水利樞紐拱壩施工設(shè)計(jì)

1、- 1 -目 錄第一章 綜合說(shuō)明.- 5 -1.1 概述 .- 5 -1.1.1 樞紐概述 .- 5 -1.1.2 設(shè)計(jì)要求 .- 5 -1.2 工程特性表 .- 6 -第二章 設(shè)計(jì)資料.- 7 -2.1 樞紐任務(wù) .- 7 -2.2 基本資料 .- 7 -2.2.1 自然地理 .- 7 -2.2.2 工程地質(zhì) .- 9 -2.2.3 筑壩材料 .- 10 -2.2.4 庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它 .- 11 -第三章 樞紐主要建筑物的型式與總體布置.- 12 -3.1 工程等級(jí)及技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) .- 12 -3.1.1 工程等級(jí) .- 12 -3.1.2 技術(shù)規(guī)范 .- 12 -3.1.3 洪水標(biāo)準(zhǔn)

2、.- 12 -3.2 調(diào)洪演算及設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) .- 12 -3.2.1 調(diào)洪演算的目的 .- 12 -3.2.2 調(diào)洪演算的原理 .- 12 -3.2.3 計(jì)算方法 .- 14 -3.2.4 泄洪方案的選擇.- 14 -3.3 樞紐組成建筑物 .- 17 -3.4 壩型選擇 .- 17 -3.4.1 壩型初選 .- 17 -3.4.2 方案比較.- 19 -3.4.3 壩體形態(tài)選擇 .- 20 -3.5 泄水建筑物型式選擇 .- 20 -3.6 廠房及引水系統(tǒng)布置 .- 21 -3.7 樞紐總體布置 .- 21 -第四章 拱壩設(shè)計(jì).- 21 -4.1 拱壩型式及布置.- 21 -4.1.1 拱

3、壩剖面設(shè)計(jì).- 21 -4.1.2 拱壩的布置.- 22 -4.2 荷載及其組合 .- 23 -4.2.1 荷載及計(jì)算 .- 23 -4.2.2 荷載組合 .- 28 -4.3 計(jì)算原理和計(jì)算方法 .- 28 - 2 -4.3.1 計(jì)算原理 .- 28 -4.3.2 計(jì)算方法 .- 29 -4.4 應(yīng)力與強(qiáng)度分析(電算,手算) .- 29 -4.4.1 應(yīng)力控制指標(biāo) .- 29 -4.4.2 電算 .- 30 -4.4.3 手算 .- 31 -4.5 壩肩穩(wěn)定驗(yàn)算 .- 33 -4.5.1 驗(yàn)算原理 .- 33 -4.5.2 驗(yàn)算工況 .- 36 -4.5.3 驗(yàn)算結(jié)果 .- 36 -第五章

4、泄水建筑物設(shè)計(jì).- 36 -5.1 基本資料 .- 36 -5.2 泄水建筑物組成與布置 .- 36 -5.3 泄槽設(shè)計(jì) .- 37 -5.3.1 泄槽尺寸 .- 37 -5.4 消能與防沖 .- 39 -5.4.1 挑距計(jì)算 .- 39 -5.4.2 沖坑計(jì)算.- 39 -5.4.3 防沖評(píng)價(jià).- 39 -5.4.4 消能率計(jì)算 .- 39 -5.4.5 消能防沖計(jì)算成果.- 40 -5.5 泄水孔口應(yīng)力及配筋.- 40 -5.5.1 計(jì)算原理.- 40 -5.5.2 孔口作用力.- 40 -第六章 壩體細(xì)部構(gòu)造及地基處理.- 43 -6.1 壩體構(gòu)造與細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .- 43 -6.1.1

5、 壩體與壩面 .- 43 -6.1.2 壩體分縫 .- 43 -6.1.3 壩內(nèi)廊道和壩后工作橋 .- 43 -6.2 壩基處理 .- 44 -6.2.1 壩基處理的一般要求 .- 44 -6.2.2 地基的處理和開(kāi)挖 .- 44 -6.2.3 壩基排水孔 .- 46 -結(jié)束語(yǔ).- 47 -參考文獻(xiàn).- 48 - 3 -第一章 綜合說(shuō)明1.1 概述1.1.1 樞紐概述 A 江是我國(guó)東南地區(qū)的一條河流, 流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入東海，干流全長(zhǎng) 153km，流域面積 4860 平方公里。根椐流域規(guī)劃擬建一水電站。本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)A 江水利樞紐進(jìn)行設(shè)計(jì)。A 江水利樞紐是一項(xiàng)同時(shí)兼顧防洪

6、，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合作用的水利工程。壩址以上流域面積 2761 平方公里, 水庫(kù)正常蓄水位為 184.0m，汛前限制水位為 182m，死水位為 164m，設(shè)計(jì)水位為 186.9m，校核水位為 189.8m。 電站多年平均發(fā)電量為 5.08 億度，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面積為 35.60 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)增加保灌面積 50 萬(wàn)畝。A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過(guò)木筏道，開(kāi)關(guān)站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為 100.3m，主體工程量約為 34.1 萬(wàn)方左右，壩頂寬8.5m，壩頂長(zhǎng)約 353.32 m，壩底寬 26m。壩后式

7、廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高程為 152.3m。泄水建筑物采用兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬 8.5m，高8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬7.4m，高 7.4m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?118m,淺孔反弧半徑為 35m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =20o,導(dǎo)墻厚度為 1m,

8、 淺孔導(dǎo)墻高度為 8.5m,中孔導(dǎo)墻高度為 12.0m。過(guò)木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過(guò)壩量為 33.3 萬(wàn)立方米，其木材最大長(zhǎng)度為 10m，大頭直徑為 100cm。開(kāi)關(guān)站長(zhǎng) 20m，寬 75m，位于左岸。1.1.2 設(shè)計(jì)要求在明確設(shè)計(jì)任務(wù)及對(duì)原始資料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，要求：1.根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定壩頂?shù)母叱毯托顾ㄖ锟卓诔叽纭?.通過(guò)分析，對(duì)可能的方案進(jìn)行比較，確定樞紐組成建筑物的形式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案。3.詳細(xì)做出大壩設(shè)計(jì)，并通過(guò)比較確定壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基處理方案- 4 -和壩身構(gòu)造，進(jìn)行水利計(jì)算、靜力計(jì)算。4.對(duì)泄水建筑物

9、進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇泄水建筑物的形式與輪廓尺寸，確定布置方案，擬訂細(xì)部構(gòu)造，進(jìn)行水利計(jì)算、靜力計(jì)算。5.對(duì) A 江水利樞紐各組成建筑物進(jìn)行總體布置以及細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。1.2 工程特性表表 1-1 工程特性表- 5 -第二章 設(shè)計(jì)資料A 江是我國(guó)東南地區(qū)的一條河流，根據(jù)流域規(guī)劃擬建一水電站。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì) A江水利樞紐進(jìn)行設(shè)計(jì)，其基本設(shè)計(jì)要求如下。2.1 樞紐任務(wù)本工程同時(shí)兼有防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合利用。水電站裝機(jī)容量為 20 萬(wàn) kW，多年平均發(fā)電量 5.08 億度。正常蓄水位 184.0m，汛前限制水位 182m，死水位 164m,4 臺(tái)機(jī)水 庫(kù) 特 性死水位高程 164.00 米汛前限制水

10、位高程 182.00 米正常蓄水位高程 184.00 米設(shè)計(jì)洪水位高程 186.90 米水庫(kù)水位校核洪水位高程 189.80 米主要建筑物大壩級(jí)別級(jí)大壩型式變半徑變中心角雙曲拱壩壩頂高程192.3 米壩底高程 92.0 米最大壩高 100.3 米壩頂弦長(zhǎng)306 米壩頂厚度 8.5 米壩底厚度 26.0 米大壩資料混凝土方量341000 立方米/孔口尺寸進(jìn)口高程出口高程兩淺孔8.58.0164.0m154.0m泄洪方式兩中孔7.47.4m2135.0m130.0m檢修閘門(mén)平板閘門(mén)，設(shè)在進(jìn)口處閘門(mén)形式工作閘門(mén)弧形閘門(mén)，設(shè)在出口處消能方式滑雪道式泄槽挑流對(duì)撞消能P=1下泄流量6520m3/s泄水建筑

11、物P=0.2下泄流量7000m3/s最大引用流量338 m3/s廠房裝機(jī)容量45.0 萬(wàn)千瓦型式鋼管數(shù)量4 條引水道內(nèi)徑4.5 米- 6 -滿載時(shí)的流量 338m3/s，尾水位 103.5m，廠房形式為壩后式。本工程建成后，可增加保灌面積 50 萬(wàn)畝，減輕洪水對(duì) A 江 A 市和 A 平原的威脅，在遇到 P=0.02%和 P=0.1%頻率的洪水時(shí)，經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪后，洪峰流量由原來(lái)的 14900m3/s、11700m3/s 分別削減為7550m3/s、6550m3/s，要求設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大下泄流量限制為 6550m3/s，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面積為 35.60 平方公里，可為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。此外，

12、根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過(guò)壩量為 33.3 萬(wàn)立方米，其木材最大長(zhǎng)度為 10m，大頭直徑為 100cm。2.2 基本資料2.2.1 自然地理2.2.1.1 流域概況 A 江是我國(guó)東南部的一條河流，流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入東海，干流全長(zhǎng) 153km，流域面積 4860 平方公里。壩址以上流域面積 2761 平方公里，流域境內(nèi)是山區(qū)，平均高度為 662m,最高山峰達(dá)1921m，流域境內(nèi)氣候濕潤(rùn)，雨量豐沛，屬熱帶氣候。徑流主要來(lái)自降雨，小部分由地下水補(bǔ)充，每年 49 月份為汛期，其中 5、6 兩月為梅雨期，河道坡降上游陡，下游緩，平均坡降 6.32%0.97%，因河道陡，調(diào)蓄水能力

13、低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅速漲落，一次洪水過(guò)程線尖瘦，屬典型的山區(qū)河流。流域境內(nèi)，以農(nóng)林為主，森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴(yán)重，樞紐下游為 A 省的重要農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)基地A 平原。壩址下游約 50 公里有縣級(jí)城市兩座，在河流入海處，有省轄市一座。2.2.1.2 氣候特征（1）氣溫壩址處的多年平均氣溫為 17.3，月平均最低氣溫（1 月份）5C，最高氣溫（7 月份）29C。實(shí)測(cè)極端最低氣溫（1 月份）-8.2C，最高為（7 月份）40.6C。（2）濕度年平均相對(duì)濕度為 79%左右，其中以 6 月份 87%為最大，1 月份 72%為最小，日變化較大。（3）降雨量壩址以上流域的年平均降雨量為 16

14、80mm，實(shí)測(cè)最大年降雨量為 2389mm，最少為1380mm，雨量在年內(nèi)分布不均，其中 49 月份占全年降雨量的 75%，而 5、6 兩月占全年的1/3。- 7 -表 2-1 各月降雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計(jì)表月份123456789101112全年實(shí)際天數(shù)3128313031303131303130310.3-10mm 雨日34571212109876410-30mm 雨日23458965432130mm 以上雨日911856322100（4）蒸發(fā)量壩址處多年平均蒸發(fā)量為 1349mm，其中 7 月份最大，月蒸發(fā)量為 217mm，2 月份為最小，月蒸發(fā)量為 45.4mm。（5）風(fēng)向風(fēng)力實(shí)測(cè)最大風(fēng)速

15、 17m/s，風(fēng)向西北偏西，吹程 4.5km。多年平均最大風(fēng)速為：汛期為12m/s，非汛期為 13m/s，風(fēng)向基本垂直壩軸線，吹程 4km。（6）水庫(kù)水溫?fù)?jù)資料分析，各層水溫的多年平均水溫（TH）及年變幅（Tc）按下列公式計(jì)算： = （2-1）HT8 .105 . 845. 212.27HeTc （2-2）40. 21 . 540. 221.25He其中：H 為水深。2.2.1.3 水文特性（1）正常徑流根據(jù)資料分析，壩址處的多年平均流量為 100m3/s，多年平均徑流總量為 31.5 億 m3，各頻率的月平均量見(jiàn)下表。表 2-2 月平均流量頻率(%)123456789101112多年平均11

16、16267324490689679346263331102121113186578179235364510537352177210737773150502149891412162777844442616169780819477312134221512134574- 8 -95252236691215426115523651031622152951156167312424100（2）洪峰流量及總量據(jù)水文資料推算，壩址處的洪峰流量及總量如下：洪峰流量 Q=3310 m3/s，Cv=0.45，Cs=4Cv，皮型線，各頻率流量為：P=0.02%，Q=14900m3/s；P=0.1%，Q=11700m3

17、/s。洪峰總量：三日洪水總量的均值 W=3.5 億 m3，Cv=0.38，Cs=3Cv，皮型線，各頻率洪量：P=0.02%，三日洪水總量 Wp=7.94 億 m3；P=0.1%，三日洪水總量 Wp=6.58 億 m3?？赡茏畲笕蘸榱繛?15.4 億 m3。施工期各設(shè)計(jì)洪水頻率流量見(jiàn)下表:表 2-3 施工期設(shè)計(jì)洪水頻率流量表頻率104月96 月103月116月112月122月備注520871772136713678848241016731410107210726545962012751045784784434332（3） 體徑流量及水庫(kù)淤積據(jù)水文站實(shí)測(cè)資料分析，年固體徑流總量為 331 噸，百

18、年后水庫(kù)淤積高程 115m，淤沙容量為 8.5kN/m3，內(nèi)摩擦角 10。2.2.1.4 其他本壩址地震烈度為 7。2.2.2 工程地質(zhì)2.2.2.1 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì) 庫(kù)區(qū)巖性以火山巖和沉積巖為主，褶皺規(guī)模不大，均為背斜，兩翼地層平緩，并且不對(duì)稱。有較大的斷層二條，這些褶皺和斷層呈北東向展布，以壓扭性為主，傾角較陡，延伸長(zhǎng)度達(dá)幾直幾十公里，斷層單寬 1 米左右。個(gè)別達(dá) 10 米以上。斷層破碎都已膠結(jié)。庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，以裂隙水為主，地下分水嶺均高出庫(kù)水位以上。2.2.2.2 壩址工程地質(zhì)- 9 -(1) 地貌壩址處的河床寬度為 100m。河底高程 100m，水深 13m，河谷近似“V”型，兩岸約

19、。河床覆蓋層由大理石，卵石組成。厚度約m，兩岸山坡為第四系覆蓋層，厚度為m 左右。(2)巖性和工程地質(zhì)壩基為花崗巖，風(fēng)化較淺，巖性均一，新鮮堅(jiān)硬完整，抗壓強(qiáng)度達(dá) 120200MPa。壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造，緩傾角節(jié)理延伸短，整體滑動(dòng)可能性小，但陡傾角節(jié)理較發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理為主，左右岸各有走向互相垂直的二組節(jié)理。其中一組近似于平行山坡等高線，方向見(jiàn)地形圖，節(jié)理傾角約 3590，節(jié)理面無(wú)夾泥存在，壩址處的水文地址較簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)裂隙承壓水。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)下表。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)表表 2-4 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)表摩擦系數(shù)容重（kN/m3）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗剪系數(shù)抗剪斷系數(shù)巖性或 地

20、質(zhì)構(gòu)造干濕孔隙率%干飽和彈性模量MPa混凝土基巖內(nèi)部混凝土基巖內(nèi)部粘著力（MPa）泊松比花崗斑巖27.328.12.32101902.21040.700.750.751.200.5 基巖與混凝土0.20節(jié)理面0.650.751.0 基巖內(nèi)相對(duì)隔水層離基巖表面深 15m。2.2.3 筑壩材料2.2.3.1 石料壩區(qū)大部分地區(qū)為花崗斑巖，基巖埋深淺，極易開(kāi)采，且河床覆蓋層中的塊石、卵石可利用，因此筑壩石料極易解決。2.2.3.2 砂料在壩下游勘探 6 個(gè)砂料場(chǎng)，最遠(yuǎn)料場(chǎng)離壩約 9km，以石英破碎帶的料場(chǎng)為主，初估砂料儲(chǔ)量 430 萬(wàn) m3。- 10 -經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，砂石料符合規(guī)范要求。壩址處缺乏筑壩

21、的土料。2.2.4 庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它2.2.4.1 庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)庫(kù)區(qū)除有小片盆地外，其余多為高山峽谷地帶。耕地主要分布在小片盆地上，高山上的森林茂密。在正常蓄水位時(shí)，需遷移人口 21444 人，拆遷房屋 19240 間，淹沒(méi)，浸沒(méi)耕地16804 畝，淹沒(méi)森林面積 18450 畝，淹沒(méi)縣社建造的二座小型水電站(裝機(jī) 2210kw）等，需賠償費(fèi) 4120 萬(wàn)元。2.2.4.2 其它(1) 對(duì)外交通本壩址上游左岸 30km 處有鐵路干線車站，另有公路與壩址下游 50km 的兩座縣城相通，兩縣城有公路與水路與河流入海處的省轄市相連，對(duì)外交通較為方便。(2) 附屬工廠和生活建筑區(qū)壩址下游兩岸有較大的沖積臺(tái)地，

22、地形平緩面積較大，適宜布置工廠和生活建筑區(qū)。(3) 負(fù)荷位置本電站主要供應(yīng)壩下游 A 平原的農(nóng)村生產(chǎn)用電及省轄市的工業(yè)用電，并擔(dān)負(fù) A 電網(wǎng)的部分調(diào)峰任務(wù)。(4) 壩頂有雙線公路布置的要求。(5) 水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線、壩址處水位流量關(guān)系曲線、設(shè)計(jì)洪水（三日）過(guò)程線和壩址地形圖見(jiàn)附圖。- 11 -第三章 樞紐主要建筑物的型式與總體布置3.1 工程等級(jí)及技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3.1.1 工程等級(jí)在工程安全與經(jīng)濟(jì)之間存在著矛盾，為使工程的安全可靠性與其造價(jià)的經(jīng)濟(jì)合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來(lái)，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級(jí)，即先按工程的規(guī)模，效益及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，將水利樞紐分等，而后再對(duì)各組成建筑物按其所

23、屬樞紐等別，建筑物作用及重要性進(jìn)行分級(jí)。本工程校核水位為 189.8m，查庫(kù)容曲線得相應(yīng)庫(kù)容為 12 億 m310 億 m3，根據(jù)我國(guó)水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分） ，確定 A 江水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型工程，主要建筑物級(jí)別為 1 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為 3 級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為 4 級(jí)。3.1.2 技術(shù)規(guī)范混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SD145-85）規(guī)定：對(duì)于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.2Mpa，安全系數(shù)為 4.0；對(duì)于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.5Mpa，安全系數(shù)為 3.5；當(dāng)考慮地震荷載時(shí)，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過(guò)

24、30%。3.1.3 洪水標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為五千年一遇。3.2 調(diào)洪演算及設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)3.2.1 調(diào)洪演算的目的(一) 根據(jù)防洪要求，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，以確定上游不同洪水標(biāo)準(zhǔn)下的下泄流量，然后確定出設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。(二) 根據(jù)調(diào)洪演算得出設(shè)計(jì)水位下的下泄流量，以選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物的孔口尺寸。3.2.2 調(diào)洪演算的原理洪水在水庫(kù)中行進(jìn)時(shí)，水庫(kù)沿程的水位、流量、過(guò)水?dāng)嗝?、流速等均隨時(shí)間變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學(xué)明渠非恒定流的基本方程，即圣維南方程組為：- 12 -連續(xù)性方程： （3-1）0sQt運(yùn)動(dòng)方程：- （3-2）221KQsvgv

25、tvgsZ式中：過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）t時(shí)間（s）Q流量（m3/s）s沿水流方向的距離（m）Z水位（m）g重力加速度（m/s）v斷面平均流速（m/s）k流速模量（m3/s）通常，采用簡(jiǎn)化的瞬態(tài)法來(lái)解這個(gè)方程組。瞬態(tài)法將上式進(jìn)行簡(jiǎn)化而得出基本公式，在結(jié)合水庫(kù)的特有條件對(duì)基本公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化，則得出專用于水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的實(shí)用公式： （3-3）tVtVVqqQQqQ12212122式中：Q1，Q2分別為計(jì)算時(shí)段初、末的入庫(kù)流量（m3/s）計(jì)算時(shí)段中的平均入庫(kù)流量（m3/s） ，它等于（Q1+Q2）/2Qq1，q2分別為計(jì)算時(shí)段初、末的下泄流量（m3/s）計(jì)算時(shí)段中的平均下泄流量（m3/s） ，即等于（q1

26、+q2）/2qV1、V2分別為計(jì)算時(shí)段初、末的水庫(kù)蓄水量（m3）V為 V1、V2之差t計(jì)算時(shí)段，一般取 16 小時(shí)，需化為秒這個(gè)公式實(shí)際表現(xiàn)為一個(gè)水量平衡方程式。當(dāng)已知水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程線時(shí)，Q1、Q2、均為已知：V1、q1 則是計(jì)算時(shí)段t 開(kāi)始時(shí)Q的初始條件。于是，式中的未知數(shù)僅剩下 V2、q2。當(dāng)前一個(gè)階段 v2、q2求出后，其值即成為后一個(gè)階段的 v1、q1值，使計(jì)算可以逐時(shí)段的進(jìn)行下去。又知，假定不計(jì)自水庫(kù)取水的興利部門(mén)泄向下游的流量，則下泄流量 q 應(yīng)是泄洪建筑物泄流水頭 H 的函數(shù)，而當(dāng)泄洪建筑物的形式、尺寸等已定時(shí)：q=f（H）=AHB （3-4） 式中： A系數(shù)，與建筑物形式和尺

27、寸、閘孔開(kāi)度以及淹沒(méi)系數(shù)等有關(guān)- 13 -圖 3-1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算圖(a)(b) B指數(shù)，對(duì)于堰流為 3/2，對(duì)于閘孔出流，一般為 1/23.2.3 計(jì)算方法采用高切林計(jì)算法，以直線近似代替泄水過(guò)程線計(jì)算步驟如下：假定三條泄水過(guò)程線 AB1，AB2 , AB3 ， （如圖-a）1.求出相應(yīng)的庫(kù)容 V1，V2，V3 (陰影部分面積)，下泄流量 Q1，Q2，Q；2.根據(jù) V1，V2，V3在庫(kù)容曲線上得出的相應(yīng)的上游水位 Z1，Z2，Z3；3.在繪有泄水建筑物泄流能力曲線 L1的 Q-Z 坐標(biāo)圖上，繪出相應(yīng)的點(diǎn) P1(Q1，Z1)P2(Q2，Z2)P3(Q3，ZZ) （如圖-b）4.過(guò)點(diǎn) P1P2P

28、3繪出曲線 L2交 L1于 P，對(duì)于 P 點(diǎn)的泄流量 Q 必為攔洪時(shí)泄水建筑物最大下泄流量，相應(yīng)的水位 Z 即是所求攔洪水位。展展3.2.4 泄洪方案的選擇3.2.4.1 可能方案(1) 表孔溢流其突出優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力大，可減小孔口尺寸，閘門(mén)上的水壓力小，操作檢修方便，缺點(diǎn)是壩身單薄，需設(shè)置泄槽和滑雪道結(jié)構(gòu)。實(shí)體的泄槽結(jié)構(gòu)工程量較大，不經(jīng)濟(jì)，輕型的滑雪道結(jié)構(gòu)易引起震動(dòng)，穩(wěn)定性不好。此外，表孔結(jié)構(gòu)使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂高程以下才得以發(fā)揮；(2) 壩身開(kāi)孔方案實(shí)驗(yàn)研究表明，壩身開(kāi)孔方案包括淺孔方案和中孔方案。為合理布置廠房，淺孔和中孔- 14 -設(shè)在兩岸，對(duì)稱布置，可

29、利用水流對(duì)撞消耗能量。其優(yōu)點(diǎn)與表孔溢流相同，適當(dāng)尺寸的孔口對(duì)壩體應(yīng)力并無(wú)大的影響，利用壩身開(kāi)孔泄洪可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點(diǎn)是當(dāng)水流過(guò)壩后需設(shè)置滑雪道泄槽，并進(jìn)行合理選型和布置，泄槽若做成排架式，進(jìn)廠公路可從排架間通過(guò)。此外，應(yīng)注意開(kāi)孔數(shù)量和設(shè)置高程，若同一高程開(kāi)孔數(shù)量多，該層拱圈削弱數(shù)量多，應(yīng)盡量避免；(3) 壩外溢洪道泄洪方案該方案適用于有天然埡口，便于布置正槽式溢洪道的地形條件，A 江提供的地形圖壩址附近，未見(jiàn)有天然埡口地形，故不考慮該方案；(4) 利用導(dǎo)流隧洞泄洪方案拱壩的施工導(dǎo)流需采用一次斷流方案，故在施工時(shí)需在某一岸開(kāi)挖導(dǎo)流隧洞，以便壩體施工，竣工后導(dǎo)流隧洞完成自己的使命，不再使

30、用。為充分利用現(xiàn)成的洞子，水利建設(shè)中常將進(jìn)口段改建成“龍?zhí)ь^” ，將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞，以節(jié)省工程投資。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，考慮因?qū)Я鞫撮L(zhǎng)度較短，改建成泄洪洞后，除“龍?zhí)ь^”部分外，可利用的長(zhǎng)度不長(zhǎng)，加上改建部分的開(kāi)挖和老洞的封堵也需要一定的投資，故須認(rèn)真比較決定。3.2.4.2 方案初選本設(shè)計(jì)從壩址處的地形地質(zhì)條件等因素綜合考慮，擬采用壩身泄洪方式。初步選擇以下方案進(jìn)行調(diào)洪演算：方案一：4 表孔+2 中孔方案二：2 淺孔+2 中孔方案三：4 中孔3.2.4.3 調(diào)洪演算調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理計(jì)算，計(jì)算時(shí)先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)后表。 用水力學(xué)公式計(jì)算出上游庫(kù)水

31、位與下泄流量的關(guān)系。公式：表孔： Q= =mBH （3-5）2gH式中： Q流量（m3/s）B溢流孔凈寬（m）H溢流孔堰頂作用水頭（m）g重力加速度（m/s2）m流量系數(shù)，初設(shè)計(jì)時(shí)，在定型設(shè)計(jì)水頭下，當(dāng) P/H3(P 為堰高 m)時(shí)，則m=0.470.49；當(dāng) P/H3 時(shí)，m=0.440.4。本次設(shè)計(jì)取為 0.48。- 15 -孔口泄流公式： Q= =A2gH式中：A出口處的面積（m2）H自由泄流時(shí)，為孔口中心處的作用水頭（m） ；淹沒(méi)泄流時(shí)，為上下游水位差（m）.孔口或管道的流量系數(shù)，淺孔和中孔的值可用下式計(jì)算: =0.96-0.227a/H （3-6）a孔口高度（m） g重力加速度（m/

32、s2）Q下泄流量（m3/s）表 3-1 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算方案成果表4 表孔2 淺孔中孔方案寬(m)寬(m)高(m)數(shù)目寬(m)高(m)最大泄量（m3/s）最高水位（m）設(shè)計(jì)6420188.31.1校核12.0/27.57.07530190.4設(shè)計(jì)6520186.92.1校核/8.58.027.47.47000189.8設(shè)計(jì)6540186.93.1校核/47.57.56640189.83.2.4.4 方案選擇(1) 方案比較對(duì)于表孔、淺孔、中孔方案在滿足防洪要求時(shí)， 4 中孔方案缺點(diǎn)是同一高程開(kāi)孔數(shù)量多，令該層拱圈削弱過(guò)多，對(duì)壩體結(jié)構(gòu)作用影響大，不宜布置。4 表孔+2 中孔方案優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力強(qiáng)，但缺

33、點(diǎn)是壩體較高，同時(shí)表孔結(jié)構(gòu)使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂以下才得以發(fā)揮。2 中孔+2 淺孔方案有較大泄流能力，而且經(jīng)過(guò)合理布置，采用挑流對(duì)撞消能工可以解決消能問(wèn)題，也可使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響。綜合比較上述四個(gè)方案，結(jié)合 A 江水利樞紐具體情況，壩外溢洪道和利用導(dǎo)流隧洞方案不盡合理，選擇表孔、淺孔、中孔方案，雖有水流向心收聚，能力集中的特點(diǎn)，但只要合理- 16 -布置，采用挑流對(duì)撞消能工可以解決消能問(wèn)題。泄槽的工程投資遠(yuǎn)小于另建泄水建筑物的投資.為使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響，宜選擇兩淺孔和兩中孔方案，淺孔位于兩岸，中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)，對(duì)稱布置。由表中可知，方案

34、2.3 滿足防洪要求的同時(shí)，壩前水位較低，從而可節(jié)省壩體工程量，故選其為最終泄洪防方案，即設(shè)置兩淺孔，孔口尺寸為8.5m8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程 154m，兩中孔，孔口尺寸為 7.4m7.4m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。設(shè)計(jì)洪水時(shí)，設(shè)計(jì)水位為 186.9m，下泄流量為6520m3/s，小于允許流量 6550m3/s,。校核洪水時(shí)，校核洪水位為 189.8m，下泄流量為7000m3/s，小于允許下泄流量 7550 m3/s?？値?kù)容為 12.60 億 m3，屬大（I）型工程。(2) 水庫(kù)運(yùn)用方式根據(jù)上述分析，本工程采用 2 淺孔和 2 中孔泄洪方案，在不影響工

35、程效益的前提下，盡量降低壩高可大大節(jié)省開(kāi)支。故水庫(kù)在洪水期的運(yùn)用方式為：洪水到來(lái)之前開(kāi)閘放水，騰空庫(kù)容，將庫(kù)水位降落直汛前限制水位 182m 處，即起調(diào)水位，起調(diào)流量為汛前限制水位下開(kāi)啟淺中孔時(shí)對(duì)應(yīng)的下泄流量之和。3.3 樞紐組成建筑物1.擋水建筑物施工期的施工圍堰攔河的大壩變半徑變中心角的雙曲拱壩2.泄水建筑物施工期的城門(mén)洞型導(dǎo)流隧洞洪水期泄流的 2 個(gè)泄水淺孔和 2 個(gè)泄水中孔及滑雪道式溢洪道3.引水建筑物發(fā)電引水鋼管，直徑 4.5 米，采用外包混凝土管壩外背敷設(shè)方式3.4 壩型選擇3.4.1 壩型初選3.4.1.1 土石壩土石壩主要由壩址附近的土石料填筑而成，由于該壩址處缺乏筑壩的土石料

36、，并且土石料壩身不能泄洪，需另外建泄水建筑物，本工程兩岸附近無(wú)埡口等適合建泄洪建筑物的地形，故不宜建土石壩。- 17 -3.4.1.2 重力壩重力壩依靠壩體自重或垂直荷載在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來(lái)抵抗水平水壓力以達(dá)到穩(wěn)定的要求，利用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產(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)度的要求。其優(yōu)點(diǎn)比較明顯：壩體斷面形態(tài)適于在壩頂布置溢洪道和壩身設(shè)置泄水孔，不需要另設(shè)河岸溢洪道或泄洪隧洞，在壩址河谷狹窄而洪水流量大的情況下，重力壩可以較好地適應(yīng)這種自然條件；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工技術(shù)比較容易掌握，在放樣，立模和混凝土澆搗方面都比較方便，有利于機(jī)械化施工；由于斷面尺寸大，材料強(qiáng)度

37、高，耐久性能好，因而對(duì)抵抗水的滲透，特大洪水的漫頂，地震和戰(zhàn)爭(zhēng)破壞能力都比較強(qiáng)，安全性較高；對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，幾乎任何形狀的河谷都可以修建重力壩；具有足夠強(qiáng)度的巖基就可滿足要求，因?yàn)橹亓纬Ｑ貕屋S線分成若干獨(dú)立的壩段，所以能較好地適應(yīng)巖石的物理力學(xué)特性的變化和各種非均質(zhì)的地質(zhì)。但缺點(diǎn)也比較明顯：剖面尺寸較大，壩體內(nèi)部的壓應(yīng)力一般不大，因此材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；壩體體積大，水泥用量多，混凝土凝固時(shí)水化熱高，散熱條件差，且各部澆筑順序有先有后，因而同一時(shí)間內(nèi)冷熱不均，熱脹冷縮，相互制約，往往容易形成裂縫，從而削弱壩體的整體性，因而混凝土重力壩施工期需有嚴(yán)格的溫度控制和散熱措施。3.4.1

38、.3 拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，依靠拱的作用，將力傳給拱座，依靠梁的作用將力傳給基巖。其優(yōu)點(diǎn)是：受力條件好，在荷載作用下，拱壩同時(shí)起拱的作用和懸臂梁的作用，主要依靠?jī)砂秹渭绾蛪位膸r體維持穩(wěn)定，壩體自重對(duì)壩體的穩(wěn)定性影響不大；壩的體積小，因?yàn)楣皦问且环N受壓結(jié)構(gòu)，拱向除拱端外，幾乎全部受壓，梁向除底部外大部分也是受壓，故可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，厚度可以較小，故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省1/32/3；拱壩超載能力強(qiáng)，安全度高，拱壩通常屬周邊嵌固的高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)外荷載增大或壩的某一部位因拉應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生局部開(kāi)裂時(shí)，能調(diào)整拱作用和梁作用及其荷載分配，進(jìn)行壩內(nèi)應(yīng)力重分配，不

39、致使壩全部喪失承載能力，裂縫對(duì)于拱壩的威脅不象對(duì)其他壩型那樣嚴(yán)重，拱壩水平裂縫中的揚(yáng)壓力只會(huì)降低壩體懸臂梁的作用，鉛直裂縫會(huì)使拱圈未開(kāi)裂部分的應(yīng)力增加，原來(lái)的拱圈變成具有更小曲率半徑的拱圈，壩內(nèi)應(yīng)力重分配，成為無(wú)拉應(yīng)力的有效拱，所以按結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，拱壩壩面允許局部開(kāi)裂，另外混凝土具有一定的塑性和徐變特性，在局部壓應(yīng)力特大的部位，變形受限制的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，混凝土的徐變變形增大，彈性變形減小，從而這些特大應(yīng)力有所降低，而且三維受力時(shí)混凝土的實(shí)際極限抗壓強(qiáng)度比單軸時(shí)的極限抗壓強(qiáng)度要高，由于以上所述原因，拱壩在合適的地形地質(zhì)條件下具有很強(qiáng)的超載能力，據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料表明，其超載能力可達(dá)設(shè)計(jì)荷載的

40、 511 倍；抗震性能好，由于拱壩是整體性的空間結(jié)構(gòu)，壩體較輕韌，富有彈性，又能自行調(diào)整其結(jié)構(gòu)性能，因此拱壩抗震性能好。- 18 -但拱壩也有明顯的缺點(diǎn)：施工技術(shù)要求高，由于拱壩壩體斷面較薄，幾何形狀復(fù)雜，因此對(duì)施工技術(shù)，施工質(zhì)量控制的要求高；對(duì)地基處理的要求更為嚴(yán)格，以致有時(shí)開(kāi)挖量很大；施工導(dǎo)流不如重力壩來(lái)得方便，需一次斷流，要另開(kāi)導(dǎo)流隧洞；拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，巖基穩(wěn)固是拱壩結(jié)構(gòu)優(yōu)越性發(fā)揮的前提條件。綜合上述分析，對(duì) A 江水利樞紐而言，有合適的喇叭口地形“V”形河谷，兩岸也沒(méi)有順河向的節(jié)理裂隙，故選擇混凝土拱壩方案。3.4.2 方案比較3.4.2.1 計(jì)算最大壩高（1）波浪三要素計(jì)算（采用官

41、廳水庫(kù)公式）2hL=0.0166Vf5/4 D1/3 （3-7） 2LL =10.4(2hL)0.8 （3-8）h0=cth （3-9）LLL24h 1L式中：Vf計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)情況采用洪水起多年平均最大風(fēng)速的 1.52 倍校核情況采用洪水期多年平均最大風(fēng)速；D庫(kù)面吹程。（2）壩頂高程計(jì)算公式壩頂高程=Max設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)，校核洪水位+h校 其中：h= 2hL + h0 + hc （3-10）2hL波浪高度 h0 波浪中心線高出靜水位的高度hc安全超高 （等級(jí)為 1 級(jí)時(shí)：設(shè)計(jì) hc=0.7，校核 hc=0.5）經(jīng)計(jì)算得：壩頂高程為 192.3 米3.4.2.2 重力壩方案重力壩的尺寸：a.

42、壩頂寬：10.00 米b.壩底寬：81.47 米c.上游壩坡斜率：0.15d.下游壩坡斜率：0.75- 19 -e. 重力壩的混凝土方量：795200m3 3.4.2.3 拱壩方案拱壩的壩體尺寸：a.壩頂厚度：Tc=8.6 米b.壩底厚度：TB=26.0 米c.上游面曲線方程： （3-11）240.332.59797yyZ d.下游面曲線方程：各高程的厚度 Ti由 Tc，TB內(nèi)插求得 （3-12）icBciyHTTTTe.拱壩的混凝土方量：341000m3 ,比重力壩節(jié)省 57.1%的方量。3.4.3 壩體形態(tài)選擇拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。1. 單曲拱壩單曲拱壩只在水平截面上呈拱

43、形，而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。定圓心定外半徑拱壩設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，但工程量大，且河谷上寬下窄時(shí)，壩底部圓心角過(guò)小，使拱的作用減小，而定中心角變半徑拱壩雖然比較經(jīng)濟(jì)，但兩岸壩段剖面有倒懸，在施工和庫(kù)空運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。2. 雙曲拱壩雙曲拱壩又稱穹形拱壩，在水平和垂直截面內(nèi)都呈拱形，在 V 形河谷或其它上寬下窄的河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會(huì)因中心角過(guò)小而不能滿足應(yīng)力的要求，此時(shí)宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小，以使上下各層拱圈的中心角基本相等，并在鉛直向設(shè)計(jì)成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩，而做到上下層拱圈的中心角相等很困難，故廣泛采用變半徑變中心角的雙曲拱壩，這種拱壩各層拱圈

44、的中心角，外弧面和內(nèi)弧面的半徑從上到下都是變化的，而各層拱圈內(nèi)外弧的圓心聯(lián)線均為光滑的曲線，變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應(yīng)河谷形狀的變化。雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點(diǎn)：由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂直拱的作用，它在承受水平向荷載后，在產(chǎn)生水平位移的同時(shí)還有向上位移的傾向，使梁的彎矩有所減少，而軸向力加大，對(duì)降低壩體拉應(yīng)力有利；在水壓力作用下，雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力正好相反。- 20 -3.5 泄水建筑物型式選擇 泄水建筑物采用兩個(gè)淺孔和兩個(gè)中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬 8.5m，高 8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154

45、m；中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬7.4m，高 7.4m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?118m,淺孔反弧半徑為 35m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =o,導(dǎo)墻厚度為 1m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 8.5m,中孔導(dǎo)墻高度為 12m203.6 廠房及引水系統(tǒng)布置壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)組，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房長(zhǎng) 66m，寬10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高程為 152.3m。3.7 樞紐總體布置雙曲拱壩的最大壩高為 100.

46、3m，壩頂寬 8.5m，壩頂弧長(zhǎng)約 353.32m，壩底寬 26m。壩后式廠房，主廠房長(zhǎng) 81m，寬 18m，副廠房長(zhǎng) 66m，寬 10m，安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進(jìn)水口底高程為 152.3m。淺孔位于兩岸，孔口寬 8.5m，高 8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)，孔口寬 7.4m，高 7.4m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)，檢修閘門(mén)采用平板門(mén)，工作閘門(mén)采用弧形閘門(mén)，在每一個(gè)工作閘門(mén)的上方有啟閉機(jī)房，淺孔啟閉機(jī)房高程為 170m，中孔啟閉機(jī)房高程為

47、150m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu),坎頂高程為 118m,淺孔反弧半徑為 35m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 =20o,導(dǎo)墻厚度為 1m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 8.5m,中孔導(dǎo)墻高度為 12m。過(guò)木筏道位于右岸。開(kāi)關(guān)站長(zhǎng) 75m，寬 20m，位于左岸。第四章第四章 拱壩設(shè)計(jì)拱壩設(shè)計(jì)4.1 拱壩型式及布置4.1.1 拱壩剖面設(shè)計(jì)拱冠梁剖面的主要尺寸包括壩頂厚度、壩底厚度和拱冠梁上游曲線參數(shù)。- 21 -1壩頂厚度（TC）：根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運(yùn)用等要求并考慮改善壩體應(yīng)力，初步設(shè)計(jì)，采用下列經(jīng)驗(yàn)公式：TC=0.01（H+2.4b1） (4-1) Tmin=35m

48、(4-2) 式中：H壩高（m） b1壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（m） 。需要指出：頂部拱圈的厚度，對(duì)頂部拱圈和壩下游面上部的應(yīng)力影響十分明顯，而且頂拱鋼度的大小對(duì)調(diào)整整個(gè)壩體的應(yīng)力，特別是河床部位的梁底（壩踵）應(yīng)力也有相當(dāng)?shù)挠绊?，加大頂拱厚度將有利于減小梁底上游面的垂直拉應(yīng)力值；相反，如頂拱兩端的巖石較為軟弱或壩下游面上部的垂直向拉應(yīng)力較為顯著，頂拱的厚度取得薄些較為有利。綜合以上取 Tc=8.5 米。2底部厚度（TB）：拱壩的底部厚度是控制拱壩斷面尺寸的一個(gè)重要特征數(shù)據(jù)，其影響因素較多，其中最主要的是壩高和河谷形狀。通常可參照已建成的壩高和河谷形狀大致相近的拱壩來(lái)初步擬定其尺寸，

49、再通過(guò)反復(fù)的修改布置和試算，定出合適的尺寸 本設(shè)計(jì)采用我國(guó)朱伯芳等建議，作為拱壩的優(yōu)選初始方案：TB=K（b1+bn-1）H/a (4-3)式中：K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般可取 K=0.35 b1、bn-1第一層和倒數(shù)第二層拱圈兩拱端新鮮基巖面之間的直線距離（m）a拱的允許壓應(yīng)力（t/m3） H 壩高將 A 江拱壩數(shù)據(jù)代入得 TB=26 米。 雙曲拱壩上游面曲線：用黎展眉高級(jí)工程師推薦的方程式定出：z= -x1(y/H)+x2(y/H)2 (4-4)式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65 2=0.30.6取 1=0.62 2=0.3 經(jīng)計(jì)算得： 上游面的曲線方程為 z= -

50、40.3y/100.3+32.5(y/100.3)2 下游面的曲線按 Tc，TB沿高程線性內(nèi)插。設(shè)第 i 層拱圈的厚度為 Ti 則Ti=Tc+(TB-Tc)/ Hyi (4-5)表 4-1 拱冠梁端面的幾層典型拱圈的幾何尺寸高程192.3167.3142.3117.392縱坐標(biāo) y0255075100.3上游面橫坐標(biāo)z10-8.04-12.03-11.94-7.8拱厚 Ti8.512.8817.2521.6326下游面橫坐標(biāo)z28.54.845.229.6918.2- 22 -4.1.2 拱壩的布置(一) 根據(jù)初步擬訂的拱壩斷面尺寸進(jìn)行平面布置，確定各高程拱圈中心角、半徑、圓心位置等參數(shù)，然后

51、按擬訂的方案進(jìn)行應(yīng)力和穩(wěn)定分析。拱壩布置按下列程序進(jìn)行：1.根據(jù)地形地質(zhì)等基本資料，找出壩址可利用巖石等高線。2.在已定壩址處，選定拱壩在平面上的壩軸線，在壩址可利用巖面的等高線上，定出頂拱的中心角和頂拱厚位置。3.結(jié)合地形特點(diǎn)，初定拱冠懸臂梁的剖面形態(tài)及尺寸，以各層拱圈的拱冠斷面與懸臂梁剖面尺寸相重合為準(zhǔn)，從上往下，每 25m 為一層，試畫(huà)出各層拱圈的水平拱圈線。4.按試畫(huà)的拱圈線，切出幾個(gè)垂直剖面，檢查垂直方向是否扭曲，倒懸度是否滿足要求。5.根據(jù)上述初步選定的拱壩形式和尺寸，按拱冠梁法求出分配荷載后，計(jì)算拱梁上下游壩面應(yīng)力及兩岸壩肩的穩(wěn)定。(二) 拱壩布置的原則：1.壩面力求平順；2.壩

52、軸線布置處應(yīng)使下游有足夠的支撐巖體；3.剖面的倒懸度小于 1/3；4.各層拱圈，拱端的內(nèi)弧面的切線與利用的巖面等高線的夾角不小于 30o；5.頂部中心角取 70110之間，對(duì)各層中心角，左右半中心角相差小于 5 o，中心角方向盡可能順河向。(三) 拱壩布置的結(jié)果:表 4-2 各層拱圈特性參數(shù)層數(shù)高程拱圈厚（米）左半中心角（度）右半中心角（度）上游拱圈半徑下游拱圈半徑拱軸線半徑1192.38.552.550201.25193.25197.52167.312.884546.5169.56182.441763142.317.254244160.62143.371524117.321.63424611

53、8.3196.685107.55922639397044574.2 荷載及其組合4.2.1 荷載及計(jì)算 作用在拱壩上的荷載主要有自重、靜水壓力、泥沙壓力、風(fēng)浪壓力、溫度和地震荷載。 1自重計(jì)算- 23 - 本設(shè)計(jì)自重應(yīng)力在施工過(guò)程中就已經(jīng)形成，全部由梁承擔(dān)。將拱壩各壩塊的水平截面由扇形簡(jiǎn)化為矩形，上下游壩面簡(jiǎn)化為梯形，計(jì)算公式如下： （4-6）hRcAAG221式中：Rc混凝土容重，取 2.4 噸/米3 h計(jì)算壩塊的垂直高度 A1，A2上、下兩端截面的面積。 經(jīng)計(jì)算得拱壩總重量為 818000 噸。2泥沙壓力水庫(kù)建成后，過(guò)水端面加大，使得流速減緩，入庫(kù)水流挾帶的泥沙逐漸淤積在壩前，對(duì)壩體產(chǎn)生了

54、泥沙壓力。由于淤積高程是隨時(shí)間而逐年增加，故淤積計(jì)算年限可取為 50100 年。計(jì)算公式如下：ps=shstg2(45o-s/2) （4-7） 式中：ps泥沙對(duì)上游壩底的水平壓強(qiáng)； s泥沙浮容重。取為 0.85t/m3； s泥沙的內(nèi)摩擦角，為 10o； hs泥沙的淤積高度，為 23m。經(jīng)計(jì)算得 ps =15.83t/m33溫度荷載拱壩是固結(jié)于基巖的整體結(jié)構(gòu)，因此溫度和基巖的變化對(duì)拱壩應(yīng)力的影響較顯著，故設(shè)計(jì)時(shí)，溫度荷載必須列為一項(xiàng)主要荷載。其中:=47/（T+3.39） （4-8）表 4-3 截面溫度變化截面溫升時(shí)溫降時(shí)1-13.95-3.952-22.89-2.893-32.28-2.284

55、-41.88-1.885-51.60-1.604靜水壓力作用在壩面上的靜水壓力是拱壩所承受的主要荷載。按水力學(xué)原理計(jì)算，壩面上任意一點(diǎn)靜水強(qiáng)度為：pi=0y (4-9)式中：0水的容重，取為 1.0t/m3 y計(jì)算點(diǎn)距水面的深度5.地震荷載： 地震引起的作用于拱壩的動(dòng)荷載，包括地震慣性力、地震動(dòng)水壓力和上游淤沙的地震土壓力。該工程的設(shè)計(jì)烈度為 7 度，計(jì)算地震影響力時(shí)采用擬靜力法。由于本設(shè)計(jì)地震- 24 -烈度不高，故可將擬靜力法進(jìn)一步簡(jiǎn)化取作用在每層拱圈上的慣性力為 KhCzWi,方向與地震加速度方向相反。 為一沿高程變化的系數(shù)， 取 2.0。壩面所受的最大動(dòng)水壓力 q0 可按式 q0=Kh

56、CzFyH0 計(jì)算，由于本設(shè)計(jì)為等截面圓拱的情況，可以用下面的公式直接計(jì)算：（1）.計(jì)算縱向地震慣性力（忽略基礎(chǔ)影響）： AAAAAAAAAArTZ2cos22sin12122cos2sin27sin8222221 (4-10)AAAAAAArT2sin28121sin42sin22222 (4-11)sin1 ()cos1 (sin210AAAAAZZ拱冠截面的內(nèi)力：H0=kcTrZ1 V0=0M0= kcTr2Z0拱端截面的內(nèi)力：HA= kcTr(Z1COSA+AsinA);VA= kcTr(-AcosA+ Z1sinA);MA= kcTr2-A sinA-cosA+1+Z0+Z1(1-

57、COSA) 式中：c壩體容重； k地震系數(shù)（KhCz）; T截面厚度； r中心軸線半徑； A拱圈半中心角；（2）.計(jì)算縱向地震激蕩力（忽略基礎(chǔ)的影響）： )2sin(sin2)2sin(sin8)2cos(cos43()(121)2sin(sin41sin2)2sin(45sin21)2cos(21cos20222222AAAAAAAAAAArTAAAAAAAAAAAU (4-12) )2sin(sin28()(121sin4)2sin(22222AAArTAAAA- 25 - )2sin()2cos(3()(121sin2)2sin(45)2cos(21122222AAAAArTAAAAAU

58、 (4-13)2sin(8()(121sin4)2sin(222222AAArTAAAA拱冠截面的內(nèi)力： H0=q0RuU1; V0=0; M0=q0RuU0r拱端截面的內(nèi)力： A1AAuAcosUsin2RqH0 )sinUsin21cos2(RqVA1AAAu0A )cos1 (UUsin21rRqMA10AAu0A式中：Ru拱圈外半徑。（3）.計(jì)算橫向地震慣性力（忽略基礎(chǔ)影響）： AAAArTAAAA2)2sin(sin4(121sin2)2sin(2332220 (4-14) )2sin(28(121)2sin(22AArTAA拱冠截面的內(nèi)力： H0=0.0 V0=kcTrY0 M0=

59、0.0拱端截面的內(nèi)力: )cossin(TrkHAAA0cA )sincosY(TrkVAAA0cA AAAA02cAcossinsinYTrkM(4).計(jì)算橫向地震激蕩力（忽略基礎(chǔ)的影響）- 26 - AArTAAAAvX2cos1212cos212sin4320 (4-15) AArTAA2sin281212sin22 左半拱的內(nèi)力： H0=0 V0=q0RuX0 M0=0 拱端截面的內(nèi)力： AAAA0u0Acossin21sinXRqH AAA0u0Asin21cosXRqV AAAA0u0Acossin21cosXrRqM地震荷載用 Excel 編制表格計(jì)算出縱向地震慣性力，縱向地震激

60、蕩力，橫向地震慣性力，橫向地震激蕩力。表 4-4 地震荷載匯總地震內(nèi)力匯總拱冠左拱端右拱端截面軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1176.0492 32.4638 233.9969 112.6147 -95.6947 -3383.48 388.8248 -95.6947 4121.272411.4623 47.11221 561.3741 342.5088 -155.901 -4627.44 638.9196 -155.901 4228.6343361.1238.52392 867.862295.8052 -155.641 -4030.75 579.8561 -155.641 1717.48