重力壩設(shè)計內(nèi)容

1、第三部分 樞紐布置（1） 壩型的選擇壩型根據(jù)：壩址基巖巖性為燕山早期第三次侵入黑云母花崗巖，河岸邊及沖溝底部見有弱風(fēng)化基巖出露。河床沖積層厚度一般為 2.0-2.5m，左岸覆蓋層厚度為3-8m，右岸覆蓋層厚度為 0.5-5.0m，覆蓋層主要為坡殘積含碎石粘土層。且河床堆積塊石、孤石和卵石，但是缺乏土料。漿砌石重力壩雖然可以節(jié)約水泥用量，但不能實現(xiàn)機械化施工，施工質(zhì)量難以控制，故本工程采用混凝土重力壩。（2）壩軸線的選取壩址河段長 350m，河流方向為 N20E，其上、下游河流方向分別為 S70E和 S80E。壩址河谷呈“V”型，兩岸山體較雄厚，地形基本對稱，較完整，兩岸地形坡度為 30

2、6;-40°。河床寬 20-30m，河底高程約 556-557m。壩軸線取在峽谷出口處，此處壩軸線較短，主體工程量小，建庫后可以有較大庫容。（3） 地形地質(zhì) 壩址基巖巖性為燕山早期第三次侵入黑云母花崗巖，河岸邊及沖溝底部見有弱風(fēng)化基巖出露。河床沖積層厚度一般為 2.0-2.5m，左岸覆蓋層厚度為3-8m，右岸覆蓋層厚度為 0.5-5.0m，覆蓋層主要為坡殘積含碎石粘土層。（4） 壩基參數(shù) 壩址地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為斷層、節(jié)理裂隙。壩址發(fā)育 11 條斷層。建議開挖深度：河中 5m，左岸 6-12m，右岸 6-15m。（5） 基本參數(shù) 干密度 2.61g/cm 3 ，飽和密度 2.62 g/

3、cm 3 ，干抗壓強度 92-120MPa，飽和抗壓強度 83-110MPa，軟化系數(shù) 0.9，泊松比 0.22-0.23?；炷僚c基巖接觸面抗剪斷指標：類巖體，抗剪斷摩擦系數(shù) 1.0-1.1，抗剪斷凝聚力 09.-1.1MPa。壩基高程為550m.正常水位 642.00m設(shè)計水位 642.71m校核水位 643.69m（6） 工程級別：本水利樞紐壩址林地溪與國寶溪匯合口下游約2.5km的峽谷中，壩址集水面積144.5km2，又知河底高程556-557m?？伤愕乃畮烊萑萘考s為0.12億立方米，大壩的工程級別為中型級別。第三部分 非溢流壩段設(shè)計（1） 剖面尺寸的擬定1、 壩頂高程的確定壩頂高程分

4、別按設(shè)計和校核兩種情況，用下列公式進行：波浪要素按官廳公式計算: h = h1+ hz + hc h庫水位以上的超高，m； h1波浪高度，m； hz 波浪中心線超出靜水位的高度，m； hc 安全超高，按表2-1 采用,對于2級工程，設(shè)計情況hc0.5m，校核情況hc0.4m。 D風(fēng)區(qū)長度，m。 計算風(fēng)速，水庫為正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍，校核洪水位時，宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速，m/s。 L波長，m。 風(fēng)區(qū)長度：D=14m ；計算風(fēng)速；V0=29 m|s（取平均最大風(fēng)速14.5m|s， 取安全系數(shù)為2）；壩上游正常水位=642.00（m），上游

5、設(shè)計水位=642.05+66/100=642.71（m）,上游校核水位=643.03+66/100=643.69（m）則設(shè)計水深=642.71-550.00=92.7（m），校核水深=643.69-550.00=93.7（m）。根據(jù)公式計算的到： =2.6m，L=22.3m，hz=0.9，設(shè)計條件、正常蓄水位條件下： h = h1+ hz + hc =4m；壩頂高程為646m。校核條件下： h = h1+ hz + hc=1.88m；壩頂高程為645.88m。經(jīng)比較可以得出壩頂或防浪墻高程為646m，并取防浪墻高1.9m。則壩頂高程為： 646-1.9=644.1m最大壩高為： 644.1-5

6、50=94.1m1） 壩底、頂寬度壩底底寬約為壩高的0.70.9倍。壩頂應(yīng)有足夠的寬度，無特殊情況要求時壩頂寬度可采用8%10%，一般不小于2米。則壩頂寬度取 7m，壩底寬度取75m。2） 壩坡的擬定考慮壩體利用部分水重增加其抗滑穩(wěn)定，根據(jù)工程實踐，上游邊坡系數(shù) n=0.2，下游邊坡系數(shù)m=0.8。初擬定的非溢流壩重力剖面圖如圖2-2：（2） 荷載計算 下游設(shè)計水位=565.11+66/100=565.7（m），下游校核水位=567.64+66/100=566.3（m）下游設(shè)計水深=565.7-550=15.7m，下游校核水深=566.3-550=16.3m1）、自重WW=V×混泥土

7、=94.1×75×0.5×1×24=84690(KN)2) 、靜水壓力 P上設(shè)=0.5×水××1=4215.1(KN)P上校=0.5×水××1=43064.4(KN)P下設(shè)=0.5×水××1=1209.0（KN）P下校=0.5×水××1=1303.2（KN）P設(shè)=P上設(shè)P下設(shè)=40942.1（KN）P校=P上校P下校=41761.2（KN）3） 揚壓力U設(shè)=0.5×水×（h上設(shè)h下設(shè)）×T×1 =

8、0.5×9.81×（92.715.7）×75×1=28326.4(KN)U校=0.5×水×（h上校h下校）×T×1 =0.5×9.81×（93.716.3）×75×1=28473.5(KN)（3） 抗滑穩(wěn)定分析 1）抗剪強度計算基本組合：K1=0.8*（84690-28326.4）÷40942.1=1.10（滿足） 特殊組合：K2=0.8*（84690-28473.5）÷41761.2=1.07（滿足）3） 抗剪斷強度抗剪斷摩擦系數(shù) 1.0-1.1，抗剪斷

9、凝聚力 09.-1.1MPa。f=1.1 c=1100KPa 基本組合：=3.5（滿足）特殊組合：=3.4（滿足）（4） 應(yīng)力分析W作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN； M作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m； B計算截面的長度，m。 壩體最大主應(yīng)力按下游邊緣最大主應(yīng)力計算：基本組合： =G*LG=W*(T/2-T/3) =84690×(75|6) =1058625 (KN*M) (逆時針方向）=P設(shè)*（H設(shè)/3） =40942.1×（92.7/3） =1265110.89（KN*M

10、）（順時針方向） =U設(shè)*LX=U*(T/2-T/3) =28326.4×(75/6) =354080(KN*M) （順時針方向）M=10586251265110.89354080 =-560565.89(KN*M) yu=W/T+6M/ =576.40yd=W/T+6M/ =1772.30滿足條件特殊組合 =G*LG=W*(T/2-T/3) =84690×(75|6) =1058625 (KN*M) (逆時針方向） =P校*（H校/3） =41761.2*（93.7/3） =1304341.48 （KN*M）（順時針方向）=U校*LX=U*(T/2-T/3) =28473

11、.5*（75/6） =4355918.75（KN*M） （順時針方向）M=10586251304341.48 4355918.7 =-601635.2（KN*M） yu=W/T+6M/ =581.60yd=W/T6M/ =1816.10 經(jīng)計算初擬的方案滿足應(yīng)力和穩(wěn)定的要求，且其折點處的應(yīng)力和穩(wěn)定也均滿足要求，初步符合要求。第四部分 溢流壩段設(shè)計（1） 孔口設(shè)計 1）泄水方式的選擇 為使得水庫具有較大的超泄能力，采用開敞式孔口 2）洪水標準的確定本次設(shè)計的重力壩是3級建筑物，查表可知采用50年一遇的洪水標準設(shè)計，500年一遇的洪水標準校核。3） 流量的確定上游水位（m）最大下泄流量（）正常64

12、2.000設(shè)計642.711059.4校核643.691137.94設(shè)計成果如表：4） 單寬流量的選擇壩址河段長 350m，河床寬20m-30m。壩址處基巖比較堅硬完整，綜合樞紐的布置和下游的消能防沖要求，單寬流量取50100。 5)孔口凈寬擬定由已知可列表：計算情況流量單寬流量孔口凈寬設(shè)計情況1059.4501001021校核情況1137.94501001123根據(jù)以上計算，溢流壩段孔口凈寬取18m，假設(shè)每孔寬度b為6m，則孔數(shù)n為3。6) 溢流壩段總長度（溢流孔口總寬度）的確定 擬定中墩厚度d為3m，邊墩厚度t為2m，則溢流壩段總長度為： =nb + (n-1)d +2t = 28 m 7

13、) 堰頂高程的確定取側(cè)收縮系數(shù)為0.95，流量系數(shù)為0.502.因為過堰水流為自由出流，故=1。溢流壩高程為638m，計算結(jié)果見下表：流量側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬堰上水頭堰頂高程設(shè)計1059.40.950.502189.1638校核1137.940.950.502189.7638堰上最大水頭：堰頂最大水頭Hmax=校核洪水位-堰頂高程即 堰頂最大水頭Hmax=9.7m定型水頭為：=90% x 9.7=8.78） 閘門高程門高=正常高水位-堰頂高程+（0.10.2）=4.1m按規(guī)定取門高 5m（2） 消能防沖設(shè)計（1） 確定消能方式1）挑流消能: 挑流消能是利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射,

14、使水流擴散,并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后,形成強烈的旋滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來愈厚,大部分能量消耗在水滾的摩擦中, 沖坑逐漸趨于穩(wěn)定.挑流消能的工程量小、投資省,結(jié)構(gòu)簡單、檢修施工方便.但下游局部沖刷不可避免,一般適用于巖基比較堅固的高壩或中壩。 2） 流式消能: 底流消能是在壩址下游設(shè)消力池,消力坎等,促使水流在底限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍,通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量.底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好,對地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強及水流霧化等優(yōu)點。 但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能適應(yīng)于中低壩或基巖較軟弱的河道,高壩采用底流消能需經(jīng)論證。 3

15、） 面流式消能: 面流消能是在溢流壩下游面設(shè)低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴散，減小對河床的沖刷，達到消能防沖的目的。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定，尾水較深，河道順直，河床和河岸在一定范圍內(nèi)有較高抗沖能力，可排漂和排冰。面流消能雖不需要做護坦，但因為高速水流在表面，并伴隨著強烈的波動，流態(tài)復(fù)雜，使下游在很長距離內(nèi)水流不平穩(wěn)，可能影響電站的運行和下游航運，且宜沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護措施。 4）消力戽消能： 消力戽消能是在溢流壩址設(shè)置一個半徑較大的反弧戽斗，戽

16、斗的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋滾，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至表面。戽內(nèi)、外水流的旋滾可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，減輕了對河床的沖刷。消力戽適用于尾水較深，變幅較小，無航運要求且下游河床和兩岸有一定抗沖刷能力的情況。消力戽的優(yōu)點是：工程量較底流消能??；沖刷坑比挑流消能淺；不存在霧化問題。缺點是：下游水面波動大，綿延范圍長，易沖刷岸坡，對航運不利，底部旋滾將泥沙帶入戽內(nèi)時，磨損戽面增加了維修費用。 5） 最終確定消能型式 根據(jù)地質(zhì)條件，選取挑流消能。根據(jù)建工經(jīng)驗，挑射角取25度 ，挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位（568.3m）12m，鼻坎的高程為：569.3m（二）、

17、反弧半徑的確定 V1= 0.96 X(19.6 X 73.3)(1/2)= 36.4(m/s） 坎頂水深為：h=1137.94/（28x 36.4）=1.56 m反弧半徑R: R=(410)h=6.2415.6（m）取R=14（m）（三）、 水舌的挑距L及可能最大沖的深度估算。L 水舌挑距，m； v1 坎頂水面流速，按鼻坎處平均流速的1.1 倍計算； 鼻坎的挑角； h1 坎頂平均水深h 在鉛直向的投影，h1=hcos； h2 坎頂至河床面高差，m；計算水舌挑距：L= (1/9.81)×

18、(36.42×0.9×0.42 + 36.4×0.9×( (36.4×0.42)2+2×9.81 x (1.41+3.6) )(1/2 ) )=109（m）（四） 沖刷坑深度工程上常按下式進行估算。水墊厚度，自水面算至坑底，m； q 單寬流量；q=75 H 上下游水位差，m； 取H=設(shè)計水位-校核水位=76.94（m）沖坑系數(shù)，堅硬完整的基巖取0.91.2，堅硬但完整性較差的基 巖取1.21.5，軟弱破碎裂隙發(fā)育的基巖取1.52.0。該設(shè)計取1.0.=1 x 75(0.5) x 76.

19、94(0.25)=25.6經(jīng)計算：L /=109/25.6=4.25>2.5, 可知道形成的沖坑不會影響大壩的安全（3） 、 溢流面剖面設(shè)計 溢流壩的基本剖面為三角形。一般其上游面為鉛直或者折線面，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧段三部份組成。1、 閘門與門槽 在進水口處設(shè)置攔污柵和平面事故閘門、平面工作閘門。事故閘門緊貼上游壩面。事故閘門緊貼上游壩面布置，閘門槽尺寸為0.5 x 0.5為矩形閘門槽。2、 漸變段 在進水閘門后需設(shè)置漸變段，漸變段采用圓角過渡，其長度為（23）D第五部分 地基處理（1） 、 壩基開挖由于壩址基巖性為燕山早期第三次侵入黑云母花崗，河岸邊及

20、沖溝底部 壩址基巖性為燕山早期第三次侵入黑云母花崗，河岸邊及沖溝底部 見有弱風(fēng)化基巖出露。 河床沖積層厚度一般為 2.0-2.5m，左岸覆蓋層厚度為 3-8m ，右岸覆蓋層厚度為 0.5-5.0m，地基開挖時應(yīng)該把覆蓋層和嚴重風(fēng)化層全部挖出，壩底最低高程為550m，順水流方向開挖成鋸齒狀，并在上下游壩基面開挖一個淺齒墻。沿壩軸方向的兩岸岸坡壩段基礎(chǔ)，開挖成有足夠?qū)挾鹊姆旨壠脚_，平臺的k寬度最少為1/3壩段長，相鄰兩平臺的高差不超過10m。（二）、壩基的加固處理 壩基加固的目的，在于提高基巖的整體性和彈性模量，減少基巖得受李力變形，提高基巖的抗壓，抗剪強度，降低壩基的滲透性。固結(jié)灌漿孔一般布置在

21、應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。 采用淺孔低壓灌注法灌入水泥漿，以提高基巖的彈性模量、抗?jié)B性和強度等。在壩踵、壩址附近灌注孔相對較密，呈梅花形布置，其他部位疏一些。孔距排距由灌漿試驗確定，一般從1020m 開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為34m，本設(shè)計取4m?？咨?8m，必要時還可適當(dāng)加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為815m。鉆孔方向垂直于基巖面。當(dāng)存在裂隙時，為了提高灌漿效果，鉆孔方向盡可能正交于主要裂隙面，但傾角不能太大。（3） 、 斷層破碎帶和軟弱夾層的處理1、在壩基范圍內(nèi)單獨出露的斷層破碎帶，其主要為堅硬的構(gòu)造巖、斷層泥為主，對基礎(chǔ)的強度

22、和壓縮并不大時，可適當(dāng)在深度內(nèi)，將斷層破碎帶及其兩側(cè)風(fēng)化巖石挖除或挖至比較完整的巖體。 2、當(dāng)斷層破碎帶規(guī)模不大，但其組成物以軟弱的構(gòu)造巖、斷層泥為主對基礎(chǔ)的強度和壓縮變形有一定的影響時，可用混泥土加固?；炷嗤寥玫母叨瓤扇鄬悠扑閹挾鹊?.0-1.5倍，但在開挖中如發(fā)現(xiàn)破碎帶組成物的性質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)時，則適當(dāng)減少混泥土塞得高度 3、對于軟弱夾層，可采用明挖清除：對于淺埋的夾層，可采用明挖清除，在回填混泥土加固；對于深層的夾層，視其壩體穩(wěn)定和基礎(chǔ)沉降危害的程度。確定是否需要處理，如需要處理，可采用洞挖后回填混泥土的方式進行加固。為阻止壩體沿軟弱夾層滑動，有的在下游壩趾處設(shè)置深齒坎或采用大型混泥土

23、抗滑樁；或采用預(yù)應(yīng)力錨索措施進行。第六部分 細部構(gòu)造 （1） 壩頂構(gòu)造 1）非溢流壩，壩頂上游側(cè)應(yīng)設(shè)置防浪墻，宜采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻身應(yīng)有足夠的厚度以抵擋波浪及漂浮物沖擊，墻高為1.01.2m，在壩體的橫縫處應(yīng)留伸縮縫，并設(shè)置止水。下游側(cè)應(yīng)設(shè)置欄桿、燈柱，以保護行人和行車安全。壩頂路面應(yīng)有適當(dāng)?shù)臋M向坡度，并設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施，以便排除路面雨水。路面排水應(yīng)與壩體內(nèi)排水連通或直接排入把體內(nèi)。當(dāng)設(shè)置人行道時，宜高出壩頂路面2030cm。2）溢流壩段：溢流壩段的上部設(shè)有閘門、閘蹲、門機、交通橋等結(jié)構(gòu)和設(shè)備。閘門的布置：工作閘門布置在溢流壩的頂稍偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離

24、壩面而形成而負壓。采用平面鋼閘門，門的尺寸：高x寬=7x7，工作閘門的上游設(shè)有檢修閘門，二門之間的凈距離為2m。 閘蹲：閘蹲的墩頭形狀，上游采用半圓形，下游采用流線形。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程，既 643.69m；下游布置交通橋，橋面高程為非溢流壩頂高程。中墩厚度3m，邊墩的厚度2m，溢流壩的分縫設(shè)在閘孔中間，故沒有縫隙。工作閘門槽深1m，寬1m，檢修閘門槽深0.5m，寬0.5。導(dǎo)水墻：邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻。其長度延伸到挑流鼻坎的末端；高度經(jīng)計算得3.5.導(dǎo)水墻需分縫，間距為15m，其橫斷面為梯形，頂寬取0.5m。 （2） 分縫與止水 為了防止壩體因溫度變化和地基不均勻沉

25、陷而產(chǎn)生裂縫，滿足施工(混凝土的澆筑能力和施工期的溫控)的需要，壩體需要分縫。常見的縫有：橫縫、縱縫、水平施工縫。 橫縫。垂至于壩軸線，將壩體分成若干各壩段。間距(一般是相等的)為1220m，縫寬12cm。橫縫一般為永久性縫，縫面為水平面，縫內(nèi)設(shè)置止水。 縱縫。一般為豎縫形式，縫面應(yīng)設(shè)置鍵槽，并埋設(shè)灌漿系統(tǒng)，并在蓄水前進行灌漿?？v縫與壩面應(yīng)垂直相交，避免澆筑塊有尖角。間距為1530m，深孔壩段、寒冷地區(qū)，宜選用較小的間距。 水平施工縫。壩體上下層澆筑塊之間的結(jié)合面稱水平施工縫。一般澆筑塊厚1.54m，靠近基巖面層厚度為1.52m，同一壩相鄰澆筑塊水平施工縫的高程應(yīng)錯開。 止水與壩的級別和高度有

26、關(guān)。高壩：止水采用兩道止水片，止水片間設(shè)瀝青井，兩道止水片均為紫銅片，厚度為1.01.6mm。中低壩的止水可適當(dāng)簡化，中壩第一道止水片為紫銅片，第二道止水片可采用塑料或橡膠止水片.橫縫止水必須與壩基巖石妥善連接，止水片一般埋入基巖內(nèi)的深度為3050cm，瀝青井也埋入基巖內(nèi). （3）廊道系統(tǒng) 1） 基礎(chǔ)灌漿廊道 高、中壩內(nèi)必須設(shè)置基礎(chǔ)灌漿廊道，兼作灌漿、排水和檢查之用。 基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機具尺寸即工作要求確定，一般寬為2.53m，高為34m，為了保證完成其功能且可以自由通行，本次設(shè)計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×3.5m，形狀采用城門洞型。 廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)

27、滿足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.050.1 倍作用水頭、且不小于45m 處設(shè)置，本次設(shè)計取10m，為滿足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5 倍廊道寬度，取5m。2） 檢查和壩體廊道 為了檢查和排除壩體滲水，在壩體上游面沿高度每隔15-30設(shè)一檢查兼做排水用的廊道。廊道斷面性質(zhì)多位城門洞型其上游側(cè)距離上游壩面應(yīng)不小于0.05-0.07倍水頭，但不小于3M，廊道最小寬度1.2M.最小高度2.2米，各層廊道在左、右岸至少應(yīng)各有一個出口，各層廊道之間用水戶井連通。如壩內(nèi)設(shè)有電梯井，則各層廊道均應(yīng)與電梯井相通。本設(shè)計取檢查和排水廊道斷面2×2.5M。（4）壩體防滲與止水 1） 固結(jié)灌漿 為了提高基巖的整體性和基巖的承載能力，減少不均勻沉陷，提高地基表層防滲性能，需要對壩基進行加固處理。   固結(jié)灌漿孔時一種用低壓淺層灌水泥漿的方法來加固地基，適用于裂隙發(fā)育又無其他缺陷時。    固結(jié)灌漿孔一般布置在壩踵、壩址附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶的范圍內(nèi)。灌漿孔布置呈梅花形或方格形。 本工程采用淺孔低壓灌注法灌入水泥漿，以提高基巖的彈性模量、抗?jié)B性和強度等。在壩踵壩址附近關(guān)注孔相對較密，呈梅花形布置，其他部位樹疏一些。孔距排距由灌漿試驗確定，一般為36m。