【正文】 式中： —反弧段最低點(diǎn)流速； —上游水位至鼻坎頂點(diǎn)的高差； —流速系數(shù)； —流能比； —單寬流量； —上下游水位差。其中：上述公式適用于，當(dāng)時，取。 得： ，取 ， ，則鼻坎反弧段半徑計算結(jié)果為，由于，所以反弧段半徑取。(2) 選擇合適的鼻坎形式，鼻坎高程，挑射角。選用連續(xù)式鼻坎，鼻坎挑射角按照工程經(jīng)驗此處取。鼻坎坎頂高程宜高出下游最高水位,選取，按校核洪水期的允許下泄流量，由前面的下游最高水位,故鼻坎高程，具體的形式見下一章。(3) 反弧段圓心確定及切點(diǎn)坐標(biāo)確定反弧圓心坐標(biāo)為 ，則圓心高程為：則： 設(shè)直線段與反弧段的切點(diǎn)為 ，則： 式中： —直線段與X軸的夾角,即。得 ： ，綜上可知，冪曲線與直線段的切點(diǎn)為；直線段與反弧段的切點(diǎn)；反弧段圓心坐標(biāo)為。反弧段最低點(diǎn)高程為：由以上計算可知本設(shè)計溢流壩剖面曲線無直線段，則冪曲線與反弧段直接相切。計算的冪曲線與反弧段的切點(diǎn)為。 WES堰面曲線示意圖圖 溢流堰剖面 WES堰面曲線段根據(jù)水工設(shè)計手冊第六卷，閘孔中心水面線可由表查取坐標(biāo)、值來點(diǎn)匯；沿閘墩的水面線，可由表查取坐標(biāo)、來點(diǎn)繪。所有這些、的坐標(biāo)原點(diǎn)，都位于堰面頂點(diǎn)，軸向下游為正。當(dāng)為介于的各中間值時，水面線的坐標(biāo)、可以得：針對某一給定的值，畫出曲線，再按所給的值，由曲線查取值，從而求得、值[7]。此處計算水面線是為確定導(dǎo)墻高度，因此以下只對閘孔中心的水面線進(jìn)行計算。()表閘孔中心線水面線坐標(biāo)計算表1 注：表中、為水面線的橫縱坐標(biāo)直線段和反弧段的水深可用能量公式經(jīng)試算得出，能量公式如下： 式中： —計算水位到選取斷面間的垂直距離，；—流速系數(shù)，對于該樞紐為中等長度的溢流面，取為；—該斷面流速； —單寬流量，； —計算斷面的垂直水深，；又有，聯(lián)立兩式即可求得該處的垂直水深。在堰面上取幾個斷面計算截面，對于斷面有：=校核洪水位斷面高程導(dǎo)墻高度=水面線高度+超高+摻氣水深 摻氣水深由溢流重力壩下泄的水流，當(dāng)流速超過 時，空氣從自由表面進(jìn)入水體，產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象。《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：摻氣水深可按下式估算。 式中：—不計入波動及摻氣的水深； —計入波動及摻氣的水深； —不計入波動及摻氣的計算斷面上平均流速；—修正系數(shù)，一般采用，視流速和斷面收縮情況而定，宜采用較大值，本設(shè)計取為。由此可解得其它斷面處水面線高度如表所示，根據(jù)《混凝土重力壩規(guī)范》，導(dǎo)墻高度應(yīng)高出水面線，現(xiàn)取超高，導(dǎo)墻高度亦列于下表： 表水面線高度以及導(dǎo)墻高度高程水面線高度流速摻氣參數(shù)超高導(dǎo)墻高度圖水面線示意圖 閘門設(shè)計計算 圖 弧形閘門高程尺寸示意圖根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[9]有：(1) 上托力： (2) 下吸力： 式中：—上托力，； —兩側(cè)止水的距離，； —水的重度，； —上托力系數(shù)，??； —定型設(shè)計水頭，； —閘門底止水至上游面板的距離，一般??； —下吸力，； —閘門底緣止水至主梁下翼緣的距離，取； —閘門底緣部分的平均下吸力強(qiáng)度，可按計算。代入上述公式得： , 。 (3) 總水壓力計算：閘門在關(guān)閉位置的靜水壓力，由水平靜水壓力和垂直靜水壓力組成。水平靜水壓力：垂直靜水壓力：式中： —弧形門頂與水平面的夾角；—弧形門底與水平面的夾角；；—弧形門的臂長； —孔口的寬度； —水的重度，取。 所以得： 則總靜水壓力：(4) 滑動支撐摩阻力 (5) 止水摩阻力 式中：—作用在閘門上的總靜水壓力，； —作用在止水上的壓力，； —滑動摩擦系數(shù)，（鋼對鑄鐵的摩擦）?。? —橡皮對不銹鋼的摩擦系數(shù)，取。橡皮止水受壓寬度取為，每邊側(cè)止水受水壓力的長度，則：所以：, (6) 弧形閘門自重的估算由于本設(shè)計弧形閘門，查《水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》[10]有： 式中：—孔口高度，； —孔口寬度，； —定型設(shè)計水頭，； —孔口寬度系數(shù)：當(dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時。 —材料修正系數(shù)，閘門用普通碳素鋼時，用低合金鋼時，在本設(shè)計中取。則弧形閘門自重為： 平板閘門(1) 水壓力計算：平板閘門在關(guān)閉位置的靜水壓力：式中：—兩側(cè)止水的距離，平板閘門??；(2) 平板閘門自重式中：—平板閘門所以鋼材容重，取。 啟閉設(shè)備的設(shè)計計算經(jīng)分析本設(shè)計的工作閘門啟閉設(shè)備選用液壓啟閉機(jī)；檢修閘門采用移動式的門機(jī)。(1) 閉門力的計算： 式中：—摩阻力的安全系數(shù)，一般??； —計算閉門力用的閘門自重修正系數(shù)，可采用，此處去； 、—分別為支承鉸轉(zhuǎn)動摩阻力及其對閘門轉(zhuǎn)動中心的力臂，估算??； 、—分別為止水摩阻力及相應(yīng)力臂，估算取； 、—分別為閘門自重及相應(yīng)力臂，估算??； 、——分別為上托力及相應(yīng)力臂，估算??； ——閉門力對閘門轉(zhuǎn)動中心的力臂，估算取。計算結(jié)果為正值時，需要加壓力閉門；為負(fù)值時，表示閘門能依靠自重關(guān)閉。則： 計算結(jié)果為負(fù)值，閘門能依靠自重關(guān)閉。(2) 啟門力的計算： 式中：——計算啟門力用的閘門自重修正系數(shù)，可采用； ——加重或下壓力，； 、——分別為下吸力及相應(yīng)力臂，估算?。? 、——分別為加重或下壓力和啟門力的力臂，估算取。則： 根據(jù)《露頂式弧形閘門液壓啟閉機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)》[11]，在本設(shè)計中選用的液壓式弧形閘門啟閉機(jī)，啟門力為，最大行程為。最后為閘墩與壩體軟弱層受力具體計算見計算書這里不做過多說明。第六章消能防沖設(shè)計通過溢流壩頂下泄的水流，具有很大的能量，如不能妥善的消除水流的能量，將沖刷建筑物及河床基巖，危機(jī)建筑物的安全。因此必須采取有效的消能措施，保護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計的原則是：①盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中，以及水流和空氣的摩擦上；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)，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行；④結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；⑤工程量小。設(shè)計時應(yīng)依據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件、樞紐布置、壩高、下泄流量等因素綜合考慮。常用的消能形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等，他們的比較列于下表。表 消能形式及其比較消能形式原理及特點(diǎn)適用情況底流消能基本原理是使水流產(chǎn)生臨界水躍，通過表面漩滾消能；他常需要護(hù)坦、消力池等措施，對于基巖往往不夠經(jīng)濟(jì)。常用于水閘。挑流消能挑流消能，利用鼻坎將自溢流面下泄的高速水流向空中拋射，使水流擴(kuò)散并卷入大量的空氣，然后落入下游河床水墊中。水流在同空氣摩擦的過程中，消耗了約20%的能量。拋射到下游水墊后，形成強(qiáng)烈的旋滾區(qū)，同時消耗掉大部分的能量。它一般適用于基巖上的水工建筑物，特別是高水頭、大流量的泄水建筑物。面流消能原理是將高速水流挑至尾水面，在表層主流和河床之間形成逆流旋渦和躍波，通過旋渦和主流擴(kuò)散而消能。水流在表面可減輕對壩下河床的沖刷，但可能水滾裹挾石塊，磨損壩腳地基。它適用于下游尾水較深，流量變化范圍小，水位變幅不大的情況，由于表層水流速很大，對下游的電站和航運(yùn)有影響。消力戽消能它將鼻坎設(shè)置在水下，不形成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生漩滾，經(jīng)鼻坎將高速主流挑射至水流表面，消耗大量動能。它一般實(shí)用于尾水較深，變幅較小，無航運(yùn)要求，且地基條件比較好的情況。由于該樞紐河床地質(zhì)條件較好，且流量較大，水頭較高。根據(jù)地形地質(zhì)條件擬選用挑流消能。 鼻坎型式選擇鼻坎型式選擇：一般鼻坎型式有連續(xù)坎和差動坎兩種，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，連續(xù)坎結(jié)構(gòu)簡單，易于避免發(fā)生空蝕破壞，急流在挑流鼻坎前可獲得均化，水流霧化較輕。適用于尾水較深、基巖較為均一、堅硬及溢流前沿較長的泄水建筑物。因此，在這里選擇采用連續(xù)式挑流鼻坎。圖 鼻坎型式（a）連續(xù)式鼻坎 （b）差動式鼻坎鼻坎挑角確定：根據(jù)已建工程的經(jīng)驗，挑射角一般取，此處挑射角取鼻坎高程確定：鼻坎高程的確定應(yīng)視工程布置而定。鼻坎最低高程應(yīng)高于鼻坎附近下游水面。由于挑流將水流挑向下游，致使鼻坎附近的水位低于下游水位，因此實(shí)際設(shè)計時應(yīng)取鼻坎最低高程等于或略高于下游最高水位。最終選用連續(xù)式鼻坎，鼻坎坎頂高程宜高出下游最高水位,選取，按校核洪水期的允許下泄流量，由前面的下游最高水位,故鼻坎高程。 消能設(shè)計計算采用挑流消能，根據(jù)已建工程經(jīng)驗，挑射角取，挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位,則取高出下游最高水位，則挑流鼻坎的高程為：，根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》，計算水舌拋距和最大沖坑水墊厚度，挑流消能計算簡圖如圖。 圖挑流示意圖 挑流水舌的挑距L的確定水舌的挑距L按公式計算： 式中： ——水舌拋距，；——坎頂水面流速，，即 (為水庫水位至坎頂?shù)穆洳?，）；——鼻坎的挑角；——鼻坎垂直方向上的水深，（為坎頂平均水深，）；——坎頂至河床面高差，；——堰面流速系?shù)。最終計算結(jié)果如下表工況設(shè)計校核 沖坑最大水墊深度的確定沖坑最大水墊深度按公式計算： 式中：—自下游水面至坑底的最大水墊深度，；—沖坑深度，； —坎頂單寬流量,； —上下游水位差，；—下游水深，；—沖刷系數(shù)，由資料知取（堅硬完整的基巖；堅硬但完整性較差的基巖；軟弱發(fā)育的基巖）。最終結(jié)果如下表工況設(shè)計滿足要求校核滿足要求結(jié)論：滿足規(guī)范要求，沖刷不影響大壩安全。第七章 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計 壩頂構(gòu)造 在壩頂上游設(shè)置的防浪墻要求承受波浪和漂浮物的作用，所以采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。，厚度為50cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。由于壩頂作為公路用途，并高出壩頂路面30cm，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，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。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。 非溢流壩段壩頂構(gòu)造圖溢流壩的上部設(shè)有閘門、閘墩、門機(jī)、交通橋等結(jié)構(gòu)和設(shè)備。(1) 閘門布置工作閘門布置在溢流壩頂稍偏下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負(fù)壓。采用平面鋼閘門，在本設(shè)計中工作閘門的尺寸為寬高，工作門的上游設(shè)有檢修閘門，檢修閘門為寬高，二者凈距,厚度均為。(2) 閘墩閘墩的墩頭形狀，上游采用半圓形，下游采用流線形。下游布置工作橋，橋面高程為非溢流壩的壩頂高程。中墩厚度3m,邊墩厚度2m。工(3) 導(dǎo)水墻：邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻。導(dǎo)水墻斷面為矩形。 壩體分縫為了防止壩體因溫度變化和地基不均勻沉陷而產(chǎn)生的裂縫，同時滿足施工（混凝土的澆筑能力和施工期的溫控）的需要，壩體需要分縫。常見的縫有：橫縫、縱縫。 橫縫設(shè)計橫縫垂直于壩軸線布置。其作用是：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求(混凝土澆筑能力和溫