銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)PAGEPAGE0湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院HunanTechnical畢業(yè)設(shè)計(jì)成果設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱銅錢壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)

目錄第一章基本資料 11.1地形、地質(zhì)情況 11.1.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件 11.1.3壩址工程地質(zhì)條件 31.2水文與氣象 61.3工程特性值 81.4水位 91.5其他 9第二章調(diào)洪演算 102.1洪水分析計(jì)算 102.1.1設(shè)計(jì)洪峰 102.1.2設(shè)計(jì)洪量的推求 102.2泄洪規(guī)模和死庫容確定 112.3興利庫容的確定 112.4調(diào)洪計(jì)算 12第三章樞紐總體布置、壩型選擇 173.1壩址選擇 173.1.1中壩址與下壩址工程地質(zhì)條件比較見下表： 173.2壩軸線選擇 173.3泄水和引水建筑物 183.4壩型選擇 193.4.1各壩對(duì)地形、地質(zhì)得要求 193.4.2各壩的特點(diǎn) 203.5樞紐布置 223.5.1水利樞紐的建筑物 223.5.2樞紐總體布置 223.6壩體剖面擬定 233.6.1壩坡 233.6.2壩頂寬度 243.6.3壩頂高程 243.6.4壩坡選擇 263.6.5壩體排水設(shè)備選擇及尺寸擬定 263.7滲流計(jì)算 273.7.1計(jì)算情況選擇 273.7.2滲流分析的方法 273.7.3均質(zhì)壩的滲流計(jì)算 273.8穩(wěn)定計(jì)算 293.8.1土壩失穩(wěn)的形式 293.8.2計(jì)算公式的分析 293.8.3最危險(xiǎn)圓弧位置的確定 303.8.4土條劃分 303.8.5不均勻塊的的處理 303.8.6穩(wěn)定分析的步驟 313.9細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 343.9.1壩頂構(gòu)造 343.9.2壩體排水 343.9.3上下游護(hù)坡及排水 343.9.4反濾層 343.9.5土料的選擇 353.9.6地基處理 35第四章溢洪道設(shè)計(jì) 374.1河岸溢洪道的類型和位置選擇 374.1.1河岸溢洪道的類型 374.1.2溢洪道的位置選擇 374.2進(jìn)水渠 384.3控制段設(shè)計(jì) 394.3.1定型設(shè)計(jì)水頭Hd選擇 394.3.2上游堰高確定 394.3.3溢流孔口尺寸的擬定 404.3.4確定堰面曲線 404.3.5剖面銜接計(jì)算 414.3.6溢流堰閘門閘墩設(shè)計(jì) 424.4泄槽形式及水力計(jì)算 424.4.1槽的形式及水面曲線設(shè)計(jì) 424.4.2泄槽彎道設(shè)計(jì) 444.4.3彎道沖擊波設(shè)計(jì) 454.5消能防沖斷設(shè)計(jì) 464.5.1溢洪道沿程水頭損失和局部水頭損失 464.5.2水舌設(shè)計(jì) 474.5.3溢洪道挑坎與沖溝的處理 484.6溢洪道構(gòu)造 484.6.1襯砌 484.7出口消能段 49第五章地基處理 505.1地基開挖與處理 505.2帷幕灌漿 50致謝 51參考文獻(xiàn) 52摘要銅錢壩土壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)大壩的各個(gè)部位進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，在分析了壩址的地質(zhì)條件后，選取了壩軸線并進(jìn)行了樞紐布置。通過對(duì)深入部分泄水建筑的了解，對(duì)該工程的溢洪道及底孔的形式和消能及防沖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：壩址、壩型選擇和樞紐布置，調(diào)洪計(jì)算，粘土均質(zhì)壩設(shè)計(jì)，泄水建筑物設(shè)計(jì)，構(gòu)造設(shè)計(jì)，地基處理等。設(shè)計(jì)過程中，采用的主要方法有關(guān)于調(diào)洪計(jì)算的半圖解法、壩坡穩(wěn)定計(jì)算的瑞典圓弧法、滲流計(jì)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(cè)所推薦的方法。具體設(shè)計(jì)詳見設(shè)計(jì)說明書，另外除了設(shè)計(jì)說明書外，還有反映本次設(shè)計(jì)成果的5張圖紙。關(guān)鍵詞：土石壩；調(diào)洪計(jì)算；樞紐布置。 第一章基本資料1.1地形、地質(zhì)情況1.1.1區(qū)域地質(zhì)情況本區(qū)位于大巴山旋扭構(gòu)造西段北緣，北與秦嶺緯向構(gòu)造相連，由陽勉大斷裂與之相隔，區(qū)域主要構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|東向，局部有近南北向受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響。區(qū)域地層有下元古界東房溝組震旦系下統(tǒng)陡山沱組、燈影組，寒武系石牌組，奧陶系中上統(tǒng)，志留系龍馬溪組和第四系地層。所見巖層有東房溝組灰、深灰色砂質(zhì)極巖，絹云母千枚巖，白云質(zhì)灰?guī)r，砂巖，巖質(zhì)硅質(zhì)板巖。震旦系下統(tǒng)千枚巖，砂巖礫巖，凝灰質(zhì)砂礫巖，燈影組陡山沱組，硅質(zhì)灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，砂巖，千枚巖等，石牌組頁巖，粉砂巖，灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、奧陶系黃綠色質(zhì)巖，砂質(zhì)頁巖，龜裂灰?guī)r，泥灰?guī)r，龍馬溪組深灰綠色砂巖，砂質(zhì)頁巖，第四系坡積沖積亞砂土亞粘土夾碎石及砂卵石及卵石層等。主要褶曲有李家大山—陽平關(guān)背斜，陳家大梁—寬川鋪背斜、胡家壩—陳家壩背斜，主要斷裂有胡家垣—五月坪斷層、無墩溝—雙河寺斷層，李家大山—人長(zhǎng)溝斷層和銅錢壩斷層等。本區(qū)屬于巴山系低山區(qū)，玉帶河屬山區(qū)河流，發(fā)源于巴山箭竹嶺，自南向北，流經(jīng)寧強(qiáng)勉縣，于勉縣銅錢壩注入漢江，全長(zhǎng)110km，流域面積近800km2。近期該區(qū)屬緩慢上升區(qū)，河床及河谷兩岸覆蓋少，見有明顯的三級(jí)階地，河曲多，比降小，宜于見庫。1.1.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件⑴水庫滲漏玉帶河為漢江上游南岸最大的一條河流，河底均低于鄰谷數(shù)十米，上游庫段河谷兩岸，大部分為透水性很大的千枚巖，變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等，該區(qū)泉水出露高程在620m以上，回水后一般不會(huì)產(chǎn)生庫水向鄰近河谷滲漏的可能。震旦系燈影組硅質(zhì)白云巖有巖溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高懸于640m——720m高程以上，不致產(chǎn)生滲漏，據(jù)水文二隊(duì)訪問，在七姐妹山東端玉帶河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季節(jié)可見從山里有一股泉水溢出，該處高程在600m左右，是值得注意的低點(diǎn)。庫區(qū)中游的白巖河兩條近東西向壓扭性斷層寬度一為40m，一為20m，地勢(shì)向西逐漸增高，山體連綿，斷層交會(huì)處已接近回水尾端，據(jù)水文二隊(duì)估計(jì)，無集中滲漏可能。玉帶河下游四溝一帶與漢江分水嶺，按回水標(biāo)高計(jì)算直線距離有2500m，燕幾溝一帶與漢江分水嶺山體單薄，寬度由2400m左右。水文二隊(duì)認(rèn)為回水后又可能發(fā)生滲漏。⑵水庫的淹沒及浸沒按正常高水位605m，庫區(qū)集中淹沒范圍僅在南溪溝、白巖河以下，即沿河谷兩岸高漫灘及一、二級(jí)階地和各大溪溝出口段的相應(yīng)高程內(nèi)。南溪溝至曲尺溝，河道狹窄，零星分布的前緣標(biāo)高在600m左右的一級(jí)階地屬淹沒范圍，未淹沒的部分一級(jí)階地大部分為浸沒范圍。南溪溝以下，河谷開闊，兩岸分布一、二級(jí)階地，一級(jí)階地為庫區(qū)主要淹沒區(qū)，二級(jí)階地部分淹沒。白巖河瓦廠里以下將淹沒部分一級(jí)階地，未淹沒的部分一級(jí)階地為庫區(qū)主要浸沒范圍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，蓄水后將淹沒3000畝耕地和分散居民房屋千余間。⑶水庫坍岸庫岸基巖裸露，系堅(jiān)硬巖石組成，河谷地區(qū)侵蝕剝蝕作用強(qiáng)烈，一般僅有厚度不大的強(qiáng)烈風(fēng)化層，甚至地表即位弱風(fēng)化巖層，不易產(chǎn)生塌滑體。庫區(qū)兩岸存在第四系土層的崩塌體、滑坡體等不良地質(zhì)體，將會(huì)產(chǎn)生坍岸變性?；麦w及崩塌體大部分分布在土車壩以下河段，尤以張家油房、魏其溝、南溪溝、石馬灘、黃家溝及許家流等地較多，一般長(zhǎng)約100m—150m，高50m—100m，厚20m—30m?；碌孛嫫露?5°—30°，水文二隊(duì)通過對(duì)60#和65#滑坡體驗(yàn)算，最終她岸寬度分別為90m和81m，而根據(jù)地質(zhì)剖面分析65#滑坡塌岸最終寬度可能達(dá)100m以上。曲尺溝口30#滑坡有可能阻塞河道。另陳家壩和許家壩附近有基巖滑坡幾處。⑷固體徑流來流庫區(qū)左家灣以上，河床固體徑流，主要漂石夾卵塊石，來源于上游寒武、奧陶系地層分布段，左家灣至南溪灣溝段細(xì)碎物質(zhì)亦不多南溪溝以下，僅有部分溪谷出口處有小型碎塊石組成的洪積扇，輸沙量亦不大。庫段內(nèi)，覆蓋層不發(fā)育，基巖廣布，植被良好，固體徑流來源不多，據(jù)水文二隊(duì)獲得的資料，多年平均輸沙量為77.2萬t—84.9萬t，年固體徑流模數(shù)為1115t/km2.1.1.3壩址工程地質(zhì)條件⑴地形地貌中壩址距下壩址400余米，玉帶河環(huán)繞單薄山脊，呈S形彎曲，中壩址河段較平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷寬約80m~100m，谷底平坦，河床比降為1%~0.5%，平水及枯水期低漫灘廣泛分布，水面標(biāo)高571.6m左右，水深1~3m。壩址區(qū)河谷兩岸發(fā)育不對(duì)稱零星分布的階地，左岸地形較緩，坡度35°~45°，山坡上發(fā)育有小沖溝，左岸平洞上游岸邊河流側(cè)蝕沖刷，谷坡陡峭基巖裸露。右岸呈陡坡地形，坡度45°~60°。上游略有變緩，下游有一條深沖溝切割。河床覆蓋層厚為4m~6m，河床及巖面略有起伏，但仍較平坦，未發(fā)現(xiàn)較大深槽。⑵地層巖性中下壩址均見有下元古界東房溝組（）及后期巖脈與第四紀(jì)地層，其巖性略有差別。元古界東房溝組：①、含炭砂質(zhì)板巖：灰~深灰色，局部炭質(zhì)富集呈灰黑色，礦物成分以石英、絹云母為主，其次為炭質(zhì)，含少許黃鐵礦小晶體，板理發(fā)育，易風(fēng)化，新鮮巖石較堅(jiān)硬。②、硅化灰質(zhì)礫巖夾巖質(zhì)板巖：深灰、灰黑色，礫石成分復(fù)雜，以灰?guī)r、砂巖、火成巖為主，次為板巖、千枚巖。次棱角狀及棱角狀，礫石大小不一，直徑一般為3cm~5cm，偶見大者達(dá)2m，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、硅質(zhì)。以基底膠結(jié)為主，質(zhì)堅(jiān)脆、石英脈發(fā)育、地表見有輕微的溶蝕現(xiàn)象，本層在中壩址變化較大。③、炭質(zhì)硅質(zhì)板巖：灰黑色、黑色，風(fēng)化后呈灰白色，以炭質(zhì)硅質(zhì)成分為主，板狀構(gòu)造、板理發(fā)育、單層厚3cm~5cm，質(zhì)堅(jiān)脆、易風(fēng)化。④、紫色千枚巖：底部夾灰綠色千枚巖，具千枚狀構(gòu)造，質(zhì)軟，易風(fēng)化。⑤、青灰色千枚巖：具千枚狀構(gòu)造，片理明顯，質(zhì)軟，易風(fēng)化。⑥、黃綠色千枚巖夾竹葉狀灰?guī)r、砂巖：風(fēng)化后呈灰黃—黃褐色，片理明顯，易沿片理剝落，質(zhì)軟易風(fēng)化。所夾砂巖、竹葉狀灰?guī)r呈夾層或透鏡狀。風(fēng)化面呈褐色、質(zhì)堅(jiān)。⑦、巖脈：花崗閃長(zhǎng)巖巖脈數(shù)條，多沿破碎帶或順層侵入，出露寬度一般1m—2m左右，最大厚度可達(dá)7m，與圍巖接觸較好，質(zhì)堅(jiān)，難風(fēng)化。⑧、第四系全新統(tǒng)河床沖積砂卵石層：卵石成分主要為砂巖，次為板巖。砂粒以石英長(zhǎng)石巖屑為主，砂巖比為4：6。⑶地質(zhì)構(gòu)造中壩址為淺薄山脊，為一傾覆倒轉(zhuǎn)背斜，背斜軸向大致為2.5°—3.0°東，向被東東方向傾覆，傾覆角50°—70°，軸部由含炭砂質(zhì)板巖地層組成，褶皺強(qiáng)烈，巖石層倒轉(zhuǎn)，傾角陡立，翼部由硅化灰質(zhì)礫巖、炭質(zhì)桂質(zhì)千枚巖等組成。為一緊密同斜褶曲，西翼巖層產(chǎn)狀：北20—30西，傾南西，傾角65°—80°。壩址斷層發(fā)育，按其發(fā)育方向，大致分為北西、北北東、北東東三組為主，北東東向?yàn)閴盒詳鄬樱蔽髋c北東東為扭裂，南北向?yàn)閴盒詳鄬?。壩址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)壩肩平洞揭露，其中以北北東、北東東及北西西三組最為發(fā)育，次為北西西組，與壩址區(qū)構(gòu)造線方向基本一致。⑷主要物理地質(zhì)現(xiàn)象及巖石風(fēng)化情況規(guī)模較大的滑坡體有：左壩肩滑坡體、導(dǎo)流洞出口坍塌體、右壩肩坍塌體。左壩肩滑坡體對(duì)建筑物危害較大，該滑坡體東以壓性斷層為界，西以凹溝左壁為界，后緣位于CH15號(hào)孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動(dòng)方向?yàn)楸?5m，東西寬80m，南北長(zhǎng)后緣位于CH15號(hào)孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動(dòng)方向?yàn)楸?5m，東西寬80m，南北長(zhǎng)85m，鉆孔中接露厚為20m—24m。據(jù)水文二隊(duì)初步估算其方量達(dá)10萬m3，為一基巖谷滑坡，目前處于穩(wěn)定，但坡腳破壞，仍有復(fù)活可能。⑸水文地質(zhì)壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，地下水有基巖裂隙水和河床砂卵石層孔隙潛水。壩基及壩肩基巖含有微弱的裂隙水，由于巖層裂隙發(fā)育，連通性和巖石破碎程度不一，使巖石透水性變化很大，含水不均，局部有帶狀裂隙承壓水，兩岸基巖裂隙水由大氣降水補(bǔ)給。排泄于玉帶河。由于裂隙充填較多，其透水性較河床基巖透水性為小。千枚巖夾砂巖為相對(duì)隔水層，透水性很差，但裂隙發(fā)育可含微量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒層為極強(qiáng)透水層，厚度4m—8.9m。根據(jù)中壩址兩個(gè)試坑抽水試驗(yàn)，降深為0.315m—0.51m時(shí)滲漏系數(shù)為432m/d—523m/d.(6)各壩軸線工程地質(zhì)條件中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部，巖層強(qiáng)烈褶皺，斷裂發(fā)育，壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖、硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上。壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件如下：①、Ⅰ—Ⅰ線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎，左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難，右壩肩上方孔附近斷層破碎帶密集8余m，其鉛直厚度達(dá)48m，并有巖脈穿插，強(qiáng)風(fēng)化層深達(dá)36.4m，巖石透水性較強(qiáng)，滲透途徑短，為繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。②、Ⅱ—Ⅱ線：左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強(qiáng)風(fēng)化層厚9m~12m，右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北，東東向東向斷層發(fā)育，于此交會(huì)，構(gòu)成斷層交會(huì)帶，巖石強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩滲漏通道。③、Ⅲ—Ⅲ線：左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶，壩基有斷層斜交通過，巖石透水性較強(qiáng)，，底板埋深大于50m，為壩下滲透的主要通道，右壩肩坐落于、、斷層交會(huì)軟弱帶上。1.2水文與氣象玉帶河發(fā)源于寧強(qiáng)縣巴山箭竹嶺，流貫寧強(qiáng)縣境內(nèi)，由南向北，于勉縣銅錢壩處流入漢江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下墾荒坡地少，河道總長(zhǎng)110km，河床平均比降3，下游河床比降為1/600—1/800。壩址以上集水面積798。集水區(qū)呈狹長(zhǎng)形，流域平均高程為1100m，多年平均降雨量1000mm—1100mm，由“陜西省年降雨量等值線圖”上可見，降水量分布由上游向下游遞減，且寧強(qiáng)、鐵鎖關(guān)一帶為暴雨中心。銅錢壩水庫壩址附近無實(shí)測(cè)水文資料，玉帶河上游有鐵鎖關(guān)水文站、寧強(qiáng)氣象站，漢江干流上有武侯鎮(zhèn)站和大安站，沮水河有茶店子、觀音寺、茅壩站，各站水文氣象資料系列情況見表1-1。表1-1各站水文氣象資料系列情況河流水文站雨量站玉帶河鐵鎖關(guān)F=433km21960~1974年鐵鎖關(guān)1960~1974年寧強(qiáng)1958~1959年寧強(qiáng)1960~1974年漢江武侯鎮(zhèn)F=3092km2武侯鎮(zhèn)1934、1936~1974年1935~1941年1953~1974年大安1955~1970年沮水河茶店子F=1683km2茶店子1966~1974年1966~1974年茅壩1957~1970年觀音寺1955~1970年

根據(jù)銅錢壩水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，頻率為1℅，0.1℅所涉及洪峰、洪量及洪水過程線的有關(guān)資料如下：銅錢壩水庫采用值為：：：壩洪水歷時(shí)定為3天。分別統(tǒng)計(jì)鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實(shí)測(cè)歷年最大一、二、三日洪量，如表1-2所示。進(jìn)行頻率計(jì)算，求得不同頻率各時(shí)段的洪量，繪制最大洪量與流域面積關(guān)系圖，內(nèi)插得銅錢壩頻率為1%時(shí)段的洪量。表1-2鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實(shí)測(cè)歷年最大一、三日洪量時(shí)段一二三洪水總量（億m3）1.321.792.08洪水過程線典型放大已知銅錢壩水庫壩址設(shè)計(jì)洪水的一日洪量及洪峰量。選用鐵鎖關(guān)站1964年9月2—4日一次洪水過程線為典型：典型洪峰;24小時(shí)洪量，作為一日洪量（3日4時(shí)—4日4時(shí)）；典型洪水線及其用同倍比放大的設(shè)計(jì)洪水過程線見表1-3。其曲線如圖1-1。表1-3銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)洪水過程線日~時(shí)（3日）10時(shí)11時(shí)12時(shí)13時(shí)14時(shí)15時(shí)16時(shí)17時(shí)18時(shí)Q(m3/s)50011801590164016001270890610480設(shè)計(jì)（P=1%）9452230.23005.13099.630242400.31682.11153907校核(P=0.1%)13853268.64404.34542.8443235177.92465.31689.71329.6圖1-1銅錢壩水庫同倍比放大法推求設(shè)計(jì)洪水過程線1.3工程特性值表1-3銅錢壩水庫工程特性表工程名稱銅錢壩土壩樞紐及溢洪道設(shè)計(jì)壩址陜西省漢中市勉縣銅錢壩鄉(xiāng)壩址區(qū)地震烈度Ⅶ度水文特性控制流域面積798km2百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量4550m3千年一遇校核洪峰流量3100m3水庫特性水位正常蓄水位605m防洪限制水位604.98m設(shè)計(jì)洪水位605.06m校核洪水位607.51m死水位588m庫容總庫容0.73億m3設(shè)計(jì)庫容0.53億m3正常庫容0.52萬m3死庫容0.1億m3土石壩壩型均質(zhì)土石壩壩頂高程617.3壩頂長(zhǎng)度166.68m壩基防滲形式截水槽與灌漿帷幕聯(lián)合防滲溢洪道型式正槽溢洪道底高程590m底寬71m最大泄量4238.61.4水位設(shè)計(jì)洪水位（1%）上游：605.06m下游：576.05m校核洪水位（0.1%）上游：607.51m下游：581.57m正常蓄水位上游：605m下游：579.01m死水位558m多年平均最大風(fēng)速：12.5m/s（45Km/h）多年最大風(fēng)速：20m/s（72Km/h）1.5其他工程等級(jí)：樞紐為3等，建筑物為3級(jí)；水庫吹程：3km；地震基本烈度：7度。第二章調(diào)洪演算2.1洪水分析計(jì)算根據(jù)銅錢壩水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，頻率為1℅，0.1℅所涉及洪峰、洪量及洪水過程線的有關(guān)資料如下：2.1.1設(shè)計(jì)洪峰銅錢壩水庫采用值為：：：2.1.2設(shè)計(jì)洪量的推求通過鐵鎖關(guān)站洪水資料分析，洪水過程線多呈單峰，洪水歷時(shí)為3天，銅錢壩洪水歷時(shí)定為3天。分別統(tǒng)計(jì)鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實(shí)測(cè)歷年最大一、二、三日洪量，如表2-1所示。進(jìn)行頻率計(jì)算，求得不同頻率各時(shí)段的洪量，繪制最大洪量與流域面積關(guān)系圖，內(nèi)插得銅錢壩頻率為1%時(shí)段的洪量。表2-1鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實(shí)測(cè)歷年最大一、三日洪量時(shí)段一二三洪水總量（億m3）1.321.792.08洪水過程線典型放大已知銅錢壩水庫壩址設(shè)計(jì)洪水的一日洪量及洪峰量。選用鐵鎖關(guān)站1964年9月2—4日一次洪水過程線為典型：典型洪峰;24小時(shí)洪量，作為一日洪量（3日4時(shí)—4日4時(shí)）；典型洪水線及其用同倍比放大的設(shè)計(jì)洪水過程線見表2-2。其曲線如圖2-1。表2-2銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)洪水過程線日~時(shí)（3日）10時(shí)11時(shí)12時(shí)13時(shí)14時(shí)15時(shí)16時(shí)17時(shí)18時(shí)Q(m3/s)50011801590164016001270890610480設(shè)計(jì)（P=1%）9452230.23005.13099.630242400.31682.11153907校核(P=0.1%)13853268.64404.34542.8443235177.92465.31689.71329.6圖2-1銅錢壩水庫同倍比放大法推求設(shè)計(jì)洪水過程線2.2泄洪規(guī)模和死庫容確定灌溉要求放水入壩下游河道，同時(shí)考慮水庫排沙和意外情況下泄洪的需要，設(shè)隧洞和溢洪道。根據(jù)水庫淤積計(jì)算和排沙要求，為了保證設(shè)計(jì)洪水時(shí)宣泄通暢，選取隧洞進(jìn)口高程580m,進(jìn)口處閘門尺寸3×3m，隧洞明流泄量為，兼顧水力發(fā)電最小工作水頭的要求，選取死水位（即興利下限水位）為588m，由圖2-2錢壩壩水庫水位和庫容關(guān)系曲線查得相應(yīng)死庫容為。2.3興利庫容的確定工業(yè)供水凈用水量為，考慮管道沿途損失以10%計(jì)，工業(yè)供水保證率為97%。農(nóng)業(yè)上要求水庫補(bǔ)償灌溉用水年。其中5月份，6月份。同時(shí)要求5、6、7、8四個(gè)月的河道天然徑流不納入水庫徑流調(diào)節(jié)。水庫滲漏蒸發(fā)損失估算根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料分析，水庫多年平均水面蒸發(fā)量為360，水庫庫區(qū)地質(zhì)條件屬中等，月滲漏量以月平均庫容水量的1.5%計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)厮?、用水變化特點(diǎn)，選取調(diào)節(jié)度從9月初開始至次年8月底結(jié)束，確定水庫運(yùn)用方式為10月至次年4月為蓄水期，5—6月為用水高峰期，7—9月為防汛排沙期。這樣可以做到工、農(nóng)業(yè)用水，蓄清、排渾相結(jié)合，保證水庫安全渡汛，延長(zhǎng)水庫使用壽命，又可將部分興利庫容作為防汛使用。用歷時(shí)列表法，進(jìn)行代表年P(guān)=25%，50%，75%，97%年調(diào)節(jié)興利庫容的推求，從中選擇最大者作為采用年調(diào)節(jié)興利庫容，興利庫容為6349.9，相應(yīng)的正常蓄水位為605m.2.4調(diào)洪計(jì)算初定大壩采用排沙隧洞和溢洪道聯(lián)合泄流，溢洪道堰頂設(shè)閘門高10m，堰頂高程為597m,凈寬65m。隧洞進(jìn)口高程580m,閘門處尺寸3.5×3m。大壩庫水位庫容Z—V關(guān)系曲線如圖2-2，大壩下游河道水位流量Z—Q關(guān)系曲線如下圖所示：圖2-2銅錢壩水庫水位和庫容的關(guān)系曲線圖2-3銅錢壩水庫下游河道水位流量關(guān)系曲線庫水位下泄流量關(guān)系曲線計(jì)算過程見表2-3表2-3銅錢壩水庫庫水位—下泄流量曲線計(jì)算表Z上(m)Z下(m)水頭h1(m)排沙洞泄量q1(m3/s)水頭h2(m)溢洪道泄量q2(m3/s)602.5575.919.95186.95.51604.6603.0576.320.45189.26.01828.3603.5576.720.95191.56.52061.5604.0577.121.45193.87.02304604.5577.421.951967.52555605.0577.822.45198.28.02814.9605.5578.122.95200.48.53082.8606.0578.423.45202.69.03358.8606.5578.823.95204.79.53642.5607.0579.124.45206.910.03933.9607.5579.424.9520910.54232.6608.0579.725.45211.111.04538.5表2-3中各流量分別由下列公式確定:隧洞其中流量系數(shù)取用0.90。為上游水面到計(jì)算斷面中心的水位差。溢洪道其中取用0.43，B=65m,h2=Z上—597本設(shè)計(jì)隧洞為非淹沒出流，其出流量和下游水位有關(guān)，而下游水位又決定于總下泄流量。因而需要進(jìn)行試算。淹沒出流的一般試算步驟是：首先假定上游水位，再假定下游水位，然后由流量公式求出各項(xiàng)流量。如果求得的總下泄流量與假定的下游水位符合下游水位流量關(guān)系，則該結(jié)果即為所求。如不符需重新假定下游水位，直至符合為止。表5所列的即為B=65m時(shí)水庫蓄水位與下泄能力關(guān)系的試算結(jié)果。取，根據(jù)庫水位~下泄流量曲線，即可計(jì)算相應(yīng)工作曲線，計(jì)算步驟見表2-4。工作曲線見圖2-4。表2-4工作曲線計(jì)算表庫水位Z庫容V(萬m3)總下泄量q(m3/s)q/2(m3/s)V/△t(m3/s)V/△t-q/2(m3/s)V/△t+q/2(m3/s)602.546101791.5895.7512805.55611909.8113701.316034724.42017.51008.7513123.33312114.5814132.08603.54846.222531126.513461.66712335.1714588.176044975.82497.81248.913821.66712572.7715070.57604.55114.627511375.514207.22212831.7215582.726055264.33013.11506.5514623.05613116.5116129.61605.55427.13283.21641.615075.27813433.6816716.886065605.93561.41780.715571.94413791.2417352.64606.558053847.21923.61612514201.418048.66076030.44140.772070.38516751.11114680.7318821.5607.56290.94441.62220.817474.72215253.9219695.526086600.44749.562374.7818334.44415959.6620709.22圖2-4銅錢壩水庫調(diào)洪演算工作曲線調(diào)洪演算工作曲線繪出后，先對(duì)百年一遇設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算。起調(diào)水位為600m，隨著入庫流量增大，泄洪隧洞閘門逐漸開啟以控制下泄，使泄量等于來量，庫水位維持在600m不變。隨后，因隧洞閘門已全開而來水量仍然繼續(xù)增大，故進(jìn)入自由泄流情況，庫水位被迫上升，由初時(shí)段的泄量查曲線得，加上值后得值，再回查曲線得，以此方法計(jì)算，最后求得最大泄量為3045.5，相應(yīng)最高水位即設(shè)計(jì)洪水位為605.06m。詳細(xì)計(jì)算過程見表8。對(duì)于千年一遇設(shè)計(jì)洪水與百年一遇洪水調(diào)洪演算方法相同，求得最大泄量為4447.8，相應(yīng)最高水位即校核洪水位為608m。詳細(xì)計(jì)算過程見表2-5，表2-6。表2-5千年一遇洪水調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間(h)入庫Q(m3/s)平均入庫Q(m3/s)水位Z1(m)V1/△t-q/2V1/△t+q/2q(m3/s)水位Z2（m）3.113005.1604.9815182.773005.1607.48124404.33704.7607.4815231.019656.254429.6607.51134542.84473.6607.511526819718.44146.93607.241444324487607.2419242.54285.2表2-6百年一遇洪水調(diào)洪計(jì)算表時(shí)間(h)入庫Q(m3/s)平均入庫Q(m3/s)水位Z1(m)V1/△t-q/2V1/△t+q/2q(m3/s)水位Z2（m）3.123005.1604.9813107.83005.1605.03133099.63052.4605.031313316160.2605.061430243061.8605.0613151.716194.8604.561524002712.215863.9調(diào)洪計(jì)算成果匯總見表2-7表2-7P(%)下游水位1605.063045.5579.050.1607.514447.8581.57第三章樞紐總體布置、壩型選擇3.1壩址選擇3.1.1中壩址與下壩址工程地質(zhì)條件比較見下表：壩址工程地質(zhì)條件比較表中壩址下壩址地形地貌河道形態(tài)平直轉(zhuǎn)彎河床寬度80--100m90--100m左岸坡度35-40度50度右岸坡度45度30度河床覆蓋層4m--5.8m2.4m--9m巖性河床巖性左半部軟，右半部硬右半部軟，左半部硬壩基巖石完整性巖石較完整巖石破碎左壩肩巖石軟，強(qiáng)風(fēng)化層8-21m巖石硬，強(qiáng)風(fēng)化層13m右壩肩巖石硬強(qiáng)風(fēng)化層10-36m巖石軟炭質(zhì)層分布右岸分布厚度大左岸不連續(xù)薄層狀下游沖刷坑巖石大部軟巖石破碎地質(zhì)構(gòu)造褶曲順壩線方向河床偏左斷層左壩肩有F4，應(yīng)處理F7應(yīng)處理斷層右壩肩F1，F(xiàn)5，F(xiàn)12應(yīng)處理有小斷層擠壓帶裂隙河床有緩傾角裂隙河床有緩傾角裂隙物理地質(zhì)左壩肩基巖石滑坡約10萬立方米，風(fēng)化嚴(yán)重，應(yīng)處理局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理右壩肩局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理風(fēng)化嚴(yán)重通過上述綜合比較，中壩址地質(zhì)較好，故選擇了中壩址建壩3.2壩軸線選擇1．壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。2．壩軸線應(yīng)因地制宜地選定。宜采用直線。當(dāng)采用折線時(shí)，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。設(shè)計(jì)地震烈度為8度、9度的地區(qū)不宜采用折線。3．當(dāng)壩址處存在有喀斯特、大斷層或軟粘土等不良地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)研究避開的可能性。各壩線的工程地質(zhì)條件：中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部，巖層強(qiáng)烈褶皺，斷裂發(fā)育，壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖、硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上。壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件如下：①Ⅰ~Ⅰ線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎，左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難，右壩肩上方孔附近斷層破碎帶密集8余m，其鉛直厚度達(dá)48m，并有巖脈穿插，強(qiáng)風(fēng)化層深達(dá)36.4m，巖石透水性較強(qiáng)，滲透途徑短，為繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。②Ⅱ~Ⅱ線：左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強(qiáng)風(fēng)化層厚9m~12m，右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北，東東向東向斷層發(fā)育，于此交會(huì)，構(gòu)成斷層交會(huì)帶，巖石強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩滲漏通道。③Ⅲ~Ⅲ線：左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶，壩基有斷層斜交通過，巖石透水性較強(qiáng)，，底板埋深大于50m，為壩下滲透的主要通道，右壩肩坐落于、、斷層交會(huì)軟弱帶上。通過上述比較，Ⅲ~Ⅲ線工程地質(zhì)條件比Ⅰ~Ⅰ，Ⅱ~Ⅱ線略好，初步設(shè)計(jì)選擇Ⅲ~Ⅲ壩線。但Ⅲ~Ⅲ線巖石透水性較強(qiáng)，仍需要進(jìn)行地基處理。3.3泄水和引水建筑物1．樞紐中的泄水建筑物應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的運(yùn)用條件和要求。建筑物應(yīng)運(yùn)用靈活可靠，其泄洪能力必須滿足宣泄設(shè)計(jì)洪水、校核洪水要求，并應(yīng)滿足排沙、排冰的要求。2．泄水建筑物的布置和形式，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件和泄洪規(guī)模、水頭大小和防沙要求等綜合比較后選定?？刹捎瞄_敞式溢洪道和隧洞。在地形有利的壩址，宜布設(shè)開敞式溢洪道。3．設(shè)計(jì)地震烈度為8度、9度地區(qū)或1級(jí)、2級(jí)土石壩，應(yīng)論證是否設(shè)泄水底孔。4．多泥沙河流應(yīng)設(shè)排沙建筑物，并在進(jìn)水口設(shè)防淤和防護(hù)措施。5．泄水和引水建筑物進(jìn)、出口附近的壩坡和岸坡，應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。出口應(yīng)采取妥善的消能措施，并使消能后的水流離開壩腳一定距離。6．泄水建筑物宜布置在岸邊巖基上。對(duì)高、中壩不應(yīng)采用布置在軟基上的壩下埋管形式。低壩采用軟基上埋管時(shí)，必須進(jìn)行技術(shù)論證。地雷區(qū)的壩采用壩下埋管應(yīng)按SL203-97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3.4壩型選擇壩型選擇應(yīng)綜合考慮下列因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：1.壩址區(qū)河勢(shì)地形、壩址基巖、覆蓋層特征及地震烈度等地形地質(zhì)條件：2.筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置和運(yùn)輸條件；3.施工導(dǎo)流、施工進(jìn)度與分期、填筑強(qiáng)度、氣象條件、施工場(chǎng)地、運(yùn)輸條件和初期度汛等施工條件；4.壩高：高壩多采用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質(zhì)壩，條件合適時(shí)宜采用混凝土面板堆石壩；5.樞紐布置、壩基處理以及壩體和泄水、引水建筑物等的連接；6.運(yùn)行條件：如對(duì)滲漏量要求高低，上、下游水位變動(dòng)情況，分期建設(shè)等；7.壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價(jià)。8.3級(jí)低壩竟工論證可采用土工膜防滲體壩。9.軸線較長(zhǎng)的土石壩根據(jù)地形、地質(zhì)及料場(chǎng)的具體條件，可分段采用不同壩型，但在壩型變化處應(yīng)設(shè)置漸變段。3.4.1各壩對(duì)地形、地質(zhì)得要求重力壩對(duì)地質(zhì)、地形條件的要求如下：

1.具有足夠的抗滑能力，能滿足抗滑穩(wěn)定的要求。大壩與基巖接觸面抗剪強(qiáng)度大、壩基巖體內(nèi)沒有軟弱結(jié)構(gòu)面和可能滑動(dòng)的巖體或其抗剪強(qiáng)度滿足抗滑穩(wěn)定的要求，不致在水推力作用下沿之產(chǎn)生滑動(dòng)，否則要采取阻滑措施。

2.壩基應(yīng)有足夠的抗壓強(qiáng)度和與壩體混凝土相適應(yīng)的彈性模量，其均勻性和完整性也應(yīng)較好，能承受壩體傳來的巨大壓力，不致產(chǎn)生過大的變形或不均勻變形，否則壩體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，使壩體裂開，甚至毀壞。重力壩對(duì)壩基巖體承載力的要求低于拱壩。有的低壩可建在均勻密實(shí)的卵礫石層上。

3.壩基(肩)應(yīng)有良好的抗?jié)B性，在庫水上下游水頭差作用下不發(fā)生大量滲漏、不產(chǎn)生過大揚(yáng)壓力，也不會(huì)產(chǎn)生巖體的軟化、泥化和軟弱夾層、斷層破碎帶的滲透變形。

4.重力壩對(duì)地形適應(yīng)性好，幾乎可以在任何形狀的峽谷中修建，但兩岸山坡巖體必須穩(wěn)定，沒有難以處理的滑坡體和潛在的不穩(wěn)定的滑移體。

5.重力壩可以從壩頂宣泄大量洪水，下游河床巖體應(yīng)具有對(duì)高速水流的抗沖能力，以免沖刷坑向上游擴(kuò)展，威脅大壩安全。

6.壩區(qū)附近應(yīng)有足夠的、合乎要求的混凝土骨料或石料。拱壩對(duì)地質(zhì)、地形條件的要求

拱壩的外荷載主要是通過拱的作用傳遞到壩端兩岸，所以拱壩的穩(wěn)定性主要是依靠壩端兩岸巖體維持。與重力壩相比較，拱壩對(duì)兩岸地形完整性和巖體的要求較高，要求兩岸對(duì)稱，岸坡平順無突變、平面上向下游收縮的峽谷段。壩端下游側(cè)應(yīng)有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。土石壩對(duì)地質(zhì)、地形條件的要求

土石壩由散體材料經(jīng)碾壓堆筑而成，壩坡平緩，體積龐大，底寬較大，對(duì)地基的壓應(yīng)力小、允許產(chǎn)生較大的變形，故與混凝土壩相比，它對(duì)地質(zhì)地形條件要求低，從巖石地基到土質(zhì)地基，盡管地基性狀不同，但都可修建土石壩。3.4.2各壩的特點(diǎn)重力壩的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)較強(qiáng)。2.樞紐泄洪及倒流問題容易解決。3.重力壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積大，有利于機(jī)械化施工。4.傳力系統(tǒng)明確，便于分析與設(shè)計(jì)，運(yùn)行期間的維護(hù)及檢修工作量較少。（二）缺點(diǎn)1.壩底揚(yáng)壓力較大。2.水泥水化熱較大，可能導(dǎo)致壩體裂縫。拱壩的特點(diǎn)1.拱壩在水平外荷載作用下的穩(wěn)定性主要是依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，并不全靠壩體自重來維持穩(wěn)定，這是拱壩的一個(gè)主要工作特點(diǎn)。2.拱壩可比重力壩節(jié)省工程量1/3～2/3；另外還可減少基礎(chǔ)開挖，縮短泄水(引水)渠道和導(dǎo)流洞的長(zhǎng)度。3.拱壩超載能力很強(qiáng)，其破壞時(shí)所達(dá)到的荷載可達(dá)設(shè)計(jì)荷載的7～11倍(只要拱肩有足夠的穩(wěn)定性)。4.拱壩的抗震性能好。(世界壩高100m以上的拱壩有40座建在7～8度以上的地震區(qū))。5.拱壩砼的標(biāo)號(hào)一般高于重力壩，(百米高以上的拱壩常用200～300號(hào)砼，百米以下的拱壩常用200號(hào)砼，重力壩則用150號(hào)砼)，但每方砼增加的單價(jià)一般不會(huì)超過重力壩的10～15％。6.近年來，拱壩壩頂或表孔大流量泄洪已趨普遍，單寬流量已超過200m37.溫度荷載應(yīng)列為拱壩的主要荷載，揚(yáng)壓力對(duì)壩體應(yīng)力的影響則小，對(duì)薄拱壩可忽略之。但在計(jì)算拱肩穩(wěn)定時(shí)，則應(yīng)考慮揚(yáng)壓力。因此拱壩應(yīng)力計(jì)算中三個(gè)最主要的荷載為：水平水(砂)壓力、溫度荷載、自重。土石壩的特點(diǎn)(一)優(yōu)點(diǎn)1.散粒體結(jié)構(gòu)，就地取材。2.對(duì)地質(zhì)要求低，地基適應(yīng)性強(qiáng)。3.必須采取防滲措施。4.一般不會(huì)整體滑動(dòng)。5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，便于維修，加高和擴(kuò)建.6.施工技術(shù)簡(jiǎn)單，工序少，便于組織機(jī)械化快速施工.(二)缺點(diǎn)1.壩頂不能溢洪，一般要另設(shè)溢洪道(洞).2.施工導(dǎo)流不如砼壩或漿砌石方便.3.粘性土料的填筑受氣候影響較大.4.沉陷和不均勻沉陷大。根據(jù)基本資料給出的地形、地質(zhì)情況可知，玉帶河屬山區(qū)河流，河床及河谷兩岸覆蓋少，河曲多，庫岸巖石裸露，系堅(jiān)硬巖石組成，地表即位弱風(fēng)化層，不易產(chǎn)生塌滑體，地震基本烈度為7度。綜合以上資料，參閱《設(shè)計(jì)手冊(cè)》以及聯(lián)系工程實(shí)際情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。大壩采用均質(zhì)土壩。均質(zhì)壩，壩體基本上由一種透水性較小的土料填筑而成，這種壩型土料單一，施工方便，便于質(zhì)量控制，同時(shí)壩址附近有材料性質(zhì)適宜，數(shù)量足夠的土料時(shí)，宜優(yōu)先采用。土石壩還有如下優(yōu)點(diǎn)：就地取材，可節(jié)省大量的水泥。地基適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)地基要求比比混凝土低；施工技術(shù)較簡(jiǎn)單，工序少，便于機(jī)械化施工；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于管理、維修、加高和擴(kuò)建；土壩理論、試驗(yàn)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，保障了大壩設(shè)計(jì)的可靠性。3.5樞紐布置3.5.1水利樞紐的建筑物水利樞紐的建筑物包括主要建筑物和臨時(shí)建筑物，主要建筑物有擋水建筑物；泄水建筑物；輸水建筑物和水電站建筑物。臨時(shí)建筑物有導(dǎo)流圍堰，導(dǎo)流洞和臨時(shí)工作橋等。擋水建筑物是混凝土面板對(duì)石壩。泄水建筑物有溢洪道，排沙洞，導(dǎo)流洞。輸水建筑物有引水渠，隧洞，尾水渠。水電站建筑物有電站廠房，進(jìn)廠房壓力鋼管，開關(guān)站等。3.5.2樞紐總體布置樞紐布置的一般性原則：合理安排樞紐中各個(gè)水工建筑物的相互位置稱為樞紐布置，其應(yīng)該遵循的一般原則是：1.壩址，壩及其他主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到：施工方便，工期短，造價(jià)低。2.樞紐布置應(yīng)該滿足各個(gè)建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作。3.在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。4.樞紐中各建筑物布置要緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。5.盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。銅錢壩水庫主要由擋水建筑物大壩、泄水建筑物隧洞和溢洪道組成。本次設(shè)計(jì)的樞紐布置為：土石壩位于原河槽部位，上游面上游面坡率1：3.5，最大壩高47m，大壩軸線總長(zhǎng)211.5m。溢洪道堰頂高程597m，分5孔，每孔凈寬13m，大壩為均質(zhì)3.6壩體剖面擬定3.6.1壩坡土石壩的壩坡取決于壩型、壩高、壩體和壩基材料的性質(zhì)、壩體所承受的荷載以及壩的施工情況和運(yùn)用條件等因素。一般情況下，上游壩坡經(jīng)常浸在水中，工作條件不利，所以當(dāng)上下游壩坡采用同一種土料時(shí)，上游壩坡比下游壩坡緩。心墻壩上下游壩殼多采用強(qiáng)度較高的非粘性土填筑，所以壩坡一般比均質(zhì)壩陡。塑性斜墻壩上游壩坡較緩，下游坡則和心墻壩相仿。地基條件好、土料碾壓密實(shí)的，壩坡可以陡些，反之則應(yīng)放緩。黏性土料的穩(wěn)定壩坡為一面曲，上部陡坡，下部坡緩，所以用黏性土料做成的壩坡，常沿高度風(fēng)成數(shù)段，每段10——30m，從上而下逐漸放緩，相鄰坡率差值取0.25或0.5。砂土和堆石的穩(wěn)定壩坡為一平面，可采用均一坡率。當(dāng)壩基或壩土料沿壩軸線分布不一致時(shí)，應(yīng)分段采用不同坡率，在各段間設(shè)過度區(qū)，使壩坡緩慢變化。土石壩壩坡確定的步驟是：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用類比法初步擬定，再經(jīng)過核算、修改以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。壩坡經(jīng)驗(yàn)值見表3-2。在變坡處可根據(jù)需要確定是否設(shè)置馬道，碾壓土石壩上下游壩坡常沿高程每隔10—30m設(shè)置一條馬道，其寬度不小于1.5m，用以攔截雨水，防止沖刷壩面，同時(shí)也兼作交通、檢修和觀測(cè)之用，還有利于壩坡穩(wěn)定。馬道一般設(shè)在坡度變化初。根據(jù)Ⅲ—Ⅲ線地質(zhì)圖，結(jié)合工程實(shí)際情況考慮取壩底高程570m，因此壩高約47表3-2壩坡經(jīng)驗(yàn)值類型上游水坡下游壩坡土壩壩高(m)＜101∶2.00～1∶2.501∶15.0～1∶2.0010～201∶2.25～1∶2.751∶2.00～1∶2.5020～301∶2.50～1∶3.001∶2.25～1∶2.75＞301∶3.00～1∶3.501∶2.50～1∶3.00分區(qū)壩心墻壩堆石（壩殼）1∶1.7～1∶2.71∶1.50～1∶2.5土料（壩殼）1∶2～1∶3.01∶2.00～1∶3.0斜墻壩石質(zhì)比心墻壩緩0.2;土質(zhì)緩0.5取值比心墻壩可適當(dāng)偏陡①上游壩坡：1:3.0;1:3.5。②下游壩坡：1:2.5;1:3.0。③馬道：第一級(jí)馬道高程為597m，第二級(jí)馬道高程為5853.6.2壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。當(dāng)無特殊要求時(shí)，高壩的壩頂最小寬度可選用10～15m，中低壩可選用5～10m。壩頂寬度必須考慮心墻或斜墻頂部及反濾層布置的需要。本壩頂無交通要求，對(duì)中低壩最小寬度B>Bmin=5m取B=6m。3.6.3壩頂高程壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取其最大值。①設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高，②校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。計(jì)算情況：壩頂設(shè)防浪墻時(shí)，超高值Y是指靜水位與墻頂?shù)母卟睢Ｓ?jì)算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值。Y按下式計(jì)算。Y=R+e+A△式中R——波浪在壩坡上的最大爬高，m;e——最大風(fēng)壅水面高度，即風(fēng)壅水面超出原庫水位高度的最大值,m;Hm——壩前水域平均水深，m;K——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.5～5.0）之間，計(jì)算時(shí)一般取K=3.6——風(fēng)向與水域中線（或壩軸線的法線）的夾角，度；v0、D——計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度；A——安全加高，m;根據(jù)壩的等級(jí)和運(yùn)用情況計(jì)算情況見表3-3；表3-3壩頂高程計(jì)算表運(yùn)用情況靜水位(m)R(m)e(m)A(m)△h(m)壩頂高程(m)設(shè)計(jì)情況605.068.70.000290.79.1614.46校核情況607.519.40.000330.49.8617.31驗(yàn)算：壩頂高程>根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定，壩頂高程取上計(jì)算成果中大值，故壩頂高程為617.31m?？紤]到在自重及水壓力作用下，會(huì)產(chǎn)生沉陷。為防止壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程，壩高預(yù)留沉陷量，按壩高的2％預(yù)留沉陷值。根據(jù)規(guī)范要求要設(shè)防浪墻，其高度取1.2m.頂高程為:=壩頂+壩高×2.0℅=617.3+(617.3-581.57-1.2)×2%-1.2=616.2m3.6.4壩坡選擇參閱《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)類比，初步擬定大壩內(nèi)坡坡率分別為一級(jí)坡1：3.0，二級(jí)坡1：3.5，按壩高27m變坡。大壩外坡坡率為一級(jí)坡1：2.5，二級(jí)坡1：3.0，按壩高20m變坡。變坡處設(shè)馬道（戧道），寬度根據(jù)交通需要而定，為設(shè)置排水溝和人行道，規(guī)范規(guī)定最窄需要1.5米。則初步擬定為2.0m3.6.5壩體排水設(shè)備選擇及尺寸擬定常用的壩體排水有以下幾種型式：貼坡排水、棱體排水、褥墊式排水。貼坡排水不能降低浸潤(rùn)線。多用于潤(rùn)浸線很低和下游無水的情況。棱體排水可降低浸潤(rùn)線，防止壩坡凍脹和滲透變形，保護(hù)下游壩腳不受尾水淘刷，且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用，是效果較好的一種排水型式。褥墊排水，對(duì)不均勻沉陷的適應(yīng)性差，不易檢修。本土壩壩體排水設(shè)備可選用棱體排水，尺寸為頂寬2m，內(nèi)坡1:1;外坡1:2.0；頂部高程須高出下游最高水位1.0~2.0m，故頂部高程為572.0在排水設(shè)備與壩體和土基接合處，設(shè)反濾層。經(jīng)論證選用棱體排水，具體見下圖：3.7滲流計(jì)算3.7.1計(jì)算情況選擇滲流計(jì)算應(yīng)考慮下列水位組合情況：上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位。上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位。上游水位為壩高處。3.7.2滲流分析的方法采用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流計(jì)算，將壩內(nèi)滲流分為若干段，應(yīng)用達(dá)西定律和杜平假設(shè)，建立各段的運(yùn)動(dòng)方程式，然后根據(jù)水流的連續(xù)性求解滲透流速，滲透流量和浸潤(rùn)線等。3.7.3均質(zhì)壩的滲流計(jì)算滲流計(jì)算按不透水地基上設(shè)有棱體排水設(shè)備、下游有水的土壩的滲流計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。寬度ΔL的計(jì)算公式如下：式（3.1）下游水位與排水體上游坡交點(diǎn)處的浸潤(rùn)線高度計(jì)算公式如下：式（3.2）通過壩身和壩基的單寬滲流量按下式計(jì)算：式（3.3）壩身浸潤(rùn)線按下式確定：式（3.4）計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖3-1大壩滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖經(jīng)計(jì)算，ΔL=15m，L=181m通過壩身和壩基的單寬流量為：q=0.00023cm經(jīng)整理得，浸潤(rùn)線方程為：=8X+16假設(shè)x=0，20，40，60，……140，代入浸潤(rùn)線方程，計(jì)算結(jié)果見下表：表3-4正常蓄水位情況下浸潤(rùn)線表020406080100120140413.318.322.325.628631.233.73.8穩(wěn)定計(jì)算3.8.1土壩失穩(wěn)的形式土壩失穩(wěn)的主要形式：坍塌失穩(wěn)、塑性流動(dòng)失穩(wěn)、液化失穩(wěn)。鑒于本壩考慮滲流壩體動(dòng)水壓力，通過對(duì)地質(zhì)、地形條件的分析，土壩剖面大，應(yīng)力低，整體滑動(dòng)的可能性不大，又根據(jù)對(duì)斜坡坍塌的觀察和研究證明，當(dāng)斜坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)面形狀是比較復(fù)雜的，粘性土近似于圓弧形。故本壩在進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，按圓弧形滑動(dòng)面形狀考慮。3.8.2計(jì)算公式的分析當(dāng)水庫蓄滿水后，形成從上游向下游的穩(wěn)定滲流，這時(shí)壩的下游坡除受壩體的自重外，還受到滲流的作用。因此在作上游為正常蓄水位，下游無水時(shí)的下游壩坡穩(wěn)定分析時(shí)，必須考慮滲流的影響。因地震烈度為7度，計(jì)算時(shí)還需考慮地震力。采用不計(jì)條塊間作用力的園弧滑動(dòng)法（瑞典圓弧法）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：式（3.5）式中i—土條編號(hào)；Wi—i號(hào)土條重力;Ui—孔隙壓力；—凝聚力Li—土條弧長(zhǎng)式中：；弧長(zhǎng)wi=r1h1+r3(h2+h3)+r4h4；r1、r3—壩體土的濕重度、浮重度；；wi’=r1h1+r2h2+r3h3+r4h4；r1、r2、r3、r4—壩體上的濕容重、飽和容重、浮容重、浮容重。由提供的資料可知:r1=19.8kN/r2=20.6kN/r3=r4=10.6kN/3.8.3最危險(xiǎn)圓弧位置的確定首先由下游壩中點(diǎn)引出兩條直線，一條是鉛直線，另一條與壩坡線成角，再以點(diǎn)為圓心，以、為半徑（、由規(guī)范查得）作兩個(gè)圓弧，得到扇形～，然后按圖示作直線并延長(zhǎng)使其扇形相交，交點(diǎn)為、。最危險(xiǎn)的滑弧圓心就在扇形面積中的線附近3.8.4土條劃分土條寬度取滑弧半徑R的1/10(R=120,b=12的順序?yàn)椋毫闾?hào)土條位于圓心O之下，向上游（對(duì)下游壩坡而言）各土條的順序?yàn)?、1、2、3.……7、8，往下游的順序?yàn)?1、-2。3.8.5不均勻塊的的處理因?yàn)閮啥送翖l的寬度b不等于b，可將其高度b'換算成寬度為b的高度。若取b=0.1R,則,,對(duì)每個(gè)滑弧都是固定數(shù),不必每次計(jì)算。3.8.6穩(wěn)定分析的步驟采用列表法進(jìn)行計(jì)算。⑴首先繪出土壩橫剖面圖，并將壩體浸潤(rùn)線的位置繪于橫斷面上。⑵確定危險(xiǎn)滑弧圓心的范圍。⑶在eg線上任選一點(diǎn)為圓心，選用半徑R=120m，作圓弧通過下游壩取條塊寬度b=12m。⑷將各條塊中心線各種土體的高度量出。⑸見土石壩穩(wěn)定分析圖（6）利用上式（3.5）求穩(wěn)定安全系數(shù)。結(jié)論:根據(jù)《水工建筑物》第112頁表4-6查的，工程等級(jí)為3級(jí)的水工建筑物［］=1.35,>［］，穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。表5穩(wěn)定分析計(jì)算表編號(hào)h1h2h3h4r1h1r2h2r3h2r3h3r4h4wiw'isincoswicosw'isin87.47.8146.5160.782.6800229.2307.20.80.6137.5245.8716.516.3326.7335.8172.800499.5662.50.70.71354.6463.8616.022.3316.8459.4236.400553.2776.20.60.8442.5465.7513.420.4265.3420.2216.200481.6685.60.50.87419.0342.8410.918.451.4215.8379.01955314.84478.7662.70.40.92440.4265.138.516.355.9168.3335.8172.85362.54456.6619.60.30.95433.8185.926.213.859122.8284.3146.35395.4417.4555.40.20.98409.1111.114.31151185.14226.6116.653114.48369.2479.20.10.99365.547.902.78.251153.46168.986.9253120.84314.2396.201314.20.0-11.24.951123.76100.951.9453114.48243.2292.2-0.10.99240.7-29.2-20.559010.35.35395.4153.7158.7-0.20.98150.6-31.7-355.900.005362.54115.5115.5-0.30.95109.8-34.7-41.11.400.0011.6614.8426.526.5-0.40.9224.4-10.6合計(jì)3841.62021.83.9細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)3.9.1壩頂構(gòu)造壩頂采用鋪渣油護(hù)面，厚度100mm,并在壩頂上游邊緣設(shè)1.2m高C15砼防浪墻，下游側(cè)設(shè)緣石。壩頂做成單向的向下游傾斜的橫向坡面，坡度為3%，并在壩頂下游側(cè)設(shè)縱向排水溝。排水溝尺寸為：底寬0.3m,深0.2m,襯砌采用細(xì)石混凝土，厚度30mm（見附圖1細(xì)部構(gòu)造圖）。3.9.2壩體排水壩體采用棱體排水，在壩腳處用塊石堆成棱體頂部高程高出下游最高水位1.5m。同時(shí)保證壩體浸潤(rùn)線與壩面的最小距離大于本地區(qū)的凍結(jié)深度，棱體內(nèi)坡可取1：1.00，外坡取1：1.5，壩頂寬度取為2.0m（見附圖2細(xì)部構(gòu)造圖）。3.9.3上下游護(hù)坡及排水大壩上游面采用干砌塊石護(hù)坡，干砌塊石厚度0.35m，護(hù)坡體下設(shè)碎石墊層，墊層厚度0.2m，護(hù)坡體在馬道和最下端加厚至0.5m。下游壩坡采用種植草皮護(hù)坡。在壩面與岸坡的接合處設(shè)及馬道內(nèi)側(cè)，設(shè)置排水溝，排水溝橫斷面深0.2m，寬0.3m。豎向排水溝可每50～100設(shè)置一條。排水溝可用混凝土現(xiàn)場(chǎng)或漿砌石砌筑，若用混凝土預(yù)制拼裝時(shí)，應(yīng)使接縫牢固、成一整體（見附圖3細(xì)部構(gòu)造圖）。3.9.4反濾層設(shè)置反濾層是提高抗?jié)B破壞能力、防止各類滲透變形特別是防止管涌的有效措施。在任何滲流流入排水設(shè)施處一般都要設(shè)置反濾層。反濾層的結(jié)構(gòu)反濾層一般是由２～３層不同粒徑的非粘性土、砂和砂礫石組成的。層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直，各層次的粒徑則按滲流方向逐層增加。反濾層的材料反濾層的材料首先應(yīng)該是耐久的、能抗風(fēng)化的砂石料。為保證濾土排水的正常工作，材料的布置和要求應(yīng)滿足如下原則：1）被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過反濾層。但對(duì)細(xì)小的顆粒（如粒徑小于0.1mm的砂土），則可允許被帶走。因?yàn)樗谋粠ё卟粫?huì)使土的骨架破壞，不至于產(chǎn)生滲透變形。2）各層的顆粒不得發(fā)生移動(dòng)。3）相臨兩層間，較小的一層顆粒不得穿過較粗一層的孔隙。4）反濾層不能被堵塞，而且應(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水暢通。5）應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而遭受破壞。3.9.5土料的選擇筑壩材料的選擇遵守下列原則：①具有或加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性②就地、就近取材，減少棄料，少占農(nóng)田，并優(yōu)先考慮樞扭工程開挖料的利用③便于開采、運(yùn)輸和壓實(shí)。由上原則考慮初步擬訂四種筑壩材料；黏土、砂礫土、壩基砂礫和土堆石。同時(shí)均質(zhì)壩材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性能，其滲透系數(shù)不一大于1×，黏粒含量一般為10%～36%；有機(jī)質(zhì)含量不大于5%。在已給出的四種材料中只有黏土滿足滲透系數(shù)的要求，故筑壩材料選擇黏土。3.9.6地基處理壩與兩岸的連接和處理壩體與壩基及岸坡的連接是壩的關(guān)鍵部位，處理措施是否合適與壩的破壞直接相關(guān)。如第頓壩（1976）、巴爾溫亥爾斯壩（1963）的破壞，都與連接處滲漏有關(guān)，所以必須妥善設(shè)計(jì)和處理。壩體與巖石地基及岸坡的連接措施如下：①壩斷面范圍內(nèi)的巖石地基與岸坡應(yīng)清除表面松動(dòng)石塊。②土質(zhì)防滲體和反濾層應(yīng)與相對(duì)不透水的新鮮或弱風(fēng)化巖石相連，基巖層上設(shè)混凝土蓋板、噴混凝土層或噴漿層，將基巖與土質(zhì)防滲體分隔開來，以防止接觸沖刷。③對(duì)失水時(shí)很快風(fēng)化變質(zhì)的軟巖石，開挖時(shí)應(yīng)預(yù)留保護(hù)層（厚約10～15cm）,待開始回填時(shí)，隨挖除、隨回填。④土質(zhì)防滲體與巖石相接觸處，如防滲土料為細(xì)粒黏性土，則在鄰近接觸面0.5～1.0m范圍內(nèi)，應(yīng)在高于最優(yōu)含水量不大于3℅的情況下填筑，為使壩體與岸坡緊密接合，防止不均勻沉陷引起壩體裂縫，與壩體連接的岸坡應(yīng)進(jìn)行處理。岸坡上緩下陡時(shí)，其變坡角應(yīng)小于20度，開挖后的岸坡不能太陡，對(duì)于巖石岸坡，不應(yīng)陡于1：0.5～1:0.75，對(duì)于土質(zhì)邊坡不應(yīng)陡于1：1.5。壩與兩岸地基的處理為了加強(qiáng)壩體與接觸面的抗剪強(qiáng)度，防止壩體滑動(dòng)；增強(qiáng)抗?jié)B性能，維持穩(wěn)定。采用以下方法處理：①清基。將壩體河床覆蓋層濕陷性黃土夾雜有礫石，下層為砂礫石層全部挖除至新鮮巖基面。②巖體加固。通常采用固結(jié)灌漿的方法，通過在基巖中的鉆孔，將適宜的具有膠結(jié)性的漿液（大多為水泥漿）壓入到基巖的裂隙中，使破碎巖體膠結(jié)成整體，具體做法請(qǐng)參閱相關(guān)規(guī)范。③壩基防滲和排水措施。在大壩上游部位設(shè)置灌漿帷幕，下游的壩基部分設(shè)置排水井，具體做法請(qǐng)參閱相關(guān)規(guī)范。第四章溢洪道設(shè)計(jì)4.1河岸溢洪道的類型和位置選擇4.1.1河岸溢洪道的類型河岸溢洪道分為開敞式溢洪道和封閉式溢洪道兩大類。開敞式溢洪道的整個(gè)流程是完全開敞的，水流具有自由表面，而封閉式溢洪道的泄水道是封閉式的。由于封閉式溢洪道超泄能力小，易產(chǎn)生空蝕等，故應(yīng)用較少，通常采用開敞式溢洪道。開敞式河岸溢洪道又有正槽式溢洪道和側(cè)槽式溢洪道兩種形式。正槽式溢洪道的泄槽與堰上水流方向一致，所以其水流平順，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用安全可靠。這是一種采用最多的溢洪道型式。側(cè)槽式溢洪道的特點(diǎn)是水流過堰后約轉(zhuǎn)90°彎經(jīng)泄槽流入下游，因而水流在側(cè)槽中的紊動(dòng)和撞擊都很強(qiáng)烈，且距壩頭較近，直接關(guān)系到大壩的安全。4.1.2溢洪道的位置選擇溢洪道的位置選擇是否得當(dāng)，對(duì)水庫的安全和造價(jià)有很大影響。溢洪道位置選擇主要考慮以下條件。⑴地形條件地形條件是決定溢洪道型式和布置的主要因素。較理想的地形條件是，離大壩不遠(yuǎn)的庫岸有通向下游的馬鞍形山埡口，其高程在正常蓄水位附近，埡口后面有長(zhǎng)度不大的沖溝直通原河道，出口離下游壩腳較遠(yuǎn)，這對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)、安全及管理運(yùn)用均有利，且易于解決下泄水流的歸河問題。如果壩肩具有有利的地形條件，且高程適宜，可將溢洪道布置在壩肩上。這種布置型式工程量省，對(duì)于土石壩樞紐還具有利用其開挖料作為筑壩材料的優(yōu)點(diǎn)，是較常見的布置型式。當(dāng)兩岸山坡陡峻時(shí)，可將溢流堰沿岸坡等高線方向布置，即采用側(cè)槽式溢洪道，以減少開挖工程量。⑵地質(zhì)條件地質(zhì)條件是影響溢洪道安全的關(guān)鍵因素。溢洪道應(yīng)盡量布置在堅(jiān)固、完整、穩(wěn)定的巖石地基上，以減少徹護(hù)工程量并有利于工程的安全。溢洪道兩側(cè)山坡也必須穩(wěn)定，以防止泄洪時(shí)山坡崩塌堵塞或摧毀溢洪道，危及大壩安全，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。⑶水流條件溢洪道的軸線一般宜取直線，力求水流暢通，流態(tài)穩(wěn)定。如因地形或地質(zhì)條件的限制而需轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)盡量將彎道設(shè)置在進(jìn)水渠或出水渠段。為避免沖刷壩體，溢洪道進(jìn)口距壩端不宜太近，一般最小要在20m以上。溢洪道出口距壩腳不應(yīng)小于50m~60m，以避免水流沖刷壩腳或其它建筑物。但為了管理方便，溢洪道也不宜距離大壩太遠(yuǎn)。⑷施工條件應(yīng)避免溢洪道開挖與其它建筑物施工相互干擾，選擇出渣路線及堆渣場(chǎng)所便于布置，并盡量利用開挖土石料填筑壩體。根據(jù)地形條件，設(shè)置岸邊正槽溢洪道。正槽溢洪道水流平順，泄流能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用安全可靠，是一種被廣為采用的岸邊溢洪道型式。正槽溢洪道通常由進(jìn)水渠、控制段、泄槽、消能防沖設(shè)施及尾水渠等部分組成。4.2進(jìn)水渠進(jìn)水渠的作用是將水庫的水平順地引至溢流堰前。其設(shè)計(jì)原則是在合理的開挖放量下盡量減少水頭損失，以增加溢洪道的泄洪能力。進(jìn)水渠平面布置應(yīng)使進(jìn)水順暢，避免斷面突然變化和水流流向的急轉(zhuǎn)彎。在平面上如需轉(zhuǎn)彎時(shí)，其軸線的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于4倍渠底寬，彎道至溢流堰之間宜有適當(dāng)長(zhǎng)度的直線段。進(jìn)水渠底板一般為等寬或順?biāo)鞣较蚴湛s，進(jìn)口底寬與溢流堰寬之比宜在1.50～3之間。渠道內(nèi)的流速應(yīng)大于懸移質(zhì)不淤流速，小于渠道的不沖流速，一般不大于4m/s，岸邊較陡、開挖較大的溢洪道的進(jìn)水渠流速，最大可采用5～7m/s。其橫斷面在巖基上接近矩形，邊坡根據(jù)穩(wěn)定要求確定，新鮮巖石一般為1：0.10～1：0.30；風(fēng)化巖石可用1：0.50～1：1；在土基上采用梯形，邊坡一般選用1：1.50～1：2.50。進(jìn)水渠的縱斷面一般做成平底坡或不大的逆坡。為引流平順其進(jìn)口形狀做成喇叭口，為減小損失其長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。由于是在巖基上，故引流段截面設(shè)計(jì)為接近矩形的梯形，邊坡為1：0.5。由于溢洪道位于破碎帶上，F(xiàn)17斷層由此經(jīng)過，滲漏穩(wěn)定問題嚴(yán)重，應(yīng)采用混凝土砌護(hù)兼作防滲鋪蓋，一般厚0.3～0.5m，不設(shè)止水、排水或錨筋，本設(shè)計(jì)取襯砌厚為0.4m。4.3控制段設(shè)計(jì)控制段包括溢流堰及兩側(cè)連接建筑物。溢流堰通常選用寬頂堰、實(shí)用堰、駝峰堰等。溢流堰的體形應(yīng)盡量滿足增大流量系數(shù)，在泄流時(shí)不產(chǎn)生空穴水流或誘發(fā)振動(dòng)的負(fù)壓等要求。寬頂堰在泄量不大或附近地形較平緩的中、小型工程中應(yīng)用較廣。大、中型水庫，特別是岸坡較陡時(shí)，多采用實(shí)用堰。實(shí)用堰堰面曲線有真空和非真空兩種型式，通常多采用非真空型堰面曲線。我國(guó)最常采用的是WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰、克-奧型剖面堰和冪曲線剖面堰。這些實(shí)用堰的特征參數(shù)可從《水力學(xué)》或有關(guān)手冊(cè)中查閱。對(duì)重要工程應(yīng)進(jìn)行水工模型試驗(yàn)確定。中、小型水庫溢洪道，特別是小型水庫溢洪道常不設(shè)閘門，堰頂高程就是水庫的正常蓄水位；溢洪道設(shè)閘門時(shí)，堰頂高程低于水庫的正常蓄水位。堰頂是否設(shè)置閘門，應(yīng)從工程安全、洪水調(diào)度、水庫運(yùn)行、工程投資等方面論證確定。4.3.1定型設(shè)計(jì)水頭Hd選擇通過調(diào)洪演算，溢流堰頂高程確定為597m，堰上定型設(shè)計(jì)水頭Hd＝Hmax(0.65～0.85)=6.832m～8.934m，其中堰上最大水頭Hmax＝10.51m，故可取堰上定型設(shè)計(jì)水頭Hd＝4.3.2上游堰高確定取流量系數(shù)m＝0.476，則由堰高與流量系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可查得,故?。?.2m。4.3.3溢流孔口尺寸的擬定a.弧形閘門弧面半徑的確定由調(diào)洪演算知，溢流凈寬為m＝65m，閘孔數(shù)n＝5，閘門采用弧形閘門，閘孔寬高為13m×10m，一般對(duì)于露頂弧形閘門來說，其弧面半徑R＝（1.1～1.5）h，故半徑R可取為7.15m～9.75m，初步擬定為8.0m。b.溢洪道總寬=13x5+(5-1)×1.5=71mc.控制段閘墩頂部高程的確定閘墩頂部高程＝校核洪水位＋安全超高＝607.51+0.4＝607.914.3.4確定堰面曲線根據(jù)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，堰頂上游采用三圓弧曲線，下游為冪曲線，如圖4-1。冪曲線方程為：故可得冪曲線方程為：其中：R1=0.5Hd=0.75mR2=0.2Hd=0.3R3=0.04Hd=0.06L1=0.175Hd=0.26L2=0.276Hd=0.41L3=0.282Hd=0.42堰面曲線坐標(biāo)表X123456789101112Y0.09560.340.731.241.882.633.504.485.576.778.19.54.3.5剖面銜接計(jì)算①直線段和堰面曲線切點(diǎn)xc、yc確定。對(duì)求導(dǎo)得，，直線段坡率為1：0.5，由，可以得到xc=7.85,帶入冪曲線方程得yc=4.32。②反弧段半徑的確定。泄槽坡度為1：10，反弧半徑按(3～6)h確定，R=9.84～19.08m，取為13.4m其中h為校核洪水位閘門全開時(shí)反弧最低點(diǎn)的水深，初步計(jì)算可近似用堰下收縮斷面的水深（控制水深）堰下收縮斷面的水深計(jì)算公式為

H:為其始點(diǎn)端面水深；q:計(jì)算斷面單寬流量；:計(jì)算斷面渠底以上總水頭；θ:泄槽底板與水平面的夾角；:考慮從進(jìn)口到計(jì)算起始斷面之間沿程和局部阻力損失的流速系數(shù),取其值為0.95。經(jīng)過計(jì)算,溢流堰下游曲面與直線段的切點(diǎn)的坐標(biāo)為x=7.85,y=4.32。該點(diǎn)的高程計(jì)算得595.1m,設(shè)計(jì)泄槽起始點(diǎn)的高程為590m,由試算計(jì)算出起始斷面水深為1.32m,溢流堰與泄槽間采用反弧曲線連接是,反弧半徑可以采用3到6倍水深,取反弧半徑為6倍水深,經(jīng)過計(jì)算，反弧半徑為R=13.44.3.6溢流堰閘門閘墩設(shè)計(jì)閘門設(shè)計(jì):在溢洪道工作閘門的上游側(cè),設(shè)置檢修閘門,兩道閘門或閘門與攔污刪的最小凈距,應(yīng)該滿足混凝土強(qiáng)度與抗?jié)B,啟閉機(jī)布置與運(yùn)行,閘門安裝與維修條件等因素的要求,一般不宜少與1.5m.露頂閘門頂部應(yīng)該有0.3到0.5m的超高.根據(jù)此情況,設(shè)計(jì)工作閘門為露頂式鋼閘門,布置在溢流堰頂,考慮閘墩強(qiáng)度等因素由于該樞紐是3級(jí)等別,溢洪道有設(shè)計(jì)為三孔出流,閘門比較小,門槽形式選I型,設(shè)計(jì)門槽寬1m,門槽深度取0.5m,所以閘門寬度為5m.安全超高取0.5m,檢修門高為4.7m,工作門高為5.4m,工作閘門與檢修閘門之間距離,依照規(guī)范設(shè)計(jì)為2m,閘門兩個(gè)邊墩延伸往上下游，上游延伸成為進(jìn)水渠的導(dǎo)水墻,下游延伸為泄槽的邊墻.中間設(shè)計(jì)兩個(gè)閘墩.中間兩個(gè)閘墩設(shè)計(jì)最大厚度為3m,設(shè)計(jì)工作門槽的部位厚度為2m,向下游延伸長(zhǎng)度,設(shè)計(jì)為25.2m,向上游延伸設(shè)計(jì)為距離壩軸線20m,與導(dǎo)水墻一致.邊墩向上游延伸為導(dǎo)水墻,長(zhǎng)度布置也與壩軸線距離4.4泄槽形式及水力計(jì)算4.4.1槽的形式及水面曲線設(shè)計(jì)泄槽設(shè)計(jì)為矩形槽,設(shè)計(jì)泄槽縱坡坡度要大與臨界坡度ik.其中,q:泄槽的單寬流量(/s);:動(dòng)能修正系數(shù),可以近似取1;g:重力加速度(m/);:相應(yīng)臨界水深是的水力半徑(m);n:糙率.由于溢洪道布置在壩肩,開挖較大,所以巖質(zhì)較好,采用混凝土澆筑襯砌泄槽邊墻,邊墻以上采用混凝土噴漿防護(hù)邊坡,高邊坡穩(wěn)定采用錨桿錨索防護(hù).由于臨界水深=2.12m,考慮綜合因素,設(shè)計(jì)泄槽邊墻高4m.厚度為2m,采用木模節(jié)省材料,所以取糙率為n=0.015.最大下泄流量取校核水位是607.51m,泄槽總寬為17米,經(jīng)過計(jì)算:單寬流量q=15.7/s,臨界水深=1.22m.該水深下的水力半徑=1.21;謝才系數(shù)=67.4;臨界坡度=0.03.縱坡坡度要大于臨界坡度.取坡度I=0.05>=0.03.泄槽水面曲線計(jì)算:,水面曲線計(jì)算按逐段試算法.:下游斷面比能;:上游斷面比能;:平均水力坡度;:平均水力半徑;:平均謝才系數(shù).經(jīng)過計(jì)算水面曲線數(shù)據(jù)：起始坡度為0.05的泄槽的水面曲線.由于地形要求,要進(jìn)行一次變坡.由緩坡變陡坡.泄槽縱向坡度有緩坡變陡坡的連接曲線可以采用拋物線形式連接.拋物線方程按公式計(jì)算：x,y:拋物線的橫縱坐標(biāo),以上段泄槽末端銜接點(diǎn)為原點(diǎn)o;為上段的坡角;k:系數(shù),對(duì)于重要工程落差大的,可以取k=1.5,對(duì)于落差小的可以取k=1.1-1.3;:拋物線起始斷面的比能;其中按照公式計(jì)算h:拋物線起始斷面的水深;v:拋物線起始斷面的平均流速,m/s;:動(dòng)能修正系數(shù),可以近似取1.0計(jì)算得拋物線起始點(diǎn)的高程為595.1m，水深為2.1m，流速為14.21m/s經(jīng)過計(jì)算最后泄槽末端接挑坎的地方,速度為23.54m/s,4.4.2泄槽彎道設(shè)計(jì)根據(jù)地形需要,單寬流量比較小,而渠寬較寬,不設(shè)置縮小段,結(jié)合地形,彎道設(shè)計(jì)在壩址壩軸線下游25m處,參考已建工程橫棉工程,彎道半徑要大于5倍渠底寬,設(shè)計(jì)彎道半徑為=120m.取彎道角度為40度.由幾何計(jì)算得出泄槽起始段距離壩軸線為11.21m.起始段部分水深為1.42m.能量平衡方程試算法,求得水深為1.35m是距離為18.21m,所以與壩軸線相距25m的地方就是水深1.35m處開始布置彎道,由試算法求得流速為13.42mh:有彎道離心力及急流沖擊波共同作用形成的外墻水面與中心先水面的高差;k:超高系數(shù)rc:彎道軸線半徑,m.4.4.3彎道沖擊波設(shè)計(jì)外墻和內(nèi)墻最高點(diǎn)水位和最低點(diǎn)水位的位置,按照公式計(jì)算:β:坡角;度;:θ=0時(shí)水流的弗勞德數(shù);:θ=0時(shí)的水深,m;:θ=0時(shí)的斷面平均流速,m/s.:第一個(gè)外側(cè)水位最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的圓心角,彎道外墻取正,內(nèi)墻取負(fù);:積分常數(shù),由初始段水力要素決定.經(jīng)過計(jì)算得水面高差為1.21m,泄槽底板傾斜度設(shè)計(jì)為θ,傾斜坡度經(jīng)過計(jì)算得=0.12,所以橫向傾度為0.12.急流彎道沖擊波經(jīng)過計(jì)算得=3.5;β=18.1度;=25.1度.在第一個(gè)波發(fā)生以后,因?yàn)椴粩喟l(fā)生波的反射,干涉與傳播,形成了一系列互相交錯(cuò)的沖擊波.對(duì)于外邊墻,在圓弧中心角3,5等等,各點(diǎn)為水面最高點(diǎn),而2,4等等,各點(diǎn)為水位最低點(diǎn),內(nèi)墻邊墻發(fā)生最高最低的水面點(diǎn)正好同外墻相反.彎道橫斷面內(nèi)外側(cè)的水深可以按公式計(jì)算：:其中外側(cè)取正,內(nèi)側(cè)取負(fù).經(jīng)過計(jì)算的外側(cè)水深h=3.1m.內(nèi)側(cè)水深為h=0.1m.為了消除波動(dòng)給水流到來的影響,泄槽設(shè)計(jì)橫向傾斜坡度為0.12的泄槽底,抬高外側(cè),降低內(nèi)側(cè),從而減少?zèng)_擊波和彎道曲段水面穩(wěn)定.為了便于施工,泄槽中心線高程不變,將外側(cè)提高1.21m,內(nèi)側(cè)降低1.21m,渠底超高和上下游直線段采用扇形連接,做成平面轉(zhuǎn)彎扇形抬高面.經(jīng)過計(jì)算得彎道起始點(diǎn)高程為595.1m,彎道末端高程為572.3m.彎道起始點(diǎn)到壩軸線距離為25m泄槽底板設(shè)計(jì)：根據(jù)地形地質(zhì)，巖質(zhì)比較好，取泄槽底板厚度為0.4m。泄槽底板設(shè)計(jì)縱橫縫，其間距取104.5消能防沖斷設(shè)計(jì)由于地形要求,采用挑流消能，鼻坎采用連續(xù)坎，根據(jù)資料，鼻坎高程高出下游水位不小于2m，校核水位時(shí)相應(yīng)下游最高水位，經(jīng)過查找計(jì)算得出是581.1m，所以取鼻坎高程為583m,經(jīng)過分析,采用連續(xù)坎,可以減少霧化,適用于下游巖基均勻,尾水比較深的情況.由于下游布置廠房,要求霧化小的比較好,所以選擇連續(xù)坎是很有利的4.5.1溢洪道沿程水頭損失和局部水頭損失沿程水頭損失按資料,公式；；;；Re:雷若數(shù),明