【正文】 四條壩線，壩基為高于莊灰?guī)r地層，其中紅層線位于紅色的楊莊泥灰?guī)r之上。其中VI、VII壩線河床為串嶺溝板巖，IV壩線壩基為大紅峪石英砂巖夾沙頁巖。三個壩段壩基巖層的地質(zhì)年代雖都屬于震旦系，但巖性不同?，F(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的第一壩段I83壩線基巖的夾泥層只是泥膜。切層的夾泥厚度5cm左右。三個壩段地形、。右岸還可采用引水式電站，增加6米發(fā)電水頭。河谷不對稱，左岸坡緩，壩軸線較長，適于修建混凝土壩或當?shù)夭牧蠅?。無副壩，工程單一。右岸山低脊薄，須修建二座副壩。地質(zhì)條件壩基為石英砂巖與板巖互層，右岸北西向大裂隙較多，壩基軟弱夾層為泥膜。左岸F122斷層通過壩肩。當?shù)夭牧蠅螇位鶠槟噘|(zhì)灰?guī)r和頁巖。壩基為石英砂巖夾砂質(zhì)頁巖，巖性堅硬。壩址上游不遠處是幾個斷層交匯處，下游離建昌營~秦皇島大斷裂較近。地震6度6度7度交通條件壩址位于峽谷之中對外交通不便。同左壩址位于低山丘陵地帶。其他距離建筑物材料場地最遠距離建筑物材料場地較遠距離建筑物材料場地最近第一壩段I、V、II三條壩線，其右岸巖層褶皺變化復雜斷層密集，都不是適宜的壩線。第二壩段中III60、III69兩條壩線，基巖為灰?guī)r，但從右岸巖層的產(chǎn)狀相比，III60壩線右岸巖層走向與河流平行。III69壩線右岸巖層傾向下游，層次比較平穩(wěn)，兩者相比，III69好于III60。故此兩壩線不予考慮。III83壩線，左岸鉆孔中，~。第三壩段中，VI壩線河槽較寬，右岸壩頭遠離較高山頭，壩軸線需拐彎，增加了壩線長度，從而加大工程量。相比之下，不如IV壩線。故以IV壩線作為第三壩段的代表。本次畢業(yè)設(shè)計以第一壩段的I83為推薦方案。壩址在峽谷的風口，氣溫變化值相差較大，各條壩線的河谷不對稱。根據(jù)本地區(qū)的氣候特點及壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件實際情況。I83壩線，壩址兩岸群山連綿，左岸沒有修建溢洪道的地形條件，右岸雖有布置溢洪道的位置，但山體高大，如修建溢洪道，須挖深130余米。故本壩線選用當?shù)夭牧蠅畏桨甘遣唤?jīng)濟的。 樞紐布置方案比較壩址河谷寬約250m，河床覆蓋層厚4~7m，河谷不對稱。壩基為石英砂巖與板巖互層，巖層傾向上游，傾角16~18度，壩基建基高程位于弱風化巖層之中，基巖挖深7~15m。本方案的優(yōu)點是電站進口緊臨底孔，可利用底孔沖沙。缺點是各建筑物之間擁擠，布置場地緊張，當?shù)卓追潘畷r影響電站尾水位的穩(wěn)定性。此外，電站廠房及進出口引渠土石方開挖工程量大。在右岸開鑿一條引水隧洞至壩址下游青龍河彎回轉(zhuǎn)處，電站布置在隧洞出口。其優(yōu)點是利用青龍河拐彎處折回的自然地形條件，可獲得增加6m的發(fā)電水頭。缺點是增加一條隧洞的工程量，多一項工程，對施工不利。河床內(nèi)主要建筑物布置相對容易。故以方案II為推薦方案。1）式中：△h—壩頂或防浪墻頂高出水庫靜水位的高度； h—波高； —波浪中心線主靜水位的高度； hc—安全超高。2）式中：v—計算風速，在正常高水位和設(shè)計洪水位時，～，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風速，取V==（m/s），D=3km D — 庫面吹程。3）當較大時可近似取=則：== 確定△h設(shè)由表19查得hc=則：=++= 校核情況 計算hV=,D=3km 計算=,當較大時可近似取=則：== 確定△h校由表19查得hc=則：=++= 計算比較設(shè)計洪水位時：壩頂上游防浪墻高程=設(shè)計洪水位+△h設(shè)校核洪水位時：壩頂上游防浪墻高程=校核洪水位+△h設(shè)則： 設(shè)計洪水位=+=校核洪水位=+=,，=。 擋水壩段剖面的設(shè)計 壩頂寬度的確定由壩基開挖線可知，壩低最低高程為81m，=。 廊道位置確定灌漿廊道設(shè)計滿足灌漿要求，斷面多為城門洞形，寬高=3m4m，～,且不小于4～5m則：=（～）（）=～，取=5m。 上、下游壩坡及壩底寬度的確定 本壩的壩剖面形式采用折坡面形式，即便于布置壩內(nèi)泄水孔、管進口控制設(shè)備，又可以利用一部分水重增加壩體穩(wěn)定，是工程中常用的一種形式，上游起坡點高度為一般設(shè)在（1/3～2/3）倍壩高附近。31 壩體實用剖面形式 溢流壩段設(shè)計 溢流壩形確定由青龍河流域氣象條件可知，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，全年結(jié)冰期為四個月，冰層較厚，而且由水文分析中可知，青龍和洪水具有峰高量大的特點，故從宣泄洪水及排除冰凌和其他漂浮物考慮，并產(chǎn)考已建工程，可采用開敞式壩頂溢流方式。（2）自樁號0+90至0+375；其中溢流孔數(shù)為15孔，每孔凈寬15m。（4）溢流壩段總長為：=415＋1515=285m。 頂部溢流段曲線的確定溢流堰面曲線常采用開敞式壩頂溢流的頂面曲線，開敞式壩頂溢流的頂面曲線常用的有克奧曲線和WES曲線兩種，近年來堰面曲線多采用WES曲線。4）式中：—定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭的75%～95%計算； n、k—與上游壩面坡度有關(guān)的指數(shù)和系數(shù)，查《水工建筑物》表210； x、y—溢流面曲線的坐標，共遠點設(shè)在堰面曲線的最高點。5）參考《水工建筑物》表210得n=,k=，WES曲線方程為： （37）式中：a、b—分別為橢圓曲線的長軸和短軸a=～，a/b=+3a取a=，則b=，=上游橢圓曲線方程為： （3 下部反弧段的確定反弧段CD為一圓弧，設(shè)圓的半徑為R方法一：公式法計算計算R的公式為： （310）式中：H—壩前水頭 v—壩址處流速由公式知欲求R則需求v，而求v應(yīng)知單寬流量q和收縮水深hc，hc的計算公式如下： （312）以下從設(shè)計洪水位和校核洪水位兩種情況下進行計算，取其中較大者作為設(shè)計成果，最大剖面對應(yīng)樁號0+380， ，地面線高程為81m 擬定下游河 床高程為85m。13）可得試算可得： =則： 則: 方法二：據(jù)工程經(jīng)驗確定反弧半徑R校核狀況下 R=（4～10）h，R =（4～10）=～ m綜合上述計算 取所有值中較大者為設(shè)計成果 取R= 堰面曲線各切點的確定由以上計算可知OB段曲線為,CD段坡度為1：則只要對OB段求導，使其值等于1：，所求值即為切點坐標。設(shè)計閘門寬度為15m，弧形工作閘門得半徑常采用R=（～）倍門高=（～）=～，設(shè)計取R=15m。工作閘門一般設(shè)在溢流堰頂點，但為了使溢流面更陡一些，可將閘門設(shè)在堰頂稍偏下游一些。便于進行維修，～。 閘墩的選用和布置a、閘墩的斷面現(xiàn)狀應(yīng)使水流平順，盡量減小孔口水流的側(cè)收縮，閘墩上游采用半圓形，橢圓形或流線形。b、閘墩厚度和縫的布置有關(guān)，～，設(shè)在墩的中間時，～。+=，閘墩高程可根據(jù)橋的高程確定。 交通橋和工作橋的布置a、交通橋的布置。交通橋梁跨度設(shè)計為18m。面板厚度設(shè)計為10m。交通橋上游側(cè)面設(shè)欄桿。工作橋面寬應(yīng)滿足安置啟閉機所需寬度，～，以便操作和設(shè)欄桿用，啟閉機采用固定得 卷揚式啟閉機，因此橋面寬通常為3～5m。圖34 工作橋布置圖 啟閉機的選擇工程選用啟閉機應(yīng)滿足以下要求：（1）工作安全可靠；（2）機械效率高；（3）結(jié)構(gòu)簡單，重量小，造價及維護費用低，（4）操作方便；（5）外觀整潔，體積小，占地少等。設(shè)計選用2457T卷揚式固定啟閉機。一方面起閘墩的作用，同時也起分隔溢流壩段和非溢流壩段的作用。本設(shè)計中為了增大過水斷面。邊墻的高度由溢流水面決定，并應(yīng)考慮溢流面上的水流的沖擊和摻氣所引起的水面增高。為了防止適度裂縫，導墻每隔15m左右做一道伸縮縫，縫內(nèi)做簡單的止水，以防止溢流時漏水。底部厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)計算。 底孔壩段設(shè)計 底孔的作用、位置、型式及其尺寸的確定a、底孔的作用（1）配合溢流壩泄洪，并可欲泄庫水，增大水庫調(diào)洪能力；（2）放空水庫以便檢修大壩或滿足人防要求；（3）排泄泥沙，減少水庫淤積，以延長水庫壽命和保證其他建筑物正常運行；（4）隨時向下游放水，滿足發(fā)電、灌溉、航運和城市供水等要求；（5）施工導流。須說明的是：由于底孔水頭很高，故孔內(nèi)水流流速較高，容易產(chǎn)生負壓、空蝕和振動。c、底孔的型式本設(shè)計中采用無壓式泄水孔。進水孔處采用四面收縮的喇叭口形式，孔底部與上游壩坡采用圓弧連接之外其他三個面均采用1/4橢圓曲線。（見附圖05）門槽后部的壓坡段（EF段）的確定：因為EF段水平距離要大于洞高，即。點E可稍加圓角，故E點距孔底的高度為。因水流經(jīng)過門槽時先是擴散，隨即收縮，并在門槽及其下游區(qū)域產(chǎn)生漩渦。為了減免門槽空蝕，可做成有較好水流流態(tài)的矩形收縮型門槽，其錯距為一個范圍值；圓倒角半徑；下游收縮邊墻的斜率為1：8～1：12。如圖34所示圖34 平面閘門槽的形式（單位：cm）止水空口段（CD段）的確定：本設(shè)計中，止水取為8cm，則CD段長度為：58=40cm=。以為CD段坡度與BC段一致故為1：，且D點與E點高程相同。所以B點距孔底的高度進口段曲線段（AB段）的確定：進口曲線應(yīng)滿足：減小局部水頭損失，提高泄水能力，控制負壓防止氣蝕。a、進水口頂部曲線的確定AB段為橢圓的一部分，取長軸,短軸。14）利用描點法畫出AB段，取點如表33所示表33x01234567y0 b、進水口側(cè)曲線的確定AC段的側(cè)曲線為1/4橢圓弧，取長軸，而短軸為：即。則橢圓方程為：利用描點法畫出AC段側(cè)曲線，取點值見表34所示表34x0y0 c、進水口底部曲線的確定底孔底部高程高于河床高程。半徑R根據(jù)工程經(jīng)驗取為5m。頂部距水面高度可取最大流量時不摻氣水深的30%～50%，設(shè)計采用半圓弧拱腳高度應(yīng)高出水深的20%～30%。向后設(shè)計成渥奇曲線，方程為：式中：、—孔底曲線坐標；—孔口流速系數(shù)，～，；—閘門孔口中心線處作用水頭。 閘門段通氣孔%～%，即為5（%～%）=～ ,～ 。為了減小啟門力，通常要求檢修閘門在靜水中開啟。15）式中：—管道系統(tǒng)的流量系數(shù)，設(shè)計近似??；—水頭。第四章 水力計算 溢流壩過水能力的計算由水力學知識可得實用堰的計算公式為： （4其中： （43）= =因此符合設(shè)計要求。4）= =因此符合設(shè)計要求。 消力坎的水力計算判斷是否要用消力坎計算公式為： （46）式中：Fr—收縮斷面弗汝德數(shù)； hc—斷面收縮水深； q—單寬流量； g—重力加速度。7） （4 消池池長L的計算與確定計算公式： （410）式中：—由水躍長； —收縮斷面弗汝德數(shù)；—斷面收縮水深。 下游護坦厚度確定為了保證護坦不被底部揚壓力和脈動壓力掀起，且基巖完整堅固，這時可在護坦底部設(shè)置可靠的排水系統(tǒng)以降低揚壓力，取排水管，其排水溝的尺寸為20cm20cm，護坦護坦可做齒墻或深齒墻以防止水流淘刷。計算公式如下： （4護坦厚度取1～3m，為了安全采用3m. 消力坎坎高的確定計算公式如下： （413） （4校核洪水狀況下由前面計算可知 ；；；m= （416） （418）則：校核下游坎后的銜接形式： （420） 則 （4 判斷是否需要修建第二道消力坎校核狀況下 （4 溢流表孔計算水面線及導墻高度的確定 不考慮摻氣的水面線a、上切點以上水面線坐標 閘孔中心線的水面線可根據(jù)《水工設(shè)計手冊》第六卷表2724進行內(nèi)插計算，成果如下.表41 水面線計算成果表X (m)0X∕Hd0Y∕HdY(m)續(xù)表41 水面線計算成果表X (m)x∕Hdy∕HdY (m)b、上切點至鼻坎段水面線長度①上切點至下切點水面線坐標上切點坐標(，)，下切點坐標(，)。23）上游堰面長度，查表2727則：，則③直線段長度 （4直線段總長為：從堰頂曲線起點到點的壩面距離 （426）式中：K為壩面粗糙高度，對混凝土壩面，K=，取K=⑤計算單寬流量出閘后單寬流量，閘墩間