水建·水工083 水工建筑物课程设计—重力坝枢纽设计
初始令h=0，h0?25.5?0.6855
0.9?2?9.8?(87.15?0)h1?25.5?0.68826
0.9?2?9.8?(87.15?0.6855)25.5?0.68827
0.9?2?9.8?(87.15?0.68826)25.5?0.68827
0.9?2?9.8?(87.15?0.68827)h2?h3?故v=25.5/0.68827=37.05m/s
Fr?v/gh?37.05/9.8?0.68827?14.266
R?23/22Frh??14.2663/2?0.68827?24.7m 33故取R=25m。 （2）挑角
挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程减小。同时入水角增大后，冲刷坑深度增加。θ一般在200～250之间，在此取250。
（3）挑坎高度：
挑坎应高出下游水位，一般以1～2m为宜。计算时按设计洪水位情况考虑。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高点与最低点间距离为R(1-cosθ)。
故挑坎高度h2=2859.3-2857.89+25×（1-cos250）=3.75m （4）反弧段坐标确定
圆心O′距坝底距离 yo’＝3.75+25×cos25o=25.41m 圆心O′距C点距离 xo’=R1?m2＝25×1.25＝31.25m。
根据以上数据，就可以确定溢流坝曲面了。下图就是本次设计的溢流坝曲面。
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h2
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图4-1 溢流坝剖面拟定图
4.3 消能防冲设计
由于溢流坝下泄的水流具有很大的动能，常高达几百万甚至几千万KW，如此巨大的能量，如不妥善处理，势必导致下游河床被严重冲刷，甚至造成塌滑岸破和大坝失事。所以消能措施的合理选择和设计对枢纽布置、大坝安全及工程量具有重要意义。
《水工建筑物》及《混凝土重力坝设计规范》可知消能的设计原则是： 1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上；
2）不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷； 3）下泄水流平稳，不影响枢纽中其它建筑物的正常运转； 4）结构简单，工作可靠，工程量小。 4.3.1 确定消能形式
（1）挑流消能:挑流消能是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散,并掺入大量空气，然后跌入下游河床水垫后,形成强烈的旋滚,并冲刷河床形成冲坑,随着冲坑逐渐加深，水垫愈来愈厚,大部分能量消耗在水滚的摩擦中,冲坑逐渐趋于稳定.挑流消能的工程量小、投资省,结构简单、检修施工方便.但下游局部冲刷不可避免,一般适用于岩基比较坚固的高坝或中坝。
（2）底流式消能:底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等,促使水流在限定范围内产生水跃,通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量.底流消能具有流态稳定，消能效果好,对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点.但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道,高坝采用底流消能需经论证。
（3）面流式消能:面流消能是在溢流坝下游面设低于下游水位、挑角不大的鼻坎，将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指向坝址，并使主流沿下游水面逐步扩散，减小对河床的冲刷，达到消能防冲的目的。面流消能适用与水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，尾水较深，河道顺直，河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。
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面流消能虽不需要做护坦，但因为高速水流在表面，并伴随着强烈的波动，流态复杂，使下游在很长距离内水流不平稳，可能影响电站的运行和下游航运，且宜冲刷两岸，因此也须采取一定的防护措施。
（4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流坝址设置一个半径较大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至表面。戽内、外水流的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，减轻了对河床的冲刷。消力戽适用于尾水较深，变幅较小，无航运要求且下游河床和两岸有一定抗冲刷能力的情况。消力戽的优点是：工程量较底流消能小；冲刷坑比挑流消能浅；不存在雾化问题。缺点是：下游水面波动大，绵延范围长，易冲刷岸坡，对航运不利，底部旋滚将泥沙带入戽内时，磨损戽面增加了维修费用。
（5）最终确定消能型式
分析比较以上消能工的优缺点，考虑到本次设计的重力坝属于高坝，下游地质条件比较好的情况，决定选用挑流消能。 4.3.2 挑流鼻坎设计
（1）挑流鼻坎有连续式和差动式，该设计选用连续式鼻坎； （2）经计算，鼻坎高程2861.64m； （3）反弧半径R=25m；
（4）根据实际工程情况，该设计挑射角取θ=25°； 4.3.3 水舌挑距L的估算
水舌挑射距离按水舌外缘计算（图4-2），其估算公式为
L?12[v1sin?cos??v1cos?v12sin2??2g(h1?h2)] （4-4） g式中：L ——水舌挑距，m；
v1 ——坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍计算； θ——鼻坎的挑角；
h1 ——坎顶平均水深h在铅直向的投影，h1=hcosθ； h2 ——坎顶至河床面高差，m； 式（4-4）v1按下列公式计算：
v1??12gs? (4-5)
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?1?31-KE?0.055 (4-6) K0.5Eq (4-7) 1.5gz把数据带入式中，计算按设计洪水位情况考虑，得到：
KE?11-3 ?4.445?101.59.8?85.50.055?0.56
0.0044450.5?1?31-v1?0.56?2?9.8?[85.5-25?（1-cos25?）]?22.61m/s
h1=0.68827×cos25°=0.624m h2= 2859.3-2857.89+2.34=3.75m
代入各参数计算得
1L?[22.612?sin25?cos25??22.61?cos25?22.612?sin225??2?9.8?(0.624?3.75)]9.8 = 47.8m
4.3.4 冲刷坑深度的估算
冲刷坑深度工程上常按式（4-8）进行估算。
tk??q0.5H0.25 （4-8）
式中：tk —水垫厚度，自水面算至坑底，m；
q —单宽流量，m3/（s.m）；q=110÷10=11m3/（s.m） H —上下游水位差，m； H=85.5m
α—冲坑系数，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1.5～2.0。该设计取1.6。
tk=1.6×110.5×85.50.25=16.14m；
L/tk=47.8/16.14=2.96，一般要求L/tk>2.5～5，满足要求。
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因非溢流坝段应力和稳定均满足要求，故溢流坝应力稳定不再做详细分析。 考虑到溢流坝下泄水流会产生掺气现象，故需要在溢流坝两边设置导墙。初步估算导墙高出坝面2m。
第5章 细部构造设计
5.1 坝顶构造
坝顶路面应具有2～3％的横向坡度，并设置砼排水沟(30×30cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。
5.2 分缝止水
一、坝体分缝
1、横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求； 2、纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。
一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若
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