【文章內(nèi)容簡介】 施工方便的地段。避開圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時防止洞身離地表太淺。本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗，左岸相對不透水層埋深10～24米，～，屬中等嚴(yán)重透水層。，因此要避開透水層而布置泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，水庫的多余的來洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。正槽溢洪道——過堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致。側(cè)槽溢洪道——水流過堰后急轉(zhuǎn)近90176。，再經(jīng)泄槽下泄。從地質(zhì)條件上來說，溢洪道應(yīng)力爭位于較堅硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設(shè)計。同時對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開挖量，也可以減少壩體的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力學(xué)上的特點是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達(dá)到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。側(cè)槽溢洪道在當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大的開挖量時，可能成為比較經(jīng)濟的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位，或換取較高的堰頂高程。本工程的溢洪道布置在左岸（），岸坡較陡優(yōu)選側(cè)槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條件下，高速水流引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜，進槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近90176。，再順槽軸線下泄，對每一個不同的側(cè)槽斷面，其所通過的流量是不相同的，然而，側(cè)槽內(nèi)的水流現(xiàn)象的復(fù)雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流量的沿程的變化上，水流自堰跌入側(cè)槽后，在慣性的作用下，沖向側(cè)槽對岸壁，并向上翻騰，然后再重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個橫軸螺旋流。考慮到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復(fù)雜，而且，本工程地質(zhì)條件較差，建側(cè)槽溢洪道對結(jié)構(gòu)方面的要求會很高，危險性大，同時由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開挖量不會增加很大。綜上所述，結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸與壩體相接。 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定 調(diào)洪演算過程通過洪水資料，作出設(shè)計情況和校核情況下的洪水過程線；假定堰高、堰寬，確定各情況下的起調(diào)流量；假定不同的下泄流量q，由洪水過程線求出庫容V，由庫容V，查水位庫容曲線，找出相應(yīng)的水位H，從而，對于每一組情況下可作出一條Q～H曲線；根據(jù)公式，又可作出一條Q～H曲線；對應(yīng)于每一種情況，可從Q～H圖中確定相應(yīng)交點的Q和H值。 洪水過程線的模擬由于本設(shè)計中資料有限，僅有p=2%、p=%的流量及相應(yīng)的三日洪水總量，無法準(zhǔn)確畫出洪水過程線。按照規(guī)范，洪水過程線應(yīng)用PIII型曲線擬合，但實際操作過程中較難，故本設(shè)計中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡量擬合為PIII型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個三角形（如圖中虛線），根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到一條模擬的洪水過程線（如圖中的實線）。 圖41 三角形法圖43 調(diào)洪演算圖42 洪水過程線 計算公式計算采用公式： （46）式中：ε——側(cè)收縮系數(shù)；m——流量系數(shù)，m=； B——溢流孔口凈寬； H——堰上水頭； ——閘墩系數(shù)，取半圓形閘墩，=； ——邊墩系數(shù)，取圓弧形變墩，=。起調(diào)流量式中H為堰前水頭。 計算結(jié)果計算結(jié)果見表41：表41 調(diào)洪方案匯總表方案堰頂高程(m)堰頂寬（m）設(shè)計洪水位(m)設(shè)計下泄流量(m3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m3/s)12717 22718 32719 427110 52727 62728 72729 827210 92737 102738112739 1227310 注：超高△Z =校核洪水位正常蓄水位；發(fā)電引用最大流量5m3/s，相對較小，在計算時不予考慮。 方案選擇以上方案的選擇需通過經(jīng)濟技術(shù)比較選定。本設(shè)計對此只做定性分析。一般，應(yīng)盡量選擇下泄流量小且相應(yīng)水位較低的方案，經(jīng)比較112方案較好。而方案12的設(shè)計洪水位較低，能降低壩高。則選擇第12方案。；，；， m3/s。 壩頂高程的確定 工程等別及建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定，查《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)得本工程等別為III等，工程規(guī)模為中型。相應(yīng)其主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。水工建筑物為3級的洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計下洪水重現(xiàn)期為100～50年，校核下洪水重現(xiàn)期為2000～1000年。 波浪要素計算 由于大壩所在地區(qū)為丘陵地區(qū)，所以根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范》（DL 50771997），波浪要素宜采用鶴地水庫公式計算（適用于庫水較深，V0）。 （46） （47）式中——累積頻率為2%的波高(m)； Lm——平均波長(m)。 V0為水面以上10m處的風(fēng)速，正常運用條件下III級壩，；非常運用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風(fēng)速。設(shè)計波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3級壩采用累積頻率為1%的爬高值。按上述公式算出的為，再根據(jù)頻率法按下表可得出。表42 不同累積頻率下的波高與平均波高比值(hp/hm)hm/Hm12451014205090～ 波浪中心線高出計算靜水位hz按下式計算： （48）式中：H為水深；h1%為累積頻率1%的波高。 計算結(jié)果為：表43 波浪超高計算結(jié)果 　h2%hmh1%Lmhz正常水位下設(shè)計水位下校核水位下 擋墻頂高程的確定根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL2742001），堰頂上游L型擋墻在水庫靜水位以上高度按下式確定：y=R+e+A （49）式中：y——壩頂超高； R——最大波浪在壩坡上的爬高，按h1%算；e——最大風(fēng)雍水面高度，按hz算；A——安全超高。表44 土壩壩頂安全超高值(m)運用情況壩 的 級 別IIIIIIIV、V正常非常L型防浪墻高程=max （410）通過計算：則 設(shè)計洪水位+=+= 校核洪水位+=+= 正常蓄水位+=+=∴取防浪墻頂高程=。預(yù)留沉陷（－）（％～％）＝～，在施工過程中應(yīng)考慮到預(yù)留沉陷量。 根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》（SL22898）要求，防浪墻頂要高出壩頂1～，。 閘門設(shè)計因為B=10m，不是很寬，采用單扇閘門擋水，選用平板閘門。閘門的高度由擋正常蓄水位（或設(shè)計洪水位）+～，即H=（）+～=～。再根據(jù)《水利水電鋼閘門設(shè)計規(guī)范》（SL7495）中推薦的露頂式閘門的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，最終確定閘門寬10m，高6m。第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置 樞紐等別及組成建筑物級別由上一章經(jīng)過調(diào)洪演算得，水電站裝機容量為6400kW，10 8 m3，根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范——《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL2522000），本工程等別為三等。B江水利樞紐工程：工程等別為三等； 主要建筑物級別：3級； 次要建筑物級別：4級； 臨時建筑物級別：5級。 壩型選擇 壩型選擇是壩工設(shè)計中首先要解決的一個重要問題，因為它關(guān)系到整個樞紐的工程量、投資和工期。壩高、筑壩材料、地形、地質(zhì)、氣候、施工和運行條件等都是影響壩型選擇的主要因素。 定性分析 各種常見壩型比較水利樞紐中的擋水建筑物攔河壩常見的主要型式有：重力壩、拱壩、支墩壩、土石壩及新型壩型如碾壓混凝土壩、面板堆石壩等。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件和材料儲備情況對以上壩型進行比較，選擇適合的壩型。（1）拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的擋水建筑物，借助拱的作用將上游水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖。拱壩的工作原理：一是依靠拱的作用，將荷載傳給拱座；二是依靠懸臂梁的作用將荷載傳給基巖。其主要特點：1) 受力條件好，河谷形狀深窄較好；2) 壩體積小，主要依靠拱作用維持穩(wěn)定，自重作用影響不大；3) 超載能力強，安全度高；4) 抗震性能好；5) 施工技術(shù)要求高，地基處理要求嚴(yán)格。根據(jù)拱壩的特點，要求建造于狹窄河谷上；對地質(zhì)較理想的條件是巖石盡量密致，質(zhì)地均勻，有足夠的強度、不透水性和耐久性；兩岸拱座基巖堅固而完整，邊坡穩(wěn)定，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層。而本工程地形河谷較寬，特別是地質(zhì)條件較差：斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，強度低，根據(jù)實驗，相對不透水層埋藏較深，透水層屬中等—嚴(yán)重透水層，若建造拱壩，則開挖量必然巨大，且大壩的安全性不高，故不宜建拱壩。（2）支墩壩支墩壩是由一系列支墩和其支承的上游擋水蓋板所組成，庫水壓力泥沙壓力等由蓋板傳給支墩，再由支墩傳給地基。支墩壩結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對地質(zhì)條件和拱壩一樣高，故對本工程，不宜采用支墩壩的型式。（3）重力壩重力壩工作原理：一是依靠自重在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達(dá)到穩(wěn)定要求；二是利用壩體自重在水平面上產(chǎn)生壓應(yīng)力來抵消由于水壓所引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。重力壩的主要特點：1) 抗沖刷能力強；2) 結(jié)構(gòu)簡單；3) 對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性能好；4) 壩體與地基的接觸面積大，受揚壓力影響大；5) 重力壩的剖面尺寸較大；6) 壩體體積大，水泥用量多，混凝土水化熱高，散熱條件差。對于本工程，地質(zhì)條件差，地基承載能力較低，且弱風(fēng)化巖與混凝土之間的摩擦系數(shù)f=～，為達(dá)到穩(wěn)定要求必然增加斷面面積，增加工程量，而且，用來拌和混凝土的砂礫石料只有在離壩址10～15km處才有料場，這樣會大大增加工程造價，不合理，故不宜選用重力壩。（4）土石壩通過以上幾種壩型分析，并結(jié)合本工程壩址附近具有儲量豐富且質(zhì)量較好的堆石料的情況，建議采用土石壩（又稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅危┑男褪?。土石壩的?yōu)點：1) 筑壩材料就地取材，節(jié)省大量鋼材、水泥、木材等建筑材料。2) 適應(yīng)地形變形能力強。土石壩的結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)地基變形的良好條件，對地基的要求比混凝土壩的低；3) 施工方法選擇靈活性大。能適應(yīng)不同的施工方法，且工序簡單、施工速度快，質(zhì)量容易保證。4) 結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運行管理方便，工作可靠，便于維修加高。不足之處：1) 壩頂不能溢流，常需另開溢洪道；2) 施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便，因而相應(yīng)也增加了工程造價；3) 壩體斷面大，土料填筑的質(zhì)量易受氣候影響。 土石壩各壩型比較我國幅員遼闊，各種自然條件、土料特性等千差萬別，需要根據(jù)具體情況，發(fā)展和選擇適宜形式的土石壩。在壩型選擇中，不應(yīng)拘泥于現(xiàn)存觀點。筑壩技術(shù)在不斷進步，新的施工機械也在不斷出現(xiàn)，以前看來似乎沒有什么前途的面板堆石壩，由于應(yīng)用大型振動碾提高壓實效果，今日已發(fā)展成為具有強大生命力的壩型。土石壩設(shè)計中的許多問題，不少是偏經(jīng)驗性的，在很大程度上需要依靠分析和判斷。應(yīng)用瀝青混凝土作防滲體的土石壩，采用土工薄膜防滲的土石壩以及定向爆破堆石壩等，在各種條件下都有一定的應(yīng)用和發(fā)展前景。（1）均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體的心墻壩和斜墻壩可以適應(yīng)任意的地形、地質(zhì)條件；對筑壩土料的要求逐漸放寬；既可采用先進的施工機械進行建造，在條件不具備時，也可采用比較簡單的施工機械修筑，因而對我國的中小型工程是值得優(yōu)先考慮的壩型。均質(zhì)壩壩體材料單一，施工方便，當(dāng)壩址附近有數(shù)量足夠的適宜土料時可以選用。這種壩所用的土料的滲透系數(shù)較小，施工期壩體內(nèi)會產(chǎn)生孔隙水壓力，影響土料的抗剪強度，所以，壩坡較緩，工程量大。一般適用于中、低高度的壩，但近年來也有向高壩發(fā)展的趨勢，特別是在具有較大內(nèi)摩擦角的含粘性的砂質(zhì)和礫質(zhì)土的情況下，由于在壩的中部設(shè)置豎向和水平排水，可以大大降低壩體內(nèi)的浸潤線，并減少孔隙水壓力。心墻壩和斜墻壩的土質(zhì)心墻和斜墻便于與壩基內(nèi)的垂直和水平防滲體系相連接，心墻和斜墻壩可以在深厚的覆蓋層上修建。這種壩型不僅適宜于建低壩，也適宜于建高壩。斜墻壩的壩殼可以超前于防滲體提前進行填筑，而且不受氣候條件限制，也不依賴于地基灌漿施工的進度，施工干擾小。但斜墻壩由于抗剪強度較低的防滲體位于上游面，故上游壩坡較緩，壩的工程量較大。斜墻對壩體的沉降變形也較為敏感，與陡峻河岸的連接較困難，故高壩中斜墻壩所占的比例較心墻壩為小。高度超過100m的斜墻壩，絕大多數(shù)采用內(nèi)斜