【文章內(nèi)容簡介】 行。 第三部分 設(shè)計(jì)部分 第四章 水工建筑物設(shè)計(jì) 本樞紐主要的水工建筑物有擋水壩、發(fā)電進(jìn)水口、放空沖砂孔、導(dǎo)流孔。 第一節(jié) 擋水重力壩設(shè)計(jì) 一 . 概述 重力壩是主要依靠自重產(chǎn)生的抗滑力來維持穩(wěn)定的古老壩型。是用混凝土或漿砌石修筑的大體積擋水建筑物。 ㈠ . 重力壩優(yōu)點(diǎn)： 、地質(zhì)條件適應(yīng)性較強(qiáng)； ； 、體積大，有利于機(jī)械化施工； ，便于分析與設(shè)計(jì)，運(yùn)行期間的維護(hù)及檢修工作量較少。需采用防滲 排水設(shè)施及溫控措施。 ㈡ . 重力壩缺點(diǎn)： 。揚(yáng)壓力的作用會(huì)抵消部分壩體重量的有效壓力，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。需采用各種有效的防滲排水設(shè)施，以減小揚(yáng)壓力，節(jié)省工程量。 ，可能導(dǎo)致壩體裂縫。需采取溫控措施。 ㈢ . 實(shí)體重力壩 實(shí)體重力壩是最簡單的型式，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和施工均較方便，應(yīng)力分布也較明確；缺點(diǎn)是揚(yáng)壓力大和材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，工程量較大。 二 .斷面設(shè)計(jì) ． （依據(jù)： 黃河水利出版社出版，書號(hào)為： ISBN780621710X/TV 325《水工建筑物》高職高專教材 第一章第五節(jié) 重力壩的剖面設(shè)計(jì) P40~P43） ㈠ . 設(shè)計(jì)原則 重力壩斷面設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度要求前提下，力求工程量小、外形輪廓簡單、便于施工、運(yùn)用方便等。 ㈡ . 基本斷面 由于作用于壩上游面的水壓力呈三角形分布，與此作用相適應(yīng)的壩體的基本斷面必須為三角形。從滿足強(qiáng)度要求來看，當(dāng) α＞ 90176。，上游面為倒坡時(shí)，在庫空的情況下，三角形重心超出底邊的三分點(diǎn)，在下游面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而且倒坡也不便施工；當(dāng)α＜ 90176。，可以利用上游面的水重增強(qiáng)穩(wěn)定，但α小到一定程度，在庫滿時(shí)合力可能超出底邊的三分點(diǎn)， 在上游面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。在一般情況下，常使α =90176。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，重力壩基本斷面的上游坡度宜采用 1： 0~1： ，下游面的坡度宜采用 1： ~1： ，壩底寬度一般為壩高的 ~。 不同 α 角的壩體斷面 ㈢ .實(shí)用斷面 1. 壩頂高程 壩頂高程不應(yīng)低于最高洪水位，并要有一定的安全超高值 △ h 。 △ h按下式計(jì)算： △ h=2hc+ho+he 2hc=（ 5/4） D（ 1/3） ho = cth 2LL =（ 2hc） 2hc ：波浪高度。（ m） ho : 波浪中心線至靜水位的高度。（ m） D ：吹程。（ m） H1 ： 壩前水庫水深。（ m） he ：安全超高。（ m） V ： 計(jì)算風(fēng)速。（ m/s） （依據(jù)： 中國水利水電出版社出版，書號(hào)為： ISBN7801245202/TV 294《水工建筑物》教材第一章第二節(jié) 重力壩的荷載及其組合 P18 ，第五節(jié) 非溢流重力壩的剖面設(shè)計(jì) P33）。 由于大壩等級(jí)為四級(jí)，則 校核洪水位下 he= ，校核洪水位為 m, 設(shè)計(jì)洪水位下 he= , 設(shè)計(jì)洪水位為 。 由本設(shè)計(jì)說明書第二章水文水能計(jì)算知： V=18 m/s ；設(shè)計(jì)洪水位時(shí)， V=18 =36 m/s ； D=4 Km； H1=217170=47m 代入公式得出 設(shè)計(jì)洪水位下 ： 2hc 設(shè) = 36（ 5/4） 4（ 1/3） ≈ 2LL =（ 2hc 設(shè) ） =（ ） ≈ （ m） ， H1＞ 2LL 則 ho≈ ， (4π hc178。) (2Ll) π H1 Ll ho 設(shè) =（ ）≈ △ h =2hc+ho+he =++= m 壩頂高程 H 設(shè) = 設(shè)計(jì)洪水位 +△ h=+= 校核洪水位下 ： 2hc 校 = 18（ 5/4） 4（ 1/3） ≈ 2LL =（ 2hc 校 ） =（ ） ≈ （ m） ， H1＞ 2LL 則 Ho ≈ ， ho 校 =（ ）≈ △ h =2hc+ho+he =++ = m 壩頂高程 H 校 = 校核洪水位 +△ h =+= H 設(shè) 與 H 校 相比較，壩頂高程取 。 2. 壩頂寬度 壩頂寬度一般可取壩高的 8%~10%，并不小于 2m 。用 B表示， 則 壩頂寬取 5m 。 3. 上、下游壩坡度 上游壩坡一般為 1﹕ ~ 1﹕ ，下游壩坡一般為 1﹕ ~ 1﹕ ；如上游做成折坡，則起坡點(diǎn)一般在壩高 1/3 ~2/3范圍內(nèi)，起坡點(diǎn)高程還應(yīng)結(jié)合壩上的發(fā)電進(jìn)水口考慮。 本設(shè)計(jì)采用： 上游壩坡為 1﹕ ，起坡點(diǎn)在壩高 1/3范圍內(nèi)，即在 ； 下游壩坡為 1﹕ ，起坡點(diǎn)在 。 壩型見圖 1。 4. 壩基面高程 壩基面要求： ⑴ 具有足夠的抗?jié)B性，以滿足滲透穩(wěn)定，控制流量； ⑵ 具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力； ⑶ 具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基的抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷； ⑷ 具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化。 對(duì)于超過 100m的高壩應(yīng)建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化層下部的基巖上；對(duì)一些中、小型工程，壩高 100~50m 時(shí)，也可考慮建在微風(fēng)化或弱風(fēng)化上部 —— 中部基巖上，對(duì)兩岸較高部位的壩段，其開挖基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。 壩基面高程根據(jù)計(jì)算斷面所處之位置、地質(zhì)條件而定。 根據(jù)壩高及地基條件確定，壩基高程為170m處。 三 . 抗滑穩(wěn)定計(jì)算 抗滑穩(wěn)定計(jì)算按抗剪斷公式計(jì)算。壩體與壩基接觸面的抗剪斷面的抗剪斷摸查悉書記把體與壩基面的抗剪斷凝聚力，按 計(jì)算斷面的位置相應(yīng)的地質(zhì)資料選用。 （依據(jù)： 中國水利水電出版社出版，書號(hào)為： ISBN7801245202/TV 294《水工建筑物》中專教材第一章第二節(jié)至第四節(jié)；黃河水利出版社出版，書號(hào)為： ISBN780621710X/TV 325《水工建筑物》高職高專教材第一章第二節(jié)至第四節(jié)。） 在基本組合中，有設(shè)計(jì)情況或正常運(yùn)用情況。設(shè)計(jì)洪水位情況，指 進(jìn)行壩體穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算時(shí)的設(shè)計(jì)洪水，僅用于以防洪為主的水庫，且正常蓄水位很低者，可以 50年至 100年一遇洪水位時(shí)荷載作為基本組合，一般可不考慮此種組合。本 設(shè)計(jì)的那岸水電站是以發(fā)電為主兼顧灌溉的綜合利用工程。穩(wěn)定計(jì)算采用的荷載組合情況有： 正常高水位情況、校核洪水位情況。 ㈠ . 各情況下的荷載組合計(jì)算 擋水 重力壩 正正 常常 高高 水水 位位 情況荷載計(jì)算表 壩頂高程： 壩基面高程： 上游水位高程： 下游水位高程： + W15 5 7 . 5 2 4 W21 / 2 5 2 . 5 4 2 2 4 2 / 3 4 2 2 7 . 3 9 = 0 . 6 1 W31 / 2 3 8 . 3 3 7 . 7 7 2 4 = 水壓 P1 1 / 2 4 721 0 1/3 47= 力 P2 1 / 2 1 021 0 1/3 10= Q17 . 7 7 8 . 6 7 1 0 Q21 / 2 7 . 7 7 3 8 . 3 3 1 0 Q3 1 / 2 0 . 8 1 03 （ 10） = 浪壓 1 / 2 （2 0 . 4 1 8 / 2 + 2 . 3 2 4 + 0 . 6 9 7 ）（2 0 . 4 1 8 / 2 ）1 0 +1/3 (++)= 力 1 / 2 （2 0 . 4 1 8 / 2 ）21 0 4 7 2 / 3 1 0 . 2 0 9 = 4 0 . 1 9 4 泥沙 Pm1 1 / 2 9 . 5 2 4 . 52tg2( 4 5 176。 1 8 176。/ 2 ) 1 / 3 2 4 . 5 = 8 . 1 6 7 壓力 Pm2 1 / 2 9 . 5 0 . 2 2 4 . 52 揚(yáng) U15 4 . 7 8 1 0 1 0 0 壓 U21 / 2 9 . 2 5 4 6 . 8 9 1 0 2 / 3 4 6 . 8 9 2 7 . 3 9 = 3 . 8 7 力 U39 . 2 5 7 . 8 9 1 0 = U41 / 2 7 . 8 9 2 7 . 7 5 1 0 = 水 平 力（KN） 力 矩 （KNm） 合計(jì) 對(duì) 壩 底 中 點(diǎn) 力 臂（m）Pl自重水重荷 載 計(jì) 算 式垂 直 力（KN） 擋水 重力壩 校校 核核 洪洪 水水 位位 情況荷載計(jì)算表 壩頂高程： 壩基面高程： 上游水位高程： 下游水位高程： + W15 5 7 . 5 2 4 W21 / 2 5 2 . 5 4 2 2 4 2 / 3 4 2 2 7 . 3 9 = 0 . 6 1 W31 / 2 3 8 . 3 3 7 . 7 7 2 4 = 水壓 P1 1 / 2 5 5 . 321 0 1/3 47= 力 P2 1 / 2 2 0 . 6 521 0 1/3 10= Q17 . 7 7 1 6 . 9 7 1 0 Q21 / 2 7 . 7 7 3 8 . 3 3 1 0 Q3 1 / 2 0 . 8 2 0 . 6 521 0 （ 10） = 浪壓 1 / 2 （1 0 . 2 0 8 / 2 + 0 . 9 7 7 + 0 . 2 9 3 ）（1 0 . 2 0 8 / 2 ）1 0 +1/3 (++)= 力 1 / 2 （1 0 . 2 0 8 / 2 ）21 0 4 7 2 / 3 1 0 . 2 0 9 = 4 0 . 1 9 4 泥沙 Pm1 1 / 2 9 . 5 2 4 . 52tg2( 4 5 176。 1 8 176。/ 2 ) 1 / 3 2 4 . 5 = 8 . 1 6 7 壓力 Pm2 1 / 2 9 . 5 0 . 2 2 4 . 52 揚(yáng) U15 4 . 7 8 2 0 . 6 5 1 0 0 壓 U21 / 2 8 . 6 6 4 6 . 8 9 1 0 2 / 3 4 6 . 8 9 2 7 . 3 9 = 3 . 8 7 力 U38 . 6 6 7 . 8 9 1 0 = U41 / 2 7 . 8 9 2 5 . 9 9 1 0 = 水 平 力（KN） 力 矩 （KNm） 合計(jì) 對(duì) 壩 底 中 點(diǎn) 力 臂（m）Pl自重水重荷 載 計(jì) 算 式垂 直 力（KN）㈡ . 抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算： 根據(jù)壩址地質(zhì)資料，結(jié)合壩基巖體分類要求，巖體工程為第Ⅲ級(jí)，取摩擦系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 f Rk??,粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值 ?Rk??610KPa。摩擦系數(shù) f Rk?、粘聚力 f Rk?的材料性能分項(xiàng)系數(shù)分別為 、 。結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅱ 級(jí)， 相應(yīng)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) r0 =。 水壓力、水重、自重、浮托力的分項(xiàng)系數(shù)均取，滲透壓力、淤沙壓力、浪壓力均取 。相應(yīng)設(shè)計(jì)值為： 摩擦系數(shù) f R??粘聚力 ? R?=610/=（ MPa） 選用 C10,抗壓強(qiáng)度材料性能分項(xiàng)系數(shù)為 ,則設(shè)計(jì)值為 f c=10000/=(kPa) 1. 基本荷載組合 （正常蓄水位情況） 的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算： 方法 1 ： ∑ W ==305 （ kN） ∑ P ==122 （ kN） K =f ∑ W/ ∑ P = =＞ f : 壩體混凝土與壩基接觸面的摩擦系數(shù)，對(duì)于微風(fēng)化、弱裂隙的較堅(jiān)固巖石， f =~ ；弱風(fēng)化、弱裂隙的中等堅(jiān)固巖石， f =~ ；這里取 f =。 K ： 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。對(duì)于 3級(jí)別的大壩 K 計(jì)算值應(yīng)不小于 。 方法 2 ： 取持久狀況對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)系數(shù)ψ =， rd = r0 ψ S( )= = 122 （ kN） 1/ rd R( )=1/ rd （ f R?∑ W+ ? R?A） =( + )/ =253 （ kN） r0 ψ S( )＜ 1/ rd R( ) 即 基本組合時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要求。 S( )、 R( )： 作用效應(yīng)函數(shù)和結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗力函數(shù)。 S( )= ∑