【正文】 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 15 曲線計算05000100001500020200250001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12系列3系列6系列7 圖 24 銅錢壩水庫調(diào)洪演算工作曲線 調(diào)洪演算工作曲線繪出后，先對百年一遇設(shè)計洪水進行調(diào)洪演算。 對于千年一遇設(shè)計洪水與百年一遇洪水調(diào)洪演算方法相同，求得最大泄量為 3/ms，相應(yīng)最高水位即校核洪水位為 608m。宜采用直線。 各壩線的工程地質(zhì)條件：中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部，巖層強烈褶皺，斷裂發(fā)育，壩基及壩肩兩岸均坐落于 含炭砂質(zhì)板巖、硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上。 ③ Ⅲ ~Ⅲ線：左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶，壩基有 4F 斷層斜交通過，巖石透水性較強， /L dm?? ，底板埋深大于 50m，為壩下滲透的主要通 道，右壩肩坐落于 1F 、 5F 、 12F 斷層交會軟弱帶上。建筑物應(yīng)運用靈活可靠，其泄洪能力必須滿足宣泄設(shè)計洪水、校核洪水要求，并應(yīng)滿足排沙、排冰的要求。 3．設(shè)計地震烈度為 8度、 9度地區(qū)或 1 級、 2級土石壩，應(yīng)論證是否設(shè)泄水湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 19 底孔。 6．泄水建筑物宜布置在岸邊巖基上。 壩型選擇 壩型選擇應(yīng)綜合考慮下列因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定： 1. 壩址區(qū)河勢地形、壩址基巖、覆蓋層特征及地震烈度等地形地質(zhì)條件： 2. 筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置和運輸條件； 3. 施工導(dǎo)流、施工進度與分期、填筑強度、氣象條件、施工場地、運輸條件和初期度汛等施工條件； 4. 壩高：高壩多采用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩 ，低壩多采用均質(zhì)壩，條件合適時宜采用混凝土面板堆石壩； 5. 樞紐布置、壩基處理以及壩體和泄水、引水建筑物等的連接； 6. 運行條件：如對滲漏量要求 高低，上、下游水位變動情況，分期建設(shè)等； 7. 壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價。大壩與基巖接觸面抗剪強度大、壩基巖體內(nèi)沒有軟弱結(jié)構(gòu)面 和可能滑動的巖體或其抗剪強度滿足抗滑穩(wěn)定的要求，不致在水推力作用下沿之產(chǎn)生滑動，否則要采取阻滑措施。 3. 壩基 (肩 )應(yīng)有良好的抗?jié)B性，在庫水上下游水頭差作用下不發(fā)生大量滲漏、不產(chǎn)生過大揚壓力，也不會產(chǎn)生巖體的軟化、泥化和軟弱夾 層、斷層破碎帶的滲透變形。 拱壩對地質(zhì)、地形條件的要求 拱壩的外荷載主要是通過拱的作用傳遞到壩端兩岸，所以拱壩的穩(wěn)定性主要是依靠壩端兩岸巖體維持。 各壩的特點 重力壩的特點 （一） 優(yōu)點 1. 對地形地質(zhì)條件適應(yīng)較強。 （二）缺點 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 21 1. 壩底揚壓力較大。 3. 拱壩超載能力很強，其破壞時所達到的荷載可達設(shè)計荷載的 7～ 11倍 (只要拱肩有足夠的穩(wěn)定性 )。 6. 近年來，拱壩壩頂或表孔大流量泄洪已趨普遍，單寬流量已超過200m3/s。 土石壩的特點 (一 ) 優(yōu)點 1. 散粒體結(jié)構(gòu)，就地取材。 5. 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，便于維修，加高和擴建 . 6. 施工技術(shù)簡單，工序少，便于組織機械化快速施工 . (二 ) 缺點 1. 壩頂不能溢洪，一般要另設(shè)溢洪道 (洞 ). 2. 施工導(dǎo)流不如砼壩或漿砌石方便 . 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 22 3. 粘性土料的填筑受氣候影響較大 . 4. 沉陷和不均勻沉陷大。 均質(zhì)壩，壩體基本上由一種透水性較小的土料填筑而成，這種壩型土料單一，施工方便，便于質(zhì)量控制，同時壩址附近有材料性質(zhì)適宜，數(shù)量足夠的土料時，宜優(yōu)先采用。臨時建筑物有導(dǎo)流圍堰，導(dǎo)流洞和臨時工作橋等。 水電站建筑物有電站廠房，進廠房壓力鋼管，開關(guān)站等 。 4. 樞紐中各建筑物布置要緊湊，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。溢洪道 堰頂高 程 597m，分 5孔，每孔凈 寬 13m，大壩 為均質(zhì) 土石 壩， 消能方式采用挑流 消能 壩體剖面擬定 壩坡 土石壩的壩坡取決于壩型、壩高、壩體和壩基材料的性質(zhì)、壩體所承受的荷載以及壩的施工情況和運用條件等因素。地基條件好、土料碾壓密實的，壩坡可以陡些，反之則應(yīng)放緩。 土石壩壩坡確定的步驟是：根據(jù)經(jīng)驗用類比法初步擬定，再經(jīng)過核算、修改以及技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 根據(jù) Ⅲ — Ⅲ 線地質(zhì)圖，結(jié)合工程實際情況考慮取壩底高程 570m，因此 壩高約47m。 ② 下游壩坡： 1:。當(dāng)無特殊要求時， 高壩的壩頂最小寬度可選用 10～ 15 m，中低壩可選用 5～10 m。 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 25 ① 設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高，②校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。 Y=R+e+A ?cos2 20mgHDKve ? KR ? △ ?tanh 3/14/ DVh ? 式中 R—— 波浪在壩坡上的最大爬高， m。根據(jù)壩的等級和運用情況 計算情況 見表 33； 表 33 壩頂高程計算表 運用情況 靜水位 (m) R(m) e(m) A(m) △ h(m) 壩頂高程 (m) 設(shè)計情況 校核情況 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 26 驗算：壩頂高程 ??? ??? m 0 7 0 0 ，即設(shè)計洪水位 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742020）的規(guī)定，壩頂高程取上 計算成果中大值，故壩頂高程為 。大壩外坡坡率為一 級坡 1：，二級坡 1： ，按壩高 20m 變坡。 貼坡排水不能降低浸。則初步擬定為。為防止壩 頂?shù)陀谠O(shè)計高程，壩高預(yù)留沉陷量，按壩高的 2％預(yù)留沉陷值。 Hm—— 壩前水域平均水深， m。 計算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值。 本壩頂無交通要求，對中低壩最小寬度 BBmin=5m取 B=6m。 ③ 馬道：第一級馬道高程為 597m，第二級馬道高程為 585m。土質(zhì)緩 取值比心墻壩可適當(dāng)偏陡 ① 上 游壩坡： 1:。 在變坡處可根據(jù)需要確定是否設(shè)置馬道，碾壓土石壩上下游壩坡常沿高程每湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 24 隔 10— 30m 設(shè)置一條馬道，其寬度不小于 ，用以攔截雨水，防止沖刷壩面，同時也兼作交通、檢修和觀測之用，還有利于壩坡穩(wěn)定。砂土和堆石的穩(wěn)定壩坡為一平面，可采用均一坡率。心墻壩上下游壩殼多采用強度較高的非粘性土填筑，所以壩坡一般比均質(zhì)壩陡。 銅錢壩水庫主要由擋水建筑物大壩、泄水建筑物隧洞和溢洪道組成。 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 23 2. 樞紐布置應(yīng)該滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。 泄水建筑物有溢洪道，排沙洞，導(dǎo)流洞。地基適應(yīng)能力強，對地基要求比 比混凝土低；施工技術(shù)較簡單，工序少，便于機械化施工；結(jié)構(gòu)簡單便于管理、維修、加高和擴建；土壩理論、試驗及計算技術(shù)的發(fā)展加快了設(shè)計進度，保障了大壩設(shè)計的可靠性。綜合以上資料，參閱《設(shè)計手冊》以及聯(lián)系工程實際情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 3. 必須采取防滲措施。但在計算拱肩穩(wěn)定時，則應(yīng)考慮揚壓力。 (世界壩高 100m 以上的拱壩有 40 座建在 7～ 8度以上的地震區(qū) )。 拱壩的特點 1. 拱壩在水平外荷載作用下的穩(wěn)定性主要是依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，并不全靠壩體自重來維持穩(wěn)定，這是拱壩的一個主要工作特點。 3. 重力壩 結(jié)構(gòu)簡單、體積大，有利于機械 化施工。壩端下游側(cè)應(yīng)有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。 5. 重力壩可以從壩頂宣泄大量洪水，下游河床巖體應(yīng)具有對高速水流的抗沖能力，以免沖刷坑向上游擴展，威脅大壩安全。重力壩對壩基巖體承載力的要求低于拱壩。 9. 軸線較長的土石壩根據(jù)地形、地質(zhì)及料場的具體條件，可分段采用不同壩型，但在壩型變化處應(yīng)設(shè)置漸變段 。低壩采用軟基上埋 管時，必須進行技術(shù)論證。 5．泄水和引水建筑物進、出口附近的壩坡和岸坡，應(yīng)有可靠的防護措施?？刹捎瞄_敞式溢洪道和隧洞。但Ⅲ ~Ⅲ線巖石透水性較強，仍需要進行地基處理。右壩肩下方有 5F 斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 18 設(shè)計地震烈度為 8度、 9 度的地區(qū)不宜采用折線。 表 25 千年一遇洪水調(diào)洪計算表 時 間 (h) 入庫 Q (m3/s) 平均入庫Q (m3/s) 水位Z1(m) V1/△ tq/2 V1/△t+q/2 q (m3/s) 水位 Z2 （ m） 12 13 15268 14 4432 4487 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 16 表 26 百年一遇洪水調(diào)洪計算表 時 間 (h) 入庫 Q (m3/s) 平均入庫Q (m3/s) 水位Z1(m) V1/△ tq/2 V1/△t+q/2 q (m3/s) 水位 Z2 （ m） 13 13133 14 3024 15 2400 調(diào)洪計算成果匯總見表 27 表 27 P(%) ? ?mZ m ? ?3 /mq m s 下游水位 ??m 1 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計 17 第三章 樞紐總體布置、壩型選擇 壩址選擇 中壩址與下壩址工程地質(zhì)條件比較見下表 ： 壩址工程地質(zhì)條件比較表 中壩址 下壩址 地形地貌 河道形態(tài) 平直 轉(zhuǎn)彎 河床寬度 80100m 90100m 左岸坡度 3540度 50度 右岸坡度 45度 30度 河床覆蓋層 巖性 河床巖性 左半部軟，右半部硬 右半部軟，左半部硬 壩基巖石完整性 巖石較完整 巖石破碎 左壩肩 巖 石軟，強風(fēng)化層 821m 巖石硬，強風(fēng)化層 13m 右壩肩 巖石硬強風(fēng)化層 1036m 巖石軟 炭質(zhì)層分布 右岸分布厚度大 左岸不連續(xù)薄層狀 下游沖刷坑 巖石大部軟 巖石破碎 地質(zhì)構(gòu)造 褶曲 順壩線方向 河床偏左 斷層左壩肩 有 F4，應(yīng)處理 F7應(yīng)處理 斷層右壩肩 F1， F5， F12應(yīng)處理 有小斷層擠壓帶 裂隙 河床有緩傾角裂隙 河床有緩傾角裂隙 物理地質(zhì) 左壩肩 基巖石滑坡約 10萬立方米，風(fēng)化嚴重，應(yīng)處理 局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理 右壩肩 局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理 風(fēng)化嚴重 通 過上述綜合比較，中壩址地質(zhì)較好，故選擇了中 壩址建壩 壩軸線選擇 1．壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟比較確定。隨后，因隧洞閘門已全開而來水量仍然繼續(xù)增大，故進入自由泄流情況，庫水位被迫上升，由初時段的泄量 1q 查( / / 2)q V t q?? 曲線得 11/ / 2V t q?? ，加上 1()Qq? 值后得 22/ / 2V t q?? 值，再回查 ( / / 2)q V t q?? 曲線得 2q ，以此方法計算，最后求得最大泄量為 3/ms，相應(yīng)最高水位即設(shè)計洪水位為 。 取 1 3 6 0 0t? ? ?小 時 秒， 根據(jù)庫水位 ~下泄流量曲線，即可計算相應(yīng)工作曲線，計算步驟見表 24。淹沒出流的一般試算步驟是：首先假定上游水位，再假定下游水位，然后由流量公式求出各項流量。 大壩庫水位庫容 Z— V關(guān)系曲線如圖 22，大壩下游河道水位流量 Z— Q關(guān)系曲線如 下圖所示： 5605705805906006106206306400 5000