水工建筑物課程設(shè)計(jì)

南昌工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)CURRICULUMDESIGN設(shè)計(jì)名稱水工建筑物課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級水利水電工程5班姓名張龍學(xué)號2010101952指導(dǎo)老師牛景太張潔時(shí)間2013年6月18日水工建筑物課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)目的和要求水工建筑物課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)同學(xué)們了解并初步掌握水利工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法和步驟。通過課程設(shè)計(jì)，應(yīng)用和鞏固該課程所學(xué)的理論，鍛煉應(yīng)用所學(xué)的課程知識解決實(shí)際工程的能力，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想，熟悉水利建設(shè)的方針、政策及有關(guān)的規(guī)范，進(jìn)一步提高同學(xué)們編寫設(shè)計(jì)說明書、進(jìn)行各種計(jì)算和繪制水利工程圖的能力。根據(jù)以上目的，要求每一位同學(xué)對設(shè)計(jì)內(nèi)容中的各個(gè)重要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)均需自己動手，做出完整的設(shè)計(jì)成果（包括編寫設(shè)計(jì)計(jì)算書和說明書，繪制設(shè)計(jì)圖），并要求各項(xiàng)設(shè)計(jì)成果概念明確，說理簡明扼要，繪圖正確整潔，計(jì)算準(zhǔn)確并具有一定的精度。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）、樞紐布置1、壩址、壩軸線及壩型選擇2、導(dǎo)流放空及泄洪建筑物的選擇與布置（二）水工設(shè)計(jì)1、擋水建筑物的結(jié)構(gòu)布置、設(shè)計(jì)計(jì)算2、泄水建筑物體型設(shè)計(jì)、水力計(jì)算、消能防沖設(shè)計(jì)3、地基處理、壩體細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)三、設(shè)計(jì)成果及要求（一）、編制設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書一份。說明書、計(jì)算書要求用鋼筆寫，章節(jié)分明，字體清晰工整。對于論點(diǎn)的依據(jù)、公式來源以及所引用的符號意義均須交待清楚。使用程序時(shí)須附源程序說明、編制原理和程序框圖、打印結(jié)果等，必要時(shí)附源程序。（二）、圖紙1、水工部分（1）大壩橫剖面圖、溢洪道或溢流壩結(jié)構(gòu)布置圖1張。（2）各建筑物必要的細(xì)部構(gòu)造圖1張。圖紙可用電腦繪制，也可手工繪制，要求表達(dá)正確、尺寸齊全、整齊美觀，符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)。四、時(shí)間安排（1）水工部分設(shè)計(jì)2周單位：（M3/S年1971197219731974197519761977Q洪峰流量81.70185.00176.00128305.00274378.0年1978197919801981198219831984Q洪峰流量191.00144.00180.00504.00273.00228.0730年19851986198719881989Q洪峰流量83.3141.0088.1111.00123.00歷史洪水楊溪水庫壩址處，由于無居民點(diǎn)，故難于進(jìn)行歷史洪水調(diào)查，但距壩址約4公里的下游河道上，設(shè)有東坑水文站，該站調(diào)查的站址處1854年、1962年兩年的峰值為914秒/立方米，660秒/立方米。楊溪水庫實(shí)測典型洪水過程線（1984年6月，單位：秒立方米）時(shí)間1984年6月15日8：008：309：009：3010：0010：3011：00Q典型11.518.639.884.517232256411:3012:0012:0612:1812:3013:3014:0015:0083889588888882458545226216:0017:0019:0021:006、160:002:008:0014:0017812882.563.045.740.230.623.720:00六月17日2：008：0014：006.182:004:008:0012:019.618.216.916.916.315.115.715.5第二部分壩工部分本次設(shè)計(jì)只做壩工部分，不做調(diào)洪計(jì)算，在壩工部分，主要任務(wù)為確定非溢流壩段重力壩壩的有關(guān)參數(shù)、大壩的平面布置、應(yīng)力分析及溢流壩段設(shè)計(jì)。第一章基本資料第一節(jié)工程地質(zhì)條件一、區(qū)域地質(zhì)條件廣昌縣楊溪電站在大地構(gòu)造上處武夷山地背斜的西北翼，屬于我國東部地區(qū)新華廈構(gòu)造體系，構(gòu)造線大致呈北東方向，發(fā)育走向北北東的褶皺系和斷裂帶。根據(jù)江西——福建等震線圖，本區(qū)的地震烈度為六度。區(qū)內(nèi)出露的巖性主要有前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖及零星的第四紀(jì)覆蓋物。區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，地下水有兩種：一是埋藏于沖積層及破殘層中的空隙性潛水，不構(gòu)成統(tǒng)一的含水層，水量有限；二是埋藏于基巖中的裂隙性潛水，水量有限。這二種地下水均接受大氣降水補(bǔ)給，排泄于河道中。二、庫區(qū)工程地質(zhì)條件庫區(qū)出露地層為前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖，此外零星分布的厚度很小的沖擊沙，卵，石層及坡亞粘沙土層。庫區(qū)僅見驛前大斷層通過，但遠(yuǎn)離壩區(qū)，此斷層為壓扭性斷裂，破碎帶擠壓緊密，且被第四紀(jì)坡殘土層覆蓋，因此不成為庫區(qū)滲漏通道。此外，庫區(qū)主要有變粒巖和混花崗巖組成，巖石滲透性小，四周山體雄厚，又無大的臨谷，故庫區(qū)無滲漏之慮。庫區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地質(zhì)現(xiàn)象，山坡是穩(wěn)定的。建壩不后不致產(chǎn)生大的邊岸再造問題。庫區(qū)植被發(fā)育，水土保持良好，固體徑流來源不豐富，因此，庫區(qū)淤積問題不致嚴(yán)重。此外，庫區(qū)除了下陌村及部分田外，尚無有價(jià)值的礦產(chǎn)資源和文物古籍被淹沒，故淹沒損失小。三、樞紐區(qū)域工程地質(zhì)一、壩址工程地質(zhì)條件（一）地層巖性1、壩址出露太古界前震旦系第三段（AZ）地層，新生界第四系全新統(tǒng)（Q4）以及加里東期的混合花崗巖（M）。前震旦系第三段（AnZc），出露在全區(qū)，為黑云母變粒巖；硅化，絹云母化變粒巖；混合質(zhì)變粒巖及條痕狀混合巖。黑云母變粒巖：呈灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，顯片理。主要成分為石英（40%），鉀長石（23%），斜長石（15%），黑云母（15%）。硅化、絹云母變粒巖：呈灰黃色，結(jié)構(gòu)致密，顯片理。主要成分為：石英（70%）、絹云母（22%）、白云母（15%）。以上兩種變粒巖是壩區(qū)的主要巖性，分布比較廣泛，并有混合花崗巖穿插其中?；旌腺|(zhì)變粒巖：呈灰色，結(jié)構(gòu)致密、均一、但黑云母呈定向分布，其主要成分石英（40%）、斜長石（30%）、鉀長石（15%）、黑云母（15%）。條痕狀混合巖：灰色，致密塊狀、黑云母定向排列并形成條痕構(gòu)造。其主要成分：石英（40%）、斜長石（40%）、黑云母（13%）。以上兩種巖性，在壩區(qū)分布零星，且厚度不大，延伸不遠(yuǎn)便塵滅。2、第四系全新統(tǒng)（Q4），按其成因類型可分為坡殘積層（d—Elq4）和沖積層（Alq4），前者分布在壩區(qū)山坡及沖溝之中，為灰黃色砂壤土，壤土夾碎（礫）石，層厚0.5-2.0米；后者主要分布在河道拐彎處及兩岸水邊，為漂石、砂卵（碎）石，層厚0.5-2.5米。3、加里東期的混合花崗巖（Mrs’），壩區(qū)分布凌亂，呈灰白—淡黃綠色，其主要成分是石英（31%）、微斜長石（30%）、斜長石(25%有蝕變現(xiàn)象)和白云母（30%），與上部的震旦系地層呈侵入接觸關(guān)系，二者膠合良好，層厚大于1000米。地質(zhì)構(gòu)造壩址處在武夷山地背斜西北翼，巖層呈單斜，在壩區(qū)上，下游地層走向大致北東東向（這可能與加里東期我省北部強(qiáng)烈的褶皺回返有關(guān)），其產(chǎn)狀為334o-352o〈24o-36o，局部因受混合花崗巖侵入的影響，產(chǎn)狀有所變化。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，沒有大的斷層通過，巖層中節(jié)理裂隙也不甚發(fā)育。層間錯(cuò)動：壩址的變粒巖中，由于構(gòu)造運(yùn)動（如武夷山地背斜的形成和后期巖漿巖的侵入等原因，同時(shí)受變粒巖本身的影響，普遍發(fā)育有層間錯(cuò)動，即：有變粒巖的地方，就有層間錯(cuò)動存在。通過壩址區(qū)的九個(gè)平洞及部分槽深的揭露資料發(fā)現(xiàn)，壩址區(qū)發(fā)育的層間錯(cuò)動有如下規(guī)律：1、分布廣泛；2、接近地表處呈張開狀，且含次生泥，但隨著深度的增加，錯(cuò)動面逐漸閉合，也不含泥質(zhì)；3、由于后期花崗巖的侵入，造成了層間錯(cuò)動的起伏，被花崗巖巖體切割，致使層間錯(cuò)動面并不完全連續(xù)。地貌及物理地質(zhì)現(xiàn)象：壩址區(qū)為低山求侵蝕地貌，山體雄厚，呈北北西方向展布。驛前河有南南東往北北西流向壩址區(qū)。壩段河道平直，兩岸地形也比較對稱。左右兩岸山頭高程分別為288.75米和290.50米。兩岸坡度適中，左岸稍陡，坡角30o-50o。河谷狹窄，谷底寬20米左右，河水很淺，枯水期水深為0.5米左右。河床高程194米左右，河床兩岸基巖裸露，以變粒巖為主，巖體的風(fēng)化程度兩岸不一，右岸風(fēng)化深度小于5米左右，而左岸風(fēng)化深度大，強(qiáng)風(fēng)化區(qū)的最大厚度達(dá)22.05米。兩岸有規(guī)模不等的御前裂隙發(fā)育，它與壩址發(fā)育的北西走向的裂隙面形成了不利組合關(guān)系，致使一部分表層巖石出現(xiàn)松動，右岸靠近壩線下游山坡，因此形成了一個(gè)小的滑坡體，但迄今為止，壩址區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)大滑坡、大崩塌、大量的松散堆積和泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。水文地質(zhì)現(xiàn)象壩區(qū)地下水按其埋藏條件可分為孔隙潛水和裂隙潛水兩種。前埋藏在第四紀(jì)的松散地層中，由于分布零星，厚度小，未能形成統(tǒng)一的含水層，含水較少，但透水性強(qiáng)。裂隙潛水埋藏于斷層和節(jié)埋裂隙密集帶中，含水性及透水性不均一，總趨勢是：隨著深度的增加，巖體風(fēng)化程度的減弱而減小，如河床基巖透水性弱，一般值均少于0.03升/分米、米，個(gè)別達(dá)到0.035升/分米、米，兩岸基巖透水層厚度相對較大，且左岸大于右岸。特別是全、強(qiáng)風(fēng)化帶中透水層厚度較大。弱風(fēng)化帶以下，W值一般在0.020升/分米、米以下，個(gè)別達(dá)到0.029升/分米、米?？梢姡瑔挝晃S著深度的增加、巖石風(fēng)化程度的減弱而變小的趨勢十分明顯。兩岸地下水位的埋深均在風(fēng)化帶以下，最深處達(dá)20.90米，尤其是左岸地下水位比較低。壩址的地表及地下水均屬于HCO3—N型水。地下水有中等溶出型侵蝕，一般酸性弱腐蝕，無其它類型侵蝕。地表水具有中等溶春型和一般酸性弱侵蝕，還具有中等碳酸型腐蝕，無其它侵蝕性。（四）壩區(qū)主要地質(zhì)技術(shù)參數(shù)壩基由黑云母變粒巖、硅化、絹云母化變粒巖及混合花崗巖組成，它的主要物理力學(xué)指標(biāo)如下：巖性力學(xué)參數(shù)風(fēng)化程度飽和抗壓強(qiáng)度MPa砼/巖石動彈模數(shù)EdGPa泊桑比μso容量g/cm3摩擦系數(shù)f抗剪斷強(qiáng)度摩擦系數(shù)f凝聚力CMPa變粒巖弱風(fēng)化55-770.55-0.600.55-0.600.5-06100.252.53微-新鮮80-1000.60-0.650.60-0.55150.202.53混合花崗巖弱風(fēng)化300.60-0.650.60-0.650.6-0.7100.202.58微-新鮮400.65-0.700.65-0.700.7-0.8150.152.55說明：1、壩基各段的力學(xué)指標(biāo)可近巖石指標(biāo)的加權(quán)平均值采用；2、定層間錯(cuò)動面是可能滑動的軟弱面，則取f=0.35-0.40，c=0進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。開挖邊坡建議取值：開挖坡高（米）邊坡值風(fēng)化程度0-10米10-15米永久臨時(shí)永久臨時(shí)全風(fēng)化層或堆層1：11：0.751：1.251：1強(qiáng)風(fēng)化層1：：0.751：0.51：11：0.75弱風(fēng)化巖層1：0.51：0.51：0.751：0.5第二節(jié)天然建筑材料一、砂料場黃石嘴砂料場：位于壩址下游約3公里的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為石英中粗砂。粒徑一般在1-2毫米之間，含泥量極少，總儲量3000立方米以上。地處公路邊，運(yùn)輸方便。清潭砂粒場：位于母壩址下游約7公里的右岸，為一沿河淺灘，有效儲量6000M3左右，為石英中、粗砂，分選良好，運(yùn)輸方便。大港上砂料場：位于壩址下游約7.5公里的左岸，地面平坦，為石英中粗砂，加卵礫石（約5%）。砂的摩圓度好，分選較好。料場面積大于120000M2，有效厚度大于2米，總儲量大于240000M3。（礫）石料場湖羅石卵礫石料場：位于壩址下游約500米的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為卵（礫）石夾少量中粗砂，粒徑一般在510厘米，最大達(dá)30厘米，磨圓較好，成分以變粒巖和花崗巖為主，分選性較差，大小混雜，料場面積20000M3，平均厚度3米，有效儲量60000M3，地處公路邊，交通方便。田卵（礫）石料場：位于壩址下游約1.5公里的右岸，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下。巖性同湖羅石卵礫石料場，料場面積10000M3，層厚3米無無效層，有效儲量30000M3，質(zhì)量較好，地處公路邊，開采與交通方便。東坑卵（礫）石料場：位于壩址下游右岸東坑水文站附近，為一沿河淺灘，地面平坦，汛期沒于水下，巖性為卵（礫）石夾少量中粗砂，粒徑一般在210厘米，少量達(dá)30厘米，磨圓較好，摩圓度好，分選較好。料場面積20000M3，層厚3米無無效層，有效儲量160000M3，質(zhì)量較好，地處公路邊，開采與交通方便。三、于壩址下游1100米到1400米左岸，為一陡峭山坡，巖性為灰白色混合花崗巖，主要成分為石英，長石，及黑云母和白云母等，巖石新鮮堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，飽和抗壓強(qiáng)度為500kg/cm，干容重2.58g/cm3。從它的物理力學(xué)指標(biāo)來看，完全可以作為大壩的塊石料。料場上覆蓋無效層平均厚度約2米，估計(jì)儲量大于500000m3，運(yùn)距近，儲量豐富，必要是可擴(kuò)大開采?？傊摴こ痰奶烊唤ㄖ牧隙寄軡M足需求量，質(zhì)量較好，運(yùn)輸也較方便。第二節(jié)基本資料及數(shù)據(jù)1）設(shè)計(jì)和校核洪水位及相應(yīng)的下游水位由第二章的水文計(jì)算可知，楊溪水庫的設(shè)計(jì)洪水位為236.26米；校核洪水位為237.17米；下游水位高分別為189.69、190.6米，2）風(fēng)速及吹程由基本資料可知，多年平均最大風(fēng)速為1.8米/秒，洪水期的多年平均最大風(fēng)速為20米/秒，吹程為1.2KM；3）壩頂高程的確定設(shè)計(jì)水位和校核水位均進(jìn)行計(jì)算，取其較大者，作為最后的壩頂高程；4)基礎(chǔ)開挖根據(jù)基本資料中河谷的地質(zhì)情況確定開挖高程為182.4米。第三節(jié)附加資料混凝土的彈性模量Ec=1.010T/m基巖的彈性模量E=1.010T/m淤沙浮容重 Rs=0.8T/m淤沙內(nèi)摩擦角14゜該種重力壩的洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設(shè)計(jì)洪水下泄流量690m3/s，規(guī)劃階段有關(guān)參數(shù)如下：1、水庫特征參數(shù)校核洪水位（0.2%）黃海237.17米設(shè)計(jì)洪水位（2%）236.26米正常蓄水位236.0米死水位220.00米總庫容2840萬米電站總裝機(jī)容量Ng2500*2千瓦水電站最大引用流量11.02秒/立方米淤沙高程203米壩址下游校核水位190.6米壩址下游設(shè)計(jì)水位189.69米目錄設(shè)計(jì)說明書1基本資料及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)………………121.1基本資料………………………121.1.1概況………………………121.1.2樞紐任務(wù)…………………121.1.3地形，地質(zhì)概況…………121.1.4水文，氣象概況…………121.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)………………………132重力壩設(shè)計(jì)…………………………132.1剖面設(shè)計(jì)………………………132.1.1壩頂寬度，壩底寬度……………………132.1.2壩頂高程…………………132.1.3壩底高程…………………142.1.4壩坡系數(shù)的確定…………142.2穩(wěn)定設(shè)計(jì)………………………142.2.1沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析………………142.2.2深層抗滑穩(wěn)定分析………………………142.2.3岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定分析………………152.3應(yīng)力分析………………………152.4構(gòu)造設(shè)計(jì)………………………152.4.1橫縫………………………152.4.2縱縫………………………162.4.3壩體排水…………………162.4.4廊道系統(tǒng)…………………162.4.4.1壩基灌漿廊道………………………162.4.4.2檢查和壩體排水廊道………………162.4.5壩頂………………………162.5地基處理………………………162.5.1壩基的開挖與清理………………………162.5.2壩基的固結(jié)灌漿…………162.5.3帷幕灌漿…………………172.5.4壩基排水…………………172.6溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)……………172.6.1泄水方式…………………172.6.2孔口設(shè)計(jì)…………………172.6.2.1洪水標(biāo)準(zhǔn)……………172.6.2.2孔口型式……………172.6.2.3孔口尺寸……………172.6.2.4閘門和啟閉機(jī)………………………182.6.2.5閘墩和工作橋………………………182.6.3溢流面體形設(shè)計(jì)…………182.6.3.1頂部曲線段…………182.6.3.2反弧段………………182.6.3.3中間直線段…………182.6.3.4剖面設(shè)計(jì)………………192.6.4消能防沖設(shè)計(jì)……………19設(shè)計(jì)說明書1基本資料及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1.1基本資料1.1.1概況驛前河是撫河，源區(qū)支流，源出贛閩邊界武夷山脈西麓的廣昌驛前鎮(zhèn)梨木莊，流域面積474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段為撫河中上游段，稱為旴江，南城以下為撫河中下游主流，楊溪水庫壩址位于驛前河楊溪附近，壩址以上流域面積為138平方公里，主河道長27.8公里，平均比降0.0082。1.1.2樞紐任務(wù)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)魚及供水等任務(wù)進(jìn)行開發(fā)。1.1.3地形，地質(zhì)概況1）地形情況：庫區(qū)內(nèi)地形三面環(huán)山，地勢西南高，北部低，其中以西南部河流發(fā)源地靈花仙山山峰最高達(dá)991米（黃河標(biāo)高，后同）庫區(qū)河流大致為自西南向東再轉(zhuǎn)向北，流域面積范圍在東經(jīng)116o15′至116o22′，北緯26o31′至26o36′之間。2）區(qū)域地質(zhì)情況：廣昌縣楊溪電站在大地構(gòu)造上處武夷山地背斜的西北翼，屬于我國東部地區(qū)新華廈構(gòu)造體系，構(gòu)造線大致呈北東方向，發(fā)育走向北北東的褶皺系和斷裂帶。根據(jù)江西——福建等震線圖，本區(qū)的地震烈度為六度。區(qū)內(nèi)出露的巖性主要有前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖及零星的第四紀(jì)覆蓋物。3）庫區(qū)工程地質(zhì)條件：庫區(qū)出露地層為前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖，此外零星分布的厚度很小的沖擊沙，卵，石層及坡亞粘沙土層。庫區(qū)僅見驛前大斷層通過，但遠(yuǎn)離壩區(qū)，此斷層為壓扭性斷裂，破碎帶擠壓緊密，且被第四紀(jì)坡殘土層覆蓋，因此不成為庫區(qū)滲漏通道。此外，庫區(qū)主要有變粒巖和混花崗巖組成，巖石滲透性小，四周山體雄厚，又無大的臨谷，故庫區(qū)無滲漏之慮。庫區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地質(zhì)現(xiàn)象，山坡是穩(wěn)定的。建壩不后不致產(chǎn)生大的邊岸再造問題。庫區(qū)植被發(fā)育，水土保持良好，固體徑流來源不豐富，因此，庫區(qū)淤積問題不致嚴(yán)重。此外，庫區(qū)除了下陌村及部分田外，尚無有價(jià)值的礦產(chǎn)資源和文物古籍被淹沒，故淹沒損失小。1.1.4水文，氣象概況1）降水量：每年平均降水量1720毫米，實(shí)測最大年降水量2336毫米（1957年），年最小降水量1140.2毫米（1971年），降水量年分配不均勻，主要集中在3——6月，約占全年降水量的62%。2）氣溫：每年平均氣溫為18度,實(shí)測極端最高溫度40度（1983年8月），極端最低氣溫-9.8度（1955年1月），月平均最高氣溫30度（1983年7月），月平均最低氣溫2.3度（1977年1月）。3）蒸發(fā)：多年平均蒸發(fā)量1504.9毫米，月最大蒸發(fā)量309.7毫米（1956年7月），月最小蒸發(fā)量22.4毫米（1957年2月）。4）濕度：多年平均相對濕度80%，月最小相對濕度8%。5）風(fēng)速及風(fēng)向：多年平均風(fēng)速1.8米/秒，多年最大風(fēng)速20米/秒，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。6）日照：多年平均時(shí)數(shù)為1828.5小時(shí)，無霜期多年平均為273天。1.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)楊溪水庫的設(shè)計(jì)洪水位為236.26米，校核洪水位為237.17米，下游水位高分別為189.69、190.6米。風(fēng)速及吹程：由基本資料可知，多年平均最大風(fēng)速為1.8米/秒，洪水期的多年平均最大風(fēng)速為20米/秒，吹程為1.2KM。壩頂高程的確定：設(shè)計(jì)水位和校核水位均進(jìn)行計(jì)算，取其較大者，作為最后的壩頂高程?；A(chǔ)開挖：根據(jù)基本資料中河谷的地質(zhì)情況確定開挖高程為182.4米?；炷恋膹椥阅Ａ縀c=1.0×106T/m2基巖的彈性模量EF=1.0×106T/m2淤沙浮容重Rs=0.8T/m3淤沙內(nèi)摩擦角14度該種重力壩的洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設(shè)計(jì)洪水下泄流量690m3/s校核洪水位（0.2%）黃海237.17米設(shè)計(jì)洪水位（2%）236.26米正常蓄水位236.0米死水位220.00米總庫容2840萬米電站總裝機(jī)容量Ng2500*2千瓦水電站最大引用流量11.02秒/立方米淤沙高程203米壩址下游校核水位190.6米壩址下游設(shè)計(jì)水位189.69米2重力壩設(shè)計(jì)2.1剖面設(shè)計(jì)2.1.0剖面設(shè)計(jì)原則1、設(shè)計(jì)斷面要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；2、力求剖面較??；3、外形輪廓簡單；4、工程量小，運(yùn)用方便，便于施工。2.1.1壩頂寬度&壩底寬度壩頂寬度一般取壩高的8%～10%，且不小于2m。當(dāng)在壩頂布置移動式啟閉機(jī)時(shí)，壩頂寬度要滿足安裝門機(jī)軌道的要求。壩底寬度約為壩高的0.7～0.9倍。2.1.2壩頂高程（分別按照設(shè)計(jì)情況和校核情況計(jì)算）壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱?，?yīng)高于波浪頂高程。防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，按下式計(jì)算：式中：為波浪高度，m；為波浪中心線高于靜水位的高度，m；為安全加高，按下表選用。運(yùn)用情況壩的級別123設(shè)計(jì)情況（基本情況）0.70.50.4校核情況（特殊情況）0.50.40.3，在正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，庫面風(fēng)速宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5-2.0倍；在校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。壩頂高程H（選用其中的較大值）：設(shè)計(jì)情況：H設(shè)=設(shè)計(jì)洪水位+校核情況：H校=校核洪水位+防浪墻高度設(shè)置為1.2米。2.1.3壩底高程壩底高程=開挖高程壩高=壩頂高程-壩底高程2.1.4擬定剖面尺寸(壩坡系數(shù)的確定)根據(jù)規(guī)范SL319-2005規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點(diǎn)宜在壩頂附近?；緮嗝嫔喜吭O(shè)壩頂結(jié)構(gòu)。壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。實(shí)體重力壩上游壩坡宜采用1∶0～1∶0.2，壩坡采用折面時(shí)，折坡點(diǎn)高程應(yīng)結(jié)合電站進(jìn)水口、泄水孔等布置，以及下游壩坡優(yōu)選確定。下游壩坡可采用一個(gè)或幾個(gè)坡度，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求并結(jié)合上游壩坡同時(shí)選定。下游壩坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；對橫縫設(shè)有鍵槽進(jìn)行灌漿的整體式重力壩，可考慮相鄰壩段聯(lián)合受力的作用選擇壩坡。擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長線與上游壩面相交于最高庫水位處，為了便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的形式。該形式為實(shí)際工程中經(jīng)常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。上游設(shè)置成折面可利用淤沙增加壩體自重，折點(diǎn)設(shè)置在淤沙水位以上，由資料可知，壩前淤沙高程為203m，故折點(diǎn)可取在高程為203m的位置。參考其他相似工程，初步擬定壩面坡度：上游壩坡取1：0.2，下游壩坡取1：0.71。圖3-1重力壩的基本剖面圖示2.2穩(wěn)定設(shè)計(jì)2.2.1沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析（1）抗剪強(qiáng)度公式，計(jì)算公式如下：式中：為接觸面以上的總鉛直力；為接觸面以上的總水平力；為作用在接觸面上的揚(yáng)壓力；為接觸面間的摩擦系數(shù)。壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合壩的級別123基本組合1.101.051.05特殊組合（1）1.051.001.00（2）1.001.001.00（2）抗剪斷公式，計(jì)算公式如下：式中：為接觸面面積，為抗剪斷摩擦系數(shù)，為抗剪斷凝聚力。壩基巖體力學(xué)參數(shù)巖體分類混凝土與壩基接觸面巖體變形模量(GPa)(MPa)(MPa)Ⅰ1.50～1.301.50～1.300.85～0.751.60～1.402.50～2.0040.0～20.0Ⅱ1.30～1.101.30～1.100.75～0.651.40～1.202.00～1.5020.0～10.0Ⅲ1.10～0.901.10～0.700.65～0.551.20～0.801.50～0.7010.0～5.0Ⅳ0.90～0.700.70～0.300.55～0.400.80～0.550.70～0.305.0～2.0Ⅴ0.70～0.400.30～0.05－0.55～0.400.30～0.052.0～0.22.2.2深層抗滑穩(wěn)定分析因本設(shè)計(jì)壩基巖性良好，故不進(jìn)行深層抗滑穩(wěn)定分析。2.2.3岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算公式如下：式中：為自重W分解為對滑動面的法向分力；T為自重W分解為對滑動面的切向分力；S為切向分力和水壓力的合力。2.3應(yīng)力分析因?yàn)榧俣ò粗本€分布，所以可按偏心受壓公式計(jì)算上、下游邊緣應(yīng)力和，計(jì)算公式如下：式中：為作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，KN；為作用于計(jì)算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，KN·m；B為計(jì)算截面的長度，m。2.4構(gòu)造設(shè)計(jì)2.4.1橫縫為了減少溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求，沿壩軸線方向設(shè)置橫縫。橫縫間距一般為15～20m。 縫寬2cm，內(nèi)有止水。壩體設(shè)有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片采用1.0mm厚的紫銅片，第一道止水片距上游壩面1.0m。兩道止水片間距為1m，中間設(shè)有直徑為20cm的瀝青井，止水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂。2.4.2縱縫為了適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度壓力，在平行壩軸線方向設(shè)鉛直縱縫?？v縫間距一般為15～30m。2.4.3壩體排水為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕。排水管幕至上游面的距離，一般要求不小于壩前水深的1/10～1/12，且不小于2m。排水管間距2～3m,內(nèi)徑15～25cm。2.4.4廊道系統(tǒng)為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等的要求，需求在壩體內(nèi)設(shè)置各種不同用途的廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。其中包括：壩基灌漿廊道、檢查和壩體排水廊道。2.4.4.1壩基灌漿廊道廊道為城門洞形，寬度和高度應(yīng)能滿足灌漿作業(yè)的要求，一般寬為2.5～3m,高為3～4m，底面距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度。廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡度不宜陡于40°～45°。2.4.4.2檢查和壩體排水廊道在靠近壩體上游面沿高度每隔15～30m設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式采用城門洞形，最小寬度1.2m，最小高度2.2m，至上游面的距離應(yīng)不小于0.05～0.07倍水頭，且不小于3m，上游側(cè)設(shè)排水溝。2.4.5壩頂壩頂上游設(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30cm，以滿足運(yùn)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，壩頂總寬度為5m，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。2.5地基處理2.5.1壩基的開挖與清理DL5108—1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：混凝土重力壩的建基面應(yīng)根據(jù)巖體物理性質(zhì)，大壩穩(wěn)定性，壩基應(yīng)力，地基變形和穩(wěn)定性，上部結(jié)構(gòu)對地基要求，地基加固處理效果及施工工藝、工期和費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件比較確定。原則上應(yīng)在考慮地基加固處理后，在滿足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下減少開挖量。壩高超過100m時(shí)，可建在新鮮、微風(fēng)化的或弱風(fēng)化下部基巖上；壩高在50～100m時(shí)，可建在微風(fēng)化致弱風(fēng)化上部基巖上；壩高小于50m時(shí)，可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上；兩岸岸坡較高部位的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。2.5.2壩基的固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿也一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩址附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。灌漿也呈梅花狀或方格狀布置，孔距、排距和孔深取決于壩高和基巖的構(gòu)造情況?？拙嗪团啪嘁话銖?0～20m開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為3～4m?？咨?～8m，必要時(shí)還可適當(dāng)加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為8～15m。2.5.3帷幕灌漿DL5108—1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：巖體相對隔水層的透水率q根據(jù)不同壩高可采用下列標(biāo)準(zhǔn)：壩高100m以上，q=1～3Lu[1Lu=0.01L/(min·m)]；壩高在100～50m之間，q=3～5Lu；壩高在50m以下，q=5Lu。2.5.4壩基排水排水孔幕與防滲帷幕下游面的距離，在壩基面處不宜小于2m。排水孔幕一般略向下游傾斜，與帷幕成10°～15°交角。排水孔孔距為2～3m，孔徑約為150～200mm，不宜過小，以防堵塞?？咨钜话銥獒∧簧疃鹊?.4～0.6倍，高、中壩的排水孔深不宜小于10m。2.6溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)2.6.1泄水方式溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調(diào)節(jié)性能外,還便于設(shè)計(jì)和施工,同時(shí)這種形式的堰在我國應(yīng)用廣泛，有很多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。選用表面溢流式，表面溢流孔泄流能力大，宣泄同樣的流量，表面溢流孔造價(jià)遠(yuǎn)小于深水泄水孔。2.6.2孔口設(shè)計(jì)溢流壩的孔口設(shè)計(jì)涉及很多因素，如洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、下游防洪要求、庫水位壅高有無限制、是否利用洪水預(yù)報(bào)、泄水方式以及樞紐所在地段的地形、地質(zhì)條件等。2.6.2.1洪水標(biāo)準(zhǔn)洪水標(biāo)準(zhǔn)包括洪峰流量和洪水總量，是確定孔口尺寸、進(jìn)行水庫調(diào)洪演算的重要依據(jù)，可根據(jù)SL252-2000《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)定，參照下表選用。山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期(年)]項(xiàng)目水工建筑物級別12345設(shè)計(jì)1000～500500～100100～5050～3030～20校核5000～20002000～10001000～500500～200200～100由水文計(jì)算可知：校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設(shè)計(jì)洪水下泄流量690m3/s。2.6.2.2孔口型式選用開敞溢流式。這種型式的溢流孔除宣泄洪水外，還能用于排除冰凌和其他飄浮物。須設(shè)閘門，其閘門頂略高于正常蓄水位，堰頂高程較低，可以調(diào)節(jié)水庫水位和下泄流量，減少上游淹沒損失和非溢流壩的工作量，且當(dāng)遭到意外洪水時(shí)可有較大的超泄能力。2.6.2.3孔口尺寸（1）單寬流量的確定通過調(diào)洪演算，可得出樞紐的總下泄流量，通過溢流孔口的下泄流量應(yīng)為式中為經(jīng)過電站和泄水孔等下泄的流量；為系數(shù)，正常取用時(shí)取0.75～0.9，校核運(yùn)用時(shí)取1.0。設(shè)為溢流段凈寬（不包括閘墩的厚度），則通過溢流孔口的單寬流量為對一般軟弱巖石或裂隙發(fā)育巖石，左右；對較好的巖石，；對堅(jiān)硬或完整巖石，。（2）孔口尺寸有閘門的溢流壩，需用閘墩將溢流段分隔為若干個(gè)等寬的孔口。若孔口寬度為，則孔口數(shù),一般選用略大于計(jì)算值的整數(shù)。令閘墩厚度為，則溢流前沿總長應(yīng)為再利用下式求堰頂水頭：式中：為閘墩側(cè)收縮系數(shù)，與墩頭型式有關(guān)；為流量系數(shù)，與堰頂型式有關(guān)；為重力加速度，。設(shè)計(jì)洪水位減去即為堰頂高程。2.6.2.4閘門和啟閉機(jī)工作閘門選用平面閘門，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，各孔口可共用一個(gè)活動式啟門機(jī)。啟閉機(jī)選用活動式啟閉機(jī)，可以兼用于啟吊工作閘門和檢修閘門。2.6.2.5閘墩和工作橋閘墩形狀上游端采用半圓形，下游端采用方形。工作閘門槽深，寬，門槽處的厚度不得小于。2.6.3溢流面體形設(shè)計(jì)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體形簡單、造價(jià)低、便于施工等。2.6.3.1頂部曲線段選用WES型溢流堰頂部曲線，因?yàn)槠淞髁肯禂?shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制。上游段曲線方程：下游段曲線方程：2.6.3.2反弧段根據(jù)DL5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對于挑流消能，，為校核洪水閘門全開時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深。也可采用經(jīng)驗(yàn)公式：2.6.3.3中間直線段中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同。2.6.3.4剖面設(shè)計(jì)溢流重力壩剖面與其鄰近的非溢流重力壩的基本剖面相適應(yīng)。上游壩面設(shè)計(jì)成鉛直的，并與非溢流重力壩的上游壩面相一致。2.6.4消能防沖設(shè)計(jì)由溢流壩下泄的水流具有巨大的能量，必須妥善進(jìn)行處理，否則勢必導(dǎo)致下游河床被嚴(yán)重沖刷，甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。所以必須合理選擇和設(shè)計(jì)消能措施，對樞紐布置、大壩安全及工程量都有重要意義。本設(shè)計(jì)選用挑流消能，能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍和流量分布，對尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，施工、維修方便，工程量小。鼻坎挑射角度一般采用。鼻坎反弧半徑一般采用，為鼻坎上水深。鼻坎坎頂應(yīng)高出下游水位，一般1～2m為宜。水舌挑射距離按水舌外緣計(jì)算，其估算公式為：式中：為水舌挑距，m；為重力加速度，；為坎頂水面流速，，約為鼻坎處平均流速的1.1倍；為挑射角度；為坎頂平均水深在鉛直向的投影，；為坎頂至河床面的高差，m。沖刷坑深度，工程上常按下式進(jìn)行估算：式中：為水墊厚度，自水面至坑底的距離，m；為單寬流量；為上、下游水位差，m；為沖坑系數(shù)，對堅(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。目錄設(shè)計(jì)計(jì)算書1重力壩設(shè)計(jì)……………211.1剖面設(shè)計(jì)………………………211.1.1壩頂寬度壩底寬度………………………211.1.2壩頂高程…………………211.1.3壩底高程…………………211.1.4壩坡系數(shù)的確定…………211.2穩(wěn)定設(shè)計(jì)………………………221.3應(yīng)力分析………………………241.4溢流重力壩和泄水孔的孔口設(shè)計(jì)……………261.4.1孔口尺寸…………………261.4.2溢流面體形設(shè)計(jì)…………261.4.2.1頂部曲線段…………261.4.2.2反弧段………………261.4.3消能防沖設(shè)計(jì)……………27設(shè)計(jì)計(jì)算書1重力壩設(shè)計(jì)1.1剖面設(shè)計(jì)1.1.1壩頂寬度&壩底寬度由2.1.3算出壩高為56.03米，所以壩頂寬度為，取6m；壩底寬度為，取45m。1.1.2壩頂高程（分別按照設(shè)計(jì)情況和校核情況計(jì)算）根據(jù)規(guī)范計(jì)算，主要建筑物級別為3級：設(shè)計(jì)情況：校核情況：