【正文】 橫縫設(shè)計(jì)橫縫垂直于壩軸線布置。 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(shí)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。工(3) 導(dǎo)水墻：邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻。下游布置工作橋，橋面高程為非溢流壩的壩頂高程。采用平面鋼閘門，在本設(shè)計(jì)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。 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。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(duì)照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫(kù)方向。厚度為50cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。第七章 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 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)。最終計(jì)算結(jié)果如下表工況設(shè)計(jì)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(jì)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?。▓?jiān)硬完整的基巖；堅(jiān)硬但完整性較差的基巖；軟弱發(fā)育的基巖）。 消能設(shè)計(jì)計(jì)算采用挑流消能，根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)，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(jì)規(guī)范》，計(jì)算水舌拋距和最大沖坑水墊厚度，挑流消能計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖。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(jì)時(shí)應(yīng)取鼻坎最低高程等于或略高于下游最高水位。圖 鼻坎型式（a）連續(xù)式鼻坎 （b）差動(dòng)式鼻坎鼻坎挑角確定：根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，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。適用于尾水較深、基巖較為均一、堅(jiān)硬及溢流前沿較長(zhǎng)的泄水建筑物。 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(dòng)坎兩種，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于該樞紐河床地質(zhì)條件較好，且流量較大，水頭較高。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(dòng)能。水流在表面可減輕對(duì)壩下河床的沖刷，但可能水滾裹挾石塊，磨損壩腳地基。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。水流在同空氣摩擦的過程中，消耗了約20%的能量。常用于水閘。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。消能設(shè)計(jì)的原則是：①盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)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(jiǎn)單，工作可靠；⑤工程量小。第六章消能防沖設(shè)計(jì)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。則： 根據(jù)《露頂式弧形閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)》[11]，在本設(shè)計(jì)中選用的液壓式弧形閘門啟閉機(jī)，啟門力為，最大行程為。則： 計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，閘門能依靠自重關(guān)閉。(1) 閉門力的計(jì)算： 式中：—摩阻力的安全系數(shù)，一般?。? —計(jì)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(dòng)摩阻力及其對(duì)閘門轉(zhuǎn)動(dòng)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，估算取； ——閉門力對(duì)閘門轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力臂，估算取。則弧形閘門自重為： 平板閘門(1) 水壓力計(jì)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。橡皮止水受壓寬度取為，每邊側(cè)止水受水壓力的長(zhǎng)度，則：所以：, (6) 弧形閘門自重的估算由于本設(shè)計(jì)弧形閘門，查《水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》[10]有： 式中：—孔口高度，； —孔口寬度，； —定型設(shè)計(jì)水頭，； —孔口寬度系數(shù)：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)。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(zhǎng)； —孔口的寬度； —水的重度，取。代入上述公式得： , 。 式中：—不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深； —計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深； —不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的計(jì)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(jì)取為。在堰面上取幾個(gè)斷面計(jì)算截面，對(duì)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(shí)，空氣從自由表面進(jìn)入水體，產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象。此處計(jì)算水面線是為確定導(dǎo)墻高度，因此以下只對(duì)閘孔中心的水面線進(jìn)行計(jì)算。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。計(jì)算的冪曲線與反弧段的切點(diǎn)為。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。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。(2) 選擇合適的鼻坎形式，鼻坎高程，挑射角。其中：上述公式適用于，當(dāng)時(shí)，取。 反弧段設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 反弧半徑的確定對(duì)于挑流消能，可按下式求得反弧段半徑，為校核洪水位閘門全開時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深，反弧段流速時(shí)，可取下限，流速越大，反弧半徑也宜選用較大值，以致取上限。由上可得直線段與冪曲線的切點(diǎn)的坐標(biāo)為。其坡度和非溢流壩保持一致，為，堰頂最高點(diǎn)為點(diǎn),設(shè)WES曲線與直線段的切點(diǎn)的坐標(biāo)（，），直線與冪曲線相切時(shí)。圖 閘墩門槽設(shè)計(jì)圖 WES堰型設(shè)計(jì)對(duì)于開敞式溢流壩，溢流壩頂部下游采用WES冪曲線冪曲線方程： 式中：—堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭，??； —與相對(duì)上游堰高有關(guān)，當(dāng)時(shí)，； —與堰的上游面坡度有關(guān)，上游面垂直時(shí)。閘墩高度的確定：布置啟門機(jī)部位的閘墩高度應(yīng)使閘門全部開啟時(shí)的最低點(diǎn)或橋孔構(gòu)造物底部在最高水面線以上一定距離，綜合考慮，閘墩高度擬取為。當(dāng)交通要求不高時(shí)，工作橋可以兼做交通橋使用，否則需要另外設(shè)置交通橋[11]。(3) 閘墩的長(zhǎng)度和高度閘墩的長(zhǎng)度和高度，應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機(jī)械的要求。平面閘門門槽形式的選擇見表：表門槽型式及參數(shù)根據(jù)門槽使用范圍，事故閘門門槽型式選擇Ⅰ型，檢修閘門門槽型式選擇Ⅱ型。初擬中墩厚為，邊墩厚為。(2) 閘墩厚度閘墩厚度和閘門形式有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)采用平面閘門，并設(shè)置閘門槽，以增加其穩(wěn)定性。 溢流壩閘門尺寸及布置示意圖 閘墩設(shè)計(jì)閘墩將溢流壩段前緣分隔為若干個(gè)孔口，便于設(shè)置閘門，同時(shí)承受閘門傳來的水壓力，也是壩頂橋梁的支承體。檢修閘門位于工作閘門之前，檢修閘門和工作閘門之間要有1~3米的凈距離，以保證工作人員能夠進(jìn)入進(jìn)行檢修和維護(hù)。此時(shí)的支鉸遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水面線，且閘門開啟的之后也可保證在水面線上一定的超高。溢流壩上的露天式弧形閘門，可將支撐鉸布置在門高處?；⌒伍l門的支鉸座一般布置在閘墩側(cè)面的牛腿上。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL 7495》[13]規(guī)定可得閘門門高如下：門高=正常高水位堰頂高程+安全超高（～）=66－48+=（m）根據(jù)本工程的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用露頂式弧形閘門，參見《水工鋼閘門設(shè)計(jì)》[14]中，在露頂式閘門中，弧形面板曲率半徑與門高的比值一般取,為門高，此設(shè)計(jì)選取，取整。(2) 閘門基本尺寸擬訂工作閘門布置在溢流壩頂點(diǎn)，以減小閘門高度。①需要較長(zhǎng)的閘墩；②閘門所占空間較大；③不能提出孔口以外進(jìn)行維修；④閘門所承受的總水壓力較大，不能在孔口間互換。①需要較高和較厚的閘墩；②具有影響水流的門槽特別在水頭較高的情況，門槽會(huì)帶來很多的麻煩；③需要啟閉力較大，故須選用超大的門機(jī)。二者具體特征如表 所示。平板直升閘門可以滿足各種類型的泄水孔道的要求，所以它是應(yīng)用最為廣泛的一種閘門型式。在校核洪水位情況下查得實(shí)用堰流量系數(shù)，邊墩系數(shù)，又表查得，中墩形狀系數(shù)，則由公式與得：，所以相應(yīng)洪水能安全下泄。河床基地高程為，所以上游的堰高為 因?yàn)樵O(shè)計(jì)水頭，所以 ，所以此堰為高堰,故計(jì)算中不需考慮行進(jìn)水頭流速。定型設(shè)計(jì)水頭的選擇與堰面可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓，可參考《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》[5]（第二版）第五卷混凝土壩確定。 設(shè)計(jì)水頭的確定校核洪水位為，正常蓄水位，堰頂高程為，則堰上最大水頭根據(jù)公式＝校核洪水位－堰頂高程進(jìn)行計(jì)算，即設(shè)計(jì)水頭取最大水頭的，即所以有 取 由于定型設(shè)計(jì)水頭不同，堰頂可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓也不同。則開敞式溢流堰泄流能力計(jì)算公式按公式計(jì)算： 式中：—下泄流量，；—側(cè)收縮系數(shù)，??；—溢流孔口數(shù)量，取其值為；—溢流孔口凈寬度，取其值為；—流量系數(shù),取；—計(jì)入行近流速的堰上水頭，；—坡度影響修正系數(shù)；—淹沒系數(shù)。計(jì)算成果見表： 孔口凈寬計(jì)算成果表計(jì)算情況流量 單寬流量 孔口凈寬設(shè)計(jì)情況28160150～200～校核情況30500150～200～根據(jù)以上計(jì)算，溢流壩孔口凈寬取180m，設(shè)每孔寬度為，則孔數(shù)為。此壩址處基巖比較堅(jiān)硬完整、下游尾水較深，根據(jù)綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求和參考已建成的經(jīng)驗(yàn)，單寬流量取。因此一個(gè)經(jīng)濟(jì)而又安全的單寬流量，必須綜合地質(zhì)條件、下游河道水深、樞紐布置和消能工設(shè)計(jì)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定。單寬流量一經(jīng)選定，就可以大體確定溢流壩段的凈寬和堰頂高程。則設(shè)計(jì)情況下通過溢流壩的下泄流量，校核情況下通過溢流壩的下泄流量為。 溢流壩孔口的設(shè)計(jì)由已知資料確定：設(shè)計(jì)情況下，樞紐的總下泄流量為，校核情況下，樞紐的總下泄流量為，且經(jīng)過電站下泄的流量為、6臺(tái)機(jī)組。故本設(shè)計(jì)采用開敞溢流式孔口形式，堰頂設(shè)置閘門。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。最終各工況下應(yīng)力計(jì)算表如下表所示： 表 應(yīng)力計(jì)算成果表 單位：計(jì)算情況壩堹處壩趾處基本組合正常00設(shè)計(jì)00特殊組合校核工況00綜上：非溢流壩段應(yīng)力滿足要求。再進(jìn)一步查此規(guī)范得知該強(qiáng)度混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度為，軸心抗拉強(qiáng)度為。—上游壩坡，本設(shè)計(jì)中；—下游壩坡，本設(shè)計(jì)中； 、—計(jì)算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度（如有淤沙壓力時(shí)，應(yīng)計(jì)入在內(nèi)）；、—計(jì)算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度。(2）在壩體的下游面，可允許有不大于 的主拉應(yīng)力。(4)關(guān)于壩體局部區(qū)域拉應(yīng)力的規(guī)定：??寬縫重力壩離上游面較遠(yuǎn)的局部區(qū)域，可允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但不超過混凝土的允許拉應(yīng)力；??當(dāng)溢流壩堰頂部位出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)配置鋼筋；??廊道及其他孔洞周邊的拉應(yīng)力區(qū)域，宜配置鋼筋；有論證時(shí)，可少配或不配鋼筋。(2)壩體最大主壓應(yīng)力，應(yīng)不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值。、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：運(yùn)用期時(shí)：1）在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力；2）在地震荷載作用下，壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范SL203》的要求；施工期時(shí)：壩趾垂直應(yīng)力可允許有小于 的拉應(yīng)力。理論計(jì)算主要依靠材料力學(xué)法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，它們的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便，適應(yīng)面廣，也是重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定采用的計(jì)算方法，所以，在這里我們采用材料力學(xué)法進(jìn)行應(yīng)力分析。 應(yīng)力分析應(yīng)力分析的主要目的是為了檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)用期是否滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)也為研究、解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問題，如為壩體混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)和某些部位的配筋等提供依據(jù)。抗剪斷公式： 式中： —按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa；—壩基接觸面截面積。2：表中參數(shù)限于硬質(zhì)巖，軟質(zhì)巖應(yīng)根據(jù)軟化系數(shù)進(jìn)行折減。 表壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合基本情況正常工況設(shè)計(jì)工況特殊組合（校核工況）根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL319—2005》規(guī)定壩體混凝土與壩基接觸面之間的抗剪斷摩擦系數(shù)、凝聚力和抗剪斷摩擦系數(shù)的取值可以參考下表。