水工建筑物課程設(shè)計(jì).doc

水工建筑物課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)書平山水利樞紐設(shè)計(jì)說明書 樞紐布置 一 工程等別及建筑物級(jí)別1 水庫(kù)樞紐建筑物組成根據(jù)水庫(kù)樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物包括：攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫(kù)放空隧洞（擬利用導(dǎo)流洞作放空洞）、筏道。2 工程規(guī)模 根據(jù)SDJ12-78水利水電工程樞紐等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）以及該工程的一些指標(biāo)確定工程規(guī)模如下：（1）各效益指標(biāo)等別：根據(jù)樞紐灌溉面積為20萬(wàn)畝，屬等工程，工程規(guī)模為中型；根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦即9MW，小于10MW，屬等工程，工程規(guī)模為?。?）型；根據(jù)總庫(kù)容為2.00億m3，在101.0億m3，屬等工程，工程規(guī)模為大（2）型。（2）水庫(kù)樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)具有綜合利用效益的水電工程，各效益指標(biāo)分屬不同等別時(shí)，整個(gè)工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，故本水庫(kù)樞紐屬于等工程，工程規(guī)模為大（2）型。（3）水工建筑物的級(jí)別：根據(jù)水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫(kù)放空隧洞為2級(jí)水工建筑物；次要建筑物筏道為3級(jí)水工建筑物。二 各組成建筑物的選擇1 泄水建筑物的選擇土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪。在壩軸線下游300m處的兩岸河谷呈馬鞍型，右岸有埡口，布置正槽式溢洪道。采用正槽式溢洪道可以節(jié)省土石方開挖量，若布置在基巖上，可以節(jié)省混凝土襯砌工程量，并有利于工程安全。由于正槽式溢洪道全部是開敞的，正向進(jìn)流，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，便于施工，管理和維修。2 其它建筑物型式的選擇（1）灌溉引水建筑物由于主要灌區(qū)位于河流右岸，但右岸壩區(qū)破碎深達(dá)60m的鉆孔巖芯獲得率僅為20%，巖石裂隙十分發(fā)育，可以考慮采用適當(dāng)?shù)牡鼗幚?，將溢洪道布置在右岸。?）水電站建筑物由于土石壩不宜采用壩式和壩后式廠房，而宜采用岸邊引水式廠房，采用單元供水式引水發(fā)電較為合理。（3）過壩建筑物根據(jù)樞紐任務(wù)，為滿足航運(yùn)及過木要求，需建竹木最大過壩能力為25t的干筏道。起運(yùn)平臺(tái)高程為115.00，平臺(tái)尺寸為3020m2,上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3。（4）施工導(dǎo)流洞及水庫(kù)放空洞為便于檢修大壩和其他建筑物，擬采用導(dǎo)流隧洞作為放空隧洞。洞底高程為70.00m，洞直徑為3.50m. 施工導(dǎo)流洞及水庫(kù)放空洞,均采用有壓。三 樞紐總體布置方案的確定擋水建筑物土石壩按直線布置在河彎地段的1#壩址線上，泄水建筑物溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處；灌溉引水建筑物引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置；水電站建筑物引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸，在副壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊；施工導(dǎo)流洞及水庫(kù)放空洞布置在左岸的山體內(nèi)。綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制在指導(dǎo)書上。 土石壩設(shè)計(jì)一 壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素有：1.壩高；2.筑壩材料；3.壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、初期度汛等施工條件；5.樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；6.樞紐的開發(fā)目標(biāo)和運(yùn)行條件；7.土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價(jià)。樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危瑩?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1.53.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游13公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。（1） 土料：主要有粘土和壤土，儲(chǔ)量多，質(zhì)量尚佳，可作為筑壩材料；（2） 砂土：可從壩上下游0.33.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用；（3） 石料：石質(zhì)為石灰?guī)r及砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，儲(chǔ)量豐富。 從建筑材料上說，均質(zhì)壩、多種土質(zhì)分區(qū)壩、心墻壩、斜墻壩均可。1. 均質(zhì)壩。壩體材料單一，施工工序簡(jiǎn)單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡、及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長(zhǎng)，可簡(jiǎn)化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比用在其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會(huì)減少，工期延長(zhǎng)，故在寒冷及多雨地區(qū)的使用受限制。故不選擇均質(zhì)壩。2. 多種土質(zhì)分區(qū)壩。該壩型雖然可以因地制宜，充分利用包括石渣在內(nèi)的當(dāng)?shù)馗鞣N筑壩材料；土料用量較均質(zhì)壩少，施工受氣侯的影響也相對(duì)小一些，但是由于多種材料分區(qū)填筑，工序復(fù)雜，施工干擾大，故也不選用多種土質(zhì)分區(qū)壩。3. 斜墻壩。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上壩；土質(zhì)斜墻靠在透水壩殼上，如果壩殼沉降大，將使斜墻開裂；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩方便，斜墻與地基接觸應(yīng)力比心墻小，同地基結(jié)合不如心墻壩；斷面較大，特別是上游坡較緩，壩腳伸出較遠(yuǎn)，填筑工程量較心墻大。故也不選用斜墻壩。4. 心墻壩。用作防滲體的土料位于壩下游1.53.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用；用作透水料的砂土可從壩上下游0.33.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，這樣便于分別從上下游上料，填筑透水壩殼，使施工方便，爭(zhēng)取工期。心墻壩的優(yōu)點(diǎn)還有：心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；當(dāng)庫(kù)水位下降時(shí)，上游透水壩殼中水分迅速排泄，有利于上游壩坡穩(wěn)定，使上游壩坡比均質(zhì)壩或斜墻壩陡；下游壩殼浸潤(rùn)線也比較低，下游壩坡也可以設(shè)計(jì)得比較陡；在防滲效果相同的情況下，土料用量比斜墻壩少，施工受氣候影響相對(duì)小些；位于壩軸線上的心墻與岸坡及混凝土建筑物連接比較方便。通過以上分析認(rèn)為宜選用心墻壩。二 壩體各部分尺寸的確定土石壩的剖面設(shè)計(jì)指壩坡、壩頂高程、壩頂寬度。 1 壩坡因最大壩高約115.60-62.50=53.10m,故采用三級(jí)變坡。（1）上游壩坡：從壩頂至壩踵依次為1：2.5；1：2.75；1：3.0。（2）下游壩坡：從壩頂至壩趾依次為1：2.0；1：2.50；1：2.75。（3）馬道：第一級(jí)馬道高程為82.50m，第二級(jí)馬道高程102.50m，馬道寬度取2.0m。2 壩頂寬度 本壩頂無(wú)交通要求，對(duì)中低壩B取510m，這里取B=8.0m。3 壩頂高程壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與超高d之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取最大值：設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。最后需預(yù)留一定的壩體沉降量，此處取壩高的0.4%。計(jì)算公式采用下列兩式：, 表1-1 安全加高 （單位：m）運(yùn)用情況壩的級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)4、5級(jí)正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3該壩屬于2級(jí)水工建筑物，安全加高分別?。赫＿\(yùn)用情況下1.0m，非常運(yùn)用情況下0.5m。由于風(fēng)壅水面高度一般不到10cm，可忽略，故壩頂超高計(jì)算式可簡(jiǎn)化為d=R+A。下面采用我國(guó)水利水電科學(xué)研究院推薦的計(jì)算波浪在壩坡上的爬高，式中： m； m=2.5； n=0.025。由于所給的設(shè)計(jì)資料中只有多年平均風(fēng)速，故在正常和非常運(yùn)用情況下，坡高均為：則 兩種計(jì)算成果見表1-2。表1-2 壩頂高程計(jì)算結(jié)果運(yùn)用情況靜水位（m）波浪爬高R（m）風(fēng)浪引起壩前壅高e (m) 安全超高A（m）計(jì)算壩頂高 程Z計(jì)（m）0.4%沉陷（m）竣工時(shí)的壩頂高程Z （m）設(shè)計(jì)情況（正常水位）113.101.010801.0115.11080.46044115.5712校核情況113.501.010800.5115.01080.46004115.4708按此方法計(jì)算得壩頂高程最后結(jié)果：115.5712m，取115.60m。驗(yàn)算：壩頂高程115.60m均大于： 設(shè)計(jì)洪水位+0.50m即113.10+0.50=113.60m； 校核洪水位113.50m。滿足要求。三 防滲體設(shè)計(jì)（在此選用粘土心墻）1 防滲體尺寸土質(zhì)防滲體的尺寸應(yīng)滿足控制滲透比降和滲流量要求，還要便于施工。心墻頂部考慮機(jī)械化施工的要求，取3.0m，邊坡取1：0.3。上下游最大作用水頭差H=113.50-62.50=51.00m（下游無(wú)水工況），粘土心墻壩的允許滲透坡降J=4，故墻厚TH/J=51.00/4=12.75m。心墻底寬為3+（51.00+0.5）0.32=33.90m12.75m，滿足要求2 防滲體超高 防滲體頂部在靜水位以上超高，對(duì)于正常運(yùn)用情況（如正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位）心墻為0.30.6m，取0.5m，最后防滲體頂部高程取為113.10+0.50=113.60m。3 防滲體保護(hù)層 心墻頂部應(yīng)設(shè)保護(hù)層，防止冰凍和干裂。保護(hù)層可采用砂、砂礫或碎石，其厚度不小于該地區(qū)的洞深或干燥深度，此處取0.80m，上部碎石厚50cm；下部礫石厚30cm，具體見壩頂部構(gòu)造。四 壩體排水設(shè)計(jì)1 排水設(shè)施選擇常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水、以及綜合式排水。選擇棱體排水方式。2 堆石棱體排水尺寸頂寬2.0m，內(nèi)坡1：1.5，外坡1：2.0，頂部高程須高出下游最高水位對(duì)1、2級(jí)壩不小于1.0m。通過設(shè)計(jì)洪水位113.10m（正常蓄水位）流量時(shí)，相應(yīng)下游最高洪水位74.30m；通過校核洪水位113.50m流量時(shí)，相應(yīng)下游最高洪水位75.00m。超高取1.3m，所以頂部高程為75.00+1.3=76.30m 。五 反濾層和過濾層1 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)（1）保護(hù)無(wú)粘性土料（粉砂、砂、砂礫卵礫石、碎石等） 根據(jù)SL2742001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)被保護(hù)土為粘性土，且不均勻系數(shù)時(shí)，對(duì)于與被保護(hù)土相鄰的第一層反濾料，建議按太沙基準(zhǔn)則選用，同時(shí)要求兩者的不均勻系數(shù)及不大于58，級(jí)配曲線形狀最好相似。 式中：反濾料的特征粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%； 被保護(hù)土的控制粒徑和特征粒徑，小于該粒徑的土分別占總重的15%及85%。上述兩式同樣適用于選擇第二、三層反濾料,當(dāng)選擇第二層反濾料時(shí)，以第一層反濾料為被保護(hù)土，二選擇第三層反濾料時(shí)，則以第二層反濾料為被保護(hù)土。按此標(biāo)準(zhǔn)天然砂礫料一般不能滿足要求，須對(duì)土料進(jìn)行篩選。（2）保護(hù)粘性土料粘性土有粘聚力，抗管涌能力一般比無(wú)粘性土強(qiáng)，通常不用上述兩式設(shè)計(jì)反濾層，而用以下方法設(shè)計(jì)。滿足被保護(hù)粘性土的細(xì)粒不會(huì)流失 根據(jù)被保護(hù)土的小于0.075mm含量的百分?jǐn)?shù)不同，而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5mm的顆粒時(shí)，則取其小于5mm的級(jí)配確定小于0.075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及計(jì)算粒徑。如被保護(hù)土不含有大于5mm的顆粒時(shí)，則按全料確定小于0.0075mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)及。a.對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量大于85%的粘性土，按式設(shè)計(jì)反濾層，當(dāng)，取等于0.2mm 。b.對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量為40%85%的粘性土按式設(shè)計(jì)反濾層。c.對(duì)于小于0.075mm的顆粒含量為15%39%的粘性土按式設(shè)計(jì)反濾層。式中，為小于0.075mm時(shí)顆粒含量1%。若，應(yīng)取0.7mm。滿足排水要求以上三種土還應(yīng)符合式，以滿足排水要求。式中應(yīng)為被保護(hù)粘性土全料的，若時(shí)不小于0.1mm 。（3）護(hù)坡墊層 同樣應(yīng)滿足土粒不流失及足夠的透水性要求，但標(biāo)準(zhǔn)可降低些，建議按下式的簡(jiǎn)便方法選擇粒徑。， 。2 設(shè)計(jì)結(jié)果由于設(shè)計(jì)原始資料中沒有提供各土、砂、石料的顆粒級(jí)配情況，這里無(wú)法用計(jì)算的方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計(jì)，只能參考相關(guān)規(guī)范和已建工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。初步擬定結(jié)果分述如下。（1）棱體排水部位尺寸如圖1和 圖2。圖1圖2（2）心墻上下游反濾層如圖3。圖3（3）護(hù)坡墊層見下面的護(hù)坡設(shè)計(jì)如圖4。六 護(hù)坡設(shè)計(jì)1 上游護(hù)坡采用目前最常用的漿砌石護(hù)坡。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳，厚度為40cm，下部設(shè)厚度均為30cm的碎石和粗砂墊層，如圖4所示。圖42下游護(hù)坡下游設(shè)厚度為40cm的碎石護(hù)坡，護(hù)坡下面設(shè)厚度為40cm的粗砂墊層。見圖5。圖5七 頂部構(gòu)造1 壩頂寬度對(duì)中低壩可取510m，此處取B=8.0m。2 防浪墻采用C20水泥漿砌塊石防浪墻，墻身每隔15m布置一道設(shè)有止水的沉陷縫，墻頂設(shè)有高2.8m的燈柱。3 壩頂蓋面以防止防滲體粘土心墻干裂、凍結(jié)和雨水沖蝕，在粘土心墻頂部設(shè)置保護(hù)層，厚度為80cm，分為兩層，上層碎石厚度為50cm，下層砂礫厚度為30cm。八 馬道和壩頂、壩面排水設(shè)計(jì)1 馬道第一級(jí)馬道高程為82.50m，第二級(jí)馬道高程為102.50m，馬道寬為2.0m。2 壩頂排水壩頂設(shè)有防浪墻，為了便于排水，壩頂做成自上游傾向下游的坡，坡度為2%，將壩頂雨水排向下游壩面排水溝。3 壩面排水（1） 布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝?？v向排水溝（與壩軸線平行）設(shè)在各級(jí)馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m設(shè)置1條橫向排水溝（順坡布置，垂直于壩軸線），橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處的排水溝，再排至壩趾排水溝?？v橫向排水溝互相連通，橫向排水溝之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩端傾斜，坡度取0.2%，以便將雨水排向橫向排水溝。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)置排水溝，以排除岸坡上游下來的雨水。（2） 排水溝尺寸及材料尺寸擬定：由于缺乏暴雨資料，所以無(wú)法用計(jì)算的方法確定斷面尺寸，根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn)，排水溝寬度及深度一般采用2040cm。具體的尺寸見圖6。材料：排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。九 地基處理及壩體與地基岸坡的連接 結(jié)合本壩壩基情況，從壩軸線剖面圖可知，地基處理如下：1 地基處理（1） 河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，吸水量也較低，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。（2）右岸河灘：覆蓋層和坡積物相對(duì)較厚，上層巖芯獲得率只有20%，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿。（3）平山咀大溶洞：經(jīng)勘探后分析對(duì)大壩及庫(kù)區(qū)均無(wú)影響，為安全起見，可修筑土鋪蓋，用水泥砂漿填縫。鋪蓋同時(shí)還應(yīng)與粘土心墻相連，向上庫(kù)區(qū)及右岸延伸展布，將巖溶封閉。2 壩體與地基的連接（1） 河槽部位：吸水量能達(dá)到要求，采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。（2）右岸河灘：上部巖層裂隙較發(fā)育，巖芯獲得率只有20%。而覆蓋層也較左岸厚，采用截水槽的方式與基巖相連。截水槽可挖至基巖以下0.5m深處，內(nèi)填壤土。截水槽橫斷面擬定：邊坡采用1：2.0；底寬，滲徑不小于（1/31/5）H，其中H為最大作用水頭（下游無(wú)水時(shí)為51.00m），底寬取1/3.451.00=15.0m。3 壩體與岸坡的連接左壩肩到左灘地，坡積風(fēng)化層510m，需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻，岸坡較陡，開挖時(shí)基本與基巖大致平行。右壩肩到右灘地坡積風(fēng)化層處理與左岸相同，基巖開挖角不宜太大。十 滲流計(jì)算1 滲流計(jì)算的基本假定（1）心墻采用粘土料，可以把粘土心墻看作相對(duì)不透水層，因此計(jì)算時(shí)可以不考慮上游楔行降落水頭的作用。下游設(shè)有棱體排水，可近似的假設(shè)浸潤(rùn)線的逸出點(diǎn)為下游水位與堆石棱體內(nèi)坡的交點(diǎn)。下游壩殼的浸潤(rùn)線也較平緩，接近水平，水頭主要在心墻部位損失。（2） 土體中滲流流速不大且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律，即平均流速v等于滲透系數(shù)K與滲透比降i的乘積，v=KJ。（3） 發(fā)生滲流量時(shí)土體孔隙尺寸不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。2 滲流計(jì)算條件根據(jù)相關(guān)資料，按如下工況進(jìn)行滲流計(jì)算：設(shè)計(jì)洪水位（取正常蓄水位）113.10m，相應(yīng)下游水位74.30m。校核洪水位113.50m，相應(yīng)下游水位75.00m。3 滲流分析的方法采用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流計(jì)算，將壩內(nèi)滲流分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定律和杜平假設(shè)，建立各段的運(yùn)動(dòng)方程式，然后根據(jù)水流的連續(xù)性求解滲透流速、滲透流量和浸潤(rùn)線線等。4 計(jì)算斷面及公式本設(shè)計(jì)僅對(duì)河槽處最大斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。假設(shè)地基為不透水地基。 ， 5 單寬流量將心墻看作等厚的矩形，則其平均寬度為：壩軸線到下游壩趾處的寬度：D=3.5+（115.6-102.5）2.0+2.0+（102.5-82.5）2.5+2.0+（82.5-76.3）2.75+2.0+（76.3-62.5）2.0=130.35m還從圖中知：L=D-（76.3-62.5）2.0+2.0+（76.3- Z下）1.5 =-22.525+1.5 Z下已知 ， 。通過心墻段的單寬流量為；通過心墻下游壩殼段的單寬流量為。具體計(jì)算結(jié)果見表1-3。表1-3 心墻及其下游壩殼單寬流量計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況Z上（m）Z下（m）H1（m）H2（m）（m）D（m）L(m)q(10-7m3/(sm)He(m)正常蓄水位113.1074.3050.6011.8018.45130.3588.9256.55811.848校核洪水位113.5075.0051.0012.5018.45130.3589.9756.61612.5466 總滲流量的計(jì)算從地形地質(zhì)平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長(zhǎng)L=400m，沿整個(gè)壩段的總滲流量Q=Lq,式中是考慮到壩寬、壩厚、滲流量沿壩軸線的不均勻性而加的折減系數(shù)，取，Q正=0.84006.55810-7=2.09910-4m3/sQ校=0.84006.61610-7=2.11710-4 m3/s7 浸潤(rùn)線方程（1）正常蓄水位情況下的浸潤(rùn)線方程= （2）校核洪水位情況下的浸潤(rùn)線方程 = 將x取不同的值代入以上兩式得如圖所示浸潤(rùn)線圖6 十一 壩坡穩(wěn)定計(jì)算（只作下游坡一個(gè)滑弧面的計(jì)算） 心墻壩的下游壩坡采用的是砂土，粘聚力c=0，為無(wú)粘性土，常形成折線形的滑弧面。見圖7所示：圖7圖中所示各物理量之間滿足以下方程：，。查設(shè)計(jì)資料砂土抗剪強(qiáng)度指標(biāo) ，由于設(shè)計(jì)原始資料中無(wú)相關(guān)數(shù)據(jù)，在此也無(wú)法提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故假設(shè)，代入上述方程得（2級(jí)水工建筑物正常運(yùn)用情況下）， 。從以上分析可知該假想滑動(dòng)面是穩(wěn)定的。. 溢洪道設(shè)計(jì)一 溢洪道基本數(shù)據(jù)擬定溢洪道水力計(jì)算成果見表1-4。表 1- 4 溢洪道水力計(jì)算成果計(jì)算情況上游水位（m）下泄最大流量(m3/s)相應(yīng)的下游水位(m)設(shè)計(jì)113.10134074.30校核113.50168075.00 其中：設(shè)計(jì)洪水位取與正常蓄水位相同。二 溢洪道路線選擇和平面位置的確定 根據(jù)本工程地形地質(zhì)條件，選擇正槽式溢洪道，引水渠末端設(shè)置圓形漸變段，泄槽不設(shè)收縮、彎曲段和擴(kuò)散段，尾水渠設(shè)護(hù)袒。成直線布置在右岸的天然埡口，如地形地質(zhì)平面圖所示。三 工程布置1 引水渠 引水渠的作用是將水流平順的引至溢流堰前。為提高泄洪能力，渠內(nèi)流速。渠底寬度大于堰寬，渠底末端高程與控制堰頂高程相同，取為107.50m。引水渠斷面尺寸的擬定，具體計(jì)算結(jié)果和過程見表1-5。表 1-5 引水渠斷面尺寸計(jì)算成果（ 設(shè)計(jì)流速）計(jì)算情況上游水位（m）下泄最大流量 Q (m3/s)水深 H（m）邊坡坡率m底寬B(m)設(shè)計(jì)113.1013405.601.571.36校核113.5016806.001.584.33 由計(jì)算可以擬定引水渠底寬B=90m，引水渠與控制堰之間設(shè)漸變段，采用圓弧連接，圓弧半徑R=10m，圓弧的圓心角為90；引水渠前段采用梯形斷面，邊坡采用1：1.5；底坡均為1：10的逆坡。最后引水渠總長(zhǎng)L=65m。2 控制段其作用是控制泄洪能力。本工程是以灌溉發(fā)電為主的中型工程，采用平面鋼閘門控制。溢洪道軸線處巖石破碎，深達(dá)60m的鉆探巖芯獲得率約為20%，巖石裂隙十分發(fā)育，因?yàn)閷掜斞哐甙奢d小，經(jīng)比較選用無(wú)坎寬頂堰，斷面為矩形，頂部高程為107.50m，堰厚擬取30m (2.5H10H)，堰寬由流量方程求得，具體計(jì)算見表1-6。表 1-6 溢洪道控制段寬頂堰堰寬計(jì)算（忽略行進(jìn)流速水）計(jì)算情況上游水位（m）泄量 Q (m3/s)堰上水頭H0 （m）流量系數(shù)m控制堰寬 nb（m）設(shè)計(jì)113.1013405.600.38559.29校核113.5016806.000.38567.03式中：控制堰寬 由計(jì)算知控制堰取為宜，孔口數(shù)n=7，閘門尺寸10m6.5m（寬高），寬高比為10/6.5=1.54滿足（1.52.0），中墩寬3.0m，邊墩寬1.0m，閘室寬度B=710+21.0+63.0=90m,閘墩尺寸見圖8和圖9所示。圖8圖93 泄槽 由地形地質(zhì)平面圖上量得堰頂?shù)较掠?4.30m高程處的水平距離為120m，高差為33.20m，故從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線，直線的斜率大約等于0.25。因?yàn)檠唔數(shù)较掠嗡娴乃骄嚯x不大，只有120m左右，考慮到泄槽設(shè)計(jì)、施工的方便和簡(jiǎn)單，以及水流的流態(tài)等各種因素，泄槽采用等寬，同一坡率，初步擬定為i=1/4，矩形斷面，寬b=90m，長(zhǎng)。4 出口消能 溢洪道出口段為沖溝，巖石比較堅(jiān)硬，離大壩較遠(yuǎn)，可以采用挑流消能，水流沖刷不會(huì)危及大壩安全。但如果大壩下游（溢洪道出口）的假想逆斷層存在的話，還需對(duì)該斷層進(jìn)行處理，以防止溢洪道出口沖坑太深而危及大壩安全。5 尾水渠 其作用是將消能后的水流較平穩(wěn)的泄入原河道，同時(shí)為了防止小流量產(chǎn)生貼流、淘刷鼻坎，鼻坎下游設(shè)置長(zhǎng)L=50m的護(hù)袒。四 溢洪道水力計(jì)算1 引水渠流速計(jì)算 其具體計(jì)算見溢洪道工程布置中的引水渠，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位時(shí)均取，而實(shí)際的引水渠底寬大于計(jì)算所需要的寬度，而且因?yàn)榍资悄嫫?，其高程都?07.50m要低，所以引水渠實(shí)際的流速均比要小，均能滿足要求。2 控制堰最大泄流能力的驗(yàn)算計(jì)算所需閘門總凈寬為67.00m(校核洪水時(shí)),實(shí)際取為70m（7孔 10m6.5m），而整個(gè)閘室寬90m，從定性分析可知滿足最大泄流量的要求。如圖10和圖11所示。圖10圖113 泄槽水面線的計(jì)算（1）基本公式 ， ，； n取n=0.030。（2）臨界水深和臨界坡降的計(jì)算見表1-7。 表 1-7 臨界水深和臨界坡降計(jì)算結(jié)果 計(jì)算情況Qn設(shè)計(jì)水位13409014.892.828254.5395.6562.6610.030 39.240.00676校核水位16809018.443.262293.5996.5243.0420.030 40.120.00653 ，故泄槽段屬急流，槽內(nèi)形成b型降水曲線，屬明渠非均勻流計(jì)算。（3）溢洪道泄槽正常水深計(jì)算 計(jì)算結(jié)果見表1-8表 1-8 溢洪道泄槽正常水深計(jì)算結(jié)果計(jì)算情況QBi假設(shè)h0n設(shè)計(jì)水位134090 1/40.94384.8791.8860.9240.030 32.8952683.1 1341.55 校核水位168090 1/41.07396.5792.1461.0480.030 33.5953321.221660.61 4 泄槽水面線計(jì)算 假設(shè)堰下泄槽起始斷面的計(jì)算水深取泄槽臨界水深，設(shè)計(jì)洪水位（正常蓄水位）：，校核洪水位：，采用分段求和法，按水深進(jìn)行分段。5 摻氣水深的計(jì)算 （1） 自然摻氣開始發(fā)生點(diǎn)的計(jì)算