【文章內容簡介】 區(qū)（℃）,不能滿足施工溫控要求。而且，支墩壩不能滿足泄洪要求，故不應修建支墩壩。砼重力壩砼重力壩是一種古老而應用很廣的壩型，它因主要依靠壩體自重產生的抗滑力維持穩(wěn)定而得名。重力壩是在水壓力及其他荷載的作用下，依靠壩體自身重量產生的抗滑力來滿足穩(wěn)定的要求；同時依靠壩體自重在水平截面上產生的壓應力來抵消由于水壓力所引起的拉應力，以滿足強度的要求。重力壩之所以得到廣泛采用，是因為其具有以下優(yōu)點：（1）安全可靠。重力壩剖面尺寸大，壩內應力較低，筑壩材料強度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫頂、滲漏、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強。據統(tǒng)計，在各種壩型中，重力壩的失事率是較低的。（2）對地形、地質條件適應性強。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。因為壩體作用于地基面上的壓應力不高，所以對地質條件的要求也較低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。（3）樞紐泄洪問題容易解決。重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內不同高程設置泄水孔，一般不需另設溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。（4）便于施工導流。在施工期可以利用壩體導流，一般不需要另設導流隧洞。（5）施工方便。大體積砼，可以采用機械化施工，在放樣、立模和砼澆筑方面都比較簡單，并且補強、修復、維護或擴建也比較方便。（6）結構作用明確。重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨立工作，結構作用明確，穩(wěn)定和應力計算都比較簡單。與此同時，重力壩也存在以下缺點：（1）壩體剖面尺寸大，材料用量多。（2）壩體應力較低，材料強度不能充分發(fā)揮。（3）壩體與地基接觸面積大，相應壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利。（4）壩體體積大，由于施工期砼的水化熱和硬化收縮，將產生不利的溫度應力和收縮應力，因此在澆筑砼時，需要有較嚴格的溫度控制措施。砼重力壩按壩體結構形式分為：實體重力壩、寬縫重力壩和空腹重力壩。 實體應力壩砼重力壩 寬縫應力壩 空腹重力壩（1）實體重力壩：適應于大型機械化作業(yè)，施工速度快，工期短，符合本工程提前受益、盡早建成的要求，早日供水發(fā)電。（2）寬縫重力壩：與實體重力壩相比可節(jié)省砼10～20%以上，且應力條件好，壩體砼散熱快。但其施工模板用量多，且寬縫的側坡倒懸模板部分立模比較困難，分期導流不便；在嚴寒地區(qū)，要對寬縫采取保溫措施，防止表面產生溫度裂縫，因而施工干擾大，工期長。（3）空腹重力壩：較實體重力壩節(jié)省砼20～30%，并具有節(jié)省壩基開挖量，利于砼散熱，可在空腹中布置電站廠房等優(yōu)點；但空腹重力壩設計繁難，施工復雜，工期長，鋼筋和模板用量較實體重力壩多，且應力情況比較復雜。三、壩體選型由上述可知，土石壩、堆石壩、砼拱壩、砼支墩壩、砼實體重力壩、砼寬縫重力壩和砼空腹重力壩各有優(yōu)缺點。綜合考慮各種壩型，并結合本次設計要求（提前受益，使工程盡早建成），選擇砼實體重力壩作為本次設計的壩型。第三節(jié) 樞紐布置水利樞紐布置的任務就是根據組成建筑物的形式、功能和運行方式研究各種建筑物的相互位置。影響樞紐布置的因素有自然因素和社會因素兩種，包括地形、地質、水文、施工運行條件等，是設計工作中一項復雜而具有全局性的工作。選擇合理的樞紐布置對工程的經濟效益和安全運行有決定作用。所以，需在充分掌握基本資料的基礎上，認真分析各種具體條件下各種因素的變化和相互影響，研究壩址和主要建筑物的適宜形式，擬定若干可能的布置方案，從設計、施工、運行、經濟等方面進行論證、綜合比較，選擇最優(yōu)的布置方案。，屬大Ⅰ型工程，水庫主要任務是調節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農業(yè)用水、城市人民生活用水，其所在流域汛期具有“峰高量大、漲落迅速”的特點，并攜帶有大量泥沙。根據樞紐的任務和目的，并結合灤河流域的自身特點，確定本樞紐建筑物的組成為：擋水壩、溢流壩、取水建筑物、泄洪底孔及電站等。進行樞紐布置就是研究這些建筑物的相互位置。一、樞紐布置的一般原則（1）壩址、壩及其他主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到：施工方便，工期短，造價低。（2）樞紐布置應當滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。（3）在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價和年運轉費用。（4）樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結建筑。（5）盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水、早期發(fā)電或灌溉）。（6）樞紐的外觀應與周圍環(huán)境相協(xié)調，在可能的條件下，注意美觀。二、各類建筑物的具體要求擋水壩主要是攔截水流，形成水庫，將其布置在河岸的兩邊。溢流壩主要起泄洪作用，前緣應正對上游來水的主流方向，下游出口方向最好與主流槽水流方向一致。溢流壩應建在堅硬完整的巖基上，為減少下泄水流對其他建筑物的影響，有時需在溢流壩與這些建筑物之間布置導墻，沖沙孔常布置在廠房進水口附近，其高程應滿足運用要求。本樞紐中，溢流壩的尺寸大概估算如下：洪水資料顯示，萬年一遇洪水流量為59200m3/s，泄水孔在設計資料中設定有19孔，單寬流量為208 m3/s，泄洪底孔有4個，起輔助泄洪、排沙、放空水庫等作用。泄洪底孔即深式泄水孔，起輔助泄洪、排沙、放空水庫等作用。電站水電站進口水流應順直，不發(fā)生旋渦和橫向水流，尾水應順暢。廠房壩段與底孔并排布置，有以下優(yōu)點：（1）可以保證電站經常引用活水，不會有泥沙淤積。（2）將電站壩段與底孔壩段同寬布置，可以共用啟閉機設備，節(jié)省投資。（3）便于管理、維修。三、方案比較現(xiàn)擬定兩個樞紐布置方案進行比較分析：方案一是將擋水壩段布置在河岸兩邊，電站、底孔布置在右岸，溢流壩段布置在偏左岸。方案二是將擋水壩段布置在河岸兩邊，電站、底孔布置在左岸，溢流壩段布置在右岸。比較如下：方案一此方案有如下優(yōu)點：（1）交通便利，對外交通在右岸，上壩及運送機組等較為方便。（2）出線省，節(jié)省投資。因電力用戶在右岸，可以縮短出線線路，（3）進口水流條件好，無旋渦及橫向水流。（4）壩址處的主河床在右岸，電站布置在主河床，開挖量少。（5）底孔緊靠電站壩段，有利于電站排沙，減少泥沙對水輪機的沖刷，且底孔閘門和電站進水口共用一臺啟閉機，減少啟閉設備。但也存在以下缺點：（1）右岸地勢較狹窄，且有不穩(wěn)定巖體，對布置廠房不利。（2）溢流壩溢流時，側向水流影響下游尾水。（3）靠右岸的溢流壩挑流時，影響第三巖層的穩(wěn)定性。方案二該方案有如下優(yōu)點：（1）左岸地勢開闊，便于布置電站廠房和開關站。（2）泄洪時，水流均在河槽中，可保證兩岸免受沖刷。（3）河床沖刷問題易解決。主要缺點如下：（1）對外交通和電力用戶均在右岸，電站供電需架設專門線路過壩，且必須在工程建成之后，這樣就延誤了機組的發(fā)電時間，使工程不能提前收益。（2）尾水渠的開挖量太大。安裝高程是通過尾水位來確定的，為了充分利用水頭，尾水位必須與下游天然水位一致，而左岸階地較高，需要開挖一部分，并且尾水渠出口也不能在附近與天然河床相接，這樣，容易被底孔沖砂填塞，而必須開挖很長一段，才能進入主河槽。分析對上述兩個方案，結合本工程必須提前受益，盡早建成的要求，并從施工、經濟等各方面對比，選擇方案一比較符合工程要求。對方案一所存在的問題，可用以下方法進行處理：（1）陡峭的不穩(wěn)定巖體開挖完成緩坡，并進行噴錨支護。（2）電站與底孔之間設導墻，直至尾水影響較小處。（3）對第三巖層進行特殊處理，以確保安全。四、結論綜合考慮比較，結合本工程的實際，選方案I合理。第三章 壩體剖面設計剖面設計是重力壩設計的重要環(huán)節(jié)，主要任務是選擇一個即滿足穩(wěn)定和強度要求，又使得壩體工程量最小，外形輪廓簡單，施工方便，運行可靠的剖面。重力壩剖面設計的原則是：（1）滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；（2）工程量最少；（3）運用方便；（4）便于施工。第一節(jié) 壩頂高程確定及檔水壩剖面設計根據重力壩設計規(guī)范規(guī)定，壩頂寬度一般為壩高的8%～10%，一般不小于2米。上、下游坡度范圍分別為n=0～=～,～。本工程中的壩高計算是： =102m，折坡點以下坡率n=，下游坡率m=，最大壩高103m，壩頂高程228m，具體計算結果如下：計算公式：1）壩頂高于水庫靜水位的超高值△h：△h=2hL+h0+hc (1)式中：2hL—波浪高度；H0—波浪中心線至水庫靜水位的高度；hc—安全加高，對I級工程設計情況時hc=，校核情況時取hc=。2）波浪高度2hL 2hL =(m) (2)式中：V—計算風速(m/s)，在設計洪水位（正常蓄水位）～，校核洪水位時， m/s。 倍。D—吹程（km），水庫處吹程D=3km。3）波浪中心線至水庫靜水位的高度h0h0=4π（2hL）2/2LL (3)式中：2LL波浪長度2LL =(2hL)(m) (4) 4）防浪墻頂高程▽頂▽頂=▽靜+▽h 式中：▽靜—水庫靜水位計算各組合情況防浪墻頂高程▽頂1）設計洪水位（▽設=）V===2hL=()5/431/3= m2LL=(2hL)= m LL＝ mHo=4（2hL）2/2LL= m▽頂=▽靜+▽h=+++=2) 校核洪水位（▽核=）V=V多= ho= hc=(I級)▽h校=2hL +ho+hc=++=▽頂=▽校+▽h=+=，—=228m（壩頂高程）。第二節(jié) 溢流壩剖面設計溢流壩的剖面，既要滿足穩(wěn)定和強度要求，也要符合水流條件的需要。溢流面曲線由頂部曲線段，中間直線段和下部反弧段三部分組成。設計要求是：①有較高的流量系數，泄流能力大；②水流平順，不產生不利的負壓和空蝕破壞；③體形簡單、造價低、便于施工等。溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克—奧曲線和WES曲線。兩種曲線在堰頂以下（2/5～1/2）Hs（Hs為堰上定型設計水頭）范圍內基本整合，在此范圍以外，克奧曲線肥大一些，用它確定的剖面常超過穩(wěn)定和強度要求?？藠W曲線不給出曲線方程，而給定坐標值，施工放樣不便。WES曲線流量系數較大，且剖面較瘦，工程量較小，壩面曲線用方程控制，施工方便。兩種曲線中WES曲線用途較廣。原點上游橢圓曲線溢流堰頂部曲線以堰頂為原點x2/(aHs)2+（bHsy）2/(bHs)2=1 (5) 式中:aHs、bHs分別為橢圓曲線的長軸和短軸；Hs—定型設計水頭，一般按校核洪水位時堰頂水頭HZmax的75%～95%計算，取Hzmax==，Hs=＝=15m；a—～，在此取a=；b—取 =。所以：橢圓曲線的長軸：(aHs)2＝(15)2＝ 短軸：(bHs)2＝(15)2＝曲線方程為： 橢圓OA段坐標值XY原點下游冪曲線 (6)式中：HS—定型設計水頭（m），Hs=15m；即：y＝，可得切點B的坐標：dx/dy=1/20=1/xB= yB=冪曲線0B段坐標值X136101516Y反弧段的確定反弧段的確定主要有三個方面的內容：①鼻坎高程；②反弧半經R；③挑角θ。鼻坎高程在工程中一般采用下游最高尾水位以上1～2米高。反弧段半徑R0，由水力計算有校核洪水閘門全開時反弧處的水深hc=，一般反弧半徑R0?。?～10）倍的hc，其值取R0=20m。挑角按試驗，一般采用θ=20176?！?5176。在此取θ=25176。圓心高程：▽O′=▽壩+R0COSθ=+20cos25176。=y0′==直線段和反弧段切點C的坐標為：yc=Rocosθ1+yo′=20176。+=其中 ，θ1=176。 =圓心到堰頂的水平距離xO′=xC+Rosinθ1=+20176。=反弧最低點E、yE=（+20cos25176。）20=xE= xO′=xD= xO′+ Rosinθ=+20sin25176。=yD==溢流壩剖面主要特征點坐標AOBCDEO／XOYO第三節(jié) 水力計算一、開敞式溢流孔泄水能力計算 (7) 式中：—流量（m3/s）；—堰頂作用水頭（m）； —溢流堰凈寬（m）；—流量系數，當/ 3時，=m=～ 當/≤3時，m=～； g—重力加速度（m/s2），g＝ m/s2?！獋仁湛s系數可取，=～； —淹沒系數，＝1。定型設計水頭HS情況下的流量系數m和其它作用水頭Hz情況下的流量系數mz的比值見下：(《水工設計手冊》第六卷P6－175表27－2－1)Hz/Hsmz/m1）、校核情況：HZ== HS== Hz/Hs=查表計算的mz/m＝ ，mz==＝ m3/sq=Q/B=mB=203+1519=345米堰面流速系數, 流速比： S1==KE=（）= 則φ=V=φ（2gs1）1/2=(2)1/2=V1=＝=hc=q/v1=247。=2）、設計情況HZ== Hz/Hs=查表計算的mz/，m＝mz===q=QB=247。345=94m3/sm