重力壩畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 銅錢壩水利樞紐 及重力壩設(shè)計(jì) 專 業(yè) 水利水電工程 班 級(jí) 工 082 學(xué) 生 李 偉 指導(dǎo)教師 葉 林 2012 年銅錢壩水利樞紐布置及重力壩設(shè)計(jì)摘 要3/s為主 ，兼補(bǔ)償下游農(nóng)田灌溉用水3000萬m3，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用水利樞紐工程，要求工業(yè)用水保證率97%，農(nóng)田灌溉保正率75%。該工程屬于等工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物。首先，在研究地質(zhì)地形條件的基礎(chǔ)上選擇了最合適的壩軸線，并進(jìn)行了樞紐布置。再經(jīng)過調(diào)洪計(jì)算確定了設(shè)計(jì)、校核洪水位，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了非溢流壩段基本剖面并進(jìn)行了穩(wěn)定驗(yàn)算、應(yīng)力分析，結(jié)果均滿足要求。泄水建筑物采用底孔表孔結(jié)合的形式，分別設(shè)計(jì)了

2、溢流壩段和底孔壩段，消能形式采用挑流消能。最后，還對(duì)壩體的細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的主要成果有：設(shè)計(jì)說明書1份，設(shè)計(jì)圖紙6張以及其他相關(guān)附圖附表等。關(guān)鍵詞：重力壩設(shè)計(jì)；樞紐布置；穩(wěn)定驗(yàn)算；挑流消能；細(xì)部構(gòu)造 Coins dam water conservancy project layout and design of gravity damAbstract3/s downstream, and compensation of farmland irrigation water30,000,000 m3, and flood control, power generation, pisci

3、culture and comprehensive utilization of water conservancy project, requirements for industrial use of water for farmland irrigation guarantee rate97%, positive rate 75%. This project belongs to project, main building 3 buildings.First, in the study of geological and topographical conditions based o

4、n the selection of the most suitable dam axis, and a pivot arrangement. After flood regulating calculation, design flood level, on the basis of the design of non overflow section of the basic profiles and the stability calculation, stress analysis, the results can meet the requirements of. The drain

5、age building uses the bottom sheet hole combined forms, were designed and the bottom orifice spillway, energy dissipation forms using a ski-jump energy dissipation. Finally, also on the dam construction is designed. The design of the main results are: one design specifications, six design drawings a

6、nd other related drawings schedule etc.Key words: gravity dam design; layout; stability calculation; ski-jump energy dissipation; detail structure目錄第1章工程概述1工程概況1工程特征表1第2章水文、氣象32.1 流域水文概況32.2 洪水分析計(jì)算3設(shè)計(jì)洪峰推求3洪水過程線推求4第3章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計(jì)算63.1 底孔規(guī)模及死庫容確定63.2 興利庫容確定63.3 調(diào)洪計(jì)算7第4 章工程地質(zhì)12區(qū)域地質(zhì)概況12庫區(qū)工程地質(zhì)條件12水庫滲漏12水庫的淹沒

7、及浸沒12水庫坍岸12固體徑流來流13壩址工程地質(zhì)條件13地形地貌13地層巖性13地質(zhì)構(gòu)造13主要物理地質(zhì)現(xiàn)象及巖石風(fēng)化情況14水文地質(zhì)14各壩軸線工程地質(zhì)條件14第5章 樞紐布置16壩址選擇16壩軸線選擇17壩型選擇17樞紐布置18第6章建筑物設(shè)計(jì)196.1 壩體設(shè)計(jì)19基本資料19壩頂高程確定19荷載計(jì)算20抗滑穩(wěn)定分析30抗剪強(qiáng)度分析分析31應(yīng)力分析316.2 溢流壩設(shè)計(jì)34孔口形式34孔口尺寸34溢流壩剖面設(shè)計(jì)34624抗滑穩(wěn)定分析42應(yīng)力分析436.3 底孔設(shè)計(jì)45進(jìn)口段45孔身段46出口壓坡段段466.4 消能防沖設(shè)計(jì)46挑射距離計(jì)算46沖坑深度計(jì)算47水面線計(jì)算47堰頂部分47直

8、線部分的不摻氣水面線求解48反弧段水深計(jì)算51摻氣水深52溢流壩段邊墻高度的確定52第7章細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)53壩頂構(gòu)造設(shè)計(jì)53閘墩設(shè)計(jì)53閘墩布置53閘墩的尺寸53邊敦54壩體排水54壩基灌漿廊道54檢查和壩體排水廊道55壩體分縫56地基處理57地基開挖與清理57地基固結(jié)灌漿57帷幕灌漿57斷層軟弱夾層的處理58致 謝59參考文獻(xiàn)60第1章工程概述3/s為主 ，兼補(bǔ)償下游農(nóng)田灌溉用水3000萬m3，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用水利樞紐工程，要求工業(yè)用水保證率97%，農(nóng)田灌溉保正率75%。該工程屬于等工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物。由于下游有重要城鎮(zhèn)，因而選取設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水。表1-1 銅

9、錢壩水利樞紐工程特性表工程名稱銅錢壩水利樞紐工程建設(shè)地點(diǎn)銅錢壩所在河流玉帶河.水文特征3100m3/s表孔底孔結(jié)合4550m3/s.水庫特征3/s鼻坎挑流（1）孔口尺寸3×3m（2）底板高程3（3）孔數(shù)11075萬m3.樞紐主要建筑物（1）堰頂高程（2）每孔凈寬混凝土重力壩（3）孔數(shù)3度（4）最大流速（1)底孔工作門弧形閘門（2）事故檢修門平板閘門第2章水文、氣象2.1 流域水文概況玉帶河發(fā)源于寧強(qiáng)縣巴山箭竹玲，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以下墾荒坡地不少，河道總長(zhǎng)110km，河床平均比降3，下游河床比降為1/6001/80

10、0。壩址以上集水面積798km2。集水區(qū)呈狹長(zhǎng)型，流域平均高程為1100m，多年平均降水量1000mm1100mm，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沒有實(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，各種水文氣象資料系列情況見表2-1。表2-1壩址附近水文氣象資料河流水文站雨量站玉帶河鐵鎖關(guān) F=433km2 19601974年鐵鎖關(guān) 19601974年寧強(qiáng) 19581959年寧強(qiáng) 19601974年漢江武侯鎮(zhèn) F=3092km2武侯鎮(zhèn) 1934、1

11、9361974年19351941年 19531974年大安 19551970年沮水河茶店子 F=1683km2茶店子 19661974年19661974年茅壩 19571970年觀音寺 19551970年2.2 洪水分析計(jì)算銅錢壩水利樞紐工程屬于等工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物。由于下游有重要城鎮(zhèn)，因而選取設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇。 根據(jù)銅錢壩水文資料，選用鐵鎖關(guān)站1964年9月24日一次洪水過程曲線為典型，典型洪峰Q=1640m3/s。設(shè)計(jì)洪水為百年一遇，P=1%對(duì)應(yīng)Q洪峰=3100m3/s。校核洪水為千年一遇，P=0.1%對(duì)應(yīng)Q洪峰=4550m3/s。按洪峰同頻率控

12、制放大，K設(shè)=Q設(shè)/Q典=1.89；K校=Q校/Q典=2.77。銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)、校核洪水過程線計(jì)算如2-2表所示：表2-2銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)、校核洪水過程線計(jì)算表銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)、校核洪水過程線如圖21所示：圖2-1銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計(jì)、校核洪水過程線圖第3章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計(jì)算3.1 底孔規(guī)模及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，宜建底孔（工業(yè)供水是專設(shè)管道從水庫取水）。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，選取底孔進(jìn)口高程580m，孔口尺寸3×3m，底孔明流泄量為30m3/s，兼顧水力發(fā)電

13、最小工作水頭的要求，選取死水位（即興利下限水位）為588m，相應(yīng)死庫容為1075萬m3。銅錢壩水利樞紐水位庫容關(guān)系如表3-1所示：表3-1水位庫容關(guān)系表庫水位Z（m）580590600610620630庫容V（m3）0對(duì)應(yīng)水位庫容關(guān)系曲線如圖3-1所示：圖3-1水位庫容關(guān)系曲線3.2 興利庫容確定3 ，正常蓄水位605m。結(jié)合壩址區(qū)的地形條件初步確定溢流堰堰頂高程605m，凈寬50m。3.3 調(diào)洪計(jì)算水庫通過泄洪建筑物泄洪，該泄量就是水庫的下泄流量，水庫泄洪建筑物的泄洪能力，是指某一泄流水頭下泄洪建筑物可能通過的最大的下泄流量。本設(shè)計(jì)中表孔無閘門，泄流公式式中表孔的泄洪能力，m3/s; H 表

14、孔上堰上水頭，m； B 表孔凈寬，m； 流量系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.495。底孔為有壓泄流，泄流公式式中底孔的泄流能力，m3/s； H 底孔的計(jì)算水頭，為水庫水位與洞口中心線高程之差； 流量系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.9。根據(jù)確定的底孔尺寸和溢流堰尺寸，計(jì)算得出的庫水位泄流量關(guān)系表如表3-2所示：表3-2庫水位泄流量關(guān)系表對(duì)應(yīng)庫水位泄流量關(guān)系曲線如圖3-2所示：圖3-2庫水位泄流量關(guān)系曲線圖根據(jù)水庫興利水位變化和樞紐工程布設(shè)方案，選定起調(diào)水位為605m，采用圖解法選取時(shí)段t=1h=3600s，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的調(diào)節(jié)計(jì)算。圖解法過程中的輔助曲線計(jì)算表如表3-3所示：表3-3輔助曲線計(jì)算表對(duì)應(yīng)輔助曲線如

15、圖3-3所示：圖3-3輔助曲線對(duì)于設(shè)計(jì)洪水為情況調(diào)洪計(jì)算如表3-4所示：表3-4設(shè)計(jì)洪水位調(diào)洪計(jì)算表對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)洪水為的調(diào)洪計(jì)算成果如圖3-4所示：圖3-4設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪計(jì)算3/s,再有下流流量與水位的關(guān)系曲線查的設(shè)計(jì)水位為：609.45m。對(duì)于校核洪水為情況調(diào)洪計(jì)算如表3-5所示：表3-5校核洪水位調(diào)洪計(jì)算表對(duì)應(yīng)校核洪水為的調(diào)洪計(jì)算成果如圖3-5所示：圖3-5校核洪水位調(diào)洪計(jì)算3/s,再有下流流量與水位的關(guān)系曲線查的設(shè)計(jì)水位為：610.97m。根據(jù)調(diào)洪成果得出的設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位的下泄流量數(shù)據(jù)，查下游水位與下泄流量關(guān)系曲線（如圖3-6所示）得到設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位時(shí)下游的水位，列表如下所示：

16、表3-6調(diào)洪計(jì)算匯總表 圖3-6下游水位泄量關(guān)系曲線第4 章工程地質(zhì)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。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。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

17、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。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)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。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80m100m，谷底

18、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13m。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，坡度為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4m6m，河床及巖面略有起伏，但仍較平坦，未發(fā)現(xiàn)較大深槽。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。°°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

19、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2030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?，北西與北東東為扭裂，南北向?yàn)閴盒詳鄬印沃穮^(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。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

20、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20m24m。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。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。河床砂粒層為極強(qiáng)透水層，厚度4m523m/d.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）、線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎，左壩肩坐落在滑坡體上

21、，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）、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9m12m，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）、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

22、通道，右壩肩坐落于、斷層交會(huì)軟弱帶上。第5章 樞紐布置中壩址河道平直，河床寬度80m100m，岸坡較緩，河床覆蓋層較薄。河床巖性左半部軟，右半部硬，壩基巖石較完整，左壩肩巖石軟、應(yīng)清除強(qiáng)風(fēng)化層較8m21m，右壩肩巖石硬、應(yīng)清除的強(qiáng)風(fēng)化層10m36m，炭質(zhì)層分布右岸平洞內(nèi)富集厚度大，應(yīng)進(jìn)行處理，對(duì)于下游沖刷坑巖石大部分較軟。地質(zhì)構(gòu)造方面，順壩軸線方向，有一傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北西300°，左壩肩有F4斷層，順壩軸線延伸到河床內(nèi)，寬3m8m，右壩肩有F1、F5、F12斷層向北東及北西延伸，右平洞內(nèi)出現(xiàn)壓碎糜棱巖占全洞的30%，有F4斷層橫跨河床，左壩肩有緩傾角裂隙，有粘土巖屑填充，應(yīng)做處理

23、，右壩肩以陡傾角裂隙和寬破碎帶為主，河床巖基存在緩傾角裂隙。左壩肩巖石滑坡約10萬，風(fēng)化嚴(yán)重，應(yīng)處理，右壩肩局部構(gòu)造破碎及風(fēng)化，應(yīng)處理。左壩肩穩(wěn)定水位比較高，右壩肩比較低。下壩址河道轉(zhuǎn)彎，河床寬度90100m,岸坡較陡，河床覆蓋層較厚。河床巖性左半部硬，右半部軟，壩基巖石在號(hào)孔所見巖石破碎，左壩肩巖石硬脆、應(yīng)清除強(qiáng)風(fēng)化層較13m，右壩肩巖石軟、應(yīng)清除的強(qiáng)風(fēng)化層620m，炭質(zhì)層分布左岸平洞內(nèi)不連續(xù)的薄層狀，或板理面上分布，對(duì)于下游沖刷坑巖石破碎。地質(zhì)構(gòu)造方面，河床偏左，右岸一平行河傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北東10°。左壩肩有的斷層一般膠結(jié)較好，F(xiàn)7應(yīng)處理，右壩肩有小斷層擠壓帶及小褶皺。河床偏

24、左岸有F5斷層順河通過。左壩肩緩傾角裂隙，面平短小，有兩條緩傾角斷層順坡裂隙，右壩肩緩傾及裂隙均不發(fā)育，河床存在緩傾角裂隙。左壩肩局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理，右壩肩巖石風(fēng)化嚴(yán)重應(yīng)該處理。壩肩穩(wěn)定水位較低。通過以上比較可以看出，本地區(qū)兩壩址地質(zhì)構(gòu)造均較復(fù)雜，但程度有所不同。下壩址位于單薄山梁的小溝出口以下，需妥善處理通過壩肩與壩基的斷層破碎帶并需認(rèn)真考慮下游沖刷問題，處理工程量大。中壩址位于單薄山梁上游，盡管也需對(duì)兩岸壩肩、河床和單薄山梁進(jìn)行處理，但處理工程量相對(duì)略小。經(jīng)對(duì)兩個(gè)壩址的地質(zhì)條件及施工處理難度等進(jìn)行對(duì)比，選擇中壩址建壩。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

25、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)條件比較如下：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。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9m12m，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

26、道。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，可以看出壩線工程地質(zhì)條件比和線略好，因此選擇線作為壩軸線。漿砌石重力壩可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的石料，但難以采用機(jī)械化施工，施工工期長(zhǎng)；混凝土壩具有工藝程序簡(jiǎn)單、水泥用量少、可使用大型通用施工機(jī)械施工等優(yōu)點(diǎn)，是重力壩未來的發(fā)展趨勢(shì)，因此選擇混凝土壩進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到銅錢壩的定性分析，樞紐布置方案考慮如下：方案：主河槽從右到左分別為位于兩岸的非溢流壩段和位于河床中部即原河槽部位的溢流壩段、排沙底孔位于大壩左岸，右岸壩體

27、內(nèi)設(shè)管道為工業(yè)和農(nóng)業(yè)供水。由于底孔及溢流壩部分已全部占滿河槽，那么電站部分將向左岸山坡靠近。本方案的優(yōu)點(diǎn)是河床的主要建筑物布置相對(duì)容易。缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)卓追潘畷r(shí)影響電站尾水位的穩(wěn)定性。遇校核洪水泄洪時(shí)，保護(hù)電站不受淹沒的工程措施復(fù)雜。方案：主河槽從右到左分別為位于貫通整個(gè)河床的非溢流壩段，在左岸設(shè)置排沙底孔，在右岸山體內(nèi)布置引水遂洞，在左岸成“幾”字型拐彎處，設(shè)置側(cè)槽溢洪道通向大壩下游。其優(yōu)點(diǎn)是不影響電站尾水的穩(wěn)定性，其缺點(diǎn)是大量的增加了土石開挖方量，多一項(xiàng)工程，對(duì)施工很不利。由此，比較上述兩個(gè)方案后可知，方案工程量相對(duì)較大，故以方案為推薦方案。第6章建筑物設(shè)計(jì)6.1 非溢流壩體設(shè)計(jì)工程等別為III

28、等工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物；多年平均最大風(fēng)速12m/s，重現(xiàn)期50年風(fēng)速15m/s；吹程：設(shè)計(jì)12km，校核15km；泥沙：內(nèi)摩擦角=12º，泥沙容重= 10KN/m3；混凝土=24KN/m3，水3；設(shè)計(jì)洪水位：610.43m，校核洪水位：612.22m；壩底高程：563m，摩擦系數(shù)：f=0.75。（1）設(shè)計(jì)情況 （2）校核情況 （3）防浪墻頂高程 （4）壩頂高程確定 考慮預(yù)留1%沉降的安全加高，壩高H取為49.00m，則壩頂高程612.00m。（5）壩頂寬度：取9%H=4.41m，實(shí)際取4.5m。（6）壩底寬度：由于壩高已經(jīng)確定，如圖6-1所示，上游采用1:0.1的傾斜面，下游

29、采用1:0.7斜坡，經(jīng)計(jì)算得B=35.8m。圖6-1（1）自重 建筑物的自重荷載可較準(zhǔn)確地算出來，由給定資料可知混凝土的容重=24KN/m3。壩體自重荷載和靜水壓力分布如下圖6-2所示：圖6-2由圖6-2所示荷載計(jì)算分區(qū)及建筑物自重荷載計(jì)算公式有： G1×15××24×1=270KN L1÷2-2÷3×M1=270×16.9=4563KN.m（+） G2××49×24× L2=2÷3×÷ M2×4.97=100169.72KN.m（+）

30、 G3×××24×L3÷÷3×M3×13.4=4651.68KN.m（+）G4××24×L4÷×M4×14.15=1833.84KN.m（+）G=G1+G2+G3+G4M=M1+M2+M3+M4=4563+100169.72+4651.68+1833=111217.4KN.m（+）（2）靜水壓力靜水壓力有上、下游水位而定。靜水壓強(qiáng)P為： P=h式中：h為水面以下的深度，m；3。水深為H時(shí)，單位寬度上的水平靜水壓力P為：H2根據(jù)圖6-2荷載計(jì)算分區(qū)所示，由靜

31、水壓力計(jì)算公式計(jì)算靜水壓力如下所示：正常蓄水位情況H1=42m，H2=572.83-563=9.83m；××422×LP1=42÷3=14m ×14=121133.88KN.m（-）×××÷3=3.27m ×3.27=1549.87KN.m（+） MP=MP1+MP2=119548.00KN.m（-）×(42-15)××÷××17.15=6913.78KN.m（+）××15××÷2-1&

32、#247;3××17.4=1920.26KN.m（+）××××÷2-1÷3××14.62=4851.73KN.m（-） MW=MW1+MW2+MW3=3982.31KN.m（+） 校核洪水位情況 H1=47.97m，H2=577.54-563=14.54m； P1H12××2× LP1÷3=15.99m MP1×15.99=180479.13KN.m（-） P2H22××2× LP2÷3=4.85m MP2

33、×4.85=5029.30KN.m（+） P=P1-P2 MP=MP1+MP2=175449.83KN.m（-） W1×(47.97-15)×× LW1÷× MW1×17.15=8320.32KN.m（+） W2××15×× LW2÷2-1÷3× MW2×17.4=1920.26KN.m（+） W3×××2× LW3÷2-1÷3× MW3×14.71=9475.15K

34、N.m（-） W=W1+W2+W3 MW=MW1+MW2+MW3=765.43KN.m（+）（3）揚(yáng)壓力 1）排水、廊道、帷幕灌漿的初步安排灌漿廊道需設(shè)在壩踵附近距上游壩面0.05到0.1倍的作用水頭，且不小于4到5m；廊道的高度和寬度應(yīng)該能滿足灌漿作業(yè)的要求，一般寬為2.5到3m，高位3到4m，底面距基巖面不易小于1.5倍的廊道寬度。結(jié)合上述要求以及本設(shè)計(jì)的實(shí)際資料，所選尺寸如圖二所示。L取0.1倍的作用水頭為4.5m；b取3m，h取4m，h取5m；則有：折點(diǎn)據(jù)上游壩踵距離L折=7.14m。圖6-2 2）揚(yáng)壓力計(jì)算揚(yáng)壓力包括上浮力及滲流壓力。上浮力是由壩體下游水深產(chǎn)生的浮托力；滲流壓力是在上

35、、下游水位差作用下，水流通過基巖節(jié)理、裂隙而產(chǎn)生的向上的靜水壓力。計(jì)算荷載如圖三所示。在排水孔幕處的滲流壓力為H，其中是揚(yáng)壓力折減系數(shù)，我國SL 319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：河床壩段取0.20到0.25。本設(shè)計(jì)選取=0.20。圖6-3由圖6-3所示荷載分區(qū)，揚(yáng)壓力計(jì)算如下所示:.正常蓄水位情況 H1=42m，H2=572.83-563=9.83m，H=42-9.83=32.17m； ××32.17=63.12m； U1××× L1=0m M1 U2×× L2÷× M2×14.33=

36、6457.96KN.m（-） U3××(35.8-7.14)× L3=2÷3×÷ M3×1.21=1094.46KN.m（-） U4×××× L4÷×1÷ M4×15.52=27976.97KN.m（-） U=U1+U2+U3+U4 M=M1+M2+M3+M4=36433.9KN.m（-）.校核洪水位 H1=47.97m，H2=577.54-563=14.54m，H=47.97-14.54=33.43m； ××33.43=65

37、.59m； U1××× L1=0m M1 U2×× L2÷× M2=477×14.68=6710.92KN.m（-） U3××(35.8-7.14)× L3=2÷3×÷ M3×1.32=1137.28KN.m（-） U4×××× L4÷×1÷ M4×15.87=29072.70KN.m（-） U=U1+U2+U3+U4 M=M1+M2+M3+M4=36920.90KN

38、.m（-）（4）波浪壓力根據(jù)圖6-4波浪壓力荷載分區(qū)簡(jiǎn)圖，波浪壓力計(jì)算如下所示：.正常蓄水位 H=42mLm÷÷2=6.77m 所以波浪運(yùn)動(dòng)不受庫底約束， 為深水波。圖6-4根據(jù)上圖分區(qū)，波浪壓力計(jì)算如下所示 PABC×(Lm÷2)2×2× LABC×2÷ MABC×37.48=859.06KN.m（-） PABD×(Lm÷2)×(Lm÷2+hz+h1%)××（6.77+1.39+0.29）×LABD×2÷MABD&

39、#215;37.48=1040.20KN.m（-）P=PABD-PABCM=MABD-MABC=1040.20-859.06=181.14KN.m（-）.校核洪水位 Lm÷÷2=4.84m所以波浪運(yùn)動(dòng)不受庫底約束為深水波。根據(jù)上圖分區(qū)，波浪壓力計(jì)算如下所示： PABC×(Lm÷2)2×2× LABC×2÷ MABC×44.74=523.94KN.m（-） PABD×(Lm÷2)×(Lm÷2+hz+h1%)××（4.84+1.39+0.29）

40、15;LABD×2÷MABD×43.81=661.53KN.m（-）P=PABD-PABCM=MABD-MABC=680.44-538.71=137.59KN.m（-）（5）泥沙壓力 圖6-5根據(jù)上圖6-5荷載分區(qū)，泥沙壓力計(jì)算如下所示：×10×10×1=150KN÷×MW1=150×17.15=2572.5KN.m（+）W2××10×10×1=75KNLW2÷2-1÷3×MW2=75×17.4=1305.00KN.m（+）W

41、=150+75=225KNM=2572.5+1305.00=2707.50KN.m（+）（6）地震荷載 地震慣性力本設(shè)計(jì)壩址區(qū)地震烈度為VII度，壩高為50m。所以采用擬靜力法計(jì)算地震慣性力。計(jì)算公式為：式中：Fi為作用在質(zhì)點(diǎn)i的水平向地震慣性力代表值，KN；h為水平地震加速度代表值，本設(shè)計(jì)取0.1g；為地震效應(yīng)的折減系數(shù)，取0.25；i為質(zhì)點(diǎn)i的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，計(jì)算公式如下：由上述公式，對(duì)壩體進(jìn)行分塊，荷載分布簡(jiǎn)圖如圖六所示：圖6-6荷載計(jì)算結(jié)果施工期主應(yīng)力計(jì)算表見表6-1：由表可得：F=952.04KN,M=21702.97KN.m（-）地震動(dòng)水壓力 單位寬度上地震動(dòng)水壓力計(jì)算公式為： 上游

42、地震動(dòng)水壓力 F0××××422× L=(1-0.54)×H1×19.32=53296.30KN.m（-）表6-1地震慣性力計(jì)算表 下游地震動(dòng)水壓力F0××××2× L=(1-0.54)×H2×4.52=683.29KN.m（+） M=53296.30-683.29=52613.01KN.m（-）荷載計(jì)算匯總?cè)绫?-2所示：表6-2荷載計(jì)算匯總表將壩體與基巖間看成是一個(gè)接觸面，而不是膠結(jié)面。當(dāng)接觸面水平時(shí)荷載布如圖七所示。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為：Ks=f

43、（W-U）/P正常蓄水位情況 Ks×本設(shè)計(jì)大壩為3級(jí)建筑物，基本組合情況下Ks最小為1.05，故本設(shè)計(jì)基本荷載組合情況下滿足要求。 圖6-7校核洪水位情況 Ks×本設(shè)計(jì)大壩為3級(jí)建筑物，特殊組合情況下Ks最小為1.00?？紤]地震荷載情況 Ks×本設(shè)計(jì)大壩為3級(jí)建筑物，特殊組合情況下Ks最小為1.00。匯總結(jié)果如下表所示:表6-3抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算表綜上所述，可得出本設(shè)計(jì)滿足抗滑穩(wěn)定要求?？辜魪?qiáng)度演算計(jì)算公式為： 考慮正常蓄水位、校核洪水位、地震荷載三種不同荷載組合，計(jì)算結(jié)果如表6-4所示：表6-4抗剪強(qiáng)度穩(wěn)定驗(yàn)算表從表中數(shù)據(jù)可知，本設(shè)計(jì)大壩滿足抗剪強(qiáng)度要求。（1）正應(yīng)力

44、根據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入正應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得正應(yīng)力如下表所示：表6-5正應(yīng)力計(jì)算表（2）邊緣應(yīng)力 式中：Pu、Pd指上下游壩基處的水壓力，據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入邊緣應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得邊緣應(yīng)力如表6-6所示：表6-6邊緣應(yīng)力計(jì)算表（3）水平正應(yīng)力 根據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入水平正應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得水平正應(yīng)力如表6-7所示：表6-7水平正應(yīng)力計(jì)算表（4）主應(yīng)力根據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入主應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得主應(yīng)力如表6-8所示：表6-8主應(yīng)力計(jì)算表對(duì)上述應(yīng)力計(jì)算匯總結(jié)果如表6-9所示:表6-9應(yīng)力計(jì)算和匯總表根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL 139-20005，重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：（1）運(yùn)

45、用期： 1）壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力(計(jì)揚(yáng)壓力)。由上述表格可看出三種荷載組合下霸體上游面的垂直應(yīng)力都未出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以滿足要求。2）壩體最大主壓應(yīng)力，不應(yīng)大于混凝土的容許壓應(yīng)力值。從上表可以得出最大主應(yīng)力為859.16kp，而混凝土的最大容許壓應(yīng)力為2000到2500kp，所以滿足要求。3)在地震情況下，壩體上游面的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合SL 203的要求。（2）施工期 1）壩體任何截面上的主壓應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土的允許壓應(yīng)力。 2）壩體的下游面，允許有不大于0.2MPa的主拉應(yīng)力。施工期是指上游沒有來水的情況，施工期的壩體主應(yīng)力計(jì)算下表所示：表6-10施工期主應(yīng)力計(jì)算表從上表可得出施工期

46、最大主壓應(yīng)力為863.28kp，滿足混凝土抗壓的允許壓應(yīng)力值；壩體的上游面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足要求。綜上所述：壩體的所有應(yīng)力滿足運(yùn)用期和施工期不同荷載組合下的應(yīng)力要求。 6.2 溢流壩設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)溢流壩段采用開敞式溢流壩，孔口形式采用壩頂溢流式，堰頂不設(shè)閘門，所以溢流堰堰頂高程即為正常蓄水位605.00m。本設(shè)計(jì)溢流堰凈寬51.00m，每孔凈寬17.00m。溢流壩曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成，溢流面曲線采用WES曲線。（1）設(shè)計(jì)依據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 253-2002）（2）基本資料表6-11基本資料 有上述資料可得出Hmax=5.97m。（3）溢流曲線設(shè)計(jì)溢流曲線具體尺寸

47、要求如下圖一所示，其中Hd為堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)水頭，規(guī)范要求按最大作用水頭Hmax的75%到95%計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用80%倍的Hmax，所以Hd=4.78m。上游堰高P1=42m>d=6.35m，所以本設(shè)計(jì)為高堰流量系數(shù)md=0.496。1) 曲線上游圓弧段參數(shù)計(jì)算如表6-12所示：表6-12曲線參數(shù)計(jì)算表圖6-82) 下游曲線段 下游曲線段計(jì)算公式為：式中：Hd為堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭； x，y為原點(diǎn)下游堰面曲線橫縱坐標(biāo)； n與上游堰坡有關(guān)； k當(dāng)P1/Hd>1.0時(shí)，k值由規(guī)范查取，當(dāng)P1/Hd1.0時(shí)，k取2.0到2.2。上游堰坡垂直，所以由規(guī)范查的n=1.85；P1/Hd

48、>1.0，所以由規(guī)范查的k=2.0。綜上所述，本設(shè)計(jì)溢流堰堰面曲線段公式為：經(jīng)excel計(jì)算可得堰面曲線計(jì)算表如表6-13所示：表6-133） 中間直線段 直線段與曲線段的切點(diǎn)計(jì)算如下所示：代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得： 4）下游反弧段本設(shè)計(jì)采用挑流消能，由規(guī)范查的反弧段半徑R=(410)h0，式中h0為校核水位閘門全開時(shí)挑流鼻坎反弧段最低點(diǎn)處的水深。挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。反弧段最低點(diǎn)流速：式中：流速系數(shù)由經(jīng)驗(yàn)公式,式中稱為流能比；q為單寬流量；S1為上下游水位差。 反弧段半徑R=(410)h0>16m/s，但流速也不是很大，同時(shí)考慮反弧段要與中間直線段相

49、切，所以取R=7h0=11.55m。綜上所述，溢流面初步擬定的剖面如圖6-9所示:圖6-9初定剖面（4）穩(wěn)定分析圖6-10荷載分布1） 自重荷載 ×15××24×1=270KN ÷2-2÷3×M1=270×16.9=4563KN.m（+） G2××24× L2÷÷ M2×15.73=21317.12KN.m（+） G3××24× L3÷÷ M3×11.03=84048.49KN.m（+）G4

50、15;×24×L4÷÷M4×1.12=8637.08KN.m（+）G5××24×L5÷÷M5×3141.34=27847.98KN.m（-）G6××24×L6÷÷M6×15.42=29427.84KN.m（-） G=G1+G2+G3+G4+G5+G6M=M1+M2+M3+M4+M5+M6=61289.87KN.m（+）2） 靜水壓力與非溢流壩段靜水壓力相同，所以：.正常蓄水位情況 P=P1-P2 MP=MP1+MP2=1195

51、48.00KN.m（-） W=W1+W2 MW=MW1+MW2=8834.04KN.m（+）.校核洪水位情況 校核洪水位時(shí)上游靜水壓力荷載分布如圖6-11所示： 圖6-11 P=P1+P3-P2=10250.03K N MP=MP1+MP2+MP3=175449.83KN.m（-） W=W1+W2 MW=MW1+MW2=10240.58KN.m（+）3） 揚(yáng)壓力與非溢流壩段靜水壓力相同，所以：.正常蓄水位情況 U=U1+U2+U3+U4 M=M1+M2+M3+M4=36433.9KN.m（-）.校核洪水位情況U=U1+U2+U3+U4M=M1+M2+M3+M4=36920.90KN.m（-）4

52、） 動(dòng)水壓力溢流壩段水流對(duì)反弧段底面有動(dòng)水壓力作用，單位寬度上動(dòng)水壓力計(jì)算公式為：動(dòng)水壓力荷載簡(jiǎn)圖如下所示：圖6-12×÷××(cos27-cos55LdxMdx×14.94=3977.33KN.m（+）Pdy×÷××(sin55-sin27Ldy÷Mdy×10.52=3221.75KN.m（-）M=755.58KN.m（+）5） 泥沙壓力與非溢流壩段靜水壓力相同，所以：W=150+75=225KNM=2572.5+1305.00=2707.50KN.m（+）6） 地震荷載地震慣性力壩

53、體分塊如下圖所示：圖6-13荷載計(jì)算結(jié)果見下表：表6-14地震慣性力計(jì)算表F=823.88KN ，M=12827.20KN.m（-）地震動(dòng)水壓力 M=53296.30-683.29=52613.01KN.m（-）荷載計(jì)算匯總?cè)绫?-15所示：表6-15荷載計(jì)算匯總表 將壩體與基巖間看成是一個(gè)接觸面，而不是膠結(jié)面。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為：Ks=f（W-U）/P考慮正常蓄水位、校核洪水位、地震荷載三種不同荷載組合，計(jì)算結(jié)果如下表所示：表6-16抗滑穩(wěn)定計(jì)算表抗剪強(qiáng)度穩(wěn)定分析：抗剪強(qiáng)度演算計(jì)算公式為： 考慮正常蓄水位、校核洪水位、地震荷載三種不同荷載組合，計(jì)算結(jié)果如下表所示：表6-17抗剪強(qiáng)度穩(wěn)定分析計(jì)算表有上述計(jì)算表格得出溢流壩段抗滑穩(wěn)定、抗剪強(qiáng)度穩(wěn)定均滿足要求。 1）正應(yīng)力根據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入正應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得正應(yīng)力如表6-18所示：表6-18正應(yīng)力計(jì)算表2）邊緣應(yīng)力 式中：Pu、Pd指上下游壩基處的水壓力，據(jù)上述荷載計(jì)算結(jié)果，帶入邊緣應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算得邊緣應(yīng)力如表6