【導(dǎo)讀】灌溉等綜合利用的中型水利工程。正常儲水位米，總庫容1020萬立方米,其中興。本工程為三等工程，大壩按Ⅲ級建筑物設(shè)計。設(shè)計洪水為100年一遇，校核洪水為。設(shè)計洪水位為米，設(shè)計下泄流量為，相應(yīng)的下游水位。守口堡水利樞紐工程大壩由擋水壩、溢流壩、底孔壩段等建筑物組成。，最大壩高米，大壩為混泥土重力壩，壩頂總長350米。為米，溢流前沿總長30米，共倆孔，每孔寬15米。挑流鼻坎高程為1205米，；泄流底孔地板高程為1203米，控制斷面尺寸為4×4㎡，檢修閘門采用平。幅度，避免產(chǎn)生裂縫；同時又節(jié)省模板，便于搭腳手架，施工安全?；A(chǔ)處理主要是挖除風(fēng)化層，對壩基采取灌漿等加固和防滲處理措施。中耕地面積約為63萬畝，另外其下游有京包鐵路、同張公路、部隊(duì)營房、村莊及農(nóng)田，擴(kuò)大灌溉面積，并可有計劃的進(jìn)行洪淤造地，正常年份可灌溉2萬畝，通過水庫調(diào)洪，大壩的結(jié)構(gòu)安全級別為3級，次要建筑物如導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)安全級別為4級。灌區(qū)范圍北起長城，南至

　　

【正文】 3壩體下游面的最大主壓應(yīng)力，不得大于混凝土的容許壓應(yīng)力。 由程序計算結(jié)果可知壩體應(yīng)力均滿足強(qiáng)度指標(biāo)的要求。 根據(jù)大壩的穩(wěn)定應(yīng)力分 析得壩體的最大底寬 B=，壩頂寬 5m，壩頂高程為，壩底高程 1188m，最大壩高 ，上游坡比 n=，下游坡比 n=，上游起坡點(diǎn)高程 ，下游起坡點(diǎn)高程為 ，帷幕中心壩踵距 7m，排水中心壩踵距 ，壩體排水管到上游面的距離 4m，壩體長度 350m。 31 第六章 泄水建筑物設(shè)計 第一節(jié) 泄水洞的設(shè)計 底孔可以設(shè)計成有壓洞或無壓洞兩種形式 。設(shè)計成有壓洞時 ，洞中充滿高壓水流，對壩體 應(yīng)力應(yīng)力影響大，不利于壩體的穩(wěn)定，使洞身的襯砌造價高（鋼板襯砌），故一般將排沙泄洪洞常設(shè)置成無壓洞 ，在本水利樞紐中采用施工方便，工程造價相對有壓洞較小，壓板式進(jìn)口設(shè)計計算方式，即進(jìn)口一小段有壓段，在工作閘門后，根據(jù)規(guī)范要求，洞頂高出水面 30cm 以上，洞頂設(shè)有直徑為 的排氣孔，以保證水流流態(tài)為無壓，水面不接觸洞頂。 底孔進(jìn)口地板高程根據(jù)排沙要求，定為 1203m，控制斷面尺寸根據(jù)放空水庫排沙泄量條件決定采用 1 孔 4 4 ㎡ 。進(jìn)口有壓段采用壓力強(qiáng)度變化不突然，不產(chǎn)生負(fù)壓的壓坡式。其進(jìn)口底部為 R=2m 的圓弧，頂 部為橢圓曲面，方程為： ?? 距上游壩面 5m設(shè)平板檢修閘門，其后設(shè) 1:5 的壓坡板，長 4m，壓板后控制斷面為 4 4㎡ ，設(shè)弧形工作閘門，之后為無壓洞，其頂部高程通過水面曲線的設(shè)計為 1208m。 底孔泄流與下游銜接形式采用挑流消能，選擇的根據(jù)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的公式和方法同溢流壩下游消能方式相同，為了減少下游水位對挑流水流的頂托影響，使射流很快挑出水面，且由于底孔單孔較大，對巖基的沖刷能力大，故采用挑射角 ? =30176。 ，挑坎高程受底孔底板高程的限制，故采用 ，反弧半徑定為 20m。 弧形工作閘門半徑 8m，使用油壓式啟閉機(jī)，設(shè)在壩體內(nèi)。檢修閘門為 5 4的平板鋼閘門，啟閉設(shè)備設(shè)在壩頂。 底孔檢修門采用閘上封管來平壓，此種設(shè)備不需設(shè)平壓管，也不易引起閘門震動，并在工作門與檢修門之間設(shè)直徑為 φ 25 的通氣孔，供平壓充水排氣用。工作閘門為防止閘門局部開啟時無壓段補(bǔ)氣不足引起水面波動拍頂，在工作閘門后設(shè) φ 80 通氣孔。 第二節(jié) 溢流壩剖面設(shè)計 一、 壩型設(shè)計 根據(jù)樞紐大壩高度為 ，同時泄流能力要求較大，對于五百年一遇的洪水，最大水頭為 ，泄流量為 179。/s，因此我們決定采用 WES 坎型。 32 二 、 定型設(shè)計水頭的確定 定型設(shè)計水頭過大，在通常泄流時，因水頭較小，過流能力低，對低水頭泄洪量小。若定型設(shè)計水頭過小，有利于增大流量系數(shù)和泄流能力，但堰面產(chǎn)生過大的負(fù)壓，易產(chǎn)生氣蝕破壞 ，同時水舌波動不穩(wěn)定，對流態(tài)影響較大。理想的定型設(shè)計水頭，應(yīng)使堰面具有較大的過流能力，同時在運(yùn)行過程中不產(chǎn)生過大負(fù)壓。根據(jù)規(guī)范提供資料，取溢流堰定型設(shè)計水頭，即校核洪水位相應(yīng)的堰上水頭 Hmax= 的 75%95%，得 Hd=5m，由其確定的堰面曲線在校核洪水情況下堰面最大負(fù)壓在允許范圍內(nèi)，在設(shè)計洪水情況下，在堰面沒有負(fù)壓產(chǎn)生，符合規(guī)范設(shè)計要求。而且校核洪水極為罕見，同時在此水頭下堰面泄流時間很短，故不會產(chǎn)生工程問題。 三、 下游消能方式及主要尺寸的確定 消能方式的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、河道泄量與水位關(guān)系，選擇效能效果好、流態(tài)穩(wěn)定、下游沖刷小、水面銜接穩(wěn)定適用于水位變化幅度較大，應(yīng)用范圍廣的消能方式，同時具有工程造價低，施工方便運(yùn)行安全可靠的狀況，為此對各種消能方式分析比較。 底流消能具有安 全可靠，效能效果好，下游水面波動小，對兩岸沖刷較輕，但由于本工程泄流量大，河床覆蓋層厚，從而使消力池工程量大，而且消力池護(hù)坦的穩(wěn)定也是一個問題。對與基巖，開挖量太大，放于覆蓋層上，水流的波動，揚(yáng)壓力都將對其穩(wěn)定產(chǎn)生很大的問題，帶來難以解決的工程問題。 面流消能要求下游水有足夠的水位且比較穩(wěn)定。適用范圍小，在本工程中因下游水位變幅在 ，達(dá) ，同時下游水面波動大，因此不宜采用。 挑流消能適用條件為：下游水勢厚度大，基巖堅硬，抗沖刷能力大，高水頭泄流建筑物的下游消能方式具有效能 效果好，工程造價低，結(jié)構(gòu)簡單，施工簡單，運(yùn)行安全可靠，下游水位變化對效能效果影響不大，流態(tài)較穩(wěn)定，結(jié)合本工程地質(zhì)地形條件，壩基位于基巖上，河床基巖覆蓋層厚，基巖也比較堅硬，沖坑形成水墊加強(qiáng)對基巖的保護(hù)作用。因此本工程采用挑流消能方式。 挑流消能方案主要尺寸的選擇確定： 根據(jù)規(guī)范要求：挑射距離的反弧半徑為 412 倍的收縮水深，挑坎高程應(yīng)高出下游為水位 12m，而挑角同時應(yīng)滿足挑距和沖刷坑深度不危及壩體穩(wěn)定安全，結(jié)合本工程具體情況特點(diǎn)，壩基巖石據(jù)下游水面之距深度都在 10m 以上，而且抗沖性能較好，挑坎最大單寬流量 為 179。/s，因此射流的沖坑對壩體的穩(wěn)定不會有較大影響，那么在選擇效能方案的主要尺寸時，在滿足挑坎與沖坑深度的條件前提下，應(yīng)當(dāng)盡可能節(jié)省工程量，減少 起挑流量有利于壩體應(yīng)力條件的改善，根據(jù)樞紐泄量及下游水位特性分析如下： ⑴ 挑坎高程：由于下游校核尾水位 ，設(shè)計情況下的下游尾水位為 ，因此本設(shè)計采用了高于校核洪水位的高程 。 ⑵ 反弧半徑：在滿足挑射要求下應(yīng)盡可能的小，節(jié)省工程量，有利于壩體穩(wěn)定，通過初步計算，確定反弧半徑 12m。 ⑶ 挑角：為了減少挑射起始流量，根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 30176。 。 經(jīng)過上述比較分析，選擇挑坎高程為 ，反弧半徑 12m， 挑角 30176。 ，經(jīng)消能計算驗(yàn)證，均滿足要求。 33 第七章 壩址處理及壩體的細(xì)部構(gòu)造 第一節(jié) 基礎(chǔ)處理 重力壩要求壩基巖石有足夠的強(qiáng)度來承受壩體壓力，有良好的整體性、均勻性和較小的壓縮性，以滿足抗滑穩(wěn)定的要求及減少不均勻沉降，基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的抗水和不透水性，減少滲透。防止巖石長期在水的浸泡下其強(qiáng)度等工程性能降低。因此對天然地基進(jìn)行必要的工程處理，從而提高其工程物理力學(xué)性能。根據(jù)壩址的地質(zhì)資料分析，該樞紐需進(jìn)行以下 幾方面的處理： 一、 開挖 根據(jù) 《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》要求， 7030m 的中壩可建在微風(fēng)化上部基巖上。故首先得開挖掉河床內(nèi)的大卵石、漂石、塊石、粗砂和泥土摻雜物及巖石表面的風(fēng)化物直到壩坐落在微風(fēng)化基巖上。并且在開挖過程中，最好利用巖面的自然坡度，使壩基面傾向上游，有意降低壩踵高程，在壩踵或壩趾處可挖成齒壩以利穩(wěn)定。 開挖方式采用淺孔爆破法，爆破面與開挖面間的保護(hù)層厚度取 1m，從而保證巖基的完整性。 巖基開挖后，在澆筑混凝土之前，需要進(jìn)行徹底的清理和沖洗。對岸坡壩段，在平行壩軸線方向開挖成臺階狀避免有尖角并保 留一定的保護(hù)層，待壩體澆筑到該韋后再將保護(hù)層清除掉。 二、帷幕灌漿 其目的是降低壩底滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，減少壩基流量。其灌漿材料采用水泥漿。一般布置在靠近壩體上游面壩軸線附近，自河床向兩岸延伸。灌漿前的鉆孔方向一般為鉛直，必要時可有一定的斜度，角度一般小于 10176。 ，方便施工。防滲帷幕的深度由作用水頭和基巖的工程性質(zhì)、水文性質(zhì)來確定。根據(jù)規(guī)范可知通常在 倍的壩高范圍內(nèi)，當(dāng)壩基下游明顯的隔水層，為深入隔水層 35m，另外根據(jù)掩體的透水性及其單位吸水量 (中壩單位吸水量值在 )來控制。根據(jù)以上原則確定灌漿深度約為 30m，厚度 。深入兩岸的深度取 倍的壩高 30m，并與河床部位的帷幕連接起來。 三、 壩基和壩體排水 1. 為進(jìn)一步降低壩基面的揚(yáng)壓力，通常在帷幕灌漿廊道內(nèi)設(shè)排水孔幕。排水孔距為 3m，孔徑為 ，孔深取帷幕深度的 倍，即 15m。 2．為壩體排水在壩體內(nèi)設(shè)置排水管幕，管幕距壩前 4m，排水管用混凝土管，內(nèi)徑20cm，排水管與壩體廊道直通式連接。 34 四、壩體與基巖的連接 一般采用坐墊，在壩體與基巖之間設(shè)一層比壩底寬較大的墊層。坐墊采用 C15 以上的 混凝土，垂直厚度為 以上，來增強(qiáng)壩與壩基的結(jié)合，以利用基坑阻水，使壩基應(yīng)力均勻擴(kuò)散，提高壩底的抗滑穩(wěn)定性和防滲性。 第二節(jié) 壩體細(xì)部構(gòu)造 一、 導(dǎo)墻 因?yàn)橐缌餮咴O(shè)計的是 非常溢流壩，只有上游來的洪水超過設(shè)計洪水時才啟用，因此以校核洪水作為導(dǎo)墻的設(shè)計時的控制條件。經(jīng)計算得：堰頂處曲線與壩體的切點(diǎn)處摻氣水深為 ，排沙底孔 摻氣水深為 ，由此取導(dǎo)墻的安全超高 1m，得 反弧段與壩體的切點(diǎn)處的導(dǎo)墻高度為 ，排沙底孔處的導(dǎo)墻高度為 ，導(dǎo)墻厚度取 1m。 二、 閘墩 閘墩的頭部做成圓形，尾部做成 流線型，其厚度為 1m，長度 。 三、 壩頂布置 在壩頂布置時，考慮到公路的要求、人行道的布置，及布置打開或關(guān)閉閘門時需要使用的起重機(jī)軌道，還有考慮到壩頂?shù)挠晁欧疟仨毎褖雾斣O(shè)計有一定的傾斜度，以便于排走路面上的積水。其布置詳見圖紙。 四、 壩體的觀測設(shè)計 1. 檢查型觀測包括： ⑴ 壩基的揚(yáng)壓力觀測，一般通過揚(yáng)壓力觀測孔觀測，孔一般用鉆機(jī)在已澆筑好的混凝土壩體中鉆成，鉆孔通過混凝土深入巖基面。 ⑵ 通過壩基及壩體的滲漏觀測，可及時處理。如發(fā)現(xiàn)滲漏量有明顯變化。不論是漏水量劇增或劇減，都進(jìn)行分析處理，漏水量減少時 。應(yīng)注意到是否是由于排水系統(tǒng)堵塞等一系列問題。 ⑶ 壩體及地面的沉陷觀測。一般用精密水準(zhǔn)儀測量來觀測，為此需在遠(yuǎn)離壩址處設(shè)置永久性的水準(zhǔn)基點(diǎn)，并精密測量基點(diǎn)高程。 ⑷ 壩體的水平位移。有幾種觀測方法，第一種是大地測量法，即在壩下游布置三角網(wǎng)精密測量壩體的繞曲曲線 。第二種是視準(zhǔn)線法，第三種是垂球法?？捎^測壩體繞曲曲線。 ⑸ 壩體的岸縫兩側(cè)埋入觀測標(biāo)點(diǎn)或儀器，然后定期用十分尺或游標(biāo)尺測伸縮縫的變形。 ⑹ 其他檢查型觀測：壩體上、下游水位，水溫，冰凍。淤積和沖刷情況等。 2. 研究性觀測包括： ⑴ 壩體和基巖的溫度狀態(tài) 。 ⑵ 壩體壩內(nèi)鋼筋以及基巖的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)； ⑶ 混凝土中的滲透壓力； ⑷ 溢流泄水時的水力學(xué)觀測； ⑸ 泥沙壓力； ⑹ 其他研究觀測。 35 第二篇 守口堡混凝土實(shí)體重力壩設(shè)計計算說明書 第一章 調(diào)洪計算 第一節(jié) 死水位和正常擋水位的確定 一、 死水位的確定 1. 年來沙量中推移質(zhì) 萬噸； 2. 年來沙量中懸移質(zhì) = 萬噸； 此水庫含沙量較大，故采用蓄清排紅的運(yùn)行方式。 懸移質(zhì)汛期排沙比取 80%，所以年淤沙量中懸移質(zhì) （ 180%） = 萬噸，推移質(zhì) 萬噸 。 γ 懸 =179。， γ推 =179。 3. 年淤沙量： 1 1 .2 4 1 5 .2= + = 1 6 .5 41 .5 1 .6 8V沙萬立方米 死庫容按 30 年淤沙庫容計算： V 死 = 30= 萬立方米 查水位 庫容曲線得 Z 死 = 二、正常擋水位的確定 水庫的興利庫容為 740萬立方米，正常蓄水位 相 應(yīng)的庫容為 740+= 萬立方米，查庫容 水位曲線得正常蓄水位為 米。 第二節(jié) 調(diào)洪計算 要求：百年一遇洪水時，下游河道安全泄量 ≤ 450m179。/s 在進(jìn)入汛期的 7 月 1 日時灌 溉要求水庫保證蓄水量為 232 萬立方米，即水庫庫容為340+= 萬立方米。 查水位庫容曲線得汛限水位為 ，即起調(diào)水位為 。 溢流堰出流曲線方程： ? ?Q = A 2 HgH? 上 中 心 排沙底孔出流曲線： 32sQ= mb 2gH?? 36 調(diào)洪計算三種方案及比較詳見設(shè)計說明書。 第二章 泄洪建筑物的水利設(shè)計 第一節(jié) 溢流堰堰面曲線設(shè)計 一、 溢流堰堰型和定型設(shè)計水頭的確定 由于樞紐大壩為 高的中壩，決定采用 壩體工程量小，流量系數(shù)較小的 WES堰型。 根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：溢流堰面在設(shè)計洪水下不得有負(fù)壓，在校核洪水下最大負(fù)壓不超過 36m 水柱。定型設(shè)計水頭為校核洪水及其相應(yīng)的最大水頭的75%95%，取 80%，則定型設(shè)計水頭： Hd=（ ） 80%= 取定型設(shè)計水頭為 4m。 二、 堰頂堰面曲線的設(shè)計 在非溢流三角形剖面的基礎(chǔ)上設(shè)計溢流壩段面。 堰頂上游曲線采用三段圓弧復(fù)合連接，這樣可使堰面曲線與上游面平滑連接，改善堰面壓強(qiáng)分布，減小負(fù)壓。 下游曲面采 用： dx H y? 根據(jù)上式和壩體幾何關(guān)系，求切點(diǎn)： 39。 0 . 8 5 . 8 5 10 . 3 6 42 . 0 0 . 7dxyxH? ? ? 求的切點(diǎn)橫坐標(biāo) x= 縱坐標(biāo) y= 溢流堰堰頂以下曲線 Y= 21。 表 21 X（ m） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Y（ m） 0 37 1211230 .1 7 5 0 .7 20