混凝土重力壩設(shè)計

西瓦、李家峽之后的第四座大型梯級電站。樞表1-1公伯峽水電站工程特性表Ⅰ17億m3億m3億m3mmmmmmmmmm3/sm3/(s*m)mmmm*mm3/sm3/(s*m)第2章水文氣象黃河公伯峽水電站壩址位于青藏高原東部，青海省循化縣與化隆縣境壩址上游有已建的龍羊峽、李家峽水電站。龍羊峽水庫是一個具有多提高公伯峽的發(fā)電效益。同時大大削減公伯峽入庫洪水，減小公伯峽水庫的設(shè)計洪水和校核洪水。李家峽水庫為日調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)性能較差，對公黃河上游干流安寧渡以上有黃河沿、吉邁、瑪曲、唐乃亥、貴德、循化、上詮、蘭州、安寧渡等水文站。上述站均為國家基本測站，觀測系列較長，資料精度較高，資料整編規(guī)范，由黃河水利委員會整編刊印成《黃于1934年。循化水文站位于公伯峽壩址下游約25km處，控制流域面積面上下河流基本順直、水流流態(tài)順暢，1945年建站觀測至今。循化水文站為公伯峽工程的設(shè)計代表站。循化水文站水文資料延長至2000年。根據(jù)《黃河公伯峽水電站工程初步設(shè)計重編報采用矩法估算參數(shù)，P-Ⅲ型曲線適線，并經(jīng)上、表2-1循化站年徑流頻率計算成果表站名均值CvCs/Cv各種頻率設(shè)計值(P%)2050759095資料年限循化7.30.2429268406905834974501919-2000表2-2循化站徑流年內(nèi)分配成果表月份789123456多年平均流量(m3/s)占年水量的百分數(shù)(%)黃河上游大洪水是由大尺度天氣系統(tǒng)所造成的右，洪型矮胖，歷時較長，峰形多以單峰為表2-3公伯峽設(shè)計洪水成果表（流量：m3/s，洪量：億m3）項目均值CvCv/Cs各種頻率P的設(shè)計值(％)125洪峰流量25200.364540015天洪量27.30.34445天洪量65.10.334公伯峽水電站施工期洪水控制標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。公伯峽水電站20年一遇導(dǎo)流流量主要受李家峽水電站發(fā)電流量及李家峽~公伯峽區(qū)間洪水控公伯峽水電站壩址位于黃河上游青海省循化縣與化隆縣交界處的公伯公伯峽壩址上游77km處已建有李家峽水庫。該庫相對庫大沙小，庫入庫泥沙基本淤積在庫內(nèi)，僅有少量細顆粒泥沙排出庫外。據(jù)李家峽水電公伯峽水庫設(shè)計入庫懸移質(zhì)泥沙多年平均含沙量為0.32kg/m3，汛期（6～9月）平均含沙量為0.456kg/m3。實測最大含沙量采用貴德站實測公伯峽水庫設(shè)計年平均入庫沙量為709萬t，庫沙比為93，水庫淤積平衡年限長，水庫泥沙問題并不嚴(yán)重。但由于入庫泥沙顆粒較細，粒斜長角閃片巖；下亞群黑云石英片巖、斜長角閃片巖和片麻巖，以及條帶狀、眼球狀花崗質(zhì)混合巖三迭系（巖性為淺變質(zhì)的灰?guī)r、灰綠色砂巖、隆～加吾力吉隆起帶兩個構(gòu)造單元的復(fù)合部位上，工程場地四周約10km~第三系上新統(tǒng)紅層及前震旦系古老變質(zhì)巖組成，表鈣質(zhì)泥巖，夾白色泥鈣質(zhì)泥巖和淺紅色鈣質(zhì)頁巖條階地及河床和河漫灘上。階地上覆地層大多呈二下基本穩(wěn)定，由于其特殊的滑坡結(jié)構(gòu)，地形條件既工程區(qū)位于公伯峽峽谷出口段，黃河以NE30°~50°方向流經(jīng)本區(qū)，平壩區(qū)出露的地層有前震旦系、白堊系、上第三花崗巖侵入體。前震旦系片巖、片麻巖及上第三旦系變質(zhì)巖片理產(chǎn)狀為走向NW315°~335°,傾向NE，傾角56°~81°,與河流斜交，傾向下游偏右岸?；◢弾r侵入體邊第4章調(diào)洪演算經(jīng)分析比較，選擇發(fā)生在1964年7、8月間的大洪水作為公水典型過程。由于公伯峽防洪庫容較小，用日平均流量調(diào)洪難以反映其調(diào)洪能力，因此區(qū)間最大3天洪水過程采用逐時過程。采用龍羊峽下泄流量表4-1公伯峽入庫設(shè)計洪水過程線（流量：m3/s）p=0.2%p=0.01%p=0.2%p=0.01%8.2.0427069908.32.1429070208.32.2431070508.32.3434070808.3.16533077208.2.4433070808.32.5433070708.32.6432070608.3.19544078608.2.7431070508.3.20541078208.2.8430070308.3.21538077908.2.9429070208.3.22535077508.2.10428070108.3.23532077108.2.11427069908.4.0529076808.2.12426069808.4.1527076408.24.2503073308.24.3480070308.24.4478070108.2.16420069108.4.5477069908.24.6477070008.24.7477070008.2.19422069408.4.8478070008.2.20424069608.4.9478070108.2.21426069808.4.10478070008.2.22427070008.4.11477070008.2.23428070108.4.12477069908.3.0479070208.43.1480070308.43.2501073208.43.3523076008.4.16475069808.3.4528076608.43.5533077208.43.6530076808.4.19475069708.3.7527076408.4.20465069708.3.8524076008.4.21475069808.3.9521075708.4.22475069808.3.10519075408.4.23476069808.3.11516075108.5.0475069708.3.1251707520圖4-1公伯峽入庫設(shè)計洪水過程線海洋較遠，屬典型的大陸性氣候，冬季漫長，夏季不均勻，時間上冬春較為干旱，夏秋則常有暴雨集中于5~9月，雨量占全年雨量的80%以上；地區(qū)上分布上游吉表4-2公伯峽水電站水位～庫容、面積關(guān)系曲線表水位水庫面積2)原始庫容3)淤積20年庫容(億m3)淤積50年庫容(億m3)0.250.00.610.040.130.280.02.520.480.063.820.800.385.370.840.08.480.6312.282.992.53200018.084.513.792.4920055.504.663.21201026.446.735.894.4420158.15202036.93根據(jù)實測斷面資料對各水尺的水位流量關(guān)系表4-3公伯峽水電站下游水位流量關(guān)系曲線表水位（m）流量(m3/s)C水尺P水尺80902702805406408602320300023603900280048803310589038706900447079405080900057306400708077808510考慮水庫排沙和防汛及意外情況下泄洪的需要，宜建底孔。根據(jù)水庫洪水流經(jīng)水庫時，水庫容積對洪水的攔蓄、滯留作用，以及泄水建筑物對出庫流量的制約或控制作用，將使出庫洪水過程發(fā)生變化。與入庫洪水過程相比，出庫洪水的洪峰流量顯著減小，洪水過程歷時大大延長。洪水流經(jīng)水庫產(chǎn)生的上述變化過程，稱為水庫洪水調(diào)節(jié)。水庫調(diào)洪計算的目的是在已擬定泄洪建筑物及已確定的防洪限制水位（或其他起調(diào)水位）的條件下，用給出的入庫洪水過程、泄洪建筑物的泄流能力曲線及庫容曲線等基本資料，按規(guī)定的防洪調(diào)度規(guī)則，推求水庫的泄流過程、水庫水位變?nèi)羲畮觳怀袚?dān)下游防洪任務(wù)，那么水庫調(diào)洪計算的任務(wù)，則是研究和選擇能確保水工建筑物安全的調(diào)洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的選擇，最終確定水庫的設(shè)計洪水位、校核洪水位、調(diào)洪庫容及兩種情況下相應(yīng)的最大泄流量。若水庫擔(dān)負下游防洪任務(wù)，首先應(yīng)根據(jù)下游防洪保護對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)、下游河道安全泄量、壩址至防洪點控制斷面之間的區(qū)間匯流情況，配合泄洪建筑物形式和規(guī)模，合理擬定水庫的泄流方式，確定水庫的防洪庫容及其相應(yīng)的防洪高水位；其次，根據(jù)下游防洪對泄洪方式的要求，進一步擬定可保證水工建筑物安全的泄洪方式，經(jīng)調(diào)洪利用水而泄放流量時，水庫泄流量應(yīng)計入這部分興及自水庫取水的興利部門泄向下游的流量，若泄洪大壩庫水位庫容Z～V關(guān)系曲線、水位下泄流量曲線如圖4-2、4-3及表4-4水庫庫容及泄流曲線表水庫水位Gi(m)下泄流量q(m3/s)庫容V總(萬m3)20054856.45500020065608.45746020076396.05992020087217.56238020098071.76484020108957.36730020119873.370140201210818.672980201311792.575820201412794.078660201513822.581500圖4-2水位庫容Z～V關(guān)系曲線圖4-3水位下泄流量曲線表4-5公伯峽水庫設(shè)計情況下泄流量計算表來水流量m3/s平均流量m3/s來水量萬m3下泄平均流量m3/s下泄水量萬m3余虧水量萬m3總庫容萬m3水庫水位m528052551891.805062.621822.5469.2657255.222005.92533053051909.805189.131868.0941.7157296.942005.93530053151913.405259.471893.4119.9957316.932005.94527052851902.605283.051901.900.7057317.632005.94524052551891.805275.461899.16-7.3657310.272005.94521052251881.005254.831891.74-10.7457299.532005.93519052001872.005230.201882.87-10.8757288.662005.93516051751863.005205.351873.93-10.9357277.732005.93517051651859.405184.781866.52-7.1257270.612005.92518051751863.005176.181863.42-0.4257270.192005.92523052051873.805184.221866.327.4857277.672005.93528052551891.805210.871875.9115.8957293.562005.94533053051909.805251.101890.3919.4157312.972005.95537053501926.005295.561906.4019.6057332.572005.96541053901940.405338.881922.0018.4057350.972005.97544054251953.005378.821936.3716.6357367.602005.98541054251953.005405.691946.056.9557374.552005.99538053951942.205408.201946.95-4.7557369.802005.98535053651931.405391.791941.04-9.6457360.152005.97532053351920.605367.471932.29-11.6957348.462005.96表4-6公伯峽水庫校核情況下泄流量計算表來水流量m3/s平均流量m3/s來水量萬m3下泄平均流量m3/s下泄水量萬m3余虧水量萬m3總庫容萬m3水庫水位m751075252709.007357.992648.8760.1362814.632008.08752075152705.407377.052655.7449.6662864.292008.10753075252709.007393.872661.7947.2162911.502008.12759075602721.607411.352668.0953.5162965.012008.14766076252745.007432.662675.7669.2463034.262008.17772076902768.407459.122685.2883.1263117.382008.20778077502790.007489.812696.3393.6763211.042008.24782078002808.007523.362708.4199.5963310.632008.27786078402822.407558.262720.97101.4363412.062008.31782078402822.407591.412732.9189.4963501.552008.34779078052809.807618.592742.6967.1163568.662008.36775077702797.207638.472749.8547.3563616.022008.38771077302782.807651.592754.5728.2363644.242008.39768076952770.207658.762757.1513.0563657.292008.40764076602757.607660.962757.95-0.3563656.952008.40733074852694.607650.552754.20-59.6063597.352008.38703071802584.807613.132740.73-155.9363441.422008.33701070202527.207552.772719.00-191.8063249.632008.25699070002520.007488.912696.01-176.0163073.622008.18第5章樞紐布置水力開發(fā)條件十分優(yōu)越。該壩址所在工程區(qū)位于公伯峽峽谷出口段，河床基巖面最低高程為1874.73m。構(gòu)成各建筑物地基及邊坡旦系片巖、片麻巖及上第三系礫砂巖和加里東期花崗巖。該壩址處壩基兩壩區(qū)地下水按其埋藏條件可分基巖裂隙性潛水，局部基巖裂隙承壓水及第四系孔隙性潛水。通過鉆孔壓水試驗，片巖、片麻巖透水性較弱[ω對常見壩型，重力壩、土石壩、拱壩所要求的地形地質(zhì)條件和各自的重力壩結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計方法簡便，對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強，施工方便，便于施工導(dǎo)流；但壩體剖面尺寸大，材料用量多，且壩體與地土石壩可就地就近取材，能夠適應(yīng)不同的地形、地質(zhì)和氣候條件，其缺點是土石壩對防滲要求很高，在防滲材料選取方面造價較高，且壩身不拱壩主要依靠兩岸拱端的反力作用維持穩(wěn)定，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，河谷兩岸的基巖必須能承受由拱端傳來的推力，要在任何情況下都能保持對三種壩型進行比較，并結(jié)合該壩址處的地質(zhì)條件，最后選定壩型為本工程的樞紐布置方案如下：由于壩址處兩岸地形不對稱，右岸地形陡峻，河道平直，為使水流能夠下泄順暢，故將溢流壩段布置在靠近右岸程2008.84m。上游壩坡鉛直，不設(shè)置折坡，下游側(cè)坡比1:0.8，對該基本上游段曲線采用三段圓弧，中部直線段坡度與非溢流壩段下游坡度相同并7C10壩頂高程需高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂l（6-4）表6-1安全超高hc相應(yīng)水位壩的安全級別（對應(yīng)的水工建筑物級別）Ⅲ（4、5）設(shè)計洪水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3llJJ 6-1非溢流壩段基本剖面圖1))))壩體分塊如下圖6-2所示：6-2壩體分塊示意圖表6-2地震慣性力計算表Gej/GEFi(kN)12表6-3非溢流壩段荷載計算表名稱垂直力(kN)水平力(kN)力臂對基礎(chǔ)中心力矩↓↑逆時針+順時針-35333.7649.50147015.0011.00上游水平壓力82894.5043.33下游水6700.4312.3282549平壓力下游垂直壓力5360.3545.14241988揚壓力46431.3811.005107456329.7349.503133223849.2851.33197597泥沙壓力12265.1624.40299270浪壓力46.2889.194128187709.1156610.4095205.946700.43131098.7188505.50-地震慣性力1434.6166.92960044947.6041.25204088地震動水壓力2694.0770.2189124187709.1156610.40104282.216700.43131098.7197581.78-表6-4各種工況下的∑P、∑W和∑M值∑P（kN）∑W(kN)（二）按照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范SL319-2005》進行穩(wěn)定分析和應(yīng)抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計過程中的一項重要內(nèi)容，目的是核算壩體沿壩基面或地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定安全度?？够€(wěn)定分析時應(yīng)選擇受力較大、抗剪強度低、最容易產(chǎn)生滑動的界面作為計算截面，一般情況下應(yīng)對下面幾種情況進行核算1）壩基面2）壩基內(nèi)軟弱層面3）基巖緩傾角結(jié)構(gòu)面4）不利地形5）碾壓混凝土層面等。（6-8）f'——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；ΣP——作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分2（6-9）式中f——壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。在各種荷載組合下（地震荷載除外壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)-根據(jù)規(guī)范采用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則，以分算?；炷林亓螒?yīng)分別按承載能力極限狀態(tài)及算和驗算。進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考種作用組合；進行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采或kk——永久作用標(biāo)準(zhǔn)值；k——可變作用標(biāo)準(zhǔn)值；fk——材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值；或式中fR——基巖抗壓強度設(shè)計值式中fC——混凝土抗壓強度設(shè)計值。S(.)——作用的效應(yīng)函數(shù)。對基本組合（正常蓄水位情況）和偶然組合（地震情況）取單位寬度)表6-5地震慣性力計算表質(zhì)點Gej/GEFi(kN)12表6-6非溢流壩段荷載計算表名稱垂直力(kN)水平力(kN)力臂對基礎(chǔ)中心力矩↓↑逆時針+順時針-32033.7644.50118815.009.33上游水平壓力67719.6639.17下游水平壓力2934.628.1523927下游垂直壓力2347.7040.1494246揚壓力30827.729.332877254980.8644.502216483849.2846.33178350泥沙壓8433.9020.23170646力浪壓力46.2889.194128153196.4639657.8676199.832934.62113538.6073265.21-.07地震慣性力1296.9760.67786873982.7337.08147693地震動水壓力2200.8963.45139646153196.4639657.8683680.432934.62113538.6080745.81-.90表6-7各種工況下的∑P、∑W和∑M值∑P（kN）73265.2180745.81∑W(kN)113538.60113538.60-.07-.90（二）按照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范SL319-2005》進行穩(wěn)定分析和應(yīng)-由調(diào)洪演算可得到本樞紐的總下泄流量Q總（包括表孔和底孔經(jīng)由溢總-αQ0（6-32）溢/B溢個孔口的寬度為b，則孔口數(shù)為n=B/b，一般選用略大于計算值的整數(shù)。一般大、中型工程中，單孔寬度b=8~16m，若有排冰、過水要18~20m。為了控制下游河床水流流態(tài)，閘門要對稱開啟，孔口數(shù)目n最好有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；2)水流平順，不表6-8堰面下游段曲線計算表x(m)0.002.003.004.005.006.007.000.000.050.170.370.620.94x(m)8.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.002.242.793.394.054.755.516.327.18x(m)16.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0022.508.099.0510.0611.1212.2313.3814.5815.212:擬定溢流壩段剖面滿足要求。表6-9沿閘墩的水面線坐標(biāo)Hd=15.79m0表6-10不摻氣水面線計算表邊界層厚度計算數(shù)據(jù)yiLs,iLδH+yihph15.1940.00032.2120.42928.3944.45128.3994.52820.1946.40338.6150.50533.3944.05533.4004.14625.19412.80645.0180.58038.3943.75538.3423.85930.19419.20951.4210.65343.3943.50943.4123.62735.19425.61357.8240.72648.3943.31048.3933.44140.19432.01664.2270.79853.3943.14153.4073.28545.19438.41970.6300.86958.3942.99758.3793.15350.19444.82277.0340.94063.3942.87163.3693.04055.19451.22583.4371.01068.3942.75968.4002.94160.19457.62889.8401.07973.3942.66073.3932.85465.19464.03196.2431.14878.3942.57178.3902.77870.19470.435102.6461.21783.3942.49083.4162.70975.19476.838109.0491.28588.3942.41788.3902.64880.19483.241115.4521.35393.3942.35093.3732.59485.19489.644121.8561.42098.3942.28898.3832.54490.19496.047128.2591.487103.3942.231103.3642.49995.194102.450134.6621.554108.3942.178108.3542.458100.194108.853141.0651.620113.3942.128113.4102.420105.194115.257147.4681.686118.3942.082118.3892.386110.194121.660153.8711.752123.3942.039123.3532.354壩身泄水孔的進口全部淹沒在水下，可以隨時防水。主要作用有宣泄部分洪水、預(yù)泄洪水、放空水庫、排沙等。按水流條件，壩身泄水孔可分底孔進口高程1985.00m。該底孔設(shè)置為無壓泄水和較長的無壓段。壓力段又分為進口段、事故檢修門槽段和壓坡段三個部分，壓坡段下游側(cè)設(shè)工作閘門。檢修閘門采用平板門，工作閘門則多采用弧形門。無壓段自上游至下游按順序布置直線段、拋物線段和反弧段。如圖6-3無壓壩身泄水孔的典型布置式中θ——拋物線起點（坐標(biāo)x、y的原點）處切線與水平方-3x2，拋物線的具體坐標(biāo)值如表6-11拋物線坐標(biāo)數(shù)據(jù)a