【正文】 河北工程大學畢業(yè)設計 39 洞身設計 ： 采用矩形斷面，孔頂為圓形時，其拱腳距水面高度可取大流量時不摻氣水深 20％30％ ,詳見 《 水工建筑物 》 ??55,水面不摻氣高度為 6m，孔頂?shù)墓澳_距水面高度為,在此取 ， 拱頂 90+ 6++ 52 100m。 根據 2 小時內充滿檢修閘門和工作閘門中間的空間來計算 d，充水體積取 F點以上棱臺體積。 得 ? 12， ， +12 + , 得 d=。 , q= 3 ? , ＂ 。 底孔消能計算 : 河北工程大學畢業(yè)設計 38 由《水工建筑物》 ??45得躍后水深， ＂ 2 (√1 + 8 1。 進口橢圓段曲線坐標如下： x 6 5 4 3 2 1 0 y 0 無壓明流段設計 ： 由《水工建筑物》 ??55得泄水孔底坡按拋物線 x=√ 設計。式中， A為圓孔直徑， a取 ；泄水孔斷面為矩形時，對于進口底曲線 A為孔高 h， a取 ? ?41~31 ；對于進口兩側壁曲線， A為孔寬，a采用 1 3? 。 ： 進水口曲線體型設計 ： 為使水流平順，減少局部水頭損失，提高泄洪能力，防止孔壁空蝕，進水口表面輪廓應盡量符合流線變化規(guī)律。 說明：由于底孔水頭很高，故孔內水流流速較高，容易產生負壓，空蝕和振動，因此，必須精心進行體形設計，保證水流平順，減少或避免產生負壓，空蝕和振動等不利現(xiàn)象。 底孔的位置 ： 進口高程取為 90m，從上游立視圖面，從左岸樁號為 0+ 到樁號 0+，共長 44m， 4個底孔，其斷面尺寸為 5 6m(寬高 )。根據以上情況和資料選定工作閘門上用 15 臺 2 45T 的卷揚式啟閉機，檢修閘門用門機設備，不設專門的啟閉設備。 交通橋截面見圖 4— 3 工作橋 1河北工程大學畢業(yè)設計 35 圖 4— 3 啟閉設備 水工建筑物對啟閉設備的主要要求為：（ 1）工作安全可靠 （ 2）機械效率高（ 3）結構簡單，重量小，造價及維護費用低：（ 4）操作方便（ 5）外觀整潔，體積小，占地面積等。 工作橋截面圖見圖 4— 2 圖 4— 2 （ 3） 交通橋 布置在上游側取寬 7m，交通橋上有對準檢修閘門的活動面板，以便檢修閘門提升檢修閘門用門機設備，不設專門啟閉設備， T 型梁梁肋中距 =行車軌道軌距，梁高 h=2m,梁肋寬 ??寬 。 本設計中采用的是固定式卷揚啟閉機，需在啟閉機基礎螺栓位置設置中橫梁，其截面尺寸可稍小些，其梁肋中距應與啟閉機基礎羅栓位置相吻合，因為選的是（ 2 45T）固定式啟閉機，根據資料可得其縱向螺栓距離為 2m，橫向 ，故縱梁的中距可取 2m，中橫梁梁肋中距 。 T型梁的高度， h=（ 81~101 ） l 跨 ， l 跨 =18m，則 h=（ 81~101 ） 18=~ 取 h=2m。 （ 2） 工作橋 弧形閘門一般采用固定式啟閉機，為將閘門吊至溢流水面以上，需將工作橋提高工作橋的每孔用兩根預制得 T梁 裝配而成，梁高一般可取為跨度的（ )81~101 肋寬約為梁高的（ )~41 。并將這部分做到了溢流壩頂以下約一半溢流深度處， 高程為 ，坡度為： 1:1，閘墩長度可由 cad中量取 。 ， 即 o 則工作橋下緣距門軸高度（即閘墩頂距門軸的高度）為： h 墩 =h4+1= 其高程為：▽ 墩 =+h 墩 = （ a） 閘墩長度的計算 根據已建工程經驗：為保證門軸的穩(wěn)定，們軸距閘墩后沿要保留大于 3m的距離，此處取為 l 后沿 =4m。 ? 90176。 ,得 176。閘門最大提升高度▽ 下沿 ? ▽ 較河北工程大學畢業(yè)設計 32 此處取▽ 下沿 =▽ 較 設弧形閘門的圓心角為 Q。因此壩址延時基本完整，堅硬，抗壓強度較高，抗風化能力較強，所以產生不均勻沉降小，故可采用縫設在溢流孔跨中，可使閘墩較薄，圓弧形閘門，閘墩厚度最小為 ~，本設計取墩厚 b=4m?？p設在閘墩中間，各壩段產生不均勻沉陷，不影響閘門啟閉，工作可靠，缺點是閘墩厚度增大。 閘墩 （ 1） 斷面形狀 ： 閘墩的斷面形狀應使水流平順，減少入口水流的側收縮和出口水流的沖擊波，閘墩上有做成半圓形，下游段做成流線型。 河北工程大學畢業(yè)設計 31 （ 1） 位置確定 ： 檢修閘門和工作閘門之間應留有 1~3m 的凈距，以便檢修，即工作閘門的最凸點距檢修門 1~3m，本設計取 1m。全部檢修孔通常備用 1~2 個檢修閘門，交替使用。取 h 軸 =9m。閘門一般設在溢流堰頂點或堰頂稍下游些。 （ 4） 計算壩頭部點 ?? ?? ? , ?? ? 12 , H==,查表2724由內差法得，溢流壩頂點至上邊緣最大距離為 ，上切點為（ 17,11,43） 在 CAD 中繪出上述圖形，對一些偏差較大點舍去不用曲線坐標如下： ?? ? ?? ? X 0 4 .8 Y X 0 Y X Y 河北工程大學畢業(yè)設計 30 溢流堰 面曲線形狀見圖 4— 1 工作閘門 本設計中采用弧形閘門，尺寸寬 高 =15 ，弧形閘門的主要特點是啟閉力較小，閘墩較薄，無門槽；水流平順，不易空蝕。 ， H+= o + 2 , , h= + 。 得 ， h= + + (2)當 x= 時， y=, , 查 《 水工設計手冊 6》 圖 2727得 L= 河北工程大學畢業(yè)設計 29 ( )。 取 K=, ()。178所述計算校核水位的水面曲線上切點坐標 (17,11,43)，下切點坐標 (41,77,)。 為了設計閘墩高度，邊墻高程及選定弧形閘門門軸高程，需知道水面線，水面以上安全超高采用 — 本設計中取 1m。消力池 L=6( ＂ ? )即得 ??1 , ??2 ??3 。 ,q=109 3 ? , + 25 n + 15 n 2， 得 ＂ ， ? (1) C= ＂ ??1 q=109 3 ? ＂ ??1 ( √2 )2 3? ? 2 （ ） 令 ?? 1 , 則 ??1 即 C= ? 01 +??10 其中 ??10 ( √2 )2 3? 得 01 + √109 01 1 + 2 = 1 + 109 2 得 1 = 和 ,經 驗 算取 。 底流消能計算 由 《 水工建筑物 》 ??45得躍后水深 ＂ = 2 (√1 + 8 1。 設 18870 3 ? 18276 3 ? 。 洪水流量 校核 根據 21。 流量系數(shù) mz的比值參照表 32 由《水力計算手冊》知： cc hgqhE 2220 2 ??? 式中： E0— 所取已知斷面單位水體所具有的能量 Hc— 鼻坎反弧段最低處水深 ? — 能量損失的流速系數(shù)， =√1 ? ? KE— 流能比 , = ? ,上式適用于 KE=~ 范圍內，當 ?EK 時，取 ?? ， Z— 上下游水位差， Z==（ m） E0? gVHP 2 02??? 忽略行進流速的影響，取 E=P+H=()+= q= 15 15? =24527/225=109 3 河北工程大學畢業(yè)設計 26 0= + 2 + 109 2 (由水力學下冊 ??5表 得 取 ) 所以得 = 當反弧處與下游水平段連接時，選用較大值 R=10 =29m。規(guī)范規(guī)定，反弧半徑 R 可按（ 4~10） h選用， h 為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。計算表如下： x 1 2 3 y （ 2） OB 段的計算： ????=k??????。 ( 12)178。 段計算： a=~， ?? ??? =+3a 取 a=，則 b=， ????==12m 代入橢圓方程得 ??2 ( 12)? 178。1y。 （ 4）溢流壩段總長為： ??溢 =4 15＋ 15 15=285m 剖面設計 ： 溢流面曲線 （ 1） 開敞式壩頂一流的頂部曲線， 采用 WES 型溢流堰大的頂部曲線，以堰頂 O分為上游段 OA和下游段 OB。 （ 2）自樁 號 0+ 至 0+； 其中溢流孔數(shù)為 15孔，每孔凈寬 15m。 在 cad中讀取 上游 游折坡點高程為 ，下游折坡點 高程為 ，壩底寬度為 河北工程大學畢業(yè)設計 23 第四章 溢流壩段設計 ： 河北工程大學畢業(yè)設計 24 由青龍河流域氣象條件可知，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，全年結冰期為四個月，冰層較厚，而且由水文分析中可知，青龍和洪水具有峰高量大的特點，故從宣 泄洪水及排除冰凌和其他漂浮物考慮，并產考已建工程，可采用 開敞式壩 頂溢流方式 。 上游 排水管幕至上游壩面距離為作用水頭的1 15? ~1 25? 且不小于 2m，取 。 壩頂長度的確定 根據 I83 壩軸線地質剖面圖畫出壩軸線，可計算出壩頂長度為 壩頂寬度 b 的確定 由壩基開挖線可知，壩低最低高程為 ，則壩高 H 為 =。 因為非溢流壩段為一級 建筑物，查表 1— 11得，正常洪水位時， he =，非常洪水位時， he = (1)設計洪水位時， V=?=（ m\s）， D=3km h=?? 31 =, L=? = h0= Lh2? =178。（參考《水工建筑物》 P34 公式 2— 57） 設計洪水位時：壩頂上游防浪墻高程 =設計洪水位 +△h 設 校核洪水位時：壩頂上游防浪墻高程 =校核洪水位 +△h 設 并 選 用 其中 較 大值 并 選用 其 中較 大 值， 其中 △h=h+h 0+hc ,h=\4D1\3 L=,h0= LHcthlh ?? 22 ,當 LH12? 較大時可近似取 h= Lh2? 。 經過上述比較分析， I83 壩線以混凝土重力壩為宜。開挖石方量約 1560 萬立米，工程量浩大。初步考慮采用混凝土重力壩和當?shù)夭牧蠅蝺煞N壩型作為樞紐工程壩型比較的依據。壩基及兩岸巖層又夾有軟弱巖層或夾泥層，故不宜修建拱壩或其它類型的輕型混凝土壩。 壩型選擇 河北工程大學畢業(yè)設計 20 桃林口水庫，位于北緯 40 度地區(qū)。 經上述比較，三個壩段雖有 11條壩線，但適于建壩的僅有 I8紅層線及 IV壩線三條，具體選擇哪一條，應做技術經濟比較后確定。 IV 壩線，位于現(xiàn)存小溢流壩下游 80 米處，壩基巖層為石英砂巖，夾有少數(shù)幾層砂質頁巖，巖層抗壓強度及抗滑摩擦系數(shù)比板巖要大。 VII 壩線，壩基為串嶺溝板巖，巖層強度較低，還有軟弱層。最厚達 8cm，性質松軟，表面潤滑，摩擦系數(shù)較低且?guī)r層走向與河流平行，不宜作為壩基。 “ 紅外線 ” 與 III83壩線，壩基巖層強度稍低一些，適宜修建當?shù)夭牧蠅?。但從兩壩線地形、地質等條件看，左岸都存在大暖泉、滲漏情況及單薄分水嶺（蕎麥嶺），蓄水以后的穩(wěn)定情況難以把握。傾向河中，傾角較高，建壩蓄水以后，存在不穩(wěn)定因素及繞壩滲漏。相比之下，在三道河村附近，右岸巖層傾向上游，層次分明較為完整，條件較好，故以 I83壩線作為第一壩段的代表。交通方便，施工場地寬闊。施工場地狹窄。對壩體穩(wěn)定不利。滲透性小，是天然的防滲帷幕，溢洪道位于左岸蕎麥嶺。 碎帶寬度大、處理工程量大。壩址上游不遠處是幾個斷河北工程大學畢業(yè)設計 19 條 件 向下游。切層的夾泥厚 3~5cm,且傾壩基為灰?guī)r，巖性不均一，左壩頭可能漏水，蕎麥嶺較單薄， III69壩基有斷層 F104通過，破壩基為石英砂巖夾砂質頁巖，巖性堅硬。工程項目多。