寧村水庫重力壩設(shè)計(jì)

-.z.----.可修編."水工建筑物""水工建筑物"寧村水庫重力壩計(jì)算書班級：水利水電工程12學(xué)生：戎艷指導(dǎo)教師：*小飛完成時(shí)間：**大學(xué)土木建筑工程學(xué)院-.z.-.可修編.目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章工程資料-2-一．工程概況-2-樞紐布置-2-一.確定工程等別和建筑物級別-2-1〕壩線選擇-2-2〕壩型選擇-2-3〕樞紐組成-2-第三章?lián)跛畨蔚脑O(shè)計(jì)-2-一壩頂高程Z頂確定-2-〔1〕根本公式和參數(shù)確實(shí)定-2-2〕具體分析和計(jì)算-2-二．建基面高程確定Z基-2-三．壩頂寬度b -2-四．上下游壩坡確實(shí)定-2-五．壩體強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算-2-1〕荷載組合：-2-2〕計(jì)算參數(shù)-2-3〕計(jì)算結(jié)果：-2-溢流壩段的設(shè)計(jì)-2-一．?dāng)M定堰面曲線-2-1〕上游直線段-2-2〕WES上游剖面堰頂曲線坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算-2-3〕溢流壩頂部下游面曲線段〔見圖4〕-2-4〕反弧段設(shè)計(jì)〔見圖4〕-2-5〕下游直線段〔見圖4〕-2-二．泄流能力校核-2-三．消能防沖設(shè)計(jì)-2-計(jì)算挑距和下游沖刷坑深度-2-四．導(dǎo)墻設(shè)計(jì)-2-五．溢流壩強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核；-2-1〕計(jì)算過程及結(jié)果-2-第七章工程量計(jì)算-2--.z.-.可修編.寧村水庫重力壩設(shè)計(jì)第一章工程資料一．工程概況寧村水庫位于**盆地北緣，頂峰山南麓，**市明秀鄉(xiāng)寧村和下游，寧村河發(fā)源于頂峰山脈南部燕尾嶺，流經(jīng)安吉河至心圩河后匯入邕江。水庫集雨面積10.39平方公里，壩址以上河長9.4公里，河道平均坡降為0.96%，河道平均水深約2米。興建寧村水庫的主要目的是保證**市的環(huán)境用水，并兼灌溉之用。二．根本資料地形資料：1、1：500壩址地形圖，另附；2、1：2000庫區(qū)地形圖〔略〕地質(zhì)資料：根據(jù)地勘隊(duì)提供的地質(zhì)報(bào)告及地質(zhì)圖摘要如下：1、庫區(qū)工程地質(zhì)寧村水庫庫區(qū)為砂巖、頁巖、泥巖組成的碎屑巖系，庫盤出露的巖層以泥巖為主，巖石滲透性微弱，巖層產(chǎn)狀稍平緩，交織層理發(fā)育。其斷層均為鐵錳質(zhì)膠接良好，無集中滲漏地段，庫周山巒起伏，無主要鄰谷，且?guī)焱庖话愎鹊赘叱叹哂谡Ｐ钏唬虼瞬淮嬖趲靺^(qū)向庫外滲漏的可能性，具備建庫的條件。2、壩址工程地質(zhì)及水文地質(zhì)壩址巖層以砂巖為主，夾泥巖和頁巖，砂巖抗壓強(qiáng)度較高，但泥巖、頁巖抗壓強(qiáng)度稍低，其允許承載能力為0.6~0.7Mpa，巖層傾向上游，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，整體性稍差，并假有薄層，抗滑能力較低，巖石受風(fēng)化深度為4~6m，河床地段強(qiáng)風(fēng)化深度3~5米，根底開挖和清基工作量較大，壩址河床及兩岸巖石的滲透性較大，一般滲透系數(shù)0.1~0.7m/d，因此存在地基滲漏和繞壩滲漏的可能性，必需進(jìn)展帷幕灌漿處理，總之壩址地質(zhì)具備建壩條件，但不是很理想，河谷兩岸不對稱，風(fēng)化深，而河床地段巖石較好，因此不宜作輕型壩，可考慮選擇其他壩型。3、壩址巖石物理力學(xué)性質(zhì)：在鉆取巖芯作物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，將不同深度，不同風(fēng)化強(qiáng)度的砂巖、泥巖、頁巖分五組進(jìn)壩址行實(shí)驗(yàn)，成果如表示：巖石名稱風(fēng)化程度重度〔KN/?〕比重吸水率抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值〔MPa〕干重度飽和重度〔%〕干飽和〔Rb〕砂巖強(qiáng)風(fēng)化23.524.22.635.63014砂巖弱風(fēng)化2525.62.682.0351.642砂巖微風(fēng)化26.226.62.70.615849.8泥巖新鮮23.724.52.747.243212.9頁巖新鮮25.125.92.763.0239.414.8由于*些原因，未作巖石抗剪斷實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在將砼和弱風(fēng)化巖石的抗剪斷摩擦系數(shù)和抗剪斷凝聚力提供如下，供設(shè)計(jì)參考。巖石名稱摩擦系數(shù)f’凝聚力c'〔KPa〕砂巖/砼1500泥巖〔頁巖〕/砼0.854004、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧蠅沃飞舷掠?Km*圍內(nèi)，有大量適合建壩的砂巖可供開采，河谷地帶有少量中細(xì)砂，卵石不多，而離壩址8~9Km*圍的邕江兩岸有足夠數(shù)量河沙和河卵石可提供。壩址附近缺乏適宜筑壩的土料。附：寧村水庫壩址1/500地質(zhì)剖面圖。三．水文資料根據(jù)水文計(jì)算結(jié)果，為樞紐建筑物設(shè)計(jì)提供以下資料：1、下泄洪水流量〔經(jīng)調(diào)節(jié)〕：設(shè)計(jì)洪水〔2%〕Q=450?/s；校核洪水〔0.2%〕Q=588?/s；可能最大洪水Q=722?/s；2、特征水位正常蓄水位：126.50m；死水位：106.00m。水庫水位~容積關(guān)系曲線〔見表1〕水位〔m〕90100110120125130135庫容〔萬?〕040110260370520840表1：下游水位~流量關(guān)系曲線〔見表2〕表2：寧村水庫下游水位~流量關(guān)系流量〔?/s〕10100200300400450588下游水位〔m〕092.793.693.793.893.994最大引用流量：1.0?/s淤沙高程：92.00m。四其他資料材料容重：漿砌石重度：22KN/?；砼重度：24KN/?；淤沙特性：淤沙浮重：7KN/?；淤沙內(nèi)摩擦角：20°；浪高計(jì)算：水庫吹程D=3km，多年平均最大風(fēng)速v=15m/s；下游渠首底部高程97.00m；地震烈度6度〔設(shè)計(jì)不考慮〕樞紐布置一.確定工程等別和建筑物級別由于工程的等別是由六個(gè)指標(biāo)〔總庫容，防洪，灌溉，發(fā)電，供水，治澇〕中最大的指標(biāo)來確定，由于該樞紐的開發(fā)目的為供水和灌溉，而其最大引用流量才1.0?/s，所以工程等別最終由總庫容V總確定。由于V總=V校即校核洪水位所對應(yīng)的庫容，故需求出校核洪水位H校，再根據(jù)水位~庫容關(guān)系〔表一〕確定庫容。1〕壩線選擇壩線選擇如寧村水位平面布置〔附圖1〕所示，由地形圖資料可知該壩線上游山體陡，坡降大，成庫容易，下游壩線地形開闊，平坦，便于施工系統(tǒng)布置，且壩線選址在山脊位置，可以縮短壩線，節(jié)省造價(jià)；由于該工程為中小型工程，壩高不大，對承載力要求不高，該處巖石滿足承載力要求，對于砂巖通過帷幕灌漿進(jìn)展防滲；該樞紐與周邊城鎮(zhèn)相鄰，交通便利"三通〞容易滿足，就地取材砂巖可作為粗骨料。綜合地形，地質(zhì)，樞紐布置，施工，建材和經(jīng)濟(jì)投資等因素考慮可確定壩線布置合理。2〕壩型選擇擋水壩有重力壩，土石壩，拱壩等，該庫區(qū)右岸陡峭左岸右岸平坦，且?guī)r基存在軟弱夾層，不完整，不適合修建拱壩；如果修建土石壩，只能采用隧洞導(dǎo)流，而存在破碎帶，不利于隧洞的穩(wěn)定，對土石壩的施工導(dǎo)流不利，壩址巖層以砂巖為，土石壩的筑壩材料得不到滿足，故排除土石壩。通過比照分析，重力壩符合地形地質(zhì)要求，故壩型選擇為重力壩合理。重力壩分為漿砌石重力壩，常態(tài)混凝土重力壩，碾壓砼重力壩。漿砌石重力壩施工質(zhì)量不能保證而且施工速度慢，對工期影響大，造成經(jīng)濟(jì)投資大，不適宜；碾壓混凝土重力壩常用于大規(guī)模的工程，對于前面分析可知該工程為中小型規(guī)模，應(yīng)選用常態(tài)混凝土重力壩更適宜。3〕樞紐組成由開發(fā)目的可知該樞紐無需用于發(fā)電，故不需要水電站廠房，因?yàn)樾枰┉h(huán)境用水和灌溉，所以需要取〔引〕水建筑物，故該樞紐組成：泄水建筑物，擋水建筑物，引〔取〕水建筑物。其中泄水建筑物和擋水建筑物為主要建筑物，故因進(jìn)一步確定其尺寸，形式和等級。4〕泄水建筑物的形式及孔口尺寸的擬定(1)泄水建筑物形式的選擇由前面地形分析知道其壩線不長，故不適合岸邊溢洪道；壩址的地質(zhì)條件限制不能用隧洞泄水〔具體理由見壩型選擇土石壩局部〕；所以只能選擇壩身泄水。壩身泄水分表孔泄水，中孔泄水和底孔泄水。由前面分析已經(jīng)確定該重力壩的壩高不大，故不宜采用底孔泄水方式；中孔泄水一般作降低水位用，本工程可用取水孔兼做水庫放空用，故無需設(shè)中孔。且表孔具有最好的超泄能力，綜合分析比確定采用表孔泄流。表孔泄流分為開敞式，帶閘門，帶胸墻三種，根據(jù)工程概況中的要求可知不需要進(jìn)展防洪，故無需設(shè)閘門等，同時(shí)，對淹沒要求也不大，考慮構(gòu)造簡單，經(jīng)濟(jì)投資小，便于管理等因素優(yōu)選開敞式，最終確定泄流建筑物形式：開敞式表孔泄流。(2〕孔口尺寸擬定①由于為開敞式表孔泄流，故堰頂高程和正常蓄水位高程相等，即Z堰頂=Z正=126.5m。②單寬流量q和溢流前沿寬度L擬定前面已經(jīng)分析該工程屬于中小型工程，可直接根據(jù)地質(zhì)條件來確定q。根據(jù)規(guī)*：1、對于破碎的巖石：q=〔20~50〕?/〔s·m〕對于中等堅(jiān)硬巖石：q=〔50~70〕?/〔s·m〕3、對于堅(jiān)硬巖石：q=〔70~200〕?/〔s·m〕壩址巖層以砂巖為，主夾泥巖和頁巖，且?guī)r石節(jié)理、裂隙發(fā)育，整體性差，風(fēng)化強(qiáng)，故應(yīng)對應(yīng)規(guī)*中的破碎巖石：q=〔20~50〕?/s，由于河床的風(fēng)化深度達(dá)〔3~5〕m，為一般的弱巖，考慮下游河床的消能防沖，根據(jù)q=Q校/B可知，溢流前沿寬度B越大，q越小，則越平安，綜上：取q=28?/〔s·m〕。根據(jù)B=Q校/q=588/28=21m，故B=21m。由于選擇開敞式表孔泄流，故無需設(shè)閘門，即n=1，則孔口尺寸就是溢流前沿寬度B=21m。(3〕特征水位計(jì)算①堰型選擇—WESWES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分上游段和下游段兩局部。溢流堰的具體的設(shè)計(jì)見第三章。根據(jù)下游堰面曲線函數(shù)關(guān)系式：當(dāng)上游壩面為直立時(shí)，取n=1.85，K=2。Hd：設(shè)計(jì)定型水頭，一般為校核洪水位時(shí)堰頂水頭的75%~95%，即：Hd=〔0.75~0.95〕H校②特征水位確定(1)校核洪水位Z校：由Hd=(0.7~0.95)H校，Hd越小堰越薄，工程量越小，考慮到氣蝕對堰面的影響，最后?。篐d=0.8H校,則H校/Hd=1/0.8=1.25，此時(shí)H校就是堰上水頭HW，則H校/Hd=Hw/Hd=1.25，由于可根據(jù)下表三內(nèi)插得：m=0.512表三：當(dāng)P1≥1.33Hd時(shí)，流量系數(shù)m的值Hw/Hd0.40.50.60.70.80.911.11.21.3m0.4360.4510.4640.4760.4860.4940.5010.5070.510.513注：P1：上游堰高根據(jù)公式:Q=εσmBH3/2ε：側(cè)收縮系數(shù)，一般在0.9~0.95，本設(shè)計(jì)取ε=0.92σ：淹沒系數(shù)，為自由出流σ=1m：流量系數(shù)，由計(jì)算得出m=0.512B：堰頂寬，由計(jì)算得出B=28mg取9.8m2/s得到H校的計(jì)算公式：將數(shù)據(jù)帶入上式得：H校=[Q/(εσmB)]2/3=[588/()]2/3=5.65m；Hd=0.8H校=4.52mZ校=Z堰+H校=126.5+5.65=132.15m根據(jù)水位~庫容關(guān)系曲線〔圖一〕得總庫容V總=657.6〔萬立米〕。根據(jù)總庫容查詢規(guī)*SL252-2000確定該工程等別為Ⅳ等，主要建筑物的級別為4級。〔2〕設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)計(jì)算方法：試算法。首先假定一個(gè)堰上水頭H設(shè)，計(jì)算H設(shè)/Hd值，查附表3，可得出流量系數(shù)m，代入公式Q=B,求出設(shè)計(jì)洪水H設(shè)。與資料給的設(shè)計(jì)洪水〔2%〕Q設(shè)=450m3/s比擬，誤差不超過1%即可。：設(shè)計(jì)洪水〔2%〕Q=450?/s；Hd=4.52m；流量公式：Q=εσmBH3/2誤差公式：Δ=|Q設(shè)-Q(2%)|/Q(2%)計(jì)算結(jié)果如表4所示：方案堰上水頭H設(shè)〔m〕HdH設(shè)/Hd流量系數(shù)設(shè)計(jì)洪水Q設(shè)〔m3/s〕Q(2%)〔m3/s〕誤差Δ(%)m154.521.110.507484.84507.73%24.91.080.506469.44504.31%34.81.060.505454.24500.93%44.751.050.504446.34500.08%54.771.060.5054504500根據(jù)表格數(shù)據(jù)，方案3,4，5均滿足要求，考慮誤差最小，最終選擇方案5，即：H設(shè)=4.77m設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)=堰頂高程+設(shè)計(jì)水頭=126.5+4.77=131.27m第三章?lián)跛畨蔚脑O(shè)計(jì)一壩頂高程Z頂確定〔1〕根本公式和參數(shù)確實(shí)定Z頂={Z設(shè)+Δh設(shè)；Z校+Δh校}ma*Δh=h1%+hz+hch1%：累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度，m；hz：波浪中心線高于靜水位的高度，m；hc：平安加高，根據(jù)SL252-2000"水利水電工程工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)"按表5選取。永久擋水性建筑物平安加高(m)運(yùn)用情況壩的級別1234設(shè)計(jì)情況0.70.50.40.3校核情況0.50.40.30.2表5：Δh的計(jì)算涉及到的官廳公式:hl：累計(jì)頻率為5%時(shí)的波浪高度，m；L:波浪長度，m；D：吹程，D=3km；2〕具體分析和計(jì)算由于官廳公式，適用于V0<20m/s及D<20km.波高h(yuǎn)l，當(dāng)gD/V02=20~250時(shí)，為累計(jì)頻率為5%時(shí)的波浪高度h5%；且h1%=1.24h5%,。根據(jù)V設(shè)=〔1.5~2〕;=15m/s；則取V設(shè)=25m/s;通過計(jì)算得到：gD/Vo2=9.8*3000/252=47.09在〔20，250〕之間，符合運(yùn)用條件，故為累計(jì)頻率為5%的波高。1.設(shè)計(jì)情況①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*255/4*31/3=1.338mh1%=1.24h5%=1.659m②波長：L=10.4(h1%)0.8=10.4*〔1.659〕0.8=15.592m③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.554m④查表5得hc=0.3m因此△h=h1%+hz+hc=2.513mZ設(shè)=131.27+2.513=133.78m2.校核情況①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*155/4*31/3=0.707mh1%=1.24h5%=0.877②波長：L=10.4(h1%)0.8=10.4*〔0.877〕0.8=9.363m③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.258m④查表5得hc=0.2m因此△h=h1%+hz+h=1.335mH=132.15+1.335=133.49m具體計(jì)算結(jié)果見下表6：表6：工程設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位Z上〔m〕131.27132.15V0m/s2515h5%1.3380.707h1%1.6590.877L(m)15.5929.363hz(m)0.5540.258hc(m)0.30.2Δh=h1%+hz+hc(m)2.5131.335Z壩(m)133.78133.49所以取Z壩=133.78m二．建基面高程確定Z基根據(jù)"混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)*"：壩高＞100m，可建在新鮮、弱風(fēng)化、微風(fēng)化下部基巖上；壩高=50~100m，可建在微風(fēng)化至弱風(fēng)化上部基巖上；壩高小于50m時(shí)，可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上。、根據(jù)該地的地形地質(zhì)條件，建基面可設(shè)在弱風(fēng)化處，由地形剖面圖可知，高程為85m左右。故擋水壩的壩高可估算為：H壩=Z頂-Z基=133.78-85=48.78m壩高小于50m，可建在弱風(fēng)化中上部，取Z基=86m；故Hma*=47.78m三．壩頂寬度b根據(jù)設(shè)備布置運(yùn)行施工檢修和交通等要求，b=〔8%~10%〕Hma*，且≮2m，常態(tài)混凝土重力壩壩寬b≮3m，碾壓混凝土重力壩壩寬b≮5m。本設(shè)計(jì)為常態(tài)混凝土壩，b≮3m。b=〔0.08~0.1〕*47.78=〔3.8224~4.778〕m；取b=4m四．上下游壩坡確實(shí)定根據(jù)工程經(jīng)歷，一般情況下，上游坡率n=0.0~0.3；下游壩坡坡率m=0.6~0.8；且下游壩坡的壩內(nèi)延長線在上游壩面的交點(diǎn)J位于正常蓄水位附近。初步擬定時(shí)，考慮到應(yīng)力分配合理和防止壩踵出現(xiàn)拉應(yīng)力，初步取壩上游坡率n=0.1，下游壩坡坡率m=0.8.取J點(diǎn)剛好在正常蓄水位處，即ZF=Z正=126.5m。故可初步繪出剖面圖〔圖1〕：AB=4m,AH=47.78m；Z壩=133.78m，ZF=Z正=126.5m，Z基=86m，m=0.8，n=0.1。求解：1.AJ=Z壩-Z正=7.28m；即可定出J點(diǎn)由幾何關(guān)系得：tanα=1/m=1/0.8，EH=0.8HJ=0.8*40.5=32.4m連接EJ與AF交于F,則定出了下游起坡點(diǎn)。2.上游起坡點(diǎn)一般為離建基面的距離為壩高的三分之一左右，即距建基面為：47.78/3=15.92m.取CH=16m。DH=0.1CH=1.6m則可大致定出剖面圖。五．壩體強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核計(jì)算1〕荷載組合：根據(jù)SL319-2005"混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)*"中所規(guī)定的幾種組合情況，如下表7所示：考慮本設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況，根據(jù)上表荷載組合，考慮根本組合的第〔1〕〔2〕項(xiàng)，特殊組合的第〔1〕項(xiàng)和施工竣工情況。由于設(shè)計(jì)洪水情況滿足則正常蓄水位情況必然滿足，則根本組合只需計(jì)算第〔2〕項(xiàng)。擋水壩的應(yīng)力和穩(wěn)定性分析，選擇根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選擇單一平安系數(shù)法中抗剪斷公式計(jì)算。作用荷載：壩體自重；相應(yīng)于各種工況下的水位的靜水壓力；相應(yīng)于各種工況下的水位的揚(yáng)壓力；淤沙壓力；相應(yīng)于各種工況下的水位的浪壓力。計(jì)算簡圖如下：圖2各水位下的計(jì)算簡圖和荷載分布圖2〕計(jì)算參數(shù)由于該擋水壩為4級，故按照規(guī)*規(guī)定其構(gòu)造平安級別為Ⅲ級，其對應(yīng)的各參數(shù)指標(biāo)具體見下表8：表8工程名稱參數(shù)指標(biāo)作用荷載壩體自重砼重度：24KN/?靜水壓力水容重：9.8KN/?波浪壓力吹程D=3km，設(shè)計(jì)風(fēng)速v=25m/s淤沙壓力浮重度7KN/?；內(nèi)摩擦角：20°性能混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值13.4Mpa基巖抗壓強(qiáng)度42Mpa建基面摩擦系數(shù)砂巖/混凝土摩擦系數(shù)f’=1.0建基面凝聚力c’=0.5Mpa工況設(shè)計(jì)洪水位m上游：130.44；下游：93.9校核洪水位m上游：131.16；下游94施工竣工上下游均無水其他資料設(shè)排水管和帷幕折減系數(shù)=0.2；排水管距壩踵d=6m3〕計(jì)算結(jié)果：浪壓力力臂公式：抗剪斷公式：邊緣處應(yīng)力公式：計(jì)算沿壩軸線取單位長度1m計(jì)算，壩基面面積A=34.8m2具體計(jì)算成果和過程見下附表：附頁第四章溢流壩段的設(shè)計(jì)一．?dāng)M定堰面曲線初步擬定時(shí)，選擇WES剖面，由于WES剖面是曲線方程表示，便于控制，且堰剖面較瘦，可以節(jié)省工程量。WES溢流堰斷面設(shè)計(jì)包括上游直線段，堰頂曲線段、下游曲線段、下游直線段以及反弧段5個(gè)局部組成。設(shè)計(jì)要求：⑴有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；⑵水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；⑶體形簡單、造價(jià)低，便于施工。消能方式選擇：通過水力條件水頭為中高水頭，地形地質(zhì)條件下游平坦和經(jīng)濟(jì)，構(gòu)造簡單，施工方便等比擬，選擇挑流消能最適宜。1〕上游直線段在該設(shè)計(jì)中，由于擋水壩已經(jīng)確定，故為了不使擋水壩產(chǎn)生側(cè)向水壓力，則溢流壩的上游直線段設(shè)計(jì)與擋水壩保持一致。2〕WES上游剖面堰頂曲線坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算堰頂Z堰頂=Z正=126.5，Hd=4.52m。以堰頂O1點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〔0，0〕，曲線采用三段復(fù)合圓弧相接。這樣做可使堰頂曲線與堰上游面平滑連接，改善了堰面壓強(qiáng)分布，減小了負(fù)壓。三段復(fù)合圓弧〔見圖3〕的半徑R：R1=0.5Hd=0.5*4.52=2.26mR2=0.2Hd=0.2*4.52=0.904mR3=0.04Hd=0.04*4.65=0.181m三段復(fù)合圓弧水平坐標(biāo)值*：0.175Hd=0.175*4.52=0.791m0.276Hd=0.276*4.52=1.248m0.282Hd=0.282*4.52=1.275m根據(jù)壩頂處第一段圓弧半徑和*值可以依次定出各段圓弧。3〕溢流壩頂部下游面曲線段〔見圖4〕a該剖面堰頂O1點(diǎn)下游的I曲線由公式：(y/Hd)=k(*/Hd)n，k及指數(shù)n決定于堰上游面的坡度，而前面已經(jīng)定出上游面為直立面，則取k=2.0，n=1.85，代入上述公式得：曲線方程——*1.85=2.0Hd0.85y；Hd為設(shè)計(jì)定型水頭，4.52m。表9WES—I曲線的坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算表*〔m〕0123456Y〔m〕00.140.51.061.802.723.82根據(jù)上表數(shù)據(jù)可繪出I曲線段。b切點(diǎn)A的坐標(biāo)由于溢流壩與擋水壩銜接局部有導(dǎo)墻連接，從工程實(shí)用和經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，初步擬定下游直線段的坡度與擋水壩一樣取m2=0.8。銜接點(diǎn)A點(diǎn)為切點(diǎn)故可對OA曲線段方程求導(dǎo)確定A點(diǎn)坐標(biāo)：y'=1.85**0.85/2.0Hd0.85=1/m2則*0.85=2.0Hd0.85/(1.85*m2)=2.0*4.520.85/(1.85*0.8)=4.87m求得：*A=6.44m，yA=4.35m，即A(6.44，4.35)。綜上即可具體定出下游面第一條曲線OA。4〕反弧段設(shè)計(jì)〔見圖4〕溢流壩面反弧段是使溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來確定。根據(jù)DL5108—1999"混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)*"規(guī)定：對于挑流消能確定：坎頂高程：坎頂高程在滿足挑距要求：高于下游最高水位1~2m，最高水位為校核洪水下泄流量Q校對應(yīng)的下游水位Z校〔查表2〕。Q校=588m3/s，Z坎＞Z校=94m，初定Z坎=95m。b、挑角：θ∈〔20°，25°〕,取23°。c、反弧半徑：R=(4~10)h校。h校：校核洪水位閘門全開時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深，收縮斷面水深，為方便計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用坎頂處水深h1代替。根據(jù)水力學(xué)公式計(jì)算反弧半徑R：h1=q校/v校。q校：單寬流量，28m3/s·m；v校：流速，m/s。上游水位至挑砍高程：S1=132.15-95=37.15m流能比：KE=q校/(S11.5)=28/(*37.151.5)=0.0395KE∈〔0.04,0.15〕，故滿足長江公式：壩面流速系數(shù)：=0.8976鼻砍斷面流速：反弧段最低點(diǎn)處的水深：h校=h1=q校/v校試算得：h校=1.173m選擇反弧半徑R：R=(4~10)h校=4.692~11.73m因?yàn)榉椿《瘟魉儆?，反弧半徑R越大，=23.87m/s＞16m/s，所以取R=9m。5〕下游直線段〔見圖4〕由③知，下游直線段與壩頂曲線相切，切點(diǎn)A(6.44，4.35)，坡度與非溢流壩段的下游坡一樣m2=0.8。因?yàn)橄掠沃本€段與反弧段相切，且坡率為0.8，由此計(jì)算出∠BO2C=tan-1(1/0.8)=51.3°O2F=Rcos∠BO2C=9*cos51.3=5.63mO2H=Rcosθ=9*cos23=8.28mHD=O2Htanθ=3.51m則O2所在高程為HO2=95+8.28=103.28myO2=126.50-103.28=22.72myB=yO2+O2F=22.72+5.63=28.35mAE=yB-yA=28.35-4.35=24mBE=AE*m2=24*0.8=19.2m則*B=*A+BE=6.44+19.2=25.64m*O2=*B+BF=25.64+9sin51.3=32.66m各點(diǎn)坐標(biāo)：B(25.64,28.35)，O2(32.66,22.72)，C(32.66，31.72),D(36.17,31)。由以上步驟最終可根據(jù)：上游直線段，堰頂曲線段、下游曲線段、下游直線段和反弧段確定出溢流壩剖面：圖4二．泄流能力校核由公式：可得，H設(shè)=4.77m，H校=5.65m。而確定壩高時(shí)的H=133.78-126.5=7.28m，故滿足泄流能力要求。三．消能防沖設(shè)計(jì)由溢流壩斷面設(shè)計(jì)局部得知：鼻坎高程為95m，反弧半徑R=9m，挑角θ=23°。計(jì)算挑距和下游沖刷坑深度①挑距的計(jì)算水舌挑射距離是按水舌外緣計(jì)算，其估算公式為L:為水舌挑距，m；g為重力加速度，9.8m/s2；v1為坎頂水面流速，m/s約為鼻坎處平均流速的1.1倍；θ:挑射角度，本設(shè)計(jì)為23°；h’:坎頂平均水深h1在鉛直向的投影，h’=h1cosθ，約等于h1；h2:坎頂至河床面的高差，m。v1=v校=23.87m/sh1=h=1.173mh2=95-86=9mL=1/9.8{23.872sin20cos20+23.87cos20*[23.872sin220+2*9.81(1.173+9)]1/2}=58.85m②下游沖刷坑深度的計(jì)算關(guān)于沖刷坑深度，目前還沒有比擬準(zhǔn)確的公式，可按下式進(jìn)展估算：ts=tk-httk=KSq0.5Z0.25tk：水墊厚度，自水面至沖刷坑的距離，m；ht:沖刷坑后的下游水深;q：單寬流量，m3/(s·m)；Z：上、下游水位差，m；KS：沖坑系數(shù)，對堅(jiān)硬完整的基巖，取0.9~1.2，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖，取1.2~1.5，軟弱破碎、裂隙發(fā)育的基巖，取1.2~2.0。q=28m3/(s·m)H=132.15-94.00=38.15mKS=1.2,ht=94-86=8mts=KSq0.5Z0.25=1.2*280.5*38.150.25-8=7.78m沖坑后坡：L/ts=7.56m＞3m滿足要求四．導(dǎo)墻設(shè)計(jì)邊墩或?qū)敻叱虘?yīng)根據(jù)計(jì)算水面線加上=0.5m超高確定。對非直線段適當(dāng)增加。計(jì)算公式：h墻=注：hi：不計(jì)入摻氣和波動時(shí)