【正文】 得出，能量公式如下： 式中：E0—計算水位到選取斷面間的垂直距離，m； q—單寬流量，m3/（ms）； hc—計算斷面的垂直水深，m；其中，試算出的結(jié)果有兩個值，取其中較小的一個值。并且，試算的水深為斷面的垂直水深。如發(fā)生自然摻氣，自然后水面線的確定需要在未計入摻氣基礎(chǔ)上計入摻氣得到。摻氣水深計算公式如下： 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)，～，視流速和斷面收縮情況而定，v＞20m/s，宜采用較大值，最后得到鉛直水深。 校核洪水位時摻氣及波動水深計算表斷面斷面比能EO摻氣前水深（m）水流速度v （m/s）水平夾角 （176。）摻氣后水深（m）鉛直向水深h1（m）1512513514515516417.318229010111125設(shè)計洪水位時摻氣及波動水深計算表斷面斷面比能EO摻氣前水深（m）水流速度v （m/s）水平夾角 （176。）摻氣后水深（m）鉛直向水深h1（m）1512513514515516417318229010111125～，故本設(shè)計中導墻的高度取為8m。直線段的導墻比其摻氣水面高2m，坡率與壩體坡率相同位1：，反弧段導墻直線段與反弧段的切點水平連接到鼻坎處。 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，??； —閘門底緣部分的平均下吸力強度，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)：當時，當時，當時，當時。 —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，平板閘門取；(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；檢修閘門采用移動式的門機。(1) 閉門力的計算： 式中：—摩阻力的安全系數(shù)，一般取； —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，估算取； 、—分別為止水摩阻力及相應力臂，估算取； 、—分別為閘門自重及相應力臂，估算??； 、——分別為上托力及相應力臂，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；為負值時，表示閘門能依靠自重關(guān)閉。則： 計算結(jié)果為負值，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系列標準》[11]，在本設(shè)計中選用的液壓式弧形閘門啟閉機，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，危機建筑物的安全。因此必須采取有效的消能措施，保護下游河床免受沖刷。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行；④結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；⑤工程量小。設(shè)計時應依據(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；他常需要護坦、消力池等措施，對于基巖往往不夠經(jīng)濟。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。它一般實用于尾水較深，變幅較小，無航運要求，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。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：鼻坎高程的確定應視工程布置而定。鼻坎最低高程應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，因此實際設(shè)計時應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，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。根據(jù)SL2532000《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)穆洳睿?；——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?。▓杂餐暾幕鶐r；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。根據(jù)大壩正常運行需要，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、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) 導水墻：邊墩向下游延伸成導水墻。導水墻斷面為矩形。 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：減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求(混凝土澆筑能力和溫度控制等)，間距一般為15m～20m。非溢流壩橫縫間距取18m，縫寬2cm，橫縫一般為永久性縫，縫面為平面，內(nèi)設(shè)止水。 溢流壩的橫縫，有以下兩種布置方式（圖 ）：①縫設(shè)在閘墩中間，當各壩段間產(chǎn)生不均勻沉降時，不致影響閘門啟閉，工作可靠，缺點是閘墩厚度較大；②縫設(shè)在溢流孔跨中，閘墩成為整體墩，可使大跨度弧形閘門支鉸結(jié)構(gòu)得到加強，但易受地基不均勻沉降的影響。本次設(shè)計選取第一種布置方式。圖 溢流壩段橫縫的布置 縱縫設(shè)計縱縫與壩軸線平行，其作用是：適應混凝土的澆筑能力和減小施工期的穩(wěn)定應力。在本設(shè)計中采用鉛直縱縫，縫內(nèi)設(shè)有鍵槽，待混凝土溫度接近穩(wěn)定溫度后再進行接縫灌漿。縫的間距根據(jù)混凝土的澆筑能力和溫度控制要求確定，一般為15~30m。塊長超過30m時應嚴格溫度控制?？v縫過多，不僅增加縫面處理的工作量，還會削弱壩的整體性，所以在本設(shè)計中設(shè)置縫間距為22m。 壩體止水、排水及防滲 重力壩橫縫的上游面(含防浪墻)、溢流面、下游面最高尾水位以下及壩內(nèi)廊道和孔洞穿過分縫處的四周等部位應布置止水設(shè)施。大壩上游面附近的橫縫止水采用兩道金屬止水片，中間設(shè)防滲瀝青井。，每側(cè)埋入混凝土的長度為25cm。，縫間貼瀝青油氈。瀝青井呈方形，尺寸為20cm20cm，其一側(cè)可用混凝土預制塊，預制塊長1m，厚8cm。井內(nèi)灌注的填料由Ⅱ號石油瀝青，水泥和石棉粉組成。井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備(采用電加熱的方法，將鋼筋埋入井內(nèi)，并以絕緣體固定)，井底設(shè)瀝青排出管，以便排除老化瀝青，重新填料。止水片的及瀝青井深入基巖40cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂。 壩體排水壩體排水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，排水管應通至縱向排水管道，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