【正文】 分析。壩址區(qū)為剝蝕——中低山地形，河流經(jīng)壩址處急轉(zhuǎn)彎向北流向下游，由于受喬麥嶺背斜控制，巖層傾向上游，呈單斜構造狀。（1） 混凝土重力壩 優(yōu)點：安全可靠，設計及施工簡單，對地形和地質(zhì)條件的適應性較好，對地基要求不太高，適于各種氣候條件下的修建，受凍害影響較小經(jīng)驗豐富，維護修理費用低，施工導流和永久性泄洪問題容易解決。（2）土石壩 優(yōu)點：就地取材，節(jié)約材料，能很好的適應較差的地質(zhì)條件，抗震性較好，結構簡單，工作可靠，使用壽命長。（3）面板堆石壩 優(yōu)點：對自然條件有廣泛的適應性，對地基要求比混凝土壩低，可適應不均勻沉降，抗震性能好，施工不受氣候限制，就地取材，可節(jié)約水泥、木材和鋼材等重要建筑材料，機械化施工，可加速建壩，減小投資，可策劃能夠手承受水頭不太大的壩頂溢流，結構簡單。當?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植荚趬沃返貐^(qū)上、下游河灘及兩岸階地。結合該處的地址條件簡單而良好,河谷較為寬廣,在經(jīng)濟和技術成熟的前提下,優(yōu)選混凝土重力壩。由以上壩型的選擇可知此設計采用常態(tài)混凝土重力壩。在水利樞紐中，泄水重力壩可承擔泄洪、向下游輸水、排沙、放空水庫和施工導流等任務。對于狹窄河道，泄水重力壩常與水電站廠房在布置上發(fā)生矛盾，解決矛盾的辦法是加大泄水重力壩的泄流單寬流量以縮短泄流前沿長度或采用泄水重力壩與電站廠房重疊布置。泄水建筑物的泄水方式可分為：表面溢流式（如溢流重力壩和岸邊溢洪道）和深水泄流式（如壩身泄水孔和河岸泄水隧洞），壩身泄水孔按進水口高程的高低又可分為中孔和底孔。深水泄水孔雖然泄水能力不及表面泄流孔，但進水淹沒在水面以下，放水條件好，給水庫運用帶來很大靈活性，可提高水庫的利于率和安全程度。從經(jīng)濟和施工方面考慮，擬采用溢流壩與泄洪洞聯(lián)合泄洪的泄水方式來宣泄洪水。壓力鋼管遂洞內(nèi)徑為6m，灌溉支洞的內(nèi)徑為3m。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力。壩頂上、。 溢流壩的布置由該庫區(qū)壩址的地形可知，庫區(qū)河谷較開闊，呈不對稱“U”字型，由于河床左岸平緩，右岸形成陡壁，由于河道較為寬闊，泄水重力壩應布置在河道主河槽上，以利于順暢瀉流，水流消能，下泄水流歸槽與下游水流妥善銜接以及減少土石方開挖等，故將溢流壩布置在中間，溢流壩段長97m，分為5個壩段，樁號為壩橫0++，堰頂安裝工作閘門和檢修閘門。堰頂設有4個中墩，其厚度為4m，2個邊墩，厚為3m，橫縫設在閘墩上，溢流堰面采用WES曲線，過堰水流采用連續(xù)式鼻坎底流消能。如圖22所示。設計的主要內(nèi)容是:剖面設計、穩(wěn)定分析、應力分析、構造設計。重力壩的主要荷載是自重，揚壓力和靜水壓力。三角形剖面的重心低，剖面寬度隨水深的增加而加大，應力小，穩(wěn)定性最好，還具有外形簡單，易于施工等優(yōu)點。圖31重力壩的基本剖面如圖31所示，在已知壩高Ｈ，水壓力P，抗剪強度ｆ，ｃ和揚壓力Ｕ的條件根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度要求，可以得到工程量最小的剖面尺寸。為了適應地形地質(zhì)條件或為了樞紐布置上的要求，也可成折線或折率不大的拱向上游的拱形。此設計中上游取鉛直（ψ＝0176。下游壩坡坡率m =～，～。為防波浪漫過壩頂，在靜水位以上應留有一定的超高。其中Δh = h1% + hz + hc (32)Δh—防浪墻頂與設計洪水位或校核洪水位的高差，m；h1% —累計頻率為1%時的波浪高度，m；hz —波浪中心線至設計洪水位或校核洪水位的高差，m；hc —安全加高，按表3－1選用表31壩的安全加高hc運用情況壩的級別123設計情況（基本情況）校核情況（特殊情況）此水庫為2級，故設計情況的安全加高hc=,校核情況的安全加高hc=.波浪要素按官廳公式計算 (33)L=（hl）； (34)hz=（πhc2/L）cth（2πH/L） (35)L—波長,m。Vo—計算風速,~,校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速,m/s。波高hl，當gD/V02=20—250時，為累計頻率的5%的波高h5%；當gD/ V02=250—1000為累計頻率10%的波高h10%。表32 壩頂高程計算成果表計算情況洪水位mHl mH1% hz mhc m壩頂高程 m設計情況 校核情況 為了保證大壩的安全，選取較大值， m.—85 m.=.。 壩面坡度上游壩采用折線面，一般情況下，上游壩坡坡率n=0~，起坡點在（1/3～2/3）H處，其高程為103m，坡度為1：；下游剖面采用基本三角形頂點與校核洪水位齊平的剖面形式，則有折坡處向上延伸與校核洪水位相交。 壩底寬度，在（～）倍壩高=～。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可初步擬定非溢流壩剖面如圖32：圖32非溢流壩剖面示意圖 （單位：m） 荷載組合及其計算（以下各組合情況均取單位壩長計算）作用是指外界環(huán)境對水工建筑物的影響，進行結構分析時，如果開始即可用一個明確的外力來代表外界對環(huán)境的影響，則此作用（外力）可稱為荷載。作用分為：①永久作用，如結構物自重，土壓力；②可變作用，如各種水荷載，溫度作用；③偶然作用，如地震作用，校核洪水。 圖4—1壩體應力計算圖B=，B1=8m， B2= m,：,壩身自重： (41)=824=1/242024=960 kN1/224= kN，；下游水自重：上游水自重：W1作用點至O點的力臂為：+4=W2作用點至O點的力臂為：+8+4/3=W3作用點至O點的力臂為：W4作用點至O點的力臂為：W5作用點至O點的力臂為：+8+2=豎向力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：2. 靜水壓力（水平力） （42）式中：r——水的容重 H——水深P1作用點至O點的力臂為：P2作用點至O點的力臂為：靜水壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：揚壓力示意圖請見下圖：圖42 揚壓力示意圖揚壓力包括滲透力和浮托力兩部分，滲透力是由上下游水位差產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基上形成的水壓力，浮托力力是由下游水面淹沒設計截面而產(chǎn)生的向上的水壓力。L 319—2005《混凝土重力壩設計規(guī)范》規(guī)定：河床壩段α=~；岸坡壩段α=~=.計算揚壓力如下：U1作用點至O點的力臂為： 0 mU2作用點至O點的力臂為：U3作用點至O點的力臂為：U4作用點至O點的力臂為：揚壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：4. 波浪壓力圖43波浪壓力分布（深水波）水庫蓄水后，庫面空闊，在風力作用下形成波浪，對壩面產(chǎn)生波浪壓力，這是由于波浪與壩反射，產(chǎn)生高度超過浪高一倍的立波所造成的，采用官廳公式進行計算:式中：hl=；L=（hl）；hz=（πhc2/L）cth（2πh/L）L—波長，m；D—風區(qū)長度，m；H—壩前水深，m；hl—波浪高度，m；hz—波浪中心線高于靜水面的高度，m；Vo—計算風速，～；校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/s。水深小于半平均波長而大于臨界水深Ho,即時，波浪運動受到庫底的影響，稱為淺水波。淤沙逐漸固結，容重于內(nèi)摩擦角也逐年變化，而且各層不同，使得泥沙壓力不易準確算出，一般按土壓力公式計算。Υsb——淤沙的浮容重,hs——壩前淤積厚度,m——淤沙的內(nèi)摩擦角，一般在之間。1）下游水自重：2）上游水自重：W1作用點至O點的力臂為：+4=W2作用點至O點的力臂為：+8+4/3=W3作用點至O點的力臂為：W4作用點至O點的力臂為：W5作用點至O點的力臂為：+8+2=豎向力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：（水平力）P1作用點至O點的力臂為：P2作用點至O點的力臂為：靜水壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：揚壓力示意圖請見圖44所示：圖44 揚壓力示意圖我國SL 319—2005《混凝土重力壩設計規(guī)范》規(guī)定：河床壩段α=~；岸坡壩段α=~=.計算揚壓力如下：U1作用點至O點的力臂為： 0 mU2作用點至O點的力臂為：U3作用點至O點的力臂為：U4作用點至O點的力臂為：揚壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：水庫蓄水后，庫面空闊，在風力作用下形成波浪，對壩面產(chǎn)生波浪壓力，這是由于波浪與壩反射，產(chǎn)生高度超過浪高一倍的立波所造成的，采用官廳公式進行計算式中：hl=；L=（hl）；hz=（πhc2/L）cth（2πh/L）L—波長，m；D—風區(qū)長度，m；H—壩前水深，m；hl—波浪高度，m；hz—波浪中心線高于靜水面的高度，m；Vo—計算風速，～；校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/s。水深小于半平均波長而大于臨界水深Ho,即時，波浪運動受到庫底的影響，稱為淺水波。所以本工程中，不計算土壓力。 抗滑穩(wěn)定驗算與強度驗算抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設計中的一項重要內(nèi)容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩基內(nèi)部傾角軟弱結構面抗滑穩(wěn)定的安全度。但對于地基中存在多余互相切割交錯的軟弱面構成空間滑動體或位于地形陡峭的岸坡段，則應按空間問題進行分析。而抗剪段強度公式適用于比較完整的巖體；將壩體與巖基間看成是一個膠結面；判斷標準只考慮建筑物的荷載組合。取一個典型斷面作為計算單元，進行穩(wěn)定驗算和強度驗算，此典型斷面在左岸樁號為壩橫0+，高程為99m處。表41壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷 載 組 合壩的級別123基 本 組 合特 殊 組 合(1)(2) 設計洪水位情況抗滑穩(wěn)定驗算：∑WU= kN ∑P= kN 此設計壩的級別為2級，故滿足穩(wěn)定要求?！芖= kN ∑M=B=上游邊緣正應力〉0下游邊緣正應力〈滿足強度要求。強度驗算：計算壩體應力時，SL 319—2005《混凝土重力壩設計規(guī)范》規(guī)定的強度指標如下：在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵鉛直應力不出現(xiàn)拉應力。溢流壩段既是擋水建筑物又是泄水建筑物。在水利樞紐中，它可承擔泄洪，向下游輸水，排沙，放空水庫和施工導流等任務。溢流重力壩剖面要與其鄰近的非溢流重力壩的基本剖面相適應，并盡量與非溢流重力壩的上游壩面相一致。設置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調(diào)節(jié)水位和下泄流量，適用于大中型工程，所以為是水庫有較大的泄洪能力，本設計采用溢流壩與泄洪孔聯(lián)合泄洪。 流量的確定經(jīng)水文、水利調(diào)洪演算確定：設計情況下，,；校核情況下。分別計算設計和校核情況下溢流壩和泄洪孔所需的孔口寬度。因過堰水流為自由出流，故σs=1，由堰流公式 （51）計算堰上水頭H0,上游水位分別減去相應的堰上水頭即為堰頂高程。溢流表孔閘門高度的確定門高=正常蓄水位堰頂高程+（～） （52）=+（～）=取按照《水工鋼閘門設計規(guī)范》取為18m。初步擬定閘墩厚度，中墩厚d=4m，邊墩厚t=3m，則溢流壩段的總長度B0為：B0=nb+（n1）d+2t=75+(51)4+6=97m閘孔出流的計算公式為 （53）其中：u1為閘孔流量系數(shù)；e為開度，取e=8m。=76m校核洪水位情況試算出H0=61m,上游水位分別減去相應的堰上水頭即為堰頂高程。門高=正常蓄水位堰頂高程+（～）=12770+（～）=按照《水工鋼閘門設計規(guī)范》取為58m。設計要求：（1）、有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；（2）、水流平順，不產(chǎn)生不利的負壓和空蝕破壞；（3）、體型簡單、造價低、便于施工等。由于WES壩曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，比克—奧曲線用給定坐標值的方法設計施工方便，所以此設計采用WES曲線進行設計。圖51 WES型曲線圖 中間直線段