【文章內(nèi)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(yīng)修建支墩壩。砼重力壩砼重力壩是一種古老而應(yīng)用很廣的壩型，它因主要依靠壩體自重產(chǎn)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(chǎn)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(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。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(nèi)應(yīng)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(jù)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(zhì)條件適應(yīng)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(yīng)力不高，所以對地質(zhì)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(nèi)不同高程設(shè)置泄水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。（4）便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)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(fù)、維護或擴建也比較方便。（6）結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，因此在澆筑砼時，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。砼重力壩按壩體結(jié)構(gòu)形式分為：實體重力壩、寬縫重力壩和空腹重力壩。 實體應(yīng)力壩砼重力壩 寬縫應(yīng)力壩 空腹重力壩（1）實體重力壩：適應(yīng)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(yīng)力條件好，壩體砼散熱快。但其施工模板用量多，且寬縫的側(cè)坡倒懸模板部分立模比較困難，分期導(dǎo)流不便；在嚴(yán)寒地區(qū)，要對寬縫采取保溫措施，防止表面產(chǎn)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(shè)計繁難，施工復(fù)雜，工期長，鋼筋和模板用量較實體重力壩多，且應(yīng)力情況比較復(fù)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(jié)合本次設(shè)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(shè)計的壩型。第三節(jié) 樞紐布置水利樞紐布置的任務(wù)就是根據(jù)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(zhì)、水文、施工運行條件等，是設(shè)計工作中一項復(fù)雜而具有全局性的工作。選擇合理的樞紐布置對工程的經(jīng)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(chǔ)上，認(rèn)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(shè)計、施工、運行、經(jīng)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(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)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(jù)樞紐的任務(wù)和目的，并結(jié)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(yīng)當(dāng)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(zhuǎn)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(jié)建筑。（5）盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，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(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，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(yīng)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(yīng)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(dǎo)墻，沖沙孔常布置在廠房進水口附近，其高程應(yīng)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(shè)計資料中設(shè)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(yīng)順直，不發(fā)生旋渦和橫向水流，尾水應(yīng)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(jīng)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(shè)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(shè)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(cè)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(guān)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(shè)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(jié)合本工程必須提前受益，盡早建成的要求，并從施工、經(jīng)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(shè)導(dǎo)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(jié)論綜合考慮比較，結(jié)合本工程的實際，選方案I合理。第三章 壩體剖面設(shè)計剖面設(shè)計是重力壩設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，主要任務(wù)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(shè)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(shè)計根據(jù)重力壩設(shè)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(jié)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(shè)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(fēng)速(m/s)，在設(shè)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(shè)計洪水位（▽設(shè)=）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(shè)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(shè)計要求是：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(shè)計水頭）范圍內(nèi)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(biāo)值，施工放樣不便。WES曲線流量系數(shù)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(shè)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(biāo)值XY原點下游冪曲線 (6)式中：HS—定型設(shè)計水頭（m），Hs=15m；即：y＝，可得切點B的坐標(biāo)：dx/dy=1/20=1/xB= yB=冪曲線0B段坐標(biāo)值X136101516Y反弧段的確定反弧段的確定主要有三個方面的內(nèi)容：①鼻坎高程；②反弧半經(jīng)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取（4～10）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(biāo)為：yc=Rocosθ1+yo′=20176。+=其中 ，θ1=176。 =圓心到堰頂?shù)乃骄嚯xxO′=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(biāo)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(shù)，當(dāng)/ 3時，=m=～ 當(dāng)/≤3時，m=～； g—重力加速度（m/s2），g＝ m/s2?！獋?cè)收縮系數(shù)可取，=～； —淹沒系數(shù)，＝1。定型設(shè)計水頭HS情況下的流量系數(shù)m和其它作用水頭Hz情況下的流量系數(shù)mz的比值見下：(《水工設(shè)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(shù), 流速比： S1==KE=（）= 則φ=V=φ（2gs1）1/2=(2)1/2=V1=＝=hc=q/v1=247。=2）、設(shè)計情況HZ== Hz/Hs=查表計算的mz/，m＝mz===q=QB=247。345=94m3/sm