水利水電工程與管理畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、綜述</b></p><p><b>　　1.1工程概況</b></p><p>　　平山水庫(kù)位于湖北省某縣平山河中游，該河系睦水（長(zhǎng)遼的支流）的主要支流，全長(zhǎng)284m，流域面積為556㎞2，壩址以上控制流域面積491㎞2；平山河是山區(qū)河流，河床比降為0.3%，沿河有地勢(shì)較為平坦的小平原，最低高程為62.5m左右

2、。</p><p><b>　　1.2樞紐任務(wù)</b></p><p>　　樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪、航運(yùn)養(yǎng)殖、給水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。</p><p><b>　　1.3設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)</b></p><p>　　正常蓄水位 113.0</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水

3、位：113.10m；</p><p>　　校核洪水位：113.50m；</p><p>　　死水位：105.0m（發(fā)電極限工作深度8m）；</p><p>　　灌溉最低庫(kù)水位：104.0m；</p><p>　　總庫(kù)容：2.00億m3；</p><p>　　水庫(kù)有效庫(kù)容：1.15億m3；</p><

4、p>　　發(fā)電調(diào)節(jié)保證流量Qp=7.35m3/s，相應(yīng)下游水位63.20m；</p><p>　　發(fā)電最大引用流量Qmax=28 m3/s，相應(yīng)下游水位68.65m；</p><p>　　通過調(diào)洪演算，溢洪道下泄流量Q1%=840 m3/s，相應(yīng)下游水位72.65m。</p><p>　　校核情況下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340 m3/s，相應(yīng)下游水位74

5、.30m。</p><p>　　水庫(kù)淤積高程85.00m。</p><p><b>　　二、壩址水文特性</b></p><p>　　暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s。</p><p>　　多年平均流量13.34m3/s,多年平均來水量4.22億m3。多年

6、平均最大風(fēng)速10m/s，水庫(kù)吹程8km，多年平均降雨次數(shù)48次/年，庫(kù)區(qū)氣候溫和。</p><p>　　三、樞紐及庫(kù)區(qū)地形地質(zhì)條件</p><p>　　3.1壩址、庫(kù)區(qū)地形地質(zhì)及水文地質(zhì)</p><p>　　平山河流域多為丘陵地區(qū)，在平山樞紐上游均為大山區(qū)，河谷山勢(shì)陡峭，河谷邊坡一般為60°~70°，地勢(shì)高差都在80~120m，河床寬一般為400

7、m，河道彎曲很厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S形，沿河沙灘及兩岸坡積層發(fā)育，壩址處兩岸河谷呈馬鞍形，其覆蓋物較厚，基巖產(chǎn)狀凌亂。</p><p>　　靠近壩址上游是泥盆紀(jì)五通砂巖，壩下游為二迭紀(jì)石炭巖，壩軸線位于五通砂巖上面。</p><p>　　在平山咀以南，即石灰?guī)r與砂巖分界處，發(fā)現(xiàn)一大斷層，其走向近東西，傾向大致向北西，在壩軸線左岸的五通砂巖特別破碎，產(chǎn)狀凌亂，巖石隱裂隙很發(fā)育。巖

8、石的滲水率都很小，兩岸多為 0.001~0.01升/分，壩址處沿壩軸線是1.5-5.0m厚的覆蓋層，k=10-4cm/s，γ浮=10kN/m3，ψ=35</p><p>　　壩區(qū)地震為5~6度，設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮。</p><p><b>　　3.2筑壩材料</b></p><p>　　樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危瑩?jù)初步勘察，土料可以采用壩軸線下游1

9、.5～3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游1～3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。</p><p>　　材料的性質(zhì)及各項(xiàng)指標(biāo)如下表所示</p><p><b>　　3.3力學(xué)參數(shù)</b

10、></p><p>　　基巖允許抗壓強(qiáng)度2MPa,混凝土與基巖摩擦系數(shù)f=0.58?；鶐r的內(nèi)摩擦系數(shù)f=0.7，粘著力C=0.5MPa，容重r=26kN/m3</p><p>　　四、樞紐建筑物選型及樞紐總體布置</p><p>　　4.1工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　1）樞紐建筑物組成&l

11、t;/b></p><p>　　根據(jù)水庫(kù)樞紐的任務(wù)，該樞紐組成建筑物主要包括：攔河大壩、水電站建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、水庫(kù)放空隧洞（擬利用導(dǎo)流洞作放空洞）等。</p><p>　　2)工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　根據(jù)所給資料（發(fā)電、防洪、庫(kù)容、灌溉面積），對(duì)照《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）確

12、定樞紐等別(先確定分項(xiàng)等級(jí)，再按最大者確定樞紐等級(jí))和建筑物級(jí)別。</p><p>　　（1）各效益指標(biāo)等別：根據(jù)電站裝機(jī)容量9000千瓦即9MW，小于10MW，屬Ⅴ等工程；根據(jù)總庫(kù)容為2.00億m3，在10～1.0億m3，屬Ⅱ等工程。</p><p>　　（2）水庫(kù)樞紐等別：根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)具有綜合利用效益的水電工程，各效益指針分屬不同等別時(shí)，整個(gè)工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定，故本水庫(kù)

13、樞紐為Ⅱ等工程。</p><p>　?。?）水工建筑物的級(jí)別：根據(jù)水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物，所以本樞紐中的攔河大壩、溢洪道、水電站建筑物、灌溉管道、水庫(kù)放空隧洞為2級(jí)水工建筑物；次要建筑物筏道為3級(jí)水工建筑物。</p><p>　　確定樞紐建筑物的的等級(jí)的目的是要確定設(shè)計(jì)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，從而通過調(diào)洪演算來進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。</p&

14、gt;<p>　　設(shè)計(jì)洪水位113.1m（百年一遇），Q1%=840m3/s,下游水位72.65m</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水位113.5m（千年一遇），Q0.1%=1340m3/s,下游水位74.30m</p><p>　　4.2樞紐建筑物選型</p><p><b>　　1）壩軸線的選擇</b></p><

15、;p>　　壩軸線綜合考慮地形地質(zhì)條件，土石壩壩軸線一般選在河道轉(zhuǎn)彎下游處，地質(zhì)條件良好，且與料場(chǎng)的距離適宜。</p><p>　　2）樞紐各建筑物選型</p><p><b>　?。?）擋水建筑物</b></p><p>　　在巖基上有三種類型：重力壩、拱壩、土石壩。</p><p><b>　　a、重力

16、壩方案</b></p><p>　　從樞紐布置處地形地質(zhì)平面圖及壩軸線地質(zhì)剖面圖上可以看出，壩址基巖為上部為五通砂巖，下面為石英砂巖和砂質(zhì)葉巖，覆蓋層沿壩軸線厚1.5～5.0m，五通砂巖厚達(dá)30～80m，若建重力壩清基開挖量大，修建重力壩所需水泥、鋼筋等材料運(yùn)輸不方便，且不能利用當(dāng)?shù)刂尾牧?，故修建重力壩不?jīng)濟(jì)。</p><p><b>　　b、拱壩方案</b&

17、gt;</p><p>　　修建拱壩理想的地形條件是左右岸地形對(duì)稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的河谷段；而且壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支撐，以保證壩體的穩(wěn)定。該河道彎曲相當(dāng)厲害，尤其樞紐布置處更為顯著形成S形，1#壩址處沒有雄厚的山脊作為壩肩，左岸陡峭，右岸相對(duì)平緩，峽谷不對(duì)稱，成不對(duì)稱的“U”型，下游河床開闊，建拱壩的造價(jià)過高，不宜修筑。</p><p><b>　　c、

18、土石壩方案</b></p><p>　　土石壩對(duì)地形、地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有的條件下都可以修建，且施工技術(shù)簡(jiǎn)單，可實(shí)行機(jī)械化施工，也能充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，覆蓋層也不必挖去，因此造價(jià)相對(duì)較低，所以采用土石壩方案。</p><p>　?。?）泄水建筑物型式的選擇</p><p>　　土石壩最適合采用岸邊溢洪道進(jìn)行泄洪，在壩軸線下游300m處的兩岸河谷呈

19、馬鞍形，右岸有馬鞍形埡口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽與堰上水流方向一致，水流平順，泄洪能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，適用于各種水頭和流量。</p><p><b>　　（3）水電站建筑物</b></p><p>　　因?yàn)橥潦瘔尾灰瞬捎脡问剿娬?，而宜采用引水式發(fā)電，又因裝機(jī)容量為9000kw,裝機(jī)容量小，臺(tái)數(shù)為三臺(tái)，故采用單元供水式引水發(fā)電。</p>

20、<p><b>　?。?）放空建筑物</b></p><p>　　施工導(dǎo)流洞及水庫(kù)放空洞，均采用有壓式。為便于檢修大壩和其它建筑物，擬利用導(dǎo)流隧洞作放空洞，洞底高程為70.00m，洞直徑為5.0m。</p><p>　　4.3樞紐總體布置方案的確定</p><p>　　根據(jù)樞紐布置的基本原則，結(jié)合本工程的市級(jí)情況，主要確定各建筑物的

21、相對(duì)位置，并繪制平面布置圖。 </p><p>　　擋水建筑物——土石壩（包括副壩在內(nèi)）放在主河床，布置呈直線；</p><p>　　泄水建筑物——溢洪道布置在大壩右岸的天然埡口處；</p><p>　　灌溉引水建筑物——引水隧洞緊靠在溢洪道的右側(cè)布置；</p><p>　　水電站建筑物——引水隧洞、電站廠房、開關(guān)站等布置在右岸（凸岸），在副

22、壩和主壩之間，廠房布置在開挖的基巖上，開關(guān)站布置在廠房旁邊；</p><p>　　水庫(kù)放空洞布置在右岸的山體內(nèi)。</p><p>　　綜合考慮各方面因素，最后確定樞紐布置直接繪制在藍(lán)圖上（地形地質(zhì)平面圖）。</p><p><b>　　五、土壩設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1壩型選擇</b

23、></p><p>　　影響土石壩壩型選擇的因素有：1.壩高；2.筑壩材料；3.壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件；4.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、初期度汛等施工條件；5.樞紐布置、壩基處理型式、壩體與泄水引水建筑物等的連接；6.樞紐的開發(fā)目標(biāo)和運(yùn)行條件；7.土石壩以及樞紐的總工程量、總工期和總造價(jià)。</p><p>　　樞紐大壩采用當(dāng)?shù)夭牧现危瑩?jù)初步勘察，

24、土料可以采用壩軸線下游1.5～3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用。砂料可在壩軸線下游1～3公里河灘范圍內(nèi)及平山河出口處兩岸河灘開采。石料可以用采石場(chǎng)開采，采石場(chǎng)可用壩軸線下游左岸山溝較合適，其石質(zhì)為石灰?guī)r、砂巖，質(zhì)量良好，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖石出露，覆蓋淺，易開采。</p><p>　　從建筑材料上說，均質(zhì)壩、心墻壩、斜墻壩均可。</p><p>　　1）均

25、質(zhì)壩。壩體材料單一，施工工序簡(jiǎn)單，干擾少；壩體防滲部分厚大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲流量，此外壩體和壩基、岸坡、及混凝土建筑物的接觸滲徑比較長(zhǎng)，可簡(jiǎn)化防滲處理。但是，由于土料抗剪強(qiáng)度比用在其他壩型壩殼的石料、砂礫和砂等材料的抗剪強(qiáng)度小，故其上下游壩坡比其他壩型緩，填筑工程量比較大。壩體施工受嚴(yán)寒及降雨影響，有效工日會(huì)減少，工期延長(zhǎng)，故在寒冷及多雨地區(qū)的使用受限制。</p><p>　　2）

26、斜墻壩。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上壩；土質(zhì)斜墻靠在透水壩殼上，如果壩殼沉降大，將使斜墻開裂；與岸坡及混凝土建筑物連接不如心墻壩方便，斜墻與地基接觸應(yīng)力比心墻小，同地基結(jié)合不如心墻壩；斷面較大，特別是上游坡較緩，壩腳伸出較遠(yuǎn)，填筑工程量較心墻大。</p><p>　　3）心墻壩。用作防滲體的土料位于壩下游1.5～3.5公里的丘陵區(qū)與平原地帶的土料，且儲(chǔ)量很多，一般質(zhì)量尚佳，可作筑壩之用；用作透水料的砂

27、土可從壩上下游0.3~3.5公里河灘上開采，儲(chǔ)量多，可供筑壩使用，這樣便于分別從上下游上料，填筑透水壩殼，使施工方便，爭(zhēng)取工期。心墻壩的優(yōu)點(diǎn)還有：心墻位于壩體中間而不依靠在透水壩殼上，其自重通過本身傳到基礎(chǔ)，不受壩殼沉降影響，依靠心墻填土自重，使得沿心墻與地基接觸面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，有利于心墻與地基結(jié)合，提高接觸面的滲透穩(wěn)定性；當(dāng)庫(kù)水位下降時(shí)，上游透水壩殼中水分迅速排泄，有利于上游壩坡穩(wěn)定，使上游壩坡比均質(zhì)壩或斜墻壩陡；下游壩殼浸潤(rùn)線

28、也比較低，下游壩坡也可以設(shè)計(jì)得比較陡；在防滲效果相同的情況下，土料用量比斜墻壩少，施工受氣候影響相對(duì)小些；位于壩軸在線的心墻與岸坡及混凝土建筑物連接比較方便。</p><p>　　由于土石壩的地基適應(yīng)性強(qiáng)，理論上說，這幾類壩都可以選用，具體考慮到當(dāng)?shù)貎砂兜膲纹螺^陡峭，因此選用較能夠適應(yīng)陡峭壩坡地形的心墻壩作為首選壩型。</p><p><b>　　5.2壩體剖面設(shè)計(jì)</b&

29、gt;</p><p>　　土石壩的剖面設(shè)計(jì)指壩坡、壩頂寬度、壩頂高程。</p><p><b>　　1）壩頂高程</b></p><p>　　壩頂高程等于不同運(yùn)行情況下的水庫(kù)靜水位加上超高之和，并分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算，取較大值：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</p><p>

30、;　　d=風(fēng)吹的壅高e+波浪爬高h(yuǎn)a+安全加高δ</p><p><b>　　——波浪的平均波高</b></p><p>　　——壩坡坡率，初擬時(shí)取3；</p><p>　　——壩坡護(hù)面糙率，干砌塊石護(hù)坡0.0275，漿砌塊石護(hù)坡取0.025，瀝青和混凝土0.0155，本設(shè)計(jì)采用砌石塊石護(hù)坡</p><p><b&

31、gt;　　由莆田水電站公式</b></p><p>　　v——多年平均最大風(fēng)速，正常運(yùn)行時(shí)取1.5-2.0倍，非正常運(yùn)行時(shí)取v=10m/s，非正常運(yùn)行時(shí)取v=18m/s。</p><p>　　D——風(fēng)的有效吹程D=8m</p><p>　　H1——壩前的平均水深</p><p><b>　　壩前水位壅高 </b&g

32、t;</p><p>　　——綜合摩阻系數(shù)，其值變化在（1.5～5.0）×10-3之間，計(jì)算時(shí)一般取K=3.6×10-3；</p><p><b>　　v——設(shè)計(jì)風(fēng)速</b></p><p>　　D——吹程，單位km</p><p>　　——風(fēng)向與水域中線（或壩軸線的法線）方向的夾角。</p&g

33、t;<p>　　δ——安全加高，m，根據(jù)壩的等級(jí)和運(yùn)用情況，按表1-1確定。</p><p>　　安全加高δ （單位：m）</p><p>　　兩種情況計(jì)算成果如下</p><p>　　壩頂高程取正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行中較大值，取116.2m可滿足要求</p><p><b>　?。?）壩頂寬度</b>&l

34、t;/p><p>　　壩頂寬度應(yīng)滿足交通要求、施工條件、防汛搶險(xiǎn)等要求，壩頂寬度取10m，B=10m>H0.5</p><p>　?。?）上下游坡度的確定</p><p>　　因最大壩高約116.20-68.00=48.20m,故采用上級(jí)壩坡二級(jí)變坡，下游三級(jí)壩坡。</p><p>　?。?）上游壩坡：從壩頂至壩踵依次為1︰3； 1︰3.5

35、。</p><p>　?。?）下游壩坡：從壩頂至壩趾依次為1︰2.5；1︰3，1︰3.25。</p><p>　?。?）馬道：第一級(jí)馬道高程為85，第二級(jí)馬道高程100m，馬道寬度取2.0m。</p><p>　　（4）心墻的斷面尺寸墻頂部寬度：一般不小于3m，可取5m。</p><p>　　心墻頂部高程：心墻頂部高程以設(shè)計(jì)水位加0.6m超高

36、并高于校核水位，取113.7m，上部留有2.5m的保護(hù)層厚度。</p><p>　　心墻兩側(cè)坡度：可取1:0.15-1:0.3，取1:0.2</p><p>　　心墻的位置：位于壩中心線，心墻底部設(shè)齒墻，與不透水層相接</p><p>　　5.3壩體排水設(shè)施布置</p><p>　　采用堆石棱柱體排水，棱柱體頂面高程應(yīng)高出下游最高水位1m，取

37、75.5m,堆石棱體內(nèi)坡取1:1.5，外坡取1:2.0，壩頂取2.0m。</p><p>　　5.4土壩滲流計(jì)算和分析</p><p>　　1）滲流計(jì)算的基本假定</p><p>　?。?）心墻采用粘土料，滲透系數(shù)k=10-6cm/s，壩殼采用砂土料，滲透系數(shù)，k=10-2cm/s兩者相差倍，可以把粘土心墻看作相對(duì)不透水層，因此計(jì)算時(shí)可以不考慮上游壩殼損失的水頭作用

38、。下游設(shè)有棱體排水，可近似的假設(shè)浸潤(rùn)線的逸出點(diǎn)為下游水位與堆石棱體內(nèi)坡的交點(diǎn)。下游壩殼的浸潤(rùn)線也較平緩，接近水平，水頭主要在心墻部位損失。</p><p>　　（2）土體中滲流流速不大且處于層流狀態(tài)，滲流服從達(dá)西定律，即平均流速v等于滲透系數(shù)K與滲透比降i的乘積，v=K×i。</p><p>　?。?）發(fā)生滲流量時(shí)土體孔隙尺寸不變，飽和度不變，滲流為連續(xù)的。</p>

39、<p><b>　　2）滲流計(jì)算條件</b></p><p>　　滲流計(jì)算應(yīng)考慮如下組合，取其最不利者作為控制條件：1）上游正常高水位，下游相應(yīng)的最低水位；2）上游設(shè)計(jì)或校核洪水水位，分別相應(yīng)的下游水位。</p><p>　　計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位113.10m，相應(yīng)下游的最低水位72.65。</p><p><b>　　3）滲流

40、分析的方法</b></p><p>　　采用水力學(xué)法進(jìn)行土石壩滲流計(jì)算，以下公式來自水利計(jì)算手冊(cè)（2006，第二版）。</p><p><b>　　q為滲流量</b></p><p>　　將心墻看作等厚的矩形，則其平均寬度為： </p><p><b>　　T=5m</b></p&

41、gt;<p>　　H1=113.1-68=45.1m</p><p>　　H2=72.65-68=4.65 m</p><p>　　s=d=(116.2-100)*2.5+(100-85)*3+(85-75.5)*3.25-(75.5-72.65)*1.5-(13.74-10)/2=110.23m</p><p>　　k1=10-5m/s k

42、2=10-8m/s k3=10-6m/s</p><p>　　聯(lián)立前面兩式得h=7.22m ,q=8.59*10-7m2/s</p><p><b>　　浸潤(rùn)線方程</b></p><p><b>　　=0.060x</b></p><p>　　5.5壩坡穩(wěn)定計(jì)算（只作下游坡一個(gè)滑弧面的計(jì)

43、算）</p><p>　　采用“瑞典圓弧法”進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　(1)計(jì)算工況：上游設(shè)計(jì)水位+下游相應(yīng)水位</p><p>　　(2)計(jì)算內(nèi)容：確定下游壩坡的最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)，判斷處理的坡面是否滿足要求</p><p>　　(3)滑弧面的選擇：滑動(dòng)面的起點(diǎn)在壩頂、與心墻相交、與壩基接近或切入壩基、端點(diǎn)在壩坡腳附近。圓弧半徑盡量選擇為

44、整數(shù)。</p><p>　　(4)荷載計(jì)算：土壩壩體自重浸潤(rùn)線以上按濕容重計(jì)算，在浸潤(rùn)線以下、下游水面線以上的土體按飽和容重計(jì)算，在下游水位以下的土體，按浮容重計(jì)算。</p><p>　　圓弧半徑為R=140m，對(duì)滑動(dòng)面上土體進(jìn)行分條編號(hào)：壩頂向下依次為1，2，3，…</p><p>　　為簡(jiǎn)化分析，現(xiàn)只考慮自重荷載。對(duì)如圖4—4，所示的壩坡，以i土條為例，其自重

45、，式中 為土條面積， 為土體容重。自重 在滑動(dòng)面上的切向分力 起促滑作用，法向分力 在滑動(dòng)面上產(chǎn)生摩擦力，起抗滑作用。式中 為土條底部中點(diǎn)所在半徑與鉛直線的夾角， 是土條在滑動(dòng)面處的內(nèi)摩擦角。</p><p>　　在滑動(dòng)面上總滑動(dòng)力為，總抗滑力為</p><p>　　由于壩體中滲流量q很小，所以不考慮孔隙水壓力。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果如表3-4所示：<

46、/p><p><b>　?。?）穩(wěn)定分析</b></p><p>　　《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)如表3-5所示：</p><p>　　表3-5壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中K=1.462 >[K]=1.25,安全系數(shù)滿足要求。壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大，但是鑒于各種因素考

47、慮不全，實(shí)際安全系數(shù)可能要小些，故而不改變壩坡</p><p><b>　　5.6地基的處理</b></p><p><b>　　地基處理</b></p><p>　　（1）河槽處：水流常年沖刷，基巖裸露，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，巖石的滲水率很小，多為0.001~0.010升/分，故只需清除覆蓋層即可，挖至基巖即可。</p&g

48、t;<p>　?。?）右岸河灘：覆蓋層和坡積層相對(duì)較厚，巖層裂隙較為發(fā)育，擬采用局部帷幕灌漿，同時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，加固地基。</p><p>　　（3）左岸山體：五通砂巖特別破碎，產(chǎn)狀零亂，可采取適當(dāng)挖除的措施。</p><p>　　2）壩體與地基的連接</p><p>　　（1）主河槽部位：基巖透水率很小，能達(dá)到滲流控制的要求，采用在心墻底端局部加厚的方式

49、與地基相連。</p><p>　?。?）右岸河灘：坡積層、覆蓋層較發(fā)育，巖層十分破碎，隱裂隙發(fā)育，故采用截水槽的方式與基巖相連。</p><p>　　3）壩體與岸坡的連接</p><p>　　左壩肩到左灘地，坡積層、風(fēng)化層需徹底清除，左岸坡上修建混凝土齒墻與岸坡相連接，岸坡較陡，開挖時(shí)基本與基巖大致平行。開挖角不能太大。</p><p>　　

50、六、正槽式溢洪道設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1溢洪道路線選擇和平面位置的確定</p><p>　　主要考慮：地形、地質(zhì)條件，樞紐總體布置等因素。</p><p><b>　　（1）地形條件</b></p><p>　　一般來講，溢洪道的水流入口應(yīng)位于水流流暢處，并與土石壩保持一定的距離，避免橫向水流對(duì)土石壩壩坡的沖刷影

51、響，有利于壩的安全。利用埡口，有利于減少開挖工程量。本工程正好有一個(gè)符合上述條件的埡口，故在此處進(jìn)行溢洪道布置。溢洪道的水流出口處，應(yīng)與壩腳或下游其它建筑物保持一定的距離，避免水流沖刷以及水流波動(dòng)的影響。</p><p><b>　　（2）地質(zhì)條件</b></p><p>　　應(yīng)將溢洪道盡量修建在巖基上，并力求溢洪道兩岸山坡穩(wěn)定。本工程埡口處覆蓋層較薄，地質(zhì)條件較好，

52、兩岸山體整體穩(wěn)定，符合上述要求。</p><p><b>　?。?）樞紐總體布置</b></p><p>　　應(yīng)考慮與樞紐各建筑物在總體布置上的協(xié)調(diào)。入流、出流對(duì)樞紐其他建筑物的干擾。</p><p>　　6.2 溢洪道的孔口尺寸確定</p><p><b>　　（1）堰型選擇</b></p&

53、gt;<p>　　溢洪道溢流堰可采用WES型實(shí)用堰，也可采用寬頂堰。本工程擬采用WES型實(shí)用堰。</p><p><b>　　（2）堰頂高程</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料給出，堰頂高程為107.5m。</p><p>　?。?）溢流前緣寬度L：分別按設(shè)計(jì)情況和校核情況進(jìn)行估算。</p><p>

54、<b>　　，q為單寬流量</b></p><p>　　m為流量系數(shù)，在設(shè)計(jì)水頭下取為0.502； 為設(shè)計(jì)水頭。</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果如表4-1</b></p><p>　　表4-1 溢流前緣寬度計(jì)算</p><p>　　由此可計(jì)算得溢流前緣

55、寬度為41.02m。</p><p>　　（4）單孔寬度b的確定</p><p>　　孔數(shù)n取為整數(shù)。b=L/n。b應(yīng)為整數(shù)。選擇5孔，則單孔寬為8.204m，取單孔寬為9m。</p><p><b>　?。?）閘門</b></p><p>　　可采用弧形閘門或平板閘門。本設(shè)計(jì)中選用平板閘門。閘門頂部高程為正常高水位+安

56、全超高=113.1+0.5=113.6</p><p>　　根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95》，閘門尺寸取為9m×6.5m（寬×高），寬高比為9/6.5=1.38，滿足按規(guī)范規(guī)定的露頂式閘門寬高比（1.0～1.5）。</p><p><b>　?。?）閘墩</b></p><p>　　根據(jù)溢流堰的構(gòu)造要求，閘室

57、中墩寬度取為2.5m，中墩分縫，邊墩寬度取為3m，由此計(jì)算可得溢流堰寬B：</p><p>　　6.3溢洪道泄槽設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)泄槽的平面布置</p><p>　　泄槽在平面布置上，沿水流方向呈直線、等寬、對(duì)稱布置，這樣可使水流平順、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。避免彎道或斷面尺寸的變化，以防止高速泄流引起的波動(dòng)、摻氣、空蝕等現(xiàn)象。</p>&l

58、t;p>　　(2)泄槽的縱斷面底坡</p><p>　　泄槽縱斷面的布置與地形、地質(zhì)條件關(guān)系密切。泄槽底坡盡可能采用單一的坡度，一坡到底，且滿足 ，保證泄槽中的水流流態(tài)為急流。</p><p>　　由地形地質(zhì)平面圖上量得堰頂?shù)较掠?4.30m高程處的水平距離為108m，高差為33.20m，故從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線，直線的斜率大約等于0.3。為減少挖方，初步擬定泄槽坡率i=0.3。泄

59、槽襯砌初擬選用石灰漿砌塊石水泥漿勾縫型式，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，漿砌塊石糙率一般為0.025。取 ，近似計(jì)算臨界水深</p><p>　　q=1340/45=29.78m</p><p><b>　　故其臨界底坡：</b></p><p><b>　　驗(yàn)算坡度 </b></p><p>　　(3)泄槽的斷面

60、尺寸</p><p>　　溢洪道處于巖基，可采用矩形或接近矩形的斷面，使流量和流速分布都比較均勻，對(duì)下游消能有利。本設(shè)計(jì)采用矩形斷面寬b=70m，長(zhǎng)L約為 82m。</p><p>　　(4)邊墻高度的確定</p><p>　　邊墻的高度采用推求水面線的方法確定。泄槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，計(jì)算公式如下：</p><p><

61、;b>　　式中，</b></p><p><b>　　為分段長(zhǎng)度，m；</b></p><p>　　、 分別為分段始末斷面水深，m；</p><p>　　、 分別為分段始末斷面平均流速，m/s；</p><p>　　、 分別為流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；</p><p>&l

62、t;b>　　為泄槽底坡的傾角；</b></p><p>　　i為泄槽底坡，i=tan ；</p><p>　　為分段內(nèi)平均摩阻坡降；</p><p>　　n為泄槽槽身糙率系數(shù)，可查相應(yīng)規(guī)范；</p><p>　　為分段平均流速，m/s；</p><p>　　為分段平均水力半徑， ，m；</p&g

63、t;<p>　　按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》，泄槽段起始斷面水深 小于 ，計(jì)算公式為：</p><p>　　q為計(jì)算斷面以上單寬流量，m2/s;</p><p>　　為計(jì)算斷面以上總水頭， m；</p><p>　　起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95；</p><p>　　計(jì)算得到 =2.04 m</p>

64、<p>　　本設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4-1。計(jì)算采用校核洪水情況，按水深進(jìn)行分段，用上述方法計(jì)算泄槽水面線。</p><p>　　圖4-1 水面線計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　計(jì)算結(jié)果如下表所示：</p><p>　　(5)邊墻高度的確定： </p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，考慮摻氣水深△h、安全超高△h’’來確定。</

65、p><p>　　根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》，泄槽段水流摻氣水深△h可按下式計(jì)算：</p><p>　　h為泄槽計(jì)算斷面水深，m；</p><p>　　v為不摻氣情況下的泄槽計(jì)算斷面流速；</p><p>　　為修正系數(shù)，可取1.0~1.4s/m；本設(shè)計(jì)取1.0s/m。</p><p>　　《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范S

66、L253-2000》規(guī)定，泄槽段邊墻高度，應(yīng)根據(jù)計(jì)入波動(dòng)及摻氣后的水面線，再加上0.5~1.5m的超高。本設(shè)計(jì)中安全超高△h’’取0.5m。</p><p>　　邊墻高度計(jì)算結(jié)果如表4-3：</p><p>　　表4-3 邊墻高度計(jì)算</p><p>　　6.4溢洪道消能設(shè)計(jì)</p><p>　　本樞紐溢洪道處于巖基上，可采用挑流消能。<

67、;/p><p><b>　　(1)挑流鼻坎型式</b></p><p>　　選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、鼻坎上水流平順、挑距較遠(yuǎn)、應(yīng)用廣泛的連續(xù)式鼻坎。鼻坎挑角 。鼻坎高程高出下游最高水位（設(shè)計(jì)時(shí)72.65m、校核時(shí)74.30m）1～2m，取76.00m，反弧半徑R=12m。</p><p>　　(2)水舌挑射距離計(jì)算</p><p

68、><b>　　式中：</b></p><p><b>　　L為水舌挑距，m；</b></p><p>　　為坎頂水面流速, m/s，按鼻坎處平均流速v的1.1倍；取20.1m/s</p><p>　　為坎頂垂直方向水深，m， ；取0.958m</p><p>　　為坎頂至河床面高差，m, &l

69、t;/p><p>　　計(jì)算得L=43.48m</p><p>　　(3)沖刷坑深度的計(jì)算（由河床表面至坑底）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　為水墊厚度，自水面算至坑底，m；</p><p><b>　　為沖坑深度，m；</b></p>

70、<p>　　q為單寬流量，m2/s；q=1340/70=19.14 m2/s</p><p>　　H為上下游水位差，m；113.5-74.3=39.2m</p><p><b>　　下游水深，m； </b></p><p>　　為沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖 ，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖 ，軟弱破碎、裂隙發(fā)育的基巖 。此工程下游河床存在破

71、碎帶和一假想逆斷層，巖層裂隙發(fā)育，所以取 。</p><p>　　沖坑計(jì)算結(jié)果見表4-5。</p><p>　　表4-5 沖刷坑深度計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　(4)安全驗(yàn)算</b></p><p>　　6.5溢洪道細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)WES型實(shí)用堰</p>

72、;<p>　　根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》，WES實(shí)用堰堰頂上游曲線采用三段圓弧，上游堰面鉛直，下游為冪曲線。如圖4-2所示：</p><p>　　溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。設(shè)計(jì)要求：①有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；②水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；③體形簡(jiǎn)單、造價(jià)低、便于施工等。</p><p>　　1)確定定型設(shè)計(jì)水頭</

73、p><p>　　堰頂高程=108m；校核洪水位=116m；</p><p>　　最大堰上水頭=113.5-107.5=6m；</p><p>　　定型設(shè)計(jì)水頭：=（0.65~0.85）=（0.65~0.85）×6=3.9m~5.1m</p><p><b>　　取=5m。</b></p><p&

74、gt;　　R1=0.5Hd=0.5×5=2.5m,c1=0.175Hd=0.175×5=0.875 m</p><p>　　R2=0.2Hd=0.2×5=1 m,c2=0.276 Hd=0.276×5=1.38m</p><p>　　R1=0.04Hd=0.04×5 =0.2m,c1=0.2818 Hd=0.2818×5=1. 4

75、09m</p><p>　　下游段滿足方程：并取直線CD的坡度為0.75</p><p>　　計(jì)算反弧段半徑 R=（0.25~0.5）（Hd+zmax）</p><p>　　上下游水位差為zmax=39.2m故</p><p>　　R=（0.25~0.5）（Hd+zmax）=（0.25~0.5）（5+39.2）=11.05~22.1m<

76、/p><p><b>　　故取半徑為15m</b></p><p>　　WES溢流堰堰頂曲線</p><p><b>　　(2)其他構(gòu)造設(shè)計(jì)</b></p><p>　　包括襯砌、排水、止水和分縫。</p><p>　　泄槽位于巖基上，且水流流速較大，選用石灰漿砌塊石水泥漿勾縫型

77、式。襯砌縱向接縫采用平接縫，沿水流向橫縫采用搭接型式?？v橫向分縫距離分別取為10m、20m，縫下設(shè)縱橫向排水溝，并設(shè)有銅片止水裝置，在排水溝頂面鋪瀝青麻片，以防止施工時(shí)水泥漿或運(yùn)用時(shí)泥沙堵塞排水溝，各橫向排水溝的水流應(yīng)通過泄槽兩側(cè)的縱向排水溝排往下游，縱向排水管設(shè)置兩排，以保證排水通暢。</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)成果</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)說