水電站水利樞紐布置施工

1、PAGE PAGE 95庫崖水利樞紐布置及工程估算楊登科第一章 基本資料(一) 流域概況與氣候條件1、流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20300kln2，其上游38km處的水庫末端為一個多年調(diào)節(jié)電站B電站。本電站屬于該河流梯級電站中的一個。B電站10頻率的洪水泄量為5250m3s，3.3頻率的洪水泄量為6000m3s，1頻率的洪水泄量為6900m3s，0.1頻率的洪水泄量為9950m3s，保壩洪水泄量為17000m3s。B電站到本電站之間的流域面積為1300km2，有兩條較大的支流匯入：第一條支流控制流域面積534km2，第二條支流控制流域面積456krn2。此二大支

2、流占全區(qū)間面積的76，且流經(jīng)山谷之中，河道的平均比降6左右。流域內(nèi)為山林區(qū)，植被尚好。由于兩支流長度相近，暴雨后的洪水集流較快，區(qū)間流量較大。2、氣候條件本電站處于高寒地區(qū)，冬季較長，積雪較深，夏秋季多雨。壩址處年降雨量變化在6001 100mm，多年平均雨量為854mm。夏秋季(6-9月)雨量約占全年雨量的60-70，年蒸發(fā)量為850-1 174mm。從現(xiàn)有氣象觀測資料中統(tǒng)計，壩址處多年平均氣溫為3，最低氣溫36.5，最高氣溫38(見表317)，最大風(fēng)速22.3ms(風(fēng)向西北)，此時水庫吹程4.6km。電站所處河段冰期較長，一般在10月中旬開始見冰，11月上旬開始流凌，11月下旬開始封凍，到

3、次年4月上旬開江，4月中旬進(jìn)入無冰期，整個冰期可達(dá)56個月。 表3-17 壩址處氣溫統(tǒng)計表 （單位：）月 份平 均最 高最 低1月-19.24.0-36.52月-15.312.0-31.73月-5.419.0-28.64月4.927.0-10.85月13.131.6-10.86月17-633.03.07月31.637.09.48月21.037.00.89月13.036.0-2.010月5.327.0-12.011月-5.516.1-24.012月-15.28.5-33.5全 年3.038.0-36.5(二) 水文站與徑流資料壩址附近有一水文站，位于壩址下游2km處，1936年建站，1945年-

4、1950年缺測，新中國成立后繼續(xù)觀測。上游的B電站水文站位于本電站壩址上游約38km處，1957年建站，一直連續(xù)觀測。B水電站至本電站區(qū)間各支流均未設(shè)站進(jìn)行觀測。因此，區(qū)間的洪水參數(shù)主要根據(jù)鄰近地區(qū)河流的水文觀測資料綜合分析得出。由于B電站水庫已經(jīng)蓄水發(fā)電，本電站的天然來水被調(diào)節(jié)，其年月徑流主要是根據(jù)B電站水庫調(diào)節(jié)后的徑流和B電站壩址至本電站壩址區(qū)間的徑流疊加而成。B電站水文站的年月徑流資料經(jīng)插補(bǔ)延長可得到1933年以來約奶余年的徑流系列，其多年平均流量為239m3a。本電站的年月徑流資料經(jīng)插補(bǔ)延長亦可得到40余年，其多年平均徑流量為258m3s。B電站至本電站間未進(jìn)行過專門水文觀測，僅有干流

5、兩站1957以后同步對應(yīng)的觀測資料，區(qū)間的徑流由兩站相減而得。(三) 設(shè)計洪水分析成果本水電站的設(shè)計洪水重點是研究區(qū)間的設(shè)計洪水。由于該區(qū)間未進(jìn)行水文觀測，而由上下游站相減所得的洪水資料精度太差，因此采用地區(qū)綜合分析法，在本流域附近選用了六個參證站，進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而得出區(qū)間的洪水參數(shù)與設(shè)計成果，詳見表3-18。造成本電站以上流域的特大暴雨天氣，主要是北上臺風(fēng)。其暴雨特點是降雨歷程短，暴雨集中，強(qiáng)度較大，主要降雨歷時集中在24h內(nèi)。區(qū)間的洪水一般集中在3d內(nèi)，因此設(shè)計洪水過程線以3d洪量為控制。表 11 B電站至本電站區(qū)間設(shè)計洪水成果表項 目各種頻率（P%）及對應(yīng)流量值0.010.020.10

6、.20.330.5123.351020洪峰流量4840445034503040274025002110172014601220872540三天洪量2.712.552.121.941.811.701.521.331.21.080.880.68注：流量的單位為：m3/S，洪量單位：108m3三天流量的均值為0.45 m3/S,CV=0.72, CS/CV=2.0根據(jù)本電站暴雨洪水季節(jié)分布特點和施工情況，確定分期洪水為汛前期(4月15日-7月15日)，大汛期(7月15日9月15日)，大汛后(9月15日-封凍時)三個時段。施工洪水的計算方法與大汛期設(shè)計洪水相同，也是采用臨近站作為參考綜合分析出區(qū)間的施

7、工洪水，其成果見表3-19。表1-2 分期洪水成果表時 間4月15日 7月15日9月15日 封凍時P（%）5102051020QP（m3.S-1）3082612081047757(四)工程地質(zhì)條件省地震局在本電站的地震基本烈度報告中認(rèn)為，該電站靠近地震活動帶，歷史上和近期均有地震發(fā)生，現(xiàn)今地震活動頻繁，該區(qū)具有一定的發(fā)震構(gòu)造條件，本電站地震烈度以7度為宜。水庫兩岸山體雄偉高峻，無低凹啞口和單薄分水嶺。構(gòu)成庫區(qū)的主要巖石為前震旦紀(jì)結(jié)晶巖類和少量后期穿插的巖層，均系不透水巖石。兩岸玄武巖和地下水位分布高程均高于正常水位，故水庫蓄水后無永久性滲漏的可能性。庫區(qū)河谷狹窄，庫邊一般為基巖河岸，第四紀(jì)覆蓋

8、不厚，植被茂密，不至產(chǎn)生大的坍岸，固體徑流來源有限。壩區(qū)河谷呈U形，河谷底寬300-400m，平水期河床寬170m左右，水深1-2m。兩岸分布有不對稱的漫灘與階地，谷坡20-35。兩岸山頂為玄武巖臺地，比河床高200m-250m左右。壩址上游右岸漫灘長約600m，寬約80m，高出江面水位0.5-1m。左岸漫灘寬約50m左右，一級階地寬60-70m，比河床高7-13m，階面平坦，延伸至上游250m左右趨于尖滅。構(gòu)成壩區(qū)的主要巖石為前震旦紀(jì)混合巖，中生代巖脈穿插在其中，第四紀(jì)主要分布在河谷及兩岸山體上?；旌蠋r：灰白色，由偉晶質(zhì)脈體和基體熔合而成。脈體成分有石英、鉀長石、斜長石、黑云母等?；w由原巖

9、黑云母片巖、斜長角閃巖組成?；旌蠋r風(fēng)化程度較低，巖石致密堅硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，但基體抗風(fēng)化能力較差。中生代巖脈多次侵入，分布密度和變化均較大，主要有以下巖類：花崗巖(包括斜長花崗巖、花崗斑巖)：此類巖石為壩區(qū)分布最多的巖脈，寬度一般2l0m，個別寬達(dá)3040m，一般為淺肉紅色，主要礦物成分有正長石、斜長石、石英及角閃石、泥石等。斑狀一粗細(xì)粒結(jié)構(gòu)(斑晶為正長石、斜長石等)、塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，巖石性脆易碎，單塊巖石致密堅硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)?；◢弾r閃長巖：淺肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)角閃石、石英和黑云母等?；桶邘r：灰綠色或灰黑色，主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，主要礦物成分有斜長石、略呈斑狀，斑晶大部分為角閃石及少

10、量輝石，基質(zhì)以斜長石為主，暗色礦物多已蝕變成綠泥石和碳酸鹽化，巖石致密堅硬，脈細(xì)而密，穿插于上述巖石之中。第四紀(jì)坡殘積層覆蓋于兩岸山坡，主要由亞砂土夾碎石和富含腐植質(zhì)的表土組成，一般厚度15m，最厚者大約為1011m。構(gòu)成左岸階地的沖積層由上部的粉細(xì)砂（厚約15m）和下部的砂礫石（厚度47m）組成。河床沖積的砂礫石層厚度為14m。主要巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，以及室內(nèi)巖石與混凝土摩擦試驗結(jié)果見表3-20與3-21。表1-3 室內(nèi)巖石與混凝土摩擦試驗成果匯總表巖 石名 稱剪切面性質(zhì)指標(biāo)名稱項目混凝土/巖石抗剪強(qiáng)度摩擦系數(shù)tan剪應(yīng)力/kPa681012混合巖半風(fēng)化粗磨面組數(shù)5555算術(shù)平均值51.06

11、8.885.0104.40.86小值平均值45.064.070.096.00.76最小值45.056.070.090.00.70微風(fēng)化細(xì)磨面組數(shù)5555算術(shù)平均值54.054.475.4106.80.83小值平均值45.049.067.384.00.67最小值42.048.060.084.00.60表1-4 巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果匯總表巖石名稱指標(biāo)計算值重度/（kNm-3）比重孔隙率吸水率抗壓強(qiáng)度/MPa烘干飽和烘干飽和凍后混合巖半風(fēng)化組數(shù)5555535算數(shù)平均值26.826.827.40.950.19117.6119.2小值平均值26.426.427.00.360.17107.6100.1

12、新鮮組數(shù)22112221算數(shù)平均值27.427.427.51.090.14129.597.0128.8花崗巖半風(fēng)化組數(shù)332231350.8算數(shù)平均值25.926.226.93.710.73169.7161.62新鮮組數(shù)2222222162.3算數(shù)平均值26.026.227.14.060.70178.9169.1煌斑巖半風(fēng)化組數(shù)22222算數(shù)平均值26.826.927.70.38131.4壩區(qū)巖石經(jīng)受多次構(gòu)造運動作用，斷層、裂隙、巖脈均較發(fā)育?；旌蠋r片理方向變化不大，但總的走向近北東東向，傾向西北，傾角變化較大，一般為6070。壩區(qū)斷層方向主要有三組，最發(fā)育的為走向北東520，以F6為代表，是

13、斜穿河床通過壩基的斷層，傾向下游，傾角一般為60-85，有近水平與高角度兩組擦痕，為逆平推斷層，寬度達(dá)9-15m，壩基部位寬度為10llm，該斷層與壩線約成30銳角相交，通過壩基長約55m左右。斷層是由23條0.30.8m寬的斷層泥和片狀、砂礫狀、角礫狀夾層泥等物質(zhì)組成的斷裂破裂帶，在深部仍膠結(jié)不好，雖系高角斷層，對壩基變形及抗滑穩(wěn)定仍造成不利的影響。壩基巖石透水性微弱，壩下滲漏量極小。但由于滲透而產(chǎn)生的壓力對壩基穩(wěn)定將有一定的影響。根據(jù)巖石的滲透性質(zhì)，一般在25m深以上單位吸水量大于0.03L(minmm)，因而建議帷幕深度一般不小于2025m(由壩基巖面算起)；對斷層破碎帶部位，帷幕應(yīng)考慮

14、適當(dāng)加強(qiáng)。壩基范圍內(nèi)雖為抗風(fēng)化的巖石，但由于構(gòu)造復(fù)雜，斷層、巖脈眾多，縱橫交錯，節(jié)理發(fā)育。從鉆孔中看，幾乎是孔孔見巖脈、小斷層和小破碎帶，使巖體失去完整性，巖石風(fēng)化程度相差懸殊。對壩區(qū)結(jié)合工程情況，將巖石風(fēng)化狀態(tài)分為全風(fēng)化、半風(fēng)化與新鮮巖石三類。壩基各地段巖石的風(fēng)化深度參見表3-22。 表1-5 壩基各地段巖石的風(fēng)化深度表 (單位：m)地段風(fēng)化狀態(tài)左岸山坡左岸階地河床右岸備注覆蓋層6124.5110.540.55.5巖石風(fēng)化深度從地面算起全風(fēng)化巖石6.514614.50.551.78半風(fēng)化巖石18211221613712.5從巖石的風(fēng)化狀態(tài)和巖石的強(qiáng)度來分析，作為高約40m的混凝土重力壩，建基

15、面在半風(fēng)化巖石的下部是可以的。這里所指的半風(fēng)化巖石下部作為建基標(biāo)準(zhǔn)是要求巖石要具有一定的強(qiáng)度并較完整，節(jié)理裂隙基本無泥，通過固結(jié)灌漿巖石的完整性能得到顯著改善。建議開挖深度從地面算起：右岸5-7m，河床4-5m，左岸階地lorn左右，左岸山坡10-12m。參照已有的試驗成果，結(jié)合本電站壩坡構(gòu)造和巖石狀態(tài)，建議壩基D6斷層以右，混凝土與半風(fēng)化巖石摩擦系數(shù)采用065，斷層以左采用06，P6斷層帶采用045。(五) 建筑材料 勘探了四個砂礫石料場，分別為加級河、加級河口、壩上、橋下江心料場，均為A2級精度，共計勘探儲量149x1口m3。各料場質(zhì)量均能滿足要求，儲量情況詳見表3-23。這些料場分布在壩

16、址上下游05-4km范圍內(nèi)，運輸條件好。但這些料場地下水位較淺，一般均需水下開采，開采條件較差，洪水期間易被淹沒。以上幾個料場，加級河與加級河口兩個料場，粗骨料中含玄武礫石較多，加級河料場砂子含泥量偏大，其它質(zhì)量均能滿足技術(shù)要求。壩下9km處的萬良河料場可作為補(bǔ)充料場。土料場位于壩下3-4km，已做B級勘探，質(zhì)量、儲量均可滿足要求。(六) 水利動能本電站的主要任務(wù)是發(fā)電。結(jié)合水庫特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益。電站建成后將同B水電站一起并入東北主網(wǎng)運行，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)相及少量事故備用。水庫下游河段內(nèi)，無防洪要求，加上本電站庫容小，不承擔(dān)下游防洪任務(wù)。本地區(qū)對工農(nóng)業(yè)用水、航運、過木、過

17、魚等均無要求。水庫蓄水后提供了發(fā)展?jié)O業(yè)的有利條件，需重點清庫以利捕撈。B電站至本電站河段，河谷狹窄，沿江兩岸無大的城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)及大片農(nóng)田等重要保護(hù)對象；壩區(qū)地形地質(zhì)條件較好，加之上游B水電站的興建，對天然來水進(jìn)行多年調(diào)節(jié)，大大改善了天然來水的不均勻性，使本水電站參以較少的淹沒損失和工程量獲得較好的電能指標(biāo)。所以本電站設(shè)計蓄水位的選擇取決于同B水電站尾水位的合理 接，以充分利用B以下河段的水力資源。本電站水庫特征水位及電站動能指標(biāo)見表3-24。(七) 壩線與壩型表1-6 料 場 分 布 情 況料場類型砂礫石料土料料場名稱壩 上橋下江心加級河口加級河萬良河本電站勘探級別A2A2A2A2A2B產(chǎn)地

18、面積/(104m2)3.48.73.630.5892.026.0產(chǎn)地位置與距壩址距離壩上右岸灘地，距壩址0.5km壩址下游江心，距壩址約3km壩下左岸灘地，距壩址約3km壩下游左岸支流加級河，距壩址4km壩下游左岸支流萬良河，距壩址9km壩下游右岸橋下階地上，距壩址45km無效層平均厚度/m00.660.140.870.860.90有效層平均厚度/m3.712.862.863.232.252.40無效層儲/(104m3)07.640.0526.5878.2有效層儲/(104m3)13.0126.5810.04100.0415.662.4水上儲量/(104m3)05.501.1622.050.3

19、表1-7 水電站工程特性表名 稱單 位數(shù) 量備 注一、水性特性1、水庫特征水位校核洪水位（P=0.1%）m293.90設(shè)計洪水位（P=1%）m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位時水庫面積Km215.173、水庫容積校核洪水時總庫容108m32.29正常蓄水位時庫容108m31.63相應(yīng)的下游水位m265死庫容108m31.49二、下泄流量及相應(yīng)下游水位包括機(jī)組過流量1、設(shè)計洪水最大下泄量m3s-18200.00相應(yīng)下游水位m2692、校核洪水最大下泄量m3s-110700.00相應(yīng)下游水位m269.90三、電站電能指標(biāo)裝機(jī)容量MW200.00保證也力MW35

20、.00多年平均發(fā)電量108kWh4.35年利用小時數(shù)h2255四、主要建筑物及設(shè)備1、擋土壩型式m混凝土重力壩壩頂高程m296.50最大壩高m46.00名 稱單 位數(shù) 量壩頂長度m438.002、泄水建筑物型式混凝土溢流壩堰頂高程m28090溢流壩長度m3/（sm）18700單寬流量5600消能方式m挑流弧形閘門（扇數(shù)寬高）101610弧形閘門啟閉機(jī)平板檢修閘門（扇數(shù)寬高）101610第二章 調(diào)洪演算及特征水位確定一、調(diào)洪演算及特征水位確定 水庫的蓄水或滯水是防洪調(diào)蓄工程的措施之一。通常是洪水波在河槽中經(jīng)過一段距離時，由于槽蓄作用，洪水過程先要逐步變形，一般是隨著洪水波沿河向下游推進(jìn)，洪峰流量

21、逐漸減小，而洪水歷時逐漸加長。水庫容積比一段河槽大的多，對洪水的調(diào)蓄作用比河槽要強(qiáng)得多。特別是當(dāng)水庫有泄水閘門控制的情況下，洪水過程線變得更為顯著。 水庫的下游有防洪任務(wù)是，它的作用主要是消減下泄流量，使其不超過下游河床的安全泄量。水庫的作用主要是滯洪，記在一次洪水來臨時，將超過安全下泄流量的那部分洪水暫時攔截住，待洪峰過后，將攔截的洪水下泄掉，騰出庫容迎接下次洪水。有時水庫下泄與下游間洪水的支流相遇相疊加后其總量會超過下游的安全泄量，這是要求水庫起錯峰作用，由于水庫本身有調(diào)蓄作用。洪水流量過程線任然要變形?？陀^上起滯洪作用，洪水流量過程線經(jīng)過水庫時的具體變化情況，與水庫的容積特性，泄洪建筑物

22、的的型式和尺寸及水庫的運行方式有關(guān)。 調(diào)洪演算的基本公式為： Q=f(H)=AHB 或q=f(v)式中：A系數(shù)，與建筑的尺寸形式，閘孔開度以及淹沒系數(shù)有關(guān)。 B指數(shù)，對于堰流，B為2/3，對于閘孔初六，一般為1/2。 q下泄流量。 H泄流水頭。 目前，我國常用的是：列表法和半圖解法。 其泄洪流量如下表：經(jīng)水文水利調(diào)洪演算得：正常水位為290m,設(shè)計洪水位為：290.9m，校核洪水位為：293.9m。相應(yīng)的下游水位為：265m，269m,269.9m第三章 樞紐總體布置水利樞紐按承擔(dān)任務(wù)的不同可分為防洪樞紐、灌溉樞紐、發(fā)電樞紐、航運樞紐等。而大多情況下都是多目標(biāo)的集合利用樞紐。水利樞紐布置必須充

23、分考慮地形，地質(zhì)條件，使各種水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上，并能滿足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需條件，樞紐布置使各個不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在運行中相互協(xié)調(diào)，充分有效地發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)。在滿足基本要求的前提下，力求建筑物布置緊湊，一物多用，減少工程量，降低造價。同時要充分考慮美學(xué)要求。一個大型水利樞紐工程的總體布置是一項復(fù)雜的工程，需要按系統(tǒng)工程分析方法進(jìn)行論證確定。工程等別確定確定原則：（1）按照水文水利計算結(jié)果，水庫的校核洪水位為138.8m，查水位庫容曲線，總庫容=2.29億m3在1-10億m3。達(dá)到大2型工程規(guī)模，等別為二等；二、壩址選擇壩址選擇與樞紐布置密切

24、相關(guān)，不同壩型軸線應(yīng)采取不同的壩型和樞紐布置，同一壩址也可以有不同的壩型和樞紐布置方案，通過經(jīng)濟(jì)比較擇優(yōu)選出壩軸線位置及相應(yīng)的合理壩型和樞紐布置。壩址選擇與地質(zhì)條件密切相關(guān)，理想壩址地質(zhì)條件是強(qiáng)度高，透水性好，不易風(fēng)化，沒有構(gòu)造缺陷的巖基，但一般來說，壩址在地質(zhì)上總是存在缺陷，因此，在選用壩址時應(yīng)用實際出發(fā)。不僅要慎重考慮壩基地質(zhì)條件，還要求庫區(qū)及壩址兩岸的邊坡有足夠的穩(wěn)定性。壩址地形條件與壩型選擇和樞紐布置有著密切關(guān)系。對本電站壩線的選擇進(jìn)行過大量的工作，曾對小陳木匠溝以上至雞冠砬子一段的上壩段研究了四條壩線，經(jīng)比較認(rèn)為上壩線較為優(yōu)越。后來又對小陳木匠溝以下至蘭旗一段的下壩段選了三條壩線作為

25、當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚谋容^壩線，經(jīng)地質(zhì)勘察論證，下I壩線地質(zhì)條件較好。最后又對上壩線和下I壩線進(jìn)行了比較，認(rèn)為上壩線地質(zhì)條件較好，故選上壩線作為壩址。三、壩型的選擇（一）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(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

26、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(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，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(yáng)壓力大，對穩(wěn)定不利。二、土石壩 1、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： 可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量。

27、 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，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，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。（三）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。本設(shè)計的兩岸地形不適合建拱壩。綜合以

28、上三種壩形的優(yōu)缺點，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的流量和泄流量都較大，需要開敞式的壩體泄流形式，由于土石壩自身不能在壩頂溢流的缺點，不能夠滿足防洪的需要，故選用重力壩作為設(shè)計壩型。（四）而重力壩的形式比較多，主要可分為實體重力壩、碾壓混凝土重力壩、寬縫重力壩等。下面介紹這幾種壩型： 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(yáng)壓力也比較大，施工時不利于混凝土的散熱。再結(jié)合設(shè)計內(nèi)容，結(jié)合工程中有豐富的砂石料場，故確定選擇碾壓混凝土重力壩方案。四、樞紐的總體布置攔河壩在水利樞紐中占主要

29、地位。在確定樞紐工程位置時，一般先確定建壩河段，再進(jìn)一步確定壩軸線，同時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30個壩段組成。從左岸起，117號壩段為非溢流壩段，1830號壩段為溢流壩段。該壩的壩基最低高程為250.5m,壩頂高程為269.5m，最大壩高為46m，壩體總長為483m。樞紐工程布置見附錄上下游立視圖。（一）溢流壩的布置溢流壩的位置應(yīng)使下泄洪水、排冰時能與下游平順連接，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。因此，將溢流壩段設(shè)置在左岸，約

30、187m，分為13個壩段，除18號壩段長11m，其余壩段均長16m。溢流堰頂高程為280.9m，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=16m10m，采用液壓式啟閉機(jī)啟閉。公路橋高程與非溢流壩頂一致。堰頂設(shè)有12個中墩，其厚度為3m，2個邊墩，厚為3m，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100.7m，反弧半徑為12m，挑射角為25。（二）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。本設(shè)計的非溢

31、流壩段長271m，其中除12號壩段長均為15m,其余均長16m。壩頂寬度為10m，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1.2m欄桿和燈柱。壩的其他尺寸為：上游坡度為1：0，下游坡度為1：0.8，折坡點高程為284m。第四章 非溢流壩段設(shè)計非溢流壩段主要是擋水建筑物。設(shè)計的主要內(nèi)容是，剖面設(shè)計、穩(wěn)定分析，應(yīng)力分析，構(gòu)造設(shè)計。碾壓混凝土重力壩在材料與構(gòu)造方面需要適應(yīng)碾壓混凝土的特點。一 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)計規(guī)范，由下式，應(yīng)選擇兩者中高程的高者作為選定高程 式中： 防浪墻

32、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h(yuǎn)c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0.50.40.3（一） 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, m由于D=3 KmLL的深水波，在靜水面以下半波長LL處，波浪壓力很小，為簡化計算可假定等于零，而靜水面處波浪壓強(qiáng)最大，這樣，鉛垂壩面上總的浪壓力為：正常蓄水位，設(shè)計洪水時:校核洪水位時：泥沙壓力水庫建成蓄水后，過水?dāng)嗝婕哟?，流速減緩，入庫水流挾帶的泥沙逐漸淤積在壩前，對壩體產(chǎn)生了泥沙

33、壓力。由于泥沙淤積高程是隨時間而逐漸增加的。因此在確定泥沙壓力時，先要規(guī)定一個淤積年限，然后再根據(jù)河流的挾沙量估算壩前淤積高程。淤積計算年限取100年。由于壩前泥沙不僅逐年淤高，而且也逐年固結(jié)，淤沙的容重和內(nèi)摩擦角既隨時間化，又因?qū)佣?，因此要?zhǔn)確計算泥沙壓力是比較困難的。一般可參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，按土壓力公式計算：tg2(45-) 其中：Pn泥沙對上游壩面的總水平壓力； n泥沙的浮容重，一般n=6.59.0KN/m hn泥沙的淤積高度（m） n泥沙的內(nèi)摩擦角。對于淤積時間較長的粗顆粒泥沙，可取=1820，對于較細(xì)的粘土質(zhì)泥沙可取=1214，極細(xì)的泥沙粘土和膠質(zhì)顆?？扇?0。 tg2(45-)=14

34、58KN（三）、校核洪水位時的抗滑穩(wěn)定性驗算1、壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計算作用效應(yīng)函數(shù)：S（）=19415.3-2307.4=17107.9KN抗力函數(shù)：R（）=+ 式中：壩基面上全部切向作用之和，KN ；壩基面抗剪斷摩擦系數(shù)；壩基面上全部法向作用之和，KN，向下為正；壩基面的面積，；壩基面抗剪斷黏聚力系數(shù)； 計算抗滑穩(wěn)定性抗力函數(shù)：本工程壩基巖石為弱風(fēng)化黑色硅質(zhì)頁巖，抗剪斷摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值=0.85，抗剪斷凝聚力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值=。查混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范表821-2得、的材料性能分項系數(shù)分別為1.3，3.0 。則：摩擦系數(shù)設(shè)計值：=0.85/1.3=0.654粘聚力設(shè)計值：

35、Kpa抗力函數(shù)：R（）=+式中：穩(wěn)定性核算：對偶然組合 =1.1，=0.85，=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 ： =1.10.8517107.9=15995.9KN/=28648.9/1.2=23874.1KN 經(jīng)計算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩基面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。2、 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)（偶然組合）： 作用效應(yīng)函數(shù)： S（）=（）（1+） 抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):= 或 = 式中：壩基面上全部法向作用之和，KN，向下為正；全部作用壩基面形心的力矩之和，KNm，逆時針方向為正；壩基面的面積，；壩基面形心軸到下游面的距離，m；壩基面對形心軸的慣性矩，；壩體下游坡度；混凝土抗壓強(qiáng)

36、度，KPa；基巖抗壓強(qiáng)度，Kpa； 碾壓混凝土選用，且材料的分項系數(shù)為1.5，故：所以，經(jīng)過計算，壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。3、正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚(yáng)壓力）壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚(yáng)壓力），計算公式為： 0 壩基面形心軸到上游面的距離，m 。 、按標(biāo)準(zhǔn)值計算。 則：壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。 重力壩的失穩(wěn)破壞過程是比較復(fù)雜的。理論分析，試驗及原型觀測結(jié)果表明，位于均勻壩基上的混凝土重力壩沿壩基面的失穩(wěn)機(jī)理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩址處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后形成滑動通道，導(dǎo)致大壩的整體失穩(wěn)。通過

37、對此設(shè)計大壩在校核洪水位下壩踵壩址抗壓強(qiáng)度的驗算，此設(shè)計大壩不會出現(xiàn)深層滑動。（三） 正常蓄水位時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗算1荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計算：荷載計算：包括壩體自重，水平水壓力、水重、揚(yáng)壓力、浪壓力、水平泥沙力和垂直泥沙壓力。具體計算參見下表荷載計算表42表42 基本組合下計算表荷 載垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KNm）+-自 重W1108107.378913W210306.636.668023.758水壓力P17645.22.116054.92P21030.277211.4水 重Q824.1824.520192.41浪壓力P

38、L334.6636.612248.56泥沙壓力Pn14588.812830.4揚(yáng)壓力U1168039.315624U282393.125540.9合 計21940.815899.229437.861030.22133339.22123300.133正常蓄水位時的抗滑穩(wěn)定性驗算 利用抗剪斷公式驗算利用抗剪斷公式時，認(rèn)為壩體混凝土與基巖接觸良好。 為抗剪斷摩擦系數(shù)；為抗剪斷凝聚力此壩址初露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層，巖石堅硬，構(gòu)造簡單，滲透性小查水工建筑物表36，壩體混凝土與基巖接觸面抗剪斷參數(shù)的參考值，得： =1.25，=1300Kpa故 所以，正常蓄水位時壩體混凝土與基巖接觸面的

39、抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2) 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)（基本組合）： 作用效應(yīng)函數(shù)： S（）=（）（1+）抗力函數(shù): = 或 = T=24.5 所以，經(jīng)過計算，壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。（3）正常使用極限狀態(tài)壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚(yáng)壓力）壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚(yáng)壓力），計算公式為：0 （ 、按標(biāo)準(zhǔn)值計算）=則：壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力。（三）壩體內(nèi)層面（廊道中心線上面）的抗滑穩(wěn)定性驗算1荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+浪壓力2荷載組合計算：同上。具體計算參見計算荷載計算表格3-3。表43 特殊組合時壩體內(nèi)層面荷載荷 載垂直力（KN）水平力（KN）自 重W18107.5W2

40、5790.4水壓力P14986.29P21844.2水 重Q183.49浪壓力PL167.31泥沙壓力Pn1458揚(yáng)壓力U1852.9U26698.58合 計14081.397551.486611.618844.23驗算：（1）壩體混凝土層面的抗滑穩(wěn)定性極限狀態(tài) 計算作用效應(yīng)函數(shù)：S（）=13982.4 KN抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)：R（）= + 式中：計算層面上全部切向作用之和，KN ；混凝土層面抗剪斷摩擦系數(shù)；計算層面上全部法向作用之和，KN，向下為正；計算層面的截面積，；壩基面抗剪斷黏聚力系數(shù)； 因為壩體材料為碾壓混凝土，查混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范表821-2得、的材料性能分項系數(shù)分別為1.3，3.

41、0 ；查附錄D表D3得=0.91，=0.97Mpa 。則：摩擦系數(shù)設(shè)計值：=0.91/1.3=0.7粘聚力設(shè)計值： 抗力函數(shù)：R（）=+ 式中：穩(wěn)定性核算：對偶然組合 =1.1，=0.85，=1.2抗滑穩(wěn)定性需滿足 =1.10.856305.79=5859.91KN /=10974.14/1.2 = 9145.1KN 經(jīng)計算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)層面的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。應(yīng)力計算（一） 應(yīng)力分析原則：應(yīng)力分析的目的是為了檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強(qiáng)度要求，同時也為了研究解決設(shè)計和施工中的某些問題。如，為混凝土標(biāo)號分區(qū)和某些部位的配筋等提供依據(jù)。重力壩的應(yīng)力狀態(tài)與很多因素有

42、關(guān)，如：壩體輪廓尺寸，靜力荷載，地基性質(zhì)，施工過程，溫度變化以及地震特性等。應(yīng)力分析的過程是：首先進(jìn)行荷載計算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進(jìn)行應(yīng)力計算，最后檢驗壩體各部位的應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。采取材料力學(xué)法分析壩體的應(yīng)力時，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)如下：壩基面的正應(yīng)力在運用期（各種荷載組合下），地基面的最大鉛直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力（計算時分別計入和不計入揚(yáng)壓力）；最小鉛直正應(yīng)力應(yīng)大于0（計算時應(yīng)計入揚(yáng)壓力 ）。6.應(yīng)力計算公式如下：上游面垂直正應(yīng)力： 下游面垂直正應(yīng)力： 上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力：

43、式中： 壩體計算截面沿上、下游面的長度，m ; 上游壩坡； 下游壩坡；、計算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度（如有淤沙壓力時，應(yīng)計入在內(nèi)）；、計算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度； 計算截面上全部垂直力之和（包括壩體自重、水重、淤沙重及計算的揚(yáng)壓力等），以下向下為正，對于實體重力壩，均切取單位寬度壩體為準(zhǔn)（下同）；計算截面上全部垂直力及水平力對于計算截面形心的力矩之和，以使上游面產(chǎn)生壓應(yīng)力者為正。（二）、正常蓄水位壩基面的應(yīng)力計算（計揚(yáng)壓力）計算時： 表示上游水位，m ； 表示下游水位，m ； 表示淤沙高度， m ； 以下符號表示意義相同。 T=36.8m 上游面垂直正應(yīng)力： 下游面垂直正

44、應(yīng)力 上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： （三） 校核洪水位時壩基面的應(yīng)力計算（計揚(yáng)壓力） T=36.8m 上游面垂直正應(yīng)力： 下游面垂直正應(yīng)力： 上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： 經(jīng)以上計算，應(yīng)力滿足要求。第五章 溢流壩段設(shè)計溢流壩段既是擋水建筑物又是泄水建筑物。其泄水方式有壩頂溢流和壩身泄水孔泄水。在水利樞紐中，它可承擔(dān)泄洪，向下游輸水，排沙，放空水庫和施工導(dǎo)流等任務(wù)。 設(shè)計泄水重力壩時，除應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還需要根據(jù)洪水特性，水利樞紐布置，工程造

45、價，水庫運用方式及下游河道安全泄量等問題，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，研究確定泄水重力壩的位置選擇，泄水方式的組合，泄量分配堰頂和泄水孔口高程與位置等?？卓谠O(shè)計（一）泄水方式的選擇：為使水庫有較好的超泄能力，采用開敞式孔口。（二）洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定；本次設(shè)計的重力壩是二級建筑物，根據(jù)規(guī)范查山區(qū)、丘陵區(qū)水利工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)，采用100年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1000年一遇的洪水校核。（三）流量的確定：設(shè)計情況下，溢流壩的下泄流量為8200 m3/s ；校核情況下，溢流壩的下泄流量為10700 m3/s。（四）單寬流量的選擇：壩址處基巖比較堅硬完整，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，單寬流量去5070 m3/s

46、。（五）孔口凈寬的擬定：分別計算設(shè)計和校核情況下溢洪道所需孔口寬度。計算成果如下：表51 孔口凈寬計算計算情況流量Q（m3/s）單寬流量 q（m3/s）孔口凈寬B(m)設(shè)計情況82005070164117.14校核情況245275070214152.86 根據(jù)以上計算，溢流壩孔口凈寬取160m，假設(shè)每一寬度為16m，則孔數(shù)為10。（六）溢流壩段總長度（溢流孔口的總寬度）的確定：根據(jù)工程經(jīng)驗擬訂閘墩的厚度為：中墩3m，邊墩3m,則溢流壩段的總長度B0為：160+21+6=187 （七）堰頂高程的確定：初擬側(cè)收縮系數(shù)=0.95，流量系數(shù)=0.382，因為過堰水流為自由出流，故=1。由堰流公式：計算

47、堰上水頭，計算水位分別減去相應(yīng)的堰上水頭，即為堰頂高程。其中，為一個堰孔的凈寬。 計算結(jié)果見下表：表52 堰頂高程計算表格計算情況流量（m3/s）側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬（m）堰上水頭（m）堰頂高程（m）設(shè)計情況82000.950.38216010280.9校核情況107000.950.38216011.9124.9所以，堰頂高程取280.9m。（八）閘門高度的確定：計算如下 門高正常蓄水位-堰頂高程+（0.10.2） =290-280.9+0.2=9.3 取10.（九）定型設(shè)計水頭的確定：堰上最大水頭校核洪水位-堰頂高程=293.3-280.9=12.4所以，定型設(shè)計水頭（）9.612.

48、4m 取=11m .Hd/HMax=11/13=0.84壩面最大負(fù)壓0.3=3.3m，在混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范最大負(fù)壓不超過36 m水柱的范圍。（十）泄流能力校核：先由水力學(xué)公式計算側(cè)收縮系數(shù)，然后計算不同作用下的流量系數(shù)，根據(jù)已知條件，運用堰流公式校核堰的泄流能力，計算結(jié)果見下表：的取值是根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范附錄C表C1查得。的取值是由水力學(xué)公式（8.10） 計算得到。 （其中 為邊墩形狀系數(shù)，取0.1；為閘墩形狀系數(shù)，由圖8.14查得；為堰孔數(shù)；為堰頂全水頭；為孔口寬度。表53孔口的泄流能力校核表設(shè)計情況1609.60.3880.9682004.2%校核情況16012.40.3820.9

49、5107004.9% 注：表中計算結(jié)果5% 說明孔口的泄流能力滿足要求。由計算結(jié)果知：孔口的泄流能力滿足要求。 消能防沖設(shè)計（一）溢流壩常用的消能方式是：挑流消能和底流消能，挑流消能又分連續(xù)式挑流消能和差動式挑流消能。連續(xù)式挑流消能：構(gòu)造簡單，施工方便，水流平順，射程較遠(yuǎn)，一般不易產(chǎn)生空蝕，且其利用溢流壩下游的挑流鼻坎將從壩頂下泄的高速水流拋向空中，使水流擴(kuò)散、摻氣，然后跌入下游河床的水墊中，水流在同空氣摩擦的過程中可消耗一部分能量于沖坑中，這種方式比較經(jīng)濟(jì)。差動式挑流消能：沖坑最深點距壩腳較近，鼻坎上水流流態(tài)復(fù)雜，在高速水流作用下，容易引起空蝕破壞。底流消能：土石方開挖量和混凝土澆筑量一般都

50、較大，與挑流消能比較，底流消能在經(jīng)濟(jì)方面往往不利。故：選用連續(xù)式挑流消能。（二）挑流鼻坎設(shè)計挑流鼻坎有連續(xù)式鼻坎和差動式，本設(shè)計采用連續(xù)式；按規(guī)范規(guī)定，鼻坎挑射角，根據(jù)工程經(jīng)驗，挑射角一般取，對于深水河槽之間， 根據(jù)本工程實際情況，??；鼻壩壩頂高程高出下游最高水位12m，所以鼻坎高程為269.9+1=270.9m,反弧半徑R=（410）h， h為校核洪水位閘門全開時反弧處的水深（常近似取鼻坎上水深）。（三）、反弧半徑的確定1、鼻坎處水流平均流速按下式計算： 堰面流速系數(shù)庫水位至坎頂?shù)母卟?20.38m/s2、因為 ，所以鼻壩平均水深為： Q校核洪水時溢流壩下泄流量為m3/s； B鼻坎處水面寬度

51、，m。=反弧半徑 10）h=11.228m 取=12m（四）、 挑距和沖坑的估算1、連續(xù)式挑流鼻坎的水舌挑距按水舌外緣計算： 根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范公式： 式中： L壩下游垂直面到挑流水舌外緣進(jìn)入下游水面后與河床面交點的水平距離，m； 壩頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速的1.1倍計，即計算時（Ho為水庫水位至壩頂?shù)穆洳?，m）； 鼻坎的挑角，（度）； 壩頂垂直方向水深，m ， h為坎頂平均水深； 堰面流速系數(shù)； T最大沖坑深度，由河床面至坑底，m；2、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。 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

52、，m; H2下游水深, m; 沖坑系數(shù)，堅硬基巖取0.91.2，堅硬但完整性較差的基巖1.21.5，對于軟弱破碎裂隙發(fā)育的基巖有1.52.0。所以： 滿足混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范的規(guī)定要求。由此可知，挑流消能形成的沖坑不會影響大壩的安全。溢流壩的剖面設(shè)計溢流壩基本剖面為三角形，一般其上游面為鉛面直面或折線面，溢流面由頂部曲線、中間直線、底部反孤段三部分組成。 （一）上游側(cè)采用橢圓曲線，其方程為： 因為上游面垂直 ，故取，橢圓方程為： 2.堰頂下游段堰面曲線采用冪曲線： 因上游面鉛直，所以n=1.85 , k=2.0 ; 所以 即按上式算得的坐標(biāo)值如下表44：表5-4 WESC冪曲線坐標(biāo)計算表/12

53、345678/0.060.230.4960.841.281.792.383.04根據(jù)表中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OC。（三）、坡度=0.8的下游直線段CD與曲線OC相切于C點， C點坐標(biāo) （，），可如下求得：對堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù) 直線CD的坡度為：= 則 0.12= 算得： =14.55 =8.854確定反弧圓心點的坐標(biāo)（，）及直線與反弧切點D（，）和E（，）的坐標(biāo)： 圓心高程H=278.7m 所以，直線與反弧切點D為： 5壩基寬度B：附加上鼻坎厚度0.5m,則整個壩基寬度為： B=3.3+30.4+2.6+0.5=36.8m4.4 閘門與啟閉設(shè)備的選型（一）閘門型式的選擇 目前工程中應(yīng)用比較廣

54、泛的有平面閘門和弧形閘門。 1、弧形閘門的優(yōu)缺點如下： 優(yōu)點：可封閉相當(dāng)大面積的孔口。 所需要高度和厚度較小。 沒有影響水流流態(tài)的門槽。 所需啟閉力較小。缺點：需要較長的閘墩。 閘門所占空間位置較大。 不能提出孔以外進(jìn)行檢修維護(hù)，不能在孔口間互換。 閘門所承受總水壓力集中于支座處，對土建結(jié)構(gòu)不利。2、平面閘門是使用廣泛的一種門型，因為它能滿足各種類型泄水孔道的需要，它的優(yōu)缺點如下： 優(yōu)點：門葉可以移出出口便于檢修閘門。 所占順?biāo)鞣较虻目臻g尺寸較小。 門葉可以在孔口之間互換，故在孔數(shù)較多時，可兼做事故閘門和檢修閘門。 對移動式啟閉機(jī)的適應(yīng)性較好。 閘門所占空間位置較小。缺點：由于門槽的存在，特

55、別是深孔平面閘門，會影響流道的平滑，容易引起空蝕破壞。 閘門啟閉力較弧形閘門大，需用較大的啟閉機(jī)。結(jié)合本設(shè)計的具體情況，故選用弧形閘門，采用頂露頂式弧形閘門作為工作閘門，選用平面閘門作為檢修閘門。（二）、 閘門的布置1、工作閘門的布置參見水工鋼閘門設(shè)計中，在露頂式閘門中，弧形板曲率半徑與門高的比值一般取 （1.01.5）H，支鉸位置布置在過流時不受水流及漂浮物沖擊的高程上，支鉸可設(shè)在底坎以上（0.750.5）H 。 已知閘門高H=10m 則：R=（1.01.5）H =7.2m h=（0.750.50）H =2.155 5.4m 所以取值為 h=2.25 m 。支鉸位置布置在高程為：280.9m

56、+2.25m=283.45m處。2檢修閘門的布置檢修閘門為平面閘門，布置在工作閘門上游2m處。閘門槽寬度取80cm，深度取50cm。（三）、閘門自重的估算 計算公式參照水工鋼結(jié)構(gòu)附錄十一。露頂式弧形閘門：當(dāng)， 當(dāng)，式中： 、閘門孔口高度和寬度,m； 設(shè)計水頭,m；材料系數(shù)：閘門用低合金鋼時，=0.8，閘門用普通碳素鋼時，=1.0；孔口寬度系數(shù)：當(dāng)m時,=0.29；當(dāng) 時，=0.472；當(dāng) 時, =0.75；當(dāng)m時, =0.472 ；已知：閘門孔口高度，閘門孔口寬度，設(shè)計水頭，=0.75，采用普通碳素鋼，=1.0 ，故： =7281.35KN4.4.4 啟閉設(shè)備的選擇在本設(shè)計中，弧形閘門采用液壓

57、式卷揚(yáng)啟閉機(jī) ，廣泛應(yīng)用于弧形閘門上。 參照閘門與啟閉機(jī)，面板為弧形且其圓心就是鉸心的弧形閘門，啟門力按下式計算：圖4-4 弧門受力圖 (噸) 閉門力： (噸) 如果計算出的值為負(fù)值，則可依靠閘門的自重關(guān)閉；若為正值，則需要考慮加重；也可采用施加壓力的螺桿式或油壓式啟閉機(jī)。 鉸軸的摩擦阻力（噸）公式為： 止水的摩擦阻力（噸）公式為： 上式中：啟閉力作用點對鉸心的力臂，m ； 作用在閘門上總水壓力；軸與軸套的滑動摩擦系數(shù)，與平面閘門滾輪用的相同，（銅合金軸套對鋼軸為0.3，膠木軸套對鋼軸為0.2）；止水與止水座的話頂摩擦系數(shù)（橡皮對鋼板為0.65，橡皮對水泥砂漿面或磨石子面為0.70）止水摩擦阻

58、力（噸），與平面閘門的計算相同；鉸軸的摩擦阻力（噸）；作用在止水上的水壓力（噸），可從側(cè)止水和頂止水的總長度乘以止水橡皮作用的寬度，再乘以平均水壓力得出；鉸軸的半徑，m；止水作用力對鉸心的力臂，m ；閘門重心處對鉸心的力臂，m ；需按設(shè)計圖紙算出的閘門重心位置求出，初估時可以采用（為閘門面板弧面的半徑）摩擦阻力的安全系數(shù)，一般取1.2；計算閉門力用的門重修正系數(shù)，一般取0.9；計算啟門力和持住力用的門重修正系數(shù)，一般取1.1。 已知：R=12m ，取 ， ， r1=7.2m，r2=12.5m，r3 =0.87.2=5.76m因 ，膠木軸套， 取 ；采用橡皮止水 ， 取 ；每側(cè)止水寬度取6cm

59、，側(cè)止水受壓長度9m ，底止水受壓長度15m 則：總水壓力P=0.59.810207840KN所以： 平均水壓力 所以： 則： =5106.13KN =-1883.97KN即：可以依靠自重關(guān)閉。五、交通橋、工作橋的設(shè)計（一）交通橋設(shè)計1目前，溢流壩頂設(shè)計中常受到閘門尺寸及啟閉設(shè)備的限制。溢流壩段單孔的寬度一般都不太大，所以壩頂公路橋都屬于中、小跨度結(jié)構(gòu)，多采用拱式橋或預(yù)制裝配式梁式橋。拱橋的特點：能充分發(fā)揮材料的性能，節(jié)約鋼材，其缺點是施工不如板梁方便，由于施工程序較多，安排不當(dāng)會干擾閘室的施工。預(yù)制裝配式梁式橋的特點：制造和安排方便，架好后就可以作為臨時交通以利于閘室的施工；其建筑高度小，又

60、可以浸水，所以在鋼材供應(yīng)不是太困難的情況下常被采用。根據(jù)以上特點，選用預(yù)制裝配式梁式橋。2壩頂公路橋的布置：?？紤]以下因素：（1）閘室底板的地基應(yīng)力分布，一般情況下，公路橋布置在閘門的下游面。（2）閘門形式才用弧形式閘門的，閘門下游的閘室空間大，可將公路布置在其下游側(cè)。（3）與兩岸的連接，若兩岸的公路路面較低時，為避免車輛通過橋爬高，宜將公路橋就低布置。（4）橋梁在布置時，應(yīng)注意要留有一定的橋下凈空，梁式橋橋上凈空要求梁底高出設(shè)計水位（包括壅高和浪高）0.5米以上，若有流冰，則應(yīng)高出流冰面0.75米。公路橋的橋面總寬10m，凈寬8 m，每邊設(shè)1 m寬的人行道， 公路橋頂部構(gòu)造的底面高程，根據(jù)上