混凝土重力壩設計論文

華北水利水電學院

繼續(xù)教育學院

NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower

畢業(yè)論文

題目河北潘家口水庫

混凝土重力壩樞紐設計

專業(yè)水工

層次專升本

姓名

學號

前言

關(guān)鍵詞：重力壩剖面穩(wěn)定應力細部構(gòu)造地基處理

本次設計內(nèi)容為河南南潘家口水利樞紐，壩型選擇為混凝土重力壩，壩軸線選擇和樞紐布置見1號圖SG-01潘家口水庫平面圖所示。

整座重力壩共分53個壩段，主要有非溢流擋水壩段、溢流表孔壩段、溢流底孔壩段和電站廠房壩段。其中非溢流擋水壩段每壩段寬15米，分布于大壩兩端；廠房壩段每段寬16米，布置在靠近右岸的主河床上，裝機3臺機組；底孔壩段每段寬22米，布置在廠房壩段左側(cè)的主河床上；溢流壩段每段寬18米，布置在灤河主河床上。詳見1號圖SG-02下游立視圖。

擋水壩段最大斷面的底面高程為128米，壩頂高程為228米，防浪墻高1.2米，最大壩高為101.2m，屬高壩類型。壩頂寬12米，最優(yōu)斷面的上游壩坡坡率為1:0.2，上游折坡點高程為181米，下游壩坡坡率為1:0.7，下游折坡點高程688.98英尺，詳細情況參見1號圖SG-03擋水壩剖面圖。

溢流壩段最大斷面的底面高程為126米，堰頂高程210米，溢流堰采用WES曲線設計，直線段坡率為1：0.7，反弧段半徑取25.0米，鼻坎高程取159米，上游壩坡坡率取1：0.2，折坡點高程為181米，上游壩面與WES曲面用1/4橢圓相連，詳細情況見1號圖SG-02溢流堰標準橫斷面圖所示。

本樞紐溢流堰采用挑流方式消能，挑角取250。止水采用兩道紫銅中間加瀝青井的形式。壩基防滲處理（主要依據(jù)上堵下排的原則），上游帷幕灌漿（兩道），下游側(cè)設置排水管。

以非溢流擋水壩段為計算選擇斷面，進行了抗滑穩(wěn)定分析和應力分析，分別采用抗剪斷計算法和材料力學法計算法進行計算，最終驗算滿足抗滑穩(wěn)定，上游壩踵沒有出現(xiàn)拉應力，設計剖面合理可行。

本次設計只是部分結(jié)構(gòu)物設計，考慮問題較單一，采用基礎資料一般以書本為主，跟實際情況難免有出入，敬請讀者批評指正。

編者

2008.9

目錄

第一部分設計說明書

第一章潘家口混凝土重力壩樞紐基本資料……………2

一、樞紐概況及工程目的…………2

二、設計基本資料（參見附錄一）………………………2附錄一…………………3附錄二水市庫規(guī)劃及建筑特性指標………………12

第二章壩軸線、壩型選擇和樞紐布置方案比較………14

第一節(jié)、壩軸線選擇…………………14

第二節(jié)、壩型選擇……………………17

第三節(jié)、樞紐布置方案………………20

第三章壩工設計…………………26

第一節(jié)、擋水壩剖面設計……………26

第二節(jié)、擋水壩剖面設計……………28

第三節(jié)、溢流壩剖面擬定……………33

第四節(jié)、擋水壩穩(wěn)定計算……………43

第四章細部構(gòu)造設計……………56

第一節(jié)、壩頂構(gòu)造…………………56

第二節(jié)、分縫止水…………………56

第三節(jié)、混凝土標號分區(qū)…………58

第四節(jié)、排水………………………60

第五節(jié)、廊道系統(tǒng)…………………61

第五章地基處理…………………63

第一節(jié)、清基開挖…………………63

第二節(jié)、防滲措施…………………64

第三節(jié)、斷層破碎帶的處理………………………66

第四節(jié)、軟弱夾層處理……………67

第二部分計算書

表1設計水位作用情況設計值計算表…………69表2荷載計算表（設計水位情況）…………………70表3校核水位作用情況設計值計算表…………71表4荷載計算表（校核洪水位情況）………………72

第一部分

設計說明書

1

第一章潘家口混凝土重力壩樞紐基本資料

一、樞紐概況及工程目的：

潘家口水庫位于河北省唐山市和承德市兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣灑河橋上游十公里揚查子村的欒河干流上?？刂屏饔蛎娣e3.37萬km2，總庫容為25.5億m3。

水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水和城市人民生活用水，結(jié)合引水發(fā)電。并兼顧防洪，要求：盡可能使其工程提前受益，盡早建成。

根據(jù)水庫的工程規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為Ⅰ級建筑物，其它均按Ⅱ級建筑物考慮。

二、設計基本資料(參見附錄一)：

設計任務和基本要求：

(一)設計任務：

1、根據(jù)地質(zhì)、地形條件和樞紐建筑物的作用進行壩線、壩型的選擇，樞紐布臵方案比較通過初步分析確定。繪制樞紐平面布臵及下游立視圖。

2、進行溢流壩的剖面設計，內(nèi)容包括：擬定斷面，水力計算穩(wěn)定應力分析等，并繪制設計圖紙。(采用可靠度理論法、編程序計算)

3、進行非溢流壩的剖面設計，內(nèi)容包括：擬定擋水壩剖面，穩(wěn)定應力分析等，并繪制設計圖。(采用可靠度理論法、編程序計算)

4、進行細部構(gòu)造設計和地基處理設計，包括：混凝土標號分區(qū)、分縫、止水、廓道、排水以及開挖、清理、灌漿、斷層處理等，并繪制有關(guān)設計圖。

5、設計繪圖要求結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、表達完整清晰，符合GB規(guī)定，體現(xiàn)CAD繪圖能力。

(二)選作內(nèi)容：

2

根據(jù)設計者完成設計任務的具體情況，可選作導墻、廓道、閘墩、工作橋等結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容，包括：結(jié)構(gòu)計算、配筋計算和繪制設計圖紙。

根據(jù)設計基本資料，確定導流設計標準及導流時段，并進行導流方案比較。通過論證和計算，選定施工導流方案。編制控制性的施工總進度計劃，并繪制施工導流程序圖。

(三)基本要求：

1、設計者必須發(fā)揮獨立思考能力，創(chuàng)造性的完成設計任務，在設計中應遵循技術(shù)規(guī)范，盡量采用國內(nèi)外的先進技術(shù)與經(jīng)驗。

2、設計者對待設計計算繪圖等工作，應具有嚴肅認真一絲不茍的工作作風，以使設計成果達到較高水平。

3、設計者必須充分重視和熟悉原始資料，明確設計任務，在規(guī)定的時間內(nèi)圓滿完成要求的設計內(nèi)容，成果包括：設計說明、計算書各一份、設計圖紙4張。

附錄一

潘家口水庫混凝土重力壩畢業(yè)設計基本資料

一、水文分析：

1、年徑流：欒河水量較充沛，潘家口水文站多年平均年徑流量為24.5億m3，占全流域的53%。年內(nèi)分配很不均勻，主要集中汛期七、八月份。豐水年時占全年50—60%，枯水年占30—40%，而且年際變化也很大。

2、洪水：多發(fā)生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大漲落迅速的特點，據(jù)調(diào)查，近一百年來有六次大洪水。其中1883年最大，由洪痕估算洪峰流量約為24400—27400m3/s，實測的45年資料中最大洪峰流量發(fā)生在1962年為18800m3/s。洪峰歷時三天左右，由頻率分析法求得：幾個重現(xiàn)期所對應的洪峰流量值（見下表表一、表二所示）。

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表一

表二

枯水期洪水過程線

表三時段：9月1日至次年6月30日頻率：5%

4

表四設計洪水過程線表流量：米3/秒

表四續(xù)表設計洪水過程線表流量：米3/秒

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3、泥沙：本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375mm，全年泥沙大部分來自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰二、氣象：

庫區(qū)年平均氣溫為10℃℃℃(1969年)；7月份最高月平均氣溫25℃，絕對最氣溫高達39℃(1955年)，多年平均氣溫見下表（表五）。

表五多年平均氣溫、水溫表單位：℃

本流域無霜期較短(90—180天)，冰凍期較長(120—200天)，潘家口

站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸邊可達1米。流域多年月平均降水天數(shù)及降水量表單位：mm

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三、工程地質(zhì)：

1、庫區(qū)地質(zhì)：潘家口水庫、庫區(qū)屬于中高山區(qū)，河谷大都為峽谷地形，只有西城峪至北臺子一帶較為寬闊，沿河兩岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)且不對稱，區(qū)域內(nèi)無嚴重的坍岸及滲漏問題。

2、壩址地質(zhì)：

（1）地貌：壩址位于揚查子村南300m處，為低谷丘陵地區(qū)，兩岸相對高差不大，河谷開闊，寬約600m上下游兩公里范圍內(nèi)，河道順直主河槽位于右岸，河床高程137m左右?？菟诤哟矊捈s100m，由于受河流側(cè)向侵蝕兩岸地形不對稱。右岸坡度較陡約60°左右，左岸較緩約20°，河床中除漫灘外，左岸還有三級階地發(fā)育，一、二級階地高程自140m—160m。三級階地與緩坡相接直達山頂。覆蓋層厚度為7—12m的砂礫卵石沖積層。

（2）巖性：壩區(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四紀松散堆積物，以及不同時期的侵入巖脈，壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制建壩工程很大。第四大巖層(ArI4)為角閃斜長片麻巖。具粗粒至中間細粒纖狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本層巖體呈厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性堅硬、抗風化力強、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185m左右。

3、構(gòu)造：壩址處雖然斷層、裂隙較多，但大部分規(guī)模較小對工程影響不大，其中F2、F5、F11、f26、f27、f28斷層對壩體有一定影響，以上各斷層

的特性由下表（表七）所示。所在部分參見構(gòu)造分析圖。

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表七各斷層的特性表

4、水文地質(zhì)：壩基的透水性總的看來不大，但不均一，主要決定斷裂發(fā)育程度和性質(zhì)，在平面上，一級階地基巖透水性大于其它地貌單元。從垂向上看河谷內(nèi)單位吸水量小于0.01公升/分的頂板在83m—105m高程其間之透水層厚度為40—50m，若除去開挖部分厚度將更薄一些，兩岸透水層應以天然地下水位為下限，一般都大于50m，具體參見地質(zhì)剖面圖。

5、巖石物理力學性質(zhì)：巖石容重為2.68—2.70t/m3，飽和抗壓強度，弱風化和微分化巖石均在650kg/cm2以上，有的可達1100kg/cm2，混凝土與巖石的磨擦系數(shù)微分化及弱風化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm2。

6、地震：庫區(qū)附近歷史地震活動較為頻繁，近年來微繁。弱震仍不斷發(fā)生，其中1936年和1976年兩次發(fā)生6度左右地震，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性，和水庫激發(fā)地震的可能性攔河壩設防烈度采用8度。

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四、當?shù)亟ㄖ牧希?/p>

壩址附近主要砂石料場有七處，儲量足以建壩，各料場的物理性質(zhì)、試驗指標，基本滿足技術(shù)要求，可作大壩混凝土骨料使用。且無大量的粘性土及砂壤土料，可供圍堰防滲材料之用。五、交通條件：

對外交通在右岸，公路、鐵路均距壩址較近，略加修改或擴建即可直通壩址，壩頂無重要交通要求。

六、水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限見下表：（表八）表八水庫水位與庫容關(guān)系曲線及淤積年限表

七、效益：

水庫建成與下游大黑汀、邱莊、陡河等水庫聯(lián)合運用，承擔多年調(diào)節(jié)作用，在保證率P=75%時，可調(diào)節(jié)水量20.05億立米，計劃年補給工業(yè)及城市生活用水7億立米，并可灌溉農(nóng)田一百余萬畝，達到遇旱有水、電站裝機3臺，總?cè)萘?8萬千瓦，平均年發(fā)電量3.45億度。

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表九潘家口水庫水位～庫容關(guān)系表

八、淹沒損失：

庫區(qū)淹沒范圍包括河北省承德唐山兩地區(qū)的四個縣(興隆、寬城、承德和遷西)，十一個公社四十一個大隊，遷移人口20700人，淹沒土地33400畝，房屋19100間，公路25km。

注：移民遷建標準：經(jīng)領(lǐng)導審查決定清河唐(距壩線約40km)以下庫區(qū)段按正常高水位加風浪浸沒安全2m定淹沒線，清河唐以上按計入淤積后以1962年洪水(相當于50年一遇)的回水線作為移民線，以五年一遇洪水的回水線作為土地征用線。

九、本工程由水電部某工程局施工，機械化程度較高。施工作業(yè)天數(shù)，根據(jù)本地區(qū)氣溫及降雨等自然條件統(tǒng)計如表十。

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表十全年有效施工天數(shù)統(tǒng)計

十、工期：按施工組織設計得知，工程總工期為8年。十一、其它：

施工期下游無供水要求，無須考慮通航、過木問題。

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附錄二

水庫規(guī)劃及建筑特性指標

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※如遇千年一遇洪水，水庫最大泄量與區(qū)間同頻率洪水相遇將超過大

黑汀水庫的千年一遇設計洪水。為此需要控制下泄流量而不超過27500立米/秒以符合大黑汀水庫設計標準。

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第二章壩軸線、壩型選擇和樞紐布臵方案比較

壩址、壩型選擇和樞紐布臵是水利樞紐設計的重要內(nèi)容，三者相互聯(lián)系。在選擇壩址/壩型和樞紐布臵時，不僅要研究樞紐附近的自然條件,而且需要考慮樞紐的施工條件，運行條件，綜合效益，投資指標以及遠景規(guī)劃等，這是水利樞紐設計中貫穿在各個階段的一個十分重要的問題。不同的壩址適用于不同的壩型和樞紐布臵，所以選擇壩址、壩型要同時做出樞紐布臵。針對不同壩址做出不同壩型的各種樞紐布臵方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最后選定較為理想的壩軸線位臵及相應的壩型和樞紐布臵。

第一節(jié)壩軸線的選擇

壩址和軸線的選擇是根據(jù)地形、地質(zhì)、河流走勢等條件綜合考慮決定的。就地形而言，壩址一般以選在狹窄河谷處，節(jié)省工程量；但對于一個具體的樞紐來說，必須從各個方面綜合考慮：是否便于布臵泄洪、發(fā)電建筑物，是否便于施工導流，技術(shù)可行，經(jīng)濟合理等綜合衡量。壩址地質(zhì)條件是水利樞紐設計的重要依據(jù)之一，對壩型的選擇和樞紐的布臵起著決定性作用。壩址最好的地質(zhì)條件是強度高、透水性小、不易風化、沒有構(gòu)造缺陷的巖基。但理想的天然地基很少，因而在選擇壩址時應從實際出發(fā)，針對不同的情況采取不同的地基處理方式，來滿足工程需要。亦可通過選擇不同的壩型或?qū)屋S線轉(zhuǎn)折以適應地質(zhì)條件，同時應考慮兩岸的地質(zhì)因素，使庫區(qū)及兩岸邊坡有足夠的穩(wěn)定性，以防止因蓄水而引起的滑坡現(xiàn)象。就河勢來說，壩址要選在河流順直段，靠近壩址上、下游河流如有急灣最不利，應予避免；樞紐兩岸壩肩的山體要較雄厚，并盡可能離上下游兩岸的沖溝遠一些；水庫周緣應沒有難處理的缺口。

通過對潘家口水庫壩址區(qū)域基本地質(zhì)、地形等資料的研究和分析，確定要選擇合理的壩軸線，必須具備以下四個原則：

一、壩基全部坐落在第四大巖層上

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根據(jù)潘家口水庫地質(zhì)基本資料知：壩區(qū)主要巖性為太古界拉馬溝片麻巖，其次為第四紀松散堆積物，以及不同時期的侵入巖脈，壩區(qū)范圍內(nèi)片麻巖依其巖性變化情況可分為六大層，其中第一、四、六層巖性較好，但第一、六層因受地形限制建壩工程很大，而第四大巖層(ARL4)為角閃斜長片麻巖，具有粗粒至中間細粒纖狀花崗巖變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本層巖體呈厚層塊狀，質(zhì)地均勻，巖性堅硬，抗風化力強，解理裂隙較少，透水性小工程地址條件好，總厚度185m左右，其特性均滿足建壩要求，故壩基建在第四大巖層之上，有利于壩體穩(wěn)定。

二、左岸與第三大巖層保持一定距離

從?壩址河谷段構(gòu)造分析圖”中，可知：第四大巖層，自右岸至左岸逐步向北偏移，且寬度略變窄，若壩軸線垂直水流方向直接伸向左岸，則壩軸線將與第三大巖層相接。由地質(zhì)資料可知：第三大巖層較軟弱，不宜建壩，故壩軸線需偏移，使之與第三大巖層保持一定距離。根據(jù)地質(zhì)剖面資料分析，壩軸線在左岸時向上游推移，避開軟弱的第三大巖層，為以后壩體的穩(wěn)定運行作好基礎。

三、避開大的斷層F2

由壩址河谷段構(gòu)造分析圖可知：壩址處雖然斷層裂隙較多，但大部分規(guī)模較小，對工程影響不大。其中F2斷層最大，它走向為北東85°---西北275°，傾向南，傾角70-80°，寬度2.5-12.5m，屬壓扭斷層。長約200m，一段靠近上游壩踵，對基礎巖石力學強度及壩基完整均一性有影響，故壩軸線應該避開F2斷層，并保持一定距離。

四、避開右岸不穩(wěn)定巖體

由壩址河谷段構(gòu)造分析圖可知：在右岸F2斷層的上方有一塊由ALI5和Qpl組成的不穩(wěn)定的巖體，而庫區(qū)附近歷史地震活動較為頻繁，近年來微繁，弱震仍不斷發(fā)生。由此，壩軸線需避開右岸陡岸的局部不穩(wěn)定巖體，在右岸向上游方向折彎，對大壩日后的安全有利。

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綜上所述：為同時滿足壩基坐落在第四大巖層上，左岸與第三大巖層保持一定距離，右岸避開不穩(wěn)定巖體，河床部位使上游壩踵避開F2斷層四個選擇壩軸線的基本原則。另外，左岸為避開F2斷層向下游偏移，右岸的下游多為破碎帶，故向上游偏移，致使壩軸線傾斜，偏離兩岸山頭；為了節(jié)省工程造價，減少工程量，使兩岸壩軸線彎折，右岸（西）為避開不穩(wěn)定巖體需做一圓弧，延伸至山頭，左岸（東）則折線延伸至山頭；由此，水流方向與壩軸線斜交，雖然會產(chǎn)生橫向水流，對壩體，岸坡有影響，但水庫蓄水后，庫容較大，致使壩前水流流速幾近為零，這樣受到橫向水流影響就很小，故此壩軸線選擇合理可行。

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖對壩軸線有以下要求：

1、壩基應全部座落在第四大巖層（Ar14），第四大巖層為角閃斜長石，

石英及角閃石，本巖體成厚層塊狀，質(zhì)地均一，巖性堅硬，抗風化能力強，工程地質(zhì)條件好，總厚度185米左右，適宜建壩。

2、壩線應避開大的節(jié)理和斷層，并保持一定距離，由壩址河谷段構(gòu)造分析圖，河谷上游有一大的斷層破碎帶F2，走向北東850～西北2750，傾向

及傾角為南70～800，寬度2.5～12.5m，為壓扭性斷層，對基礎巖石力學強度及壩基完整均一性有影響，壩體應避開，壩軸線可向下游移動。

3、河岸右岸有不穩(wěn)定巖體，壩線布臵應避開，保證右壩肩穩(wěn)定，因此右岸壩線應向上游移動。

4、河谷左岸有第3大巖層分布，其巖性比較軟弱，應避開，所以左岸壩線應向上游移動。

5、因受以上條件限制，壩線如果采用直線，將不能通過兩岸山頭，若要滿足擋水要求，工程量將很大，材料用量多，為此，將壩軸線兩岸段用彎折線或圓弧與兩岸山頭相連，即左岸向下游折向，右岸向上游圓弧狀彎折伸向山體。

結(jié)論：可見給定壩軸線滿足以上要求，壩軸線選擇是合理的。

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第二節(jié)壩型選擇

一、綜述

壩型選擇應根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)、地形條件，施工條件，建筑材料，綜合效益，宣泄洪水能力，以及抗震性等特點，通過定性分析，初步選擇兩種壩型進行較詳細的技術(shù)比較，選取既滿足工程要求，又比較經(jīng)濟的壩型，經(jīng)濟比較只要求對壩體的砼方量及三材用量作粗略的計算和比較。

以下分別就各種壩型進行比較分析。

二、壩型選擇方案

（一）土石壩

土石壩又稱當?shù)夭牧蠅?，是歷史最為悠久的一種壩型。土石壩主要分為：均質(zhì)壩、心（斜）墻壩、土石混合（堆石壩）壩等。

1、土石壩優(yōu)點

（1）可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量，幾乎任何土石料均可筑壩。

（2）能適應各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址地基，經(jīng)處理后均可筑壩。

（3）大容量、多功能、高效率施工機械的發(fā)展，提高了土石壩的施工質(zhì)量，加快了進度，降低了造價，促進了高土石壩的發(fā)展。

（4）由于巖土力學理論、試驗手段和計算技術(shù)的發(fā)展，提高了大壩分析計算的水平，加快了設計進度，進一步保障了大壩設計的安全可靠性。

（5）土石壩適應地基變形，施工方便，而且我國擁有豐富的建壩經(jīng)驗。土石壩與砼壩相比，其造價為砼壩的1/10，工程量為砼壩的4倍，由此可見土石壩經(jīng)濟性優(yōu)于砼壩。

2、缺點

由所給潘家口水庫基本資料可知，壩址附近主要的砂石大料場有七處，且儲量足以建壩，各料場的物理性質(zhì)、試驗指標，基本滿足技術(shù)要求，可

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作為大壩混凝土骨料使用。從材料方面看可以建土石壩。但土石壩有它本身的特點，就是壩身不能過水，泄水建筑物需另設溢洪道。由本樞紐基本資料知，兩岸均為高山，山峰綿綿，沒有崖口，沒有合適地形布臵溢洪道，因此，從這方面看，不宜建土石壩。

由于壩址附近無大量的粘性土及砂壤土料，只可供應圍堰防滲材料之用。不能滿足土石壩所需的大量粘性土和砂壤土料，因此，從這方面考慮，此處建設土石壩條件不足。

綜合上述優(yōu)缺點，故本次設計不采用土石壩，而采用混凝土壩。

（二）混凝土壩

如果選擇砼壩應考慮采用拱壩、支墩壩還是重力壩，

1、拱壩優(yōu)缺點

優(yōu)點：拱壩是高次超凈定空間整體結(jié)構(gòu)，壩體的穩(wěn)定性主要依靠兩岸拱端山體反力作用來維持，并不全靠壩體自重來維持。由于拱是一種主要承受軸向壓力的推力結(jié)構(gòu)，拱內(nèi)彎矩較小，應力分布較均勻，有利于發(fā)揮材料的強度，從而壩體厚度可以減薄，節(jié)省工程量。拱壩的體積比同一高度的重力壩大約可節(jié)省1/3～2/3，從經(jīng)濟意義上講，拱壩是一種很優(yōu)越的壩型。且較好的超載能力可達設計荷載的5～11倍，具有很強的抗震能力。

缺點：建筑拱壩要求河谷的寬高比小于4.5，由水庫壩軸線工程地質(zhì)剖面圖量得河谷長為820米，高87米，L/H>4.5，為寬淺形河道，不宜修建拱壩；而且拱壩對壩肩的巖體要求堅固完整，但從壩址河谷段構(gòu)造分析圖可發(fā)現(xiàn)河谷左岸有大的斷層，右岸又存在一個滑坡體，也不宜選擇拱壩；理想的拱壩地形應是左右岸對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。而此壩址處河段順直，兩岸由于受斷層、軟弱地帶的影響，壩軸線為折線形，不適宜建拱壩。

綜合上述，本壩址處不適宜建混凝土拱壩。

2、支墩壩優(yōu)缺點

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優(yōu)點：

支墩壩，自重較輕，壩體工程量小，其中連拱壩與平板壩可節(jié)省10％～60％工程量；支墩可隨受力情況調(diào)整厚度，能充分利用圬工材料的抗壓強度；節(jié)省壩基開挖量和固結(jié)灌漿工作量，可加快施工速度；由于壩體較薄，施工散熱條件較好。

缺點：

支墩本身單薄，側(cè)向剛度比縱向剛度低，在遭遇垂直水利流向的地震作用時，抗震能力明顯低于重力壩；支墩的應力較大，對地基要求比重力壩高；施工期壩體對溫度變化較敏感，容易產(chǎn)生裂縫；模板較復雜且用量較大，混凝土標號要求高，單方混凝土鋼筋用量多，施工存在難度；而且支墩壩有一個致命的缺點，抗壓性差，據(jù)資料顯示庫區(qū)附近歷史上地震活動較為頻繁，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊對本區(qū)與地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為7度，考慮到樞紐的重要性和水庫激發(fā)的地震的可能性，攔河壩設防烈度采用8度，基于此種情況，當?shù)厥遣荒苓x用支墩壩的。

綜合上述，本壩址處不適宜建支墩壩，適宜選擇重力壩壩型。

3、重力壩

重力壩壩身可以過水，對地形地質(zhì)條件適應性強，樞紐泄洪問題容易解決，可以大型機械化施工，施工速度快，故本樞紐選擇重力壩壩型。

重力壩又分為寬縫重力壩、空腹重力壩、實體重力壩。需對三種壩型進行比較做出結(jié)論：

（1）寬縫重力壩優(yōu)缺點：

寬縫重力壩，壩體設臵寬縫后，壩基的滲透水可自寬縫排出，減小了滲透壓力，但寬縫壩增加了模板用量，立模也較復雜，分期導流不便，而且由資料可知當?shù)責o霜期較短（90～180天）冰凍期較長（120～200天），對寬縫壩需要采取保溫措施，工程造價大大增加且不能大型機械化施工，

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工期較長，因此不宜選用寬縫重力壩。

（2）空腹重力壩優(yōu)缺點：

空腹壩與實體壩相比具有以下優(yōu)點：

1）由于空腹下部設底板，減小了壩底面上的揚壓力，可節(jié)省壩體砼方量20%左右；

2）減小了壩基開挖量；

3）壩體前后腿嵌固于巖體樞紐布臵方案

首先根據(jù)樞紐的任務及要求確定樞紐建筑物的組成，然后根據(jù)地質(zhì)、地形等條件，擬定二到三個樞紐布臵方案，并畫出草圖，通過定性分析確

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定較合理的樞紐方案。水利樞紐布臵的任務是合理地確定樞紐中各組成建筑物之間的相互位臵。

一、綜述

潘家口水利樞紐的主要任務是調(diào)節(jié)水量，結(jié)合引水發(fā)電并兼顧防洪。包括溢流壩段、底孔壩段、電站壩段和擋水壩段；擋水壩段在河的兩岸，溢流壩段的位臵與電站的位臵有關(guān)。樞紐功能及其相應的水工建筑物，潘家口水庫樞紐的主要任務是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)城市人民生活用水，結(jié)合引水，并兼顧防洪。

因干流水量年內(nèi)分配很不均勻，汛期主要集中在七、八月份，而且年際變化也很大，所以樞紐設計應具有多年調(diào)節(jié)能力，能將豐水年水量調(diào)到枯水年運用。建壩攔河蓄水所形成的水頭，滿足供水之余可建電站，結(jié)合引水發(fā)電充分利用水頭提高工程效益，電站可裝機18萬千瓦，由三臺發(fā)電機組發(fā)電，并用三條引水管引水。與電站配合運行的還有開關(guān)站、尾水渠等建筑物。

根據(jù)樞紐功能需要，工程具有擋水壩段、電站壩段、底孔壩段、溢流壩段等建筑物。

樞紐布臵主要應考慮：廠房段，底孔段，溢流壩段，擋水壩段的布臵。

二、樞紐布臵應遵循以下原則

1、壩址、壩段及其他主要建筑物的形式選擇和樞紐布臵要做到施工方便，工期短，造價低。

2、樞紐布臵應當滿足各個建筑物在布臵上的要求，各建筑物之間能協(xié)調(diào)、無干擾地工作，保證其他任何工作條件下都能正常工作，滿足樞紐運用管理的要求。

3、在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用。

4、樞紐中各建筑物緊湊，盡量將同一工種的建筑物布臵在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑。

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5、盡可能使樞紐中的部分建筑早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉）。

6、樞紐的外觀應與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。

三、各類建筑物樞紐布臵的要求

1、擋水壩

攔截水流，形成水庫，將其布臵在河岸的兩邊。通常布臵成直線，這樣壩軸線較短，壩身體積小，對建筑物的受力狀態(tài)有利，并便于與相鄰建筑物的聯(lián)結(jié)。但有時受地質(zhì)和地形條件的限制，可將壩軸線布臵成折線，本樞紐即是如此。

2、溢流壩

溢流壩起泄洪作用，前緣應正對上游來水的河流主流方向，下游出口方向最好與主河槽水流方向一致。溢流壩應坐落在堅硬結(jié)實的巖基上，減少下泄水流對其建筑物的影響，以解決下游消能防沖問題。為減少下泄水流對其它建筑物的影響，有時常在溢流壩和這些建筑物之間布臵導墻。本樞紐中，溢流壩的尺寸大概如下：由資料可得萬年一遇洪水流量為59200m2/s，假設單寬泄水流量為200m2/s，需凈寬約300m的溢流孔，每孔尺寸寬約15m，共需20孔，假如泄洪時，底孔開啟輔助泄洪，可代替一個溢流孔還需19孔。中墩和邊墩厚取3m。橫縫設在每個溢流孔中間。故每個溢流段的寬為18m?？傄缌鞫螌挒?8×19+3=345m。

3、泄洪底孔壩段

泄洪底孔進口高程常接近水庫死水位，或靠近河床，隨時可以放水。其作用有：預泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力；放空水庫以便檢修大壩；排放泥沙，減少水庫淤積；隨時向下游放水，滿足航運或灌溉要求；也起施工導流、洪水期泄洪、人防作用。根據(jù)本樞紐基本資料，擬利用泄洪底孔作為二期導流通道，參照已建工程孔口尺寸定為5m寬×7m高，共設四孔，每兩孔口為一個壩段，其中兩個底孔壩段中間隔墩厚4m。所以每個

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底孔壩段的寬度為2×5+3×4=22m，泄洪底孔的總寬為2×22=44m。

4、電站廠房壩段

水電站廠房壩段布臵原則：要求水電站進口水流應該平穩(wěn)，不發(fā)生旋渦和橫向水流，尾水應順暢；當溢流壩于廠房并列布臵時，應盡量將前者布臵在河道深槽，以保證泄水順暢；為減少下泄水流對發(fā)電和航運的不利影響，常在溢流壩與其它建筑物之間設臵導墻；當河流含沙量大，壩前淤積嚴重時，應采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布臵在廠房進水口附近，其高程應滿足運用要求。壩后式廠房應盡可能靠近壩體，以減小引水管路的工程量和水頭損失，對河床式電站，由于泄水建筑物占據(jù)了主河槽，廠房多布臵在岸邊，但應防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。

廠房壩段與泄洪底孔段并排布臵有以下優(yōu)點：（1）可保證電站經(jīng)常引用活水，不會有泥沙淤積。（2）可以共用起閉設備，節(jié)省投資。本樞紐擬定裝機3臺，每臺機組段寬為16m，電站廠房壩段總長為48m。

本樞紐電站廠房壩段位臵選擇是整體樞紐布臵的關(guān)鍵，先擬定兩種方案進行比較，通過論證比較，選擇最優(yōu)方案，以達到技術(shù)上先進和可能，投資少，工期短，運行可靠，管理方便等目的。

四、樞紐布臵方案比較

根據(jù)以上考慮，初步擬定以下兩種方案：

（1）方案一：電站廠房布臵在右岸主河槽

可減少基礎開挖量，獲得高水頭，本地區(qū)主要用電戶在右岸方向，利于就近輸送電力，比較經(jīng)濟。但是，電站尾水位較高，發(fā)電水頭小，尾水有橫向水流存在，影響下游岸坡穩(wěn)定。因本地河流泥沙量大，泄水底孔緊靠廠房，用于排沙泄水，以免泥沙淤積而降低電站效率，挨著底孔壩段向左為溢流壩段，為了不影響電站尾水在下游設臵導墻，其余為擋水壩段。

（2）方案二：電站廠房布臵在左岸，然后自左向右為底孔壩段，溢流壩段，擋水壩段。這種方案雖溢流水流不會影響電站尾水，電站尾水流態(tài)

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好，但開挖量大，才能保證發(fā)電水頭和裝機，不經(jīng)濟。因此，選擇方案一較合理。

（3）經(jīng)濟技術(shù)比較

從經(jīng)濟角度考慮，本電站不宜采用引水式，因為引水式電站需另設隧洞，引水管線，工程成本高，而壩后式電站可采用壩內(nèi)埋管引水，更為經(jīng)濟，壩后式廠房應盡可能靠近壩體，以減小引水管路的工程量和水頭損失，廠房多占據(jù)主河槽，可減小開挖量，獲得高水頭并靠近岸邊。

泄水底孔一般設在河床部位的壩段內(nèi)，進口高程、尺寸、孔數(shù)、孔型是應根據(jù)其主要用途來選擇，狹窄河谷宜與溢流壩段結(jié)合，寬敞河谷兩者可分開布臵，布臵在非溢流壩段內(nèi)的排沙孔應盡量靠近發(fā)電進水口、船閘閘首等需要排沙的部分，放空水庫的孔口高度應設臵較低高程，當在高壩上，泄水孔可采用無壓孔或有壓孔，但應避免交替出現(xiàn)有壓流與無壓流，近年趨向采用無壓孔，用泄水孔泄洪或向下游供水一般不經(jīng)濟。底孔也應設在主槽來滿足排沙要求。

選擇溢流壩位臵時，應考慮是下泄洪水，排冰時水流能與下游平順連接，不直接沖淘壩基和其他建筑物的基礎，其流態(tài)和沖淤不致影響其它建筑物的使用，為此溢流壩也應設在主槽，否則應在溢流壩的兩側(cè)設導墻，來控制水流流態(tài)，導墻的高度應高出溢流水面。

根據(jù)資料，對外交通在右岸，公路、鐵路均距壩址較近，略加修改或擴建既可直通壩址，若選擇第二方案，因用電戶聚集在右岸，需耗費大量電纜，而且電站的安裝維修也不便，從經(jīng)濟合理角度看應選第一種方案。對方案一所存在的問題，用以下方法進行處理：

1.陡峭的不穩(wěn)定巖體開挖成緩坡，并進行噴錨支護。

2.電站與底孔之間設導墻，直至尾水影響較小。

3.對第三巖層進行特殊處理，以確保安全。

從地質(zhì)剖面圖可以看出，為減少電站開挖和便于安裝間的布臵，將電

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站壩段設在BK1+006處，底孔壩段設在BK1+054和BK1+118之間，溢流壩壩段直到BK1+472處。開挖線基本上按建議開挖線，最大開挖高程為126.0m。兩種方案設計的下游立視圖如下：最終選擇方案一。

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第三章壩工設計

第一節(jié)壩工設計綜述

剖面設計是重力壩設計的重要環(huán)節(jié)，主要任務是選擇一個既要滿足穩(wěn)定和強度的要求，又使得壩體工程量最小，外形輪廓簡單，施工方便，運行可靠的剖面，影響剖面設計的因素很多，如荷載、地形、地質(zhì)、運用要求、筑壩材料、施工條件等。本次設計首先考慮壩體的主要荷載，按照安全和經(jīng)濟的要求擬定基本剖面，然后根據(jù)剖面的設計原則，進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計算，校核壩體強度和抗滑穩(wěn)定性能，反復修改，最后確定經(jīng)濟合理的壩體剖面。

重力壩剖面的設計原則是：①滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；②工程量?。虎圻\用方便；④便于施工。

重力壩剖面設計包括的主要工作有：

（1）擬定剖面尺寸參照已建成的條件相近的工程，檢驗和設計工程的壩體要求，或通過簡化計算初步擬定剖面尺寸。

（2）穩(wěn)定分析在持久狀況和偶然狀況下進行承載能力極限狀態(tài)穩(wěn)定計算，保證壩體不至沿壩基面或地基中的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動。

（3）應力分析使壩體應力在承載能力和正常使用極限狀態(tài)下滿足設計要求，保證壩體和地基不產(chǎn)生強度破壞。

（4）確定設計剖面在滿足設計原則條件下的經(jīng)濟剖面確定為設計剖面。

（5）構(gòu)造設計根據(jù)施工和運用要求確定壩體的構(gòu)造，如廊道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、分縫、止水等。

（6）地基處理包括地基防滲、排水、斷層破碎帶的處理等。

《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108—1999）就壩體斷面設計的原則作了如下規(guī)定：?混凝土重力壩一般以材料力學和剛體極限平衡計算成果作為

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確定壩段面的依據(jù)。?一般采用數(shù)學規(guī)劃和優(yōu)化設計方法求得最優(yōu)剖面。本次設計應用材料力學和可靠度理論進行壩體設計。

重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖3—1，在已知壩高H、水壓力P、抗剪強度參數(shù)f、c和揚壓力U的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。

對于完整、堅硬的基巖，f、c值較大，剖面尺寸主要由上游面不出現(xiàn)拉應力的條件控制，上游壩坡較陡，甚至可做成倒坡（n<0），但倒坡對施工不利，立模澆筑砼存在一定難度，在空庫時壩址易出現(xiàn)拉應力。

對于完整性較差、較軟弱的巖基，f、c值較小，需要將上游壩坡放緩，以便借助上游壩面上的水重幫助壩體維持穩(wěn)定。但當n太大時，在滿庫情況下，合力可能超出底邊三分點，壩踵易出現(xiàn)拉應力。

根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下，上游壩坡坡率n=0～0.2，取n＝0.2，常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游的；下游壩坡坡率m=0.6～0.8，取m＝0.7；底寬約為壩高的0.7～0.9倍。

αγH

圖3-1重力壩的基本剖面圖示

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第二節(jié)擋水壩剖面設計

一、擋水壩剖面初步擬定

本次設計擋水壩剖面主要對擋水壩的最大剖面進行擬定，并進行穩(wěn)定和強度校核，應用計算機確定擋水壩的最優(yōu)斷面，以下為手算部分。

（一）壩基高程設計

確定最大剖面的位臵，首先要知道清基后壩基的最低點位臵，地基的處理根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）。

1、壩基設計原則

一般規(guī)定，砼重力壩的基礎經(jīng)處理應滿足下列要求：

（1）具有足夠的強度，以承受壩體的壓力；

（2）具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定和減少不均勻沉陷；

（3）具有足夠的抗?jié)B性，以滿足滲透穩(wěn)定，控制滲流量；

（4）具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長期作用下發(fā)生惡化。

2、壩基開挖

（1）砼重力壩的建基應根據(jù)大壩穩(wěn)定、壩基應力、巖體物理力學性質(zhì)、巖土類別、基礎變形和穩(wěn)定性，上部結(jié)構(gòu)對基礎的要求、基礎加固處理效果及施工工藝、工期和費用等經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定，原則上應考慮技術(shù)加固處理后，在滿足壩的強度和穩(wěn)定的基礎上，減少開挖。

壩高超過100m時，可建在新鮮、微風化或弱風化下部的基巖上。

（2）重力壩的基坑形狀應根據(jù)地形地質(zhì)條件及上部結(jié)構(gòu)的要求確定，壩段的基面上下游高差不宜過大，并略向上游傾斜，若基礎面高差過大或向下游傾斜時，應開挖成帶鈍角的大臺階狀，臺階的高差與砼澆筑塊的尺寸和分縫的位臵相協(xié)調(diào)，并和壩址處的壩體砼厚度相適應。對地形懸殊部位的壩體應調(diào)整壩段的分縫。

（3）基礎中存在的局部工程地質(zhì)缺陷，例如表層夾泥裂縫、強風化區(qū)、

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斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖溶充填物等均應結(jié)合基礎開挖予以挖除。

3、壩基高程擬定

由水庫壩軸線工程地質(zhì)剖面圖量得，河床高程在137m左右，標準洪水位為227.2m，地基開挖時河床上的沖積砂夾石層、沖積粘土夾碎石層必須清除（由地址剖面圖上量得大多在10m以上），所以開挖應按100m以上壩高標準要求考慮。由圖上量的電站壩段最低建基面高程為▽126m。

（二）壩高擬定1、超高值Δh的計算（1）基本公式

壩頂應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式（2.1.1）計算，應選擇兩者中防浪墻較高者作為選定高程。

Δh=2hl+hz+hc（2.1.1）

Δh—防浪墻頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差m；h%—波浪高度m；

hz—波浪中心線至正常蓄水位或校和洪水位的高差m；

hc—安全超高按表3－1采用,對于一級工程設計情況hc＝0.7m，特殊組合(校核情況)hc＝0.5m。

表3－1壩的安全加高hc

必須注意，在計算h（1%）和hz時，正常蓄水位和校核洪水位采用不同的計算風速值。正常蓄水位時，采用重現(xiàn)期為50年的年最大風速；校核洪水位時，采用多年平均最大風速。壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計算：

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壩頂高程=正常蓄水位+Δh正

壩頂高程=校核洪水位+Δh校

式中，Δh正、Δh校分別為計算的壩頂（或防浪墻頂）據(jù)正常蓄水位和校核

洪水位的高度。由于正常蓄水位和校核洪水在計算壩頂超出靜水位Δh時，所采用的風速計算值及安全超高值不一樣，所以在決定壩頂高程時，應按正常蓄水情況（持久狀況）和校核洪水情況（偶然狀況）分別求出壩頂高程，但壩頂高程應高于校核水位。

首先計算波浪高度2hl和波浪長度2LI和波浪中心線超出靜水面的高度

hz。

（2）正常蓄水位時Δh計算

風速采用50年一遇的風速，取為多年平均最大風速的1.5～2.0倍，即：

風速V=2.0×21.5＝43m/s，吹程D=3km。

各波浪要素計算如下：

波高2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166×435/4×31/3=2.64m（官廳公式）

波長2Ll=10.4(2h1)0.8=10.4×2.640.8=22.6m（官廳公式）

ho=4πhl2/2Ll=0.97m（官廳公式）

規(guī)范規(guī)定應采用累計頻率為1%時的波高，對應于5%波高，應乘以1.24；對應于10%波高，應乘以1.41；

V——計算風速，設計情況采用50年一遇,風速取為多年平均最大風速的1.5～2.0倍，校核情況采用多年平均最高風速；

D——吹程，可取壩前沿水庫到對岸水面的最大直線距離；

hz=ho=0.97m

hc=0.7m

Δh=2hl+hz+hc=2.64+0.6+0.7m=4.31m

（2）校核洪水位時Δh計算

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風速采用多年平均風速，即：

V=21.5m/s,D=3km。各波浪要素計算如下：

2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166×21.55/4×31/3=1.11m（官廳公式）

2Ll=10.4(2h1)0.8=10.4×1.110.8=11.31m（官廳公式）

ho=4πhl2/2Ll=0.34m（官廳公式）

所以；

hz=ho=0.34m

hc=0.5m

Δh=2hl+hz+hc=1.11+0.34+0.5m=1.95m

2、壩頂高程計算

根據(jù)以上兩種水位時Δh計算結(jié)果，得出兩種狀況下壩頂高程。

（1）正常蓄水位時的壩頂高程：

▽壩頂=正常蓄水位+Δh

=224.7+4.31=229.01m

（2）校核洪水位時的壩頂高程：

▽壩頂=校核洪水位+Δh

=227.2+1.95=229.15m

為保證大壩的安全運行，應該選用其中的較大值▽壩頂＝229.15m，當壩頂設臵有與壩體連成整體的防浪墻（取1.2m）時，可降低壩頂?shù)母叱?，所以取壩頂高程為?28m。建基面最低開挖高程為▽126m，則最大壩高為102m，屬于高壩。

（三）剖面尺寸擬定

根據(jù)規(guī)范DL5108-1999，常態(tài)混凝土實體重力壩非溢流壩段的上游面可為鉛直面，斜面或折面。上游壩坡宜采用n＝0—0.2，取n＝0.2；當設臵縱縫時，應考慮其對縱縫灌漿前施工期壩體應力的影響，壩坡不宜太緩，采用折面時，折坡點高程應結(jié)合壩內(nèi)發(fā)電進水管，泄水孔建筑物的進水口

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一并考慮，下游壩坡可采用一個或幾個坡段，并根據(jù)穩(wěn)定和應力要求，結(jié)合上游壩坡同時選擇，下游壩坡宜采用m＝0.6—0.8，取m＝0.7；對橫縫設有鍵槽進行灌漿的整體重力壩，壩坡可適當變陡。

根據(jù)《水工建筑物》（孫明權(quán)主編，第72頁），有時為了同時滿足穩(wěn)定和強度壩體抗滑穩(wěn)定要求，同時也避免施工期下游面產(chǎn)生拉應力，折坡起點高度應結(jié)合引水管、泄水孔的進口布臵等通過優(yōu)化設計確定，一般的為壩前最大水頭的1/2—1/3。

上游設臵成折面可利用淤沙增加壩體自重，折點設臵在淤沙水位以上，由資料可知，五十年壩前淤沙高程為177.5m，由于死水位為180m，折點取在高程為181m的位臵。上游壩坡取1：0.2，下游壩坡取1：0.7。

（四）壩頂寬度擬定

壩頂寬度應根據(jù)設備布臵、運行、檢修、施工和交通等需要確定并應滿足抗震，特大洪水時維護等要求。在嚴寒地區(qū)，當冰壓力很大時，還要核算段面的強度。

非溢流壩段的壩頂寬度可根據(jù)要求確定，必要時可在壩的上、下游面加做懸臂結(jié)構(gòu)，增加壩頂寬度，常態(tài)混凝土壩頂最小寬度為3m，為了滿足施工要求，大中型工程不低于10～15m（舊規(guī)范取1%壩高），本工程取壩頂寬度為12m。扣除上游防浪墻厚度、下游側(cè)護欄和排水溝槽，壩頂路面寬度為10m。因為兩岸沒有交通要求，10m寬路面能滿足大壩維修作業(yè)通行需要。

（五）基礎灌漿廊道尺寸擬定

高中壩基礎灌漿廊道的斷面尺寸，應根據(jù)澆灌機具尺寸即工作要求確定，寬度可取2.5m～3.0m，高度可取3.0m～3.5m，為了保證完成其功能且可以自由通行的尺寸，本次設計基礎灌漿廊道斷面取3.0×3.5m，形狀采用城門洞型。

32

廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應滿足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.05～0.1倍作用水頭、且不小于4～5m，本次設計取6.5m，為滿足壓力灌漿，基礎灌漿廊道距基底為4～5m，取5m。擋水壩段剖面擬定見下圖：

1：0.7圖3—2擋水壩剖面擬定

第三節(jié)溢流壩剖面擬定

溢流壩的實用剖面既要滿足穩(wěn)定和強度的要求，也要符合泄流的要求，溢流面曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。

一、剖面擬定

溢流曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。設計要求：

（1）有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；

（2）水流平順，不產(chǎn)生不利的負壓和空蝕破壞；

（3）體形簡單，造價低，便于施工。

1、壩頂曲線段

溢流壩頂頂部曲線是控制流量的關(guān)鍵部位。頂部曲線的形式常用的有克-奧曲線和WES曲線，由于WES壩頂面曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，

33

工程量較省施工方便，所以設計采用WES曲線。原點上游用橢圓曲線，其方程式為：

X2/(aHs)2+(bHs-y)2/(bHs)2=1

式中：aHs和bHs分別為橢圓曲線的長軸和短軸

Hs—定型設計水頭，按堰頂最大作用水頭的75～95％計算a—取0.28～0.30，在此取a＝0.29

a/b—取0.87+3a，則b=0.17

圖3-3WES實用堰面曲線圖示

定型設計水頭的選擇及堰頂可能出現(xiàn)的最大負亞值見表

Hzmax＝227.2-210.0＝17.2m

Hs=0.9×Hzmax=0.9×17.2=15.48m

且0.2Hs＝0.2×15.48＝3.96m<3～6m，滿足《規(guī)范》要求。

34

故：橢圓曲線的長軸aHs＝0.29×15.48=4.49m

bHs=0.17×15.48=2.63m

上游橢圓曲線方程式為：

X2/(4.49)2+(2.63-y)2/(2.63)2=1

2、堰頂下游段堰面曲線

由混凝土重力壩設計規(guī)范DL5108-1999，堰頂下游段堰面曲線可采用下列冪曲：

xnKhsn1y

式中：hs—為定型設計水頭，米，按堰頂最大作用水頭hsmax的

0.75-0.95倍計算，設計中取XC倍。

K、n—與上游堰面的傾斜坡度有關(guān)的參數(shù)，本設計中分別取

2.0和1.85。

x、y—以溢流堰頂頂點為坐標原點的坐標，x以向下游為正，

y以向下為正。

即：y=x1.85×0.0487

對該方程求導，即可得切點B的坐標

dx/dy=0.0478×1.85x1.85=1/0.8

故：xc=22.05yc=14.89

3、中間直線段

中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，取0.6～0.8。中間直線段的坡度通過擋水壩的剖面優(yōu)化程序選取的，

35

最后取值0.8。

4、反弧段

（1）反弧半徑

溢流壩面反弧段是使沿溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施。通常采用圓弧曲線，反弧半徑R按《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）規(guī)定：

R=（4—10）h

式中：h—為校核洪水時，閘門全開反弧處的水深，反弧流速越大，要求反弧半徑越大。但是，如果反弧過大，又將使鼻坎向下游延伸很多，增加了工程量和延誤工程工期。其值為R＝25.0m。

（2）挑坎高程

工程中一般采用下游最高尾水位以上1～2m，由于下游最高尾水位為156.8m，所以挑坎高程定為159.0。

（3）挑角

挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程減小。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加；另外，隨著挑角增大，開始形成挑流得能量，即所謂起挑能量也增大。θ一般在150～300之間，在此取250。

（4）反弧段坐標確定

圓心O’yo’＝158+24×cos25o=179.8m

反弧最低點EyE=179.8-24=155.8M

相對于xoy坐標下yo’＝30.2myE=54.2m

xE=xB+(yE–yB)×0.8+R×tg(51.340/2)

=22.05+(54.2-14.89)×0.8+24×tg(51.340/2)

=65m

切點cxC=Rm2＝25×1.28＝32m。

根據(jù)以上的公式和數(shù)據(jù)，就可以確定溢流壩曲面了。下圖就是本次設計的溢流壩曲面。

36

圖3－4溢流壩實用堰剖面圖

二、消能防沖設計

由于工程所在地地基巖性很好，抗沖能力強，且水頭很高，參考已建工程由DL5108-1999第7.1.6條：消能型式應根據(jù)地形地區(qū)條件、樞紐布臵、運行條件、下游水深及消能防沖要求等綜合考慮，并通過經(jīng)濟技術(shù)比較選定。

由于溢流壩下泄的水流具有很大的動能，常高達幾百萬甚至幾千萬KW，如此巨大的能量，如不妥善處理，勢必導致下游河床被嚴重沖刷，甚至造成塌滑岸破和大壩失事。所以消能措施的合理選擇和設計對樞紐布臵、大壩安全及工程量具有重要意義。

《水工建筑物》及《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）可知消能的設計原則是：1）盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；2）不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；3）下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運轉(zhuǎn)；4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，工程量小。

1、確定消能形式

（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

,37

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）底流式消能:底流消能是在壩址下游設消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內(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）面流式消能:面流消能是在溢流壩下游面設低于下游水位、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臵一個半徑較大的反弧戽斗，戽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

38

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鼻坎高程根據(jù)規(guī)范取為下游尾水位再加上1-2m超高，這里取超高為

39

1.5m，最后把鼻坎高程定為159m。

（2）反弧段半徑的計算

反弧半徑的計算式：R=（4-10）H，R取25m。

（3）挑角的計算

鼻坎挑射角越大（小于45度），挑射距離越遠，但由于此時水舌落入下游的入射角較大，沖刷坑也越深。根據(jù)實驗，鼻坎挑角度取θ=250。

三、挑流沖刷坑驗算

1、水舌挑射距離L，

L，=L+ΔL

L=1/g[v12sinθcosθ+v1cosθ+√v12sin2θ+2g(h1+h2)]ΔL=Ttanβ

式中：L，——沖坑最深點到壩下游垂直面的水平距離；

L——壩下游垂直面到挑流水舌外緣進入下游水面后與河床面交點的水平距離；

ΔL——水舌外緣與河床面交點到?jīng)_坑最深點的水平距離；v1——坎頂水面流速，按鼻坎處平均流速的1.1倍計算；θ——鼻坎的挑角；

h2——坎頂至河床面高差；

h1——坎頂垂直方面水深；

φ——堰面流速系數(shù)，可取0.9-1.0；

β——水舌外緣與下游水面的夾角；

把數(shù)據(jù)帶入式中，得到：

L=1/9.8[392sin25cos25+39cos25(392sin225+2×9.8×15)1/2]

40

=150m

ΔL=10×tan50=12m

L，=L+ΔL=150+12=162m

2、最大沖坑水墊厚度

tk=kq0.5H0.25

式中：tk——水墊厚度，自水面至坑底；

H——上下游水位差；

q——單寬流量；

k——沖刷系數(shù)；取1.1；

把數(shù)據(jù)帶入式中得到：

tk=1.1×33.40.5×70.40.25=58m

3、沖刷坑驗算

L，/tk=162/58=2.79

由計算知：L，/tk=2.79，在允許的范圍內(nèi)，所以設計是合理的。

四、閘門的設臵

閘門分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門。工作閘門用來調(diào)節(jié)下泄流量，需在動水中啟閉，要求有較大的啟閉力；檢修閘門用于短期擋水，以便對工作閘門、建筑物及機械設備進行檢修，在靜水中啟閉，啟閉力較?。皇鹿书l門則是在出現(xiàn)事故緊急使用，能在動水中關(guān)閉。

1、工作閘門

常用的工作閘門有平板閘門和弧形閘門。

平板閘門的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，各孔口可共用一個活動式起閉機；缺點是：啟閉力較大，閘墩較厚。

41

弧形閘門的主要優(yōu)點是：啟閉力較小，閘墩較薄，無門槽，水流平順；缺點是：閘墩較長，受力條件較差。

設計工程有洪水期有峰高量大、漲落迅速的特點，相比較，平板閘門的缺點：啟閉力大和閘墩較厚都顯得更為突出；而弧形閘門的優(yōu)點，啟閉力小，閘墩薄、無門槽和水流平順都顯得更占優(yōu)勢。選擇弧形閘門還可以在有限的壩軸線段上多布臵閘孔，更有利于泄洪。比較后決定，溢流壩閘孔工作閘門采用弧形閘門。

2、檢修和事故閘門

通常的檢修閘門可采用平板閘門、浮箱閘門及較簡單的疊梁門。針對設計工程實際情況分析，由于壩面部夠?qū)?，布臵了弧形工作閘門后，不能再布臵有門槽的平板檢修門，而且平板檢修門還的有啟閉設備，布臵檢修交通橋不方便。

42

第四節(jié)擋水壩穩(wěn)定計算

一荷載計算及其組合

荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類。基本組合屬于設計情況或正常情況，由同時出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設計時應從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進行計算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。

1、設計水位情況

（1）壩體自重

W1=12×100×24=28800KN

W2=1/2×57.4×82×24=56520.96KN

W3=1/2×53×10.6×24=6741.6KN

（2）水平水壓力

上游水平水壓力：P1=1/2×10×96.7×96.7=46754.45KN

下游水平水壓力：P2=1/2×10×24×24=2880KN

（3）垂直水壓力

上游垂直水壓力：Q1=10.6×43.7×10=4632KN

Q2=1/2×10.6×53×10=2809KN

下游垂直水壓力：Q3=1/2×24×16.8×10=2016KN

（4）揚壓力

排水處揚壓力折減系數(shù)：a=0.3

UI=80×24×10=19200KN

43

U2=1/2×69.5×72.7×0.3×10=7579KN

U3=10.5×72.7×0.3×10=2290.05KN

U4=1/2×10.5×72.7×0.7×10=2671.73KN

圖3－5揚壓力計算簡圖

（5）浪壓力

防洪高水位時風速采用50年一遇的風速，即：V=32.25m/s,D=3km。各波浪要素計算如下：

2hl=0.0076V-1/12(gD/V2)1/3×V2/g

=0.0076×32.25-1/12(9.81×3000/32.252)1/3×32.252/9.81=1.84m

2Ll=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.75×V2/g

=0.331×22.5-1/2.15(9.81×3000/22.52)1/3.75×22.52/9.81

44

=16.939m

ho=4πhl2/2Ll=3.14×1.842/16.939

=0.6m

式中：2hl——當gD/V2=20～250時，為累計頻率5%的波高；

當gD/V2=250～1000時，為累計頻率10%的波高。

規(guī)范規(guī)定應采用累計頻率為1%時的波高，對應于5%波高，應乘以1.24；對應于10%波高，應乘以1.41；

V——計算風速，設計情況采用50年一遇風速，校核情況采用多年平均最高風速；

D——吹程，可取壩前沿水庫到對岸水面的最大直線距離；壩前水深H1=224.7-128=96.7m

因為gD/V2=29,在20-250之間，所以累積頻率為1%時的波高為：

2hl(1%)=1.84×1.24=2.28m

又因為防洪高水位情況下，半個波長Ll=16.939/2=8.47m,H1>Ll,則浪壓

力按深水波計算：

Pl=ro(Ll+2hl(1%)+ho)Ll/2-roLl2/2

=10×[(8.47+2.28+0.6)×8.47/2-8.472/2]

=122KN

（6）泥沙壓力

水平泥沙壓力：Pml=rnhn2tan2(450-φ/2)/2

=8×25.82tan2(45-18/2)/2=1405.47KN

垂直泥沙壓力：Pm2=1/2×8×0.2×25.82=532.51KN

45

式中：rn——泥沙的浮重度；

hn——泥沙的淤積厚度；

φ——泥沙的計算說明書）。

2、校核洪水位情況

（1）壩體自重

W1=12×100×24=28800KN

W2=1/2×57.4×82×24=56520.96KN

W3=1/2×53×10.6×24=6741.6KN

（2）水平水壓力

上游水平水壓力：P1=1/2×10×99.22=49203KN

下游水平水壓力：P2=1/2×10×28.82=4147KN

（3）垂直水壓力

上游垂直水壓力：Q1=10.6×46.2×10=4897KN

Q2=1/2×10.6×53×10=2809KN

下游垂直水壓力：Q3=1/2×28.8×20.16×10=2903KN

（4）揚壓力

排水處揚壓力折減系數(shù)：a=0.3

UI=80×28.8×10=23040KN

U2=1/2×69.5×70.4×0.3×10=7339KN

U3=10.5×70.4×0.3×10=2218KN

U4=1/2×10.5×70.4×0.7×10=2587KN

46

（5）浪壓力

校核洪水位時風速采用多年平均的風速，即：V=21.5m/s,D=3km。各波

浪要素計算如下：

2hl=0.0076V-1/12(gD/V2)1/3×V2/g

=0.0076×21.5-1/12(9.81×3000/21.52)1/3×21.52/9.81

=1.108m

2Ll=0.331V-1/2.15(gD/V2)1/3.75×V2/g

=0.331×21.5-1/2.15(9.81×3000/21.52)1/3.75×21.52/9.81

=11.29m

ho=4πhl2/2Ll=3.14×1.1082/11.29

=0.34m

式中：2hl——當gD/V2=20～250時，為累計頻率5%的波高；

當gD/V2=250～1000時，為累計頻率10%的波高。

規(guī)范規(guī)定應采用累計頻率為1%時的波高，對應于5%波高，應乘以1.24；對應于10%波高，應乘以1.41；

V——計算風速，設計情況采用50年一遇風速，校核情況

采用多年平均最高風速；

D——吹程，可取壩前沿水庫到對岸水面的最大直線距離；

壩前水深H1=227.2-128=99.2m

因為gD/V2=65,在20-250之間，所以累積頻率為1%時的波高為：

2hl(1%)=1.108×1.24=1.37m

又因為校核洪水位情況下，半個波長Ll=11.29/2=5.65m,H1>Ll,則浪壓力按

47

深水波計算：

Pl=ro(Ll+2hl(1%)+ho)Ll/2-roLl2/2

=10×[(5.65+1.37+0.34)×5.65/2-5.652/2]

=48KN

（6）泥沙壓力

水平泥沙壓力：Pml=rnhn2tan2(450-φ/2)/2

=8×25.82tan2(45-18/2)/2=1405.47KN

垂直泥沙壓力：Pm2=1/2×8×0.2×25.82=532.51KN

式中：rn——泥沙的浮重度；

hn——泥沙的淤積厚度；

φ——泥沙的計算說明書）。

二、穩(wěn)定分析

現(xiàn)行規(guī)范《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）中規(guī)定，重力壩的抗滑穩(wěn)定驗算應采用概率極限狀態(tài)設計原則。該方法中反映了壩體上的作用（荷載）的不定性和變異性，荷載均為隨機變量。重力壩的抗滑穩(wěn)定計算按承載能力極限狀態(tài)進行計算和驗算?？够€(wěn)定分析的目的：是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?？够€(wěn)定計算時以一個壩段或去單寬作為計算單元。計算公式選擇抗剪斷公式：

K’s=[f’(∑W-U)+c’A]/∑P

關(guān)于安全系數(shù)K’s，設計規(guī)范規(guī)定，不分工程級別，基本荷載組合時，采用3.0；特殊荷載組合（1），采用2.5；特殊荷載組合（2），不小于2.3。

48

1、設計水位時的穩(wěn)定分析

(1)確定壩體上的作用的標準值.在基本組合情況下,壩體上作用標準值的計算過程見表1,可直接采用其計算結(jié)果。

(2)根據(jù)<<混凝土重力壩設計規(guī)范>>(DL5108-1999)中表8.2.1-1查各項作用的分項系數(shù).例如,滲透壓力在表8.2.1-1中查得分項系數(shù)為

1.2,靜水壓力在表中查得分項系數(shù)為1.0,等等.

(3)計算壩體上作用的設計值,見表2.

例如,揚壓力標準值U1=19200KN,揚壓力設計值UIR=19200×1.0=19200KN.

(4)計算作用效應函數(shù)

S(.)=∑PR

∑PR,壩基面上全部切向作用之和,即作用設計值水平方向的代數(shù)和，見表2.

S(.)=45625.8KN

49

(5)計算抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)

本次設計選定的地基為較完整的角閃斜長片麻巖，根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）中的表D1可選擇為II類巖體，抗剪斷參數(shù)的標準值取f’RK=1.0,C’’R的分項系數(shù)為1.3，C’R的分項系數(shù)為3.0。

壩基面抗剪斷系數(shù)設計值f’R=1/1.3=0.769

壩基面抗剪斷黏聚力設計值f’R=840/3.0=280kPa

壩基面的寬度B=80m,壩段長度取1m。

抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)R（.）=f’R∑WR+C’RAR

∑WR為壩基面上全部作用的法向作用設計值之和，既法向力設計值代

數(shù)和，計算過程見表2。

∑WR=63278KN

R（.）=0.769×63278+280×80×1=71061KN

（6）驗算抗滑穩(wěn)定性

持久狀況（基本組合）設計狀況系數(shù)ψ=1.0；I級建筑物結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)ro=1.1；基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)rd1=1.2。根據(jù)式

roψS(.)≤1/rd1R（.）

式的左邊=1.1×1.0×45625.8=50188KN

式的右邊=1/1.2×71061=59217KN

50188<59217

計算結(jié)果表明，重力壩在防洪高水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。

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2、校核洪水位時的穩(wěn)定分析

（1）確定壩體上的作用的標準值.在偶然組合情況下,壩體上作用標準值的計算過程見表3,可直接采用其計算結(jié)果。

（2）根據(jù)<<混凝土重力壩設計規(guī)范>>(DL5108-1999)中表8.2.1-1查各項作用的分項系數(shù).例如,滲透壓力在表8.2.1-1中查得分項系數(shù)為

1.2,靜水壓力在表中查得分項系數(shù)為1.0,等等.

（3）計算壩體上作用的設計值,見表4.

例如揚壓力標準值U1=23040KN,揚壓力設計值UIR=23040×1.0=23040KN.

（4）計算作用效應函數(shù)

S(.)=∑PR

∑PR,壩基面上全部切向作用之和,即作用設計值水平方向的代數(shù)和，見表4.

S(.)=46807.4KN

（5）計算抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)

本次設計選定的地基為較完整的角閃斜長片麻巖，根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》（DL5108-1999）中的表D1可選擇為II類巖體，抗剪斷參數(shù)的標準值取f’RK=1.0,C’’R的分項系數(shù)為1.3，C’R的分項系數(shù)為3.0。

壩基面抗剪斷系數(shù)設計值f’R=1/1.3=0.769

壩基面抗剪斷黏聚力設計值f’R=840/3.0=280kPa

壩基面的寬度B=80m,壩段長度取1m。

抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)R（.）=f’R∑WR+C’RAR

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∑WR為壩基面上全部作用的法向作用設計值之和，既法向力設計值代

數(shù)和，計算過程見表4。

∑WR=60801KN

R（.）=0.769×60801+280×80×1=69156KN

（6）驗算抗滑穩(wěn)定性

偶然狀況（偶然組合）設計狀況系數(shù)ψ=0.85；I級建筑物結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)ro=1.1；基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)rd2=1.2。根據(jù)式

roψS(.)≤1/rd2R（.）

式的左邊=1.1×0.85×46807.4=43765KN

式的右邊=1/1.2×69156=57630KN

43765<57630

計算結(jié)果表明，重力壩在校核洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。

三、應力分析

采用概率極限狀態(tài)設計時，對重力壩應分別按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行驗算。

1、設計水位情況

在設計水位情況下（持久狀況）下，∑W的標準值和設計值以及∑M的標準值和設計值已在上節(jié)計算中得出，現(xiàn)列于表5中。

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表5防洪高水位情況下的∑W和∑M

根據(jù)壩體剖面，已知壩底寬度B=80m。取1m壩段進行驗算,An=80×1=80m2,下游壩坡的坡率m=0.7。

混凝土采用C10等級，fkc=9.8MPa,

fc=fkc/rm=9.8/1.5=6.53MPa

壩基巖石的抗壓強度fkR=70MPa。

具體計算步驟如下：

承載能力極限狀態(tài)校核

壩址