重力壩設(shè)計畢業(yè)論文

實用文檔/PAGE73頁PAGE73頁目錄TOC\o"1-3"\h\u288981基本資料 1296341.1.流域概況 147941.2水文氣象特征 1246931.3地質(zhì)條件 2212591.4工程樞紐任務(wù) 353502樞紐布置 4152792.1工程等級及建筑物級別確定 458142.2壩址、壩型選擇 567022.2.1壩址地形地質(zhì)條件 525732.2.2選址、選型原則 5255442.2.3亭子口壩址概況 6209952.2.4李家嘴壩址概況 7283542.2.5壩址比較 854112.3樞紐布置 9202982.3.1布置原則： 962842.3.2樞紐的總體布置 990023洪水調(diào)節(jié) 11139073.1基本資料 11289853.1.1洪水過程線的確定 11315053.1.2相關(guān)曲線圖 1399483.1.3確定天然設(shè)計洪峰流量和天然校核洪峰流量 1373453.1.4確定下泄設(shè)計洪峰流量標(biāo)準(zhǔn)（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量標(biāo)（p=0.1%） 1440983.2洪水調(diào)節(jié)基本原則 14139053.2.1確定工程等別和級別 1416823.2.2水庫防洪要求 14164983.2.3水庫的運用方式 14302993.3調(diào)洪演算 15163063.3.1堰頂高程 1585483.3.2設(shè)計水頭 1516253.3.3流量系數(shù)的確定 15122333.3.4方案擬訂 1618513.3.5計算下泄流量 16121783.3.6半圖解法調(diào)洪演算 17278364非溢流壩剖面設(shè)計 2231034.1設(shè)計原則 22320024.2剖面擬訂要素 225474.2.1壩頂高程的擬訂 22236994.2.2壩頂寬度的擬訂 25318094.2.3壩坡的擬訂 2627924.2.4上、下游起坡點位置的確定 26260594.2.5剖面設(shè)計 2643024.3抗滑穩(wěn)定分析與計算 28113104.3.1分析的目的 28221474.3.2滑動面的選擇 28115384.3.3對壩基面進行抗滑穩(wěn)定計算 2920284.4應(yīng)力計算 30323184.4.1分析的目的 30244124.4.2分析方法 3096514.4.3材料力學(xué)法的基本假設(shè) 30132574.4.4荷載組合 30193684.4.5應(yīng)力計算 30198035溢流壩段設(shè)計 32320665.1泄水建筑物方案比較 32234795.1.1布置原則 3236545.1.2泄洪方案選擇 328955.2溢流表孔布置 32228025.3溢流壩剖面設(shè)計 33258095.3.1頂部曲線 33224295.3.2中間直線段的確定 34191545.3.3反弧段 3595585.4消能設(shè)計與計算 35298365.4.1閘墩的設(shè)計 36146165.4.2消能形式選擇 37106535.4.3消力池的水力計算 38244545.4.4輔助消能工設(shè)計 4185915..4.5消力池護坦的設(shè)計 424046細部構(gòu)造設(shè)計 42150646.1壩頂構(gòu)造 42245816.2廊道系統(tǒng) 4399256.2.1基礎(chǔ)灌漿廊道 43297296.2.2檢查排水廊道 4466286.2.3排水管 44263686.3壩體分縫 45196326.3.1橫縫 45235596.3.2縱縫 45139496.3.3水平施工縫 45288256.4壩體止水與排水 45320006.4.1止水 4587126.4.2壩體排水 4694506.5基礎(chǔ)處理 4651896.5.1壩基開挖 46134126.5.2固結(jié)灌漿 47181496.5.3帷幕灌漿 47159906.5.4壩基斷層及破碎帶處理 48295546.6混凝土重力壩的分區(qū) 4818080參考文獻 50PAGEPAGE73頁1基本資料1.1.流域概況嘉陵江是長江上游左岸的主要支流，發(fā)源于陜西鳳縣東北的秦嶺山脈，流經(jīng)陜西、甘肅、四川、重慶四省（直轄市），干流全長1120km，落差有2300m，平均比降2.05‰，全流域面積為15.98萬平方千米，占長江流域面積的9%。嘉陵江水系發(fā)育，自上而下主要支流有西漢水、白龍江、東江、西河、渠江、涪江等。嘉陵江流域大部分屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。在中下段的盆地區(qū)，冬季溫暖多霧，霜雪少見，上游段山區(qū)則冬季寒冷，霜雪較多，又多風(fēng)暴，往往一雨成災(zāi)。春夏時節(jié)，流域內(nèi)降雨自東向西移動，若遇季風(fēng)弱而遲，則西部常形成春旱和初夏干旱天氣。流域內(nèi)年降水量在1000毫米以上，其中50%集中在7～9月。而且降雨在區(qū)域上分布上很不均勻，一般聚集在盆地邊緣的降水大于盆地中部。中游南充至合川的年徑流量為300～400mm；下游合川至重慶為400～500mm；而南充至蒼溪為川中徑流量深低值區(qū)，僅300mm；中游蒼溪以上至廣元的大灘場，由300mm遞增到600mm。流域多年平均徑流量為698.8億立方米，主要集中在汛期5～10月，汛期干流水量占全年徑流量的75%～83%，非汛期在11月到次年的4月，占17%～25%。1.2水文氣象特征壩址地區(qū)雨量豐沛，資料顯示其多年平均降水量為995.8，多年平均流量598，相應(yīng)多年平均徑流量189億，徑流深309。多年平均氣溫16.6，多年平均風(fēng)速1.9，多年平均最大風(fēng)速為13.2，多年平均地面溫度19.2，多年平均水溫15.5[。壩址區(qū)河段平直開闊河谷呈淺U形，谷底寬200～350，在正常蓄水位458高程處谷寬778～856，左側(cè)為主河槽,枯水位370～371，水面寬170～200水深1.5～4.5河床覆蓋層最厚處約13.5，基巖頂板高程352.9～364[6]。水庫規(guī)劃指標(biāo)：水庫正常蓄水位458，設(shè)計洪水位461.3，相應(yīng)洪峰流量34500，校核洪水位463，相應(yīng)洪峰流量37610，總庫容40.67億，防洪庫容19.56億，壩前淤沙高程373。表1-1壩址各頻率洪峰流量頻率（P）%10.50.20.10.02洪峰流量（m3/s）28000308003250034700396001.3地質(zhì)條件（1）地形地貌嘉陵江由北北西向南南東流經(jīng)壩址區(qū)，流向170°，河段平直開闊，呈淺“U”型河谷，谷底寬170～350m，高程458m處谷寬778～856m。河床左側(cè)為主河槽，枯水位370～371m、相應(yīng)水面寬170～200m、水深1.1～4.5m。河床覆蓋層厚度一般6～10m，最厚處約13.5m，基巖頂板高程352.86～364m。左岸山體寬厚，臨江峰頂高程657.8m，岸坡中部高程480～400m間為緩坡平臺，平臺寬150～360m，長2500m，臺面高程自上游至下游降低，斜坡段地形坡度20～25°。右岸山體臨江峰頂高程550m，岸坡中分布兩級緩坡平臺，下級高程390～410m，臺地寬120～150m，長大于500m，上級緩坡平臺高程445～460m，臺地寬100～120m，長約500m，斜坡段地形坡度15～20°。（2）地層巖性壩區(qū)出露地層為白堊系下統(tǒng)蒼溪組（K1c）砂巖、粉砂巖、粘土巖，總厚度480m，為軟硬相間不等厚的層狀巖層。主要層位有K1c6-1、K1c4-2、K1c3-2、K1c2-3、K1c2-1等5層，除K1c4-2層為長石石英砂巖結(jié)構(gòu)較疏松，為軟巖外，其余4層均為較堅硬的巖屑砂巖，其中河床壩基下K1c2-1層砂巖厚23～28m。壩區(qū)第四系分布較廣，主要為河流沖積與崩滑堆積。河床沖積砂礫石厚6～13.50m；左岸古滑體厚度一般20～40m，最大厚度63m。（3）地質(zhì)構(gòu)造壩址處于九龍山背斜東南翼，巖層走向30～60°，微傾下游偏左岸，傾角1～5°，未見斷層。砂巖中兩組陡傾角裂隙較發(fā)育，一組走向350～360°，傾向東或西，傾角70～90°；一組走向75～90°，傾向南或北，傾角70～90°。（4）水文地質(zhì)壩址地下水按賦存介質(zhì)可分為孔隙水、裂隙水和孔隙～裂隙水。地下水主要以井、泉形式排泄于地表，流量較小，季節(jié)性變化大，砂巖層間裂隙水局部微具承壓性，地下水水力聯(lián)系差。地表水、地下水水質(zhì)對砼均無侵蝕性。巖體透水性具有較明顯的層狀特征與不均一性，兩岸砂巖中等透水；K1c4-2長石石英砂巖中～強透水，粘土巖、粉砂巖和河床分布的砂巖為弱透水或微透水。（5）巖體風(fēng)化與卸荷巖體風(fēng)化受巖性和環(huán)境制約，不同部位表現(xiàn)不同的風(fēng)化特點。河床及漫灘基本上是微風(fēng)化帶，厚度小于3m；谷坡地帶全～強風(fēng)化帶厚度多小于2.0m，弱風(fēng)化帶厚度3～28m；左岸崩滑體平臺下伏基巖全～強風(fēng)化帶厚度小于1.0m，弱風(fēng)化帶約4m左右。巖體卸荷與巖性、微地貌相關(guān)。江邊巖體卸荷水平寬度較小，卸荷水平寬度一般小于20m，最大可達37m（平硐PD5）；兩岸岸坡中部（460m平臺以下）卸荷帶水平寬度25～66m，460m平臺以上岸坡卸荷帶水平寬度左岸較大，卸荷水平寬度69～85m，右岸卸荷水平寬度43～52m；砂巖的卸荷寬度大于粉砂巖或粘土巖的卸荷寬度。1.4工程樞紐任務(wù)本樞紐經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟調(diào)查階段，以及水利、水能計算，提出了如下參數(shù)，作為進行建筑物設(shè)計的依據(jù)。正常蓄水位： 458.0設(shè)計洪水位 461.3校核洪水位 463.0死水位（淤積結(jié)果） 438最有利工作深度 20水庫防洪限制水位 4422樞紐布置2.1工程等級及建筑物級別確定根據(jù)規(guī)范《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000，亭子口水利樞紐工程等別確定為一等，工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物級別為1級，電站廠房級別為2級，次要建筑物為3級。表2-1水利水電樞紐工程的分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模分等指標(biāo)水庫總庫容（億米）防洪灌溉面積（萬畝）水電站裝機容量（萬千瓦）保護城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護農(nóng)田面積（萬畝）一大（1）型>10特別重要城市、工礦區(qū)>500>150>120二大（2）型10～1重要城市、工礦區(qū)500～100150～50120～30三中型1～0.1中等城市、工礦區(qū)100～3050～530～5四小（1）型0.1～0.01一般城鎮(zhèn)、工礦區(qū)30～55～0.55～1五?。?）型0.01～0.001<5<0.5<1注:①水庫總庫容指水庫最高水位以下的靜庫容；②治澇面積和灌溉面積均指設(shè)計面積；表2-2水工建筑物級別工程等別永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ4552.2壩址、壩型選擇2.2.1壩址地形地質(zhì)條件河段規(guī)劃等前期研究工作確定該樞紐工程有李家嘴和亭子口兩個壩址可供比較選擇,它們分別位于蒼溪縣城上游15km和28km處。兩壩址間無大的水系匯入,水文氣象條件基本一致,其主要特征洪水見表1,兩壩址的相對位置見圖1。圖1壩址相對位置表1主要特征洪水洪峰流量洪峰頻率（%）洪峰流量（）洪峰頻率（%）洪峰流量（）洪峰頻率（%）洪峰流量（）5210000.2325000.02396001269000.1347000.0142000兩壩址區(qū)的出露地層均為白堊系下統(tǒng)蒼溪組紅色碎屑巖,總厚度約480m。根據(jù)巖性及其組合特性,自下而上分為k11c至k81c共8段,其中k11c～k41c為壩基巖體,其主要持力層為位于河床部位的k21c層,該層主要為巨厚層狀淺灰色細粒巖屑砂巖,夾有淺色長石石英砂巖及少量粉砂巖和粘土巖等,巖相較為穩(wěn)定。兩壩址壩肩均為k31c～k41c層巖體,大多為粉砂巖、石英砂巖及粘土巖互層體,巖性相變較大。其中砂巖類巖體抗壓強度較高,飽和抗壓強度在30-55MPa左右;而粘土巖類抗壓強度較低,飽和抗壓強度只有8-13.5MPa左右,屬軟巖類。兩壩址區(qū)均無大的斷裂構(gòu)造。2.2.2選址、選型原則壩型、壩址選擇是水利樞紐設(shè)計的重要內(nèi)容，二者相互聯(lián)系，不同的壩址可以選用不同的壩型，同一個壩址也應(yīng)考慮幾種不同的樞紐布置方案并進行比較。在選擇壩型，壩址時，應(yīng)研究樞紐附近的地形地質(zhì)條件、水流條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等：(1)地質(zhì)條件。地質(zhì)是壩址、壩型選擇的主要依據(jù)之一。拱壩、重力壩需建在巖基上；土石壩則巖基，土基均可修建。壩址選擇應(yīng)該注意一下幾個方面的問題：①對斷層破碎帶，軟弱夾層要查明其產(chǎn)狀、寬度（厚度）、充填物和膠結(jié)情況，對垂直水流方向的陡傾角斷層應(yīng)盡量避開，對具有規(guī)模較大的垂直水流方向的斷層或是存在活斷層的河岸，均不應(yīng)選擇壩址；②在順向河谷（指巖層走向與河流方向一致）中，總有一岸指與巖層傾向一致的順向坡，當(dāng)巖層傾角小于地形坡角，巖層又有軟弱結(jié)構(gòu)面時，在地形上存在臨空面，這種岸坡極易發(fā)生滑坡，應(yīng)當(dāng)注意；③對于巖溶地區(qū)，要掌握巖溶發(fā)育規(guī)律，特別要注意潛伏溶洞、暗河、溶溝和溶槽，必須查明巖溶對水庫蓄水和對建筑物的影響；④對土石壩，應(yīng)盡量避開細砂、軟粘土、淤泥、分散性土、濕陷性黃土和膨脹土等土基。(2)地形條件。河谷狹窄，地質(zhì)條件良好，適宜修建拱壩；河谷寬闊，地質(zhì)條件較好，可選用重力壩或支墩壩；河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或是地質(zhì)條件較差，且土石、沙礫等當(dāng)?shù)夭牧蟽α控S富，適宜修建土石壩。在高山峽谷區(qū)布置水利樞紐，應(yīng)盡量減少高邊坡開挖。壩址選在峽谷地段，壩軸線短，壩體工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此需綜合考慮。(3)筑壩材料。壩址附近應(yīng)有足夠的符合要求的天然建筑材料。(4)施工條件。便于施工導(dǎo)流，壩址附近特別是其下游應(yīng)有開闊地形，便于布置施工場地；距離交通干線近，便于交通運輸；可與永久電網(wǎng)連接，解決施工用電問題。(5)綜臺效益。選擇壩址應(yīng)綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運、旅游、環(huán)境等各部門的經(jīng)濟效益。壩址選擇與地形、地質(zhì)條件、壩型、樞紐布置和施工導(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。從地質(zhì)條件看，壩址應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的地質(zhì)構(gòu)造的地方。2.2.3亭子口壩址概況該壩址區(qū)河段的水流流向,在壩址下游1km處由南東流向轉(zhuǎn)為北東流向,由于彎道環(huán)流的作用,左岸形成河間地塊(見圖1)。壩址處河谷為對稱/U0型谷,岸坡坡角40b～45b,正常蓄水位時水面寬約650m,枯水期水面寬80～120m。河床基巖頂高程355～364m,巖層微傾上游,傾角2b～5b。壩基持力層k21c蝕余厚度12～14m,底部為k11c層粘土巖,兩層之間夾有一層厚約10～30cm(局部厚達1.0m左右)較為連續(xù)的層間錯動剪切泥化帶。根據(jù)壩址區(qū)上述的地形、地質(zhì)條件,對分別采用混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩的兩個樞紐布置方案進行了研究。結(jié)果表明,混凝土重力壩方案存在以下重大缺點:一是為滿足壩基深層抗滑穩(wěn)定要求,其連續(xù)性的泥化夾層處理方案工程量大,施工工藝復(fù)雜,而且k11c層粘土巖的抗壓強度較低,很難滿足壩基抗壓強度要求;二是河床較窄,當(dāng)宣泄洪峰流量時,即使偏高采用單寬流量,其泄洪寬度亦需200～250m,又因地質(zhì)條件限制而難以采用挑流消能,故發(fā)電廠房只能布置在岸邊壩后,連同通航建筑物的三者總寬度約450m,而河床天然寬度僅約150m,故必須大量開挖兩岸山坡。2.2.4李家嘴壩址概況李家嘴壩址位于亭子口壩址下游13km處。該壩址區(qū)河道順直,河谷較為寬闊,正常蓄水位時河谷寬約950m,枯水期谷寬250～300m。河床基巖k21c巖層頂高程354～364m,其河床蝕余厚度約42m,巖層微傾下游偏左岸,傾角1b～5b。該壩址的主要工程地質(zhì)問題為:左岸壩肩有一古崩滑體,其底部前緣高程410～460m,后緣高程440～480m,順河向長1100～1200m,東西寬約200～350m。50～60年代因?qū)υ摫阑w穩(wěn)定性認(rèn)識的局限而導(dǎo)致舍棄該壩址并選用亭子口壩址。80年代末以來,根據(jù)新的勘探資料和試驗研究成果,對其穩(wěn)定性進行了深入分析,結(jié)果表明,古崩滑體的底滑面基本上為k4-11c層的頂面,傾角2b偏向左岸山里和下游,且整個底滑面為椅背狀;據(jù)對崩滑巖體的組成成份及其物理力學(xué)性質(zhì)分析,可知該崩滑體組成物質(zhì)較為密實,其形成時間較早,整體上處于穩(wěn)定狀態(tài),僅在暴雨時其前緣局部有小量的滑移。如對其采取適當(dāng)工程處理措施,其穩(wěn)定性是有保證的。根據(jù)上述地形地質(zhì)條件,對該壩址同樣進行了混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩的樞紐布置方案研究,以便比較、選定壩址,同時可進一步探討在紅色巖層地區(qū)修建堆石壩的可行性和經(jīng)濟性。當(dāng)采用混凝土重力壩方案時,泄洪消能、引水發(fā)電、通航建筑物基本均可布置于原天然河床,對天然河勢無大的改變。而且各主要建筑物相對關(guān)系簡單明確,各建筑物的設(shè)計施工均無難度,壩基分布的粘土夾層對重力壩穩(wěn)定不構(gòu)成威脅,左岸古崩滑體的處理方案簡單易行。施工導(dǎo)流采用分期導(dǎo)流、分期施工方案,施工工期有保證,施工場地布置也方便。較之混凝土面板堆石壩方案,該方案具有明顯優(yōu)越性。由于亭子口壩址和李家嘴壩址分別適宜修建混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩,故兩個壩址的比較,就其水工布置及其施工技術(shù)的實質(zhì)差別而言,可簡化為兩種壩型的比較。在交通不便而當(dāng)?shù)亟ㄖ牧陷^為豐富的地區(qū),人們常傾向于修建混凝土面板堆石壩,即使其動能經(jīng)濟、對外交通、運行管理等方面均明顯不如采用混凝土重力壩方案的李家嘴壩址,仍有一部分同志因難擋當(dāng)?shù)夭牧蠅沃T惑而傾向推薦亭子口壩址。我們經(jīng)認(rèn)真詳細研究后認(rèn)為,亭子口壩址選用混凝土面板堆石壩主要存在以下幾個重大技術(shù)難題。2.2.5壩址比較(1)難覓開采、運輸方便的堆石填筑料源。在兩個壩址區(qū),出露巖層均為軟硬相間的紅色巖層,巖相巖性變化較大,厚薄不均,可成片開采利用的極少。而較可靠的k21c層砂巖又埋藏較深,溢洪道等開挖料大多不能利用。而修建堆石壩,須有既滿足強度要求儲量又幾倍于大壩填筑方量的石料場。據(jù)現(xiàn)有地勘成果,壩址區(qū)尚無如此料場,而零星或深挖或遠距離大量開采將是極不經(jīng)濟的。(2)施工導(dǎo)流極為困難。嘉陵江屬峽谷型河流,洪水峰高量大,20年一遇洪峰流量為21100m3/s;5年一遇洪峰流量也達15200m3/s。若選用堆石壩方案,則難以采用分期導(dǎo)流、分期填筑或過水圍堰等施工方案,加之兩岸又無天然啞口可利用,故只有采用岸邊隧洞導(dǎo)流。經(jīng)計算,需布置內(nèi)徑約10m的導(dǎo)流隧洞4條,總長度近5500m。而壩址區(qū)多分布水平巖層,巖性軟弱,成洞條件極差,隧洞施工困難,造成施工準(zhǔn)備工期長或代價高。(3)對泄洪消能建筑物布置不利。亭子口樞紐的泄洪單寬流量為150～200,壩址區(qū)地形地質(zhì)條件決定了只能采用底流消能。若選用堆石壩,只能采用壩肩溢洪道及隧洞泄洪,而溢洪道水力學(xué)及調(diào)度運用條件均較復(fù)雜,兩者的下游出口走向與河床天然主流向均有一定夾角,而河谷邊坡又多為軟巖,故泄洪水流對天然河床的沖淤影響勢必較大。另外,嘉陵江屬多沙河流,多年平均含沙量達2.95,而堆石壩方案無法布置泄洪沖沙深孔,這將嚴(yán)重影響水庫的使用壽命和興利調(diào)節(jié)功能。此外,對以上兩個方案的主要建筑物工程量作了比較。亭子口壩址也并不占優(yōu)。其主要原因一是堆石壩方案的混凝土方量雖然較少,但多為鋼筋混凝土板壁結(jié)構(gòu),且施工條件復(fù)雜。如泄洪洞、引水洞襯砌,大壩面板、混凝土趾板、溢洪道邊坡混凝土板等,混凝土施工場地分散,場內(nèi)交通運輸布置不便;二是鋼筋、鋼材用量較多；三是土石方開挖工程量巨大,且溢洪道高邊坡為100多米高的軟巖邊坡,其邊坡穩(wěn)定及支護設(shè)計均存在很大難度。綜上比較,本階段決定選用李家嘴壩址為亭子口水利樞紐壩址，壩型選用混凝土重力壩。2.3樞紐布置2.3.1布置原則：根據(jù)壩址的建壩條件，樞紐布置主要考慮以下原則：（1）壩址洪水洪峰流量大，且河谷狹窄，所以要求盡可能加寬溢流前緣，減少單寬流量，以便泄洪安全可靠，上下游流態(tài)好，不影響個建筑物的正常運行。（2）應(yīng)積極穩(wěn)妥地采用先進技術(shù)，盡量減少工程量，節(jié)省工程投資，以便加快施工進度，縮短施工工期，爭取提前發(fā)電。（3）在樞紐布置時，引水系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮壩式進水口，做到管理運行方便，縮短引水隧洞長度，盡可能不設(shè)調(diào)壓井，廠房盡可能布置在完整的基巖上，特別要注意廠后邊坡的穩(wěn)定。2.3.2樞紐的總體布置亭子口水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型。主要建筑物為1級，電站廠房為2級，次要建筑物為3級?；炷翂卧O(shè)計洪水重現(xiàn)期為500年，校核洪水重現(xiàn)期為1000年。消能建筑物設(shè)計洪水重現(xiàn)期為100年。該樞紐是以防洪為主的工程，嘉陵江洪水峰量較大，大壩設(shè)計洪水峰值達32500，同時壩址處河段較為順直，樞紐布置中泄水消能建筑物宜布置于主河床，這既有利于施工及運行期洪水的宣泄，減少對下游河勢的影響，也可方便其他建筑物的布置。在泄水消能建筑物布置于主河床后，升船機及廠房建筑物宜分別布置于泄水建筑物兩側(cè)，經(jīng)過從大壩深層抗滑穩(wěn)定、施工導(dǎo)流、施工條件、施工工期、工程投資等多方面比較確定推薦方案。該工程壩址為李家咀壩址，推薦壩型為混凝土重力壩，重力壩壩軸線總長995.4m，壩頂高程465m，最大壩高116m。推薦的樞紐布置方式為：河床中間布置8個表孔、5個底孔及消能建筑物，底孔（兼作排砂孔）布置在表孔左側(cè)，河床左側(cè)布置壩后式電站廠房，河床右側(cè)布置垂直升船機，兩岸布置非溢流壩段，灌溉渠首獨立布置在壩線上游。（1）泄水建筑物泄水建筑物均布置于河床中部，由8個表孔、5個底孔組成，底孔鄰近廠房壩段，布置于表孔左側(cè)。表孔壩段寬18.5m，閘墩厚4.5m；底孔壩段寬17.0m。溢流前緣總長243.5m，采用底流消能形式。（2）表孔表孔共8個，孔口尺寸為14.0m×22.8m（寬×高），每孔設(shè)弧形工作門，由液壓啟閉機啟閉，弧門上游設(shè)檢修鋼閘門。為減小消力池長度，加強消能效果，表孔出口采用寬尾墩方案。寬尾墩起始收縮點距壩軸線29.42m，水平長22.58m，收縮比為0.3，墩尾折角為12.24°。邊表孔采用不對稱寬尾墩（即導(dǎo)墻側(cè)收縮6.10m，另一側(cè)收縮3.00m），收縮比為0.35。表孔池底高程355m，池長135m，池寬143.5m，消力池尾坎為連續(xù)式，坎頂高程367m。尾坎后防沖段長35m，高程360.3m。消力池設(shè)置封閉抽排系統(tǒng)。（3）底孔底孔主要任務(wù)是泄洪、排沙，并兼作施工期導(dǎo)流底孔，共5孔，孔口尺寸均為6m×9m（寬×高）。底孔底板高程374.0m，采用有壓短管形式，有壓短管出口下游兩側(cè)突擴0.5m，底部跌坎高1.6m。明槽坡比1∶4.5，下段采用半徑為75m的圓弧調(diào)整到水平后至出口，出口突跌8.0m至消力池底板，出口高程362.0m，消力池護坦高程354.0m。底孔池底板高程354.0m，長187.7m（底孔明槽出口～消力池尾坎），池寬75m，消力池尾坎為連續(xù)式，坎頂高程367m。尾坎后防沖段長35m，高程360.3m。消力池設(shè)置封閉抽排系統(tǒng)。（4）通航建筑物通航建筑物布置在樞紐右岸導(dǎo)流明渠內(nèi)，采用單線一級垂直升船機，承船廂有效水域尺寸為116m×11.7m×2.5m（總長×型寬×吃水），可一次通過1+2×500t分節(jié)駁頂推船隊或2艘50t級機動駁。通航建筑物主要包括升船機上閘首、船廂室、下閘首以及上下游引航道靠船、導(dǎo)航、隔流建筑物等。上游引航道長404m，引航道左側(cè)布置兩條50m長的支墩式浮式導(dǎo)航堤，引航道右側(cè)布置7個中心距為20.0m的靠船墩。上閘首采用整體式“U”形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總長80.0m，總寬42.0m。船廂室結(jié)構(gòu)總高134.0m，總長118.2m，總寬41.6m。下閘首結(jié)構(gòu)總長27.5m，總寬48.8m。下游引航道長785.0m，臨江側(cè)在原縱向圍堰基礎(chǔ)上布置混合式隔流堤與下游河道隔開。引航道左側(cè)設(shè)120.0m長的墩板式導(dǎo)航墻，右側(cè)設(shè)45.0m長的輔導(dǎo)航墻和7個中心間距為20.0m的靠船墩。3洪水調(diào)節(jié)3.1基本資料3.1.1洪水過程線的確定本設(shè)計中樞紐主要任務(wù)是發(fā)電，兼做防洪之用，所以必須在選定水工建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)外，還要考慮下游防護對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)。由資料及表3-1-1得出防洪標(biāo)準(zhǔn)：重現(xiàn)期在500～1000，頻率在0.2～0.1%。由水工建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與下游防護對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮，選定設(shè)計洪水的頻率為0.2%，校核洪水的頻率為0.1%。表3-1-1洪水防護對象與防護標(biāo)準(zhǔn)防護對象防洪標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)工礦區(qū)農(nóng)田面積（萬畝）重現(xiàn)期（年）頻率（%）特別重要城市特別重要的>500>100<1重要城市重要的100～50050～1002～1中等城市中等的30～10020～505～2一般城市一般的<3010～2010～5表3-1-2洪峰單位過程線時段(天)011.062345流量(%)10891005732.51912由表3-1-2，運用同倍比放大法，繪出設(shè)計洪水過程線和校核洪水過程線：3.1.2相關(guān)曲線圖3.1.3確定天然設(shè)計洪峰流量和天然校核洪峰流量表3-1-3洪水流量頻率表頻率(P%)210.20.10.02流量(m3/s)1860026900325003470039600由表3-1-3：設(shè)計流量（p=0.2%），校核流量（p=0.1%）。3.1.4確定下泄設(shè)計洪峰流量標(biāo)準(zhǔn)（p=0.2%）和下泄校核洪峰流量標(biāo)（p=0.1%）從前面資料可知，考慮下游防洪要求以及下游能承受的洪水泄量，故下泄設(shè)計洪峰流量標(biāo)準(zhǔn)（p=0.2%），下泄校核洪峰流量標(biāo)準(zhǔn)（p=0.1%）。3.2洪水調(diào)節(jié)基本原則在已確定選擇混凝土實體重力壩的情況下，從提高泄流能力，便于運用管理和閘門維修，節(jié)省工程投資角度出發(fā)，泄洪方式以壩頂泄流最為經(jīng)濟。故按壩頂溢流的方式進行洪水調(diào)節(jié)計算，以確定壩頂高程和最大壩高。調(diào)洪演算采用半圖解法。3.2.1確定工程等別和級別根據(jù)SDJ12-78《水利水電工程樞紐等級劃分和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）》結(jié)合亭子口樞紐所給定的特征水位和基本資料，通盤考慮水庫總庫容、防洪效益、裝機容量等因素，該工程為大一型工程，主要建筑物為1級，次要建筑物為2級，臨時建筑物為3級。表3-2-1：山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]項目水工建筑物級別12345設(shè)計1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石壩10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土壩、漿砌石壩5000～20002000～10001000～500500～200200～100由表3-2-1可知永久性建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為：正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期為500年，非常運用（校核）洪水重現(xiàn)期為1000年。3.2.2水庫防洪要求本水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為500年，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年，亭子口樞紐洪水調(diào)節(jié)除保證本工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以外，還擔(dān)負(fù)著提高下游防洪標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。3.2.3水庫的運用方式本工程攔河大壩采用混凝土重力壩，為充分利用混凝土壩壩身泄水的特點，泄水建筑物選用壩頂溢流式。當(dāng)水庫洪水在時，即P=0.2%時，用閘門控制下泄流量，既來多少泄多少，保持庫水位不變；當(dāng)并小于下游承受的最大洪水量，繼續(xù)用閘門控制下泄量，即來多少泄多少，保持庫水位不變；當(dāng)>下游承受的最大洪水量，為了提高下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，用閘門控制下泄量在下游承受的最大洪水量，即大壩允許承受的最大洪水量，把多余的洪水?dāng)r蓄在水庫內(nèi)。3.3調(diào)洪演算3.3.1堰頂高程設(shè)此堰的堰頂高程為440。3.3.2設(shè)計水頭最高限制水位為459，正蓄水位H＝458，設(shè)堰頂高程為440，則堰上最大水頭根據(jù)公式＝最高限制水位－堰頂高程進行計算，即＝459－440＝19設(shè)計水頭取最大水頭的（0.75～0.95），即＝（0.75～0.95）所以有＝（0.75～0.95）×19，?。?.85×13＝16.153.3.3流量系數(shù)的確定河底高程為360，所以上游的堰高為＝440-360＝80因為設(shè)計水頭＝16.15，所以＝，所以此堰為高堰。當(dāng)，流量系數(shù)=0.502，而實際的，得=0.59。根據(jù)水力學(xué)中的關(guān)系圖得各個水深的流量系數(shù)。3.3.4方案擬訂根據(jù)所給資料，工程建成后可以對下游起到防洪作用，最大的下泄流量為，設(shè)表孔和底孔的最大單寬流量分別為，，則沿流寬度根據(jù)公式確定，可得：調(diào)洪演算采用壩址洪水，根據(jù)水量平衡原理用列表法計算，擬定孔口尺寸方案：8個表孔,8個表孔堰頂高程為440m，堰頂采用“WES”曲線實用堰，堰頂設(shè)弧形工作閘門，堰寬112,閘門尺寸14×22.8（寬×高），用壩頂排架上的固定式啟閉機啟閉。3.3.5計算下泄流量根據(jù)以上數(shù)據(jù)應(yīng)用下泄流量的計算公式計算下泄流量，其中其中ε=0.92，g=9.8，=Z-440根據(jù)以上數(shù)據(jù)和不同的堰寬可得不同水深時的下瀉流量，列于表中：表3-3-1：水位水深m流量系數(shù)下泄流量Q（堰寬112m)44000.000.3850.0044110.060.392178.8244220.120.402518.6944330.190.413978.9644440.250.421532.7644550.310.4322203.2944660.370.4352916.4244770.430.4433742.7044880.500.4544686.2444990.560.465665.72450100.620.4696765.61451110.680.4757905.27452120.740.489102.21453130.800.48510370.28454140.870.4911709.06455150.930.49513118.25456160.990.514597.68457171.050.50816243.18458181.110.51117801.78459191.180.51819570.15460201.240.5221216.91461211.300.52322959.61462221.360.5324948.46463231.420.53526920.273.3.6半圖解法調(diào)洪演算依據(jù)《水能規(guī)劃》教材所給的水庫洪水調(diào)節(jié)計算原理，采用水量平衡方程式：，式中：——分別為計算時段初，末的入庫流量（）；——計算時段中的平均入庫流量（），它等于；——分別為計算時段初、末的下泄流量（）；——計算時段中的平均下泄量（），即=；——分別為計算時段初、末水庫的蓄水量（）；——為的差；——計算時段，須化為秒數(shù)。泄洪建筑物采用500年一遇洪水設(shè)計，洪峰流量為32500；1000年一遇洪水校核，洪峰流量為34700，為達到下游防洪要求時，限制下泄流量為19000。（1）計算并繪制單輔助線計算中V取溢洪道堰頂以上庫容，計算時段取△t=4h。計算過程見下表：表1-1-2：水庫設(shè)計洪水單輔助曲線計算表(P=1%)堰寬112水庫水位Z總庫容V總堰頂以上庫容VV/△tqq/2(m)(億m3)(億m3)(m3/s)(m3/s)(m3/s)(m3/s)-1-2-3-4-5-6-73372003015153382.40.42777.78102.6051.302829.083392.80.85555.56238.91119.465675.013402.890.896180.56420.36210.186390.743413.241.248611.11641.10320.558931.663423.591.5911041.67898.17449.0911490.753433.941.9413472.221189.08594.5414066.763444.292.2915902.781514.91757.4616660.233454.632.6318263.891872.80936.4019200.293465.133.1321736.112263.021131.5122867.623475.643.6425277.782685.291342.6526620.423486.144.1428750.003139.471569.7430319.743496.654.6532291.673625.491812.7534104.413507.155.1535763.894143.382071.6937835.58利用表1-1-2中第(5)、(7)兩欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成單輔助線如下圖所示。圖1-1-1單輔助曲線圖（2）調(diào)洪計算求q~t過程和Z~t過程并繪制單輔助線表1-1-4某水庫半圖解法調(diào)洪計算表(P=1%)堰寬112m時間t入庫流量Q時段平均入庫流量qZ(h)(m3/s)(m3/s)(m3/s)(m3/s)m-1-2-3-4-5-60.000.0015.0030.00337.04.00938.25469.13454.1341.33337.28.001471.501204.881617.6771.35337.612.002004.751738.133284.45124.41338.216.002538.002271.385431.41227.25338.920.003071.252804.638008.78560.97340.624.003604.503337.8810785.69826.51341.728.003795.793700.1413659.321171.41342.932.003431.113613.4516101.361418.99343.736.003103.453267.2817949.651695.43344.540.002809.332956.3919210.611874.25345.044.002545.492677.4120013.771960.51345.248.002308.872427.1820480.442034.45345.452.002096.652202.7620648.752114.35345.656.001906.182001.4220535.822187.22345.860.001735.061820.6220169.222270.75346.064.001581.061658.0619556.532072.99345.568.001442.191511.6318995.172013.49345.472.001316.661379.4318361.111946.28345.2在表中，庫水位未達到防洪限制水位350m，所以不需再進行調(diào)洪，只需操作閘門將庫水位控制在防洪限制水位即可。利用表中第(1)、(2)、(5)三欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Q~t，q~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖1-1-3設(shè)計洪水調(diào)洪曲線圖然后利用第(1)、(6)欄相應(yīng)的數(shù)據(jù)繪制成Z~t關(guān)系曲線，如圖所示。圖1-1-4設(shè)計洪水z~t曲線圖查圖可知，最大下泄流量qm發(fā)生在t=52h時刻，正好是q~t曲線與Q~t曲線的交即為所求。，。4非溢流壩剖面設(shè)計4.1設(shè)計原則重力壩在水壓力及其他荷載的作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持抗滑穩(wěn)定；同時依靠壩體自重產(chǎn)生大揚壓力來抵消由于水壓力引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求。非溢流壩剖面設(shè)計的基本原則是：①滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；②工程量小，造價低；③結(jié)構(gòu)合理，運用方便；④利于施工，方便維修。遵循以上原則擬訂出的剖面，需要經(jīng)過穩(wěn)定及強度驗算，分析是否滿足安全和經(jīng)濟的要求，壩體剖面可以參照以前的工程實例，結(jié)合本工程的實際情況，先行擬定，然后根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力分析進行必要的修正。重復(fù)以上過程直至得到一個經(jīng)濟的剖面。4.2剖面擬訂要素4.2.1壩頂高程的擬訂壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高定出。即＝靜水位＋式中：＝（＝為波浪高度；為計算風(fēng)速；D為吹程；為波浪中心線超出靜水位的高度；為安全超高。），取頻率為1%的波浪高度。計算風(fēng)速在水庫正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍，校核洪水位時宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。表4-2-1計算情況庫水位(m)吹程(km)最大風(fēng)速(m/s)計算風(fēng)速(m/s)正常情況458101632設(shè)計情況461.3101624校核情況463101616采用官廳公式計算：，（D——吹程，m;L——波長，m;）非溢流壩壩頂安全超高hc值表如下：表4-2-2水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級別水工建筑物安全級別ⅠⅡⅢ水工建筑物級別（1）（2，3）（4，5）設(shè)計情況0.70.50.4校核情況0.50.40.3壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計算：壩頂高程=正常蓄水位+壩頂高程=設(shè)計洪水位+壩頂高程=校核洪水位+式中，、分別為計算的壩頂（或防浪墻頂）據(jù)設(shè)計洪水位和校核洪水位的高度。由于正常蓄水位、設(shè)計洪水位和校核洪水在計算壩頂超出靜水位Δh時，所采用的風(fēng)速計算值及安全超高值不一樣，所以在決定壩頂高程時，應(yīng)按正常蓄水位、設(shè)計洪水情況（持久狀況）和校核洪水情況（偶然狀況）分別求出壩頂高程，但壩頂高程應(yīng)高于校核水位。（2）正常蓄水位時計算風(fēng)速采用50年一遇的風(fēng)速，取為多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍，——吹程，可取壩前沿水庫到對岸水面的最大直線距離，即：風(fēng)速，吹程。各波浪要素計算如下：波高（官廳公式）由于,則為累計頻率5%的波高，根據(jù)換算累計頻率為1%的波高為波長（官廳公式）（官廳公式）則（3）設(shè)計洪水位時計算風(fēng)速采用50年一遇的風(fēng)速，取為多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍，——吹程，可取壩前沿水庫到對岸水面的最大直線距離，即：風(fēng)速，吹程。各波浪要素計算如下：波高（官廳公式）由于,則為累計頻率5%的波高，根據(jù)換算累計頻率為1%的波高為波（官廳公式）（官廳公式）則（3）校核洪水位時計算校核情況采用多年平均最高風(fēng)速，即：,。各波浪要素計算如下：（官廳公式）（官廳公式）（官廳公式）則2、壩頂高程計算根據(jù)以上兩種水位時計算結(jié)果，得出兩種狀況下壩頂高程。（1）正常蓄水位時的壩頂高程：▽壩頂=正常蓄水位+=458+9.94=467.94m（2）設(shè)計洪水位時的壩頂高程：▽壩頂=設(shè)計洪水位+=461.3+6.533=467.833m（3）校核洪水位時的壩頂高程：▽壩頂=校核洪水位+=463+2.89=465.89m為保證大壩的安全運行，應(yīng)該選用其中的較大值▽壩頂＝467.94m，當(dāng)壩頂設(shè)置有與壩體連成整體的防浪墻（取1.2m）時，可降低壩頂?shù)母叱蹋匀雾敻叱虨楱?67.9m。壩基面面高程為；壩高為。計算過程詳見計算書,成果列于下表：表4-2-3計算情況（m）hz（m）hc（m）h（m）壩頂高程（m）正常情況2.75.90.79.94467.94設(shè)計情況2.3652.90.76.533467.833校核情況1.141.250.52.89465.89計算結(jié)果表明，壩頂高程由校核洪水位控制，考慮由泄洪和結(jié)構(gòu)要求確定的剖面，穩(wěn)定安全系數(shù)有較大的余幅，壩踵也未出現(xiàn)拉應(yīng)力，取壩頂高程467.9，將超高置于壩頂以上，壩頂上游再設(shè)實體防浪墻。4.2.2壩頂寬度的擬訂為了適應(yīng)運用和施工的需要，壩頂必須有一定的寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高的8%～10%，且不小于2m。綜合考慮以上因素,壩頂寬度B=10m。 4.2.3壩坡的擬訂考慮壩體利用部分水重增加其抗滑穩(wěn)定，根據(jù)工程實踐，上游邊坡系數(shù)n=0.1～0.2，下游邊坡系數(shù)m=0.6～0.8。4.2.4上、下游起坡點位置的確定上游起坡點位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物的進口高程來定，上游起坡點一般在距壩底處，初擬上游起坡點高107.9/335.96，則上游起坡點高程=360+35.96=395.96m，取整396m，下游起坡點的位置應(yīng)根據(jù)壩的實用剖面形式、壩頂寬度，結(jié)合壩的基本剖面得到（最常用的是基本剖面的頂點位于校核洪水位處），由于起坡點處的斷面發(fā)生突變，故應(yīng)對該截面進行強度和穩(wěn)定校核。4.2.5剖面設(shè)計根據(jù)規(guī)范規(guī)定，取n=0.2,m=0.7,壩底寬度約為壩高的0.7～0.9倍，這里取0.8，即B=107.9*0.7=75.53，取整數(shù)76m初選剖面尺寸如圖所示:圖4-2-1剖面受力圖3.基本荷載計算=1\*GB4㈠正常蓄水位情況（1）壩體自重（2）水平水壓力上游水平水壓力：下游水平水壓力：垂直水壓力上游垂直水壓力：下游垂直水壓力：（4）揚壓力排水處揚壓力折減系數(shù)：浪壓力設(shè)計、校核水位情況設(shè)計、校核水位情況下的計算方法與正常蓄水位是一樣的，故設(shè)計、校核洪水位情況下的各個方向的壓力如下表所示：壩體自重(W)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位102583.2102480101384水平水壓力(P)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位525005213551080（3）垂直水壓力(P)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位716070506800（4）揚壓力(U)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位25515.525485.523984.6（5）浪壓力(P)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位180.8114.0339.704.3抗滑穩(wěn)定分析與計算4.3.1分析的目的核算壩體沿壩基面或地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定的安全度。4.3.2滑動面的選擇滑動面選擇的基本原則：研究壩基地質(zhì)條件和壩體剖面形式，選擇受力較大,抗剪強度低,最容易產(chǎn)生滑動的截面作為計算截面。一般有以下幾種情況：①壩基面②壩基內(nèi)軟弱層面③基巖緩傾角結(jié)構(gòu)面④不利的地形⑤碾壓混凝土層面等。4.3.3對壩基面進行抗滑穩(wěn)定計算壩體建基面抗滑穩(wěn)定根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按抗剪斷強度公式計算，公式為：——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，不小于下表的規(guī)定：表4-5-1抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合12、3基本組合3.03.0特殊組合2.52.3——作用于接觸面上豎直方向的合力，kN;——作用于接觸面上水平方向的合力，kN;——抗剪斷摩擦系數(shù)；——抗剪斷凝聚力，kPa；——計算截面面積；設(shè)計時：>3.0校核時：>2.5均符合穩(wěn)定要求。計算結(jié)果如下表抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)設(shè)計校核K’3.17(>3.0)2.75(>2.5)滿足穩(wěn)定要求。4.4應(yīng)力計算4.4.1分析的目的檢驗所擬壩體斷面尺寸是否經(jīng)濟合理，并為確定壩內(nèi)材料分區(qū)，某些部位配筋提供依據(jù)。4.4.2分析方法應(yīng)力分析的方法有理論計算和模型試驗兩類。理論計算又分為材料力學(xué)法和彈性理論法，材料力學(xué)法計算簡便，適應(yīng)面廣，并有一套比較成熟的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，目前仍被普遍采用，適應(yīng)于地質(zhì)比較簡單的中低壩；本工程壩高467.9-360=107.9屬中高壩，故采用材料力學(xué)分析法。4.4.3材料力學(xué)法的基本假設(shè)1、壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；2、視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨立工作，橫縫不傳力；3、假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。4.4.4荷載組合1、正常蓄水情況：自重+正常蓄水位對應(yīng)的靜水壓力+揚壓力+浪壓力；2、設(shè)計洪水情況：自重+設(shè)計洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚壓力+浪壓力；3、校核洪水情況：自重+校核洪水位對應(yīng)的靜水壓力+揚壓力+浪壓力；因正常蓄水位與設(shè)計洪水位相差不大，根據(jù)《SDJ21-78(試行)補充規(guī)定》可不予計算。4.4.5應(yīng)力計算在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強度要求。取1壩長進行計算,計算如下：①垂直正應(yīng)力σyu和σyd式中：——作用在計算截面以上全部荷載的垂直分力總和。設(shè)計時：校核時： ——作用在計算截面以上全部荷載的對截面形心的力矩總和。 設(shè)計時： 校核時： ——壩體計算截面沿上下游方向的長度,。帶入求得：設(shè)計時：, 校核時：,均未出現(xiàn)負(fù)值（拉應(yīng)力），符合應(yīng)力要求。②剪應(yīng)力，設(shè)計時：校核時：——上游面水壓力強度,n——上游壩坡坡率——上游面水壓力強度,m——下游壩坡坡率③水平正應(yīng)力,設(shè)計時:校核時：④第一主應(yīng)力,設(shè)計時:校核時:⑤第二主應(yīng)力設(shè)計時:校核時: 分析可看出由以上可以看出壩體邊緣應(yīng)力狀態(tài)良好，未出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。5溢流壩段設(shè)計5.1泄水建筑物方案比較5.1.1布置原則（1）壩址洪峰流量大，泄水建筑物要有較大的泄流能力和靈活可靠的運行方式?？紤]下游的防洪要求，泄水建筑物應(yīng)有較好的泄流能力。（2）壩址左岸陡峭，右岸為順向坡，采用了右岸引水式廠房，兩岸沒有布置溢洪道的條件，加上選擇了混凝土重力壩，所以采用河床壩身泄洪方式。（3)下游校核洪水位很高，而且不同工況下的尾水位變化很大，難以采用挑流消能，采用底流消能型式。5.1.2泄洪方案選擇選用8個表孔，孔口凈寬14×8=112，設(shè)計洪水位為461.3，相應(yīng)下泄量q為32500，校核洪水位為463，相應(yīng)下泄量q為34700。5.2溢流表孔布置表孔共8個，孔口尺寸為14.0m×22.8m（寬×高），每孔設(shè)弧形工作門，由液壓啟閉機啟閉，弧門上游設(shè)檢修鋼閘門。為減小消力池長度，加強消能效果，表孔出口采用寬尾墩方案。邊表孔采用不對稱寬尾墩（即導(dǎo)墻側(cè)收縮6.10m，另一側(cè)收縮3.00m），收縮比為0.35。表孔池底高程355m，池長135m，池寬143.5m，消力池尾坎為連續(xù)式，坎頂高程367m。尾坎后防沖段長35m，高程360.3m。消力池設(shè)置封閉抽排系統(tǒng)。5.3溢流壩剖面設(shè)計溢流壩的基本剖面為截頂三角形，一般其上游面為鉛直或折線面，溢流面由頂部的曲線、中間的直線和底部的反弧三部分組成。5.3.1頂部曲線根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》和《水力學(xué)》上冊，將堰面曲線設(shè)計為“WES”剖面曲線，上游面采用三圓弧連接，下游面采用冪曲線。定型設(shè)計水頭按堰頂最大作用水頭的75%～95%計算（），考慮到在校核洪水位閘門全開時出現(xiàn)的負(fù)壓不得超過3～6（水柱），經(jīng)試算，取定型設(shè)計水頭=90%。即=90%×（463-440）=20.7，此時在校核洪水位閘門全開時產(chǎn)生負(fù)壓為3.186（水柱），在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。上游面采用三圓弧連接，其半徑分別為：=0.5=0.5×20.7=10.35X1=-0.175=-0.175×20.7=-13.6225=0.2=0.2×20.7=4.17X2=-0.276=-0.276×20.7=-5.7132=0.04=0.04×20.7=0.828X3=-0.282=-0.282×20.7=-5.8374下游面采用冪曲線，其方程為：其中=20.7，則方程簡化為WES曲面上的點坐標(biāo)X(m)Y(m)X(m)Y(m)X(m)Y(m)1.000.0413.004.3825.0014.672.000.1414.005.0226.0015.783.000.2915.005.7027.0016.924.000.4916.006.4328.0018.105.000.7517.007.2029.0019.316.001.0518.007.9930.0020.567.001.3919.008.8331.0021.858.001.7820.009.7132.0023.179.002.2221.0010.6333.0024.5310.002.6922.0011.5834.0025.9211.003.2123.0012.5835.0027.3512.003.7724.0013.6136.0028.81將坐標(biāo)圓點0點定于堰頂，繪制WES曲線如下圖：5.3.2中間直線段的確定頂部的曲線段確定后，中部的直線段分別與頂部曲線、底部的反弧段相切，其坡度一般與非溢流壩段下游坡率相同，即為1：m。直線與冪曲線相切時，切點C的坐標(biāo)為：對堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù)=1/26.28×1.85=0.07直線CD的坡度為=1/0.7；故有0.07=1/0.7X=34.73m由上可得直線段與冪曲線的切點的坐標(biāo)為（34.73,26.96）。5.3.3反弧段堰頂剖面曲線的下游與一傾斜直線段相切，直線段的坡度與非溢流壩下游面相同，即1：0.7，直線段的下部與反弧段相切。對于底流銜接，以便將水流平順地導(dǎo)入下游，防止水流跌落的沖擊力對壩基礎(chǔ)的沖刷，反弧半徑采用以下公式計算：式中上下游水位差=78m=（24~48）m，式中：水深—壩前水頭（）——流速系數(shù)，對于該樞紐為中等長度的溢流面，取為0.95——該斷面處水深對于底流消能，反弧段取反弧半徑的上限值，故取R=48m。5.4消能設(shè)計與計算由于壩址處洪峰流量大，河谷較窄，故下泄的單寬流量較大。在校核工況下，最大下泄量達34700時的堰上單寬流量為180。因此消能設(shè)施尤顯重要?，F(xiàn)根據(jù)《水力計算手冊》、《水力學(xué)》和《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，采用以下消能方式消能。5.4.1閘墩的設(shè)計閘墩厚5，墩長32，頭部為半圓形，在距壩軸線1.5處采用半徑為2.5的半圓相接，在距壩軸線0.5處設(shè)置檢修門槽，門槽寬度為1.0，深度為0.5，尾部為“Y”型寬尾墩。在閘墩尾部設(shè)置“Y”型寬尾墩，利用寬尾墩的以下特性，提高消能效果。（1）水流特點：由于墩尾加寬，水流接近寬尾墩尾部時，水面逐漸壅高，貼近邊壁的水面比孔中心附近的水面壅高更甚。水面壅高的程度隨流量和寬尾的體型尺寸而變化，由于水面壅高，閘室出口處射流上緣水面與壩面夾角顯著加大，為水流沿鉛直方向擴散創(chuàng)造了條件。各孔水流出閘室后，受寬尾墩作用，沿程橫向收縮，豎向擴散，在壩面上形成窄而高的多股“水墻”。這種橫向收縮使壩面水深增加2～3倍甚至更大。由于壩面水流與空氣的接觸面積大大增加，因而水流的摻氣量也大大增加。（2）摻氣特性：(a)寬尾墩閘室內(nèi)水面逐漸壅高，水面切線與壩面的夾角也逐漸加大，使水流沿豎向加速擴散；(b)墩尾出流與空氣的接觸面積成倍增加；(c)水流出閘室后，兩側(cè)紊流邊界層立即暴露在空氣中，可以造成大量摻氣，與底層紊流邊界層接觸，所以底層水流摻氣發(fā)展較快。（3）壩面壓力：實際觀測，寬尾墩尾部的壓力提高，消除了負(fù)壓，墩頭壓力變化不大。5.4.2消能形式選擇（1）水流銜接狀態(tài)的判別亭子口水庫為Ⅰ等大（1）型工程，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，其消能防沖建筑物按500年一遇洪水設(shè)計。對于P=0.2%，亭子口水庫上游正常水位458.0，最大泄量q=32500，此時下游水位為380。河床原始基面高程為360。由前面設(shè)計可知，溢流壩段的溢流面寬度為：B=14×8+5×7=147，故收縮斷面處單寬流量對于矩形斷面，下游的臨界水深=（取流速系數(shù)）查《水力學(xué)》下冊附圖I矩形斷面渠道收縮水深及其共軛水深求解圖，得,故收縮斷面處水深:共軛水深:下游水深<由于下游水深小于收縮斷面處的共軛水深，水躍發(fā)生在收縮斷面下游，稱為遠驅(qū)式水躍銜接。在此情況下，建筑物與躍前斷面之間還存在相當(dāng)長的急流段。在這一段內(nèi)，流速很高，對河床沖刷能力很大，河床必須有可靠的保護結(jié)構(gòu)。由于下游尾水較深，且水位變化大，優(yōu)先選用底流式消能。為了改變這種不利的銜接形式，必須設(shè)法加大建筑物的下游水深，使水躍控制在緊靠建筑物之處，并形成淹沒程度不大的水躍。加大下游水深的工程措施，其有降低護坦高程和在護坦末端修建消能坎來雍高水位，使坎前形成消能池兩種方式。綜合各方面因素，結(jié)合現(xiàn)有的工程實際，采用消力池，考慮適當(dāng)降低護坦高程，同時修建不太高的消能坎，并在消力池內(nèi)修建輔助消能工（即趾墩和四排中墩），形成綜合消力池。5.4.3消力池的水力計算水流銜接計算采用以下公式：，=，，式中———下游臨界水深；———斷面處水頭與水深的比值；———下游收縮斷面處水深；———下游收縮斷面處共軛水深。計算得知：>故水流銜接形式為遠驅(qū)式水躍銜接，需要修建消力池使水躍的躍后水深與下游安全銜接。算消力池深度d采用以下公式進行計算：，式中：--水流動能修正系數(shù),可采用1.0～1.05；——躍后水深

(m)，則假設(shè)d=8.76m。于是：，由公式，得再計算水面跌落值（取消能池流速系數(shù)），則代入公式與假設(shè)相符，故所求池深。計算消能坎高度經(jīng)過簡單計算可得出該坎為淹沒坎，設(shè)坎高為。查表得，則。故另外假設(shè)，則，。查表得，最后算出故消能坎高度為8m。式中———消能坎頂全水頭；———消能坎頂實際水頭；———水躍的淹沒系數(shù)，一般取1.05； ———消力池深，取2.8。 ———消力坎過流能力；———消力坎的淹沒系數(shù)，需查表得；———消力坎的流量系數(shù)，取0.42。計算中盡量使消能壩的過水能力與已知流量66.13接近，經(jīng)計算得消能坎高度C=8。（4）消力池長度的計算消力池的長度必須足以保證水躍不越出池外，所以消力池的長度可以從水躍的長度出發(fā)來考慮。但消力池的水躍受到消力池末端一垂直壁面產(chǎn)生的一個反向作用力，減小了水躍長度。所以消力池內(nèi)的水躍長度僅為平底渠道中自由水躍長度的70%～80%。故采用下式計算：其中水躍長度為：，考慮到要在消力池內(nèi)修建輔助消能工，故取83。（5）邊墻高度邊墻高度為躍后水深加上適當(dāng)?shù)某?，一般按工程的?guī)模取計算，這里取，則。（5）護坦厚度護坦厚度。故水流銜接形式為遠驅(qū)式水躍銜接，需要修建消力池使水躍的躍后水深與下游安全銜接。而消力池中的幾個重要尺寸通過計算得：算消力池深度、計算消能坎高度、消力池長度。5.4.4輔助消能工設(shè)計消力池中收縮斷面處的弗汝德數(shù)>4.5所以考慮在消力池中修建趾墩和中墩作為輔助消能工。根據(jù)《水力計算手冊》參考“USBRШ”型消力池，作以下設(shè)計：（1）趾墩設(shè)計高度==2.457取2.5寬度==2.457取2.5間距可以近似等于，取2.5，與邊墻距離0.5=1.2285，設(shè)計時取2。（2）中墩設(shè)計依據(jù)Fr1=5.48查《水力計算手冊》第二版圖4—2—16，得高度則取3.8寬度間距，考慮到錯位布置中墩，設(shè)計時與邊墻的距離分別取3.7，5。消力中墩設(shè)計為一排，每排五個消力，且中墩位置。5..4.5消力池護坦的設(shè)計（1）護坦在下游的水躍區(qū)內(nèi)，用以保護地基免受沖刷，護坦設(shè)計成水平的，為混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)鋼筋加固。護坦和壩體間有伸縮縫分開。（2）護坦板的范圍很大，應(yīng)分塊施工，以降低溫度應(yīng)力和便于澆筑。護坦要承受高速水流的沖刷和消能作用，采用抗磨性能較高的高標(biāo)號混凝土，必要時可在表層澆筑抗磨能力特強的混凝土或保護層，高強混凝土中應(yīng)摻有粉。本設(shè)計中護坦表面按構(gòu)造要求布置鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的直徑取16，間距為25，鋼筋網(wǎng)表面用高強混凝土噴漿處理，要形成25厚的保護層，（3）錨筋設(shè)計錨筋采用直徑=30，其間距取=2。錨入深度依據(jù)不同的地質(zhì)條件，取值范圍在3—5，每塊護坦板的尺寸依據(jù)具體情況取值范圍為10—20。6細部構(gòu)造設(shè)計6.1壩頂構(gòu)造壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高為1.2m，厚度為50cm，以滿足運用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為2%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有寬1m的人行道，并高出壩頂路面20cm，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。（見圖：非溢流壩壩頂布置）6.2廊道系統(tǒng)6.2.1基礎(chǔ)灌漿廊道基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面采用上圓下方的城門洞形，尺寸為2.5×3.5（寬×高）見下圖，以滿足鉆孔、灌漿工作空間的需要。在廊道頂部和底部應(yīng)埋設(shè)一些吊鉤和軌道，以便用來搬動機件。底部廊道盡量靠近基礎(chǔ)，非溢流壩段底部廊道高程為370，溢流壩段底部廊道高程為370。灌漿廊道的高程低于尾水位。在廊道近下游側(cè)設(shè)有集水井。用水泵抽水向下游排出。6.2.2檢查排水廊道為了檢查，觀測，巡視和排除滲水，靠近壩體上游面處每隔15～30m高程設(shè)置一檢查廊道兼做排水廊道。廊道也采用上圓下方的型式，尺寸此處選和基礎(chǔ)廊道相同。檢查廊道分別布置布置于非溢流壩和溢流壩內(nèi)，縱向排水廊道沿不同高程分設(shè)自流式排水設(shè)備。6.2.3排水管靠近壩的上游面沿壩軸線方向設(shè)一排豎向排水