電站溢流壩段設(shè)計(jì)

1、4 溢流壩段設(shè)計(jì)4.1 孔口設(shè)計(jì) 泄水方式的選擇：為使水庫有較好的超泄能力，結(jié)合本工程實(shí)際情況，采用開敞式孔口溢流。 洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定：本次設(shè)計(jì)的主要建筑物級別為3級，根據(jù)規(guī)范水利水電樞紐等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)查山區(qū)、丘陵區(qū)水利工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)，采用50年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，500年一遇的洪水校核。 流量的確定：由基本資料可知，設(shè)計(jì)洪水情況下，溢流壩的下泄流量為8640；校核洪水情況下，溢流壩的下泄流量為11840。 單寬流量的選擇：壩址處基巖比較堅(jiān)硬完整，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，單寬流量取120。 孔口凈寬的擬定：分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下溢洪道所需孔口寬度，計(jì)算成果如下：根據(jù)公式B=

2、Q/qB=8640/120=72m根據(jù)以上計(jì)算，取每孔凈寬b=16m，孔數(shù)=5，則實(shí)際溢流壩孔口凈寬為80m， 溢流壩段總長度（溢流孔口的總寬度）的確定：根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)擬定閘墩的厚度為：中墩厚4m，邊墩厚3m；則溢流壩段的總長度為: 堰頂高程的確定：由堰流公式： 式中：Q流量 淹沒系數(shù)。不淹沒時取1.0 m流量系數(shù)。 側(cè)搜索系數(shù)。n孔數(shù)b單孔凈寬擬定側(cè)收縮系數(shù)0.92，流量系數(shù)0.502，因?yàn)檫^堰水流為自由出流，故1，c=1.0，由堰流公式：，計(jì)算堰上水頭，再計(jì)算堰頂高程，如表4-1所示。表4-1 堰頂高程計(jì)算表格計(jì)算情況水位（m）流量（m3/s）側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬（m）堰上水頭（m）

3、堰頂高程（m）設(shè)計(jì)情況131.8386400.920.5028014.1117.73校核情況135.82118400.920.5028017.4118.42所以，堰頂高程取117.73m。 閘門高度的確定，計(jì)算如下：門高正常蓄水位堰頂高程(0.10.2)130-117.73+0.1=12.37m ，查規(guī)范取門高為13m。 定型設(shè)計(jì)水頭的確定：堰上最大水頭校核洪水位堰頂高程135.82-117.73=18.09，定型設(shè)計(jì)水頭(75%95%)13.5717.19m取16.3m, /=16.3/18.09=0.91經(jīng)查表4-2可知，壩面最大負(fù)壓0.182.9m，小于混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范最大負(fù)壓不超過

4、36水柱高度，符合要求。表4-2 堰面可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓0.750.7750.80.8950.8750.90.951最大負(fù)壓0.50.450.40.350.250.20.10 泄流能力校核：先由水力學(xué)公式計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，然后計(jì)算不同作用下的流量系數(shù)，根據(jù)已知條件，采用堰流公式 (4-1)來校核堰的泄流能力，計(jì)算結(jié)果見表4-3：根據(jù)水力學(xué)查得；m=0.49， 的取值是由水力學(xué)公式 （4-2）計(jì)算得到， =1-0.2+(n-1)/(nb) (4-2)表 4-3 孔口泄流能力校核計(jì)算情況流量Q(/s)側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬（m）堰上水頭（m）流量Q（/s）Q-QQ100%設(shè)計(jì)情況86400.9

5、20.498014.184532.1%5%校核情況118400.890.5078018.09122963.8%5%由計(jì)算結(jié)果知：孔口的泄流能力滿足要求。4.2 消能防沖設(shè)計(jì)通過溢流壩頂下泄的水流，具有很大能量，所以要采取有效的消能措施，保護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計(jì)的原則：消能效果好，結(jié)構(gòu)可靠，防止空蝕和磨蝕，以保證壩體和有關(guān)建筑物的安全。設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)壩址地形，地質(zhì)條件，樞紐布置，壩高、下泄流量等綜合考慮。消能設(shè)計(jì)的原則是：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，以及與空氣的摩擦上，且不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷，使下泄水流平順；結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠和工程量較少。溢流壩常用

6、的消能方式是：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能。挑流消能：利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄的急流拋向空中，然后落入離建筑物較遠(yuǎn)的河床，與下游水流相銜接的消能方式。挑流消能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置，范圍和流量分布對尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，施工、維修方便，耗資少，但對下游沖刷嚴(yán)重，堆積物較多，尾水波動與霧化都比較大，挑流消能使用于基巖比較堅(jiān)硬的中、高水頭各類建筑物，是一種應(yīng)用非常廣泛的消能方式。底流消能：通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多余動能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面漩滾與底部主流之間的強(qiáng)烈紊動、剪切和摻混作用。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)

7、定、消能效果較好、對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小等優(yōu)點(diǎn)，多用于中低水頭。但護(hù)坦較長、土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價較高。面流式消能：利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成反向漩滾，使主流與河床隔開。主流在逐漸擴(kuò)散而消能，反向漩滾也消除部分能量。反向漩滾流速較低且沿河床流向壩址，河床一般無需加固。但需注意防止水流裹夾石塊，磨蝕壩址地基。面流消能適用于下游尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅不大，或有排水，漂木要求的情況。消力戽消能：消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生漩滾，經(jīng)鼻坎將高速的水流挑至表面，其流態(tài)如所示。戽內(nèi)的漩滾可以消耗大量的能量，因高速水

8、股在表面，也減輕了對河床的沖刷。消力戽適用于尾水較深（大于躍后水深）且變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸抗沖能力較強(qiáng)的情況。高速水流在表面，不需做護(hù)坦，但水面波動較大，其缺點(diǎn)與面流消能工相同。綜合上述幾種消能方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，選擇消力戽消能。圖4.1 消力戽消能1- 戽內(nèi)漩滾； 2-戽后底部漩滾； 3-下游表面漩滾； 4-戽后涌浪消力戽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定反弧半徑，戽坎高度和挑射角度。要求做到：既要防止下游水位過低時出現(xiàn)自由挑流，造成嚴(yán)重沖刷，也要避免下游水面過高，淹沒太大時，急流潛入河底淘刷壩腳。初擬尺寸參考下述經(jīng)驗(yàn)：4.2.1挑射角目前興建的工程，大多數(shù)采用挑角，少數(shù)

9、采用“”。試驗(yàn)表明，過去認(rèn)為挑角為最優(yōu)的是不完全恰當(dāng)?shù)?。雖然挑角大，下游水位適應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定戽流的范圍增大；但是大的挑角將造成高的涌浪，使下游產(chǎn)生過大的水面波動和對兩岸的沖刷，同時過大的挑角，也造成過深的沖刷坑。但挑角過小，則戽內(nèi)表面漩滾易“沖出”戽外，并易出現(xiàn)潛底戽流。因此，根據(jù)具體情況，采用挑角=。4.2.2反弧半徑R一般來講，消力戽底反弧半徑R越大，壩上水流的出流條件越好，同時增加戽內(nèi)漩滾水體，對消能也有利；但當(dāng)R大于某一值時，R的增大對出流狀況的影響并不大。R的選擇流能比有關(guān)，一般選擇為H/R=2.18.4。本設(shè)計(jì)中選擇H/R=5，而式中H=28m，因此得到R=4m。4.2.3戽唇高度a為

10、防止泥沙入戽，戽唇應(yīng)高于河床，對于戽端無切線延長時，有a=R(1-cos)，因此得到a=1.2m。4.2.4戽底高程Z0戽底高程一般取與下游河床同高，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是以保證在各級下游水位條件下均能發(fā)生穩(wěn)定的戽流為原則。戽底太高，容易發(fā)生挑流流態(tài)；戽底太低，雖能保證戽流流態(tài)產(chǎn)生，但降低過多，挖方量增多。因此，戽底高程的確定，需將流態(tài)要求和工程量的大小一并考慮，取Z0=102m，與下有河床一樣高。4.3 溢流壩的剖面設(shè)計(jì)溢流壩基本剖面為三角形，一般其上游面為鉛面直面或折線面，溢流面由頂部曲線、底部反孤段兩部分組成。 見圖4.2所示。 XY3 2圖4.2 溢流壩剖面1-頂部曲線段 2-反弧段 3-切點(diǎn)

11、4-基本斷面 5-溢流水舌4.3.1 上游側(cè)曲線確定上游側(cè)采用橢圓曲線，其方程為： （4-6）其中定型設(shè)計(jì)水頭=16.3m，按閘門布置要求，取，b=a/(0.87+3a)=0.17，橢圓方程為： =1 （4-7）4.3.2 堰頂下游段堰面曲線確定曲線采用冪曲線： （4-8）式中 Hd 定型設(shè)計(jì)水頭，此處為16.3m； k,n 與上游面的傾斜度有關(guān)的參數(shù)； x,y 為以堰頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x以向下游為正，y以向下為正；因上游面鉛直，所以n=1.85 , k=2.0 ; 所以 即y=0.0467按上式算得的坐標(biāo)值如下表44：表4-5 O點(diǎn)下游曲線坐標(biāo)值（m）x12345678Y0.04670.168

12、0.3570.6070.9181.2861.7102.189x910111213141516Y2.7223.3083.9464.6355.3756.1657.0047.892根據(jù)表中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OC。4.3.3 反弧段確定反弧曲線的上端與上游冪曲線相切于D點(diǎn)，下游與河床相切于E點(diǎn)，D點(diǎn)、E點(diǎn)及反弧段曲線圓心O點(diǎn)的坐標(biāo)，可用作圖法確定。即切點(diǎn)D（22.02，14.22）,圓心（25.15，11.73），E(25.15，15.73)4.3.4 壩基寬度B的計(jì)算附加上鼻坎厚度1.2m,則整個壩基寬度為： B=25.15+1.2+40.707+4.9=34.1m 圖4.3 溢流壩剖面示意圖4

13、.4閘門與啟閉設(shè)備的選型 目前工程中應(yīng)用比較廣泛的有平面閘門和弧形閘門。 弧形閘門和平面直開閘門均為方案選擇中優(yōu)先考慮的門型，弧形閘門的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)：可封閉相當(dāng)大面積的孔口。 所需要高度和厚度較小。 沒有影響水流流態(tài)的門槽。 所需啟閉力較小。缺點(diǎn)：需要較長的閘墩。 閘門所占空間位置較大。 不能提出孔以外進(jìn)行檢修維護(hù)，不能在孔口間互換。 閘門所承受總水壓力集中于支座處，對土建結(jié)構(gòu)不利。平面閘門是使用廣泛的一種門型，因?yàn)樗軡M足各種類型泄水孔道的需要，它的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)：門葉可以移出出口便于檢修閘門。 所占順?biāo)鞣较虻目臻g尺寸較小。門葉可以在孔口之間互換，故在孔數(shù)較多時，可兼做事故閘門和

14、檢修閘門。對移動式啟閉機(jī)的適應(yīng)性較好。 閘門所占空間位置較小。缺點(diǎn)：由于門槽的存在，特別是深孔平面閘門，會影響流道的平滑，容易引起空蝕破壞。 閘門啟閉力較弧形閘門大，需用較大的啟閉機(jī)。 對于露頂閘門，由于泄水時，閘門底部需高出最高水位，故工作橋排架較高。 結(jié)合本設(shè)計(jì)的具體情況，故選用弧形閘門，采用頂露頂式弧形閘門作為工作閘門，選用平面閘門作為檢修閘門。4.4.1 閘門的布置1、工作閘門的布置參見水工鋼閘門設(shè)計(jì)中，在露頂式閘門中，弧形板曲率半徑與門高的比值一般取 （1.01.5）H，支鉸位置布置在過流時不受水流及漂浮物沖擊的高程上，支鉸可設(shè)在堰頂以上（0.50.75）H 。 已知閘門高H=13m

15、 則：R=（1.01.5）H =（1319.5）m 所以取值為R =16m 。h=（0.500.75）H =（6.59.8） m 所以取值為 h= 8 m 。支鉸位置布置在高程為：117.73m+8m=125.73m處。2檢修閘門的布置檢修閘門為平面閘門，布置在工作閘門上游2m處。閘門槽寬度取80cm，深度取50cm。為了方便檢修閘門的啟閉和移動，在溢流壩檢修閘門頂部設(shè)置便橋，布置移動式啟閉機(jī)。4.4.2 閘門自重的估算 計(jì)算公式參照水工鋼結(jié)構(gòu)附錄十一。露頂式弧形閘門：當(dāng)， （4-16） 當(dāng)， （4-17） 式中： 、閘門孔口高度和寬度,m；設(shè)計(jì)水頭,m；材料系數(shù)：閘門用低合金鋼時，=0.8，

16、閘門用普通碳素鋼時，=1.0；孔口寬度系數(shù)：當(dāng)m時,=0.29；當(dāng) 時，=0.472；當(dāng) 時, =0.075；當(dāng)m時, =0.105 ；已知：閘門孔口高度H=13m，閘門孔口寬度B=16m，設(shè)計(jì)水頭， =0.75，采用普通碳素鋼，=1.0 ，故： =0.0751.016.39.81 =1274KN4.4.3 啟閉設(shè)備的選擇在本設(shè)計(jì)中，弧形閘門采用固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī) ，因?yàn)楣潭ㄊ骄頁P(yáng)啟閉機(jī)在啟閉和揚(yáng)程方面有寬廣的使用范圍，其主要靠自重、水柱或其它加重方式關(guān)閉孔口閘門和要求在短時間內(nèi)全部開啟的閘門，另外固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)可增設(shè)飛擺調(diào)速器裝置，閉門速度快。因此，廣泛應(yīng)用于弧形閘門和平面閘門上。 參照閘門

17、與啟閉設(shè)備，面板為弧形且其圓心就是鉸心的弧形閘門，啟門力按下式計(jì)算： (噸) （4-18）閉門力按下式計(jì)算： (噸) （4-19）如果計(jì)算出的值為負(fù)值，則可依靠閘門的自重關(guān)閉；若為正值，則需要考慮加重；也可采用施加壓力的螺桿式或油壓式啟閉機(jī)。 鉸軸的摩擦阻力（噸）公式為： （4-20） 止水的摩擦阻力（噸）公式為： （4-21） 上式中：啟閉力作用點(diǎn)對鉸心的力臂，m ； 作用在閘門上總水壓力； 軸與軸套的滑動摩擦系數(shù)，與平面閘門滾輪用的相同，（銅合金軸套對鋼軸為0.3，膠木軸套對鋼軸為0.15），本設(shè)計(jì)去0.15；止水與止水座的話頂摩擦系數(shù)（橡皮對鋼板為0.5，橡皮對水泥砂漿面或磨石子面為0.

18、70）.本設(shè)計(jì)取0.5止水摩擦阻力（噸），與平面閘門的計(jì)算相同；鉸軸的摩擦阻力（噸）；作用在止水上的水壓力（噸），可從側(cè)止水和頂止水的總長度乘以止水橡皮作用的寬度，再乘以平均水壓力得出；鉸軸的半徑，m；止水作用力對鉸心的力臂，m ；閘門重心處對鉸心的力臂，m ；需按設(shè)計(jì)圖紙算出的閘門重心位置求出，初估時可以采用（為閘門面板弧面的半徑）摩擦阻力的安全系數(shù)，一般取1.2；計(jì)算閉門力用的門重修正系數(shù)，一般取0.9；計(jì)算啟門力和持住力用的門重修正系數(shù)，一般取1.1。 已知：R=16m ，取 ， ， ，=15.8m ，=13m，圖4.4 弧門受力圖每側(cè)止水寬度取6cm ，側(cè)止水受壓長度11m ，底止水受

19、壓長度15m 則：作用在閘門上的總水壓力： P=0.51016.316.316=21248KN鉸軸的摩擦阻力公式為： （4-15）采用膠木套軸對鋼軸 或0.5 KN止水摩擦阻力公式為： = 0.151328=199KN 則： 閘門當(dāng)寬高比大于1.0時啟閉機(jī)宜采用雙吊點(diǎn)。因15/111故采用雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)。查閘門與啟閉設(shè)備選用QPK2200/2100-10/14型,自重為44500Kg。圖4.5 啟閉機(jī)4.5 交通橋、工作橋的設(shè)計(jì)4.5.1 交通橋設(shè)計(jì)1目前，溢流壩頂設(shè)計(jì)中常受到閘門尺寸及啟閉設(shè)備的限制。溢流壩段單孔的寬度一般都不太大，所以壩頂公路橋都屬于中、小跨度結(jié)構(gòu)，多采用拱式橋或預(yù)制裝配式梁

20、式橋。拱橋的特點(diǎn)：能充分發(fā)揮材料的性能，節(jié)約鋼材，其缺點(diǎn)是施工不如板梁方便，由于施工程序較多，安排不當(dāng)會干擾閘室的施工。預(yù)制裝配式梁式橋的特點(diǎn)：制造和安排方便，架好后就可以作為臨時交通以利于閘室的施工；其建筑高度小，又可以浸水，所以在鋼材供應(yīng)不是太困難的情況下常被采用。根據(jù)以上特點(diǎn)，選用預(yù)制裝配式梁式橋。2壩頂公路橋的布置：?？紤]以下因素：（1）閘室底板的地基應(yīng)力分布，一般情況下，公路橋布置在閘門的下游面。（2）閘門形式才用弧形式閘門的，閘門下游的閘室空間大，可將公路布置在其下游側(cè)。（3）與兩岸的連接，若兩岸的公路路面較低時，為避免車輛通過橋爬高，宜將公路橋就低布置。（4）橋梁在布置時，應(yīng)注意

21、要留有一定的橋下凈空，梁式橋橋上凈空要求梁底高出設(shè)計(jì)水位（包括壅高和浪高）0.5米以上，若有流冰，則應(yīng)高出流冰面0.75米。公路橋的橋面總寬6 m，凈寬4m，每邊設(shè)1m寬的人行道. 公路橋頂部構(gòu)造的底面高程，根據(jù)上述的橋下凈空確定，公路橋面高程由上部構(gòu)造的底面高程加上部構(gòu)造的建筑高度確定，同時也應(yīng)該考慮非溢流壩段的頂部高程。設(shè)定公路橋的頂部高程為136.82 m 。公路橋由2根預(yù)制的“T”型梁裝配而成，梁高為跨度的1/81/10，梁肋寬約為梁高的1/2.51/4，按照以上要求（公路橋單孔凈跨16米）確定：梁高： 取梁肋寬：（1/2.51/4）2=0.50.8m， 取b=50cm 。梁板的厚度為

22、20cm，梁板寬度為3m梁肋截面尺寸為0.50.6m 。公路橋放在閘墩尾部，考慮不影響弧形閘門和墩的美觀而距墩尾圓弧頭部1.5m 。具體尺寸見下圖：（單位：厘米）圖4.6 公路橋梁簡圖4.5.2 工作橋的設(shè)計(jì)由于工作橋供設(shè)置啟閉機(jī)和管理操作之用，因而橋的位置是由啟閉機(jī)設(shè)備、閘門類型及布置和啟閉方式而定。橋的高度必須保證閘門開啟不影響泄放流量，同時要有利于將閘門從孔口中取出檢修。由于閘墩的高程能夠滿足上述要求，可以把工作橋直接放在閘墩上。 （1）工作橋梁的設(shè)計(jì)工作橋采用鋼筋混凝土板梁式結(jié)構(gòu)。工作橋設(shè)置兩根縱梁，采用T形截面梁。工作橋支承排架位于136.82139.82高程，放在閘墩上，根據(jù)其構(gòu)造

23、設(shè)計(jì)和運(yùn)用要求，定總高為1.0m，總寬為3.7m，凈跨度為2.5m，斷面尺寸按根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，擬定bh=0.6m0.6m。工作橋頂部高程為140.82m，總寬4m ，梁高1m ，梁肋寬50cm。按布置時滿足檢修閘門啟吊和孔口之間的移動，兩根連續(xù)梁中心線與排架中心線不重合，而向下游偏離0.16m。布置時排架中心線，按啟閉弧形閘門要求，距閘墩中心線的距離為6.55m。工作橋縱梁翼板厚度，在懸臂梁外緣因要做欄桿其厚度不小于7 cm；懸臂梁根部梁肋不小于12 cm；懸臂寬度為4070 cm。初步擬定懸臂外緣為15 cm，梁肋根部為30 cm，懸臂寬度為70 cm。為保證兩根縱梁的可靠連結(jié)，在啟閉機(jī)下面設(shè)

24、置橫梁。在每個機(jī)座下面布置兩條橫梁，每條橫梁中線基本與啟閉機(jī)腳螺栓排列的行線相一致，橫梁高度可取縱梁的2/33/4，一般取4050 cm，橫梁寬度不小于18 cm，一般取20 25 cm。初步擬定橫梁尺寸3040 cm。檢修閘門啟閉機(jī)的支承立柱是標(biāo)號為150#的鋼筋混凝土制成，位于136.82140.82m高程，置于閘墩上，立柱斷面尺寸為，上部為牛腿形式，立柱底部中心線距閘墩邊緣距離為2.3m。具體尺寸見下圖4.7。 圖4.7工作橋梁簡圖（2）工作橋排架的設(shè)計(jì)將其直接放在閘墩上面，高程為136.82+3=139.82m。橫梁截面尺寸6060 cm，縱梁尺寸6060cm。按一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算

25、，布置時，排架中心線按啟閉弧形閘門要求，距閘墩中心線的距離為6.55m。具體尺寸見下圖4.8。圖4.8工作橋排架簡圖4.6 閘墩及導(dǎo)水墻的設(shè)計(jì)4.6.1 閘墩的設(shè)計(jì)閘墩承受閘門傳來的水壓力，也是壩頂橋梁的支撐。閘墩的基本形狀，在上游端應(yīng)使水流平順，減少孔口水流的側(cè)收縮；下游端應(yīng)減小墩后水流的水冠和沖擊波。在本設(shè)計(jì)閘墩采用半圓形。閘墩的厚度與閘門的形式有關(guān)。采用弧型閘門時，不需要閘門槽，而在閘墩上加設(shè)牛腿，以支承閘門的臂力。工作閘門采用弧形閘門，閘墩的最小厚度為1.52.0，所以擬定中墩的厚度為3，邊墩的厚度為3。工作閘門前設(shè)置檢修閘門。閘墩的長度和高度，應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機(jī)械

26、的要求。根據(jù)以上要求擬定閘墩長度24，高程136.82。4.6.2 導(dǎo)水墻的設(shè)計(jì)邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻。其的長度為：當(dāng)挑流消能時，導(dǎo)水墻延伸到鼻坎末端；當(dāng)?shù)琢飨軙r，導(dǎo)水墻延伸到消力池護(hù)坦末端；高度：墻頂應(yīng)高出摻氣后水深的0.51.5，本設(shè)計(jì)采用的是挑流消能，故導(dǎo)水墻延伸至鼻坎末端；由混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范摻氣后水深的估算公式為： （4-22）式中：摻氣前的水深，； 摻氣后的水深，； 摻氣前計(jì)算斷面上的平均流速，/s； 修正系數(shù)，一般為1.0s/m1.4s/m,視流速和斷面收縮情況而定，當(dāng)流速大于20m/s時，宜采用較大值，此處取1.0。 已知：在摻氣前，=21.4m/s 因?yàn)?所以 m 則 =

27、因此導(dǎo)水墻高度為：4.37+1=5.37m,取5.4m。其結(jié)構(gòu)形式為，端部為固定在壩體內(nèi)的的懸臂混凝土結(jié)構(gòu)，壩體下游的導(dǎo)水墻采用重力式結(jié)構(gòu)，墻頂面寬0.5m，邊閘墩末導(dǎo)水墻頂和鼻坎處導(dǎo)水墻連接坡度取1：0.7。4.7 溢流壩段穩(wěn)定驗(yàn)算沿壩軸線取19m（相鄰兩縫墩中心線間的距離）計(jì)算時按以下工況考慮：工況：校核洪水位時，閘門全開情況下，水壓力、自重等荷載對壩基截面的作用力。工況：設(shè)計(jì)洪水水位，閘門全開情況下，水壓力、自重等荷載對壩基截面的作用力。 圖4.9 溢流壩分塊計(jì)算示意圖4.7.1自重的計(jì)算在荷載圖上，橫截面為1/4橢圓形，查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊求圖形的面積和形心。如圖4.10所示。面積：m2

28、形心：=0.576h=0.5764.9 =2.8m=10.82416=4147kN =（17.05-2.8）4147=59095kNm 圖4.104.7.2自重的計(jì)算冪曲線所包含的面積用積分進(jìn)行計(jì)算，算到閘墩末為止。圖中陰影以外面積:m2陰影部分面積14.2222.02-110=203 m2 =2032416=77952kN自重產(chǎn)生的彎矩：先求出陰影以外部分的面積矩 kNm則陰影內(nèi)這部分面積形心矩坐標(biāo)O的水平距離為：故彎矩77952（17.05-4.9-8.1）=315707kNm4.7.3 自重、的計(jì)算=（14.22-2.8）4.92416=21488KNS=17.05-4.9/2=14.6

29、m2148814.6=313725 kNm=34.1(117.73-94-15.73)2416=104755KNS=0m0 kNm4.7.4 自重、的計(jì)算 圓方程 ， 即： 陰影部分面積: 圖4.12 當(dāng)=4m、=3.13m時，=1.4當(dāng)=4m、=2.8m時，=1面積矩 當(dāng)=4m、=3.13m時，=3.4當(dāng)=4m、=2.8m時，=2.1 重心距Oy軸距離 當(dāng)=3.13m時， m當(dāng)=2.8m時， m故 ： KN =63810.62=6775 kNm12419=456 KN =45615.15=6908 kNm4.7.5 自重的計(jì)算=0.51.21.22416=276 KN276（17.05-1.

30、22/3）=4485 kNm4.7.6 弧形閘門自重及彎矩的計(jì)算=1274KNS=17.05-4.9-1.1=11.05m=11.051274=14078 kNm4.7.7 啟閉機(jī)自重及彎矩的計(jì)算=44500KNS=6.55+6.35-0.16=12.74m=4450012.74=566930kNm4.7.8交通橋自重及彎矩的計(jì)算=2（3.00.2+0.51.8）2419=1368KNS=12-6.55-1.5-1.5-3=-0.55m=0.551368=752KNM。4.7.9閘墩重的計(jì)算W=（3.14+203）(136.82-108.9) 24=44939kN對截面形心力臂：s=6.55

31、m所以： M=449396.55=294350kNm4.7.10工作橋重的計(jì)算： （1）板重：W=0.155+0.58+0.50+0.5(0.58+0.8+20.5) 2419=497kN 力臂：6.35+6.55-0.16=12.74 m M=49712.74=6332kNm （2）梁重：W=20.50.72419=319kN 力臂：6.35+6.55-0.16+0.11=12.85 m M=12.85319=4099kNm （3） 排架重：W=(23+2.5)24=73.44 kN 力臂：6.33+6.55=12.9 m M=12.973.44=947kNm（4）立柱：W=0.70.64+

32、0.5(0.6+0.9) 0.3 24=44kN力臂：6.55+12-2.0-0.34=16.21mM=16.2144=713kNm4.8 校核洪水位時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+動水壓力（2）荷載組合計(jì)算：包括壩體自重，靜水壓力、揚(yáng)壓力、動水壓力、水平泥沙壓力。具體計(jì)算見荷載計(jì)算表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表 。校核洪水位時動水壓力的計(jì)算反弧段平均流速：式中：堰面流速系數(shù)，取=0.913；上游水位至反弧鼻坎的高差，即m因此：m/s單寬流量：m3/s根據(jù)水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范9.3.2：溢流壩泄水建筑物反弧段上離心力的水平及垂直分力代

33、表值可按下式計(jì)算： （4-16） （4-17）式中：單位寬度上離心力的水平分力代表值（N/ m）；單位寬度上離心力的垂直分力代表值（N/ m）；、=51.5，=45。所以：水平動水壓力： = =5024KN垂直動水壓力： = =83168kN反弧中心角 =反弧最低點(diǎn)高程為：102 m。力臂：=844(48.2545)=8m =17.05445（48.2545）1.2=12.8m 力矩：=50248=40192kNm=8316812.8=1064550kNm 表3-1 荷載作用的分項(xiàng)系數(shù)序號作用類別分項(xiàng)系數(shù)1自重1.02靜水壓力1.03動水壓力1.14滲透壓力1.25浮托力1.06泥沙壓力1.2

34、7浪壓力1.28機(jī)械自重1.09工作橋自重1.010閘墩自重1.0 表4-4 溢流壩荷載計(jì)算表溢流壩荷載計(jì)算表荷載垂直力(KN,標(biāo)準(zhǔn)值)垂直力(KN，設(shè)計(jì)值)對壩底中點(diǎn)力臂（m）力矩（kNm）計(jì)算值+-壩體自重G1（1.0）4147414714.2559095G2（1.0）77952779524.05315705G3（1.0）214882148814.6313725G4（1.0）10475510475500 G5（1.0）63863810.626775G6（1.0）45645615.156908G7（1.0）27627616.25 4485弧形門G8（1.0）1274127411.051407

35、8啟閉機(jī)G9（1.0）445004450012.74566930交通橋G10（1.0）136813680.55752閘墩G12（1.0）44939449396.55294350梁G11（1.0）31931912.854099面板G13（1.0）49749712.746332梁G14（1.0）31931912.854099立柱G15（1.0）242.70242.701.82 441.71 排架G16（1.073.4473.4412.9947合計(jì)3020910.00 3020910.00 157980118878總計(jì)3020913020911560923表4-6 溢流壩壩基面荷載計(jì)算表(校核洪水位

36、)壩基面（104m），偶然組合（校核洪水位）荷載垂直力(kN)（標(biāo)準(zhǔn)值）垂直力(kN)（設(shè)計(jì)值）水平力(kN)（標(biāo)準(zhǔn)值）水平力(kN)（設(shè)計(jì)值）力臂（m）力矩（kNm）+-自重G13020913020911560923 上游上平水壓力P116368516368513.942281774下游水平水壓力P281456814569.8798269水平動水壓力Px502455268.040192豎直動水壓力Py831689148512.81064550水重Q1141831418314.6207072泥沙壓力Pns2125.2121揚(yáng)壓力U19985 998500U24485382.02 905U386

37、10314.31230U425931115.23931合計(jì)399442107784077591093716370686480163710.28698226064563352411總計(jì)3886643968227722676728.2-745955 壩基面強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算（高程104m，偶然組合） 壩體抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算 計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)：=76728.2KN 計(jì)算抗力函數(shù)則抗剪摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值： =1.1/1.3=0.85粘聚力設(shè)計(jì)值: =1050/3.0=350kpa=396822kN =648m2 =0.85396822+ 350648=564099kpa 穩(wěn)定性驗(yàn)算：對于偶然組合，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=0.

38、85，結(jié)構(gòu)系數(shù)=1.2，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù).=1.00.8576728.2=65219kpa=11.2564099=470082kpa=65219 kpa穩(wěn)定滿足要求； 壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)核算計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù) =396822 kN ，=849608kNm；Kpa材料選用標(biāo)號為C15 的混凝土，其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為=14.3 MPa材料分項(xiàng)系數(shù)為1.5 =14.3/1.5=9.5 MPa結(jié)構(gòu)系數(shù) =1.8R() =9533 KPa=1.00.85931=791KPa=9533/1.8=5296KPa791KPa經(jīng)計(jì)算，壩趾抗壓強(qiáng)度滿足要求。4.9 設(shè)計(jì)洪水位時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）荷載組合：自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+淤沙壓力+動水壓力（2）荷載組合計(jì)算：包括壩體自重，靜水壓力、揚(yáng)壓力、動水壓力、水平泥沙壓力。具體計(jì)算見荷載計(jì)算表表表表表表表表表表表表表表表表