【正文】 = = m L= (hl%) (55) = = m hz = cth (56) = = m 通過壩高判定壩的等級為 3 級， 查閱 《混凝土重力壩設計規(guī)范》 (SL 3192021)對 安全加高 hc 進行取值 ， 見表 54。 西昌學院畢業(yè)設計 29 該重力壩最大壩高為 21 m，壩的級別屬于 3 級，所以設計情況 hc = m，校核情況 hc = m； 可得 ： △ h 設 = ++= m △ h 校 = ++= m 所以壩頂高程的確定按下式計算，并選其中的較大值。 表 54 安全加高 hc 單位： m 運用情況 壩的級別 1 2 3 設計情況 校核情況 壩頂高程 = 設計洪水位 + △ h 設 = + = m (57) 壩頂高程 = 校核洪水位 + △ h 校 = + = m 計算可知壩頂高程按校核洪水位 m 以上增加安全超高 m，即壩頂高 程為 m。 (2)下游壩坡坡度 下游壩坡坡度是漿砌石重力壩的一項重要指標，它關系到大壩的安全性及經濟性。為確定既安全又經濟合理的下游壩坡坡度，進行了大量的壩基抗滑穩(wěn)定計算分析。綜合考慮壩基抗滑穩(wěn)定、壩基和壩體應力、壩體施工和運行等因素，最終確定下游壩坡坡度為 1:。在該坡度下，各壩段抗滑穩(wěn)定安全性均滿足要求。 (3)溢流壩段剖面 溢流壩段壩剖面采用基本的三角形剖面，由于該壩段主要任務為排除河道中的漂浮物，兼小量的泄洪任務；所以該段壩頂高程定為 m，上游壩面鉛直，下游壩面為 1: 的斜坡，壩頂長度為 m，壩底寬為 18 m。 溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。 頂部曲線采用 WES 曲線；其中 Hd 為定型設計水頭，一般取校核洪水位時，取堰上水頭的 75%～ 95%；計算得到的 WES 上游段曲線圓弧過小，很容易導致堰面負壓。所以擬定其為半徑為 m 的圓弧曲線。 西昌學院畢業(yè)設計 30 堰頂曲線的下游曲線按方程 y = = 取值進行計算。 反弧段的與護坦相連， 根據混凝土重力壩設計規(guī)范中查得 反弧半徑 用下式計算： R = (4～ 10) hco (58) 公式說明： hco：為校核洪水閘門全開時反弧段最低點收縮斷面水深。 單寬流量 q = = 247。 = 流速 vo = = 247。() = m/s 上游總水頭 T0 = T+ 帶入數值，上游總水頭 T0 = ()+247。2247。 = 查《水力計算手冊第二版》流速系數 φ = 。 試算 反弧段最低點 水深 hco，公式如下： T0= hco + 試算過程見表 55。 表 55 反弧段最低點 水深 hco試算表 hc0 (m) q (m3/s) φ T0(m) 經試算得 反弧段最低點 水深 hc0 = m。 R = (4～ 10) hco = ～ m 經計算 取 R = m，為了工程施工方便，最終確定 R 為 m。其剖面形式見圖 51。 西昌學院畢業(yè)設計 31 圖 51 溢流壩剖面圖 (4)非溢流壩段剖面 非溢流壩段壩剖面采用基本的三角形剖面，即基本上以壩軸線處壩頂高程為頂點，上游壩面鉛直，下游壩面為 1: 的斜坡。右岸壩頂寬度根據構造要求確定為 m，左岸壩頂因要設置泄洪閘檢修 門門庫，根據要求確定為 m。 (5)泄洪閘壩段剖面 泄洪閘壩段剖面基底寬度比非溢流壩大，主要根據壩身泄洪消能要求進行相應設計。上游壩面鉛直，下游壩面壩坡為 1:。堰型為 實用堰 ，堰頂高程為 m，布置三扇開敞式弧形泄洪閘，孔口尺寸為 m m，閘頂高程與壩頂相同，為 m，下游斜坡段后通過反弧與消力池底板相接，反弧半徑為 6 m， 末 端高程為 m。 (6)泄洪沖沙閘剖面 泄洪沖沙閘長度與溢流壩段剖面長度基本相同。根據閘門的布置和操作要求，閘體長度為 m，分別布置一扇 m m 平板檢修閘門和一扇 m m 平板工作閘門，閘底高程為 m，閘頂高程為 m，閘體高度為 m，底板厚度 m(包括齒墻 )，由基礎開挖確定，邊墩厚 m。沖沙閘底板為 C35 抗沖混凝土。閘室底板高程比取水閘底板高程低 m，與取水閘之間設置攔沙坎，將泥沙導向沖沙閘，可保證進水口門前清。 (1)壩頂構造 西昌學院畢業(yè)設計 32 壩頂寬度由交通要求及泄洪建筑物閘門、啟閉設施的安裝和運行要求確定。右岸壩頂寬度根據構造要 求確定為 m，左岸壩頂因要設置泄洪閘門門庫，根據要求確定為 m，泄洪閘、沖沙閘閘頂寬度由結構布置確定，泄洪閘閘頂寬度 m，沖沙閘閘頂寬度 m。 為滿足閘門啟閉設施的運行要求，在泄洪閘和沖沙閘壩段布置啟門排架，上部布置 啟閉機室。 (2)壩體分縫、止水及接縫灌漿 大壩共劃分為 5 個壩段，壩段間設橫縫，縫內填塞閉孔塑料泡沫板。橫縫上游及下游校核洪水位以下各設一道橡膠止水。 由于壩基開挖坡度相對較緩，壩體不高，故橫縫不作接縫灌漿。壩體不設縱縫。 (1)滲透壓力計算： 因閘基處于巖基上，所以采用全截面直線分布法。但應考慮設置防滲帷幕和排水孔時對降低滲透壓力的作用和效果。全截面直線分布法： U =12 γ(Hhs)(L1＋ αL) (59) α ─ 滲透壓力強度系數，可采用 ； L ─ 閘底板底面的水平投影長度 ， m； U ─ 作用于閘底板底面上的滲透壓力 ， kN/m； H hs ─ 閘室底板底面上的滲透壓力作用水頭 ， m； 因工程閘基只設帷幕灌漿，無排水孔，而上游鋪蓋具有防滲能力，需考慮其滲透壓力。下游消力池已經釋放了壓力 ， 所以簡化工程如 圖 52。 西昌學院畢業(yè)設計 33 L LLHhSHha(Hh )SS 排 水 管 中 線心15 271 2 圖 52 大壩底板模型簡圖 因此 ， 計算如下： L1 = 15 m， L2 = 27 m， α = ， L = 42 m， γ = 10 kN/m3， H hs = m U = 12 10 ( 15＋ 42 ) = kN/m (2)抗?jié)B穩(wěn)定性驗算 ： (要求：水平段和出口段的滲流坡降必須小于《水閘設計規(guī)范》(SL 2652021)中規(guī)定的相關水平段和出口段的允許滲流坡降值，即水平段為 ～ ，出口段為 ～ ； 根據表 31，計算得： d5 = mm， d15 = mm， d85 = mm。由此推出： 閘基土的粗細顆粒分界粒徑 df = 15 85dd = ? = (510) 根據表 31 查得： Pf = % ， n = %； Pf ─ 小于 df 的土粒含量的百分數； n ─ 閘基土的孔隙率， %； 判定公式： 4Pf (1 n) = 4 % (1 % ) = 1 (511) 西昌學院畢業(yè)設計 34 所以該地基可能會發(fā)生管涌破壞。 計算允許滲流坡降值 ： [J] = [4Pf(1n)]2 (512) = [4%(%)]2 = K─防止管涌破壞的安全系數，可采用 ～ ，此處取值 為 。 允許滲流坡降值為 ，均小于水平段和出口段的允許滲流坡降值，滿足抗?jié)B穩(wěn)定性要求。所以，在此也無需鋪設濾層。 防滲帷幕及排水孔設計 為防止及保護壩基的滲透穩(wěn)定性，根據地質要求對壩基進行帷幕灌漿即可，無需進行固結灌漿。 《水閘設計規(guī)范》 (SL 2652021)中，防滲帷幕及排水孔設計相關規(guī)定，巖基上水閘基底帷幕灌漿孔宜設置單排，孔距宜取 m～ ，孔深宜取閘上最大水深的 ～ 倍。帷幕灌漿應在有一定厚度混凝土蓋重及固結灌漿后進行。 本工程帷 幕灌漿是在大壩壩基建成后進行， 根據規(guī)范，防滲采用水平和垂直防滲相結合，以垂直防滲為主，泄洪閘上游設防滲鋪蓋，長度 m，并在閘基設防滲帷幕，帷幕灌漿孔設置成單排，孔距取 m， 根據地質勘察結果，灌漿孔深入相對不透水巖層 (q10Lu)以下約 m，并且帷幕灌漿深度不小于壩高的 1/3，取單排帷幕灌漿深度為 m。由地下水位線及地質條件可得出，壩基處會發(fā)生繞壩滲流；為防止繞壩滲流，帷幕向左、右各延伸 m。另外，為便于灌漿施工及以后檢修、補灌，沿壩基上游側左右岸各布置一條灌漿洞。 壩基 開挖后，對出露的小斷層、張開節(jié)理、裂隙要求進行逐條開挖清理，并用 C15混凝土進行回填封堵。此外，壩基開挖后仍存在的地質鉆孔、探洞等，也要采用水泥砂漿或 C15 混凝土進行回填封堵。 永久縫止水設計 位于防滲范圍內的永久縫應設一條止水，即在防滲鋪蓋和壩基交接之間設置止水帶。 西昌學院畢業(yè)設計 35 水閘地基計算應根據地基情況、結構特點及施工條件進行。內容應包括： (1)地基滲流穩(wěn)定性驗算； (2)地基整體穩(wěn)定計算； (3)地基沉降計算。 地基滲流穩(wěn)定性驗算：在防滲排水設計中 已經計算得出 [J]= ， 小于水平段和出口段允許滲流坡降值，滿足滲流穩(wěn)定性要求。 地基沉降計算：根據《水閘設計規(guī)范》 (SL 2652021)地基計算及處理設計的設計要求，凡屬于下列情況之一者，可不進行地基沉降量計算： ○ 1 巖石地基 ， ○ 2 礫石、卵石地基 ， ○ 3 中砂、粗砂地基， ○ 4 大型水閘標準貫入擊數大于 15 擊的粉砂、細砂、砂壤土、 壤土，及粘土地基， ○ 5 中 、小型水閘標準貫入擊數大于 10 擊的壤土及粘土地基。 由此，閘基地基滿足上述條件，所以可以不用進行地基沉降計算。 體 抗滑穩(wěn)定和壩體應力計算分析 壩 體 抗滑穩(wěn)定和壩體應力計算分析 按規(guī)范《混凝土重力壩設計規(guī)范 (SL 3192021)可知： (1) 荷載 基本荷載： ○ 1 壩體自重； ○ 2 正常蓄水位時的靜水壓力； ○ 3 相應于正常蓄水位時的揚壓力； ○ 4 設計洪水位時的靜水壓力； ○ 5 相應于設計洪水位時的揚壓力； ○ 6 泥沙壓力； 特殊荷載： 西昌學院畢業(yè)設計 36 ○ 7 校核洪水位時的靜水壓力； ○ 8 相應于校核洪水位時的揚壓力； ○ 9 地震荷載。 本工程的地震設計烈度為 Ⅷ 度。計算加速度水平向采用 ，豎 向采用水平向 的 2/3，并考慮 的遇合系數。地震慣性力采用擬靜力法計算，同時考慮水平向和豎向地震作用。 (2)荷載組合 基本組合 Ⅰ ：正常蓄水位工況 特殊組合 Ⅰ ：校核洪水位工況 特殊組合 Ⅱ ：正常蓄水位 +地震工況 (3)抗滑穩(wěn)定計算及應力分析。 對泄洪溢流壩、閘壩段、泄洪沖沙閘壩段及非 溢流壩段四種典型壩段分別進行了沿建基面抗滑穩(wěn)定計算及應力分析 。 荷載作用的計算 (按單寬計算 ) 鋼筋混凝土： γ = kN/m179。 水容重 γ 水 = kN/m179。 基礎：沖積層， f 取 ○ 1 正常蓄水位工況： 壩體的自重 W = W 自 +W 交 = + = kN ↓ (513) 上游靜水壓力 P1 = γ 水 H2 (514) = = kN → 淤沙壓力 Ps = tan2(45186。 ) (515) 式中： γsb ： 由于無泥沙資料，所以初估 淤沙的浮容重，一般取 ～ kN/m3， 該處取 kN/m3； hs：壩前泥沙淤積厚度；取 5 m φs：淤沙的內摩擦角；該處取其為 20186。 西昌學院畢業(yè)設計 37 Ps = 52tan2(35186。) = kN → 揚壓力 ： U 揚 = 浮托力 + 滲流壓力 通過圖 52 荷載計算圖可得