重力壩設(shè)計與施工4

1、TL水庫樞紐設(shè)計說明書 第一章 基本資料1.1 工程概況及工程目的 TL水庫位于QL河上，控制流域面積5 060km2，占全流域的80%。QL河水量充沛，但年內(nèi)及年際的水量分配極不均勻，必須興建大型的控制工程進行調(diào)節(jié)，豐富的水資源方可得到充分地利用。水庫主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活提供水量，結(jié)合引水發(fā)電、水面養(yǎng)殖、洪水錯峰等，可以綜合利用。供水原則是：在滿足城市生活、工業(yè)用水的同時，對農(nóng)業(yè)也給予一定的重視，特別是移民遷建灌區(qū)用水應(yīng)優(yōu)先保證。 樞紐工程在三個壩址選擇了二條壩線，二種壩型。I83壩線采用混凝土重力壩。“紅層”壩線采用當(dāng)?shù)夭牧蠅?。樞紐建筑物包括主壩、泄水設(shè)施及電站等。樞紐工

2、程的推薦方案為I83壩線混凝土壩方案(見壩址位置圖1)。根據(jù)本工程的規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，按設(shè)計規(guī)范規(guī)定，水庫樞紐工程屬大(一)型。主要建筑物按一級設(shè)計，輔助建筑物按三級設(shè)計，臨時建筑物按四級設(shè)計。1.2 基本資料1.2.1氣象 全流域?qū)儆诩撅L(fēng)大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均降水量約700mm，且多集中在夏季七、八兩月。 流域多年平均氣溫為10左右，日溫度變化較大。離壩址較近的氣象站實測最高氣溫39。全年無霜期約180d，結(jié)冰期約120d，河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，冰厚為0.40.6m，岸邊可達1m。多年平均最大風(fēng)速為23.7m/s，水庫吹程為3km。圖 1 壩

3、址位置圖 1.2.2水文分析 (1) 年徑流：QL河流域水量豐沛，年徑流主要由年降雨產(chǎn)生。年徑流在地區(qū)與時間上的分布與年降水基本一致。徑流在年際間變化懸殊。根據(jù)實測資料，19561982年的27年中，豐水年1977年來水量達21.34×108m3，枯水年1981年僅1.667×108m3，相差19.37×108m3，約合12.8倍，且豐、枯水年常連續(xù)發(fā)生。壩址處多年平均年徑流量為9.6×108m3。 (2) 洪水：洪水一般由暴雨形成。本地區(qū)暴雨歷時短、強度大、地面坡度陡，洪峰陡漲陡落。一次洪水歷時一般為35d。洪水具有峰高量大的特點。本流域洪水多發(fā)生在七

4、、八兩月，出現(xiàn)在七月的占34%，出現(xiàn)在八月的占66%。多年平均69月洪量占年徑流量的70%左右，三天洪量占六天洪量的70%以上，大水年尤為集中。如1962年最大六天洪量占年徑流量的比例達70%。由頻率分析法求得不同頻率的洪水結(jié)果，見表1。表1-1 洪水計算成果表項 目洪峰流量/(m3.s-1)洪量/108m31d3d6d30d特征值均 值2 0001.402.202.805.37CV1.351.351.351.251.00CS/CV2.502.502.502.502.50頻率(%)0.0132 04022.4335.2439.9655.400.0229 60020.7532.6536.9051

5、.500.122 48015.7424.7328.3440.500.219 68013.7821.6524.9236.200.516 00011.2317.6020.4130.40113 2809.3014.5017.1426.10210 6807.4811.7513.9221.7057 3605.158.109.8016.20105 0003.505.506.8312.10202 9202.043.214.178.18 (3) 泥沙。流域植被較好，泥沙來源在地區(qū)上分布和洪水在地區(qū)上的分布是一致的。泥沙在年內(nèi)分配比徑流更集中。汛期輸沙量約占年輸沙量的95%，而汛期沙量又都集中在幾次大洪水中。年

6、際之間沙量變化懸殊。由統(tǒng)計分析得知，壩址處多年平均輸沙量為386×104t，多年平均侵蝕模數(shù)為762t/km2，多年平均含沙量為4.0kg/m3。從泥沙的組成情況來看，泥沙顆粒較粗，中值粒徑為0.075mm，淤沙浮重度為9kN/m3，內(nèi)摩擦角為1.2°。1.2.3 工程地質(zhì)(1) 區(qū)域地質(zhì) 該水庫庫區(qū)屬中高山區(qū)，構(gòu)造剝蝕地形。QL河在本區(qū)內(nèi)河曲發(fā)育，側(cè)蝕能力較強，沿河形成不對稱河谷，由于構(gòu)造運動影響，河流不斷下切，于堆積岸形成階地，侵蝕岸形成陡岸。組成本區(qū)地層計有：太古界、下元古界、震旦系、侏羅系及火成巖侵入體和第四紀(jì)等，其中分布最廣的為震旦系地層。以太古界、震旦系、侏羅系

7、三者與工程關(guān)系密切，為庫區(qū)的主要巖層。(2) 地質(zhì)構(gòu)造與地震 本地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，全區(qū)地震頻繁，特別是壩址區(qū)南段尤為突出。庫區(qū)及其周邊控制性的斷層有兩條大斷裂。第一條在壩址下游小暖泉村穿過QL河，沿線有泉群出現(xiàn)。從控制泉群、控制地貌及巖相作用分析，列為活動性斷裂較合適。第二條向北東方向延伸，在距TL水庫庫區(qū)67km處尖滅。屬第四紀(jì)以來活動性較強的斷裂，沿該斷層時有地震發(fā)生。這二條活動性斷裂在三壩址以西5km處匯而不交。按斷層交匯部分易發(fā)震的原則，這種匯而不交是值得注意的。近期壩址地區(qū)未發(fā)生大于4級以上地震，鄰區(qū)地震活動有一定影響。1983年8月經(jīng)省級地震局鑒定確定，一、二壩址位于北區(qū)，屬相對穩(wěn)

8、定區(qū)，基本烈度為6度，三壩址位于區(qū)，基本烈度為7度。鄰區(qū)強震的影響，烈度可高達67度。(3) 庫區(qū)工程地質(zhì)條件 庫區(qū)左岸非可溶性巖層廣泛分布，其中主要由云母千枚巖、石英砂巖、砂質(zhì)頁巖等組成，其透水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內(nèi)外的大斷層。因此，在非可溶性巖層分布區(qū)，沒有向庫外滲漏的可能性。庫區(qū)可溶性巖層分布不至于影響水庫蓄水，即水庫蓄水以后，向鄰谷沙河滲漏的可能性不大。經(jīng)過對庫內(nèi)斷層，灰?guī)r地區(qū)的勘探分析，水庫向外流域及下游漏水的可能性很小。 庫區(qū)內(nèi)巖層抗壓強度較高，抗風(fēng)化能力較強，未發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生塌滑的巖體，庫岸基本上是穩(wěn)定的。庫區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有開采價值的礦藏，不存在對庫周邊產(chǎn)生的浸沒問題。(4) 壩址

9、壩線工程地質(zhì)條件 壩址內(nèi)出露的斷裂構(gòu)造如F103、F105、F108、F112、F114、F117、F122等大小斷層共十余條，斷層走向以北西為主，北東者少，多為高角度正斷或平移正斷層。(i) F103斷層，產(chǎn)狀走向近EW，傾向N，傾角4050°，逆斷層。大紅峪組第三段礫巖被切割。下盤有牽引褶曲，破碎帶寬約1020m。出露于I83壩線右岸上游約150200m，寬約1020m。(ii) F105斷層，產(chǎn)狀走向NW310°，傾角80°90°，為平移斷層。水平斷距400m，兩側(cè)巖石破碎嚴(yán)重、無膠結(jié)現(xiàn)象，出露于I83壩線右岸壩頭附近。(iii) F108斷層，產(chǎn)

10、狀走向NW345°，傾向NE，傾角56°，逆斷層。由大紅峪組第一段薄層板巖、石英砂巖逆于大紅峪組第二段中厚石英砂巖之上。破碎帶寬約6.0m、未見膠結(jié)現(xiàn)象。其中夾有30cm厚的斷層泥。斷層兩盤巖石影響帶寬10.4m。在上盤薄層板巖夾石英砂巖中有牽引褶曲。巖層有直立或倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，具有強烈擠壓特征。(iv) 根據(jù)壩址兩岸構(gòu)造，地層巖性出露分析，推測河床中可能有順河斷層通過。原因是兩岸出露的斷裂構(gòu)造均未過河，如F103斷層走向近東西，規(guī)模較大，左岸無跡象；且地層出露兩岸高程有明顯差異。I83壩線主要工程地質(zhì)條件見表2。表1-2 I83壩線主要工程地質(zhì)條件地形地貌構(gòu)造剝蝕中低山地形，不

11、對稱“U”型峽谷，右岸較陡，左岸坡緩，階地不發(fā)育。壩線長480m。覆蓋層河床57m砂石層，左岸山麓堆積31.0m。地層巖性震旦系大紅峪組第一、二段，為中厚層石英砂巖與板巖互層。巖層產(chǎn)狀層面傾向上游。軟弱夾層據(jù)平洞、豎井資料，右岸有軟弱夾層13條，系順層夾泥。左岸順層夾泥6條，切層泥3條。建議磨擦系數(shù)f0.20.24。風(fēng)化情況弱風(fēng)化下限、河床1028m深(高程：左邊75m，右邊55m)。左岸弱風(fēng)化下限為115105m高程，右岸為120908m高程。地質(zhì)構(gòu)造右岸小斷層67條：左岸F122斷層一條。構(gòu)造簡單，基本地震烈度為6度。巖層透水層壩基下部80100m深的范圍內(nèi)W值均大于0.02l/m.min

12、，均需灌漿處理。巖 溶I83壩線上游2km處，馬圈子電站附近見溶洞。穩(wěn)定性右壩肩上、下游存在I、II號不穩(wěn)定巖體。巖石力學(xué)指 標(biāo)石英砂巖單塊巖石室內(nèi)指標(biāo)：抗壓強度134338MPa.彈性模量50010 000MPa。泊桑比0.110.13。各巖層層面磨擦系數(shù)的估計建議值：(1) 石英砂巖層面磨擦系數(shù)為0.600.65，凝聚力0.380.50 MPa(2) 板巖層面磨擦系數(shù)為0.40.45，凝聚力0.330.38MPa(3) 層面夾泥膜磨擦系數(shù)為0.30.35，凝聚力0.200.27 MPa(4) 切層泥層磨擦系數(shù)為0.20.24，凝聚力0.150.18 MPa1.2.4當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?天然建筑材

13、料分布于壩址區(qū)上、下游河灘及兩岸階地。其中土料場主要有七處。地下水位以上儲量為1 183.44×104m3。砂礫卵石料場主要有八處。地下水位以上儲量為1 088.95×104m3，全部儲量有待進一步探查。各料場材料的物理性質(zhì)，試驗指標(biāo)等基本滿足技術(shù)要求，可作大壩混凝土骨料及圍堰土料。如采用當(dāng)?shù)夭牧戏桨?，其粘性土料的儲量足以滿足施工要求。1.2.5 交通條件 施工現(xiàn)場對外交通方便，僅需將工地與交通要道的連線公路修通即可。壩頂無重要交通要求。1.2.6 施工條件 采用低圍堰、底孔導(dǎo)流、分期施工的導(dǎo)流方法進行施工。各項施工輔助企業(yè)、倉庫及生活等臨時建筑布置在壩址下游兩岸?；炷凉?/p>

14、料取自下游料場。施工用電由劉田莊引接。1.2.7 效益(以1984年價格水平及費用標(biāo)準(zhǔn)計算) 水庫建成以后，除了滿足城市生活、工業(yè)及農(nóng)業(yè)用水外，還可獲得發(fā)電、防洪、養(yǎng)魚等效益，總效益是顯著的。(1) 灌溉效益。灌溉效益分析成果見表3。表1-3 灌溉效益分析成果表項 目旱地灌溉旱改水稻墾荒水稻灌區(qū)不灌產(chǎn)值差(元/畝)162.00354.20412.00分?jǐn)傁禂?shù)法畝效益(元/畝)81.00177.10206.00單方水效益(元/m3)0.250.170.17減去成本法畝效益(元/畝)124.00378.00261.00單方水效益(元/m3)0.390.260.22(2) 城市及鋼鐵基地供水效益 按

15、城市總凈產(chǎn)值中水的效益分?jǐn)傁禂?shù)以10%計，則每立方米水的效益為0.53元/m3。(3) 防洪效益 防洪效益按建庫以后，與臨近水庫聯(lián)合運用。在削峰、錯峰過程中減少下游地區(qū)洪水災(zāi)害的效益計算。水庫年平均效益為443.16萬元/年。(4) 發(fā)電效益 以水電的價格代替水電的效益按0.093元/kW·h計算。 本水庫的規(guī)劃及建筑物特性指標(biāo)見表2-4。1.2.8 地形圖和地質(zhì)剖面圖壩址處地形圖見附圖1，I83壩軸線地質(zhì)剖面圖見附圖2。表2-2 水庫規(guī)劃建筑物特征指標(biāo)項目單位指標(biāo)備注水位校核供應(yīng)水m155.30P=0.02%設(shè)計洪水位m152.70P=0.1%正常儲水位m152.20死水位m110

16、.0發(fā)電校核尾水位m98.10設(shè)計尾水位m96.00正常尾水位m83.10壩前堆砂高程m96.60庫容總庫容108m314.93調(diào)洪庫容108m32.00興利庫容108m310.23死庫容108m30.94堆沙庫容108m31.66主壩壩型砼實體重力壩壩頂高程m157.24最大壩高m89.24壩頂長度m519.00壩頂溢流孔數(shù)孔15堰頂高程m141.70每孔凈寬m15.00工作閘門尺寸m * m12.5啟閉機（2*45t固定式）臺15設(shè)計洪水下泄能力m3*S-118276.00校核洪水下泄能力m3*S-124527.00進水口進口底高程m90.00底孔數(shù)及尺寸孔、m * m4、5*6平板工作閘

17、門m * m4、5*6工作門啟閉機臺4設(shè)計水位泄水能力m3*S-13584校核水位泄水能力m3*S-13663第二章 樞紐布置2.1 壩軸線選擇壩軸線選擇與樞紐密切相關(guān)，不同壩軸線可以有不同的壩型和樞紐布置方案，通過經(jīng)濟、施工難易程度以及地形地質(zhì)條件選擇合理的壩軸線。 給定的I83壩軸線較短，壩體工程量小，可以減少人力、物力、財力。I83壩軸線與其他壩軸線相比，其地形、地質(zhì)條件較好，地質(zhì)構(gòu)造簡單，且其當(dāng)?shù)夭牧系膬α孔阋詽M足施工要求。I83壩址位于北I區(qū)，屬于相對穩(wěn)定區(qū)，地震活動較為穩(wěn)定。 除此之外，壩址宜選在河谷狹窄地段，且要考慮施工導(dǎo)流等等，因此需要全面分析，選擇最有利的壩址。從地質(zhì)條件看：

18、右岸小斷層67條，左岸斷層一條，構(gòu)造簡單基本地震烈度為6度。河床有57m的砂石覆蓋層。 從施工條件看：I83更有利施工導(dǎo)流，截流期較短，易于截留。 從水流條件看：I83更有利調(diào)高水位，對發(fā)電為主的建筑物有利，且其巖層層面傾向上游，有利于壩體的穩(wěn)定。 從經(jīng)濟條件看：I83壩址有施工需要的材料，且施工現(xiàn)場對外交通方便，而兩岸間距短，減少造價。 綜合以上各方面看，在滿足樞紐布置和施工導(dǎo)流的前提下，I83壩軸線工程量小，造價低，施工方便，因此選其為壩址。2.2 壩型確定混凝土實體重力壩，原因如下：1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；同時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓

19、力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用，是因為其具有以下幾個方面的優(yōu)點： 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。 對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強。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、修復(fù)、維護或擴建也比較方便。（2）重力壩的

20、缺點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)的壩體揚壓力大，對穩(wěn)定不利。分析土石壩、拱壩的性質(zhì)特點，綜合全部分析，考慮到樞紐主要是防洪作用，最后決定為重力壩。而重力壩的形式比較多，主要分為實體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩。1實體重力壩的主要優(yōu)點就是，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，揚壓力也比較大，施工時不利于混凝土的散熱。2寬縫重力壩具有以下一些優(yōu)點：充分利用了混凝土的抗壓強度；揚壓力顯著降低；節(jié)省混凝土方量。但也有一些缺點，如：增

21、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。3. 空腹重力壩的優(yōu)點是：壩體空腔對減少壩基揚壓力及改善壩基應(yīng)力有利，因而壩體混凝土量可較實體重力壩節(jié)省20%30%；節(jié)省了壩基開挖量；便于散熱；有的壩體空腔內(nèi)可以布置水電站廠房,特別是當(dāng)河谷狹窄,洪水流量大,下游水位變幅大,布置地面廠房困難時,有其優(yōu)越性。缺點是:施工復(fù)雜,有倒懸模板；空腔周圍易出現(xiàn)拉應(yīng)力，為摸清和改善應(yīng)力狀態(tài)，需作大量計算和模型試驗：鋼筋用量較實體重力壩多；壩內(nèi)廠房運行條件不如地面廠房好。結(jié)合設(shè)計內(nèi)容，綜

22、合以上所述，確定選擇實體重力壩方案。2.3 樞紐布置根據(jù)本工程的規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，按設(shè)計規(guī)范規(guī)定，水庫樞紐工程屬大（一）型。主要建筑物按一級設(shè)計，輔助建筑物按三級設(shè)計，臨時建筑物按四級設(shè)計。樞紐布置應(yīng)遵循的一般原則是：(1) 壩址、壩及其他主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價低；(2) 樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作；(3) 在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用；(4) 樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑；(5) 盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮

23、效益(如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉)；(6) 樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。一般來說，攔河壩在水利樞紐中占主要地位。在確定樞紐工程位置時，一般先確定建壩河段，再進一步確定壩軸線，同時還要考慮擬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。一般泄洪建筑物和電站廠房應(yīng)盡量布置在主河床位置，供(引)水建筑物位于岸坡。(1) 溢流壩的布置。溢流壩應(yīng)布置在與河流接觸的壩體中段位置，溢流壩的位置應(yīng)使下泄洪水時與下游平順連接，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。(2) 泄水孔及導(dǎo)流底孔的布置。泄水孔一般設(shè)在河床部位的壩段內(nèi)，進口高程、孔數(shù)、尺

24、寸、形式應(yīng)根據(jù)主要用途來選擇。狹窄河谷泄水孔宜與溢流壩段相結(jié)合，寬敞河谷二者可分開；排沙孔應(yīng)盡量靠近發(fā)電進水口、船閘等需要排沙的部位。(3) 非溢流壩段的布置。非溢流壩應(yīng)布置在于河道兩岸相連的位置，非溢流壩通常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，常用邊墻、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，非溢流壩段也可采用土石壩。第三章 壩體剖面設(shè)計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

25、規(guī)范，由下式（3-1）計算，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?；蛐：撕樗坏母卟睿╩）；安全超高，按混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定，按下表 31采用。表31 安全超高hc相應(yīng)水位壩的安全級別正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.33.1.1 設(shè)計洪水位時壩頂高程的確定 壩的安全級別為I級，查表31得, mD=3 Km，g=9.8.宜按官廳水庫公式計算 m3.1.2 校核蓄水位壩頂高程的確定查表31得, m, D=3 Km, 宜按官廳水庫公式計算 m< 故選校核水位為壩頂高程3.2 壩

26、頂長度的確定 根據(jù)I83壩軸線地質(zhì)剖面圖畫出壩軸線，可計算出壩頂長度為516.64m3.3壩頂寬度b的確定由壩基開挖線可知，壩低最低高程為75.2m，則壩高H為156.9-75.2=81.7m。b一般取壩高的(8%10%)81.7=6.548.17m.取b=8m.3.4廊道位置確定灌漿廊道設(shè)計滿足灌漿要求，斷面多為城門洞形，寬高=34m，廊道的上游邊璧到上游壩面的距離為0.050.1倍壩面水頭且不小于45m，L1=（0.050.1（152.7-75.2）=3.8757.75，取L1=5m。上游排水管幕至上游壩面距離為作用水頭的115125且不小于2m，取3.5m。廊道地面距基巖面距離不小于1.

27、5倍廊道寬度，即4.5m，取5m.3.5 上、下游壩坡系數(shù)的確定上游壩坡系數(shù)為n=00.2，為安全起見，取n=0.1下游壩坡系數(shù)為m=0.60.8，為安全起見，取m=0.753.6上下游折坡點高程及壩底寬度的確定上游起坡點高度為一般設(shè)在1323倍壩高附近,即24.5m49.0m，取y1=30m。 在cad中讀取上游游折坡點高程為105.2m，下游折坡點高程為146.3m，壩底寬度為64.3m第四章壩體各工況荷載計算4.1 荷載內(nèi)容：作用于重力壩上的荷載主要有：自重、靜水壓力、動水壓力、揚壓力、泥沙壓力、浪壓力、地震力及其他荷載4.2應(yīng)力計算內(nèi)容： 抗滑穩(wěn)定驗算壩基最大、最小應(yīng)力驗算壩基上、下游

28、邊緣處主應(yīng)力驗算4.3 設(shè)計工況：非溢流壩段：運行期，校核水位 溢流壩段：運行期，校核水位，地震荷載（7°）4.4穩(wěn)定及應(yīng)力計算內(nèi)容：（1）抗滑穩(wěn)定公式：K=f(W-U)P,詳見水工建筑物p24,本設(shè)計中取f=0.8（2）應(yīng)力計算公式，詳見水工建筑物p28,上游邊緣正應(yīng)力yu=WB+6MB2;下游邊緣正應(yīng)力yd=WB-6MB2;（3）邊緣主應(yīng)力計算公式，a.不計揚壓力 b.計入揚壓力 詳見水工建筑物p30-p31。4.5 控制標(biāo)準(zhǔn)：（1）該樞紐為一級建筑物 查K得荷載組合基本組合特殊組合特殊組合K1.10 1.05 1.00 （2）運用期：a.在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩基面

29、的最大鉛直正應(yīng)力ymax應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力（計入和不計入揚壓力）；最小鉛直正應(yīng)力ymin應(yīng)大于零（計入揚壓力）。(3)壩體應(yīng)力控制指標(biāo)(運用期)壩體上游面最小主應(yīng)力考慮兩種指標(biāo)：計入揚壓力時，要求min0(即不為拉應(yīng)力)；不計入揚壓力時，要求min0.25h(其中 為水的容重，KNm3；h為計算點處的靜水頭，m。壩體下游面的最大主應(yīng)力，不得大于混凝土的允許壓應(yīng)力。C20ft=1.54×103Kpa 安全系數(shù)取2fc=13.4×103Kpa 安全系數(shù)取3基巖抗壓強度（134×103338×103）Kpa安全系數(shù)取25 基=134×1032533

30、8×10325Kpa砼=13.4×1033Kpa4.6擋水壩段為校核蓄水位時荷載計算 (1)混凝土容重為24KNm3,因廊道尺寸較小，自重不考慮，設(shè)計水位152.7m，尾水位97.0m,帷幕處中心線1=0.5，由重力壩高程確定過程知l1=1.57,l0=0.52,l=14.92。(2)深水波浪壓力：V=20ms ， H1=152.7-82.18=70.52m>l2,所以深水波。又因為H1>1.7h,所以Kj=1.25。靜水位處浪壓力強度Pj=Kjh,所以單寬浪壓力P=L×r4L2+h+h0-L28×。(3)校核水位為155.3m，尾水位為98

31、.1m, h=0.75 , l=8.26 , h0=0.21單寬浪壓力P=11.93N，泥沙壓力Pn=12nhn2tan(45°-n2)2 ,其中n=7.5KNm3，hn=86.6-82.18=4.42m, n=12° 擋水壩結(jié)構(gòu)示意圖 詳細計算見表4-1，表4-2，表4-3第五章壩體應(yīng)力分析5.1重力壩段抗滑及應(yīng)力分析5.1.1抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，屬承載能力極限狀態(tài)，核算時，其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計值代入。分設(shè)計和校核兩種情況進行驗算。設(shè)計情況驗算： 基本組合時，由于33291KN<33607KN，故基本組合時抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)滿足要求。偶然組

32、合與基本組合計算方法類同。校核情況驗算： 偶然組合時，由于29709.62KN<34517.5KN，故基本組合時抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)滿足要求。正常情況驗算：偶然組合時，由于34930.06KN<38365.62KN，故基本組合時抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)滿足要求。5.2壩址抗壓強度極限狀態(tài)計算壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，屬承載能力極限狀態(tài)，核算時，其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計值代入。分設(shè)計和校核兩種情況進行驗算。設(shè)計情況驗算偶然組合時， 對于壩址巖基：由于1692.07<260000,故基本組合時壩址巖基抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。對于壩址混凝土C20：由于1692.07<7692.31，故基

33、本組合時壩址混凝土C20抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。校核情況驗算偶然組合時， 對于壩址巖基： 由于1647.51<260000,故基本組合時壩址巖基抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。對于壩址混凝土C20： 由于1647.51<7692.31，故基本組合時壩址混凝土C20抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。正常情況驗算：偶然組合時， 對于壩址巖基：由于1791.89<260000,故基本組合時壩址巖基抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。對于壩址混凝土C20：由于1791.89<7692.31，故基本組合時壩址混凝土C20抗壓強度極限狀態(tài)滿足要求。5.3壩體上下游面拉應(yīng)力正常使用極限狀態(tài)計算設(shè)計情況驗算

34、： 因451.03>0，上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。校核情況驗算： 因303.67>0，上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。正常情況驗算：因650.87>0，上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。第六章 溢流壩段設(shè)計6.1溢流壩形式確定：由QL河流域氣象條件可知，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，全年結(jié)冰期為四個月，冰層較厚，而且由水文分析中可知，QL河洪水具有峰高量大的特點，故從宣泄洪水及排除冰凌和其他漂浮物考慮，并產(chǎn)考已建工程，可采用開敞式壩頂溢流方式。（1）布置于河道主流位置，沿壩軸線。（2）設(shè)計溢流孔數(shù)為15孔，每孔凈寬15m。（3）中墩取4m，邊墩取2m，其沉降縫設(shè)在閘墩中央。

35、（4）溢流壩段總長為：L溢=4×1515×15=285m6.2溢流壩剖面設(shè)計6.2.1溢流面曲線（1）開敞式壩頂一流的頂部曲線，采用WES型溢流堰大的頂部曲線，以堰頂O分為上游段OA和下游段OB。OA采用14橢圓曲線,方程為x2(aHs)2+(bHs-y)2(bHs)2=1,OB采用WES冪曲線，方程為xn=kHsn-1y。水庫校核洪水位為155.3m，堰頂高程為140.7m，則校核洪水位時堰頂水頭H=155,.3-140.7=14.6，一般Hs=152.7-140.7=12m。1.OA段計算：a=0.280.30，ab=0.87+3a,取a=0.29，則b=0.167，H

36、s=152.7-140.7=12m代入橢圓方程得x2(0.29×12)²+（0.167×12-y）²(0.167×12)²=1;計算表如下：x-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.2-3.4y0.0210.0850.1960.3640.610.9881.221.577（2）OB段的計算：xn=kHsn-1y參考水工建筑物p40表2-10得n=1.850,k=2.000,所以有x1.850=2.000×120.850yOB堰面曲線計算表如下：x12345678910y0.060.20.460.791.191.662.212

37、.833.524.28x11121314151617181920y 5.1166.967.989.0710.211.412.71415.46.2.2.中間直線段確定：其上部與壩頂曲線相切，下部與反弧段曲線相切，坡度與非溢流壩段的下游面坡度相同，即m=0.86.2.3下部反弧段確定：溢流壩下游采用挑流消能，根據(jù)SDJ2178規(guī)范規(guī)定，在保證自由挑流前提下，鼻坎最低高程可約低于下游最高尾水位，但應(yīng)高出鼻坎附近下游水面，鼻坎坎頂高程應(yīng)能保證下泄水流為自由射流，一般高于下游最高水位12m，桃林口水庫下游校核尾水位為99.1m，故坎頂高程選為101m。規(guī)范規(guī)定，反弧半徑R可按（410）h選用，h為校核洪

38、水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。根據(jù)SDJ2178設(shè)計規(guī)范附錄一知，開敞式泄水孔的泄水能力可按下式計算：定型設(shè)計水頭Hs情況下的流量系數(shù)m和其他作用水頭Hz況下的式中：Q 流量，m/s B溢流堰凈寬，m Hz堰頂作用水頭，m g重力加速度，m/s2 mz流量系數(shù)，初設(shè)時在定型設(shè)計水頭作用下，當(dāng)pH>3(P為堰高)時，取m= 0.470.49，當(dāng)PH3時，取m=0.440.47。流量系數(shù)mz的比值參照表3-2由水力計算手冊知：式中：E0所取已知斷面單位水體所具有的能量 Hc鼻坎反弧段最低處水深能量損失的流速系數(shù)，=31-0.055KE0.5 KE流能比,KE=qqz1.5,上式適用于K

39、E=0.0040.15范圍內(nèi)，當(dāng)時，取，Z上下游水位差，Z=155.3-98.1=57.2（m）E0忽略行進流速的影響，取E=P+H=(140.7-64.39)+155.3-140.7=91.91q=Q15×15=24527/225=109 m3/SE0=hc+q22g2hc2=hc+10922×9.8×0.92×hc2 (由水力學(xué)下冊p5表9.1得取0.9)所以得hc=2.9m 當(dāng)反弧處與下游水平段連接時，選用較大值R=10hc=29m。溢流壩最大剖面圖見圖3-1 溢流壩最大剖面圖6-1由水工建筑物p41表2-11得HSHZmax=(152.7-140

40、.7)/(155.3-140.7)=0.822 最大負壓值為0.35Hs=0.35×12=4.2m<6m,滿足要求。6.4洪水流量校核根據(jù)SDJ21-78規(guī)范附錄一，溢流壩下泄流量計算公式：其中B=15×15=225，取mz=0.49, =0.93, m=1; HZ=155.3-140.7=14.6,計算得Q校=25330m3s>24527m3s;Q設(shè)=18870m3s>18276m3s。所以溢流壩段滿足設(shè)計要求。6.5底流消能計算由水工建筑物p45得躍后水深hc=hc2cos(1+8q2ghc3×cos31-2tan-1)其中=0º，

41、hc=2.9m,q=109m3s,=3.75+25tan+15tan2，得hc=27.5m，ht=98.1-87.42=10.68m令s=1,則H1=14.36m 即C=1.05×27.5-14.36=14.515mE01=C+H10 其中H10=(qsm12g)23=15.09 得E01=14.515+15.09=29.605 hk=31092g=10.7 hc<hk =0.9 E01=hc1+q22g2hc12 26.605=hc1+10922×9.8×0.92hc12 得hc1=5.58m和28.70m,經(jīng)驗算取5.58m。繼而得hc1=5.5821+

42、8×10929.8×5.583-1=18.24m(2)hc=5.58m hc=18.24m H10=(1090.42×4.427)23=15.09m H1=15.09-10922×9.8×1.05×18.242=15.09-1.65=13.44m 20.79=hc1+10922×9.8×0.92×hc1 得hc1=7.51和18.63經(jīng)驗算取7.51 hc1=7.5121+8×10929.8×7.513-1=14.60m(3)hc=7.51m , hc=14.60m , H10=(10

43、90.42×4.427)23=15.09 , H1=15.09-10922×9.8×1.05×14.602=15.09-2.58=12.51. C=1.05×14.60-12.51=2.82 E01=2.82+15.09=17.91 所以有hc13-17.91hc12+748.36=0 得hc1=9.35和14.2經(jīng)驗算取9.35 即hc1=9.3521+8×10929.8×9.353-1=11.43m 故3道坎后水深為11.43m略大于ht=10.68m，所以在消力池內(nèi)加一些輔助消能設(shè)施即可滿足要求。消力池L=0.7

44、15;6×hc-hc即得L1=103.32m, L2=53.17m,L3=29.78m。（4）護坦厚度確定由水工建筑物p297（8-9）得t=K1qH(抗沖要求)， K1=0.2, q=109m3s, H=155.3-98.1=57.2m， 所以t=5.7m 由水工建筑物p45得在巖基上護坦厚度一般為1-3m所以厚為6m。6.6溢流壩水面曲線計算為了設(shè)計閘墩高度，邊墻高程及選定平板閘門門軸高程，需知道水面線，水面以上安全超高采用0.5m1.5m本設(shè)計中取1m。由水工設(shè)計手冊p6-178所述計算校核水位的水面曲線上切點坐標(biāo)(17,11,43)，下切點坐標(biāo)(41,77,42.4)。（1）

45、計算上切點水面高X=17,y=11.43 xHd=1.4 查水工設(shè)計手冊6圖27-2-7得L=2.03 L=0.02(LK)-0.1K=0.5, =0.02(2.030.5)-0.1×2.03=0.04，H+11.43=hpcos+q22ghp2 , 其中q=109m3s，cos=0.625。得hp=5.15， h=hp+0.18=5.15+0.18×0.045.15(2)當(dāng)x=26.4時，y=23.18, xHd=26.412=2.2,查水工設(shè)計手冊6圖27-2-7得L=3.5 L=0.02(LK)-0.1 取K=0.5, =0.02（3.50.5）-0.1×3

46、.5=0.06，H+23.18=hpcos+q22ghp2,hp=4.15, h=hp+0.18=4.15。（3）當(dāng)x=64.42時，y=53.2,此點是圓弧與河槽相切點，求水深即hc=2.9m。（4）計算壩頭部點HHd=14.612=1.22, Hd=153.7-141.7=12, H=156.3-141.7=14.6,查表27-2-4由內(nèi)差法得，溢流壩頂點至上邊緣最大距離為3.48，上切點為（17,11,43）XHd -0.2 0.0 0.4 0.8 1.2YHd -1.033 -0.98 -0.845 -0.613 -0.329X -2.4 0 4 .8 9.6 14.4 Y -12.3

47、96 -11.76 -10.14 -7.356 -3.948在CAD中繪出上述圖形，對一些偏差較大點舍去不用曲線坐標(biāo)如下：X-2.404.89.614.4Y-12.396-11.76-10.14-7.356-3.948X26.436.3141.7764.42Y23.1835.3242.3953.2溢流堰面曲線形狀見圖6.7泄流能力校核。 閘墩用半圓形 式中 n溢流孔數(shù)； b每孔的凈寬； 堰頂水頭； 閘墩形狀系數(shù)； 邊墩形狀系數(shù)； 確定流量系數(shù)m。設(shè)計情況 校核情況 泄洪能力校核計算表如下表：計算情況 m B（m）H（m）Q（m3/s）設(shè)計情況0.490.931512188793.2校核情況0.

48、500.911514.6252973.06.8挑流消能計算 其中其中 式中 L-水舌拋距，m，如有水流向心集中影響者，則拋距還應(yīng)乘以0.900.95的折減系數(shù)。 -坎頂水面流速，m/s -水庫水位至坎頂?shù)穆洳?，m； -鼻坎的挑角，為； -坎頂垂直方向水深，m h-坎頂平均水深，m -坎頂至河床面高差 -堰面流速系數(shù)，0.93m最大沖坑水墊厚度估算：參見混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范公式。 （3-8） 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; 沖坑系數(shù)，取=1.1;消能防沖驗算：驗算結(jié)果滿足要求。6.9溢流壩上部結(jié)構(gòu)布置6.9.1 工作閘門本設(shè)計中采用平

49、板閘門，尺寸寬×高=15×15m，平板閘門的主要特點是是一個啟閉動作為直線運動的閥門，它具有一個典型的垂直于流體的平板閉合元件，滑動切入流體而關(guān)閉。由于平板閘閥的閘板關(guān)閉時，沒有楔式閘板關(guān)閉時所產(chǎn)生的楔緊力，所以相對而言操作更靈活、使用壽命更長，啟閉力較小。門軸位置的確定：門軸位置應(yīng)設(shè)在泄水時不常受到水流和漂浮物沖擊的高程上，一般溢流壩上的露頂式閘門，門軸位置約為在（）倍門高處水工設(shè)計手冊6，即h軸=門高=（0.50.75）×12.5=6.259.375m。取h軸=9m。6.9.2 檢修閘門檢修閘門采用平板閘門，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件較好，各孔口可共用一個

50、活動啟閉機，但啟閉力較大，閘墩較厚。全部檢修孔通常備用12個檢修閘門，交替使用。本設(shè)計取2個檢修閘門。（1）位置確定：檢修閘門和工作閘門之間應(yīng)留有13m的凈距，以便檢修，即工作閘門的最凸點距檢修門13m，本設(shè)計取1m。（2）門槽寬深的確定：平面工作閘門槽深為0.52.0m，寬14m，檢修門的槽寬和槽深比工作閘門取稍小值即可，本設(shè)計取槽深為0.5m，寬為1m。6.9.3閘墩（1）斷面形狀：閘墩的斷面形狀應(yīng)使水流平順，減少入口水流的側(cè)收縮和出口水流的沖擊波，閘墩上有做成半圓形，下游段做成流線型。（2）閘墩厚度：溢流壩段的橫縫，有兩種布置方式。縫設(shè)在閘墩中間，各壩段產(chǎn)生不均勻沉陷，不影響閘門啟閉，工

51、作可靠，缺點是閘墩厚度增大?？p設(shè)在溢流孔跨中，閘墩可以較薄，但易受地基不均勻沉陷的影響，且水流在橫縫上有過，易照成局部水流不順。因此壩址延時基本完整，堅硬，抗壓強度較高，抗風(fēng)化能力較強，所以產(chǎn)生不均勻沉降小，故可采用縫設(shè)在溢流孔跨中，可使閘墩較薄，圓平板閘門，閘墩厚度最小為1.52.0m，本設(shè)計取墩厚b=4m。（3）閘墩的高度：一般扎門全開最高點距工作橋為12m，此處可取1m。閘門最大提升高度下沿較此處取下沿=較設(shè)平板閘門的圓心角為Q。sin=h3R=155.3-149.2416=0.3788,得=22.26°=180°-90°-=20.87°，即h=Rcos=14.95則工作橋下緣距門軸高度（即閘墩頂距門軸的高度）為：h墩=h4+1=15.95m其高程為：墩=150.24+h墩=167.19m閘墩長度的計算根據(jù)已建工程經(jīng)驗：為保證門軸的穩(wěn)定，們軸距閘墩后沿要保留大于3m的距離，此處取為后沿=4m。此設(shè)計中，閘墩向溢流堰上游面伸出2.0m，改善了水流條件。并將這部分做到了溢流壩頂以下約一半溢