【正文】 龍門灘碾壓混凝土壩甚至沒有分縫，其運(yùn)行十余年來未發(fā)生貫穿性裂縫。表17是我國一些已建混凝土重力壩壩采用橫縫情況。碾壓混凝土重力壩的橫縫間距可較常態(tài)混凝土重力壩的橫縫間距適當(dāng)加大。本設(shè)計中工程地處花崗巖地區(qū)，巖質(zhì)堅硬，完整性較好，地基無不良的地質(zhì)，岸坡較緩，穩(wěn)定系數(shù)較高，應(yīng)此，可將其布置成永久性橫縫。臨時性橫縫設(shè)置鍵槽和灌漿系統(tǒng)灌漿高度視壩高和傳力的需要決定。橫縫內(nèi)設(shè)置止水?？p隙為1～2cm。橫縫分為永久性和臨時性兩種。 分縫止水 壩體分縫 壩體分縫目的由于本設(shè)計為碾壓混凝土重力壩，采用全斷面通倉澆筑。1225 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計 壩頂構(gòu)造 根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)范，壩頂路面應(yīng)具有2%～3％的橫向坡度，并設(shè)置砼排水溝(3030cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（，）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而下游側(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)一對照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫方向。因非溢流壩段應(yīng)力和穩(wěn)定均滿足要求，故溢流壩應(yīng)力穩(wěn)定不再做詳細(xì)分析。10=11m3/（） H—上下游水位差，m；H= α—沖坑系數(shù)，～，～，～。 水舌挑距L的估算根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)范，水舌挑射距離按水舌外緣計算（圖11），其估算公式為 (46)式中：L—水舌挑距，m； —坎頂水面流速，； —鼻坎的挑角； —坎頂平均睡神h在鉛直方向的投影，； —坎頂至河床面高差，；式（46）中的按下列公式計算： （47） （48） （49） 計算按設(shè)計洪水位情況考慮，把數(shù)據(jù)代入式（47）、（48）、（49）中，得：代入各參數(shù)計算得： 沖刷坑深度的估算 挑流消能沖坑計算簡圖如圖11所示。（3）反弧半徑R=30m。 挑流鼻坎設(shè)計（1）挑流鼻坎有連續(xù)式和差動式，該設(shè)計選用連續(xù)式鼻坎。缺點(diǎn)是：下游水面波動大，綿延范圍長，易沖刷岸坡，對航運(yùn)不利，底部旋滾將泥沙帶入戽內(nèi)時，磨損戽面增加了維修費(fèi)用。消力戽適用于尾水較深，變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸有一定抗沖刷能力的情況。（4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流壩址設(shè)置一個半徑較大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋滾，經(jīng)鼻坎將 高速的主流挑至表面。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定， 尾水較深，河道順直，河床和河岸在一定范圍內(nèi)有較高抗沖能力，可排漂和排冰。底流消能適應(yīng)于中低壩或基巖較軟弱的河道,高壩采用底流消能需經(jīng)論證。底能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好,對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)及水流霧化等優(yōu)點(diǎn)。但下游局部沖刷不可避免,一般適用于巖基比較堅固的高壩或中壩。（1）挑流消能：挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射,使水流擴(kuò)散, 并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后,形成強(qiáng)烈的旋滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來愈厚,大部分能量消耗在水滾的摩擦中,沖坑逐漸趨于穩(wěn)定。（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)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，工程量小。所以消能措施的合理選擇和設(shè)計對樞紐布置、大壩安全及工程量具有重要意義。圖10 溢流壩實用堰剖計算面簡圖圓心O′距壩底距離為： =+30cos25176。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間距離為R(1cosθ)。 挑坎高度根據(jù)《水力學(xué)》[2]規(guī)范，挑坎應(yīng)高出下游水位，一般以1～2m為宜。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加。為堰面流速系數(shù)，由長江流域規(guī)劃辦公室提供的公式初步確定為：Q=255m3/s，q=（單寬流量）初始令h0=0， 故故取。流速按式（44）計算： （44） （45）式45為迭代公式，迭代初值取h=0。 反弧段 反弧半徑溢流壩面反弧段是使沿溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施。 堰面曲線參數(shù)如表15。堰頂O點(diǎn)上游三圓弧的半徑及其坐標(biāo)值為：R1==； X1==R2==； X2==R3==；X3==圖41 WES實用堰面曲線圖示開敞式堰面堰頂下游堰面采用WES 曲線，可按式（41）計算： （41）式中：—堰面曲線定型設(shè)計水頭，m，可根據(jù)容許負(fù)壓的大小按堰頂最大作用水頭的75%～95%計算。WES型堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。本工程選用WES 曲線。其上游面為折線面，其起坡點(diǎn)的高度和坡率與非溢流壩的保持一致，即取上游坡率為n=，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。設(shè)計要求：，泄流能力大；，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；，造價低，便于施工。故本設(shè)計采用開敞溢流式孔口形式，堰頂不設(shè)閘門，故堰頂高程與正常蓄水位齊平。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。綜上：該設(shè)計方案滿足穩(wěn)定和應(yīng)力的要求，且折點(diǎn)處的穩(wěn)定和應(yīng)力也滿足要求，設(shè)計初步符合規(guī)范要求。 由此得，壩址處壓應(yīng)力滿足要求。荷載及力矩設(shè)計值及相應(yīng)計算結(jié)果見附錄2表（23），各分項系數(shù)見附錄1。 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計：即壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力，由式（324）得： 滿足要求計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下應(yīng)力滿足規(guī)范要求。 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計：（1）計算作用效應(yīng)函數(shù) （2）抗壓強(qiáng)度驗算 持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；抗壓基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》[4]查得：C25混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為，根據(jù)式（318）、（319）、（320）可得： 滿足要求（3）壩址處鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力。 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計：即壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力，由式（324）得： 滿足要求計算結(jié)果表明，重力壩在正常蓄水位情況下應(yīng)力滿足規(guī)范要求。 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計：（1）計算作用效應(yīng)函數(shù) （2） 抗壓強(qiáng)度驗算 持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；抗壓基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》[4]查得：C25混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為，根據(jù)式（318）、（319）、（320）可得： 滿足要求（3） 壩址處鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力。因此，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計式為： （323）結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ及的建筑物，有： （324）并且壩址處鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力 （325） 正常蓄水位利用承載能力極限狀態(tài)設(shè)計式和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計式判別壩體是否滿足強(qiáng)度要求。式（321）中的設(shè)計狀況系數(shù)、作用分項系數(shù)、。 （2）壩址抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù)為： （320）式中：為混凝土的抗壓強(qiáng)度。 （1）壩址抗壓強(qiáng)度計入揚(yáng)壓力情況下的極限狀態(tài)作用函數(shù)為： （319） —作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，KN； —作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，KN對處于長期使用的持久狀況應(yīng)考慮承載能力及正常使用兩種極限狀態(tài)，對于偶然狀況只考慮承載能力極限狀態(tài)。根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)定，重力壩按其所處的工作狀況可分為：持久狀況、短暫狀況以及偶然狀況。 （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。 當(dāng)采用材料力學(xué)法分析壩體應(yīng)力時，《水工建筑物》[1]規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)如下（本次設(shè)計只考慮運(yùn)用期）。 應(yīng)力分析 用材料力學(xué)法計算邊緣應(yīng)力。m）力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KN 校核洪水位時： 校核洪水位時壩體上各種作用力對壩址處的力矩見表14。m）力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KN 設(shè)計洪水位時:設(shè)計洪水位時壩體上各種作用力對壩址處的力矩見表13。m）力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KN 正常蓄水位時： 正常蓄水位時壩體上各種作用力對壩址處的力矩見表12。根據(jù)式（315）可得： 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。（1）計算作用效應(yīng)函數(shù) （2）抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù) 。根據(jù)式（315）可得： 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。（1） 計算作用效應(yīng)函數(shù) （2）抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù) 。 滿足規(guī)范要求。下面對不同荷載組合情況下大壩抗滑穩(wěn)定進(jìn)行分析。 各基本變量及揚(yáng)壓力系數(shù)α應(yīng)以設(shè)計值代入計算。表11 壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K′荷載組合基本組合特殊組合（1）（2）分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計式 （315） 抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)為 （316），壩基面上全部切向作用之和,即作用設(shè)計值水平方向的代數(shù)和。 正常蓄水位情況和地震情況按單一安全系數(shù)法驗算，設(shè)計洪水位情況和校核洪水位情況按承載能力極限狀態(tài)驗算。 穩(wěn)定分析 抗滑穩(wěn)定分析 根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)范，重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計進(jìn)行計算和驗算。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可以忽略不計。 其它荷載 冰壓力、土壓力應(yīng)根據(jù)具體情況來定。 設(shè)計洪水位時： 波高 波長 壅高 因，屬于深水波。浪壓力計算公式為： （313）各種情況下的計算簡圖如圖8所示。淤沙厚度58m。結(jié)合夕昌水庫河流地質(zhì)情況，取28176?！?0176。 黃河流域幾座水庫泥沙取樣試驗結(jié)果，～。圖7 重力壩揚(yáng)壓力計算簡圖 正常蓄水位時： （） （） （） （） （） （） （） （） （） （） （）