【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，最寬可達(dá)400~500m，二、三級(jí)階地僅殘存一小部分。河谷兩岸支流分布有一級(jí)階地，階地堆積物二元結(jié)構(gòu)清晰，上部黃土、壤土夾碎石，下部卵（礫）石。 （ 2）地層巖性 上壩址引水樞紐位于碼頭村東北渭河干流上，該段河谷部寬 150～ 300m，寬38～ 45m，河床高程 679～ 683m，河漫灘表面高程 ～ ，河床漫灘堆積的卵石層厚度 ～ 。左壩肩山坡巖石體裸露 ，坡面傾角 40～ 50 度。右壩山坡高呈 以下巖體裸露，岸坡陡立，以上為黃土斜坡，坡面角度 20度左右，無(wú)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。 地質(zhì)特性從上至下概況如下： 中沙層（ Q4a1+p1）：黃褐色，長(zhǎng)石、石英質(zhì)，均粒結(jié)構(gòu)，稍濕 — 飽和，松散 — 稍密狀態(tài)，層厚 。 卵石層（ Q4a1+p1）：由石英巖、花崗巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑 58cm，最大 30cm，充填沙 15%。該層遍布場(chǎng)地，稍密狀態(tài)，層厚 。 漂石層（ Q4a1+p1）：由石英巖、花崗巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑 2025cm，最 大 90cm，充填沙 10%，松散 — 稍密，分布廣，層厚 。 園礫層（ Q4a1+p1）：由石英巖碎塊組成，亞園形，一般粒徑 215mm，最大約 50cm，充填沙 10%，夾卵石薄層，松散 — 稍密狀態(tài)，在左岸呈凸鏡體分布，層 厚 。 基巖層（ r5）：花崗巖，淺褐色，主要礦物為長(zhǎng)石，石英巖次之，或黑云母，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，少量裂隙，中等風(fēng)化?；鶐r埋深 ，巖石分類為Ⅱ類。 壩址處地層強(qiáng)透水層，滲透系數(shù) K=。 中砂層有振動(dòng)液化的可能，應(yīng)挖去。 壩址基巖 物理力學(xué)參數(shù) 壩 基砂卵石層物理、力學(xué)指標(biāo)建議值表如下表 1— 2。 表 1— 2 砂卵石層物理 力學(xué)指標(biāo)建議值表 地貌 地層 滲透系數(shù)(m/d) 允許水力坡降 （ i） 承載力基本值f0 (kpa) 變形模量 E0 (Mpa) 摩擦系數(shù)f 6 砂卵石 55 380 26 兩壩肩弱風(fēng)化花崗巖巖體裂隙發(fā)育，比較破碎，巖石和飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rb=90～ 100MPa，巖體縱波速度 Vp=2020～ 3750m/s，完整系數(shù) Kv=～ ，巖體的基本質(zhì)量指標(biāo) BQ=237～ 378，基本 質(zhì)量級(jí)別 III～ IV 級(jí)，巖體物理、力學(xué)指標(biāo)建議值如下表 1— 3。 表 1— 3 壩基巖體力學(xué)指標(biāo)建議值表 巖石名稱 密度 抗剪斷強(qiáng)度 變形模量 泊桑比 ρ f′ c μ g/cm3 — Mpa Gpa — 花崗巖 5 第 二 章 工程總體布置 根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522020）規(guī)定，朱家灘裝機(jī) 9600kw，為五等工程，即?。?2）型水電工程，其主要建筑物為 5 級(jí)建筑物。故朱家灘水電站樞紐設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 10 年一遇，相應(yīng)洪峰流量 Q=3019 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 50 年一遇，相應(yīng)洪峰流量為 Q=5254 m3/s，廠區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為 30年一遇洪水設(shè)計(jì)，相應(yīng)洪峰流量 Q=4547 m3/s， 50 年一遇洪水校核，相應(yīng)洪峰流量 Q=5254 m3/s。 經(jīng)多方案比較，朱家灘水電站選擇樞紐布置在朱家灘村上游 300m 的渭河主干流上，上游距小水河匯入口 。進(jìn)水閘、沖砂閘布置在左岸，廠區(qū)布置在朱家灘下游 100m 渭河一級(jí)階地上，該處的主流靠左岸，河岸開闊有利于布置水電站建筑物。 本引水樞紐工程由三大部分組成，攔河溢流壩、沖沙 閘及進(jìn)水閘，附屬工程有上游防滲、下游消能工程，包括消力池、海漫、防沖槽，工程范圍內(nèi)的兩岸翼墻及護(hù)岸工程。 右岸為進(jìn)水閘， 與溢流壩軸線夾角為 34176。 ，閘底板表面高程為 681m，閘孔寬為 ，設(shè)胸墻 頂部高程為 695m， 底部高程為 685m,胸墻高 10m。 閘室用 C30砼澆筑 ， 閘門為寬 ， 高 4m的平面鑄鐵閘門。 壩軸線垂直河道，壩布置在河中及左岸 。溢流壩長(zhǎng) 130m，壩高 14m，壩底寬，壩頂高程 ，壩底高程 。壩體內(nèi) 填充 漿砌石 ，表面為C15混凝土 。 沖沙閘布置在右岸靠近進(jìn)水 口一側(cè)，沖沙閘 3 孔，每孔寬 4m。沖沙閘為敞開式，上部設(shè) 11m高胸墻，閘門為 4 5m的平面鑄鐵閘門， 四 扇。左邊墩厚 2m，中墩寬 2m，右邊墩寬 2m。閘底板 頂面 高程 679m，閘關(guān)閉后閘門頂高程 684m。閘室頂部高程 700m， 工作閘門閘 墩凈高 16m， 上設(shè)啟閉機(jī)及啟機(jī)房 ；檢修閘門閘墩凈高 11m。 壩、沖沙閘下游 均 采用底流消力池消能， 在壩址下游設(shè)消力池 ,消力坎等 ,促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍 ,通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量 。 消力池底高程 ，池長(zhǎng) 39m，深 2m，池尾檻高程為 ，池用 C25混凝土 澆筑。 有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范見表 51。 表 21 有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范 序號(hào) 名稱 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 1 水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn) SL252— 2020 2 防洪標(biāo)準(zhǔn) GB50201— 94 3 水利工程水利計(jì)算規(guī)范 SL104— 95 4 水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范 SL44— 93 5 水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范 DL5077— 1997 6 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009— 2020 7 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 SL/T191— 2020 8 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（試行） SDJ20— 78 9 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50286— 98 10 城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范 CJJ50— 92 11 水利水電工程設(shè)計(jì)工程量計(jì)算規(guī)定 SL328— 2020 12 水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程 DL5021— 93 13 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范 SL303— 2020 14 水電水利工程圍堰設(shè)計(jì)導(dǎo)則 DL/T5087— 1999 15 水電水利工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)導(dǎo)則 DL/T5114— 2020 第三章 溢流壩壩體設(shè)計(jì) 泄流方式選擇 溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅 要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。 重力壩的泄水方式主要有開敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外還可以排除冰凌或其他漂浮物；設(shè)置閘門時(shí)，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)水位和下泄流量，適用于中小型工程，采用開敞式溢流水庫(kù)有較大的泄洪能力，本設(shè)計(jì)采用開敞式溢流。 洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定 洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定：本次設(shè)計(jì)的溢流重力壩是Ⅴ級(jí)建筑物，根據(jù) GB50201— 94表采用 10 年一遇的洪 水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 50 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。 流量的確定 流量的確定：根據(jù)基礎(chǔ)資料可知，設(shè)計(jì)情況下，溢流壩的下泄流量為3019m3/s；在校核情況下溢流壩的下泄流量為 5254m3/s。 單寬流量的選擇 一般來(lái)說，當(dāng)河谷狹窄、基巖堅(jiān)硬，且下游水深較大時(shí)，可選用較大單寬流量，以減小溢流前緣寬度，便于樞紐布置；當(dāng)河床基巖較軟弱或存在地質(zhì)構(gòu)造等缺陷時(shí)，該值應(yīng)較小些。 以往一般情況，軟弱基巖 20～ 50m3/(),較好基巖 50～ 70 m3/(),特別堅(jiān)硬完整基巖 100～ 150 m3/()。 由該壩址區(qū)的地質(zhì)資料及工程地質(zhì)概況可知該壩址處基礎(chǔ)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石軟弱，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，故可取單寬流量為 45m3/（ ）。 孔口凈寬的擬定 孔口凈寬擬定，分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下溢洪道所需的孔口寬度，計(jì)算成果如下表： 表 3— 1 不同情況下的 孔口凈寬 計(jì)算情況 流量 (m3/s) 單寬流量 q〔 m3/()〕 孔口凈寬 B（ m） 設(shè)計(jì)情況 3019(10%) 45 校核情況 5254(2%) 45 根 據(jù)以上計(jì)算，溢流壩孔口凈寬取 B=130m，因?yàn)橐缌鲏伟匆豢自O(shè)計(jì)，則溢流前緣長(zhǎng)度為 L=130m。 定型水頭的確定 堰上最大水頭 Hmax=校核洪水位－堰頂高程 ==（ m）； 定型設(shè)計(jì)水頭 Hd=（ 75%～ 95%） Hmax=～ （ m）； 取 Hd=， Hd/Hmax=，查表知壩面最大負(fù)壓為： = =（ m），小于規(guī)范的允許值（最大不超過 3～ 6m水柱） ,故最終確定 Hd=，滿足要求。 堰型的確定 溢流面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。設(shè)計(jì)要求：（ 1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；（ 2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；（ 3）體型簡(jiǎn)單，造價(jià)低，便于施工等。 頂部曲線段 （ 1）由于 WES 溢流曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量教省，壩面曲線用方程控制，容易找到切點(diǎn)位置，施工教方便，故采用 WES溢流堰形式。 WES 溢流剖面堰型采用冪曲線公式如下： bdd HxaHy ????????? 其中 dH — 定型設(shè) 計(jì)水頭， 為了防止出現(xiàn)負(fù)壓和得到經(jīng)濟(jì)的剖面，采用堰頂水頭 Hd=(～ ) H0， 取 Hd= H0=4. 8m。 a、 b— 系數(shù)，與堰的上游系數(shù)面傾斜坡度有關(guān)，由《水工建筑物》課本P106 可知，當(dāng)上游面為垂直的時(shí)候 a=,b= ； x、 y—— 以堰頂最高點(diǎn)為原點(diǎn)坐標(biāo)。 化簡(jiǎn)為 xxy ???????? 圖 3— 1 WES 堰堰面曲線 （ 2）堰頂曲線與堰下游面的連接點(diǎn)：堰頂曲線和下游壩面應(yīng)該是光滑連接，即下游壩面直線是堰頂曲線在交接點(diǎn)的切線。這兩條直線的斜率應(yīng)相 等。堰下游面坡度與非溢流壩段的下游面相同為 1： m=1:。設(shè)兩曲線相交點(diǎn)坐標(biāo)為（ x,y） ,易知下游壩面直線斜率為 k=,堰頂曲線在焦點(diǎn)處斜率為曲線方程對(duì) x 求導(dǎo)： )0 2 ( 39。???????????? ???????? kxxy 反弧段設(shè)計(jì) 堰頂高程 ，壩基高程 ，溢流壩高度 14m。堰頂上游為三段圓弧曲線，下游面為反弧段，堰面方程為 yHx d ? ；其后接直線段，坡比 1： ；直線段后接反弧段，反弧半徑根據(jù)下游收縮斷面處水深 hc來(lái)確定。 hc 是通過試算得到的。其具體試算過程如下表： 表 3— 2 上游水位流量關(guān)系 H0 Z H0/Hd P1/Hd m Q hc q Eo φ hc39。 由以上，試算得到收縮斷面水深： hc=。 下游反弧段半徑宜為 R=(4～ 10)hc，對(duì)于該溢流壩段，考慮到多種因素，取R=7m。 一般情況下，壩底寬約為壩高的 ～ ，反映在該溢流壩上，底寬為～ 。但是，考慮到該壩屬于低壩，應(yīng)盡量取大值，最終定為 。 確定上游水位 由上游水位流量關(guān)系，可以繪制上游水位流量關(guān)系曲線。繪制結(jié)果 如下圖： 上游水位流量關(guān)系曲線0 1000 2020 3000 4000 5000 6000流量(m3/s)水位（m） 圖 3— 2 上游水位流量關(guān)系曲線 由以上關(guān)系曲線可以查得： 對(duì)應(yīng)于校 核流量 Q=5254m3/s 時(shí)的上游校核洪水位為 ，相應(yīng)單寬流量為 ，對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)流量 Q=3019m3/s時(shí)的上游設(shè)計(jì)洪水位為 相應(yīng)單寬流量為 ， m3/s。 由下游水位流量關(guān)系曲線可以查得： 對(duì)應(yīng)于校核流量 Q=5254m3/s 時(shí)的下游校核洪水位為 ，對(duì)應(yīng)的下游臨界水深 hK=，相應(yīng)下游水深 ht=，相應(yīng)共軛水深為 ,淹沒系數(shù)σj=； 對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)流量 Q=3019m3/s 時(shí)的下游設(shè)計(jì)洪水位為 687m，對(duì)應(yīng)的下游臨界水深 hK=，相應(yīng)下游水深 ht=,相應(yīng)共軛水深為 ,淹沒系數(shù)σj=。 當(dāng)一般洪水標(biāo)準(zhǔn)情況下，取 Q=，對(duì)應(yīng)的下游共軛水深為 ,相應(yīng)下游水深 ht=,淹沒 σ j=。 消能防沖設(shè)計(jì) 由于溢流壩下泄的水流具有很大的動(dòng)能，常高達(dá)幾百萬(wàn)甚至幾千萬(wàn) KW，如此巨大的能量，如不妥善處理，勢(shì)必導(dǎo)致下游河床被嚴(yán)重沖刷，甚至造成塌滑岸破和大壩失事。所以消能措施的合理選擇和設(shè)計(jì)對(duì)樞紐布置、大壩安全及工程量具有重要意義。 《水工建筑物》及《混 凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》可知消能的設(shè)計(jì)原則是： 1）盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上； 2）不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷； 3）下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，工程量小。 確定消能形式 （ 1）挑流消能 :挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋