面板堆石壩泄水建筑物設(shè)計(jì)

1、溢洪道設(shè)計(jì)流量校核 3702m³/s設(shè)計(jì) 2660m³/s1、進(jìn)水渠為引流平順，其進(jìn)口形狀做成喇叭口，為減小損失其長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。由于是在基巖上，引流段截面設(shè)計(jì)為接近矩形的梯形，邊坡為1:0.5,。由于溢洪道位于破碎帶上，F(xiàn)17斷層由此經(jīng)過，滲漏穩(wěn)定問題嚴(yán)重，應(yīng)采用混凝土砌護(hù)兼做防滲鋪蓋，一般厚度0.30.5m，不設(shè)止水、排水或錨筋，本設(shè)計(jì)取襯砌厚度0.4m。2、 控制段通過調(diào)洪演算，溢流堰頂高程為598m，堰上最大水頭為=607.35-598=9.35m，則堰上定性水頭=(0.650.85)=6.07757.9475m，所以可以取堰上定性水頭=7m。取流量系數(shù)為0.45，=

2、0.2，=0.6。所以=1.4m，=4.2m。下游堰高P2應(yīng)大于0.6Hd，由調(diào)洪演算可知，溢流堰凈寬65m，閘孔數(shù)為5，閘門采用弧形閘門，閘門孔寬高為13×10m，一般，對(duì)于露頂弧形閘門來說，其弧面半徑R=（1.11.5）h，故半徑R可取為7.159.75m，初步擬定為9m。閘墩厚度設(shè)為1.5m，共設(shè)4個(gè)。邊墩厚度設(shè)為2.5m。溢洪道總寬B=b+(n-1)D=65+4×1.5=71m。閘墩頂高程=校核洪水位+安全加高=607.35+0.4=607.75m確定堰面曲線根據(jù)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，堰頂上游采用三圓弧曲線，下游為冪曲線，如圖 所示。冪曲線方程為;故可的得冪曲線方程為：其

3、中： =0.5=3.5m；=0.2=1.4m；=0.04=0.28m；=0.175=1.225m；=0.276=1.932m；=0.282=1.974m；堰面曲線坐標(biāo)計(jì)算表X0.511.522.533.544.555.56Y0.030.100.20.340.520.730.971.241.541.882.242.63剖面銜接計(jì)算直線段和堰面曲線切點(diǎn)xc、yc確定溢流堰頂部曲線的長(zhǎng)短對(duì)流量系數(shù)有一定的影響，當(dāng)堰面曲線長(zhǎng)度不足以保持標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用堰的外形輪廓時(shí)，流量系數(shù)將受到影響而降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，WES型標(biāo)準(zhǔn)堰面大致范圍是x=(-0.2820.85)=-1.9745.95m，y=(00.37)=02

4、.59m。因此取直線段的坡率為1:0.8，對(duì)堰面曲線求導(dǎo)得，可求得切點(diǎn)的xc=2.55，帶入堰面曲線得yc=5.9，因此直線段和堰面曲線切點(diǎn)為(2.55,5.9)。反弧段半徑確定泄槽坡度為1:10，反弧半徑按(36)h確定，其中H為校核水位閘門全開時(shí)反弧最低點(diǎn)的水深，初步計(jì)算可近似使用堰下收縮斷面的水深。堰下收縮斷面的水深計(jì)算公式為其中 q起始計(jì)算斷面單寬流量，=3702/71 m³/s；H為起始計(jì)算斷面渠底以上總水頭，H=607.35-598+=10.75m；泄槽底坡坡角，為5.71°；起始計(jì)算斷面流量系數(shù)，取為0.95；迭代算得堰下收縮水深為5.29m。反弧半徑取值范圍

5、是15.8731.74，取為20m。同理可計(jì)算出設(shè)計(jì)水位時(shí)，堰下收縮水深為4.03m。泄槽水面線計(jì)算矩形斷面臨界水深和臨界坡降計(jì)算臨界水深和臨界坡降計(jì)算表QkhkAkRkCkik校核3702.06.52463.065.51120.820.00079設(shè)計(jì)2660.05.23371.484.56117.070.00082泄槽的縱坡一般設(shè)計(jì)為大于臨界坡度的陡坡，通常i=1%5%，有時(shí)可達(dá)10%15%。因此，在該工程中取為i=0.1。正常水深的計(jì)算由謝才公式得：化簡(jiǎn)得：。將校核水位的流量3702m³/s帶入方程得，校核水位情況下，泄槽中的正常水位為1.45m；將設(shè)計(jì)水位的流量2660m

6、79;/s帶入方程得，設(shè)計(jì)水位情況下，泄槽中的正常水位為1.19m；校核水位設(shè)計(jì)水位流量(m³/s)37022660控制水深(m)5.294.03正常水深(m)1.451.19臨界水深(m)6.525.23兩種水位情況下都滿足，水面曲線為水深沿程降低的降水曲線（b2型降水曲線），下游以NN線為漸近線。以收縮斷面為起始位置，依次向下游計(jì)算水面曲線。水面線計(jì)算各斷面的計(jì)算公式如下：；泄槽段的摻氣水深為，其中、泄槽計(jì)算斷面的摻氣后水深和計(jì)算斷面水深；不摻氣情況下泄槽計(jì)算斷面的流速；修正系數(shù)，可取1.01.4m/s，取1.2m/s；邊墻高度=摻氣后水深=0.51.5m,校核情況，安全超高取0

7、.5m，設(shè)計(jì)情況安全超高取1.5m。校核水位邊墻高度=5.92+0.5=6.42m;設(shè)計(jì)水位邊墻高度=4.48+1.5=5.98m;比較兩種情況下的邊墻高度，將泄槽段的邊墻高度取為6.42m。消能設(shè)計(jì)和計(jì)算挑流鼻坎設(shè)計(jì)根據(jù)試驗(yàn)，鼻坎挑射角一般采用20°25°，取為23°；鼻坎坎頂應(yīng)高出下游最高水位12m，所以取鼻坎頂高程為581m。鼻坎反弧半徑一般采用鼻坎上水深的810倍，半徑太小，則水流轉(zhuǎn)向不夠平順；半徑太大，則將使鼻坎向下游延伸太長(zhǎng)，增加工程量。挑流鼻坎坎頂處水流平均流速v計(jì)算公式如下：因此鼻坎上水深h為其中堰面流速系數(shù)，取0.9；庫(kù)水位到坎頂高差；Q溢洪道下

8、泄流量；挑流鼻坎末端水面寬度；通過計(jì)算得校核水位時(shí)坎頂平均流速20.45m/s，鼻坎上水深2.55m；設(shè)計(jì)水位坎頂平均流速19.72m/s，鼻坎上平均水深為1.90m。反弧半徑取為22m。挑流消能要素計(jì)算水舌挑射距離：沖刷坑深度：其中 挑射角度，取23°；坎頂水面流速，約為鼻坎處平均流速的1.1倍，坎頂平均水深在鉛直方向的投影，；坎頂至河床面的高差，=581-570.9=10.1m；沖坑系數(shù)，取1.2；鼻坎末端斷面單寬流量；上下游水位差；下游水深；校核設(shè)計(jì)h12.351.75h210.110.1v122.5021.69q52.1437.46H27.3526.7ht9.17.9L56.

9、5052.85tk10.728.80L/tk5.276.01排沙隧洞隧洞進(jìn)出口布置按一般規(guī)定，開始進(jìn)洞位置，洞頂覆蓋層厚度大于3倍的洞高方可進(jìn)洞。樞紐布置于河床地段，從地形上來看，這樣布置隧洞布置不僅工程量省，而且水利條件也好，從地質(zhì)來看這個(gè)山梁表面有一層較深的風(fēng)化巖石外，下部大部分為堅(jiān)硬的巖石，強(qiáng)度較高，巖體中夾雜著幾條破碎帶，但走向大都與隧洞軸線成較大的角度。因此，將發(fā)電引水洞及排沙洞均布置于右岸的山梁里面。隧洞體型設(shè)計(jì)（1） 進(jìn)口建筑物由于進(jìn)口岸坡地質(zhì)條件較差，覆蓋層較厚，因而采用塔式進(jìn)口，塔頂設(shè)置操作平臺(tái)。洞設(shè)為無(wú)壓隧洞，但包含有較短的壓力段和較長(zhǎng)的無(wú)壓段。進(jìn)口喇叭口隧洞進(jìn)水口采用頂板

10、和邊墻順?biāo)鞣较蛉媸湛s的平底矩形斷面，體形符合孔口泄流的形態(tài)，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞，同時(shí)還應(yīng)盡量減少局部水頭損失，以提高泄流能力。喇叭口的頂板和邊墻采用橢圓曲線，其方程為：式中：為橢圓長(zhǎng)半軸，對(duì)于頂板曲線約等于閘門處的孔口高度=3.5m，對(duì)于邊墻曲線約等于閘門處的孔口寬度=3m；為橢圓短半軸，對(duì)于頂板曲線約為，對(duì)于邊墻曲線約為()。頂板曲線為：邊墻曲線為：深式無(wú)壓隧洞的進(jìn)水口為一短的壓力段，根據(jù)我國(guó)10余個(gè)工程的統(tǒng)計(jì)，其長(zhǎng)度約為1.52.5倍閘門處的孔口高度，本設(shè)計(jì)可取為7m，屬短管型進(jìn)水口。為了使其具有良好的壓力分布，檢修門槽前的頂板曲線應(yīng)有傾斜壓坡。頂板曲線可布置為長(zhǎng)軸水平布置，

11、使頂板曲線在檢修門槽上游邊緣處的切線斜率為1:4.51:10，無(wú)傾斜直線段。同時(shí)檢修門槽前的入口段長(zhǎng)度控制在0.81.0倍工作閘門處的孔口高度范圍內(nèi)，所以將入口段長(zhǎng)度設(shè)為3m，檢修門槽上游邊緣處的切線斜率取為1:5。為了利用收縮進(jìn)一步改善進(jìn)口的壓力的壓力分布和水流狀態(tài)，在檢修門槽與工作閘門之間的頂板也應(yīng)布置成壓坡段，壓坡段為等寬矩形斷面，頂板的坡率應(yīng)陡于曲線頂板末端的坡率，一般在1:1.41:1.6之間，現(xiàn)采用1:1.4。壓坡段長(zhǎng)度采用3m。通氣孔在泄水洞的進(jìn)口設(shè)通氣孔，其主要作用是：工作閘門在各級(jí)開度情況下承擔(dān)補(bǔ)氣任務(wù)，補(bǔ)氣可以降低門后負(fù)壓，穩(wěn)定流態(tài)，避免建筑物發(fā)生震動(dòng)和空蝕，減小作用在閘門

12、上的下拖力和附加水壓力；檢修時(shí)，在下放檢修門之后放空洞內(nèi)水流過程中用以補(bǔ)氣；檢修完成后，需要向檢修閘門和工作閘門之間充水，以便平壓開啟檢修閘門，此時(shí)，通氣孔用以排氣。洞身斷面采用城門洞型斷面。閘門采用弧形閘門，半徑取為6m。校核水位 219m³/s設(shè)計(jì)水位 211m³/s通過計(jì)算溢洪道臨界水深的方法可以計(jì)算出排沙洞校核水位的臨界坡降。QkhkAkRkCkik校核219.08.1624.491.2794.570.00706設(shè)計(jì)211.07.9623.891.2694.510.00692由于泄流時(shí)的流速較大，為了不影響隧洞的泄流能力，將隧洞設(shè)成陡坡，底坡坡降為0.01。洞內(nèi)控制

13、水深校核情況下隧洞流量為219m³/s，洞前水深為607.35-580=27.35m，平均流速為=22.69m/s，則收縮斷面水深為帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得校核水位的洞內(nèi)控制水深為3.22m。同理可計(jì)算正常水位的洞內(nèi)控制水深為3.21m。正常水深由可計(jì)算出校核水位的正常水深為7m，設(shè)計(jì)水位的正常水深6.7m。洞內(nèi)水面線以收縮斷面為起始斷面，依次向下游計(jì)算洞內(nèi)水面線。由于，水面線為水深沿程增加的壅水曲線，已知校核水位的泄流量為219m³/s，起始斷面水深為3.22m，隧洞底坡0.01，洞寬3m，粗糙度為0.011。同溢洪道水面線計(jì)算方法計(jì)算洞內(nèi)水面線洞深尺寸當(dāng)洞內(nèi)流速大于1520m/s

14、時(shí)，應(yīng)考慮高速水流引起的摻氣和沖擊波影響。流速較高的隧洞，在摻氣升高的水面以上凈空面積一般為洞身斷面面積的15%25%，沖擊波波峰高不應(yīng)超過城門洞形斷面的直墻范圍。根據(jù)水面線的計(jì)算，初步設(shè)計(jì)尺寸為3×4m。根據(jù)地形條件和地址情況，選用挑流消能，它適用于較好的巖基或挑流沖刷坑對(duì)建筑物安全無(wú)影響時(shí)，可設(shè)置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齒墻，可以保護(hù)地基不被沖刷，其底部高程應(yīng)位于沖刷坑可能影響的高程以下。挑坎上還常設(shè)置通氣孔和排水孔，通氣孔向水舌下補(bǔ)充空氣，以免形成真空，影響挑距和造成結(jié)構(gòu)空蝕?？采吓潘着懦椿《畏e水；坎下排水孔排除滲流，降低齒墻后的滲透能力。反弧半徑設(shè)為20m，坎頂平均流速

15、22.69m/s，坎頂平均水深3.22m。挑射角取23°計(jì)算的水舌挑距為66.86m最大沖刷坑深度=14.35m=4.66>2.5，滿足要求。構(gòu)造設(shè)計(jì)壩頂構(gòu)造取決于交通需要、構(gòu)造要求和施工條件，壩頂寬度取8m，壩頂上游側(cè)設(shè)置防浪墻，墻高采用3.5m，墻頂高出壩頂1.2m。壩頂鋪設(shè)混凝土路面，其下鋪設(shè)碎石墊層，壩頂面向下游測(cè)設(shè)斜坡，坡度3%。防浪墻上游側(cè)底部設(shè)置寬0.8m 的小道，以利檢查行走。壩頂下游側(cè)設(shè)置 0.5m 高的護(hù)欄，護(hù)欄內(nèi)側(cè)底部設(shè)置0.2m×0.2m 的排水溝。 馬道、上下游護(hù)坡設(shè)計(jì)下游壩坡設(shè)置“之”形貼坡式上壩公路，道路寬6m。因壩的上游坡面受波浪淘刷，

16、下游坡面受雨水沖刷，壩的上下游坡面需設(shè)置護(hù)坡，本方案為砌石護(hù)坡，厚0.3m。上下游護(hù)坡需設(shè)碎石或礫石墊層，本方案為碎石墊層厚0.2m。壩體排水壩體排水選用棱體排水，是在下游壩腳處用塊石堆成棱體，頂部高程應(yīng)超出下游最高水位，超出高度應(yīng)大于波浪沿坡面的爬高。大壩為2級(jí)，不應(yīng)小于0.5m，并使壩體浸潤(rùn)距壩坡的距離大于冰凍深度，排水棱體頂高程要比下游最高水位高12m。故設(shè)排水棱體頂高程為581m，內(nèi)坡設(shè)為1:1，外坡設(shè)為1:1.5，頂寬設(shè)為3m，壩體外部寬度為2m。壩面排水在上壩公路內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，尺寸為0.2m×0.3m(深×寬)，順坡向設(shè)4道排水溝?；炷撩姘逶O(shè)計(jì)面板置于墊層上，

17、墊層是面板的基礎(chǔ)，在澆筑面板之前，應(yīng)對(duì)墊層嚴(yán)格壓實(shí)，在其上噴一層砂漿，為面板提供良好的基礎(chǔ)。面板厚度采用等厚0.4m設(shè)計(jì)。面板只設(shè)垂直縫，不設(shè)水平縫，河床部位壓實(shí)性縫間距16m，靠近左右壩肩張性縫間距8m，兩岸垂直縫在距周邊縫法線方向1m處，垂直于周邊縫布置。面板鋼筋穿過縫面。面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25，混凝土抗?jié)B等級(jí)采用W8,。面板布置單層雙向鋼筋，配筋率0.4%，靠近周邊縫附近20m范圍內(nèi)面板布置加強(qiáng)鋼筋。趾板采用平趾板型式，趾板寬5m，趾板厚0.5m。趾板表面配單層雙向配筋，配筋率為0.3%，保護(hù)層厚度10cm。為方便趾板施工，趾板設(shè)計(jì)為連續(xù)趾板，但要求施工分序條塊澆筑。周邊縫設(shè)置三道

18、止水。底部設(shè)一道F形止水銅片，下設(shè)瀝青砂墊，銅片與瀝青砂墊之間鋪設(shè)PVC墊片，中間為橡膠止水。頂部塑性止水構(gòu)造為V型口，上面填充塑性材料，表面用透水保護(hù)罩覆蓋。面板壓性縫與張性縫設(shè)計(jì)如圖：防浪墻與面板之間的接縫防浪墻設(shè)伸縮縫，其位置與面板伸縮縫位置一致。溢洪道構(gòu)造襯砌（1）襯砌的分縫和止水為適應(yīng)溫度變化及地基不均勻沉降，混凝土襯砌需設(shè)置橫縫。泄槽和邊墻底板結(jié)構(gòu)縫間距統(tǒng)一采用15m。襯砌內(nèi)配置適量的鋼筋。橫縫之間，泄槽底板與控制段、邊墻、鼻坎以及邊墻之間的縫均設(shè)止水，止水采用塑料止水片。（2）襯砌排水為排除地基滲水，減少襯砌所受的揚(yáng)壓力，需在襯砌下面設(shè)置排水系統(tǒng)。（3） 襯砌厚度襯砌厚度取為0.5m，為了增加襯砌的穩(wěn)定性，配置網(wǎng)狀溫度筋。出口消能段為保證挑坎的穩(wěn)定，在挑坎末端做一條齒墻，深度取5m。為了降低齒墻背面的滲水壓力，在齒墻上設(shè)排水孔，鼻坎內(nèi)也布置排水孔，以便在溢洪道不泄水時(shí)排出反弧段的積水。為了防止小流量水舌不能挑射時(shí)產(chǎn)生貼壁沖刷，挑坎下游做一段短護(hù)坦。為了避免在挑流水舌下面形成真空，產(chǎn)生對(duì)水流的吸力，減少挑射距離，需在