碾壓混重力壩畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、碾壓混重力壩設(shè)計(jì)前言某水庫工程是河北省和水利部“八·五”重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目之一。該工程是以供水、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用為主的大型控制樞紐工程。青龍河流域水量充沛，控制流域面積6340km2，多年平均徑流量9.6億m3，是灤河流域較大的一條支流。但由于降雨、徑流的年際年內(nèi)分配極不均勻，必須修建大型控制工程調(diào)節(jié)水量，豐富的水資源才能得以充分開發(fā)利用。水庫按滿足秦皇島市生活、工業(yè)用水和灤河中下游農(nóng)業(yè)用水的需要設(shè)計(jì)，工程規(guī)模是：正常蓄水位141 m，調(diào)節(jié)庫容7.09億m3，水庫庫容系數(shù)0.77，水量利用系數(shù)為70%。壩后式電站裝機(jī)容量20Mw。根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)SDJ12-7

2、8的規(guī)定，一期工程為二等工程，大壩為2級建筑物，正常應(yīng)用洪水為100年一遇，非常運(yùn)用洪水為1000年一遇。輔助建筑物按級設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按級設(shè)計(jì)。樞紐建筑物包括電站壩段，溢流壩段、兩岸非溢流壩段。壩型為碾壓混凝土重力壩壩。底孔壩塊兩個(gè)，孔口進(jìn)口后接,深式壓力管道，進(jìn)口底高程90.0m,最大單孔泄流量900m3/s。溢流壩共5孔，孔寬20m，裝設(shè)8x8m弧形鋼閘門。溢流面采用WES曲線，堰頂高程130，最大泄量3200m3/s，下游防洪允許單寬流量160m3/s，泄水建筑物按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，采用寬尾墩與消力池聯(lián)合消能方式，樞紐工程總泄量5000m3/s。水電站為3級建筑物，正常運(yùn)用洪水為3

3、0年一遇，非常運(yùn)用洪水為200年一遇，電站裝機(jī)容量20MW，多年平均發(fā)電量為6275x104kwh.。水庫上游設(shè)計(jì)洪水位為142.0m，相應(yīng)下游水位為92.0m，庫容為8.32×108m3，溢流壩相應(yīng)的泄量為15243m3/s；上游校核洪水位為143.3m，相應(yīng)下游水位為92.4m，庫容為8.70×108m3，溢流壩相應(yīng)的泄量為19857 m3/s；上游正常蓄水位為141m（與汛限水位同高），相應(yīng)下游水位為86.1m；死水位為90.0m，相應(yīng)的庫容為0.78×108m3。 1 水文與水利規(guī)劃1.1 氣象根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，青龍河流域?qū)偌撅L(fēng)型大陸性氣候，冬季寒冷

4、干燥，夏季炎熱多雨。多年平均氣溫約10，年絕對最低氣溫為-29.2，最高氣溫為38.7，月平均溫度變化較大，離壩址較遠(yuǎn)的遷安站實(shí)測最高氣溫39。多年平均降雨量為700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年無霜期約180天，結(jié)冰期約120天，河道一般在12月封凍，次年三月上旬解凍，凍層厚0.40.6m，岸邊可達(dá)1.0m。多年平均最大風(fēng)速23.7m/s，水庫吹程為3km。1.2 水文分析()洪水青龍河洪水由暴雨形成，據(jù)統(tǒng)計(jì)七八月發(fā)生最大洪峰流量的機(jī)會(huì)占88%，而且年際變化很大，實(shí)測最大洪峰流量為2200秒立米(1962年)，最小洪峰流量184秒立米(1965年)，相差12倍，流域洪水峰高、歷時(shí)短，陡

5、漲陡落。一次洪水持續(xù)時(shí)間一般35天。()年來水量青龍河流域年徑流由年降雨產(chǎn)生，年徑流在地區(qū)與時(shí)間上分布與年降雨量基本一致，但年際間變化懸殊，實(shí)測徑流資料19291983年共35年資料中豐水年1961年達(dá)21.34×104m3，枯水年1965年僅16.77×104m3，相似枯水年連續(xù)發(fā)生，多年平均徑流量9.6×108m3。實(shí)測徑流資料如表1所示?？紤]到流域內(nèi)人類活動(dòng)對產(chǎn)流的影響，分別對未來規(guī)劃年2000年和2020年流域內(nèi)耗水量進(jìn)行了預(yù)測，得到個(gè)規(guī)劃年的徑流系列，如表1 所示。根據(jù)徑流年內(nèi)和年際變化特征，分別選擇1986年，2000年和2020年為設(shè)計(jì)水平年，()年

6、輸沙量青龍河流域植被較好，泥沙來源在地區(qū)分布和洪水分布上一致。主要是土門子與某之間，其間來沙量約占某以上總輸沙量的95%以上，而汛期輸沙量又集中在幾次特大洪水上。年際間泥沙量的變化懸殊。由統(tǒng)計(jì)分析得知，某站多年平均淤沙量為389t,多年平均含沙量為4.0kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為762.8t/km2。從泥沙的組成情況來看，泥沙顆粒較粗，中值粒徑為0.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3，內(nèi)摩擦角為12度。()水文分析成果表 表11 水文分析成果表序號姓 名單 位數(shù) 量備 注1利用水文系列年限 35 2代表性流量    多年平均流量

7、立米/秒30.5  調(diào)查歷史最大流量立米/秒3400  設(shè)計(jì)洪水洪峰流量(P=1%)立米/秒3600  校核洪水洪峰流量(P=0.1%)立米/秒5200  保壩洪水洪峰流量(P=0.01%)立米/秒7600 3洪量    設(shè)計(jì)洪水洪量(P=1%)億立米6.5五 天 校核洪水洪量(P=0.1%)億立米8.2五 天4多年平均年徑流量億立米9.6 5多年平均輸沙量噸431 1.3 水文規(guī)劃成果()死水位選擇為盡可能增加自流灌溉面積，并使電站水

8、頭適當(dāng)加高，力求達(dá)到電源自給以及為今后水庫淤積留有余地。按二十年淤積高程，選定死水位104m。()調(diào)節(jié)性能的選定灌溉保證率選取P=75%，水庫上游來水，首先滿足灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水，電站則利用余水發(fā)電，從年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)兩方案的水電量利用系數(shù)和壩高都相差不大，但是多年調(diào)節(jié)性能的水庫能提供的電量和裝機(jī)利用小時(shí)都較年調(diào)節(jié)性能水庫提高20%。故確定該水庫為多年調(diào)節(jié)性能水庫。()興利水位的確定原則和指標(biāo)根據(jù)青龍河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定為140.5米。七、八月以后可重復(fù)利用一部分防洪庫容蓄水興利以不降工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，以防洪興利兼顧為原則，確定九、十月限制水位，提高為136.2米汛末可以多蓄水。但蓄水

9、位按不超超過百年設(shè)計(jì)洪水位考慮，確定汛末興利水位為141米。 電站的主要任務(wù)是滿足本灌區(qū)提灌用電的要求，因此在保證灌區(qū)工農(nóng)業(yè)用水的基礎(chǔ)上，確定電站的運(yùn)用原則是灌溉季節(jié)多引水發(fā)電，非灌溉季節(jié)少引水發(fā)電，遇豐水年則充分利用棄水多發(fā)電，提高年水量的利用系數(shù)。 ()防洪運(yùn)用原則及設(shè)計(jì)洪水的確定 某水庫屬一級工程。水庫大壩建筑物按千年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬年一遇洪水校核。由于采用的洪水計(jì)算數(shù)值中未考慮歷史特大洪水的影響，故用萬年一遇洪水作非常保壩標(biāo)準(zhǔn)對水工建筑物進(jìn)行復(fù)核。調(diào)洪運(yùn)用原則：入庫洪水為百年一遇時(shí)，為提高下游河道的電站、橋梁等建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，水庫控制下流量為2000秒立米。當(dāng)入庫洪水為千年一遇時(shí)，溢

10、洪道單寬流量以70每秒立米控制泄流。 當(dāng)入庫洪水為萬年一遇時(shí)，按上述原則操作，即庫水位接近校核水位時(shí)，水庫水位仍繼續(xù)上漲，為確保大壩安全，溢洪道敞開洪，允許溢洪道局部破壞。 ()水庫排沙和淤沙計(jì)算某水庫回水長25公里，河道彎曲，河床比降為2.2%，河床寬300米左右，是個(gè)典型的河道型水庫。水庫利用異重流排沙。在蓄水過程中，只能用灌溉、發(fā)電有盈余水進(jìn)行排沙，經(jīng)計(jì)算，多年平均排沙量只占5.2%，94.8%的泥沙都要淤積在庫區(qū)內(nèi)侵占興利庫容。淤沙高程為97.6m，堆沙庫容為1.66×108m3。 ()水庫工程特征值A(chǔ). 樞紐下泄流量及相應(yīng)下游水位水庫上游設(shè)計(jì)洪水位為142.0m，相應(yīng)下游水

11、位為92.0m，庫容為8.32×108m3，溢流壩相應(yīng)的泄量為15243m3/s；上游校核洪水位為143.3m，相應(yīng)下游水位為92.4m，庫容為8.70×108m3，溢流壩相應(yīng)的泄量為19857 m3/s；上游正常蓄水位為141m（與汛限水位同高），相應(yīng)下游水位為86.1m；死水位為90.0m，相應(yīng)的庫容為0.78×108m3；  表12 水庫技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表序號名 稱單 位數(shù) 量備 注1水庫水位校核洪水位(P=0.01%)米考慮淤積20年設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)米考慮淤積20年興利水位米考慮淤積20年汛限水位米考慮淤積20年死水位米考慮淤積20年2水庫容積

12、總庫容億立米5.05校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位庫容億立米4.63序號名 稱單 位數(shù) 量備 注防洪庫容億立米14.93興利庫容億立米其中共用庫容億立米死庫容億立米3庫容系數(shù)%4調(diào)節(jié)特性多年 表13 主要建筑物尺寸序號名 稱單 位數(shù) 量備 注2導(dǎo)流泄洪洞型式明流隧洞工作閘前為壓力隧洞隧洞內(nèi)徑米8×8城門洞型壓力隧洞8米消能方式挑流最大泄量(P=0.01%)立米/秒22000最大流速米/秒閘門型式?×?弧形門11扇啟閉機(jī)型式300噸油壓啟閉機(jī)檢修門15×15.5斜拉門進(jìn)口底部高程米90.0灌溉發(fā)電洞型式壓力鋼管隧洞內(nèi)徑米6灌溉支洞內(nèi)徑米3最大流量立米/秒45進(jìn)口底部高程131

13、.64樞紐電站序號名 稱單 位數(shù) 量備 注型式引水式廠房面積平方米39×16.2裝機(jī)容量MW3×10每臺(tái)機(jī)組過水能力立米/秒12.02 工程地質(zhì)2.1 地形見1:2000壩址地形圖2.2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件水庫位于高山區(qū)，構(gòu)造剝蝕地形。青龍河侵蝕能力較強(qiáng)，沿河形成不對稱河谷，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，河流不斷下切，形成岸邊階地、陡岸。流域內(nèi)地形北高南低，平均高程與500m，最高峰海拔1680m。河道蜿蜒曲折，河谷寬度400100m不等，河道比降1/4001/600。庫區(qū)兩岸基巖出露高程大部分在200米左右，庫區(qū)左岸非可溶性巖層分布廣泛，其中主要由絹云母、千枚巖、石英、砂質(zhì)頁巖組成。透

14、水性較小，也沒有發(fā)現(xiàn)溝通庫內(nèi)外的大斷層。庫區(qū)可溶性巖層分布于青龍河右岸，從隔水層分布、熔巖發(fā)育情況分析，水庫蓄水后向鄰近河流滲透的可能性很小。經(jīng)過對庫區(qū)斷層的分析，水庫向外流域及下游滲漏的可能性很小。庫區(qū)外巖層抗風(fēng)化作用較強(qiáng)，庫岸基本上是穩(wěn)定的。青龍河為山區(qū)性河流，兩岸居民及耕地分散，除庫水位以下有一定淹沒外，浸沒問題不大，庫區(qū)亦未發(fā)現(xiàn)重要礦產(chǎn)。2.3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件基本裂度為六度，建筑物按七度設(shè)防。位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向青龍河上游，兩岸山體較厚。河床寬約300米，河床地面高程85m，河床砂卵石本區(qū)地震覆蓋層平均厚度57米，滲透系數(shù)K=1×10-2厘米/秒。水庫壩址選在

15、青龍河下游的山谷河段上，共選出2條壩線，經(jīng)過比較，確定第一壩線，出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層，巖石堅(jiān)硬、滲透性小。壩址區(qū)為剝蝕中低山地形，河流經(jīng)壩址處急轉(zhuǎn)彎向北流向下游，由于受喬麥嶺背斜控制，巖層傾向上游，呈單斜構(gòu)造狀。壩線區(qū)河谷呈不對稱“U”字形，較開闊。右岸下游形成半島狀，因河流側(cè)向侵蝕，使右岸形成陡壁，已查明的小段層有6-7條；左岸山坡平緩，覆蓋著31m厚的山麓堆積物，有斷層一條。河床壩基巖石構(gòu)造較為發(fā)育，開挖揭露出斷層40余條，其中相對較大的有10多條。3 樞紐布置3.1 壩址及壩型的選擇 3.1.1 壩址 根據(jù)地形和地質(zhì)剖面圖，位于壩區(qū)中部背斜的西北，巖層傾向青龍河上

16、游，兩岸山體較厚。河床寬約300米，河床地面高程85m，河床砂卵石本區(qū)地震覆蓋層平均厚度57米，滲透系數(shù)K=1×10-2厘米/秒。水庫壩址選在青龍河下游的山谷河段上，共選出2條壩線，經(jīng)過比較，確定第一壩線，出露巖性為大紅峪組石英砂巖與板狀粉細(xì)砂巖互層，巖石堅(jiān)硬、構(gòu)造簡單、滲透性小。壩址區(qū)為剝蝕中低山地形，河流經(jīng)壩址處急轉(zhuǎn)彎向北流向下游，由于受喬麥嶺背斜控制，巖層傾向上游，呈單斜構(gòu)造狀。壩線區(qū)河谷呈不對稱“U”字形，較開闊。右岸下游形成半島狀，因河流側(cè)向侵蝕，使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段層有6-7條，軟弱夾層有13條；左岸山坡平緩，覆蓋著31m厚的山麓堆積物，有斷層一條。河床

17、壩基巖石構(gòu)造較為發(fā)育，開挖揭露出斷層40余條，其中相對較大的有10多條。壩址選擇與地形地質(zhì)條件、壩型樞紐布置及施工導(dǎo)流等因素有關(guān)，在滿足樞紐布置和施工導(dǎo)流要求的前提下，壩軸線應(yīng)盡可能短，以節(jié)省工程量。碾壓混凝土重力壩線選在靠近左岸分布河床深槽（深5456 m）處，靠近深槽的巖體邊坡近于直立，河谷兩岸不對稱。此處河床寬4042 m。兩岸巖石堅(jiān)硬完整，耐分化，是壩址區(qū)比較理想的混凝土重力壩壩線。 根據(jù)壩址的地質(zhì)、地形條件，通過定性分析確定壩軸線位置。這里主要考慮的地質(zhì)條件有： 1、壩基全部坐落在第四大巖層上； 2、左岸與第三大巖層保持一定的距離； 3、河床部位使上游壩踵避開F2斷層； 4、右岸離開

18、陡岸的局部不穩(wěn)定巖體。3.1.2 壩型 從地形條件看，本壩址不適合建拱壩，可修建混凝土重力壩（包括實(shí)體重力壩和寬縫重力壩），大頭壩和面板堆石壩。通過各種壩型的定性比較，綜合考慮地質(zhì)地形條件，建筑材料，施工條件，綜合分析后認(rèn)為混凝土重力壩結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡單，安全可靠，對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，不必另行布置河岸溢洪道等泄水建筑物，便于施工導(dǎo)流，施工方便，維護(hù)和管理方便，故本設(shè)計(jì)初步選定基本壩型為碾壓混凝土重力壩。3.2 樞紐主要建筑物主要建筑物有：碾壓混凝土重力壩（溢流壩段和非溢流壩段）。碾壓混凝土重力壩設(shè)表孔泄水孔。3.3 樞紐建筑物布置本樞紐正常蓄水位141m，壩頂

19、高程144.54 m，最大壩高62.54m，最大壩底寬50m。大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段組成。壩頂寬度為6m上游直立，下游坡為1:0.75，起坡點(diǎn)高程112m。壩段布置一泄洪中孔，用以泄洪和放空水庫，后期可兼作排沙用。在壩后設(shè)弧形工作門，孔口尺寸為8×8 m（寬×高），由液壓啟閉機(jī)控制。進(jìn)口設(shè)事故檢修平板門一道，尺寸為8×8 m（寬×高），由壩頂固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)控制。消能形式采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程94m，挑角25°，出口采用收縮斷面形式。三孔開敞式溢流堰頂設(shè)有弧形工作門?？卓诔叽鐬?×8 m（寬×高），采

20、用液壓式弧門啟閉機(jī)操作。表孔檢修閘門10×8.5，表孔工作閘門10×8.5。詳細(xì)布置見附圖1。4 非溢流重力壩的剖面設(shè)計(jì)4.1 基本剖面擬定 重力壩是在巨大的水壓力（靜水壓力和揚(yáng)壓力為主）的作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗剪（滑）力來維持穩(wěn)定（不移動(dòng)，不傾倒，不浮起）。重力壩的主要荷載是自重，揚(yáng)壓力和靜水壓力。壩體擋水高度越大，需要用來維持穩(wěn)定的自重應(yīng)越大；自重越大，需要用來降低應(yīng)力的剖面寬度應(yīng)越大；因而三角形剖面最符合這個(gè)要求。三角形剖面的重心低，剖面寬度隨水深的增加而加大，應(yīng)力小，穩(wěn)定性最好，還具有外形簡單，易于施工等優(yōu)點(diǎn)。所以重力壩的基本剖面是三角形,因?yàn)閺膲误w的承受

21、荷載以及安全經(jīng)濟(jì)等諸多方面考慮，三角形剖面是比較合理的。WUPH圖4-1 重力壩基本剖面如圖所示，在已知壩高，水壓力，抗剪強(qiáng)度，和揚(yáng)壓力的條件根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以得到工程量最小的剖面尺寸。 重力壩基本剖面呈三角形，在平面上壩軸線通常呈直線。時(shí)為了適應(yīng)地形地質(zhì)條件或?yàn)榱藰屑~布置上的要求，也可成折線或折率不大的拱向上游的拱形。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游坡率n = 00.2，常作成鉛直或上部鉛直下部向上游傾斜。此設(shè)計(jì)中上游取鉛直（0°）。下游壩坡坡率m =0.60.8，底寬約為壩寬的0.70.9倍。初步擬定壩高H為60m,壩底寬為50m。4.2 實(shí)用剖面設(shè)計(jì)4.2.1 防浪墻

22、頂高程計(jì)算 由基本資料可知，該水庫上游設(shè)計(jì)洪水位為142.0 m，校核洪水位為143.3m，正常蓄水位為141.0 m（與汛限水位同高），混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范10規(guī)定，壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高度差由下式計(jì)算，取其高者作為選定高程。h = 2hl + hz + hc （41） 式中： h壩頂高于水庫最高水位的高度，m；2hl波浪高度，m； hz波浪中心線至水庫靜水位的高度，m； hc安全超高，m。設(shè)計(jì)情況 波浪高度 2hl = 0.0166×V5/4×D1/3 （42）式中： V計(jì)算風(fēng)速，本工程V校=23.7

23、m/s，取V設(shè)=1.523.7=35.6 m/sD水庫吹程，本工程中D=3 km代入數(shù)據(jù)得2hl = 0.0166×35.65/4×31/3 =2.08m波長2L=10.4(2hl)0.8=11.70m波浪中心線至水庫靜水位的高度hz的公式為： （43）式中： L波長，m；H1壩前水深，m。解得hz=1.16由基本資料知，該大壩為2級建筑物，其設(shè)計(jì)和校核情況下的安全超高值hc如表11所示，分別為0.5，0.4。所以設(shè)計(jì)情況下h = 2hl + hz + hc =2.08+1.16+0.5=3.74m即 防浪墻頂高程H設(shè)=設(shè)計(jì)洪水位+h=142.0+3.74=145.74m表

24、41 安全超高值運(yùn)用情況壩的級別123設(shè)計(jì)情況（基本組合）0.70.50.4校核情況（特殊組合）0.50.40.3校核情況波浪高度 2hl = 0.0166×V5/4×D1/3 （44）式中： V計(jì)算風(fēng)速，本工程V校=23.7 m/sD水庫吹程，本工程中D=3 km代入數(shù)據(jù)得2hl = 0.0166×23.75/4×31/3 =1.25m波長2L=10.4(2hl)0.8=12.43m=0.39m 此時(shí)的安全超高為0.4所以校核情況下h = 2hl + hz + hc =1.25+0.39+0.4=2.04m即 防浪墻頂高程H校=校核洪水位+h=143.

25、3+2.04=145.44m綜合上述設(shè)計(jì)校核兩種情況，取較大值，即防浪墻高程為145.74m,根據(jù)規(guī)范取1.2m的防浪墻高度，最終確定壩頂高程為144.54m。由已知資料可知，大壩壩基高程可定為82.0m，所以大壩高度為144.54-82.0=62.54m。4.2.2 壩頂寬度確定壩頂寬度一般取壩高的8%10%，且不小于2 m，當(dāng)在壩頂布置移動(dòng)式起閉機(jī)時(shí)，壩頂寬度要滿足安裝門機(jī)軌道的要求。由于施工及運(yùn)行要求，壩頂應(yīng)有足夠的寬度，考慮到本工程壩頂無交通要求，結(jié)合以上壩頂高程，壩頂高度H取144.54 m，則壩頂寬取值范圍為：62.54×（8%10%）=5.06.2m，所以初步定壩寬為6

26、m。4.2.3 壩底寬度確定根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，下游壩坡坡率m=0.60.8；底寬約為壩高的0.70.9倍。本工程中：下游壩坡坡率m取0.75，壩底寬度取值范圍為：62.54×（0.70.9）=42.556.3 m，壩底寬初步選定為50 m。綜上初步選擇，非溢流段剖面如圖。1：0.756m62.54m50.0m 圖4-2 非溢流壩段剖面4.2.4 非溢流壩荷載組合根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇兩種工況：1 正常工況（基本組合）：設(shè)計(jì)洪水位+對應(yīng)荷載2 校核工況（特殊組合）：校核洪水位+對應(yīng)荷載4.2.5 非溢流壩消毒抗滑穩(wěn)定計(jì)算1.正常工況下壩基處22截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方根據(jù)荷載組合可知，

27、正常工況下選擇：設(shè)計(jì)洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位長度進(jìn)行驗(yàn)算。（2）荷載計(jì)算荷載受力圖：0:0.151:0.752112142.00m92.0m82.0mU588.6147.1598.1P3PsP1P4PsP2PL圖43 非溢流壩荷載示意圖 自重 取 =24.6 KN/m=24.6×=42643.60 上游水平向靜水壓力 上游鉛直向靜水壓力 下游水平靜水壓力 下游鉛直向靜水壓力 水平向泥沙壓力 鉛直向泥沙壓力 土壓力本工程地基開挖后回填土不厚，不考慮土壓力影響。 揚(yáng)壓力（取=0.3） 浪壓力 在確定壩頂高程時(shí)已知： ，浪壓力： (3). 抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算查表得，抗滑穩(wěn)定安全

28、系數(shù)=3.0，查基本資料得。 ，滿足穩(wěn)定要求。2. 校核工況下壩基處22截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方法根據(jù)荷載組合可知，校核工況下選擇:校核洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位長度進(jìn)行驗(yàn)算。（2）荷載計(jì)算 自重 取 =24.6×=42643.60 上游水平向靜水壓力 上游鉛直向靜水壓力 下游水平靜水壓力 下游鉛直向靜水壓力 水平向泥沙壓力 鉛直向泥沙壓力 土壓力本工程地基開挖后回填土不厚，不考慮土壓力影響。 揚(yáng)壓力（取=0.3） 浪壓力在確定壩頂高程時(shí)已知： ，浪壓力： 3. 抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算 查表得，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)=2.5，查基本資料得。滿足穩(wěn)定要求。4.2.6 設(shè)非溢流壩段應(yīng)

29、力驗(yàn)算（壩基22截面處）1.正常工況下壩基處22截面邊緣應(yīng)力圖4-4 壩基邊緣應(yīng)力圖假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。應(yīng)用材料力學(xué)偏心受壓公式計(jì)算： 各類荷載值已在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出。 有泥沙壓力， ， 。 2.校核工況下壩基處22截面邊緣應(yīng)力 同正常工況下，各類校核洪水位時(shí)的荷載在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出。 有泥沙壓力， ， 。 4.2.7 設(shè)壩基22截面處內(nèi)部應(yīng)力驗(yàn)算1.正常工況下內(nèi)部應(yīng)力驗(yàn)算選取正常工況下驗(yàn)算A、B兩點(diǎn)的內(nèi)部應(yīng)力。18.2m18.15m18.15m22AB圖45 設(shè)計(jì)工況下壩基處內(nèi)部應(yīng)力圖（1）根據(jù)在水平截面上直線分布的假定，有： A點(diǎn)： B點(diǎn)：（2）壩體內(nèi)剪應(yīng)力求22

30、截面的邊緣應(yīng)力時(shí)已求出， A點(diǎn)： B 點(diǎn)：（3）壩體水平正應(yīng)力 A 點(diǎn)：B 點(diǎn)：（4）主應(yīng)力、A 點(diǎn)： B 點(diǎn)：2. 校核工況下壩基處22截面內(nèi)部應(yīng)力驗(yàn)算 選取校核工況下驗(yàn)算A、B兩點(diǎn)的內(nèi)部應(yīng)力。18.2m18.15m18.15m22AB圖46 校核工況下壩基處內(nèi)部應(yīng)力圖（1）根據(jù)在水平截面上直線分布的假定，有： A點(diǎn)： B點(diǎn)：（2）壩體內(nèi)剪應(yīng)力求22截面的邊緣應(yīng)力時(shí)已求出， A點(diǎn)： B 點(diǎn)：（3）壩體水平正應(yīng)力 A 點(diǎn)：B 點(diǎn)：（4）主應(yīng)力、 A 點(diǎn)： B 點(diǎn)：4.2.8 設(shè)非溢流壩段折坡處抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（11截面）1. 正常工況下折坡處11截面截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方法根據(jù)荷載組合可知，

31、正常工況下選擇：設(shè)計(jì)洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位長度進(jìn)行驗(yàn)算。（2）荷載計(jì)算荷載受力圖：P1U142.0m11111.66.00m6m8.0mPLw圖47 非溢流壩折坡處荷載示意圖 自重取 =24.6×=9677.8 上游水平向靜水壓力 下游水平靜水壓力 下游鉛直向靜水壓力 水平向泥沙壓力 浪壓力在確定壩頂高程時(shí)已知： ，浪壓力： 揚(yáng)壓力（取=0.3）（3）抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算查表得，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)=3.0，查基本資料得。 ，滿足穩(wěn)定要求。2. 校核工況下折坡處11截面截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方法根據(jù)荷載組合可知，校核工況下選擇：校核洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位

32、長度進(jìn)行驗(yàn)算（2）荷載計(jì)算荷載受力圖：8.0m6m111.66m11143.3mUP1WPL圖48 校核工況下11截面的荷載示意圖 自重取 =24.6×=9677.8 上游水平向靜水壓力 下游水平靜水壓力 下游鉛直向靜水壓力 水平向泥沙壓力 浪壓力在確定壩頂高程時(shí)已知： ，浪壓力： 揚(yáng)壓力（取=0.3） （3）抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算查表得，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)=2.5，查基本資料得 ，滿足穩(wěn)定要求。4.2.9 設(shè)非溢流壩段折坡應(yīng)力驗(yàn)算（11截面）1.正常工況下折坡處11截面邊緣應(yīng)力圖49 正常工況下11截面邊緣應(yīng)力示意圖 假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。應(yīng)用材料力學(xué)偏心受壓公式計(jì)算：

33、各類荷載值已在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出。 無泥沙壓力， 2.校核工況下壩基處11截面邊緣應(yīng)力同正常工況下，各類校核洪水位時(shí)的荷載在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出。 無泥沙壓力， 5 溢流重力壩設(shè)計(jì)5.1 溢流壩段設(shè)計(jì)5.1.1 溢流壩段基本數(shù)據(jù)1. 溢流壩段凈寬度 確定溢流方式為表孔溢流，孔數(shù)為7孔，每孔凈寬14m，則溢流壩段總寬度：。2. 溢流堰頂高程經(jīng)試算確定溢流堰頂高程為：。3. 閘門高度閘門高度確定：門高=正常蓄水位-堰頂高程+（0.10.2）H=141-130+0.2=11.2m，按照水工鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范取為12m。5.1.2 據(jù)溢流壩段實(shí)用剖面設(shè)計(jì)溢流壩面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧三部分組成。

34、堰頂上半段做成橢圓曲線，下半段做成WES曲線，下游做成挑流鼻坎。1.參數(shù)選擇最大作用水頭： 橢圓曲線方程： 式中 ，。溢流面曲線坐標(biāo)x、y的原點(diǎn)取在堰頂點(diǎn)O。WES曲線方程： 由于上游面為鉛直的，,， 則：，。取 ，則 。AOB1:0.753.65m2.06m6.00m6.32m圖410 溢流壩曲面參數(shù)圖AO段橢圓方程： BO段WES曲線方程： 則 切點(diǎn)B的坐標(biāo)為（18.73，13.50），經(jīng)過計(jì)算O點(diǎn)與上游壩面在同一個(gè)平面。5.1.3 設(shè)溢流壩段消能設(shè)施結(jié)構(gòu)尺寸的確定1. 校核洪水時(shí)，下游水深10.4m，故取鼻坎高程，挑角，反弧段半徑取R=8m。堰上水深：由能量方程： 求得 ，。2.正常情況

35、下的反弧段水深的確定堰上水深：由能量方程： 求得 ， 。OECBADF2292.0m82.0mR=8.0m16.0m2512.0m圖411 溢流壩剖面圖由解析法計(jì)算： 5.1.4 溢流壩抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（壩基22截面）1.正常工況下壩基處22截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方法根據(jù)荷載組合可知，正常工況下選擇：設(shè)計(jì)洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位長度進(jìn)行驗(yàn)算。（2）荷載計(jì)算荷載受力圖：OD2292.0m82.0mR=8.0mW25P1PSP2P3PyPx圖412 溢流壩荷載示意圖 自重取 =24.6 KN/m 上游水平向靜水壓力 上游鉛直向靜水壓力水平向泥沙壓力 鉛直向泥沙壓力 下游水平靜水壓力

36、 動(dòng)水壓力 揚(yáng)壓力（取=0.3）U947.5470.88111.8398.1圖413 設(shè)計(jì)工況下壩基揚(yáng)壓力示意圖 （3）抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算查表得，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)=3.0，查基本資料得。 ，滿足穩(wěn)定要求。2.校核工況下壩基處22截面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算（1）計(jì)算方法根據(jù)荷載組合可知，校核工況下選擇校核：校核洪水位+對應(yīng)荷載，取沿壩軸線方向1m單位長度進(jìn)行驗(yàn)算.（2）荷載計(jì)算 自重 取 =24.6 KN/m 上游水平向靜水壓力 上游鉛直向靜水壓力 水平向泥沙壓力鉛直向泥沙壓力 下游水平靜水壓力 動(dòng)水壓力 揚(yáng)壓力（取=0.3） U947.5470.88110.66102.02圖 414 校核工況下壩基揚(yáng)壓力

37、（3）抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算 查表得，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)=2.5，查基本資料得。 ，滿足穩(wěn)定要求。5.1.5 設(shè)溢流壩段應(yīng)力驗(yàn)算（壩基處22截面）1.正常工況下壩基處22截面邊緣應(yīng)力假定任一水平截面上的垂直正應(yīng)力呈直線分布。應(yīng)用材料力學(xué)偏心受壓公式計(jì)算：圖415 溢流壩壩基面邊緣應(yīng)力示意圖各類荷載值已在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出。正常情況下放水對應(yīng)力不利。 有泥沙壓力， ， 。 2.校核工況下壩基處22截面邊緣應(yīng)力 同正常工況下，各類校核洪水位時(shí)的荷載在穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)全部算出，放水對應(yīng)力不利。 = 有泥沙壓力， ， 。 5.2 溢流挑射距離和沖坑深度計(jì)算 1.挑距計(jì)算挑距： 2.沖坑深度，。沖坑深度：而此時(shí)下游水深

38、為10m，因此挑流不會(huì)對下游造成沖坑。6大壩基礎(chǔ)處理6.1一般開挖要求修建在巖基上的重力壩，其壩址由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化，節(jié)理，裂隙等缺陷，在地基處理時(shí)要綜合考慮地基及其上部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，使其與地基工作條件相協(xié)調(diào)。重力壩對地基的要求介于拱壩與土石壩之間，要求有足夠的強(qiáng)度和較小的壓縮性外，還應(yīng)有足夠的不透水性及足夠的抗滑能力。除少數(shù)較低的溢流重力壩可建在土基上外，一般均須建在巖基上。因此需要 對大壩基礎(chǔ)進(jìn)行處理。由于重力壩地基受力大，要求地基要有足夠的強(qiáng)度；又由于重力壩剛性較大，要求地基有較小的變形；壩蓄水后，庫水會(huì)通過壩基向下游滲流，要求地基要有較高的抗?jié)B性；由于壩體與地基接觸

39、面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大，這對穩(wěn)定不利，要求地基要有較高的抗滑能力。為了減小滲流對壩體穩(wěn)定和應(yīng)力的不利影響，在靠近壩體的上游面設(shè)排水管，靠近壩踵的地基內(nèi)設(shè)防滲帷幕，帷幕后設(shè)排水孔。壩基開挖的目的是為壩體提供一個(gè)穩(wěn)定、堅(jiān)固的地基和勻稱的接觸面。一般開挖時(shí)應(yīng)堅(jiān)持以下原則： 壩基范圍內(nèi)的沖積層、松散巖石和強(qiáng)風(fēng)化破碎巖層必須清除； 靠近壩基面的水平軟弱夾層，應(yīng)盡可能清除； 基巖面要均勻漸變，挖除高低懸殊犬牙狀的棱角，以免造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致壩體開裂； 巖基面盡可能傾向上游，不宜向下游傾斜，以免降低壩的穩(wěn)定性；如果地形上或地層向下游傾斜時(shí)，則可以將地基開挖成分級平臺(tái)； 當(dāng)需要增加壩的抗滑穩(wěn)定時(shí)，可在壩基內(nèi)

40、開挖齒槽； 采用爆破開挖時(shí)，應(yīng)盡量避免放大炮，這種爆破會(huì)對巖體造成許多新的裂縫，并使原有節(jié)理裂隙張開，從而造成不利后果。采用欲裂爆破可以避免這些有害作用； 對開挖后暴露在水中或大氣中的易于開裂或強(qiáng)度迅速降低的巖石，應(yīng)保留最后一層0.51.0 m巖石，在澆筑混凝土前分段開挖，并隨即澆置混凝土，或者在開挖后立即噴以10 cm厚的噴漿保護(hù)； 在混凝土澆筑前，應(yīng)將巖基面用夾沙的高壓水沖洗或者用鋼刷洗刷干凈，先交一層10 cm后的砂漿，然后再澆一層稠混凝土，以保證基巖與混凝土的粘結(jié)。該大壩壩高62.54m，按照重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范，壩基應(yīng)建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化層下部的基巖上。由地質(zhì)資料顯示，大壩兩岸基巖出露

41、高程大部分在200m以上，沒有溝通水庫內(nèi)外的大斷層，庫區(qū)外巖基抗風(fēng)化作用強(qiáng)，庫岸基本穩(wěn)定。大壩基礎(chǔ)開挖主要包括大壩岸坡及河床土石方開挖。主要施工特點(diǎn)為高陡岸坡、河床深基礎(chǔ)的開挖，施工工作面狹窄,作業(yè)交叉。根據(jù)以上特點(diǎn)，確定開挖程序?yàn)椋合乳_挖右岸岸坡，后開挖左岸岸坡，截流后開挖河床部分基礎(chǔ)。6.2 壩基固結(jié)灌固結(jié)灌漿是將水泥漿液或化學(xué)灌漿材料壓入巖層裂隙中，硬化膠結(jié)，提高強(qiáng)度，抗?jié)B性，彈性模量，改善整體的地基處理措施。通過固結(jié)灌漿可以減少基巖受力后的變形，提高巖石的抗壓、抗剪強(qiáng)度，減少壩基的滲透性，同時(shí)帷幕灌漿旁的固結(jié)灌漿還可以提高帷幕的灌漿壓力。固結(jié)灌漿在平面上縫補(bǔ)許多排，孔距和排距為3-4m

42、,孔深一般為58m，灌漿孔采用梅花形或方塊形的孔位平面布置，一般在混凝土澆筑一定的厚度作為壓重后，進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)時(shí)應(yīng)觀測基巖變形，保證基巖不被破壞。灌漿孔一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎范圍內(nèi)。間排距3.m，孔深40m。6.3 帷幕灌漿帷幕灌漿是用灌漿充填地基中的縫隙形成阻水帷幕，以降低作用在建筑物底部的揚(yáng)壓力或減小滲流量的工程措施。處理方法是利用壩內(nèi)灌漿廊道在基巖內(nèi)鉆成排的孔，由孔內(nèi)將高壓水泥灌漿入周圍裂隙，充填起來膠結(jié)成整體，形成一道連續(xù)的地下水防滲帷幕。帷幕的深度取壩高的0.30.7倍，此處取31m，帷幕由13排灌漿孔形成，一般僅將其中一排孔鉆，灌至設(shè)計(jì)深度

43、，其余各排孔深度可取設(shè)計(jì)深度的1/22/3倍，帷幕孔距一般為1.54m，排距宜比孔距略小，采用逐步加密法。灌漿材料一般多用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號在400號以上，水灰比一般在70.6，隨著灌漿的的進(jìn)程由稀變稠地灌入。在壩基灌漿廊道內(nèi)設(shè)置防滲帷幕，在廊道內(nèi)設(shè)主、副兩排帷幕灌漿孔，設(shè)計(jì)孔深可根據(jù)滲流計(jì)算，并結(jié)合工程地質(zhì)條件、地層透水性、揚(yáng)壓力、排水及工程經(jīng)驗(yàn)，一般取壩高的0.30.7倍，孔深取40 m，孔距1.54.0 m，取3.0 m，排距取2.0 m。6.4 斷層及破碎帶處理壩基中常有斷層破碎帶存在、軟弱夾層及軟弱礦物富集帶（統(tǒng)稱軟弱帶）存在，一般采用挖填法挖除部分軟弱帶，再回填混凝土，具體的方法

44、應(yīng)視軟弱帶傾角的陡緩及大壩的相對位置及對穩(wěn)定和防滲的程度而定。對相對較大的斷層破碎帶按以下3種類型分別處理：破碎帶寬度小于30 cm，當(dāng)兩側(cè)巖石完整時(shí)按破碎帶寬度開挖，挖深為50 cm。如果兩側(cè)巖石破碎，則每側(cè)增加20 cm的開挖寬度；破碎帶寬度在30-70 cm時(shí)，挖深100 cm，底槽寬度在斷層兩側(cè)各增加50 cm，兩邊坡比為1：0.5；破碎帶寬度在70-100 cm時(shí)，挖深150 cm，底槽寬度在斷層兩側(cè)各增加50 cm，兩邊坡比為1:0.5。緩傾角軟弱帶同時(shí)存在強(qiáng)度、滲漏和滑動(dòng)問題，處理起來較為復(fù)雜，上部采用水平混凝土塞并加強(qiáng)固結(jié)灌漿，下部開挖斜井和平洞回填混凝土，并在周圍加強(qiáng)灌漿。

45、7 大壩細(xì)部構(gòu)造7.1 大壩材料及混凝土分區(qū)7.1.1 材料碾壓混凝土膠凝材料的用料少于常態(tài)混凝土，其中，粉煤灰在膠凝中所占的比重，一般為0.30.6，有的高達(dá)0.7。為防止骨料分離，骨料的最大粒徑大多小于80mm,并需級配良好，砂率（砂與砂、石子的重量比）在0.3左右，水膠比一般在0.450.65之間，外加劑用量為凝膠材料的0.25左右，為保證混凝土的碾壓質(zhì)量，在施工現(xiàn)場，常以其長度作為控制指標(biāo)，碾壓混凝土的稠度以震動(dòng)密實(shí)時(shí)間VC值表示（試件在震動(dòng)臺(tái)上從開始震動(dòng)到混凝土全面翻漿所需的時(shí)間，以s計(jì)），通常采用1520s.7.1.2 壩體混凝土分區(qū)碾壓混凝土重力壩的材料的分區(qū)，上游壩面的分區(qū)應(yīng)與

46、防滲層結(jié)構(gòu)相結(jié)合考慮。當(dāng)上游防滲層采用常態(tài)混凝土防滲層、富膠凝材料碾壓混凝土防滲層、加膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土防滲層時(shí)，其厚度和抗?jié)B等級應(yīng)滿足壩體防滲要求（防滲層宜優(yōu)先采用二級配碾壓混凝土將碾壓混凝土用于壩體內(nèi)部，而在壩體上、上游面和靠近基巖面澆筑23mm常態(tài)混凝土作為防滲層、保護(hù)層和墊層，即所謂金包銀式，建筑層厚0.50.75m,分23次鋪筑。雖然碾壓混凝土大壩的施工方式與常態(tài)混凝土大壩的施工方式區(qū)別較大，但是原有的筑壩材料分區(qū)方式在碾壓混凝土重力壩中依然適用。 圖7-1壩體混凝土分區(qū)圖區(qū)：上游庫水位及下游庫水位以上壩體表層混凝土，主要受大氣的影響，要求該層要有較高的抗凍性，耐久性；區(qū)：上、下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土，既受水的作用也受大氣的影響，要求該層有較高的抗凍和抗裂性；區(qū)：上、下游最低水為以下壩體表層混凝土，受水的作用，