宁村水库重力坝设计说明书

第一章 工程资料 ..................................................................................................................... - 1 -

一．工程概况 ....................................................................................................................... - 1 - 第二章 枢纽布置 ....................................................................................................................... - 3 -

一.确定工程等别和建筑物级别 .......................................................................................... - 3 -

1）坝线选择 ................................................................................................................. - 4 - 2）坝型选择 ................................................................................................................. - 4 - 3）枢纽组成 ................................................................................................................. - 4 -

第三章 挡水坝的设计 ................................................................................................................. - 7 -

一 坝顶高程Z顶确定 ....................................................................................................... - 7 -

（1）基本公式和参数的确定 ..................................................................................... - 7 - 2）具体分析和计算 ..................................................................................................... - 8 - 二．建基面高程确定Z基 ................................................................................................. - 10 - 三．坝顶宽度b.................................................................................................................. - 10 - 四．上下游坝坡的确定 ..................................................................................................... - 10 - 五．坝体强度及稳定性校核计算 ..................................................................................... - 11 -

1）荷载组合： ................................................................................................... - 11 - 2）计算参数 ............................................................................................................... - 12 - 3）计算结果： ........................................................................................................... - 13 -

第四章 溢流坝段的设计 ......................................................................................................... - 13 -

一．拟定堰面曲线 ............................................................................................................. - 13 -

1）上游直线段 ......................................................................................................... - 14 -

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2）WES上游剖面堰顶曲线坐标点计算................................................................... - 14 - 3）溢流坝顶部下游面曲线段（见图4） ................................................................ - 14 - 4）反弧段设计（见图4） ........................................................................................ - 15 - 5）下游直线段（见图4） ........................................................................................ - 16 - 二．泄流能力校核 ............................................................................................................. - 17 - 三．消能防冲设计 ............................................................................................................. - 17 -

计算挑距和下游冲刷坑深度 ..................................................................................... - 17 - 四．导墙设计 ..................................................................................................................... - 19 - 五．溢流坝强度和稳定性校核； ..................................................................................... - 20 -

1）计算过程及结果 ......................................................................................... - 20 -

第五章 坝基处理 ................................................................................................................. - 21 -

1、基础开挖及清理 ........................................................................................................... - 21 - 第六章 细部构造设计 ......................................................................................................... - 23 -

1、坝顶布置 ....................................................................................................................... - 23 - 2、坝内廊道 ....................................................................................................................... - 23 - 4、坝体防渗与排水 ........................................................................................................... - 24 - 第七章 工程量计算 ............................................................................................................. - 25 -

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宁村水库重力坝设计

第一章 工程资料

一．工程概况

宁村水库位于南宁盆地北缘，高峰山南麓，南宁市明秀乡宁村和下游，宁村河发源于高峰山脉南部燕尾岭，流经安吉河至心圩河后汇入邕江。水库集雨面积10.39平方公里，坝址以上河长9.4公里，河道平均坡降为0.96%，河道平均水深约2米。兴建宁村水库的主要目的是保证南宁市的环境用水，并兼灌溉之用。

二．基本资料

（一）地形资料：1、1：500坝址地形图，另附；2、1：2000库区地形图（略） （二）地质资料 ：根据地勘队提供的地质报告及地质图摘要如下： 1、库区工程地质

宁村水库库区为砂岩、页岩、泥岩组成的碎屑岩系，库盘出露的岩层以泥岩为主，岩石渗透性微弱，岩层产状稍平缓，交错层理发育。其断层均为铁锰质胶接良好，无集中渗漏地段，库周山峦起伏，无主要邻谷，且库外一般谷底高程均高于正常蓄水位，因此不存在库区向库外渗漏的可能性，具备建库的条件。

2、坝址工程地质及水文地质

坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度较高，但泥岩、页岩抗压强度稍低，其允许承载能力为0.6~0.7Mpa，岩层倾向上游，岩石节理、裂隙发育，整体性稍差，并假有薄层，抗滑能力较低，岩石受风化深度为4~6m，河床地段强风化深度3~5米，基础开挖和清基工作量较大，坝址河床及两岸岩石的渗透性较大，一般渗透系数0.1~0.7m/d，因此存在地基渗漏和绕坝渗漏的可能性，必需进行帷幕灌浆处理，总之坝址地质具备建坝条件，但不是很理想，河谷两岸不对称，风化深，而河床地段岩石较好，因此不宜作轻型坝，可考虑选择其他坝型。

3、坝址岩石物理力学性质：在钻取岩芯作物理力学性质实验，将不同深度，不同风化强度的砂岩、泥岩、页岩分五组进坝址行实验，成果如表示：

重度（KN/㎥） 岩石名称 风化程度 干重度 饱和重度 砂岩 强风化 23.5 24.2 2.63 比重 （%） 5.6 干 30 饱和（Rb） 14 吸水率 抗压强度标准值（MPa） 砂岩 砂岩 泥岩 页岩 弱风化 微风化 新鲜 新鲜 25 26.2 23.7 25.1 25.6 26.6 24.5 25.9 2.68 2.7 2.74 2.76 2.03 0.61 7.24 3.02 51.6 58 32 39.4 42 49.8 12.9 14.8 由于某些原因，未作岩石抗剪断实验，现在将砼和弱风化岩石的抗剪断摩擦系数和抗剪断凝聚力提供如下，供设计参考。

岩石名称 砂岩/砼 泥岩（页岩）/砼 4、当地建筑材料

坝址上下游5Km范围内，有大量适合建坝的砂岩可供开采，河谷地带有少量中细砂，卵石不多，而离坝址8~9Km范围的邕江两岸有足够数量河沙和河卵石可提供。坝址附近缺乏适宜筑坝的土料。

附：宁村水库坝址1/500地质剖面图。

摩擦系数f’ 1 0.85 凝聚力c'（KPa） 500 400 三．水文资料

根据水文计算结果，为枢纽建筑物设计提供以下资料： 1、下泄洪水流量（经调节）： 设计洪水（2%）Q=450㎥/s； 校核洪水（0.2%）Q=588㎥/s； 可能最大洪水Q=722㎥/s；

2、特征水位

正常蓄水位：126.50m； 死水位：106.00m。 3、水库水位~容积关系曲线（见表1）

水位（m） 90 100 110 120 125 - 2 -

130 135 表1： 库容（万㎥） 0

40 110 260 370 520 840 4、下游水位~流量关系曲线（见表2） 表2：

宁村水库下游水位~流量关系 流量 10 （㎥/s） 下游水位（m） 0 92.7 93.6 93.7 93.8 93.9 94 100 200 300 400 450 588 5、最大引用流量 ：1.0㎥/s 6、淤沙高程：92.00m。 四 其他资料

材料容重： 浆砌石重度：22KN/㎥； 砼重度：24KN/㎥；

淤沙特性：淤沙浮重：7KN/㎥； 淤沙内摩擦角：20°； 浪高计算：水库吹程D=3km，多年平均最大风速v=15m/s；

下游渠首底部高程97.00m； 地震烈度6度（设计不考虑）

枢纽布置

一.确定工程等别和建筑物级别

由于工程的等别是由六个指标（总库容，防洪，灌溉，发电，供水，治涝）中最大的指标来确定，由于该枢纽的开发目的为供水和灌溉，而其最大引用流量才1.0㎥/s，所以工程等别最终由总库容V总确定。由于V总 =V校 即校核洪水位所对应的库容，故需求出校核洪水位H校 ，再根据水位~库容关系（表一）确定库容。

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1）坝线选择

坝线选择如宁村水位平面布置（附图1）所示，由地形图资料可知该坝线上游山体陡，坡降大，成库容易，下游坝线地形开阔，平坦，便于施工系统布置，且坝线选址在山脊位置，可以缩短坝线，节省造价；由于该工程为中小型工程，坝高不大，对承载力要求不高，该处岩石满足承载力要求，对于砂岩通过帷幕灌浆进行防渗；该枢纽与周边城镇相邻，交通便利“三通”容易满足，就地取材砂岩可作为粗骨料。综合地形，地质，枢纽布置，施工，建材和经济投资等因素考虑可确定坝线布置合理。 2）坝型选择

挡水坝有重力坝，土石坝，拱坝等，该库区右岸陡峭左岸右岸平坦，且岩基存在软弱夹层，不完整，不适合修建拱坝；如果修建土石坝，只能采用隧洞导流，而存在破碎带，不利于隧洞的稳定，对土石坝的施工导流不利，坝址岩层以砂岩为，土石坝的筑坝材料得不到满足，故排除土石坝。通过对比分析，重力坝符合地形地质要求，故坝型选择为重力坝合理。

重力坝分为浆砌石重力坝，常态混凝土重力坝，碾压砼重力坝。浆砌石重力坝施工质量不能保证而且施工速度慢，对工期影响大，造成经济投资大，不合适；碾压混凝土重力坝常用于大规模的工程，对于前面分析可知该工程为中小型规模，故选用常态混凝土重力坝更合适。 3）枢纽组成

由开发目的可知该枢纽无需用于发电，故不需要水电站厂房，因为需要供环境用水和灌溉，所以需要取（引）水建筑物，故该枢纽组成：泄水建筑物，挡水建筑物，引（取）水建筑物。其中泄水建筑物和挡水建筑物为主要建筑物，故因进一步确定其尺寸，形式和等级。

4）泄水建筑物的形式及孔口尺寸的拟定 (1)泄水建筑物形式的选择

由前面地形分析知道其坝线不长，故不适合岸边溢洪道；坝址的地质条件限制不能用隧洞泄水（具体理由见坝型选择土石坝部分）；所以只能选择坝身泄水。 坝身泄水分表孔泄水，中孔泄水和底孔泄水。由前面分析已经确定该重力坝的坝高不大，故不宜采用底孔泄水方式；中孔泄水一般作降低水位用，本工程可用取水孔兼做水库放空用，故无需设中孔。且表孔具有最好的超泄能力，综合分析比确定采用表孔泄流。

表孔泄流分为开敞式，带闸门，带胸墙三种，根据工程概况中的要求可知不需要进行防洪，故无需设闸门等，同时，对淹没要求也不大，考虑结构简单，经济投资小，便于管理等因素优选开敞式，最终确定泄流建筑物形式：开敞式表孔

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泄流。

(2）孔口尺寸拟定

①由于为开敞式表孔泄流，故堰顶高程和正常蓄水位高程相等，即Z堰顶=Z正=126.5m。

②单宽流量q和溢流前沿宽度L拟定

前面已经分析该工程属于中小型工程，可直接根据地质条件来确定q。根据规范：

1、对于破碎的岩石：q=（20~50）㎥/（s·m）

2、对于中等坚硬岩石：q=（50~70）㎥/（s·m）

3、对于坚硬岩石：q=（70~200）㎥/（s·m）

坝址岩层以砂岩为，主夹泥岩和页岩，且岩石节理、裂隙发育，整体性差，风化强，故应对应规范中的破碎岩石：q=（20~50）㎥/s，由于河床的风化深度达（3~5）m，为一般的弱岩，考虑下游河床的消能防冲，根据q=Q校/B可知，溢流前沿宽度B越大，q越小，则越安全，综上：取q=28㎥/（s·m）。 根据B=Q校/q=588/28=21m，故B=21m。由于选择开敞式表孔泄流，故无需设闸门，即n=1，则孔口尺寸就是溢流前沿宽度B=21m。

(3）特征水位计算 ①堰型选择—WES

WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分。溢流堰的具

体的设计见第三章。根据下游堰面曲线函数关系式： 当上游坝面为直立时，取n=1.85，K=2。

(n1)xnKHdyHd：设计定型水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%~95%，即：Hd=

（0.75~0.95）H校

②特征水位确定 (1)校核洪水位Z校：

由Hd=(0.7~0.95)H校，Hd越小堰越薄，工程量越小，考虑到气蚀对堰面的影响，最后取：Hd=0.8H校 ,则H校/Hd=1/0.8=1.25，此时H校 就是堰上水头HW，则H校/Hd=Hw/Hd=1.25，由于可根据下表三内插得：m=0.512 表三：当P1≥1.33Hd时，流量系数m的值 Hw/Hd 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 - 5 -

0.9 1 1.1 1.2 1.3 m 0.436 0.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.51 0.513 注：P1：上游堰高 根据公式: Q=εσmB2gH3/2

ε：侧收缩系数，一般在0.9~0.95，本设计取ε=0.92 σ：淹没系数，为自由出流σ=1

m：流量系数，由计算得出m=0.512 B：堰顶宽，由计算得出B=28m g取9.8m2/s

得到H校的计算公式：

H校Q校m2g23将数据带入上式得：

H校=[Q/(εσmB2g)]2/3=[588/(0.9210.5122129.8)]2/3=5.65m；

Hd=0.8H校=4.52m

Z校=Z堰+H校=126.5+5.65=132.15m

根据水位~库容关系曲线（图一）得总库容V总=657.6（万立米）。根据总库容查询规范SL252-2000确定该工程等别为Ⅳ等，主要建筑物的级别为4级。

（2）设计洪水位Z设 计算方法：试算法。

首先假定一个堰上水头H设，计算H设/Hd值，查附表3，可得出流量系数m，

1.5代入公式m2gQ=B ,求出设计洪水H设。与资料给的设计洪水（2%）Q设=450m3/s比较，误差不超过1%即可。

已知：设计洪水（2%）Q=450㎥/s；Hd=4.52m； 流量公式：Q=εσmB2gH3/2 误差公式：Δ=|Q设-Q(2%)|/Q(2%) 计算结果如表4所示：

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堰上方案 水头H设（m） 1 2 3 4 5

5 4.9 4.8 4.75 4.77 4.52 Hd H设/Hd 流量系数 m 1.11 1.08 1.06 1.05 1.06 0.507 0.506 0.505 0.504 0.505 误差 设计洪水QQ(2%)（m3/s） 设（m3/s） Δ(%) 484.8 469.4 454.2 446.3 450 450 450 450 450 450 7.73% 4.31% 0.93% 0.08% 0 根据表格数据，方案3,4，5均满足要求，考虑误差最小，最终选择方案5，

即：

H设=4.77m

设计洪水位Z设=堰顶高程+设计水头=126.5+4.77=131.27m

第三章 挡水坝的设计

一 坝顶高程Z顶确定

（1）基本公式和参数的确定

Z顶={Z设+Δh设；Z校+Δh校}max Δh=h1%+hz+hc

h1%：累计频率为1%时的波浪高度，m；

hz：波浪中心线高于静水位的高度，m；

hc：安全加高，根据SL252-2000《水利水电工程工程等级划分及洪水标准》 按表5选取。

永久挡水性建筑物安全加高(m) 运用情况 - 7 -

坝的级别 表5：

设计情况 校核情况 1 0.7 0.5 2 0.5 0.4 3 0.4 0.3 4 0.3 0.2 Δh的计算涉及到的官厅公式:

hl0.0166V05/4D1/3L10.44hlL hl：累计频率为5%时的波浪高度，m；

hz0.8hl2cth2HL L:波浪长度，m； D：吹程，D=3km；

2）具体分析和计算

由于官厅公式，适用于V0<20m/s及D<20km.波高hl，当gD/V02=20~250时，为累计频率为5%时的波浪高度h5%；且h1%=1.24h5%,。

根据V设=（1.5~2）Vmax;Vmax=15m/s；则取V设=25m/s;通过计算得到：gD/Vo2=9.8*3000/252=47.09在（20，250）之间，符合运用条件，故为累计频率为5%的波高。 1.设计情况

①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*255/4*31/3=1.338m h1%=1.24h5%=1.659m

②波长：L=10.4(h1%)0.8=10.4*（1.659）0.8=15.592m

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③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.554m ④查表5得hc=0.3m

因此△h=h1%+hz+hc=2.513m Z设=131.27+2.513=133.78m 2. 校核情况

①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*155/4*31/3=0.707m h1%=1.24h5%=0.877

②波长：L=10.4(h1%)0.8=10.4*（0.877）0.8=9.363m ③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.258m ④查表5得hc=0.2m

因此△h=h1%+hz+h=1.335m H=132.15+1.335=133.49m 具体计算结果见下表6： 表6：

项目 Z上（m） V0m/s h5% h1% L(m) hz(m) hc(m) Δh=h1%+hz+hc(m) 设计洪水位 校核洪水位 131.27 25 1.338 1.659 15.592 0.554 0.3 2.513 - 9 -

132.15 15 0.707 0.877 9.363 0.258 0.2 1.335 Z坝(m) 所以取Z坝=133.78m 133.78 133.49 二．建基面高程确定Z基

根据《混凝土重力坝设计规范》：

1、坝高＞100m，可建在新鲜、弱风化、微风化下部基岩上； 2、坝高=50~100m，可建在微风化至弱风化上部基岩上； 3、坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。、

根据该地的地形地质条件，建基面可设在弱风化处，由地形剖面图可知，高程为85m左右。故挡水坝的坝高可估算为：

H坝=Z顶-Z基=133.78-85=48.78m

坝高小于50m，可建在弱风化中上部，取Z基=86m；故Hmax=47.78m

三．坝顶宽度b

根据设备布置运行施工检修和交通等要求，b=（8%~10%）Hmax，且≮2m，常态混凝土重力坝坝宽b≮3m，碾压混凝土重力坝坝宽b≮5m。本设计为常态混凝土坝，b≮3m。

b=（0.08~0.1）*47.78=（3.8224~4.778）m；取b=4m

四．上下游坝坡的确定

根据工程经验，一般情况下，上游坡率n=0.0~0.3；下游坝坡坡率m=0.6~0.8；

且下游坝坡的坝内延长线在上游坝面的交点J位于正常蓄水位附近。

初步拟定时，考虑到应力分配合理和防止坝踵出现拉应力，初步取坝上游坡率n=0.1，下游坝坡坡率m=0.8.取J点刚好在正常蓄水位处，即ZF=Z正=126.5m。故可初步绘出剖面图（图1）

已知：AB=4m,AH=47.78m； Z坝=133.78m，ZF=Z正=126.5m，

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Z基=86m，m=0.8，n=0.1。 求解：

1. AJ=Z坝-Z正=7.28m； 即可定出J点

由几何关系得： tanα=1/m=1/0.8， EH=0.8HJ=0.8*40.5=32.4m

连接EJ与AF交于F,则定出了下游起坡点。

2. 上游起坡点一般为离建基面的距离为坝高的三分之一左右，即距建基面为：47.78/3=15.92m.取CH=16m。 DH=0.1CH=1.6m则可大致定出剖面图。

五．坝体强度及稳定性校核计算

1）荷载组合：

根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》中所规定的几种组合情况，如下表7所示：

考虑本设计的实际状况，根据上表荷载组合，考虑基本组合的第（1）（2）项，特殊组合的第（1）项和施工竣工情况。由于设计洪水情况满足则正常蓄水位情况必然满足，则基本组合只需计算第（2）项。

挡水坝的应力和稳定性分析，选择根据实际地质情况选择单一安全系数法中

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抗剪断公式计算。

作用荷载：坝体自重；相应于各种工况下的水位的静水压力； 相应于各种工况下的水位的扬压力； 淤沙压力；

相应于各种工况下的水位的浪压力。（计算简图如下见计算书） 2）计算参数

由于该挡水坝为4级，故按照规范规定其结构安全级别为Ⅲ级，其对应的各参数指标具体见下表8： 表8

项目 名称 坝体自重 静水压力 作用荷载 参数指标 砼重度：24KN/㎥ 水容重：9.8KN/㎥ 吹程D=3km， 波浪压力 设计风速v=25m/s 淤沙压力 混凝土抗压强度 基岩抗压强度 性能 建基面摩擦系数 建基面凝聚力 设计洪水位m 工况 校核洪水位m 上游：131.16；下游94 浮重度7KN/㎥； 内摩擦角：20° 标准值13.4Mpa 42Mpa 砂岩/混凝土摩擦系数f’=1.0 c’=0.5Mpa 上游：130.44；下游：93.9 - 12 -

施工竣工 上下游均无水 折减系数=0.2； 其他资料 设排水管和帷幕 排水管距坝踵d=6m

3）计算结果：

1Ly1h1%hz32浪压力力臂公式： 

抗剪断公式：

边缘处应力公式：

计算沿坝轴线取单位长度1m计算，坝基面面积A=34.8m2 计算结果各种工况下均满足稳定性和强度要求。 具体计算成果和过程见下计算书。

(WU)B6MB2K'sf'(WU)c'AP第四章 溢流坝段的设计

一．拟定堰面曲线

初步拟定时，选择WES剖面，由于WES剖面是曲线方程表示，便于控制，且

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堰剖面较瘦，可以节省工程量。

WES溢流堰断面设计包括上游直线段，堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段以及反弧段5个部分组成。

设计要求：⑴有较高的流量系数，泄流能力大； ⑵水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏； ⑶体形简单、造价低，便于施工。

消能方式选择：通过水力条件水头为中高水头，地形地质条件下游平坦和经济，结构简单，施工方便等比较，选择挑流消能最合适。 1）上游直线段

在该设计中，由于挡水坝已经确定，故为了不使挡水坝产生侧向水压力，则溢流坝的上游直线段设计与挡水坝保持一致。 2）WES上游剖面堰顶曲线坐标点计算

堰顶Z堰顶=Z正=126.5，Hd=4.52m。以堰顶O1点为坐标原点（0，0），曲线采用三段复合圆弧相接。这样做可使堰顶曲线与堰上游面平滑连接，改善了堰面压强分布，减小了负压。

三段复合圆弧（见图3）的半径R： R1=0.5Hd=0.5*4.52=2.26m R2=0.2Hd=0.2*4.52=0.904m R3=0.04Hd=0.04*4.65=0.181m 三段复合圆弧水平坐标值X： 0.175Hd=0.175*4.52=0.791m 0.276Hd=0.276*4.52=1.248m

0.282Hd=0.282*4.52=1.275m

根据坝顶处第一段圆弧半径和x值可以依次定出各段圆弧。 3）溢流坝顶部下游面曲线段（见图4）

a该剖面堰顶O1点下游的I曲线

由公式：(y/Hd)=k(x/Hd)n，k及指数n决定于堰上游面的坡度，而前面已经定出上游面为直立面，则取k=2.0，n=1.85，代入上述公式得：

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曲线方程——x1.85=2.0Hd0.85y； Hd为设计定型水头，4.52m。

表9 WES—I曲线的坐标点计算表 根据上表数据可绘出I曲线段。 b切点A的坐标

由于溢流坝与挡水坝衔接部分有导墙连接，从工程实用和经济等方面综合考虑，初步拟定下游直线段的坡度与挡水坝相同取m2=0.8。衔接点A点为切点故可对OA曲线段方程求导确定A点坐标： y'=1.85*x0.85/2.0Hd0.85=1/m2

则x0.85=2.0Hd0.85/(1.85*m2)=2.0*4.520.85/(1.85*0.8)=4.87m 求得：xA=6.44m，yA=4.35m，即A(6.44，4.35)。 综上即可具体定出下游面第一条曲线OA。 4）反弧段设计（见图4）

溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程措施，通常采用圆弧曲线，反弧半径应结合下游消能设施来确定。根据DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定：对于挑流消能确定：

a、坎顶高程：坎顶高程在满足挑距要求：高于下游最高水位1~2m，最高水位为校核洪水下泄流量Q校对应的下游水位Z校（查表2）。Q校=588m3/s，Z坎＞Z校=94m，初定Z坎=95m。

b、挑角：θ∈（20°，25°）,取23°。

c、反弧半径：R=(4~10)h校。h校：校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深，收缩断面水深，为方便计算，计算时采用坎顶处水深h1代替。 根据水力学公式计算反弧半径R：

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X（m） Y（m） 0 0 1 0.14 2 0.5 3 1.06 4 1.80 5 2.72 6 3.82 h1=q校/v校。

q校：单宽流量，28m3/s·m；

v校：流速，m/s。 上游水位至挑砍高程： S1=132.15-95=37.15m

流能比： KE=q校/(gS11.5)=28/(9.8*37.151.5)=0.0395

0.5KE∈（0.04 , 0.15），故满足长江公式：310.055/KE

0.5坝面流速系数： 310.055/KE310.055/0.03950.5=0.8976

鼻砍断面流速： V校2gS1h1cos 反弧段最低点处的水深：h校= h1=q校/v校 试算得： h校=1.173m

选择反弧半径R： R=(4~10)h校=4.692~11.73m

因为反弧段流速愈大，反弧半径R越大，V校2gS1h1cos=23.87m/s＞16m/s，所以取R=9m。 5）下游直线段（见图4）

由③知，下游直线段与坝顶曲线相切，切点A(6.44，4.35)，坡度与非溢流坝段的下游坡相同m2=0.8。

因为下游直线段与反弧段相切，且坡率为0.8，由此计算出∠BO2C=tan-1(1/0.8)=51.3°

O2F=Rcos∠BO2C=9*cos51.3=5.63m O2H=Rcosθ=9*cos23=8.28m HD=O2Htanθ=3.51m

则O2所在高程为HO2=95+8.28=103.28m yO2=126.50-103.28=22.72m yB=yO2+O2F=22.72+5.63=28.35m AE=yB-yA=28.35-4.35=24m BE=AE*m2=24*0.8=19.2m

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则xB=xA+BE=6.44+19.2=25.64m xO2=xB+BF=25.64+9sin51.3=32.66m

各点坐标：B(25.64,28.35)，O2(32.66,22.72)， C(32.66，31.72),D(36.17,31)。

由以上步骤最终可根据：上游直线段，堰顶曲线段、下游曲线段、下游直线段和反弧段确定出溢流坝剖面：

图4

二．泄流能力校核

23q由公式：Hm2g可得，H设=4.77m，H校=5.65m。 而确定坝高时的H=133.78-126.5=7.28m ，故满足泄流能力要求。

三．消能防冲设计

由溢流坝断面设计部分得知：鼻坎高程为95m，反弧半径R=9m，挑角θ=23°。 计算挑距和下游冲刷坑深度

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①挑距的计算

水舌挑射距离是按水舌外缘计算，其估算公式为

L12[v1sincosv1cosv12sin22g(h'h2)] gL:为水舌挑距，m； g为重力加速度，9.8m/s2；

v1为坎顶水面流速，m/s约为鼻坎处平均流速的1.1倍； θ:挑射角度，本设计为23°；

h’:坎顶平均水深h1在铅直向的投影，h’=h1cosθ，约等于h1； h2:坎顶至河床面的高差，m。 v1=v校=23.87m/s h1=h=1.173m h2=95-86=9m

L=1/9.8{23.87sin20cos20+23.87cos20*[23.87sin20+2*9.81(1.173+9)]}=58.85m

2

2

2

1/2

②下游冲刷坑深度的计算

关于冲刷坑深度，目前还没有比较精确的公式，可按下式进行估算：

ts=t k-ht t k=KSq0.5Z0.25

t k：水垫厚度，自水面至冲刷坑的距离，m； ht:冲刷坑后的下游水深; q：单宽流量，m3/(s·m)； Z：上、下游水位差，m；

KS：冲坑系数，对坚硬完整的基岩，取0.9~1.2，

坚硬但完整性较差的基岩，取1.2~1.5， 软弱破碎、裂隙发育的基岩，取1.2~2.0。

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q=28m3/(s·m)

H=132.15-94.00=38.15m

KS=1.2,ht=94-86=8m

t s=KSq0.5Z0.25=1.2*280.5*38.150.25-8=7.78m

冲坑后坡： L/ts=7.56m＞3m 满足要求

四．导墙设计

边墩或导墙顶高程应根据计算水面线加上h=0.5m超高确定。对非直线段适当增加。

计算公式： (10.1H)2i1q3

121Vii2gHi

hiq/Vi

Vhb1ih100 h墙=hbh

注：hi：不计入掺气和波动时的水深； hb：计算点计入掺气和波动时的水深； Vi：不计入掺气时计算点的平均流速； Hi：校核水位与计算点高差； 具体计算结果见表10

表10 导墙计算表格：

hi Hb Hi（m） φi q(m3/s·m) V(m/s) ζi Δh(m) h墙(m) (m) (m) - 19 -

5 0.960 6 0.946 10 0.934 15 0.923 28 25 0.914 29 0.905 34 0.897 37 0.893 10.1 2.8 1.2 3.1 13.3 2.1 1.2 2.4 16.0 1.7 1.3 2.1 18.3 1.5 1.3 1.9 0.5 20.2 1.4 1.3 1.7 22.0 1.3 1.4 1.7 23.5 1.2 1.4 1.6 24.4 1.1 1.4 1.5 4.3 4.0 3.5 3.1 2.7 2.7 2.6 2.6

导墙宽度b∈（0.5,1）m,取b=0.5m

五．溢流坝强度和稳定性校核；

1）计算过程及结果

溢流坝作用荷载：静水压力，动水压力，坝体自重，扬压力，淤沙压力。计算过程与前面的挡水坝相同，故这里不再复述，各作用力具体的计算公式和计算结果见计算书。

其中溢流坝取整体计算，故可先根据CAD直接求出单位体积和重心位置，具体结果如下：

不加导墙的单位体积---------------- 面域 ---------------- 面积: 884.5656

边界框: X: 2798.8081 -- 2838.3901 质心: X: 2813.7893

加上导墙后的单位体积 ---------------- 面域 ---------------- 面积: 1052.4159

边界框: X: 2798.8081 -- 2838.3901

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质心: X: 2814.3956 故，导墙的单位体积： V导=1047.05m3

无导墙溢流坝单位体积：V溢流=884.57m3

V

平均

=（1052.42+884.57*21）/22=892.20m3

重心距离坝踵距离：取l=2813.7893-2798.8081=14.9812m，取15m 溢流坝计算结果满足稳定性和强度要求。

第五章 坝基处理

1、基础开挖及清理

（1）、开挖标准

考虑的原则是在地基加固处理后，满足坝的强度和稳定性前提下减少开挖量。对于宁村水库重力坝，本设计坝高H=134.04-85.00=49.04m，坝高小于70m，可建在弱风化中部及下部基岩上，根据上述原则，对与坝段较高，承受水头较大的地段可开挖至弱风化层的下部；而对与两岸岸坡较高部位的坝段，其利用基岩的标准可适当放宽，开挖到弱风化层中部及上部。 （2）、开挖体型

a、顺河流流向的基岩面尽可能略向上游倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性；若无法开挖成水平或向上游倾斜形状，那么应开挖成阶梯形，阶梯处包角应大于120°，从而满足抗滑稳定要求。

b、坝轴轴线方向，岸坡一般采用大台阶开挖，台阶处不能成锐角或出现倒悬现象，所成梯面与踏面夹角不宜小于120°，台阶高差不宜过大，台阶尽量与分缝相协调，在横缝处，台阶宽度为坝段宽度的33% ~50%.

c、坝基面应避免有高低悬殊的突变，以免造成坝体应力集中。 2、清基工作

在坝体浇筑前，需要对建基面进行彻底的清洗和冲刷，包括清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中层有的勘探钻孔、井、洞等均应回填、封堵。 3、基础固结灌浆

（1）部位：坝基范围内全部进行固结灌浆 （2）灌浆布置：

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a、孔距、排距均取3.5m b、形式：灌浆孔呈梅花状布置

c、孔深：坝底两边（上、下游侧）取8m；中间全部取为5m d、灌浆压力

在无混凝土盖重灌浆，压力以不抬动地基岩石为原则，取0.2~0.4Mpa；在有混凝土盖重灌浆，压力取0.4~0.7Mpa e、孔径：150mm 4、帷幕灌浆

（1）、宁村水库重力坝为中低坝，排数设一排 （2）、孔距：取2m

（3）、孔深：根据相对不透水层深度确定，深入到不透水层（单位吸水率w线）以下3~5m

（4）、灌浆压力：以不破坏岩体为原则，帷幕表层段取1.4H校；孔底段取2.5H校，其中H校为校核洪水位时的静水头。 （5）、钻孔方向：取5°往上游倾斜 （6）范围：深入到两岸及河床 5、坝基排水 （1）、排数：取1排 （2）、孔距：3m

（3）、孔深：取0.4~0.6h（其中h为帷幕深度），孔与帷幕在基岩处距离不小于2m

（4）、倾向：排水孔幕略倾向下游，取10° （5）、孔径：取150~200mm 6、断层破碎带和软弱夹层处理 （1）、断层破碎带处理

从水库坝轴线工程地质剖面图上可以看到在左岸处有一倾角较陡的走向近于河流流向的破碎带，对这一破碎带的处理可采用回填混凝土措施，做成混凝土塞以将其置换：取塞的宽度B=破碎带宽度+1.2m ，塞的深度h=（1.5~2.0）B （2）软弱夹层的处理

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坝址处未见有软弱夹层，可不进行处理

第六章 细部构造设计

1、坝顶布置

（1）、排水：往上游倾，坡度取3%。

（2）、栏杆：上游侧未设防浪墙，因此上下游侧栏杆高取1.2m。 （3）、为通行及检修等需要，坝顶设照明设施。

（4）、排水沟：设置于上游侧，高度、宽度均取为30cm。

2、坝内廊道

（1）、层数：只设1层 （2）、形式：采用城门洞形 （3）、尺寸：宽3m，高3.5m

（4）、照明：廊道内用低压电照明，并要求通风良好。

（5）、廊道上坝坡段较长，间隔一段距离设置休息平台，陡段应设置扶手。 （6）、廊道上游壁距上游面距离为（3.5m。

（7）、廊道底与建基面的距离不小于1.5倍廊道宽，又因b取为3，即廊道底与建基面距离不小于4.5m，取为6m。 （8）、廊道底坡不大于45°

（9）、在排水孔上面廊道中设置排水道，尺寸为30cm×30cm

110~

112）H校，且不小于等于3m，故取为

3、坝体分缝及止水

（1）、横缝间距：20cm，坝头段可适当放宽。 （2）、缝宽：20mm （3）、缝型：平缝

（4）、止水：只设置一道止水，材料为紫铜片，厚度1.2mm，距离上游坝面1.5m。

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（5）、止水埋入基础底部1.0m，两侧埋入混凝土深度25cm，止水的顶部高度应超多最高水位，即校核洪水位Z校。 （6）、止水形状示意图如下：

4、坝体防渗与排水

（1）、坝体上游面3m处提高混凝土标号，可提高至C20。

（2）、坝体排水：上游面设排水孔，孔距取3.5m，孔径15cm。范围上至校核洪水位以上，下至廊道。施工方法：①拔管；②钻孔 （3）、布置方式：铅直布置 5、坝体混凝土分区

为了防止坝面冲刷严重，表面设有1m厚的抗冲耐磨层，并设防裂钢筋Φ10@200mm。

（1）、挡水坝混凝土分区。

Ⅰ区：上、下游水位以上坝体多部表面混凝土 Ⅱ区：上、下游水位变化区的坝体外表面混凝土 Ⅲ区：上、下最低水位以下坝体外部表面混凝土 Ⅳ区：基础混凝土

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第七章 工程量计算

由地质剖面图和各控制坝段剖面图，由CAD可以计算得到各坝段所对应的开挖面积和各坝段的面积，由于都沿坝轴线方向，故可近似当做梯形来求解开挖量和混凝土浇筑量。 开挖量：33815.34m³；混凝土浇筑量：56282.84m³。具体计算过程见计算书。

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