【正文】 =Pd + dm? 主應(yīng)力 1u? =（ 1+ 2n ） yu? Pu 2n 2u? =Pu 1d? =（ 1+ 2m ） yd? Pd 2m 2d? =Pd 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 1m 壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。 不計(jì)揚(yáng)壓力 不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)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 yu? 和yd? 、②剪應(yīng)力 u? ， d? 、③水平正應(yīng)力 xu? , xd? 、④第一主應(yīng)力 u1? , d1? 、⑤第二主應(yīng) 力五種應(yīng)力，詳情見(jiàn)計(jì)算說(shuō)明書。 5 溢流壩段設(shè)計(jì) 泄水建筑物方案比較 布置原則 （ 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(méi)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。 泄洪方案選擇 由第三章中的調(diào)洪演算中可知選取第一個(gè)方案為最終方案： 3 個(gè)表孔。 工程布置 溢流表孔 3個(gè)表孔布置于河床中間壩段，孔口凈寬 14m ，墩厚 5m ，總寬 57m 。壩址部位用圓弧與消力池銜接。 閘墩厚 5m ，墩長(zhǎng) 17m ，頭部為半圓形，尾部為“ Y”型寬尾墩。正常蓄水位時(shí)最大可達(dá) 2114 sm3 ，校核洪水位時(shí)最大泄量 3439 sm3 ，最大單寬流量 msm ?3 。 溢流壩剖面設(shè)計(jì) 溢流壩的基本剖面為截頂三角形，一般其上游面為鉛直或折線面，溢流面由頂部的曲線、中間的直線和底部的反弧三部分組成。 定型設(shè)計(jì)水頭 dH 按堰頂最大作用水 頭 maxZH 的 75%~95%計(jì)算（ m ），考慮到在校核洪水位閘門全開(kāi)時(shí)出現(xiàn)的負(fù)壓不得超過(guò) 3~6m （水柱），經(jīng)試算，取定型設(shè)計(jì)水頭dH =90% maxZH 。 上游面采用三圓弧連接，其半徑分別為： 1R = dH = = X1 = dH = = 2R = dH = = X2= dH = = 3R = dH = = X3= dH = = 下游面采用冪曲線，其方程為： ( )ddyxHH?? 其中 dH =，則方程簡(jiǎn)化為 ? WES曲面上的點(diǎn)坐標(biāo) X(m) Y(m) X(m) Y(m) X(m) Y(m) 將坐標(biāo)圓點(diǎn) 0 點(diǎn)定于堰頂，繪制 WES曲線如下圖： 12 頁(yè) 曲線方程直線段 中間直線段的確定 頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線、底部的反弧段相切，其坡度一般與非溢流壩段下游坡率相同，即為 1： m。 反弧段 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。 消能設(shè)計(jì)與計(jì)算 由于壩址處洪峰流量大，河谷較窄，故下泄的單寬流量較大。因此消能設(shè)施尤顯重要。 閘墩厚 ?D 5m ，墩長(zhǎng) 32m ，頭部為半圓形，在距壩軸線 處采用半徑為 ?2D 的半圓相接，在距壩軸線 處設(shè)置檢修門槽，門槽寬度為 ，深度為 ，尾部為“ Y”型寬尾墩。 （ 1）水流特點(diǎn)： 由于墩尾加寬，水流接近寬尾墩尾部時(shí)，水面逐漸壅高，貼近邊壁的水面比孔中心附近的水面壅高更甚。各孔水流出閘室后，受寬尾墩作用，沿程橫向收縮，豎向擴(kuò)散，在壩面上形成窄而高的多股“水墻”。由于壩面水流與空氣的接觸面積大大增加，因而水流的摻氣量也大大增加。 （ 3）壩面壓力：實(shí)際觀測(cè)，寬尾墩尾部的壓力提高，消除了負(fù)壓，墩頭壓力變化不大。對(duì)于 P=1%，寧溪水庫(kù)上游正常水位 ，最大泄量q=3439 sm3 ，此時(shí)下游水位為 。 由前面設(shè)計(jì)可知，溢流壩段 的溢流面寬度為： 14 3+5 2=52m ，故收縮斷面處單寬流量 4 3 9m a x ??? Bqq msm /3 對(duì)于矩形斷面，下游的臨界水深 ?kh )( 23 2 ??gq m 0? = 3003450 ???khE （取流速系數(shù) ?? ） 查《水力學(xué)》下冊(cè)附圖 I矩形斷面渠道收縮水深及其共軛水深求解圖，得?c? , ?c? 故收縮斷面處水深 mhh kcc ???? ? 15 頁(yè) 其共軛水深 39。39。 ???? khhcc ? m 下游水深 mht 0 1 5 ??? mhc ? 由于下游水深 th 小于收縮斷面處的共軛水深 ch ，水躍發(fā)生在收縮斷面下游，稱為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍銜接。在這一段內(nèi)，流速很高，對(duì)河床沖刷能力很大，河床必須有可靠的保護(hù)結(jié)構(gòu)。 為了改變這種不利的銜接形式，必須設(shè)法加大建筑物的下游水深，使水躍控制在緊靠建筑物之處，并形成淹沒(méi)程度不大的水躍 。 消力池的水力計(jì)算 水流銜接計(jì)算采用以下公式： ?kh 3 2gq 0? =khE0 16 頁(yè) 2220 2 cc hgqhE ??? )181(21 3239。 ???ccc ghqhh 式中 kh ——— 下游臨界水深； 0? — —— 斷面處水能頭與水深的比值； ch ——— 下游收縮斷面處水深； ch ——— 下游收縮斷面處共軛水深。而消力池中的幾個(gè)重要尺寸通過(guò)計(jì)算得：算消力池深度 md ? 、計(jì)算消能坎高度mc 8? 、消力池長(zhǎng)度 mLk 83? 。 輔助消能工設(shè)計(jì) 消力池中收縮斷面處的弗汝德數(shù) 3121 ?? cr hqF 所以考慮在消力池中修建趾墩和中墩作為輔助消能工。 （ 2）中墩設(shè)計(jì) 依據(jù) Fr1= 查 《水力計(jì)算手冊(cè)》第二版 圖 4— 2— 16，得 17 頁(yè) 高度 13 ?chh 則 mhh c 13 ???? 取 寬度 mhb 3 ???? 間距 mhl ?? ，考慮到錯(cuò)位布置中墩，設(shè)計(jì)時(shí)與邊墻的距離分別取 ， 5m 。 5.. 消力池護(hù)坦的設(shè)計(jì) （ 1）護(hù)坦在下游的水躍區(qū)內(nèi)，用以保護(hù)地基免受沖刷，護(hù)坦設(shè)計(jì)成水平的，為混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)鋼筋加固。 （ 2）護(hù)坦板的范圍很大，應(yīng)分塊施工，以降低溫度應(yīng)力和便于澆筑。本設(shè)計(jì)中護(hù)坦表面按構(gòu)造要求布置鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的直徑取 16mm ，間距為 25mm ，鋼筋網(wǎng)表面用高強(qiáng)混凝土噴漿處理，要形成 25cm 厚的保護(hù)層， （ 3）錨筋設(shè)計(jì) 錨筋采用直徑 d =30mm，其間距取 l =2m 。 6 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 壩頂構(gòu)造 壩頂上游設(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)。墻高為 ，厚度為 50cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有寬 1m 的人行道，并高出壩頂路面 20cm，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。在廊道頂部和底部應(yīng)埋設(shè)一些吊鉤和軌道，以便用來(lái)搬動(dòng)機(jī)件。 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。 排水管 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(wú)砂混凝土管。 縱縫 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(gè)壩段分成幾塊澆注。一般澆注塊的厚度約為～ ，施工時(shí)按 的澆搗層連續(xù)澆注，上下澆注塊之間間隔 5 天。 壩體止水與排水 止水 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(guò)橫縫處的周圍。溢流壩下游面用熱浸瀝青麻繩 止水塞。止水銅片采用 。止水銅片作成可伸縮的“ ? ”形。井內(nèi)設(shè)置加熱設(shè)備，以便當(dāng)瀝青收縮開(kāi)裂或與井壁脫離開(kāi)時(shí)可加熱恢復(fù)其流動(dòng)性，提高止水性能。為了減小滲水的有害影響，還要設(shè)置相應(yīng)的排水系統(tǒng)，將壩體和壩基的滲水由排水管排入廊道，再由廊道匯入集水井，自流或用抽水機(jī)排到下游。 ② 基礎(chǔ)排水： 基礎(chǔ)排水系統(tǒng)包括排水孔幕和基面排水。排水孔略向下游傾斜，排水孔距取 3m，孔徑取 15 cm，孔深 10m。 建筑物基坑開(kāi)挖的形狀，要根據(jù)地形、地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)要求確定。最低建基面高程 300m ；兩岸壩段以弱風(fēng)化至微風(fēng)化帶作建基面，為提高壩體的側(cè)向穩(wěn)定性，沿岸坡開(kāi)挖成臺(tái)階狀 ,左 岸岸坡傾角較大 ,為了壩段的橫向穩(wěn)定 ,通常在斜坡上按壩體的分段開(kāi)挖成臺(tái)階 ,臺(tái)階宜位于壩體橫縫部位。同時(shí)還應(yīng)注意邊坡走向與節(jié)理一致時(shí)，邊坡坡度不宜陡與節(jié)理的坡度。還必須注意，開(kāi)挖爆破不能損害設(shè)計(jì)開(kāi)挖線以下基巖的質(zhì)量；當(dāng)基巖為易風(fēng)化的巖石，如頁(yè)巖、粘性巖等時(shí)，在設(shè)計(jì)開(kāi)挖線或邊線以上易留 有保護(hù)層 ～ ,待混凝土澆筑時(shí)才隨挖隨澆。帷幕孔上游固結(jié)加深至 10m 。 22 頁(yè) 帷幕灌漿 為了減小滲透壓力對(duì)壩體穩(wěn)定的影響，減小揚(yáng)壓力，在壩基的迎水面，即在壩體灌漿廊道下的基礎(chǔ)內(nèi)形成一道連續(xù)而垂直的幕墻。為了減低繞壩滲漏和滲流速度，防滲帷幕均向岸坡內(nèi)伸一定距離。 壩基斷層及破碎帶處理 對(duì)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(duì)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。 23 頁(yè) 下游最低水位下游最高水位上游最高水位上游最低水位上游最高水位下游最高水位上游最低水位下游最低水位溢流壩段非溢流壩段 Ⅰ 上下游水位以上壩體表層混凝土。 Ⅲ 上下游最低水位以下的壩體表層混凝土。 Ⅴ 壩體內(nèi)部混凝土。 24 頁(yè) 第二部分 計(jì)算說(shuō)明書 1 洪水調(diào)節(jié) 調(diào)洪演算 堰頂高程 設(shè)此堰的堰頂高程為 337m 。根據(jù)水力學(xué)中 0dHmfH??? ????的關(guān)系圖得各個(gè)水深的流量系數(shù)。 方案二： 5 個(gè)表孔 5個(gè)表孔堰頂高程為 337m ，堰寬 40m ,工作弧形閘門尺寸為 8m 12m （寬高）。nq Hgmb?? 計(jì)算下泄流量，其中其中ε =， g=， 0H =Z337 根據(jù)以上數(shù)據(jù)和不同的堰寬可得不同水深時(shí)的下瀉流量 q ，列于表中： 表 111： 水位 水深 dHH0 m流量系數(shù) 下泄流量 Q 下泄流量 Q （堰寬 42m) （堰寬 40m) 4 1 m853 5 0 0 ???單qqB 26 頁(yè) 設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算 27 頁(yè) 半圖解法 計(jì)算并繪制單輔助線 方案一 ： 計(jì)算中 V 取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△ t=4h。) (億 m179。/s) (m179。/s) (m179。 28 頁(yè) 單輔助曲線0100020203000400050000 10000 20200 30000 40000v/t+q/2q 圖 111 單輔助曲線圖 方案二：計(jì)算中 V 取溢洪道堰頂以上庫(kù)容，計(jì)算時(shí)段取△ t=4h。) (億 m179。/s) (m179。/s) (m179。 單輔助曲線0100020203000400050000 5000 10000 15000 20200 25000 30000 35000 40000v/t+q/2q 圖 112 單輔助曲線圖 調(diào)洪計(jì)算求 q~t 過(guò)程和 Z~t過(guò)程 方案一： 表 114 某水庫(kù)半圖解法調(diào)洪計(jì)算表 (P=1%)堰寬 42m 時(shí)間 t 入庫(kù)流量 Q 時(shí)段平均入庫(kù)流量 q Z (h) (m179。/s) (m179。/s) m 1 2 3 4 5 6 2qtV?? 30 頁(yè)