淺中孔泄洪薄拱壩設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

- 0 - XX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 淺中孔泄洪薄拱壩設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師 - 1 - 摘摘 要要 A 江水利樞紐同時(shí)兼有防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合作用，水庫(kù)正常蓄水 位 185.0m，設(shè)計(jì)洪水位 188.65m，校核洪水位 190.73m，汛前限制水位 182m，死 水位 164m，尾水位 103.5m。水庫(kù)死庫(kù)容 4.80 億 m3，總庫(kù)容 10.81 億 m3。 A 江水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型工程，主要建筑物級(jí)別 為 1 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為 3 級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為 4 級(jí)。 A 江水利樞紐的主要組成建筑物有擋水建筑物，主副廠房，泄水建筑物，過(guò) 木筏道等。 擋水建筑物是一變圓心變外半徑的雙曲拱壩，壩頂弧長(zhǎng) 310m，最大壩高 101.21m，壩底厚 25.688m，壩頂寬 8.33m。 泄水建筑物由兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔組成：淺孔位于兩岸，孔口寬 8.5m，高 8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)，孔 口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。在壩身泄水孔的 上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧 形閘門，在每一個(gè)工作閘門的上方有啟閉機(jī)房，淺孔啟閉機(jī)房高程為 175m，中孔 啟閉機(jī)房高程為 160m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反 弧半徑為 30m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑 射角 =20o,導(dǎo)墻厚度為 0.5m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.5m。 壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高程為 152.3m。發(fā)電機(jī)層高程為 114.8m，廠房頂高程 130.5 m，尾水管底高程為 90.8m。 為防止壩基滲漏，在壩基靠近上游側(cè)進(jìn)行帷幕灌漿，并且為了減少壩基的揚(yáng) 壓力，在灌漿帷幕之后設(shè)置排水孔。 為了防止混凝土產(chǎn)生裂縫，拱壩壩體設(shè)置橫縫，橫縫面上需設(shè)置鍵槽，以咬 合加固，增強(qiáng)壩體的抗剪能力。當(dāng)?shù)讓捲?4050m 以上的拱壩，才考慮設(shè)置縱橫 縫，而本設(shè)計(jì)中，拱壩壩底寬為 26m，小于 40m，故可不設(shè)置縱縫。 - 2 - Abstract Ajiang hydrocomplex play parts in flood control,water power,irrigation,water conservancy related fisheries,and so on.The reservoir normal water level is 183.5m,design flood level is 186.8m,maximum flood level is 189.68m,flood control level is 182m,dead water level is 164m,and tailwater level of hydropower station is 103.5m.The dead reservoir capacity is 480,000,000m3,and the total reservoir capacity is 1,081,000,000 m3. The hydraulic engineering grade is Grade I. The hydroproject is consist of water retaining structure,power house,auxiliary room,sluice structure,raft sluice,and so on. The water retaining structure is a double curvature arch dam.The length of the axis of crest dam is about 310m.Maximum height of the dam is 101.21m,the thickness of the bottom of the dam is 25.688m,and the width of the top of the dam is 8.33m. The release structure is comprised of 2 mid-level outlet and 2 short-level outlet.The width of the mid-level outlet is 7.5m,and the height is 7.5m;the width of the short-level outlet is 8.5m,and the height is 8m.The upstream and the downstream side of every outlet are a bulkhead gate and a operating gate which is a radial gate.There is a room where a gate hoist is put above every service gate.The two rooms which are above the mid-level outlet service gate are at an elevation of 160 metres,and the other two rooms are at an elevation of 175 metres.The intake of the mid-level outlet is at an elevation of 135 metres,and the intake of the short-level outlet is at an elevation of 164 metres. The type of the power house is at damtoe.The dimensions of the power house and the auxiliary room are 81m18m and 66m10m.The generator floor is at an elevation of 114.8 metres,and the bottom of the draft tube is at an elevation of 90.8 metres,and the intake of hydropower station is at an elevation of 152.3 metres. In case of leakage of the dam foundation,there is grouting curtain at the base of the dam,behind which there are drainage holes which decrease the uplift pressure of the dam foundation. In radial directions there are transverse joints in which there are keys,and because the thickness of the bottom of the dam is smaller than 4050 metres,there is no longitudinal joint. - 3 - 目錄 摘摘 要要 - 2 - ABSTRACTABSTRACT - 3 - 第一章第一章 綜合說(shuō)明綜合說(shuō)明 - 4 - 1.1 概述 - 4 - 1.2 工程特性表 - 5 - 第二章第二章 設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)資料 - 7 - 2.1 樞紐任務(wù) - 7 - 2.2 基本資料 - 7 - 第三章第三章 樞紐主要建筑物的型式與總體布置樞紐主要建筑物的型式與總體布置 - 12 - 3.1 工程等級(jí)及技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) - 12 - 3.2 調(diào)洪演算及設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) - 12 - 3.3 樞紐組成建筑物 - 14 - 3.4 壩型選擇 - 15 - 3.5 泄水建筑物型式選擇 - 17 - 3.6 廠房及引水系統(tǒng)布置 - 17 - 3.7 樞紐總體布置 - 17 - 第四章第四章 拱壩設(shè)計(jì)拱壩設(shè)計(jì) - 18 - 4.1 拱壩型式及布置 - 18 - 4.2 荷載及其組合 - 20 - 4.3 計(jì)算原理和計(jì)算步驟 - 22 - 4.4 應(yīng)力強(qiáng)度分析(電算,手算) - 22 - 4.5 壩肩穩(wěn)定驗(yàn)算 - 26 - 第五章第五章 泄水建筑物設(shè)計(jì)泄水建筑物設(shè)計(jì) - 29 - 5.1 泄水建筑物組成與布置 - 29 - 5.2 泄槽設(shè)計(jì) - 29 - 5.3 消能與防沖 - 30 - 5.4 泄水孔口應(yīng)力及配筋 - 31 - 第六章第六章 壩體細(xì)部構(gòu)造及地基處理壩體細(xì)部構(gòu)造及地基處理 - 33 - 6.1 壩體構(gòu)造與細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 33 - 6.2 壩基處理 - 34 - 結(jié)語(yǔ)結(jié)語(yǔ) - 37 - - 4 - 附錄以及參考文獻(xiàn)附錄以及參考文獻(xiàn) - 38 - - 5 - 第一章綜合說(shuō)明 1.11.1 概述概述 一 樞紐概述 A 江是我國(guó)東南地區(qū)的一條河流, 流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入 東海，干流全長(zhǎng) 153km，流域面積 4860 平方公里。根椐流域規(guī)劃擬建一水電站。 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) A 江水利樞紐進(jìn)行設(shè)計(jì)。 A 江水利樞紐是一項(xiàng)同時(shí)兼顧防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合作用的水利工 程。壩址以上流域面積 2761 平方公里, 水庫(kù)正常蓄水位為 185m，汛前限制水位 為 182m，死水位為 164m，設(shè)計(jì)水位為 188.65m，校核水位為 190.73m。 電站多年平均發(fā)電量為 5.09 億度，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面積為 35.60 平方 公里，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)增加灌溉面積 50 萬(wàn)畝。 A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過(guò) 木筏道，開(kāi)關(guān)站以及上壩公路等。 攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為 101.21m，主體工程量約為 32 萬(wàn)方左右， 壩頂寬 8.33m，壩頂長(zhǎng)約 310m，壩底寬 25.6888m。 壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房 長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高 程為 152.3m。 泄水建筑物采用兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口 寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站 進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)。坎頂高程為 119m,淺孔反弧半徑為 30m, 中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =20o,導(dǎo) 墻厚度為 0.5m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.5m。 過(guò)木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過(guò)壩量為 33.3 萬(wàn)立方米， 起木材最大長(zhǎng)度為 10m，大頭直徑為 100cm。 開(kāi)關(guān)站長(zhǎng) 75m，寬 20m，位于左岸。 - 6 - 二 設(shè)計(jì)要求 在明確設(shè)計(jì)任務(wù)及對(duì)原始資料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，要求： (1)根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂?shù)母叱毯托顾ㄖ?物孔口尺寸。 (2)通過(guò)分析，對(duì)可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的形式，輪廓 尺寸及水利樞紐布置方案。 (3)詳細(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，并通過(guò)比較確定壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地 基處理方案和壩身構(gòu)造，進(jìn)行水利計(jì)算、靜力計(jì)算。 (4)對(duì)泄水建筑物（待壩型選定后指定）進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇泄水建筑物的形式 與輪廓尺寸，確定布置方案，擬訂細(xì)部構(gòu)造，進(jìn)行水利計(jì)算、靜力計(jì)算。 (5)對(duì) A 江水利樞紐各組成建筑物進(jìn)行總體布置以及細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。 1.2 工程特性表 表 1-1 水庫(kù)特性表 正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位死水位汛前限制水位 185188.65190.21164182 - 7 - 表 1-2 樞紐特性表 泄水建筑物廠房 攔河大壩 淺孔中孔 壩型 雙曲拱 壩個(gè)數(shù) 22 廠房型式壩后式 壩基地質(zhì) 花崗斑 巖寬 8.5m 8m 主廠房尺寸 8118 最大壩高 101.21 高 7.5m 7.5m 副廠房尺寸 6610 壩頂中心 角 107 進(jìn)口底高程 164m 135m 發(fā)電機(jī)層高程 114.8m 壩頂外半 徑 197m 出口底高程 154m 130m 引水鋼管進(jìn)口高 程 152.3m 壩頂厚度 8.33m 坎頂高程 117m 117m 引水鋼管直徑 4.5m 壩底中心 角 85 坎上水深 5.57m 6.55m 尾水管底高程 90.8m 壩底外半 徑 67.1m 反弧半徑 30m 50m 廠房頂高程 130.5m 壩底厚度 25.688m 挑射角 2020 尾水位 103.5m 導(dǎo)墻高度 7m 8.5m 發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù) 4 導(dǎo)墻厚度 0.5m 0.5m 單機(jī)容量5 萬(wàn) kw 滿載流量 338m3/s 安裝場(chǎng)尺寸 2118 開(kāi)關(guān)站尺寸 2075 - 8 - 第二章設(shè)計(jì)資料 2.1 樞紐任務(wù) 本工程同時(shí)兼有防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合利用。水電站裝機(jī)容量為 20 萬(wàn) kW，多年平均發(fā)電量 5.09 億度。正常蓄水位 185m，汛前限制水位 182m， 死水位 164m,4 臺(tái)機(jī)滿載時(shí)的流量 338m3/s，尾水位 103.5m，廠房形式為壩后式。 本工程建成后，可增加保灌面積 50 萬(wàn)畝，減輕洪水對(duì) A 市和 A 平原的威脅，在 遇到 P=0.02%和 P=0.1%頻率的洪水時(shí)，經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪后，洪峰流量由原來(lái)的 14900m3/s、11700m3/s 分別削減為 6450m3/s、7450m3/s，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面 積為 35.60 平方公里，可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。此外，根據(jù)林業(yè)部的要求， 每年木材過(guò)壩量為 33.3 萬(wàn)立方米，其木材最大長(zhǎng)度為 10m，大頭直徑為 100cm。 2.2 基本資料 一 自然地理 （一） 流域概況 A 江是我國(guó)東南部的一條河流，流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入東 海，干流全長(zhǎng) 153km，流域面積 4860 平方公里。壩址以上流域面積 2761 平方公 里，流域境內(nèi)是山區(qū)，平均高度為 662m,最高山峰達(dá) 1921m，流域境內(nèi)氣候濕潤(rùn)， 雨量豐沛，屬熱帶氣候。徑流主要來(lái)自降雨，小部分由地下水補(bǔ)充，每年 49 月份為汛期，其中 5、6 兩月為梅雨期，河道坡降上游陡，下游緩，平均坡降 6.32%0.97%，因河道陡，調(diào)蓄水能力低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅速漲落， 一次洪水過(guò)程線尖瘦，屬典型的山區(qū)河流。流域境內(nèi)，以農(nóng)林為主，森林茂盛， 植被良好，水土流失不嚴(yán)重，樞紐下游為 A 省的重要農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)基地A 平原。 (二) 氣候特征 1氣溫 - 9 - 壩址處的多年平均氣溫為 17.3，月平均最低氣溫 5（1 月份） ，最高氣溫 29（7 月份） 。實(shí)測(cè)極端最低氣溫-8.2（1 月份） ，最高為 40.6（7 月份） 。 2濕度：年平均相對(duì)濕度為 79%左右，其中以 6 月份 87%為最大，1 月份 72% 為最小，日變化較大。 3降雨量：壩址以上流域的年平均降雨量為 1680mm，實(shí)測(cè)最大年降雨量為 2389mm，最少為 1380mm，雨量在年內(nèi)分布不均，其中 49 月份占全年降雨量的 75%，而 5、6 兩月占全年的 1/3。 表 2-1 各月降雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計(jì)表 月份 123456789101112 全年 實(shí)際天數(shù) 312831303130313130313031 0.3-10mm 雨日 345712121098764 10-30mm 雨日 234589654321 30mm 以上雨日 911856322100 4蒸發(fā)量：壩址處多年平均蒸發(fā)量為 1349mm，其中 7 月份最大，月蒸發(fā)量為 217mm，2 月份為最小，月蒸發(fā)量為 45.4mm。 （1）風(fēng)向風(fēng)力：實(shí)測(cè)最大風(fēng)速 17m/s，風(fēng)向西北偏西，吹程 4.5km。多年平均最 大風(fēng)速為：汛期為 12m/s，非汛期為 13m/s，風(fēng)向基本垂直壩軸線，吹程 4km。 （2）水庫(kù)水溫：據(jù)資料分析，各層水溫的多年平均水溫（TH）及年變幅（ Tc）按下列公式計(jì)算： TH = (2-1) 8 . 105 . 8 45 . 2 12.27 H e Tc (2-2) 40 . 2 1 . 5 40 . 2 21.25 H e 其中：H 為水深。 (三) 水文特性： 1正常徑流 根據(jù)資料分析，壩址處的多年平均流量為 100m3/s，多年平均徑流總量為 31.5 億 m3，各頻率的月平均量見(jiàn)下表。 - 10 - 表 2-2 壩址處月平均流量 頻 率 (%) 123456789101112 多年 平均 1116267324490689679346263331102121113186 578179235364510537352177210737773150 5021498914121627778444426161697 80819477312134221512134574 952522366912154261155 23651031622152951156167312424100 2洪峰流量及總量 據(jù)水文資料推算，壩址處的洪峰流量及總量如下：洪峰流量 Q=3310 m3/s，Cv=0.45，Cs=4Cv，皮型線，各頻率流量為： P=0.02%，Q=14900m3/s；P=0.1%，Q=11700m3/s。 洪峰總量：三日洪水總量的均值 W=3.5 億 m3，Cv=0.38，Cs=3Cv，皮型線，各 頻率洪量：P=0.02%，三日洪水總量 Wp=7.94 億 m3；P=0.1%，三日洪水總量 Wp=6.58 億 m3?？赡茏畲笕蘸榱繛?15.4 億 m3。 施工期各設(shè)計(jì)洪水頻率流量見(jiàn)下表 表 2-3 施工期設(shè)計(jì)洪水頻率流量表 頻率104 月96 月103 月116 月112 月122 月 52087177213671367884824 101673141010721072654596 2012751045784784434332 3固體徑流量及水庫(kù)淤積：據(jù)水文站實(shí)測(cè)資料分析，年固體徑流總量為 331 噸， 百年后水庫(kù)淤積高程 115m，淤沙容量為 8.5kN/m3，內(nèi)摩擦角 10。 (四) 其他：本壩址地震烈度為 7。 二 工程地質(zhì) （一) 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì) - 11 - 庫(kù)區(qū)巖性以火山巖和沉積巖為主，褶皺規(guī)模不大，均為背斜，兩翼地層平緩， 并且不對(duì)稱。有較大的斷層二條，這些褶皺和斷層呈北東向展布，以壓扭性為主， 傾角較陡，延伸長(zhǎng)度達(dá)幾直幾十公里，斷層單寬 1 米左右。個(gè)別達(dá) 10 米以上。 斷層破碎都已膠結(jié)。庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，以裂隙水為主，地下分水嶺均高出庫(kù)水 位以上。 （二） 壩址工程地質(zhì)： 1地貌：壩址處的河床寬度為 100m。河底高程 100m，水深 13m，河谷近 似“V”型，兩岸約。河床覆蓋層由大理石，卵石組成。厚度約 m，兩岸山坡為第四系覆蓋層，厚度為m 左右。 2巖性和工程地質(zhì)：壩基為花崗巖，風(fēng)化較淺，巖性均一，新鮮堅(jiān)硬完整，抗 壓強(qiáng)度達(dá) 120200MPa。壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造，緩傾角節(jié)理 延伸短，整體滑動(dòng)可能性小，但陡傾角節(jié)理較發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理為主，左右岸各 有走向互相垂直的二組節(jié)理。其中一組近似于平行山坡等高線，方向見(jiàn)地形圖， 節(jié)理傾角約 3590，節(jié)理面無(wú)夾泥存在，壩址處的水文地址較簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn) 裂隙承壓水。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)下表。 表 2-4 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)表 摩擦系數(shù) 容重 （kN/m3） 抗壓強(qiáng) 度 （MPa） 抗剪系數(shù)抗剪斷系數(shù) 巖 性 或 地 質(zhì) 構(gòu) 造 干濕 孔 隙 率 % 干 飽 和 彈性 模量 MPa 混凝 土基 巖 內(nèi)部 混凝 土基 巖 內(nèi)部 粘著 力 （MPa ） 泊 松 比 花 崗 斑 巖 27.328.1 2. 3 21 0 19 0 2.2 10 4 0.700.750.751.20 0.5 基 巖與 混凝 土 0.20 節(jié) 理 面 0.650.75 1.0 基 巖內(nèi) 相對(duì)隔水層離基巖表面深 15m。 - 12 - 三 筑壩材料 (一) 石料 壩區(qū)大部分地區(qū)為花崗斑巖，基巖埋深淺，極易開(kāi)采，且河床覆蓋層中的塊 石、卵石可利用，因此筑壩石料極易解決。 (二) 砂料 在壩下游勘探 6 個(gè)砂料場(chǎng)，最遠(yuǎn)料場(chǎng)離壩約 9km，以石英破碎帶的料場(chǎng)為主， 初估砂料儲(chǔ)量 430 萬(wàn) m3。 經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，砂石料符合規(guī)范要求。壩址處缺乏筑壩的土料。 四四 庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它 (一) 庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì) 庫(kù)區(qū)除有小片盆地外，其余多為高山峽谷地帶。耕地主要分布在小片盆地上， 高山上的森林茂密。在正常蓄水位時(shí)，需遷移人口 21444 人，拆遷房屋 19240 間， 淹沒(méi)，浸沒(méi)耕地 16804 畝，淹沒(méi)森林面積 18450 畝，淹沒(méi)縣社建造的二座小型水 電站(裝機(jī) 2210kw）等，需賠償費(fèi) 4120 萬(wàn)元。 (二) 其它 1對(duì)外交通 本壩址上游左岸 30km 處有鐵路干線車站，另有公路與壩址下游 50km 的兩座 縣城相通，兩縣城有公路與水路與河流入海處的省轄市相連，對(duì)外交通較為方便。 2附屬工廠和生活建筑區(qū) 壩址下游兩岸有較大的沖積臺(tái)地，地形平緩面積較大，適宜布置工廠和生活 建筑區(qū)。 3負(fù)荷位置 本電站主要供應(yīng)壩下游 A 平原的農(nóng)村生產(chǎn)用電及省轄市的工業(yè)用電，并擔(dān)負(fù) A 電網(wǎng)的部分調(diào)峰任務(wù)。 4壩頂有雙線公路布置的要求。 5水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線、壩址處水位流量關(guān)系曲線、設(shè)計(jì)洪水 （三日）過(guò)程線和壩址地形圖見(jiàn)附圖。 - 13 - 第三章樞紐主要建筑物的型式與總體布置 3.1 工程等級(jí)及技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 一 工程等級(jí) 在工程安全與經(jīng)濟(jì)之間存在著矛盾，為使工程的安全可靠性與其造價(jià)的經(jīng)濟(jì) 合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來(lái)，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級(jí)，即先按工程的規(guī)模， 效益及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，將水利樞紐分等，而后再對(duì)各組成建筑物按其 所屬樞紐等別，建筑物作用及重要性進(jìn)行分級(jí)。 本工程校核水位為 190.73m，查庫(kù)容曲線得相應(yīng)庫(kù)容為 11.2 億 m310 億 m3， 根據(jù)我國(guó)水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) （山區(qū)、丘陵區(qū)部分） ，確定 A 江水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大 （1）型工程，主要建筑物級(jí)別為 1 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為 3 級(jí)，臨時(shí)性建筑物 級(jí)別為 4 級(jí)。 二 技術(shù)規(guī)范 混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SD145-85）規(guī)定：對(duì)于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.2MPa，安全系數(shù)為 4.0；對(duì)于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.5MPa，安全系數(shù) 為 3.5；當(dāng)考慮地震荷載時(shí)，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過(guò) 30%。 三 洪水標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為五千年一遇。 3.2 調(diào)洪演算及設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) 一 調(diào)洪演算的目的 1根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，以確定上游不同洪水標(biāo)準(zhǔn)下的 下泄流量，然后確定出設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。 2根據(jù)調(diào)洪演算得出設(shè)計(jì)水位下的下泄流量，以選定泄洪方式和擬定泄洪建 - 14 - 筑物的孔口尺寸。 二 調(diào)洪演算的原理 先對(duì)一種泄洪方案，求得不同水頭下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲 線，再假定幾組最大泄流量，對(duì)設(shè)計(jì)（校核）洪水過(guò)程線進(jìn)行調(diào)洪演算，求得這 幾組最大泄流量分別對(duì)應(yīng)的水庫(kù)存水量，查水位庫(kù)容曲線，得出這幾組最大泄流 量分別對(duì)應(yīng)的上游水位，并作最大泄流量與上游水位的關(guān)系曲線。上述兩條曲線 相交得出一交點(diǎn)，此交點(diǎn)坐標(biāo)即為設(shè)計(jì)（校核）情況下的孔口最大泄流量及相應(yīng) 的水庫(kù)水位，再對(duì)其它泄洪方案按同樣的方法進(jìn)行調(diào)洪演算，最后選定的泄洪方 案孔口最大泄流量應(yīng)接近并不超過(guò)容許值，庫(kù)水位又相對(duì)比較低。 三 泄洪方案的選擇 1調(diào)洪方案初選 表孔溢流方案：突出優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力大，可減小孔口尺寸，閘門上的水 壓力小，操作檢修方便。缺點(diǎn)是壩身單薄，需設(shè)置泄槽或滑雪道結(jié)構(gòu)，實(shí)體的 泄槽結(jié)構(gòu)工程量較大，不經(jīng)濟(jì)，輕型的滑雪道結(jié)構(gòu)易引起振動(dòng)，穩(wěn)定性不好； 使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂高程以下才能得 以發(fā)揮。 壩身開(kāi)孔方案（淺孔方案和中孔方案）：優(yōu)點(diǎn)是對(duì)壩體應(yīng)力影響不大， 可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點(diǎn)是當(dāng)水流過(guò)壩后需設(shè)置滑雪道泄槽，并進(jìn)行合 理選型和布置：若同一高程開(kāi)孔數(shù)量多，該層拱圈削弱較多。 壩外溢洪道泄洪方案：適用于有天然埡口，便于布置正槽式溢洪道的地 形條件。A 江提供的地形圖壩址附近，未見(jiàn)有天然埡口地形，故不考慮該方案。 利用導(dǎo)流隧洞泄洪方案：拱壩的施工導(dǎo)流須采用一次斷流方案，故施工 時(shí)需在某一岸開(kāi)挖導(dǎo)流隧洞，以便壩體施工，為節(jié)省工程投資，可將進(jìn)口段改 建成“龍?zhí)ь^” ，將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞，但本工程導(dǎo)流洞長(zhǎng)度較短，改建成泄 洪洞后，除“龍?zhí)ь^”部分外可利用的長(zhǎng)度不長(zhǎng)，加上改建部分的開(kāi)挖和老洞 的封堵，實(shí)際并不能有效節(jié)省工程投資。 依據(jù) A 江水利樞紐的具體情況，全面綜合比較以上所述四種方案，壩外溢 洪道泄洪方案和利用導(dǎo)流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案，采用 滑雪道結(jié)構(gòu)工程投資遠(yuǎn)小于修建壩外泄水建筑物的工程投資，故初步選擇以下 方案進(jìn)行調(diào)洪演算： （1）4 表孔+2 中孔泄洪方案 - 15 - （2）2 淺孔+2 中孔泄洪方案 （3）4 中孔泄洪方案 2調(diào)洪演算 調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理采用試算方法計(jì)算，計(jì)算時(shí)先按不同的出口高 程和孔口尺寸擬定多組方案，詳見(jiàn)計(jì)算書(shū)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 表 3-1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算方案成果表 泄水 方案 設(shè)計(jì) Q（m3/s ） 校核 Q（m3/s） 設(shè)計(jì) H (m) 校核 H (m) 4 表孔+2 中孔 63207250188.35190.55 2 淺孔+2 中孔 63007380188.65190.73 4 中孔 63006450187.18190.17 3調(diào)洪方案的最終選擇 為減小壩身開(kāi)孔對(duì)壩體空間結(jié)構(gòu)的不利影響(4 表孔使得壩體堰頂以上失去空 間結(jié)構(gòu)作用,4 中孔使得壩體同一高程開(kāi)孔數(shù)量過(guò)多，該層拱圈削弱過(guò)多)，采用 兩淺孔與兩中孔相結(jié)合的方案。兩淺孔，孔口寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；兩中孔，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m，設(shè)計(jì)洪水時(shí)，下泄流量 6300 m3/s，校核洪水時(shí)，下 泄流量 7380m3/s，略小于允許下泄流量，設(shè)計(jì)洪水位為 188.65m，校核洪水位為 190.73m。由此算得壩頂高程為 193.21m，最大壩高為 101.21m。 3.3 樞紐組成建筑物 A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過(guò) 木筏道，開(kāi)關(guān)站以及上壩公路等。 攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為 101.21m，主體工程量約為 35 萬(wàn)方左右， 壩頂寬 8.33m，壩頂長(zhǎng)約 310m，壩底寬 25.6888m。 壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房 長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高 程 152.3m。 泄水建筑物采用兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口 寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站 - 16 - 進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 30m, 中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =20o,導(dǎo) 墻厚度為 0.5m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.5hm。 過(guò)木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過(guò)壩量為 33.3 萬(wàn)立方米， 起木材最大長(zhǎng)度為 10m，大頭直徑為 100cm。 開(kāi)關(guān)站長(zhǎng) 75m，寬 20m，位于左岸。 3.4 壩型選擇 一 壩型初選 1土石壩 土石壩主要由壩址附近的土石料填筑而成，由于該壩址處缺乏筑壩的土石料， 并且土石料壩身不能泄洪，需另外建泄水建筑物，本工程兩岸附近無(wú)埡口等適合 建泄洪建筑物的地形，故不宜建土石壩。 重力壩 重力壩依靠壩體自重或垂直荷載在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來(lái)抵抗水平水壓力以 達(dá)到穩(wěn)定的要求，利用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來(lái)抵消由 于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度的要求。 其優(yōu)點(diǎn)比較明顯：壩體斷面形態(tài)適于在壩頂布置溢洪道和壩身設(shè)置泄水孔， 不需要另設(shè)河岸溢洪道或泄洪隧洞，在壩址河谷狹窄而洪水流量大的情況下，重 力壩可以較好地適應(yīng)這種自然條件；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工技術(shù)比較容易掌握，在放 樣，立模和混凝土澆搗方面都比較方便，有利于機(jī)械化施工；由于斷面尺寸大， 材料強(qiáng)度高，耐久性能好，因而對(duì)抵抗水的滲透，特大洪水的漫頂，地震和戰(zhàn)爭(zhēng) 破壞能力都比較強(qiáng)，安全性較高；對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，幾乎任何形狀 的河谷都可以修建重力壩；具有足夠強(qiáng)度的巖基就可滿足要求，因?yàn)橹亓纬?沿壩軸線分成若干獨(dú)立的壩段，所以能較好地適應(yīng)巖石的物理力學(xué)特性的變化和 各種非均質(zhì)的地質(zhì)。 但缺點(diǎn)也比較明顯：剖面尺寸較大，壩體內(nèi)部的壓應(yīng)力一般不大，因此材 料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；壩體體積大，水泥用量多，混凝土凝固時(shí)水化熱高， 散熱條件差，且各部澆筑順序有先有后，因而同一時(shí)間內(nèi)冷熱不均，熱脹冷縮， 相互制約，往往容易形成裂縫，從而削弱壩體的整體性，因而混凝土重力壩施工 期需有嚴(yán)格的溫度控制和散熱措施。 - 17 - 3拱壩 拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，依靠拱的作用，將力傳給拱 座，依靠梁的作用將力傳給基巖。 其優(yōu)點(diǎn)是：受力條件好，在荷載作用下，拱壩同時(shí)起拱的作用和懸臂梁的 作用，主要依靠?jī)砂秹渭绾蛪位膸r體維持穩(wěn)定，壩體自重對(duì)壩體的穩(wěn)定性影響 不大；壩的體積小，因?yàn)楣皦问且环N受壓結(jié)構(gòu)，拱向除拱端外，幾乎全部受壓， 梁向除底部外大部分也是受壓，故可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，厚度可以較小， 故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省 1/32/3；拱壩超載能力強(qiáng)，安全度高， 拱壩通常屬周邊嵌固的高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)外荷載增大或壩的某一部位因拉應(yīng)力 過(guò)大而發(fā)生局部開(kāi)裂時(shí)，能調(diào)整拱作用和梁作用及其荷載分配，進(jìn)行壩內(nèi)應(yīng)力重 分配，不致使壩全部喪失承載能力，裂縫對(duì)于拱壩的威脅不象對(duì)其他壩型那樣嚴(yán) 重，拱壩水平裂縫中的揚(yáng)壓力只會(huì)降低壩體懸臂梁的作用，鉛直裂縫會(huì)使拱圈未 開(kāi)裂部分的應(yīng)力增加，原來(lái)的拱圈變成具有更小曲率半徑的拱圈，壩內(nèi)應(yīng)力重分 配，成為無(wú)拉應(yīng)力的有效拱，所以按結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，拱壩壩面允許局部開(kāi)裂，另外 混凝土具有一定的塑性和徐變特性，在局部壓應(yīng)力特大的部位，變形受限制的情 況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，混凝土的徐變變形增大，彈性變形減小，從而這些特大應(yīng) 力有所降低，而且三維受力時(shí)混凝土的實(shí)際極限抗壓強(qiáng)度比單軸時(shí)的極限抗壓強(qiáng) 度要高，由于以上所述原因，拱壩在合適的地形地質(zhì)條件下具有很強(qiáng)的超載能力， 據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料表明，其超載能力可達(dá)設(shè)計(jì)荷載的 511 倍；抗震性能好， 由于拱壩是整體性的空間結(jié)構(gòu)，壩體較輕韌，富有彈性，又能自行調(diào)整其結(jié)構(gòu)性 能，因此拱壩抗震性能好。 但拱壩也有明顯的缺點(diǎn)：施工技術(shù)要求高，由于拱壩壩體斷面較薄，幾何 形狀復(fù)雜，因此對(duì)施工技術(shù)，施工質(zhì)量控制的要求高；對(duì)地基處理的要求更為 嚴(yán)格，以致有時(shí)開(kāi)挖量很大；施工導(dǎo)流不如重力壩來(lái)得方便，需一次斷流，要 另開(kāi)導(dǎo)流隧洞；拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，巖基穩(wěn)固是拱壩結(jié)構(gòu)優(yōu)越性發(fā)揮的前提條 件。 綜合上述分析，對(duì) A 江水利樞紐而言，有合適的喇叭口地形“V”形河谷， 兩岸也沒(méi)有順河向的節(jié)理裂隙，故選擇混凝土拱壩方案。 二 壩體形態(tài)選擇 拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。 單曲拱壩 單曲拱壩只在水平截面上呈拱形，而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。定 圓心定外半徑拱壩設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，但工程量大，且河谷上寬下窄時(shí)，壩底部圓心 - 18 - 角過(guò)小，使拱的作用減小，而定中心角變半徑拱壩雖然比較經(jīng)濟(jì)，但兩岸壩段剖 面有倒懸，在施工和庫(kù)空運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。 雙曲拱壩 雙曲拱壩又稱穹形拱壩，在水平和垂直截面內(nèi)都呈拱形，在 V 形河谷或其它 上寬下窄的河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會(huì)因中心角過(guò)小而不能滿足應(yīng)力 的要求，此時(shí)宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小，以使上下各層拱圈的中心 角基本相等，并在鉛直向設(shè)計(jì)成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩，而做 到上下層拱圈的中心角相等很困難，故廣泛采用變半徑變中心角的雙曲拱壩，這 種拱壩各層拱圈的中心角，外弧面和內(nèi)弧面的半徑從上到下都是變化的，而各層 拱圈內(nèi)外弧的圓心聯(lián)線均為光滑的曲線，變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應(yīng)河谷 形狀的變化。 雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點(diǎn)：由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂 直拱的作用，它在承受水平向荷載后，在產(chǎn)生水平位移的同時(shí)還有向上位移的傾 向，使梁的彎矩有所減少，而軸向力加大，對(duì)降低壩體拉應(yīng)力有利；在水壓力 作用下，雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產(chǎn)生 的梁應(yīng)力正好相反。 3.5 泄水建筑物型式選擇 泄水建筑物采用兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進(jìn)水 口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽 支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 30m,中孔反弧半徑 為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =20,導(dǎo)墻厚度為 0.5m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.5m。 3.6 廠房及引水系統(tǒng)布置 壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kW 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房 長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高 程 152.3m。 - 19 - 3.7 樞紐總體布置 雙曲拱壩的最大壩高為 101.21m，壩頂寬 8.33m，壩頂弧長(zhǎng)約 310m，壩底寬 25.6888m。壩后式廠房，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng) 長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高程 152.3m。淺孔位于兩岸， 孔口寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電 站進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平 板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一個(gè)工作閘門的上方有啟閉機(jī)房，淺孔啟閉 機(jī)房高程 175m，中孔啟閉機(jī)房高程 160m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu),坎頂高 程為 119m,淺孔反弧半徑為 30m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身 底部坡度一致,挑射角 =20,導(dǎo)墻厚度為 0.5m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻 高度為 8.5m。過(guò)木筏道位于右岸。開(kāi)關(guān)站長(zhǎng) 75m，寬 20m，位于左岸。 第四章拱壩設(shè)計(jì) 4.1 拱壩型式及布置 一 拱壩剖面設(shè)計(jì) 拱冠梁剖面的主要尺寸包括壩頂厚度、壩底厚度和拱冠梁上游曲線參數(shù)。 1壩頂厚度（TC）：根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運(yùn)用等要求并考慮改善壩體應(yīng)力， 初步設(shè)計(jì)，采用下列經(jīng)驗(yàn)公式： TC=0.01（H+2.4b1） （4-1） Tmin=35m 式中：H壩高（m） b1壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（m） 。 考慮到交通要求、以及頂拱厚度加大對(duì)梁應(yīng)力有利，取 Tc=8.33 米。 2底部厚度（TB）：拱壩的底部厚度是控制拱壩斷面尺寸的一個(gè)重要特征 數(shù)據(jù)，其影響因素較多，其中最主要的是壩高和河谷形狀。 本設(shè)計(jì)采用我國(guó)朱伯芳等建議，作為拱壩的優(yōu)選初始方案： TB=K（b1+bn-1）H/a （4-2） - 20 - 式中：K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般可取 K=0.35 b1、bn-1第一層和倒數(shù)第二層拱圈兩拱端新鮮基巖面之間的直線距離（m） a拱的允許壓應(yīng)力（t/m3） H 壩高 將 A 江拱壩數(shù)據(jù)代入得 TB=25.6888 米。 雙曲拱壩上游面曲線：用黎展眉高級(jí)工程師推薦的方程式定出： z= -x1(y/H)+x2(y/H)2 （4-3） 式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65 2=0.30.6 取 1=0.62 2=0.3 經(jīng)計(jì)算得： 上游面的曲線方程為 z= -40.3y/97.0+32.5(y/97.0)2 下游面的曲線按 Tc，TB沿高程線性內(nèi)插。 設(shè)第 i 層拱圈的厚度為 Ti 則 Ti=Tc+(TB-Tc)/ Hyi （4-4） 表 4-1 拱冠梁斷面的幾層典型拱圈的幾何尺寸 高程 y Z 上Z 下各層拱厚 193.21008.338.33 16825.21-7.925734.72810712.65384 14350.21-11.85055.09114916.94165 11875.21-11.85689.37266521.22947 92101.21-7.7066417.9821625.6888 二 拱壩的布置 1根據(jù)初步擬訂的拱壩斷面尺寸進(jìn)行平面布置，確定各高程拱圈中心角、 半徑、圓心位置等參數(shù)，然后按擬訂的方案進(jìn)行應(yīng)力和穩(wěn)定分析。拱壩布置按 下列程序進(jìn)行： 根據(jù)地形地質(zhì)等基本資料，找出壩址可利用巖石等高線。 在已定壩址處，選定拱壩在平面上的壩軸線，在壩址可利用巖面的等高線 上，定出頂拱的中心角和頂拱厚位置。 - 21 - 結(jié)合地形特點(diǎn)，初定拱冠懸臂梁的剖面形態(tài)及尺寸，以各層拱圈的拱冠斷 面與懸臂梁剖面尺寸相重合為準(zhǔn)，從上往下，每 25.04m 為一層，試畫(huà)出各層拱 圈的水平拱圈線。 按試畫(huà)的拱圈線，切出幾個(gè)垂直剖面，檢查垂直方向是否扭曲，倒懸度是 否滿足要求。 根據(jù)上述初步選定的拱壩形式和尺寸，按拱冠梁法求出分配荷載后，計(jì)算 拱梁上下游壩面應(yīng)力及兩岸壩肩的穩(wěn)定。 2拱壩布置的原則： （1）壩面力求平順； （2）壩軸線布置處應(yīng)使下游有足夠的支撐巖體； （3）剖面的倒懸度小于 1/3； （4）各層拱圈，拱端的內(nèi)弧面的切線與利用的巖面等高線的夾角不小于 30o； （5）頂部中心角取 70110之間，對(duì)各層中心角，左右半中心角相差小 于 5 o，中心角方向盡可能順河向。 3拱壩布置的結(jié)果: 表 4-2 各層拱圈特性參數(shù) 截面高程拱厚 T左半中心角右半中心角 上游拱圈半 徑 下游拱圈 半徑 1193.218.335354192.182717183.85272 216812.653845153165.766823153.11298 314316.941655352136.876895119.93525 411821.229475153104.04247682.813006 59225.6888414467.071122841.382323 4.2 荷載及其組合 一 荷載及計(jì)算 作用在拱壩上的荷載主要有自重、靜水壓力、泥沙壓力、風(fēng)浪壓力、溫度和 地震荷載。 1自重計(jì)算 - 22 - 本設(shè)計(jì)自重應(yīng)力在施工過(guò)程中就已經(jīng)形成，全部由梁承擔(dān)。將拱壩各壩塊的 水平截面由扇形簡(jiǎn)化為矩形，上下游壩面簡(jiǎn)化為梯形，計(jì)算公式如下： （4-5） hRc AA G 2 21 式中：Rc混凝土容重，取 2.4t/m3 h計(jì)算壩塊的垂直高度 A1，A2上、下兩端截面的面積。 經(jīng)計(jì)算得拱壩總重量約為 8.2 萬(wàn) t。 2泥沙壓力 水庫(kù)建成后，過(guò)水端面加大，使得流速減緩，入庫(kù)水流挾帶的泥沙逐漸淤積 在壩前，對(duì)壩體產(chǎn)生了泥沙壓力。由于淤積高程是隨時(shí)間而逐年增加，故淤積 計(jì)算年限可取為 50100 年。計(jì)算公式如下： ps=shstg2(45o-s/2) （4-6） 式中：ps泥沙對(duì)上游壩底的水平壓強(qiáng)； s泥沙浮容重。取為 0.85t/m3； s泥沙的內(nèi)摩擦角，為 10o； hs泥沙的淤積高度，為 23m。 經(jīng)計(jì)算得 ps =13.76t/m3 3溫度荷載 拱壩是固結(jié)于基巖的整體結(jié)構(gòu)，因此溫度和基巖的變化對(duì)拱壩應(yīng)力的影響較 顯著，故設(shè)計(jì)時(shí)，溫度荷載必須列為一項(xiàng)主要荷載。 =47/（T+3.39） （4-7） 4靜水壓力 作用在壩面上的靜水壓力是拱壩所承受的主要荷載。按水力學(xué)原理計(jì)算，壩 面上任意一點(diǎn)靜水強(qiáng)度為： pi=0y （4-8） 式中：0水的容重，取為 1.0t/m3 y計(jì)算點(diǎn)距水面的深度 5地震荷載： 地震荷載用 Excel 編制表格計(jì)算出縱向地震慣性力，縱向地震激蕩力，橫向 地震慣性力，橫向地震激蕩力。 6揚(yáng)壓力 由于拱壩底厚度很小，作用于壩底的揚(yáng)壓力很小，故在計(jì)算壩體應(yīng)力時(shí)，可 忽略揚(yáng)壓力。但在分析拱座穩(wěn)定時(shí)，要求計(jì)算作用于滑裂面的揚(yáng)壓力。而實(shí)際 計(jì)算中由于沒(méi)有考慮地下水位等因素的影響，將揚(yáng)壓力作用于拱壩壩肩，然后 - 23 - 投影到滑裂面上。壩體內(nèi)的基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道上游壁至下游壩面距離應(yīng)不小于 0.050.1 倍水頭，且不小于 45m。 二 荷載組合 荷載組合情況包括基本組合（水庫(kù)處于正常運(yùn)行情況下可能發(fā)生的各種荷載 組合，由基本荷載組成）以及特殊組合（水庫(kù)處于非常運(yùn)行情況下可能發(fā)生的 各種荷載組合，由基本荷載和特殊荷載組成） 。 1基本組合包括： （1）正常水位+溫降； （2）設(shè)計(jì)水位+溫升。 2特殊組合包括： （1）校核水位+溫升； （2）正常水位+溫降+地震。 4.3 計(jì)算原理和計(jì)算步驟 一 計(jì)算原理 本設(shè)計(jì)中采用拱冠梁法進(jìn)行計(jì)算。取拱冠處的一根懸臂梁，根據(jù)拱圈和拱冠 梁的各交點(diǎn)徑向變位一致的條件來(lái)求得拱梁的荷載分配，且各層拱圈分配到的徑 向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，以拱冠梁所分配到的荷載代表全部梁系的受力 情況。 二 計(jì)算步驟 拱冠梁法的主要步驟是：