课设设计计算说明书

设计计算说明书
1.基本资料
1.1工程概况
顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。

通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。

为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。

顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。

水库距迁西县城35公里，有公路相通。

河槽高程150m。

水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。

根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其它建筑物按II级建筑物考虑。

1.2水文分析
1.年径流：顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。

2.洪水：多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为24400—27400m³/s，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m³/s。

3.泥沙：淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。

淤砂高程157.5米。

4.建筑材料：砌石容重：2.3t/m3；混凝土容重：2.4t/m3。

1.3气象
库区年平均气温为10℃左右，一月份最低月平均产气温为零下6.8℃，绝对最低气温达零下21.7℃(1969年)7月份最高月平均气温25℃，绝对最高达39℃(1955年)，本流域无霜期较短(90—180天)冰冻期较长(120—200天)，顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。

1.4工程地质
库区地质：顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子
一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。

本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。

岩石物理力学性质：岩石容重为2.68—2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2，混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化下部，可取ˊf=1.10、c ˊ=7.5kg/cm 2。

地震：库区的基本烈度为6度。

2.坝体剖面拟定
水库净水位的超高按公式l z c h h h h ∆=++计算，计算分设计洪水、校核洪水和正常蓄水位三种情况进行。

由于风的作用，在水库内形成波浪，它不但给闸坝等挡水建筑物直接施加浪压力，而且波峰所及高程也是决定坝高的重要依据。

浪压力也与波浪要素有关，波浪要素包括波浪的长度、高度及波浪中心线高出静水位的高度。

2.1波浪要素计算 2.1.1累积频率波高计算
一般采用以一定实测或试验资料为基准的半理论半经验方法。

根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算：
0v --计算风速，s m /，在正常洪水位和设计洪水位时，采用相应季节50年重现期
的最大风速的多年平均值，近似取s m v /5.210=
D --风区长度（有效吹程），m D 3000= 2%h ——累积频率为2%的波高，m
m
L ——平均波长，m
1/2
2200
0.0386[]m gL gD v v = （1）
计算得，设计洪水位时m L m 513.14=；校核洪水位时m L m 513.14=。

由公式
0.45
2
0.70
22
0.700
20
0.0018(
)0.13[0.7()]{}0.13[0.7()]
m m m gD gh gH v th th gH v v th v = （2）
计算出平均波高m h m 548.0=，并与平均水深m H （取正常蓄水位）相比得m
m
H h 约为0，
查SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》表B.6.3-1不同累积频率的波高与平均波高的比值得到:
设计洪水位时m h 325.142.2548.0%1=⨯= 校核洪水位时m h 325.142.2548.0%1=⨯= 2.1.2 波浪壅高的计算：
已知km D 3=，设计洪水时采用多年平均最大风速s m v /5.210=，校核情况采用多年平均最大风速21.5/v m s =，根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》官厅水库公式：
21%
2z h H
h cth
L
L
ππ=
（3）
计算得到设计洪水时波浪雍高m h z 38.0=，校核洪水时波浪雍高m h z 38.0=。

2.1.3 防浪墙顶值洪水位高差计算：
c h 为安全加高，坝的安全级别是Ⅰ级，查《水工建筑物》表3-10，可得设计洪水时
m h c 7.0=，校核洪水时m h c 5.0=
由公式：
c z h h h h ++=∆%1
（4）
得：
设计洪水时m h 405.27.038.0325.1=++=∆ 校核洪水时m h 205.25.038.0325.1=++=∆
h ∆为防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位时的高差。

2.2坝顶高程计算：
设计情况下坝顶高程=设计洪水位m h 105.228405.27.225=+=∆+ 校核情况下坝顶高程=校核洪水位m h 405.229205.22.227=+=∆+ 可见校核状况下的高程为控制高程，选择坝顶高程为m 2282.1405.229=-。

3.重力坝剖面设计
3.1非溢流坝剖面设计
河槽高程为150m ，则坝高：m 78150228=-。

坝顶宽度： 取值范围为坝高的8%到10%，考虑交通要求，取8m 。

上游坝坡做成折坡，折坡点位于坝高1/3处（即高程176m 处），在此上坝坡铅直，在此以下，坝坡坡率n 取为0.16，下游坝坡坡率m 取为0.8，ο66.38=ϕ。

底宽取 77.52，为坝高的0.80倍。

非溢流坝横断面如图1所示。

图1 非溢流坝断面图
3.2 溢流坝剖面设计
溢流坝由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。

3.2.1堰面曲线设计
坝高78米，由规范知单宽泄流量q 的取值范围为：50~1003/()m s m ⋅，取
)/(753m s m q ⋅=。

2
3
2h g m q ε=
(5)
取ε=0.95，m =0.5，得堰顶水头m h 83.10=
设计洪水位为225.7m ，m 87.21483.107.225=-，取堰顶高程为215m 。

堰顶最大作用水头m h 2.122152.227max =-=。

该工程采用开敞式溢流坝，溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线可采用WES 曲线，曲线的具体如图2。

图2 WES 曲线
其中的d h 为定形设计水头，按堰顶最大作用水头max h 的75％-95％计算。

由于上游堰高d H m h 33.17.751507.225>=-=，故取m h H d 76.980.0max ==
m H R m H R m H R d d d 39.004.0,95.12.0,88.45.0321====== m H m H m H d d d 75.2282.0,69.2276.0,71.1175.0===
堰顶下游采用WES 曲线（X ，Y —以溢流坝顶点为坐标原点的坐标，X 以向右为正，Y 以向
下为正），方程为： 1.85
0.85
2d
x y H = (6)
故可得堰面曲线见表1：
表1 堰面曲线表
X 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Y 0.9 0 0.072 0.260 0.550 0.937 1.416 1.984 2.639 3.378 4.200 X
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Y 0.9 5.104 6.089 7.152 8.293 9.512 10.807 12.178 13.623 15.142 16.735
中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。

用以下方法可求得切点坐标为（13.91，9.40）。

具体过程如下：
80
.01
285.185
.085.0==d H x dx dy ，得m x u 91.13=，再代入 1.850.852d x y H =，可得m y u 40.9=。

3.2.2 反弧段半径和反弧圆心坐标的确定
直线段后接反弧段，采用挑流消能。

根据鼻坎高于下游水位1~2m 的要求，确定鼻坎高程158.3（下游最高水位为156.8m ），试取ο23=θ，下游河床高程150m ，以校核洪水为控制情况，上游水位227.2m ，下游水位为156.8m 。

由能量守恒公式：
2
2
1mv mgh =
(7)
得反弧段最低点流速s m v /04.33=
反弧半径的确定，经试算拟定R=18m ，此时反弧最低点高程为
m R R H H 87.1561823cos 183.158cos =-⨯+=-+=οθ坎顶
(8)
m v q h 27.204
.3375===
(9)
为了保证有较好的挑流条件，反弧半径R=(4～10)h ，故取反弧半径R=18m ，是符合要求的。

圆心高程：m R H H 86.17423cos 183.158cos 0=⨯+=+=οθ坎顶， 圆心纵坐标m y 14.3986.1742140=-=，
直线段与反弧半径的切点纵坐标 m R y y d 38.5066.38sin 1814.39sin 0=⨯+=+=οϕ， 横坐标m y y x x u d u d 65.4475.0)40.938.50(91.1375.0)(=⨯-+=⨯-+=， 则圆心横坐标m R x x d 71.5866.38cos 1865.44cos 0=⨯+=+=οϕ。

由直线与圆相切可得圆心角为οοο34.742334.51=+ 初步拟定的剖面图如图3所示。

图3 溢流坝断面图
4. 坝体稳定分析
4.1 非溢流坝段稳定分析
库区的基本烈度为6度，设计时不考虑地震作用。

本设计基本组合为设计洪水位时的荷载组合，特殊组合为校核洪水位时的荷载组合。

选取坝基面作为计算截面。

（上游水深为H ，下游水深为h ）。

坝基面受力图见图4：
图4 非溢流坝坝基面受力图
4.1.1设计洪水位时荷载计算如下（以单宽计算）： 1.自重荷载：
KN G 1845.1202416.03121
21=⨯⨯⨯=
KN G 65913.504247.75)16.03152.77(21
2=⨯⨯⨯-⨯=
KN G 1401.600248)80.08
3.23.2(213=⨯⨯++⨯=
2.静水压力：由公式
22
1
H P γ=
（10）
得：
上游水平水压力：KN H P 40350.9337.7581.921212211=⨯⨯==γ 下游水平水压力：KN h P 1417.5451781.921
212212=⨯⨯==γ
上游垂直水压力：[]KN W 2929.187581.916.031)317.75(7.7521
1=⨯⨯⨯-+=
下游垂直水压力：KN W 1134.03681.980.017172
1
2=⨯⨯⨯⨯=
3.扬压力：
当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为1H ，根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》，排水管幕至上游面的距离，一般不小于坝前水深的10/1~12/1,且不小于m 2,取m 5.9。

排水孔中心线处为)(111h H h -+α，下游（坝趾）处为1h ，其间各段依次以直线连接。

实体重力坝α取0.25。

KN U 12928.0101752.7781.91=⨯⨯=
[]KN U 3419.0925.9)177.75(25.0177.7581.921
2=⨯-⨯+-⨯⨯=
()()KN U 4896.1395.952.7725.0177.7581.92
1
3=-⨯⨯-⨯⨯=
4.浪压力：
波高m h 325.1%1=，波长m L m 513.14=，波浪雍高m h z 38.0= 因为设计洪水位坝前水深2
7.90m
L m H >
=，故可判断此波为深水波。

单位长度浪压力标准值：()KN h h L P z m L 624.604
1
%1=+=γ
( 11)
5.淤沙压力： 水平淤沙压力：
KN
tg tg h P s s sb sh 678.1494212455.220.921245212
22=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=οοοϕγ （12）
垂直淤沙压力：
KN P sv 719.34115.05.220.921
2=⨯⨯⨯=
4.1.2校核洪水位时荷载计算如下：
1.自重荷载：(同设计洪水位)
KN G 1845.1202416.03121
21=⨯⨯⨯=
KN G 65913.504247.75)16.03152.77(21
2=⨯⨯⨯-⨯=
KN G 1401.600248)80.08
3.23.2(213=⨯⨯+
+⨯= 2.静水压力：
上游水平水压力：KN H P 41696.6202.9281.921
21221
=⨯⨯==γ 下游水平水压力：KN h P 052.23318.2181.92
121221
=⨯⨯==γ
上游垂直水压力：[]KN W 3732.03881.916.031)312.92(2.9221
1=⨯⨯⨯-+=
下游垂直水压力：KN W 052.331281.98.212
1
22=⨯⨯=
3.扬压力：
当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为2H ，根据SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》，排水管幕至上游面的距离，一般不小于坝前水深的10/1~12/1,且不小于m 2,取m 5.9。

排水孔中心线处为)(222h H h -+α,下游（坝趾）处为2h ，其间各段依次以直线连接。

实体重力坝α取0.25。

KN U 16578.2728.2152.7781.91=⨯⨯=
[]KN U 4100.5805.9)8.212.92(25.08.212.9281.921
2=⨯-⨯+-⨯⨯=
()()KN U 5872.0315.952.7725.08.212.9281.92
1
3=-⨯⨯-⨯⨯=
4.浪压力：
波高m h 325.1%1=，波长m L m 513.14=，波浪雍高m h z 38.0=。

因为正常蓄水位坝前水深2
2.92m
L m H >
=，故可判断此波为深水波。

单位长度浪压力标准值：()KN h h L P z m L 686.604
1
%1=+=γ
5.淤沙压力（同设计洪水位）：
6.水平淤沙压力：
KN
tg tg h P s s sb sh 678.1494212455.220.921245212
22=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=οοοϕγ 垂直淤沙压力：KN P sv 719.34115.05.220.92
1
2=⨯⨯⨯=
4.1.3 计算不同工况下的M P W ∑∑∑和、
W ∑—计算截面上所有竖向力之和，取向下为正，计算时取单位长度坝体 。

P ∑—计算截面上所有水平力之和，取向右为正，计算时取单位长度坝体。

M ∑—计算截面上所有竖向力和水平力对计算截面形心的力矩之和，以使上游坝体产生压力者为正。

1.设计洪水位情况下：
表2 非溢流坝计算结果汇总（设计工况）
荷载名称
垂直力W(KN) 水平力P(KN) 力矩M(KN·m) ＋
－ ＋ ＋ － 坝体自重 82221.024 *******.607 水自重 4793.088
94559.583
静水压力 38933.388
1211910.466 扬压力 23368.087
190566.200 浪压力 60.686 5504.054 淤沙压力 1494.678
11210.084
341.719
12680.044
总计
63987.743
40488.752
-38012.736
m KN M KN
P KN W ⋅=∑=∑=∑ -38012.73640488.75263987.743
2.校核洪水位情况下： 表3 非溢流坝计算结果汇总（校核工况）
荷载名称
垂直力W(KN) 水平力P(KN)
力矩M(KN·m) ＋
－ ＋ ＋
－ 坝体自重 82221.024 *******.607 水自重 3963.09
59221.402
静水压力 39365.568
1264537.148 扬压力 26550.883
182033.385 浪压力 60.686 5595.249 淤沙压力 1494.678
11210.084
341.719
12680.044
总计
62074.950
40920.932
-117535.813
m
KN M KN P KN W ⋅=∑=∑=∑ 3-117535.8140920.93262074.950
表4 非溢流坝不同工况下应力计算表
工况 ΣW(KN) ΣM(KN•m) ΣP(KN) A(m²) 设计洪水位 63987.743 -38012.736 40488.752 77.52 校核洪水位 62074.950 -117535.813 40920.932 77.52 4.1.4 非溢流坝段沿坝基面的抗滑稳定分析
1.设计洪水位时，由于坝的安全级别是Ⅰ级，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数0.1=ψ，结构系数
2.1=d γ。

252.77152.77m A =⨯=，10.1'=f ，22'/75.735/5.7m KN cm kg c ==
KN
P P h H S sh L 627.44537752.404880.11.1)
2
121()(2
12100=⨯⨯=++-=•γγψγψγ (13)
KN
A c W f R d
d 881.106184)52.7775.735743.6398710.1(2
.11
)
(1
)(1
''=⨯+⨯⨯=
+∑=
•γγ (14)
所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求。

2. 校核洪水位时，由于坝的安全级别是Ⅰ级，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数85.0=ψ，结构系数2.1=d γ。

KN P P h H S sh L 025.45013 40920.9320.11.1)2
121
()(212100=⨯⨯=++-=•γγψγψγ
KN A c W f R d
d
488.104431)52.7775.735 62074.950 10.1(2
.11
)(1
)(1
''=⨯+⨯⨯=
+∑=
•γγ
所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求。

4.1.5 坝趾抗压强度极限状态
1.设计洪水位时，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数0.1=ψ，结构系数
8.1=d γ。

坝体采用C15混凝土，则抗压强度设计值KPa f k 7200=。

MPa
m B M B W S 56.1)80.01(52.77) -38012.736(652.7763987.743 0.11.1)1(6)(2
22
2
00=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=+⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛∑⨯-∑=•ψγψγ (15)
MPa R d
472008
.11
)(1
=⨯=
•γ (16)
所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求
2.校核洪水位时，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数85.0=ψ，结构系数
8.1=d γ。

坝体采用C15混凝土，则抗压强度设计值KPa f k 7200=。

MPa
m B M B W S 41.1)80.01(52.77)3-117535.81(652.77 62074.95085.01.1)1(6)(2
22
2
00=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=+⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛∑⨯-∑=•ψγψγ
MPa R d
472008
.11
)(1
=⨯=
•γ 所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求
4.1.6 上游坝踵不出现拉应力的极限状态
9.023.86652.77) -38012.736
(652.7763987.7431.16)(2200>==⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡∑⨯+
∑=•MPa KPa B M B W S γγ (17）
满足设计要求。

4.2溢流坝段稳定分析
选取坝基面作为计算截面。

（上游水深为H ，下游水深为h ）。

受力图见图5：
H 图5 溢流坝坝基面受力图
4.2.1设计洪水位时荷载计算如下（以单宽计算）： 1.自重荷载：
KN G 12.1845243116.03121
1=⨯⨯⨯⨯=
KN G 78974.3042480.07.9021
22=⨯⨯⨯=
2.静水压力：
上游水平水压力：KN H P 933.403507.9081.921
212211
=⨯⨯==γ 下游水平水压力：KN h P 545.14171781.921
212212=⨯⨯==γ
上游垂直水压力：[]KN W 052.365981.916.031)317.90(7.902
1
1=⨯⨯⨯-+⨯=
3.动水压力:由公式
()21cos cos ααγ-=
g
qV
P H
（18）
()21sin sin ααγ+=g
qV
P V
（19）
得：
水平动水压力：KN P H 098.721)13.53cos 23(cos 81
.904
.337581.9=-⨯⨯⨯=
οο
垂直动水压力：KN P V
304.2894)13.53sin 23(sin 81
.904
.337581.9=+⨯⨯⨯=οο
4.扬压力：（同非溢流坝设计洪水位）
5.浪压力：（同非溢流坝设计洪水位）
6.淤沙压力：（同非溢流坝设计洪水位） 4.2.2校核洪水位时荷载计算如下：
1.自重荷载：(同溢流坝的设计洪水位)
2.静水压力：
上游水平水压力：KN H P 62.416962.9281.921
212221
=⨯⨯==γ 下游水平水压力：KN h P 052.23318.2181.921
212222=⨯⨯==γ
上游垂直水压力：[]KN W 621.370881.916.031)8.212.92(2.922
1
1=⨯⨯⨯-+⨯=
3.动水压力:
水平动水压力：KN P H 098.721)51cos 23(cos 81
.904
.337581.9=-⨯⨯⨯=
οο
垂直动水压力：KN P V
304.2894)51sin 23(sin 81
.904
.337581.9=+⨯⨯⨯=οο 4.扬压力：（同非溢流坝的校核洪水位） 5.浪压力：（同非溢流坝校核洪水位） 6.淤沙压力（同非溢流坝校核洪水位）： 4.2.3 计算不同工况下的M P W ∑∑∑和、 1.设计洪水位情况下： 表5 溢流坝计算结果汇总（设计工况）
荷载名称 垂直力W(KN) 水平力P(KN)
力矩M (KN·m) ＋ － ＋ － ＋ － 坝体自重
80819.424
824621.964 上游水体自重 3659.052 133373.855
静水压力 38933.388
1211910.466 动水压力 721.098
71894.511
2894.304
15712.725
扬压力 23368.087
190566.200 浪压力
60.686
5504.220
淤沙压力 1494.678
11210.084
341.719
12680.044
总计 64346.411
39767.654
-504696.893
m
KN M KN
P KN W ⋅=∑=∑=∑3-504696.8939767.65464346.411
2.校核洪水位情况下： 表6 溢流坝计算结果汇总（校核工况）
荷载名称 垂直力W(KN) 水平力P(KN) 力矩M(KN·m) ＋ － ＋ － ＋ － 坝体自重
80819.424
824621.964 上游水体自重 3955.863 136021.802
静水压力 39365.568
1264537.148 动水压力 721.098
71894.511
2894.304
15712.725
扬压力 23368.087
190566.200 浪压力 60.686 5504.220 淤沙压力 1494.678
11210.084
341.719
12680.044
总计
64643.223
40199.834 -554675.629
m
KN M KN P KN W ⋅=∑=∑=∑9-554675.6240199.83464643.223
表7 溢流坝不同工况下应力计算表
工况 ΣW(KN) ΣM(KN•m) ΣP(KN) A(m²) 设计洪水位 64346.411 -504696.893 39767.654 77.52 校核洪水位 64643.223 -554675.629 40199.834 77.52
4.2.4 溢流坝段沿坝基面的抗滑稳定分析
1.设计洪水位时，由于坝的安全级别是Ⅰ级，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数0.1=ψ，结构系数
2.1=d γ。

252.77152.77m A =⨯=，10.1'=f ，22'/75.735/5.7m KN cm kg c ==
KN P P P h H S sh L h 419.4374439767.6540.11.1)2
1
21()(212100=⨯⨯=++--=•γγψγψγ
KN A c W f R d
d
66.106513)52.7775.73564346.41110.1(2
.11
)(1
)(1
''=⨯+⨯⨯=
+∑=
•γγ 所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求。

2. 校核洪水位时，由于坝的安全级别是Ⅰ级，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数85.0=ψ，结构系数2.1=d γ。

KN P P P h H S sh L h 817.44219 40199.834 0.11.1)2
121
()(212100=⨯⨯=++--=•γγψγψγ
KN A c W f R d
d
738.106785)52.7775.73564643.223 10.1(2
.11
)(1
)(1
''=⨯+⨯⨯=
+∑=
•γγ 所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求。

4.2.5 坝趾抗压强度极限状态
1.设计洪水位时，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数0.1=ψ，结构系数
8.1=d γ。

坝体采用C15混凝土，则抗压强度设计值KPa f k 7200=。

MPa
m B M B W S 41.2)80.01(52.77) 3-504696.89(652.7764346.4110.11.1)1(6)(2
22
2
00=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=+⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛∑⨯-∑=•ψγψγ
MPa R d
472008
.11
)(1
=⨯=
•γ 所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求
2.校核洪水位时，取结构重要性系数1.10=γ，设计状况系数85.0=ψ，结构系数
8.1=d γ。

坝体采用C15混凝土，则抗压强度设计值KPa f k 7200=。

MPa
m B M B W S 13.2)80.01(52.77)9-554675.62(652.7764643.22385.01.1)1(6)(2
22
2
00=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=+⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛∑⨯-∑=•ψγψγ
MPa R d
472008
.11
)(1
=⨯=
•γ 所以 )(1
)(0•<
•R S d
γψγ 满足设计要求
4.2.6 上游坝踵不出现拉应力的极限状态
326.015.32652.77)3-504696.89(652.7764346.4111.16)(2200>==⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⨯+⨯=⎥⎦⎤⎢
⎣⎡∑⨯+∑=•MPa KPa B M B W S γγ
满足设计要求。

5. 坝体边缘应力分析
5.1非溢流坝边缘应力分析 5.1.1水平截面的正应力
26B M
B W yu ∑+∑=σ （20）
26B
M B W yd ∑-∑=
σ （21）
式中：B ——计算截面的长度
1.设计情况下：
KPa B M B W yu 482.78752
.77)
736.38012(652.77743.63987622=-⨯+=∑+∑=σ KPa B M B W yd 389.86352.77)
736.38012(652.77743.6398762
2=-⨯-=∑-∑=σ
2.校核情况下：
KPa B M B W yu 408.68352.77)
813.117535(652.77950.6207462
2=-⨯+=∑+∑=σ KPa B M B W yd 113.91852
.77)
813.117535(652.77950.62074622=-⨯-=∑-∑=σ
5.1.2 剪应力
1.设计洪水位情况下：
KPa n P yu u u 366.1616.0)482.7877.9081.9()(=⨯-⨯=-=στ
（22）
KPa m P d yd d 295.55780.0)1781.9389.863()(=⨯⨯-=-=στ （23）
2.校核洪水位情况下：
KPa n P yu u u 372.3516.0)408.6832.9281.9()(=⨯-⨯=-=στ KPa m P d yd d 404.56380.0)8.2181.9113.918()(=⨯⨯-=-=στ 5.1.3 水平正应力
1.设计洪水位情况下：
KPa n P u u xu 148.88716.0366.167.9081.9=⨯-⨯=-=τσ （24） KPa m P d d xd 456.46580.0295.5571781.9=⨯+⨯=+=τσ （25）
2.校核洪水位情况下：
KPa n P u u xu 822.89816.0372.352.9281.9=⨯-⨯=-=τσ KPa m P d d xd 581.66480.0404.5638.2181.9=⨯+⨯=+=τσ 5.1.4 主应力
1.设计洪水位情况下：
坝踵主应力：KPa n P n u yu u 863.784)1(2
21=-+=σσ
（26） 坝趾主应力：KPa m P m d yd d 188.1249)1(221=-+=σσ （27） 上游坝面主应力：KPa P u u 767.8897.9081.92=⨯==σ （28） 下游坝面主应力：KPa P d d 77.1661781.92=⨯==σ （29）
2.校核洪水位情况下：
坝踵主应力：KPa n P n u yu u 748.677)1(221=-+=σσ
坝趾主应力：KPa m P m d yd d 837.1368)1(221=-+=σσ 上游坝面主应力：KPa P u u 482.9047.9081.92=⨯==σ 下游坝面主应力：KPa P d d 858.2131781.92=⨯==σ
5.2 溢流坝边缘应力分析 5.2.1 水平截面的正应力
1.设计情况下：
KPa B M B W yu 150.32652
.77)
893.504696(652.77411.6434662
2=-⨯+=∑+∑=σ KPa B M B W yd 974.133352.77)
893.504696(652.77411.6434662
2=-⨯-=∑-∑=σ
2.校核情况下：
KPa B M B W yu 078.28052.77)
629.546755(652.77223.6464362
2=-⨯+=∑+∑=σ
KPa B M B W yd 703.138752.77)
629.546755(652.77223.6464362
2=-⨯-=∑-∑=σ 5.1.2 剪应力
1.设计洪水位情况下：
KPa n P yu u u 179.9016.0)150.3267.9081.9()(=⨯-⨯=-=στ
KPa m P d yd d 763.93380.0)1781.9974.1333()(=⨯⨯-=-=στ
2.校核洪水位情况下：
KPa n P yu u u 905.9916.0)078.2802.9281.9()(=⨯-⨯=-=στ KPa m P d yd d 076.93980.0)8.2181.9703.1387()(=⨯⨯-=-=στ 5.1.3 水平正应力
1.设计洪水位情况下：
KPa n P u u xu 338.87516.0179.907.9081.9=⨯-⨯=-=τσ KPa m P d d xd 780.91380.0763.9331781.9=⨯+⨯=+=τσ
2.校核洪水位情况下：
KPa n P u u xu 497.88816.0905.992.9281.9=⨯-⨯=-=τσ KPa m P d d xd 119.96580.0076.9398.2181.9=⨯+⨯=+=τσ 5.1.4 主应力
1.设计洪水位情况下：
坝踵主应力：KPa n P n u yu u 094.264)1(2
21=-+=σσ
坝趾主应力：KPa m P m d yd d 965.2138)1(221=-+=σσ
上游坝面主应力：KPa P u u 767.8892.9281.92=⨯==σ 下游坝面主应力：KPa P d d 77.1668.2181.92=⨯==σ
2.校核洪水位情况下：
坝踵主应力：KPa n P n u yu u 351.47)1(2
21=-+=σσ
坝趾主应力：KPa m P m d yd d 151.2267)1(221=-+=σσ 上游坝面主应力：KPa P u u 482.9042.9281.92=⨯==σ 下游坝面主应力：KPa P d d 858.2138.2181.92=⨯==σ 应力计算结果如表4
表8 应力计算成果表 单位：KPa
基本组合 特殊组合 设计洪水位 校核洪水位 坝踵 坝趾 坝踵 坝趾 非溢流坝 784.863 1249.188 677.748 1368.837 溢流坝
264.094
2138.965
47.351
2267.151
表中“—”为拉应力
从计算表中看出，在基本组合和特殊组合下，坝基应力均满足规范要求。

根据实际工程经验，坝基扬压力有滞后现象，即上游为最高水位时，坝基扬压力不同时相应出现，当洪水历时短时，水位下降水平推力减小，故实际情况比计算出的应力条件情况更为安全。

6. 坝顶细部构造
6.1 坝体混凝土分区
根据混凝土重力坝体各部位的不同运用条件，对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同。

为了节约与合理使用水泥，上游面采用C20混凝土，溢流坝面及挑流鼻坎等防冲要求较高，采用C25混凝土。

靠近地基的混凝土采用C25。

坝体采用C15混凝土，下游坝面采用C15混凝土，廊道混凝土采用C20。

6.2.坝体防渗与排水 6.2.1坝体排水
为进行帷幕灌浆、设置排水孔、排泄渗透积水、安装观测仪器、检查维修坝体等需要，
荷
载
主
应 力 项
目
在坝内设置廊道。

廊道离坝基15米，在河道段高程为150.00m ，水平布置，在左右两岸由平行坝轴线方向沿地形向两岸抬高，廊道为直墙圆拱标准形，宽3m ，高4 m ，廊道采用20cm 厚的钢筋混凝土衬砌。

为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面设排水管幕。

排水管幕至上游面的距离，一般不小于坝前水深的10/1~12/1,且不小于m 2,取m 5.9。

渗水由排水管进入廊道，然后通过排水沟再由通向下游的排水管将渗水排出坝外，排水管与廊道的连通采用直通式。

6.2.2帷幕灌浆与坝基排水孔
为降低扬压力，大坝内设置防渗排水系统，防渗办法采用帷幕灌浆。

在离坝面8.0米附近钻孔，进行深层高压灌水泥浆，形成一道垂直防渗帷幕，防渗帷幕深度伸入相对不透水层内3~5米，帷幕厚度3.0米左右。

另在防渗帷幕的下游侧设置排水设施，可以有效地降低坝基渗透压力。

排水孔布置在廊道内，在防渗帷幕下游2米，孔距3米，孔深为帷幕深度的0.5倍，且不小于10米。

6.3 坝体分缝、止水
为满足混凝土的浇注能力和温度控制的需要，沿坝轴线方向设置横缝,本设计采用两道止水片进行横缝止水，中间设沥青井。

6.4坝顶构造
溢流坝顶高程214m ，非溢流坝顶高程228m 。

根据坝顶设备布置检修，交通和观测等方面的要求，非溢流坝顶宽8m 。

重力坝坝顶迎水侧设钢筋砼防浪墙，背水侧及溢流坝坝顶交通桥上下游均设置安全栏杆，高度1.20m 。

坝顶面设倾向上游的横坡，坡率%3 i 。

并设有排水管通向上游。

7.参考文献
[1] 《水工建筑物》/林继镛主编 第五版 北京：中国水利水电出版社，2009。

[2] SL319 — 2005《混凝土重力坝设计规范》。

[3]《水力学》/吴持恭主编第四版上册高等教育出版社2007。