心墻土石壩設(shè)計及泄水建筑物水面線計算畢業(yè)設(shè)計說明書模板

心墻土石壩設(shè)計及泄水建筑物水面線計算畢業(yè)設(shè)計說明書資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。目錄摘要 1Abstract 2第一章綜合說明 31.1概述 31.1.1樞紐概述 31.1.2設(shè)計要求 31.2工程特性表 4第二章設(shè)計資料 52.1樞紐任務(wù) 52.2基本資料 52.2.1自然地理 52.2.2工程地質(zhì) 82.2.3筑壩材料 92.2.4庫區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它 10第三章樞紐主要建筑物的形式與總體布置 133.1工程等級及技術(shù)規(guī)范設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 133.1.1工程等級 133.1.2技術(shù)規(guī)范 133.1.3洪水標(biāo)準(zhǔn) 133.2調(diào)洪演算及設(shè)計基本數(shù)據(jù) 133.2.1調(diào)洪演算的目的 133.2.2調(diào)洪演算的原理 143.2.3計算方法 153.2.4泄洪方案的選擇 163.3樞紐組成建筑物 183.4壩型選擇 193.4.1壩型初選 193.4.2壩型選定 203.4.3壩體形態(tài)選擇 243.5泄水建筑物型式選擇 253.6廠房及引水系統(tǒng)布置 253.7樞紐總體布置 25第四章拱壩設(shè)計 274.1拱壩型式及布置 274.1.1拱壩剖面設(shè)計 274.1.2拱壩的布置 284.2荷載及其組合 294.2.1荷載及計算 294.2.2荷載組合 374.3計算原理和計算步驟 374.3.1計算原理 374.3.2計算步驟 384.4應(yīng)力強(qiáng)度分析(電算、手算) 384.4.1電算 384.4.2手算 404.5壩肩穩(wěn)定計算 454.5.1驗(yàn)算原理 454.5.2驗(yàn)算工況 474.5.3驗(yàn)算結(jié)果 47第五章泄水建筑物設(shè)計 495.1泄水建筑物的組成與布置 495.2泄槽設(shè)計 495.2.1淺孔設(shè)計 495.2.2中孔設(shè)計 505.3消能與防沖 525.3.1水舌挑距 525.3.2沖刷坑深度 525.3.3消能率計算 525.3.4消能防沖計算成果 535.4壩身進(jìn)水口設(shè)計 535.4.1管徑的計算 535.4.2進(jìn)水口的高程 545.5泄水孔口應(yīng)力及配筋 545.5.1計算原理 545.5.2孔口作用力 55第六章壩體細(xì)部構(gòu)造及地基處理 606.1壩體構(gòu)造與細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計 606.1.1壩體與壩面 606.1.2壩體分縫 606.1.3壩內(nèi)廊道和壩內(nèi)工作橋 606.2壩基處理 616.2.1地基處理的一般要求 616.2.2地基的處理與開挖 616.2.3壩基排水孔 63結(jié)語 64參考文獻(xiàn) 65摘要A江位于中國東南地區(qū),全長153km,根據(jù)流域規(guī)劃擬建一座水電站。A江水利樞紐同時兼有防洪,發(fā)電,灌溉,漁業(yè)等綜合作用,水庫正常蓄水位183.75m,設(shè)計洪水位184.8m,校核洪水位188.8m,汛前限制水位182m,死水位164m,尾水位103.5m。水庫死庫容5.3億m3,總庫容12.8億m3。A江水利樞紐工程等別為一等,工程規(guī)模為大(1)型工程,主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級,臨時性建筑物級別為4級。A江水利樞紐的主要組成建筑物有擋水建筑物,主副廠房,泄水建筑物,過木筏道等。擋水建筑物是一變圓心變外半徑的雙曲拱壩,壩頂弦長302m,最大壩高98.88m,壩底厚26m,壩頂寬8.5m。泄水建筑物由兩個淺孔和兩個中孔組成:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.8m,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7.5m,高7.2m,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)分別布置檢修閘門和工作閘門,工作閘門采用弧形閘門,在每一個工作閘門的上方有啟閉機(jī)房,淺孔啟閉機(jī)房高程為175.0m,中孔啟閉機(jī)房高程為161.28m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)。坎頂高程為119m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑為50壩后式廠房裝有4臺5萬kw的發(fā)電機(jī)組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長66m,寬10m,安裝場長21m,寬18m。壓力管道的直徑為4.5m,進(jìn)水口底高程為153.3m。發(fā)電機(jī)層高程為115m,尾水管底高程為90.8m,廠房進(jìn)水口底高程為152.4m。為防止壩基滲漏,在壩基靠近上游側(cè)進(jìn)行帷幕灌漿,而且為了減少壩基的揚(yáng)壓力,在灌漿帷幕之后設(shè)置排水孔。各孔間距均為5.0m。為了防止混凝土產(chǎn)生裂縫,拱壩壩體設(shè)置橫縫,橫縫面上需設(shè)置鍵槽,以咬合加固,增強(qiáng)壩體的抗剪能力。當(dāng)?shù)讓捲?0～50m以上的拱壩,才考慮設(shè)置縱橫縫,而本設(shè)計中,拱壩壩底寬為26m,小于40m,故可不設(shè)置縱縫。AbstractAjiangisariverinsoutheastofChina,Thetotallengthis153km.weplantobuiltaAjianghydrocomplexplaypartsinfloodcontrol,waterpower,irrigation,waterconservancyrelatedfisheries,andsoon.Thereservoirnormalwaterlevelis183.75m,designfloodlevelis184.8m,maximumfloodlevelis188.4m,floodcontrollevelis182m,deadwaterlevelis164m,andtailwaterlevelofhydropowerstationis103.5mThehydraulicengineeringgradeisGradeI.Thehydroprojectisconsistofwaterretainingstructure,powerhouse,auxiliaryroom,sluicestructure,raftsluice,andsoon.Thewaterretainingstructureisadoublecurvaturearchdam.Thelengthoftheaxisofcrestdamisabout302m.Maximumheightofthedamis98.88m,thethicknessofthebottomofthedamis26Thereleasestructureiscomprisedof2mid-leveloutletsand2short-leveloutlet.Thewidthoftheshort-leveloutletis8.5m,andtheheightis8.8m;thewidthofthemid-leveloutletis7.5m,andtheheightis7.2m.Theupstreamandthedownstreamsideofeveryoutletareabulkheadgateandaoperatinggatewhichisaradialgate.Thereisaroomwhereagatehoistisputaboveeveryservicegate.Thetworoomswhichareabovethemid-leveloutletservicegateareatanelevationof161.28metres,andtheothertworooThetypeofthepowerhouseisatdamtoe.Thedimensionsofthepowerhouseandtheauxiliaryroomare81m×18mand66m×10m.Thegeneratorfloorisatanelevationof115mmetres,andthebottomofthedrafttubeisatanelevationof90.8metres,andtheintakeofhydropowerstationisatanelevationof152.4metres.Incaseofleakageofthedamfoundation,thereisgroutingcurtainatthebaseofthedam,behindwhichtherearedrainageholeswhichdecreasetheupliftpressureofthedamfoundation.Inradialdirectionstherearetransversejointsinwhichtherearekeys,andbecausethethicknessofthebottomofthedamissmallerthan40～50metres,thereisnolongitudinaljoint.第一章綜合說明1.1概述1.1.1樞紐概述A江是中國東南地區(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)計任務(wù)是對A江水利樞紐進(jìn)行設(shè)計。A江水利樞紐是一項(xiàng)同時兼顧防洪,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,水庫正常蓄水位為183.25m,汛前限制水位為182m,死水位為164m,設(shè)計水位為184.8m電站多年平均發(fā)電量為5.08億度,正常蓄水位時,水庫面積為34.2平方公里,為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件,同時增加灌溉面積50萬畝。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,過木筏道,開關(guān)站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩,最大壩高為98.88m,壩頂寬8.5m壩后式廠房裝有4臺5萬kw的發(fā)電機(jī)組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長60m,寬10m,安裝場長21m,寬18m。壓力管道的直徑為4.6m,泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.8m,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7.5m,高7.2m,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?19m,淺孔反弧半徑為33m,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θ=20過木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求,每年木材過壩量為33.3萬立方米,起木材最大長度為10m,大頭直徑為開關(guān)站長75m,寬20m,位于左岸。1.1.2設(shè)計要求在明確設(shè)計任務(wù)及對原始資料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上,要求:1、根據(jù)防洪要求,對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算,確定壩頂高程及溢洪道孔口尺寸;2、經(jīng)過分析,對可能的方案進(jìn)行比較,確定樞紐組成建筑物的型式,輪廓尺寸及水利樞紐布置方案;3、詳細(xì)做出大壩設(shè)計,經(jīng)過比較確定壩的基本剖面與輪廓尺寸擬定地基處理方案與壩身構(gòu)造,進(jìn)行水力,靜力計算;4、對拱壩進(jìn)行設(shè)計:選擇建筑物的型式與輪廓尺寸,確定布置方案:擬定細(xì)部構(gòu)造,進(jìn)行水力、靜力計算;5、決定樞紐的施工導(dǎo)流方案,安排施工的控制性進(jìn)度。1.2工程特性表表1-1水庫特性表表1-2樞紐特性表第二章設(shè)計資料2.1樞紐任務(wù)本工程同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。1、發(fā)電裝機(jī)20萬千瓦,多年平均發(fā)電量為5.08億度。本電站4臺5萬千瓦機(jī)組。正常蓄水位為183.25m,汛期限制水位:182m,死水位為164m,4臺機(jī)滿載時的流量為338s/m3,尾水位為廠房形式為壩后式,主廠房平面尺寸為18m×81m,發(fā)電機(jī)層高程:114.8m,尾水管底高程:90.8m,廠房頂高程130.5m,副廠房平面尺寸為60m×10m,安裝場尺寸為21m×18m,開關(guān)站尺寸為20m2、灌溉增加灌溉面積50萬畝。3、防洪可減輕洪水對A市平原及A市的威脅,在遇50一遇和10一遇洪水時,經(jīng)水庫調(diào)洪后,洪峰流量由原來14900,11700m3/s分別消減為7750,6750m3/4、漁業(yè)正常蓄水位時,水庫面積為34.2平方公里,為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。5、過木根據(jù)林業(yè)部門提供的要求,木材過壩量為每年33.3萬m3。其木材最大才長10m,大頭直徑為100cm。2.2基本資料2.2.1自然地理流域概況A江是中國東南的一條河流,流向自西向東,流經(jīng)A省南部地區(qū),匯入東海,干流全長153公里,流域面積4860平方公里。壩址以上流域面積2716平方公里,流域境內(nèi)為山區(qū),平均高度為662m,最高山峰達(dá)1921m,流域境內(nèi)氣候濕潤,雨量豐沛,屬熱帶氣候。徑流主要來自降雨,小部分由地下水補(bǔ)給,每年4～9月為汛期,其中5、6兩個月為霉雨季節(jié),河道坡降上游陡,下游緩,平均坡降6.32~0.97%,因河道陡,調(diào)蓄水能力低,匯流快,由暴雨產(chǎn)生的洪水迅速漲落,一次洪水過程線尖痩,屬典型的山區(qū)性河流。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)副生產(chǎn)基地A平原。壩址下游約50公里有縣級城市兩座,在河流入海處有省轄市一座。氣候特性(1)氣溫壩址處的多年平均氣溫為17.3℃,月平均最低氣溫(一月份)5℃,最高(七月份)29℃,。實(shí)測極端最低氣溫(一月份)-8.2℃,最高(七月份)為40.6℃。(2)濕度年平均相對濕度為79％左右,其中以6月份87％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1680mm,實(shí)測最大年降雨量為2389mm,最少為1380mm,雨量在年內(nèi)分配不均,其中4～9月份占全年降雨量的75％,而5、6兩月占全年雨量的1／3。表2—1各月降雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計表月份項(xiàng)目123456789101112全年實(shí)際天數(shù)3123313031303131303130310.3~10mm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,其中全年7月份為最大,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)測最大風(fēng)速為17m/s,風(fēng)向西北偏西,吹程4.5公里。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4公里。(6)水庫水溫?fù)?jù)資料分析,各層水溫的多年平均水溫(TH)及年變幅(△TC)按下列公式計算:(2-1)(2-2)其中:H――水深。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100秒m3,多年平均徑流總量為31.5億m3,各頻率的月平均量見下表。表2-2多年平均徑流總量各頻率的月平均量月頻率123456789101112多年平均1％1162673244906896793462633311021211131865％7817923536451053735217721073777315050％2149891412162777844442616169780％81947731213422151213457495％252236691215426115523651031622152951156167312424100(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=3310m3/s,Cv=0.45,Cs=4Cv,皮Ⅲ型線,各頻率流量為:P=0.02%,Q=14900m3/s;P=0.1%,Q=洪峰總量:三日洪水總量的均值W=3.5億m3,Cv=0.38,Cs=3Cv,皮Ⅳ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?5.4億m3。施工期各設(shè)計洪水頻率流量見下表。表2-3施工期設(shè)計洪水頻率流量表頻率10—4月9—6月10—3月11—6月11—2月12—2月備注520871772136713678848241016731410107210726545962012751045784784434332(3)固體徑流量及水庫淤積據(jù)水文站實(shí)測資料分析,年固體徑流總量為331噸,百年后水庫淤積高程115m,淤沙容量為8.5kN/m3,內(nèi)摩擦角10°。其它本壩址地震烈度為7?。2.2.2工程地質(zhì)庫區(qū)工程地質(zhì)庫區(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,而且不對稱。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,延伸長度達(dá)幾直幾十公里,斷層單寬1m左右。個別達(dá)10m以上。斷層破碎都已膠結(jié)。庫區(qū)水文地質(zhì)簡單,以裂隙水為主,地下分水嶺均高出庫水位以上。壩址工程地質(zhì)(1)地貌壩址處的河床寬度為100m。河底高程100m,水深1～3m,河谷近似”V”型,兩岸約40°～60°。河床覆蓋層由大理石,卵石組成。厚度約5～6m,兩岸山坡為第四系覆蓋層,厚度為5～10m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,新鮮堅硬完整,抗壓強(qiáng)度達(dá)120——200Mpa。壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡單,無大的地質(zhì)構(gòu)造,緩傾角節(jié)理延伸短,整體滑動可能性小,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,方向見地形圖,節(jié)理傾角約35°～90°,節(jié)理面無夾泥存在,壩址處的水文地址較簡單,未發(fā)現(xiàn)裂隙承壓水。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)見下表。表2-4巖石的物理力學(xué)性質(zhì)表巖性或地質(zhì)構(gòu)造容重(kN/m3)孔隙率%抗壓強(qiáng)度(MPa)彈性模量MPa摩擦系數(shù)粘著力(MPa)泊松比Μ抗剪系數(shù)抗剪斷系數(shù)干濕干飽和混凝土基巖內(nèi)部混凝土基巖內(nèi)部花崗斑巖27.328.12.32101902.2×1040.700.750.751.200.5基巖與混凝土0.20節(jié)理面0.650.751.0基巖內(nèi)注:相對隔水層離基巖表面深15m。2.2.3筑壩材料石料壩區(qū)大部分地區(qū)為花崗斑巖,基巖埋深淺,極易開采,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。砂料在壩下游勘探6個砂料場,最遠(yuǎn)料場離壩約9公里,以石英破碎帶的料場為主,初估砂料儲量430萬m3。經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn),砂石料符合規(guī)范要求。壩址處缺乏筑壩的土料。2.2.4庫區(qū)經(jīng)濟(jì)及其它庫區(qū)經(jīng)濟(jì)庫區(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,需遷移人口21444人,拆遷房屋19240間,淹沒,浸沒耕地16804畝,淹沒森林面積18450畝,淹沒縣社建造的二座小型水電站(裝機(jī)2210kw)等,需賠償費(fèi)4120萬元。其它(1)對外交通本壩址上游左岸30公里處有鐵路干線車站,另有公路與壩址下游50公里的兩座縣城相通,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地,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)水庫水位——容積關(guān)系曲線、壩址處水位——流量關(guān)系曲線、設(shè)計洪水(三日)過程線和壩址地形圖見下列附圖。第三章樞紐主要建筑物的形式與總體布置3.1工程等級及技術(shù)規(guī)范設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3.1.1工程等級在工程安全與經(jīng)濟(jì)之間存在著矛盾,為使工程的安全可靠性與其造價的經(jīng)濟(jì)合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來,水利樞紐及其組成建筑物要分等分級,即先按工程的規(guī)模,效益及其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性,將水利樞紐分等,而后再對各組成建筑物按其所屬樞紐等別,建筑物作用及重要性進(jìn)行分級。本工程校核水位為188.4m,查庫容曲線得相應(yīng)庫容為12.27億m3>10億m3.1.2技術(shù)規(guī)范混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范(SD145-85)規(guī)定:對于基本荷載組合,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,允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高,但不超過30%。3.1.3洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水標(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)計基本數(shù)據(jù)3.2.1調(diào)洪演算的目的1、根據(jù)防洪要求,對水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算,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)計洪水位和校核洪水位。2、根據(jù)調(diào)洪演算得出設(shè)計水位下的下泄流量,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中行進(jìn)時,水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時間變化,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:連續(xù)性方程:(3-1) 運(yùn)動方程:-(3-2)式中:ω——過水?dāng)嗝婷娣e(m2)t——時間(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)一般,采用簡化的瞬態(tài)法來解這個方程組。瞬態(tài)法將上式進(jìn)行簡化而得出基本公式,在結(jié)合水庫的特有條件對基本公式進(jìn)一步簡化,則得出專用于水庫調(diào)洪計算的實(shí)用公式:(3-3)式中:,——分別為計算時段初、末的入庫流量(m3/s)——計算時段中的平均入庫流量(m3/s),它等于,——分別為計算時段初、末的下泄流量(m3/s)——計算時段中的平均下泄流量(m3/s),即等于、——分別為計算時段初、末的水庫蓄水量(m3)△V——為、之差△t——計算時段,一般取1——6小時,需化為秒這個公式實(shí)際表現(xiàn)為一個水量平衡方程式。當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時,、、均為已知:、則是計算時段△t開始時的初始條件。于是,式中的未知數(shù)僅剩下、。當(dāng)前一個階段、求出后,其值即成為后一個階段的、值,使計算能夠逐時段的進(jìn)行下去。又知,假定不計自水庫取水的興利部門泄向下游的流量,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:(3-4)式中:A——系數(shù),與建筑物形式和尺寸、閘孔開度以及淹沒系數(shù)等有關(guān)B——指數(shù),對于堰流為3/2,對于閘孔出流,一般為1/2。3.2.3計算方法采用高切林計算法,以直線近似代替泄水過程線。計算步驟如下:假定三條泄水過程線,,,(如圖3-１a)1.求出相應(yīng)的庫容,,(陰影部分面積),下泄流量,,;2.根據(jù),,在庫容曲線上得出的相應(yīng)的上游水位,,;3.在繪有泄水建筑物泄流能力曲線的Q-Z坐標(biāo)圖上,繪出相應(yīng)的點(diǎn)﹑)﹑(如圖3-１b);4.過點(diǎn)﹑﹑繪出曲線交于P,對于P點(diǎn)的泄流量Q必為攔洪時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。(b)(a)(b)(a)圖圖3-1洪水調(diào)節(jié)計算圖3.2.4泄洪方案的選擇調(diào)洪方案初選①表孔溢流方案:突出優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力大,可減小孔口尺寸,閘門上的水壓力小,操作檢修方便。缺點(diǎn)是壩身單薄,需設(shè)置泄槽或滑雪道結(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)易引起振動,穩(wěn)定性不好;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能得以發(fā)揮。②壩身開孔方案(淺孔方案和中孔方案):優(yōu)點(diǎn)是對壩體應(yīng)力影響不大,可節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點(diǎn)是當(dāng)水流過壩后需設(shè)置滑雪道泄槽,并進(jìn)行合理選型和布置:若同一高程開孔數(shù)量多,該層拱圈削弱較多。③壩外溢洪道泄洪方案: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)流須采用一次斷流方案,故施工時需在某一岸開挖導(dǎo)流隧洞,以便壩體施工,為節(jié)省工程投資,可將進(jìn)口段改建成”龍?zhí)ь^”,將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞,但本工程導(dǎo)流洞長度較短,改建成泄洪洞后,除”龍?zhí)ь^”部分外可利用的長度不長,加上改建部分的開挖和老洞的封堵,實(shí)際并不能有效節(jié)省工程投資。依據(jù)A江水利樞紐的具體情況,全面綜合比較以上所述四種方案,壩外溢洪道泄洪方案和利用導(dǎo)流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案,采用滑雪道結(jié)構(gòu)工程投資遠(yuǎn)小于修建壩外泄水建筑物的工程投資,故初步選擇以下方案進(jìn)行調(diào)洪演算:(1)2表孔+2中孔泄洪方案(2)2淺孔+2中孔泄洪方案(3)4中孔泄洪方案調(diào)洪演算調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理計算,計算時先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案,計算結(jié)果見后表。用水力學(xué)公式計算出上游庫水位與下泄流量的關(guān)系。公式:表孔:(3-5)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)計時,在定型設(shè)計水頭下,當(dāng)P/H>3(P為堰高m)時,則m=0.47～0.49;當(dāng)P/H≤3時,m=0.44～0.4。本次設(shè)計取為0.48?？卓谛沽鞴?(3-6)式中:A——出口處的面積(m2)H——自由泄流時,為孔口中心處的作用水頭(m);淹沒泄流時,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算:(3-7)a——孔口高度(m)g——重力加速度(m/s2)Q——下泄流量(m3/s)表3-1各泄洪方案參數(shù) 尺寸方案表孔(數(shù)目×寬度)淺孔(寬×高)中孔(寬×高)QmaxHmax設(shè)計校核設(shè)計校核4表孔+2中孔4×12m-7.5×7.5m64207400187.4189.42淺孔+2中孔-8.5×8.8m7.5×7.2m65507050184.8188.44中孔--7.5×7.0m65506850185.0188.8由調(diào)洪演算確定,設(shè)計洪水時,允許下泄流量為6750m3/s,方案2淺孔+2中孔設(shè)置兩淺孔,孔口尺寸為8.5m×8.8m(寬×高),進(jìn)口底高程為164.0m,出口底高程為154.0m;兩中孔,孔口尺寸為7.5m×7.2m(寬×高),進(jìn)口底高程為135m,出口底高程為130.0m。實(shí)際最大下泄流量為6550m調(diào)洪方案的最終選擇為減小壩身開孔對壩體空間結(jié)構(gòu)的不利影響(4表孔使得壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用,4中孔使得壩體同一高程開孔數(shù)量過多,該層拱圈削弱過多),采用兩淺孔與兩中孔相結(jié)合的方案。兩淺孔,孔口寬8.5m,高8.8m,進(jìn)口底高程為164m,出口底高程為154m;兩中孔,孔口寬7.5m,高7.2m,進(jìn)口底高程為135m,出口底高程為130m,設(shè)計洪水時,下泄流量6550m3/s,校核洪水時,下泄流量7050m3/s,略小于允許下泄流量,設(shè)計洪水位為184.83.3樞紐組成建筑物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,過木筏道,開關(guān)站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩,最大壩高為98.88m,壩頂寬8.5壩后式廠房裝有4臺5萬kW的發(fā)電機(jī)組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長60m,寬10m,安裝場長21m,寬18m。壓力管道的直徑為4.6m,進(jìn)水口底高泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.8m,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7.5m,高7.2m,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?19m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角淺孔θ=20°中孔θ過木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求,每年木材過壩量為33.3萬立方米,起木材最大長度為10m,大頭直徑為開關(guān)站長75m,寬20m,位于左岸。3.4壩型選擇3.4.1壩型初選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,而且土石料壩身不能泄洪,需另外建泄水建筑物,本工程兩岸附近無埡口等適合建泄洪建筑物的地形,故不宜建土石壩。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:①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,重力壩能夠較好地適應(yīng)這種自然條件;②結(jié)構(gòu)簡單,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;③由于斷面尺寸大,材料強(qiáng)度高,耐久性能好,因而對抵抗水的滲透,特大洪水的漫頂,地震和戰(zhàn)爭破壞能力都比較強(qiáng),安全性較高;④對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好,幾乎任何形狀的河谷都能夠修建重力壩;⑤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,因此能較好地適應(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:①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;②壩體體積大,水泥用量多,混凝土凝固時水化熱高,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。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:①受力條件好,在荷載作用下,拱壩同時起拱的作用和懸臂梁的作用,主要依靠兩岸壩肩和壩基的巖體維持穩(wěn)定,壩體自重對壩體的穩(wěn)定性影響不大;②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,厚度能夠較小,故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省1/3～2/3;③拱壩超載能力強(qiáng),安全度高,拱壩一般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)力過大而發(fā)生局部開裂時,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,不致使壩全部喪失承載能力,裂縫對于拱壩的威脅不像對其它壩型那樣嚴(yán)重,拱壩水平裂縫中的揚(yáng)壓力只會降低壩體懸臂梁的作用,鉛直裂縫會使拱圈未開裂部分的應(yīng)力增加,原來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,成為無拉應(yīng)力的有效拱,因此按結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn),拱壩壩面允許局部開裂,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)過一段時間,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,而且三維受力時混凝土的實(shí)際極限抗壓強(qiáng)度比單軸時的極限抗壓強(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)國內(nèi)外試驗(yàn)資料表明,其超載能力可達(dá)設(shè)計荷載的5～11倍;④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。但拱壩也有明顯的缺點(diǎn):①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,因此對施工技術(shù),施工質(zhì)量控制的要求高;②對地基處理的要求更為嚴(yán)格,以致有時開挖量很大;③施工導(dǎo)流不如重力壩來得方便,需一次斷流,要另開導(dǎo)流隧洞;④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,兩岸也沒有順河向的節(jié)理裂隙,故選擇混凝土拱壩方案。3.4.2壩型選定重力壩的基本剖面拱壩方案和混凝土壩之間主要做工程量的比較,工程量的計算采用簡化的方法。在確地壩高的條件下確定混凝土壩的基本破剖面,并在基本剖面的基礎(chǔ)上得到使用剖面。基本剖面一般只在主要荷載作用下滿足壩基面穩(wěn)定和應(yīng)力控制條件的最小三角形剖面,因此,基本剖面分析的任務(wù)是在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求下,根據(jù)給定的壩高H求得一個最小的壩底寬度B。也就是確定三角形的上下游邊坡。為分析方便,沿壩軸線方向取單位長度的壩體進(jìn)行研究?；酒破拭姘磻?yīng)力條件確定壩底最小寬度用如下公式:(3-8)式中γc=24kN/m3γ0=10kN/m3揚(yáng)壓力折減系數(shù)α1取0.25則B=65.74按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度用如下公式:(3-9)式中K=1.05f=0.7λ=0α1=0.2則B==70.46綜合⑴⑵,取壩底最小寬度B=71m實(shí)用剖面的確定重力壩的基本剖面是在荷載和剖面形態(tài)都作了簡化之后求得的,實(shí)用剖面當(dāng)然不能是頂點(diǎn)與上游水位齊平的簡單三角形。因此還要考慮其它荷載和運(yùn)用條件對基本剖面進(jìn)行修改,使其成為符合實(shí)際需要的實(shí)用剖面。壩頂需要有一定的寬度,以滿足設(shè)備、運(yùn)行、交通、及施工的需要,非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的8~10%,并不小于2m,如作為交通要道或有移動式啟閉機(jī)設(shè)施時,應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定,當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊時,把頂最小寬度還應(yīng)滿足強(qiáng)度的要求。由于最大壩高為98.88m,故取壩頂寬度為10重力壩的上游面采用上部鉛直、而下部為呈傾斜,既可利用部分水重來增加壩的穩(wěn)定性,又可保留鉛直的上部便于管道進(jìn)水口布置設(shè)備和操作的優(yōu)點(diǎn)。上游折坡的起坡點(diǎn)偽造置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制條件和引水、泄水建筑物的進(jìn)口高程來選定,一般在壩高的1/3~2/3的范圍內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)上游面的坡度選為1:0.15,折坡點(diǎn)位置距壩底40m處。下游面的坡度取為1:0.7穩(wěn)定校核穩(wěn)定分析的主要目的是驗(yàn)算在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定安全度。工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表明,巖基上的重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種形式:一種是壩體沿抗剪能力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動,包括沿壩與基巖的接觸面滑動以及沿壩基巖體內(nèi)的連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動;另一種是在荷載作用下,上游壩踵以下的巖體手辣產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩址巖體受壓發(fā)生壓碎區(qū)而引起傾倒滑移破壞。在本壩址處,深層滑移的條件沒有出現(xiàn),因此在壩型選定時只分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析。采用摩擦公式,此法的基本觀點(diǎn)是把滑動面看成是一種接觸面,而不是膠結(jié)面?；瑒用嫔系淖杌挥嬆Σ亮Α?shí)際工程中的壩基面可能是水平面,也可能是傾斜面。當(dāng)滑動面是水平面時其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K可按下式計算:(3-10)式中:∑W—作用于滑動面上的力在垂直方向的投影的代數(shù)和;∑P—作用于滑動面上的力在水平方向的投影的代數(shù)和;U—作用于滑動面上的力楊壓力;K—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);計算可得在校核洪水情況時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.12,故穩(wěn)定滿足設(shè)計要求。應(yīng)力分析應(yīng)力分析的目的在于檢查壩體和壩基在計算情況下是否能滿足強(qiáng)度的要求。重力壩一般分成若干個相互獨(dú)立的壩段。能夠作為平面問題處理,使應(yīng)力分析得以簡化。應(yīng)力分析可分為理論計算和模型試驗(yàn)兩大類。理論計算又可分為材料力學(xué)法和彈性理論法等,材料力學(xué)法是一種常見的計算方法,其基本的假定是壩體水平截面上的垂直正應(yīng)力為直線分布。即可按材料力學(xué)的偏心受壓公式計算。1、水平截面上的邊緣正應(yīng)力和(3-11)(3-12)式中∑W——作用在計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和(向下為正)∑M——作用在計算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和(逆時針為正)B——計算截面沿上下游方向的寬度當(dāng)水庫正常蓄水且運(yùn)行較長時間后,經(jīng)過壩體和壩基的滲透水流,已逐漸形成穩(wěn)定的滲流場,需要考慮揚(yáng)壓力的作用。故有:=436.7kpa=1310.24kpa2、邊緣剪應(yīng)力τ’和τ”3、鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力和4、上游邊緣主應(yīng)力和5、下游邊緣主應(yīng)力和由上可見,沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力,故應(yīng)力滿足要求。工程量比較拱壩方案和混凝土壩之間主要做工程量的比較,工程量的計算采用簡化的方法。重力壩的工程量計算采用下式:(3-13)式中:L1——計算部分壩體頂部長度;H——計算部分壩體高度;b——計算部分壩體頂寬;L2——計算部分壩體低部長度;m1、m2分別為計算部分壩體上下游邊坡。拱壩工程量計算利用下式分別對四個壩塊進(jìn)行計算:(3-14)式中:、——分別為計算部分壩塊頂部,頂部面積,、——為上游面半徑,下游面半徑;其中:(3-15)式中:θ——為該層拱圈中心角;△h——分塊高度。由計算的重力壩的工程量為612887.4m3,拱壩的工程量為321702.37m3?？梢姽皦畏桨敢然炷练桨腹?jié)省混凝土工程量從工程量的角度混凝土拱壩方案優(yōu)與混凝土重力壩方案,同時對A江水利樞紐而言,有合適的喇叭口地形”V”形河谷,兩岸也沒有順河向的節(jié)理裂隙,又有向下游收縮的喇叭口,由此能夠得出壩型選擇為混凝土拱壩方案。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。單曲拱壩單曲拱壩只在水平截面上呈拱形,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)計施工簡單,但工程量大,且河谷上寬下窄時,壩底部圓心角過小,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,在施工和庫空運(yùn)行時會產(chǎn)生拉應(yīng)力。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,其底部會因中心角過小而不能滿足應(yīng)力的要求,此時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):①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,對降低壩體拉應(yīng)力有利;②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。鑒于雙曲拱壩的優(yōu)點(diǎn),本壩址的壩型選為變半徑變中心角的雙曲拱壩。3.5泄水建筑物型式選擇泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案:淺孔位于兩岸,孔口寬8.5m,高8.8m,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7.5m,高7.2m,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?19m,淺孔反弧半徑為33m,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,挑射角淺孔θ=20°中孔θ3.6廠房及引水系統(tǒng)布置壩后式廠房裝有4臺5萬kw的發(fā)電機(jī)組,主廠房長81m,寬18m,副廠房長60m,寬10m,安裝場長21m,寬18m。壓力管道的直徑為4.6m,進(jìn)水口底高3.7樞紐總體布置根據(jù)A江的樞紐任務(wù),本工程的組成建筑物有:攔河大壩——雙曲拱壩、泄水建筑物——2中孔和2淺孔、壩后式廠房、開關(guān)站、導(dǎo)流隧洞、過木筏道等六個主要建筑物。雙曲拱壩的最大壩高為98.88m,壩頂寬8.5m,壩底寬26m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門,檢修閘門采用平板門,工作閘門采用弧形閘門,在每一個工作閘門的上方有啟閉機(jī)房,淺孔啟閉機(jī)房頂高程為175m,中孔啟閉機(jī)房頂高程為第四章拱壩設(shè)計4.1拱壩型式及布置4.1.1拱壩剖面設(shè)計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)。1、壩頂厚度(TC):根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運(yùn)用等要求并考慮改進(jìn)壩體應(yīng)力,初步設(shè)計,采用下列經(jīng)驗(yàn)公式:(4-1)=3～5m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)考慮到交通要求、以及頂拱厚度加大對梁應(yīng)力有利,取=8.5m2、底部厚度(TB):拱壩的底部厚度是控制拱壩斷面尺寸的一個重要特征數(shù)據(jù),其影響因素較多,其中最主要的是壩高和河谷形狀。本設(shè)計采用中國朱伯芳等建議,作為拱壩的優(yōu)選初始方案:(4-2)式中:K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般可取K=0.35b1、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)〔〕——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=263、雙曲拱壩上游面曲線:用黎展眉高級工程師推薦的方程式定出:(4-3)式中:,——經(jīng)驗(yàn)系數(shù):=0.6~0.65=0.3~0.6取＝0.62,＝0.3計算得到:=40.3,=32.5上游面曲線方程:4、雙曲拱壩下游面曲線: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(4-4)將A江拱壩數(shù)據(jù)代入得表4—1拱冠梁端面的幾層典型拱圈的幾何尺寸(單位:m)高程190.88166.16141.44116.7292縱坐標(biāo)y024.7249.4474.1698.88上游面橫坐標(biāo)z10-8.047-12.037-11.969-7.843拱厚Ti8.512.87317.24621.61926下游面橫坐標(biāo)z28.54.82585.20939.6518.1574.1.2拱壩的布置1、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:⑴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。⑵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。⑶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24.72m⑷按試畫的拱圈線,切出幾個垂直剖面,檢查垂直方向是否扭曲,倒懸度是否滿足要求。⑸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,計算拱梁上下游壩面應(yīng)力及兩岸壩肩的穩(wěn)定。2、拱壩布置的原則:(1)壩面力求平順;(2)壩軸線布置處應(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70°～110°之間,對各層中心角,左右半中心角相差小于5o,中心角方向盡可能順河向。3、拱壩布置的結(jié)果:拱壩布置結(jié)果見下表。表4—2各層拱圈特性參數(shù)層數(shù)高程拱圈厚(m)左半中心角(o)右半中心角(o)上游拱圈半徑(m)下游拱圈半徑(m)拱軸線半徑(m)1190.888.55149.5200191.5195.752166.1612.87350.749.9168155.1161.563141.4417.24648.649140122.75131.3774116.7221.61940.3642.7711088.3899.195922635337044574.2荷載及其組合4.2.1荷載及計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。自重計算本設(shè)計自重應(yīng)力在施工過程中就已經(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化為矩形,上下游壩面簡化為梯形,計算公式如下:(4-5)式中:——混凝土容重,取2.4t/m3——計算壩塊的垂直高度,——上、下兩端截面的面積。由此可計算單寬懸臂梁自重。泥沙壓力水庫建成后,過水端面加大,使得流速減緩,入庫水流挾帶的泥沙逐漸淤積在壩前,對壩體產(chǎn)生了泥沙壓力。由于淤積高程是隨時間而逐年增加,故淤積計算年限可取為50——1。計算公式如下:(4-5)式中:——泥沙對上游壩底的水平壓強(qiáng);——泥沙浮容重。取為0.85t/m3;——泥沙的內(nèi)摩擦角,為10o;——泥沙的淤積高度,為23m經(jīng)計算得=13.7649t/m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拱壩應(yīng)力的影響較顯著,故設(shè)計時,溫度荷載必須列為一項(xiàng)主要荷載。表4-3截面溫升時△θ溫降時△θ1-13.95-3.952-22.89-2.893-32.28-2.284-41.88-1.885-51.6-.4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)原理計算,壩面上任意一點(diǎn)靜水強(qiáng)度為:(4-6)式中:——水的容重,取為1.0t/m3y——計算點(diǎn)距水面的深度地震荷載地震引起的作用于拱壩的動荷載,包括地震慣性力、地震動水壓力和上游淤沙的地震土壓力。該工程的設(shè)計烈度為7度,計算地震影響力時采用擬靜力法。由于本設(shè)計地震烈度不高,故可將擬靜力法進(jìn)一步簡化——取作用在每層拱圈上的慣性力為,方向與地震加速度方向相反。α為一沿高程變化的系數(shù),α取2.0。壩面所受的最大動水壓力可按式計算,由于本設(shè)計為等截面圓拱的情況,能夠用下面的公式直接計算:(1).計算縱向地震慣性力(忽略基礎(chǔ)影響):(4-7)(4-8)拱冠截面的內(nèi)力:(4-9)(4-10)(4-11)拱端截面的內(nèi)力:;(4-12);(4-13)(4-14)式中:γc——壩體容重;k——地震系數(shù)(＝αKhCz);T——截面厚度;r——中心軸線半徑;φA——拱圈半中心角;(2).計算縱向地震激蕩力(忽略基礎(chǔ)的影響):(4-15)(4-16)拱冠截面的內(nèi)力:;(4-17);(4-18)(4-19)拱端截面的內(nèi)力:(4-20)(4-21)(4-22)式中:Ru——拱圈外半徑。(3).計算橫向地震慣性力(忽略基礎(chǔ)影響):(4-24)拱冠截面的內(nèi)力:(4-25)(4-27)(4-27)拱端截面的內(nèi)力:(4-28)(4-29)(4-30)(4).計算橫向地震激蕩力(忽略基礎(chǔ)的影響)(4-31)左半拱的內(nèi)力:(4-32)(4-33)(4-34)拱端截面的內(nèi)力:(4-35)(4-36)(4-37)表4-4地震引起的內(nèi)力計算縱向地震慣性力拱冠內(nèi)力左拱端內(nèi)力右拱端內(nèi)力H0V0M0HAVAMAHAVAMA175.36460216.8922246.189122.33922316.6604246.189122.33922316.6604186.29180305.3338261.967417.04645-18.0257261.967417.04645-18.0257161.76880423.4356236.09758.601528-304.903236.09758.601528-304.90398.748160488.7153155.5761-20.5615-761.072155.5761-20.5615-761.07222.511090207.979148.1574-31.1291-386.02448.1574-31.1291-386.024縱向地震激蕩力拱冠內(nèi)力左拱端內(nèi)力右拱端內(nèi)力H0V0M0HAVAMAHAVAMA000000000203.52740236.0276205.98885.566355-161.627205.98885.566355-161.627168.44170337.7542174.0849-2.25218-403.632174.0849-2.25218-403.63285.475980352.99695.19664-19.9827-611.19695.19664-19.9827-611.19621.912870162.646530.21148-25.9277-310.37430.21148-25.9277-310.374橫向地震慣性力拱冠內(nèi)力左拱端內(nèi)力右拱端內(nèi)力H0V0M0HAVAMAHAVAMA030.603350-135.432-113.787-3427.81135.4322-113.7873427.808031.497220-146.078-117.492-2824.93146.0775-117.4922824.934030.622880-137.616-114.025-2280.66137.6162-114.0252280.656018.631270-101.319-70.476-925.629101.3186-70.476925.629406.3490320-47.2619-24.2125-139.32947.26191-24.2125139.3289橫向地震慣性力拱冠內(nèi)力左拱端內(nèi)力右拱端內(nèi)力H0V0M0HAVAMAHAVAMA000000000016.2315308.93401-60.2886-1443.38-8.93401-60.28861443.379014.9513608.290935-55.0628-1089.24-8.29094-55.06281089.23807.61508903.524121-27.7056-349.558-3.52412-27.7056349.557603.03204700.754403-9.53214-43.001-0.7544-9.5321443.00095表4－5地震荷載產(chǎn)生的內(nèi)力匯總表地震應(yīng)力匯總截面拱冠應(yīng)力左拱端應(yīng)力右拱端應(yīng)力上游應(yīng)力下游應(yīng)力上游應(yīng)力下游應(yīng)力上游應(yīng)力下游應(yīng)力138.642942.61932-245.335271.3955342.4336-252.64249.8829610.68089-135.349186.7454195.0432-101.032333.859424.029389-65.989698.5602786.97113-22.405419.32686-2.28406-26.910641.0627714.8769117.3694654.99819-1.58096-6.573929.0247970.2402029.36567揚(yáng)壓力由于拱壩底厚度很小,作用于壩底的揚(yáng)壓力很小,故在計算壩體應(yīng)力時,可忽略揚(yáng)壓力。但在分析拱座穩(wěn)定時,要求計算作用于滑裂面的揚(yáng)壓力。而實(shí)際計算中由于沒有考慮地下水位等因素的影響,將揚(yáng)壓力作用于拱壩壩肩,然后投影到滑裂面上。壩體內(nèi)的基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道上游壁至上游壩面距離應(yīng)不小于0.05～0.1倍水頭,且不小于4～5m。4.2.2荷載組合荷載組合情況包括基本組合(水庫處于正常運(yùn)行情況下可能發(fā)生的各種荷載組合,由基本荷載組成)以及特殊組合(水庫處于非常運(yùn)行情況下可能發(fā)生的各種荷載組合,由基本荷載和特殊荷載組成)。1、基本組合包括:(1)正常水位+溫降;(2)設(shè)計水位+溫升。2、特殊組合包括:(1)校核水位+溫升;(2)正常水位+溫降+地震。4.3計算原理和計算步驟4.3.1計算原理本設(shè)計中采用拱冠梁法進(jìn)行計算。取拱冠處的一根懸臂梁,根據(jù)拱圈和拱冠梁的各交點(diǎn)徑向變位一致的條件來求得拱梁的荷載分配,且各層拱圈分配到的徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布,以拱冠梁所分配到的荷載代表全部梁系的受力情況。拱冠梁法計算應(yīng)力的變形協(xié)調(diào)方程:(4-38)式中:——單位荷載作用在梁上j點(diǎn)使i點(diǎn)產(chǎn)生的徑向變位,稱為梁的變位系數(shù);——在單位均勻徑向水平荷載作用下,第i層拱圈拱冠處的徑向變位,稱為拱的變位系數(shù);——第i層拱圈由于該層均勻溫度變化Δθ時在拱冠處的徑向變位;——作用于梁上豎直方向荷載引起的拱冠梁上i點(diǎn)的徑向變位;-——分別為i層截面處水平徑向總荷載、梁分擔(dān)的荷載。i=1,2,3,4,5在求得梁荷載xi,拱荷載(-)后,梁的應(yīng)力用結(jié)構(gòu)力學(xué)法算,拱圈的應(yīng)力用純拱法算。本設(shè)計中采用拱冠梁法進(jìn)行計算。