【文章內(nèi)容簡介】 溢流的泄水方式來宣泄洪水。 3 取水建筑物 取水建筑物是本工程功能實(shí)現(xiàn)的重要設(shè)備之一，由于取水流量較小，僅為 6 M3/S，為方便起見采用壩身泄水孔，考慮到下游灌區(qū)在左岸，取水建筑物也布置在左岸。 據(jù)泄水孔中的水流的狀態(tài)，可分為無壓孔和有壓孔，下面就對這兩種方式進(jìn)行比選： 表 2— 3 有壓孔和無壓孔的比較 形式 項(xiàng)目 有壓孔 無壓孔 工程布置 布置靈活，水平彎角不大即可，較優(yōu) 要求兩側(cè)順直，以免渦流。易高速 噴射，斷面要求也高，流態(tài)不好。 水流條件 流速小，流態(tài)穩(wěn)定，其他問題不大，斷面要 求也比無壓洞小，較優(yōu)。 流速較高，流態(tài)復(fù)雜，水流摻氣、 空蝕、震動問題較多。 結(jié)構(gòu)條件 需要斷 面全襯砌，要有一定埋深，當(dāng)有外水 壓或者圍堰抗力較大時(shí)經(jīng)濟(jì) 無需襯砌與埋深，山巖壓力小時(shí)， 較為有利。 閘門設(shè)置運(yùn)行 閘門分設(shè)兩處，優(yōu)缺點(diǎn)與無壓相反，隧洞末 端壓力大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 工作和檢修閘門都在進(jìn)口，管理操 作方便，但維修處理困難， 工程量與施工 一般來講有壓洞的開挖、混凝土和鋼筋量 為少。 在開挖立模澆筑等工序無壓洞較優(yōu) 。 由于本工程為漿砌石重力壩，相對于其他壩型壩身厚實(shí)，采用無壓管可以提高泄流能力，而通過設(shè)計(jì)可以解決氣蝕等問題，做到揚(yáng)長避短。從目前國內(nèi)外已建成和正在建設(shè)的工程來看，無壓深孔選用 較多，工程經(jīng)驗(yàn)豐富，工程技術(shù)相對成熟。決定采用無壓深孔。 綜上所述，使用無壓深孔來作為取水建筑物的壩身泄水孔。 4 樞紐布置 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 1樞紐布置的基本原則 擋水建筑物通常布置成直線，使壩軸線最短，壩身體積最?。? 泄水建筑物，對于溢流壩，其前沿應(yīng)正對上游來水主方向，以使壩前流速均勻分布，在其兩端用邊墩和導(dǎo)墻與非溢流壩段隔開； 壩身泄水孔可布置在非溢流壩段，也可布置在溢流壩段，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)泄水孔的性質(zhì)、性能、功能作相應(yīng)調(diào)整； 其它建筑物可根據(jù)需要來確定。 2樞紐布置的方案比較選擇 根據(jù)上述 基本原則，現(xiàn)擬訂兩個(gè)方案： 表 2— 4 樞紐布置方案比較 方案 方案一（如圖） 方案二（如圖） 特點(diǎn) 溢流壩居于中間，左岸布置泄水孔，右岸布置上壩公路。 溢流壩居于中間，左岸布上壩公路，右岸布置泄水孔。 優(yōu)點(diǎn) 已有主干公路在河道右岸，方便進(jìn)廠公路的修建；右岸壩軸線下游地勢平坦，便于布置功能區(qū)等設(shè)施；下游灌區(qū)在左岸，利于泄水孔的布置。 壩頂高程處地勢較緩，利于上壩公路施工，公路造價(jià)相對較小。 缺點(diǎn) 左岸地勢較陡，取水建筑物工程施工難度大。 需在水庫下游建造一 座公路橋，增加投資。 經(jīng)過上面的比較，方案一明顯優(yōu)于方案二，確定選用方案一。 物筑建水溢流堰 溢流堰425 420 415405410400395 390390395400 415420425取410405上路公壩圖 2— 2 樞紐布置方案一 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 400壩公路上405 410取425420415390390395400410405415420425溢流堰溢流堰水建筑物 圖 2— 3 樞紐布置方案二 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第三章 主要建筑物設(shè)計(jì) 1 重力壩剖面設(shè)計(jì) 重力壩剖面設(shè)計(jì)的主要原則是：滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩的安全；盡可能節(jié)省工程量，力求獲得最小剖面尺寸，造價(jià)最低；結(jié)構(gòu)合理，利于施工，方便維修；運(yùn)行方便。 已知本工 程壩址區(qū)河谷高程為 ，壩址區(qū)巖層風(fēng)化較淺，岸坡 2M～ 4M，河床 1M～ 3M，河床段壩基開挖深度平均取 ，則壩底高程 Z 基 =－=，水庫最高蓄水位于 ，則水位高度 H=－ =。 1 重力壩基本剖面的擬定 重力壩的基本剖面是指壩體在承受自重、水壓力和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的的剖面。 本工程主要對非溢流壩段剖面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，非溢流壩段的基本斷面為三角形，其頂點(diǎn)高程在上游校核洪水位處 ，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，對基本三角形稍作變化，在上游面布置一個(gè)折坡，上部鉛直下部向上游傾斜，折坡點(diǎn)高程一般在 11()32H 處（ H 為基本三角形的高度），也即在 ～ 處，考慮到放水洞進(jìn)口底高程為，擬定折坡點(diǎn)高程在 ，如圖 3— 1。 基本剖面有如下幾個(gè)參數(shù)， m 下游面壩坡， n 上游面壩坡，采用抗剪強(qiáng)度公式 fWKP? ??計(jì)算穩(wěn)定，材料力學(xué)公式26y WMBB? ????計(jì)算 壩踵應(yīng)力， 列出含有 m、 n 未知數(shù)的壩基穩(wěn)定方程式和應(yīng)力方程式，用數(shù)值法試算當(dāng)上游壩坡 n=， ， ， 時(shí)相應(yīng)的 4 個(gè) m 值，再由 4組 (m,n) 值算得相應(yīng)壩踵應(yīng)力 y? 和基本剖面的面積 A，計(jì)算過程可參閱設(shè)計(jì)計(jì)算書，通過比較，我們選擇在壩體滿足抗滑穩(wěn)定的要求下，基本剖面積較小且壩踵應(yīng)力為壓應(yīng)力的組合，最終確定 m=， n= 為壩體經(jīng)濟(jì)斷面的基本參數(shù)。 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 nm 圖 3— 1 重力壩基本剖面 2 非溢流壩實(shí)用剖面的擬定 1 壩頂高程的確定 壩頂在庫水位以上超高 1% 0= ch h h h? ? ? 1%h —— 波浪高度； 0h —— 波浪中心線高出靜水位高度； ch —— 安全超高，根據(jù)壩的等級為三等可知； 經(jīng)過計(jì)算（見設(shè)計(jì)計(jì)算書 2節(jié) ），壩頂高程為 ，防浪墻頂高程為 。 2 壩基面高程和最大壩高的確定 已知河谷高程為 ，壩址區(qū)巖層風(fēng)化較淺，河床段在 1M～ 3M，取 開挖的深度為 3M，則壩底高程為 ，取大壩高 。 3 壩頂寬度的確定 在無特殊要求的前提下，壩 壩頂寬度約為最大壩高的 8%～ 10%，一般不小于 2M，本工程壩頂有交通要求，頂寬定為 5M。 4壩坡的確定 重力壩上游壩坡 n 一般要求在 0～ 之間，下游壩坡 m 在 ～ 。同時(shí)在滿足穩(wěn)定和應(yīng)力條件的情況下，取能使整個(gè)壩的工程量最小的 n 和 m 值 。根據(jù)重力壩基本剖面的初擬計(jì)算結(jié)果（見設(shè)計(jì)計(jì)算書 1），現(xiàn)確定： n= m=。 5上下游折坡點(diǎn)高程 為盡量利用水重來提高抗滑穩(wěn)定，在滿足應(yīng)力的前提下，上游壩坡可適當(dāng)放緩，同漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 時(shí)也考慮取水口閘門攔污珊的操作便利，上游折坡點(diǎn)高度定在壩高的 處。根據(jù)基本三角形理論，基本三角形的頂點(diǎn)應(yīng)在上游校核水位處，由此確定下游折坡點(diǎn)高程為 。 6壩段長度的確定 重力壩壩段長度一般為 15M～ 20M，壩址區(qū)基巖較好，取 20M 為一個(gè)壩段。 3 溢流壩剖面的擬定 溢 流壩剖面除了應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)等要求外，還需考慮水流運(yùn)動的要求。通常它是由基本三角形，即非溢流壩剖面修改而成，內(nèi)部構(gòu)造則不變，與非溢流壩剖面相同。 溢流面由頂部曲線段、中部直線段和下部反弧段組成，上游邊為直線或折線。溢流面的中間直線段一般可與非溢流壩下游面斜率保持相同，上端與堰頂溢流曲線相切，下端與下游反弧段相切，其作用是使水流平順的按要求的消能方式與下游水銜接。 1 溢流堰單寬流量的確定 一般來說，單寬流量選擇較小，不能滿足水庫的泄洪要求， 選擇太大，可以減小泄水前緣寬度，降低溢流壩、交通橋和工作橋的造價(jià)，但會增大下游的消能防沖負(fù)擔(dān)，本工程壩址區(qū)地質(zhì)為砂巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，但有三組節(jié)理，且裂隙較發(fā)育，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，初擬單寬流量 328 /( )q m s m?? 2 堰頂高程的確定 設(shè)計(jì)洪水位 ，下游水位 ，相應(yīng)的下泄流量 3380 /Q m s? ，由溢流堰泄流能力計(jì)算公式反算出堰頂水頭 0H ： 3202sq m gH??? 式中： s? —— 淹沒系數(shù)，取 1； ? —— 側(cè)收縮系數(shù)，取 ； m —— 流量系數(shù)，取 ； 經(jīng)過計(jì)算，堰頂水頭 ? M，由設(shè)計(jì)洪水位減去堰上水頭即得堰頂高程。 3 溢流面頂部曲線段設(shè)計(jì) 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 頂部曲線是控制流量的關(guān)鍵部位，其形狀與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合， 否則會導(dǎo)致泄流量減小或堰面產(chǎn)生負(fù)壓，常用的有克 奧曲線和 WES 曲線。但最近的工程實(shí)例證明 WES 曲線比克 奧曲線瘦，宜與壩面連接，計(jì)算切點(diǎn)位置及放樣均方便得多，與上游面可呈坡形連接，按定型水頭設(shè)計(jì)此堰面曲線時(shí)，在不同水頭下，可增加泄流量，因此《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL— 2021 推薦采用 WES 曲線，故擬定采用 WES 曲線。當(dāng)上游面垂直時(shí)， WES 曲線方程如下： 1nndx kH y?? 式中 dH —— 堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭，可根據(jù) 容許負(fù)壓的大小按堰頂最大作用水頭maxH 的 75%～ 95%計(jì)算； x， y—— 原點(diǎn)下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)； n—— 與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)，取 n=； k—— 與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)，取 k=。 經(jīng)計(jì)算確定該曲線方程為： ?? 上游堰頭為三圓弧曲線，其形狀如下圖： ddd R1=HR3 =0 .04HR2=Hddd0. 276 H0. 282 H0. 175 H1. 85y= 0. 10 46 x 圖 2— 1 堰頂堰面曲線 曲線中各參數(shù)值經(jīng) 計(jì)算，如下： 82 82 0 766dH ? ? ? 76 76 0 388dH ? ? ? 75 75 0 025dH ? ? ? 漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 1 0 .5 0 .5 6 .3 0 3 .1 5dRH? ? ? ? 2 0 .2 0 .2 6 .3 0 1 .2 6dRH? ? ? ? 3 ? ? ? ? 4 中部直線段設(shè)計(jì) 溢流壩的中部為直線段，要求和非溢流壩的基本三角形的下游邊相重合，上端和堰頂曲線相切，下端和反弧相切，其作用是使水流平順的按要求的消 能方式與下游水位銜接。 經(jīng)過計(jì)算（詳細(xì)見計(jì)算書 節(jié)）得切點(diǎn)位置為 (， )，其坡度和非溢流壩保持一致，為 1： 。 5 反弧段曲線設(shè)計(jì) 結(jié)合挑流消能方式的設(shè)計(jì)， 反弧段半徑為： ? ，鼻坎高程為： ， 挑射角度θ =25176。 2 非溢流壩段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 荷載計(jì)算 漿砌石重力壩的作用主要有壩體自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、淤沙壓力、地震作用等。 壩體自重：壩體自重應(yīng)根據(jù)筑壩材料的重度確定，本工程經(jīng)試驗(yàn)確定漿體的容 重323 /r KN M?砌 ，計(jì)算壩體自重時(shí)，壩上設(shè)備的重量暫不計(jì)算，壩體泄水孔、廊道所對應(yīng)的重量占總重量的比列很小，所以在應(yīng)力及穩(wěn)定計(jì)算時(shí)也不予考慮。 靜水壓力：作用于壩面上的靜水壓力可按靜水力學(xué)公式計(jì)算，當(dāng)上游面傾斜時(shí)，單位寬度上的靜水壓力可公解為水平向壓力和鉛直向壓力，計(jì)算時(shí)水的容重取 /r KN M?o 。 揚(yáng)壓力：本工程擬在壩踵附近設(shè)置防滲帷幕，并在其后設(shè)置排水孔幕，排水孔距離壩踵 ，此處的的揚(yáng)壓力折減系 ?? 。 浪壓力：本工程地處丘陵、平原地區(qū)，所以根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL—2021 中的規(guī)定，采用鶴地水庫公式計(jì)算波浪要素。 淤沙壓力：壩面的上游產(chǎn)生的水平淤沙壓力可按公式： 221 1 ta n ( 4 5 )22ssk sb sPh ????漿砌石重力壩設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 計(jì)算，式中 sb? 是淤沙的浮容重等于 (1