【正文】 要求。分塊尺寸應考慮氣候特點、地基約束情況、施工(特別是溫控)條件，比照類似工程經(jīng)驗確定，其縱、橫縫間距可采用10～15m。本設(shè)計不設(shè)縱縫，僅設(shè)置垂直于水流流向的橫縫，間距取為10m，分別位于距離泄槽始端10m和20m處，由于巖基良好，采用鍵槽縫連接，并且設(shè)置止水，縫下設(shè)排水溝。為了使襯砌與基巖緊密結(jié)合，增強襯砌穩(wěn)定，保持底板穩(wěn)定性，設(shè)置錨筋將兩者連在一起，鋼筋直徑用25mm，插入基巖深度1m。泄槽兩側(cè)邊墻為重力式邊墻，邊墻底排水管即為槽底縱向排水管一樣，為了排水通暢，在排水管靠近邊墻頂部的一端設(shè)置通氣孔。，墻下基底擴展至1m。邊墻穩(wěn)定與應力計算本設(shè)計暫不進行。5 放水建筑物放水建筑物由放水臥管和輸水涵洞組成。放水臥管布置在河道左岸，輸水涵管由梯形壩中間壩垛引出。 臥管設(shè)計臥管采用箱式方形結(jié)構(gòu)，底坡為1：，用C15混凝土漿砌塊石砌筑成臺階式。，蓋板采用C15鋼筋混凝土預制板。 放水流量的確定灌區(qū)主要為水稻灌區(qū)，初步設(shè)計時，各灌溉系數(shù)按經(jīng)驗取值。初步擬定設(shè)計灌水模數(shù)為，灌溉水利用系數(shù)。初步擬定設(shè)計流量時，按公式51初步計算： (51)代入數(shù)據(jù)得為了保障意外情況的安全，則梯級設(shè)備放水流量初步取為： 放水孔孔徑的計算，每臺設(shè)放水孔，每臺設(shè)一孔，按每次放水同時開啟2孔計算，放水孔放水流量為： (52) (53)——流量，；——孔口出流面積，m2；——流量系數(shù)（值與孔口的形狀有關(guān)，小孔出流=~，大孔出流=~）；，——兩孔水頭，；——放水孔孔徑，m。代入數(shù)據(jù)算得放水孔孔徑為：，則放水流量。 臥管斷面尺寸確定考慮在實際運用中，由于水位變化而導致的放水孔調(diào)節(jié)，臥管內(nèi)流量比正常運用時應加大20%—30%，故臥管斷面設(shè)計時要按加大流量計算，取Q加= Q==臥管內(nèi)的水流近似于明渠水流,按明渠均勻流公式進行水力計算，求出正常水深。初步擬定臥管底寬b=。明渠均勻流公式如下式54所示： (54) 式中：Q——流量，對于臥管為Q=Q加= ；b——臥管斷面底寬，b=；——過水斷面面積，=bh0=h0；C——謝才系數(shù)，；R——水力半徑，R=/X，X濕周，X=+2h0；n——糙率，對于臥管，取n=；i——臥管底坡，i=1/。將以上有關(guān)數(shù)值代入公式(54)，經(jīng)試算得臥管正常水深為：h0=為保證放水孔水流跌落臥管時水柱的躍高不致淹沒進水孔底緣,使臥管內(nèi)不形成壓力流,對方形臥管,其高度應為臥管正常水深的3至4倍，則臥管斷面高為：H=3~4=~，取H=。臥管斷面尺寸確定為（寬高）。 臥管結(jié)構(gòu)尺寸確定,。臥管軸線與涵洞軸線夾角為90度，臥管斜長約40m，,共4道,以增加其穩(wěn)定性。臥管底最低點高程127m，總高度22m，共44臺階。為防止臥管放水時產(chǎn)生真空，在臥管頂部設(shè)通氣孔。 涵洞設(shè)計根據(jù)地形條件，涵管由左岸第二個梯形壩壩垛中線引出，洞底進口高程127m，采用C15混凝土方函。涵洞底坡為1/50，進口與陡坡末端消力池連接，出口與灌溉明渠連接。涵洞軸線與臥管軸線夾角為90度。 涵洞內(nèi)水深計算涵洞內(nèi)水流同樣類似于明渠均勻流，其流量計算同樣采用公式54：在涵洞計算中，各參數(shù)取值如下：Q——取涵洞內(nèi)過水流量，Q=Q加=；——過水斷面面積，=bh0=h0；B——涵洞底寬，初步假設(shè)取b=；C——謝才系數(shù)，；R——水力半徑，R=/X，X為濕周，X=+2h0；N——糙率，對混凝土襯砌，取n=；i——涵洞底坡，i=1/50。將以上有關(guān)數(shù)值代入公式,經(jīng)試算得涵洞內(nèi)正常水深為h0=。涵洞允許最大水深為：涵洞內(nèi)不會出現(xiàn)有壓流。 涵洞結(jié)構(gòu)尺寸確定涵洞全長30m，進口底高程為127m。為防止由于溫度變化產(chǎn)生裂縫，沿涵洞軸線每隔10m設(shè)一道溫度縫，共2道。為防止洞身與壩體結(jié)合時，沿管壁產(chǎn)生集中滲流，結(jié)合沉陷縫設(shè)截水環(huán)，每逢兩道，深入混凝土體30cm。 臥管末端消力池 水流銜接形式判斷是否需要設(shè)消力池，需要先求得第二共軛水深h2，計算采用公式55： (55)式中：q——單寬流量，q=；h2——第二共軛水深，m；h0——臥管正常水深，h0=；a——流速不均勻系數(shù)，取a=；g——重力加速度，g=。將以上有關(guān)數(shù)值代入公式計算得h2=247。2[(1＋8247。247。)－1] =下游涵管正常水深，將發(fā)生遠離式水躍，需要設(shè)置消力池。 消力池斷面尺寸消力池深可按下式56計算： (56)式中：——淹沒安全系數(shù)。代入數(shù)據(jù)算得：取。池長按式57計算： (57)算得：取消力池寬度為：最終擬定消力池尺寸為。6 細部結(jié)構(gòu)設(shè)計 非溢流壩段本工程暫不進行帷幕灌漿，僅于壩底上、下游作阻滲齒槽，但在壩體上游面m高程處預留m寬的灌漿平臺，以備必要時灌漿之用。砌石壩由于石料和膠結(jié)材料的接觸面不平整，再加上膠結(jié)材料干縮和受荷變形，如果沒有防滲措施，很容易形成滲漏通道，因此必須設(shè)置壩體防滲設(shè)施。對砌石壩的防滲措施，一般有漿砌料石加水泥砂漿勾縫、混凝土防滲面板或防滲墻、鋼絲網(wǎng)水泥噴漿護面等，本工程在上游側(cè)設(shè)置混凝土防滲心墻，厚1m，心墻底往上游面延伸，形成混凝土底板，并且與上游阻滲齒槽連成整體，形成完整的防滲面并改善壩踵基礎(chǔ)面的局部應力集中。 溢流壩段，同樣于堰基上游側(cè)設(shè)置阻滲齒槽，與非溢流壩段連成完整壩段的防滲系統(tǒng)。 壩體分區(qū)及材料石料是漿砌石重力壩的主要建筑材料，要新鮮、完整的巖石。風化、半風化或有裂縫的石料不能用，容易風化、軟化的巖石也不能用作壩體砌筑，一般要求石料的飽和極限抗壓強度在40Mpa以上，也就是立方厘米的試件在飽和情況下作軸心抗壓試驗，其標號達到40Mpa以上。本工程壩址附近有較大儲量的砂巖，采集方便，運輸距離短，可以用作壩體砌筑石料。砌石體的膠結(jié)材料可以選用水泥砂漿或混凝上，由于壩址區(qū)石子、砂儲量豐富，優(yōu)先選擇混凝上作為膠結(jié)材利，雖然混凝上的和易性比水泥砂漿差，且相對用量較大，但混凝上的砌體強度比水泥砂漿的砌體強度要大，既便于機械化施工，提高功效，又能保證工程質(zhì)量，而且還可以和混凝土防滲墻使用同一拌和、運輸系統(tǒng)，簡化施工現(xiàn)場的布置。根據(jù)壩體應力和穩(wěn)定分析，擬采用C15的混凝土作為主要膠結(jié)材料。 壩體分區(qū)與標號漿砌石壩類似于混凝土壩，根據(jù)壩體各部分的工作條件及受力條件不同,對壩體材料性能指標的要求便也不同，為了滿足壩體各部分的不同要求，同時節(jié)省材料用量及工程費用,把安全與經(jīng)濟統(tǒng)一起來，就需要對壩體進行分區(qū)。如混凝土重力壩通常將壩體按不同工作條件進行分區(qū),選用不同的強度等級和性能指標，一般分為6 個區(qū),見圖621。各區(qū)的介紹如下：Ⅰ區(qū)——上、下游水位以上壩體表層，其特點是受大氣影響；Ⅱ區(qū)——上、下游水位變化區(qū)壩體表層，既受水位的作用也受大氣影響；Ⅲ區(qū)——上、下游最低水位以下壩體表層；Ⅳ區(qū)——壩體基礎(chǔ)；Ⅴ區(qū)——把體內(nèi)部；Ⅵ區(qū)——抗沖刷部分。圖621 壩體分區(qū)示意圖為了便于施工，選定各區(qū)域材料等級時，各類別應盡量少,相鄰區(qū)的強度等級不得超過兩級，分區(qū)的厚度一般不得小于2～5m，以便澆筑施工，分區(qū)對混凝土性能的要求見下表621，表中“++”表示選擇各區(qū)同等級的主要控制因素，有“+”的表示需要提出要求；有“”的為不需要提出要求。表621 壩體各區(qū)對混凝土的要求分區(qū)強度抗?jié)B抗凍抗沖刷抗侵蝕低熱最大水灰比主要因素寒區(qū)溫區(qū)I++++施工和冰凍深度II++++++冰凍深度、抗裂、施工III+++++++抗?jié)B、抗裂、施工IV+++++++抗裂V++++++VI+++++++++抗沖耐磨參照混凝土重力壩的分區(qū)，結(jié)合本工程的特點，對壩體進行分區(qū)。為使砌石體與基巖緊密結(jié)合，~，墊層面應大致平整，以便砌石。由于溢流堰面過水，水流沖刷嚴重，并且溢流面彎曲，受力復雜，固在溢流壩面采用混凝土襯護，并適當使用插筋將混凝土襯護與砌體錨固在一起。根據(jù)壩體及受力條件，對壩體分區(qū)情況見圖622所示，各分區(qū)的材料性能見表622。圖622 壩體分區(qū)圖表622 分區(qū)材料性能分區(qū)強度抗?jié)B抗凍低熱IC10混凝土漿砌塊石W2F100IIC15混凝土漿砌塊石W2F50IIIC15混凝土W8F50DWVC15混凝土漿砌塊石W2F50DWVIC15混凝土W2F300 壩頂構(gòu)造壩頂路面應具有2～3％的橫向坡度，并設(shè)置排水溝(3030cm)以排出壩頂雨水，由于要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性，而下游側(cè)則可設(shè)防護欄，為滿足運用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設(shè)施，即在上游側(cè)每隔25m 設(shè)一對照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫方向。 壩體分縫與止水 壩體分縫 為了滿足施工要求，如混凝上防滲墻的澆注能力與施工期間的溫度控制等，以及為防止在壩在運行期間由于溫度變化或地基的不均勻沉降等導致壩體出現(xiàn)裂縫，應在壩體內(nèi)分縫。根據(jù)分縫的布置形式可分為橫縫和縱縫：橫縫：減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求；縱縫：適應砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應力，在平行壩軸線方向設(shè)置。一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時縫，垂直壩軸線，用于將壩體分成為若干獨立的壩段；縱縫為臨時縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯縫三種，縱縫縫面應設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進行接縫灌漿，為了灌漿時不使?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。～；～ 的薄層澆筑，以利于散熱，減少溫升，防止開裂。由于漿砌石壩水泥用量少，施時分層砌筑，散熱條件好，再加上梯形壩壩垛散熱面大，所以壩體不設(shè)縱縫。另外地基條件、完整性良好，無需設(shè)置臨時縫。所以僅在梯形壩垛與垛之間及梯形壩與實體重力壩連接處設(shè)橫縫作為沉降縫，縫距12m，將非溢流壩段分割成五個12m長的梯形壩段和兩岸實體重力壩壩段。 橫縫止水橫縫內(nèi)需設(shè)止水，每縫設(shè)兩道止水，第一道用型塑料止水帶，第二道為斷面的瀝青井。圖641 橫縫止水簡圖瀝青井的填料配合比為：瀝青％，石棉份％要求軟化點為～，井的電加熱設(shè)備用鋼筋做電極。止水帶及瀝青井要深入基巖30cm，往上一直延伸到壩頂。橫縫止水簡圖見圖641所示。 壩體廊道與排水系統(tǒng)為了滿足施工運用要求，如灌漿，排水，觀測，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，有灌漿廊道和檢查排水廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。 灌漿平臺本設(shè)計暫不進行帷幕灌漿，考慮到將來可能需要進行帷幕灌漿，所以仍然需要設(shè)置灌漿平臺。帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高度后進行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量，加強地基上的抗?jié)B和抗剪能力。因此，常需在上游靠近壩踵處設(shè)置灌漿廊道，但不能過于靠近上游面，距上游面距離不小于4~5m。且廊道尺寸要滿足灌漿操作要求，~3m，高3~4m的城門洞形。對于砌石壩來說，防滲帷幕要與壩體防滲系統(tǒng)連接起來形成整體。而本工程壩體防滲墻在距上游面1~2m處，梯形壩垛頭部厚僅4m，考慮到設(shè)置灌漿廊道會大大削減梯形壩頭部截面，還可能造成應力集中，對壩體應力不利，所以需另想辦法。由于上游坡度較徒，在上游面高程129m處垂直方向正好對著防滲齒槽，方便灌漿，因此本工程擬在上游面129m高程處布置2m寬的灌漿平臺以代替廊道，將壩底部分的壩垛頭部厚度增至6m。 梯級放水設(shè)備為了滿足灌溉放水要求，在大壩左岸設(shè)置梯級放水設(shè)備，放水涵管由梯形壩的中間壩垛內(nèi)引出，把水泄往下游，放水涵管底高程為122m ，從上游往下游有一1：100的緩坡。 檢查與排水廊道為了檢查巡視和排除滲水，常在靠近壩體上游面適當高度方向每隔15～30m設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式多采用城門洞形，，～ 倍水頭，且不小于3m,上游測設(shè)排水溝。各層廊道在左右兩岸應各有一個出口，并用鉛直豎井使各層廊道連通。本設(shè)計擬布置兩層廊道，底層廊道底高程為124m，為檢查和排水廊道；第二層廊道底高程為135m，C15混凝土襯砌厚20cm。，具體布置見圖紙。 排水系統(tǒng)為了減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕，通過豎向排水管將壩體滲水引致排水廊道，再由廊道匯集，通過梯級放水涵管一同排至下游，其上部應通至上層廊道或壩頂（溢流面以下），以便于檢修管距可采用3m，排水管幕距上游壩面的距離，一般要求不小于壩前水深的1/10～1/12，且不少于2m。，用預制多孔混凝土管，孔距3m，內(nèi)徑20cm，與廊道的連接采用直通式。溢流堰排水管與泄槽底板縱向排水管相連，孔距3m，孔幕基底處挖一個的橫向排水溝，與泄槽縱向排水管連通，將滲水排至下游。結(jié)束語本設(shè)計為廣西龍門水庫的初步設(shè)計方案，應用水利工程的設(shè)計知識，包括《水力學》、《水工建筑物》、《材料力學》等科目，依據(jù)相關(guān)的工程規(guī)范要求對本樞紐進行設(shè)計，計算成果符合工程要求。本設(shè)計主要包括梯形