水工建筑物課設(shè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上姚家河重力壩課程設(shè)計說明書姓 名：楊康瑾學(xué) 號：班 級：班指導(dǎo)老師：彭云楓日 期：2017年9月6日目錄專心-專注-專業(yè)1設(shè)計目的課程設(shè)計是教學(xué)計劃中一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，進行水利工程設(shè)計、建設(shè)管理的綜合訓(xùn)練，是前面各個教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化和拓寬，是學(xué)生綜合素質(zhì)和工程實踐能力培養(yǎng)的重要階段。2設(shè)計資料2.1基本情況姚家河水庫位于湖北省大悟縣境姚家河中上游。姚家河發(fā)源于本區(qū)王家店，是環(huán)水東支大悟河的一條支流，全長約40km，一在三里城處匯人大悟河。流域總面積46. 7km2，壩址以上控制面積27.6km2流域內(nèi)四季氣候

2、鮮明，下游土壤肥沃，盛產(chǎn)水稻、小麥、棉花等作物。姚家河為一山區(qū)河流，河床較窄，水位變幅較大，因水量不足，又易引起旱災(zāi)。為此，每當(dāng)山洪暴發(fā)根據(jù)流域規(guī)劃下游即遭洪水淹沒；而當(dāng)缺雨季節(jié)，確定興建姚家河水庫，以達興利除害的目的。根據(jù)流域規(guī)劃要求，確定本水庫以灌溉為主，兼興防洪、養(yǎng)魚之利，其主要任務(wù)如下：(1)灌溉方面：灌溉面積共4萬畝，均分布于水庫右岸。(2)防洪方面：根據(jù)下游防洪要求，最大下泄流量不得超過120m3/s。2.2基本資料2.2.1地形地質(zhì)本區(qū)沒有大的高山附近都是堆積剝蝕低丘，一般地勢比較平坦，相.對高程不超過200m，坡度為30度50度，局部地勢較陡，約為60度80度。地貌特點是右岸山

3、頭巖石露頭較明顯，覆蓋層厚0.2m，表面巖右均已風(fēng)化，風(fēng)化層厚1. 0m，局部地區(qū)有崩塌現(xiàn)象；左岸巖石露頭較少，覆蓋層厚1.5m，風(fēng)化層厚1. 0m。庫區(qū)為一狹長帶形，兩岸群山連綿松樹，山坡多植，植被良好。耕地主要分布于右岸下游平坦地區(qū)，沿河兩岸分布有少量梯田。本區(qū)巖石均為太古代泰山紀變質(zhì)巖，大致可分為5種，分別為花崗片麻巖、閃長巖、石英巖和石巖云母片麻巖。其中以花崗片麻巖分布最廣，整個庫區(qū)均有，其抗壓強度較高，但易風(fēng)化。各種巖石在壩址附近分布情況如壩址地形地質(zhì)圖所示。巖層走向均與河流斜交，傾向庫內(nèi)，一般傾角較大，有的近于垂直?；◢徠閹r中裂隙和節(jié)理不是很發(fā)育。壩址處河谷狹窄，上、下游較開闊，

4、足以布置施工場地。壩址以上有足夠的庫容可以滿足蓄水要求。壩址處河床高程103.00m，有3m厚的砂卵石覆蓋層，工程地質(zhì)條件良好。壩址左岸離壩軸線400m處有天然鞍部，略高于正常蓄水位，工程地質(zhì)條件亦屬良好，覆蓋層為砂質(zhì)粘土，平均厚約3m，可布置溢洪道，鉆孔資料如壩址地形圖所示。庫區(qū)地質(zhì)條件與壩址區(qū)大致相同，未發(fā)現(xiàn)坍塌、滑坡現(xiàn)象，節(jié)理裂隙不發(fā)達，滲漏問題不嚴重。本區(qū)地震基本烈度小于6度。2.2.2水文氣象資料流域內(nèi)無徑流資料。所需年、月設(shè)計徑流量及洪水流量均由暴雨推求，并根據(jù)降雨系列延長。通過水文水利計算得出各特征值見后面調(diào)洪演算成果。本區(qū)風(fēng)力按7級計，最大風(fēng)速多年平均值15m/s，水庫吹程1k

5、m。2.2.3建筑材料根據(jù)勘測，距壩軸線1 km以.內(nèi)有比較豐富的土料，主要分布如下(1)砂質(zhì)粘土。分布于壩址以上肖家阪等處，最大運距1000 m，儲量為12萬m3，高程為106.00110.00m。壩址以下兩岸山坡有8萬9萬m3，運距在800- 1000m范圍之間。(2)河床砂卵石。由于姚家河為一山區(qū)河流，河谷較窄，沙灘較少。因此，壩軸線附近，砂卵石儲量不多，約有5.5萬5.9萬m3，分布于壩軸線上、下游200m處。壩軸線下游有較多的砂卵石儲量(約40萬m3)，運距1000m左右。各種土料物理力學(xué)性質(zhì)見表所示。表1土料物理力學(xué)性質(zhì)表土壤名稱比重孔隙率含水量（%）干容重（KN/m³）

6、天然容重（KN/m³）飽和容重（KN/m³）砂質(zhì)黏土2.700.3719.016.719.920.5河床砂卵石2.760.5030.020.022.024.5土壤名稱粘聚力（KN/）內(nèi)摩擦角滲透系數(shù)（cm/s）=d60/d10黏粒含量(%)砂質(zhì)黏土3.0(水上)2.0（水下）23°(水上)19°（水下）1.48×10-65038河床砂卵石038°6×10-2302.2.4其他壩頂無交通要求。對外交通不便，河流四季不能通航，縣城至三里城小鎮(zhèn)有20km公路，三里城至大壩僅有人行便道(長約5km)。3水庫及樞紐工程的勘測、規(guī)劃成果

7、3.1勘測成果壩址地形地質(zhì)圖一張。壩址河床高程:103.00m。溢洪道出口河底高程:101.99m。風(fēng)化巖石允許流速:6m/s。壩址及壩址卞游水位流量關(guān)系。3.2灌溉引水要求及渠首有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計引水流量：4.0m3。(2)灌溉渠道進口控制水位:110.00m。(3)渠首段渠道參數(shù):底寬b=3.8m，邊坡系數(shù)m=0.2，設(shè)計水深h=2.0m,糙率n=0. 03，渠道比降i=1/5000。3.3水庫規(guī)劃設(shè)計成果(1)正常蓄水位:123. 50m。(2)興利庫容下限水位(相應(yīng)墊底庫容0.34×106m3的水位):110.85m。(3)興利庫容5×106m3。(4)淤沙高程107.0

8、0m。3.4泄洪規(guī)劃及調(diào)洪演算成果(1)采用先閘門寬頂堰河岸式正槽溢洪道(不考慮其他建筑物參加泄洪)，寬頂堰堰頂高程等于正常蓄水位123.50m，控制段寬度B=11. 0m，流量系數(shù)m=0. 370，側(cè)收縮系數(shù)=0. 95(堰頂進口為圓角，上游堰高2.0m，邊墩頭部為圓弧形)(2)設(shè)計洪水位126. 30m，設(shè)計洪水位時溢洪道下泄流量80m3 / s，相應(yīng)下游水位103. 83m。(3)校核洪水位127.06m。表2 壩址上游水位流量關(guān)系表水位（m）103.0103.5104.0104.5105.0105.5105.8流量（m³/s）07.517.03050100120表3 壩址下游

9、水位一流量關(guān)系表水位（m）101.84102.62103.15103.54103.83104.03104.10流量（m³/s）0204060801001204工程等級及洪水標準4.1工程等級的確定根據(jù)已知條件：興利庫容0.05億m3，推算總庫容為0.05億m3-0.1億m3，由表4知工程等級為IV級；灌溉面積共4萬畝，確定水利樞紐工程等級為IV級；則水利樞紐工程等級為IV級，工程規(guī)模為小(1)型。由于重力壩為永久性水工建筑物，由表5知水工建筑物的等級為4級。表4 水利水電工程分等指標工程等別工程規(guī)模分等指標水庫總庫容（億米）防洪灌溉面積（萬畝）保護城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護農(nóng)田面積（萬畝）大（

10、1）型>=10特別重要>=500>=150大（2）型101重要50010015050中型10.1中等10030505?。?）型0.10.01一般30550.5?。?）型0.010.001<5<0.5表5 永久性水工建筑物級別工程等別主要建筑物12345次要建筑物334554.2確定洪水標準表6 丘陵山區(qū)永久性水工建筑物的防洪標準水工建筑物級別洪水重現(xiàn)期（年）設(shè)計校核（重力壩）110005005000200025001002000100031005010005004503050020053020200100據(jù)上表可知該重力壩為4級水工建筑物，防洪標準按30到50年一

11、遇的洪水設(shè)計，200到500年一遇的洪水校核。5非溢流壩的斷面尺寸擬定5.1合理壩型重力壩是主要依靠壩身自重保持穩(wěn)定的壩，其基本剖面是直角三角形，混凝土重力壩的穩(wěn)定性大于漿砌石重力壩的穩(wěn)定性。由于水庫攔水面積較大，根據(jù)姚家河重力壩壩址的地形、地質(zhì)及洪水特點，故修建混凝土重力壩更為合適。5.2、確定壩頂高程非溢流壩壩頂在洪水位以上的超高為hh=2h1+h0+hc其中波高： 2h1=0.016V54×D13波長： 2L1=10.42h10.8波浪中心線在凈水位以上的高度： h0=2h122L1計算風(fēng)速在水庫設(shè)計洪水位時，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍，校核洪水位時宜采用

12、相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。表7兩種工況下的吹程及計算風(fēng)速表計算情況庫水位Z吹程D最大風(fēng)速vmax計算風(fēng)速v0kmmsms設(shè)計工況126.3011522.5校核工況127.0611515設(shè)計工況波高：2h1=0.016V54×D13=0.81m波長：2L1=10.42h10.8=8.79m波浪中心線在凈水位以上的高度：h0=2h122L1=0.12m校核工況波高：2h1=0.016V54×D13=0.49m波長：2L1=10.42h10.8=5.88m波浪中心線在凈水位以上的高度：h0=2h122L1=0.06m表8 永久性擋水建筑物安全加高hc值運用情況永久性擋水建筑物級

13、別1234或 5設(shè)計工況0.70.50.40.3校核工況0.50.40.30.2從表8中查找出：對于4級建筑物設(shè)計工況hc=0.3m，校核工況hc=0.2m。設(shè)計工況: h=2h1+h0+hc=1.23m校核工況: h=2h1+h0+hc=0.75m設(shè)計洪水位時的壩頂高程：壩頂=設(shè)計洪水位+h=126.30m+1.23m=127.53m校核洪水位時的壩頂高程：壩頂=校核洪水位+h=127.06m+0.75m=127.81m計算匯總?cè)绫?：表9 壩頂高程計算匯總表計算工況2h1（m）h0（m）hc（m）h（m）壩頂高程（m）設(shè)計工況0.810.120.31.23127.53校核工況0.490.0

14、60.20.75127.81由計算結(jié)果可得，設(shè)計工況下的壩頂高程小于校核工況下的壩頂高程，則取校核工況下的高程，取整數(shù)，壩頂高程為128m5.3確定壩頂寬度壩高=壩頂高程-壩址河床高程=128m-103m=25m。壩頂寬度應(yīng)根據(jù)剖面設(shè)計丶施工及運行的要求確定，不宜小于3m，壩頂寬度可取為壩高8%10%，則壩頂寬度可取3m。5.4確定壩底寬度根據(jù)穩(wěn)定條件分析，壩基面的抗剪強度較高時，壩底寬度由應(yīng)力條件控制，反之，壩基面抗剪強度較低時，壩底寬度由穩(wěn)定條件控制。一般壩底寬度可取壩高的0.70.9倍，則可取20m。5.5確定壩坡考慮壩體利用部分水重增加其抗滑穩(wěn)定，根據(jù)工程實踐，上游面壩坡系數(shù)m1=00

15、.2，下游面壩坡系數(shù)m2=0.60.8。對于本設(shè)計取m1=0，m2=0.8。5.6擬定實用坡面初步擬定重力壩段剖面尺寸：上游折坡坡率：m1 =0；下游折坡坡率：m2=0.8,下游折坡點延長線對應(yīng)上游校核洪水位。下游折坡點高程：Z=124.23m；大壩建基面高程：Z=103m；壩頂寬度：B=3m；壩底寬度：B=20m；取整數(shù)，壩頂高程：128m。6荷載計算重力壩承受的荷載和作用主要有：自重；靜水壓力及動水壓力；揚壓力；浪壓力；泥沙壓力；冰壓力土壓力地震作用荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類?；窘M合屬于設(shè)計情況或正常情況，由同時出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時出現(xiàn)的基本

16、荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設(shè)計時應(yīng)從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進行計算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。6.1壩體自重壩體自重計算公式為：W=C×V式中：C為混凝土容重，C=24KNm3；V為壩體體積，m3。V=3×25+0.5×15×21.43=235.73m3計算得：W=C×V=5657.52KN正常蓄水位、設(shè)計洪水位、校核洪水位三種設(shè)計狀況，壩體自重相同。6.2靜水壓力已知不同特征水位的上、下游水位深如表10：表10不同特征水位的上、下游水位深特征水位上游水深（m）下游水深(m)上下游水位差(m)正常蓄水位20.50

17、0.8319.67設(shè)計洪水位23.300.8322.47校核洪水位24.061.1022.96單寬靜水壓力荷載的計算方法如下：上游靜水壓力：P上=0.5wh上2下游靜水壓力：P下=P下x2+P下y2水平方向分力：P下x=0.5wh下2×11+m2豎直方向分力：P下y=0.5wh下2×m1+m2其中：w=9.8KNm3；m=0.7。由已知水位深及計算公式的三種水位下的靜水壓力結(jié)果如表11表11 不同特征水位的上、下游靜水壓力特征水位上游靜水壓力KN下游水平靜水壓力KN下游豎直靜水壓力KN正常蓄水位2059.222.771.94設(shè)計洪水位2660.162.771.94校核洪水位

18、2836.524.863.406.3淤沙壓力作用于壩面單位長度上的水平淤沙壓力按下式計算：Psk=12sbhs2tan2（45°-s2）sb=sd-(1-n)w式中：Psk：淤沙壓力值，KNm；sb：淤沙的浮重度，KNm3；sd：淤沙的干重度，KNm3；n：淤沙的空隙率；hs：壩前淤積的淤沙厚度，m；s：淤沙的內(nèi)摩擦角，(°)。計算得：Psk=12sbhs2tan2（45°-s2） =12×11×42×tan2（45°-182） =46.45KN6.4揚壓力揚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)生的滲

19、透在壩體或壩基面上形成的水壓力。浮托力是由下游面淹沒計算截面而產(chǎn)生的向上的水壓力。取揚壓力折減系數(shù)，將揚壓力分成四部分，分別計算。U1=12(1-)wbhU2=wbhU3=12wbhU4=wbh式中：w：水的重度，w=9.8KN/m³b：計算部分的寬度，m；h：計算部分的水位差，m； h下:下游水位，m。計算得三種水位下?lián)P壓力結(jié)果如表12：表12 不同水位時揚壓力 (KN)U1U2U3U4U正常蓄水位(m)254.25168.54373.25160.26975.85設(shè)計洪水位(m)288.32190.59420.25160.261097.56校核洪水位(m)293.56195.264

20、34.96215.621165.256.5浪壓力當(dāng)壩前水深大于半波長，即H>L2時，波浪運動不受庫底約束，為深水波；當(dāng)壩前水深小于半波長，即L2>H>H0時，波浪運動受庫底約束，為淺水波；故對于三種水位情況，都為深水波，（L=2L1）。Pwk=L4(2h1+h0) (1) 對于正常蓄水位、設(shè)計洪水位：Pwk=L4(2h1+h0)=14×9.8×8.79×(0.81+0.12)=20.02KN(2) 校核洪水位，計算有：Pwk=L4(2h1+h0)=14×9.8×5.88×(0.49+0.06)=7.92KN7.壩體應(yīng)

21、力分析采用材料力學(xué)法進行應(yīng)力分析，對于正常蓄水位、設(shè)計洪水位和校核洪水位三種工況荷載組合都為：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力；以大壩建基面為計算截面，大壩底寬，剖面形心位于底面中點。7.1水平截面上的正應(yīng)力按材料力學(xué)偏心受壓公式，上、下游邊緣正應(yīng)力yu、yd分別為：yu=WB+6MB2yd=WB-6MB2式中：W：作用于截面以上全部荷載的鉛直分布的總和，KN；M：作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流方向形心軸的力矩總和；KNm；B：計算截面的長度，m。在計算過程中，取為截面的底面長度。7.1.1大壩自重W1=1786.32KN形心距L1=8.43m力矩M1=15059.60KNm（順時針）

22、W2=4258.33KN 形心距L2=1.31m 力矩M1=5579.10KNm（順時針）7.1.2上游靜水壓力已知不同特征水位的上、下游水位深如表13。表13不同特征水位的上、下游水位深特征水位P1(KN)L（m）M(KNm)正常蓄水位2059.9810.2521130.65（順時針）設(shè)計洪水位2661.9511.6531020.85（順時針）校核洪水位2839.5612.0334156.54（順時針）7.1.2下游水平靜水壓力計算三種工況下，下游水平靜水壓力結(jié)果如表14表14 下游水平靜水壓力結(jié)果表()()()正常蓄水位3.380.551.86 （逆時針）設(shè)計洪水位3.380.551.86

23、 （逆時針）校核洪水位3.380.734.34 （逆時針）7.1.3淤沙壓力計算三種工況下，下游垂直靜水壓力結(jié)果如表15：表15下游垂直靜水壓力結(jié)果表()()()正常蓄水位4.239.4940.14 （順時針）設(shè)計洪水位4.239.4940.14 （順時針）校核洪水位7.509.3570.65（順時針）7.1.4泥沙壓力計算淤沙壓力有：Ps=46.50KN；形心距Ls=2m；力矩Ms=9290KNm（順時針）7.1.5揚壓力計算三種工況下，揚壓力結(jié)果如表16：表16 揚壓力結(jié)果表()()正常蓄水位979.023987.52（順時針）設(shè)計洪水位1093.254552.89（順時針）校核洪水位11

24、65.954650.32（順時針）綜上，計算各水位情況下的全部荷載鉛直分力的綜合W及全部荷載對截面垂直水流形心軸產(chǎn)生的力矩總和M，如表17所示：表17 三種水位下與結(jié)果表不計揚壓力計入揚壓力W(KN)M(KNm)W(KN)M(KNm)正常蓄水位6048.9825.60（順）5069.55828.99（順）設(shè)計洪水位6048.910749.95（順）4953.9610750.26（順）校核洪水位6052.0813687.04（順）5642.5613689.25（順）7.2水平截面上正應(yīng)力的計算7.2.1 不計揚壓力1.正常蓄水位yu=WB+6MB2=316.96KPa yd=WB-6MB2=29

25、3.21KPa2.設(shè)計洪水位yu=WB+6MB2=469.52KPa yd=WB-6MB2=141.23KPa3.校核洪水位yu=WB+6MB2=513.60KPa yd=WB-6MB2=95.25KPa7.2.2 計入揚壓力1.正常蓄水位yu=WB+6MB2=325.69KPa yd=WB-6MB2=180.26KPa2.設(shè)計洪水位yu=WB+6MB2=482.56KPa yd=WB-6MB2=18.25KPa3.校核洪水位yu=WB+6MB2=570.52KPa yd=WB-6MB2=15.36KPa7.3水平截面上正應(yīng)力計算結(jié)果重力壩非溢流壩段的荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓

26、力、揚壓力、等，常取壩長進行計算。應(yīng)力計算結(jié)果如表18：表18應(yīng)力計算結(jié)果（單位：）計算工況不計揚壓力計入揚壓力yuydyuyd正常蓄水位316.96293.21325.69180.26設(shè)計洪水位469.52141.23482.5618.25校核洪水位513.6095.25570.5215.367.4應(yīng)力的計算計算截面上、下游分別取三角微單元體，根據(jù)對上游邊微單元體的力平衡條件Fy=0，可得上游邊緣剪應(yīng)力u為：u=pu-yum1同理，求得下游邊緣剪應(yīng)力d為：d=yd-pdm1代入數(shù)據(jù)計算上、下游邊緣剪應(yīng)力結(jié)果如表19：表19邊緣剪應(yīng)力計算結(jié)果（單位：）計算工況不計揚壓力計入揚壓力正常蓄水位02

27、26.490142.35設(shè)計洪水位0106.0508.59校核洪水位072.3204.657.5水平正應(yīng)力的計算計算截面上、下游分別取三角微單元體，根據(jù)對上游邊微單元體的力平衡條件Fx=0，可得上游邊緣水平正應(yīng)力xu為：xu=pu-pu-yum12同理，求得下游邊緣水平正應(yīng)力為：yd=pd-yd-pdm22代入數(shù)據(jù)計算上、下游邊緣水平正應(yīng)力結(jié)果如表20：表20邊緣水平正應(yīng)力計算結(jié)果（單位：）計算工況不計揚壓力計入揚壓力正常蓄水位101.23188.95101.29116.98設(shè)計洪水位112.3993.23115.2612.56校核洪水位116.5666.82119.5612.057.6主應(yīng)力

28、的計算計算邊緣主應(yīng)力時，取三角形微單元體進行分析，上、下游壩面僅受垂直于壩面的水壓力，沒有剪應(yīng)力，因此，上下游壩面為主應(yīng)力面，另一應(yīng)力面則應(yīng)與壩面垂直，分別取上下游單元體的力平衡條件Fy=0，得上、下游邊緣主應(yīng)力1d，2d分別為：1u=1+m12yu-pum121d=1+m22yd-pdm22上、下游邊緣另一主應(yīng)力值顯然就是作用在壩面的水壓力強度，即：2u=pu2d=pd代入數(shù)據(jù)計算上、下游邊緣剪水平正應(yīng)力結(jié)果如表21：表21水平正應(yīng)力計算結(jié)果（單位：）工況不計揚壓力計入揚壓力1u1d2u2d1u1d2u2d正常316.96473.65101.236.84325.69293.62101.236

29、.84設(shè)計469.52226.52112.396.84482.5622.68112.396.84校核513.60153.69116.568.49570.5218.00116.568.49由以上計算可求得，非溢流壩應(yīng)力計算中，水平截面正應(yīng)力、邊緣剪應(yīng)力、水平正應(yīng)力、邊緣主應(yīng)力計算結(jié)果匯總于表22表22邊緣應(yīng)力計算結(jié)果匯總表 （單位：）邊緣應(yīng)力值(KPa)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位不計揚壓力yu316.96469.52513.60yd293.21141.2395.25u000d226.49106.0572.32xu100.55114.29118.01xd188.9593.2366.821u31

30、6.52465.36515.621d473.65226.52153.692u100.85115.26117.892d6.846.848.49計入揚壓力yu325.69482.56570.52yd180.2618.2515.36u000d142.358.594.65xu100.55114.29118.01xd118.9112.9412.301u325.69482.56570.521d293.6222.6818.002u101.23112.39116.562d6.846.848.49由表22成果分析，可以看出壩體邊緣應(yīng)力狀態(tài)良好，未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。8重力壩的穩(wěn)定校核計算8.1抗滑穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定

31、分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。本次抗滑穩(wěn)定分析僅采用抗剪斷摩擦公式進行計算，以單寬為計算單元，認為壩體混凝土與巖基接觸良好，接觸面積為A，直接采用接觸面上的抗剪斷參數(shù)f'和c'進行計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。KS'=f'(W-U)+c'AP式中：f'：抗剪斷摩擦系數(shù)c'：抗剪斷凝聚力W：作用在滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和；P：作用在滑動面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和；U：作用在滑動面以上的揚壓力。關(guān)于安全系數(shù)KS'，參考相關(guān)規(guī)范，取值情況如下表23：表23 安全系數(shù)取值荷載組合KS'

32、;基本組合3.0特殊組合2.52.3混凝土于壩基接觸面的巖體為第類，取f'=1.0，c'=0.8MPa，A=19.85m2。其中：P=P上+PL+PS-P下計算所得結(jié)果如下表24：表24穩(wěn)定校核計算結(jié)果正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位W (KN)6052.266045.856049.32P (KN)2130.252721.502885.45 (KN)974.21097.621164.21KS'7.656.965.95KS'3.03.02.3抗滑穩(wěn)定要求滿足滿足滿足9.溢流壩剖面的設(shè)計9.1泄水方式的確定重力壩的泄水方式主要有開敞溢流式和孔口溢流式，前者除泄洪外還可

33、以排除冰凌或其他漂浮物；設(shè)置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)水位和下泄流量，適用于洪水量較小，淹沒損失不大的中小型工程；后者一般兼有表面溢流孔和深水溢流孔，表孔具有較大的泄流能力，深孔放水條件好，具有排沙、防空水庫，導(dǎo)流等功能，適用于大中型工程。綜合考慮水文情況，地形特點，經(jīng)濟等因素，確定采用開敞溢流式泄流方式。9.2孔口凈寬的確定孔口凈寬按以下公式計算： B=Q溢q其中：Q溢：下泄流量； q：單寬流量。由已知條件：設(shè)計洪水位126.30m，設(shè)計洪峰流量為80m3s；校核洪水位127.06m，校核洪峰流量為120 m3s。單寬流量是確定孔口尺寸的重

34、要控制性指標。查規(guī)范有：軟弱巖石或裂隙發(fā)育巖石，3050m3(sm)；較好的巖石，q5070m3(sm)；堅硬或完整巖石，100150m3(sm)。本次計算采用q3050ms，分別計算設(shè)計水位和校核水位情況下溢洪道所需的孔口寬度如下表25：表25 孔口寬度計算計算情況流量Q(m3s)單寬流量q(m3s)孔口凈寬B(m)設(shè)計水位8030501.62.7校核水位12030502.44根據(jù)以上計算，取孔口凈寬B=4.0m，設(shè)計洪水位時單寬流量為20ms，為了保證泄洪時閘門的對稱開啟，取每孔凈寬b=0.4m，孔數(shù)n=9。9.3溢流壩段凈寬L0的確定根據(jù)閘門的形式取閘墩厚度d1.4m，由上述計算孔口凈寬

35、b0.4m，則溢流前緣總長L0為：L0=nb+(n-1)d經(jīng)計算得溢流壩凈寬為L0=14.8m9.4堰上最大水頭Hmax的確定堰上最大水頭Hmax的確定：Hmax校核洪水位堰頂高程=127.06m-123.5m=3.56m9.5確定溢流面曲線對于溢流面曲線的確定，可選擇WES曲線和克-奧堰堰面曲線，由于克-奧堰堰面曲線所繪剖面略顯肥大，且用表格給出坐標點較少，設(shè)計施工過程中不便控制，而WES曲線給出的是曲線方程，具有易與各種上游壩坡相銜接的特點，便于應(yīng)用，故宜采用WES型堰面曲線，以堰頂為界，分上游段和下游段兩部分。9.5.1頂部曲線表26堰面曲線參數(shù)上游面坡度y/xknR1aR2b3:02.

36、0001.8500.5Hd0.175Hd0.2Hd0.282Hd3:11.9361.8360.68Hd0.139Hd0.21Hd0.237Hd3:21.9391.8100.48Hd0.115Hd0.22Hd0.214Hd3:31.8731.7760.45Hd0.119Hd采用開敞式溢流壩堰，該設(shè)計上游段曲線采用三圓弧型曲線。，所以k=2.000,n=1.850按下式計算：x1.85=2.0Hd0.85y其中：Hd為定型設(shè)計水頭，為了防止出現(xiàn)負壓和得到經(jīng)濟的剖面，采用堰頂水頭Hd=(0.750.95) Hmax，取Hd=0.9Hmax=3.204m。上游段采用三圓弧型式的曲線：R1=0.5Hd=

37、0.5×3.204=1.602m R2=0.2Hd=0.2×3.204=0.641m R3=0.04Hd=0.04×3.204=0.128mx1=0.175Hd=0.561m x2=0.276Hd=0.884m x3=0.282Hd=0.904m坐標原點在堰頂，根據(jù)計算式，列計算表如下：表27 WES曲線x0.001.002.003.004.005.006.007.008.00y0.000.190.671.422.423.655.116.808.719.5.2中間直線段的確定頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線、底部的反弧段相切，其坡度一般與非溢流壩段下

38、游坡率相同，即為1：m2。堰頂下游直線段：采用方程式x1.85=2.0Hd0.85y計算，化簡得y=x1.852.0Hd0.85，曲線末端與斜率為的直線段相切。堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù)：dydx=1.85x0.852.0Hd0.85=10.8，解得：x=4.57 y=3.099.5.3反弧段（3）反弧段溢流壩剖面擬定圖反弧半徑不同的的消能措施可選用不同的消能方式。根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范知，對于挑流消能反弧半徑h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低處的水深，m，反弧段流速v<16時，取下限，流速越大，反弧段半徑也取較大值，直至上限。校核洪水位的下泄流量，m校核洪水位為127.06m，對應(yīng)的下泄流量

39、為挑坎高差=127.06-123.5=3.56m。;；;R取5.5m。挑角 挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角也增大，水下射程減小。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加。一般在之間，在此取 。 鼻坎高程：（式中: 側(cè)收縮系數(shù)，與墩頭形式及行進水流的進水方向有關(guān)。初擬時可取0.90.95，本次設(shè)計取0.95 淹沒系數(shù)，自由出流 =1流量，校核洪水下泄流量 m3/s溢流堰總凈寬 =11流量系數(shù)，取堰上水頭，重力加速度 校核洪水位對應(yīng)的下泄流量為114.95，查下游水位流量關(guān)系得到下游水位為104.08m（采用內(nèi)插法）。鼻坎應(yīng)高出下游水位，一般以12m 為宜，

40、此處取2m，所以鼻坎高程為106.08m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，就可以確定溢流壩曲面了9.6溢流壩的消能防沖設(shè)計溢流壩的消能方式有：(1) 挑流消能：工程量小、投資省、結(jié)構(gòu)簡單、檢修施工方便，但下游局部沖刷不可避免，一般適用于巖基比較堅固的高壩或中壩。(2) 底流式消能：流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好，對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強等優(yōu)點，(3) 面流式消能：使用于水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定，河床和河岸在一定范圍內(nèi)有較高抗沖能力。(4) 消力戽消能：工程量較底流消能小，但水面波動大，易沖刷岸坡。分析以上消能工的優(yōu)缺點?？紤]到本次設(shè)計的重力壩屬于高壩，下游地質(zhì)比較好的情況，選用挑流消能。設(shè)計采取的挑流鼻坎

41、的型式為連續(xù)式挑流鼻坎。結(jié)構(gòu)簡單，易于避免發(fā)生空蝕破壞，急流在挑流鼻坎前可獲得均化，水流霧化也輕。鼻坎的挑射角度一般采用=25°。鼻坎反弧段半徑R=8m，挑流鼻坎坎頂高程為106.10m。水舌挑射距離按水舌外緣計算，其估算公式：L=1gv12sincos+v1cosv1sin2+2g(h1+h2)式中：L：水舌挑距，；g：重力加速度，ms2；v1：坎頂水面流速，ms，約為鼻坎處平均流速v的1.1倍；：挑射角度，即=25°；h1：坎頂平均水深h在鉛直向的投影，h1=hcos；h2：坎頂至河床面的高差，m， h2=3.1m；查得：hcq23 =0.195，hc=0.195

42、15;2023=1.44m，；v=qhc=201.44=13.89ms即v1=1.1v=1.1×13.89=15.279ms；計算得：h1=0.92×cos25°=0.83mL=19.8115.2792sin25°cos25°+15.279×cos25°15.2792sin225°+2×9.81×0.83+3.1=24.50m關(guān)于沖刷坑深度，工程上常按下式進行估算：tk=q0.5H0.25，式中：tk：最大沖刷坑水墊層厚度，m；q：單寬流量，m3(sm)；H：上、下游水位差，22.96m；：沖刷

43、系數(shù)。查資料，可取，計算得：tk=0.9×200.5×22.960.25=8.81mLtk=24.508.81=2.782.5<Ltk=2.78<5，滿足要求。9.7閘門類型的選擇由于平面閘門具有門葉結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、安裝和運輸，順水流方向尺寸較小，且便于檢修和維護的優(yōu)點。因此，可在堰頂設(shè)平面工作閘門，尺寸為5×6m（寬高），用壩頂?shù)膯蜗蛞苿邮介T機啟閉。10溢流壩的結(jié)構(gòu)布置壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩頂橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)有止水。防浪墻高為1.2米，厚度為1米 ，已滿足運用安全的要求，壩頂采用混凝土路面，

44、兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有1米的人行道，并高出壩頂路面0.2米，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。11大壩的構(gòu)造11.1擬定基礎(chǔ)廊道尺寸及位置11.1.1壩基灌漿廊道為了滿足施工運用要求，如灌漿，排水，觀測，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。由規(guī)范SL319-2005可知，基礎(chǔ)灌漿廊道寬度可取2.5-3m，高度可取3-3.5m，廊道上游壁離上游側(cè)面距離滿足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.05-0.1倍水頭，為滿足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿，廊道距基底不小于廊道寬度的1.5倍，本次取廊道尺寸為3×3m，距上游距為2m，距基底為5m

45、。11.1.2檢查排水廊道為了檢查，觀測，巡視和排除滲水，靠近壩體上游面處每隔15-30米高度設(shè)置一檢查廊道做排水廊道。廊道也采用上圓下方的型式，尺寸為，檢查廊道布置于非溢流壩和溢流壩內(nèi)，縱向排水廊道沿不同高程設(shè)自流式排水設(shè)備。11.2分縫和止水11.2.1分縫(1) 橫縫橫縫垂直于壩軸線設(shè)置，將壩體分成若干個壩段，橫向間距15米，一般間距距為15m20m，縫寬1cm2cm，取1cm，橫縫為永久縫，縫面為平面，縫內(nèi)設(shè)止水。(2) 縱縫為了適應(yīng)混凝土澆筑能力和減小施工期溫度能力，常用平行于壩軸線方向的縱縫把一個壩段分成幾塊澆筑。本工程社垂直縱縫，取間距15米。11.2.2止水在壩體下述部位布置止水設(shè)施：壩體橫縫內(nèi)（包括上喲八面、溢流壩面及壩體下游最高尾水位以下部分），陡坡壩段與基礎(chǔ)接觸面，壩體內(nèi)廊道和孔洞穿過橫縫處的周圍。上游面采用兩道止水金屬片，中間設(shè)一瀝青井，第一道止水片具上游壩面為1m，第二道止水片下游設(shè)排水孔和檢查井，井中設(shè)有攀梯。溢流壩下游面用熱浸瀝青麻繩止水塞。止水片：第一道止水片采用金屬銅片，第二道止水片采用金屬銅片或橡膠。止水銅片采用1.6mm厚度。每一側(cè)埋入混凝土內(nèi)長度為20cm。止水銅片作成可伸縮的“”形。瀝青井：為40cm的正方形，井底埋入巖基內(nèi)。井內(nèi)設(shè)置加熱設(shè)備，以便當(dāng)瀝青收縮開裂或與井壁脫離開時可加熱恢