【正文】 表試算法。（4）將入庫洪水和計(jì)算的兩條曲線點(diǎn)繪在同一張圖上，若計(jì)算的最大下泄流量正好是二線的交點(diǎn)，說明計(jì)算的是正確的。顯然，當(dāng)入庫洪水為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，求得的、 和即為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最大泄流量、設(shè)計(jì)防洪庫容和設(shè)計(jì)洪水位。（2）實(shí)用堰堰流基本公式： （2—7）式中 —淹沒系數(shù)，因?yàn)槭茄蜎]出流取=； —側(cè)收縮系數(shù)，初取=； —流量系數(shù)，初取=； —溢流凈寬度，（m）； —取g； —為堰頂高程與庫水位之差，（m）。 ②. 方案選取 經(jīng)過綜合分析和比較，確定QC水利樞紐工程的泄洪方式采用表孔溢流堰泄洪+電站發(fā)電泄洪（底孔作為安全儲備）。（2） 校核下游巖石抗沖性能 單寬流速： === 查《簡明地質(zhì)手冊》，QC工程壩址下游輝綠巖的抗沖流速為100～200m/s,所以下泄的單寬流量滿足要求，不會危及大壩的安全和工程的正常運(yùn)行，也不會對大壩下游造成破壞性沖刷。所需放水時(shí)間：。 水能計(jì)算 裝機(jī)容量的估算1. 選擇裝機(jī)容量的基本方法水電站裝機(jī)容量有必需容量和重復(fù)容量兩個(gè)大部分組成，必需容量又由工作容量和備用容量組成。計(jì)算得 （2—11）式中 —電站設(shè)計(jì)出力（）； —電站調(diào)節(jié)流量，由式（2—10）求得等于1237； —電站設(shè)計(jì)水頭（m）。 水輪機(jī)選型（1） 反擊式水輪機(jī)①混流式水輪機(jī)：適用水頭范圍廣（30～700m），結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定，且效率高，是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的一種水輪機(jī)。貫流式水輪機(jī)的適用水頭為1～25m，它是低水頭、大流量水電站的一種專用機(jī)型。適用水頭一般為5～100m。 故Ngr=15000/90%=。（3）水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。常選取稍大的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速作為水輪機(jī)采用的轉(zhuǎn)速。4. 水輪機(jī)型號查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》，本工程選用的水輪機(jī)型號為HL220—LJ—550。：適用于機(jī)組轉(zhuǎn)速在以上，優(yōu)點(diǎn)是推力軸承損耗小，裝配方便，運(yùn)行較穩(wěn)定；缺點(diǎn)是機(jī)組布置較高，消耗的鋼材較多。 水輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)表 2—7 水輪機(jī)參數(shù)水輪機(jī)型號額 定出 力N（MW）水頭（m）流量（）轉(zhuǎn)速（）吸 出高 度（m）尾水管型號水輪機(jī)重量（t）轉(zhuǎn)輪總重HL220LJ5501002234H650表 2—8 發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)型號型式額定容量功 率因 素額定電壓U（V）轉(zhuǎn)速（）飛輪力矩(）重量 （t）轉(zhuǎn)子定子總重SF15060/1280全傘式150157501002185200004902651150 同等規(guī)模工程比較由于本工程與福建棉花灘水電站在單機(jī)容量，總裝機(jī)容量及設(shè)計(jì)水頭等許多方面都可進(jìn)行對比，比較如下：秋池與福建棉花灘水電站有關(guān)參數(shù)比較如表29：表29 秋池與棉花灘水電站相關(guān)參數(shù)比較電站 項(xiàng)目設(shè)計(jì)水頭（） 總裝機(jī)容量(萬千瓦)機(jī)組臺數(shù)（臺）單機(jī)容量（萬千瓦）總庫容最大壩高（）棉花灘60415111QC6041590 廠房輪廓尺寸的確定主廠房的長度取決于機(jī)組臺數(shù)、機(jī)組間距、邊機(jī)組段長度和及安裝間長度。①當(dāng)機(jī)組間距由發(fā)電機(jī)尺寸控制時(shí)： （2—15）式中 —發(fā)電機(jī)定子外徑（m），發(fā)電機(jī)定子外徑由制造廠家提供； —風(fēng)道之間的通道寬一般不小于2m。③ 當(dāng)機(jī)組間距有尾水管控制時(shí)：=尾水管出口寬度（包括中墩）+尾水閘墩厚。對于壩后式廠房，機(jī)組段分縫常和大壩分縫一致，此時(shí)，機(jī)組間距將受大壩分縫的影響。（2）邊機(jī)組段長度、邊機(jī)組（離安裝間最遠(yuǎn)的機(jī)組）的長度，除了滿足設(shè)備布置外，為了保證機(jī)組和蝶閥都在吊車工作范圍以內(nèi)，則≥，其中為橋吊主鉤至橋吊外側(cè)的距離，為吊車梁末端擋車板的長度，～。初步設(shè)計(jì)時(shí)，采用公式計(jì)算。 當(dāng)、和確定后，主廠房的總長度為：。主廠房的寬度以縱軸線分為上、下兩部分。主廠房下游寬度，由廠房縱軸線下游側(cè)蝸殼的寬度加蝸殼外圍混凝土厚度（，如作為主通道則應(yīng)滿足吊運(yùn)主機(jī)設(shè)備的要求）與排架柱截面尺寸確定。主廠房的基礎(chǔ)寬度等于上部結(jié)構(gòu)寬度加尾水平臺寬度。下游側(cè)寬度通常取尾水管長度即： （2—17）式中 —水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑。（1）廠房水下部分寬度的確定:①下游側(cè)寬度:主要決定于下游尾水管的尺寸，取。②上游側(cè)寬度:主要決定于發(fā)電機(jī)層地面的設(shè)備的布置及交通要求。尾水閘門槽深30cm。防洪墻在廠房壩段和底孔壩段分縫出也分開設(shè)有橡膠裝置。 最后沖淤平衡以后的攔沙庫容是： （2—20） 式中：—水庫攔沙庫容（）； —多年總來沙量（）； —泥沙浮容重 （T/）；—使用年限。樞紐布置必需使各個(gè)不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在運(yùn)用中相互協(xié)調(diào)，充分有效的發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)，各個(gè)水工建筑物單獨(dú)使用或聯(lián)合使用的水流條件良好，上下游的河道沖淤變化不影響或少影響樞紐的安全運(yùn)行，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，即技術(shù)上安全可靠。在保證方便和安全可靠的前提下，力求做到節(jié)省工程量、便于施工、縮短工期，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最佳的方案。水利樞紐的興建會使周圍環(huán)境發(fā)生明顯的改變。 樞紐建筑物的組成QC水利工程樞紐建筑物由以下幾部分組成： 壩址及壩型的選擇在選擇壩址、壩型時(shí)，應(yīng)研究樞紐附近的地形地址條件、水流條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等。上壩線位于河道直段處，在下壩線上游700m左右處。坡面巖石裸露，坡積層與殘積層較薄，呈零星分布。此外，在弱風(fēng)化下限以下，尚有斷續(xù)的多條緩傾石英脈存在。 圖3—1 QC工程壩線圖 2. 下壩線下壩線位于河道拐彎處起點(diǎn)，河床右岸山體較緩，左岸山體坡度比較陡，兩岸河谷不對稱。下游處河床并不開闊，山體易發(fā)生松動。② 下壩線優(yōu)點(diǎn)：庫容相對較大，工程量相對較小，河床右岸比較開闊。4. 方案選擇根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際的地質(zhì)、地形、水文、設(shè)計(jì)和施工條件，經(jīng)過分析比較后，選定上壩線作為壩軸線位置。支墩壩本身的應(yīng)力較高，對地基的要求也很高，2考慮到如此大的庫容和防洪要求，修建支墩壩也是不可能的。所以，經(jīng)過分析初步擬定采用碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種方案。③ 水電站建筑物：水電站廠房采用壩后式廠房，廠房壩段位于河床靠左岸。 混凝土面板堆石壩樞紐布置① 擋水建筑物：采用混凝土面板堆石壩，壩軸線按直線布置，壩址在上壩線。水電站廠房采用引水式廠房，廠房壩段位于河床坡岸。前期作為導(dǎo)流隧洞，工程蓄水后改建為沖沙放空洞。一期用束窄河床段導(dǎo)流，十分方便；二期采用底孔導(dǎo)流與壩體缺口聯(lián)合泄流，對工程影響不大 。②布置水電站引水系統(tǒng)的壓力管道布置不方便。③工程壩體防滲問題容易解決。③在施工期間，壩體一般不允許過水，施工導(dǎo)流全靠導(dǎo)流隧洞和后期泄洪隧洞泄流，如遇突發(fā)性大洪水，對工程危害極大；且隧洞開挖量大，不利于節(jié)約成本和縮短工期。圖3—3 碾壓混凝土壩方案樞紐布置圖第4章 大壩設(shè)計(jì) 碾壓混凝土重力壩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀碾壓混凝土重力壩在日本應(yīng)用中翻譯為Roller Compacted Dam concrete(RCD),在美國應(yīng)用中翻譯為Roller Compacted concrete(RCC)。此外，利用碾壓混凝土做臨時(shí)性工程（圍堰）效益更加明顯，巖灘、隔河巖、萬安、山仔、水口、水東、五強(qiáng)溪、三峽、大朝山、洪山等工程都才采用碾壓混凝土圍堰，總方量280萬，施工進(jìn)度快，汛期圍堰還可以過水。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上已建成和在建的碾壓混凝土重力壩約80余座。目前在建的四川沙牌薄拱壩，高129m，1999年開始碾壓混凝土施工。試驗(yàn)證明，碾壓混凝土若摻用引氣劑，其抗凍性有較大的提高。（5）在施工中，拌和、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)用的設(shè)備和養(yǎng)護(hù)也都積累了許多經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了一套成熟的方法。（7）探索多種上游面防滲技術(shù)，包括常態(tài)混凝土、瀝青砂漿、鋼筋混凝土面板、預(yù)制混凝土模板勾縫、PVC塑料薄膜和二級配碾壓混凝土防滲層。 荷載的計(jì)算壩體自重是維持大壩穩(wěn)定的主要荷載，其數(shù)值可根據(jù)壩的體積和材料容重計(jì)算確定 （4—1）本工程采用碾壓混凝土筑壩，取容重。 （4—2） （4—3）式中 —壩前水深（m）； —上游壩坡系數(shù)； —水容重，取。作用在溢流面、段的動水壓力一般比較小，可忽略不計(jì)。本工程去。也取。但若庫形特別狹長，應(yīng)以5倍平均庫面為準(zhǔn)。要準(zhǔn)確計(jì)算泥沙壓力是比較困難的，一般可參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按土壓力公式計(jì)算 （4—10）式中 —泥沙對上游壩面的總水平壓力； —泥沙的浮容重； —泥沙的淤積高度； —泥沙的內(nèi)摩擦角，對于淤積時(shí)間較長的粗顆粒泥沙，可??；對于較細(xì)的粘土質(zhì)泥沙，可??；對于極細(xì)的泥沙、粘土和膠質(zhì)顆粒，可取。設(shè)計(jì)烈度在6度以下的可不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，而在9度以上則專門進(jìn)行專門研究。所以不考慮冰壓力。圖 4—4 重力壩失穩(wěn)破壞示意圖（a）沿軟弱面深層滑動示意圖 (b)傾倒破壞示意圖在一般情況中只進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析?；瑒用嫔系淖杌χ挥?jì)摩擦力，不計(jì)凝聚力。（2）抗剪斷強(qiáng)度公式此法認(rèn)為，壩與基巖膠結(jié)良好，滑動面上的阻滑力包括摩擦力和凝聚力，并直接通過膠結(jié)面的抗剪斷試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度的參數(shù)和?？辜魯嗄Σ料禂?shù)，凝聚力和抗剪摩擦系數(shù)的確定，一般是根據(jù)工程的實(shí)際情況，野外現(xiàn)場試驗(yàn)測定來選取。 提高抗滑穩(wěn)定性的工程措施從上述抗滑穩(wěn)定分析可以看出，要提高重力壩的穩(wěn)定性關(guān)鍵在于增加抗滑力。③ 利用地形、地質(zhì)特點(diǎn)，在壩踵或壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻，用以增加抗力提高穩(wěn)定。用材料力學(xué)法計(jì)算壩體應(yīng)力時(shí)，一般沿壩軸線切取單寬壩體作為固接于地基上的變截面懸臂梁，按平面問題進(jìn)行計(jì)算。圖 4—6 壩體應(yīng)力計(jì)算圖（1）水平截面上的邊緣正應(yīng)力和假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布，可用材料力學(xué)偏心受壓公式計(jì)算。根據(jù)力的平衡條件即可求得： （4—15） （4—16）上兩式中 、—計(jì)算截面處上下游壩面的水壓力強(qiáng)度（如有泥沙壓力和地震動水壓力時(shí)也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)）； 、—上下游壩面坡率，、為上下游壩面與鉛直面的交角。（5）有揚(yáng)壓力時(shí)的邊緣應(yīng)力計(jì)算以上公式均未計(jì)入揚(yáng)壓力，當(dāng)計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)邊緣剪應(yīng)力為 （4—23） （4—24）邊緣正應(yīng)力為 （4—25） （4—26）上游邊緣主應(yīng)力為 （4—27） （4—29）下游邊緣主應(yīng)力為 （4—28） （4—30）當(dāng)有泥沙壓力時(shí)，應(yīng)加上泥沙壓力。 由工程水文資料中的，壩址水位—流量關(guān)系曲線查出： 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：。（1）壩頂寬度壩頂需要有一定的寬度，以滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及設(shè)施的需要。（2）壩頂高程壩頂或壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)超出水庫靜水面的高度按下式計(jì)算： （4—36）式中 —為波浪波浪高度（m），對于庫緣地勢高峻的山區(qū)水庫，風(fēng)速=4～16m/s，水庫吹程1～13km的情況，可按官廳水庫公式計(jì)算：2h=（m）； —波浪高出靜水面的高度（m），按下式（m），其中（m）； —取決于壩的級別和計(jì)算情況的安全超高，查表4—3。應(yīng)與壩體在結(jié)構(gòu)上連成整體，墻身應(yīng)有足夠的厚度，以抵擋波浪及漂浮物的沖擊。2. 閘孔尺寸的選定 由于本工程屬于大（1）型工程，工程規(guī)模較大，汛期的洪峰、洪量都較大，所以下泄流量大；同時(shí)考慮下游水流條件，為了便于消能，減少對壩體穩(wěn)定的影響及減小對下游河床的沖刷，閘孔數(shù)宜為單數(shù)。堰頂上半段做成橢圓曲線，下半段做成WES曲線，下游做成挑流鼻坎。溢流面曲線坐標(biāo)、的原點(diǎn)取在堰頂點(diǎn)，上游采用橢圓曲線，其方程為 （439）式中，、分別為橢圓曲線的長軸和短軸。 圖4—10 WES型堰面曲線圖其中反弧段的作用是使溢流壩下泄的高速水流平順地與下游消能設(shè)施相連接。經(jīng)過分析和參考已建工程，選定QC工程溢流壩采用挑流消能。（2）應(yīng)力分析通過荷載計(jì)算，得到：邊緣應(yīng)力表4—8 邊緣應(yīng)力數(shù)據(jù)表 單位：MPa項(xiàng)目截面 工況2—2設(shè)計(jì)情況0校核情況0由以上數(shù)據(jù)可知，兩截面在設(shè)計(jì)和校核情況下，穩(wěn)定和強(qiáng)度均滿足要求。根據(jù)試驗(yàn)和觀測表明，沖坑最深點(diǎn)大致在水舌外緣的延長線上，水舌跳距可用下式計(jì)算： （4—40）式中 —水舌挑射距離（m），是鼻坎末端至沖坑最深點(diǎn)的水平距離； —坎頂水面流速()，； —鼻坎挑射角度； —坎頂平均水深在鉛直方向的投影，即； —坎頂至河床表層高差（m），如沖坑已經(jīng)形成，作為沖坑