水電站重力壩畢業(yè)論文設計

1、<p>　　**水電站重力壩設計</p><p>　　摘要：**水電站位于新疆阿勒泰地區(qū)青河縣。該地區(qū)地形、地質(zhì)條件良好，壩基堅硬，故采用混凝土重力壩設計。主要建筑物由溢流壩段、非溢流壩段、電站廠房等組成。</p><p>　　本篇論文主要完成了由調(diào)洪演算確定壩頂高程、重力壩荷載計算、抗滑穩(wěn)定性分析、消能放沖設計、溢流面設計、大壩細部構造等。最后確定正常蓄水位232.2 m，設計

2、洪水位233.4 m, 相應下泄流量5440 m3/s相應下泄流量5950 m3/s、校核洪水位233.6 m。因由發(fā)電要求，結合當?shù)厍闆r，設置發(fā)電廠房為壩后式。</p><p>　　關鍵字：調(diào)洪演算；混凝土重力壩；荷載計算 </p><p>　　Abstract: Leikou Hydropower Station is located in Qinghe County, Altay a

3、rea, Xinjiang. The area of terrain, good geological conditions, dam foundation hard, so the use of concrete gravity dam design. The main building consists of overflow dam section, non-overflow dam section, power plant pl

4、ant and so on.</p><p>　　This paper mainly completes the calculation of dam crest elevation, gravity dam load calculation, anti - sliding stability analysis, energy dissipation design, overflow surface design

5、, dam detail structure and so on. Finally, the normal water level is 232.2 m, the corresponding discharge flow is 5440 m3 / s, the design flood level is 232.4 m, the corresponding discharge flow is 5950 m3 / s, and the c

6、alibration flood level is 233.6 m. Due to power generation requirements, combined with local cond</p><p>　　Key words: flood control calculation; concrete gravity dam; load calculation</p><p><

7、;b>　　目 錄</b></p><p>　　**水電站重力壩設計2</p><p><b>　　摘要：2</b></p><p><b>　　關鍵字：2</b></p><p>　　Key words:2</p><p><b>　　目

8、 錄3</b></p><p>　　1 水利樞紐基本資料8</p><p>　　1.1 流域概況8</p><p>　　1.2 樞紐任務8</p><p>　　1.3 壩址地形及地質(zhì)情況8</p><p>　　2 樞紐布置方案設計10</p><p>　　2.1壩型選擇

9、10</p><p>　　2.2壩軸線選擇10</p><p>　　2.3樞紐建筑工程等級10</p><p>　　2.4 樞紐布置的原則11</p><p>　　2.5 樞紐建筑物組成11</p><p>　　2.6 樞紐布置方案的選擇11</p><p>　　2.6.1 建筑物型

10、式的選擇11</p><p>　　2.6.2 樞紐的布置方案11</p><p><b>　　3調(diào)洪演算13</b></p><p>　　3.1 調(diào)洪計算基本資料13</p><p>　　3.2調(diào)洪演算原理16</p><p>　　3.3方案選擇：16</p><p

11、>　　3.4調(diào)洪計算19</p><p>　　4非溢流壩段設計23</p><p>　　4.1 非溢流壩壩段設計23</p><p>　　4.1.1 壩頂高程的確定23</p><p>　　4.1.2 壩頂寬度25</p><p>　　4.1.3確定重力壩剖面25</p><p&g

12、t;　　4.1.4荷載及荷載組合26</p><p>　　4.2 壩體穩(wěn)定計算26</p><p>　　4.2.1 基本資料26</p><p>　　4.2.2 穩(wěn)定計算原理27</p><p>　　4.2.3 穩(wěn)定計算27</p><p>　　4.2.4抗滑穩(wěn)定性分析32</p><p

13、>　　4.3應力分析33</p><p>　　4.3.1正常蓄水位情況下：34</p><p>　　4.3.2設計洪水位情況下：34</p><p>　　4.3.3校核洪水位情況下：35</p><p>　　5 溢流壩設計36</p><p>　　5.1 泄水方式的選擇36</p>&l

14、t;p>　　5.2 溢流堰孔口設計36</p><p>　　5.2.1 溢流壩段總長度確定37</p><p>　　5.2.2 堰頂高程的確定37</p><p>　　5.3 消能防沖設計38</p><p>　　5.4 溢流面設計38</p><p>　　6 大壩細部構造41</p>

15、<p>　　6.1 壩頂結構設計41</p><p>　　6.1.1 閘門高度的確定41</p><p>　　6.1.2 閘門形式的選擇及布置42</p><p>　　6.2 壩頂構造42</p><p>　　6.3 壩體分縫43</p><p>　　6.4 廊道系統(tǒng)43</p>&

16、lt;p>　　6.4.1基礎灌漿和排水廊道43</p><p>　　6.4.2 壩體檢查排水廊道44</p><p><b>　　7 地基處理44</b></p><p>　　7.1 地基開挖44</p><p>　　7.2 壩基的帷幕灌漿44</p><p>　　7.3 壩基的固

17、結灌漿45</p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p>　　1 水利樞紐基本資料</p><p><b>　　1.1 流域概況</b></p><p>　　青河發(fā)源于元縣，流徑三

18、叉口，張谷，米城，康鎮(zhèn)等地至合縣西南注入黑河。全長230 km，流域面積5000 km2。青河屬山區(qū)河道，流域內(nèi)多高山峻嶺。三叉口以上河床坡度平均均為1/600，下游平均坡度約1/1000。流域內(nèi)雨量充沛，元縣多年平均雨量為1000 mm，因之青河水量較豐富，年平均流量接近100 m3/s。山區(qū)坡陡河急，在雨季每逢暴雨，必將暴漲暴落，山洪暴發(fā)，形成災害[1]。</p><p><b>　　1.2 樞紐任

19、務</b></p><p>　　**水利樞紐位于合縣青河上游4 km處。根據(jù)當?shù)亟?jīng)濟現(xiàn)狀及流域規(guī)劃的要求。應新建一個水利樞紐，用以防洪、發(fā)電、灌溉、航運等：</p><p>　　（1）防洪：為減小洪水威脅，根據(jù)下游黑河的泄流要求，在正常洪水的情況下安全泄量為5800 m3/s，非常洪水安全泄量為7300 m3/s。根據(jù)當?shù)貙嶋H情況以及為了減少農(nóng)業(yè)淹沒損失，建議洪水位在234.5

20、 m以下。</p><p>　?。?）發(fā)電：該地區(qū)電力供應還不完善，電力供應少，樞紐建成后可供應該地區(qū)的居民生活用電以及礦區(qū)、工廠等的商業(yè)用電問題。</p><p>　?。?）灌溉：黑河右岸地區(qū)地區(qū)是該樞紐的主要灌溉區(qū)位于青河**以下，用來灌溉以玉米、水稻、小麥，等為主的農(nóng)作物，灌溉面積約為75萬畝。</p><p>　?。?）航運：為滿足當?shù)乇匾暮竭\需求，須設置

21、駁道，駁道寬度5 m。</p><p>　　1.3 壩址地形及地質(zhì)情況</p><p><b>　　（1）地形</b></p><p>　　本工程壩段經(jīng)研究比較，選擇在**峽谷處，壩軸線235 m高程處兩岸相距約540 km，左岸山坡平均坡度為2：1，右岸平均坡度為1.8：1.0。壩址左岸有馬鞍形地形，水庫處在四面群山環(huán)抱中，腹大口小，甚為理想

22、。</p><p>　　表1-1 高程與面積、容積的關系表</p><p><b>　?。?）地質(zhì)</b></p><p>　　壩址地質(zhì)是震旦紀巖層，由于老巖層，經(jīng)過幾次地殼變化，使其組織趨于細致，由于多次力量，節(jié)理發(fā)達，石英脈侵入，造成其強度變大，巖層大致平行于河流，壩址附近沒有發(fā)現(xiàn)斷層。</p><p>　　壩址基

23、礎巖石情況： </p><p>　?。╝）絹綠石英片巖——在壩址左岸及河床處，地質(zhì)極堅，抗壓強度為900-1000 kg/cm2，摩擦系數(shù)為0.65。</p><p>　?。╞）片狀石英巖——風化很輕，分布在河床底部，與絹綠石英片巖相間存在，層厚約30-50米?？箟簭姸葹?00-1000 kg/cm2，摩擦系數(shù)為0.65。</p><p>　　（c）板巖 - 主要分

24、布在鞍座左岸的下部，強度較高，但節(jié)理發(fā)育良好，部分風化。</p><p>　?。╠）砂質(zhì)粘土及卵石——在河床底部，有第4紀砂卵石覆蓋層，厚度為2 m，右岸為砂質(zhì)粘土覆蓋層，厚度為6-10 m[2]。</p><p>　　2 樞紐布置方案設計</p><p><b>　　2.1壩型選擇</b></p><p>　　壩型的選

25、擇需要考慮當?shù)氐刭|(zhì)、施工條件等多種因素，綜合所有情況最后做出決定。</p><p><b>　　重力壩有以下優(yōu)點：</b></p><p>　　（1）結構清晰，設計方法簡單，安全可靠</p><p>　?。?）對地形、地質(zhì)條件適應性強；</p><p>　?。?）樞紐泄洪問題容易解決，不需另設溢洪道；</p>

26、<p>　?。?）便于施工導流；</p><p>　　（5）施工方便[3];</p><p>　　并因為當?shù)氐刭|(zhì)條件好，地基滿足要求，附近有充足的砂石骨料取材方便，用量充足。</p><p>　　所以選擇把該水利樞紐設計為混凝土重力壩。</p><p><b>　　2.2壩軸線選擇</b></p>

27、;<p>　　壩軸線根據(jù)壩址區(qū)的地質(zhì)、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、施工條件等[4]，經(jīng)多方案的技術經(jīng)濟比較確定。</p><p>　　選擇峽谷處的連線為壩軸線：</p><p>　　在峽谷處，工程量小并且長度較短。</p><p>　　沒有發(fā)現(xiàn)斷層，強度高并且摩擦系數(shù)較大。</p><p&

28、gt;　　壩軸線地區(qū)開闊有利于施工，不會造成施工之間的互相煩擾。</p><p>　　2.3樞紐建筑工程等級</p><p>　　據(jù)GB50201-2013《防洪標準》和SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規(guī)定，本樞紐工程為二等工程[5]。因為該樞紐位于山區(qū),丘陵地區(qū)，故采用百年一遇設計(P=1%),千年一遇校核(P=0.1%)。</p><p>

29、;　　2.4 樞紐布置的原則</p><p>　　1、保證建筑物在任何條件下都正常工作</p><p>　　2、做到施工方便，工期短，造價低</p><p>　　3、合理布置，充分發(fā)揮樞紐的效益</p><p>　　4、樞紐外觀與周圍環(huán)境要協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀</p><p>　　2.5 樞紐建筑物組成</

30、p><p>　　1、擋水建筑物：混凝土重力壩。</p><p>　　2、泄水建筑物：溢流壩、表孔和底孔[6]。</p><p>　　3、其它建筑物：電站廠房、引水道、駁道、導墻、道路橋等。</p><p>　　2.6 樞紐布置方案的選擇</p><p>　　2.6.1 建筑物型式的選擇</p><p&g

31、t;　　（1）泄水建筑物型式的選擇：</p><p>　　該壩為混凝土重力壩，選擇壩頂溢流式表孔泄水，因為其結構簡單，檢查維修方便；超泄能力大。</p><p>　　因為有沖沙及放空的要求，所以設置底孔，因為其可以及時放低，放空水庫，以及解決施工后期的導流問題。</p><p>　　（2）電站廠房型式的選擇：</p><p>　　重力壩電站

32、廠房，主要有壩后式廠房和河床式廠房兩種。因該河流不是很寬闊所以采用壩后式廠房。 </p><p>　　2.6.2 樞紐的布置方案</p><p>　　本樞紐由溢流壩段，擋水壩段，電站壩段及其它建筑物構成[7]。溢流壩段有壩頂溢流段和底孔段兩部分構成。電站廠房選用的是壩后式。</p><p>　　非溢流壩段：計算出壩頂寬度，上游設置防浪墻，下游設置欄桿。</p&

33、gt;<p>　　溢流壩段：確定溢流堰頂高程，堰頂需要安裝檢修閘門，為平板閘門，后面工作閘門，為弧形閘門，設置在堰頂處。閘墩寬4米，中間用橫縫分開，閘墩的上端為半圓弧，下端為矩形。溢流堰面采用WES曲線，過堰水流采用連續(xù)式鼻坎挑流消能[8]。</p><p>　　泄水孔及導流底孔布置：因庫容大，下泄流量大并且有沖沙和放空要求所以需要設置泄水孔和導流底孔。</p><p>　　

34、因為沖沙防淤的要求，底孔距和廠房之間不能距離太遠，所以在溢流壩與廠房之間設置底孔。尾水流出后，需設置導墻將尾水平順導入河流，防止產(chǎn)生洄流。為了使溢流壩渲泄的洪水不影響電站的尾水，溢流壩右邊要設置導墻[9]。</p><p><b>　　3調(diào)洪演算</b></p><p>　　3.1 調(diào)洪計算基本資料</p><p>　　表31 水庫高程與

35、容積，面積關系表</p><p>　　圖3-1 容積特性曲線</p><p>　　對可利用的水文系列年限經(jīng)過綜合考慮分析，非常洪水位應在234.5 m以下,限制洪水位（起調(diào)水位）225.8 m，死水位215.0 m。</p><p>　　設計洪峰流量（P=1%）,校核洪峰流量（P=0.1%）。</p><p>　　知P=1%時，最大洪峰為9

36、050 m3/s。</p><p>　　表3-2 設計情況下洪水過程線表</p><p>　　圖3-2設計情況下洪水過程線圖</p><p>　　知P=0.1%時最大洪峰為11580 m3/s。</p><p>　　表3-3 校核情況下洪水過程線表</p><p>　　圖3-3校核情況下洪水過程線圖</p&

37、gt;<p><b>　　3.2調(diào)洪演算原理</b></p><p>　　調(diào)洪計算采用《水資源規(guī)劃及利用》書中介紹的算法計算，依據(jù)書中所給的水庫洪水調(diào)節(jié)原理，采用水量平衡方程式[10]</p><p>　　?(1)?? ??????? </p><p>　　式中：Q1，Q2——分別為計算時段初、末的入庫流

38、量單位為m3/s；</p><p>　　Q——計算時段中的平均入庫流量單位為m3/s，它等于(Q1+Q2)/2； </p><p>　　q1,q2——分別為計算時段初、末的下瀉流量 單位為m3/s[11]；</p><p>　　q——計算時段中的平均下瀉流量 單位為m3/s，即q= (q1 +q2 )/2； </p><p>　　V1，V

39、2——分別為計算時段初、末的水庫的蓄水量 單位為m3； </p><p>　　ΔV?——為V2和V1之差； </p><p>　　t?——計算時段，一般取1～6 h，需化為秒數(shù)[12]；</p><p><b>　　3.3方案選擇：</b></p><p>　　擬定堰頂高程為222.8米，表孔：10 m×8 m

40、×10 m（寬×高×孔數(shù)），底孔：4 m×6 m×11 m（寬×高×孔數(shù)）；</p><p>　　開敞式溢流時，可利用下式計算</p><p>　　(1) </p><p>　　式中：q1泄水孔流量，單位為；

41、 </p><p><b>　　n—為閘孔數(shù)； </b></p><p>　　b—過水斷面寬度，單位為m； </p><p>　　m—堰的流量系數(shù)，本設計中取0.48； ?</p><p>　　—側收縮系數(shù)，根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定，?在（0.9~0.95） 中取值，本設計中取0.9； </p>

42、<p>　　H—堰頂水頭，單位為m</p><p><b>　　（2） </b></p><p>　　式中：q1——底孔流量，單位為； </p><p>　　n——為閘孔數(shù)； </p><p>　　A——底孔單個面積，單位為m2；</p><p><b>　　α——，故

43、可取；</b></p><p>　　表3-4 曲線（V/Δt+q /2）= f(z)和( V/Δt-q/2)=f(z)的計算</p><p>　　圖 3-4庫水位與下泄流量關系圖</p><p>　　圖3-5 庫水位與V/Δt+q /2和V/Δt-q/2的關系圖</p><p><b>　　3.4調(diào)洪計算</b

44、></p><p>　　計算在各個水位條件下溢流堰流量、底孔泄流量以及V/Δt、q/2、（V/Δt+q/2）、（V/Δt-q/2）等參數(shù)[13]。</p><p>　　取Δt=4 h及Δt=14400 s 起調(diào)水位H=225.8 m</p><p>　　表3-5調(diào)洪計算（設計情況） </p><p>　　圖3-6庫水位與時間關系圖&l

45、t;/p><p>　　圖3-7 庫水位與入庫流量、下泄流量關系圖</p><p>　　表3-6調(diào)洪計算（校核情況）</p><p>　　圖3-8庫水位與時間關系圖</p><p>　　圖3-9 庫水位與入庫流量、下泄流量關系圖</p><p>　　表3-7 調(diào)洪計算成果匯總表</p><p><

46、;b>　　4非溢流壩段設計</b></p><p>　　4.1 非溢流壩壩段設計</p><p>　　4.1.1 壩頂高程的確定</p><p>　　由于該河床底部巖石堅硬，地質(zhì)條件較好，因而將其壩址處開挖到高程185m處。壩頂高程應高于校核洪水位，防浪墻頂至設計洪水位或校核洪水位的高差 ，</p><p><b>

47、;　?。?）</b></p><p>　　式中：—累計頻率為1%時的波浪高度[14]；</p><p>　　—波浪中心線高于靜水位的高度；</p><p>　　—安全加高 。 </p><p>　　表4-1 安全加高 （單位：m）</p><p>　　官廳水庫公式為：

48、 （5）</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：—計算風速，在正常蓄水位及設計洪水位時，宜采用相應洪水期多年平均最大風速的1.5-2.0倍，在校核洪水位時宜采用相應洪水期多年平均最大風速，該區(qū)最大風速為14m/

49、s[15]。</p><p>　　D—吹程為3 Km；； —波浪高度(m)； H—壩前水深(m)；；</p><p><b>　　設計洪水位時：</b></p><p>　　Vo=142.0=28.0m/s, D=3 km</p><p>　　由公式： =1.756 m</p><p&g

50、t;<b>　　16.32 m</b></p><p>　　壩前水深H1=232.4-185=47.4 m</p><p><b>　　0.60 m</b></p><p>　　查表知：＝0.5 m； =1.756+0.60+0.5=2.86 m</p><p><b>　　校核水位時

51、：</b></p><p>　　Vo=14m/s, D=3km； </p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　　壩前水深H2=233.6-185=48.6 m</p><p>　　查表知：＝0.4m；=0.648+0.2+0.4=1.25m</p><p>　　壩

52、頂高程＝設計洪水位＋＝233.4+2.86=236.26 m</p><p>　　壩頂高程＝校核洪水位+=233.6+1.25=234.85 m</p><p>　　表4-2 壩頂高程計算成果</p><p>　　壩頂高程=防浪墻高程-1.2 m=235.06 m</p><p>　　比較這兩組數(shù)據(jù)選擇較高的一組，所以壩頂高程可為236 m

53、。</p><p>　　4.1.2 壩頂寬度</p><p>　　壩頂寬度一般取壩高的8%-10%，且不小于2 m,取壩頂寬度為8 m[16]。</p><p>　　4.1.3確定重力壩剖面</p><p>　?。?）重力壩剖面的設計原則：</p><p>　　a、滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全[17]；</p

54、><p>　　b、盡可能節(jié)省工程量使剖面尺寸最小工程量??；</p><p><b>　　c、運行管理方便；</b></p><p>　　d、外部形狀簡單，便于施工。</p><p><b>　　（2）基本剖面：</b></p><p>　　上游壩坡采用折線面，起坡點高程為205

55、m，壩坡為1：0.2；下游壩坡為1：0.8；底寬B=42.75 m。因為基本三角形的頂點與校核洪水位齊平，故重力壩剖面的下游坡向上延伸應與校核洪水位相交，則可以得出下游坡的起坡點的高程為223.442 m。</p><p>　　（3）下游水位的確定：</p><p>　　水庫在正常運行時，發(fā)電機引用流量每臺33 m3/s,三臺機組，則總下泄量為99 m3/s,H正=188.6 m。設計洪水

56、位時，安全泄量為5440 m3/s, H設=197.7m。校核洪水位時，安全泄量為5950 m3/s, H校=199.6 m。</p><p>　　圖4-1擋水壩段剖面圖</p><p>　　4.1.4荷載及荷載組合</p><p>　　表4-3 荷載組合</p><p>　　4.2 壩體穩(wěn)定計算</p><p>　

57、　4.2.1 基本資料</p><p>　　壩頂高程：236.0 m 壩頂寬度： 8 m 壩高：51 m</p><p>　　上游坡度：n=0.2 下游坡度：m=0.8， 壩底寬度：L =42.75 m </p><p>　　正常蓄水位： 上游：233.2 m 下游：188.6 m</p&

58、gt;<p>　　設計洪水位（P = 1 %） 上游：233.4 m 下游：197.7 m</p><p>　　校核洪水位（P = 0.01 %）上游：233.6 m 下游：199.6 m</p><p>　　死水位：215.0 m 混凝土容重：24 KN/m3</p><p>　　4.

59、2.2 穩(wěn)定計算原理</p><p>　　將壩體與基巖間看成是一個接觸面，而不是膠結面。當接觸面呈水平時，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：Ks=f（∑W－U）/∑P[18]。</p><p>　　摩擦系數(shù)f值要由若干組試驗確定，最后的選取應以野外和室內(nèi)試驗成果為基礎，結合現(xiàn)場實際情況，參照地質(zhì)條件類似已建工程的經(jīng)驗等確定[19]。根據(jù)國內(nèi)外已建工程的統(tǒng)計資料，混凝土與基巖間的f值常取在0.5～0.8之

60、間，取f=0.65。</p><p>　　4.2.3 穩(wěn)定計算</p><p>　　因為年入沙量太少，對水庫穩(wěn)定基本沒有影響，故不考慮泥沙壓力。</p><p><b>　　圖4-2荷載分析圖</b></p><p>　?。ˋ）正常蓄水位情況（上游水位232.2m，下游水位188.6m） </p>&

61、lt;p>　　H1=232.2-185=47.2 m H2=188.6-185=3.6 m H=47.2-3.6=43.6 m</p><p><b>　　荷載組合：</b></p><p>　?、僮灾亍芖 =24937.1 KN （↓）</p><p><b>　　第1部分壩體：</b></p

62、><p><b>　　W1=γcV1</b></p><p>　　=24×[8×（236-185）]=9792 kN</p><p><b>　　第2部分壩體：</b></p><p><b>　　W2=γcV2</b></p><p>

63、　　=24×0.5×4×20=960 kN</p><p><b>　　第3部分壩體</b></p><p>　　W3=γcV3=24×30.75×38.442×0.5=14185.098 KN</p><p><b>　　壩體總自重：</b></p>

64、<p>　　∑W=W1+W2+W3</p><p>　　=9792+960+14185.098=24937.1 KN</p><p>　?、谒亍芖=1510.583 KN （↓）</p><p>　　上游：∑W1=γWA=9.81×[47.2+(232.2-205)] ×4×0.5=1459.728 KN</p

65、><p>　　下游：∑W2=γWA=9.81×3.6×3.6×0.8×0.5=50.855 KN</p><p>　　∑W=∑W1+∑W2=1459.728+50.855=1510.583 KN</p><p>　　③ 揚壓力 揚壓力折減系數(shù)=0.25 ∑U =5559.695 KN （↑）</p>

66、;<p>　　U1=γWA1 (8) </p><p>　　=9.81×（3.6×42.75）=1509

67、.759 KN </p><p>　　U2=γWA2 (9)</p><p>　　=0.5×9.81×（43.6×0.25+43.6）×8.25+0.5×9.81(42.

68、75-8.25) ×43.6×0.25</p><p>　　=4049.936 KN</p><p>　　總揚壓力U= U1+ U2 (10)</p><p>　　=1509.759+4049.936=5559.695 KN</p><

69、;p>　　④ 靜水壓力 ∑P =10863.99 KN （→）</p><p><b>　　(11)</b></p><p>　　=9.81×47.22/2=10927.56 KN </p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　=－9.81&

70、#215;3.62/2=－63.569 KN</p><p><b>　　(13)</b></p><p>　　=10927.56-63.569 =10863.99 KN （→）</p><p>　　⑤ 浪壓力（直墻式） </p><p><b>　　圖4-3</b></p>&l

71、t;p>　　因為壩前水深H＞L/2，故為深水波</p><p>　　=0.25×9.81×16.32×(1.756+0.60)=94.30 KN （→） (14)</p><p>　?。˙）設計洪水位情況（上游水位232.4 m，下游水位197.7 m） </p><p>　　H1=233.4-185=48.4 m

72、 H2=197.7-185=12.7 m H=48.4-12.7=35.7 m</p><p><b>　　荷載組合：</b></p><p>　?、僮灾?∑W =24937.1 KN （↓）</p><p><b>　　第1部分壩體：</b></p><p><b>　　W

73、1=γcV1</b></p><p>　　=24×[8×（236-185）]=9792 kN</p><p><b>　　第2部分壩體：</b></p><p><b>　　W2=γcV2</b></p><p>　　=24×0.5×4×

74、20=960 kN</p><p><b>　　第3部分壩體</b></p><p>　　W3=γcV3=24×30.75×38.442×0.5=14185.098 KN</p><p><b>　　壩體總自重：</b></p><p>　　∑W=W1+W2+W3<

75、;/p><p>　　=9792+960+14185.098=24937.1 KN</p><p>　?、谒?∑W =2139.718 KN （↓）</p><p>　　上游：∑W1=γWA=9.81×[48.4+(233.4-205)] ×4×0.5=1506.816 KN</p><p>　　下游：∑W2=

76、γWA=9.81×12.7×12.7×0.8×0.5=632.902 KN</p><p>　　∑W=∑W1+∑W2=1506.816+632.902=2139.718 KN </p><p>　?、?揚壓力 揚壓力折減系數(shù)=0.25 ∑U =8642.274 KN （↑）</p><p>　　U1=

77、γWA1=9.81×（12.7×42.75）=5326.094 KN</p><p>　　U2=γWA2=0.5×9.81×（35.7×0.25+35.7）×8.25+0.5×9.81×(42.75-8.25) ×35.7×0.25=3316.18 KN</p><p>　　總揚壓力U= U

78、1+ U2=5326.094+3316.18=8642.274 KN</p><p>　　④ 靜水壓力 ∑P =10699.130 KN （→）</p><p>　　=9.81×48.42/2=11490.257 KN </p><p>　　=－9.81×12.72/2=－791.127 KN</p><p>

79、;　　=11490.257-791.127=10699. 301 KN</p><p>　?、?浪壓力（直墻式）</p><p>　　因為壩前水深H＞L/2，故為深水波</p><p>　　=0.25×9.81×16.32×(1.756+0.60)=94.30 KN （→）</p><p>　?。–）校核洪水位情

80、況（上游水位233.6 m，下游水位199.6 m） </p><p>　　H1=233.6-185=48.6 m H2=199.6-185=14.6 m H=48.6-14.6=34 m</p><p><b>　　荷載組合：</b></p><p>　?、僮灾?∑W =24937.1 KN （↓） </p>

81、;<p><b>　　第1部分壩體：</b></p><p><b>　　W1=γcV1</b></p><p>　　=24×[8×（236-185）]=9792 kN</p><p><b>　　第2部分壩體：</b></p><p><

82、;b>　　W2=γcV2</b></p><p>　　=24×0.5×4×20=960 kN</p><p><b>　　第3部分壩體</b></p><p>　　W3=γcV3=24×30.75×38.442×0.5=14185.098 KN</p>

83、<p><b>　　壩體總自重：</b></p><p>　　∑W=W1+W2+W3</p><p>　　=9792+960+14185.098=24937.1 KN</p><p>　?、谒?∑W =2352.104 KN （↓）</p><p>　　上游：∑W1=γWA=9.81×[48.

84、6+(233.6-205)] ×4×0.5=1514.664 KN</p><p>　　下游：∑W2=γWA=9.81×14.6×14.6×0.8×0.5=836.440 KN</p><p>　　∑W=∑W1+∑W2</p><p>　　=1514.664+836.440=2352.104 KN</

85、p><p>　?、?揚壓力 揚壓力折減系數(shù)=0.25 ∑U =9281.122 KN （↑）</p><p>　　U1=γWA1=9.81×（14.6×42.75）=6122.912 KN</p><p>　　U2=γWA2=0.5×9.81×（34×0.25+34）×8.25+0.5

86、×9.81×(42.75-8.25) ×34×0.25=3158.210 KN</p><p>　　總揚壓力U= U1+ U2=6122.912+3158.210=9281.122 KN</p><p>　　④ 靜水壓力 ∑P =10539.864 KN （→）</p><p>　　=9.81×48.62/

87、2=11585.414 KN </p><p>　　=－9.81×14.62/2=－1045.550 KN</p><p>　　=11585.414-1045.550=10539.864 KN</p><p>　　⑤ 浪壓力（直墻式）</p><p>　　因為壩前水深H＞L/2，故為深水波：</p><p>

88、　　=0.25×9.81×7.35×(0.648+0.2)=15.29 KN （→）</p><p>　　4.2.4抗滑穩(wěn)定性分析</p><p>　　按照《混凝土重力壩設計規(guī)范》SL319-2005規(guī)定，采用抗剪強度公式，核算壩基面穩(wěn)定條件，計算公式如下：</p><p><b>　　式中——總鉛垂力；</b>&

89、lt;/p><p><b>　　——總水平力推力；</b></p><p>　　U——作用在接觸面上的揚壓力；</p><p>　　f——連接面的抗剪斷摩檫系數(shù)；取f=0.65</p><p>　　KS——抗剪強度公式的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，基本荷載組合時，規(guī)范規(guī)定KS</p><p>　　應大于或等于1

90、.0. </p><p>　?。?）正常情況下的抗滑穩(wěn)定分析：</p><p>　　抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) </p><p>　　=1.24﹥1.05 (15)</p><p><b>　　滿足抗滑穩(wěn)定要求</b></p><p>　　（2）設計情況下的抗滑穩(wěn)定分析：</p>

91、<p>　　抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) </p><p><b>　　﹥1.05</b></p><p><b>　　滿足抗滑穩(wěn)定要求。</b></p><p>　　（3）校核情況下的抗滑穩(wěn)定分析：</p><p>　　抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) </p><p><b&

92、gt;　　1.11﹥1.0</b></p><p><b>　　滿足抗滑穩(wěn)定要求。</b></p><p>　　表4-4 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表</p><p>　　由表可知設計值都高于最低安全值，故該壩穩(wěn)定。</p><p><b>　　4.3應力分析</b></p>&l

93、t;p>　　按照《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）中壩體強度按承載能力極限狀態(tài)計算。承載能力極限狀態(tài)設計公式為[1]：</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中：S（*）--------作用效應函數(shù)，S（*）=，其中</p><p>　　∑M為作用于計算截面以上全部荷載對計算截面形心的力 矩總

94、和，kN*m；∑W-----作用于接觸面上豎直方向的合力， kN；</p><p>　　R（*）--------抗力函數(shù)，R（*）=fR，fR為巖基的抗壓強度，由資料可</p><p>　　知為3000kPa；</p><p>　　γ0-----------結構重要性系數(shù)，結構安全級別為2級時，其為1.0；</p><p>　　γd---

95、--------基本組合結構系數(shù)，為1.8；</p><p>　　Φ------------設計狀況系數(shù)，取1.0；</p><p>　　Fd------------荷載作用的設計值，kN；</p><p>　　fd------------材料性能的設計值；</p><p>　　m-------------壩體下游的邊坡系數(shù)，為0.8；<

96、;/p><p>　　B-------------壩底長度，為42.75 m。</p><p>　　以壩踵垂直應力不出現(xiàn)拉應力（計揚壓力）作為正常使用極限狀態(tài)，其計算公式為：</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　4.3.1正常蓄水位情況下：</p><p>　　豎直方向合

97、力（向下為正）為：</p><p>　　==24937.1+1510.583-5559.695=20887.988 KN</p><p>　　壩基面的全部荷載對壩基面形心的力矩為（逆時針為正）： </p><p>　　=9792×13.375+960×19.375-14185.098×6-10927.99×47.2/3+63.

98、569×3.6/3+1459.728×19.375-50.855×18.495-86.53×43.25-2205.411×17.25+1844.525×3.75=-114927.187 KN·m</p><p><b>　　=1666.67</b></p><p><b>　　=<

99、/b></p><p>　　=1420.110kPa<1666.67kPa</p><p>　　==111.3 kpa＞0</p><p>　　故在正常蓄水位下，壩踵垂直應力沒有出現(xiàn)拉應力，滿足條件。</p><p>　　4.3.2設計洪水位情況下：</p><p>　　豎直方向合力（向下為正）為：<

100、/p><p>　　=24937.1+2139.718-8642.274=18434.544 KN</p><p>　　壩基面的全部荷載對壩基面形心的力矩為（逆時針為正）：</p><p>　　9792×13.375+960×19.375-14185.098×6-11490.257×48.4/3+791.127×12.7/

101、3+1467.576×19.375-632.902×18.495-86.53×48.75-1805.81×17.25+1510.31×3.75</p><p>　　=-125545.7 (kN·m）</p><p><b>　　=1666.67</b></p><p><b>

102、;　　=</b></p><p>　　=1383.16 kPa<1666.67kPa</p><p>　　==19.04kpa＞0</p><p>　　故設計洪水位下，壩踵垂直應力沒有出現(xiàn)拉應力，滿足條件。</p><p>　　4.3.3校核洪水位情況下：</p><p>　　豎直方向合力（向下為正）

103、為：</p><p>　　=24937.1+2351.104-9281.122=18007.082 KN</p><p>　　壩基面的全部荷載對壩基面形心的力矩為（逆時針為正）： </p><p>　　= 9792×13.375+960×19.375-14185.098×6-11585.414×48.6/3+1045.55

104、0×14.6/3+1514.664×19.375-836.440×18.495-15.582×48.95-1719.82×17.625+1438.39×3.75=-120941.97 kN·m</p><p><b>　　=1666.67</b></p><p><b>　　=</b

105、></p><p>　　=1341.98 kPa<1666.67kPa</p><p>　　==24.16 kpa＞0</p><p>　　故校核洪水位下，壩踵垂直應力沒有出現(xiàn)拉應力，滿足條件。</p><p>　　因此在正常蓄水位、設計洪水位和校核洪水位情況下。壩踵垂直應力都沒有出現(xiàn)拉應力。應力滿足條件。</p>

106、<p><b>　　5 溢流壩設計</b></p><p>　　5.1 泄水方式的選擇</p><p>　　溢壩重力壩泄水方式有兩種：</p><p>　　開敞溢流式：具有結構簡單，超泄能力大的特點。</p><p>　　孔口溢流式：超泄能力不強。</p><p>　　綜合本工程庫容情況

107、，采用開敞式溢流，因為庫容較大。</p><p>　　5.2 溢流堰孔口設計</p><p>　?。?）選單寬流量q：</p><p>　　因為地質(zhì)條件好，選定q=120 m3/（s·m）</p><p>　?。?）確定堰頂水頭：</p><p><b>　　由公式</b></p&

108、gt;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　=15.79m</b></p><p>　　其中： q-------單寬流量120 m3/（s·m）</p><p>　　------側收縮系數(shù)，與墩頭有關取0.9</p><p>　　m------流量系數(shù)，

109、取m=0.48</p><p><b>　?。?）定堰頂高程：</b></p><p>　　由公式 H=H校 - HZ ，計算得：H=234.5-15.79=218.71 m </p><p>　　其中： H校------- 取非常洪水位234.5 m</p><p>　　取堰頂高程為222.8 m</p>

110、<p><b>　　（4）定表孔尺寸：</b></p><p>　　選取溢流壩表孔溢流，由公式：知 ，溢流堰的凈寬</p><p>　　Q取校核洪水位表孔最大洪峰流量11580m3/s，選用平板閘門，設孔口寬度為b=10m（取8~12m之間）則孔口個數(shù)n=L/b=9.65 ， 取10個孔。</p><p><b>　　(5

111、)底孔尺寸：</b></p><p>　　要求在枯水期內(nèi)將水庫放空至死水位所需的時間不多于一個月，故時間20 t。從非常洪水位放至死水位，則放空的水量為，時間，</p><p>　　下泄流量（枯水期最大流量）</p><p>　　底孔泄流根據(jù)水力學公式 ， ，故可取 ；</p><p>　　H為孔口中心處的水頭可取 </

112、p><p><b>　　則底孔面積 </b></p><p>　　故可選擇底孔尺寸為4 m×6 m，底板高程可取197 m，頂板高程為203 m建基面高程為185 m。</p><p>　　5.2.1 溢流壩段總長度確定</p><p>　　因為溢流壩設置了閘門，所以需要用閘墩將溢流壩分成多個孔口，從前面的方

113、案選擇中可知孔口寬度10 m，孔數(shù)10，設中墩的厚度d＝4 m，邊墩厚度t＝2 m，</p><p><b>　　故溢流壩段總長度</b></p><p>　　5.2.2 堰頂高程的確定</p><p>　　由上面調(diào)洪演算結果可知堰頂高程為222.8 m。</p><p>　　擬定:側收縮系數(shù)ε＝0.9，流量系數(shù)m＝0.

114、48。</p><p>　　5.3 消能防沖設計</p><p>　　根據(jù)地形地質(zhì)條件，選用挑流消能。根據(jù)已建工程經(jīng)驗，挑射角，挑流鼻坎應高出下游最高水位1-2 m，鼻坎的高程為200.6 m[22]。</p><p>　　(1)鼻坎處水流平均流速： =24.43 m3/s</p><p>　　(2)坎頂水深為： 1.8 m</p>

115、;<p>　　(3)水舌的挑距L及可能最大沖坑的深度tk的估算</p><p>　　式中： L—水舌挑距，m;</p><p>　　—坎頂水面流速，v1=1.1v=1.1×24.43=26.87 m3/s；</p><p>　　h1—坎頂平均水深h在鉛直方向的投影，即,;</p><p>　　h2—坎頂至河床面的高差，

116、m;</p><p>　　最大沖坑水墊厚度估算公式： =1.2×1200.5×340.25=31.743</p><p>　　=31.743-14.6=17.143</p><p>　　式中：T—水墊厚度，自水面算至坑底，m ； tk—沖坑深度，m</p><p>　　—單寬流量； —上下游水位差，m；

117、 —下游水深，m</p><p><b>　　—沖坑系數(shù)，取。</b></p><p>　　因為5.0＞L/tk=4.72﹥2.5，該形式不會影響大壩安全。</p><p><b>　　5.4 溢流面設計</b></p><p><b>　?。?）堰頂上游曲線</b><

118、/p><p>　　目前引用較多的WES型堰面形狀，堰面的設計水頭Hd按堰頂最大水頭的0.75-0.95，這里為校核洪水位與堰頂高程之差。</p><p>　　Hzmax=233.6-222.8=10.8 m Hd=10.80.85=9.18 m</p><p>　　堰面可能出現(xiàn)的最大負壓可參考下表：</p><p>

119、　　表5-1 負壓值表 </p><p>　　，由表可知最大負壓值為0.3Hd=2.75 m，滿足校核洪水位閘門全開時出現(xiàn)負壓不超過3-6 m的要求。</p><p>　　WES曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分，上游段曲線采用三圓弧橢圓形式。</p><p>　　堰頂O點上游三圓弧的半徑及其水平坐標值為：</p><p>　　R

120、1=0.5Hd=4.59 m x1=-0.175Hd=-1.607 m</p><p>　　R2=0.2Hd=1.84 m x2=-0.276Hd=-2.479 m</p><p>　　R3=0.04Hd=0.37 m x3=-0.282Hd=-2.589 m</p><p>　　因此可得出三個點A（-

121、1.607，4.59）， B（-2.479，1.84）， C（-2.589，0.37）</p><p><b>　?。?）堰頂下游曲線</b></p><p>　　堰頂下游曲線方程為 </p><p>　　按上式算得的坐標值如下：</p><p><b>　　表5-2 坐標值表</b>

122、;</p><p>　　根據(jù)表中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OD。</p><p>　　下游直線段DE與曲線OD相切于D點，取下游直線段的坡度,則D點坐標</p><p>　　可如下求得：對堰面曲線求一階導數(shù) </p><p>　　直線DE的坡度為 故有 </p><p>　　即 m

123、m</p><p>　　壩下游反弧半徑r按下式計算： =7.2 m～18 m</p><p>　　式中，h=1.8 m 故可取 </p><p>　　反弧曲線的上端與直線DE相切與E點，下端與河床相切于F點。E點，F(xiàn)點及反弧曲線圓心點O’的坐標，可用下面的分析法確定：</p><p><b>　　反弧曲線圓心O’點</b&

124、gt;</p><p>　　式中P2為下游堰高，取 </p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　(2)E點坐標</b></p><p><b>　　(3)F點坐標</b></p><p><b>　　37.8

125、m</b></p><p>　　根據(jù)上述計算結果，可繪得堰剖面曲線如圖所示</p><p>　　圖5-1 堰剖面曲線</p><p><b>　　6 大壩細部構造</b></p><p>　　重力壩建設的細節(jié)包括壩頂結構，壩體接縫，排水走廊布置，混凝土分區(qū)等。 這些結構的合理選擇和布置可以改善壩的工作狀態(tài)[2

126、3]，提高壩體抗滑穩(wěn)定性，提高壩體應力，滿足施工要求，保證壩的正常工作[24]</p><p>　　6.1 壩頂結構設計</p><p>　　6.1.1 閘門高度的確定</p><p>　　門高＝正常蓄水位-堰頂高程+（0.1～0.2）＝232.2-222.8+（0.1～0.2）＝9.5 m </p><p>　　因此取門高為10 m&l

127、t;/p><p>　　6.1.2 閘門形式的選擇及布置</p><p>　　閘門按其工作性質(zhì)可分為：工作閘門、事故閘門和檢修閘門。工作閘門承擔上述各項主要任務，能在動水中啟閉。事故閘門用在建筑物或設備出現(xiàn)事故時，在動水中關閉孔口，阻斷水流防止事故擴大；在事故排除后，向門后充水平壓，在靜水中開啟，能在短時間內(nèi)關閉孔口的則稱為快速閘門。檢修閘門用以短期擋水，以便檢修建筑物、工作閘門及機械設備等，一

128、般在靜水中啟閉[25]。</p><p>　　平面閘門：應用最廣，形式多樣</p><p>　?。?）門葉結構簡單，便與制造、安裝和運輸；</p><p>　?。?）閘門可吊出孔口，便于檢修和維護；</p><p>　　（3）互換性好，各孔閘門可以互換；</p><p>　?。?）布置緊湊，所需閘墩長度或閘門井尺寸較小

129、，閘墩受力條件好，配筋簡便；</p><p>　　（5）啟閉設備構造簡單，便于使用移動式啟閉機</p><p>　　綜上故檢修閘門選擇平面閘門。</p><p>　　因為工程量比較小，比較低，所以可以不設事故閘門，且檢修閘門為平面閘門，在非常時期可兼作事故閘門。 </p><p>　　弧形閘門：啟門時閘門繞支較轉動，廣泛用于工作門，所以工作閘