【文章內容簡介】 力壩那樣依靠自重維持穩(wěn)定 ，因此拱壩對壩址的地形地質條件要求較高，對地基要求也較嚴格。再者由于左右岸巖性不均一，不適于建拱壩。土石壩能適應不同的地形、地質和氣候條件。除極少數例外，幾乎任何不良地基，經處理后均可建設土石壩，但因洪水泄量及導流河度汛流量大的特點，不適合修建土石壩。顧考慮地質條件以修建混凝土重力壩較為適宜。 （ 2） 從 地形條件 上看， 河谷狹窄，地質條件良好適宜修建拱壩；河谷寬闊，地質條件較好，可選用重力壩或支墩壩；河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或 是地質條件較差，且土石砂礫等當地材料儲量豐富適宜修建土石壩。由于壩址處河床狹窄但地質條件較差，且左右岸巖性不均一，不適于建拱壩，若是修建拱壩，開挖量較大，不符合經濟效益。同時在高山峽谷區(qū)布置水利樞紐，應盡量減少高邊坡開挖。因洪水泄量及導流河度汛流量大的特點，壩址處不適宜修建土石壩。故此處修建重力壩最為適宜。 （ 3） 從 筑壩材料 考慮， 土石壩可用任何土石料筑壩，壩址附近有足夠的符合要求的天然建筑材料，可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，以減少工地的外線運輸量。重力壩和拱壩因建壩材料的不同可分為多種類型， 但都不及土石壩，能就地取材 。 經綜合考慮，選擇混凝土重力壩比較合適。 TL 混凝土重力壩設計 8 8 壩址選擇 根據 基本資料中 壩址的地質、地形 、施工 條件，通過定性分析，確定壩軸線位置。在遵循樞紐布置一般原則的前提條件下，從若干具有有代表性的樞紐布置方案中選擇一個技術上可行、經濟上合理、運用安全、施工期短、管理維修方便的最優(yōu)方案是一個反復優(yōu)化的過程。需要對各個方案進行具體分析、全面論證、綜合比較而定。 溢流壩的位置應與河床主流方向一致，以使過流通暢，避免下泄水流發(fā)生旋渦和產生折沖水流現象。本工程是以發(fā)電為主的綜合利用工程，溢流壩 段應布置在主河槽處，沖沙孔應布置在電站進水口附近，另外電站布置應考慮地形、交通及電站附屬建筑物布置等條件。 TL 混凝土重力壩設計 9 9 3 擋水建筑物設計 非溢流壩剖面設計 重力壩的基本剖面是指壩體在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚壓力 3項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，并使工程量最小的三角形剖面。在擬好的基本三角形基礎上，根據已確定的壩頂高程及寬度，初擬主要防滲，排水設施，即可得到重力壩實用剖面。 壩頂高程的擬定 設計過程包括： 壩頂高程分別按設計和校核兩種情況，用以下公式進行計算： 波浪要素按 官廳公式計算。公式如下： 1 / 12 1 / 31022001 / 1 / 02200210. 00 76 ( )0. 33 1 ( )2zgh gDvvvgL gDvvvh Hh cthLL? ?????? 0v — 計算風速，水庫為正常蓄水位和設計洪水位時，宜用相應洪水期多年平均最大風速的 倍；校核洪水位時，宜用相應洪水期多年平均最大風速，/ms； D— 風區(qū)長度， m； L— 波長， m。 H— 壩前水深， m。 庫水位以上的超高 h ： 1 czh h h h? ? ? 式中： 1h — 波浪高度， m； zh — 波浪中心線超出靜水位的高度， m； ch — 安全超高， m，可以在下表 31 中查找； TL 混凝土重力壩設計 10 10 表 31 非溢流壩壩頂安全超高值 水工建筑物安全級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ （水工建筑物級別） （ 1） （ 3） （ 5） 設計情況 校核情況 注： 單位（ m） 官廳公式適用于 20200 / , 20 , / 20 25 0v m s D k m gD v? ? ?。 （ 1） 在設計洪水位情況下計算： 已知 0v =21m/s， D=， g=，根據公式求得：h1= 2 6 0 0 7 2312121 ??????? ??? = L = gvvgDv 11 ?????????? = 11 ??????? ??? = zh = LHcthLh ?? 221 ，因 H＞ L, LHcth ?2 ≈ 1， zh = Lh21? = 2? = 由于 本工程屬于Ⅲ等工程，其主要建筑物為 3級。次要建筑物為 4級，臨時性建筑物為 5級 ， 根據《非溢流壩壩頂安全超高值》表格中得， 所以設計安全超高 取 ， 校核取 。 庫水位以上的超高 h ： 1 czh h h h? ? ? =++= 壩頂或防浪墻頂高程 =靜水位 + h =+= （ 2）在校核洪水位情況下計算： 已知 0v =14m/s， D=， g=，根據公式求得：h1= 2 6 0 0 7 2312121 ??????? ??? = L = gvvgDv 11 ?????????? = 11 ??????? ??? = zh = LHcthLh ?? 221 ，因 H＞ L, LHcth ?2 ≈ 1， zh = Lh21? = 2? = 庫水位以上的超高 h ： 1 czh h h h? ? ? =++= 壩頂或防浪墻頂高程 =靜水位 + h =+= 以上兩種情況下取最大值 ，并取防浪墻高度 。 壩頂高程 =壩頂或防浪墻頂高程－防浪墻高度 =－ =。 計算成果見表 32。 TL 混凝土重力壩設計 11 11 表 32 壩頂高程計算成果 計算情況 風速v(m/s) 波高（ m） 波長（ m） 風壅水面高度（ m） 安全加高（ m） 靜水位以上的超高（ m） 壩頂高程（ m） 設計情況 21 校核情況 14 壩頂寬度的擬定 最大壩高 =壩頂高程 壩基面最低高程 == 壩頂寬度 B=最大壩高 (8%~10%)=~。為了適應運用和施工的需要，壩頂必須有一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的 8% 10% ，且不小于 3m 。所以壩頂寬度取 5m。 壩坡的擬定 考慮壩體利用部 分水重增加其抗滑穩(wěn)定，根據工程實踐，上游邊坡系數 ? ，下游邊坡系數 ? 。在本次設計中上游邊坡系數取 n=，下游邊坡系數取 m=。 上、下游起坡點位置的確定 上游起坡點位置應結合應力控制標準和發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物的進口高程來確定，一般起坡點在壩高的 1/3 2/3 附近。下游起坡點的位置應根據壩的實用剖面型式、壩頂寬度，結合壩的基本剖面計算得到（ 最常用的是其基本剖面的頂點位于校核洪水位處）。由于起坡點處的斷面發(fā)生突變，故應對該截面進行強度和穩(wěn)定校核。上游折坡點高程為 347m，下游折坡點高程為 380m。 根據以上幾個方面，初擬非溢流重力壩實用剖面如 下 圖 33 所示。 TL 混凝土重力壩設計 12 12 圖 33 非溢流重力壩實用剖面 荷載計算及組合 重力壩承受的荷載主要有：自重，靜水壓力，動水壓力，揚壓力，泥沙壓力，浪壓力及其地震荷載。 圖 34 重力壩荷載計算示意圖 TL 混凝土重力壩設計 13 13 自重 W 壩體自重 ()WkN 的計算公式： cWV?? 式中 V — 壩體體積， 3m ，由于取 1m 壩長，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖所示的若干個簡單的幾何圖形分別計算。 c? — 壩體混凝土的重度，一般取 /kN m。本次計算 c? 取 24KN/m3 W=W1+W2+ W3 ??????? ?????????? 靜水壓力 靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力 HP 和垂直水壓力 VP 兩種。 ()HP kN 計算公式為： 212HWPH?? 式中： H — 計算點處的作用水頭， m ； W? — 水的重度，常取 /kN m 。 （ 1）設計洪水位情況下 水平水壓力 ： HP =PH1+PH2= ? ?22 ???? = 垂直水壓力：PV=Pv1+Pv2+Pv3= ?????????? = （ 2） 校核洪水位情況下 力水平水壓力 HP =PH1+PH2= ? ?22 ???? = 垂直水壓力：PV=Pv1+Pv2+Pv3= ?????????? = 揚壓力 揚壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上下游水位差 H 產生的滲流在壩內或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由下游水面淹沒計算 截面而產生向上的水壓力。揚壓力的分布與壩體結構、上下游水位、防滲排水等因素有關。 下面以壩基面上的揚壓力計算為例來說明，壩踵處的揚壓力強度為 1H? ，壩趾處的揚壓力強度為 2H? ，排水孔幕處的滲透壓力為 H?? （ ? 為揚壓力折減系數，TL 混凝土重力壩設計 14 14 河床壩段 ? ? ，岸坡壩段 ? ? 。揚壓力的大小等于揚壓力分布圖的面積。只要把揚壓力分布圖畫正確，揚壓力就不難計算了。 （ 1）設計洪水位情況下 U1= 1= U2= 5 1= U3= 21 ??????KN U4= ? ? ??????? 21 （ 2）校核洪水位情況下 U1= 1= U2= 5 1= U3= ?????? KN U4= ? ? ??????? 泥沙壓力 一般計算年限取 50 100 年，水平泥沙壓力 ()skHP kN 為： 221 ta n ( 4 5 )22sskH sb sPh ???? 式中 sb? — 泥沙的浮重度， 3/kNm ； sh — 壩前淤沙厚度， m； s? — 淤沙的內摩擦角，（ ）。 豎直方向的泥沙壓力 skVP 按作用面上的淤沙重量（按淤沙的浮重度）計算。 由上述材料可知， 河流泥沙計算年限采用 50 年，壩前淤沙高程為 345m，泥沙的浮重度為