【正文】 101520τ 0③壩內(nèi)沿水平截面的水平正應(yīng)力 ，各項(xiàng)系數(shù) 的計(jì)算如下： 因此在壩基截面上的表達(dá)式：，將x=，將x=0代入其中可得與一致。176。176。0當(dāng)x=，φ=0, tanφ=0；當(dāng)x=0時(shí)，φ=176。(1)邊緣應(yīng)力  (2)壩內(nèi)應(yīng)力(a) 壩底揚(yáng)壓力分布如圖2所示,將其劃分為兩部分,第一部分自上游至下游呈直線變化,在上游面，在下游面，根據(jù)布拉茲原理，可直接寫出在這部分滲透壓力作用下的混凝土應(yīng)力如下：表6－29x05101520σx0σy0τ000000(b)計(jì)算第二部分揚(yáng)壓力作用下的應(yīng)力：正應(yīng)力：，其中 式中：——迎水面的揚(yáng)壓力強(qiáng)度 ——揚(yáng)壓力消失點(diǎn)至迎水面距離和壩體端面總長度的比值得到，計(jì)算結(jié)果如下：表6－30x010203040σy剪應(yīng)力：以滲透壓力消失點(diǎn)O’為界，分為左右兩段，分別列出其公式，在O’下游段： 其中 可得 () 在O’上游段：其中 可得 （）計(jì)算結(jié)果如下：表6－31x05101520x39?！　　　ˇ襵185將不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)的應(yīng)力與只有揚(yáng)壓力時(shí)的應(yīng)力疊加即可得計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)的應(yīng)力情況。(3)計(jì)算主應(yīng)力當(dāng) 時(shí)按下式計(jì)算主應(yīng)力 當(dāng) 時(shí)按下式計(jì)算主應(yīng)力 主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：表6－34x05101520σ1 σ2φ1176。 176。176。當(dāng)x=，φ=176。, tanφ=，與上下游坡n= , m=。 壩體下游坡 m=。將x=0代入其中可得與一致。將x=0代入其中可得與一致。將x =0,2, 4, 6, 8, 分別代入式子中可得：表6－37x02468 σx122④壩內(nèi)主應(yīng)力和當(dāng) 時(shí)按下式計(jì)算主應(yīng)力 當(dāng) 時(shí)按下式計(jì)算主應(yīng)力 主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：表6－38x02468σ1σ20122φ1176。176。176。, tanφ=，與上下游坡n=0, m=?！　　　ˇ诱龖?yīng)力：以滲透壓力消失點(diǎn)O’為界，分為左右兩段，分別列出其公式，在O’下游段：其中 可得 ()在O’上游段：其中 可得 （）計(jì)算結(jié)果如下：表6－42x010203040x39。合成后的應(yīng)力如下：表6－43x02468σyσxτ由上表可知，x==0時(shí)的壩內(nèi)應(yīng)力σy，σx，τ與邊緣應(yīng)力大致相同，與x=，τ有一定的誤差。176。176。176。, tanφ=；當(dāng)x=0時(shí)，φ=176。按重力法計(jì)算設(shè)計(jì)的要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）壩體的強(qiáng)度控制在水平截面上。（3）上游側(cè)以垂直正應(yīng)力控制。計(jì)算結(jié)果見設(shè)計(jì)計(jì)算書，可知三種荷載組合在考慮揚(yáng)壓力和不考慮揚(yáng)壓力兩種情況下均能滿足要求。因此，需要有足夠的孔口尺寸、較好體形的堰型，以滿足泄水的要求；并使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。當(dāng)閘門全開時(shí)，下泄流量與堰頂水頭H0的3/2次方成正比。閘門在頂部，操作方便，易于檢修，工作安全可靠，所以，開敞溢流式得到了廣泛的采用。這種形式的溢流孔可根據(jù)洪水預(yù)報(bào)提前放水，加大蓄洪庫容，從而提高了調(diào)洪能力。綜合以上情況,，為使水庫有較大的泄洪能力，本設(shè)計(jì)采用開敞式溢流。 消能防沖設(shè)計(jì)根據(jù)地形地質(zhì)條件，選用挑流消能。（1）反弧半徑的確定鼻坎處水流平均流速：坎頂水深為：反弧半徑R為： 取（2）水舌的挑距L及可能最大沖坑的深度tk的估算 式中： L——水舌挑距,m。——坎頂垂直方向水深, m, 。最大沖坑水墊厚度估算公式：式中：——水墊厚度，自水面算至坑底,m ； ——沖坑深度,m——單寬流量； ——上下游水位差,m； ——下游水深,m——沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖，軟弱破碎，裂隙發(fā)育的基巖，取。 溢流面設(shè)計(jì) (1)堰頂上游曲線目前引用較多的WES型堰面形狀，,這里為校核洪水位與堰頂高程之差。WES曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分，上游段曲線采用三圓弧橢圓形式。下游直線段DE與曲線OD相切于D點(diǎn),取下游直線段的坡度,則D點(diǎn)坐標(biāo)可如下求得：對(duì)堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù) 直線DE的坡度為 故有 即 m m壩下游反弧半徑r按下式計(jì)算： 式中，上下游水位差 故取 反弧曲線的上端與直線DE相切與E點(diǎn)，下端與河床相切于F點(diǎn)。上游為壓力段，其后為明流，明流段溢流壩面為一水平段，后接反弧，平滑鼻坎，以挑流方式消能。經(jīng)對(duì)本工程深孔閘門運(yùn)用和綜合考慮，決定采用孔口尺寸為46米。 深孔布置形式的選擇 本工程選用了深式泄水孔布置形式，主要原因是：泄水能力大，由于管道短，沿程水頭損失小，相應(yīng)的流速系數(shù)較大，一般較有壓深孔大5%左右。 對(duì)于深孔有壓管道布置，為了與下游水流銜接，往往需要一個(gè)彎管段，一般彎管段壓力分布較為復(fù)雜，空蝕危險(xiǎn)較大。 無壓深孔結(jié)構(gòu)受力明確，閘門前管道承受內(nèi)水壓力，閘門后沒有內(nèi)水壓力作用；有壓深孔閘門后則沒有這樣簡(jiǎn)單，動(dòng)水壓力數(shù)值不好決定。一般管道空頂施工困難，尤其是大面積深孔，需要較大的承重模板工作量，同時(shí)要求孔口邊界尺寸精確。由于上述優(yōu)點(diǎn)，無壓深孔需要鋼板襯砌的部位較有壓深孔小得多，而且施工容易。 進(jìn)水口體形設(shè)計(jì)圖8－1底孔進(jìn)水口剖面圖無壓泄水孔的進(jìn)水口指工作閘門前的壓力短管部分，它由進(jìn)口曲線段ABC、檢修閘門槽CE、壓坡段EF組成。借助已建工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)水口曲線段采用1/4橢圓曲線向收縮矩形進(jìn)水口，橢圓方程為：式中：— 橢圓長半軸，對(duì)于矩形斷面泄水孔的頂面曲線為孔高—采用1/31/4，取1/3頂部弧線的曲線方程： 底部曲線采用1/4橢圓弧。 深孔門型的選擇和閘門槽設(shè)置平面閘門應(yīng)用十分廣泛，它能滿足各種類型泄水孔道的需要。所占順?biāo)鞣较虻目臻g尺寸較小。門葉可在孔口之間互換，故在孔口較多情況下可兼作它孔的事故門或檢修門。對(duì)移動(dòng)式啟閉機(jī)的適應(yīng)性較好。檢修閘門可以采用平面閘門，浮箱閘門，也可采用比較簡(jiǎn)單的疊梁。門葉質(zhì)量較大，造價(jià)較高?？紤]到工程量比較小，比較低故不設(shè)事故閘門，檢修閘門為平面閘門，在非常時(shí)期兼作事故閘門。 通氣孔和平壓管設(shè)計(jì)為了減小檢修閘門的啟閉力，應(yīng)當(dāng)在檢修閘門和工作閘門之間設(shè)置與水庫連通的平壓管。估算公式為： 式中:—通氣孔的通氣量，m3/s； —水流速度，m/s； A—閘門后泄水孔的面積，m2； —通氣孔允許風(fēng)速，一般不超過4045m/s； —通氣孔斷面面積，m2； —通氣孔直徑，m；閘孔最大流量： ， ∴ 通氣孔直徑： 。通氣孔的面積可按下式估算，且一般不小于閘孔面積的10％。 出水口出水口前采用1：5壓坡段，出口斷面，面積為孔身斷面的85%～95%，由于孔身斷面面積為。出口斷面為矩形，其尺寸取55m，面積Ac＝25 m2。 水力計(jì)算無壓泄水孔的泄流能力也按公式計(jì)算式中：H—庫水位與出口水面之間的高差，m；Ac—出口斷面面積，m2；181。＝～，無閘門槽時(shí)181。代入數(shù)據(jù)得9大壩細(xì)部構(gòu)造重力壩的細(xì)部構(gòu)造包括壩頂結(jié)構(gòu)、壩體分縫、排水廊道布置、混凝土分區(qū)等內(nèi)容，這些構(gòu)造的合理選型和布置，可以改善大壩的工作性態(tài)，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，改善壩體應(yīng)力，滿足運(yùn)用和施工的要求，保證大壩的正常工作。本工程工作閘門選用弧形閘門，它可以封閉相當(dāng)大面積孔口，所需機(jī)架橋的高度的和閘墩的厚度較小，沒有影響水流流態(tài)的門槽，所需啟閉力較小且摩擦阻力對(duì)啟閉力的影響較小，埋設(shè)件數(shù)量較少?？紤]到工程量比較小，比較低，故不設(shè)事故閘門，檢修閘門為平面閘門，在非常時(shí)期兼作事故閘門。工作閘門上游設(shè)有平面閘門，間距2米。其上游布置工作橋，中墩的厚度為4m，邊墩的厚度為2m，溢流壩分縫設(shè)在閘墩中間。上游布置交通橋，橋的高程為非溢流壩的高程。墻身應(yīng)有足夠的厚度以抵擋波浪及漂浮物沖擊，厚度為30cm，防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈以保護(hù)行人和行車安全， 壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為2%，兩邊設(shè)置排水管，以便排除路面雨水。廠房壩段橫縫間距受廠房長度尺寸影響設(shè)為412米，分別為三個(gè)機(jī)組段與安裝間的距離?？v縫為了適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，常在平行壩軸線方向設(shè)縱縫，其布置型式采用鉛直縱縫，縱縫與壩面垂直相交，縫的間距一般為1530m?？p內(nèi)設(shè)有鍵槽，并埋設(shè)灌漿系統(tǒng)，在蓄水前進(jìn)行灌漿。圖9－2 壩體分縫圖 止水設(shè)置壩體采用兩道金屬止水片中間設(shè)置防滲瀝青井。每側(cè)混泥土的長度為25cm，第一道止水至上游面的距離應(yīng)有利于改善該部位的應(yīng)力。兩道止水片間距為1m，中間設(shè)有直徑為25cm的瀝青井，井底設(shè)瀝青排出管，以便排出老化瀝青，重填新料。止水設(shè)置如圖所示： 圖9－3 止水設(shè)置圖 壩體混凝土分區(qū)壩體各部位的工作條件不同，對(duì)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?；炷练謪^(qū)的尺寸一般為：外部（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)）混凝土各區(qū)厚度的最小值為2～3m，上游面的厚度比下游面的大；基礎(chǔ)混凝土（Ⅵ區(qū)），（L為壩體底部邊長）。表9－5 混泥土分區(qū)結(jié)果分區(qū)及厚度（米）強(qiáng)度等級(jí)抗?jié)B等級(jí)抗凍等級(jí)水灰比Ⅰ 3C20W2F150Ⅱ 3C20W6F150Ⅲ 3C20W6F150Ⅳ 3C30W6F150Ⅴ 3C20W6F100Ⅵ 3C20W4F100 廊道系統(tǒng)為了滿足灌漿，排水，觀測(cè)，檢查和交通等的要求，需要在壩體內(nèi)設(shè)置各種不同用途的廊道。一般采用上圓下方的標(biāo)準(zhǔn)型式，灌漿廊道離基巖面應(yīng)保持一定的距離，以便進(jìn)行基礎(chǔ)面接觸灌漿內(nèi)部上游側(cè)設(shè)排水溝，并在最低處設(shè)集水井?；A(chǔ)排水廊道可沿縱橫方向布置，常直接設(shè)置在基巖上并在其中鉆排水孔，以增加排水效果，降低壩基滲透壓力和浮托力。廊道的形式多用上圓下方的標(biāo)準(zhǔn)斷面，其上游側(cè)距上游壩面4米，左右岸各有一個(gè)出口?？鐧M縫的橫向廊道，也有做成頂部三角形，底部水平的斷面。10地基處理 地基開挖與清理由于壩址處河床上有2～10m的覆蓋層，并有些風(fēng)化層，地基開挖時(shí)應(yīng)把覆蓋層和嚴(yán)重的風(fēng)化層全部挖掉，壩基可利用基巖高程為185m，順?biāo)鞣较蜷_挖成鋸齒狀，并在上下游壩基面開挖一個(gè)淺齒墻；沿壩軸線方向的兩岸岸坡壩段基礎(chǔ)開挖成有足夠?qū)挾鹊姆旨?jí)平臺(tái)，平臺(tái)的寬度至少為1/3壩段長，相鄰兩級(jí)平臺(tái)的高差不超過10m。如下圖所示：圖10－1 地基鋸齒狀開挖與淺齒墻（單位：cm）平行于壩軸線方向應(yīng)盡量開挖成有足夠?qū)挾?一般為壩段長度的30％～50％)的分級(jí)平，以利于壩的側(cè)向穩(wěn)定。另外，相鄰臺(tái)階的高差不宜過大，一般不大于10m。帷幕灌漿鉆孔方向原則上應(yīng)盡量穿過最多的裂隙和巖石層面，但考慮實(shí)際施工條件，鉆孔傾角不宜過大，?？刂圃?176。之間。排水孔幕設(shè)置一排，排水孔距為3米，孔徑200毫米，孔深12米，設(shè)兩排輔助排水孔，孔距為5米，孔徑200毫米，孔深12米，壩體排水通常設(shè)在壩體上游面距離3－5米，在該壩上取間距為3米，孔徑200毫米。固結(jié)灌漿孔布置在壩踵、壩趾附近．以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶的范圍內(nèi)。1洪水調(diào)節(jié)本工程為綜合利用水利水電工程，屬一等；,屬四等。由于設(shè)計(jì)地區(qū)為山區(qū),丘陵地區(qū)故采用百年一遇設(shè)計(jì)(P=1%),千年一遇校核(P=%),在正常洪水的情況下安全泄量為5300米3/秒，非常洪水安全泄量為7300米3/秒。在壩址左岸及河床處有絹綠石英片巖地質(zhì)極堅(jiān)，抗壓強(qiáng)度為9001000公斤/（厘米）2；在壩址右岸有云母石英砂質(zhì)片巖表層有些風(fēng)化，但強(qiáng)度仍佳，抗壓強(qiáng)度為600800公斤/（厘米）2；片狀石英巖風(fēng)化很輕，分布在河床底部，與絹綠石英片巖相間存在，層厚約3050米，抗壓強(qiáng)度為9001000公斤/（厘米）2。由公式可知q單寬流量120m3/s閘墩側(cè)收縮系數(shù)，m流量系數(shù)，與堰頂有關(guān) 取m=計(jì)算得：HZ=由公式 H=H校 HZ ， 計(jì)算得：H==其中：H校 取堰頂高程為220米，前緣長度 選取溢流壩表孔溢流，由公式：知溢流堰的凈寬，Q取校核洪水位表孔最大洪峰流量11580m3/s，選用平板閘門，設(shè)孔口寬度為b=10m（取8~12m之間），則孔口個(gè)數(shù)n=L/b= ， 取10個(gè)孔，閘墩厚度為d=4m前緣長度設(shè)計(jì)本樞紐時(shí)要求考慮水庫泄空的可能性，要求在枯水期內(nèi)將水庫放空至死水位所需的時(shí)間不多于一個(gè)月，故可取時(shí)