【正文】 為工業(yè)供水，上壩公路修于河床右岸，并通過壩頂公路聯(lián)接左岸交通，溢流壩段的壩頂公路通過橋墩支持連接兩側(cè)非溢流壩段。由于河谷較窄，底孔及溢流壩部分已基本占滿河槽，因此電站部分將向左岸山坡靠近。本方案的優(yōu)點(diǎn)是河床的主要建筑物布置相對容易，工程量相對較小，造價也相對較低。缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)卓追潘畷r影響電站尾水位的穩(wěn)定性。方案Ⅱ：主河槽整個河床都為非溢流壩段，在右岸布置排沙底孔，在排沙底孔的正上方布置工業(yè)供水管道，在左岸的小埡口處設(shè)置正槽溢洪道通向大壩下游。其優(yōu)點(diǎn)是施工導(dǎo)流方便，泄流不影響電站尾水的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)增加了修建溢洪道及相關(guān)道路等工程，造價高，且混凝土用量多。由此，比較上述兩個方案后可知，方案Ⅱ工程量相對較大，造價高，故以方案Ⅰ為推薦方案。 22第 6 章 建筑物設(shè)計 非溢流壩壩體設(shè)計 壩頂高程確定根據(jù) SL3192022《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻的高程應(yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核23洪水位的高差，可由下式計算，應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。△h = hl% + hz + hc （） hl%——波浪高度； hz ——波浪中心線至靜水位的高度； Hc——安全加高?，F(xiàn)分為正常蓄水位、設(shè)計洪水與校核洪水兩種情況進(jìn)行計算：（1）求波浪的 hl% 已知銅錢壩水庫吹程 D=1000m，多年最大風(fēng)速為 20m/s，多年平均最大風(fēng)速為 10m/s。壩高小于 50m 時壩可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上，銅錢壩中壩址區(qū)弱風(fēng)化層厚為 17m，經(jīng)考察中壩址ⅢⅢ′ 風(fēng)化程度后確定開挖線高程為 565m。正常蓄水位和設(shè)計洪水時宜采用相應(yīng)最大風(fēng)速，即為 20m/s，校核情況宜采用最大風(fēng)速的多年平均值，即為 10m/s，帶入官廳水庫公式 （） 3/120/12076.????????vgDvgh （）?Lm式中：h——當(dāng) gD/v02=20~250 時，為累積頻率 5%的波高 h5%；當(dāng)gD/v02=250~1000 時，為累積頻率 10%的波高 h10%。則 ， 代入數(shù)據(jù)，gvDv203/12/1076.???????? ????????有設(shè)計洪水位下：gD/v 02= 1000/ = 在 20~250 之間，所以?2h=h5%；= ，根據(jù)規(guī)范表 得h1%=%；= =，L m=校核洪水位下：gD/v 02= 1000/ =，h=h 5%；= ，根據(jù)規(guī)范210表 得 h1%=%= =，L m=?24（一） 波浪中心線至靜水位的高度 hz 根據(jù)規(guī)范有 （）mzLHct?2%1?其中 H 為擋水建筑物迎水面前的水深，設(shè)計和校核工況分別為 和 。代入數(shù)據(jù)得 設(shè)計洪水位下：h z= 校核洪水位下：h z=（3）安全加高 hc 表 6~1, 混凝土壩的安全加高壩的安全級別相應(yīng)水位1 2 3正常蓄水位 校核洪水位 銅錢壩水利樞紐大壩安全級別為二級級，故設(shè)計和校核工況下的安全加高為 和 。（4）求△h = h l% + hz + hc 設(shè)計工況△h = h l% + hz + hc =++=校核工況△h = h l% + hz + hc =++=（5）確定壩頂高程設(shè)計工況：防浪墻頂高程 = 設(shè)計洪水位+ △h =+= 校核工況：防浪墻頂高程= 校核洪水位+ △h =+=選取其中較大者，防浪墻高 ，也滿足壩頂高程不小于校核洪水位的要求，故實(shí)際選取壩頂高程 Z=。 初擬壩體剖面25由上述壩頂高程 ，壩底高程為 565m。由此可確定壩高為H==,按規(guī)范要求壩頂寬取 b=H(8–10)%,即 b=(810)％=(3,)m，且 b 不小于 3m，由于壩頂有交通要求，即為左岸排沙底孔和水電站的建設(shè)管理提供相關(guān)材料，故壩寬取 5m。溢流壩段設(shè)交通橋與兩側(cè)壩頂連接。壩底寬：B/H=～，所以壩底寬 B=（ ）m。參照已建成重力壩工程，初擬壩體斷面尺寸，通過穩(wěn)定和應(yīng)力計算，再進(jìn)行修正。最后確定的斷面尺寸如下：上游壩坡做成折坡，折坡點(diǎn)位于壩高 24m 處，在此以上壩坡鉛直，在此以下，壩坡坡率 n 取為 ，下游壩坡坡率 m 取為 ，基本三角形頂點(diǎn)高程取為校核洪水位 ，從而可推出壩底寬 擬的非溢流壩橫斷面如圖 61 圖 61 非溢流壩段橫剖面 荷載計算一般重力壩結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容包括穩(wěn)定和強(qiáng)度的計算，重力壩抗滑穩(wěn)定及壩26體應(yīng)力計算的荷載組合分為基本組合和特殊組合兩種，宜以正常蓄水位時的荷載組合作為基本組合；在嚴(yán)寒地區(qū)冰凍情況也應(yīng)作為一種基本組合；以校核洪水時的荷載或地震荷載作為特殊組合。本設(shè)計基本組合只計算正常蓄水位時的荷載組合，特殊組合只計算校核和地震荷載。且選取壩基面和靠近壩基的廊道底面作為計算截面。注：地震情況下靜水壓力、揚(yáng)壓力和浪壓力按正常蓄水位計算；本次設(shè)計不需計算動水壓力土壓力及其他荷載。（1）其基本資料如下：河床基巖面高程： 565m壩頂高程： 校核洪水位（P = %） 上游： 下游：設(shè)計洪水位（P = 1 %） 上游： 下游： 正常蓄水位 上游： 下游： 死水位： 壩前淤沙高程： 淤沙浮容重： KN/m3泥沙內(nèi)摩擦角： 28 度 泥沙孔隙率： 20% 混凝土容重： 24KN/m3壩基與基巖的摩擦系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值：f=灌漿帷幕孔距上游面 5m，排水管帷幕處折減系數(shù)： 地震設(shè)計烈度： Ⅶ度多年平均最大風(fēng)速為： 20m/s吹程 D = 3000 m27 圖 62 非溢流壩壩上的作用荷載（2）荷載及其組合正常運(yùn)用情況在正常蓄水位工況和校核洪水位工況下進(jìn)行穩(wěn)定和應(yīng)力計算。兩種工況下的荷載組合形式相同，自重+上游靜水壓力+下游靜水壓力+泥沙壓力+ 揚(yáng)壓力 +浪壓力；非常運(yùn)用情況在正常運(yùn)用情況下考慮地震作用的影響。沿壩軸線取單位長度 1m 計算。A：自重將壩體剖面分解成兩個三角形和一個矩形共三部分計算，乘以砼容重得到自重。B：上游靜水壓力上游水平靜水壓力 P=,正常蓄水位的上游水深為 40m 和校核洪水位為 。豎向靜水壓力 W 上 通過在 CAD 量得對應(yīng)面積，乘以水的容重179。得到。28C：下游靜水壓力下游水平靜水壓力 P=, 正常蓄水位的下游水深分別為 和校核洪水位為 。豎向靜水壓力 W 下 通過在 CAD 量得對應(yīng)面積，乘以水的容重 179。得到。D:泥沙壓力 水平泥沙壓力 （）)245(tan212ssbskhP?????其中泥沙浮容重 γsb 為 8kN/m179。，淤積厚度 hs 取 15m，泥沙內(nèi)摩擦角 φs為 28176。,帶入數(shù)據(jù)即可求得 Psk泥沙豎向壓力 Wsk 通過計算對應(yīng)面積 S=15 15 =，乘以泥沙?的浮容重 8 kN/m179。得到。兩種工況下泥沙壓力相等。E:揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力強(qiáng)度在壩踵處為 γH1 排水孔中心線上為 γ(H2+αH),壩趾處為 γH2，實(shí)體重力壩設(shè)置防滲帷幕及排水孔，在壩基面排水孔中心線處滲透壓力強(qiáng)度系數(shù) α取 ，據(jù)此，揚(yáng)壓力可分為四部分，U U U 3 和 U4 通過在 CAD量得對應(yīng)面積，乘以水的容重 179。得到。F：浪壓力根據(jù) SL3192022《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》計算臨界水深先求使波浪破碎的臨界水深 （）%12ln4hLHmcr????帶入數(shù)據(jù)的兩種工況下的臨界水深分別為 和 ，L m 分別為 和 ， L m 分別為 和 。據(jù)此有 H1Hcr 和 H1,按深水波計算， （）)(41%1zmwkhLP???29求得兩種工況下的浪壓力分別為 和 。荷載計算結(jié)果見下頁表 62 和表 63。表 6~2 正常蓄水位工況下的荷載作用值（kN） 力矩值 M垂直力 W 水平力 P力臂（m） （ ）荷載 計算↓ ↑ → ← + G1 24 10?240 G224 5 14 自重G3 24 ?13500 20250P 上 4027848 104640 水平水壓力P 下 ?694.6 W 上 70 垂直水壓力 W 下 56.644 Psk 泥沙壓力 Wsk 8 ?180 2790 浪壓力 Pwk 浮托力 U1 440.3 0 0 U2 ? 滲透力U3 31.4 15 30U4 82.?6 20225 8195.5 694.112844.7134433.9合計ΣW= ΣP=7500 ΣM= 表 6~3 校核水位工況下的荷載作用值（ kN） 力臂 力矩值 M垂直力 W 水平力 P （m） （ ）荷載 計算↓ ↑ → ← + G1 24 10?240 G224 5 14 自重G3 24 13500 20250P 上 ? 125778.2 水平水壓力 P 下 1010 W 上 ?6 2 垂直水壓力 W 下 1Psk 5 壓力 Wsk 8 ?180 2790 浪壓力Pwk 浮托力U1 530.955208.6 0 31U2 ?36 U3 15 4644滲透力U4 ? 820527 6994 1010 115790158808.4合計ΣW= ΣP= ΣM=G. 地震力（1） 、地震慣性力 (靜力法)：本設(shè)計只考慮水平地震慣性力，計算公式為： gGFiEhi /???（），式中 ， , 按公式（69）??25.?ii?為 質(zhì) 點(diǎn) 的 動 態(tài) 分 布 系 數(shù)41+/)=4(iinEjjgGH???（ h （）質(zhì)點(diǎn) i 的動態(tài)分布系數(shù)見圖 63： 32 圖 63 質(zhì)點(diǎn)的動態(tài)分布系數(shù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及計算結(jié)果見表 61。 表 64 非溢流壩壩基面地震慣性力計算表（公式：Fi=a hξG Eiα i/g）分塊 EiGhi αi 力（KN）1 2 10560 3 7680 （2） 、地震動水壓力（作用點(diǎn)位于水位以下 處） 。：計算公式： （）2039。????式中 、 。??.2?上游面地震動水壓力： 39。 ???上對壩基面形心力矩： MM?39。上下游面地震動水壓力： 39。65..?下對壩基面形心力矩： 39。 39。..???下上下游作用力方向一致經(jīng)統(tǒng)計： 39。 .???’’下上 39。39。471349075M??下上非常運(yùn)用情況下的荷載計算結(jié)果見下頁表 65。表 6~5 非常運(yùn)用工況下的荷載作用值（kN） 力矩值 M垂直力 W 水平力 P力臂（m） （ ）荷載 計算↓ ↑ → ← + G1 24 10?240 G2 24 210 14 G3 24 13500 2025033P 上 ?4027848 104640水平水壓力P 下 694.6 W 上 70? 垂直水壓力 W 下 56.6 Psk 力 Wsk 8 ?180 2790浪壓力 Pwk 浮托力 U1 440 0 0U2 67 U3 31.?4 15 滲透力U4 82.6 地震慣性力F 動水壓力F0 20225 8947 694.112844.7147456.9合計ΣW= Σp= Σ M= 壩基面穩(wěn)定計算抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩體內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。目前采用的方法有單一安全系數(shù)法及基于目標(biāo)可靠度的極限狀態(tài)設(shè)計方法，本次設(shè)計采用兩種方34法分別進(jìn)行計算。（1） 單一安全系數(shù)法依照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》SL3192022 的規(guī)定：壩體抗滑穩(wěn)定計算主要核算壩基面穩(wěn)定條件，應(yīng)按抗剪強(qiáng)度公式（421）或抗剪斷強(qiáng)度公式（422）進(jìn)行驗(yàn)算。 （） ()sfWUKP??? （） , ,()sfcA?本次設(shè)計采用兩個公式分別計算安全系數(shù)，根據(jù)壩基巖石條件取f=、f ′=、c ′==1100kPa ，由于銅錢壩屬于 Ⅲ級所以 Ks 在基本組合時取 ，校核洪水時取 ，地震情況時取 ，K s′不分工程