水利樞紐工程設(shè)計(jì)

1、b江水利樞紐工程設(shè)計(jì)第一章 工程設(shè)計(jì)基本資料1.1 樞紐概況及工程目的b江是我國南部的一條河流，根據(jù)河流規(guī)劃擬建一座水庫，本設(shè)計(jì)的任務(wù)是進(jìn)行水庫水利樞紐工程設(shè)計(jì)。水庫建成后，控制流域面積33700平方千米，總庫容25.5億立方米。水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量、供b市人生活用水、結(jié)合引水發(fā)電并兼顧防洪要求，盡可能使工程提前受益，盡早建成。根據(jù)水庫規(guī)模及在國名經(jīng)濟(jì)中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為級(jí)建筑物，其他建筑物均按級(jí)建筑物考慮。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1、根據(jù)地質(zhì)、地形條件和樞紐建筑物的作用進(jìn)行壩線、壩型的選擇，樞紐布置方案比較通過初步分

2、析確定。繪制上、下游立視圖。2、進(jìn)行非溢流壩（擋水壩）的剖面設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：擬定擋水壩剖面，穩(wěn)定、應(yīng)力分析等，并繪制剖面設(shè)計(jì)圖。3、進(jìn)行溢流壩的剖面設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：擬定斷面，水力計(jì)算，穩(wěn)定、應(yīng)力分析等，并繪制剖面設(shè)計(jì)圖。4、進(jìn)行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)和地基處理設(shè)計(jì)，包括：混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)、分縫、止水、廓道、排水以及開挖、清理、灌漿、斷層處理等，并繪制有關(guān)設(shè)計(jì)圖。5、設(shè)計(jì)繪圖要求結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、表達(dá)完整清晰，符合gb規(guī)定，體現(xiàn)cad繪圖能力。1.2.2 選作內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)者完成設(shè)計(jì)任務(wù)的具體情況，可選作導(dǎo)墻、廓道、閘墩、工作橋等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括：結(jié)構(gòu)計(jì)算、配筋計(jì)算和繪制設(shè)計(jì)圖紙。根據(jù)設(shè)計(jì)基本資料，確定導(dǎo)

3、流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流時(shí)段，并進(jìn)行導(dǎo)流方案比較。通過論證和計(jì)算，選定施工導(dǎo)流方案。編制控制性的施工總進(jìn)度計(jì)劃，并繪制施工導(dǎo)流程序圖。1.2.3基本要求1、必須發(fā)揮獨(dú)立思考能力，創(chuàng)造性的完成設(shè)計(jì)任務(wù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循技術(shù)規(guī)范，盡量采用國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。2、對待設(shè)計(jì)計(jì)算繪圖等工作，應(yīng)具有嚴(yán)肅認(rèn)真一絲不茍的工作作風(fēng)，以使設(shè)計(jì)成果達(dá)到較高水平。3、必須充分重視和熟悉原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)圓滿完成要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容，成果包括：設(shè)計(jì)說明計(jì)算書一份、設(shè)計(jì)圖紙3張（1#）。1.3 水文分析1.3.1 年徑流b江水量較充沛，壩址處多年平均年徑流量為24.5億立方米，占全流域的53%，年內(nèi)分配很不均勻，

4、主要集中汛期七、八月份。豐水年時(shí)占全年5060%，枯水年占3040%，而且年際變化也很大。1.3.2 洪水多發(fā)生在七月下旬至八月上旬有峰高量大漲落迅速的特點(diǎn)，據(jù)調(diào)查近一百年來由六次大水。其中1883年最大，有洪痕估算洪峰流量約為2440027400 ，實(shí)測的45年資料中最大洪峰流量發(fā)生災(zāi)1962年為18800。洪峰歷時(shí)三天左右，有頻率分析法求得：表1.1 洪水流量指標(biāo)項(xiàng)目千年一遇洪水流量萬年一遇洪水流量千年一遇三天洪量萬年一遇三天洪量指標(biāo)40400 59200 26.1億45.4億表1.2 幾個(gè)重現(xiàn)期所對應(yīng)的洪峰流量值重 現(xiàn) 期（年）102050100洪峰流量（）752011700178002

5、2800三日洪量（億）8.0611.416.019.7表1.3 枯水期洪水過程線（頻率：5%） 時(shí)段：9.1-6.30日 期月、日、時(shí)流 量日 期月、日、時(shí)流 量日 期月、日、時(shí)流 量6.16.2656.17.24906.18.244047248804430672610106420日 期月、日、時(shí)流 量日 期月、日、時(shí)流 量日 期月、日、時(shí)流 量879877284001079107301039012861269012380141231466014360161231661016350181301856018330201372052020310221882249022300242312445024

6、280表1.4 設(shè)計(jì)洪水過程線表 流量：重現(xiàn)期日 期1020501007.25.2871201952215110180300340825437857666311604117012901460141504183019002290171860263037504510203790537076509200235210753010450126007.26.260008150116001400568008830120001520087230114001620019600117220117001780022800147340104001480017800重現(xiàn)期日期1020501901754307700110

7、00132002037805350762091602328604040576069407.27.2210029604220503010205019051670236033604050814402080291035001113001840262031501422701700235028401712501680220026002011001600205025002310501580183021007.28.2100014501700205059501350160018808900115015501850118701100150018001485010451450170017820100014001

8、6701.3.3 泥沙本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375毫米，全年泥沙大部分來自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰內(nèi)且年際變化很大，有計(jì)算得，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1825萬噸，多年平均含沙量7.45公升/立方米。推移質(zhì)缺乏觀測資料。可計(jì)入前者的10%，這樣總?cè)霂焐沉繛?010萬噸。淤砂浮容重為0.9噸/立方米，內(nèi)摩擦角為12度。1.3.4 氣象庫區(qū)年平均氣溫為10左右，一月份最低月平均氣溫為零下6.8，絕對最低氣溫達(dá)零下21.7（1969年），7月份最高月平均氣溫25，絕對最高達(dá)39（1955），多年平均氣溫見表1.5。表1.5 多年平均氣溫表月份123456789101112氣溫

9、-6.8-3.43.5512.1119.1422.8625.1124.016.6710.202.85-4.4水溫10.417.121.424.623.618.511.63.4本流域無霜期較短（90-180）天，冰凍期較長（120-20天），壩址附近的河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70-100天，冰厚0.4-0.6米，岸邊可達(dá)1米，流域內(nèi)冬季盛行偏北風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)七、八級(jí)有時(shí)更大些，春秋兩季風(fēng)向變化較大，夏季常為東南風(fēng)，多年平均最大風(fēng)速為21.5 ，水庫吹程。流域內(nèi)多年平均降雨量約為400-700毫米，多年平均降水天數(shù)及降水量見下表1.6。表1.6 多年平均降水天數(shù)及降水量表月 份

10、123456789101112降水天數(shù)月平均1.72.53.64.66.711.015.512.67.147.32.61.1最多天數(shù)599811172120141154最少天數(shù)000111451000降水量毫米月平均1.45.68.225.739.089.1277.3215.268.830.19.22.0最大4.833.524.274.291.3217.8548.5462.8181.976.1134.611.4最小0000.912.520.0101.194.21.70001.4 工程地質(zhì)1.4.1 庫區(qū)地址b江水利樞紐屬于中高山區(qū)，河谷大都為峽谷地形，岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)且不對稱，區(qū)域內(nèi)無嚴(yán)重

11、的坍岸及滲陋問題。1.4.2 壩址地址(1)地貌壩址位于y村南300米處，為低谷丘陵地區(qū)，兩岸相對高差不大，河谷開闊，寬約600米上下游兩千米范圍內(nèi)，河道順直主河槽位于右岸，河床高程137米左右。枯水期河床寬約100米，由于受河流側(cè)向侵蝕兩岸地形不對稱。右岸坡度較陡約60左右，左岸較緩約20度，河床中除漫灘外，左岸還有三級(jí)階地發(fā)育，一、二級(jí)階地高程自140米160米。三級(jí)階地與緩坡相接直達(dá)山頂。覆蓋層厚度為712米的沙礫卵石沖擊層。(2)巖性壩區(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四季松散堆積物，以及不同時(shí)期的侵入巖脈，壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖以其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好

12、，但第一、六曾因受地形限制建壩工程很大。第四大巖層（ar i 4）為角閃斜長片麻巖。具粗粒至中間細(xì)粒纖狀花崗巖變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本層巖體呈厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性堅(jiān)硬、抗風(fēng)化力強(qiáng)、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185米左右。1.4.3 構(gòu)造壩址處雖然斷層、裂隙較多，但大部分規(guī)模較小對工程影響不大，其中f2、f5、f11、f26、f27、f28斷層對壩體有一定影響，以上各斷層的特性由表1.7所示1.4.4 水文地質(zhì)壩基的透水性總的看來不大，但不均一，主要決定斷裂發(fā)育程度和性質(zhì)，在平面上，一級(jí)階地基巖透水性大于其它地貌單元。從垂向上看河內(nèi)單位溪水量小于0.01公升/分的頂板在83

13、105米高程其間之透水層厚度為4050米，若除開挖部分厚度將更薄一些，兩岸透水層應(yīng)以天然地下水位為下限，一般都大于50米。表 1.7 地質(zhì)構(gòu)造特性表編號(hào)走向傾向及傾角寬度（米）性質(zhì)對建筑物的影響f2北東85西北275南70802.512.5壓扭長約200米一段靠近上游壩鍾。對基礎(chǔ)巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響。f5北東20度南東30度18.0張扭位于溢流壩段子上有向下游斜貫23隔壩段降低巖層力學(xué)強(qiáng)度。影響完整性和均一性。f11北東10度南東75度1.52.5張扭f11與f26兩斷層相距近而交匯，位于溢流壩處斜貫兩個(gè)壩段且交匯帶靠近下游側(cè)，對基礎(chǔ)力學(xué)強(qiáng)度影響較大。f26北東16度南東75度0

14、.31.2張扭f27北西320度北東80度0.30.6張扭f27與f28兩斷層相距也較之間有一號(hào)巖脈并欲壩體成53度夾角相交，斜穿56個(gè)壩段，對壩體有影響地段 達(dá)20米。f28北西320度北東75度1.3張扭1.4.5 巖石物理力學(xué)性質(zhì)巖石容重為2.682.70 ，飽和抗壓強(qiáng)度，弱風(fēng)化和微風(fēng)化巖石均在650 以上，有的可達(dá)1100 ，混凝土與巖石的默察系數(shù)微風(fēng)化及弱風(fēng)化下部，可取、。1.4.6 地震庫區(qū)附近歷史地震活動(dòng)較為頻繁，近年來微繁。弱震仍不斷發(fā)生，其中1936年和1976年兩次發(fā)生6度左右地震，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞

15、紐的重要性，河水激發(fā)地震的可能性，攔河壩設(shè)防烈度采用8度。1.5 其他資料1.5.1 當(dāng)?shù)亟ㄖ牧蠅沃犯浇饕笆蠄鲇?處，儲(chǔ)量足以建壩，閣僚長的物理性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，基本滿足技術(shù)要求，可作大壩混凝土骨料使用。且無大量的粘性土及沙壤土料，可供圍堰防滲材料之用。1.5.2 交通條件對外交通在右岸，公路，鐵路均距壩址較近略加修改或擴(kuò)建即可直接通壩址，壩頂無重要交通要求。1.5.3 水庫水位于庫容關(guān)系曲線及淤積年限水庫水位于庫容關(guān)系曲線及淤積年限見表1.8、表1.9。表1.8 水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限表水庫水位（）天然庫容（億）三角洲法萬氏法淤積年限十年二十年五十年五十年136.0150.0

16、160.0170.0180.0190.0200.0210.0220.0230.000.311.032.364.467.4011.2516.0922.0029.1900.210.872.134.167.0110.6316.0620.5027.6500.100.651.863.8560539.8314.0119.2026.28000.191.032.715.007.7611.0715.4022.1000000.041.234.238.9414.8322.02壩前淤積高程（）141.2144.0153.8177.5表1.9 水庫位庫容關(guān)系表水位（）庫容（億）水位（米）庫容（億）水位（）庫容（億）13

17、6.0139.0141.0143.0145.0147.0148.0150.0152.0154.0156.0158.0160.0162.000.010.030.070.110.190.220.310.420.550.700.851.031.20164.0166.0168.0170.0172.0174.0176.0178.0180.0182.0184.0186.0188.0190.01.501.482.102.362.753.203.604.004.465.005.656.206.697.40192.0194.0195.0200.0210.0220.08.108.909.2011.2516.092

18、2.001.5.4 效益水庫建成與下游水庫聯(lián)合運(yùn)用，承擔(dān)多年調(diào)節(jié)作用，在保證率p=75%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量20.05億立方米，計(jì)劃年補(bǔ)給工業(yè)及城市生活用水7億立方米，并可灌溉農(nóng)田100余萬畝，達(dá)到遇旱有水。電站裝機(jī)3臺(tái)，總?cè)萘?8萬千瓦，平均年發(fā)電量3.45億度。1.5.5 淹沒損失庫區(qū)需遷移人口20700人，淹沒土地33400畝，房屋9100間，公路5千米。注：移民遷建標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)審查決定距壩線約40千米以下庫區(qū)段按正常高水位加風(fēng)浪浸沒安全2米定淹沒線，以上按計(jì)入淤積后以1962年洪水（相當(dāng)于50年一遇）的回水線作為移民線，以五年一遇洪水的回水線作為土地征用線。1.5.6 降雨等自然條件統(tǒng)計(jì)本工

19、程由水電部某工程局施工，機(jī)械化程度較高。施工作業(yè)天數(shù)，根據(jù)本地區(qū)氣溫及降雨等自然條件統(tǒng)計(jì)如表1.10。1.5.7 按施工組織設(shè)計(jì)得知，工程總工期為8年。1.5.8 其他施工期下游無供水要求，無須考慮通航，過木問題。表1.10 全年有效施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)季度月項(xiàng)目合計(jì)123456789101112混凝土澆筑81119272724202125262815251圖料填筑0013252420131723252710197其他工程202224272724202126262825289表1.11 水庫規(guī)劃及建筑特性指標(biāo)項(xiàng)目單位指標(biāo)備注水位校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位正常蓄水位汛期限制水位死水位（發(fā)電）校核洪水尾水位設(shè)計(jì)

20、洪水尾水位正常尾水位米米米米米米米米227.2224.7224.7216.0180.0156.8152.0138.4p=0.01%p=0.1%庫容總庫容調(diào)洪庫容興利庫容共用庫容死庫容億立米億立米億立米億立米億立米25.57.419.55.64.2計(jì)入十年淤積計(jì)入十年淤積壩型壩頂長度溢流壩孔數(shù)溢流堰頂高程每孔凈寬工作閘門尺寸啟閉機(jī)（270噸）設(shè)計(jì)洪水下泄流量校核洪水下泄流量米孔米米米米臺(tái)混凝土重力壩1024.019210.015.01515193230042900閘墩的中墩厚度為3米（橫縫設(shè)在閘墩中間）弧形鋼閘門固定式卷揚(yáng)機(jī)限泄275003泄水孔進(jìn)口底高程低孔數(shù)目工作閘門尺寸（寬高）啟閉機(jī)設(shè)計(jì)水

21、位泄水能力校核水位泄水能力米孔米米臺(tái)160.0457443404430弧形鋼閘門電站引水管道引水管道進(jìn)口底高管線長度管徑最大引水流量工作閘門工作閘門啟閉機(jī)平板檢修門檢修門啟閉機(jī)米米米長米寬臺(tái)米米臺(tái)170.0121.05.0104357358.51三條引水管每條引水道平板鋼閘門24070噸液壓式共用一閃40025噸門機(jī)電站主廠房尺寸（長寬高）機(jī)組間距水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量水輪機(jī)型號(hào)額定出力發(fā)電機(jī)型號(hào)額定出力主要壓器型號(hào)輸電線電壓米米米米臺(tái)萬瓦h(yuǎn)l702-萬瓦ts-750萬瓦sspl-80000千伏7219.139.0016336=18lj-3306.18190-366.0220220共3臺(tái)如遇千年

22、一遇洪水，水庫最大泄量與區(qū)間同頻率洪水相遇將超過下游水庫的千年一遇設(shè)計(jì)洪水。為此需要控制下泄流量而不超過27500以符合下游水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第二章 壩軸線、壩型選擇和樞紐布置方案2.1壩軸線選擇根據(jù)壩址的地質(zhì)、地形條件，通過定性分析確定壩軸線位置，主要考慮如下地質(zhì)條件：（一）壩基全部坐落在第四大巖層上。因?yàn)閴螀^(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四紀(jì)松散堆積物，以及不同時(shí)期的侵入巖脈，壩區(qū)內(nèi)片麻巖依巖性不同可以分為六層，其中，一、四、六巖性較好。但一、六層巖層因受地形限制建壩工程量很大。第四大巖層（ar40）為角閃斜長片麻巖。具粗粒至中間細(xì)粒纖狀花崗巖變晶結(jié)構(gòu)。主要礦物為斜長石，石英及角閃石。

23、本層巖體呈厚層塊狀，質(zhì)地均一，巖石堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，工程地址條件較好?？偤穸葹?85m左右。所以選擇壩基全部坐落在第四大巖層上。（二）左岸與第三大巖層保持一定距離。因?yàn)榈谌髱r層巖性較差，為避開對工程的不利影響，選擇左岸與第三大巖層保持一定距離。（三）河床部位使上游壩踵避開f2斷層。f2寬度為2.512.5m，巖性為壓扭。對基巖石力學(xué)強(qiáng)度及壩基完整均一性有影響。故選擇避開f2斷層。右岸離開陡岸的局部不穩(wěn)定巖體。2.2 壩型選擇壩址地形地址條件：河谷斷面比較寬淺，兩岸相對高差不大，兩岸地形不對稱。壩址區(qū)域?yàn)榻情W斜長片麻巖。巖性堅(jiān)硬完整性較好覆蓋層及風(fēng)化層較薄。建筑材料：壩址附近砂石料豐富，主要

24、沙石料廠有7處，儲(chǔ)量足以建壩。并且各料場的物理性質(zhì)，試驗(yàn)指標(biāo)，基本滿足技術(shù)要求，但缺乏土料。宣泄洪水能力：本樞紐要求泄洪能力較大。水庫基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性和水庫激發(fā)地震的可能性，攔河壩設(shè)防烈度為8度。根據(jù)以上情況進(jìn)行綜合分析如下：2.2.1 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，節(jié)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

25、，施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，壩體的斷面大，土料填筑的質(zhì)量易受氣候的影響。且此壩址附近沒有適合的地形開挖溢洪道，若開挖溢洪道，則需要開挖工程量較大，并且當(dāng)?shù)赝亮媳容^缺乏。故該方案不可取。2.2.2 拱壩拱壩須是固接于基巖的空間殼體結(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)既有拱的作用又有梁作用。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，拱壩對地形的要求是左右兩岸對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。該壩址處河谷斷面寬淺，不是v字型，兩岸不對稱，沒有適宜的地形條件。本設(shè)計(jì)的兩岸地形不適合建

26、拱壩。2.2.3 重力壩1、重力壩主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時(shí)依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來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)爭破壞的能力都比較強(qiáng)。 對地形、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

27、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單，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；壩體應(yīng)力較低，材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；壩基與地基的接觸面積大，相應(yīng)的壩體揚(yáng)壓力大，對穩(wěn)定不利；壩體體積大，由于施工期混凝土的水化熱和硬化收縮，將產(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，因此，在澆筑混凝土?xí)r，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。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，故選用重力壩作為設(shè)計(jì)壩型。重力壩的形式比較多，主要可分為實(shí)體重力壩、碾壓混凝土重力壩、寬縫重

28、力壩等。下面介紹這幾種壩型：（一）實(shí)體重力壩的主要優(yōu)點(diǎn)就是，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，施工比較方便，并且有豐富的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，施工過程中質(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。（二）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；節(jié)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。（三）碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：工藝程序簡單，可快速施工，縮短工期，提前

29、發(fā)揮工程效益；膠凝材料用量少；由于水泥用量減少，結(jié)合薄層大倉面澆筑，壩體內(nèi)部混凝土的水化熱溫升可大大降低，從而簡化了溫控措施；不設(shè)縱縫，節(jié)省了模板和接縫灌漿等費(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；降低工程造價(jià)。最后結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容，結(jié)合工程中有豐富的砂石料場，地質(zhì)條件不是很復(fù)雜，故確定選擇實(shí)體混凝土重力壩方案。2.3 樞紐布置方案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5

30、2個(gè)壩段組成，其中非溢流壩段從右岸至左岸依次為：1號(hào)號(hào)16壩段為右岸擋水壩段，19號(hào)37號(hào)壩段為溢流壩段，42號(hào)52號(hào)壩段為左岸擋水壩段。該壩的壩基最低高程為125m,壩頂高程為231m，最大壩高為107m，壩體總長為1024m。樞紐工程布置見附錄上、下游立視圖。2.3.1 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。考慮將其設(shè)置在主河床段，約343米，分為19個(gè)壩段，每個(gè)壩段長15m，溢流堰頂高程為210m，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=15m15m，采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。公路

31、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2m，橫縫設(shè)在閘墩上，溢流堰面采用wes曲線，過堰水流采用連續(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。2.3.2 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324米，共16個(gè)壩

32、段，1號(hào)壩段長24米，2號(hào)16號(hào)壩段個(gè)長20米；非溢流壩段右段約為225米，共11個(gè)壩段，52號(hào)壩段長25米，42號(hào)51號(hào)個(gè)長20米。壩頂寬度為9m，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1.1m欄桿和燈柱。壩的其他尺寸為：上游坡度為1：0.2，下游坡度為1：0.8，折坡點(diǎn)高程為188.28m。2.3.3 發(fā)電廠房的布置左岸較右岸緩，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，廠房壩段總廠72米。第三章 非溢流壩設(shè)計(jì)壩體剖面設(shè)計(jì)包括擋水壩最大壩高的設(shè)計(jì)以及溢流壩最大壩高段的設(shè)計(jì)。3.1壩頂高程的確定壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高

33、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)sl319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范,由式（3.1）計(jì)算，且應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。 式（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，即壅高（m）；安全超高，按表3.1采用。表3.1 安全加高相應(yīng)水位壩的安全級(jí)別正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3由于水庫位于丘陵、地區(qū)，宜按鶴地水庫公式計(jì)算（適用于庫水較深、26.5m/s及d7.5km）： 式（3.2） 式（3.3）式中： 計(jì)算風(fēng)速（m/s）； 風(fēng)區(qū)長度m，也稱為吹程，； 平均波長

34、，m。 式（3.4）由sl319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中表b.6.3-1可得：累積頻率為的波高 與平均波高的關(guān)系為，累計(jì)頻率為的波高與平均波高的關(guān)系為，則累積頻率為的波高和累計(jì)頻率為的波高的關(guān)系為。本工程為一等工程，主壩為1級(jí)建筑物，故壩頂高程的計(jì)算結(jié)果見下表：表3.2 壩頂高程計(jì)算表設(shè)計(jì)洪水工況校核洪水工況上游水位(m)224.7227.2計(jì)算風(fēng)速(m/s)3321.5庫前水深(m)99.70102.20p=2%的波高(m)3.731.96波長(m)22.2814.51p=1的波高(m)4.062.129壅高(m)2.320.99安全超高(m)0.70.5壩頂設(shè)計(jì)高程(m)231.7

35、8230.82以上兩個(gè)壩頂設(shè)計(jì)高程兩者比較取大值，則壩頂高程231.78m?？紤]安全和施工方便等因素取壩頂高程232m。3.2 壩底高程的確定考慮壩基面地質(zhì)情況，結(jié)合sl319-2005重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范，壩基最底點(diǎn)高程為125m。3.3 壩頂寬度擬定最大壩高為107m，壩頂寬度為壩高的810%,即107（810%）8.5610.7m。在本設(shè)計(jì)中取9m。3.4 壩坡的擬定根據(jù)sl319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)體重力壩上游壩坡宜采用1:01:0.2，本設(shè)計(jì)中取1:0.2；下游壩坡為1:0.61:0.8,本設(shè)計(jì)中取1:0.8。3.5 上下游起坡點(diǎn)位置確定上游起坡點(diǎn)的位置在壩高的1/32/3附近

36、，107（1/32/3）35.6771.33m。由此計(jì)算起坡點(diǎn)高程為125+（35.6771.33）160.67196.33m，第四章 荷載計(jì)算4.1 荷載組合荷載是重力壩設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。荷載作用隨時(shí)間的變異分為三類：永久作用、可變作用、偶然作用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇正確的荷載標(biāo)準(zhǔn)值、分項(xiàng)系數(shù)有關(guān)參數(shù)和計(jì)算方法。設(shè)計(jì)情況、校核情況分別計(jì)算荷載作用的標(biāo)準(zhǔn)值（設(shè)計(jì)值=標(biāo)準(zhǔn)值分項(xiàng)系數(shù)）。以下為荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法。重力壩的主要荷載由：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、冰壓力、地震荷載等，取1m壩長進(jìn)行計(jì)算。表4.1 荷載作用分項(xiàng)系數(shù)序號(hào)作用類別分項(xiàng)系數(shù)序號(hào)作用類別分項(xiàng)系數(shù)1自重（永久作用）1.

37、05浪壓力（可變作用）1.22水壓力(可變作用)(1)靜水壓力1.06冰壓力（可變作用）1.17土壓力（永久作用）1.2(2)動(dòng)水壓力1.13揚(yáng)揚(yáng)壓力(可變作用)(1)滲透壓力1.28未規(guī)定的永久作用對結(jié)構(gòu)不利1.05未規(guī)定的永久作用對結(jié)構(gòu)有利0.95（2）浮托力1.04淤沙壓力（永久作用）1.29未規(guī)定的不可控制可變作用1.2未規(guī)定的可控制可變作用1.1表4.2 荷載組合可以分為基本組合和偶然組合荷載 組合主要考慮情況荷 載附 注自重靜水壓力揚(yáng)壓力於沙壓力浪壓力冰壓力地震荷載動(dòng)水壓力土壓力其它荷載基本 組合（1）正常蓄水位情況土壓力根據(jù)壩體外是否填有土石而定（下同）（2）設(shè)計(jì)洪水位情況（3）

38、冰凍情況靜水壓力及揚(yáng)壓力按相應(yīng)冬季庫水位計(jì)算特殊 組合（1）校核洪水情況（2）地震情況靜水壓力、揚(yáng)壓力和浪壓力按正常蓄水位計(jì)算，有論證時(shí)可另作規(guī)定注：1: 應(yīng)根據(jù)各種荷載同時(shí)作用的實(shí)際可能性，選擇計(jì)算中最不利的荷載組合；2: 分期施工的壩應(yīng)按相應(yīng)的荷載組合分期進(jìn)行計(jì)算；3: 施工期的情況應(yīng)作必要的核算，作為特殊組合；4: 根據(jù)地質(zhì)和其它條件，如考慮運(yùn)用時(shí)排水設(shè)備易于堵塞，須經(jīng)常維修時(shí)，應(yīng)考慮排水失效的情況，作為特殊組合；5：地震情況，如按冬季計(jì)及冰壓力，則不計(jì)浪壓力。4.2荷載計(jì)算方法4.2.1自重w壩體自重w(kn)的計(jì)算公式： 式（4.1） 式中： 壩體體積，,由于取1m壩長，可以用面積代

39、替，通常把它分成如圖4.1所示的若干簡單的幾何圖形分別計(jì)算；壩體混凝土的重度，取24.0 4.2.2 靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力和垂直水壓力兩種。如圖（4.1），計(jì)算公式為： 式（4.2）式中：計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭，m。水的重度，常取9.81計(jì)算公式為： 式（4.3）式中:作用于壩體上水的體積，,由于取1m壩長進(jìn)行計(jì)算，故可以用斷面面積代替。4.2.3 揚(yáng)壓力圖4.1 荷載計(jì)算簡圖揚(yáng)壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上下游水位差h產(chǎn)生在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由上下游水面淹沒計(jì)算截面產(chǎn)生向上的水壓力。揚(yáng)壓力的分布與壩體結(jié)構(gòu)、上下游

40、水位、防滲排水等有關(guān)。下面計(jì)算壩基面上的揚(yáng)壓力。壩踵處揚(yáng)壓力強(qiáng)度為,壩址處揚(yáng)壓力為，排水孔幕處滲透壓力為為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，河床壩段0.20.3，岸坡壩段0.30.35。本設(shè)計(jì)中在荷載計(jì)算時(shí)根據(jù)規(guī)范取0.25，揚(yáng)壓力的大小等于揚(yáng)壓力分布圖的面積。4.2.4 泥沙壓力一般計(jì)算年限為50100年，水平泥沙壓力為： 式（4.4）式中： 泥沙的浮重度，kn/；壩前淤積厚度，m；淤沙的內(nèi)摩擦角，（）。豎直泥沙壓力為： 式（4.5）式中為作用面上淤沙體積，可用斷面面積代替。在本計(jì)算中0.9噸/立方米0.99.818.829根據(jù)三角洲法計(jì)算壩前淤積高程為153.8m,萬氏年法高程為177.5m,在本設(shè)計(jì)中取1

41、60m,則=35m。12豎直方向的泥沙壓力按作用面上的淤沙重量（按淤沙的浮重度）計(jì)算。4.2.5 浪壓力因?yàn)?，為深水波。其浪壓力分布如圖4-2所示：圖4.2 浪壓力計(jì)算簡圖則浪壓力為： 式（4.6）式中：為單位長度迎水面上的浪壓力標(biāo)準(zhǔn)值，；為水的重度，；為平均波長，m；為累計(jì)頻率為1%的波高，m；為壅高，m。4.2.6 地震荷載地震荷載包括地震慣性力、地震動(dòng)水壓力、地震動(dòng)土壓力等。（1）地震慣性力地震慣性力分為水平地震慣性力和豎直地震慣性力。水平地震慣性力采用擬靜力法計(jì)算。沿建筑物高度作用于質(zhì)點(diǎn)i的水平地震慣性力按照下式計(jì)算： 式（4.7）式中：作用在質(zhì)點(diǎn)的水平向地震慣性力代表值，kn；地震作

42、用的效應(yīng)折減系數(shù)，除另有規(guī)定外，取0.25；集中在質(zhì)點(diǎn)的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值，kn；-重力加速度，取9.81m/；水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值，可由表4-3確定； 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，對于重力壩按照下式計(jì)算: 式（4.8）式中：為壩體計(jì)算質(zhì)點(diǎn)總數(shù)；分別為質(zhì)點(diǎn)的高度，m壩高，溢流壩的應(yīng)算至閘墩頂，m；為集中在質(zhì)點(diǎn)的重力作用標(biāo)準(zhǔn)值，kn；為產(chǎn)生地震慣性力的建筑物總重力作用的標(biāo)準(zhǔn)值，kn。 表4-3 水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值設(shè)計(jì)烈度7890.1g0.2g0.4g當(dāng)需要計(jì)算豎向地震慣性力時(shí)，仍可用式（4.7），但應(yīng)以豎向地震系數(shù)代替。據(jù)統(tǒng)計(jì)，豎向地震加速度的最大值約為水平地震加速度最大值的2/3，即。當(dāng)同時(shí)

43、計(jì)入水平和豎向地震慣性力時(shí)，豎向地震慣性力還應(yīng)乘以遇合系數(shù)0.5。（2）地震動(dòng)水壓力采用擬靜力法計(jì)算重力壩地震作用效應(yīng)時(shí)，水深處的地震動(dòng)水壓強(qiáng)代表值按下式計(jì)算： 式（4.9）式中：為水深處的地震動(dòng)水壓力代表值，kpa；為水深處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)，按表4-4選用；為水體質(zhì)量密度標(biāo)準(zhǔn)值，kn/m3；為壩前水深，m；其他符號(hào)的意義同式（4.7）。表4-4 水深處的地震動(dòng)水壓力分布系數(shù)00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.430.580.680.740.760.760.750.710.680.67單位寬度上的總地震動(dòng)水壓力為 作用點(diǎn)位于水面以下處。4.3 荷載計(jì)

44、算成果4.3.1 荷載計(jì)算成果（見附表1、附表2）4.3.2 地震荷載計(jì)算結(jié)果（見附表3、附表4）第五章 應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力分析的目的是為了檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)用期是否滿足強(qiáng)度要求。應(yīng)力分析的過程是：首先進(jìn)行荷載計(jì)算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，最后檢驗(yàn)壩體各部位的應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。應(yīng)力分析方法有模型實(shí)驗(yàn)法、材料力學(xué)法、彈性理論的解析法、彈性理論的分差法、彈性理論的有限元法。該設(shè)計(jì)采用材料力學(xué)法。材料力學(xué)法的基本假定：（1）壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；（2）視壩段為固結(jié)于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力；（3）假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。5.1 邊緣應(yīng)力計(jì)算在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。計(jì)算圖形及應(yīng)力與荷載的正方向見圖5.1。圖5.1 壩體應(yīng)力計(jì)算圖（1）水平截面上的正應(yīng)力上游邊緣應(yīng)力： 式（5.1）下游邊緣應(yīng)力： 式（5.2）式中：為作用于計(jì)算荷載截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kn；為作用于計(jì)算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩綜合，knm；為計(jì)算截面的長度，m。