春河章谷水利樞紐-重力壩設計

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要： 第一章基本資料1.1流域及樞紐任務概況春河屬于山區(qū)河道，流域內多高山峽谷，平原范圍甚小，章谷以上河床平均坡度為1/600，以下平均坡度為1/1000，坡陡流急，暴雨急流時間甚短，每逢暴雨，山洪暴發(fā)，易泛濫成災，下游農田受到洪水威脅，流域內山區(qū)占70％，墾地占30％。本流域內除糧食外，還出產棉花、桐油、木耳、藥材等，上游以發(fā)現銅、銀、鋅、鉛、鐵等礦很多，但目前尚未得到開發(fā)，春河本身雖流量不大，但因地勢關系，水流遄急，蘊藏著豐富的水力資源。春河灘多流急，航行不便，故暫可不考慮航運問題。春河左岸有公路干線通過，交通較便，右岸則僅有山區(qū)小道。本樞紐位于春河上游山區(qū)，壩址選定在張谷，主要任務是防洪發(fā)電。發(fā)電尾水可供下游農田灌溉，規(guī)劃中僅在章谷以下120km規(guī)劃部門根據滿足各水利專業(yè)部門的需要，提出了下列數據，可作為設計水工建筑物的依據：水電站正常高水位1300.58m最有利工作深度41汛前水位1287m水庫最高水位不得超過1305.31設計泄水時下游安全泄量807m3/校核洪水時下游安全泄量956m3/電站裝機容量45000kw機組數目7臺電站最大引用流量140m３/水輪機型式HL-220-LH-2501.2水文氣象資料1.2.1河流特性降雨為形成春河洪水的原因,本流域水災多由暴雨產生。洪水一般出現在7～10月份，因坡陡流急，洪峰漲落時間很短，一般為2～3天。表1-1各種頻率下的最大洪峰流量（m3/s）頻率（%）0.010.10.512510夏秋季1110902770730675600540冬春季350330285表1-2實測洪峰過程（m3/s）時間（h）04812162024283236流量（m3/s)3540108216486597512436373310時間（h）404448525660646872流量（m3/s)2481931561168863534031表1-3實測月平均流量（m3/s）月份123456789101112流量（m3/s)252432601801911831401701353522表1-4多年平均降雨量（mm）月份

項目123456多年平均降雨量（mm）10.734.244.156.9135165多年平均降雨日數（d）58.68.68.29.87.4月份

項目789101112多年平均降雨量（mm）191.618190.495.954.417.1多年平均降雨日數（d）1211.410.61110.85.4最多雨量發(fā)生在1952年，共計201mm，最少雨量發(fā)生在1954年，只有37mm。一日最大雨量達1961.2.2氣溫情況本流域氣候溫和，年平均溫度約為17℃，最低月平均溫度為4.6℃，極少冰凍現象，最高月平均溫度不超過表1-5每月的氣溫變化（℃）：月份123456789101112月平均溫度4.661217.123.425.528.529.223.115.111.88最高溫度20.121.829.535.638.140.24036.836.532.122.119.7最低溫度-9.5-9-3.1-3.15.111.616.111.79.93-6-9.3表中所示溫度皆以攝氏度℃表示。1.2.3河流泥沙情況泥沙大部分是頁巖風化的產物，顆粒很細。據資料統(tǒng)計，該工程多年平均輸沙量為3.57WT，，查得淤沙的飽和容重為19.5KN/m3。在預留淤沙庫容時，水土保持有效年限估計為30年。1.2.4其它本地區(qū)多年平均最大風速為14m/s，設計情況計算風速21m/s，校核情況風速14m/s，吹程為1km。1.3地形地質情況張谷壩址右岸高山重疊，交通不便。左岸地勢較平坦，小丘陵綿延。在張谷上游地形開闊，可以蓄水，容納水量很多。張谷是一個峽谷，兩岸懸崖陡壁，十分險要，河岸狹窄，寬僅一百余米，是理想的筑壩地點。壩址地質為青灰色的石灰?guī)r，為整體巖石，石質堅硬。右岸山崗覆有薄層黃土。在甲壩軸線上，右岸山崗沙壤土覆蓋層最厚的為5m，巖石風化厚度為3m。左岸巖石露頭，節(jié)理不多，風化層有在乙壩軸線上，右岸山崗沙壤土覆蓋層較厚，最后的達18m。風化巖石最厚的達7經過調查研究，已查明壩址附近無斷層。壩址基礎石英巖的抗壓強度為1000—1200kg/cm2，摩擦系數為0.65?？辜魯嗄Σ料禂禐?.1，抗剪斷凝聚力為1.2MPa本地區(qū)曾發(fā)生過輕微地震，據分析地震烈度為4級。1.4工程材料、交通運輸及勞動力供應情況1.4.1當地材料石料——距壩址上游一公里處，兩岸石英巖及頁巖可大量開采，而且石質良好。在25次凍融之后，抗壓強度為900kg/cm2。砂料——距壩址上游3km處，灘地有堅硬的礫石和粗砂，蘊藏量約有40萬m3，砂為石英顆粒，是風化產物。土料——距壩址上游5km處有粘壤土，蘊藏量約為20萬m3，其內摩擦角為20°(飽和的)，天然干容重γ=1.6t/m3，滲透系數Ｋ值為4ⅹ10-7cm/s木材——可自距壩址15公里的深山內取得。1.4.2交通運輸及勞動力及機械供應條件目前主要交通運輸靠公路干線，公路干線距壩址左岸約2km。水泥鋼材可由公路自離壩址60km附近無施工動力，機械可由甲城供應。普通工人當地可以供應三萬人，技術工人可由甲城調來。第二章壩型選擇與主要建筑物的選擇2.1基礎數據由圖2-1下游水位流量關系曲線可知當流量為零時，水位為1253m，即河床高程為1253m。假設向下開挖地基3m，則壩基面高程為1253-3=1250m圖2-12.2工程等別經查表（課本P10表1-1），由水庫總庫容為1490萬m3(0.149億m3)可判斷該工程為中型Ⅲ級工程；由灌溉面積6.28萬畝可判斷該工程為中型Ⅲ級工程；由電站裝機容量為2×250=500kw<1萬kw可判斷為?。?）型Ⅴ級工程。對于綜合利用的水利水電工程，其工程等別應按其中最高等別確定，所以該工程為中型Ⅲ級工程。我們所設計的建筑物為大壩，屬永久性水工建筑物，查表（課本P10表1-2）可得該大壩屬于3級主要建筑物，再查表（課本P11表1-3）可得該水工建筑物的結構安全級別為Ⅱ級。2.3壩基的力學參數由于巖體較完整，有一定強度，抗滑、抗變形性能受結構面和巖石強度控制，可根據表1-4（《混凝土重力壩設計規(guī)范》壩基巖體工程地質分類及巖體力學系數表）判斷該壩基巖體的工程地質分類為中硬巖Ⅲ等。從而根據規(guī)范可查得混凝土與壩基接觸面的抗剪斷參數為：，抗剪參數為：。2.4水文條件本樞紐屬于中型Ⅲ等工程，永久性建筑物為3級，按規(guī)范要求，采用50年一遇洪水設計，500一遇洪水校核。2.4.1淤積高程的確定該工程多年平均輸沙量為3.57萬噸，本工程考慮正常運行期為30年，查得淤沙的飽和容重為19.5KN/m3,則淤積庫容為：由圖1-2查得相對應的淤積高程為1265m,淤沙高度為1265-1250=15m,由于淤積庫容2.4.2死水位及死庫容的確定在滿足一定生態(tài)要求的條件下，死水位越低死庫容越小，興利庫容越大，經濟效益越高，所以一般死水位取略高于淤積高程，即取1270m。查圖2-2可得對應的死庫容為108.99萬m3，興利庫容=正常蓄水位以下庫容-死庫容=1188.99-108.99=1080萬m3 圖2-2因此可得下表：表2-1特征水位上游水位（m）下游水位（m）庫容（萬m3）溢流壩泄量（m3/s）校核洪水位1304.341258.141490965設計洪水位1303.431257.261413807正常蓄水位1300.581188.99死水位1270108.992.5氣象數據本地區(qū)多年平均最大風速為14m/s，設計情況計算風速21m/s，校核情況風速14m/s，吹程為1km。2.6樞紐總布置根據對地形、地質、天然建筑材料等因素的考慮，本工程選用混凝土重力壩方案。重力壩由溢流壩段和非溢流壩段組成。2.7壩址選擇經地質勘查和流域資料分析，壩址選在平直峽谷段(長1.0km)的出口處，壩軸線長度(兩岸等高線1310.0m間的距離)540.0m，左岸平均坡度1：0.5，右岸平均坡度1：0.45，下游500m開始右岸有1.5km第三章非溢流壩設計3.1剖面設計3.1.1（1）波浪要素按官廳水庫公式計算：（m）；（m）；（m）；（一般峽谷水庫因，所以：）；其中：為計算風速，m/s。正常蓄水位和設計洪水位時，宜采用相應季節(jié)50年重現期最大風速，校核洪水位時宜采用相應洪水期最大風速的多年平均值。—吹程，m；—波長，m；—波浪高度，m；—波浪中心線高于靜水位的高度，m；—壩前水深，m；—超高，m；—安全加高（根據建筑物的安全級別可查表2-1，課本P34，由于該工程的結構安全級別為Ⅱ級，故查得，）。（2）其中：—正常蓄水位基本荷載組合作用下需要的超高；—校核洪水位時需要的超高。計算過程如下：1、在正常蓄水位中：取取則，在正常蓄水位時，超高為：則在正常蓄水位的情況下：防浪墻高程為=水位高程+超高=1300.58+1.46=1302.04m2、再校核蓄水位中：取取則在校核蓄水位時，超高為：則在校核蓄水位的情況下：防浪墻高程為=水位高程+超高=1304.34+0.97=1305.31m（3）經計算可得下表3-1基本情況水位高程（m）V0m/skmmLmmmm防浪墻高程（m）正常蓄水位1300.582110.758.230.210.51.461302.04校核洪水位1304.341410.455.490.120.40.971305.31經比較可知防浪墻墻頂高程=max(1302.04,1305.31)=1305.31m。假設防浪墻修1.2m高，則壩頂高程=1305.31-1.2=1304.11m，最大壩高=1304.11-1250=54.11m，取543.1.2壩頂寬度按規(guī)范，考慮交通需求，壩頂寬度取7m。3.1.3壩底寬度根據工程經驗，壩底寬度一般為0.7～0.9倍的壩高。取底寬與壩高比為0.8：此時壩底寬B則大壩壩底寬取43m。3.1.4壩面坡度上游壩面采用鉛直；下游坡面采用基本三角形頂點與校核洪水位齊平的剖面形式，則折坡處向上延伸與校核洪水位相交。根據幾何關系，可得坡度為1:0.8，下游折點高程為1295.55m。因此可得非溢流壩段剖面尺寸如圖3-1。71305.3171305.311304.111304.341303.4312501280385圖3-1非溢流壩段剖面面尺寸1257.261258.14431:0.8541295.551300.583.2抗滑穩(wěn)定及壩基面應力分析3.2.1荷載組合及計算選取兩種荷載組合進行計算，分別為基本組合對應的是設計洪水位，偶然組合對應的是校核洪水位。由于壩基地質條件不是很好，即在離壩踵5m處設置防滲帷幕和排水孔。滲透壓強系數。荷載分布如下圖3-2（沿壩軸線方向取1mUUWP1PsP2P2圖3-2荷載分布圖圖中P1為上游水壓力；P2為下游水壓力，W為壩體自重；U為揚壓力,Ps為泥沙壓力。設壩基面水平，根據抗剪斷理論分析及其計算公式得：——大壩在任何水平截面以上的壩體所承受的總水平推力，KN；——為水平截面所承受的正壓力；——該平面上的摩擦系數（?。?； ——抗剪斷凝聚力（取）；A——滑動截面面積；設計洪水位時＝3.0；校核洪水位時＝2.5設下游壩面與水平地面的夾角分別為：，因為坡度為1:0.8?？捎扇呛瘮档?、7799544554453643736437圖3-3將壩體分為一個矩形和一個三角形，如上圖3-3其中矩形面積S矩；而在三角形中三角形高為h：，三角形的底長為:。則三角形面積S△：設計洪水位時的抗滑穩(wěn)定性計算：依據表2-1可知，該河流上游水位為1303.43m,下游水位為1257.26m。則可得：上游水深H1=1303.43-1253=50.43m，下游水深H2=1257.26-1253=4.26m壩體自重：；上游水壓力：；下游水壓力：；水平方向分力：；豎直方向分力：；揚壓力的計算：由于設置有防滲帷幕，滲透壓強系數。則壩底面上游處（壩踵）揚壓力作用水頭為50.43m，排水孔中心處：m壩地面下游處（壩址）揚壓力作用水頭H2=4.26m，各段之間都是直線連接?？偟膿P壓力為該圖中折線和壩底圍城的面積。如圖3-2所示：⑤泥沙壓力：則有所以滿足我國《混凝土重力壩設計規(guī)范》SDJ21—78及其補充規(guī)定[(84)水電水規(guī)字第131號]所規(guī)定的按剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數。校核洪水位時的抗滑穩(wěn)定性計算：依據表2-1可知，該河流上游水位1304.34m，下游水位1258.14m。則可得上游水深H1=1304.34-1253=51.34m下游水深H2=1258.14-1253=5.14m壩體自重：；上游水壓力：；下游水壓力：；水平方向分力：；豎直方向分力：；壓力的計算：由于設置有防滲帷幕，滲透壓強系數。則壩底面上游處（壩踵）揚壓力作用水頭為51.34m。排水孔中心處：壩地面下游處（壩址）揚壓力作用水頭H2=5.14m，各段之間都是直線連接?？偟膿P壓力為該圖中折線和壩底圍城的面積。如圖3-2所示⑤泥沙壓力：則有所以滿足我國《混凝土重力壩設計規(guī)范》SDJ21—78及其補充規(guī)定[(84)水電水規(guī)字第131號]所規(guī)定的按剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數。3.2.2上下游壩面應力計算重力壩設計時，除了按規(guī)范核算沿壩基面的抗滑穩(wěn)定要求，還要核定大壩在施工期和運行期是否滿足強度要求。在一般情況下，壩體的最大、最小正應力和主應力都出現在上下游壩面，所以重力壩設計規(guī)范規(guī)定，應核算上下游壩面的應力是否滿足強度要求?；谝韵氯c基本假定：（1）壩體混凝土為均質、連續(xù)、各項同性的彈性材料；（2）視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應力的影響，并認為各壩段獨立工作，永久橫縫不傳力；（3）假定壩體水平截面上的正應力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應力的影響。應用材料力學方法分析重力壩在正常蓄水位(1300.58m)下的應力。為方便計算，假設下游水深為0m。如圖3-4建立坐標系，坐標原點為O，壩踵為O1,壩址為O2，則YYUUWP1PsO1O2O1O2X圖3-4①正常蓄水位時：上游水深H1=1300.58-1253=47.58m；下游水深H2=0上游水壓力：：②壩體自重：：③揚壓力的計算：由于設置有防滲帷幕，滲透壓強系數。則壩底面上游處（壩踵）揚壓力作用水頭為47.58m，排水孔中心處：壩地面下游處（壩址）揚壓力作用水頭H2=0m，各段之間都是直線連接?？偟膿P壓力為該圖中折線和壩底圍城的面積。如圖3-4作用點距壩踵：泥沙壓力：作用點距壩踵：對壩踵的彎矩：對壩址的彎矩：3.2.2.1上游：下游：壩踵、壩址處均沒有出現拉應力，滿足工程規(guī)范要求。3.2.2.2剪應力（、）上游面水壓力強度和泥沙壓力強度和：下游面水壓力強度：上游揚壓力強度：下游揚壓力強度：上游剪應力：說明：剪力為零，說明為主應力面。下游剪應力：其中n為上游壩坡坡率，，為上游壩面與豎直面的夾角。因為上游壩坡鉛垂，故為0，n也為0；m為下游壩坡坡率，，為下游壩面與豎直面的夾角，易得m=0.8。3.2.2.3水平正應力3.2.2.4主應力第四章溢流壩剖面設計4.1泄水方式的選擇重力壩的泄水方式主要有開敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外還可以排除冰凌或其他漂浮物；設置閘門時，閘門頂高程大致與正常高水位齊平，堰頂高程較低，可利用閘門的開啟高度調節(jié)水位和下泄流量，適用于大中型工程，采用開敞式溢流水庫有較大的泄洪能力，本設計采用開敞式溢流。4.2孔口凈寬的擬定孔口凈寬按以下公式計算：其中Q溢為下泄流量；q單寬流量。由已知條件：50年一遇洪水，相應洪峰流量為961m3/s；500年一遇洪水，相應洪峰流量為1572m3/s。經調洪演算求得設計洪水位達1303.43m，相應下泄流量為807m3/s；校核洪水位1304.34m，相應下泄流量為965m3/s。q＝20～50m/s，表4-1:計算情況流量Q(m3/s)單寬流量q(m3/s)孔口凈寬B(m)設計水位80720～5040.35～16.14校核水位96520～5048.25～19.3根據以上計算，取孔口凈寬B=30m，設計洪水位時單寬流量為27m/s,為了保證泄洪時閘門的對稱開啟，?。好靠變魧抌=5m4.3求溢流壩段凈寬L0根據閘門的形式取閘墩厚度d＝1.2m，由上述計算孔口凈寬b＝5m則溢流前緣總長L0為：L0＝B+D=nb+(n-1)d=7×5+(7-1)×1.2=42.2m<454.4求堰上水頭H0由公式可確定堰上水頭，公式為其中——閘墩側收縮系數，與墩頭形式有關，取=0.92；m——流量系數，按WES溢流面曲線查武漢大學出版社出版《水力學》得m=0.502；g——重力加速度，g=9.8m當設計洪水位時，=807m3/s,B=30m,即=5.57≈5.6m驗算：當校核洪水位時，泄流量為965m3/s，=5.6m,代入公式求得孔口凈寬B為35.6m,對應的校核水位單寬流量q為27m/s，不大于設計水位的單寬流量27m/s，滿足條件，說明設計合理。所以取溢流壩段堰上水頭=5.6m,堰頂高程為:1305.31-5.6=1299.71m。4.5堰型的確定溢流面由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。設計要求：（1）有較高的流量系數，泄流能力大；（2）水流平順，不產生不利的負壓和空蝕破壞；（3）體型簡單，造價低，便于施工等。頂部曲線段（1）由于WES溢流曲線的流量系數較大且剖面較瘦，工程量教省，壩面曲線用方程控制，容易找到切點位置，施工教方便，故采用WES溢流堰形式。WES溢流剖面堰型采用冪曲線公式如下：其中—定型設計水頭，為了防止出現負壓和得到經濟的剖面，采用堰頂水頭Hd=(0.75～0.95)H0，取Hd=0.8H0=4.48m。a、b——系數，與堰的上游系數面傾斜坡度有關，由《水工建筑物》課本P106可知，當上游面為垂直的時候a=0.5,b=1.85；x、y——以堰頂最高點為原點坐標?；啚閳D4-1圖4-2溢流壩壩型（2）堰頂曲線與堰下游面的連接點：堰頂曲線和下游壩面應該是光滑連接，即下游壩面直線是堰頂曲線在交接點的切線。這兩條直線的斜率應相等。堰下游面坡度與非溢流壩段的下游面相同為1：m=1:0.8。設兩曲線相交點坐標為（x,y）,易知下游壩面直線斜率為k=1.25,堰頂曲線在焦點處斜率為曲線方程對x求導：可求得x=39.02、y=26.37第五章消能防沖設計5.1消能形式及其比較通過溢流壩頂下泄的水流，具有很大的能量，必須采取有效地消能措施，保護下游河床免受沖刷。消能設計的原則是：消能效果好，結構可靠，防止空蝕和磨損，以保證壩體和有關建筑物的安全。設計時應根據壩址地形，地質條件，樞紐布置，壩高，下泄流量等綜合考慮。表5-1消能形式及其比較消能形式原理及其特點適用情況底流消能基本原理是使水流產生臨界水躍，通過表層旋滾消能；它常需要護坦，消力池等措施，對于基巖往往不夠經濟。常用于水閘。挑流消能挑流消能，利用鼻坎將自溢流面下泄的高速水流向空中拋射，使水流擴散并卷入大量的空氣，然后落入下游河床的水墊中。水流在同空氣摩擦的過程中，消耗了約20%的能量。拋射到下游河床水墊后，形成強烈的旋滾區(qū)，沖刷河床形成沖坑，同時消耗掉大部分的能量。它一般適用于基巖上的水工建筑物，特別是高水頭、大流量的泄水建筑物。面流消能面流消能的原理是將高速水流挑至尾水面，在標成主流和河床之間形成逆流漩渦和躍波，通過旋渦和主流擴散而消能。水流在表面可減輕對壩下河床的沖刷，但是可能水滾裹挾石塊，磨損壩腳地基。它適用于下游尾水較深，流量變化范圍小，水位變幅不大的情況，由于表層水流速很大，對下游的電站和航運有影響。消力戽消能它將鼻坎設置在水下，不形成自由水舌，水流在戶戽產生旋滾，經鼻坎將高速主流挑射至水流表面，消耗大量動能。它一般適用于尾水較深，變幅較小，無航運要求，切地基條件比較好的情況。消能形式及原理：重力壩的下泄水流具有很大的能量，如不能妥善的消除水流的能量，將沖刷建筑物及河床基巖，危及建筑物的安全。常用的消能形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等，他們的比較列于表5-15.2洪水標準和相關參數的選定 本次設計的重力壩是3級水工建筑物，根據SL252—2000表3.2.4，消能防沖設計采用按50年洪水重現期標準設計。根據地形地質條件，選用挑流消能。根據已建工程經驗，挑射=20°。設反弧段起始點和挑出點在同一高程處。當下泄流量為807m3/s時，由下游流量水位曲線關系可得下游水位為1257.26m，下游水深為1257.26-1250=7.26m。此時按1：0.8的比列計算大壩下游淹沒寬度為：5.8m該工程采用挑流消能工，根據下泄水流應該在高于下游水位大約1m處將水流挑出，確定鼻坎高程為坎=1258.26m。挑角由工程類比經驗和試驗成果取得2=20°。5.3反弧半徑的確定反弧半徑R為：對于挑流消能，可按下式求得反弧段的半徑—堰面流速系數，取0.95；H—設計洪水位至坎頂高差，H=1303.43-1258.26=45.17m(取坎頂高程為1258.26故算出m3/sQ—校核洪水時溢流壩下泄流量，(965mB—鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2×邊墩厚度；B=5+2×3=1R=（4～10）hR=12.4～31（m）根據經驗，取R=8（m）此時反弧最低點高程：圓心高程：5.4坎頂水深的確定坎頂水深計算公式為：坎頂水流流速v按下式計算：—堰面流速系數，取0.95；H—設計洪水位至坎頂高差，H=1303.43-1258.26=45.17m(取坎頂高程為1258.26m)故算出m3/sQ—50年一遇洪水時溢流壩下泄流量，(807mB—鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2×邊墩厚度；B=5+2×3=1故坎頂平均水深：5.5水舌拋距計算根據SL253-2000《溢洪道設計規(guī)范》，計算水舌拋距和最大沖坑水墊厚度。計算公式：水舌拋距計算公式：L：水舌拋距：：鼻坎的挑角：：坎頂至河床面的高差：堰面流量系數，取0.95；將這些數據代入水舌拋距的公式得：5.6最大沖坑水墊厚度及最大沖坑厚度最大沖坑水墊厚度公式：：水墊厚度，自水面算至坑底。：單寬流量，由前面的計算可得單寬流量為20；：上下游水位差，根據資料可得水位差為40.5m；：沖刷系數，（這里根據地質情況取1.5）；將數據代入公式得：所以最大沖坑水墊厚度為20.32m最大沖坑厚度估算：圖5-1沖坑厚度圖示為了保證大壩的安全，挑距應有足夠的的長度。一般當時，認為是安全的。計算結果為所以滿足規(guī)范。故，其消能防沖設計符合規(guī)范設計要求。第六章泄水孔的設計6.1有壓泄水孔的設計壩體在內水壓力的作用下可能會出現拉應力，因此孔壁需要鋼板襯砌。6.1.1孔徑D的擬定孔徑D的擬定可依據下式：式中：Q—每個發(fā)電孔引取的流量，m3/sVp—孔內的允許流速，m/s，對于發(fā)電孔Vp=5.0~6.0m/s。6.1.2進水口體形設計進水口體形應滿足水流平順、水頭損失小的要求，進水口形狀應盡可能符合流線變化規(guī)律。工程中常采用橢圓曲線活著圓弧形的三向收縮矩形進水口橢圓方程為：式中a—橢圓長半軸，圓形進口時，a為圓孔直徑：矩形進口時，頂面曲線a為孔高h，側面曲線a為孔寬B；b—橢圓短半軸，圓形進口時，b=0.3a；矩形進口時，頂面曲線b=（1/3~1/4）a對于重要工程的進水口曲線應通過水工模型試驗進行修改?？卓诘母邔挶龋╤/B）不宜太大，最大不超過2。根據經驗和流量情況，選用橢圓曲線的三向收縮矩形進水口可知：a=h=2.11m孔口的高寬比，故孔口設計符合要求6.1.3閘門與門槽閘門形式的型式選擇比較常見的閘門形式是平板和弧形門。平板直升閘門能滿足各種類型的泄水孔道的要求，所以他是應用最為廣泛的一種閘門形式：弧形門也是一種應用十分廣泛的門型，它一般可用于泄洪道和無壓泄水孔的泄水形勢。二者具有特性如表6-2所示：閘門形式及其優(yōu)缺點表6-2閘門形式優(yōu)點缺點平板門1、可封閉相當大面積的空口；2、建筑物順流方向尺寸較小；3、閘門結構簡單，其制造、安裝和運輸工作相對來說比較簡單方便；4、門頁可以出孔口；5、門頁可以在孔口見互用；6、門頁可為數段，有利于泄洪和排沙；7、閘門啟閉設備比較簡單，對對移動式起門機適應性較好。1、需要較高和較厚的閘墩；2、具有影響水流的門槽，特別是在水頭較高的情況，門槽會帶來很多的麻煩；3、需要啟閉力較大，故需選用超大的門機?；⌒伍T1、可封閉相當大面積的空口；2、所需閘墩高度和厚度較??；3、沒有影響水流流態(tài)的門槽；4、所需的啟閉力較?。?、埋件數量少。1、需要較長的閘墩；2、閘門所占空間比較大；3、不能提出孔口以外進行維修；4、閘門所承受的總水壓力較大，不能在孔口間互換。有壓泄水孔一般在進水口設置攔污柵和平面檢修門，在出口處設置無門槽的弧形閘門。6.2泄水口斷面設計6.2.1漸寬段有壓泄水孔控申斷面為圓形，進水口閘門為矩形，在進口閘門之后需設置漸寬段，以保持水流平順。根據規(guī)范取漸寬段長度為5.28m漸變規(guī)律一般都是收縮型，采用圓角過渡。6.2.2出水口有壓泄水孔的出口控制著整個泄水孔的內水壓力情況，為了避免空蝕破壞，講出口縮小以增加孔內壓力，常采用壓坡段，根據規(guī)范，取出口斷面面積為孔身斷面面積的90%可知出水口斷面面積A=2.458m26.2.3通氣孔和平壓管平壓管是埋在壩體內部、平衡檢修閘門兩側誰呀以減小啟門力的輸水管道。從水庫中引水，閥門設在廊道內。平壓管的直徑應根據設計充水時間（一般不超過8h）確定。根據規(guī)范，通氣孔的斷面面積A通=0.022m第七章壩體細部構造設計7.1壩頂構造7.1.1非溢流壩壩頂上游設置防浪墻，與壩體連成整體，其結構為鋼筋混凝土結構。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內設止水。墻高為1.2m，厚度為35cm，以滿足運用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側傾斜，坡度為3%，兩邊設有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂總寬度為4m，下游側設置欄桿及路燈。7.1.2溢流壩溢流壩的上部設有閘門、閘墩、門機、交通橋等設備。7.1.3閘門的布置工作閘門布置在溢流壩段處稍微偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負壓。采用平面鋼閘門，門的尺寸為10m×10m，工作閘門的上游設有檢修閘門，二門之間的凈距為2m。7.1.4閘墩閘墩的墩頭形狀為上游采用半圓形，下游采用流線型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程即1304.11m。中墩厚度為3m，邊墩厚度為3m，溢流壩的分縫設在閘孔中間，故沒有縫墩。工作閘門槽深1m，寬1m，檢修閘門槽深0.5m，寬0.5m圖7-1中墩及閘門槽尺寸擬定圖7-2邊墩及閘門槽尺寸擬定7.1.5導水墻邊墩向下游延伸成導水墻，其長度延伸到挑流鼻坎的末端。邊墩的高度應高出摻氣后水深0.5～1.5m，平直段摻氣后水深估算公式為：式中：h、hb—摻氣前、后的水深，m；v—摻氣前計算斷面的平均流速，m/s；ξ—修正系數，一般為1.0～1.4m/s，v＞20m/s時，取較大值。代入數據得hb=1.8×(1+1.4×22.887/100)=2.377m，則導水墻高度為2.377+0.6=2.977m，導水墻需分縫，間距為17m，其橫斷面為梯形，頂寬取0.7m。7.2壩體分縫設計7.2.1橫縫垂直于壩軸線布置，縫距為19m，縫寬2cm，內有止水。7.2.2水平施工縫混凝土澆筑塊厚度為4m，縱縫兩側相鄰壩塊的水平縫錯開布置，上下層混凝土澆筑間歇為5d，上層混凝土澆筑前對下層混凝土鑿毛，并沖洗干凈，鋪2cm厚的水泥砂漿。7.2.3縱縫縱縫為臨時性縫，縫內設有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫蓄水前進行灌漿?？v縫與壩面正交，縫距為20cm。7.3止水設計壩體設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。7.4廊道設計7.4.1基礎廊道廊道底部距壩基面4m，廊道底部高程為187.3m，上游側(中心點)距上游壩面7m；形狀為城門洞形，底寬2m，高2.5m，內部上游側設排水溝，并在最低處設集水井。平行于壩軸線方向廊道向兩岸沿地形逐漸升高，坡度不大于407.4.2壩體廊道自基礎廊道沿壩高每隔18m設置一層廊道，共設兩層。底部高程分別為207.3m，227.3m，形狀為城門洞形，其上游側(中心點)距上游壩面4m，底寬2m，高2.5m，兩岸各有一個出口。7.5壩體防滲與排水7.5.1壩體防滲在壩的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一層厚2m且具有防滲性能的混凝土作為壩體的防滲設施。7.5.2壩體排水距離壩的上游面5m沿壩軸線方向設一排豎向排水管幕。管內徑為20cm，間距為2.5m，上端通至壩頂，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用無砂混凝土管。7.6壩體混凝土的強度等級壩體混凝土應滿足強度、抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、低熱、抗裂、硬化時體積變小等性能的要求。為了合理使用材料，壩體混凝土可按不同部位、不同工作條件采用不同的強度等級?；炷练謪^(qū)的尺寸：一般外部(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū))混凝土各區(qū)厚度最小2～3m，上游面的厚度比下游面大，基礎混凝土(Ⅳ區(qū))厚度為0.1B(B為壩體底寬)，并不小于3.9m，不同強度等級混凝土之間要有良好的接觸帶。壩體分區(qū)圖如圖7-1所示。其中，壩體各個區(qū)域表示的含義如下：Ⅰ區(qū)：上下游最高水位以上壩體外部表層混凝土；Ⅱ區(qū)：上下游水位變化范圍內壩體外部表層混凝土；Ⅲ區(qū)：上下游最低水位以下壩體外部表層混凝土；Ⅳ區(qū)：壩體基礎混凝土；Ⅴ區(qū)：壩體內部混凝土；Ⅵ區(qū)：抗沖刷部位混凝土。ⅣⅣⅡⅤⅡⅢ最高水位最低水位最高水位最低水位ⅠⅢ非溢流壩ⅥⅥⅡⅢⅣⅢⅥ1：0.2最低水位最高水位1：0.8最低水位最高水位Ⅴ溢流壩圖7-3混凝土壩區(qū)分區(qū)示意圖附表：樞紐的技術指標和圖例附表1樞紐的主要技術指標序號項目單位數量序號項目單位數量1流域面積km2500010下游校核水位m1258.142總庫容億m30.14911壩底高程m12503灌溉面積萬畝6.2812壩頂高程m1304.114校核洪水位m1304.3413壩頂長度m540.05設計洪水位m1303.4314最大壩高m546正常高水位m1300.5815壩段總數個277防洪限制水位m1305.3116設計洪水時最大泄量m3/s8078死水位m127017校核洪水時最大泄量m3/s450009下游設計水位m1257.2618裝機容量kw500附圖1非溢流壩剖面設計計算附圖2非溢流壩剖面設計計算附圖3非溢流壩剖面設計計算附圖4樞紐工程的布置平面圖附圖5樞紐工程的下游立面圖參考文獻[1]麥家煊.水工建筑物[M].清華大學出版社，2008[2]陳德亮.水工建筑物[M].中國水利水電出版社，2003[3]潘家錚.重力壩設計[M].水利電力出版社，1987[4]混凝土重力壩設計規(guī)范[M].中國電力出版社，2000[5]中華人民共和國電力工業(yè)部.水工建筑物荷載設計規(guī)范[M].中國電力出版社,1998[6]水工設計手冊第五卷——混凝土壩[M].水利電力出版社[7]水工設計手冊第六卷——過壩與泄水建筑物[M].水利電力出版社,1987[8]