水建·水工083 水工建筑物课程设计—重力坝枢纽设计 1 设计情况（基本情况） 校核情况（特殊情况） 0.7 0.5 2 0.5 0.4 3 0.4 0.3 下面按官厅公式计算h1% ， hz。
hl?0.0166V05/4D1/3 （3-2） L?10.4?hl? （3-3）
0.8?h2?H （3-4） hz?lcthLL
V0为计算风速，m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位和设计洪水位时，采用重现期为50年的最大风速20m/s；校核洪水位时，采用多年平均风速3.6m/s。
D为吹程，km，按回水长度计算：正常蓄水位时回水长度为2.89km，设计洪水位时回水长度为2.97km，校核洪水位时回水长度为3.03km。
波高hl，当gD/V02=20～250时，为累计频率5%的波高h5%；当gD/V02=250～1000时，为累计频率10%的波高h10%。
规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41。
首先计算波浪高度hl和波浪长度L和波浪中心线超出静水面的高度hz。 （1）设计洪水位时Δh计算
风速采用50年一遇的风速20m/s，吹程D=2.97km。 波浪三要素计算如下：
波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=0.0166×205/4×2.971/3=1.01m 波长L=10.4(h1)0.8 =10.4×1.010.8=10.48m
壅高hz=πhl2/L=3.14×1.012/10.48m=0.31m
gD/V02=9.8×2970/202=72.77；
h1%=1.24h5%=1.24×1.01=1.25m ； hz = 0.31m ； hc = 0.4m Δh = h1% + hz + hc=1.25+0.31+0.4=1.96m （2）校核洪水位时Δh计算
风速采用多年平均风速3.6m/s，D=3.03km。 波浪三要素计算如下：
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波高hl=0.0166 V0 D=0.0166×3.6×3.03=0.12m 波长L=10.4(h1)0.8 =10.4×0.120.8=1.91m
壅高hz=πhl2/L=3.14×0.122/1.91m=0.02m
gD/V02=9.8×3030/3.62=2291.2；
h1%=1.41h10%=1.41×0.12=0.17m ； hz = 0.02m ； hc = 0.3m Δh = h1% + hz + hc=0.17+0.02+0.3=0.49m 2、坝顶高程计算
坝顶高程按式（3-5）计算，并选用其中较大值 坝顶高程=设计洪水位+Δh设
坝顶高程=校核洪水位+Δh校 （3-5）
根据以上两种水位时Δh计算结果，得出两种状况下坝顶高程。 （1） 设计洪水位时的坝顶高程： ▽坝顶=设计洪水位+Δh =2944.80+1.96=2946.76m （2）校核洪水位时的坝顶高程： ▽坝顶=校核洪水位+Δh
=2947.02+0.49=2947.51m
为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝2947.51m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为▽2947.51m。 二、坝确定基高程
河床高程2857.89m，校核洪水位为2947.02m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除（由地质剖面图上量得大多在10m以上），所以开挖应按100m以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。
弱风化层厚5.5～6.5m，微风化层厚6～7m，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初步定出开挖深度7.5m，通过立式图上确定的坝基开挖线定出建基面最低开挖高程为▽2839.5m，
因此，最大坝高为108m，属于高坝。 三、拟定坝顶宽度
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坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。
因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的10%计算，即为10.8米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为11m，以满足大坝维修作业通行需要。 四、拟定剖面尺寸
根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。
实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。
下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。
拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。
上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由资料可知，三十年坝前淤沙高程为2897.50m，由于死水位为2900m，折点取在高程为2901m的位置。通过最优方案的比较，上游坝坡取1：0.1，下游坝坡取1：0.75。 五、坝底宽度拟定
坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本工程的坝高为108m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=87m。 六、基础灌浆廊道尺寸拟定
高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。 基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门洞型。
廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置，本次设计取8.5m，为满足压力
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灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，取5m。
初步拟定坝体形状剖面如图（3-2）所示。
图 3-2 非溢流坝段剖面尺寸图
3.2 荷载计算及其组合
重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取1ｍ坝长进行计算。
荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。
本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载如表3-2所示。 表3-2 荷载组合
荷载组合 荷载 主要考虑情况 （1）正常蓄水位情况 自重 + + 静水压力 + + 扬压力 + + 泥沙压力 + + 浪压力 + + 地震荷载 动水压力 + 土压力 + + 基本组合 （2）设计洪水位情况 第 14 页 共 52 页
水建·水工083 水工建筑物课程设计—重力坝枢纽设计 特殊组合 （1）校核洪水位情况 （2）地震情况 + + + + + + + + + + + + + + 注：1.应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；
2.分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。
上游水位W2W12H1W13PuW2\W11W3下游水位PdH2 b3U4rH1 U2U1U3rH2arH3.施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。
4.根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。
5.地震情况的静水压力、扬压力、浪压力按正常蓄水位计算。 6.表中的“+”表示应考虑的荷载。
下面就各种情况计算相应荷载，计算示意图如下。
图3-3 重力坝荷载计算示意图
（1）自重W
坝体自重的计算公式： W?V?c （kN） （3-6） 式中 Ｖ—坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替，通常把它分
成如图3-3所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；
?c—坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3） 四种情况下自重相同。
W11=24×0.5×6.15×61.5=4538.712kN W12=24×11×108=28512kN
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