1 基本设计资料 1.1 枢纽概况 1.1.1流域概况
磨刀溪为长江上游下段右岸的一级支流，其地理位置介于东经180014’～109001’、北纬30011’ ～30056’之间。发源于四川省石柱县武陵山北麓的杉树坪，经湖北省利川县境至万县市境的石板滩与官渡河汇合，在大滩口右岸纳入罗田河，至赶场右岸汇入龙驹河后始称磨刀溪，再经云阳县龙角镇右岸纳入泥溪河后，在新津口注入长江。河道全长170km，流域面积3167km2。
磨刀溪流域东南方以七曜山与青江流域分水，西南以五陵山与龙河相邻，西以方斗山与长江相隔，流域长约100km，平均宽度约30km，走向呈西南东北向，与方斗山和七曜山平行。地势为东南高，西北低。山岭海拔高程在800～1000m左右（南部最高山峰大风包海拔1934m），河流切割高程约500～580m，相对高差200～500m，属低山－中低山地貌区。磨刀溪穿流于方斗山与七曜山之间，河谷断面为“V”型和“U”型，河床滩多流急，河道平均比降5‰。
流域上游的边缘植被较好，中、下游的河谷两岸多开垦为坡地、梯田，植被稀疏，水土流失较严重，入夏后河道内水流浑浊，沙量较重。
磨刀溪流域属于亚热带季风气候区，受东南和西南气候的影响，具有春雨较早、夏季多伏旱、秋季多绵雨、冬季温暖的气候特点。
流域内无气象观测，从五十年代起先后建立了一批雨量站。据统计，流域多年平均雨量为1100～1400mm，暴雨中心多出现在石板滩以上地区，一次较大暴雨可笼罩全流域，且暴雨强度较大，最大日暴雨量可达300mm。据邻县的万县气象站1955年1月至今的资料统计：多年平均年降水量为1207.1mm；多年平均气温为18℃，极端最高气温为42.1℃，极端最低气温为－3.7℃；多年平均蒸发量为1023.7mm（20cm蒸发器观测值）；多年平均风速0.7m/s，最大风速可达33.3m/s；多年平均相对湿度为81％。
1.1.2枢纽任务
万县水库（电站）位于四川省万县市五桥区双流乡、谷雨乡境，长江干流上游下段右岸的一级支流——磨刀溪河段中部，根据《万县地区磨刀溪中段（大
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滩口－赶场）规划调整报告》，万县水库（电站）为磨刀溪梯级开发的梯级电站，是近期的龙头水库。
万县水库正常蓄水位644.0m，死水位620.0m，总库容8605万m3，调节库 容5738万m3，坝后电站装机1.7万kW·h。由于水库具有季调节性能，它的建成可增加下游梯级保证出力1.48万kW，增加下游梯级年发电量1.7kW·h。万县水库（电站）坝址距万县市59.3km，距已建双河电站低坝680m，有专用公路、万石公路和万利（318国道）公路与万县市和周边地区相通，交通较方便。
万县市属三峡水库淹没区，电力基础薄弱，为加快万县市经济发展，缓解电力供需矛盾，急需开发境内水利资源。万县水库（电站）位于水利资源较为丰富、开发条件较好的磨刀溪中段，水库具有季调节能力，装机容量占系统比重较大，可承担调峰任务，工程地形有利，地质条件较好，交通方便，靠近负荷中心，它的兴建对满足万县市工农业生产发展的需要，促进三峡库区移民安置，改善系统供电质量将起十分重要的作用。为此，建议尽早兴建万县水库（电站）。
1.2水文地形地质资料 1.2.1水文资料
万县水库（电站）坝址上游约3km处有大滩口水文站，于1967年4月由四川省水文总站设立，系磨刀溪中游控制站，集水面积1386km2（仅与万县水库（电站）集水面积相差3.0km2）,具有1967年5月至1991年12月水位和1967年5月至12月、1970年至1991年流量资料，整编刊印至1987年。1992年元月因受双河电站水库回水影响中止各项观测。坝址下游约65km有龙角水文站，于1958年由四川省水文总站设立，为磨刀溪下游干流控制站，与大滩口水文占共同负责磨刀溪干流的水文、流量和含沙量的观测任务，集水面积2268km2。经复核后，水位观测能反应洪水变化过程，无缺、漏测现象；流量施测能控制洪水变化过程，成果可靠。因此以大滩口水文站为万县水库（电站）设计的依据站，下游龙角水文站为参政站。
磨刀溪的径流主要由降水形成，少量为地下水补给，径流的年内、年际变化与降水一致。据大滩口站31年（水文年）径流资料统计：多年平均流量为27.5m3/s，折合多年平均年水量为8.67亿3。径流具有年际变化不大，年内分配不均的特点。通过径流计算得出万县水库（电站）坝址径流计算成果如表1。
大滩口站具有1967年及1970～1990年计22年的洪水系列，下游龙角站则
有1958～1990年共33年洪水系列，通过与下游龙角站建立相关，分别插补出大
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滩口站1958～1966、1968～1969年的年最大洪峰流量，24h和三日洪量，经插补后大滩口站具有1958～1990年共33年的年最大洪峰流量及时段洪量系列。并与历史洪水（1870、1896、1921、1982年）组成不连续系列。通过计算，得出万县水库（电站）设计洪水成果如表2。
表1 万县水库（电站）坝址径流成果表
项目 时段 水文年(4月至翌年3月) 枯水期(10月至翌年3月) 统 计 参 数 Qp (m/s) 10% 36.2 15.9 50% 27.0 9.87 90% 19.4 5.55 3Q 27.5 10.4 Vc 0.24 0.24 Cs/Cv 2 2
表2 万县水库（电站）各种频率洪水成果表
频率(％) 洪峰流量（m/s） 3P=0.1% 5410/5400 0.2% 4980 1% 4030/4010 2% 3620/3600 3.33% 3280 分期洪水除主汛期（5～9月）直接实用设计洪水成果外，其余分期均以大滩口站实测的21年资料，分期独立取样进行频率计算，得出分期设计流量成果如表3。
表3 万县水库（电站）分期设计流量成果表 1 2月 3月 4月 5－9月 10月 11月 12月－翌年1月 126 471 1620 4030 894 576 80 5 67 256 1060 3020 598 344 44 P（％） 10 44 171 823 2560 471 248 30 20 24 96 589 2070 348 157 18 100/3 13 48 419 1690 257 94 11
磨刀溪河流泥沙主要源于雨季的坡面汇流对表土的侵蚀作用，推移质主要源于两岸及支沟崩塌、滑坡及频繁的人类活动。据大滩口水文站1971～1990年统计：悬移质平均年输沙量为139万t，多年平均含沙量为1.52kg/m3。悬移质输沙量467万t（1982年），为多年平均年输沙量的3.4倍，为最小年输沙量36万t〔1990年〕的13倍；输沙量年内分配不均，主要集中在汛期（5～9）月，其输沙
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量占全年输沙量的90.5%。大滩口水文站未开展推移质测验，在大滩口站上游1.8km的边滩处用坑测法进行河床质取样，经计算，推算出丰水年(1974年)推移质输沙量为1.28万t，中水年（1987年）推移质输沙量为1.06万t,枯水年（1976年）推移质输沙量为0.97万。 1.2.2坝址及地形情况 （1）区域地质
工程区处于四川台向斜东缘、川东褶皱束，万县弧形褶皱带之方斗山与七曜山背斜间的赶场向斜内，地质构造简单，地层产状平缓，且无大的断裂构造通过，区域地质构造环境表明，本区具有较好的构造稳定性。
工程区及其附近无发震构造分布，亦无中强地震活动记载，按照《中国地震烈度区划图》(90年编制)综合确定，万县水库(电站)工程的地震基本烈度为Ⅵ度。
（2）水库区工程地质条件
库区为砂泥岩互层，其中泥岩具有较好的隔水性能，库内既无断层构造的渗漏通道存在，附近又无邻谷深切，近坝附近的麻风病医院垭口及廖家滩垭口山脊单薄，地下水位一般高于水库正常蓄水位60～80m，经水库渗漏计算，渗漏量小于磨刀溪多年平均径流量的1％，因此，不存在水库渗漏问题，也无水库诱发地震之虞。
库区内无大规模固体径流来源，主要是砂泥岩风化剥蚀之残坡积物，汛期洪水挟带泥沙淤积于库区，除此，不存在水库浸没问题。
库区库岸系由砂泥岩构成的基岩谷坡，岩层产状平缓，库岸陡缓相间，山体一般稳定性较好。水库蓄水后，库岸再造或局部卸荷岩体崩塌是可能的，但不会对水库产生较大影响。 （3）坝址区工程地质条件
坝址位于“Ω”河湾的上段，基董家岩附近的峡谷河段，长约300m，地形高度从上游至下游顺岩层倾向逐渐降低，河谷呈不甚对称的“U”型谷，横Ⅰ谷底宽约35～50m，当正常蓄水位644m时，谷宽160～170m。右岸岸坡陡峻，坡度大于70°，坡顶东侧被一古河道切割为孤立山包。左岸自然坡度约30°，690m高程以上为陡崖，正常蓄水位以上坡高40左右；其余660m高程以下岸坡大片崩塌堆积体，厚8.0～17.45m，砂岩块石直径一般1～5m，大者可达10m左右，架空显著。河谷两岸地形较完整，唯左岸下游有两条小型冲沟切割；右岸坝肩东侧为古河道溢口，使右坝肩显得较为单薄。
坝区主要出露侏罗系上沙溪庙组中段下部地层，为后层砂岩、泥岩与粉砂岩
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互层。其中右岸以砂岩分布为主，左岸正常蓄水位以下及河床部位以泥岩、泥质粉砂岩分布为主。河床覆盖层浅薄，一般厚1.20～4.52m。
坝址区位于赶场向斜的SE翼，岩层产状平缓，倾向下游偏右岸,走向N65°～75°E，倾NW ，倾角20°～25°，坝区无大的断层分布，构造简单。泥岩中裂隙不发育，岩层中主要发育有N5°～25°E/SE∠70°～90°、N60°～75°W/SW∠70°～90°两组裂隙，与岸坡交角不大，因此常沿此裂隙产生卸荷崩塌，形成倒石堆。
坝区两岸岩性、地貌差异较大，一般两岸谷坡上部风化较深。
坝址下游右岸0.5km的乌龟色蠕滑体，滑面受砂岩层面控制,沿N5°～20°
E/SE、∠65°～85°、N60°～70°W/SW〔NE〕∠75°～85° 两组裂隙产生拉裂，地表张开宽缝达1～2m，追踪式分布，蠕滑体前缘直抵河床，下部已有明显滑移迹象，随着高程增加，拉裂缝逐渐变窄，后缘分布高程达670m。滑体的最大深度，从河边揭示，预计最大厚度15～18m左右，蠕滑体积月40～45万m3。该蠕滑体旱季相对稳定，雨季可产生缓慢蠕滑，在暴雨、洪水淘蚀右岸边坡及人类工程活动，会促使蠕滑体加速滑移解体，以致对工程带来一定的影响。
根据含水层的类型和富水程度的不同，可划分为第四系松散堆积孔隙含水层和基岩裂隙含水层。其中，泥岩、泥质粉砂岩透水性较弱，其吕荣值一般为0.6～3.0,为相对隔水层；砂岩透水性较强，一般吕荣值为3～5。钻孔揭示的相对抗水层（吕荣值小于3）埋深：左岸47.25m〔高程640.72m〕,河床20.47～28.33m(高程550.99),右岸大于60.45m。根据水化学分析结果和经侵蚀性判别，坝区河水及地下水对水工建筑物混凝土无侵蚀性。 1.2.3建筑材料 （1）天然建筑材料
本阶段对大滩口至赶场白岩乡全长45km河段及走马乡黄泥塘一带进行了复查，天然砂料及卵砾石料，在储量和质量上均不能满足工程要求。砂岩石料储量丰富，多呈厚层块状，岩质坚硬致密，湿抗压强度Rw>40MPa,运距近，开采条件方便，按规范规定，可选作人工骨料料源。工程区外围(距万县水库坝址20km)的白岩尚有灰岩分布(紧靠318国道)，也可作人工骨料。经混凝土人工细骨料制沙试验：砂岩制砂颗粒级配很难达到规范中的中砂范围，细度模数偏小，仅2.2～2.4，且石粉含量较高(达15.6～19.5%)。就庙坪与梁上两料场比较，庙坪料场J2s2－7层砂岩相对较优。
黄泥塘土料场距坝址约15km，为砂岩风化土，土黄色～砖红色砂质粘土及轻壤土组成，经试验:粘粒含量14～34％,渗透系数K＝(2.62～3.67)×10－5cm/s，
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其质量满足坝体防渗土料要求，但该料场可用土层较薄，且较分散，需占耕地168亩，迁移人口60余人，而储量较小，仅23.87万m3，不能满足工程用量要求。
坝区附近的泥岩风化料(J2S2－8层)，试验成果表明其质量满足规范要求，但泥岩风化层厚度一般较薄，全强风化层厚小于2m，开采条件较差，若需满足风化泥岩心墙防渗料的需要，除需占大量耕地外，尚须采用人工开采破碎措施，从而增加工程成本。
（2）石料
本区石料储量丰富，经材料物理力学性试验（表3－19），坝区砂岩多呈厚层块状，岩质坚硬，强度较高，弱风化湿抗压强度RW>40MPａ,可满足坝体堆筑料、浆砌条石料及混凝土人工骨料质量要求。现就坝区的庙坪、乌龟包、梁上料场分述如下：
1、庙坪石料场
?7 位于坝址左岸，距坝址0.1～0.6km，由J22s层厚层长石石英砂岩构成，岩
石致密坚硬，弱风化砂岩平均湿抗压强度41.4MPa，新鲜砂岩湿抗压强度达71.2MPa,经试验质量均可满足坝体堆筑料、浆砌条石料及混凝土人工骨料的规范质量要求，唯人工沙细度模数偏低，石粉含量偏高。该料场岩层厚约50ｍ左右，上部全强风化平均厚度5ｍ左右，详查料场有用层存储量559.02万m3，可满足工程堆筑料、条石料、混凝土人工骨料用量要求。该料场砂岩中主要发育两组裂隙：1〕N5～200E/SW?700～850、2〕N600～700W/SW?750～900，裂隙延伸较长间距大于1.5ｍ，开挖边坡应注意其与层面的不利组合造成局部岩块的失稳，应有相应措施。由于料场距坝址较近，开采运输方便唯占用耕地较广，达183.3亩，迁移人口较多，约200于人。 2、乌龟包石料场
位于坝址右岸下游0.5～0.8km，料场由J22s?7层砂岩构成，岩质坚硬厚层状，其质量满足工程堆筑料、条石料、混凝土粗骨料质量要求，唯人工砂偏细、粉含量偏高，料场岩层平均30ｍ左右，最厚约50ｍ，料场详查总储量494.9万m3，其中蠕滑体储量37.49万m，645m高程以下储量105.47万m，考虑该坝安全，开采范围应尽量靠下游，建议开采范围储量（包括蠕滑体）201.94m3，可满足工程用量要求。由于料场位于坝下游右岸顺向谷坡地带，料场开采时后坡稳定性较差，需考虑开采方式和处理措施。料场占森林面积约187.4亩，损毁松树较多，但料场距坝址较近，开采运输尚较方便。
3、梁上石料场
位于坝址左岸下游，距坝址0.7km，分布高程670～757m之间，由J22s?11厚层砂
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3
3
0
岩构成，岩质坚硬完整，湿抗压强度84.4～89.37MPa，其质量可满足工程用料要求，制砂试验表明，细度模数较低，石粉含量高。该料场层厚25～30m，上覆无用层较厚，平均厚度8.5m，夹层厚4m，有用层储量156.8万m3，可满足工程用量要求，但总量相对较少，且无用层开挖量达90.98万m3，占地达95亩，迁移人口较多，故料场条件较差，由于料场距坝址较近，开采运输条件尚方便。
综上所述，就岩层质量而言，J22s?7层较J22s?11层为优，梁上料场无用层开挖量较大，占地及迁移人口较多，料场条件差，庙坪料场岩石坚硬，质量较好，储量丰富，可满足工程要求，唯占地较广，迁移人口较多,乌龟包料场质量与庙坪料场相同,储量丰富,质量可满足其要求,占用耕地和迁移人口较少,但森林占地较多,由于料场边坡为顺向坡,下部蠕滑体开采后,其后缘边坡将可能继续出现蠕变拉裂,应引起注意,上述两个料场均具备开采条件,建议结合施工条件和经济比较后综合选定。
此外，坝址边坡、引水隧洞、放空泄洪洞、导流洞及溢洪道开挖的新鲜长石石英砂和左岸堆积体中的砂岩块石可选择用于坝体堆筑料。
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2 坝型枢纽布置及调洪结果 2.1枢纽等级及建筑物级别
万县水库正常蓄水位644.0m，死水位620.0m，总库容8605万m3，调节库容5738万m3，坝后电站装机1.7万kW·h。由于水库具有季调节性能，它的建成可增加下游梯级保证出力1.48万kW，增加下游梯级年发电量1.7kW·h。万县水库库区淹没处理标准同意按泥沙淤积二十年后，耕地两年一遇，居民和专项设施十年一遇洪水水位线处理。根据水库的库容，装机容量，防洪标准等查《水利水电工程等级划分及洪水标准规范》SL252-2000,确定该工程等别为三等，其主要永久性建筑物按三级，次要永久建筑物按四级设计，临时性建筑物为五级。
2.2枢纽组成及建筑物选型
万县水库选用土石坝为基本坝型。枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放空隧道、引水隧洞、电站厂房等组成。
根据工程所在地的自然条件知道附近石料丰富，有庙坪石料场、乌龟包石料场、梁上石料场等，且当地交通不便，不适宜于建混凝土重力坝和土坝，为充分利用当地资源，初步确定采用堆石坝。
堆石坝坝体防渗可以考虑采用土质防渗和人工材料防渗。
当地建筑材情况如下。黄泥塘土料场距坝址约15km，为砂岩风化土，土黄色~砖红色砂质粘土及轻壤土组成，经试验：粘粒含量14~34%，渗透系数K=（2.62~3.67）×10-5cm/s，其质量满足坝体防渗土料要求，但该料场可用土层较薄，且较分散，需占耕地168亩，迁移人口60余人，而储量较小，仅23.87万m3，不能满足工程量要求。
坝区附近的泥岩风化料（J2S2-8层），试验成果表明其质量满足规范要求，但泥岩风化层厚度一般较薄，全强风化层小于2m，开采条件较差，尚需采用人工开采破碎措施，从而增加工程成本。
有建筑材料情况可知不宜采用土质防渗体，而要采用人工材料防渗，优先考虑采用自1965年以来发展较快且应用较多的面板防渗。面板坝在国内外的迅速发展，有其技术和经济上的许多优势和特点。具体如下： 一．安全可靠方面
1.面板坝具有良好的抗滑稳定性； 2.堆石坝具有很好的渗流稳定性；
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3.面板坝具有良好的抗震性； 4.坝体的沉降很小。 二．施工和经济方面
1.堆石坝体能直接挡水或过水，简化了施工导流和度汛； 2.枢纽布置紧凑； 3.充分利用当地材料筑坝； 4.面板坝可以分期施工； 5.便于机械化施工；
6.施工受气候条件的影响较小；
另外，面板坝还具有运行维修方便，适用性强等特点。综合以上考虑，确定选用钢筋混凝土面板堆石坝。
2.3枢纽布置
坝轴线布置在“Ω”形河段的上游直线段，如图所示。该处河床比较平顺，两岸坡度较陡，覆盖层较薄，两岸基岩完整，无断层通过。将大坝建在此处可以减少挖方和填方量，从而减少工程量和工程造价，缩短工期。同时，便于布置趾板，减少防渗和灌浆工程量。在坝右侧紧靠坝体处布置正槽式溢洪道。泄洪隧洞及施工导流隧洞也在坝右侧山体中开挖，且相隔一定距离，避免施工干扰。
2.4调洪结果
用已知的调洪计算软件进行调洪计算，堰顶高程为634m得出的调洪结果如下。
孔数
孔高（m） 孔宽（m） Z设计（m）/Q设计Z校核（m）/Q校核（m3/s） （m3/s） 645.34/3282.45 647.49/4199.92 3 10 12
表 4
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3 坝体设计
3.1大坝主要尺寸拟定
防浪墙顶高程： H=645.34+1.578+0.003+0.7=647.621m
H=644+1.578+0.003+0.7=646.281m H=647.49+1.578+0.4+0.003=649.471m H=644+1.578+0.4+0.003+1=646.981m 沉降量：0.2%×（649.471-572）=0.155
得出最终防浪墙高程为 649.471+0.155=649.626m，坝顶高程为 649.626-1.2=648.43m，坝高为648.43-572=76.43，大坝下游破在高程为624m处设置一条马道，宽3m，用于拦截雨水，防止冲刷坝面，同时兼做交通，检修，观测之用。
其他主要尺寸为：a,坝顶宽度，取净宽为7m b，坝坡，筑坝材料为硬岩时，上下游坝坡均取1：1.4。
3.2筑坝土料选择与设计
面板堆石坝包括下列主要组成部分
（1）.堆石区。又划分为主堆石区，次堆石区，过渡区，垫层区。
（2）.钢筋混凝土面板以及其余河床和岸坡相连接的趾板等构成的防渗系统 1、垫层区
坝高在百米以下，采用上下等宽的垫层，水平宽度为取3.5m，采用自卸汽车直接卸料，推土机铺料，平整。由于垫层的重要性，应采用较高的填筑标准，设计孔隙率15%~20%，施工合格率为90%。垫层施工的铺筑厚度采用主堆石铺筑厚度之半，为0.5m。 2、过渡区
过渡区的作用是保证垫层区的材料不会被冲刷到主堆石区的大缝隙中去。需严格控制其空隙尺寸。设计孔隙率取了18%~22%，施工合格率为70%~80%。水平宽度为3.5m，采取最大粒径小于300mm的石料填筑。 3、主堆石区
该区是面板坝的主体，使承受水荷载的主要支撑体，要求用级配良好的石料填筑。还要求堆石体具有低压缩性、高抗剪强度、较好的透水性和耐久性。该区的填筑层厚度为1m，主要填筑标准为：设计孔隙率为20%~25%，施工合格率为70%~80%。石料来源主要为苗坪石料场，乌龟包石料场以及溢洪道，隧洞开挖。 4、次堆石区
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该区承受水荷载较小，其压缩性对面板沉降影响甚微，其主要起稳定和排水作用，因而对该区用料和碾压要求均可放宽。填筑厚度可到2.0m，孔隙率控制为23%~26%，施工合格率70%~80%。石料来源同主堆石区。该区宽度约为坝体断面的1/4。 5、防渗铺盖区
该区作用是覆盖周边缝及高程较低处的面板，当周边缝张开或者面板出现裂缝时能自动淤堵恢复防渗性能，用防渗土料碾压填筑或者水下抛填。 6、下游护坡
采用粒径600mm的块石护坡。
3.3土石坝的地基处理
将地基建立在风化岩石上，故开挖至弱风化下限。为提高趾板基础的整体性，在趾板与基岩连接部分进行固结和帷幕灌浆。由于地基岩石较完整，故而采取潜孔固结灌浆，设两排，排距3m，孔距3m，在615m高程以上，孔深5m，615m高程以下，孔深7m。帷幕灌浆采取单排帷幕，置于两排固结灌浆孔之间，深度615m，以下取为20m，深度615以上取15m。
3.4土坝的细部构造
A、坝顶细部。根据规范坝顶上游侧应设置防浪墙，墙高可采用4m高度，高出坝顶1.2m，防浪墙的底部高程要高于正常蓄水位，与面板的接缝应详细设计。防浪墙上游侧底部位，设置宽0.7m的小道，以利检查行走。坝顶下游侧可设置护栏，护栏高度为1m，坝顶路面向两侧倾斜，坡度为2%，两侧设置宽为0.075m的排水沟。
B、面板。面板厚度确定应满足以下条件：1、便于不止钢筋和止水，面板的最小厚度为0.3m，2、承受的水力坡度不超过200。3、中低坝可采用红0.3~0.4m的等厚面板。综上，采用厚度为0.3m的等厚面板，并在接缝处加厚为0.4m，以利于布设止水。面板内采用单层双向配筋，每向配筋率为0.3%~0.4%， 布置于面板的中间平面上。靠近坝肩和岸边的受拉区采用配筋率的上限。
面板接缝设计。面板和趾板相接处设置周边缝，周边缝必须能保证面板可以移动，从而防止面板在水荷载作用下产生大的剪切和弯曲应力，周边缝宽12mm，采用沥青浸渍木板嵌缝，设置底部和顶部两道止水，顶部采用柔性材料，底部为为F型铜片止水和沥青砂垫。面板需要设置垂直缝，垂直缝间距为12m，在两坝肩处的垂直缝为张性垂直缝，其余的为压性垂直缝，故而，压性垂直缝采用底部一道防水，缝的一侧缝面应涂沥青乳液。采用G型止水铜片；张性垂直缝宜采用底、
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顶部两道止水，顶部为柔性材料，底部为G型止水铜片。 C、趾板。趾板最大水力坡降取15，则趾板宽度为
B=H/J=（644-572）/15=4.8m
最大宽度取5m，趾板下游面垂直于面板底面的高度应不小于0.9m，取1m。趾板钢筋应采用单层双向，保护层厚度应为10～15cm，配筋率每向0.3%，设置三排?25锚筋，长度为3m。
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4 溢洪道设计
4.1型式与位置选择
型式为岸边溢洪道，溢洪道布置在大坝右岸位置，是溢洪道的理想位置。
4.2调整与说明
引水渠: 在岩基上引水渠断面采用矩形断面，宽度为42m，底板采用混凝土衬砌，衬砌厚度为0.3m,导流墙厚取1m,衬砌长度与导墙长度相同，为2Hmax=26.98m，取30m ,渠底高程为仍为627.5m。
控制端: 控制端采用WES曲线形低实用堰，闸室共设三孔，每孔净宽12m，闸墩厚取2m，堰顶高程为634m，净宽30m.
校核洪水位647.49m此得：堰顶最大水头为Hmax=647.49-634=13.49m，定型设计水头Hd=0.8Hmax=10.79m，上游堰高P1?0.3Hd，为使流量系数不减小太大取P1=0.6Hd=0.6×10.79=6.474m，下游堰高定位6.474m，查溢洪道设计规范得流量系数为0.477。
4.3泄流能力
取校核洪水位情况下，进行泄流能力计算。 所需设计参数如前所示： 设计堰顶高程为634m 溢流堰的泄流量可按下式计算：
1.5 Q?Cm??mB2gH0式中 C：上游面坡度影响修正系数，上游面为铅直时取c?1.0 m：流量系数； ?：侧收缩系数；
?m：淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时?m?1.0； B：溢流堰总静宽；
H0：计入行进流速的堰上水头。
由《水力学》可知，WES剖面堰在设计水头 时的流量系数为：m=0.477m ； 侧收缩系数为：?＝1－0.2[?cr?(n?1)?0]H0 nb其中边墩形状系数（圆角形）?cr＝0.7，中墩形状系数（半圆形），
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h3可近似看0米,所以?0＝0.45。
H0?H???22g?H??Qmax22B02(H?P)2g 1经计算得：Q=3575.07m3/s，满足要求。
4.4堰面曲线
控制段，堰面曲线上游采用椭圆曲线，方程为：
?bHd?y?2?2?aHd??bHd?2x22?1
上游面垂直，式中系数a=0.3，a/b=0.87+3a，则b=0.169 。椭圆方程为
?1.82?y??1 x2?3.2421.822控制点如下表： 表 5
X Y 0 0 0.5 0.021 1 0.089 2 0.389 3.1 1.293 下游段采用WES曲线，方程如下：
x1.85?2.0HdX Y 0 0 1 0.85y，即y=0.0662x
2 3 1.85
，控制点坐标如下表：
5 6 7 8 9 10 4 0.066 0.239 0.505 0.860 1.300 1.822 2.423 3.102 3.857 4.687 表 6 反弧段计算 反弧半径为22m。
闸墩厚取2m，溢流前缘长为L=3?12+3?2=42m
收缩段，进口宽42m，出口宽取30m，收缩段长取为40m，侧墙偏转角
(42?30)/2?8.53??11.25?，满足要求。底坡初取为0.15.
40??arctan泄槽等宽长度初定为110m，宽度为30m，底坡取为0.15，采用水深法判断底坡陡缓
q?Q3575.07??119.17B30
hcr?3q2/g?11.31?h故泄槽底坡为陡坡。
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4.5陡槽水面线计算
所用公式如下：
(h2cos??2?2v2 l1?2?2g)?(h1cos???f?1v122g)
i?J式中：l1-2——两计算断面间的距离（m）； h1,h2——计算断面1、2的水深（m）； ?——泄槽底板与水平面夹角；
?1，?2——计算断面流速不均匀系数，取为1.05； v1,v2——计算断面平局流速，（m/s）; i——泄槽底坡率； Jf——水力坡降，J??f?2??nvR2?4/3；
? n——糙率，n=0.014；v——平均流速，v? R——1，2两计算断面平均水力半径，R??v1?v2； 2R1?R2； 2由于泄槽内水流速度较大，故需要对泄槽内水流掺气，掺气对于泄槽内水深
?的影响可由下式计算，掺气后水深计算公式：
ha?(1?)h 100 h——未计入波动和掺气的水深，m； ha——计入波动和掺气后的水深，m；
v——未计入波动和掺气计算断面上的平均流速，m/s；
?v?——修正系数，取1.3.
通过EXCEL计算可得到泄槽的沿程水面线，详细数据见计算书。通过水面线可计算沿程的边墙高度。根据水面曲线计算结果，再加一定的安全超高即可确定泄槽的边墙高度。边墙超高一般为0.5~1.5m，本设计取为1.0m。
4.6消能防冲设计
消能方式采用挑流消能，鼻坎选用连续坎。挑流鼻坎反弧半径一般为6~12h，反弧段流速或者单宽流量愈大，反弧半径越要选用较大值。反弧半径为8h，反弧半径为8h=8×3.59=28.72m，取为29m，挑流鼻坎跳脚一般采用15°~35°，取为
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20°。
水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为：
l?12[v1sin?cos??v1cos?v12sin2??2g(h1?h2)g
式中 v1：坎顶水面流速，约为鼻坎处平均流速的1.1倍； ?：挑射角度；
h1：坎顶平均水深在铅直向的投影，h1?hcos?； h2：坎顶至河床面的高差。 冲坑深度在工程上按下式计算：
tk???q0.5?H0.25
式中 tk：水垫厚度；
?：冲坑系数，，坚硬但完整性较差的基岩??1.2~1.5； q：单宽流量；
H：上下游水位差，m。 (1) 设计洪水情况
L=157.05m；tk=29.28m
冲坑深度：tk`=29.28-(587.36-572)=13.92m
L/tk`=157.05/13.92=11.282大于5.0，效能工设计满足要求。 （2）校核洪水情况
L=157.05m；tk=33.21m
冲坑深度：tk`=33.21-(588.78-572)=16.43m
L/tk`=153.05/16.43=9.56大于5.0，效能工设计满足要求。 综合设计和校核两种情况，消能工设计满足要求。
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5 结构应力计算
5.1堰体稳定与基础面应力计算
5.1.1堰体稳定计算
堰体稳定计算采用抗剪断公式：K?`sf`(?W?U)?c`A?P
取一个坝段作为分析对象，坝段宽度L=12+2=14m
图 1 堰体受力示意图
(一)设计洪水情况
``f(W?U)?cA?`Ks?=25.63?3.0
P?
(二)校核洪水情况
f`(?W?U)?c`A`Ks?=24.47?3.0
?P
综合设计洪水和校核洪水两种情况可知，溢流堰满足抗滑稳定要求。
5.1.2基础面应力计算
基础面上下游边缘应力计算公式如下：
?W?6?M，???W?6?M
?yu?ydBLB2LBLB2L 上下游边缘剪应力： ?u?(P u?Puu??yu)n，?d?(?yd?Pud?Pd)m
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?xu?(Pu?Puu)?(Pu?Puu??yu)n2，?xd?(Pd?Pud)???yd?Pud?Pd?m2
上下游边缘主应力：
水平正应力：
?1u?(1?n2)?yu?(Pu?Puu)n2，?2u?Pu?Puu?1d?(1?m)?yd?(Pd?Pud)m，?2d?Pd?Pud22
(1)设计洪水情况
表 7 ?yu 66.87 ?u 0 ?xu 218.78 ?1u 66.87 ?1d 597.99 ?yd 288.57 ?d 257.86 ?xd 383.12 ?2u 218.78 ?2d 73.69
（2）校核洪水位情况
表 8 ?yu 29.75 ?u 0 ?xu 242.79 ?1u 29.75 ?1d 681.97 ?yd 329.81 ?d 244.55 ?xd 437.41 ?2u 242.79 ?2d 85.26
从表中可以看出，堰体基础面无负应力出现，满足要求
5.2陡槽底板稳定计算
陡槽底板抗浮起稳定安全系数
K?W
U?Prf?p 取泄槽首部，中部，尾部进行验算。
计算结果如下：
a、首部 K1=2.14?1.4 b、中部 K1=1.952?1.4 c、尾部 K1=1.798?1.4
由以上计算可知，泄槽底板满足抗浮稳定要求。
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6 细部结构
6.1堰体与基础的防渗和排水
堰体建在完整性强度较好的岩石上，故无需进行固结灌浆，只需进行帷幕灌浆以降低堰体底部渗透压力，减少坝基渗流量。采用水泥灌浆帷幕，共设两排灌浆孔，排距2m，孔距2.5m，帷幕深度通常在0.3~0.7倍堰前最大水深，范围内即5.66~13.21米，取10米。前排倾向上游15°。后排竖直。灌浆廊道宽2.5米，高3米，设在距上游坝面4米处，廊道底部距基岩面取为1.5倍廊道宽度，即3.75米。堰体底部设一排主排水孔，布置在防渗帷幕下游的廊道和集水沟内，与帷幕灌浆孔的间距在基底面不小于0.2米，排水孔孔距取2.5米，孔深为帷幕深度的0.6~0.8倍，且不小于固结灌浆孔深度，取为7米。
6.2泄槽的底板分缝和排水
为方便施工和避免出现温度应力泄槽底板应设置结构缝，采用分块浇筑，缝间距考虑到地基条件和施工技术，采用只在边墙和底板相接处设纵缝，横缝间距15m，即泄槽底板和分块尺寸为36m?15m，纵横缝内均需设止水。在纵缝和横缝下方分别设排水管，并连成一体，构成排水管网。
6.3掺气装置
水流沿泄槽下流，流速沿程增大，水深沿程减小，即水流的沿程空化数沿程递减，经过一段流程之后，就会产生水流空化现象。在高压区，因空泡溃灭而使泄槽边壁遭受到空蚀破坏。设置掺气装置有利于减蚀和免蚀。掺气槽类型选用掺气槽式，其结构如图5-3.
设三道掺气槽，第一道距渐变段末10m，第二道距第一道50m 第三道距第二道50m。
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图 2
6.4鼻坎细部设计
溢洪道出口采用挑流消能，挑流鼻坎反弧半径为29m，挑射角为20°。为保证挑坎的稳定，在挑坎的末端做一道深齿墙，墙身7.0m，为防止小流量水舌不能挑射时产生贴壁冲刷，在挑坎下游做一段10m长的的短护坦。
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?u?(Pu?Puu??yu)n?0kpa?d?(?yd?Pud?Pd)m?244.55kpa式中：Pu——上游面水压力强度Pu?9.8?（13.79?10.984）?242.79kpaPuu——上游边缘的扬压力强度，取为0；Pd——下游面水压力强度Pd?9.8?（6.70?2）?85.26kpaPud——下游面边缘的扬压力强度，取为0n——上游坝坡坡率，取为0m——下游坝坡坡率，为1.2c、水平正应力
?xu?(Pu?Puu)?(Pu?Puu??yu)n2?242.79kpa?xd?(Pd?Pud)???yd?Pud?Pd?m?437.41kpa2
d、上下游边缘主应力
?1u?(1?n2)?yu?(Pu?Puu)n2?29.75kpa
?2u?Pu?Puu?242.79kpa?1d?(1?m)?yd?(Pd?Pud)m?681.97kpa?2d?Pd?Pud?85.26kpa22
4.3陡槽底板稳定计算
取泄槽首部，中部，尾部进行验算。
A、水深6.13m，流速v=16.95m/s
W=2.4×9.8×0.6=14.112KN
U=9.8×（6.13+0.6）×cos8.53°=64.63KN
Prf=0.1×3×0.02×9.8×16.95×16.95/(2×9.8)=0.86KN P=9.8×6.13×cos8.53°=58.87KN K1=14.112/(64.63+0.86-58.87)=2.13?1.4 B、中部，水深6.15m，流速v=22.31m/s
W=2.4×9.8×0.6=14.112KN
U=9.8×（6.15+0.6）×cos8.53°=64.83KN
Prf=0.1×3×0.02×9.8×22.31×22.31/(2×9,8)=1.49KN P=9.8×6.15×cos8.53°=59.06KN
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K1=14.112/(64.83+1.49-59.06)=1.944?1.4 C、尾部，水深4.88m，流速v=27.54m/s
W=2.4×9.8×0.6=14.112KN
U=9.8×（4.88+0.6）×cos8.53°=52.63KN
Prf=0.1×3×0.02×9.8×27.54×27.54/(2×9,8)=2.275KN P=9.8×4.88×cos8.53°=46.87KN
K1=14.112/(52.63+2.275-46.87)=1.756?1.4
陡槽底板抗浮起稳定安全系数
K?WU?Prf?P式中：W——陡槽底板重，W??c?A?c——底板容重，?c?2.4?9.8kN/m3?——底板厚度，??0.6m；A——作用面积，取单位面积计算U——底板底面总扬压力，U?uA；u——扬压强，u??(H??)cos?；
?——水的容重，??9.8KN/m3；H——计算断面平均水深，m；
?——泄槽与水平面的夹角，渐变段??2.87?P，P?f——底板顶面总脉动压力?f???mp?fA；p?f——脉动压强，p?f?3Kp2?vc2g；?m——面积均化系数，取0.1；Kp——脉动压强系数，取0.02；vc——计算的断面处的平均流速，m/s'P——底板顶面总静水压力，P??HAcos?
由以上计算可知，泄槽底板满足抗浮稳定要求。
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参 考 文 献
[1].周之豪，沈曾源，施熙灿，李惕先·《水利水能规划》·中国水利水电出版社· 2008
[2].吕宏兴,裴国霞,杨玲霞·《水力学》·中国农业出版社·2008 [3].吕宏兴,裴国霞,杨玲霞·《土力学》·中国农业出版社·2008 [4].袁光裕·《水利水电施工》·中国水利水电出版社·2008 [5].林继镛·《水工建筑物》·中国水利水电出版社·2008 [6].《水利水电等级划分及洪水标准》SL252-2000 [7].《碾压式土石坝设计规范》SL274-2000 [8].《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-98 [9].《溢洪道设计规范》SL253-2000
[10].《水利水电工程钢闸门设计规范》DL/T5039-95
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致 谢
我的毕业论文是在于建南老师的精心指导和大力支持下完成的，他渊博的知识开阔的视野给了我深深的启迪，论文凝聚着他的血汗，他以严谨的治学态度和敬业精神深深的感染了我对我的工作学习产生了深渊的影响，在此我向他表示衷心的谢意。
这三年来感谢内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院的老师对我专业思维及专业技能的培养，他们在学业上的心细指导为我工作和继续学习打下了良好的基础，在这里我要像诸位老师深深的鞠上一躬！特别是我的班主任李超老师，虽然他不是我的专业老师，但是在这三年来，在思想以及生活上给予我鼓舞与关怀让我走出了很多失落的时候，“明师之恩，诚为过于天地，重于父母”，对李老师的感激之情我无法用语言来表达，在此向李老师致以最崇高的敬意和最真诚的谢意！
感谢这三年来我的朋友以及水利水电4班的三十多位同学对我的学习，生活和工作的支持和关心。三年来我们真心相待，和睦共处，不是兄弟胜是兄弟！
最后感谢评审老师不辞辛苦的为我们评判，由衷的感谢你们的专业意见。
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