【正文】 ? ? ? ? （ 4）揚(yáng)壓力 ? ? 11 0 + 5 . 8 1 0 6 . 5 = 5 1 3 . 52U K N? ? ? ? （ 5）泥沙壓力 水平泥沙壓力： KNnhP ssss2/)21045(2/)245(t a n21022022??????? ?? 垂直泥沙壓力： = KN垂 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２４ 式中： s? —— 泥沙的浮重度； sh —— 泥沙的淤積厚度； s? —— 泥沙的內(nèi)摩擦角。 ?? ??? P AcUWfK s 39。39。39。 )( 26 B MBWyu ?? ??? 2d6 B MBWu ?? ??? 39。 ??sk 可見溢流壩穩(wěn)定性滿足要求。 ?? ???yuu Mp?? 溢流壩滿足應(yīng)力要求。 .39。 ??sk 可見溢流壩穩(wěn)定性滿足要求。 ?? ???yuu Mp?? 溢流壩滿足應(yīng)力要求。 削能防沖設(shè)計(jì) 由于工程所在地地基巖性很好，抗沖能力強(qiáng)，且水頭很高，消能型式應(yīng)根據(jù)地形地區(qū)條件、樞紐布置、運(yùn)行條件、下游水深及消能防沖要求等綜合考慮，并通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選定。 由于溢流壩下泄的水流具有很大的動(dòng)能，常高達(dá)幾百萬甚至幾千萬 KW，如此巨大的能量，如不妥善處理，勢必導(dǎo)致下游河床被嚴(yán)重沖刷，甚至造成塌滑岸破和大壩失事。所以消能措施的合理選擇和設(shè)計(jì)對樞紐布置、大壩安全及工程量具有重要意義。 《水工建筑物》及《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL3192021）可知消能的設(shè)計(jì)原則是：1）盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi) 部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上； 2）不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷； 3）下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，工程量小。 確定消能形式 （ 1）挑流消能 :挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射 ,使水流擴(kuò)散 ,并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后 ,形成強(qiáng)烈的旋滾 ,并沖刷河床形成沖坑 ,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來愈厚 ,大部分能量消耗在水滾的摩擦中 ,沖坑逐漸趨于穩(wěn)定 .挑流消能的工程量小、投資省 ,結(jié)構(gòu)簡單、檢修施工方便 .但下游局部沖刷不可避 免 ,一般適用于巖基比較堅(jiān)蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２５ 固的高壩或中壩。 （ 2）底流式消能 :底流消能是在壩址下游設(shè)消力池 ,消力坎等 ,促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍 ,通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量 .底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好 ,對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)及水流霧化等優(yōu)點(diǎn) .但工程量大，不宜排漂或排冰 .底流消能適應(yīng)于中低壩或基巖較軟弱的河道 ,高壩采用底流消能需經(jīng)論證。 （ 3）面流式消能 :面流消能是在溢流壩下游面設(shè)低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流 動(dòng)方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴(kuò)散，減小對河床的沖刷，達(dá)到消能防沖的目的。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定，尾水較深，河道順直，河床和河岸在一定范圍內(nèi)有較高抗沖能力，可排漂和排冰。面流消能雖不需要做護(hù)坦，但因?yàn)楦咚偎髟诒砻妫殡S著強(qiáng)烈的波動(dòng)，流態(tài)復(fù)雜，使下游在很長距離內(nèi)水流不平穩(wěn)，可能影響電站的運(yùn)行和下游航運(yùn)，且宜沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護(hù)措施。 （ 4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流壩址設(shè)置一個(gè)半徑較大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋 滾，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至表面。戽內(nèi)、外水流的旋滾可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，減輕了對河床的沖刷。消力戽適用于尾水較深，變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸有一定抗沖刷能力的情況。消力戽的優(yōu)點(diǎn)是：工程量較底流消能?。粵_刷坑比挑流消能淺；不存在霧化問題。缺點(diǎn)是：下游水面波動(dòng)大，綿延范圍長，易沖刷岸坡，對航運(yùn)不利，底部旋滾將泥沙帶入戽內(nèi)時(shí)，磨損戽面增加了維修費(fèi)用。 （ 5）最終確定消能型式 mh s 2 2 2 2 1 ??? mH ? 0??Hh s 所以是自由出流形式，需要進(jìn)行消能。 海漫的計(jì)算 水流經(jīng)過消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍有一定的剩余動(dòng)能，特別是流速分布不均，脈動(dòng)任較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，護(hù)坦后任需設(shè)置海漫等防沖加固設(shè)施，以使水流均勻擴(kuò)散，并將流速分布逐漸調(diào)整到接近天然河道的水流形態(tài)。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２６ (1)海漫的布置和構(gòu)造。 一般在海漫起始段做 5～ 10m長的水平段，其頂面高程可與護(hù)坦齊平或在消力池尾坎頂以下約 ，水平段后做成不陡于 1： 10 的斜坡，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床 不受沖刷。 對海漫的要求：①表面有一定的粗糙度，以利進(jìn)一步消除余能；②具有一定的透水性，以便使?jié)B水自由排出，降低揚(yáng)壓力；③具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形。常用的海漫結(jié)構(gòu)有以下幾種： ① 干砌石海漫。 一般由塊徑大于 30cm塊石砌成，厚度為 ～ ，下面鋪設(shè)碎石、粗砂墊層，厚10～ 15cm。干砌石海漫的抗沖流速為 ～ 。為了加大其抗沖能力，可每隔 6～ 10m設(shè)一漿砌石梗。干砌石常用在海漫后段。 ② 漿砌石海漫。 采用 50 號(hào)或 80 號(hào)水泥砂漿砌塊石，塊徑大于 30cm，厚度為 ～ ，砌石內(nèi)設(shè)排水孔，下面鋪設(shè)反濾層或墊層。漿砌石海漫的抗沖流速可達(dá) 3～ 6m/s，但柔性和透水性較差，一般用海漫的前部約 10m范圍內(nèi)。 ③ 混凝土板海漫。 整個(gè)海漫由混凝土板塊拼鋪而成，每塊板的邊長 2～ 5m，厚度為 ～ ，板中有排水孔，下面鋪設(shè)反濾層或墊層?；炷涟搴Ｂ目箾_流速可達(dá) 6～ 10m/s,但造價(jià)較高。有時(shí)為增加表面糙率，可采用斜面式或城垛式混凝土塊體。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)注意順?biāo)髁飨虿灰擞型p。 ④ 鋼筋混凝土板海漫。 當(dāng)出池水流的剩余能量較大時(shí)，可在尾坎下游 5～ 10m范圍內(nèi)采用鋼筋混凝土板海漫，板中有排水孔，下面鋪設(shè)反濾層或墊層。 ⑤ 其他形式海漫。如鉛絲石籠海漫等。 (2)海漫的長度 海漫長度 L 應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利水位和流量的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，它與消力池出口的單寬流量及水流擴(kuò)散情況、上下游水位差、地質(zhì)條件、尾水深度以及海漫本身的粗糙程度等因素有關(guān)， SL 265— 2021《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》建議用下式進(jìn)行估算。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２７ 2L k q H? 式中： q — 消力池出口的單寬流量， 3 /( )m s m? 。 H — 上下游水位差， m。 2k — 河床土質(zhì)系數(shù)，當(dāng)合床位粉砂、細(xì)砂時(shí)，取 14～ 13；當(dāng)河床為中砂、粗砂及粉質(zhì)壤土?xí)r，取 12～ 11；當(dāng)河床為粉質(zhì)黏土?xí)r，取 10～ 9；當(dāng)河床為堅(jiān)硬黏土?xí)r，取 8～ 計(jì)資料本設(shè)計(jì)取 2k =7. 上式適用于 qH=1～ 9 的范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中 8 .9 4 .2 4 .2 7qH ??， 故 2 7 30L k q H m? ? ? ? 則海漫的水平段為 5m，為漿砌石海漫；水平段后做成 1： 10 的斜坡，為干砌石海漫。 防沖槽的設(shè)計(jì) 水流經(jīng)過海漫后，盡管多余能量得到了進(jìn)一步消除，流速分布接近河床水流的正常狀態(tài)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為保證安全和節(jié)省工程量，常在海漫末端設(shè)置防沖槽或采用其他加固措施。 在海漫末端預(yù)留足夠的塊徑大于 30cm的石塊，當(dāng)水流沖刷河床，沖刷坑向預(yù)計(jì)的深度逐漸發(fā)展時(shí)，預(yù)留在海漫末端的石塊將沿沖刷坑的斜坡陸續(xù)滾下，散鋪在沖坑的上游斜坡上，自動(dòng)形成護(hù)面 ，使沖刷不致再向上游側(cè)擴(kuò)展。參照已建水閘工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，防沖槽大多采用寬淺式，其深度 39。39。t 一般取 ～ ，底寬 b 取 2～ 3 倍深度，上游坡率 m1=2～ 3，下游坡率 m2=3。防沖槽的單寬拋石量 V應(yīng)滿足護(hù)蓋沖坑上游坡面的需要，可按下式估算。 39。39。V At? 其中 39。39。39。0[]qttv?? 式中： A — 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般采用 2～ 4，本設(shè)計(jì)取 A=3； 39。39。t — 海漫末端的可能沖刷深度， m； 39。q — 海漫末端的單寬流量， 3 /( )m s m? ； 0[]v — 河床土質(zhì)的容許不沖流速， m/s； t — 海漫末端的水深， m。 由 2 / 3 1 / 2 2 / 3 1 / 211 ()2Q Q b hR i iA n b h n b h? ? ? ? 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２８ 2 / 3 1 / 24 4 . 4 8 1 5( ) 0 . 1 0 . 75 0 . 0 1 7 5 2h hmhh? ? ?? 則海漫末端的水深為 t =， 又 由地質(zhì)資料得 0[]v =, 則 39。339。39。08 .9 /( )1 .1 1 .1 0 .7 1 .2 5 8[ ] 5 /q m s mt t mv m s ?? ? ? ? ? ? 39。39。 3 1. 25 8 3. 7 74V At m m? ? ? ? 39。39。 45b t m m? ? ? ? 算得防沖槽深度 39。39。 ? ，底寬 ? ，上游坡率 m1=,下游坡率 m2=3。 閘門的設(shè)置 閘門分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門。工作閘門用來調(diào)節(jié)下泄流量，需在動(dòng)水中啟閉，要求有較大的啟閉力；檢修閘門用于短期擋水，以便對工作閘門、建筑物及機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修，在靜水中啟閉，啟閉力較?。皇鹿书l門則是在出現(xiàn)事故緊急使用，能在動(dòng)水中關(guān)閉。 工作閘門 常用的工作閘門有平板閘門和弧形閘門。 平板閘門的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，各孔口可共用一個(gè)活動(dòng)式起閉機(jī)；缺點(diǎn)是：啟閉力較大，閘墩較厚。 弧形閘門的主要優(yōu)點(diǎn)是：啟閉力較小，閘 墩較薄，無門槽，水流平順；缺點(diǎn)是：閘墩較長，受力條件較差。 設(shè)計(jì)工程有洪水期有峰高量小、漲落慢的特點(diǎn)，相比較，平板閘門的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好更為突出。比較后決定，溢流壩閘孔工作閘門采用平面閘門。 檢修和事故閘門 通常的檢修閘門可采用平板閘門、浮箱閘門及較簡單的疊梁門。針對設(shè)計(jì)工程實(shí)際情況分析，由于壩面部夠?qū)?，可以再布置有門槽的平板檢修閘門。 4 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 壩頂構(gòu)造 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ２９ 壩頂路面應(yīng)具有 2～ 3％的橫向坡度，并設(shè)置砼排水溝 (20 20cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（寬 50cm，高 120cm）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而下游側(cè)則可設(shè)防護(hù)欄，為滿足運(yùn)用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設(shè)施，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫方向。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測和維修人員快速進(jìn)出。在大壩電站壩段和溢流壩段，為方便開啟閘門，維修或更換閘門或其它設(shè)備，在壩頂設(shè)置啟閉機(jī)軌道，并安裝啟閉機(jī)。 分縫止水 分縫的作用 橫縫：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基 不均勻變形和滿足施工要求； 縱縫：適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，在平行壩軸線方向設(shè)置。 一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時(shí)縫，垂直壩軸線，用于將壩體分成為若干獨(dú)立的壩段；縱縫為臨時(shí)縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫三種，縱縫縫面應(yīng)設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應(yīng)力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，為了灌漿時(shí)不使?jié){液從峰內(nèi)流出，必須在縫的四周設(shè)止?jié){片。 水平施工縫：是上、下層澆筑塊之間的接合面。澆筑塊厚度一般為 ～ ；在靠近基巖面附近用 ～ ，以利 于散熱，減少溫升，防止開裂。 縫間距 橫縫：由工作條件和運(yùn)行條件確定（擋水： 12～ 18m；電站：由機(jī)組尺寸確定；溢流：由孔寬 +閘墩尺寸確定；底孔：由孔寬確定）；主要取決于地基特性、河谷地形、溫度變化、結(jié)構(gòu)布置和澆筑能力等。 縱縫：根據(jù)砼澆筑能力和溫度控制要求確定，一般為 15～ 13m。 由于本工程壩體過小，只需設(shè)置橫縫，不設(shè)置縱縫。在左岸擋水壩段設(shè)置一條橫縫，右岸擋水壩段不設(shè)置橫縫。 止水設(shè)計(jì) 橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對于高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間 設(shè)瀝青井，金屬片止水一般采用 ～ 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，一般為 ～ （本設(shè)計(jì)采用 ），每側(cè)埋入砼蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ３０ 的長度約為 20～ 25cm（本設(shè)計(jì)采用 25cm），在止水片的安裝時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計(jì)采用方形），其一側(cè)可用預(yù)制砼塊，預(yù)制塊長 ～ ，厚 5～10cm（本設(shè)計(jì)采用 1m 10cm），瀝青井尺寸大致為 15cm～ 15cm至 25cm～ 25cm（本設(shè)計(jì)采用 15cm 15cm）。 止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約 30～ 50cm，井內(nèi)填滿瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。 排水 壩體排水 根據(jù)《混泥土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL3192021） 在上游設(shè)面防滲層，下游面應(yīng)設(shè)置鉛直或近乎鉛直的排水