【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，179。/s，；，179。/s。第四章 壩型選擇和樞紐布置第一節(jié) 壩軸線(xiàn)選擇 根據(jù)樞紐處的地形條件，壩軸線(xiàn)應(yīng)設(shè)在河谷最窄的橫斷面處，并盡可能使河床砂卵石層截水墻軸線(xiàn)最外，由于右岸山脊伸入河床部分厚度30～56米較小，壩軸線(xiàn)在右岸的變化范圍不能太大，左岸岸坡向下游逐漸變陡25176?！?8176。，岸坡過(guò)陡不利于土石壩與岸坡的連接，由地形條件可知壩軸線(xiàn)如果在原截水墻軸線(xiàn)上，向上游或向下游平穩(wěn)，則軸線(xiàn)在河床部都將伸長(zhǎng)。由樞紐的地質(zhì)條件，兩岸及河床巖基均為太古代花崗片麻巖，兩岸基巖風(fēng)化層厚2～5米裂隙發(fā)育，抗壓強(qiáng)度為700～800kg/cm2。壩區(qū)現(xiàn)有工程措施條件，壩基透水層截水墻軸線(xiàn)基本位于河床最窄斷面處，與左岸岸坡等高大體垂直，而與右岸山脊夾角40176?！?5176。，因此壩軸線(xiàn)的選擇應(yīng)考慮防滲體與壩基防滲截水墻的相互關(guān)系。否則就需重修截水墻或增加壩體防滲體與壩基截水墻之間連接的工程量。如果壩軸線(xiàn)以右岸山脊順勢(shì)延長(zhǎng)到左岸或直線(xiàn)布置，壩軸線(xiàn)在左岸坡長(zhǎng)度可減小30～50米，但此岸坡較陡約為37176。，有利于壩體與岸坡的連接，截水墻軸線(xiàn)與壩體軸線(xiàn)交角約40176。左右，二者最大距離100米，混泥土2萬(wàn)立方米，大大增加了投資，若采用防滲連接措施，工程處理難度大，且易出問(wèn)題。故壩軸線(xiàn)在河床左岸以原截水墻軸線(xiàn)方向?yàn)闇?zhǔn)，對(duì)原截水墻進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)加固。對(duì)于右岸的壩軸線(xiàn)布置原則：①盡可能減小與河床的壩與左岸壩軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)折角；②最大可能的利用右岸山脊較高的基巖布置壩體防滲設(shè)施，對(duì)于重力壩就是使用混泥土重力壩及其下游的干砌石傳力墊層可能放于右岸山脊上；③盡可能減小壩體與非常溢洪道的連接長(zhǎng)度，避免互相干擾。綜合壩區(qū)的地質(zhì)、地形條件及一些客觀(guān)因素，壩軸線(xiàn)的選擇與壩型河床及右岸成一直線(xiàn)與原截水墻上游線(xiàn)重合，即北偏東78176。具體位置見(jiàn)地形圖。第二節(jié) 壩型選擇和比較根據(jù)水利樞紐庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)地震烈度為7級(jí)，水庫(kù)大壩為中等，壩高在50～60米之間，因此如支墩壩、大頭壩等抗震性能差的壩型不宜采用。則可能經(jīng)濟(jì)合理的壩型有土壩、堆石壩、砌石壩、土石壩、混泥土重力壩。各種壩型優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：1. 土壩優(yōu)點(diǎn)：利用當(dāng)?shù)夭牧瞎?jié)約三材，對(duì)地基要求低，不必開(kāi)挖河床覆蓋層，可減小開(kāi)挖工程量，施工技術(shù)和質(zhì)量控制容易，有利于搞機(jī)械化施工。 缺點(diǎn)：施工導(dǎo)流難以解決，壩身不能泄洪而庫(kù)區(qū)有沒(méi)有合適的埡口做溢洪道，溢洪道開(kāi)挖量較大，并且由于壩址附近土料儲(chǔ)量少且運(yùn)距較遠(yuǎn)，因此土料只可用作防滲材料。 由上述分析，該水利樞紐不宜采用土壩。2. 堆石壩 優(yōu)點(diǎn)：利用當(dāng)?shù)夭牧瞎?jié)省建材，河床10米覆蓋層可采用混泥土防滲墻免于開(kāi)挖，堆體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有利于機(jī)械化施工，抗爆、抗震性能好。 缺點(diǎn)：壩身不能過(guò)水，庫(kù)區(qū)沒(méi)有合適的埡口做溢洪道，致使溢洪道開(kāi)挖工程量大，而且溢洪道超標(biāo)準(zhǔn)能力差，壩址施工場(chǎng)地狹窄，施工干擾性能大，由于河流來(lái)水含沙量較大，要有較大的排沙能力。而且的首要任務(wù)是防洪，而此種壩型泄洪問(wèn)題不易解決。修粘土心墻時(shí)受地質(zhì)構(gòu)造、季節(jié)影響大，修建工期長(zhǎng)，需施工技術(shù)和施工機(jī)械要求較高。 由上述可知，此方案有相當(dāng)難度，應(yīng)當(dāng)放棄。3. 砌石壩優(yōu)點(diǎn)：利用壩址附近的優(yōu)良建筑石料，節(jié)省三材。壩身過(guò)水泄洪問(wèn)題好解決。缺點(diǎn)：需要大量人力，不易搞機(jī)械化施工，施工技術(shù)水平要求高，工期較長(zhǎng)。通過(guò)比較可知，如果采用砌石壩也不合理。4. 土石壩優(yōu)點(diǎn)：可以就地取材，節(jié)省大量水泥、木材、鋼材，減少工程的外地運(yùn)輸量，適合各種不同的地形，任何不良的壩址地基經(jīng)處理均可筑壩。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加高方便。缺點(diǎn)：壩身不能溢流，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)高。土壩中粘土施工受氣候影響大。故土石壩也不宜采用。5. 混泥土壩 優(yōu)點(diǎn)：水庫(kù)樞紐結(jié)構(gòu)布置緊湊，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、靈活。壩頂可泄流，壩身底孔泄洪能力大，庫(kù)區(qū)對(duì)外交通方便。水泥、砂料運(yùn)輸不為困難。安全可靠，失事率較低，對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，泄洪問(wèn)題易解決，便于施工導(dǎo)流，施工方便，結(jié)構(gòu)作用明確，另外對(duì)水利樞紐采用混凝土重力壩有其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：①便于與原壩基截水墻連接；②總工程量少可使總投資減少；③混凝土重力壩建于右岸較薄的山脊上，充分利用地形條件，壩底寬度較小適應(yīng)地形條件；④施工方面難度不大。缺點(diǎn)：壩體應(yīng)力較低，不能充分利用其材料強(qiáng)度，材料用量大，混凝土冷卻工程量大，澆筑混凝土要求有嚴(yán)格的溫控設(shè)施。綜合上面考慮的幾種壩型，本設(shè)計(jì)決定采用混凝土實(shí)體重力壩。第三節(jié) 重力壩設(shè)計(jì)方案樞紐布置一、總體布置守口堡水利樞紐重力壩設(shè)計(jì)方案，樞紐壩頂全長(zhǎng)350m，，樞紐從左岸到右岸依次為：111壩段為左岸擋水壩段，其中1壩段長(zhǎng)15m，其余壩段均長(zhǎng)15m。1213壩段為溢流壩段，總長(zhǎng)30m，各壩段長(zhǎng)15m。14壩段為底孔排沙泄洪壩段，壩段長(zhǎng)14m。15壩段為擋水壩段為10。16壩段為過(guò)渡壩段，做成弧形的，以便壩體的穩(wěn)定。118壩段為擋水壩段長(zhǎng)25m。1922壩段為右岸擋水壩段，總長(zhǎng)60m，每段長(zhǎng)15m。2324壩段為擋水壩段，長(zhǎng)32m，每壩段長(zhǎng)16m。二、壩體溢流壩段的布置壩體溢流壩段布置時(shí)，必須使水流能平順流過(guò)壩體，不致使在壩面產(chǎn)生負(fù)壓和震動(dòng)，避免發(fā)生空蝕的現(xiàn)象，并且滿(mǎn)足泄流的要求，尺寸足夠，保證下游不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷，應(yīng)使下泄水流平順，不產(chǎn)生折沖水流，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)行，有靈活控制下泄水流的設(shè)備。另外，還必須使過(guò)壩水流能按設(shè)計(jì)要求平順進(jìn)入下游河道，不致沖淘壩基和其他建筑物基礎(chǔ)，其流態(tài)和沖淤不致影響其他建筑物的安全。溢流壩段前沿長(zhǎng)度30m，2孔，采用WES型實(shí)用堰型，,自由泄流，下游采用挑流消能方式進(jìn)行消能?？紤]到水流對(duì)兩岸的沖刷作用，溢流壩盡量布置在主河床的位置。由守口堡水樞紐的地形圖，壩軸線(xiàn)位置以下的河道有一處彎道，為了使水流平順，將溢流壩段布置在河床靠左岸處。三、排沙泄洪洞的布置根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》可知若壩下游有重要的農(nóng)田基地、鐵路干線(xiàn)、公路、排沙要求或在某種特殊要求下需降低或放空庫(kù)容時(shí)，均需設(shè)泄水孔。該水利樞紐所設(shè)的泄水孔的主要任務(wù)是排沙、泄洪相結(jié)合使用。由于設(shè)計(jì)樞紐位于山區(qū)河流上，河床坡度較大，流域河網(wǎng)發(fā)育，植被差，水土流失嚴(yán)重，致使入庫(kù)水流含沙量較大，沙粒較粗，特別是汛期河流含沙量占全年90%以上，水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題嚴(yán)重，同時(shí)水庫(kù)庫(kù)容較小。為了保證樞紐水庫(kù)的使用壽命和工程的效益，有設(shè)排沙底孔的必要和可能，另外樞紐下游有重要的鐵路、公路干線(xiàn)、農(nóng)田、村莊、人防要求必須設(shè)置泄水底孔。底孔在樞紐中相對(duì)位置的布置中考慮到下游河道的水流平順，底孔應(yīng)布置在主河床處，因?yàn)楹拥烙野队修D(zhuǎn)彎，故右岸轉(zhuǎn)彎處泥沙淤積嚴(yán)重，所以將兩個(gè)排沙底孔布置在主河床靠右岸的非溢流壩段。第五章 攔河壩的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 壩頂高程的確定按設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，并考慮波浪及安全超高的影響，確定壩頂高程及防浪墻頂高程。 設(shè)計(jì)狀況下： 防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)校核狀況下： 防浪墻頂高程=校核洪水位+h校 h=hl+hz+hch:壩頂高于靜水位的高程；hl:波浪高度；hz:波浪中心線(xiàn)至靜水位的高度；hc:安全加高 多年平均最大風(fēng)速v=。① 設(shè)計(jì)狀況下： V0==Hl=L==，取cth=1 故hz=設(shè)計(jì)狀況下，2級(jí)壩相應(yīng)的hc=故：=++=② 校核狀況下： V0=。 D=hl=L==hz=校核狀況下，2級(jí)壩相應(yīng)的hc=故：++=壩頂高程的確定 設(shè)計(jì)狀況下壩頂高程=+ = 校核狀況下壩頂高程=+=取兩個(gè)值中較大的作為壩頂高程，，=。第二節(jié) 非溢流壩基本剖面設(shè)計(jì)一、壩頂寬度的設(shè)計(jì)確定非溢流壩壩頂寬度，需要綜合多方面的因素考慮：1 強(qiáng)度上的要求?？紤]壩頂承受較大的沖擊力和其他的外荷載時(shí)，則在強(qiáng)度上對(duì)壩頂最小寬度有一定的要求。 ⑵ 施工上的要求。當(dāng)壩體采用某種施工機(jī)械或措施進(jìn)行澆筑，有時(shí)對(duì)壩頂尺寸也有一定的要求。 ⑶ 運(yùn)行上的要求。例如壩頂需作公路、人行道或通道或布置機(jī)械設(shè)備，也需要一定的寬度。⑷ 美觀(guān)上的要求。對(duì)有些壩，常需配合適當(dāng)?shù)膲雾攲挾?，以使各部分的尺寸協(xié)調(diào)。⑸ 經(jīng)濟(jì)上的要求。壩頂混泥土對(duì)壩體穩(wěn)定及應(yīng)力有一定的影響，因此變化壩頂寬度，在理論上講，也將影響壩體總斷面的經(jīng)濟(jì)性，由壩頂位置一般靠近上游面，故壩頂稍寬些，大致有利一些。但實(shí)際上，壩頂寬度對(duì)整個(gè)斷面的經(jīng)濟(jì)性的影響不是很大的，并無(wú)必要進(jìn)行不同壩頂寬度的斷面比較，而常根據(jù)以上所述幾個(gè)條件來(lái)確定。一般非溢流壩壩頂寬度可取壩高的8%～10%，最小尺寸不宜小于2米。故綜上述各因素，取非溢流壩壩頂寬度為6米。二、壩體橫斷面形狀和上下游壩坡的確定壩體斷面上下游壩坡的選擇，必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析，通過(guò)對(duì)各種可能答案進(jìn)行穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算后才能決定。若下游面有較深的水位，因而經(jīng)濟(jì)斷面的下游壩坡在尾水位出有一個(gè)變化。若在某一高程線(xiàn)下，為了要滿(mǎn)足各設(shè)計(jì)要求，斷面必須向上游傾斜，形式復(fù)雜；理論經(jīng)濟(jì)斷面的上下游壩面都為連續(xù)變化得曲面。理論經(jīng)濟(jì)斷面雖工程量可能較少，但由于施工、布置和美觀(guān)上的原因，是不宜采用的。實(shí)際實(shí)際時(shí)，常采用實(shí)際斷面來(lái)代替。對(duì)上游坡角，當(dāng)＞90。時(shí)，即上游面為倒坡面，此時(shí)空庫(kù)時(shí)易在下游產(chǎn)生拉應(yīng)力，不符合穩(wěn)定條件的要求，當(dāng)＜90。時(shí)，可以借助水重來(lái)維持穩(wěn)定，但滿(mǎn)時(shí)可能在上游面出現(xiàn)拉應(yīng)力。根據(jù)規(guī)范要求：非溢流重力壩的基本斷面型式為三角形。其頂點(diǎn)一般在壩頂附近，上游面可能為鉛直面，上游邊坡一般采用1:0～1:，下游壩坡一般采用1:～1:，結(jié)合強(qiáng)度和穩(wěn)定要求的最小低寬達(dá)到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去上游壩坡n=，下游壩坡m=。上游折坡點(diǎn)的確定：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)上游折坡點(diǎn)應(yīng)選在壩高的1/3～2/3處?？紤]到壩體上要設(shè)排沙洞，為了閘門(mén)便于操作和利用上游水重來(lái)增加壩體的穩(wěn)定。最終決定采用的壩體基本剖面尺寸如附圖。壩底基巖開(kāi)挖高程的確定主要考慮了以下因素：⑴壩址河床內(nèi)大卵石、漂石很少，多為小的塊石、粗砂和泥土摻雜，淤積較厚。壩址兩岸巖石為花崗巖及花崗片麻巖，表層風(fēng)化嚴(yán)重，破碎層很厚，一般在2～5m左右，由此分析基巖保護(hù)條件較好。風(fēng)化層厚2m左右，河床基巖深7～12m，壩基要建在完整的基巖面上，故在河床高程面須向下開(kāi)挖。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和壓水試驗(yàn)：～s。滿(mǎn)足規(guī)范的要求。⑵根據(jù)混泥土重力壩對(duì)地質(zhì)條件要求一般，中壩宜挖到微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部的基巖。兩岸地形較高部位的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。綜合上述因素，河床基巖面高程為1200m,開(kāi)挖破碎層2～5m，風(fēng)化層2m，基巖開(kāi)挖厚度為5m，,故壩底高程為120012=1188m。第三節(jié) 重力壩應(yīng)力穩(wěn)定分析荷載計(jì)算及組合荷載一、作用于壩體上的荷載作用在壩體結(jié)構(gòu)上的荷載，根據(jù)其作用時(shí)間出現(xiàn)的幾率及其特性為：基本荷載和特殊荷載兩大類(lèi)。基本荷載：1. 壩體及其永久設(shè)備的自重；2. 正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位的靜水壓力；3. 相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；4. 泥沙壓力；5. 相應(yīng)于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的浪壓力；6. 冰壓力；7. 土壓力；8. 相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；9. 其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多的荷載。特殊荷載：10. 校核洪水位時(shí)的靜水壓力；11. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的揚(yáng)壓力；12. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的浪壓力；13. 相應(yīng)于校核洪水位時(shí)的動(dòng)水壓力；14. 地震荷載。二、荷載的計(jì)算公式及計(jì)算原則說(shuō)明荷載的計(jì)算公式主要引用《水工建筑物》，計(jì)算原則主要按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合本工程所給定的設(shè)計(jì)資料的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：1. 壩體自重：按單寬計(jì)算，根據(jù)庫(kù)區(qū)巖石物理性能，資料確定混凝土的設(shè)計(jì)容重γ=179。2. 靜水壓力：壩體表面靜水壓強(qiáng)，按P=γ0H計(jì)算，γ0為水容重，179。3. 揚(yáng)壓力；根據(jù)重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求，揚(yáng)壓力按折線(xiàn)計(jì)算，折減系數(shù)為：帷幕中心線(xiàn)處滲透壓力折減系數(shù)α=，排水中心線(xiàn)處滲透壓力折減系數(shù)α=，壩體排水管中心線(xiàn)處滲透壓力折減系數(shù)α=。4．泥沙壓力：，干容重γd=179。，孔隙率n=，因此泥沙浮容重γn=γd（1n）γ0=179。，內(nèi)摩擦角18176。計(jì)算泥沙壓力公式： 5. 浪壓力。 式中波浪高度hl，波浪長(zhǎng)度L，波浪中心線(xiàn)高于靜水面長(zhǎng)生的雍高為hz。6. 地震慣性力及動(dòng)水壓力：根據(jù)地震設(shè)計(jì)烈度為7度。水平慣性力計(jì)算公式： 地震動(dòng)水壓力計(jì)算公式。 總壓力計(jì)算公式： 7. 荷載組合⑴ 基本組合① 正常蓄水位情況：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力② 設(shè)計(jì)洪水位情況：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力⑵ 特殊組合① 校核洪水位情況：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力② 地震情況: 自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+地震荷載③ 冰凍情況。 自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+冰壓力④ 施工空庫(kù)情況。 自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力根據(jù)以上荷載及其組合分為6中情況對(duì)混凝土重力壩的應(yīng)力、穩(wěn)定計(jì)算，利用程序《GDAP》進(jìn)行計(jì)算分析。第四節(jié) 重力壩的抗滑穩(wěn)定性分析抗滑穩(wěn)定分析的目的是核算壩體沿基面的抗滑穩(wěn)定安全度。因?yàn)橹亓窝剌S線(xiàn)方向用橫峰分隔成若干獨(dú)立的壩段，所以穩(wěn)定分析按平面進(jìn)行。沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析取單寬作為計(jì)算單元，計(jì)算公式為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)： 式中：接觸面以上的