金河金水水利樞紐重力壩設(shè)計(jì)

金河金水水利樞紐重力壩設(shè)計(jì)萬江是我國(guó)大河流之一，其干流全長(zhǎng)120095%為山地，河床狹窄，水流湍急；中游大部分為丘陵地帶，河床較寬；下游岸為沖積金河是萬江的重要支流，流經(jīng)萬江的上、中游地帶，全長(zhǎng)250公里，平均坡降為0.0009，流域面積為9200平方公里，河道兩岸為山地丘陵，河道狹窄，水流較急，能（4）巖石與混凝土之間的的抗剪斷摩擦系數(shù)為f’=0.85，抗剪斷凝聚力系數(shù)c’月123456789608042065060044024095頻率（%）0.010.020.12.05洪水期洪峰5890560047503630330028002500枯水期洪峰270250208月份123456各月平均降雨量5.28.834.032.680.3各月平均降雨次數(shù)2.43.75.96.38.58.1月份789各月平均降雨量118.0140.0125.260.128.28.0各月平均降雨次數(shù)6.39.808.87.82.2月份123456多年月平均氣溫4.26.522.125.9最高氣溫20.028.530.435.2最低氣溫-7.0-4.7-2.38.0月份789多年月平均氣溫28.627.722.74.7最高氣溫38.537.236.028.021.1最低氣溫2.5-2.1-4.8流量（立方米/秒）2005002000水位（米）153.46155.13156.8158.94流量（立方米/秒）3000400050005500水位（米）160.68162.41164.1164.96立方米，滲透系數(shù)K=4×10-2厘米/秒，卵石儲(chǔ)量有580000立方米，大部分在上海。在壩址下游三公里左右，有部分土壤；儲(chǔ)量不多，約52000立方米，K=1×10（3）施工動(dòng)力與施工機(jī)械的供應(yīng)：施工動(dòng)力大部分可1．從地質(zhì)條件看：上壩線處河床高于下壩線，根據(jù)地質(zhì)剖面圖，上壩線處地基巖2．從施工條件看：上壩線河床比較寬，顯然相同條件下，上壩線更有利于施工導(dǎo)3．從水流條件看，由上、下壩線壩址水位流量關(guān)系看出，在同樣情況下，上壩線4．從經(jīng)濟(jì)方面考慮，下壩線雖然相對(duì)平坦一些，且對(duì)外交通比上壩線短，但其緊（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(shí)依靠壩體自重①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，②對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。任何形狀的河谷③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)不同高程設(shè)置④便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不⑤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（2）重力壩的缺點(diǎn)主要是壩體剖面尺寸大，材料用量多，把體應(yīng)力較低，材料的①可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減③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，加快了溢流的缺點(diǎn)，不能夠滿足防洪的需要，故選1．實(shí)體重力壩的主要優(yōu)點(diǎn)就是，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，施工比較方便，并且有豐富2．寬縫重力壩具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：充分利用了混凝土的抗壓強(qiáng)度；揚(yáng)壓力顯著降一般情況下，不易出現(xiàn)被壩體內(nèi)部混凝土由于膨3．碾壓混凝土重力壩與常態(tài)混凝土重力壩相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：工藝程序簡(jiǎn)位于岸坡。該樞紐中重力壩由17個(gè)壩段組成，其中非溢流壩段每個(gè)壩段的長(zhǎng)度大約為壩段，11號(hào)～17號(hào)壩段為左岸擋水壩段。該壩的壩基最低高程為136.0m,壩頂高程為hc——安全超高，按《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，按下表表3－1安全超高h(yuǎn)c相應(yīng)水位壩的安全級(jí)別ⅠⅡⅢ正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3=0.0076v0-1/12（3-2）v0v0=0.331v0-1/2.151/3.75（3-3）（3-4）查《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表G2得：由式得：hz==0.37m查表3－1得：hc=0.5m:h5%=0.707m查《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表G2得：=1.95:Hm=0.362m:h1%=2.42×0.362=0.877m由于壩頂高程185.7m，由上壩線地質(zhì)剖面圖及規(guī)范HH圖3-1基本剖面圖（3-5）（3-6）其中：H=45m,α=0.5,f=0.85,K=1.10Y0=9.8KN/m3,Yh=24KN/m31.597β2+2.5589β+0.1932=0185.7m -7m185.7m 136m3.0m144m 141m36.0m圖3-2實(shí)用剖面示意圖2.壩頂寬度：根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范滿足交通要求，取壩頂寬度B=7m。3.廊道：選用城門洞形，寬3m，高3①波浪要素計(jì)算，由前面已知：Lm=7.91m=3.955m<H(壩前水深H=48m)，所以浪壓力pl按深水波計(jì)算。②荷載計(jì)算：包括壩體自重，水平水壓力、水重、揚(yáng)壓力、浪壓力、水平泥沙壓力和77波浪中心線計(jì)算水位77U3UU4圖3-3校核洪水位壩基面荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖表中，排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)α=0.25，水的重度γ=9.8KN/m3,壩底寬T=36m。AR——壩基面的面積，m2；cRK=7.0kg/cm2=686kpa。則：摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：fR’=0.85/1.3=0.654粘聚力設(shè)計(jì)值：=228.67Kpa:R(●)=0.654×13326.47+228.67×36×1=16947.63KN經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):R(●)=fc或R(●)=fR（3－10）AR——壩基面的面積，m2；TJR——壩基面對(duì)形心軸的慣性矩，m4；m2——壩體下游坡度；fc——混凝土抗壓強(qiáng)度，KPa；fR——基巖抗壓強(qiáng)度，Kpa；②ΣWR=13326.47KNAR=36×1=36m2TR=18mΣMR=-227321.3+151544.96=-75776.34KN.mfc=19.6Mpa1.5=13066.67kpaRT'——壩基面形心軸到上游面的距離，m。RΣWR、ΣMR按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。TR18mJR=3888m43.4.2校核洪水位時(shí)壩體內(nèi)層面（廊道中心線上 77波浪中心線計(jì)算水位717225QQWW2P2pn142.530.8U1U3U2U4圖3-4校核洪水位壩體內(nèi)層面荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖——混凝土層面抗剪斷摩擦系數(shù)；ΣWCAC——計(jì)算層面的截面積，m2；cck=0.97Mpa。則：摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：fc’=0.91/1.3=0.7粘聚力設(shè)計(jì)值：=0.323Mpa=232:R(●)=0.7×8952.02+232×30.8×1=16214.814KN抗滑穩(wěn)定性需滿足Y0φSYd20φS(●)=1.1×0.85×7經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)(2)壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)偶然組合抗力函數(shù):R(●)=fc（3－14）式中：JC——計(jì)算截面對(duì)形心軸的慣性矩，m4；②ΣWC=16272.62-7320.6=8952.02KNAC=30.8×1=30.8m2TC=15.4m=2434.84m4fc=13066.67kpaY0φS=Y0φ=881.58kpaΣWc、ΣMc按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算）ΣWC=16272.62-7006.02=9266.6KNTC'=15.4mJC=2434.84m42Lm2=8.96=4.48m<H(壩前水深H=43m)，所以浪壓力pl按深水波計(jì)算。27185.7波浪中心線計(jì)算水位185.7172.25WQQW2W2P2pnU3U2U3U2U4圖3-5正常蓄水位壩基面荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖=0.85/1.3=0.654C=228.67Kpa抗力函數(shù)：R(●)=fR’ΣWR+CR’AR=0.654×14167.32+220φS(●)=1.1×1.0×8455所以，正常蓄水位時(shí)壩體混凝土與基巖接觸面抗力函數(shù):R(●)=fc或R(●)=fR②ΣWR=14167.32KNAR=36×1=36m2TR=18mΣMR=-23323.74KN.m=3888m4≥0(ΣWR、ΣMR按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算）ΣMR=147301.48-166541.19=-19239.71KN.m18mJR=3888m4AR=36×1=36m23.4.4正常蓄水位時(shí)壩體內(nèi)層面（廊道中心線上 77波浪中心線7波浪中心線計(jì)算水位17225P1QW2W2P2pn142.530.8U1U3U2U4圖3-6正常蓄水位壩體內(nèi)層面面荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖②摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：fc’=0.91/1.3=0.7粘聚力設(shè)計(jì)值：=0.323Mpa=232式中：ΣWc=116037.42-4327.29=11710.13KNfc’ΣWc+Cc’Ac=0.7×11710.13+323×30.8×1=18145.491KN抗滑穩(wěn)定性需滿足Y0φS0φS(●)=1.1×1.0×63經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩體內(nèi)（2）壩體選定截面下游端點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)基本組合抗力函數(shù):R(●)=fc②ΣWC=11710.13KNAC=30.8×1=30.8m2TC=15.4mΣMC=-101107.45+95313.57=-5793.88KN.mfc=13066.67kpaY0φS=Y0φ=715.99kpaΣWc、ΣMc按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。ΣMC=-98116.99+94654.76=-3462.23KN.mTC'=15.4mJC=2434.84m42τd=(σ-p')m22σ=p-(p-σ)mσ=p'+(σ-p')m22mympσ=mympuσ2=pσ-mp'σ=p'（3－21）（3－22）（3－23）（3－24）（3－25）ppuym1τu=(-ppuym12τd=(σ-p'+p)m2ppuppuym1σ=)-(ppuppuym12σ=p'-p)+(σ-p'+p)m22σ=σ-m(p-p)uuσ2=p-puσ-m(p'-p)u'dσ2=p-pu式中：T——壩體計(jì)算截面沿上、下游面的長(zhǎng)度，m;（3－29）（3－30）（3－31）（3－32）（3－33）m2——下游壩坡；p、p——計(jì)算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；ΣW——計(jì)算截面上全部垂直力之和（包括壩體自重、水重、淤沙ΣM——計(jì)算截面上全部垂直力及水平力對(duì)于計(jì)算截面形心的力矩計(jì)算時(shí)：H表示上游水位，m；ΣW=21846.6KNT=36mΣM=148089.85-(171413.59-2925.04-6904.6-10981.69)=-2512.41KN.mp=Ysh+YwH=3.92×(150-136)+9.8×(179-136)=476.28kpap'=YwH'=9.8×(151-136)=147kpa上游面剪應(yīng)力m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ-p')m2=(618.48-147)×0.8=377.184kpa上游面水平正應(yīng)力：σ=p-(p-σ)m=p=476.28kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=p'+(σ-p')m=147+(618.48-147)×0.82=448.44kpaσ=p=476.28kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-mp'=1.64×618.48-0.82×147=920.23kpaσ=p'=147kpaΣW=14167.32KNΣM=-23323.74KN.mT=36mp=Ysh+YwH=3.92×(150-136)+9.8×(179-136)=476.28kpap'=YwH'=9.8×(151-136)=147kpap=YwH=9.8×43=421.4kpa上游面剪應(yīng)力：m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ-p'+p)m2=501.52×0.8=401.216kpa上游面水平正應(yīng)力：σ=(p-p)-(p-p-σ)m=476.28-421.4-0=54.88kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=(p'-p)+(σ-p'+p)m=0+501.52×0.82=320.97kpaσ-m12(p-p)=σ=285.56kpaσ=p-p=54.88kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-m(p'-p)=1.64×501.52-0=822.49kpaσ=p'-p=01．不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)：ΣW=16037.42KNT=30.8mΣM=95313.57-79446.06-3718.68-5263.37-330.76=6554.7KN.mp=Ysh+YwH=3.92×(150-142.5)+9.8×(179-142.5)=387.1kpap'=YwH'=9.8×(151-142.5)=83.3kpa上游面剪應(yīng)力：τu=(p-σ)m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ-p')m2=(479.24-83.3)×0.8=316.752kpa上游面水平正應(yīng)力：σ=p-(p-σ)m=p=387.1kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=p'+(σ-p')m=83.3+(479.24-83.3)×0.82=336.70kpaσ-m12p=σ=562.15kpaσ=p=387.1kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-mp'=1.64×479.24-0.82×83.3=732.64kpaσ=p'=83.3kpaΣW=11710.13KNΣM=-5793.88KN.mT=30.8mp=Ysh+YwH=3.92×(150-142.5)+9.8×(179-142.5)=387.1kpap'=YwH'=9.8×(151-142.5)=83.3kpap=YwH=9.8×36.5=357.7kpap=YwH'=9.8×8.5=83.3kpa上游面剪應(yīng)力：τu=(p-p-σ)m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=m2=416.84×0.8=333.472上游面水平正應(yīng)力：σ=(p-p)-(p-p-σ)m=387.1-357.7-0=29.4kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=(p'-p)+(σ-p'+p)m=0+416.84×0.82=266.78kpa上游面主應(yīng)力：σ=(1+m12)σσ=p-p=29.4kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-m(p'-p)=1.64×416.84-0=683.62kpaσ=p'-p=01．不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)：ΣW=22234.68KNT=36mΣM=151544.96-180633.6-16765.06-5471.86-2152.84=-53478.4KN.mp=Ysh+YwH=3.92×(150-136)+9.8×(184-136)=525.28kpap'=YwH'=9.8×(154-136)=176.4kpa上游面剪應(yīng)力：τu=(p-σ)m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ-p')m2=(865.22-176.4)×0.8=551.056kpa上游面水平正應(yīng)力：σ=p-(p-σ)m=p=525.28kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=p'+(σ-p')m=176.4+(865.22-176.4)×0.82=617.24kpaσ=p=525.28kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-mp'=1.64×865.22-0.82×176.4=1306.06kpaσ=p'=176.4kpaΣW=13326.47KNΣM=-75776.34KN.mT=36mp=Ysh+YwH=3.92×(150-136)+9.8×(184-136)=525.28kpap'=YwH'=9.8×(154-136)=176.4kpap=YwH=9.8×(184-136)=470.4kpap=YwH'=9.8×(154-136)=176.4kpa上游面剪應(yīng)力m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ-p'+p)m2=721×0.8=576.8kpa上游面水平正應(yīng)力：σ=(p-p)-(p-p-σ)m=525.28-470.4-0=54.88kpa下游面水平正應(yīng)力：σ=(p'-p)+(σ-p'+p)m=0+721×0.82=461.44kpaσ=p-p=54.88kpa下游面主應(yīng)力：σ1d=(1+m)σ-m(p'-p)=1.64×721-0=1182.44kpaσ=p'-p=01．不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)：ΣW=16272.62KNT=30.8mΣM=95819.4-116711.78-6392.12-3912.16-275.63=-31471.96KN.mp=Ysh+YwH=3.92×(150-142.5)+9.8×(184-142.5)=436.1kpap'=YwH'=9.8×(154-142.5)=112.7kpaσ=p=436.1kpaσ=p'=112.7kpaΣW=8952.02KNΣM=—44944.56KN.mT=30.8mp=YwH=9.8×(184142.5)=406.7kpap=YwH'=9.8×(154142.5)=112.7kpa上游面剪應(yīng)力m1=0下游面剪應(yīng)力：τd=(σ—p'+p)m2=574.92×0.8=459.(ppσ)m=436.1406.70=29.4kpa(pp)=σ=6.38kpaσ=pp=29.4kpa(p'p)=1.64×574.920=942.87kpaσ=p'p=02．洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定；本次設(shè)計(jì)的重力壩是一級(jí)建筑物，根據(jù)規(guī)范查山區(qū)、丘陵區(qū)水利3．流量的確定：設(shè)計(jì)情況下，溢流壩的下泄流量為2200m3/s；校核情況下，溢流壩4．單寬流量的選擇：壩址處基巖比較堅(jiān)硬完整，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要表4－1孔口凈寬計(jì)算計(jì)算情況流量Q（m3/s）單寬流量q（m3/s）孔口凈寬B(m)設(shè)計(jì)情況220050～10044～22校核情況330050～10066～33根據(jù)以上計(jì)算，溢流壩孔口凈寬取36m，假設(shè)每一寬度為9m，則孔數(shù)為4。B07．堰頂高程的確定：處擬側(cè)收縮系數(shù)ε=0.95，流量系數(shù)m=0.502，因?yàn)檫^堰水流為自由出流，故σs=1。由堰流公式：Q=σSεmb·H32計(jì)算堰上水頭H，計(jì)算水位分別減去相應(yīng)的堰上水頭H，即為堰頂高程。計(jì)算結(jié)果見下表：表4－2堰頂高程計(jì)算表格計(jì)算情況流量（m3/s）側(cè)收縮系數(shù)ε流量系數(shù)m孔口凈堰上水頭堰頂高程設(shè)計(jì)情況22000.950.5029.4171.6校核情況33000.950.502171.6=179171.6+0.1=7.5m取8m.9．定型設(shè)計(jì)水頭Hd的確定：堰上最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程=184—171.6=12.4所以，定型設(shè)計(jì)水頭Hd=（75%～95%）Hmax=9.3～11.78取HdHd/Hmax=10.5/12.4=0.85壩面最大負(fù)壓0.3Hd=3.15m，小于數(shù)m，根據(jù)已知條件，運(yùn)用堰流公式Q=σSεmb校核堰的泄流能力，計(jì)算為邊墩形狀系數(shù)，取0.1；Kp為閘墩形狀系數(shù)，由圖8.14查得；n為堰孔數(shù)；H0為堰頂全水頭；b'為孔口寬度。表4－3孔口的泄流能力校核表B(m)H0(m)mε設(shè)計(jì)情況9.40.4970.9221004.5%<5%校核情況0.5100.933300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，挑流鼻坎有連續(xù)式鼻坎和差動(dòng)式，本設(shè)計(jì)采用連續(xù)式；按規(guī)范規(guī)定，鼻坎挑射角θ=15。~35。之間，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，挑射角一般取θ=20。~25。之間，對(duì)于深水河槽θ=15o～20o之間，根據(jù)本工程實(shí)際情況，取θ=25o；鼻壩壩頂高程高出下游最高水①鼻坎處水流平均流速v按下式計(jì)算：φ—堰面流速系數(shù)H0—庫(kù)水位至坎頂?shù)母卟睥谝驗(yàn)镼=Av=Bhv，所以鼻壩平均水深為4-2）③反弧半徑R=(4～10)h=13.52～33.8m取R=16m根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》公式C5：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v1—壩頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速v的1.1倍計(jì)，即計(jì)算時(shí)θ—鼻坎的挑角度h1—壩頂垂直方向水深，m，h1=h/cosθ,h為坎φ—堰面流速系數(shù)； (11217)sin25cos252387cos25(11217)sin25298(338cos2519)22 (11217)sin25cos252387cos25(11217)sin25298(338cos2519)=73.3mtk=kq'tkkq—單寬流量，m3/s；k—沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬基巖取k=0.9~1.2，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖 上游最高水位\v下游最高水位圖4-1挑流消能簡(jiǎn)圖所以：tk=1.2×0.5×0.25=21.95m'tk=21.95(154136)=21.9518=3.95m'L/tk=73.3/3.95=18.56>2.5因?yàn)樯嫌蚊娲怪?，故取a=0.3，b==0.1782.堰頂下游段堰面曲線采用冪曲線：xn=kHd(n—1)y所以x1.85=2H.85y即y=按上式算得的坐標(biāo)值如下表4－4：表4-4x/m123456789y/m則0.125xc0..85=算得：xc=15.01myc=10.173myE）的坐標(biāo)：D'xEoxFE在C非溢流壩段水平距離為172.25-161.43）×0.8在D非溢流壩段水平距離為172.25-161.43）×0.水庫(kù)校核洪水位圖4-2倒懸示意圖4.4.1孔徑D擬定式中：Q——每個(gè)發(fā)電孔引取的流量，m3/svP——孔內(nèi)的允許流速，m/s，對(duì)于發(fā)電孔，vP=5.0~6.0m/s取Q=71.1m3/s，則工程中常采用橢圓曲線或圓弧形的三向收縮進(jìn)水口。頂面底面?zhèn)让鎴D4-3進(jìn)水口示意圖22式中：a——橢圓長(zhǎng)半軸，矩形進(jìn)水口時(shí)，頂面曲線a為孔高h(yuǎn)，側(cè)面曲線a為孔寬B；本設(shè)計(jì)取矩形進(jìn)水口，因此，由以上可得h=D=4.0m，B==2.67m在確定頂面曲線中：a=4.0mb=×在確定頂面曲線中：a=B=2.67mb=×2.67=0.534m有壓進(jìn)水孔一般在進(jìn)水口設(shè)置攔污柵和平面檢修閘門。在出口處設(shè)置無門槽的弧形閘門，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)采用矩形收縮型閘門槽。如圖4-4所示。下游邊墻坡率為1/8~1/12半徑r=0.1d取W=100cm；d=60cm；Δ=8cm；r=6cm，坡率取為1/12。Δ口斷面為方形，其尺寸為3.3×3.3m，面積ACAa=0.09A（4-13）式中：Aa、A——通氣孔和明流段的斷面面積，m2；vw——閘孔處的水流流速；va=30m/svw=φ（4-14）式中：φ——流速系數(shù)，一般為φ=0.90~0.96，取為0.96H0——作用水頭，為16.0m=17.0m/s所以Aa=0.09×10.68×=0.55m2故定通氣孔的直徑為85cm，實(shí)際Aa=2=3.14×2=0.567m2（4-15）式中：H——為工作閘門處的水頭，m；Ac——為閘孔的過水段面面積，m2；μ——為流量系數(shù)，應(yīng)隨進(jìn)口段的局部水頭損失而定，當(dāng)短無閘門槽時(shí)μ=0.90~0.95。弧形閘門和平面直開閘門均為方案選擇中優(yōu)先考慮的門型，弧形閘門的優(yōu)缺點(diǎn)如h=（0.75～0.50）H=6～4m所以取值為h=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，深度取當(dāng)B≤10，G=KcKbH0.42B0.33Hs×9.8KN（4-16）當(dāng)B>10，G=KcKbH0.63B1.1Hs×9.8KN（4-17）式中：H、B——閘門孔口高度和寬度,m；Hs——設(shè)計(jì)水頭,m；Kc——材料系數(shù)：閘門用低合金鋼時(shí)，Kc=0.8，閘門用普通碳素鋼時(shí)，Kc=1.0；Kb——孔口寬度系數(shù)：當(dāng)B≤5m時(shí),Kb=0.29；當(dāng)5m<B≤10mB≥20m時(shí),Kb=0.472；已知：閘門孔口高度H=8m，閘門孔口寬度B=9m，設(shè)計(jì)水頭Hs=10.5m，Kb=0.472，采用普通碳素鋼，Kc=1.0，在本設(shè)計(jì)中，弧形閘門采用固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，因?yàn)楣潭ㄊ骄頁(yè)P(yáng)啟閉機(jī)在啟閉和如果計(jì)算出Fw的值為負(fù)值，則可依靠閘門的自重關(guān)閉；若為正值，則需要考慮加鉸軸的摩擦阻力（噸）公式為：Tzd=f1P止水的摩擦阻力（噸）公式為：Tzs=f3Pzs上式中：R——啟閉力作用點(diǎn)對(duì)鉸心的力臂，m；P——作用在閘門上總水壓力；f1——軸與軸套的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，與平面閘門滾輪用的相同銅合金rr置求出，初估時(shí)可以采用r3=0.8r（r為閘門面板弧面的半徑）rP圖4-5弧門受力圖因：膠木軸套取f1=0.2；采用橡皮止水取f3=0.65；2所以：Tzd=f1P=0.2×2822.4=564.48KN所以：Pzs=25×69.7×0.06Tzs=f3Pzs=0.65×104.55=67.96KN《閘門與啟閉設(shè)備》選用HPQ—2×25型。Λ吊點(diǎn)中心距ΛQ2Q3MCMQ4MQ4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（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（3）與兩岸的連接，若兩岸的公路路面較低時(shí)，為避免車輛通過橋爬高，宜將公（4）橋梁在布置時(shí)，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公路橋由2根預(yù)制的“T”型梁裝配而成，梁高為跨度的1/8~1/10，梁肋寬約為梁具體尺寸見下圖單位：米）橫隔板150350350橫隔板15050單位：厘米圖4-7公路橋梁簡(jiǎn)圖7272單位：厘米圖4-8工作橋梁簡(jiǎn)圖注：長(zhǎng)度單位：c高程單位：圖4-9工作橋排架簡(jiǎn)圖圖4-10便橋梁簡(jiǎn)圖牛腿，以支承閘門的臂力。工作閘門采用弧形閘門，閘墩的最小厚度為1.5～2.0m，所以擬定中墩的厚度為3m，邊墩的厚度為2m。工作閘門前設(shè)置檢修閘門，檢修閘門的門槽深0.7～2.0m。初步擬定檢修門槽的尺寸為0.8×0.5m。當(dāng)?shù)琢飨軙r(shí)，導(dǎo)水墻延伸到消力池護(hù)坦末端；高度：墻頂應(yīng)高出摻氣后水深的0.5~hb=(1+ξv/100)h（4-22）式中：h——摻氣前的水深，m；hb——摻氣后的水深，m；v——摻氣前計(jì)算斷面上的平均流速，m/s；其結(jié)構(gòu)形式為一端固定在壩體上的懸臂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂高度不小于50~已知：在摻氣前，v=21.7m/s，h=3.38m，取ξ=1.4s/m=4.41mhb+(0.5～1.5m)=4.91～5.91m圖4-11溢流壩荷載簡(jiǎn)圖x0576-面積：=4.622m2m2形心：x1=0.576h=0.576×WΛ2．自重W5的計(jì)算：冪曲線所包含的面積用積分進(jìn)行計(jì)算，算到閘墩末為止，如圖Λ圖中陰影以外面積:77陰影部分面積A=11.35×6.06-24.147=44.634m2圖4故彎矩M故彎矩M5=9640.94×（17.73-4.20）=130441.92kNm圓方程x2+y2=R2，即：陰影部分面積:aaxaax22R2-1x022R=Rx-R-x+022R00=Ra-(·iR2-a2+sin-1)面積矩Rxdx-x=.+16-6.762-16=16856m22x=.+16-6.762-16=16856m當(dāng)a=6.762m時(shí)，x13==9.50m當(dāng)a=19.2時(shí)，x14==5.088m4．垂直水壓力G2形心距坐標(biāo)O的距離x的計(jì)算G2的面積AG2=1.869×3.15-4.622=1.26535m2G2的面積矩AG2x=1.869×3.15×-4.622×(3.15-1.814)=3.098m3G2=(1.869×3.15-4.622)×9.8×9=111.60KNMG2=111.60×(17.73+3.15-2.45)=2056.79KN●m反弧段平均流速：v=φ式中：φ——堰面流速系數(shù)，取φ=0.96；H——上游水位至反弧鼻坎的高差，即H=184-155=29m因此：v=φ=0.96×·=22.89m/s單寬流量=73.33m3/sPxr=qpwv(cosφ1-cosφ2)（4-23）Pyr式中：Pxr——單位寬度上離心力的水平分力代表值（N/m所以：水平動(dòng)水壓力：Px=qpwv(cosφ1-cosφ2)b力矩：Mx=5672.27×[（153.5-136）+16－16×cos(My=24240.94×[18.57－16sin25o-16×sin(38.17o-25o)－0.5]=185685.60kN·m對(duì)截面形心力臂=18.57+2.31+1.5-162所以：M18=25107.27×14.38=361042.54KN22M20=16.18×230.4=3727.87KN●m力臂=17.73-3.12=16.18mM21=16.18×285.6=4621.01KN●m8．弧形門重的計(jì)算：由前計(jì)算知，W23=240.2KN底位置底于堰頂0.1m，x1=1.8=1.23m所以力臂=17.73-1.23=16.5mM23=16.5×240.2=3963.3KN●m72尾頂部1m,其形心力臂為：17.73-3.172①立柱重：W25=0.5×0.5×8×24×2×2=192KN力臂=18.57+3.81-1.5-32=19.38mM25=192×19.38=3720.96KN●m力臂=18.57+3.81-1.5-32=19.38mM26=276.48×19.38=5358.18KN●m4.8.2壩體強(qiáng)度和穩(wěn)定承載能力極限=4.48m<H(壩前水深H=43m)，所以浪壓力pl按深水波計(jì)算。壓力和垂直泥沙壓力。具體計(jì)算參見計(jì)算簡(jiǎn)圖4-11及附錄C荷AR——壩基面的面積，m2；=7.0kg/cm2=686kpa。查《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》表8．2．1-2得fRK、CR‘K的材料性能分項(xiàng)系數(shù)則：摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：fR’=0.85/1.3=0.654粘聚力設(shè)計(jì)值：=228.67Kpa式中：ΣWR=196960.54KNAR=445.68m2:R(●)=0.654×196960.54+228.67×445.68=230725.84KN③穩(wěn)定性核算：對(duì)基本組合Y0=1.1，φ=1.=1205.35kpa抗滑穩(wěn)定性需滿足Y0φSR(●)/Yd1=230725.84/1.2=1經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):R(●)=fc或R(●)=fRAR——壩基面的面積，m2；TJR——壩基面對(duì)形心軸的慣性矩，m4；fR——基巖抗壓強(qiáng)度，Kpa；②ΣWR=196960.54KNAR=445.68m2TR=18.57mΣMR=-624085.35KN●mJR==51230.16m4ARJR(445.6851230.16,0φ(ΣWR-ΣMRTR)(1+m)=1.1×1.0×(|196960.54+624085.35×ARJR(445.6851230.16,碾壓混凝土選用C15，且材料的分項(xiàng)系數(shù)為1.5，故：fc=19.6Mp5=13066.67RT'——壩基面形心軸到上游面的距離，m。RΣWR、ΣMR按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。TR'=18.57mJR=51230.16m4①計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)=54761.97KN抗力函數(shù)ΣWR+C②摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值：fR’=0.85/1.3=0.654粘聚力設(shè)計(jì)值：=228.67Kpa抗力函數(shù)：ΣWR+C式中：ΣWR=206268.99.KNAR=445.68m2:R(●)=0.654×206268.99+228.67×445.68=236813.57KN③穩(wěn)定性核算：對(duì)偶然組合Y0=1.1，φ=0.85，Yd抗滑穩(wěn)定性需滿足Y0φSY0φS(●)=1.1×0.85×54761.97=51202.44KNR(●)/Yd2=236813.57/1.2=197344.64KN>Y0φS(●)經(jīng)計(jì)算可知，該重力壩在校核洪水位情況下壩抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù):R(●)=fc或R(●)=fR②ΣWR=206268.99KNAR=445.68m2TR=18.57mm2=0.8φ=0.8碾壓混凝土選用C15，且材料的分項(xiàng)系數(shù)為1.5，故：fc=19.6Mpa1.5=13066.67kpa壩頂構(gòu)造包括非溢流壩段壩頂構(gòu)造和溢流壩段壩12001200度為1.0～1.2米，取1.1m；壩頂路面設(shè)有3%的橫向圖5-1壩頂公路橋RR圖5-2廊道示意圖參照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5018-1999，基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面寬度為2.5~基不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫，滿足混凝土的澆注能力和溫度控常見的縫有：橫縫、縱縫、水平施工縫。設(shè)計(jì)參照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5552圖5-3橫縫止水布置圖圖5-4止水片參照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5018-1999，排水管中心線距離上游壩面1/1常用的處理方法有：開挖與清理、加固處理、壩基帷圖6-1地基鋸齒狀開挖與淺齒墻（單位：米）帷幕灌漿是為了降低壩底的滲透壓力，提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地132324圖圖6-2帷幕灌漿示意圖h=H/3+15m（h為帷幕深度，H為壩高）。對(duì)于中壩，帷幕的排數(shù)可采用一排。在此裝機(jī)容量Ny=85.2MWHr=28m,Hmax=32m,Hmin=25m,Hav=29.5m7.2.1機(jī)組型號(hào)及轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算（7—1）式中：N——水輪機(jī)單機(jī)出力，kW；Hr——設(shè)計(jì)水頭，m；取過最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的水平線與5%出力限制焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的單位η——原型水輪機(jī)效率，取上述計(jì)算點(diǎn)處的模型效率ηm加效率修正值▽?duì)?初步計(jì)算時(shí)可假定▽?duì)?1%～3%，待D1確定后再進(jìn)行效本電站共有5臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量Ny=85.根據(jù)水輪機(jī)的工作水頭范圍（25～45m）及設(shè)計(jì)水頭Hr=28m，查水輪機(jī)系列型號(hào)譜（劉啟釗主編《水電站》第三版）表3—4，查出合適的機(jī)型HL240。Q1'M=1240L/s=1.24m3/s，效率ηM=90.4%，由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量Q1'=Q1'M=1240L/s=1.24m3/s，效率η=92.0%。將上述的Q1'，η,和Nr=17750KW，Hr=28m代入公式（7—1）得：選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑D1=3.3m。（7—2）H——選用加權(quán)平均水頭，Hav。查表3—4（劉啟釗主編《水電站》第三版）可得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速n1'0M=72r/min，初假定n1'0=n1'0M，將已知的n1'0和Hav=29.5m，D1=3.3m代選用與之接近的而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=125.0r/min。當(dāng)H≤150m時(shí)：ηmax=1-（7—3）當(dāng)H≤150m時(shí)：ηmax=1-(1-ηMmax)××·（7—4）式中：ηmax、ηMmax——原型和模型水輪機(jī)的最大效率；D1、D1M——原型和模型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑；H、HM——原型和模型水輪機(jī)的水頭。▽?duì)?ηmax-ηMmax-▽?duì)枪ぃ?—5）大型水輪機(jī)▽?duì)枪?1%～2%，中小型水輪機(jī)的▽?duì)枪?2%～4%，其他工況時(shí)原型η=ηm-ηMmax-▽?duì)牵?—6）計(jì)算的效率修正值▽?duì)菓?yīng)與假定相符，否則，應(yīng)重新計(jì)算確定D1。查表3—6（劉啟釗主編《水電站》第三版）可得：HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下模型的最高效率ηMmax=92.0%,模型轉(zhuǎn)輪的直徑D1M=0.46m，將上述數(shù)值代入（7則效率修正值▽?duì)?94.6%-92%=2.6%考慮到模型與原型水輪機(jī)在制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求的▽?duì)侵抵性贉p去一'▽n=n10Mnηmax\ηMmax則-1=0.87%<3%，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正；那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果D1=3.3m，n=125r/min也是正確的。在選定的D1=3.3m，n=125.0r/min的情況下，水輪機(jī)在最大的Q1max和各種特征水頭相應(yīng)的n1'即可計(jì)算出來:<1.24m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為：Qmax=Q1max’D12與特征水頭Hmax、Hmin、Hr相對(duì)應(yīng)的的單位轉(zhuǎn)速為:nn1max’=nD1=125×3.3=82.5r/min Hmin-25n1min=1=.n1min=1=.=72.9r/minc\maxH32c\max在HL240型水輪機(jī)的模型綜合特性曲線圖上,可分別繪出Q1max=1220L/s，n1max=82.5r/min和n1min=72.9r/min的直線。由圖可知，由這三根直線所圍成的水輪定參數(shù)D1=3.3m,n=125r/min是合理的。允許吸出高度Hs按下式計(jì)算:反擊式水輪機(jī)調(diào)速功A（N●m)的經(jīng)驗(yàn)公式為:式中:Hmax——水輪機(jī)的最大工作水頭,m；D1——水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱直徑,m；調(diào)速器功A已超出中小型調(diào)速器調(diào)速功的范圍,假設(shè)錯(cuò)誤。大型調(diào)速器常用兩個(gè)接力器來操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu),當(dāng)油壓裝置的額定油壓為2.5MPa時(shí),每個(gè)接力器的直徑dD按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:式中:λ——計(jì)算系數(shù),取為0.030；Hmax——水輪機(jī)最大水頭,m；=3.3m,Hmax=32m,b0=0.365×3.3=1.20m,將這些數(shù)值代入公式根據(jù)計(jì)算的dD查標(biāo)準(zhǔn)接力器系列表7-1,選相鄰偏大的直徑dD=350mm。表7-1標(biāo)準(zhǔn)接力器系列接力器直徑200225250275300325350375400450500550600650700750800850900接力器最大行程Smax的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式求為:式中:α0max——水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度,mm；由模型水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度α0Mmax計(jì)算出,其公式為:式中:D0、D0M——分別為原型和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉軸心圓的直徑,mm；Z0、Z0M——分別為原型和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉數(shù)目；把Smax單位化為m,則兩接力器的總?cè)莘eVs(m3)為:VD0=2650mm，D0M=534mm，Z0=14，Z0M=24,將以上數(shù)值代入公式(7-13)得:取Smax=1.6α0max=1.6×391.33=626.13mm=0.626m則兩個(gè)接力器的總?cè)莘e2Smax==0.1通常主配壓閥的直徑與通向接力器的油管直徑是相等的Q（m3/s則主配壓閥直徑d(m)為:式中:vm——管內(nèi)油的流速，一般在（4-5）m/s范圍內(nèi)選取。由計(jì)算的d查袁俊森編《水電站》表5-1,選擇與主配壓閥直徑圖7-1調(diào)速器外形尺寸圖油壓裝置的工作容量以壓力油罐的總?cè)莘e為表征,選擇時(shí)以壓力油罐的總?cè)莘eVk為依據(jù),Vk的經(jīng)驗(yàn)公式為:表7-2油壓裝置基本尺寸表油壓裝置型號(hào)油罐長(zhǎng)度m油罐寬度n總高H油罐高h(yuǎn)油罐外徑DHYZ1.6240032702370油壓裝置外形尺寸如圖7-2所示:2圖7-2油壓裝置簡(jiǎn)圖（單位：mm）由Hr﹤40m知，宜選擇混凝土蝸殼?；炷廖仛さ臄嗝娉Ｗ鞒商菪螖嗝?，以便施aa2722圖7-3蝸殼尺寸圖2圖7-4蝸殼斷面圖圖7-5混流式水輪機(jī)尾水管 11最低不得小于2.3D1。（7-18）2h3h4（1）極距τ:τ=Kj（7-19）式中：Sf——發(fā)電機(jī)額定容量（10000KVAp——磁極對(duì)數(shù)（42Kj——系數(shù)，一般取為（8-10此處取8。