【正文】 壩后式壩基地質(zhì) 花崗斑巖 寬 主廠房尺寸 81 18最大壩高 高 副廠房尺寸 6010壩頂中心角 176。 尾水位 導(dǎo)墻高度 11m 發(fā)電機臺數(shù) 4導(dǎo)墻厚度 單機容量 5 萬 kw滿載流量 338m3/s安裝場尺寸 21 18開關(guān)站尺寸 20 75攔河大壩 廠房泄水建筑物 5 第二章 設(shè)計資料 樞紐任務(wù) 本工程同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。 廠房形式為壩后式，主廠房平面尺寸為 18m81m，發(fā)電機層高程： ，尾水管底高程： ，廠房頂高程 ，副廠房平面尺寸為 60m10m，安裝場尺寸為 21m18m，開關(guān)站尺寸為 20m75m,位于左岸。 漁業(yè) 正常蓄水位時，水庫面積為 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。 壩址以上流域面積 2716 平方公里，流域境內(nèi)為山區(qū)，平均高度為 662m，最 6 高山峰達 1921m，流域境內(nèi)氣候濕潤，雨量豐沛，屬熱帶氣候。 氣候特性 （ 1）氣溫 壩址處的多年平均氣溫為 ℃ ，月平均最低氣溫（一月份） 5℃ ，最高（七月份） 29℃ 。 表 2— 1 各月降雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計表 月份 項目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 實際天數(shù) 31 23 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 ~10mm雨日 3 4 5 7 12 12 10 9 8 7 6 4 10~30mm雨日 2 3 4 5 8 9 6 5 4 3 2 1 30mm以上雨日 9 1 1 8 5 6 3 2 2 1 0 0 （ 4）蒸發(fā)量 壩址處多年平 均蒸發(fā)量為 1349mm，其中全年 7 月份為最大，月蒸發(fā)量為217mm， 2 月份為最小，月蒸發(fā)量為 。 水文特性 （ 1）正常徑流 根據(jù)資料分析，壩址處的多年平均流量為 100 秒 m3，多年平均徑流總量為 億 m3，各頻率的月平均量見下表。 施工期各設(shè)計洪水頻率流量見下表。 工程地質(zhì) 庫區(qū)工程地質(zhì) 庫區(qū)巖性以火山巖和沉積巖為主，褶皺規(guī)模不大，均為背斜，兩翼地層平緩，并且不對稱。 庫區(qū)水文地質(zhì)簡單，以裂隙水為主，地下分水嶺均高出庫水位以上。 。 壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的地質(zhì)構(gòu)造，緩傾角節(jié)理延伸短，整體滑動可能性小，但陡傾角節(jié)理較發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理為主，左右岸各有走向互相垂直的二組節(jié)理。 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)見下表。 經(jīng)質(zhì)量檢驗，砂石料符合規(guī)范要求。在正常蓄水位時，需遷移人口 21444 人，拆遷房屋 19240 間，淹沒，浸沒耕地 16804 畝，淹沒森林面積 18450 畝，淹沒縣社建造的二座小型水電站 (裝機 2210kw）等，需賠償費 4120 萬元。 （ 4）壩頂有雙線公路布置的要求。 技術(shù)規(guī)范 混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范（ SD14585）規(guī)定：對于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為，安全系數(shù)為 ；對于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為 ，安全系數(shù)為 ；當(dāng)考慮地震荷載時，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過 30%。 調(diào)洪演算的原理 洪水在水庫中行進時，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝?、流速等均隨時間變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。于是，式中的未知數(shù)僅剩下 2V 、 2q 。 計算步驟如下： 假定三條泄水過程線 1AB ， 2AB , 3AB ，（如圖 3１ a） 1V ， 2V ， 3V (陰影部分面積 )，下泄流量 1Q ， 2Q ， 3Q ； 1V ， 2V ， 3V 在庫容曲線上得出的相應(yīng)的上游水位 1Z ， 2Z ， 3Z ； 1L 的 QZ 坐標(biāo)圖上，繪出相應(yīng)的點),( 111 ZQP ﹑ ),( 222 ZQP )﹑ ),( 333 ZQP （如圖 3１ b） ； 1P ﹑ 2P ﹑ 3P 繪出曲線 2L 交 1L 于 P，對于 P點的泄流量 Q必為攔洪時泄水建筑物最大下泄流量，相應(yīng)的水位 Z即是所求攔洪水位。缺點是當(dāng)水流過壩后需設(shè)置滑雪道 泄槽，并進行合理選型和布置：若同一高程開孔數(shù)量多，該層拱圈削弱較多。 依據(jù) A江水利樞紐的具體情況，全面綜合比較以上所述四種方案，壩外溢洪道泄洪方案和利用導(dǎo)流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案，采用滑雪道結(jié)構(gòu)工程投資遠小于修建壩外泄水建筑物的工程投資，故初步選擇以下方案進行調(diào)洪演算： （ 1） 2表孔 +2 中孔泄洪方案 17 （ 2） 2淺孔 +2 中孔泄洪方案 （ 3） 4中孔泄洪方案 調(diào)洪演算 調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理計算，計算時先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案，計算結(jié)果見后表。 孔口泄流公式 ： 2gHuAQ? (36) 式中： A—— 出口處的面積（ m2） H—— 自由泄流時，為孔口中心處的作用水頭（ m）；淹沒泄流時，為上下游水位差（ m） . ? —— 孔口或管道的流量系數(shù)，淺孔和中孔的 ? 值可用下式計算 : Hau / ??? (37) a—— 孔口高度（ m） g—— 重力加速度（ m/s2） Q—— 下泄流量（ m3/s） 表 31 各泄洪方案 參數(shù) 尺寸 方案 表孔 （數(shù)目寬度） 淺孔 （寬高） 中孔 （寬高） Qmax Hmax 設(shè)計 校核 設(shè)計 校核 4 表孔 +2中孔 4 12 m 6420 7400 18 2 淺孔 +2中孔 m 6550 7050 4 中孔 6550 6850 由調(diào)洪演算確定，設(shè)計洪水時，允許下泄流量為 6750m3/s，方案 2淺孔 +2中孔設(shè)置兩淺孔，孔 口尺寸為 （寬 高），進口底高程為 ，出口底高程為 ；兩中孔，孔口尺寸為 7. 2m（寬 高），進口底高程為 135m，出口底高程為 。 調(diào)洪方案的最終選擇 為減小壩身開孔對壩體空間結(jié)構(gòu)的不利影響 (4 表孔使得壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用 ,4 中孔使得壩體同一高程開孔數(shù)量過多， 該層拱圈削弱過多 )，采用兩淺孔與兩中孔相結(jié)合的方案。 壩后式廠房裝有 4臺 5萬 kW 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長60m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 33m,中孔反弧半徑50m。 19 過木筏道位于右岸。 重力壩 重力壩依靠壩體自重或垂直荷載在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩(wěn)定的要求，利用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度的要求。 其優(yōu)點是： ① 受力條件好，在荷載作用下，拱壩同時起拱的作用和懸臂梁的作用，主要依靠兩岸壩肩和壩基的巖體維持穩(wěn)定，壩體自重對壩體的穩(wěn)定性影響不大； ② 壩的體積小，因為拱壩是一種受壓結(jié)構(gòu)，拱向除拱端外，幾乎全 部受壓，梁向除底部外大部分也是受壓，故可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，厚度可以較小，故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省 1/3～ 2/3； ③ 拱壩超載能力強，安全度高，拱壩通常屬周邊嵌固的高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)外荷載增大或壩的某一部位因拉應(yīng)力過大而發(fā)生局部開裂時，能調(diào)整拱作用和梁作用及其荷載分配，進行壩內(nèi)應(yīng)力重分配，不致使壩全部喪失承載能力，裂縫對于拱壩的威脅不 像 對其他壩型那樣嚴重，拱壩水平裂縫中的揚壓力只會降低壩體懸臂梁的作用，鉛直裂縫會使拱圈未開裂部分的應(yīng)力增加，原來的拱圈變成具有更小曲率半徑的拱圈，壩內(nèi)應(yīng)力重分配，成為 無拉應(yīng)力的有效拱，所以按結(jié)構(gòu)的觀點，拱壩壩面允許局部開裂，另外混凝土具有一定的塑性和徐變特性，在局部壓應(yīng)力特大的部位，變形受限制的情況下，經(jīng)過一段時間，混凝土的徐變變形增大，彈性變形減小，從而這些特大應(yīng)力有所降低，而且三維受力時混凝土的實際極限抗壓強度比單軸時的極限抗壓強度要高，由于以上所述原因，拱壩在合適的地形地質(zhì)條件下具有很強的超載能力，據(jù)國內(nèi)外試驗資料表明，其超載能力可達設(shè)計荷載的 5～ 11 倍； ④ 抗震性能好，由于拱壩是整體性的空間結(jié)構(gòu)，壩體較輕韌，富有彈性，又能自行調(diào)整其結(jié)構(gòu)性能，因此拱壩抗震性能好。在確地壩高的條件下確定混凝土壩的基本破剖面，并在基本剖面的基礎(chǔ)上得到使用剖面?；酒破拭姘磻?yīng)力條件確定壩底最小寬度用如下公式： 2110 )//( ??? ?? cHB (38) 式中 γc=24kN/m3 γ0=10kN/m3 揚壓力折減系數(shù) α1取 則 B= 按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度用如下公式： )/(/ 10 ???? ??? cfKHB (39) 式中 K=1. 05 f= λ=0 α1= 則 B==。 壩頂需要有一定的寬度，以滿足設(shè)備、運行、交通、及施工的需要，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的 8~10%，并不小于 2m，如作為交通要道或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確定，當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊時，把頂最小寬度還應(yīng)滿足強度的要求。 上游折坡的起坡點偽造置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制條件和引水、泄水建筑物的進口高程來選定，一般在壩高的 1/3~2/3 的范圍內(nèi)。工程實踐和實驗表明，巖基上的重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種形式：一種是壩體沿抗剪能 22 力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，包括沿壩與基巖的接觸面滑動以及沿壩基巖體內(nèi)的連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動；另一種是在荷載作用下，上游壩踵以下的巖 體手辣產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩址巖體受壓發(fā)生壓碎區(qū)而引起傾倒滑移破壞。實際工程中的壩基面可能是水平面，也可能是傾斜面。可以作為平面問題處理，使應(yīng)力分析得以簡化。 水平截面上的邊緣正應(yīng)力 ,y? 和 ,y? ? ??? 2, /6/ BMBWy? (311) ? ??? 2, /6/ BMBWy? (312) 式中 ∑W——作用在計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和（向下為正） ∑M——作用在計算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和（逆時針為正 ） B——計算截面沿上下游方向的寬度 當(dāng)水庫正常蓄水且運行較長時間后，通過壩體和壩基的滲透水流，已逐漸形成穩(wěn)定的滲流場，需要考慮揚壓力的作用。 24 拱壩工程量計算利用下式分別對四個壩塊進行計算： 2/)( 1 hAAV ii ???? ? (314) 式 中 ： iA 、 1?iA —— 分別為計算部分壩塊頂部，頂部面積， uR 、 dR ——為上游面半徑，下游面半徑； 其中： ?3 6 0/)( 22 ?? ???? dui RRA （ 315） 式中 ： θ——為該層拱圈中心角； △ h——分塊高度。 壩體形態(tài)選擇 拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。 雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點： ① 由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂直拱的作用，它在承受水平向荷載后，在產(chǎn)生水平位移的同時還 有向上位移的傾向，使梁的彎矩有所減少，而軸向力加大，對降低壩體拉應(yīng)力有利； ② 在水壓力作用下，雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力正好相反?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 33m,中孔反弧半徑為 50m。 廠房及引水系統(tǒng)布置 壩后式廠房裝有 4臺 5萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長60m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一個工作閘門的上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房 頂 高程為175m，中孔啟閉機房 頂 高程為 。其布置為：壩后式廠房為于河床的中 間； 26 進場的公路布置在左岸，從左岸的泄水建筑物泄槽下面穿過；泄水建筑物布置在兩岸徑向穿過壩體，對沖消能；淺孔靠岸邊，中孔靠近河床，以便進流平順；開關(guān)站布置在進場公路的一側(cè)，開關(guān)站長 75m，寬 20m，位于左岸；過木筏道位于右岸，以免過木時影響進場交通；導(dǎo)流隧洞布置在右岸，導(dǎo)流隧洞位臨時建筑物，用后封堵。 本設(shè)計采用我國朱伯芳等建議，作為拱壩的優(yōu)選初始方案： ]/[)( 21 ab HbbKT ??? (42) 式中： K——經(jīng)驗系數(shù)，一般可取 K= b bn1——第一層和倒數(shù)第二層拱圈兩拱端新鮮基巖面之間的直線距離（ m） 〔 a? 〕 ——拱的允許壓應(yīng)力（ t/m3） H ——壩高 將 A 江拱壩數(shù)據(jù)代入得 TB=26m。 ⑵ 在已定壩址處，選定拱壩在平面上的壩軸線，在壩址可利用巖面的等高線上，定出頂拱的中心角和頂拱厚位置。 拱壩布置的 原則： （ 1）壩面力求平順； （ 2）壩軸線布置處應(yīng)使下游有足夠的支撐巖體； （ 3）剖面的倒懸