古洞口堆石壩設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計.docVIP

古洞口堆石壩設(shè)計摘 要本畢業(yè)設(shè)計題目為古洞口堆石壩設(shè)計，題目來源于古洞口水利水利樞紐工程實際。設(shè)計的目的及意義主要在于鞏固、擴大和提高所學(xué)水利水電理論知識，使其得到實際運用， 并使之系統(tǒng)化，鍛煉和培養(yǎng)運用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識解決工程實際，并進行設(shè)計、計算、制圖的能力,提高撰寫專業(yè)技術(shù)報告的水平。設(shè)計的主要內(nèi)容有：壩址、壩型選擇和樞紐布置，調(diào)洪計算，面板堆石壩設(shè)計，泄水建筑物設(shè)計，構(gòu)造設(shè)計，地基處理等。此外還進行了混凝土面板堆石壩的斷面設(shè)計以及材料分區(qū)、面板、趾板、止水構(gòu)造、面板分縫等設(shè)計。設(shè)計過程中，采用的主要方法有關(guān)于調(diào)洪計算的半圖解法、壩坡穩(wěn)定計算的簡化畢肖普法和瑞典圓弧法、滲流計算的水力學(xué)法、壩頂垂直沉降的工程類比估算法，以及相關(guān)規(guī)范、手冊所推薦的方法。具體設(shè)計詳見設(shè)計說明書，另外除了設(shè)計說明書外 ，還有反映本次設(shè)計成果的1張圖紙，以及設(shè)計過程中攥寫的開題報告、文獻綜述、外文翻譯報告各一份。關(guān)鍵詞： 混凝土面板堆石壩 ， 調(diào)洪計算， 面板， 趾板， 樞紐布置一畢業(yè)設(shè)計題目古洞口堆石壩設(shè)計基本資料1 水文氣象資料：吹程1km，多年平均最大風(fēng)速20m/s流域總面積2971km2。上游地形復(fù)雜，溝谷深邃，植被良好，森林分布面廣，為湖北主要林區(qū)之一。2、地質(zhì)資料：河床砂卵礫石最大的厚度達23m。兩岸基巖裸露，支局不存在有18m厚的殘坡積物。在峽谷出口處的左岸山坡，存在優(yōu)厚130m，方量約150萬m3 的坍滑堆積物，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。3、地形資料：壩址位于古洞口峽谷段，河谷狹窄，呈近似“v”型，河面寬6090m。4、工程等級：本工程校核洪水位以下總庫容1.38億m3，正常蓄水位325m，相應(yīng)庫容1.16億m3，裝機容量3.6萬kw，混凝土面板堆石壩做大壩高120m。根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）sdj1278及其補充規(guī)定的規(guī)定，本工程為二等大（2）型工程。5、建筑材料情況：壩址附近天然建筑材料儲量豐富。砂礫料下游勘探儲量318.5萬m3，石料總儲量21.86萬m3，各類天然建筑材料的儲量和質(zhì)量基本都能滿足要求。二畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容1、進行堆石壩的整體布置：2、壩高計算分別取正常水位，設(shè)計洪水位，校核洪水位計算取大值壩頂超高的確定，= r + e + a，波浪平均爬高：風(fēng)壅高度e按荷蘭芬利茲委員會公式計算：3、壩體穩(wěn)定計算根據(jù)規(guī)范,可用瑞典圓弧法,此處用有效應(yīng)力分析，（至少取上下游各兩個圓弧4個滑裂面計算）4、溢洪道水面線和消能防沖計算5、溢洪道等主要建筑設(shè)計2 設(shè)計任務(wù)及意義21設(shè)計任務(wù) (1)了解黑河工程概況，熟悉設(shè)計所需的地形、地質(zhì)、水文等資料進行黑河水利樞紐整體布置，確定壩軸線位置和泄水、排沙、取水、發(fā)電等建筑物的位置、形式和尺寸； (2)進行調(diào)洪演算，確定下泄流量和水庫設(shè)計洪水位、校核洪水位等特征水位，確定特征庫容，初擬泄水建筑物的形式與尺寸，并進行相關(guān)水力計算，確保設(shè)計與校核情況下的安全泄洪能力； (3)擬訂排沙、取水等其它建筑物的形式和尺寸，并進行相關(guān)的結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計，在此基礎(chǔ)上完成整體樞紐布置； (4)擬訂可用的壩型方案，進行壩型方案的比較與選擇； (5) 進行大壩、泄水等樞紐建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計和細部設(shè)計，并畫出相應(yīng)草圖； (6) 進行專題深入部分，分析確定面板壩的斷面尺寸、材料分區(qū)及地基處理措施等，進行壩體斷面設(shè)計、細部設(shè)計等； (7) 繪制相關(guān)設(shè)計圖紙。包括：樞紐平面布置圖、大壩典型橫剖面圖、橫剖面圖，各主要建筑物的細部設(shè)計圖，專題深入部分細部設(shè)計圖等。 22 設(shè)計階段 本畢業(yè)設(shè)計為黑河水利樞紐布置及面板堆石壩設(shè)計其中黑河水利樞紐布置為初步設(shè)計階段；面板堆石壩設(shè)計達到施工圖設(shè)計階段。23 設(shè)計目的及意義(1)鞏固、擴大和提高所學(xué)理論知識， 并使之系統(tǒng)化； (2)鍛煉和培養(yǎng)運用所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識解決工程實際 問題的能力，并初步掌握設(shè)計水利樞紐工程的內(nèi)容、原則、方法和步驟； (3)提高工程制圖能力,掌握cad制圖的基本方法,提高撰寫專業(yè)技術(shù)報告的水平； (4)掌握水利樞紐布置設(shè)計及面板壩設(shè)計的基本原理和方法； (5)使學(xué)生進一步樹立正確的設(shè)計思想，進一步樹立熱愛社會主義祖國、熱愛祖國水利水電建設(shè)事業(yè)的高尚情操，培養(yǎng)學(xué)生勇于攀登高峰、刻苦鉆研、實事求是、謙虛謹慎、 認真負責(zé)的工作作風(fēng)。三、斷面確定3.1壩址選擇 壩址的選擇要考慮：地形條件，地質(zhì)條件，水能利用，樞紐布置，施工條件，交通等條件。黑河在嶼口以上秦嶺山區(qū)峪谷型河流，水流湍急，河谷是“v”型，懸?guī)r峭壁，隨處可見。在金盤河道便是“v”，金盆壩址位于西駱峪田峪背斜的南部，巖層走向近東西向，傾向上游（走向8501100，傾向sesw，傾角300450），壩址區(qū)地層除基巖外，第四系松散巖層覆蓋面積也較廣，基巖為前震旦系寬坪群大鎮(zhèn)溝組，為中等深度變質(zhì)的片巖，鈣質(zhì)石英巖夾云斜煌斑巖，該組巖層以云母石英片巖分布較廣，片理發(fā)育、新鮮巖石雖然不均一，但比較堅硬，本壩址有被遺棄黑河道一段，即所謂“金盆古河道”。其進口位于車車溝出口處，出口位于仙游寺對岸，全長約2.5公里，寬度為200300米。能容納較大的庫容，在金盆村形成胃狀開闊地，寬達600米左右，能容納較大的庫容。黑河沿河有殘缺不全的侵蝕堆積階狀地一至四級，多分布于近峪口的淺山地段，黑河斷層破碎帶分布廣，基巖承壓水存在斷層破碎巖而且是局部存在，補給不夠，主要靠兩邊的山體補給和第四系孔空隙潛水補給。根據(jù)水質(zhì)分析，地表水和地下對混凝土均沒有侵蝕性影響。水庫侵沒主要分布于金盤，桃李坪兩個村莊附近，但面積不大， 經(jīng)僅為0.045km2。壩區(qū)崩塌體一般規(guī)模不大，分布左右岸的山麓較陡斜坡的下段，厚度一般小于10米。壩址區(qū)分布有五級基座推積階地及漫灘，其中一、二級階地分布較完整，其它各級階地殘留不多，呈零星分布于斜坡地帶在鈣質(zhì)石英巖中沿節(jié)理裂隙有溶溝、溶洞，規(guī)模均較小，洞徑一般數(shù)厘米，大者僅為2030厘米。在進行錨固和防滑措施時所進行的技術(shù)，工程量和時間上可以簡便和節(jié)約，利于壩體的穩(wěn)定。兩岸地形不完全對稱，為左陡右緩，左岸單寬山梁東嶺，與金盆古河道毗鄰，地形坡度50-55，右岸地形坡度40-50，直至黃石溝分水嶺，河床高程487m，寬64m，壩頂高程處河谷寬368m。壩區(qū)巖性分類有第四系松散堆積物及前震旦系大鎮(zhèn)溝組基巖，其中第四系堆積物有河床砂卵石層，厚8m-15m。一級階地堆積物，上部為壤土，厚1m-15m，下部為砂卵石，厚2m-8m.坡積物左岸上覆于一級階地，厚度最大14m，右岸覆蓋于岸坡，厚度約5m左右。便于壩基開挖。兩岸裂縫發(fā)育不明顯，地下水位較低，經(jīng)地基處理后對深層抗滑有利。壩址位于河流直段，有利于樞紐下泄水流域下河道銜接，在樞紐布置時不需要注意彎態(tài)對樞紐的影響。出峪口高程為480米，黑河出峪口后，坡度變緩河床變寬，在長達28公里兩岸大堤維護下，于石馬村匯入渭河。堤內(nèi)兩岸地勢開闊，左岸為良田，右岸有部分荒灘可用作砂石料加工、篩分、堆存和棄料等場地。峪口以下左岸武家莊村戲，男歡公路以南的條形耕地，是施工布置生產(chǎn)、生活區(qū)的較理想場地。，但在670m高程以上有坡地可作為施工場地和布置纜機平臺。古河道出口處的金盆村施工期可布置施工生產(chǎn)隊用地。 筑壩用的砼骨料用砂，料場有兩處，渭河料場，運距22公里，中值粒徑d0=0.46毫米，平均粒徑dcp=0.37毫米，粒度模數(shù)2.91。用作筑壩材料，渭河砂可滿足要求，用作砼細骨料，則偏細，在同標(biāo)號的情況下，則多消耗水泥5%以上。規(guī)范要求砼細骨料含泥量35%，平均粒徑0.30.5毫米，粒度模數(shù)為2.52.3為宜，因而設(shè)計采用渭、混合計。黑河水利樞紐位于峪口以上約1.5公里，出峪口即為關(guān)中平原的周戶縣區(qū)域，沿周城公路距周至縣城13公里，沿周戶公路距戶縣45公里交通便利利于施工。通過以上可以看出，本地區(qū)壩址地質(zhì)構(gòu)造相對其他的河口來說較為不復(fù)雜，處理薄山梁的滑坡問題，處理工程量和難度小，河床地質(zhì)構(gòu)造利于壩基開挖，因此壩址選擇在黑河干流秦嶺峪口處金盤古河道上。32壩軸線選擇 壩軸線為原地質(zhì)勘探線，即西安市周至縣馬召鎮(zhèn)黑河干流秦嶺峪口處，壩軸線方向ne785634。壩軸線大致是將壩軸線右端上移了150m，左端保持不變。 壩址兩岸地形不完全對稱，為左陡右緩，左岸單寬山梁東嶺，與金盆古河道毗鄰，地形坡度50-55，右岸地形坡度40-50，直至黃石溝分水嶺，河床高程487m，寬64m，壩頂高程處河谷寬368m。該壩址中的f5、f20、f23、f37、f75斷層通過分水嶺，其中斷層f75、f37規(guī)模較大，破碎帶寬10m-20m，f5、f23次之，破碎帶寬3m-5m。斷層走向與巖層產(chǎn)狀一致，但其滲透性很小，斷層破碎帶單位吸根據(jù)室內(nèi)外巖石飽和抗壓強度rw指標(biāo)以及聲波試驗，從承載力條件的角度看，金盆壩址建基面的選擇是可行的。強風(fēng)化層波速1500m/s-2500m/s，彈性10萬t/m2-16t/m2,允許承載力10kg/cm2-15kg/cm2。弱風(fēng)化層波速3000m/s，彈模40萬t/m2，允許承載力20kg/cm2。壩基35m下為新鮮巖石，左岸地下水埋深70m左右，右岸地下水位埋深近80m。壩址基巖主要由片巖類組成，透水性較小且呈層狀分布。兩壩軸線各類巖石滲透性能統(tǒng)計結(jié)果見下表6-1：表61 壩軸線各類巖石滲透性能統(tǒng)計表分區(qū) 巖石名稱 指標(biāo)左岸壩基右岸綠泥石片巖云母石英片巖 鈣質(zhì)石英巖斷層破碎帶云母石英片巖斷層破碎帶綠泥石片巖云母石英片巖斷層破碎帶單位吸水量平均值0.130.020.5220.0290.06450.0960.1630.0940.152小值平均值0.040.0070.0180.0170.0430.0310.0540.0160.034大值平均值0.470.0721.530.0540.1450.2270.2720.150.325分類較嚴(yán)重透水微透水嚴(yán)重透水中等透水中等透水中等透水較嚴(yán)重透水中等透水較嚴(yán)重透水以上看出，兩壩軸線在水能利用、施工條件、地形條件及地質(zhì)條件上幾乎沒有區(qū)別，故壩軸線比較重點研究兩壩軸線在水工布置上、水流流態(tài)上及經(jīng)濟實用方面。壩軸線，天然河谷較窄，壩頂長度最短?；炷凉こ塘孔钍?，但為了確保有足夠的前沿寬度，需要向兩岸開挖，致使開挖量增加，左岸岸頂?shù)匦屋^高，上壩困難；壩軸線與水流流向有一定的角度，對建筑物的作用力不利，且建筑物泄流流態(tài)也不利。壩軸線河岸較平直有利于下泄水流銜接，壩長適中。左岸較緩，有利于布置上壩公路。通過以上可以看出，壩軸線選擇金盤河谷壩址處壩軸線。33壩型選擇331初步選擇 壩型選擇要根據(jù)地形條件、地質(zhì)條件、筑壩材料、施工條件、氣候條件及壩基處理等各種因素綜合進行比較，選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟上合理的壩型。(1)地質(zhì)條件：由于壩址河床覆蓋的是砂卵石，厚8m15m，如果修建混凝土壩，需要大量開挖，并相應(yīng)增加混凝土方量，且施工時排水困難，故不宜修建剛性壩。而適于修建土石壩。由于壩基砂卵石滲透系數(shù)為1.35101cm/s，透水性較強，如果修建均質(zhì)砂壩，壩基和壩體漏水較多，故也不宜修建均質(zhì)砂壩。(2)地形條件：右岸山巖較高，可開挖溢洪洞或溢洪道；左案有一單薄分水嶺，可開挖修建泄洪洞，最大埋深160m180m。(3)筑壩材料：砂礫石料場位于黒峪口大橋下800m5km的黑河漫灘上，儲量較大，但若修建混凝土面板壩，因其透水性不如堆石，宜受滲透壓力影響，需專門設(shè)置排水體，負責(zé)地震時，可能產(chǎn)生孔隙水壓力。故若修建面板壩，首先考慮混凝土面板堆石壩。(4)施工條件：該地區(qū)夏季會經(jīng)常出現(xiàn)雷陣雨，降雨強度大，雨后不能馬上施工，故不宜修建粘土均質(zhì)壩。粘土斜墻壩較粘土心墻壩施工干擾大、適應(yīng)變形能力差、抗震性能差，故不考慮粘土斜墻壩。332綜合分析該壩區(qū)宜修建粘土心墻壩或混凝土面板堆石壩，最終選擇那種壩型，還需作進一步比較分析。(1) 混凝土面板堆石壩比粘土心墻壩的壩坡穩(wěn)定性好。(2)防滲板位于堆石體上面，承受水壓力的性能好，壩體透水性比粘土心墻壩好，幾乎不受滲透水壓力的影響。(3)混凝土面板堆石壩比粘土心墻壩的抗震性能好、地震變形小，不因地震而產(chǎn)生孔隙水壓力。(4)混凝土面板堆石壩比粘土心墻壩的施工導(dǎo)流與度訊方便。(5)混凝土面板堆石壩比粘土心墻壩受氣候的影響較小。(6)混凝土面板堆石壩比粘土心墻壩施工干擾少。綜合考慮該壩型為：混凝土面板堆石壩。34樞紐布置黑河水利樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水及電系統(tǒng)三大部分組成（詳見設(shè)計附圖）。根據(jù)樞紐區(qū)的地形、地質(zhì)條件以及當(dāng)?shù)亟ㄖ牧戏植记闆r，結(jié)合水庫調(diào)洪、供水等要求，對各建筑物的布置情況簡述如下：攔河壩為面板堆石壩，最大壩高129.15m。單薄山梁防滲系統(tǒng)位于金盆東嶺和北嶺處，采用灌漿帷幕防滲，帷幕線全長1390m；泄洪洞布置于左岸，穿過單薄山梁，采用塔式深孔進水口、進水口堰頂高程540m,孔口尺寸10m10m，弧門控制，塔后接圓拱直墻型明流洞，出口接挑流鼻坎。溢洪洞布置在右岸，采用表孔溢流堰進水口，進口底板高程540m，孔口尺寸10m10m，弧門控制，閘室后接圓拱直墻型明流洞；引水洞布置在右岸，進口采用分層取水放水塔，塔后接洞徑3.5m壓力隧洞，出口與黑河引水渠道系統(tǒng)連接；電站布置在壩下游右岸，發(fā)電支洞與引水洞相接，利用城市供水和農(nóng)灌供水發(fā)電，電站尾水與引水洞出口明渠相接。35 溢洪洞設(shè)計351 簡述 溢洪洞位于大壩右岸，其主要任務(wù)是泄洪。溢洪洞在立面上采用“龍?zhí)ь^”的形式進行布置，洞身橫斷面為圓拱直墻型，斷面尺寸由1214.725m變?yōu)?011.5m。溢洪洞進口設(shè)溢流堰，堰頂高程為578.00，出口為495.07，總落差82.93m。洞身為園拱直墻型鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，厚度分別為1.0m和0.6m。設(shè)計洪水位593.73下泄流量q設(shè)=1492m3/s，校核洪水位599.36下泄流量q校=2361m3/s。洞內(nèi)最大單寬流量220m3/s，最大流速42.49m/s 。352 工程總體布置溢洪洞位于大壩右岸，斜穿右壩肩山體分水嶺。洞軸線與壩軸線相交于溢0+327.962 m處，洞軸線方位角北偏西1700，與壩軸線水平夾角84326。溢洪洞位于大壩右岸，由引渠段、控制段、平洞段、明渠段何出口消能段構(gòu)成，總長632.937m。 樁號0-004.509m以前為進口引渠段（護坦樁號為0-04.5090-045.970），底板高程572.00，樁號0-004.5090+030.301m為閘室段，屬開敞式表孔單孔閘，是溢洪洞的水流控制性建筑物。閘室段主要由溢流堰、疊梁檢修閘門、弧形工作閘門、液壓泵站、疊梁啟閉機排架以及疊梁門庫等組成。閘孔寬12 m，閘室進口底板高程572.00m，閘室末端高程474.974m，閘墻頂高程601.15m。溢流堰堰型采用wes標(biāo)準(zhǔn)剖面堰，堰頂高程578.00m。疊梁檢修閘門和弧形工作閘門設(shè)置在堰頂上。堰面曲線方程y=0.0.0474x1.85, 堰面曲線與下游1:1.4陡坡段相切于樁號0+011.804m。樁號溢0+011.804m0+091.390m為陡坡直線段，底坡比為1：1.4。樁號溢0+091.390m0+147.014m為反弧段，反弧半徑100.000m，圓心角34617，相應(yīng)洞底底板高程516.569m498.000 m.。樁號溢 0+147.014m0+447.014m為平洞段，底坡坡降i=1/40。 溢洪洞洞身段為無壓洞，橫截面為圓拱直墻型，洞高12m，洞寬12m，其中直墻高10m，頂拱半徑r=7.12m，圓心角=1145350。樁號溢0+447.014m0+547.014m為明槽段，明槽斷面形式為矩形。明槽段側(cè)墻最大高度14.6m，墻頂高程504.500m。樁號溢0+547.014m0+586.967m為挑流鼻坎段，挑流鼻坎反弧半徑為100m，圓心角為232556，坎頂高程495.07m，坎底齒墻最低高程為472.0m。挑射角22。樁號溢0+589.967m0+619.967m為下游護坦段。353 溢洪洞設(shè)計（1）定型設(shè)計水頭hd選擇通過調(diào)洪演算，溢流堰頂高程確定為578m，堰上定型設(shè)計水頭hdhmax(0.750.95)，堰上最大水頭hmax599.3657821.36取堰上定型設(shè)計水頭hd16m，是比較合理的。（2）確定堰面曲線根據(jù)規(guī)范及工程經(jīng)驗，堰頂上游采用三圓弧曲線，下游為冪曲線，如圖6-1所示。冪曲線方程為：故可得冪曲線方程為：（3） 剖面銜接計算直線段和堰面曲線切點xc、yc確定。 對求導(dǎo)得，直線段坡率為1：1.4，所以，由 ，可以得到xc=11.804,帶入冪曲線方程得yc=4.5576。圖61直線段和反弧段切點d、反弧圓心坐標(biāo)o及反弧與平洞段切點e的確定。初擬e點高程498m，即ye=80,平洞段底坡1：40，反弧半徑按(0.51.0)hmax確定, hmax=599.36-493.7=105.66,故初擬反弧半徑r=100m。各典型點坐標(biāo)計算示意圖見圖6-2。圖62根據(jù)幾何關(guān)系得：=80-100cos(atan0.025)=-19.969=-19.969+100cos(atan(1/1.4)=61.404由，=91.390=149.514=147.014平洞段出口與挑流鼻坎銜接計算如圖6-3所示，圖63以f點為基點，由幾何關(guān)系得：100sin(atan0.025)+100sin22=39.953m，100cos(atan0.025)-100cos22=7.248m。根據(jù)溢洪洞洞軸線處地質(zhì)縱剖面圖以及平洞段底坡i=0.025,擬定f點高程為488m，故可得g點高程為495.25m，滿足比下游最高水位593.7高12m得一般要求。354 平洞段水面線(1)計算校核工況反弧水深q=2361m3/s,堰前水深h=599.36-498=101.36m，堰前流速=7.191m/s,故=104.00m，由式（6-1）可算得反弧段水深： （ 6-1）反弧段水深h=4.69m，近似取平洞段起始斷面水為4.69m，計算平洞段水面線。(2)定性分析水面線形式平洞段底坡i=0.0250.1，不考慮底坡影響。m3/sm，流速不均勻系數(shù)取1.05，臨界水深為： m （6-2）正常水深由式（53）計算 （6-3）經(jīng)試算得，正常水深h0=9.17mhk ，為陡坡。在陡坡中，通常為急流，又hh0hk ,所以判斷水面曲線為s3型壅水曲線，進口處水深為控制水深，最后趨向于正常水深。（3）計算水面線平洞段水面線根據(jù)規(guī)范要求，采用分段求和法推算，以確定溢洪洞平洞段的斷面尺寸和直墻高度，分段求和法計算公式如式（6-4）： （6-4）式中：l1-2分段長度，m； h1、h2分段始末斷面水深m； m3 v1、v2分段始末斷面平均流速，m/s； 1、2流速分布不均勻系數(shù)，取1.05； 底坡角度； j糙率系數(shù)； i底坡。計算結(jié)果如表62，其中起始斷面為平洞起始斷面，即樁號溢0+147.014m，終止斷面為樁號溢0547.014m。表6-2 校核洪水工況溢洪洞平洞段水面線計算表 斷面h(m)a(m2)v(m/s)v2/2gesesrji-js(m)s(m)ha14.6956.2841.9689.7294.41-0.382.630.07-0.0407.4458.56324.756.441.8789.3494.04-3.682.640.069-0.048.5637.45586.934.857.640.9985.6590.45-3.462.670.065-0.0495.477.55589.5444.958.840.1682.1987.09-6.322.70.062-0.031857.655187.855.161.238.5875.8780.97-0.832.760.055-0.03372.87.85527.565.12861.53638.3775.0580.17-2.062.760.055-0.03400.07.883從表52可知，最大摻氣水深7.883m，按sl279200水工隧洞設(shè)計規(guī)范要求，在摻氣水面線以上的空間宜為斷面面積的1525，當(dāng)采用圓拱直墻形斷面時，水面線不宜超過直墻范圍?，F(xiàn)洞高12m，直墻高度為10.00m，洞寬12m，頂拱半徑r=7.12m，圓心角=1145350，經(jīng)計算最小凈空面積為35，滿足規(guī)范要求。655挑距和沖坑深度計算：水舌挑射距離按水舌外緣計算，其估算公式為 （6-5）式中 l水舌挑距，m； g重力加速度，9.81m/s2； v1坎頂水面流速，m/s，約為鼻坎處平均流速v的1.1倍； 挑射角度； h1坎頂平均水深h在鉛直向的投影，h1=hcos； h2坎頂至河床面的高程，m。鼻坎處平均水深近似取平洞段出口水深h=9.43m，挑射角按經(jīng)驗值取22，h1= hcos=8.74鼻坎處平均流速近似取平洞段出口流速，=20.86m/s，故v1=1.1v=22.95m/s，h2495.074878.07m，故 62.23 沖坑最大水墊深度按下式估算： 查表得k=1.21.5取 k=1.2，q236112196.75m2/s，z599.36-493.7105.66m，可求得t53.97m，尾水高度h=493.7-487=6.7m ，tk =t-h=47.26m。36 泄洪洞設(shè)計361 簡述 泄洪洞是金盆水利樞紐的主要泄洪建筑物之一。其主要任務(wù)是分擔(dān)泄洪和放空水庫。泄洪洞位于壩左岸，系利用導(dǎo)流洞改建而成。為降低工程造價，泄洪洞采取在平面上與導(dǎo)流洞為同一軸線，立面上錯開的布置形式，即以“龍?zhí)ь^”的形式與導(dǎo)流洞被利用段相結(jié)合形成泄洪洞。洞身橫斷面為1013m圓拱直墻型，襯砌厚度分別為1.0m、0.6m兩種。設(shè)計洪水位下泄流量q設(shè)=2490m3/s，校核洪水位下泄流量q校=2645m3/s。362工程總體布置 泄洪洞位于壩左岸，穿越單薄分水嶺。洞軸線與壩軸線相交于泄0+119.232 m處，洞軸線方位角北偏東3100，與壩軸線水平夾角475634。泄洪洞由引渠段、控制段、平洞段、明渠段和出口消能段構(gòu)成，總長 687.609m。樁號0-027.800m以前（護坦樁號為0-027.8000-056.573）為進口引渠段，用c25混凝土砌護。樁號0-027.8000+010.000m段為放水塔及閘室段，進口底板高程為540.0m，塔頂高程為601.15。放水塔塔頂601.15平臺與岸坡601.15m高程永久道路以寬4.8m鋼筋混凝土工作橋相連，橋長34.27m。放水塔進水喇叭口頂橢圓曲線方程為。長軸仰角按工程經(jīng)驗取12。塔內(nèi)設(shè)檢修平板鋼閘門及弧形工作鋼閘門各一扇，檢修平板鋼閘門孔口至弧形工作鋼閘門孔口間的頂板壓坡為1：5，壓坡水平長度為5m。進口形式見圖6-4?；⌒喂ぷ麂撻l門孔口尺寸為1010m，檢修平板鋼閘門孔口尺寸為1011m。樁號泄0+000.0000+062.500m洞底為拋物曲線，曲線方程為。樁號泄0+062.5092.514m段為斜洞段，其坡比為1：2。0+092.5140+122.069m段為反弧段，反弧半徑70.0m，圓心角250811。樁號泄0+122.069m0+572.069m為平洞段，底坡i=1/40，其中樁號泄0+540.000m以前約40m段由于左側(cè)山坡陡峻，右側(cè)山體較薄，巖石風(fēng)化強烈，成洞較為困難，存在偏壓，設(shè)計以混凝土貼坡予以加固處理。泄洪洞洞身為無壓明流洞，橫斷面為圓拱直墻型，洞寬10m，洞高13m。直墻高10.17m，頂拱半徑r=5.83m，圓心角=118421。出口洞臉正坡及側(cè)坡均為1：0.75，每15m高設(shè)一級馬道，馬道寬1.5m。樁號泄0+572.069m0+602.069m為明槽段，底坡i=1/40，斷面尺寸為1013m矩形槽。樁號泄0+602.069m0+631.036m為挑流鼻坎段，。鼻坎齒墻深入基巖，其底最低高程為472.0m。樁號泄0+631.036m0+661.036m為下游護坦段。圖64363泄洪洞設(shè)計計算（1）反弧半徑確定校核洪水時，泄洪洞最大泄流量q=2645m3/s，經(jīng)過閘門水深hc可按寬頂堰公式計算，h=e=100.742=7.42m,其中為垂直收縮系數(shù)，e為閘孔開度。故閘門后水流速,=72.19m,再由式（6-1）試算得=7.83m。按r=(610)初步擬定反弧半徑r=70。（2）直線堰面曲線切點xc、yc確定曲線方程為，直線段坡比為1：2，反弧半徑r70m，平洞段坡比為1：40根據(jù)幾何關(guān)系，可求得各點坐標(biāo)，計算示意圖如圖65。對求導(dǎo)得，直線段坡率為1：2.0，由 ，可以得到xc=62.5,帶入冪曲線方程得yc=15.625。（3）直線段和反弧段切點d、反弧圓心坐標(biāo)o及反弧與平洞段切點e的確定如圖65所示初擬e點高程502m，即ye=38,平洞段底坡1：40，根據(jù)幾何關(guān)系得：=38-70cos(atan0.025)=-31.978=-31.978+70cos(atan(1/2)=30.632圖65由，=92.514=123.818=122.069（4）平洞段出口與挑流鼻坎銜接計算如圖66所示：以f點為基點，由幾何關(guān)系得：100sin(atan0.025)+100sin22=39.953m，100cos(atan0.025)-100cos22=5.073m。根據(jù)泄洪洞洞軸線處地質(zhì)縱剖面圖以及平洞段底坡i=0.025,擬定f點高程為488m，故可得g點高程為495.07m，滿足比下游最高水位593.7高12m的一般要求。圖66364平洞段水面線（1）計算校核工況反弧水深q=2645m3/s,弧門后水深h=e100.7427.42m，流速m/s，故=110.19m,由式（51）可算得反弧段水深：反弧段水深h=6.16m，近似取平洞段起始斷面水為6.16m，計算平洞段水面線。（2）定性分析水面線形式平洞段底坡i=0.0250.1，不考慮底坡影響，m3/sm，流速不均勻系數(shù)取1.05，臨界水深為： m，由式（62）算出正常水深h0=9.17mhk ，為陡坡。在陡坡中，通常為急流，又hh0hk ,所以判斷水面曲線為s3型壅水曲線，進口處水深為控制水深，最后趨向于正常水深。（3）計算水面線平洞段水面線根據(jù)規(guī)范要求，采用分段求和法推算，以確定溢洪洞平洞段的斷面尺寸和襯砌高度，計算公式為式（61），計算成果見表63，其中其中起始斷面為平洞起始斷面，即樁號泄0+122.069m，終止斷面為樁號泄0+602.069m。 從表63可知，最大摻氣水深9.45m，按sl279200水工隧洞設(shè)計規(guī)范要求，在摻氣水面線以上的空間宜為斷面面積的1525，當(dāng)采用圓拱直墻形斷面時，水面線不宜超過直墻范圍?，F(xiàn)直墻高度為10.17m，洞寬10m，頂拱半徑r=5.83m，圓心角=118421，經(jīng)計算最小凈空面積為22.4，滿足規(guī)范要求。表53 校核洪水工況泄洪洞平洞段水面線計算表 斷面h(m)a(m2)v(m/s)v2/2gesesrji-js(m)s(m)ha16.1661.642.9493.98100.1-4.132.760.069-0.04208.80599.1826.36341.9989.8596.15-2.792.790.065-0.03899.188.94572.5236.46441.3387.0793.46-2.662.810.062-0.036171.79.04574.0446.56540.784.4190.91-2.542.830.06-0.034245.79.14575.756.66640.0881.8788.47-2.432.840.057-0.031321.49.24577.5166.76739.4879.4486.14-2.362.860.055-0.0293999.34581.1176.8026838.8977.0883.88-27.72.880.053-0.017480.09.447365 挑距和沖坑深度計算 水舌挑射距離按水舌外緣計算，其估算公式為式中 l水舌挑距，m； g重力加速度，9.81m/s2； v1坎頂水面流速，m/s，約為鼻坎處平均流速v的1.1倍； 挑射角度； h1坎頂平均水深h在鉛直向的投影，h1=hcos； h2坎頂至河床面的高程，m。鼻坎處平均水深近似取平洞段出口水深h=8.73m，挑角有工程類比經(jīng)驗和試驗成果取得=22。h1= hcos=8.09,鼻坎處平均流速近似取平洞段出口流速，=32.69/s，故v1=1.1v=36.78m/s，h2495.074878.07m，故 133.01 沖坑最大水墊深度按下式估算：查表得k=1.21.5取 k=1.2，q264510264.5m2/s，z599.36-493.7105.66m，可求得t62.57，尾水高度h=493.7-487=6.7m ，tk =t-h=55.87m。 四、 壩體設(shè)計41 壩頂高程411風(fēng)浪要素計算:壩址處多年平均最大風(fēng)速v為20m/s，水庫吹程d為630m。水庫正常蓄水位為594m，設(shè)計洪水位為593.94m，校核洪水位為599.36m，相應(yīng)的水庫水深h為106m、105.74m、111.36m。大壩設(shè)計級別為1級，計算正常工況下的風(fēng)浪要素時，風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速的2倍，即40m/s，計算非常工況時，風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速，即20m/s。 風(fēng)雍水面高度e按sl274-2001規(guī)范中的附a.1.10公式計算，綜合摩阻系數(shù)取3.610-6。波浪爬高r按按sl274-2001規(guī)范中的附a.1.12-1公式計算，風(fēng)浪要素計算結(jié)果列于表7-1。412壩頂高程計算根據(jù)碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范(sl274-2001)要求，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和應(yīng)按以下運用條件計算，取其最大值：1 設(shè)計洪水(593.94m)加正常運用情況的壩頂超高；2 正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高；3 校核洪水位(599.36m)加非常運用情況的壩頂超高；4 正常蓄水位（594m）加非常運用情況的壩頂超高，再加地震安全加高（按sl203-97水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范有關(guān)規(guī)定確定）。壩頂超高y為波浪爬高r、風(fēng)雍水面高度e、壩頂安全加高a三者之和，即:y=r+e+a按規(guī)范要求，其中壩頂安全加高a在正常運用情況下取1.5m，在非常運用情況下取0.7m。壩頂高程計算結(jié)果見表7-1。表 71 壩頂高程計算表工況計算風(fēng)速v風(fēng)壅高度e波浪爬高r安全加高(m)壩頂超高壩頂高程（m/s）(m)(m)正常運用非常運用地震涌浪（m）(m)正常運用正常洪水位400.001732.3821.53.88597.88非常運用設(shè)計洪水位400.001732.3821.53.88597.81非常運用校核洪水位200.000411.0920.71.79601.15正常運用+地震400.001732.3821.50.71.04.58599.58根據(jù)壩頂超高計算結(jié)果，取最大值，壩頂高程為601.15m，放浪墻頂高程602.55m，基礎(chǔ)埋于堆石體內(nèi)，與壩體緊密結(jié)合，形成完整的防風(fēng)浪體系，可防止庫水翻越壩頂，且壩頂高出設(shè)計洪水位7.21m，高出校核洪水位1.79m。因此，壩頂高程為601.15m可滿足運用要求。42 壩頂結(jié)構(gòu)及壩坡大壩主要由面板、趾板、及其接縫止水系統(tǒng)、大壩填筑體、壩頂放浪墻等組成，大壩上游設(shè)置鋪蓋。大壩壩頂高程為601.15m，頂寬12m，壩頂長453m。設(shè)計壩基最低開挖高程為472m，最大壩高為129.15m。壩頂鋪設(shè)混凝土路面，其下鋪設(shè)碎石墊層，壩頂面向下游測設(shè)斜坡，坡度3%。壩頂上游側(cè)設(shè)5.55m的l形防浪墻，墻頂高程602.55m，墻底高程597m。防浪墻上游側(cè)底部設(shè)置寬1.0m的小道，以利檢查行走。壩頂下游側(cè)設(shè)置0.5m高的擋墻，當(dāng)墻內(nèi)側(cè)底部設(shè)置0.2m0.2m的排水溝。大壩上游壩坡1：1.4；下游壩坡坡面1m厚范圍，采用干砌塊石護坡,下游壩坡1;1.4,高程575m、540m、525m、500m各設(shè)一馬道,馬道寬3m, 在下游壩坡設(shè)置“之”形貼坡式上壩公路，道路寬12m，貼坡坡比1：1.5。43壩面排水由于面板后堆石透水性好幾乎不受滲透力的影響，故可不設(shè)壩體排水，而只設(shè)壩面排水。壩軸向排水溝設(shè)于馬道內(nèi)側(cè)，尺寸為0.2m0.3m(深寬)，順坡向排水溝設(shè)置四道，其軸線分別為壩0+090.000、壩0+180.000m、壩0+270.000、壩0+360.000。排水溝均用漿砌石砌筑。上壩公路內(nèi)側(cè)也布置順路坡向皮排水溝，與壩軸向排水溝和順壩坡向排水溝相連構(gòu)成排水系統(tǒng)。壩面排水祥見圖7-1。圖7-1 壩面排水圖44 壩體分區(qū)與壩料設(shè)計大壩分為以下幾個主要填筑區(qū)。a區(qū)（細粉砂鋪蓋區(qū)）：水庫死水位520m，520m以上大壩面板和周邊縫在特殊情況下具備檢查處理的條件，因而粉細砂的頂高程523m，水平寬度3m。b區(qū)(蓋重區(qū))：采用建筑物開挖填筑。頂高程525m，頂寬15m，上游坡1:2.5。a(墊層區(qū))：墊層料位于面板下部，水平寬度4m,在上游45m范圍與基巖接觸部位鋪設(shè)2m厚墊層料。aa（特殊墊層區(qū)）：在周邊縫處設(shè)置特殊墊層區(qū)，端面近似梯形，最小厚度3m，頂寬3m，下游坡比1：1.4。a（過渡區(qū)）：水平寬度5m,等寬布置，為防止與岸坡接觸帶的填料架空，主堆石區(qū)與基礎(chǔ)接觸部位鋪設(shè)厚2m的過渡料。b（主堆石區(qū)）：位于壩軸線上游部位，主次堆石區(qū)的分界線自高程575m的壩軸線位置以向下游1：0.2的坡至河床。對于主堆石區(qū),堆石級配最大粒徑不得超過壓實層厚度和小于5mm顆粒含量不宜大于20%。c（次堆石區(qū)）：位于壩體下游510575m部位，與d區(qū)的分界線坡度為1:1.4。d（下游堆石區(qū)）：為了大壩排水通暢和下游壩坡穩(wěn)定，在次堆石區(qū)底部高程510m以下和壩體下游坡約10m范圍設(shè)置下游堆石區(qū)。下游壩坡坡面1m厚范圍，采用干砌塊石護坡。大壩各填筑料設(shè)計控制參數(shù)及碾壓參數(shù)見表6-2表72 大壩各區(qū)填筑料設(shè)計控制參數(shù)及碾壓參數(shù)見分區(qū)名稱干密度孔隙率級配要求碾壓參數(shù)dmax(mm)5mm0.1mm層厚(cm)遍數(shù)灑水量（%）碾重（t）aa小區(qū)40356051020a墊層區(qū)2.2517.080356047408適量18a過渡區(qū)2.2018.830054081518b主堆石區(qū)2.1819.680058081525c次堆石區(qū)2.1520.780058081025d下游堆石區(qū)2.1520.71200512082545 混凝土面板設(shè)計面板置于墊層上，墊層是面板的基礎(chǔ)，在澆筑面板之前，應(yīng)對墊層嚴(yán)格壓實，平整坡度與面板底坡一致，在其上噴一層砂漿，為面板提供良好的基礎(chǔ)。面板頂部厚度采用0.3m，頂高程597m,中間按直線變化t=0.3+0.0035h式中 t面板的厚度,m； h計算截面與高程597m間的垂直距離，m。河床底部面板最大厚度采用0.7m。面板只設(shè)垂直縫，不設(shè)水平縫，河床部位壓性縫間距16.0m，靠近左右壩肩張性縫間距8.0m。左岸設(shè)張性縫13條，右岸設(shè)張性縫10條，中部設(shè)壓性縫15條。兩岸垂直縫在距周邊縫法線方向1m內(nèi)，垂直于周邊縫布置。面板鋼筋穿過縫面。在高程540m以上，面板混凝土強度等級采用c25, 高程540m以下為c30?；炷量?jié)B等級w12，抗凍等級f200，極限拉伸不小于100106，坍落度47cm。采用高效多功能復(fù)合外加劑，摻級粉煤灰1525。面板布置單層雙向鋼筋，配筋率順坡向0.4，壩軸向為0.35?？拷苓吙p附近20m范圍內(nèi)面板布置加強鋼筋。 46 趾板采用平趾板型式，趾板線由面板底面與趾板下游面的交線控制。趾板在高程565m以下寬8m，下游為滿足水力梯度要求增設(shè)防滲板（厚50cm），高程565m以上趾板寬6m，趾板厚1m。趾板表面配單層雙向筋，配筋率為0.35，保護層厚度10cm，周邊縫附近的保護層厚度20cm。防滲板上部布置單層雙向鋼筋，配筋率0.35。趾板設(shè)置錨筋，錨入基巖5m，間距1.5m1.5m,頂端設(shè)彎鉤與趾板鋼筋網(wǎng)聯(lián)結(jié)，如圖7-2所示。 圖7-247 分縫和止水設(shè)計面板共設(shè)垂直縫38條，分張性縫縫和壓性垂直縫兩種。張性垂直縫間距8m，左側(cè)岸坡13條，右側(cè)岸坡10條；壓性垂直縫間距16m,共15條。趾板與面板之間，面板與防浪墻之間，均設(shè)置周邊縫。為方便趾板施工，趾板設(shè)計為連續(xù)趾板，但要求施工分序條塊澆注。周邊縫設(shè)置三道止水：底部設(shè)一道f形止水銅片，下設(shè)瀝青砂漿