【正文】 害，從而減免國民經(jīng)濟(jì)的損失，具有很好的社會經(jīng)濟(jì)效益。泄洪壩段位于河床中部，兩側(cè)為擋水壩段。設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括樞紐總述，壩型選擇及樞紐布置，主要建筑物的設(shè)計(jì)與計(jì)算，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)及地基處理等。本書在闡述過程中，盡可能的配置了許多的插圖、附表和附錄，以供參閱。由于時間倉促，限于本人的水平以及以前從未進(jìn)行過工程實(shí)踐缺乏經(jīng)驗(yàn)，特別是對本設(shè)計(jì)的工程所在地也未進(jìn)行過實(shí)地考察，因此，書中如有不當(dāng)和錯誤之處，懇望各位老師和讀者諒解予以指正。烏江是典型的山區(qū)河流，全長1037公里(其中貴州境內(nèi)為874公里)，干流天然落差2124米，‰。自河源到烏江渡，定為烏江上游，長448公里，這段河道河谷深切，縱坡陡峻，伏流眾多，洪枯水位變幅特大。從沿河縣城到重慶市的涪陵河口為烏江的下游，長243公里，此段河道河谷寬窄相間，兩岸多有田地分布，農(nóng)田和居民點(diǎn)較為集中。冬季主要受西伯利亞冷氣流的影響，夏季受印度洋孟加拉灣的西南暖濕氣流和西太平洋的海洋性氣侯影響。年際之間相差較大，年內(nèi)各月也相差很大。實(shí)測最大風(fēng)速為25m/s，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)镋。沿河站地溫水溫統(tǒng)計(jì)表見表18。 壩址處河床狹窄,（普通洪水流量時）死河灘，壩址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地勢較高，左岸地勢較低，有起伏之山頭。左岸風(fēng)化較嚴(yán)重，深達(dá)3 ~ 4，且夾有頁巖。壩址處水流急，故無砂卵石等淤積物。附近曾發(fā)生6級地震，設(shè)計(jì)應(yīng)按7級進(jìn)行考慮。為便于施工，還需要導(dǎo)流建筑物、施工圍堰等臨時建筑物。：根據(jù)壩址的建壩條件，樞紐布置主要考慮以下原則：（1）壩址洪水洪峰流量大，且河谷狹窄，所以要求盡可能加寬溢流前緣，減少單寬流量，以便泄洪安全可靠，上下游流態(tài)好，不影響個建筑物的正常運(yùn)行。（3）在樞紐布置時，引水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮壩式進(jìn)水口，做到管理運(yùn)行方便，縮短引水隧洞長度，盡可能不設(shè)調(diào)壓井，廠房盡可能布置在完整的基巖上，特別要注意廠后邊坡的穩(wěn)定。在確定樞紐工程位置時，一般先確定建壩河段，再進(jìn)一步確定壩軸線，同時還要考慮擬采用的壩型和樞紐中建筑物的總體布置，合理解決綜合利用要求。供水建筑物位于岸坡。溢流壩的位置應(yīng)使下泄洪水、排冰時能與下游平順連接．不致沖淘壩基和其他建筑物的基礎(chǔ)，其流態(tài)和沖淤不致影響其他建筑物的使用。泄水孔一般設(shè)在河床部位的壩段內(nèi)，進(jìn)口高程、孔數(shù)、尺寸、形式應(yīng)根據(jù)主要用途來選擇。(3)非溢流壩的布置。連接處盡量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受側(cè)向水壓力作用改變壩體的應(yīng)力。3洪水調(diào)節(jié)本設(shè)計(jì)中樞紐主要任務(wù)是發(fā)電，兼做防洪之用，所以必須在選定水工建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，還要考慮下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)。繪出設(shè)計(jì)洪水過程線和校核洪水過程線： 校核洪水過程線 設(shè)計(jì)洪水過程線 水位容量關(guān)系曲線圖在已確定選擇混凝土實(shí)體重力壩的情況下，從提高泄流能力，便于運(yùn)用管理和閘門維修，節(jié)省工程投資角度出發(fā)，泄洪方式以壩頂泄流最為經(jīng)濟(jì)。調(diào)洪演算采用半圖解法。 山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]項(xiàng)目水工建筑物級別12345設(shè)計(jì)1000~500500~100100~5050~3030~20校核　土石壩10000~50005000~20002000~10001000~300300~200混凝土壩、漿砌石壩5000~20002000~10001000~500500~200200~100由表321可知永久性建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為：正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期為500年，非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期為2000年。根據(jù)水位～庫容曲線以及某某壩址設(shè)計(jì)洪水過程線，孔口尺寸、孔數(shù)以及堰頂高程，利用調(diào)洪演算來確定設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，為后面壩頂高程的確定奠定基礎(chǔ)。a)由洪水資料獲得入庫洪水量；b)時段平均入庫流量：由前、后時的入庫洪水量取平均值得到；c)下泄水量：由水庫水位確定(水庫水位未知)；d)時段平均下泄流量：由前、后時的下泄流量取平均值得到；e)時段內(nèi)水庫水量變化：由“時段平均入庫流量”“時段平均下泄流量”3600得到；f)水庫存水量：與水庫水位有關(guān)(水庫水位未知)。利用，可求出一個對應(yīng)的下瀉流量，即可求出該對應(yīng)時段的平均下瀉流量，即可求得下泄流量q和的關(guān)系，建立輔助圖線，再根據(jù)水量平衡方程式 變形可求出 由初始的調(diào)洪下泄流量可以在輔助圖線上查的的值利用水量平衡公式的變形公式可求的，再在輔助圖形上查的相應(yīng)的，同理可求的，畫出下泄流量和相應(yīng)的入庫流量與時間的關(guān)系圖線，求的其交點(diǎn)，求出最大下泄流量，查出相應(yīng)的水位。洪演算方案擬定如下，共有兩個方案。表 調(diào)洪演算方案堰頂高程(m)孔口尺寸(m)孔數(shù)方案一34716189方案二34516208注：表示孔口尺寸(m)(寬180。/s)水庫最高水位(m)方案二128最大泄量(m179。遇設(shè)計(jì)洪水(500年一遇)時，179。/s。 經(jīng)調(diào)洪演算得到的水利水能資料上游水位(m)最大下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常287設(shè)計(jì)287校核2874非溢流壩剖面設(shè)計(jì)重力壩在水壓力及其他荷載的作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持抗滑穩(wěn)定；同時依靠壩體自重產(chǎn)生大揚(yáng)壓力來抵消由于水壓力引起的拉應(yīng)力以滿足強(qiáng)度要求。遵循以上原則擬訂出的剖面，需要經(jīng)過穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)算，分析是否滿足安全和經(jīng)濟(jì)的要求，壩體剖面可以參照以前的工程實(shí)例，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，先行擬定，然后根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力分析進(jìn)行必要的修正。壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高定出。） 相關(guān)風(fēng)速 計(jì)算情況庫水位(m)吹程(km)計(jì)算風(fēng)速(m/s)設(shè)計(jì)情況25校核情況16采用官廳公式計(jì)算： ， （ D——吹程，m。）非溢流壩壩頂安全超高h(yuǎn)c值表如下：表422 水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級別水工建筑物安全級別ⅠⅡⅢ水工建筑物級別（1）（2，3）（4，5）設(shè)計(jì)情況校核情況計(jì)算過程詳見計(jì)算書,成果列于下表： 壩高計(jì)算情況（m）hz（m）hc（m）h（m）壩頂高程（m）設(shè)計(jì)情況校核情況計(jì)算結(jié)果表明，壩頂高程由校核洪水位控制，考慮由泄洪和結(jié)構(gòu)要求確定的剖面，穩(wěn)定安全系數(shù)有較大的余幅，壩踵也未出現(xiàn)拉應(yīng)力，將超高置于壩頂以上，壩頂上游再設(shè)實(shí)體防浪墻。一般地，壩頂寬度取最大壩高的8 %~10%，且不小于2m。、下游起坡點(diǎn)位置的確定上游起坡點(diǎn)位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物的進(jìn)口高程來定，初擬上游起坡點(diǎn)高程為290m，下游起坡點(diǎn)的位置應(yīng)根據(jù)壩的實(shí)用剖面形式、壩頂寬度，結(jié)合壩的基本剖面得到（最常用的是基本剖面的頂點(diǎn)位于校核洪水位處），由于起坡點(diǎn)處的斷面發(fā)生突變，故應(yīng)對該截面進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定校核。核算壩體沿壩基面或地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定的安全度。一般有以下幾種情況：①壩基面②壩基內(nèi)軟弱層面③基巖緩傾角結(jié)構(gòu)面④不利的地形⑤碾壓混凝土層面等。左岸風(fēng)化較嚴(yán)重，深達(dá)3 ~ 4m，且夾有頁巖?；涌够€(wěn)定控制面為混凝土與基巖接觸面,故對非溢流壩段只需對壩基面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析?！饔糜诮佑|面上水平方向的合力，kN。檢驗(yàn)所擬壩體斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理，并為確定壩內(nèi)材料分區(qū)，某些部位配筋提供依據(jù)。理論計(jì)算又分為材料力學(xué)法和彈性理論法，材料力學(xué)法計(jì)算簡便，適應(yīng)面廣，并有一套比較成熟的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，目前仍被普遍采用，適應(yīng)于地質(zhì)比較簡單的高壩；=，采用材料力學(xué)分析法。設(shè)計(jì)洪水情況：自重+設(shè)計(jì)洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚(yáng)壓力+浪壓力+沙壓力；校核洪水情況：自重+校核洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚(yáng)壓力+浪壓力+沙壓力；在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求?！饔糜谟?jì)算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kNm；——計(jì)算截面的長度， 剪應(yīng)力——上游面水壓力強(qiáng)度, ——下游壩坡坡率——上游面水壓力強(qiáng)度, ——上游壩坡坡率水平正應(yīng)力= =+主應(yīng)力=（1+） ==（1+） =重力壩非溢流壩段的荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、冰壓力、地震荷載等，常取1壩長進(jìn)行計(jì)算。不計(jì)揚(yáng)壓力不計(jì)揚(yáng)壓力時其應(yīng)力計(jì)算與計(jì)揚(yáng)壓力是計(jì)算方法一樣，主要分析①垂直正應(yīng)力和、②剪應(yīng)力，、③水平正應(yīng)力, 、④第一主應(yīng)力,、⑤第二主應(yīng)力五種應(yīng)力，詳情見計(jì)算說明書。（1）壩址洪峰流量大,泄水建筑物要有較大的泄流能力和靈活可靠的運(yùn)行方式。（2）壩址左岸陡峭，右岸為順向坡，采用了右岸引水式廠房，兩岸沒有布置溢洪道的條件，加上選擇了混凝土重力壩，所以采用河床壩身泄洪方式。8個表孔堰頂高程為345，孔口凈寬816=128。堰頂高程345，堰頂上游為三圓弧曲面，堰頂下游面為“WES”曲面，與下游壩坡相切。堰頂上游部位設(shè)平板閘門，壩頂用單向移動式門機(jī)啟閉，堰頂設(shè)弧形工作閘門，用壩頂排架上弧形啟閉機(jī)啟閉。下游消能工采用寬尾墩加消力池，具體數(shù)據(jù)祥見后文和圖紙。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》和《水力學(xué)》上冊，將堰面曲線設(shè)計(jì)為“WES”剖面曲線，上游面采用三圓弧連接，下游面采用冪曲線。即=88%（）=，此時在校核洪水位閘門全開時產(chǎn)生負(fù)壓，但在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。直線與冪曲線相切時，切點(diǎn)C的坐標(biāo)為： 堰頂剖面曲線的下游與一傾斜直線段相切，直線段的坡度與非溢流壩下游面相同，即1：，直線段的下部與反弧段相切。在校核工況下。現(xiàn)根據(jù)《水力計(jì)算手冊》、《水力學(xué)》和《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用挑流消能。在閘墩尾部設(shè)置“Y”型寬尾墩，利用寬尾墩的以下特性，提高消能效果。水面壅高的程度隨流量和寬尾的體型尺寸而變化，由于水面壅高，閘室出口處射流上緣水面與壩面夾角顯著加大，為水流沿鉛直方向擴(kuò)散創(chuàng)造了條件。這種橫向收縮使壩面水深增加2~3倍甚至更大。（2）摻氣特性：(a)寬尾墩閘室內(nèi)水面逐漸壅高，水面切線與壩面的夾角也逐漸加大，使水流沿豎向加速擴(kuò)散；(b)墩尾出流與空氣的接觸面積成倍增加；(c)水流出閘室后，兩側(cè)紊流邊界層立即暴露在空氣中，可以造成大量摻氣，與底層紊流邊界層接觸，所以底層水流摻氣發(fā)展較快。6細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)壩水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。（見圖：非溢流壩壩頂布置）頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。厚度為50cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。形狀：城門洞形，內(nèi)部上游側(cè)設(shè)排水溝，并在最低處設(shè)集水井?；A(chǔ)灌漿廊道的斷面采用上圓下方的城門洞形，（寬高）見下圖，以滿足鉆孔、灌漿工作空間的需要。灌漿廊道的高程低于尾水位。用水泵抽水向下游排出。廊道也采用上圓下方的型式，尺寸此處選和基礎(chǔ)廊道相同。 檢查排水廊道 廊道布置圖靠近壩的上游面沿壩軸線方向設(shè)一排豎向排水管幕。排水管采用無砂混凝土管。為了適應(yīng)混凝土澆注能力和減小施工期溫度能力，常用平行于壩軸線方向的縱縫把一個壩段分成幾塊澆注?？v縫兩側(cè)相鄰壩塊的水平縫錯開布置，以減小壩體水平截面的抗剪強(qiáng)度。 壩體分縫在壩體下述部位布置止水設(shè)施：壩體橫縫內(nèi)（包括上游壩面、溢流壩面及壩體下游最高尾水位以下部位），陡坡壩段與基礎(chǔ)接觸面，壩體內(nèi)廊道和孔洞穿過橫縫處的周圍。溢流壩下游面用熱浸瀝青麻繩止水塞。每一側(cè)埋入混凝土內(nèi)長度為20。瀝青井：內(nèi)徑為20的圓形，井底埋入巖基內(nèi)。 橫縫止水布置①壩體排水：在壩體各種接縫面內(nèi)雖已設(shè)置了止水系統(tǒng)，但滲水仍難完全避免。壩體排水管間距取3m，管內(nèi)徑取15cm，坡度及與壩上游面間距見圖紙。～，在壩基面上，排水孔與帷幕孔的距離不宜小于2m。壩基開挖與清理的目的是使壩體坐落在穩(wěn)定，堅(jiān)固的地基上。該壩為中壩，建基面不要求為新鮮巖石，故河床壩段以弱風(fēng)化帶作建基面，最大開挖深度5—8。臺階應(yīng)避免開挖成銳角或高差甚大的陡坡,以免壩體發(fā)生集中應(yīng)力或使壩體混凝土與基巖不能緊密結(jié)合。基巖開挖后，在澆筑混凝土前，需進(jìn)行徹底的清理和沖洗，包括：清除一切松動的巖塊，打掉凸出的尖角，基坑中原有的勘探鉆孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。為了提高基巖的整體性和彈性模量，減少基巖受力后的變形，提高基巖的抗壓、抗剪強(qiáng)度，降低基巖的滲透性，在壩基和消力池底板基巖均作固結(jié)灌漿，孔深4—7，孔距3，排距4，呈梅花形布置，局部斷層交匯帶、壩踵、壩址附近適當(dāng)加密、加深固結(jié)孔。具體布置見下圖。在灌漿廊道設(shè)置一排帷幕灌漿孔，孔距3，利用高壓灌漿填塞基巖內(nèi)的裂縫和孔隙等滲水通道，帷幕深度以深入相對抗水層頂板以下20控制，河床部位帷幕一般深40，左岸深度70，右岸深度42，在斷層部位局部加深。對于規(guī)模較小或較淺的斷層和破碎帶，采用局部掏空，再用混凝土回填的方法處理；對于規(guī)模較大或較深的斷層和破碎帶，將采用刻槽回填混凝土塞的辦法處理 壩體混凝土分區(qū) 壩體各部位的工作條件不同，對混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗沖刷、抗裂等性能的要求也不同。同一澆筑塊中的標(biāo)號不得超過兩種，相鄰區(qū)的標(biāo)號不得超過兩級，以免引起應(yīng)力集中或產(chǎn)生溫度裂縫。壩體不同分區(qū)的混凝土所用的水泥，應(yīng)盡量采用同一品種，并優(yōu)先采用大壩水泥。壩體內(nèi)部混凝土可適當(dāng)摻加摻和料或外加劑，以降低水泥用量并改善混凝土的性能。水位漲落區(qū)的外部混凝土抗凍標(biāo)號小容許值為D200；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)則為D250；水位漲落區(qū)以上的外