【正文】 蓄水位： ； 電站裝機(jī)容量（臺(tái)數(shù)單機(jī)容量） 3 20＋ 1 10MW 發(fā)電引用流量 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ３ 最大水頭 最小水頭 額定水頭 保證 出力 (有調(diào)節(jié) ) 年利用小時(shí)數(shù) 4044h 2 壩軸線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 壩軸線的選擇 壩址和軸線的選擇是根據(jù)地形、地質(zhì)、河流走勢(shì)等條件綜合考慮決定的。就地形而言，壩址一般以選在狹窄河谷處，節(jié)省工程量；但對(duì)于一個(gè)具體的樞紐來說，必須從各個(gè)方面綜合考慮：是否便于布置泄洪、發(fā)電建筑物，是否便于施工導(dǎo)流，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理等綜合衡量。壩址地質(zhì)條件是水利樞紐設(shè)計(jì)的重 要依據(jù)之一，對(duì)壩型的選擇和樞紐的布置起著決定性作用。壩址最好的地質(zhì)條件是強(qiáng)度高、透水性小、不易風(fēng)化、沒有構(gòu)造缺陷的巖基。但理想的天然地基很少，因而在選擇壩址時(shí)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)不同的情況采取不同的地基處理方式，來滿足工程需要。亦可通過選擇不同的壩型或?qū)屋S線轉(zhuǎn)折以適應(yīng)地質(zhì)條件，同時(shí)應(yīng)考慮兩岸的地質(zhì)因素，使庫區(qū)及兩岸邊坡有足夠的穩(wěn)定性，以防止因蓄水而引起的滑坡現(xiàn)象。就河勢(shì)來說，壩址要選在河流順直段，靠近壩址上、下游河流如有急灣最不利 ，應(yīng)予避免；樞紐兩岸壩肩的山體要較雄厚，并盡可能離上下游兩岸的沖溝遠(yuǎn)一些；水 庫周緣應(yīng)沒有難處理的缺口。 通過對(duì)金山峽水電站壩址區(qū)域基本地質(zhì)、地形等資料的研究和分析，確定要選擇合理的壩軸線： 推薦壩址地處 上游，河道順直，河床狹窄，河水面寬約 60～ 65m，河谷寬約 90～ 100m。左岸陡峻，坡度約 78176。，右岸為Ⅱ級(jí)階地，Ⅱ級(jí)階地階面高出河水位約 ，階面寬約135～ 145m，河谷呈不對(duì)稱“ U”型谷。據(jù)壩線處物探測(cè)試結(jié)果，河床覆蓋層厚 22～ 23m。壩址區(qū)均為第四系洪沖積層與崩坡積層覆蓋，其中洪沖積層厚 50～ 55m，為中粗砂礫 (卵 )石夾孤塊石、漂石，中粗砂礫 (卵 )石成份主要為灰?guī)r、玄武 巖，礫徑一般 1～ 3cm，含量40～ 50%，漂石直徑 ～ ，局部孤塊石直徑 ～ ，含量 5～ 10%，該層除表部 4～5m 結(jié)構(gòu)較松散，以下中等密實(shí)。 壩址區(qū)附近植被茂盛，無沖溝切割，地形完整，坡體穩(wěn)定，無崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用存在。 壩型選擇 綜述 壩型選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地形條件，施工條件，建筑材料，綜合效益，宣泄洪水能力，以及抗震性等特點(diǎn)，通過定性分析，初步選擇兩種壩型進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)比較，選取蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ４ 既滿足工程要求，又比較經(jīng)濟(jì)的壩型，經(jīng)濟(jì)比較只要求對(duì)壩體的砼方量及三材 用量作粗略的計(jì)算和比較。 以下分別就各種壩型進(jìn)行比較分析。 壩型選擇方案 土石壩 土石壩又稱當(dāng)?shù)夭牧蠅?，是歷史最為悠久的一種壩型。土石壩主要分為：均質(zhì)壩、心（斜）墻壩、土石混合（堆石壩）壩等。 （ 1）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(yùn)輸量，幾乎任何土石料均可筑壩。 （ 2）能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址地基，經(jīng)處理后均可筑壩。 （ 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，加快了進(jìn)度，降低了造價(jià)，促進(jìn)了高土石壩 的發(fā)展。 （ 4）由于巖土力學(xué)理論、試驗(yàn)手段和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，提高了大壩分析計(jì)算的水平，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，進(jìn)一步保障了大壩設(shè)計(jì)的安全可靠性。 （ 5）土石壩適應(yīng)地基變形，施工方便，而且我國擁有豐富的建壩經(jīng)驗(yàn)。土石壩與砼壩相比，其造價(jià)為砼壩的 1/10，工程量為砼壩的 4 倍，由此可見土石壩經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于砼壩。 混凝土壩 如果選擇砼壩應(yīng)考慮采用拱壩、支墩壩還是重力壩， 拱壩優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：拱壩是高次超凈定空間整體結(jié)構(gòu)，壩體的穩(wěn)定性主要依靠兩岸拱端山體反力作用來維持，并不全靠壩體自重來維持。由于拱是一種主要 承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)，拱內(nèi)彎矩較小，應(yīng)力分布較均勻，有利于發(fā)揮材料的強(qiáng)度，從而壩體厚度可以減薄，節(jié)省工程量。拱壩的體積比同一高度的重力壩大約可節(jié)省 1/3～ 2/3，從經(jīng)濟(jì)意義上講，拱壩是一種很優(yōu)越的壩型。且較好的超載能力可達(dá)設(shè)計(jì)荷載的 5～ 11 倍，具有很強(qiáng)的抗震能力。 缺點(diǎn)：建筑拱壩要求拱壩地形應(yīng)是左右岸對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。而此壩址處河段順直，不適宜建拱壩。 綜合上述，本壩址處不適宜建混凝土拱壩。 重力壩 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ５ 重力壩壩身可以過水，對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，可以 大型機(jī)械化施工，施工速度快，故本樞紐選擇重力壩壩型。 重力壩又分為寬縫重力壩、空腹重力壩、實(shí)體重力壩。需對(duì)三種壩型進(jìn)行比較做出結(jié)論： （ 1）寬縫重力壩優(yōu)缺點(diǎn)： 寬縫重力壩，壩體設(shè)置寬縫后，壩基的滲透水可自寬縫排出，減小了滲透壓力，但寬縫壩增加了模板用量，立模也較復(fù)雜，分期導(dǎo)流不便，而且由資料可知當(dāng)?shù)貧鉁氐?、冬季長，無霜期較短，冰凍期較長，對(duì)寬縫壩需要采取保溫措施，工程造價(jià)大大增加且不能大型機(jī)械化施工，工期較長，因此不宜選用寬縫重力壩。 （ 2）空腹重力壩優(yōu)缺點(diǎn)： 空腹壩與實(shí)體壩相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）由于空腹 下部設(shè)底板，減小了壩底面上的揚(yáng)壓力，可節(jié)省壩體砼方量 20%左右； 2）減小了壩基開挖量； 3）壩體前后腿嵌固于巖體內(nèi)，有利于壩體的抗滑穩(wěn)定； 4）前后腿應(yīng)力分布均勻，壩踵壓應(yīng)力較大； 5）便于砼散熱； 6）壩體施工可不設(shè)縱縫； 7）便于監(jiān)測(cè)和維修； 8）空腹內(nèi)可以布置水電站廠房。 缺點(diǎn)有： 1）施工復(fù)雜； 2）鋼、用量大； 3）如在空腹內(nèi)布置水電站廠房，施工干擾大，基于以上缺點(diǎn)，將難以進(jìn)行大型機(jī)械化施工，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化程度較高的快速施工，選此壩型不夠經(jīng)濟(jì)合理。因此不適宜建空腹重力壩。 （ 3）結(jié)論 實(shí)體重力壩 由于結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，便于施工導(dǎo)流，可以大型機(jī)械化施工，施工方便且速度快，結(jié)構(gòu)作用明確，適合建高壩?；谝陨细鞣N壩型的比較分析，本水庫采用砼重力壩較為合理。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ６ 樞紐布置方案 首先根據(jù)樞紐的任務(wù)及要求確定樞紐建筑物的組成，然后根據(jù)地質(zhì) 、地形等條件，擬定二到三個(gè)樞紐布置方案，并畫出草圖，通過定性分析確定較合理的樞紐方案。水利樞紐布置的任務(wù)是合理地確定樞紐中各組成建筑物之間的相互位置。 綜述 根據(jù)河流規(guī)劃擬在青海省一河流上修建一座水電站，本設(shè)計(jì)任 務(wù)是進(jìn)行水利樞紐及電 站進(jìn)行設(shè)計(jì)，水庫建成后，可建裝機(jī)容量約為裝機(jī)容量 4MW 的水電站。包括溢流壩段、擋水壩段；擋水壩段在河的兩岸，溢流壩段的位置在中部。 因干流水量年內(nèi)分配很不均勻，汛期主要集中在六到九月份，所以樞紐設(shè)計(jì)應(yīng)具有年調(diào)節(jié)能力，能將豐水期水量調(diào)到枯水期運(yùn)用。建壩攔河蓄水并引水至下游發(fā)電所形成的水頭，滿足電站要求，結(jié)合引水發(fā)電充分利用水頭提高工程效益，由四臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并用四條引水管引水。與電站配合運(yùn)行的還有開關(guān)站、尾水渠等建筑物。 根據(jù)樞紐功能需要，工程具有擋水壩段、溢流壩段等建筑物。 樞紐布置主 要應(yīng)考慮：溢流壩段，擋水壩段的布置。 樞紐布置應(yīng)遵循以下原則 壩址、壩段及其他主要建筑物的形式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價(jià)低。 樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足各個(gè)建筑物在布置上的要求，各建筑物之間能協(xié)調(diào)、無干擾地工作，保證其他任何工作條件下都能正常工作，滿足樞紐運(yùn)用管理的要求。 在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 樞紐中各建筑物緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。 盡可能使樞紐中的部分建筑早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如 提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。 樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。 各類建筑物樞紐布置的要求 擋水壩 攔截水流，形成水庫，將其布置在河岸的兩邊。通常布置成直線，這樣壩軸線較短，壩身體積小，對(duì)建筑物的受力狀態(tài)有利，并便于與相鄰建筑物的聯(lián)結(jié)。 溢流壩 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ７ 溢流壩起泄洪作用，前緣應(yīng)正對(duì)上游來水的河流主流方向，下游出口方向最好與主河槽水流方向一致。溢流壩應(yīng)坐落在堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的巖基上，減少下泄水流對(duì)其建筑物的影響，以解決下游消能防沖問題。為減少下泄水流對(duì)其它建筑物的影響，有時(shí)常在溢 流壩和這些建筑物之間布置導(dǎo)墻。 沖沙閘 沖沙閘建在多泥沙的河流上，用于排除進(jìn)水閘及節(jié)制閘前沉積的泥沙，減少引水水流的泥沙量，防止渠道和閘前河道淤積。沖沙閘常建在水閘的一側(cè)的河道上，設(shè)置在進(jìn)水閘旁邊。本設(shè)計(jì)取閘凈寬 ，邊墩 。 工程上常將開敞式進(jìn)水口布置在河道主流比較集中，河床穩(wěn)定，河岸堅(jiān)固的河段上，防止因主流左右擺動(dòng)影響取水，進(jìn)水口中心線與河道交角 30176。～ 45176。 從防沙考慮，將進(jìn)水口設(shè)在河道凹岸。這樣布置可以利用河灣處的橫向環(huán)流，使進(jìn)水口引進(jìn)表層較清的水，而底沙則由底流帶向突岸 。在選擇進(jìn)水口時(shí)，還應(yīng)避開上游有淺灘、急灘的地點(diǎn)，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀讛嚋喌咨澈托纬杀琛? 圖 21樞紐布置圖 3 壩工設(shè)計(jì) 壩工設(shè)計(jì)綜述 剖面設(shè)計(jì)是重力壩設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是選擇一個(gè)既要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度的要求，又使得壩體工程量最小，外形輪廓簡單，施工方便，運(yùn)行可靠的剖面，影響剖面設(shè)計(jì)蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ８ 的因素很多，如荷載、地形、地質(zhì)、運(yùn)用要求、筑壩材料、施工條件等。本次設(shè)計(jì)首先考慮壩體的主要荷載，按照安全和經(jīng)濟(jì)的要求擬定基本剖面，然后根據(jù)剖面的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算，校核壩體強(qiáng)度和抗滑 穩(wěn)定性能，反復(fù)修改，最后確定經(jīng)濟(jì)合理的壩體剖面。 重力壩剖面的設(shè)計(jì)原則是： ① 滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩安全； ② 工程量小； ③運(yùn)用方便； ④ 便于施工。 重力壩剖面設(shè)計(jì)包括的主要工作有： （ 1）擬定剖面尺寸 參照已建成的條件相近的工程，檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)工程的壩體要求，或通過簡化計(jì)算初步擬定剖面尺寸。 （ 2）穩(wěn)定分析 在持久狀況和偶然狀況下進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，保證壩體不至沿壩基面或地基中的 軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)。 （ 3）應(yīng)力分析 使壩體應(yīng)力在承載能力和正常使用極限狀態(tài)下滿足設(shè)計(jì)要求，保證壩體和地基不產(chǎn)生強(qiáng)度破壞。 （ 4）確定設(shè)計(jì)剖面 在滿足設(shè)計(jì)原則條件下的經(jīng)濟(jì)剖面確定為設(shè)計(jì)剖面。 （ 5）構(gòu)造設(shè)計(jì) 根據(jù)施工和運(yùn)用要求確定壩體的構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、分縫、止水等。 （ 6）地基處理 包括地基防滲、排水、斷層破碎帶的處理等。 《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ DL5108— 1999）就壩體斷面設(shè)計(jì)的原則作了如下規(guī)定：“混凝土重力壩一般以材料力學(xué)和剛體極限平衡計(jì)算成果作為確定壩段面的依據(jù)?！币话悴捎?數(shù)學(xué)規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法求得最優(yōu)剖面。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用材料力學(xué)和可靠度理論進(jìn)行壩體設(shè)計(jì)。 重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖 3— 1，在已知壩高 H、水壓力 P、抗剪強(qiáng)度參數(shù) f、 c 和揚(yáng)壓力 U 的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。 對(duì)于完整、堅(jiān)硬的基巖， f、 c 值較大，剖面尺寸主要由上游面不出現(xiàn)拉應(yīng)力的條件控制，上游壩坡較陡，甚至可做成倒坡（ n0），但倒坡對(duì)施工不利，立模澆筑砼存在一定難度， 在空庫時(shí)壩址易出現(xiàn)拉應(yīng)力。 對(duì)于完整性較差、較軟弱的巖基， f、 c 值較小，需要將上游壩坡放緩，以便借助上游壩面上的水重幫助壩體維持穩(wěn)定。但當(dāng) n 太大時(shí)，在滿庫情況下，合力可能超出底邊三分蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ９ 點(diǎn)，壩踵易出現(xiàn)拉應(yīng)力。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡坡率 n=0～ ，取 n＝ ，常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游的；下游壩坡坡率 m=～ ，取 m＝ ；底寬約為壩高的 ～ 倍。 圖 31 重力壩的基本剖面圖示 擋水壩剖面設(shè)計(jì) 擋水壩剖面初步擬定 本次設(shè)計(jì)擋水壩剖面主要對(duì)擋水壩的最大剖面進(jìn)行擬定，并進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度校核。 壩基高程設(shè)計(jì) 確定最大剖面的位置，首先要知道清基后壩基的最低點(diǎn)位置，地基的處理根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL51082021）。 壩基設(shè)計(jì)原則 一般規(guī)定，砼重力壩的基礎(chǔ)經(jīng)處理應(yīng)滿足下列要求： （ 1）具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力； （ 2）具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷； （ 3）具有足夠的抗?jié)B性，以滿足滲透穩(wěn)定，控制滲流量； （ 4）具有足夠的耐久性，以防止巖體 性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化。 壩基開