【正文】 計算說明（1）計算原理及公式本設(shè)計采用瑞典圓弧法確定滑動面,采用方捷耶夫法和費蘭紐斯法選取危險斷面,由壩坡中點a引出兩條線,一條為鉛直線,另一條與壩坡成85度角,另外兩個邊界是以a為圓心所做的兩個圓弧,壩坡為1: 取????? 35,26,?HRR外內(nèi)R=10=55m b==5m計算公式 ???????iI iiicWtgluwlk?sn)co(1i:下標(biāo),代表土條編號 w:土條重量 u:孔隙水壓力 分別代表土條沿滑裂面的長度和坡角 ?,l 分別為有效抗剪強度指標(biāo)??30,6?c??,c333/)( 52/..)( 60891/.( ?????????濕飽 和浮 重 度濕 重 度飽 和 重 度粘 土粘 土卵石 渣石 渣?? 。表面 ，以下均由卵礫石夾粗、中砂等物構(gòu)成。由于圍堰為臨時性建筑物并且不是很高，在穩(wěn)定計算中可以將心墻延伸到堰頂。 圍堰的穩(wěn)定分析 主要針對上游圍堰的穩(wěn)定分析，下游圍堰類同。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 27 頁 共 93 頁 斷面形式堰頂高程為 ，頂寬為5m，軸線長40m，迎水面坡比1：，背水面坡比為1：。隧洞出口距堰腳要有一定的距離。堰頂高程為：410+= 堰頂寬度依據(jù)設(shè)計手冊及規(guī)范，取5m。 防滲本圍堰采用粘土心墻進行防滲，采用黃土作為原料，覆蓋層采用粘土截水槽進行防滲，黃土心墻兩邊設(shè)置兩層反濾層。圍堰的布置應(yīng)滿足壩體、廠房的施工要求以及對隧洞進口的要求，綜合考慮以上因素并根據(jù)《水利水電工程施工》規(guī)定，隧洞進口距上游圍堰坡腳166m，以滿足開挖基坑穩(wěn)定和施工要求。?ll mm 堰坡坡率，取 2；n 堰坡護面粗糙系數(shù)，取 ；?由堰前壅水高度 ?cos2gHDKVe其中： ；風(fēng) 速 ， smv/17:H:堰前水深：風(fēng)向與堰軸線法線方向的夾角，取 30度 ? 吹程， ；從地形圖中測得 D=125m；：DkK：綜合摩阻系數(shù)，取 將各個數(shù)據(jù)代入后 e=波浪爬高 qh= （1—8）3/??? 查下表可知：表 15 不過水圍堰堰頂安全超高下限值圍堰級別圍堰形式III IVV 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 26 頁 共 93 頁土石圍堰 混凝土圍堰 圍堰的級別為 IV級，安全超高為 ??故靜水位以上的超高：D=++=上游圍堰高程 441+= 堰頂寬度，堰頂寬度取5m。45.??nhlq其中： 波浪高， ；39。根據(jù)設(shè)計手冊，堰頂超高按下式確定： 05.??式中： 土石圍堰在靜水位以上的超高，m?！呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計目的：根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，再具體確定圍堰。然后進行計算，計算過程中對每一計算時段的V 2，q 2，V 1，q 1， 均為已知，先假定一個 q 2值，代入水量平衡方程，求出V2值，然后按此V 2值在 上查 出q 2， 將其與假定的q 2值相比較，若兩q 2值不??f?相等，則要重新假定一個q 2值，重復(fù)上述計算過程，直至兩者相等或很接近為止，這樣多次演算求得的V 2，q 2值，就是下一時段的V 1，q 1值，可依據(jù)此值進行下一時段的試算，逐時段依次進行試算的結(jié)果即為調(diào)洪計算的成果。??fq?（2）選擇計算時段為一天，并以秒為計算單位。聯(lián)立下面兩方程： ????2 12121Vfq tVtqQ???????利用下泄曲線 ，庫容曲線，入庫流量過程線進行調(diào)洪演算。ph m具體過程及成果見計算書 調(diào)洪計算 目的確定上下游水位和圍堰高程。本次設(shè)計中 б s的取值通過查 б s～h c/H關(guān)系曲線而得，其關(guān)系曲線摘錄《水利水電工程施工組織設(shè)計指南》魏璇主編（上冊）。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 22 頁 共 93 頁短洞泄流能力不受洞長影響，進口水流為寬頂堰流，按寬頂堰流公式計算泄流量。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 21 頁 共 93 頁 導(dǎo)流水力計算 計算流量系數(shù) 隧洞斷面特性指標(biāo)建筑物 斷面形式 斷面尺寸 洞長 糙率隧洞 城門洞型 14 局部水頭損失 進口： 出口： ???? 沿程水頭損失 水力半徑：R=謝才系數(shù)：C=流量系數(shù)：右洞μ= = 左洞μ= =??? ???=+= 隧洞水流流態(tài)的判別 隧洞陡坡緩坡的判別臨界坡度： ‰ 10‰ ?????KkRBCgAi?從以上計算可知所設(shè)隧洞底坡為 10‰時，為緩坡。洞，出口高程為410米，進出采用橢圓形喇叭口收縮，黃土開挖邊坡為1：1。? 隧洞糙率的選擇糙率 n值對隧洞泄流能力的影響很大，若 n過大，隧洞斷面必然過大；n 過小，則造成實際過水能力偏小，降低了導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，甚至危及圍堰及主體工程施工安全。 隧洞斷面尺寸的選擇 隧洞斷面尺寸的選擇，取決于通過流量的大小。常用斷面形式有：圓形、馬蹄形、方圓形。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 20 頁 共 93 頁 導(dǎo)流隧洞的斷面形式及尺寸選擇 導(dǎo)流隧洞屬于臨時性建筑物。根據(jù) 《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》SL3032022，知土石圍堰造價便宜且構(gòu)造簡單，便于修建和拆除，由其經(jīng)濟效益可知采用不過水圍堰以便縮短工期，第一種方案可使主體工程盡可能及早發(fā)揮效益，簡化導(dǎo)流程序，降低導(dǎo)流費用，使導(dǎo)流建筑物既簡單易行，又適用可靠，故此 Z 水庫水利樞紐采用第一種導(dǎo)流方案。 右岸隧洞導(dǎo)流的過水圍堰，且底孔導(dǎo)流。 過水土石圍堰切有一條導(dǎo)流隧洞。假定不同的水頭差 Z的值，通過隧洞泄流公式可確定其相應(yīng)的隧洞斷面面積及上游圍堰高。（4）洞軸線長度的確定在地形圖上畫出隧洞進出口及軸線位置。（3）洞軸線的選擇有條件時，盡量使洞線最短，最好布置成直線，當(dāng)洞線必須轉(zhuǎn)彎時，應(yīng)盡量避免急彎，其彎曲半徑一般不小于5倍洞寬，否則因離心力作用會產(chǎn)生橫波，或因流線折斷而產(chǎn)生局部真空，影響隧洞進流，隧洞進出口應(yīng)與上下游水流銜接，與河道主流的交角以30度為宜。左右為宜。結(jié)合Q河的具體情況：Q河沒有通航放木要求，故進出口高程定高一些，出口高程定為410米。（4）圍堰軸線的確定如地形圖所示：堰軸線到修建主體工程的距離為L=90m。故下游圍堰高=+= （2）圍堰邊坡的確定迎水坡取1：，背水坡取1：，基坑開挖的坡比取1：1。 通過定量計算確定隧洞最優(yōu)經(jīng)濟斷面 上游圍堰的擬定（1）堰頂寬的確定根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計手冊Ⅰ施工規(guī)劃》知堰頂寬度視圍堰高度、結(jié)構(gòu)形式及其材料組合而定，高于10m的圍堰， m，堰高超過20～30m是，寬度一般為4～6m，取5m.（2）圍堰邊坡的確定根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計指南》，土石圍堰的邊坡取決于土石料的性質(zhì)、壓實程度及地基的承壓能力，參考干填碾壓粗估壩破初擬上游邊坡為1:,下游邊坡為1:。施工進度易于控制，施工質(zhì)量可達到要求。通過以上條件的比較，修筑土石圍堰，它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾退矶撮_挖時的廢棄料，節(jié)省能源，且可以在有覆蓋層的河床上修建，是水電工程中采用最為廣泛的一種圍堰形式。水文條件及地形條件：汛期流量大，河床橫斷面相對不寬；枯水期相對不長，兩岸較陡，成V字型，左岸坡度45度～80度，陡緩相間，右岸坡度60度～85度。因此不宜采用。 （2）過水土石圍堰+隧洞導(dǎo)流 過水土石圍堰在汛期可以過水，但須采取特殊的防護措施。由此可知：本樞紐的地形、地質(zhì)等情況，符合隧洞導(dǎo)流的條件。（3）涵管導(dǎo)流：一般在修筑土壩、堆石壩等工程中采用。　導(dǎo)流泄水建筑物型式的選擇全段圍堰法其導(dǎo)流泄水道類型有隧洞導(dǎo)流、明渠導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流等，其適用條件分別是：（1）隧洞導(dǎo)流：適用于山區(qū)河流，河谷狹窄，兩岸地形陡峻，山巖堅實的情況。壩址上下游均有砂石材料，特別是壩址下游藏量豐富，開采運輸比較方便，質(zhì)量一般皆符合要求。由壩址水文、氣象資料可知，該區(qū)從 6月份開始即進入汛期，到 10月份結(jié)束，歷時較長，在此期間工程施工無法正常進行，且影響工程質(zhì)量和施工進度。修筑土石圍堰，它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾退矶撮_挖時的廢棄料，節(jié)省能源，且可以在有覆蓋層的河床上修建，是水電工程中采用最為廣泛的一種圍堰形式。土石圍堰不僅是水利水工程中采用得最為廣泛的一種圍堰型式，還能充分利用當(dāng)?shù)夭牧匣驈U棄的土石方。地質(zhì)條件：河床覆蓋層厚 5～12m，表面 ，以下均為卵礫石夾粗中砂等物構(gòu)成，壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要有云母石英片巖和角閃巖組成，實質(zhì)堅硬，且抗壓強度足夠，耐沖刷。本工程基本資料如下：建筑材料：樞紐壩址上、下游均有砂石料場，特別是壩址下游藏量豐富，交通、開采布置方便，且砂石料質(zhì)量皆符合要求。③ 鋼板樁圍堰：鋼板樁圍堰邊坡可直立，斷面小，抗沖力強，安全可靠，但耗費鋼材，施工機械化程度高。 ② 混凝土圍堰：混凝土圍堰斷面較小，易與永久性混凝土建筑物結(jié)合，抗?jié)B性好，抗沖力強，堰頂可溢流，即可作橫向圍堰，又可作縱向圍堰。（2） 圍堰的基本類型① 草土圍堰：可以就地取材，施工簡便、拆除容易、適應(yīng)低級變形、防滲性能好，特別在多沙河流中，可發(fā)揮快速閉氣等特點。所以，該工程采用全段圍堰法隧洞導(dǎo)流的方式。Z樞紐選定壩址位于峽谷尾部，河床兩岸陡峻成V字形，壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片和角閃巖組成，石質(zhì)堅硬，大壩為混凝土重力壩。優(yōu)點：工程量比較小，節(jié)省導(dǎo)流費用。（3） 涵管導(dǎo)流：一般在修筑土壩，堆石壩工程中采用。缺點：工程量大，對地形要求高，后期還需要封堵。 （2） 明渠導(dǎo)流：是在河岸上開挖渠道，在基坑上下游修筑圍堰，水流經(jīng)過渠道下瀉。優(yōu)點：適用于山區(qū)河流，河谷狹窄，過流量較大，兩岸地形陡峻，山巖堅實的情況。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 14 頁 共 93 頁經(jīng)過綜合比較，Z樞紐的情況不滿足分段圍堰的適用條件，故選用全段面圍堰法。根據(jù)基本資料， Z水庫樞紐的枯水季節(jié)河面寬50～60m，壩內(nèi)河谷兩岸有很多沖溝，并且這些沖溝相互切割，使壩區(qū)的地形變得非常復(fù)雜，給施工場的布置造成一定的困難，且Q河上游為峽谷，河窄水急，不能通行船只，故無通航要求。 （2） 全段圍堰法主河道被圍堰一次攔斷一次攔斷，水流導(dǎo)向旁側(cè)的泄水建筑物下泄的導(dǎo)流方式，稱全段圍堰法導(dǎo)流。缺點： 需要修筑縱向圍堰，使圍堰施工復(fù)雜化；底孔導(dǎo)流的過流量有限。分段圍堰法導(dǎo)流，前期都是用束窄的原河道導(dǎo)流，后期要通過事先修建的泄水道導(dǎo)流。分段圍堰法導(dǎo)流適用于較寬的通航河道上，不允許斷航，冰凌嚴(yán)重，導(dǎo)流流量大河床寬，有條件布置縱向圍堰，河床中永久建筑物便于布置導(dǎo)流泄水建筑物，河床覆蓋層不厚的情況。所謂分段就是在空間上用圍堰將建筑物分成若干段進行施工。目前常用的導(dǎo)流方式按河床斷流條件的不同可分為分段圍堰法導(dǎo)流和全段圍堰法導(dǎo)流。（4）　滿足國民經(jīng)濟各部門的要求。 （2）　主體工程施工安全，施工強度均衡，干擾小，保證施工主動性。最優(yōu)導(dǎo)流方案，一般體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）　整個樞紐工程施工進度快，工期短、造價低。這種不同導(dǎo)流時段，不同導(dǎo)流方式的組合，通常稱為導(dǎo)流方案。根據(jù)導(dǎo)流程序，而且由于施工期較長，而洪水來臨之前壩體還不能上升到攔洪高程，圍堰必須擋全年洪水，所以本樞紐用全年作為導(dǎo)流時段。 后期導(dǎo)流：是指蓄水完建期，也就是隧洞封堵到永久建筑物投入運行的時期。為了安全考慮選用 20年重現(xiàn)期的洪水。 中期導(dǎo)流：是指壩體擋水到導(dǎo)流建筑