曾文水库枢纽建筑物包括大坝溢洪道引水发电系统及地下厂房等其平面布置见图
大坝为中央黏土心墙的分区型碾压式堆石坝高133m坝顶宽度10m坝顶长度400m因大部分填筑材料为溢洪道的开挖料石料强度较低易于崩解需先碾碎处理后按土料上坝填筑以减少沉陷量坝体上游边坡1:3下游边坡1:2.5按坝体愈高地震反应加速度愈大的规律采用拟静力法分析边坡稳定性再以连续震谱进行动力分析验证心墙下部坝基用两排高压水泥灌浆构成防渗帷幕帷幕深度为设计水头的0.7倍考虑坝基断层破碎带在地震时可能发生微小位移因而将土心墙两侧反滤层增厚至8m坝体总体积为964万立方米
开敞式
溢洪道位于右坝肩斜坡上设计泄流量9470立方米/秒为减少土石方开挖量溢洪道采用三阶式泄槽其末端设挑流鼻坎并在其下游设消力池洪水泄放由布置在堰顶的3座宽度为15m高度为20.5m的弧形闸门控制此闸门为20世纪70年代世界上最高大的弧形闸门之一溢洪道的开挖边坡高达170m挖方620万立方米除少数地表材料外全部用于坝体填筑开挖坡度曾经反复研究从安全性与工程整体经济性综合分析后采用1:2.5为安全计设立大坝变位监测系统长期监测资料分析成果表明大坝工作性状正常
水电站布置于大坝左岸地下为直径21m的穹顶圆筒结构安装50MW竖轴混流式水轮发电机组1台担任电力系统调峰任务其尾水泄放于原第一号导流隧洞内经下游东口导水堰拦蓄反调节后从原有引水隧洞导入乌山头水库
大坝施工导流采用2条直径12m的导流洞长度分别为1250.6m与1083m其中第1号隧洞封堵后堵头混凝土塞中埋设直径为1.95m的阀门2个并在其紧接的一段隧洞壁上设环状消能设施将堵头段下游的隧洞用作永久河道放水道的一部分及电站尾水道
东口导水堰位于坝址下游6km处为高7.4m堰顶长210m的重力式溢流堰设闸门2孔供洪水期间排沙之用
曾文土石坝整体工程于1967年10月开工1973年10月竣工