【導(dǎo)讀】水庫以灌溉和工業(yè)供水為主，兼顧防洪，工程興建后可以灌溉面積×104畝。少流域內(nèi)地下水的開采量，兼顧防洪。本設(shè)計以QA水庫水文、地形、地質(zhì)為基礎(chǔ)，確定。QA水庫壩型為粘土斜心墻碾壓式土石壩。本畢業(yè)設(shè)計說明書包括工程概況、設(shè)計相關(guān)基本。資料、調(diào)洪演算、壩型選擇及比選、大壩剖面尺寸、溢洪道以及導(dǎo)游隧洞設(shè)計等。計成果為說明書一份，計算書一份，工程設(shè)計圖紙4張以及其他計算附圖附表等。QA水庫的主要任務(wù)是，保證石油化工用水，改善灌區(qū)的灌溉條件，調(diào)劑生態(tài)用水，工程興建后可以向石油化工年提供水量×106. 經(jīng)水庫泥沙淤積計算，確定水庫死庫容×106m3，相應(yīng)死水位。級為三等工程，主要建筑物級別為3級，臨時建筑物為5級。QA河流域地處歐亞大陸腹地，屬典型的大陸性氣候，其特點是光照充足，夏季炎熱，流域內(nèi)盛行東北、東風(fēng)，全年大風(fēng)日數(shù)24. 占全年的%，枯水期11月至次年3月徑流量占全年的%。×106m3，P=50%徑流量×106m3，P=75%徑流量×106m3，P=90%徑流量。×106m3，P=95%徑流量×106m3。

　　

【正文】 。 3%，其值根據(jù)土料性質(zhì)、填筑部位、施工工藝和氣候條件等因素進(jìn)行選擇。 第八章 泄水建筑物 方案比較 土石壩 樞紐布置通常是以大壩為主體，泄水建筑物為中心。土石壩壩頂不易過水，所以為保證大壩安全，在樞紐布置中應(yīng)十分重視泄水建筑物的布置。從某種意義上說，選擇土壩壩址，壩軸線，主要是選擇合適的泄水建筑物的位置 ,并兼顧導(dǎo)流 輸水隧洞，然后再進(jìn)行優(yōu)化。在布置溢洪道有困難時 ,也可以考慮利用隧洞泄洪。本方案在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后采用岸邊溢洪道為主要泄水建筑物， 以提高土壩樞紐的泄洪超載能力以及運行可靠性。本方案溢洪道通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，凈寬取 27 m，分 2 孔過水，每孔寬度 m，開敞式泄洪。過水堰采用 WES 實用堰（高堰），堰頂高程為 ，出口段采用挑流鼻坎消能，由于流速較大，為了減少氣蝕，采用人工摻氣。泄槽底坡 1： 。 岸邊溢洪道修建在右壩肩 旁。按泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運用情況不設(shè)非常溢洪道。根據(jù)布置特征，可選擇正 槽 溢洪道，側(cè) 槽 溢洪道，井式溢洪道和虹吸溢洪道。 正 槽 溢洪道結(jié)構(gòu)簡單，施工和運用方便。側(cè) 槽 溢洪道適用于河谷狹窄的水利樞紐，不宜在土基上修建。 井式溢洪道要求地質(zhì)條件良好，在壩上游有適宜地形可布置喇叭口溢流堰進(jìn)口，且修建在堅固的巖基上。而虹吸式溢洪道不用閘門就能自動形成虹吸作用，管理簡單，能靈敏調(diào)節(jié)上游水位，但水力條件復(fù)雜，易發(fā)生空穴，構(gòu)造復(fù)雜。綜上所述，結(jié)合 地形地質(zhì) 條件 來看，本工程不宜設(shè)計為井式溢洪道 和 虹吸溢洪道，因為溢洪道設(shè)置在壩肩附近，一側(cè)為山，而且有溢洪道的總剖面圖可知坡降不大，所以不設(shè)置為井式和虹吸式溢洪道。 對于正槽 和側(cè)槽溢洪道可從樞紐布置、施工以及造價三方面來說：①正槽溢洪道軸線與水流方向平行，對于壩址處山體較低，岸坡較緩的地形大多采用正槽式，而對于側(cè)槽來說溢流堰大致沿等高線布置，水流經(jīng)過溢流堰泄入于堰大致平行的側(cè)槽后，經(jīng)過約 90176。的轉(zhuǎn)角流入下游。水流條件比正槽復(fù)雜。 ②從施工方面來說采用正槽施工經(jīng)驗比較多。施工質(zhì)量有保證。③在造價方面由于正槽的挖方量比側(cè)槽的稍大，所以初步的概算，正槽的要稍微大一些。從上幾個因素綜合考慮，本樞紐工程采用正槽溢洪道進(jìn)行泄洪。 溢洪道的布置 河岸式溢洪道布置可包括進(jìn)水渠、控制段、 泄槽、消能防沖設(shè)施及出水渠 。 進(jìn)水渠布置： 進(jìn)水渠的布置原則： ①選擇有利地形、地質(zhì)條件；②在選擇軸線方向時，應(yīng)使進(jìn)水順暢；③進(jìn)水去較長時，宜在控制段之前設(shè)置漸變段，其長度視流速等條件確定，不宜小 于 2 倍堰前水深；④渠道轉(zhuǎn)彎時，軸線的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于 4 倍渠底寬度，彎道至控制堰之間已有長度不小于 2 倍堰前水深。 根據(jù)布置原則，進(jìn)水渠布置在壩肩附近，左岸（靠壩一側(cè)）設(shè)置導(dǎo)水墻，靠山一側(cè)開挖成規(guī)則曲線。渠底不進(jìn)行襯砌。 控制段布置 溢洪道的控制段包括：溢流堰及兩側(cè)連接建筑。溢流堰是水庫下游泄洪的口 門，是控制溢洪道泄流能力的關(guān)鍵部位，因此必須合理選擇堰前控制段的形式和尺寸。為了使水流平順，本設(shè)計選擇控制段的長度為 26m。 溢流堰的形式 本設(shè)計采用實用堰，因為實用堰流量系數(shù)比寬頂堰大，而且在相同條件下，需要的溢流前緣較短，工程量相對較小，但施工較復(fù)雜。堰上設(shè)有交通橋，跨度 m ，堰寬 27 m。中間設(shè)有一個中墩，墩厚 1 m，寬 m。 控制段的岸墻的頂部高程與防浪墻的高程一致為 泄槽 泄槽布置要求：泄槽縱坡宜大于水流的臨界坡。當(dāng)條件限制需要變坡時，邊坡變化 不宜過多，且以先緩后陡；橫斷面宜采矩形斷面，當(dāng)結(jié)合巖石開挖時采用梯形斷面時，邊坡不宜緩于 1： ，并且注意由此引起的流速不均勻問題；泄槽軸線宜為等寬。 岸邊溢洪道的泄槽段縱向底坡 1:，等底坡，無彎道，泄槽段總長 ，且由于開挖至巖基，泄槽較為穩(wěn)定，泄槽段設(shè)橫縫與縱縫。為了適應(yīng)泄槽與其它建筑物的連接，采用滑動模板施工，以保證達(dá)到平整度的要求?？p內(nèi)設(shè)銅片止水，以阻止水流進(jìn)入泄槽底板底下。泄槽底部板縫下均設(shè)有橫向排水槽，在泄槽的縱軸線處設(shè)置縱向排水槽，將橫向排水中的水經(jīng)過縱向排水槽排到下游。底板厚 度為 。泄槽分塊，縫間止水可詳見圖QA1 中的止水詳圖。 消能防沖設(shè)施布置 消能措施的主要任務(wù)是盡量促使能量消耗于水流內(nèi) ，外部阻力，最大限度限制沖刷破壞。 溢洪道的消能段，根據(jù)地形、地質(zhì)條件、泄流條件、運行方式及河床抗沖能力，消能防沖要求，下游水流銜接及對其它建筑物影響等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用挑流消能型式。 挑流消能挑流很遠(yuǎn)，對建筑物安全，有保障，在空氣中摻氣。 溢洪道消能防沖建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)：本樞紐屬于 3 級建筑物，按 50 年一遇洪水設(shè)計溢洪道消防沖建筑物。選定的消能設(shè)施，要保證能 宣泄設(shè)計洪水，在宣泄常遇洪水要使消能效果良好，結(jié)構(gòu)可靠，并能防空蝕，抗磨損和抗凍害。挑流鼻坎可選用連續(xù)式，挑角為 30176。，挑坎高 2 米，下游設(shè)置護(hù)坦 。這樣可以保證下游河床和岸坡遭受沖刷后不至于危及大壩和溢洪道自身的安全。 出水渠布置 溢洪道經(jīng)挑流后，直接流入山谷，最后流入河道，故可不必設(shè)計出水渠 。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 引水渠 引水渠采用與泄槽等寬，其 B=27m。底板高程為 ，采用厚為 的 C25混凝土進(jìn)行襯砌。邊墻采用重力式擋土墻，上寬為 ，底寬為 。進(jìn)水段由于 受地形的限制，為了減小開挖量，則采用圓弧形導(dǎo)墻進(jìn)行引水，在靠近溢流堰處設(shè)置于直墻段，其長度 L=26 米。 控制段 控制段的結(jié)構(gòu)形式可采用分離式或整體式，分離式適合用于巖性比較均勻的地基。整體式是用于地基均勻性較差的情況，本工程地質(zhì)條件較好，巖性較均勻，可采用分離式。 泄槽底板 泄槽底板厚度考慮溢洪道規(guī)模及其與壩的相對位置、沿線的工程地質(zhì)條件、水力特性、氣候提條件、水流中挾沙情況等因素，并根據(jù)類似工程經(jīng)驗類比確定，泄槽的底板厚度不應(yīng)小于 米，本工程泄槽地板厚度為 米。 泄槽地板設(shè)置 結(jié)構(gòu)縫，分塊尺寸考慮到氣候條件、地基約束情況、混凝土施工條件，加上類似工程經(jīng)驗確定，其橫縫間距采用 15 米，中間設(shè)一條縱縫。 挑流消能 反弧半徑 R 可采用反弧最低點最大水深 h 的 6～ 12 倍。由于采用挑流，且挑流鼻坎建在巖基上，所以不設(shè)襯砌，僅在末端設(shè)置出口挑流結(jié)構(gòu)，將泄流挑入原河床。挑流消能的尺寸見圖 QX03 中挑流鼻坎詳圖。 邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 泄槽兩側(cè)的邊墻高由泄槽的水面曲線加上超高來確定，由于泄槽采用同一坡度，則其邊墻高度一致，取 3m。采用重力式，其尺寸見 QX03 中泄槽橫剖面圖。 地基及邊坡處理設(shè)計 地基開挖 根據(jù)建筑物對地基的要求結(jié)合地質(zhì)條件，工程處理措施等綜合研究確定，地基開挖至弱風(fēng)化層的中上部，開挖面平順。在控制段的基坑略向上游傾斜。 邊坡開挖及處理 根據(jù)巖體質(zhì)量、巖體結(jié)構(gòu)特征、邊坡高度和施工方法等條件，通過工程類比法，取溢洪道的開挖邊坡為 1： 混凝土的強(qiáng)度、防滲、抗凍指標(biāo) 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)等級不宜低于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中 條中表 所列數(shù)值。而有抗沖耐磨要求的部位，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于 C25。故泄槽的混 凝土采用 C25 等級。 材料抗?jié)B性指標(biāo)： 由于溢洪道有抗?jié)B要求，混凝土應(yīng)滿足有關(guān)抗?jié)B等級的規(guī)定，混凝土抗?jié)B等級按 28天齡期的標(biāo)準(zhǔn)試件測定，混凝土抗?jié)B等級分為： W W W W W W12六級。而再根據(jù)所承受的水頭、水力梯度以及下游排水條件、水質(zhì)條件和滲透水的危害程度等因素，混凝土的抗?jié)B等級不得低于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表 所列數(shù)值。對于溢流堰大體積混凝土結(jié)構(gòu)的擋水面，而且 H30，所以等級為 W4。 材料抗凍指標(biāo) 混凝土的抗凍等級按 28 天齡期的試件用快凍實驗方法測定，分為 F400、 F300、 F200、 F150、F100、 F50六級。對于混凝土的抗凍指標(biāo)可在《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表中查得抗凍等級為 F300。 溢洪道水力設(shè)計 控制段 溢流堰為正堰，堰頂下游采用 WES 型冪曲線，堰頂上游堰頭采用三圓弧曲線，采用高堰設(shè)計 . 高堰堰高要符合 p＞ , Hd=（ ～ ） Hmax, Hmax=最高洪水位－堰頂高程 =－ =。 經(jīng)計算 Hd=， p =，取 。而下游堰面曲線可按下式計算： xn=KHdn1y （ ） 其中 Hd——堰面曲線定型設(shè)計水頭； x、 y——原點下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)； n——與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)； k——當(dāng) p1/Hd 時， k 值見規(guī)范表 ；當(dāng) p1/hd≤ 時，取 k=～ 。 在《溢洪道設(shè)計規(guī)范》表 可查出 k=， n=。 則公式可寫為 : = 由此式可繪出下游曲線。 上游 堰頭曲線由雙圓弧曲線組成，其相關(guān)參數(shù)如下： R1==， R2= =， a= =， b== 反弧段半徑 r=（ ～ ）（ Hd+zmax），取 8m。 泄流能力計算： 開敞式 WES 型實用堰的泄流能力可按公式 溢洪道設(shè)計規(guī)范（中國電力出版社 P45） 計算： 2302 HgBcmQ s??? （ ） 式中 Q— 流量， m3/s B— 溢流堰總凈寬度，定義 B=nb=26m； b— 單孔寬度， ； n— 閘孔數(shù)目 ,2。 H0— 計入行近流速的堰上總水頭， 。 g— 重力加速度 ,。 m— 實用堰流量系數(shù) 經(jīng)下表取值 ,計算后取 。 c— 上游堰坡影響系數(shù) ,經(jīng)下表取值，取為 ； ε — 閘墩側(cè)收縮系數(shù)； 表 流量系數(shù) m值 H0/Hd P1/Hd ? 表 上游面坡度影響修正系數(shù) C值 上游壩面坡度（ :yx??） P1/Hd 3:1 3:2 3:3 ? ?? ? nbHnK ??? ???? （ ） 上式適用于 H0/b≤ ,當(dāng) H0/b＞ ， H0/b,仍取值 。 式中 ε 0— 中墩形狀系數(shù)； ζ k— 邊墩形狀系數(shù)； σ s— 淹沒系數(shù)。 得：ε = 故可計算得 Q=＞ m3/s ， 可以滿足最大洪峰下泄流量。 （詳見計算書） 泄槽的水力計算 泄槽采用矩形斷面其臨界水深和臨界底坡可按公式 溢洪道設(shè)計規(guī)范（中國電力出版社 P51）計算： 3 2gqhk ?? （ ） kk kk Bcgi 2?? （ ） 式中 Q—— 最大下泄流量 m3/s； n—— 泄槽槽身糙率系數(shù)， ； Rk—— 水力半徑， m； Bk—— 泄槽寬度， m。 經(jīng)計算 hk=， ik= 2. 水面線計算 （ 1）起始斷面水深計算 根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范 P53》可知，泄槽上游接實用堰時，起始計算斷面定在堰下收縮斷面處，泄槽起始斷面水深 1h 小于 Kh ,可按下式計算： ? ??? c os2 101 hHg qh ?? () 式中 Q—— 計算斷面單寬流量， 3 /m s m? ； 0H —— 起始計算斷面渠底以上總水頭， 取 ， ? —— 泄槽底坡坡角， arc cot 14? ?? ? —— 起始計算斷面流速系數(shù)，取 為 ； （ 2）采用逐段試算法進(jìn)行水面線計算 具體做法是把河流分為若干段，然后對每一段 △ s應(yīng)用以下公式進(jìn)行計算 E s sd sus=iiEEJJ???? ?? （ ） 式中 Es? —— 流段的兩端斷面上斷面比能 差值； Esd—— 流段 下 游斷面比能； Esu—— 流段上游斷面比能； J—— 流段平均 水力坡度； J= 22QK, 以上公式中， K=ACR ， A=（ b+mh） h， R= AX, 2b 2 1 m hX ? ? ? 經(jīng)計算得最終結(jié)果見下表 表 水面線計算表 H(m) A(m2) v（ m/s） v2/2g m Es（ m） Δ Es m R J iJ △ s S(m)