.51ｍ

死水位230.00ｍ

水電站裝機容量2×10MW

總庫容1.798億ｍ

河床地面高程170m

（二）重要物理力學設計指標

（1）壩址處地基物理力學設計指標

壩址處具有砂質亞粘土覆蓋層，河床處覆蓋深度約為5米，兩岸垂直坡面覆蓋左岸3米，右岸12米。砂質亞粘土覆蓋層物理力學指標如下：

干容重Υ=1.59ｔ/ｍ飽和容重Υ=2.00ｔ/ｍｄS

浮容重Υ=0.98ｔ/ｍK=4.5×10ｂ

凝聚力ｃ=0.38ｋｇ/ｃｍ內摩擦角φ=20.57

（2）砼與基巖抗剪指標及基礎承載力

純摩時ｆ=0.7ｃ=0

剪摩時ｆ=0.9ｃ=2.8ｋｇ/ｍ

7

233/ｓ

南昌工程學院本科畢業設計233/ｓ

基礎承載力[σ]=30ｋｇ/ｃｍ

砼容重Υ=2.4ｔ/ｍ

工作橋及啟閉機作用于一個墩上荷載45噸，弧形門重20噸

（三）引水隧洞

設計引用流量32.40ｍ

相應下游尾水位163.64ｍ

水輪機安裝高程165.63ｍ

8

防洪總鎮及工（億（萬重要性大⑴型大⑵型1.0～0.1小⑴0.1～灌溉供水保護城面積對象礦企業畝）性≥10≥50010～防洪總鎮及工（億（萬重要性大⑴型大⑵型1.0～0.1小⑴0.1～灌溉供水保護城面積對象礦企業畝）性≥10≥50010～1.0中等一般發電保護（萬重要特別重≥特別要200重要重要100～60～301530～5一般灌溉供水

量（萬KW）≥120500～200100～60中等15～裝機容重要30～55～1120～30

第三章樞紐布置及工程等級

3.1工程等級及建筑物級別

該水庫總庫容為1.796億ｍ3，電站裝機容量為2萬KW。按照《水利水電樞紐工程等級劃分及劃分標準》，綜合考慮水庫總容量、防洪效益、灌溉面積、電站裝機容量、工程規模，查教材《水工建筑物》表3-1水利水電工程分等指標

水庫工程工程庫容農田等規模別ｍ3）畝）

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ中型

Ⅳ

9

0.01小⑵型表3-2永久性水工建筑物的級別1234530.01＜50.00133456＜3＜1

0.01小⑵型表3-2永久性水工建筑物的級別1234530.01＜50.00133456＜3＜1型

Ⅴ～

永久性建筑物的級別工程等別主要建筑物次要建筑物

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

該工程等級為Ⅱ等，工程規模為大⑵型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時建筑物為4級。

永久性水工建筑物洪水標準：正常運用（設計）洪水重現期100年；非常運用（校核）洪水重現期2000年。

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永久性水工建筑物洪水標準：永久性擋水建筑物和泄水建筑物正常運用（設計）洪水重現期100年；非常運用（校核）洪水重現期2000年；水電站廠房正常與非正常洪水標準分別為50年和500年；臨時性水工建筑物采用洪水標準為20-30年。

3.2樞紐布置

壩址、壩型選擇和樞紐布置是水利樞紐設計的重要內容，三者相互聯系。在選擇壩址/壩型和樞紐布置時，不僅要研究樞紐附近的自然條件,而且需要考慮樞紐的施工條件，運行條件，綜合效益，投資指標以及遠景規劃等，這是水利樞紐設計中貫穿在各個階段的一個十分重要的問題。不同的壩址適用于不同的壩型和樞紐布置，所以選擇壩址、壩型要同時做出樞紐布置。針對不同壩址做出不同壩型的各種樞紐布置方案，進行技術經濟比較，最后選定較為理想的壩軸線位置及相應的壩型和樞紐布置。

壩線、壩型選擇

(1)地質條件。地質是壩址、壩型選擇的主要依據之一。拱壩、重力壩需建在巖基上；土石壩則巖基，土基均可修建。壩址選擇應該注意一下幾個方面的問題：①對斷層破碎帶，軟弱夾層要查明其產狀、寬度（厚度）、充填物和膠結情況，對垂直水流方向的陡傾角斷層應盡量避開，對具有規模較大的垂直水流方向的斷層或是存在活斷層的河岸，均不應選擇壩址；②在順向河谷（指巖層走向與河流方向一致）中，總有一岸指與巖層傾向一致的順向坡，當巖層傾角小于地形坡角，巖層又有軟弱結構面時，在地形上存在臨空面，這種岸坡極易發生滑坡，應當注意；③對于巖溶地區，要掌握巖溶發育規律，特別要注意潛伏溶洞、暗河、溶溝和溶槽，必須查明巖溶對水庫蓄水和對建筑物的影響；④對土石壩，應盡量避開細砂、軟粘土、淤泥、分散性土、濕陷性黃土和膨脹土等土基。

(2)地形條件。河谷狹窄，地質條件良好，適宜修建拱壩；河谷寬闊，地質條件較好，可選用重力壩或支墩壩；河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或是地質條件較差，且土石、沙礫等當地材料儲量豐富，適宜修建土石壩。在高山峽谷區布置水利樞紐，應盡量減少高邊坡開挖。壩址選在峽谷地段，壩軸線短，壩體工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需綜合考慮。

(3)筑壩材料。壩址附近應有足夠的符合要求的天然建筑材料。

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(4)施工條件。便于施工導流，壩址附近特別是其下游應有開闊地形，便于布置施工場地；距離交通干線近，便于交通運輸；可與永久電網連接，解決施工用電問題。

(5)綜合效益。選擇壩址應綜合考慮防洪、灌溉、發電、航運、旅游、環境等各部門的經濟效益。

壩址選擇與地形、地質條件、壩型、樞紐布置和施工導流等因素有關，在滿足樞紐布置和施工導流要求的前提下，壩軸線應盡可能短，以節省工程量。從地質條件看，壩址應選在地質構造簡單，無大的地質構造的地方。

3.2.1壩址選擇

根據壩區水文氣象以及地質條件，倫潭水利樞紐可行性研究階段，在選擇壩型、壩址時，初選了上、下兩個壩址。

上、下壩址均屬構造剝蝕中低山地貌，位于燕山早期侵入的倫潭巖體上巖性，為細粒花崗巖，巖性單一，一般弱風化，微新巖體為中等，較好質量巖體。地質構造較簡單，未發現較大的斷裂構造及順河斷層。構造節理主要為北東向和北西向兩組，卸荷裂隙發育不明顯。上、下壩址存在的工程地質問題，主要為滲漏及壩肩穩定問題。由于巖體風化及節理裂隙的影響，壩址基礎開挖以后，建基面以下一般為弱~中等透水巖體，需作防滲處理。上壩址可利用基巖埋深較大，建基面以下透水巖體厚度也較大。下壩址拱壩方案右壩肩，由于局部分布有緩傾角節理裂隙，其與壩區較發育的北西或北東向兩組陡傾角結構組合，存在與拱肩推力方向夾角很小的不利組合面，有沿該組面產生滑動的可能，對拱肩穩定不利。

就施工條件而言，上、下壩址均具備修建90m左右大壩的條件。而下壩址的工程地質條件優于上壩址。

經綜合必選后，上、下兩個壩址的地形、水工樞紐布置和施工條件等諸多因素，以下壩址較優，故選定下壩址，見圖1。

3.2.2壩軸線選擇

根據上述壩址巖基地質特點和地形情況,壩軸線布置時考慮以下因素：

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,體和地基應力分布最為理想,非庫空工況地基中的第二主應力)壓應力.大巖層的傾角一

南昌工程學院本科畢業設計,體和地基應力分布最為理想,非庫空工況地基中的第二主應力)壓應力.大巖層的傾角一

（1）壩體與巖基聯合作用的應力場和應變場合理,應力應變最大值控制在允許范圍之內；

（2）作用于壩面的水、淤沙荷載與壩體自重的合力盡可能作用于輝綠巖帶的中部,最大限度地使輝綠巖真正成為主要持力層,使因建壩產生的地基應力盡量在輝綠巖體中消散；（3）設置在巖基中的防滲帷幕工程量小,且防滲效果可靠；（4）壩腳盡可能遠離蝕變帶,對蝕變帶處理工作量較小；（5）便于壩基開挖施工。

首先對河床段壩軸線作了上線（壩踵位于上游蝕變帶邊緣）、中線（壩踵和壩趾分別離上、下游蝕變帶有一定距離）和下線（壩趾位于下游蝕變帶邊緣）3個方案進行比較研究中線方案的壩值全部分布在質地堅硬的輝綠巖體中,且沿上下游兩側衰減得很快,使上下游相鄰的較軟弱巖層如馬口、馬已所產生的應力相對很小。同時,輝綠巖的第二主應力方向基本與該巖層的傾角一致,極利于整個壩基的穩定安全。這種應力分布特征,表明非庫空工況作用于地基的合力作用點不僅在輝綠巖帶的中部區域,而且其方向亦基本與輝綠巖致。這正是我們所希望的。

此外,中線方案因壩踵和壩趾分別距上、下游蝕變帶相對較遠,基礎處理相對簡單、可靠,同時壩踵底部的輝綠巖體厚度既可保證強度需要,亦可適當延長庫水從上游蝕變帶滲入壩底的滲徑,并較多削減滲壓梯度,以便于設置防滲帷幕。故主壩軸線布置選擇中線方案。

3.2.3壩型選擇

由基本資料知壩址千年校核洪水洪峰流量2640m3/s，百年設計流量1500m3/s，洪水來量大，要求泄水建筑物有較大的過水能力，由于本水庫除滿足千年一遇的防洪標準外，尚需要承擔下游防洪任務，所以單寬流量不宜過大。壩區水文氣象和工程地質條件具備了修建90m左右壩高及成庫條件，壩址處為細粒花崗巖。一般弱風化，微新巖體為中等，較好質量巖體。壩址基礎開挖以后，建基面以下一般為弱~中等透水巖體，需作防滲處理。首先考慮重力壩、土石壩、拱壩三種基本壩型。

（1）從地質來看，重力壩是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠壩身自重保持穩定的壩，對地形、地質適應性強。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。在土基上也可修建高度

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南昌工程學院本科畢業設計

不高的重力壩。拱壩壩體的穩定主要依靠兩岸拱段的反力作用，不像重力壩那樣依靠自重維持穩定。因此拱壩對壩址的地形、地質條件要求較高，對地基處理要求也較嚴格。再者由于下壩址拱壩方案右壩肩局部分布有緩傾角節理裂隙，其與壩區較發育的北西或北東向兩組陡傾角結構組合，存在與拱肩推力方向夾角很小的不利組合面，有沿該組面產生滑動的可能，對拱肩穩定不利。所以不適合修建土石壩。土石壩能適應不同的地形、地質和氣候條件。除極少數例外，幾乎任何不良地基，經處理后均可修建土石壩。但因洪水泄量及導流和渡汛流量大的特點，不適合修建土石壩。故考慮地質條件以修建混凝土壩較為適宜。

（2）地形條件。河谷狹窄，地質條件良好，適宜修建拱壩；河谷寬闊，地質條件較好，可選用重力壩或支墩壩；河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或是地質條件較差，且土石、沙礫等當地材料儲量豐富，適宜修建土石壩。由于壩址處河床狹窄但地質條件較差，且左右岸巖性不均一，不適于建拱壩，若是修建拱壩，開挖量較大，不符合經濟效益。同時在高山峽谷區布置水利樞紐，應盡量減少高邊坡開挖。因洪水泄量及導流和渡汛流量大的特點，壩址處不適宜修建土石壩。故此處修建重力壩最為適宜。

（3）筑壩材料。土石壩可用任何土石料筑壩，壩址附近有足夠的符合要求的天然建筑材料，可以就地、就近取材，節省大量水泥、木材和鋼材，以減少工地的外線運輸量。重力壩和拱壩因建壩材料的不同可分為多種類型，但都不及土石壩，能就地取材。

經綜合考慮，選定重力壩。再考慮以下幾種重力壩壩型：常態混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、混凝土寬縫重力壩、混凝土空腹重力壩。

（1）因全河道泄洪，溢流壩堰頂會定的很低，空腹重力壩和寬縫重力壩節省投資有限，且這兩種壩型結構復雜，鋼筋和模板用量較多，施工難度大，渡汛過水較困難，故放棄這兩種壩型。

（2）因為本工程洪水泄量大，所以非溢流壩段長度較小，溢流壩段長度所占比例較大，且堰頂高程較低，除去基礎部位和壩體外部的常態混凝土以外，碾壓混凝土的方量較少，如采用此壩型，還需要增設碾壓施工設備，拌和樓的容量也要擴大，就近又沒有粉煤灰，經比較，放棄此壩型。

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南昌工程學院本科畢業設計

（3）常態混凝土重力壩相對以上壩型，壩身泄洪安全可靠，壩體結構簡單，施工期便于過水渡汛，施工速度快。

綜上，根據倫潭壩址的地形、地質及洪水特點，選則常態混凝土重力壩比較合適。

3.2.4引水隧洞的布置

因本引水隧洞為引水發電隧洞，根據提供的地質地形圖可知，壩址左岸下游河床可以充分利用S形河段的特點，增加利用水頭，所以在右岸布置可增加7-9m的發電水頭，而且該處巖層為微新細顆粒花崗結晶巖，新鮮巖面堅硬完整，洞線山體雄厚，地質構造簡單。斷裂構造不發育。主要以北走向節理，其走向與洞軸線交角甚小。考慮到了洞室基本處于微新巖體及部分弱風化巖體之中，巖石堅硬，完整性較好，成洞條件良好。洞線應盡量取直，且有良好的水流條件，必要的轉彎處，轉彎半徑大于5倍的洞徑，轉角不宜大于60度。

隧洞的橫斷面形狀應根據隧洞的用途，水力學、工程地質與水文地質、襯砌工作條件以及地應力情況、施工方法等因素，通過技術經濟分析確定。

有壓隧洞宜采用圓形斷面。在圍巖穩定性較好，內、外水壓力不大時，可采用便于施工的其他斷面形狀。

較長隧洞可采用多種斷面形狀和襯砌型式，但不宜過多過密。不同斷面或襯砌型式之間應設置過渡段，過渡段的邊界應采用平緩曲線，并便于施工。

有壓隧洞過渡段的圓錐角宜采用6°～10°，對承受雙向水流的過渡段應取小值。過渡段的長度不應小于1.5倍洞徑(或洞寬)。

由于本設計洞線處為花崗巖，地質條件較好，又采用了有壓隧洞。根據隧洞的斷面圖形考慮水流條件好及受力條件較好，且可充分得用圍巖彈性抗力，從而減小襯砌的工程量，降低施工的難度和造價，當選取圓形斷面無疑。同時有壓隧洞水流較平順，穩定，不易產生不利流態。

引水隧洞由進水口段，洞身段及有壓管道部分組成。

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南昌工程學院本科畢業設計

由于該建筑物處于中低山地貌，圍巖為細粒花崗巖，地質條件較好，又采用了有壓隧洞。根據隧洞的斷面圖形考慮水流條件及受力條件較好，且可充分的利用圍巖彈性抗力，從而減小襯砌的工程量，降低施工的難度和造價，無疑當選取圓形斷面。同時有壓隧洞水流較順暢，不易產生不利水流流態。

此處擬定隧洞進口斷面為矩形，后漸變成圓形，再變為矩形主閘門段，直過閘門估后于由矩形漸變圓形，至壓力管道處再度漸變，隧洞段坡降0.5％，至壓力管道后以45度角向下拐彎坐高程165.63m（發電水輪機安裝高程）后不平布置直至廠房。

16

hzh——防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；——超值累積頻率為1%時波浪高度，m；按官廳水庫公式計算h庫面的波浪吹程,這里取2.5km；計算風速（米/秒），設計洪水位時，采用相應洪水期多年平均最大風速的1.5～——波浪中心線高出正常蓄水位或校核洪水位的高度，m;L1%h1%hc0.00166?V10.4((hzh——防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；——超值累積頻率為1%時波浪高度，m；按官廳水庫公式計算h庫面的波浪吹程,這里取2.5km；計算風速（米/秒），設計洪水位時，采用相應洪水期多年平均最大風速的1.5～——波浪中心線高出正常蓄水位或校核洪水位的高度，m;L1%h1%hc0.00166?V10.4((h)2/Lh54h)0.8（4-4）（4-1）D1（官廳公式）（4-3）3（4-2）

第四章重力壩非溢流壩剖面設計

4.1壩頂高程的確定

根據教材《水工建筑物》可查得壩頂高程可按以下兩個公式計算，并選用其中較大值。

①壩頂高程=設計洪水位+Δｈ設

②壩頂高程=校核洪水位+Δｈ校

為了交通和運用管理的安全，非溢流重力壩的壩頂高程應高于校核洪水位，壩頂上游的防浪墻頂的高程應高于波浪高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差h由下式確定：

h1%

式

h1%

D—

V—2.0倍，校核洪水位時，采用相應洪水期多年平均最高

hz

式中:L為波長，m；

hz-為波浪中心線壅高，m。

17

hc表4-1安全超高h值表cⅠ（1）（2、（4、3）0.7Ⅰ（1）（2、（4、hc表4-1安全超高h值表cⅠ（1）（2、（4、3）0.7Ⅰ（1）（2、（4、3）0.50.4常蓄水位和校核洪水位采用不同的Ⅱ5）0.5Ⅱ5）0.3Ⅲ0.4Ⅲ必須注意，在計算h1%和hz時，正

——安全超高，m,可查下表。

水工建筑物

安全級別

正常蓄水位

水工建筑物

安全級別

校核洪水位計算風速值。正常蓄水位時，采用重現期為50年的年最大風速；校核洪水位時，采用多年平均最大風速。

4.2壩頂寬度的確定

為了滿足運用、施工和交通的需要，壩頂必須要有一定的寬度。當有交通要求時，應按交通要求布置。一般情況壩頂寬度可采用壩高的8%~10%，且不小于3m。碾壓混凝土壩壩頂寬不小于5m；當壩頂布置移動式啟閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門軌道的要求。

本工程取壩頂寬度為9m，扣除上游防浪墻厚度、下游側護欄和排水溝槽，壩頂路面寬度為9m。因為兩岸沒有交通要求，9m寬路面能滿足大壩維修作業通行需要。

18

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4.3壩坡的設計

常用的剖面形態有：（1）上游壩面鉛直，適用于混凝土與基巖接觸面間的f,c值較大或壩體內設有泄水孔或水管道，有進口控制設備的情況；（2）上游壩面上部鉛直，下部傾斜，既便于布置進口控制設備，又可利用部分水重幫助壩體維持穩定；（3）上游壩面略向上傾斜，適用于混凝土與基巖面間的f,c值較低的情況。經比較，本設計采用第（2）種，即上游壩面上部鉛直，下部傾斜的剖面形態。上游壩坡坡率取n=0.2，下游邊坡系數m=0.75，上游起坡點高度，一般在壩高的1/3～2/3范圍內。

上游折坡點高程定在1/2壩高處221.25m，下游245.75m以上為鉛直壩面。

4.4壩底寬度的擬定

壩底寬度約為壩高的0.7～0.9倍，本工程的壩高93m，通過已確定的上下游壩坡坡率，

可以根據上述尺寸最終算得最大壩底寬度B=79.05m。

分析地基條件，要求設防滲灌漿帷幕和排水幕，灌漿帷幕中心線距上游壩踵15m，排水孔中心線距防滲帷幕中心線17m.

4.5荷載組合及其計算（以單寬計算）

荷載是重力壩設計的主要依據之一，荷載組合可分為基本組合與偶然組合兩類。基本組合屬于設計情況或正常情況，由同時出現的基本荷載組成。偶然組合屬校核情況或非常情況，由同時出現的基本荷載和一種或幾種偶然荷載組成。設計時應從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進行計算，使之滿足規范中規定的要求。

基本組合1：設計洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力、自重。

偶然組合1：校核洪水位時的靜水壓力、揚壓力、浪壓力、自重。

荷載計算如下：

（1）自重W

19

V.V-壩體體積，m^3;由于取1m壩長，可以用斷面面積表4-2

深

（m）

89.7511.4391.45V.V-壩體體積，m^3;由于取1m壩長，可以用斷面面積表4-2

深

（m）

89.7511.4391.45（KN/m）代替；下游水深

H278.3212.51（4-5）上下游水位差（m）H78.94（m）

壩體自重的計算公式：

Wc

式中

-壩體混凝土的重度（本設計中混凝土的重度為24KN/m^3）兩種情況下自重相同。c

（2）靜水壓力P

靜水壓力是作用在上下游壩面荷載，計算時常主要分解為水平水壓力PH和垂直水壓力Pv兩種。

計算各種情況下的上下游水深，如下表：

上游水特征水位

H1設計洪水位

校核洪水位

計算各種情況下靜水壓力：

水平水壓力P計算公式為：H

20

12—水的重度，常取9.81kN/m3；Hγ（表4-3浪壓力計算基本數據表20.325009.8H2w為揚壓力折減系數，=0.25）20.3250012—水的重度，常取9.81kN/m3；Hγ（表4-3浪壓力計算基本數據表20.325009.8H2w為揚壓力折減系數，=0.25）20.325009.81625009.8（4-6）

PH

式中：H—計算點處的作用水頭，m；

w

（3）揚壓力U(↑)

揚壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上下游水位差產生的滲流在壩體內或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由下游面淹沒計算截面而產生向上的水壓力。揚壓力的分布與壩體結構、上下游水位、防滲排水等因素有關。下面以壩基面（當壩基設有防滲帷幕和上游筑排水孔）上的揚壓力計算為例來說明，壩踵處的揚壓力強度為γH1，壩趾處的揚壓力強度為γH2，排水孔孔幕處的滲透壓力為

如下圖：

(4)浪壓力

正常蓄設計洪水校核洪水水位位位

計算風速Vo(m/s)

有效吹程D(m)

重力加速度g(m/s2)

21

2531650.588P254.751650.589.75L4w256.451650.491.45(2531650.588P254.751650.589.75L4w256.451650.491.45(h1%h)Z（4-7）水位高程(m)

壩基高程(m)

安全超高hc(m)

迎水面深度H(m)

根據壩高時的計算，各種情況均按深水波計算浪壓力，波浪壓力計算公式：

L

式中：PL-單位長度迎水面上的浪壓力，KN/m;

-水的重度，KN/m;w

L-平均波長，m；

h1%-累積頻率為1％的波浪高度（m）;

hz-為波浪中心線壅高，m。

4.6穩定計算

重力壩的抗滑穩定分析按單一安全系數法和分項系數極限狀態設計進

行計算和驗算。抗滑穩定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結構面抗滑穩定的安全度。抗滑穩定計算時取單寬作為計算單元。

22

fWU)'按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數；壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數，f′=1.35；壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa，c′=1500KPa；壩基接觸面截面積，m；作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值，kN；作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN；K'3）2.3'(22.5c'APfWU)'按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數；壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數，f′=1.35；壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa，c′=1500KPa；壩基接觸面截面積，m；作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值，kN；作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN；K'3）2.3'(22.5c'AP（4-8）

1.單一安全系數法：

因壩體混凝土與基巖接觸良好，本次設計單一安全系數法采用抗剪斷強度計算公式進行穩定分析，計算公式如下：

Ks

式中：

K'—s

f′—

c′—

A—

ΣW—

ΣP——

按上述抗剪斷強度公式計算的壩基面抗滑穩定安全系數K′值應不小于下表的規定。表4-4

荷載組合s基本組合

（1特殊組合（2

23

0dR各分項系數可查表。1（4-10）P--壩基面上全部切向作用之和,即作用設計值水平方向的代數和。WRW-為壩基面上全部作用的法向作用設計值之和，既法向力設計值代數和。cA0dR各分項系數可查表。1（4-10）P--壩基面上全部切向作用之和,即作用設計值水平方向的代數和。WRW-為壩基面上全部作用的法向作用設計值之和，既法向力設計值代數和。cA（4-9）（4-11））

2.分項系數極限狀態設計法：

承載能力極限狀態設計式：

S

抗滑穩定極限狀態作用效應函數為

SPR

抗滑穩定極限狀態抗力函數

RfR

R

查得f′的分項系數為1.3，C′的分項系數為3.0。

壩基面抗剪斷系數設計值f′=1.35/1.3=1.04

壩基面抗剪斷黏聚力設計值C′=1500/3.0=500kPa

各基本變量及揚壓力系數α應以設計值代入計算。

4.7應力分析及邊緣應力計算

用材料力學法計算邊緣應力。在一般情況下，壩體的最大和最小應力都出現在壩面，應校核壩體邊緣應力是否滿足強度要求。

當采用材料力學法分析壩體應力時，SL319-2005《混凝土重力壩設計規范》規定的強度指標如下（本次設計只考慮運用期）。

24

壩趾垂直應力—上游邊緣垂直正應力，kPa；—下游邊緣垂直正應力，kPa；1mydWBWB2MB2MB2（4-12）（4-13）壩趾垂直應力—上游邊緣垂直正應力，kPa；—下游邊緣垂直正應力，kPa；1mydWBWB2MB2MB2（4-12）（4-13）（4-14）

重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應力應符合下列要求：

運用期

1）在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應力不應出現拉應力，應小于壩基容許壓應力；

重力壩壩體應力應符合下列要求：

運用期

1）壩體上游面的垂直應力不出現拉應力（計揚壓力）。

2）壩體最大主壓應力，應不大于混凝土的允許壓應力值。

同樣采用單一安全系數法和分項系數極限狀態設計式對兩種情況分別分析

水平截面上的正應力

1.單一安全系數法

yu

yd

式中：Бuy

Бdy

∑M—作用于計算表面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；

B—計算截面的長度，m。

壩體最大主應力按下游邊緣最大主應力計算：

1y

25

WBR0d其他邊緣應力分量計算公式Puydu61WByudPuMB（4-16）RMBPnWBR0d其他邊緣應力分量計算公式Puydu61WByudPuMB（4-16）RMBPn

2nm（4-21）（4-15）（4-17）0（4-20）1m（4-19）2（4-18）

2.分項系數極限狀態設計法：

（1）壩趾抗壓強度承載能力極限狀態：

壩趾抗壓強度計入揚壓力情況下的極限狀態作用效應函數為

壩趾抗壓強度極限狀態抗力函數為

Ra

式中：Ra為混凝土抗壓強度。

S

（2）壩踵應力約束條件的正常使用極限狀態

以壩踵鉛直應力不出現拉應力作為正常使用極限狀態。

0

核算壩踵應力時，以標準值代入。

3.邊緣應力計算公式

上游面剪應力：u

下游面剪應力：d

上游面水平正應力：xu

26

d1nyuPu1mydPduydudyuPuydPd上游壩坡；下游壩坡；Pd2u（4-24）2dPuudPuuuPudyd1nuPuu1mdPud（4-26）PyuPudPuuPd2uu（4-32）2udmd1nyuPu1mydPduydudyuPuydPd上游壩坡；下游壩坡；Pd2u（4-24）2dPuudPuuuPudyd1nuPuu1mdPud（4-26）PyuPudPuuPd2uu（4-32）2udmPPyuud（4-34）PPnmPP（4-22）n2m2（4-28）PPP（4-27）nmPP（4-23）（4-25）22nm（4-29）22（4-30）（4-33）（4-31）

下游面水平正應力：xd

上游面主應力：1u

2u

下游面主應力：1d

2d

以上公式適用于無揚壓力作用的情況，當截面上有揚壓力作用時，應分別采用下列公式：

上游面剪應力：u

下游面剪應力：d

上游面水平正應力：xu

下游面水平正應力：xd

上游面主應力：1u

2u

下游面主應力：1d

2d

式中：

n——

m——

27

以使上游面產生壓應力

南昌工程學院本科畢業設計以使上游面產生壓應力

Pu、Pd——計算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強度（如有淤沙

壓力時，應計入在內）；

Puu、Pud——計算截面在上、下游壩面處的揚壓力強度；

∑——計算截面上全部垂直力之和（包括壩體自重、水重、計算的揚壓力等），以下向下為正，對于實體重力壩，均切取單位寬度壩體為準（下同）；者為正。

28

南昌工程學院本科畢業設計

第五章溢流壩段設計

5.1泄水方式的選擇

溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩定和強度要求，還要滿足泄水要求。因此，需要有足夠的孔口尺寸、較好體形的堰型，以滿足泄水的要求；并使水流平順，不產生空蝕破壞。溢流壩的泄水方式主要有以下兩種：

(1)開敞溢流式。除泄洪外，它還可排除冰凌或其他漂浮物。堰頂可設置閘門，也可不設。不設閘門時，堰頂高程等于水庫的正常高水位，泄洪時，靠壅高庫內水位增加下泄量，從而增加了庫內的淹沒損失和非溢流壩的壩頂高程和壩體工程量，但結構簡單，可自動泄洪，管理方便。適用于泄洪量不大、淹沒損失小的中小型工程；

設置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的不同開啟高度調節庫水位和下泄流量，減少上游淹沒損失和非溢流壩的壩頂高程和壩體工程量。適用于大型工程及重要的中型工程。

(2)孔口溢流式。為了降低堰頂閘門的高度，增大泄流，可采用帶有胸墻的溢流堰。這種型式的溢流孔可按洪水預報提前放水，從而騰出較大庫容蓄納洪水，提高水庫的調洪能力。當庫水位低于胸墻下緣時，下泄水流流態與堰頂開敞溢流式相同；當水庫水位高于孔口一定高度時，呈大孔口出流。為使水庫具有較大的泄洪潛力，宜優先考慮開敞式溢流孔。

從實際工程中水頭較大需較充分泄流等要求出發，結合開敞式與孔口溢流式的優缺點進行分析，本設計中選擇開敞溢流式并設置閘門。

5.2溢流壩的孔口布置

5.2.1單寬流量q的確定

單寬流量是確定孔口尺寸的重要依據，單寬流量大，溢流孔口的寬度可以縮短。有利于樞紐的布置，但增加下游消能的困難，下游的局部沖刷可能更嚴重。反之，單寬流量小，有利于下游消能，但溢孔口的寬度增大，對樞紐的布置不利。因此，一個經濟而安全的單寬流量必須綜合地質條件、下游河流水深、樞紐布置、消能等各種困難，經技術經濟比較后

29

33mb2g/(ｓm);中等堅硬的巖石取q=50～/(ｓmH13100.950.50224)；特別堅硬的巖石取q=100～150ｍ32233mb2g/(ｓm);中等堅硬的巖石取q=50～/(ｓmH13100.950.50224)；特別堅硬的巖石取q=100～150ｍ32229.8133（5-1）/(ｓm)。本設計取q=95ｍ/(ｓm).38.99m

確定。

工程實踐證明對于軟夾層巖石通常取q=20～50ｍ

100ｍ

5.2.2溢流孔口尺寸的確定

（1）孔口凈寬的計算

B校=Q校/q=1310/95=13.8m

B設=Q設/q=975/95=10.3m

根據以上計算取溢流壩孔口凈寬為24m。假設每孔凈寬為b=8m，孔數為n=3。

（2）溢流壩總長度的確定

根據工程經驗擬定閘墩的厚度初擬中墩厚d=4m，邊墩厚d=3m，則溢流壩總長度（不包括邊墩）B1為：

B1=nb+(n-1)d=3×8+2×4=32(m)

（3）堰頂高程的確定

根據公式：

Q

初擬時ε取0.95，m取0.502，忽略行進流速水頭，故堰頂高程即為設計洪水位減去堰上水頭H.

校核洪水位時：

H0

設計洪水位時：

30

表5-1側收3/

數13100.959750.959750.950.50224流量縮系（m）（m）（m）248.99256.247.18254.表5-1側收3/

數13100.959750.959750.950.50224流量縮系（m）（m）（m）248.99256.247.18254.229.81口系數247.4546247.7557凈寬3堰上水位堰頂水頭高程高程7.18m

H0

堰頂高程計算表如下：

孔流量

計算ｍ情況ｓ（m）

校核0.50情況2

設計0.50情況2

根據以上計算取堰頂高程為247.5m。

（4）閘門高度的確定

閘門頂高程=正常高水位+（0.3～0.5）=253+0.5=253.5m

閘門高=閘門頂高程-堰頂高程=253.5-247.5=6m

閘墩頂部高程與非溢流壩頂路面高程相同。

（5）定型設計水頭H的確定S

31

xaHs2bHbHy2s1（5-2）

南昌工程學院本科畢業設計xaHs2bHbHy2s1（5-2）

堰頂最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程即：Hmax=256.45-247.46=8.99m,

定型設計水頭Hs為Hs=（75%～95%)Hmax，

取Hs=8m，Hs/Hmax=8/8.99=0.89。

5.3溢流壩剖面擬定

溢流曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。

設計要求：（1）有較高的流量系數，泄流能力大；

（2）水流平順，不產生不利的負壓和空蝕破壞；

（3）體形簡單，造價低，便于施工。

本設計采用的溢流壩的基本剖面為三角形。其上游面為折線面，其起坡點的高度和坡率與非溢流壩的保持一致，即取上游的坡率為n=0.2，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。

（一）壩頂曲線段

溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克—奧曲線和WES曲線。本工程選用WES曲線。首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點為坐標原點。WES型堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。

（1）上游堰面曲線。原點上又采用橢圓曲線，其方程為

s

式、b-----系數，a=0.28～0.30，a/b=087+3a;

Hs------定型設計水頭。

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x0.288x20.288-2.22-1.59-0.471.12xns80.85y20.168-0.5560.38kHn1y0.168x0.288x20.288-2.22-1.59-0.471.12xns80.85y20.168-0.5560.38kHn1y0.1680.160.1600.15（5-3）y28y280.04011

根據計算為Hs=8m，取a=0.28.代入公式計算得b=0.16.

橢圓方程為

上游堰頂橢圓曲線坐標計算表如下：表5-2

坐標

x

y

（2）下游段的WES曲線方程為：

K、n—與上游堰面的傾斜坡度有關的參數,上游面垂直時，n=1.85,k=2.0;

Hs------定型設計水頭。

x、y—以溢流堰頂頂點為坐標原點的坐標，x以向下游為正，y以向下為正

所以WES曲線方程為：x1.852

頂部的曲線段確定后，中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，即為1：0.75，直線段與WES曲線相切時，切點C的橫坐標x為：

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k/mnx1.8521101127...k/mnx1.8521101127...8.81326515180.85y1n1HS2.010.751.851.851812.3m

xC

表5-3計算WES下游曲面坐標值表

坐標

x1234567891212.3

0001346.....4..8.y03661.90468057207495826444

（二）中間直線段

中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，取0.75

（三）底部反弧段

（1）反弧半徑的確定

根據工程經驗，挑射角θ一般在15°～30°之間，在此取25°。挑流鼻坎應高出下游最高水位1～2m,鼻坎的高程為177.51+1=178.51m

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QBgH0QBV挑坎高程定為178.51m。1.5312gHm（5-7）（5-4）0.055KQBgH0QBV挑坎高程定為178.51m。1.5312gHm（5-7）（5-4）0.055K（5-6）0.5（5-5）

上游水面至挑坎頂部的高差為Ho=校核洪水位-坎頂高程=256.45-178.51=77.94m

反弧段過流寬度B=24+2*4=32m

流能比KE0

壩面流速系數

E

V0

坎頂水深h

0

反弧段半徑R=（4～10）h=4.92～12.3m，取R=10m

Rcosθ=Rcos25°=9.06m

反弧段的圓心求法：先畫一條平行于與壩的下游面且相距圓弧半徑R的直線，再畫一條與挑坎定點相距為Rcos25°的水平線，兩點的交點即為圓心。

（2）挑坎高程

工程中一般采用下游最高尾水位以上1～2m，

（3）挑角

挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程減小。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加；另外，隨著挑角增大，開始形成挑流得能量，即所謂起挑能量也增大。根據工程經驗，挑射角θ一般在15°～30°之間，在此取25°。

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南昌工程學院本科畢業設計

5.4消能防沖設計

由于溢流壩下泄的水流具有很大的動能，常高達幾百萬甚至幾千萬KW，如此巨大的能量，如不妥善處理，勢必導致下游河床被嚴重沖刷，甚至造成塌滑岸破和大壩失事。所以消能措施的合理選擇和設計對樞紐布置、大壩安全及工程量具有重要意義。

由《水工建筑物》及《混凝土重力壩設計規范》（DL5108-1999）可知消能的設計原則是：1）盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；2）不產生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；3）下泄水流平穩，不影響樞紐中其它建筑物的正常運轉；4）結構簡單，工作可靠。4）工程量小，造價低。

5.4.1確定消能形式

由于工程所在地地基巖性很好，抗沖能力強，且水頭很高。消能方式應根據地形地區條件、樞紐布置、運行條件、下游水深及消能防沖要求等綜合考慮，并通過經濟技術比較選定。

（1）挑流消能:挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射,使水流擴散,并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后,形成強烈的旋滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來愈厚,大部分能量消耗在水滾的摩擦中,沖坑逐漸趨于穩定.挑流消能的工程量小、投資省,結構簡單、檢修施工方便.但下游局部沖刷不可避免,一般適用于巖基比較堅固的高壩或中壩。

（2）底流式消能:底流消能是在壩址下游設消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內產生水躍,通過水流內部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量.底流消能具有流態穩定，消能效果好,對地質條件和尾水變幅適應性強及水流霧化等優點.但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能適應于中低壩或基巖較軟弱的河道,高壩采用底流消能需經論證。

（3）面流式消能:面流消能是在溢流壩下游面設低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴散，減小對河床的沖刷，達到消能防沖的目的。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩定，尾水較深，河道順直，河床和河岸

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在一定范圍內有較高抗沖能力，可排漂和排冰。面流消能雖不需要做護坦，但因為高速水流在表面，并伴隨著強烈的波動，流態復雜，使下游在很長距離內水流不平穩，可能影響電站的運行和下游航運，且宜沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護措施。

（4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流壩址設置一個半徑較大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內產生旋滾，經鼻坎將高速的主流挑至表面。戽內、外水流的旋滾可以消耗大