湖南水利水电职业技术学院 铜钱坝枢纽及溢洪道设计
湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院
Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power
毕业设计成果
设计项目名称铜钱坝枢纽及溢洪道设计
姓 名： 张 清 华 专 业： 水 利 工 程 班 级： 08 级 水 工 二 班 学 号： 200801021677 指导老师： 丁 琼
任务下达日期：2009年11月 23日 设计完成日期：2009年12月 18日
水利工程系
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目 录
第一章 基本资料 ............................................................................................................................. 1 1.1地形、地质情况 ............................................................................................................................ 1 1.1.2库区工程地质条件 .................................................................................................. 1 1.1.3坝址工程地质条件 .................................................................................................. 3 1.2 水文与气象 ................................................................................................................................... 6 1.3 工程特性值 ................................................................................................................................... 8 1.4水位 ................................................................................................................................................ 8 1.5其他 ................................................................................................................................................ 9 第二章 调洪演算 ........................................................................................................................... 10 2.1 洪水分析计算 ............................................................................................................................. 10 2.1.1设计洪峰 ................................................................................................................ 10 2.1.2设计洪量的推求 .................................................................................................... 10 2.2泄洪规模和死库容确定 .............................................................................................................. 11 2.3 兴利库容的确定 ......................................................................................................................... 11 2.4 调洪计算 ..................................................................................................................................... 12 第三章 枢纽总体布置、坝型选择 ............................................................................................. 17 3.1坝址选择 ...................................................................................................................................... 17 3.1.1中坝址与下坝址工程地质条件比较见下表： .................................................... 17 3.2坝轴线选择 .................................................................................................................................. 17 3.3泄水和引水建筑物 ...................................................................................................................... 18 3.4 坝型选择 ..................................................................................................................................... 19 3.4.1 各坝对地形、地质得要求 ................................................................................... 19 3.4.2 各坝的特点 ........................................................................................................... 20 3.5 枢纽布置 ..................................................................................................................................... 22 3.5.1水利枢纽的建筑物 ................................................................................................ 22 3.5.2 枢纽总体布置 ....................................................................................................... 22 3.6 坝体剖面拟定 ............................................................................................................................. 23 3.6.1坝坡 ........................................................................................................................ 23 3.6.2 坝顶宽度 ............................................................................................................... 24 3.6.3 坝顶高程 ............................................................................................................... 24 3.6.4 坝坡选择 ............................................................................................................... 26 3.6.5坝体排水设备选择及尺寸拟定 .......................................................................... 26 3.7 渗流计算 ..................................................................................................................................... 27 3.7.1计算情况选择 ........................................................................................................ 27 3.7.2 渗流分析的方法 ................................................................................................... 27 3.7.3 均质坝的渗流计算 ............................................................................................... 27 3.8 稳定计算 ..................................................................................................................................... 29
3.8.1土坝失稳的形式 .................................................................................................... 29 3.8.2计算公式的分析 .................................................................................................... 29 3.8.3最危险圆弧位置的确定 ....................................................................................... 30 3.8.4土条划分 ................................................................................................................ 30 3.8.5不均匀块的的处理 ................................................................................................ 30
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3.8.6稳定分析的步骤 .................................................................................................... 31 3.9 细部构造设计 ............................................................................................................................. 34 3.9.1坝顶构造 ................................................................................................................ 34 3.9.2坝体排水 ................................................................................................................ 34 3.9.3上下游护坡及排水 ................................................................................................ 34 3.9.4 反滤层 ................................................................................................................... 34 3.9.5土料的选择 ............................................................................................................ 35 3.9.6 地基处理 ............................................................................................................... 35
第四章 溢洪道设计 ....................................................................................................................... 37 4.1河岸溢洪道的类型和位置选择 .................................................................................................. 37 4.1.1 河岸溢洪道的类型 ............................................................................................. 37 4.1.2 溢洪道的位置选择 ............................................................................................... 37 4.2 进水渠 ......................................................................................................................................... 38 4.3 控制段设计 ................................................................................................................................. 39 4.3.1定型设计水头Hd选择 ......................................................................................... 39 4.3.2 上游堰高确定 ....................................................................................................... 39 4.3.3 溢流孔口尺寸的拟定 ........................................................................................... 40 4.3.4 确定堰面曲线 ....................................................................................................... 40 4.3.5 剖面衔接计算 ....................................................................................................... 41 4.3.6溢流堰闸门闸墩设计 .......................................................................................... 42 4.4泄槽形式及水力计算 .................................................................................................................. 42 4.4.1槽的形式及水面曲线设计 .................................................................................... 42 4.4.2 泄槽弯道设计 ....................................................................................................... 44 4.4.3 弯道冲击波设计 ................................................................................................... 45 4.5 消能防冲断设计 ......................................................................................................................... 46 4.5.1溢洪道沿程水头损失和局部水头损失 ................................................................ 46 4.5.2 水舌设计 ............................................................................................................... 47 4.5.3溢洪道挑坎与冲沟的处理 .................................................................................... 48 4.6 溢洪道构造 ................................................................................................................................. 48 4.6.1 衬砌 ....................................................................................................................... 48 4.7 出口消能段 ................................................................................................................................. 49 第五章 地基处理 ........................................................................................................................... 50 5.1地基开挖与处理 ......................................................................................................................... 50 5.2帷幕灌浆 ...................................................................................................................................... 50 致 谢 ................................................................................................................................... 51 参考文献......................................................................................................................................... 52
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摘 要
铜钱坝土坝枢纽及溢洪道设计
本次毕业设计对大坝的各个部位进行了详细的设计，在分析了坝址的地质条件后，选取了坝轴线并进行了枢纽布置。通过对深入部分泄水建筑的了解，对该工程的溢洪道及底孔的形式和消能及防冲进行了设计。设计的主要内容有：坝址、坝型选择和枢纽布置，调洪计算，粘土均质坝设计，泄水建筑物设计，构造设计，地基处理等。设计过程中，采用的主要方法有关于调洪计算的半图解法、坝坡稳定计算的瑞典圆弧法、渗流计算的水力学法、坝顶垂直沉降的工程类比估算法，以及相关规范、手册所推荐的方法。具体设计详见设计说明书，另外除了设计说明书外 ，还有反映本次设计成果的5张图纸。 关键词： 土石坝 ；调洪计算；枢纽布置。
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1.1地形、地质情况
1.1.1区域地质情况
第一章 基本资料
本区位于大巴山旋扭构造西段北缘，北与秦岭纬向构造相连 ，由阳勉大断裂与之相隔，区域主要构造线方向为北东东向，局部有近南北向受多期构造运动影响。
区域地层有下元古界东房沟组震旦系下统陡山沱组、灯影组，寒武系石牌组，奥陶系中上统，志留系龙马溪组和第四系地层。所见岩层有东房沟组灰、深灰色砂质极岩，绢云母千枚岩，白云质灰岩，砂岩，岩质硅质板岩。震旦系下统千枚岩，砂岩砾岩，凝灰质砂砾岩，灯影组陡山沱组，硅质灰岩，白云质灰岩，砂岩，千枚岩等，石牌组页岩，粉砂岩，灰岩、白云质灰岩、奥陶系黄绿色质岩，砂质页岩，龟裂灰岩，泥灰岩，龙马溪组深灰绿色砂岩，砂质页岩，第四系坡积冲积亚砂土亚粘土夹碎石及砂卵石及卵石层等。
主要褶曲有李家大山—阳平关背斜，陈家大梁—宽川铺背斜、胡家坝—陈家坝背斜，主要断裂有胡家垣—五月坪断层、无墩沟—双河寺断层，李家大山—人长沟断层和铜钱坝断层等。
本区属于巴山系低山区，玉带河属山区河流，发源于巴山箭竹岭，自南向北，流经宁强勉县，于勉县铜钱坝注入汉江，全长110km，流域面积近800km2。近期该区属缓慢上升区，河床及河谷两岸覆盖少，见有明显的三级阶地，河曲多，比降小，宜于见库。 1.1.2库区工程地质条件 ⑴ 水库渗漏
玉带河为汉江上游南岸最大的一条河流，河底均低于邻谷数十米，上游库段河谷两岸，大部分为透水性很大的千枚岩，变质砂岩、凝灰质砂岩等，该区泉水出露高程在620m以上，回水后一般不会产生库水向邻近河谷渗漏的可能。
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震旦系灯影组硅质白云岩有岩溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高悬于640m——720m高程以上，不致产生渗漏，据水文二队访问，在七姐妹山东端玉带河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季节可见从山里有一股泉水溢出，该处高程在600m左右，是值得注意的低点。
库区中游的白岩河两条近东西向压扭性断层宽度一为40m，一为20m，地势向西逐渐增高，山体连绵，断层交会处已接近回水尾端，据水文二队估计，无集中渗漏可能。
玉带河下游四沟一带与汉江分水岭，按回水标高计算直线距离有2500m，燕几沟一带与汉江分水岭山体单薄，宽度由2400m左右。水文二队认为回水后又可能发生渗漏。
⑵ 水库的淹没及浸没
按正常高水位605m，库区集中淹没范围仅在南溪沟、白岩河以下，即沿河谷两岸高漫滩及一、二级阶地和各大溪沟出口段的相应高程内。南溪沟至曲尺沟，河道狭窄，零星分布的前缘标高在600m左右的一级阶地属淹没范围，未淹没的部分一级阶地大部分为浸没范围。
南溪沟以下，河谷开阔，两岸分布一、二级阶地，一级阶地为库区主要淹没区，二级阶地部分淹没。白岩河瓦厂里以下将淹没部分一级阶地，未淹没的部分一级阶地为库区主要浸没范围，据统计，蓄水后将淹没3000亩耕地和分散居民房屋千余间。 ⑶ 水库坍岸
库岸基岩裸露，系坚硬岩石组成，河谷地区侵蚀剥蚀作用强烈，一般仅有厚度不大的强烈风化层，甚至地表即位弱风化岩层，不易产生塌滑体。
库区两岸存在第四系土层的崩塌体、滑坡体等不良地质体，将会产生坍岸变性。滑坡体及崩塌体大部分分布在土车坝以下河段，尤以张家油房、魏其沟、南溪沟、石马滩、黄家沟及许家流等地较多，一般长约100m—150m，高50m—100m，厚20m—30m。
滑坡地面坡度25°—30°，水文二队通过对60#和65#滑坡体验算，最终她岸宽度分别为90m和81m，而根据地质剖面分析65#滑坡塌岸最终宽度可能达100m以上。曲尺沟口30#滑坡有可能阻塞河道。另陈家坝和许家坝附近有基岩滑坡几
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处。
⑷ 固体径流来流
库区左家湾以上，河床固体径流，主要漂石夹卵块石，来源于上游寒武、奥陶系地层分布段，左家湾至南溪湾沟段细碎物质亦不多南溪沟以下，仅有部分溪谷出口处有小型碎块石组成的洪积扇，输沙量亦不大。
库段内，覆盖层不发育，基岩广布，植被良好，固体径流来源不多，据水文二队获得的资料，多年平均输沙量为77.2万t—84.9万t，年固体径流模数为1115t/km2.
1.1.3坝址工程地质条件 ⑴ 地形地貌
中坝址距下坝址400余米，玉带河环绕单薄山脊，呈S形弯曲，中坝址河段较平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷宽约80m~100m，谷底平坦，河床比降为1%~0.5%，平水及枯水期低漫滩广泛分布，水面标高571.6m左右，水深1~3m。坝址区河谷两岸发育不对称零星分布的阶地，左岸地形较缓，坡度35°~45°，山坡上发育有小冲沟，左岸平洞上游岸边河流侧蚀冲刷，谷坡陡峭基岩裸露。右岸呈陡坡地形，坡度45°~60°。上游略有变缓，下游有一条深冲沟切割。河床覆盖层厚为4m~6m，河床及岩面略有起伏，但仍较平坦，未发现较大深槽。 ⑵ 地层岩性
中下坝址均见有下元古界东房沟组（Pt1d）及后期岩脉与第四纪地层，其岩性略有差别。元古界东房沟组：
①、含炭砂质板岩：灰~深灰色，局部炭质富集呈灰黑色，矿物成分以石英、绢云母为主，其次为炭质，含少许黄铁矿小晶体，板理发育，易风化，新鲜岩石较坚硬。
②、硅化灰质砾岩夹岩质板岩：深灰、灰黑色，砾石成分复杂，以灰岩、砂岩、火成岩为主，次为板岩、千枚岩。次棱角状及棱角状，砾石大小不一，直径一般为3cm~5cm，偶见大者达2m，胶结物为钙质、硅质。以基底胶结为主，质坚脆、石英脉发育、地表见有轻微的溶蚀现象，本层在中坝址变化较大。
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③、炭质硅质板岩：灰黑色、黑色，风化后呈灰白色，以炭质硅质成分为主，板状构造、板理发育、单层厚3cm~5cm，质坚脆、易风化。
④、紫色千枚岩：底部夹灰绿色千枚岩，具千枚状构造，质软，易风化。 ⑤、青灰色千枚岩：具千枚状构造，片理明显，质软，易风化。
⑥、黄绿色千枚岩夹竹叶状灰岩、砂岩：风化后呈灰黄—黄褐色，片理明显，易沿片理剥落，质软易风化。所夹砂岩、竹叶状灰岩呈夹层或透镜状。风化面呈褐色、质坚。
⑦、岩脉：花岗闪长岩岩脉数条，多沿破碎带或顺层侵入，出露宽度一般1m—2m左右，最大厚度可达7m，与围岩接触较好，质坚，难风化。
⑧、第四系全新统河床冲积砂卵石层：卵石成分主要为砂岩，次为板岩。砂粒以石英长石岩屑为主，砂岩比为4：6。 ⑶ 地质构造
中坝址为浅薄山脊，为一倾覆倒转背斜，背斜轴向大致为2.5°—3.0°东，向被东东方向倾覆，倾覆角50°—70°，轴部由含炭砂质板岩地层组成，褶皱强烈，岩石层倒转，倾角陡立，翼部由硅化灰质砾岩、炭质桂质千枚岩等组成。为一紧密同斜褶曲，西翼岩层产状：北20—30西，倾南西，倾角65°—80°。
坝址断层发育，按其发育方向，大致分为北西、北北东、北东东三组为主，北东东向为压性断层，北西与北东东为扭裂，南北向为压性断层。
坝址区节理裂隙发育，根据坝肩平洞揭露，其中以北北东、北东东及北西西三组最为发育，次为北西西组，与坝址区构造线方向基本一致。 ⑷ 主要物理地质现象及岩石风化情况
规模较大的滑坡体有：左坝肩滑坡体、导流洞出口坍塌体、右坝肩坍塌体。左坝肩滑坡体对建筑物危害较大，该滑坡体东以压性断层为界，西以凹沟左壁为界，
后缘位于CH15号孔下方（标高630m左右），滑动方向为北25m，东西宽80m，南北长后缘位于CH15号孔下方（标高630m左右），滑动方向为北25m，东西宽80m，南北长85m，钻孔中接露厚为20m—24m。据水文二队初步估算其方量达10万m3，为一基岩谷滑坡，目前处于稳定，但坡脚破坏，仍有复活可能。 ⑸ 水文地质
坝址区水文地质条件较简单，地下水有基岩裂隙水和河床砂卵石层孔隙潜
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水。
坝基及坝肩基岩含有微弱的裂隙水，由于岩层裂隙发育，连通性和岩石破碎程度不一，使岩石透水性变化很大，含水不均，局部有带状裂隙承压水，两岸基岩裂隙水由大气降水补给。排泄于玉带河。由于裂隙充填较多，其透水性较河床基岩透水性为小。
千枚岩夹砂岩为相对隔水层，透水性很差，但裂隙发育可含微量裂隙水，其透水性不均一。
河床砂粒层为极强透水层，厚度4m—8.9m。根据中坝址两个试坑抽水试验，降深为0.315m—0.51m时渗漏系数为432m/d—523m/d. (6) 各坝轴线工程地质条件
中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，坝基及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩、硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上。
坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件如下：
①、Ⅰ—Ⅰ线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方CH16孔附近断层破碎带密集8余m，其铅直厚度达48m，并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有F5断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。
②、Ⅱ—Ⅱ线：左坝肩小凹沟有F4断层的压碎岩宽约8m，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9m~12m，右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，于此交会，构成断层交会带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝渗漏通道。
③、Ⅲ—Ⅲ线：左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带，坝基有F4断层斜交通过，岩石透水性较强，??0.01L/dm，底板埋深大于50m，为坝下渗透的主要通道，右坝肩坐落于F1、F5、F12断层交会软弱带上。
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1.2 水文与气象
玉带河发源于宁强县巴山箭竹岭，流贯宁强县境内，由南向北，于勉县铜钱坝处流入汉江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下垦荒坡地少，河道总长
110 km，河床平均比降3
???，下游河床比降为1/600—1/800。坝址以上集水面积798km。
2集水区呈狭长形，流域平均高程为1100m，多年平均降雨量1000mm—1100mm，由“陕西省年降雨量等值线图”上可见，降水量分布由上游向下游递减，且宁强、铁锁关一带为暴雨中心。
铜钱坝水库坝址附近无实测水文资料，玉带河上游有铁锁关水文站、宁强气象站，汉江干流上有武侯镇站和大安站，沮水河有茶店子、观音寺、茅坝站，各站水文气象资料系列情况见表1-1。
表1-1 各站水文气象资料系列情况
河流 玉带河 水文站 雨量站 铁锁关F=433km2 1960~1974年 铁锁关 1960~1974年 宁强 1958~1959年 武侯镇F=3092km2 1935~1941年 1953~1974年 茶店子F=1683km2 宁 强 1960~1974年 武侯镇 1934、1936~1974年 大 安 1955~1970年 茶店子 1966~1974年 茅 坝 1957~1970年 观音寺 1955~1970年 汉江 沮水河 1966~1974年
根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1℅，0.1℅所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下：
铜钱坝水库采用值为：
3P?0.1%： Q洪峰?4550m/s 3P?1%： Q洪峰?3100m/s
坝洪水历时定为3天。
分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、二、三日洪量，如表1-2所示。进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系
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图，内插得铜钱坝频率为1%时段的洪量。
表1-2 铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、三日洪量
时段 一 二 1.79 三 2.08 洪水总量（亿 m3） 1.32 洪水过程线典型放大
已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。选用铁锁关站1964年
39月2—4日一次洪水过程线为典型：典型洪峰Q?1640m/s;24小时洪量
W24?0.52亿m3，作为一日洪量（3日4时—4日4时）；典型洪水线及其用同倍比放大的设计洪水过程线见表1-3。其曲线如图1-1。
表1-3 铜钱坝典型洪水过程线与设计洪水过程线 10 11 时 12 时 时 Q(m3/s) 500 1180 1590 13时 14时 15时 16时 17时 18时 日~时（3日） 1640 1600 1270 890 610 480 907 设计（P=1%） 945 2230.2 3005.1 3099.6 3024 校核(P=0.1%) 1385 3268.6 4404.3 4542.8 4432 2400.3 1682.1 1153 35177.9 2465.3 1689.7 1329.6
洪水过程线5000流量Q（m3）45004000350030002500典型设计校核200015001000500001020304050607080时间t（h）
图1-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线
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1.3 工程特性值
表1-3 铜钱坝水库工程特性表
工程名称 坝址 坝址区地震烈度 控制流域面积 水文特性 百年一遇设计洪峰流量 千年一遇校核洪峰流量 水库特性 水位 铜钱坝土坝枢纽及溢洪道设计 陕西省汉中市勉县铜钱坝乡 Ⅶ度 798km 4550m/s 3100m/s 正常蓄水位 防洪限制水位 设计洪水位 校核洪水位 死水位 总库容 设计库容 库容 正常库容 死库容 坝型 坝顶高程 土石坝 坝顶长度 坝基防渗形式 型式 底高程 溢洪道 底宽 最大泄量 71m 4238.6m3332605m 604.98m 605.06m 607.51m 588m 0.73亿m 0.53亿m 0.52万m3 0.1亿m 333均质土石坝 617.3m 166.68m 截水槽与灌浆帷幕联合防渗 正槽溢洪道 590m /s 1.4水位
设计洪水位（1%） 上游：605.06m 下游：576.05m 校核洪水位（0.1%） 上游：607.51m 下游：581.57m
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正常蓄水位 上游：605m 下游：579.01m 死 水 位 558m 多年平均最大风速：12.5m/s（45Km/h） 多 年 最 大 风速：20m/s（72Km/h）
1.5其他
工程等级：枢纽为3等，建筑物为3级； 水库吹程：3km； 地震基本烈度：7度。
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第二章 调洪演算
2.1 洪水分析计算
根据铜钱坝水库设计洪水标准，频率为1℅，0.1℅所涉及洪峰、洪量及洪水过程线的有关资料如下： 2.1.1设计洪峰
铜钱坝水库采用值为：
P?0.1%： P?1%：
Q洪峰?4550m3/s3Q洪峰?3100m
s/
2.1.2设计洪量的推求
通过铁锁关站洪水资料分析，洪水过程线多呈单峰，洪水历时为3天，铜钱坝洪水历时定为3天。
分别统计铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、二、三日洪量，如表2-1所示。进行频率计算，求得不同频率各时段的洪量，绘制最大洪量与流域面积关系图，内插得铜钱坝频率为1%时段的洪量。
表2-1铁锁关站和武侯镇站实测历年最大一、三日洪量
时段 洪水总量（亿 m3） 一 1.32 二 1.79 三 2.08 洪水过程线典型放大
已知铜钱坝水库坝址设计洪水的一日洪量及洪峰量。选用铁锁关站1964年
3Q?1640m/s;24小时洪量9月2—4日一次洪水过程线为典型：典型洪峰
W24?0.52亿m3，作为一日洪量（3日4时—4日4时）；典型洪水线及其用同倍比放大的设计洪水过程线见表2-2。其曲线如图2-1。
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表2-2 铜钱坝典型洪水过程线与设计洪水过程线
日~时（3日） Q(m3/s) 10 时 11 时 12时 13时 14时 15时 16时 17时 18时 500 1180 1590 1640 1600 1270 890 610 480 907 设计（P=1%） 945 2230.2 3005.1 3099.6 3024 2400.3 1682.1 1153 校核(P=0.1%) 1385 3268.6 4404.3 4542.8 4432 35177.9 2465.3 1689.7 1329.6
洪水过程线5000流量Q（m3）45004000350030002500典型设计校核200015001000500001020304050607080时间t（h）
图2-1铜钱坝水库同倍比放大法推求设计洪水过程线
2.2泄洪规模和死库容确定
灌溉要求放水入坝下游河道，同时考虑水库排沙和意外情况下泄洪的需要，设隧洞和溢洪道。根据水库淤积计算和排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，
3选取隧洞进口高程580m,进口处闸门尺寸3×3m，隧洞明流泄量为30m/s，兼顾
水力发电最小工作水头的要求，选取死水位（即兴利下限水位）为588m，由图
31075万m2-2 钱坝坝水库水位和库容关系曲线查得相应死库容为。
2.3 兴利库容的确定
工业供水净用水量为1.5m3/s，考虑管道沿途损失以10%计，工业供水保证率为97%。
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农业上要求水库补偿灌溉用水年3000万m3。其中5月份1000万m3，6月份
2000万m3。同时要求5、6、7、8四个月的河道天然径流不纳入水库径流调节。水库渗漏蒸发损失估算
根据当地水文气象资料分析，水库多年平均水面蒸发量为360mm，水库库区地质条件属中等，月渗漏量以月平均库容水量的1.5%计。
根据当地水文、用水变化特点，选取调节度从9月初开始至次年8月底结束，确定水库运用方式为10月至次年4月为蓄水期，5—6月为用水高峰期，7—9月为防汛排沙期。这样可以做到工、农业用水，蓄清、排浑相结合，保证水库安全渡汛，延长水库使用寿命，又可将部分兴利库容作为防汛使用。
用历时列表法，进行代表年P=25%，50%，75%，97%年调节兴利库容的推求，从中选择最大者作为采用年调节兴利库容，兴利库容为6349.9万m3，相应的正常蓄水位为605m.
2.4 调洪计算
初定大坝采用排沙隧洞和溢洪道联合泄流，溢洪道堰顶设闸门高10m，堰顶高程为597 m,净宽65m。隧洞进口高程580m,闸门处尺寸3.5×3m。
大坝库水位库容Z—V关系曲线如图2-2，大坝下游河道水位流量Z—Q关系曲线如下图所示：
水位(m)
6406306206106005905805705600500010000150002000025000库容(万m3)12
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图2-2 铜钱坝水库水位和库容的关系曲线
下游水位Z下(m)图2 下游水位与泄流量关系585584583582581580579578577576575574573572571570010002000300040005000600070008000流量q(m3)图2-3 铜钱坝水库下游河道水位流量关系曲线
库水位下泄流量关系曲线计算过程见表2-3
表2-3铜钱坝水库库水位—下泄流量曲线计算表
Z上 Z下(m) 水头h1(m) (m) 排沙洞泄量 水头h2(m) q1(m3/s) 溢洪道泄量 q2(m3/s) 602.5 575.9 603.0 576.3 603.5 576.7 604.0 577.1 604.5 577.4 605.0 577.8 605.5 578.1 606.0 578.4 606.5 578.8 607.0 579.1 607.5 579.4
19.95 20.45 20.95 21.45 21.95 22.45 22.95 23.45 23.95 24.45 24.95 186.9 189.2 191.5 193.8 196 198.2 200.4 202.6 204.7 206.9 209 13
5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 1604.6 1828.3 2061.5 2304 2555 2814.9 3082.8 3358.8 3642.5 3933.9 4232.6 湖南水利水电职业技术学院 铜钱坝枢纽及溢洪道设计
608.0 579.7 25.45 211.1 11.0 4538.5 表2-3中各流量分别由下列公式确定:
隧洞 q1??1?12gh1
其中流量系数?1取用0.90。h1为上游水面到计算断面中心的水位差。 溢洪道
q2??2B2gh232其中?2取用0.43，B=65m,h2= Z上—597
本设计隧洞为非淹没出流，其出流量和下游水位有关，而下游水位又决定于总下泄流量。因而需要进行试算。淹没出流的一般试算步骤是：首先假定上游水位，再假定下游水位，然后由流量公式求出各项流量。如果求得的总下泄流量与假定的下游水位符合下游水位流量关系，则该结果即为所求。如不符需重新假定下游水位，直至符合为止。表5所列的即为B=65m时水库蓄水位与下泄能力关系的试算结果。
取?t?1小时?3600秒，根据库水位~下泄流量曲线，即可计算相应工作曲线，计算步骤见表2-4。工作曲线见图2-4。
表2-4 工作曲线计算表
库容V 库水位Z (万m3) 602.5 603 603.5 604 604.5 605 605.5 606 606.5 607 607.5 608 4610 4724.4 4846.2 4975.8 5114.6 5264.3 5427.1 5605.9 5805 6030.4 6290.9 6600.4 总下泄量 q(m3/s) 1791.5 2017.5 2253 2497.8 2751 3013.1 3283.2 3561.4 3847.2 4441.6 4749.56 q/2 V/△t (m3/s) (m3/s) V/△t-q/2 (m3/s) V/△t+q/2 (m3/s) 13701.31 14132.08 14588.17 15070.57 15582.72 16129.61 16716.88 17352.64 18048.6 18821.5 19695.52 20709.22 895.75 12805.556 11909.81 1008.75 13123.333 12114.58 1126.5 13461.667 12335.17 1248.9 13821.667 12572.77 1375.5 14207.222 12831.72 1506.55 14623.056 13116.51 1641.6 15075.278 13433.68 1780.7 15571.944 13791.24 1923.6 16125 14201.4 4140.77 2070.385 16751.111 14680.73 2220.8 17474.722 15253.92 2374.78 18334.444 15959.66
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曲线计算2500020000150001000050000123456789101112系列3系列6系列7
图2-4 铜钱坝水库调洪演算工作曲线
调洪演算工作曲线绘出后，先对百年一遇设计洪水进行调洪演算。起调水位为600m，随着入库流量增大，泄洪隧洞闸门逐渐开启以控制下泄，使泄量等于来量，库水位维持在600m不变。随后，因隧洞闸门已全开而来水量仍然继续增大，故进入自由泄流情况，库水位被迫上升，由初时段的泄量q1查
q?(V/?t?q/2)曲线得V1/?t?q1/2，加上(Q?q1)值后得V2/?t?q2/2值，再回
查q?(V/?t?q/2)曲线得q2，以此方法计算，最后求得最大泄量为3045.5m3/s，相应最高水位即设计洪水位为605.06m。详细计算过程见表8。
对于千年一遇设计洪水与百年一遇洪水调洪演算方法相同，求得最大泄量为4447.8m3/s，相应最高水位即校核洪水位为608m。详细计算过程见表2-5，表2-6。
表2-5千年一遇洪水调洪计算表
时 间 (h) 3.11 12 13 14 入库 Q 平均入库3(m/s) Q (m3/s) 3005.1 4404.3 4542.8 4432 3704.7 4473.6 4487 水位Z1(m) 604.98 607.48 607.51 607.24 V1/△t-q/2 15182.77 15231.0 15268
V1/△q t+q/2 (m3/s) 水位Z2 （m） 3005.1 607.48 19656.25 4429.6 607.51 19718.4 4146.93 607.24 19242.5 4285.2
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表2-6 百年一遇洪水调洪计算表
时 间 (h) 3.12 13 14 15 入库 Q 平均入库3(m/s) Q (m3/s) 3005.1 3099.6 3024 2400 3052.4 3061.8 2712.2 水位Z1(m) 604.98 605.03 605.06 V1/△t-q/2 13107.8 13133 13151.7 V1/△q t+q/2 (m3/s) 3005.1 水位Z2 （m） 605.03 605.06 604.56 16160.2 16194.8 15863.9 调洪计算成果汇总见表2-7
表2-7
P(%) 1 0.1 Zm?m?qm?m3/s? 3045.5 4447.8 下游水位?m? 605.06 607.51 579.05 581.57
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第三章 枢纽总体布置、坝型选择
3.1坝址选择
3.1.1中坝址与下坝址工程地质条件比较见下表：
坝址工程地质条件比较表
地形地貌 岩性 地质构造 物理地质
河道形态 河床宽度 左岸坡度 右岸坡度 河床覆盖层 河床岩性 坝基岩石完整性 左坝肩 右坝肩 炭质层分布 下游冲刷坑 褶曲 断层左坝肩 断层右坝肩 裂隙 左坝肩 右坝肩 中坝址 平直 80--100m 35-40度 45度 4m--5.8m 左半部软，右半部硬 岩石较完整 岩石软，强风化层8-21m 岩石硬强风化层10-36m 右岸分布厚度大 岩石大部软 顺坝线方向 有F4，应处理 F1，F5，F12应处理 河床有缓倾角裂隙 基岩石滑坡约10万立方米，风化严重，应处理 局部构造破碎，应处理 下坝址 转弯 90--100m 50度 30度 2.4m--9m 右半部软，左半部硬 岩石破碎 岩石硬，强风化层13m 岩石软 左岸不连续薄层状 岩石破碎 河床偏左 F7应处理 有小断层挤压带 河床有缓倾角裂隙 局部构造破碎，应处理 风化严重 通过上述综合比较，中坝址地质较好，故选择了中坝址建坝
3.2坝轴线选择
1．坝轴线应根据坝址区的地形条件、坝型、坝基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的布置和施工条件等，经多方案技术经济比较确定。
2．坝轴线应因地制宜地选定。宜采用直线。当采用折线时，在转折处应布置曲线段。
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设计地震烈度为8度、9度的地区不宜采用折线。
3．当坝址处存在有喀斯特、大断层或软粘土等不良地质条件时，应研究避开的可能性。
各坝线的工程地质条件：中坝址位单薄山梁倾伏倒转背斜轴部，岩层强烈褶皱，断裂发育，坝基及坝肩两岸均坐落于含炭砂质板岩、硅化灰质砾岩及炭质硅质板岩上。
坝址工程地质条件复杂各坝址地质条件如下：
① Ⅰ~Ⅰ线：位于背斜轴部，岩石挤压破碎，左坝肩坐落在滑坡体上，处理困难，右坝肩上方CH16孔附近断层破碎带密集8余m，其铅直厚度达48m，并有岩脉穿插，强风化层深达36.4m，岩石透水性较强，渗透途径短，为绕坝渗漏主要通道。右坝肩下方有F5断层通过，硅化灰质砾岩组成，山体单薄，稳定性差。
② Ⅱ~Ⅱ线：左坝肩小凹沟有F4断层的压碎岩宽约8m，坝脚坐落在滑坡体上，不利坝肩稳定，强风化层厚9m~12m，右坝肩正处硅化灰质砾岩与炭质硅质板岩软弱带上，近北东北，东东向东向断层发育，于此交会，构成断层交会带，岩石强度低，稳定性差，并为绕坝渗漏通道。
③ Ⅲ~Ⅲ线：左坝肩发育有充填黏土的缓倾角裂隙，且有层间挤压破碎带，坝基有F4断层斜交通过，岩石透水性较强，??0.01L/dm，底板埋深大于50m，为坝下渗透的主要通道，右坝肩坐落于F1、F5、F12断层交会软弱带上。
通过上述比较，Ⅲ~Ⅲ线工程地质条件比Ⅰ~Ⅰ，Ⅱ~Ⅱ线略好，初步设计选择Ⅲ~Ⅲ坝线。但Ⅲ~Ⅲ线岩石透水性较强，仍需要进行地基处理。
3.3泄水和引水建筑物
1．枢纽中的泄水建筑物应能满足设计规定的运用条件和要求。建筑物应运用灵活可靠，其泄洪能力必须满足宣泄设计洪水、校核洪水要求，并应满足排沙、排冰的要求。
2．泄水建筑物的布置和形式，应根据地形、地质条件和泄洪规模、水头大小和防沙要求等综合比较后选定。可采用开敞式溢洪道和隧洞。在地形有利的坝址，宜布设开敞式溢洪道。
3．设计地震烈度为8度、9度地区或1级、2级土石坝，应论证是否设泄水
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底孔。
4．多泥沙河流应设排沙建筑物，并在进水口设防淤和防护措施。 5．泄水和引水建筑物进、出口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施。出口应采取妥善的消能措施，并使消能后的水流离开坝脚一定距离。
6．泄水建筑物宜布置在岸边岩基上。对高、中坝不应采用布置在软基上的坝下埋管形式。低坝采用软基上埋管时，必须进行技术论证。地雷区的坝采用坝下埋管应按SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定执行。
3.4 坝型选择
坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：
1. 坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件： 2. 筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运输条件；
3. 施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件；
4. 坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝 ，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝；
5. 枢纽布置、坝基处理以及坝体和泄水、引水建筑物等的连接；
6. 运行条件：如对渗漏量要求 高低，上、下游水位变动情况，分期建设等； 7. 坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。 8. 3级低坝竟工论证可采用土工膜防渗体坝。
9. 轴线较长的土石坝根据地形、地质及料场的具体条件，可分段采用不同坝型，但在坝型变化处应设置渐变段。 3.4.1 各坝对地形、地质得要求 重力坝对地质、地形条件的要求如下：
1. 具有足够的抗滑能力，能满足抗滑稳定的要求。大坝与基岩接触面抗剪强度大、坝基岩体内没有软弱结构面和可能滑动的岩体或其抗剪强度满足抗滑稳定的要求，不致在水推力作用下沿之产生滑动，否则要采取阻滑措施。 2. 坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，其均匀性
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和完整性也应较好，能承受坝体传来的巨大压力，不致产生过大的变形或不均匀变形，否则坝体内会产生较大的拉应力，使坝体裂开，甚至毁坏。重力坝对坝基岩体承载力的要求低于拱坝。有的低坝可建在均匀密实的卵砾石层上。 3. 坝基(肩)应有良好的抗渗性，在库水上下游水头差作用下不发生大量渗漏、不产生过大扬压力，也不会产生岩体的软化、泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形。
4. 重力坝对地形适应性好，几乎可以在任何形状的峡谷中修建，但两岸山坡岩体必须稳定，没有难以处理的滑坡体和潜在的不稳定的滑移体。
5. 重力坝可以从坝顶宣泄大量洪水，下游河床岩体应具有对高速水流的抗冲能力，以免冲刷坑向上游扩展，威胁大坝安全。
6. 坝区附近应有足够的、合乎要求的混凝土骨料或石料。 拱坝对地质、地形条件的要求
拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持。与重力坝相比较，拱坝对两岸地形完整性和岩体的要求较高，要求两岸对称，岸坡平顺无突变、平面上向下游收缩的峡谷段。坝端下游侧应有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。
土石坝对地质、地形条件的要求
土石坝由散体材料经碾压堆筑而成，坝坡平缓，体积庞大，底宽较大，对地基的压应力小、允许产生较大的变形，故与混凝土坝相比，它对地质地形条件要求低，从岩石地基到土质地基，尽管地基性状不同，但都可修建土石坝。 3.4.2 各坝的特点 重力坝的特点 （一）优点
1. 对地形地质条件适应较强。 2. 枢纽泄洪及倒流问题容易解决。
3. 重力坝结构简单、体积大，有利于机械化施工。
4. 传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少。 （二）缺点
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1. 坝底扬压力较大。
2. 水泥水化热较大，可能导致坝体裂缝。 拱坝的特点
1. 拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。
2. 拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。
3. 拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。
4. 拱坝的抗震性能好。(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。
5. 拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。
6. 近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。
7. 温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。 土石坝的特点 (一) 优点
1. 散粒体结构，就地取材。 2. 对地质要求低，地基适应性强。 3. 必须采取防渗措施。 4. 一般不会整体滑动。
5. 结构简单，工作可靠，便于维修，加高和扩建. 6. 施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工. (二) 缺点
1. 坝顶不能溢洪，一般要另设溢洪道(洞). 2. 施工导流不如砼坝或浆砌石方便.
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3. 粘性土料的填筑受气候影响较大. 4. 沉陷和不均匀沉陷大。
根据基本资料给出的地形、地质情况可知，玉带河属山区河流，河床及河谷两岸覆盖少，河曲多，库岸岩石裸露，系坚硬岩石组成，地表即位弱风化层，不易产生塌滑体，地震基本烈度为7度。综合以上资料，参阅《设计手册》以及联系工程实际情况，经技术经济比较后确定。大坝采用均质土坝。
均质坝，坝体基本上由一种透水性较小的土料填筑而成，这种坝型土料单一，施工方便，便于质量控制，同时坝址附近有材料性质适宜，数量足够的土料时，宜优先采用。土石坝还有如下优点：就地取材，可节省大量的水泥。地基适应能力强，对地基要求比比混凝土低；施工技术较简单，工序少，便于机械化施工；结构简单便于管理、维修、加高和扩建；土坝理论、试验及计算技术的发展加快了设计进度，保障了大坝设计的可靠性。
3.5 枢纽布置
3.5.1水利枢纽的建筑物
水利枢纽的建筑物包括主要建筑物和临时建筑物，主要建筑物有挡水建筑物；泄水建筑物；输水建筑物和水电站建筑物。临时建筑物有导流围堰，导流洞和临时工作桥等。
挡水建筑物是混凝土面板对石坝。 泄水建筑物有溢洪道，排沙洞，导流洞。 输水建筑物有引水渠，隧洞，尾水渠。
水电站建筑物有电站厂房，进厂房压力钢管，开关站等。 3.5.2 枢纽总体布置
枢纽布置的一般性原则：合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置称为枢纽布置，其应该遵循的一般原则是：
1. 坝址，坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。
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2. 枢纽布置应该满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作。
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. 枢纽中各建筑物布置要紧凑，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物早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或灌溉）。
铜钱坝水库主要由挡水建筑物大坝、泄水建筑物隧洞和溢洪道组成。本次设计的枢纽布置为：土石坝位于原河槽部位，上游面上游面坡率1：3.5，最大坝高47m，大坝轴线总长211.5m 。溢洪道堰顶高程597m，分5孔，每孔净宽13m，大坝为均质土石坝，消能方式采用挑流消能
3.6 坝体剖面拟定
3.6.1坝坡
土石坝的坝坡取决于坝型、坝高、坝体和坝基材料的性质、坝体所承受的荷载以及坝的施工情况和运用条件等因素。
一般情况下，上游坝坡经常浸在水中，工作条件不利，所以当上下游坝坡采用同一种土料时，上游坝坡比下游坝坡缓。心墙坝上下游坝壳多采用强度较高的非粘性土填筑，所以坝坡一般比均质坝陡。塑性斜墙坝上游坝坡较缓，下游坡则和心墙坝相仿。地基条件好、土料碾压密实的，坝坡可以陡些，反之则应放缓。黏性土料的稳定坝坡为一面曲，上部陡坡，下部坡缓，所以用黏性土料做成的坝坡，常沿高度风成数段，每段10——30m，从上而下逐渐放缓，相邻坡率差值取0.25或0.5。砂土和堆石的稳定坝坡为一平面，可采用均一坡率。当坝基或坝土料沿坝轴线分布不一致时，应分段采用不同坡率，在各段间设过度区，使坝坡缓慢变化。
土石坝坝坡确定的步骤是：根据经验用类比法初步拟定，再经过核算、修改以及技术经济比较后确定。坝坡经验值见表3-2。
在变坡处可根据需要确定是否设置马道，碾压土石坝上下游坝坡常沿高程每
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隔10—30m设置一条马道，其宽度不小于1.5m，用以拦截雨水，防止冲刷坝面，同时也兼作交通、检修和观测之用，还有利于坝坡稳定。马道一般设在坡度变化初。
根据Ⅲ—Ⅲ线地质图，结合工程实际情况考虑取坝底高程570m，因此坝高约47m。
表3-2 坝坡经验值
类型 ＜10 土坝 10～20 坝高 20～30 1∶2.50～1∶3.00 1∶3.00～1∶3.50 1∶1.7～1∶2.7 1∶2～1∶3.0 石质比心墙坝缓0.2;土质缓0.5 1∶2.25～1∶2.75 1∶2.50～1∶3.00 1∶1.50～1∶2.5 1∶2.00～1∶3.0 取值比心墙坝可适当偏陡 1∶2.25～1∶2.75 1∶2.00～1∶2.50 上游水坡 1∶2.00～1∶2.50 下游坝坡 1∶15.0～1∶2.00 (m) ＞30 分 心墙坝 区 坝 土料（坝壳） 斜墙坝 堆石（坝壳）
① 上游坝坡：1:3.0; 1:3.5。 ② 下游坝坡：1:2.5; 1:3.0。
③ 马道：第一级马道高程为597m，第二级马道高程为585m。 3.6.2 坝顶宽度
坝顶宽度应根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。当无特殊要求时，高坝的坝顶最小宽度可选用10～15 m，中低坝可选用5～10 m。坝顶宽度必须考虑心墙或斜墙顶部及反滤层布置的需要。
本坝顶无交通要求，对中低坝最小宽度B>Bmin=5m取B=6m。 3.6.3 坝顶高程
坝顶高程等于水库静水位与超高之和，并分别按以下运用情况计算，取其最大值。
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① 设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高，②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。
?顶??静水?Y计算情况：
坝顶设防浪墙时，超高值Y是指静水位与墙顶的高差。 计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。 Y按下式计算。
Y=R+e+A
KvDe?0cos? 2gHmR?3.2K△htan?
2h?0.0166V5/4D1/3
式中 R——波浪在坝坡上的最大爬高，m;
e——最大风壅水面高度，即风壅水面超出原库水位高度的最大值,m; Hm——坝前水域平均水深，m;
K——综合摩阻系数，其值变化在（1.5～5.0）?10之间，计算时一
般取K=3.6?10
?6?6?——风向与水域中线（或坝轴线的法线）的夹角，度； v0、D——计算风速和风区长度；
A——安全加高，m;根据坝的等级和运用情况
计算情况见表3-3；
表3-3 坝顶高程计算表
运用情况 设计情况 校核情况 静水位(m) R(m) e(m) A(m) △h(m) 坝顶高程(m) 605.06 607.51 8.7 9.4 0.00029 0.00033 0.7 0.4 9.1 9.8 614.46 617.31
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验算：坝顶高程>??设计洪水位?0.5m，即605.06?0.5?605.56m?校核洪水位607.51m
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，坝顶高程取上计算成果中大值，故坝顶高程为617.31m。考虑到在自重及水压力作用下，会产生沉陷。为防止坝顶低于设计高程，坝高预留沉陷量，按坝高的2％预留沉陷值。根据规范要求要设防浪墙，其高度取1.2m.顶高程为: ?碾压=?坝顶+坝高×2.0℅=617.3+ (617.3-581.57-1.2)×2%-1.2=616.2m 3.6.4 坝坡选择
参阅《水工设计手册》并结合实践经验类比，初步拟定大坝内坡坡率分别为一级坡1：3. 0，二级坡1：3.5，按坝高27m变坡。大坝外坡坡率为一级坡1：2.5，二级坡1：3.0，按坝高20m变坡。变坡处设马道（戗道），宽度根据交通需要而定，为设置排水沟和人行道，规范规定最窄需要1.5米。则初步拟定为2.0m。
3.6.5坝体排水设备选择及尺寸拟定
常用的坝体排水有以下几种型式：贴坡排水、棱体排水、褥垫式排水。 贴坡排水不能降低浸润线。多用于润浸线很低和下游无水的情况。 棱体排水可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用，是效果较好的一种排水型式。
褥垫排水，对不均匀沉陷的适应性差，不易检修。
本土坝坝体排水设备可选用棱体排水，尺寸为顶宽2m，内坡1:1; 外坡1:2.0；顶部高程须高出下游最高水位1.0~2.0m，故顶部高程为572.0m。
在排水设备与坝体和土基接合处，设反滤层。 经论证选用棱体排水，具体见下图：
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大于冰冻深度～2下游最高水位1-1 棱体排水下游坝坡；2-浸润线；3-棱体排水；4-反滤层
3.7 渗流计算
3.7.1计算情况选择
渗流计算应考虑下列水位组合情况： 1. 上游正常高水位与下游相应的最低水位。 2. 上游设计洪水位与下游相应的水位。 3. 上游水位为坝高处。
133.7.2 渗流分析的方法
采用水力学法进行土石坝渗流计算，将坝内渗流分为若干段，应用达西定律和杜平假设，建立各段的运动方程式，然后根据水流的连续性求解渗透流速，渗透流量和浸润线等。 3.7.3 均质坝的渗流计算
渗流计算按不透水地基上设有棱体排水设 备、下游有水的土坝的渗流计算公式进行计算。
宽度ΔL的计算公式如下：
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?L?m1H1 式（3.1）
1?2m2L??L?L1
下游水位与排水体上游坡交点处的浸润线高度计算公式如下：
h0?L2?H12?L 式（3.2）
通过坝身和坝基的单宽渗流量按下式计算：
H12??h0?H2? q?k 式（3.3）
2L2坝身浸润线按下式确定：
y?2h0x?h02 式（3.4）
计算简图如下：
.101:3.251:3
图3-1大坝渗流计算简图
经计算，ΔL=15m，L=181m
通过坝身和坝基的单宽流量为：q=0.00023 cm3/s 经整理得，浸润线方程为：y2= 8X+16
假设x=0，20，40，60，……140，代入浸润线方程，计算结果见下表：
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表3-4 正常蓄水位情况下浸润线表
x(m) 0 20 40 60 80 100 120 140 y(m) 4 13.3 18.3 22.3 25.6 286 31.2 33.7
3.8 稳定计算
3.8.1土坝失稳的形式
土坝失稳的主要形式：坍塌失稳、塑性流动失稳、液化失稳。鉴于本坝 考虑渗流坝体动水压力，通过对地质、地形条件的分析，土坝剖面大，应力低，整体滑动的可能性不大，又根据对斜坡坍塌的观察和研究证明，当斜坡发生滑动时，滑动面形状是比较复杂的，粘性土近似于圆弧形。故本坝在进行稳定计算时，按圆弧形滑动面形状考虑。 3.8.2计算公式的分析
当水库蓄满水后，形成从上游向下游的稳定渗流，这时坝的下游坡除受坝体的自重外，还受到渗流的作用。因此在作上游为正常蓄水位，下游无水时的下游坝坡稳定分析时，必须考虑渗流的影响。因地震烈度为7度，计算时还需考虑地震力。采用不计条块间作用力的园弧滑动法（瑞典圆弧法）进行计算，计算公式如下：
k??WCOSa×tg???CL?WSinaiiiiiii 式（3.5）
式中 i—土条编号；
Wi—i
号土条重力;
Ui—孔隙压力；
C—凝聚力
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Li—土条弧长
式中：tan??tan36??0.73；
弧长??v??R?/180?3.14?120.4?81/180?170.13 wi=r1h1+r3(h2+h3)+r4h4 ；
r1、r3—坝体土的湿重度、浮重度；； wi’=r1h1+r2h2+r3h3+r4h4 ；
r1、r2、r3 、r 4—坝体上的湿容重、饱和容重、浮容重、浮容重。 由提供的资料可知:
r1=19.8kN/m3 r2=20.6 kN/m3 r3=r 4=10.6 kN/m3 3.8.3最危险圆弧位置的确定
首先由下游坝中点a引出两条直线，一条是铅直线，另一条与坝坡线成85?角，再以点a为圆心，以R内、R外为半径（R内、R外由规范查得）作两个圆弧，得到扇形bc～df，然后按图示作直线M1M2并延长使其扇形相交，交点为e、
g。最危险的滑弧圆心就在扇形面积中的eg线附近
3.8.4土条划分
土条宽度取滑弧半径R的1/10(R=120,b=12的顺序为：零号土条位于圆心O之下，向上游（对下游坝坡而言）各土条的顺序为0、1、2、3.??7、8，往下游的顺序为-1、-2。 3.8.5不均匀块的的处理
因为两端土条的宽度b不等于b，可将其高度b'换算成宽度为b的高度
2b?h?b。若取b=0.1R,则sin?i?ib/R?0.1i,cos?i?1??0.1i?,对每个滑弧都是
固定数,不必每次计算。
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3.8.6稳定分析的步骤
采用列表法进行计算。
⑴ 首先绘出土坝横剖面图，并将坝体浸润线的位置绘于横断面上。 ⑵ 确定危险滑弧圆心的范围。
⑶ 在eg线上任选一点为圆心，选用半径R=120m，作圆弧通过下游坝 取条块宽度b=12m。
⑷ 将各条块中心线各种土体的高度量出。 ⑸ 见土石坝稳定分析图
ge617.3605.0570.0下游水位土条中心线
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（6）利用上式（3.5）求稳定安全系数。
3841.6?0.73?Kc?1?2.1?170.1312?1.41 2021.8结论:根据《水工建筑物》第112页表4-6查的，工程等级为3级的水工建筑物［K］=1.35,K>［K］，稳定性达到设计要求。
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表5 稳定分析计算表
编号 h1 8 7.4 7 16.5 6 16.0 5 13.4 4 10.9 3 8.5 2 6.2 1 4.3 0 2.7 -1 1.2 -2 -3 -4
合计
h2 h3 7.8 16.3 22.3 20.4 18.4 5 16.3 5 13.8 5 11 5 8.2 5 4.9 5 0.5 5 5 1.1
h4 r1h1 146.5 326.7 316.8 265.3 1.4 215.8 5.9 168.3 9 122.8 11 85.14 11 53.46 11 23.76 9 0 5.9 0 1.4 0
r2h2 r3h2 160.7 82.68 335.8 172.8 459.4 236.4 420.2 216.2 379.0 195 335.8 172.8 284.3 146.3 226.6 116.6 168.9 86.92 100.9 51.94 10.3 5.3 0.0 0 0.0 0
r3h3 r4h4 0 0 0 0 0 0 0 0 53 14.84 53 62.54 53 95.4 53 114.48 53 120.84 53 114.48 53 95.4 53 62.54 11.66 14.84
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wi w'i 229.2 307.2 499.5 662.5 553.2 776.2 481.6 685.6 478.7 662.7 456.6 619.6 417.4 555.4 369.2 479.2 314.2 396.2 243.2 292.2 153.7 158.7 115.5 115.5 26.5 26.5
sin cos 0.8 0.6 0.7 0.71 0.6 0.8 0.5 0.87 0.4 0.92 0.3 0.95 0.2 0.98 0.1 0.99 0 1 -0.1 0.99 -0.2 0.98 -0.3 0.95 -0.4 0.92
wicos w'isin 137.5 245.8 354.6 463.8 442.5 465.7 419.0 342.8 440.4 265.1 433.8 185.9 409.1 111.1 365.5 47.9 314.2 0.0 240.7 -29.2 150.6 -31.7 109.8 -34.7 24.4 -10.6 3841.6
2021.8
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3.9 细部构造设计
3.9.1坝顶构造
坝顶采用铺渣油护面，厚度100mm,并在坝顶上游边缘设1.2m高C15砼防浪墙，下游侧设缘石。坝顶做成单向的向下游倾斜的横向坡面，坡度为3%，并在坝顶下游侧设纵向排水沟。排水沟尺寸为：底宽0.3m,深0.2m,衬砌采用细石混凝土，厚度30mm（见附图1细部构造图）。 3.9.2坝体排水
坝体采用棱体排水，在坝脚处用块石堆成棱体顶部高程高出下游最高水位1.5m。同时保证坝体浸润线与坝面的最小距离大于本地区的冻结深度，棱体内坡可取1：1.00，外坡取1：1.5，坝顶宽度取为2.0m（见附图2细部构造图）。 3.9.3上下游护坡及排水
大坝上游面采用干砌块石护坡，干砌块石厚度0.35m，护坡体下设碎石垫层，垫层厚度0.2m，护坡体在马道和最下端加厚至0.5m。
下游坝坡采用种植草皮护坡。在坝面与岸坡的接合处设及马道内侧，设置排水沟，排水沟横断面深0.2m，宽0.3m。竖向排水沟可每50～100设置一条。排水沟可用混凝土现场或浆砌石砌筑，若用混凝土预制拼装时，应使接缝牢固、成一整体（见附图3细部构造图）。 3.9.4 反滤层
设置反滤层是提高抗渗破坏能力、防止各类渗透变形特别是防止管涌的有效措施。在任何渗流流入排水设施处一般都要设置反滤层。
反滤层的结构 反滤层一般是由２～３层不同粒径的非粘性土、砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增加。
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反滤层的材料 反滤层的材料首先应该是耐久的、能抗风化的砂石料。为保证滤土排水的正常工作，材料的布置和要求应满足如下原则：
1）被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层。但对细小的颗粒（如粒径小于0.1mm的砂土），则可允许被带走。因为它的被带走不会使土的骨架破坏，不至于产生渗透变形。
2）各层的颗粒不得发生移动。
3）相临两层间，较小的一层颗粒不得穿过较粗一层的孔隙。 4）反滤层不能被堵塞，而且应具有足够的透水性，以保证排水畅通。 5）应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而遭受破坏。 3.9.5土料的选择
筑坝材料的选择遵守下列原则： ①具有或加工处理后具有与其使用目的相适应的工程性质，并具有长期稳定性 ②就地、就近取材，减少弃料，少占农田，并优先考虑枢扭工程开挖料的利用 ③便于开采、运输和压实。由上原则考虑初步拟订四种筑坝材料；黏土、砂砾土、坝基砂砾和土堆石。
同时均质坝材料应具有一定的抗渗性能，其渗透系数不一大于1×
10?4cm/s，黏粒含量一般为10%～36%；有机质含量不大于5%。在已给出的四
种材料中只有黏土满足渗透系数的要求，故筑坝材料选择黏土。 3.9.6 地基处理
坝与两岸的连接和处理
坝体与坝基及岸坡的连接是坝的关键部位，处理措施是否合适与坝的破坏直接相关。如第顿坝（1976）、巴尔温亥尔斯坝（1963）的破坏，都与连接处渗漏有关，所以必须妥善设计和处理。坝体与岩石地基及岸坡的连接措施如下： ① 坝断面范围内的岩石地基与岸坡应清除表面松动石块。
② 土质防渗体和反滤层应与相对不透水的新鲜或弱风化岩石相连，基岩层上设混凝土盖板、喷混凝土层或喷浆层，将基岩与土质防渗体分隔开来，以防止接
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触冲刷。
③ 对失水时很快风化变质的软岩石，开挖时应预留保护层（厚约10～15cm）,待开始回填时，随挖除、随回填。
④ 土质防渗体与岩石相接触处 ，如防渗土料为细粒黏性土，则在邻近接触面0.5～1.0m范围内，应在高于最优含水量不大于3℅的情况下填筑，为使坝体与岸坡紧密接合，防止不均匀沉陷引起坝体裂缝，与坝体连接的岸坡应进行处理。岸坡上缓下陡时，其变坡角应小于20度，开挖后的岸坡不能太陡，对于岩石岸坡，不应陡于1：0.5～1:0.75，对于土质边坡不应陡于1：1.5。
坝与两岸地基的处理
为了加强坝体与接触面的抗剪强度，防止坝体滑动；增强抗渗性能，维持稳定。采用以下方法处理：
① 清基。将坝体河床覆盖层湿陷性黄土夹杂有砾石，下层为砂砾石层全部挖除至新鲜岩基面。
② 岩体加固。通常采用固结灌浆的方法，通过在基岩中的钻孔，将适宜的具有胶结性的浆液（大多为水泥浆）压入到基岩的裂隙中，使破碎岩体胶结成整体，具体做法请参阅相关规范。
③ 坝基防渗和排水措施。在大坝上游部位设置灌浆帷幕，下游的坝基部分设置排水井，具体做法请参阅相关规范。
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第四章 溢洪道设计
4.1河岸溢洪道的类型和位置选择
4.1.1 河岸溢洪道的类型
河岸溢洪道分为开敞式溢洪道和封闭式溢洪道两大类。开敞式溢洪道的整个流程是完全开敞的，水流具有自由表面，而封闭式溢洪道的泄水道是封闭式的。由于封闭式溢洪道超泄能力小，易产生空蚀等，故应用较少，通常采用开敞式溢洪道。
开敞式河岸溢洪道又有正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道两种形式。正槽式溢洪道的泄槽与堰上水流方向一致，所以其水流平顺，结构简单，运用安全可靠。这是一种采用最多的溢洪道型式。侧槽式溢洪道的特点是水流过堰后约转90°弯经泄槽流入下游，因而水流在侧槽中的紊动和撞击都很强烈，且距坝头较近，直接关系到大坝的安全。 4.1.2 溢洪道的位置选择
溢洪道的位置选择是否得当，对水库的安全和造价有很大影响。溢洪道位置选择主要考虑以下条件。 ⑴ 地形条件
地形条件是决定溢洪道型式和布置的主要因素。较理想的地形条件是，离大坝不远的库岸有通向下游的马鞍形山垭口，其高程在正常蓄水位附近，垭口后面有长度不大的冲沟直通原河道，出口离下游坝脚较远，这对工程的经济、安全及管理运用均有利，且易于解决下泄水流的归河问题。
如果坝肩具有有利的地形条件，且高程适宜，可将溢洪道布置在坝肩上。这种布置型式工程量省，对于土石坝枢纽还具有利用其开挖料作为筑坝材料的优点，是较常见的布置型式。
当两岸山坡陡峻时，可将溢流堰沿岸坡等高线方向布置，即采用侧槽式溢洪道，以减少开挖工程量。
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⑵ 地质条件
地质条件是影响溢洪道安全的关键因素。溢洪道应尽量布置在坚固、完整、稳定的岩石地基上，以减少彻护工程量并有利于工程的安全。溢洪道两侧山坡也必须稳定，以防止泄洪时山坡崩塌堵塞或摧毁溢洪道，危及大坝安全，产生严重后果。
⑶ 水流条件
溢洪道的轴线一般宜取直线，力求水流畅通，流态稳定。如因地形或地质条件的限制而需转弯时，应尽量将弯道设置在进水渠或出水渠段。为避免冲刷坝体，溢洪道进口距坝端不宜太近，一般最小要在20m以上。溢洪道出口距坝脚不应小于50m~60m，以避免水流冲刷坝脚或其它建筑物。但为了管理方便，溢洪道也不宜距离大坝太远。 ⑷ 施工条件
应避免溢洪道开挖与其它建筑物施工相互干扰，选择出渣路线及堆渣场所便于布置，并尽量利用开挖土石料填筑坝体。
根据地形条件，设置岸边正槽溢洪道。正槽溢洪道水流平顺，泄流能力大，结构简单，运用安全可靠，是一种被广为采用的岸边溢洪道型式。正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施及尾水渠等部分组成。
4.2 进水渠
进水渠的作用是将水库的水平顺地引至溢流堰前。其设计原则是在合理的开挖放量下尽量减少水头损失，以增加溢洪道的泄洪能力。
进水渠平面布置应使进水顺畅，避免断面突然变化和水流流向的急转弯。在平面上如需转弯时，其轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽，弯道至溢流堰之间宜有适当长度的直线段。
进水渠底板一般为等宽或顺水流方向收缩，进口底宽与溢流堰宽之比宜在1.50～3之间。渠道内的流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不冲流速，一般不大于4m/s，岸边较陡、开挖较大的溢洪道的进水渠流速，最大可采用5～7m/s。其横断面在岩基上接近矩形，边坡根据稳定要求确定，新鲜岩石一般为1：0.10～1：0.30；风化岩石可用1：0.50～1：1；在土基上采用梯形，边坡一般
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选用1：1.50～1：2.50。
进水渠的纵断面一般做成平底坡或不大的逆坡。
为引流平顺其进口形状做成喇叭口，为减小损失其长度不宜过长。由于是在岩基上，故引流段截面设计为接近矩形的梯形，边坡为1：0.5。由于溢洪道位于破碎带上，F17断层由此经过，渗漏稳定问题严重，应采用混凝土砌护兼作防渗铺盖，一般厚0.3～0.5m，不设止水、排水或锚筋，本设计取衬砌厚为0.4m。
4.3 控制段设计
控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物。溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰、驼峰堰等。溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等要求。宽顶堰在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广。大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采用实用堰。
实用堰堰面曲线有真空和非真空两种型式，通常多采用非真空型堰面曲线。我国最常采用的是WES标准剖面堰、克-奥型剖面堰和幂曲线剖面堰。这些实用堰的特征参数可从《水力学》或有关手册中查阅。对重要工程应进行水工模型试验确定。
中、小型水库溢洪道，特别是小型水库溢洪道常不设闸门，堰顶高程就是水库的正常蓄水位；溢洪道设闸门时，堰顶高程低于水库的正常蓄水位。堰顶是否设置闸门，应从工程安全、洪水调度、水库运行、工程投资等方面论证确定。 4.3.1定型设计水头Hd选择
通过调洪演算，溢流堰顶高程确定为597m，堰上定型设计水头Hd＝Hmax(0.65～0.85)=6.832m～8.934m，其中堰上最大水头Hmax＝10.51m，故可取堰上定型设计水头Hd＝1.5m 4.3.2 上游堰高确定
取流量系数m＝0.476，则由堰高与流量系数的对应关系可查得
P1?1.0,故Hd
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取P1＝3.2m。
4.3.3 溢流孔口尺寸的拟定
a. 弧形闸门弧面半径的确定
由调洪演算知，溢流净宽为m＝65m，闸孔数n＝5，闸门采用弧形闸门，闸孔宽高为13m×10m，一般对于露顶弧形闸门来说，其弧面半径R＝（1.1～1.5）h，故半径R可取为7.15m～9.75m，初步拟定为8.0m。
b.溢洪道总宽B?nb?(n?1)D=13x5+(5-1)×1.5=71m c.控制段闸墩顶部高程的确定 闸墩顶部高程＝校核洪水位＋安全超高 ＝607.51+0.4＝607.91m 4.3.4 确定堰面曲线
根据规范及工程经验，堰顶上游采用三圆弧曲线，下游为幂曲线，如图4-1。
幂曲线方程为：
x1.85?2Hd故可得幂曲线方程为：
0.85y
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y?0.0956x1.85 其中： R1=0.5Hd=0.75m
R2=0.2Hd=0.3m R3=0.04Hd=0.06m L1=0.175Hd=0.26m L2=0.276Hd=0.41m L3=0.282Hd=0.42m
堰面曲线坐标表
X Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.5 0.0956 0.34 0.73 1.24 1.88 2.63 3.50 4.48 5.57 6.77 8.1 4.3.5 剖面衔接计算
①直线段和堰面曲线切点xc、yc确定。
对y?0.0956x1.85求导得，y'?0.177x0.85，直线段坡率为1：0.5，由
y'?0.177x0.85 ，可以得到xc=7.85,带入幂曲线方程得yc=4.32。
②反弧段半径的确定。
泄槽坡度为1：10，反弧半径按(3～6)h确定，R=9.84～19.08m， 取为13.4m其中h为校核洪水位闸门全开时反弧最低点的水深，初步计算可近似用堰下收缩断面的水深（控制水深）。
堰下收缩断面的水深计算公式为
H?q?2g(H0?h1cos?)
H:为其始点端面水深 ；
q:计算断面单宽流量； H0:计算断面渠底以上总水头；
θ:泄槽底板与水平面的夹角；
?:考虑从进口到计算起始断面之间沿程和局部阻力损失的流速系
数,取其值为0.95。
经过计算,溢流堰下游曲面与直线段的切点的坐标为x=7.85,y=4.32。该点
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的高程计算得595.1m,设计泄槽起始点的高程为590m,由试算计算出起始断面水深为1.32m,溢流堰与泄槽间采用反弧曲线连接是,反弧半径可以采用3到6倍水深,取反弧半径为6倍水深,经过计算，反弧半径为R=13.4m。由几何计算得反弧上端点与直线切点的高程为588m。
4.3.6溢流堰闸门闸墩设计
闸门设计:在溢洪道工作闸门的上游侧,设置检修闸门,两道闸门或闸门与拦污删的最小净距,应该满足混凝土强度与抗渗,启闭机布置与运行,闸门安装与维修条件等因素的要求,一般不宜少与1.5m.露顶闸门顶部应该有0.3到0.5m的超高.根据此情况,设计工作闸门为露顶式钢闸门,布置在溢流堰顶,考虑闸墩强度等因素由于该枢纽是3级等别,溢洪道有设计为三孔出流,闸门比较小,门槽形式选I型,设计门槽宽1m,门槽深度取0.5m,所以闸门宽度为5m. 安全超高取0.5m,检修门高为4.7m,工作门高为5.4m,工作闸门与检修闸门之间距离,依照规范设计为2m,布置3个工作门槽,3个工作门,3个检修门槽,一个检修门,检修门布置成可移动形式,检修闸门布置在溢流堰顶,工作闸门布置在检修门后2m,两道闸门之间中线设计与大坝轴线重合。
闸门两个边墩延伸往上下游，上游延伸成为进水渠的导水墙,下游延伸为泄槽的边墙.中间设计两个闸墩.中间两个闸墩设计最大厚度为3m,设计工作门槽的部位厚度为2m,向下游延伸长度,设计为25.2m,向上游延伸设计为距离坝轴线20m,与导水墙一致.边墩向上游延伸为导水墙,长度布置也与坝轴线距离20m.向下游延伸成为泄槽的边墙.厚度都取2m。
4.4泄槽形式及水力计算
4.4.1槽的形式及水面曲线设计
泄槽设计为矩形槽,设计泄槽纵坡坡度要大与临界坡度ik.
q2ik?2khkckRk
其中hk?3
?q211,Ck?Rk6 gn42
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q:泄槽的单宽流量(m3/s); ?:动能修正系数,可以近似取1; g:重力加速度(m/s2);
Rk:相应临界水深是的水力半径(m); n:糙率.
由于溢洪道布置在坝肩,开挖较大,所以岩质较好,采用混凝土浇筑衬砌泄槽边墙,边墙以上采用混凝土喷浆防护边坡,高边坡稳定采用锚杆锚索防护.由于临界水深hk=2.12m,考虑综合因素,设计泄槽边墙高4m.厚度为2m,采用木模节省材料,所以取糙率为n=0.015.最大下泄流量取校核水位是607.51m,泄槽总宽为17米,经过计算:单宽流量q=15.7m3/s,临界水深hk=1.22m.该水深下的水力半径
Rk=1.21;谢才系数Ck=67.4;临界坡度ik=0.03.纵坡坡度要大于临界坡度.取坡
度I=0.05>ik=0.03.
泄槽水面曲线计算:,水面曲线计算按逐段试算法. ?S?EsEsd?Esu?i?ji?j?
Q2 j?2
K K?ACR Esd:下游断面比能; Esu:上游断面比能;
j:平均水力坡度; R:平均水力半径; :平均谢才系数.
C经过计算水面曲线数据：
起始坡度为0.05的泄槽的水面曲线.由于地形要求,要进行一次变坡.由缓坡变陡坡.泄槽纵向坡度有缓坡变陡坡的连接曲线可以采用抛物线形式连接.抛物线方程按公式计算：
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x2y?xtan??k(4H0cos2?)
x,y:抛物线的横纵坐标,以上段泄槽末端衔接点为原点o;?为上段的
坡角;
k:系数,对于重要工程落差大的,可以取k=1.5,对于落差小的可以取
k=1.1-1.3;
H0:抛物线起始断面的比能;其中H0按照公式计算 H0?h??v22g
h:抛物线起始断面的水深; v:抛物线起始断面的平均流速,m/s;
?:动能修正系数,可以近似取1.0
计算得抛物线起始点的高程为595.1m，水深为2.1m，流速为14.21m/s。泄槽陡坡的坡度估算:经过计算,考虑综合因素,初步取挑坎高程为409米，计算结果陡坡坡度为0.568,取0.57，泄槽陡坡水面曲线。
经过计算最后泄槽末端接挑坎的地方,速度为23.54 m/s,
4.4.2 泄槽弯道设计
根据地形需要,单宽流量比较小,而渠宽较宽,不设置缩小段,结合地形,弯道设计在坝址坝轴线下游25m处,参考已建工程横棉工程,弯道半径要大于5倍渠底宽,设计弯道半径为rc=120m.取弯道角度为40度.由几何计算得出泄槽起始段距离坝轴线为11.21m.起始段部分水深为1.42m.能量平衡方程试算法,求得水深为1.35m是距离为18.21m,所以与坝轴线相距25m的地方就是水深1.35m处开始布置弯道,由试算法求得流速为13.42 m/s.由于布置弯道,泄槽水面发生变化,惯性和离心力使水面一侧高一侧低.所以弯道宜布置在水流比较平缓均匀的坡度比较缓的地方.急流弯道横向水面高差h,按公式计算：
v2B ?h?kgrc
h:有弯道离心力及急流冲击波共同作用形成的外墙水面与中心先水面的高差;
k:超高系数
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rc:弯道轴线半径,m. 4.4.3 弯道冲击波设计
外墙和内墙最高点水位和最低点水位的位置,按照公式计算:
??sin?11Fr1
Fr1?v1gh1
?c?tan?12B(2rc?B)tan? β:坡角;度;
Fr1: θ=0时水流的弗劳德数; H1: θ=0时的水深,m;
V1: θ=0时的断面平均流速,m/s.
?c:第一个外侧水位最高点所对应的圆心角,弯道外墙取正,
内墙取负;
?1:积分常数,由初始段水力要素决定.
经过计算得水面高差为1.21m,泄槽底板倾斜度设计为θ,倾斜坡度经过计算得
tan?=0.12,所以横向倾度为0.12.急流弯道冲击波经过计算得Fr1=3.5; β=18.1
度; ?c=25.1度.
在第一个波发生以后,因为不断发生波的反射,干涉与传播,形成了一系列互相交错的冲击波.对于外边墙,在圆弧中心角3?c,5?c等等,各点为水面最高点,而2?c ,4?c 等等,各点为水位最低点,内墙边墙发生最高最低的水面点正好同外墙相反.弯道横断面内外侧的水深可以按公式计算：
?v2 h?sin2(??c)
g2 ?c:其中外侧取正,内侧取负.
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经过计算的外侧水深h=3.1m.内侧水深为h=0.1m.
为了消除波动给水流到来的影响,泄槽设计横向倾斜坡度为0.12的泄槽底,抬高外侧,降低内侧,从而减少冲击波和弯道曲段水面稳定.为了便于施工,泄槽中心线高程不变,将外侧提高1.21m,内侧降低1.21m,渠底超高和上下游直线段采用扇形连接,做成平面转弯扇形抬高面.经过计算得弯道起始点高程为595.1m,弯道末端高程为572.3m.弯道起始点到坝轴线距离为25m.
泄槽底板设计：根据地形地质，岩质比较好，取泄槽底板厚度为0.4m。泄槽底板设计纵横缝，其间距取10m。采用平缝，缝中设置止水。
4.5 消能防冲断设计
由于地形要求,采用挑流消能，鼻坎采用连续坎，根据资料，鼻坎高程高出下游水位不小于2m，校核水位时相应下游最高水位，经过查找计算得出是581.1m，所以取鼻坎高程为583m,经过分析,采用连续坎,可以减少雾化,适用于下游岩基均匀,尾水比较深的情况.由于下游布置厂房,要求雾化小的比较好,所以选择连续坎是很有利的。
4.5.1溢洪道沿程水头损失和局部水头损失
沿程水头损失按资料,公式 v?cRJ；
lv2 hf??4R2g；
??0.3161;
Re411 c?R6；
n Re:雷若数,明渠河道取500; R:取平均值;
L:沿程长度,经过估算取183m;
经过计算得λ=0.067;R=1.059;谢才系数c=67.31;水力坡降J=0.031; 速度v=12.196米每秒.沿程水头损失hf=21.966m,局部水头损失,由于流速较大,沿程水
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