【正文】 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)： （3）驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性 持久狀況（基本組合）設(shè)計(jì)狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。 抗傾穩(wěn)定分析 計(jì)算壩體上的各力對壩踵的力矩，并規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎１?2 正常蓄水位時(shí)大壩抗傾覆驗(yàn)算荷載分項(xiàng)系數(shù)力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KNm）++壩體自重1靜水壓力1 泥沙壓力 浪壓力 揚(yáng)壓力 小計(jì) 總計(jì) 由表12可知，作用于壩體的正力矩大于負(fù)力矩，即大壩在正常蓄水位時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定滿足要求。表13 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)大壩抗傾覆驗(yàn)算荷載分項(xiàng)系數(shù)力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KNm）++壩體自重1靜水壓力1 泥沙壓力 浪壓力 揚(yáng)壓力 小計(jì) 總計(jì) 由表13可知，作用于壩體的正力矩大于負(fù)力矩，即大壩在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定滿足要求。表14 校核洪水位時(shí)大壩抗傾覆驗(yàn)算荷載分項(xiàng)系數(shù)力矩標(biāo)準(zhǔn)值（KNm）++壩體自重1靜水壓力1 泥沙壓力 浪壓力 揚(yáng)壓力 小計(jì) 總計(jì) 由表14可知，作用于壩體的正力矩大于負(fù)力矩，即大壩在校核洪水位時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定滿足要求。在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。 重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合下列要求： （1）在各種荷載組合下，壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力； （2）在地震荷載作用下，壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 20397）的要求，本次設(shè)計(jì)不考慮地震影響； 重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)符合下列要求： （1）壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）。 （3）在地震情況下，壩體上游面的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 20397）的要求，本次設(shè)計(jì)不考慮地震影響。其中正常蓄水位情況及設(shè)計(jì)洪水位情況屬于持久狀況，校核洪水位情況屬于偶然狀況。承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式： （318）式中為作用函數(shù)；為抗力函數(shù)；為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；為設(shè)計(jì)狀況系數(shù)；為作用的設(shè)計(jì)值；為幾何參數(shù)；為材料性能的設(shè)計(jì)值；為結(jié)構(gòu)系數(shù)。m； B—計(jì)算截面的長度，m。正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式： （321）式中：為作用標(biāo)準(zhǔn)值；為材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值；為結(jié)構(gòu)功能的極限值。以壩踵鉛直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力作為正常使用極限狀態(tài)，作用效應(yīng)的長期組合采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式： （322）壩體應(yīng)力約定壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)。荷載及力矩設(shè)計(jì)值及相應(yīng)計(jì)算結(jié)果見附錄2表（21），各分項(xiàng)系數(shù)見附錄1。 由此得，壩址處壓應(yīng)力滿足要求。 設(shè)計(jì)洪水位荷載及力矩設(shè)計(jì)值及相應(yīng)計(jì)算結(jié)果見附錄2表（22），各分項(xiàng)系數(shù)見附錄1。 由此得，壩址處壓應(yīng)力滿足要求。 校核洪水位 利用承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)判別壩體是否滿足強(qiáng)度要求。 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：（1）計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù) （3） 抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算 偶然狀況（特殊組合）設(shè)計(jì)狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；抗壓基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)，由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》[4]查得：C25混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為，根據(jù)式（318）、（319）、（320）可得： 滿足要求（4） 壩址處鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果表明，重力壩在校核洪水位情況下應(yīng)力滿足規(guī)范要求。西昌學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 某水電站重力壩設(shè)計(jì)與施工組織設(shè)計(jì)4 溢流壩壩體設(shè)計(jì) 泄水方式的選擇溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，還要滿足泄水要求。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調(diào)節(jié)性能外,還便于設(shè)計(jì)和施工,同時(shí)這種形式的堰在我國應(yīng)用廣泛，有很多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 溢流壩剖面擬定 溢流曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。 根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)范，本設(shè)計(jì)采用的溢流壩的基本剖面為三角形。定型設(shè)計(jì)水頭的確定：堰頂最大水頭Hmax=校核洪水位－堰頂高程，即： Hmax=－=定型設(shè)計(jì)水頭Hd=(75%~95%)Hmax ，取Hd=由Hd /Hmax= 壩頂曲線段根據(jù)《水力學(xué)》[2]規(guī)范可知，溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克—奧曲線和WES曲線。首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。該設(shè)計(jì)上游段曲線采用三圓弧型曲線。x、y—原點(diǎn)下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)；n—與上游堰坡有關(guān)的指數(shù),見下表；k —當(dāng)/＞,k值見下表,當(dāng)/≤,取k＝～，為上游相對堰高。表15 堰面曲線參數(shù)上游面坡度（△y/△x）knR1aR2b3:03:13:23:3上游面為鉛直面由上表可查的n=，k=，根據(jù)公式41可知，原點(diǎn)下游堰面曲線方程為： (42)按上式計(jì)算的坐標(biāo)值如表16所示：表16 計(jì)算WES下游曲面坐標(biāo)值表xyxyxy161127123813491451015 中間直線段中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，取1︰。通常采用圓弧曲線，反弧半徑R按經(jīng)驗(yàn)公式（43）計(jì)算： （43）式中：為反弧段最低點(diǎn)出的費(fèi)勞德數(shù)。E0為上游最高水位與反弧段最低點(diǎn)的距離，反弧最低點(diǎn)與下游水位齊平。 挑角挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程減小。根據(jù)《水力學(xué)》[2]查得：θ一般在150～350之間，在此取計(jì)算時(shí)按設(shè)計(jì)洪水位情況考慮。故挑坎高度 反弧段坐標(biāo)確定 溢流壩實(shí)用堰剖面計(jì)算簡圖如圖10所示。=圓心O′距C點(diǎn)距離為： == 消能防沖設(shè)計(jì) 由于溢流壩下泄的水流具有很大的動能，常高達(dá)幾百萬甚至幾千萬KW,如此巨大的能量，如不妥善處理，勢必導(dǎo)致下游河床被嚴(yán)重沖刷,甚至造成塌滑岸破和大壩失事。 由《水工建筑物》[1]及（SL319—2005）《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]可知消能的設(shè)計(jì)原則是：（1）盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上。 確定消能形式 根據(jù)《水工建筑物》[1]及《水力學(xué)》[2]確定消能形式。挑流消能的工程量小、投資省,結(jié)構(gòu)簡單、檢修施工方便。（2）底流式消能：底流消能是在壩址下游設(shè)消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。但工程量大，不宜排漂或排冰。（3）面流式消能：面流消能是在溢流壩下游面設(shè)低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴(kuò)散，減小對河床的沖刷，達(dá)到消能防沖的目的。 面流消能雖不需要做護(hù)坦，但因?yàn)楦咚偎髟诒砻?，并伴隨著強(qiáng)烈的波動，流態(tài) 復(fù)雜，使下游在很長距離內(nèi)水流不平穩(wěn)，可能影響電站的運(yùn)行和下游航運(yùn)，且宜 沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護(hù)措施。戽內(nèi)、外水流的旋滾可以消耗大量能量，因高速水流挑到 表面，減輕了對河床的沖刷。消力戽的優(yōu)點(diǎn)是：工程量較底流消能 ?。粵_刷坑比挑流消能淺；不存在霧化問題。 最終確定消能型式：分析比較以上消能工的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到本次設(shè)計(jì)的重力壩屬于高壩，下游地質(zhì)條件比較好的情況，決定選用挑流式消能。（2）經(jīng)計(jì)算。（4）根據(jù)實(shí)際工程情況，該設(shè)計(jì)挑射角取θ=25176。圖11 挑流消能沖坑計(jì)算圖 沖刷坑深度工程上常按式（410）進(jìn)行估算: (410)根據(jù)《水工建筑物》[1]規(guī)范可得：式中：tk—水墊厚度，自水面算至坑底，m； q—單寬流量，m3/（）；q=110247。 L/tk=,一般要求L/tk﹥～5，滿足要求?？紤]到溢流壩下泄水流會產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象，故需要在溢流壩兩邊設(shè)置導(dǎo)墻，初步估算導(dǎo)墻高出壩面2m。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測和維修人員快速進(jìn)出。根據(jù)（SL314—2004）《碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]，碾壓混凝土壩可不設(shè)縱縫，但為了適應(yīng)溫度伸縮和地基的不均勻沉降，減小壩體的拉應(yīng)力分量，應(yīng)當(dāng)設(shè)置橫縫，但是可以減少橫縫的條數(shù)。永久性橫縫做成豎直平面，不設(shè)鍵槽，縫內(nèi)不灌漿，使各壩段獨(dú)立工作?？p面在冬季收縮，橫縫張開；夏季橫縫擠緊，產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。具體布置見排水和止水一節(jié)。臨時(shí)性橫縫主要適用于以下幾種情況：（1）河谷狹窄，做成整體式重力壩，可在一定程度上發(fā)揮兩岸山體的支撐作用，有利于壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度；（2）岸坡陡峻，將各壩段連成整體，可以改善岸坡壩段的穩(wěn)定性；（3）坐落在軟弱破碎帶上的各壩段，連成整體后，可增加壩體的剛度；（4）在強(qiáng)地震區(qū)，將各壩段連成整體，可提高壩體的抗震性能。 布設(shè)原則根據(jù)（SL 3191005）《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]規(guī)定，橫縫間距可為15m～20m，超過24m或小于12m時(shí)應(yīng)作論證。龍灘碾壓混凝土壩研究結(jié)果表明，對于碾壓混凝土壩，設(shè)橫縫是必須的，是防止溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫的主要措施，而且橫縫間距不宜太大，根據(jù)國內(nèi)外已建工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算分析，橫縫間距選擇15m～25m為宜。表17 中國碾壓混凝土重力壩采用橫縫情況序號壩名完成年份壩高（m）壩長（m）底寬（m）橫縫間距（m）采用橫縫形勢1龍門灘19895813948無無2天生橋二級1989614704368～73誘導(dǎo)縫3銅街子199088102916～21切縫4水口19921011916840誘導(dǎo)縫5巖灘19921115257320～46誘導(dǎo)縫6百龍灘19968210406616切縫7石漫灘1997406743310～42誘導(dǎo)縫8龍灘200919274116820～44正規(guī)縫9百色200613072011133～35正規(guī)縫11棉花灘20011113038220,33～70正規(guī)縫12石板水1998844456041～70正規(guī)縫13大朝山20021184808518～36正規(guī)縫從表17可以看出，碾壓混凝土壩體分縫間距從10m～70m不等。 工程措施 在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)已建碾壓混凝土重力壩經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)將左岸非溢流壩段分為2個壩段，其中從左到右依次長40m、。 止水設(shè)計(jì) 橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對于高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間設(shè)瀝青井，～ 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，～（），每側(cè)埋入砼的長度約為20～25cm（本設(shè)計(jì)采用25cm），在止水片的安裝時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計(jì)采用方形），其一側(cè)可用預(yù)制砼塊，～，厚5～10cm（本設(shè)計(jì)采用1m10cm），瀝青井尺寸大致為15cm～15cm至25cm～25cm（本設(shè)計(jì)采用20cm20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號或三號是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備（通常采用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設(shè)置瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為15～20cm。止水片結(jié)構(gòu)圖如圖12。外加60cm厚的變態(tài)混凝土和8mm的丙乳砂漿噴涂層，下游側(cè)最高水位以下采用同樣的做法。 溢流面防護(hù)層溢流表面受到動水沖刷很嚴(yán)重，故其上面澆筑3m左右厚的425常態(tài)混凝土 壩體排水 排水目的為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置