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【摘要】大坝是为开发利用河流水力资源，在河道上采取工程措施，按时国家相关规范，修筑的控制和支配水流的水工式建筑物。本文结合多年的水利工程成设计经验就大坝的施工设计进行叙述。
【关键词】大坝；施工；设计
1.建筑规模
本水库枢纽工程是以灌溉为主兼顾发电和供水的综合利用工程，水库总库容为5.2亿m3，其中有效库容为3.5亿m3，灌溉农田18万亩。电站装机容量为4×0.32=1.28万kw，拦河坝高42m，工程总投资×亿元。该工程等别为二等，拦河坝为Ⅱ级建筑物。
2.水文气象资料
坝址以上控制集雨面积1230km2，多年平均流量31.6m3/s，平均径流量1.0亿m3。设计流量：经水能计算，压力管最大设计流量为Q=11.5m3/s。
3.坝址工程地质条件
坝址位于花岗岩侵入体边缘，可大致分为新鲜岩石和微风化、半风化、全风化及残积层。河床部位为半风化花岗岩，具有足够的抗压强度。两岸风化较深呈带状，残积层较少，仅见于左岸181m高程以上，厚度约2m。全风化层厚5～8m，半风化右岸深7～13m，左岸9m。
4.大坝施工设计
4.1工程等级
本水库枢纽工程是以灌溉为主兼顾发电和供水的综合利用工程，工程等别为二等，拦河大坝为Ⅱ级建筑物。
4.2枢纽布置
本工程中溢流坝段布置在主河槽处，冲沙孔布置在电站进水口附近。该重力坝由20个坝段组成，每个坝段的长度为13m，该坝坝基面最低高程为143m，坝顶高程为187m，坝体总长度为260m。
5．大坝剖面设计
5.1剖面尺寸拟定
(1)坝顶高程的确定:
按设计洪水位计算时，公式为：坝顶高程=设计洪水位+△h设
按校核洪水位计算时，公式为：坝顶高程=校核洪水位+△h校
计算结果取两者当中的较大值，其中△h=h+h0+A，h=0.0166v5/4D1/3，λ=10.4h0.8，h0=3.14h2/λ。V为计算风速，采用设计洪水位计算时宜用多年平均风速的1.5～2.0倍值，取28.5m/s；采用校核洪水位计算时就用多年平均风速值，为19m/s。
经过比较，选取两者中的较大值得坝顶高程为186.36m，在工程施工中取整为187m。根据资料可确定坝基面高程为143m，则坝高=187-143=44m。
(2)坝顶宽度坝顶应有足够的宽度，以满足运用和交通的要求。无特殊要求时，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%，一般不小于2m。所以可选取坝顶宽度为4m。
(3)坝面坡度上游坝坡采用折线面，起坡点在(1/3～2/3)H1高度处，H1为坝前设计水深，则起坡点处高程为156.333m，工程施工中取整为157m，坡度选取1：0.2；下游坝坡也采用折线面，边坡选取1：0.7，则下游起坡点处高程为184.71m，工程施工中取整为185m。
(4)坝底宽度由上下游起坡点高程坡度边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为36m，在(0.7～0.9)坝高即30.8～39.6m范围内，则坝底宽度符合要求。
(5)地基防渗和排水设施拟定由于防渗的需要，坝基面须设置防渗帷幕和排水孔，其中心线在坝基面处距离坝踵分别为3m和5m。初步拟定非溢流坝段的剖面尺寸如图所示：
5.2抗滑稳定分析与验算
利用抗剪断强度计算公式K′=f′(∑W－U)+c′A/∑P计算抗滑稳定安全系数K′。
式中f′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断磨擦系数，可根据基本资料选定，此处取f′=0.8。
c′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，可根据基本资料选定，此处取c′=0.5MPa。
∑W——作用于坝体上的全部铅直荷载(不包括扬压力)，根据荷载计算值可得∑W=19309.584+1015.28+137.2=20462.064kN。
∑P——作用于坝体上的全部水平荷载，根据荷载计算值可得∑P=7452.9+449.84+150.469=8053.209kN。
U——作用在滑动面上的扬压力，根据荷载计算值可得U=3442.152kN。
A——坝基面截面积。
则K′=f′(∑W-U)+c′A/∑P=0.8×(20462.064-3442.152)+0.5×103×36/8053.209=3.926＞3.0。按规范规定，基本荷载组合时，抗滑稳定安全系数采用3.0，而算出K=3.926＞3.0，说明满足稳定要求。
5.3消能防冲设计
根据地形地质条件选用挑流消能，参考已建工程经验取挑射角θ=20，挑流鼻坎应高出下游最高水位(1～2)m，则鼻坎高程为150.9+2=152.9m，取153m。
5.3.1反弧半径的确定
堰顶水流流速按公式V=δ(2gH0)0.5计算，由Q=AV=BhV可得h＝Q/BV
式中：δ——堰面流速系数
H0——库水位至坎顶高差，m；
B——鼻坎处水面宽度，m；
Q——校核洪水位时溢流坝下泄流量，m3/s；
则V=0.96×(19.6×29)0.5=22.887m/s，坎顶水深h=3124/(60×27.455)=2.275m。而反弧半径R=（4～10）h=9.1～22.75m，取R=14m。
5.3.2水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk估算
由式L=｛(V1)2SinθCosθ+V1Cosθ〔(V1)2Sin2θ+2g(h1+h2)〕0.5｝/g挑距L。
式中：
h1—坎顶垂直方向水深，h1=hCosθ；
h2—坎顶至河床面高差；
V1—坎顶水面流速，取平均流速的1.1倍。
代入各已知条件可求得L=63.30m。
由式tk=αq0.5H0.25及t′k＝αq0.5H0.25－H2
分别计算水垫厚度和冲坑深度。其中：
Q——单宽流量，此处可在100～130m/(s·m)中取值；
H——上下游水位差，m；
H2——下游水深，m；
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。
代入数据可得：tk=1.2×1200.5×37.20.25=32.46m
t′k=32.46－1.8=30.66m而L/tk=87.186/32.46=2.686＞2.5，说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝的安全。
6.坝顶构造
坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。墙高为1.2m，厚度为50cm，以满足运用安全的要求。坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为0.02，两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶总宽度为4m，下游侧设置栏杆及路灯。
7.结语
在工程设计前，一定要对工程进行认真的分析，根据工程的实际情况综合考虑选择最佳的设计方案。同时还需要考虑施工的可行性与经济性，确保大坝设计方案经济合理。 [科]
【参考文献】
［１］昝志斌.盂县龙华口水电站碾压混凝土大坝规划与施工[J].山西水利科技,2009,(04).
［２］陈泽鑫.华光潭一級水电站大坝边坡及基础开挖施工[J].水力发电,2003,(11).
［３］郑家祥,何友忠,陈万涛.溪洛渡水电站大坝混凝土施工与计算机仿真分析研究[J].中国三峡建设,2008,(03).
【关键词】大坝；施工；设计
1.建筑规模
本水库枢纽工程是以灌溉为主兼顾发电和供水的综合利用工程，水库总库容为5.2亿m3，其中有效库容为3.5亿m3，灌溉农田18万亩。电站装机容量为4×0.32=1.28万kw，拦河坝高42m，工程总投资×亿元。该工程等别为二等，拦河坝为Ⅱ级建筑物。
2.水文气象资料
坝址以上控制集雨面积1230km2，多年平均流量31.6m3/s，平均径流量1.0亿m3。设计流量：经水能计算，压力管最大设计流量为Q=11.5m3/s。
3.坝址工程地质条件
坝址位于花岗岩侵入体边缘，可大致分为新鲜岩石和微风化、半风化、全风化及残积层。河床部位为半风化花岗岩，具有足够的抗压强度。两岸风化较深呈带状，残积层较少，仅见于左岸181m高程以上，厚度约2m。全风化层厚5～8m，半风化右岸深7～13m，左岸9m。
4.大坝施工设计
4.1工程等级
本水库枢纽工程是以灌溉为主兼顾发电和供水的综合利用工程，工程等别为二等，拦河大坝为Ⅱ级建筑物。
4.2枢纽布置
本工程中溢流坝段布置在主河槽处，冲沙孔布置在电站进水口附近。该重力坝由20个坝段组成，每个坝段的长度为13m，该坝坝基面最低高程为143m，坝顶高程为187m，坝体总长度为260m。
5．大坝剖面设计
5.1剖面尺寸拟定
(1)坝顶高程的确定:
按设计洪水位计算时，公式为：坝顶高程=设计洪水位+△h设
按校核洪水位计算时，公式为：坝顶高程=校核洪水位+△h校
计算结果取两者当中的较大值，其中△h=h+h0+A，h=0.0166v5/4D1/3，λ=10.4h0.8，h0=3.14h2/λ。V为计算风速，采用设计洪水位计算时宜用多年平均风速的1.5～2.0倍值，取28.5m/s；采用校核洪水位计算时就用多年平均风速值，为19m/s。
经过比较，选取两者中的较大值得坝顶高程为186.36m，在工程施工中取整为187m。根据资料可确定坝基面高程为143m，则坝高=187-143=44m。
(2)坝顶宽度坝顶应有足够的宽度，以满足运用和交通的要求。无特殊要求时，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%，一般不小于2m。所以可选取坝顶宽度为4m。
(3)坝面坡度上游坝坡采用折线面，起坡点在(1/3～2/3)H1高度处，H1为坝前设计水深，则起坡点处高程为156.333m，工程施工中取整为157m，坡度选取1：0.2；下游坝坡也采用折线面，边坡选取1：0.7，则下游起坡点处高程为184.71m，工程施工中取整为185m。
(4)坝底宽度由上下游起坡点高程坡度边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为36m，在(0.7～0.9)坝高即30.8～39.6m范围内，则坝底宽度符合要求。
(5)地基防渗和排水设施拟定由于防渗的需要，坝基面须设置防渗帷幕和排水孔，其中心线在坝基面处距离坝踵分别为3m和5m。初步拟定非溢流坝段的剖面尺寸如图所示：
5.2抗滑稳定分析与验算
利用抗剪断强度计算公式K′=f′(∑W－U)+c′A/∑P计算抗滑稳定安全系数K′。
式中f′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断磨擦系数，可根据基本资料选定，此处取f′=0.8。
c′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，可根据基本资料选定，此处取c′=0.5MPa。
∑W——作用于坝体上的全部铅直荷载(不包括扬压力)，根据荷载计算值可得∑W=19309.584+1015.28+137.2=20462.064kN。
∑P——作用于坝体上的全部水平荷载，根据荷载计算值可得∑P=7452.9+449.84+150.469=8053.209kN。
U——作用在滑动面上的扬压力，根据荷载计算值可得U=3442.152kN。
A——坝基面截面积。
则K′=f′(∑W-U)+c′A/∑P=0.8×(20462.064-3442.152)+0.5×103×36/8053.209=3.926＞3.0。按规范规定，基本荷载组合时，抗滑稳定安全系数采用3.0，而算出K=3.926＞3.0，说明满足稳定要求。
5.3消能防冲设计
根据地形地质条件选用挑流消能，参考已建工程经验取挑射角θ=20，挑流鼻坎应高出下游最高水位(1～2)m，则鼻坎高程为150.9+2=152.9m，取153m。
5.3.1反弧半径的确定
堰顶水流流速按公式V=δ(2gH0)0.5计算，由Q=AV=BhV可得h＝Q/BV
式中：δ——堰面流速系数
H0——库水位至坎顶高差，m；
B——鼻坎处水面宽度，m；
Q——校核洪水位时溢流坝下泄流量，m3/s；
则V=0.96×(19.6×29)0.5=22.887m/s，坎顶水深h=3124/(60×27.455)=2.275m。而反弧半径R=（4～10）h=9.1～22.75m，取R=14m。
5.3.2水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk估算
由式L=｛(V1)2SinθCosθ+V1Cosθ〔(V1)2Sin2θ+2g(h1+h2)〕0.5｝/g挑距L。
式中：
h1—坎顶垂直方向水深，h1=hCosθ；
h2—坎顶至河床面高差；
V1—坎顶水面流速，取平均流速的1.1倍。
代入各已知条件可求得L=63.30m。
由式tk=αq0.5H0.25及t′k＝αq0.5H0.25－H2
分别计算水垫厚度和冲坑深度。其中：
Q——单宽流量，此处可在100～130m/(s·m)中取值；
H——上下游水位差，m；
H2——下游水深，m；
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。
代入数据可得：tk=1.2×1200.5×37.20.25=32.46m
t′k=32.46－1.8=30.66m而L/tk=87.186/32.46=2.686＞2.5，说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝的安全。
6.坝顶构造
坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。墙高为1.2m，厚度为50cm，以满足运用安全的要求。坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为0.02，两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。坝顶总宽度为4m，下游侧设置栏杆及路灯。
7.结语
在工程设计前，一定要对工程进行认真的分析，根据工程的实际情况综合考虑选择最佳的设计方案。同时还需要考虑施工的可行性与经济性，确保大坝设计方案经济合理。 [科]
【参考文献】
［１］昝志斌.盂县龙华口水电站碾压混凝土大坝规划与施工[J].山西水利科技,2009,(04).
［２］陈泽鑫.华光潭一級水电站大坝边坡及基础开挖施工[J].水力发电,2003,(11).
［３］郑家祥,何友忠,陈万涛.溪洛渡水电站大坝混凝土施工与计算机仿真分析研究[J].中国三峡建设,2008,(03).