【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 P P3 繪出曲線 L2 交 L1 于 P 對(duì)于 P 點(diǎn)的泄流量 Q 必為攔洪時(shí)泄水建筑物最大下泄流量相應(yīng)的水位 Z 即是所求攔洪水位 泄洪方案的選擇 1 可能方案 1 壩身開(kāi)孔方案 實(shí)驗(yàn)研究表明壩身開(kāi)孔方案包括淺孔方案和中孔方案為合理布置廠房淺孔和中孔設(shè)在兩岸對(duì)稱布置可利用水流對(duì)撞消耗能量其優(yōu)點(diǎn)與表孔 溢流相同適當(dāng)尺寸的孔口對(duì)壩體應(yīng)力并無(wú)大的影響利用壩身開(kāi)孔泄洪可節(jié)省另建溢洪道的投資缺點(diǎn)是當(dāng)水流過(guò)壩后需設(shè)置滑雪道泄槽并進(jìn)行合理選型和布置泄槽若做成排架式進(jìn)廠公路可從排架間通過(guò)此外應(yīng)注意開(kāi)孔數(shù)量和設(shè)置高程若同一高程開(kāi)孔數(shù)量多該層拱圈削弱數(shù)量多應(yīng)盡量避免 2 表孔溢流 其突出優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力大可減小孔口尺寸閘門上的水壓力小操作檢修方便缺點(diǎn)是壩身單薄需設(shè)置泄槽和滑雪道結(jié)構(gòu)實(shí)體的泄槽結(jié)構(gòu)工程量較大不經(jīng)濟(jì)輕型的滑雪道結(jié)構(gòu)易引起震動(dòng)穩(wěn)定性不好此外表孔結(jié)構(gòu)使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂高程以下才得以發(fā)揮 3 利用導(dǎo)流隧洞泄洪方案 拱壩的施工導(dǎo)流需采用一次斷流方案故在施工時(shí)需在某一岸開(kāi)挖導(dǎo)流隧洞以便壩體施工竣工后導(dǎo)流隧洞完成自己的使命不再使用為充分利用現(xiàn)成的洞子水利建設(shè)中常將進(jìn)口段改建成龍?zhí)ь^將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞以節(jié)省工程投資結(jié)合該工程的實(shí)際情況考慮因?qū)Я鞫撮L(zhǎng)度較短改建成泄洪洞后除龍?zhí)ь^部分外可利用的長(zhǎng)度不長(zhǎng)加上改建部分的開(kāi)挖和老洞的封堵也需要一定的投資故須認(rèn)真比較決定 4 壩外溢洪道泄洪方案 該方案適用于有天然埡口便于布置正槽式溢洪道的地形條件 A 江提供的地形圖壩址附近未見(jiàn)有天然埡口地形故不考慮該方案 2 方案初選 本設(shè)計(jì)從壩址處的地形地質(zhì)條件等因素綜合考慮擬采用壩身泄洪方式初步選擇以下方案進(jìn)行調(diào)洪演算 方案一 4 表孔 2 中孔 方案二 2 淺孔 2 中孔 方案三 4 中孔 3 調(diào)洪演算 調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理計(jì)算計(jì)算時(shí)先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)后表 用水力學(xué)公式計(jì)算出上游庫(kù)水位與下泄流量的關(guān)系公式 表孔 35 側(cè)收縮系數(shù) m 流量系數(shù)初設(shè)計(jì)時(shí)在定型設(shè)計(jì)水頭下當(dāng) PH 3 P 為堰高 m 時(shí)則 m 047～ 049當(dāng) PH≤ 3 時(shí) m 044～ 04 本次設(shè)計(jì)取為 048 孔口泄流公式 Q A 36 式中 A 出口處的面積 m2 H 自由泄流時(shí)為孔口中心處的作用水頭 m 淹沒(méi)泄流時(shí)為上下游水位差 m 孔口或管道的流量系數(shù)淺孔和中孔的值可用下式計(jì)算 09703 aH 372 淺孔 2 中孔 方案 起調(diào)流量 最大泄量 最高水位 m3s m3s m 1 設(shè)計(jì) 614862 6600 1867 校核 614862 6880 1898 最大設(shè)計(jì)泄洪流量為 m3s校核流量為 m3s最高設(shè)計(jì)水位為 m最高校核水位為m 起調(diào)流量 最大泄量 最高水位 m3s m3s m 1 設(shè)計(jì) 40961 5580 1881 校核 40961 7620 1901 34 中孔 表 33 4 中孔最大泄洪量與最高水位結(jié)果表 高 寬 出口高程 上游水位 出口中心處水頭 流量系數(shù) 起調(diào)流量 最大下泄量 最高水位 m m m m m m3s m3s m 設(shè)計(jì) 7 75 130 182 485 0927 6344624 6640 1866 校核 7 75 130 182 485 0927 594418 6820 1896 4 壩身泄流與利用導(dǎo)流隧洞 因客觀因素現(xiàn)對(duì)壩身泄流與利用導(dǎo)流隧洞不進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算只對(duì)其進(jìn)行定性分析 4 調(diào)洪方案的最終選擇 對(duì)于表孔淺孔中孔方案在滿足防洪要求時(shí) 4 中孔方案缺點(diǎn)是同一高程開(kāi)孔數(shù)量多令該層拱圈削弱過(guò)多對(duì)壩體結(jié)構(gòu)作用影響大不宜布置 4表孔 2中孔方案優(yōu)點(diǎn)是泄洪能力強(qiáng)但缺點(diǎn)是壩體較高同時(shí)表孔結(jié)構(gòu)使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂以下才得以發(fā)揮 2中 孔 2淺孔方案有較大泄流能力而且經(jīng)過(guò)合理布置采用挑流對(duì)撞消能工可以解決消能問(wèn)題也可使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響 綜合比較上述四個(gè)方案結(jié)合 A 江水利樞紐具體情況壩外溢洪道和利用導(dǎo)流隧洞方案不盡合理選擇表孔淺孔中孔方案雖有水流向心收聚能力集中的特點(diǎn)但只要合理布置采用挑流對(duì)撞消能工可以解決消能問(wèn)題泄槽的工程投資遠(yuǎn)小于另建泄水建筑物的投資為使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響宜選擇兩淺孔和兩中孔方案淺孔位于兩岸中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)對(duì)稱布置由表中可知方案 23 滿足防洪要求的同時(shí)壩前水位較低從而可節(jié)省壩體工程量故選其為最終泄洪防方案 即設(shè)置兩淺孔孔口尺寸為 85m 80m 進(jìn)口底高程為 164m 出口底高程 154m 兩中孔孔口尺寸為 75m 75m 進(jìn)口底高程為 135m 出口底高程為 130m 設(shè)計(jì)洪水時(shí)允許泄量 m3s 校核洪水時(shí)允許泄量 m3s 設(shè)置兩淺孔孔口寬 m 高8m進(jìn)口底高程為 164m出口底高程為 15m兩中孔孔口寬 7m高 m進(jìn)口底高程為 135m出口底高程為 1m 設(shè)計(jì)洪水時(shí)下泄流量 m3s 校核洪水時(shí)下泄流量 m3s 于允許下泄流量設(shè)計(jì)洪水位為 18m 校核洪水位為 m 第四章 壩型選擇及樞紐布置 41 壩址壩型選擇 壩址選擇與地形地質(zhì)條件壩型樞紐布置和施工導(dǎo)流等 因素有關(guān)在滿足樞紐布置和施工導(dǎo)流要求的前提下壩軸線應(yīng)盡可能短以節(jié)省工程量從地質(zhì)條件看壩址選擇應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造的地方 A 江樞紐提供的地形圖有明顯喇叭口狀河谷形狀呈 V 形無(wú)明顯的地質(zhì)構(gòu)造左右岸僅有兩條互相垂直的二組節(jié)理壩址附近無(wú)土料故壩址易于選擇 重力壩 混凝土重力壩依靠壩體自重或垂直荷載在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來(lái)抵抗水平水壓力以達(dá)到穩(wěn)定的要求利用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度的要求 其優(yōu)點(diǎn)比較明顯①壩體斷面形態(tài)適于在壩頂布置溢洪道和壩身設(shè)置泄水 孔不需要另設(shè)河岸溢洪道或泄洪隧洞在壩址河谷狹窄而洪水流量大的情況下重力壩可以較好地適應(yīng)這種自然條件②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單施工技術(shù)比較容易掌握在放樣立模和混凝土澆搗方面都比較方便有利于機(jī)械化施工③由于斷面尺寸大材料強(qiáng)度高耐久性能好因而對(duì)抵抗水的滲透特大洪水的漫頂?shù)卣鸷蛻?zhàn)爭(zhēng)破壞能力都比較強(qiáng)安全性較高④對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好幾乎任何形狀的河谷都可以修建重力壩⑤具有足夠強(qiáng)度的巖基就可滿足要求因?yàn)橹亓纬Ｑ貕屋S線分成若干獨(dú)立的壩段所以能較好地適應(yīng)巖石的物理力學(xué)特性的變化和各種非均質(zhì)的地質(zhì) 但缺點(diǎn)也比較明顯①剖面尺寸較大壩體內(nèi)部 的壓應(yīng)力一般不大因此材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮②①受力條件好在荷載作用下拱壩同時(shí)起拱的作用和懸臂梁的作用主要依靠?jī)砂秹渭绾蛪位膸r體維持穩(wěn)定壩體自重對(duì)壩體的穩(wěn)定性影響不大②壩的體積小因?yàn)楣皦问且环N受壓 結(jié)構(gòu)拱向除拱端外幾乎全部受壓梁方向除底部外大部分也是受壓故可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能厚度可以較小故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省 13～～ A 江水利樞紐而言有合適的喇叭口地形 V 形河谷地質(zhì)條件也不復(fù)雜兩岸也沒(méi)有順河向的節(jié)理裂隙故攔河大壩選擇混凝土拱壩方案 42 壩體形態(tài)選擇 拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩 壩 單曲拱壩只在水平截面上呈拱形而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小定圓心定外半徑拱壩設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單但工程量大且河谷上寬下窄時(shí)壩底部圓心角過(guò)小使拱的作用減小而定中心角變半徑拱壩雖然比較經(jīng)濟(jì)但兩岸壩段剖面有 倒懸在施工和庫(kù)空運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力 壩 雙曲拱壩又稱穹形拱壩在水平和垂直截面內(nèi)都呈拱形在 V 形河谷或其它上寬下窄的河谷若采用定半徑式拱壩其底部會(huì)因中心角過(guò)小而不能滿足應(yīng)力的要求此時(shí)宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小以使上下各層拱圈的中心角基本相等并在鉛直向設(shè)計(jì)成一定曲率形成變半徑等中心角雙曲拱壩而做到上下層拱圈的中心角相等很困難故廣泛采用變半徑變中心角的雙曲拱壩這種拱壩各層拱圈的中心角外弧面和內(nèi)弧面的半徑從上到下都是變化的而各層拱圈內(nèi)外弧的圓心聯(lián)線均為光滑的曲線變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應(yīng)河谷形狀的變 化 較 雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點(diǎn)①由于其梁系也呈彎曲形狀兼有垂直拱的作用它在承受水平向荷載后在產(chǎn)生水平位移的同時(shí)還有向上位移的傾向使梁的彎矩有所減少而軸向力加大對(duì)降低壩體拉應(yīng)力有利②在水壓力作用下雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉這同自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力正好相反 43 方案比較 高計(jì)算 1 波浪三要素計(jì)算采用官?gòu)d水庫(kù)公式 拱壩壩頂超出水庫(kù)靜水位的高度△ h 為 41 42 43 44 式中 V 計(jì)算風(fēng)速 ms D 庫(kù)面吹程 m 平均波高 m 平均波周期 sH 水深 m 2 壩頂高程計(jì)算 壩 頂 高 程 ｛ 設(shè) 計(jì) 洪 水 位 △ h 設(shè) 校 核 洪 水 位 △ h 校 ｝△ h 46 式中 累積頻率 1 的波浪高度 m 按式 414243 求出 hz 波浪中心線高出靜水位的高度 hc 取決于壩的級(jí)別和計(jì)算情況的安全超高 經(jīng)計(jì)算得壩頂高程為 1925 米即拱 壩壩高 1005 米 方案 1 重力壩的壩體尺寸 1 壩頂寬 1000 m 2 壩底寬 8634 m 3 上游壩坡斜率 015 4 下游壩坡斜率 08 2 重力壩工程量計(jì)算 在大壩兩個(gè)折坡處將壩體沿水平向分成三塊從上往下依次為 IIIIII 利用下式分別對(duì)三個(gè)壩塊進(jìn)行計(jì)算 所求壩塊的體積 m3 H 所求壩塊的高度 m L1 所求壩塊壩面長(zhǎng)度 m L2 所求壩塊壩底長(zhǎng)度 m b 所求壩塊壩頂寬度 m m1m2 所求壩塊上下游坡度 經(jīng)計(jì)算得重力壩的混凝土方量為 V VIVIIVIII 7295877m3 案 1 拱壩的壩體尺寸 1 壩頂厚度 Tc 850m 2 壩底厚度 TB 257m 3 上游面曲線方程 48 4 下游面曲線方程各高程的厚度 Ti 由 TcTB 內(nèi)插求得 49 2 拱壩工程量計(jì)算 拱壩工程量計(jì)算利用下式分別對(duì)四個(gè)壩塊進(jìn)行計(jì)算 410 其中 Aφ 360π R 外 2R 內(nèi) 2 Φ第 i 層拱圈的中心角 R1 第 i 層拱圈的外半徑 m R2 第 i 層拱圈的內(nèi)半徑 m 經(jīng)計(jì)算得混凝土拱壩的方量為 V′ 363360m3 3 工程量比選 經(jīng)比較拱壩較重力壩可節(jié)約工程量 44 組成建筑物及樞紐布置 筑物 根據(jù) A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩壩后式廠房泄水建筑物開(kāi)關(guān)站過(guò)木筏道等 mm 進(jìn)口底高程為 164m 出口底高程為 154m 中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)孔口寬 7m 高 m 進(jìn)口底高程為 135m 出口底高程為 130m 泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)坎頂高 1194m淺孔反弧半徑為 m中孔反弧半徑為 50m泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致挑射角 20o 導(dǎo)墻厚度為 m 淺孔導(dǎo)墻高度為 m 中孔導(dǎo)墻高度為 m 46 廠房及引水系統(tǒng)布置 壩后式廠房裝有 4 臺(tái) 5 萬(wàn) k 的發(fā)電機(jī)組主廠房長(zhǎng) 81m 寬 18m 副廠房長(zhǎng) 6m 寬10m 安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m 寬 18mm 壩頂寬 8m 壩頂長(zhǎng)約 m 壩底寬 m 主廠房長(zhǎng) 81m 寬 18m 副廠房長(zhǎng) 66m 寬 10m 安裝場(chǎng)長(zhǎng) 21m 寬 18mm 高 m 進(jìn)口底高程為 164m 出口底高程為154m 中孔位于水電站進(jìn)水口兩側(cè)孔口寬 7m 高 m 進(jìn)口底高程為 135m 出口底高程為 130m 泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)坎頂高程為 11m 淺孔反弧半徑為 m 中孔反弧半徑為 m泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致挑射角 θ o導(dǎo)墻厚度為 1m 淺孔導(dǎo)墻高度為 m 中孔導(dǎo)墻高度為 mm 寬 2m 位于左岸 51 Tmin 3～ 5m 式中 H 壩高 m L1 壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離 m 考慮到交通要求以及頂拱厚度加大對(duì)梁應(yīng)力有利取 Tc 85m 需要指出頂部拱圈的厚度對(duì)頂部拱圈及壩下游面上部的應(yīng)力影響十分顯著而且頂拱剛度的大小對(duì)調(diào)整整個(gè)壩體應(yīng)力特別是河床部位的梁 底壩踵應(yīng)力也有相當(dāng)?shù)挠绊懠哟箜敼昂穸葘⒂欣跍p小梁底上游面的垂直拉應(yīng)力值相反如頂拱兩端的巖石