【正文】 （69）汛期降雨量約占全年降雨量的76%7月份和8月份降雨量約占全年降雨量的54%（天鎮(zhèn)站）表4 月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年日數(shù)蒸發(fā)多年平均蒸發(fā)量 多年平均水面蒸發(fā)量 干旱指數(shù) 表5 多年平均逐月水面蒸發(fā)量表 單位 mm月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年蒸發(fā)量三、水文資料 設(shè)計(jì)年來(lái)水量壩址以上流域內(nèi)多年平均來(lái)水量1940萬(wàn)平方米，其中清水徑流量為1362萬(wàn)立方米，%：，%。根據(jù)洪水痕跡推算（河床糙率采用n=）洪峰流量為1085秒立方米。水文分析報(bào)告借用下墊面產(chǎn)沙條件大體相似的唐峪河恒山水庫(kù)泥沙分析成果中龍蓬峪的侵蝕模數(shù)每平方公里2455噸。表11 下游水位流量關(guān)系曲線 m3/s水位m斷面位置（壩軸線下游）100m200m0102504720824713280215125320185480285675410915585117085014001120164013901650第二節(jié) 工程地形地質(zhì)條件一、地貌庫(kù)區(qū)山坡多系由太古代的花崗片麻巖及第四紀(jì)的黃土覆蓋，山頂大部分為片麻巖組成，黃土覆蓋很薄甚至沒(méi)有，整個(gè)庫(kù)區(qū)皆為荒山野嶺。兩岸均夾有4～5條基本直立、致密而堅(jiān)硬的石英山脈。坡積層:多分布于河流兩岸山坡山麓等近山地帶，成份和顏色等都與山體上方的巖石性質(zhì)有密切的關(guān)系，以片麻巖碎屑及泥沙摻雜。由于坡積物的成因是基巖風(fēng)化物借重力的作用及雨水的搬運(yùn)，而在山坡或山麓堆積下來(lái)，股微具棱角?；◢徠閹r顏色為綠黃色、灰色，成份以石英為主含少量的長(zhǎng)石、云母片或角閃石，質(zhì)地異常堅(jiān)硬；還有以石英、長(zhǎng)石、云母片為主的一種花崗片麻巖，質(zhì)地軟且風(fēng)化嚴(yán)重。三、巖層產(chǎn)狀及構(gòu)造壩址右岸為單斜構(gòu)造，走向東南西北，傾向庫(kù)外，對(duì)儲(chǔ)水不利。山頭及長(zhǎng)城以南均為風(fēng)化的花崗片麻巖，表層破碎比較嚴(yán)重，風(fēng)化層厚度約2～5米。風(fēng)化巖厚度3～6米。，經(jīng)加工便可使用。② 守口堡村西得北山坡，初估黃土儲(chǔ)量5萬(wàn)立方米，土質(zhì)一般，運(yùn)距500米。⑤ 紅、白兩色優(yōu)質(zhì)粘土，分布在孤山廟溝和長(zhǎng)城相交處的東北山坡上，估計(jì)可以出土11萬(wàn)立方米，運(yùn)距1公里左右。表14 基巖物理力學(xué)特性項(xiàng)目單位花崗片麻巖粗?；◢弾r比重t/m3孔隙率%容重t/m3吸水率%抗壓強(qiáng)度干kg/cm2800700濕625590軟化系數(shù)摩擦系數(shù)彈性系數(shù)kg/cm231052105泊桑比滲透系數(shù)新鮮cm/s8105半風(fēng)化3103抗剪強(qiáng)度 巖石/混泥土牢固系數(shù)進(jìn)出口及斷層帶2其它6～8彈性抗力系數(shù)進(jìn)出口及斷層帶kg/cm240其它160～250 。壩址處有鄉(xiāng)級(jí)公路北達(dá)內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)縣，南抵陽(yáng)高縣。，普工由當(dāng)?shù)亟鉀Q。～30年淤積量計(jì)算。 ②淹沒(méi)通往內(nèi)蒙古的鄉(xiāng)級(jí)公路一條，需另開(kāi)新路3000米。水庫(kù)調(diào)洪主要是攔儲(chǔ)洪水、消減洪峰、延長(zhǎng)泄洪時(shí)間，使下泄流量能安全通過(guò)下游河道。故除要考慮水庫(kù)樞紐的水工建筑物自身的安全防洪標(biāo)準(zhǔn)外，還要考慮下游防護(hù)對(duì)象。根據(jù)《水工建筑物》表61即永久水工建筑物正常使用的洪水標(biāo)準(zhǔn)查得3級(jí)建筑物對(duì)應(yīng)的洪水的重現(xiàn)期為50～100年，由表62即永久性水工建筑物非正常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)下限值查得混泥土壩的洪水重現(xiàn)期為500年（3級(jí)水工建筑物）。調(diào)洪計(jì)算就是從起調(diào)開(kāi)始，逐時(shí)段連續(xù)求解這兩個(gè)方程。/s； 計(jì)算時(shí)段，s，其長(zhǎng)短的選擇應(yīng)以能較準(zhǔn)確的反映洪水過(guò)程線的形狀為原則。/s第四節(jié) 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算方案的確定水庫(kù)樞紐調(diào)洪計(jì)算利用程序包采用試算法進(jìn)行計(jì)算。/s；p=%時(shí)。方案三 p=1%時(shí)， m179。/s起調(diào)水位m上游最高水位m最大下泄流量m179。/s。由樞紐的地質(zhì)條件，兩岸及河床巖基均為太古代花崗片麻巖，兩岸基巖風(fēng)化層厚2～5米裂隙發(fā)育，抗壓強(qiáng)度為700～800kg/cm2。否則就需重修截水墻或增加壩體防滲體與壩基截水墻之間連接的工程量。故壩軸線在河床左岸以原截水墻軸線方向?yàn)闇?zhǔn)，對(duì)原截水墻進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)加固。第二節(jié) 壩型選擇和比較根據(jù)水利樞紐庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)地震烈度為7級(jí)，水庫(kù)大壩為中等，壩高在50～60米之間，因此如支墩壩、大頭壩等抗震性能差的壩型不宜采用。 由上述分析，該水利樞紐不宜采用土壩。修粘土心墻時(shí)受地質(zhì)構(gòu)造、季節(jié)影響大，修建工期長(zhǎng)，需施工技術(shù)和施工機(jī)械要求較高。缺點(diǎn)：需要大量人力，不易搞機(jī)械化施工，施工技術(shù)水平要求高，工期較長(zhǎng)。缺點(diǎn)：壩身不能溢流，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)高。壩頂可泄流，壩身底孔泄洪能力大，庫(kù)區(qū)對(duì)外交通方便。綜合上面考慮的幾種壩型，本設(shè)計(jì)決定采用混凝土實(shí)體重力壩。15壩段為擋水壩段為10。2324壩段為擋水壩段，長(zhǎng)32m，每壩段長(zhǎng)16m。考慮到水流對(duì)兩岸的沖刷作用，溢流壩盡量布置在主河床的位置。由于設(shè)計(jì)樞紐位于山區(qū)河流上，河床坡度較大，流域河網(wǎng)發(fā)育，植被差，水土流失嚴(yán)重，致使入庫(kù)水流含沙量較大，沙粒較粗，特別是汛期河流含沙量占全年90%以上，水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題嚴(yán)重，同時(shí)水庫(kù)庫(kù)容較小。 設(shè)計(jì)狀況下： 防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)校核狀況下： 防浪墻頂高程=校核洪水位+h校 h=hl+hz+hch:壩頂高于靜水位的高程；hl:波浪高度；hz:波浪中心線至靜水位的高度；hc:安全加高 多年平均最大風(fēng)速v=?？紤]壩頂承受較大的沖擊力和其他的外荷載時(shí)，則在強(qiáng)度上對(duì)壩頂最小寬度有一定的要求。例如壩頂需作公路、人行道或通道或布置機(jī)械設(shè)備，也需要一定的寬度。壩頂混泥土對(duì)壩體穩(wěn)定及應(yīng)力有一定的影響，因此變化壩頂寬度，在理論上講，也將影響壩體總斷面的經(jīng)濟(jì)性，由壩頂位置一般靠近上游面，故壩頂稍寬些，大致有利一些。二、壩體橫斷面形狀和上下游壩坡的確定壩體斷面上下游壩坡的選擇，必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析，通過(guò)對(duì)各種可能答案進(jìn)行穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算后才能決定。實(shí)際實(shí)際時(shí)，常采用實(shí)際斷面來(lái)代替。根據(jù)規(guī)范要求：非溢流重力壩的基本斷面型式為三角形。最終決定采用的壩體基本剖面尺寸如附圖。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和壓水試驗(yàn)：～兩岸地形較高部位的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。特殊荷載：10. 校核洪水位時(shí)的靜水壓力；11. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；12. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的浪壓力；13. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；14. 地震荷載。4．泥沙壓力：，干容重γd=179。 式中波浪高度hl，波浪長(zhǎng)度L，波浪中心線高于靜水面長(zhǎng)生的雍高為hz。 自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+冰壓力④ 施工空庫(kù)情況。沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析取單寬作為計(jì)算單元，計(jì)算公式為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)： 式中：接觸面以上的總鉛直力；接觸面以上的總水平力； :抗剪斷摩擦系數(shù)，；抗剪斷凝聚力，取750KPa。對(duì)于該水利樞紐重力壩是采用材料力學(xué)方法利用程序《GDAP》對(duì)上節(jié)所述的6種情況進(jìn)行分析計(jì)算。 4. 壩內(nèi)主應(yīng)力和： 以順時(shí)針為正，當(dāng)時(shí)，自豎直線量??；當(dāng)時(shí)，自水平線量取。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，特殊荷載比基本組合荷載增加820%，而［K］則允許降低510%。 h—計(jì)算點(diǎn)的靜水頭，m3壩體下游面的最大主壓應(yīng)力，不得大于混凝土的容許壓應(yīng)力。設(shè)計(jì)成有壓洞時(shí)，洞中充滿高壓水流，對(duì)壩體應(yīng)力應(yīng)力影響大，不利于壩體的穩(wěn)定，使洞身的襯砌造價(jià)高（鋼板襯砌），故一般將排沙泄洪洞常設(shè)置成無(wú)壓洞，在本水利樞紐中采用施工方便，工程造價(jià)相對(duì)有壓洞較小，壓板式進(jìn)口設(shè)計(jì)計(jì)算方式，即進(jìn)口一小段有壓段，在工作閘門后，根據(jù)規(guī)范要求，洞頂高出水面30cm以上，以保證水流流態(tài)為無(wú)壓，水面不接觸洞頂。底孔泄流與下游銜接形式采用挑流消能，選擇的根據(jù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的公式和方法同溢流壩下游消能方式相同，為了減少下游水位對(duì)挑流水流的頂托影響，使射流很快挑出水面，且由于底孔單孔較大，對(duì)巖基的沖刷能力大，故采用挑射角=30176。底孔檢修門采用閘上封管來(lái)平壓，此種設(shè)備不需設(shè)平壓管，也不易引起閘門震動(dòng)，并在工作門與檢修門之間設(shè)直徑為φ25的通氣孔，供平壓充水排氣用。二、定型設(shè)計(jì)水頭的確定 定型設(shè)計(jì)水頭過(guò)大，在通常泄流時(shí)，因水頭較小，過(guò)流能力低，對(duì)低水頭泄洪量小。而且校核洪水極為罕見(jiàn)，同時(shí)在此水頭下堰面泄流時(shí)間很短，故不會(huì)產(chǎn)生工程問(wèn)題。面流消能要求下游水有足夠的水位且比較穩(wěn)定。挑流消能方案主要尺寸的選擇確定：根據(jù)規(guī)范要求：挑射距離的反弧半徑為412倍的收縮水深，挑坎高程應(yīng)高出下游為水位12m，而挑角同時(shí)應(yīng)滿足挑距和沖刷坑深度不危及壩體穩(wěn)定安全，結(jié)合本工程具體情況特點(diǎn)，壩基巖石據(jù)下游水面之距深度都在10m以上，而且抗沖性能較好，179。經(jīng)過(guò)上述比較分析，反弧半徑12m，挑角30176。因此對(duì)天然地基進(jìn)行必要的工程處理，從而提高其工程物理力學(xué)性能。開(kāi)挖方式采用淺孔爆破法，爆破面與開(kāi)挖面間的保護(hù)層厚度取1m，從而保證巖基的完整性。其灌漿材料采用水泥漿。防滲帷幕的深度由作用水頭和基巖的工程性質(zhì)、水文性質(zhì)來(lái)確定。三、壩基和壩體排水1. 為進(jìn)一步降低壩基面的揚(yáng)壓力，通常在帷幕灌漿廊道內(nèi)設(shè)排水孔幕。坐墊采用C15以上的混凝土，來(lái)增強(qiáng)壩與壩基的結(jié)合，以利用基坑阻水，使壩基應(yīng)力均勻擴(kuò)散，提高壩底的抗滑穩(wěn)定性和防滲性。三、壩頂布置在壩頂布置時(shí)，考慮到公路的要求、人行道的布置，及布置打開(kāi)或關(guān)閉閘門時(shí)需要使用的起重機(jī)軌道，還有考慮到壩頂?shù)挠晁欧疟仨毎褖雾斣O(shè)計(jì)有一定的傾斜度，以便于排走路面上的積水。如發(fā)現(xiàn)滲漏量有明顯變化。一般用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量來(lái)觀測(cè)，為此需在遠(yuǎn)離壩址處設(shè)置永久性的水準(zhǔn)基點(diǎn)，并精密測(cè)量基點(diǎn)高程。可觀測(cè)壩體繞曲曲線。2. 研究性觀測(cè)包括：⑴ 壩體和基巖的溫度狀態(tài)。γ懸=179。/s在進(jìn)入汛期的7月1日時(shí)灌溉要求水庫(kù)保證蓄水量為232萬(wàn)立方米，即水庫(kù)庫(kù)容為340+=。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：溢流堰面在設(shè)計(jì)洪水下不得有負(fù)壓，在校核洪水下最大負(fù)壓不超過(guò)36m水柱。下游曲面采用： 根據(jù)上式和壩體幾何關(guān)系，求切點(diǎn)： 求的切點(diǎn)橫坐標(biāo)x= 縱坐標(biāo)y=溢流堰堰頂以下曲線Y=。在高水頭泄水建筑物下游巖石完整的情況下比其他消能方式有更大的經(jīng)濟(jì)合理性。1. 水舌挑距估算: L: 水舌挑距（m） g:重力加速度 v1：坎頂水面流速（m/s）θ：挑射角度30176。其主要由以下部分組成：1. 進(jìn)口頂部橢圓曲線，4=，短半軸取1/3的長(zhǎng)半軸，則方程為，橢圓長(zhǎng)軸與孔軸平行。5. 壓坡段檢修閘門后設(shè)長(zhǎng)4m，坡度1:5的壓坡段，其尾部為工作閘門控制斷面，底孔高度4m。1. 孔口泄流能力計(jì)算公式。/s ?m2. 水舌挑距估算 其中：m/s， m代入方程的L=3. 沖刷坑深度 其中：，, ht=, 代入方程得： t’k= ＜（） 符合設(shè)計(jì)要求4. 下游河床保護(hù)由于沖刷坑深度過(guò)大，破壞河床基巖，再加上排沙底孔工作頻繁，所以要重視下游河床保護(hù)。摻氣水深的計(jì)算公式為： （1）式中：v為未計(jì)入波動(dòng)及摻氣計(jì)算斷面上的平均流速，m/s；為修正系數(shù)，；h為未計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深。溢流堰頂曲線與下游壩體切點(diǎn)處導(dǎo)墻高度的確定 將數(shù)據(jù)帶入公式（1）和（2）得：h=， m/s m取安全超高1m。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)多月，是在孫建生老師的精心指導(dǎo)下完成的。參 考 文 獻(xiàn)1. 林繼鏞. 水工建筑物 第五版. 中國(guó)水利水電出版社. 20082. 吳持恭. 水力學(xué) 第四版. 高等教育出版社. 20073. 葉守澤. 水文水力計(jì)算 中國(guó)水利水電出版社. 19944. 崔冠英. 水利工程地質(zhì) 第三版 中國(guó)水利水電出版社. 19995. 水利部.《混泥土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319—6. 潘家爭(zhēng).《重力壩設(shè)計(jì)》.附錄1 調(diào)洪試算結(jié)果利用水庫(kù)調(diào)洪程序，對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行調(diào)洪