【正文】 和抗剪斷公式的區(qū)別1）抗剪強(qiáng)度公式形式簡(jiǎn)單，方便可靠，對(duì)摩擦系數(shù)的選擇多年來(lái)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。但該公式忽略了壩體與基巖間的膠結(jié)作用，不能完全反映壩的實(shí)際工作性態(tài)；f值采用鏡面或粗面摩擦試驗(yàn)確定，比實(shí)際值偏??；c為安全儲(chǔ)備，公式偏安全，故規(guī)范采用Ks較小；基巖堅(jiān)固程度不同，基巖與混凝土膠結(jié)程度也不同，安全儲(chǔ)備也不容，因此不同工程采用同一Ks值，實(shí)際的安全度并不一樣?？辜魯喙街苯硬捎媒佑|面上的抗剪斷摩擦系數(shù)，物理概念明確，比較符合壩的實(shí)際工作情況，已日益為各國(guó)所采用。2)采用的安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同由于抗剪強(qiáng)度公式未考慮壩體混凝土與基巖間的凝聚力，而將其作為安全儲(chǔ)備，因此相應(yīng)的安全系數(shù)Ks值就不應(yīng)再定得過(guò)高，這里的Ks值只是一個(gè)抗滑穩(wěn)定的安全指標(biāo)，并不反映壩體真實(shí)的安全程度。用抗剪強(qiáng)度公式設(shè)計(jì)時(shí)，: 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合壩的級(jí)別123基本組合特殊組合（1）（2）本設(shè)計(jì)中，正常情況和設(shè)計(jì)情況作為基本組合，且壩的級(jí)別為3級(jí)，所以基本組合時(shí)[]=，校核工況作為特殊組合（1），[]=。關(guān)于安全系數(shù)，《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL3192005》規(guī)定，抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應(yīng)不小于下表規(guī)定的數(shù)值： 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合基本組合特殊組合（1）（2）： 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表工況豎直力（kN）水平力（kN）（MPa）B（m）[][]正常274681445449設(shè)計(jì)261861428249校核260061542349 從計(jì)算結(jié)果可以看出，抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)和抗剪斷安全系數(shù)均大于格子的容許安全系數(shù)，故最大壩高的非溢流壩段能夠滿足強(qiáng)度要求。（1）溢流壩的工作特點(diǎn) 溢流重力壩是重力壩樞紐中最重要的泄水建筑物，用于將規(guī)劃庫(kù)容所不能容納的絕大部分洪水經(jīng)由壩頂泄向下游，以保證大壩安全。溢流重力壩應(yīng)滿足的泄洪要求包括： 1）有足夠的孔口尺寸、良好的孔口體型和泄水時(shí)具有較高的流量系數(shù)；2）使水流平順地流過(guò)壩體，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和振動(dòng)，避免發(fā)生空蝕現(xiàn)象； 3）保證下游河床不發(fā)生危及壩體安全的局部沖刷；4）溢流壩段在樞紐中的位置，應(yīng)使下游流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水流，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行；5）有靈活控制水流下泄的設(shè)備，如閘門、啟閉機(jī)等。（2）溢流重力壩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)溢流重力壩，除應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還需根據(jù)洪水特性、水利樞紐布置、地形、地質(zhì)、工程造價(jià)、水庫(kù)運(yùn)用方式及下游河道安全泄量等問(wèn)題，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，研究確定溢流重力壩的位置選擇、泄水方式組合、下泄流量分配、堰頂和泄水孔口高程、溢流壩和泄水孔口體型以及消能防沖設(shè)施等。 1）溢流重力壩位置選擇溢流重力壩的布置應(yīng)結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免與其他水工建筑物相互干擾，其下泄水流應(yīng)不致淘刷壩基與其他建筑物的地基與坡岸。對(duì)于寬闊河道，溢流壩應(yīng)布置在河道主河槽，以利于順暢泄流、水流消能、下泄水流歸槽與下游水流妥善銜接以及減小土石方開(kāi)挖等。對(duì)于狹窄河道，溢流重力壩常與水電站廠房在布置上發(fā)生矛盾，解決矛盾的方法常是加大溢流壩的泄流單寬流量以縮短泄流前沿長(zhǎng)度或采用溢流壩與電站廠房重疊布置。本設(shè)計(jì)中河床較寬闊，所以將溢流壩段布置在河床主河槽。 2）泄水方式的組合和流量分配泄水建筑物的泄水方式分為：表面溢流式（如溢流重力壩和岸邊式溢洪道）和深水式（如壩身泄水孔和河岸泄水隧洞），壩身泄水孔按進(jìn)水口高程的高低又可分為中孔和底孔。壩身泄洪是經(jīng)濟(jì)的，表面溢流孔泄流能力大，又具有較大的超泄能力，宜優(yōu)先考慮。深水泄水孔雖然泄流能力不及表面溢流孔，但進(jìn)水口淹沒(méi)在水面以下，放水條件好，給水庫(kù)運(yùn)行帶來(lái)了很大的靈活性，還兼有排沙、放空、導(dǎo)流等功能。因此本設(shè)計(jì)溢流方案為表面溢流孔加深水泄水孔。由于表面泄水孔泄流能力大，泄洪任務(wù)主要由表孔承擔(dān)，調(diào)洪演算時(shí)底孔流量只作為泄洪安全儲(chǔ)備。 3）溢流壩堰頂高程選擇溢流壩為滿足泄洪要求，可以選擇不同的溢流堰頂高程。但同樣的泄流量，堰頂高程愈低，泄流前沿愈短，可減小泄水建筑物造價(jià)，但過(guò)堰單寬流量加大，會(huì)增加消能困難和下游河床的抗沖負(fù)擔(dān)，為此需要從經(jīng)濟(jì)、安全兩方面做周密的分析。本設(shè)計(jì)中，溢流壩堰頂高程與起調(diào)水位相同。溢流面由頂部曲線段、中間直線段、和反弧段三部分組成。設(shè)計(jì)要求：1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；3）體型簡(jiǎn)單、造價(jià)低、便于施工等。（1）頂部曲線段溢流壩頂部曲線段是控制流量的關(guān)鍵部位，其形狀多與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合，否則會(huì)導(dǎo)致泄流量減小或產(chǎn)生負(fù)壓。頂部曲線的型式很多，常用的有克—奧曲線和WES曲線。我國(guó)早期多用克—奧曲線。由于WES壩面曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較小，壩面曲線用方程控制，比克—奧曲線用給定坐標(biāo)值的方法設(shè)計(jì)施工方便，所以近年來(lái)我國(guó)水利工程溢流堰頂部曲線多采用WES曲線。本設(shè)計(jì)溢流面頂部曲線也采用WES曲線。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL3192005），WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。上游段曲線可采用雙圓弧、橢圓、三圓弧等型式。本設(shè)計(jì)采用三圓弧型式，RRR3的取值如下： R1= 距堰頂?shù)乃阶钸h(yuǎn)距離為： HdR2= Hd 距堰頂?shù)乃阶钸h(yuǎn)距離為： HdR3= Hd 距堰頂?shù)乃阶钸h(yuǎn)距離為： HdWES型堰頂下游段曲線，當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)，可按下式計(jì)算：式中：Hd—定型設(shè)計(jì)水頭，m；一般為校核洪水位時(shí)堰頂水頭的75%~95%。坐標(biāo)原點(diǎn)在堰頂。根據(jù)調(diào)洪演算的結(jié)果：，在溢流壩段寬度為5孔8米，總寬度40m的情況下進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，堰上最大水Hmax== m，所以Hd=（～）Hmax=~ m，為了便于設(shè)計(jì)和計(jì)算，本設(shè)計(jì)取為Hd=10 m。則溢流壩堰頂部分上游段三圓弧尺寸如下：R1==5m， Hd=；R2= Hd=2m， Hd=；R3= Hd=， Hd=；下游段曲線段方程為：= d ==，即y= 。非溢流壩下游坡度為1:，故溢流壩直線段的坡度也取為1:，為使水流經(jīng)過(guò)頂部曲線段和直線段交界處時(shí)流態(tài)平順，不發(fā)生空蝕、空化，應(yīng)使直線段與頂部曲線段末端相切。y’= =1/，解得x=，y=，故頂部曲線段x的坐標(biāo)范圍為：（~）m，y的坐標(biāo)范圍為：（0~）m。： 溢流壩頂部曲線下游段坐標(biāo)值x(m)12345678y(m)x(m)9101112131415y(m)，可以繪出溢流壩頂部曲線圖，見(jiàn)圖62所示：圖62 WES堰頂部曲線圖 （2）反弧段溢流壩面反弧段是使沿溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來(lái)確定。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL3192005)，對(duì)于挑流消能，反弧半徑R=（4~10）h，h為校核洪水閘門全開(kāi)時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深。反弧處流速愈大，要求反弧半徑愈大。當(dāng)流速小于16m/s時(shí)，取下限；流速大時(shí)，宜采用較大值。根據(jù)調(diào)洪演算，可以得出樞紐的總下泄流量（壩頂溢流、泄水孔及其他建筑物下泄流量的總和），通過(guò)堰頂?shù)南滦沽髁繎?yīng)為，其中為電站和泄水孔等建筑的下泄流量，本設(shè)計(jì)中泄水孔下泄流量作為安全儲(chǔ)備，為電站引用流量=60m3/s，為系數(shù)，~。故： Q設(shè)溢=60= m3/s； Q校溢=60= m3/s；溢流堰的總凈寬為L(zhǎng)=58=40m；則單寬流量：q設(shè) =；q校=；根據(jù)能量方程： 式中：E0—收縮斷面底部為基準(zhǔn)面的壩前水流總比能；hc—反弧段最低點(diǎn)處收縮斷面水深；—流速系數(shù)，；q—溢流壩單寬流量，m3/。反弧段鼻坎坎頂應(yīng)高出下游洪水位1~2m，以校核洪水為例，考慮到坎頂比反弧段最低點(diǎn)高出3m左右，+（1~2）3=~，故E0校==。代入上式經(jīng)試算可得hc校= m。經(jīng)過(guò)對(duì)幾種消能方式的對(duì)比論證，本設(shè)計(jì)采用挑流消能方式，連續(xù)式鼻坎。由于溢流壩的反弧段具有挑流消能的功能，而挑流鼻坎的反弧半徑R要求采用（4~10）h，h為鼻坎上水深，此處h近似看作與hc相同，則反弧半徑R=（4~10）hc=（~）m。若R太小，則水流轉(zhuǎn)向不夠平順；若R太大，則將使鼻坎想下游延伸太長(zhǎng)，增加工程量，且vc值越大，越趨于取上限值。在本工程中，vc=q/hc=＞16m/s，故反弧半徑R應(yīng)取較大值，本設(shè)計(jì)取R=30m。對(duì)鼻坎挑射角而言，在45176。范圍內(nèi)，挑射角越大，則挑距越遠(yuǎn)。參考眾多已建工程，挑射角一般取20176?！?5176。，本設(shè)計(jì)結(jié)合地形考慮，取鼻坎挑角為25176。則鼻坎坎頂高程：H=426+30(1cos25176。)=。=，滿足反弧段鼻坎坎頂應(yīng)高出下游校核洪水位1~2m的要求。 （3）中間直線段中間直線段坡度應(yīng)與非溢流壩下游壩面坡度相同，取1:。直線段起點(diǎn)坐標(biāo)為（,），由CAD繪圖時(shí)可以確定直線段末端坐標(biāo)為(,)。 （4）溢流壩剖面簡(jiǎn)圖根據(jù)以上確定的WES堰頂曲線、反弧段和直線段，可在CAD上繪出溢流壩面的剖面簡(jiǎn)圖。見(jiàn)圖63所示： 圖63 溢流壩剖面簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)在樞紐布置中，將溢流壩段布置于河床主河槽，需要計(jì)算分析溢流壩段的抗滑穩(wěn)定性。溢流壩的穩(wěn)定計(jì)算和非溢流壩段一樣，需同時(shí)用抗剪強(qiáng)度公式和抗剪斷強(qiáng)度公式分別計(jì)算其穩(wěn)定性。溢流壩所受荷載除與非溢流壩相同的自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、泥沙壓力、浪壓力等荷載外，還要承受泄洪時(shí)的動(dòng)水壓力。采用的計(jì)算公式如下： 式中：—接觸面以上的總鉛直力；—接觸面以上的總水平力；—作用在接觸面上的揚(yáng)壓力；—接觸面間的摩擦系數(shù)；A—接觸面積，m2；—抗剪斷摩擦系數(shù)；—抗剪斷凝聚力，kPa。具體計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)計(jì)算書。 溢流壩段抗滑穩(wěn)定計(jì)算表工況鉛直力∑WU （KN）水平力 ∑P （KN）摩擦系數(shù) f抗剪斷參數(shù) f1抗剪斷參數(shù)C1 （KPa）接觸面積 A（m2）KsKs1【Ks】【Ks1】正常800設(shè)計(jì)800校核800，溢流壩段無(wú)論是用抗剪強(qiáng)度公式還是抗剪斷強(qiáng)度公式所計(jì)算出的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)都大于規(guī)定要求，所以溢流壩段的穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求。7 方案比較本工程主要選擇混凝土面板堆石壩與重力壩方案進(jìn)行比較。壩型選擇要根據(jù)壩址區(qū)地形條件、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件及工程量等多方面因素綜合進(jìn)行比較，選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。(1) 地質(zhì)條件：本工程壩址河谷谷底以下為厚約30m以上的巨厚層石英砂巖，為大壩的主要持力層；中部為厚3m的砂質(zhì)粘土巖，下部為厚30m厚的石英砂巖，中夾有薄層砂質(zhì)粘土巖，兩岸以石英砂巖為主，中夾有砂質(zhì)粘土巖，石英砂巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度較高，因此壩址區(qū)地質(zhì)條件對(duì)于面板堆石壩及重力壩都能適應(yīng)，修建這兩種壩型均可。 (2) 地形條件：本工程樞紐壩址河谷呈“U”型。谷底寬約30m，在470m高程處寬約300m，兩岸不甚對(duì)稱。在右岸431m高程左右，分布有一寬約10m，長(zhǎng)約40m的一級(jí)階地。河床左岸平均坡度為30176。，右岸平均坡度為23176。主河槽偏向左岸，但是流經(jīng)潭家場(chǎng)后偏向右岸，致使右岸坡變陡，左岸形成一沖積臺(tái)地。壩址上游左右兩岸有小山彎地形，下游潭家場(chǎng)附近有一較大的沖積地形。本工程地形條件對(duì)于兩種壩型的影響也不太大，因此從地形方面考慮修建兩種壩型都比較合適。 (3) 筑壩材料：壩址順河流域地處山區(qū)，壩址上、下游蘊(yùn)藏有豐富的石英砂巖，表面覆蓋較薄，易于開(kāi)采，運(yùn)輸距離較近?；炷良吧皾{用的砂石料主要由壩址下游10km處的沙灣一帶采集，水泥由地區(qū)水泥廠供給（400水泥）。從筑壩材料來(lái)看，壩址區(qū)蘊(yùn)藏豐富的石英砂巖可用作面板堆石壩的堆石料填筑，且易于開(kāi)采、運(yùn)距較近，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。而修建重力壩則需要遠(yuǎn)距離運(yùn)送混凝土，且水泥較貴。因此從筑壩材料來(lái)看，修建面板堆石壩更可行。 （4）工程量：由計(jì)算說(shuō)明書可得，堆石壩開(kāi)挖情況為：，。堆石壩壩體填筑情況為：、。從兩方案的工程量統(tǒng)計(jì)可以看出，重力壩的開(kāi)挖和填筑量都要小于堆石壩方案，但堆石壩方案中，開(kāi)挖和回填基本能達(dá)到平衡，填筑的石料大部分可以由開(kāi)挖料加工而來(lái)。而重力壩中，接近16萬(wàn)m3的混凝土都需要從工地外運(yùn)送，會(huì)增加工程造價(jià)，同時(shí)還可能影響工期。因此從工程量方面比較來(lái)看，本工程選取堆石壩方案更合適。因此，本工程的最終推薦方案為面板堆石壩方案。8 面板堆石壩深入設(shè)計(jì)面板壩的擋水防滲體系包括：面板、趾板、趾板地基的固結(jié)與帷幕灌漿、周邊縫和板間縫中的止水結(jié)構(gòu)及防浪墻。趾板區(qū)基礎(chǔ)包括趾板及其下游1/3水頭范圍。河床壩段挖除覆蓋層和風(fēng)化破碎巖石，使河床部位趾板基礎(chǔ)坐落在堅(jiān)硬、完整的巖基上。應(yīng)做好趾板下基巖的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿設(shè)計(jì)。固結(jié)灌漿孔宜布置為2~4排，深度應(yīng)不小于5m。帷幕灌漿孔的布置一般為1排，2級(jí)壩及高壩的帷幕深度可按深入巖體透水率為3Lu~5Lu區(qū)域內(nèi)5m，其他的壩為5Lu~10Lu區(qū)域內(nèi)5m，或按（1/3~1/2）壩高確定，并做好兩岸壩肩的滲流控制。本工程中趾板下布置3排灌漿孔： 2排固結(jié)灌漿孔，1