水利樞紐碾壓混凝土重力壩施工設(shè)計(jì)[詳細(xì)]

1、 金河金水水利樞紐碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)第一章 金河金水水利樞紐1.1 流域概況及樞紐任務(wù)萬(wàn)江是我國(guó)大河流之一,其干流全長(zhǎng)1200公里,流域面積25400平方公里,上游95%為山地,河床狹窄,水流湍急；中游大部分為丘陵地帶,河床較寬；下游岸為沖積平原,人口最密,農(nóng)產(chǎn)豐富,為重要農(nóng)業(yè)區(qū)域,且有一個(gè)中等工XX市,但下游河床淤高,主要靠堤防擋水,每當(dāng)汛期,常受洪水威脅。萬(wàn)江流域內(nèi)物產(chǎn)以農(nóng)產(chǎn)為主,有稻谷、小麥、玉米、甘薯等,礦產(chǎn)較少,燃料很缺乏。金河是萬(wàn)江的重要支流,流經(jīng)萬(wàn)江的上、中游地帶,全長(zhǎng)250公里,平均坡降為0.0009,流域面積為9200平方公里,河道兩岸為山地丘陵,河道狹窄,水流較急,能量蘊(yùn)

2、藏甚大,但洪水漲落迅速,對(duì)萬(wàn)江中下游防洪相當(dāng)不利。金河開發(fā)計(jì)劃是配合萬(wàn)江而制定的,為減輕金河洪水對(duì)萬(wàn)江中下游農(nóng)田的威脅,且開發(fā)金河能夠供應(yīng)萬(wàn)江中下游工農(nóng)業(yè)日益增長(zhǎng)的動(dòng)力需要,擬在金河與萬(wàn)江匯流處的金水興建水利樞紐。本樞紐的主要任務(wù)是防洪、發(fā)電等綜合利用效益。1.2 壩址地形在本壩址地區(qū),河床狹窄,僅一百多米寬,但隨著高程之增高兩岸便趨于平坦。兩岸高度在200米以上,海拔高程在400米以上,在壩址處右岸較左岸為陡,右岸平均坡度為0.5左右,左岸為0.4左右。壩址位于河灣的下游,在壩址上游十余公里有一開闊地帶,為形成水庫(kù)的良好條件。1.3 壩址地質(zhì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,主要巖層為黑色硅質(zhì)頁(yè)巖和燧石

3、,上有3-9米左右的覆蓋層,系河沙卵石,近風(fēng)化泥土層及崩石。其巖層性質(zhì)為:黑色硅質(zhì)頁(yè)巖:屬沉積巖,為硅質(zhì)膠結(jié)物之頁(yè)巖,根據(jù)勘測(cè)結(jié)果,該巖層性質(zhì)堅(jiān)硬致密,僅巖石上層10-18米深度存在有裂縫和節(jié)理,不很嚴(yán)重,但須加以處理,經(jīng)過(guò)壓水試驗(yàn),巖石之單位吸水量為0.1公升/分鐘。燧石:其巖層不寬,分布于左岸,巖性較黑色硅質(zhì)頁(yè)巖為弱。巖層走向:左岸為南300西,右岸為南50東,傾角為500-700,傾向正向上游:在壩址處,據(jù)目前資料尚未發(fā)現(xiàn)斷層。硅質(zhì)頁(yè)巖的力學(xué)性質(zhì):(1)天然含水量時(shí)的平均容重: 2600公斤/立方米(2)基巖抗壓強(qiáng)度: 1000-1200公斤/平方厘米(3)牢固系數(shù) 1215(4)巖石與

4、混凝土之間的的抗剪斷摩擦系數(shù)為f=0.85,抗剪斷凝聚力系數(shù)c=7.0kg/cm2；抗剪摩擦系數(shù)0.65。 1.4 水文氣象本樞紐位于我國(guó)中部,氣候溫和,雨量豐富,雨量多集中于6-9月,此四個(gè)月為豐水期,多暴雨。流域及河流坡度較陡,故洪水來(lái)勢(shì)兇猛。枯水期在10-5月,1-4月為最枯季節(jié):本河流自1954年開始建立水文站,本樞紐距該站不遠(yuǎn)。1、多年月平均流量表月123456789101112605080100180420650600440240150952、各種時(shí)期不同頻率的洪峰值頻率(%)0.010.020.11.02.0510洪水期洪峰(立米/秒)5890560047503630330028

5、002500枯水期洪峰 (立米/秒)2702502083、降雨量資料,見下表: 單位:毫米月份123456各月平均降雨量5.28.818.534.032.680.3各月平均降雨次數(shù)2.43.75.96.38.58.1月份789101112各月平均降雨量118.0140.0125.260.128.28.0各月平均降雨次數(shù)6.39.8010.18.87.82.2一日最大降雨量曾達(dá)90.5毫米。4、氣溫記錄及冰凍情況,見下表: 單位:cm月份123456多年月平均氣溫4.26.511.517.522.125.9最高氣溫13.520.028.530.435.239最低氣溫-7.0-4.7-2.31.5

6、8.013.0月份789101112多年月平均氣溫28.627.722.716.810.44.7最高氣溫38.537.236.028.021.115.3最低氣溫17.516.010.02.5-2.1-4.8年平均氣溫為16.5。河道常年不結(jié)冰,在委寒冷的情況下,地面有冰凍現(xiàn)象,但歷時(shí)短。5、河道泥沙情況根據(jù)壩址附近水文站的統(tǒng)計(jì),本河流年平均輸砂量為1.8106米3,在河流上游山區(qū)有部分森林,其他地方亦在進(jìn)行造林工作和其他的水土保持工作。水土保持生效年限可采用30年,泥沙飽和容重取1.4噸/立方米,泥沙內(nèi)摩擦角為00。6、水庫(kù)吹程、風(fēng)速吹程為3.0公里；多年平均最在風(fēng)速為15米/秒。50年一遇的

7、風(fēng)速為17米/秒。7、典型洪峰過(guò)程線,水庫(kù)水位庫(kù)容曲線,水庫(kù)水位面積曲線(見另圖)。8、壩址流量水位關(guān)系如下表:流量(立方米/秒)20050010002000水位(米)153.46155.13156.8158.94流量(立方米/秒)3000400050005500水位(米)160.68162.41164.1164.961.5 當(dāng)?shù)夭牧戏植记闆r在壩址上下游兩岸有大量的河砂和較多的卵石,椐初步調(diào)查河砂的儲(chǔ)蓄量為820000立方米,滲透系數(shù)K=410-2厘米/秒,卵石儲(chǔ)量有580000立方米,大部分在上海。在壩址下游三公里左右,有部分土壤；儲(chǔ)量不多,約52000立方米,K=110-3厘米/秒。在本河

8、流上游地區(qū),有部分山區(qū)森林,可作筑壩所需木材之用。1.6 交通運(yùn)輸(1)陸路:目前已有三級(jí)公路通過(guò)本地區(qū),離壩址150公里處有鐵路,且與公路銜接。(2)外地材料之運(yùn)輸,主要靠鐵路、公路,部分可用木船,運(yùn)輸較方便。(3)施工動(dòng)力與施工機(jī)械的供應(yīng):施工動(dòng)力大部分可由壩址下游XX縣城供給,不足之?dāng)?shù)由離壩址70公XX縣城供給。施工機(jī)械之供應(yīng)是方便的。(4)勞動(dòng)力:壩址所在地區(qū),有足夠的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力；在滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求下,可以抽調(diào)一部分農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力參加樞紐之修建工作。1.7 其他設(shè)計(jì)資料上游校核洪水位 184m 死水位 166.28m上游設(shè)計(jì)洪水位 181m 電站總裝機(jī)容量108000千瓦上游正常蓄水位

9、 179m 電站最大引用流量 360m3/s設(shè)計(jì)流量 2200m校核流量 3300m下游校核尾水位154m下游設(shè)計(jì)尾水位152m下游正常尾水位151m 第二章 樞紐總體布置2.1 工程等別確定因?yàn)樾：撕樗粸?84m,查水位庫(kù)容曲線,總庫(kù)容=20億m310億m3故:工程等別為等。又由電站裝機(jī)容量10800千瓦,大于50MW且小于300MW；故:工程等別為等。由兩者綜合得,取等別大的,該工程等別為等,因此建筑物級(jí)別為級(jí),抗滑穩(wěn)定系數(shù)K=1.10 。2.2 水利樞紐的分類及布置原則水利樞紐按承擔(dān)任務(wù)的不同可分為防洪樞紐、灌溉樞紐、發(fā)電樞紐、航運(yùn)樞紐等。而大多情況下都是多目標(biāo)的集合利用樞紐。按壩型可

10、分為重力壩樞紐、拱壩樞紐、土石壩樞紐及水閘樞紐等。 水利樞紐布置必須充分考慮地形,地質(zhì)條件,使各種水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上,并能滿足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需條件,樞紐布置使各個(gè)不同功能的建筑物在其位置上各得其所,在運(yùn)行中相互協(xié)調(diào),充分有效地發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)。在滿足基本要求的前提下,力求建筑物布置緊湊,一物多用,減少工程量,降低造價(jià)。同時(shí)要充分考慮美學(xué)要求。一個(gè)大型水利樞紐工程的總體布置是一項(xiàng)復(fù)雜的工程,需要按系統(tǒng)工程分析方法進(jìn)行論證確定。2.3 壩址選擇壩址選擇與樞紐布置密切相關(guān),不同壩型軸線易采取不同的壩型和樞紐布置,同一壩址也可以有不同的壩型和樞紐布置方案,通過(guò)經(jīng)濟(jì)

11、比較擇優(yōu)選出壩軸線位置及相應(yīng)的合理壩型和樞紐布置。壩址選擇與地質(zhì)條件密切相關(guān),理想壩址地質(zhì)條件是強(qiáng)度高,透水性好,不易風(fēng)化,沒有構(gòu)造缺陷的巖基,但一般來(lái)說(shuō),壩址在地質(zhì)上總是存在缺陷,因此,在選用壩址時(shí)應(yīng)用實(shí)際出發(fā)。不僅要慎重考慮壩基地質(zhì)條件,還要求庫(kù)區(qū)及壩址兩岸的邊坡有足夠的穩(wěn)定性。壩址地形條件與壩型選擇和樞紐布置有著密切關(guān)系。除此之外,地形條件在很大程度上會(huì)影響壩址。一般來(lái)說(shuō),壩址宜選在河谷狹窄地段,壩軸線較短,可以減少壩體工程量,還要考慮便于施工導(dǎo)流等等,因此需要全面分析。結(jié)合考慮,選擇最有利的壩址,對(duì)于此工程:1從地質(zhì)條件看:上壩線處河床高于下壩線,根據(jù)地質(zhì)剖面圖,上壩線處地基巖比較穩(wěn)定

12、,壩基巖為黑色硅質(zhì)頁(yè)巖和燧石,上面有3-9米覆蓋層。2從施工條件看:上壩線河床比較寬,顯然相同條件下,上壩線更有利于施工導(dǎo)流,截流期比較短,更容易截流。3從水流條件看,由上、下壩線壩址水位流量關(guān)系看出,在同樣情況下,上壩線更有利于抬高水位,對(duì)發(fā)電為主的樞紐是有利的。4從經(jīng)濟(jì)方面考慮,下壩線雖然相對(duì)平坦一些,且對(duì)外交通比上壩線短,但其緊鄰生活區(qū),需要遷移居民,耗資較大,不利于經(jīng)濟(jì)合理原則,因此,選上壩線比較好。綜合以上所有因素來(lái)看,在滿足樞紐布置和施工導(dǎo)流的前提下,上壩線工程量較小,壩軸線構(gòu)造更簡(jiǎn)單,因此,選上壩線作為壩址。2.4 壩型的選擇1重力壩(1)重力壩主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來(lái)滿足

13、穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(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)度要求。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用,是因?yàn)槠渚哂幸韵聨讉€(gè)方面的優(yōu)點(diǎn): 安全可靠。重力壩剖面尺寸大,壩內(nèi)應(yīng)力較低,筑壩材料強(qiáng)度高,耐久性好,因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的能力都比較強(qiáng)。 對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。 樞紐泄洪問題容易解決。重力壩可以做成溢流的,也可以在壩內(nèi)不同高程設(shè)置泄水孔,一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞,樞紐布置緊湊。 便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流,一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。 施工方便。大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工,在放樣、立模和混凝土澆筑方面都比較簡(jiǎn)單,

14、并且加強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。(2)重力壩的缺點(diǎn)主要是壩體剖面尺寸大,材料用量多,把體應(yīng)力較低,材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮,而且需要嚴(yán)格的溫度控制措施,壩基與地基的接觸面積大,相應(yīng)的壩體揚(yáng)壓力大,對(duì)穩(wěn)定不利。 2土石壩 土石壩是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型,它之所以得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展有以下優(yōu)點(diǎn): 可以就地、就近取材XX省大量水泥、木材和鋼材,減少工地的外線運(yùn)輸量。 能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。 大容量、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展,提高了土石壩的施工質(zhì)量,加快了進(jìn)度,降低了造價(jià),促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)展。但土石壩壩頂不能溢流,施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便,壩體的斷面

15、大,土料填筑的質(zhì)量易受氣候的影響。3拱壩拱壩須是固接與基巖的空間殼體結(jié)構(gòu),在平面上呈凸向上游的拱形,其拱冠剖面豎直的或向上游凸出的曲線形,壩體結(jié)構(gòu)既有拱作用又有梁作用。由于拱壩剖面較薄,壩體幾何形狀復(fù)雜,因此,對(duì)于施工質(zhì)量、建筑材料強(qiáng)和防滲要求等都較重力壩嚴(yán)格。除此之外,拱壩對(duì)地形的要求是左右兩岸對(duì)稱,岸坡平順無(wú)突變,在平面上向下游收縮的峽谷段。本設(shè)計(jì)的兩岸地形不適合建拱壩。綜合以上三種壩形的優(yōu)缺點(diǎn),考慮到本樞紐主要承擔(dān)了防洪作用,而且在校核洪水位時(shí)的流量和泄流量都較大,需要開敞式的壩體泄流形式,由于土石壩自身不能在壩頂溢流的缺點(diǎn),不能夠滿足防洪的需要,故選用重力壩作為設(shè)計(jì)壩型。而重力壩的形式

16、比較多,主要可分為實(shí)體重力壩、碾壓混凝土重力壩、寬縫重力壩等。下面介紹這幾種壩型: 1實(shí)體重力壩的主要優(yōu)點(diǎn)就是,結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,施工比較方便,并且有豐富的經(jīng)驗(yàn)技術(shù),施工過(guò)程中質(zhì)量容易控制。其不足之處就是壩體體積較大,揚(yáng)壓力也比較大,施工時(shí)不利于混凝土的散熱。 2寬縫重力壩具有以下一些優(yōu)點(diǎn):充分利用了混凝土的抗壓強(qiáng)度；揚(yáng)壓力顯著降低XX省混凝土方量。但也有一些缺點(diǎn),如:增加了模板用量,立模也較復(fù)雜；分期導(dǎo)流不便；在嚴(yán)寒地區(qū),對(duì)寬縫需要采取保溫措施,而且寬縫重力壩的散熱比較好,并且一般情況下,不易出現(xiàn)被壩體內(nèi)部混凝土由于膨脹而破壞壩體的穩(wěn)定。 3碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩相比,具有以下一

17、些優(yōu)點(diǎn):工藝程序簡(jiǎn)單,可快速施工,縮短工期,提前發(fā)揮工程效益；膠凝材料用量少,又特別是水泥用量減少；由于水泥用量減少,結(jié)合薄層大倉(cāng)面澆筑,壩體內(nèi)部混凝土的水化熱溫升可大大降低,從而簡(jiǎn)化了溫控措施；不設(shè)縱縫XX省了模板和灌漿等費(fèi)用；可使用大型施工機(jī)械設(shè)備,提高混凝土運(yùn)輸和填筑的工效。但也有一定缺點(diǎn),如:壩體混凝土分區(qū)；各區(qū)域內(nèi)混凝土的級(jí)。再結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容,結(jié)合工程中有豐富的砂石料場(chǎng),地質(zhì)條件不是很復(fù)雜,故確定選擇碾壓混凝土重力壩方案。2.5 樞紐的總體布置攔河壩在水利樞紐中占主要地位。在確定樞紐工程位置時(shí),一般先確定建壩河段,再進(jìn)一步確定壩軸線,同時(shí)還要考慮采用的壩型和樞紐中建筑物的總體布置,合理

18、解決綜合利用要求。一般地,泄洪建筑物和電站廠房應(yīng)盡量布置在主河床位置,供水建筑物位于岸坡。該樞紐中重力壩由17個(gè)壩段組成,其中非溢流壩段每個(gè)壩段的長(zhǎng)度大約為16m,從右岸至左岸依次為:1號(hào)號(hào)6壩段為右岸擋水壩段,7號(hào)10號(hào)壩段為溢流壩段,11號(hào)17號(hào)壩段為左岸擋水壩段。該壩的壩基最低高程為136.0m,壩頂高程為185.7m,最大壩高為49.7m,壩體總長(zhǎng)為269m。樞紐工程布置見附錄上下游立視圖。2.5.1溢流壩的布置溢流壩的位置應(yīng)使下泄洪水、排冰時(shí)能與下游平順連接,不致沖淘壩基和其他建筑物的基礎(chǔ),其流態(tài)和沖淤不致影響其他建筑物的使用?？紤]將其設(shè)置在主河床段,約51米,分為4個(gè)壩段,8號(hào)和9

19、號(hào)壩段長(zhǎng)12m,7號(hào)和10號(hào)壩段長(zhǎng)13.5m,溢流堰頂高程為171.6m,堰頂安裝工作閘門和檢修閘門。工作閘門為弧形閘門,閘門寬高=9m8m,采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。公路橋高程與非溢流壩頂一致。堰頂設(shè)有3個(gè)中墩,其厚度為3m,2個(gè)邊墩,厚為3m,橫縫設(shè)在閘墩上,溢流堰面采用WES曲線,過(guò)堰水流采用連續(xù)式鼻坎挑流消能,坎頂高程為155m,反弧半徑為16m,挑射角為25。邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻,其高度為5.5m,斷面為梯形,頂寬為0.5m,需分縫,縫距為20m。2.5.2 非溢流壩的布置非溢流壩一般布置在河岸部分并與岸坡相連,非溢流壩與溢流壩或其他建筑物相連處,常用導(dǎo)墻隔開。連接處盡量使迎水面在同一

20、平面上,以免部分建筑物受側(cè)向水壓力作用改變壩體的應(yīng)力。在寬闊河道上以及岸坡覆蓋層、風(fēng)化層極深時(shí),非溢流壩段也可采用土石壩。本設(shè)計(jì)的非溢流壩段左段約為118米,右段約為100米。壩段長(zhǎng)均為16m。壩頂寬度為7m,壩頂兩側(cè)各設(shè)一人行道,人行道寬1m。壩頂上下游側(cè)均設(shè)置1.2m欄桿和燈柱。壩的其他尺寸為:上游坡度為1:0,下游坡度為1:0.8,折坡點(diǎn)高程為172.25m。2.5.3 發(fā)電廠房的布置從壩址地形圖上分析,左岸較右岸緩,且在壩址附近沒有設(shè)置廠房的最佳位置,故考慮采取壩后式廠房,將廠房布置在左岸。具體設(shè)計(jì)過(guò)程見電站廠房設(shè)計(jì)部分。總體布置見樞紐總體布置圖。第三章 非溢流壩段設(shè)計(jì)3.1 壩頂高程

21、的確定壩頂應(yīng)高于校核洪水位,壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程,其與正常蓄水位或校核洪水位的高差,可根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范,由下式(3-1)計(jì)算,應(yīng)選擇兩者中高程的高者作為選定高程 (3-1)式中: 防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；波高(m)； 波浪中心線至正常或校核洪水位的高差(m)；安全超高,按混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,按下表 31采用。表31 安全超高h(yuǎn)c相應(yīng)水位壩的安全級(jí)別正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.33.1.1 正常蓄水位時(shí)壩頂高程的確定 壩的安全級(jí)別為I級(jí),查表31得, m由于D=3 Km 20 Km, 20(取50年一遇的風(fēng)速)宜按官

22、廳水庫(kù)公式計(jì)算 (3-2) (3-3) (3-4) 在20250之間,故h為累積頻率為5%的波高,； = 0.826 m 查混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范表得: 由式(34)得: =0.7+1.03+0.37=2.1 m所以,壩頂高程= 179+2.1=181.1 m3.1.2 校核蓄水位壩頂高程的確定查表31得:m D=3 Km 20 Km, 20(取多年平均最大風(fēng)速),則按官?gòu)d公式計(jì)算: 在20250之間, 故h為累積頻率為5%的波高,； =0.707m查混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范表得: =0.5+0.31+0.877=1.687 m 所以,壩頂高程=184+1.687=185.7 m 兩者比較取大值,則

23、壩壩高程為185.7 m。3.2 開挖線的確定由于壩頂高程185.7 m,由上壩線地質(zhì)剖面圖及規(guī)范規(guī)定,壩高小于50m,可建在弱風(fēng)化中部到上部基巖上,因此壩基沿弱風(fēng)化層界限開挖,壩基最底點(diǎn)高程136 m 。3.3 非溢流壩剖面的確定3.3.1 基本剖面設(shè)計(jì) 根據(jù)重力壩的荷載特點(diǎn)與工作特點(diǎn),基本剖面為三角形。如圖3-1。圖3-1 基本剖面圖1.壩底寬度的計(jì)算 T= (3-5) (3-6)其中:H=45m , , , ,聯(lián)立(35)、(36)得: 解得: 0,則取= 0,即該壩的上游面為鉛直面。由于上游面為鉛直面,則:3.3.2 實(shí)用剖面的確定圖3-2 實(shí)用剖面示意圖1壩底寬度:根據(jù)工程實(shí)踐,下游

24、邊坡m=0.60.8,為提高壩的安全性,取 m=0.8,則壩底寬度為45且滿足壩底寬度為壩高的0.70.9倍。2. 壩頂寬度:根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范碾壓混凝土重力壩最小寬度為5m,為滿足交通要求,取壩頂寬度B=7m 。3. 廊道:選用城門洞形,寬3m,高3m,廊道底面距壩基面5m,即高程141m,廊道上游面距上游壩面3m 。4.壩體排水管:根據(jù)規(guī)范要求,擬定其距上游壩面的距離3m,間距2m,管內(nèi)徑20cm 。5.排水孔:根據(jù)規(guī)范要求,擬定其距灌漿帷幕2m,孔距2m,孔徑100mm 。6.灌漿帷幕:根據(jù)規(guī)范要求,擬定其中心線距上游壩面3.5m,因?yàn)閴胃咝∮?00m。故設(shè)置一排帷幕,孔距為2m

25、。3.4 壩體強(qiáng)度和穩(wěn)定承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算3.4.1 校核洪水位時(shí)壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算: 波浪要素計(jì)算,由前面已知:=7.91m=3.955m 經(jīng)計(jì)算可知,該重力壩在校核洪水位情況下壩基面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2) 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)(偶然組合): 作用效應(yīng)函數(shù): S()=()(1+) (39)抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):= 或 = (310) 式中:壩基面上全部法向作用之和,KN,向下為正；全部作用壩基面形心的力矩之和,KNm,逆時(shí)針方向?yàn)檎?；壩基面的面積,；壩基面形心軸到下游面的距離,m；壩基面對(duì)形心軸的

26、慣性矩,；壩體下游坡度；混凝土抗壓強(qiáng)度,KPa；基巖抗壓強(qiáng)度,Kpa； 碾壓混凝土選用,且材料的分項(xiàng)系數(shù)為1.5,故:所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。(3)正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力),計(jì)算公式為: 0 (311)壩基面形心軸到上游面的距離,m 。 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。 則:壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。3.4.2 校核洪水位時(shí)壩體內(nèi)層面(廊道中心線上的面)的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算:同上。具體計(jì)算參見計(jì)算簡(jiǎn)圖3-4及附錄A荷載計(jì)算表格3-8、3-9。圖3-4 校核洪水位壩體內(nèi)層面

27、荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖3驗(yàn)算:(1)壩體混凝土層面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù):S()=8690.91-740.01=7950.9 KN 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù):R()= + (312) 式中:計(jì)算層面上全部切向作用之和,KN ；混凝土層面抗剪斷摩擦系數(shù)；計(jì)算層面上全部法向作用之和,KN,向下為正；計(jì)算層面的截面積,；壩基面抗剪斷黏聚力系數(shù)； 因?yàn)閴误w材料為碾壓混凝土,查混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范表821-2得、的材料性能分項(xiàng)系數(shù)分別為1.3,3.0 ；查附錄D表D3得=0.91,=0.97Mpa 。則:摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值:=0.91/1.3=0.7 粘聚力設(shè)計(jì)值: 抗力函數(shù):R()=+ 式中:穩(wěn)定性核算:對(duì)

28、偶然組合 =1.1,=0.85,=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 =1.10.857950.9=7434.0915KN /=16214.814/1.2 = 13512.345KN 經(jīng)計(jì)算可知,該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)層面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2) 壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài):(偶然組合): 作用效應(yīng)函數(shù): S()=()(1+) (313) 抗力函數(shù): = (314)式中: 計(jì)算截面對(duì)形心軸的慣性矩,； 計(jì)算截面形心到下游面的距離,m； =13066.67kpa =()(1+)=881.58kpa所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度滿足要求。(3)正常使用極限狀態(tài)

29、壩體選定截面上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力)計(jì)算公式為: 0 (315)( 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算) 則:選定截面上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。3.4.3 正常蓄水位時(shí)壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算: 波浪要素計(jì)算,由前面已知 =8.96m=4.48m 所以,正常蓄水位時(shí)壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。 (2) 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)(基本組合): 作用效應(yīng)函數(shù): S()=()(1+)抗力函數(shù): = 或 = 所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。(3)正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力)壩踵垂直應(yīng)

30、力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力),計(jì)算公式為:0 ( 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算) 則:壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。3.4.4 正常蓄水位時(shí)壩體內(nèi)層面(廊道中心線上的面)的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算1荷載組合:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計(jì)算:具體計(jì)算參見計(jì)算簡(jiǎn)圖3-6及附錄A荷載計(jì)算表格3-4、3-5。圖3-6 正常蓄水位壩體內(nèi)層面面荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖3驗(yàn)算:(1)壩體混凝土層面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù):S()=6815.23-471.99 = 6343.24 KN 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù):R()= + 摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值:=0.91/1.3=0.7 粘聚力設(shè)計(jì)值: 抗力函數(shù):R()=+ 式中:R()=

31、+ 穩(wěn)定性核算:對(duì)于基本組合 =1.1,=1.0,=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 =1.11.06343.24=6977.564 KN /=18145.49/1.2 = 15121.242 KN 經(jīng)計(jì)算可知,該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)層面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2)壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài):(基本組合): 作用效應(yīng)函數(shù):S()=()(1+)抗力函數(shù):= =13066.67kpa =()(1+)= 715.99 kpa所以,經(jīng)過(guò)計(jì)算,壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度滿足要求。(3)正常使用極限狀態(tài)壩體選定截面上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力)計(jì)算公式為: 計(jì)算截面形心到

32、上游面的距離,m 。 、按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。 則:選定截面上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。3.5 應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算公式如下:上游面垂直正應(yīng)力: (316)下游面垂直正應(yīng)力: (317)上游面剪應(yīng)力: (318)下游面剪應(yīng)力: (319)上游面水平正應(yīng)力: (320)下游面水平正應(yīng)力: (321)上游面主應(yīng)力: (322) (323)下游面主應(yīng)力: (324) (325)以上公式(316)到(325)適用于無(wú)揚(yáng)壓力作用的情況,當(dāng)截面上有揚(yáng)壓力作用時(shí),應(yīng)分別采用下列公式: (326) (327) (328) (329) (330) (331) (332) (333) 式中: 壩體計(jì)算截面沿上、下游面的長(zhǎng)度

33、,m ; 上游壩坡； 下游壩坡；、計(jì)算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度(如有淤沙壓力時(shí),應(yīng)計(jì)入在內(nèi))；、計(jì)算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度； 計(jì)算截面上全部垂直力之和(包括壩體自重、水重、淤沙重及計(jì)算的揚(yáng)壓力等),以下向下為正,對(duì)于實(shí)體重力壩,均切取單位寬度壩體為準(zhǔn)(下同)；計(jì)算截面上全部垂直力及水平力對(duì)于計(jì)算截面形心的力矩之和,以使上游面產(chǎn)生壓應(yīng)力者為正。3.5.1 正常蓄水位壩基面的應(yīng)力計(jì)算計(jì)算時(shí): 表示上游水位,m ； 表示下游水位,m ； 表示淤沙高度, m ； 以下符號(hào)表示意義相同。1 不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游

34、面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 2計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 3.5.2 正常蓄水位壩體內(nèi)層面的應(yīng)力計(jì)算1 不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 2計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 3.5.

35、3 校核洪水位時(shí)壩基面的應(yīng)力計(jì)算1不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 2計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 3.5.4 校核洪水位時(shí)壩體內(nèi)層面的應(yīng)力計(jì)算1不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 2計(jì)揚(yáng)壓力時(shí): 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面

36、垂直正應(yīng)力: 上游面剪應(yīng)力: 下游面剪應(yīng)力: 上游面水平正應(yīng)力: 下游面水平正應(yīng)力: 上游面主應(yīng)力: 下游面主應(yīng)力: 以上計(jì)算結(jié)果均列入計(jì)算表格。見附錄B表3-10至表3-13。經(jīng)計(jì)算,應(yīng)力滿足要求。第四章 溢流壩段設(shè)計(jì)4.1 孔口設(shè)計(jì)1泄水方式的選擇:為使水庫(kù)有較好的超泄能力,采用開敞式孔口。2洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定；本次設(shè)計(jì)的重力壩是一級(jí)建筑物,根據(jù)規(guī)范查山區(qū)、丘陵區(qū)水利工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn),采用500年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1000年一遇的洪水校核。3流量的確定:設(shè)計(jì)情況下,溢流壩的下泄流量為2200 m3/s ；校核情況下,溢流壩的下泄流量為3300 m3/s。4單寬流量的選擇:壩址處基巖比較堅(jiān)硬

37、完整,綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求,單寬流量去50100 m3/s。5孔口凈寬的擬定:分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下溢洪道所需孔口寬度。計(jì)算成果如下:表41 孔口凈寬計(jì)算計(jì)算情況流量Q(m3/s)單寬流量 q(m3/s)孔口凈寬B(m)設(shè)計(jì)情況2200501004422校核情況3300501006633 根據(jù)以上計(jì)算,溢流壩孔口凈寬取36m,假設(shè)每一寬度為9m,則孔數(shù)為4。6溢流壩段總長(zhǎng)度(溢流孔口的總寬度)的確定:根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)擬訂閘墩的厚度為:中墩3m,邊墩3m,則溢流壩段的總長(zhǎng)度B0為: m7堰頂高程的確定:處擬側(cè)收縮系數(shù)=0.95,流量系數(shù)=0.502,因?yàn)檫^(guò)堰水流為自由出流,故=1。由

38、堰流公式:計(jì)算堰上水頭,計(jì)算水位分別減去相應(yīng)的堰上水頭,即為堰頂高程。計(jì)算結(jié)果見下表:表42 堰頂高程計(jì)算表格計(jì)算情況流量(m3/s)側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬(m)堰上水頭(m)堰頂高程(m)設(shè)計(jì)情況22000.950.502369.4171.6校核情況33000.950.5023612.6171.6所以,堰頂高程取171.6m。8閘門高度的確定:計(jì)算如下 門高正常蓄水位-堰頂高程+(0.10.2) = 取8.9定型設(shè)計(jì)水頭的確定:堰上最大水頭校核洪水位-堰頂高程= m所以,定型設(shè)計(jì)水頭() m取=10.5 m .壩面最大負(fù)壓0.3=3.15m,小于混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范最大負(fù)壓不超過(guò)36

39、m水柱。10泄流能力校核:先由水力學(xué)公式計(jì)算側(cè)收縮系數(shù),然后計(jì)算不同作用下的流量系數(shù),根據(jù)已知條件,運(yùn)用堰流公式校核堰的泄流能力,計(jì)算結(jié)果見下表:的取值是根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C表C1查得。的取值是由水力學(xué)公式(8.10) 計(jì)算得到。 (其中 為邊墩形狀系數(shù),取0.1；為閘墩形狀系數(shù),由圖8.14查得；為堰孔數(shù)；為堰頂全水頭；為孔口寬度。表43 孔口的泄流能力校核表設(shè)計(jì)情況369.40.4970.9221004.5% 5%校核情況3612.40.5100.9333000 5% 由計(jì)算結(jié)果知:孔口的泄流能力滿足要求。 4.2 消能防沖設(shè)計(jì)通過(guò)溢流壩頂下泄的水流,具有很大能量,所以要采取有效

40、的消能措施,保護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計(jì)的原則:消能效果好,結(jié)構(gòu)可靠,防止空蝕和磨蝕,以保證壩體和有關(guān)建筑物的安全。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)壩址地形,地址條件,樞紐布置,壩高、下泄流量等綜合考慮。溢流壩常用的消能方式是:挑流消能和底流消能,挑流消能又分連續(xù)式挑流消能和差動(dòng)式挑流消能。連續(xù)式挑流消能:構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,水流平順,射程較遠(yuǎn),一般不易產(chǎn)生空蝕,且其利用溢流壩下游的挑流鼻坎將從壩頂下泄的高速水流拋向空中,使水流擴(kuò)散、摻氣,然后跌入下游河床的水墊中,水流在同空氣摩擦的過(guò)程中可消耗一部分能量于沖坑中,這種方式比較經(jīng)濟(jì)。差動(dòng)式挑流消能:沖坑最深點(diǎn)距壩腳較近,鼻坎上水流流態(tài)復(fù)雜,在高速水流作用下,容易

41、引起空蝕破壞。底流消能:土石方開挖量和混凝土澆筑量一般都較大,與挑流消能比較,底流消能在經(jīng)濟(jì)方面往往不利。故:選用連續(xù)式挑流消能。4.2.1 挑流鼻坎設(shè)計(jì)挑流鼻坎有連續(xù)式鼻坎和差動(dòng)式,本設(shè)計(jì)采用連續(xù)式；按規(guī)范規(guī)定,鼻坎挑射角,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),挑射角一般取,對(duì)于深水河槽之間, 根據(jù)本工程實(shí)際情況,??；鼻壩壩頂高程高出下游最高水位12m,所以鼻坎高程為154+1=155m,反弧半徑R=(410)h, h為校核洪水位閘門全開時(shí)反弧處的水深(常近似取鼻坎上水深)。4.2.2 反弧半徑的確定 鼻坎處水流平均流速按下式計(jì)算: (4-1)堰面流速系數(shù)庫(kù)水位至坎頂?shù)母卟?因?yàn)?,所以鼻壩平均水深為: (4-2)

42、Q校核洪水時(shí)溢流壩下泄流量為m3/s； B鼻坎處水面寬度,m。反弧半徑 取4.2.3 挑距和沖抗的估算連續(xù)式挑流鼻坎的水舌挑距按水舌外緣計(jì)算: 根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范公式: (4-3)式中: L壩下游垂直面到挑流水舌外緣進(jìn)入下游水面后與河床面交點(diǎn)的水平距離,m； 壩頂水面流速,m/s,按鼻坎處平均流速的1.1倍計(jì),即計(jì)算時(shí)(Ho為水庫(kù)水位至壩頂?shù)穆洳?m)； 鼻坎的挑角,(度)； 壩頂垂直方向水深,m , h為坎頂平均水深； 堰面流速系數(shù)； T最大沖坑深度,由河床面至坑底,m； 最大沖坑水墊厚度估算:參見混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范公式。 (4-4) (4-5) 式中: 水墊厚度,自水面到坑底,m； 沖坑深度,m； q單寬流量,； H上、下游水位差,m