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平山水利樞紐設(shè)計(jì)1、綜述1.1設(shè)計(jì)基本資料1.1.1工程概況平山水庫(kù)位于湖北某縣平山河中游,該河系睦水(長(zhǎng)江的支流)的主要支流,全長(zhǎng)28km,流域面積556m2,壩址控制面積491km2,平山河是山區(qū)性河流,河床比降為0.3%1.1.2樞紐任務(wù)該樞紐以灌溉發(fā)電為主,并結(jié)合防洪,航運(yùn)養(yǎng)殖,給水等進(jìn)行開發(fā)1.1.3地形地質(zhì)平山河流域都是丘陵及山區(qū),河谷山坡陡竣,坡度約為60~70,地勢(shì)高差為80~120m河床一般約為400m,河道彎曲,壩址處成靠壩址上游是泥盆紀(jì)五通砂巖,壩址下游是二迭紀(jì)石灰?guī)r,壩軸線位于五通砂巖上。在平山咀以南石灰?guī)r沙巖分界處,發(fā)現(xiàn)一大斷層,走向近東西,傾向大致北西,在壩軸線左岸的五通砂巖特別破碎,產(chǎn)狀零亂,兩岸巖石破碎,巖石的隱裂隙很發(fā)育。巖石的滲水率很小,兩岸多為0.001~0.010升/分,壩址處沿壩軸線是1.5~5.0m厚的覆蓋層,k=1×10-4cm/s,γ?。?0.0kN/m3,=351.1.4水文氣象暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s,Q0.5%=1550m3/s,Q1%=1380m多年平均流量13.3m3/s,多年平均來(lái)水量4.22億m3,多年平均最大風(fēng)速10m/s,水庫(kù)吹程8km,多年平均降雨天數(shù)48天/年,庫(kù)區(qū)氣候溫和。1.1.5其他壩頂設(shè)有公路,樞紐工程的對(duì)外交通有水路、公路、鐵路。壩區(qū)地震為5~6度,可不考慮。1.2設(shè)計(jì)基本參數(shù)1.2.1水庫(kù)規(guī)化成果(1)正常高水位113(2)設(shè)計(jì)洪水位113.1m(百年一遇)(3)校核洪水位113.5m(千年一遇)(4)死水位105.0m(發(fā)電極限工作深度8m)(5)灌既最低庫(kù)水位104.0m(6)水庫(kù)總庫(kù)容2.0億m3(7)水庫(kù)有效庫(kù)容1.15億m3;(8)發(fā)電調(diào)節(jié)保證流量Qp=7.35m3/s,相應(yīng)下游水位63.(9)發(fā)電最大引用流量Q=28m3/s,相應(yīng)下游水位68.65m(10)通過(guò)調(diào)洪演算,溢洪道下泄流量Q1%=840m3/s,相應(yīng)下游水位72(11)校核情況下,溢洪道下泄流量Q0.1%=1340m3/s,相應(yīng)下游水位74(12)水庫(kù)淤積高程85.00m1.2.2樞紐各建筑物設(shè)計(jì)條件(1)土壩,沿壩軸線布置;(2)溢洪道,堰項(xiàng)高程107.(3)水電站,裝機(jī)容量9000KW,機(jī)組臺(tái)數(shù)3臺(tái),廠房尺寸30.09.0m2,引水隧洞直徑3.50m,尾水管底板高程62.(4)放空建筑物可利用導(dǎo)流隧洞,導(dǎo)流隧洞底部高70.0m,直徑5.0m,上游土石圍堰頂部高程85.0m,下游土石圍堰項(xiàng)部高程70.0m。1.2.3筑壩材料壩軸線下游1.5~3.5km,土料儲(chǔ)量豐富,質(zhì)量可滿足筑壩要求。砂料在壩軸線上、下游1.0~3.0km的河灘開采,石料可在壩軸線下游左岸的山溝里開采,材料的性質(zhì)及各項(xiàng)指標(biāo)土壤類別干容重(kN/m3)最優(yōu)含水量(%)孔隙率(%)內(nèi)摩擦角粘著力(kN/m2)滲透系數(shù)(cm/s)壤土15.8154224(干)12110-520(濕)粘土15.4254020(干)37110-618(濕)山皮土16.0233933(干)10(干)110-322(濕)7.5(濕)覆蓋層16.0350110-4砂料16.040300110-3堆石18.0333801.2.4基巖允許抗壓強(qiáng)度2MPa,混凝土與巖基摩擦系數(shù)f=0.58。基巖的內(nèi)摩擦系數(shù)f=0.7,粘著力C=0.5MP,容重γ=26kN/m3。2、樞紐建筑物選型及樞紐總體布置2.1工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)2.1.1樞紐建筑物組成:根據(jù)樞紐任務(wù),該樞紐組成建筑物包括:攔河大壩、泄水建筑物、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫(kù)放空建筑物(隧洞)。2.1.2工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)所給資料(發(fā)電、防洪、灌溉面積等)對(duì)照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)確定工程等別和建筑物級(jí)別。1)各分項(xiàng)等級(jí):電站裝機(jī)容量9000千瓦,小于10MW,屬Ⅴ等工程,工程規(guī)模為?。?)型;總庫(kù)容為2.00億m3,在10~1.0億m3范圍內(nèi),屬Ⅱ等工程,工程規(guī)模為大(2)型;2)工程等別:根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對(duì)具有綜合利用效益的水電工程,各效益指標(biāo)分屬不同等別時(shí),整個(gè)工程的等別應(yīng)按其最高的等別確定,初估本樞紐工程屬Ⅱ等工程,工程規(guī)模為大(2)型。3)水工建筑物的級(jí)別:根據(jù)永久性水工建筑物級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn),Ⅱ等工程的主要建筑物為2級(jí)水工建筑物,所以本樞紐中的攔河大壩、泄水建筑物、水電站建筑物、灌溉渠道、水庫(kù)放空隧洞均為2級(jí)水工建筑物。永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)(已給定):正常運(yùn)用(設(shè)計(jì))洪水重現(xiàn)期100年;非常運(yùn)用(校核)洪水重現(xiàn)期1000年。2.2樞紐建筑物選型2.2.1壩軸線選擇本設(shè)計(jì)中壩軸線位置已選定,不作考慮。變坡一次,上部坡率取2.5,下部坡率取3,變坡處設(shè)馬道。下游每隔20m變坡一次,變坡處設(shè)馬道,坡率自下而上依次為2.75、2.5、2.0。3.2.4心墻的斷面尺寸本土石壩的防滲體為粘土心墻。(1)位置粘土心墻位于土石壩斷面的中心線,心墻底部設(shè)置齒墻。(2)心墻斷面尺寸頂寬:心墻頂部的水平寬度應(yīng)滿足用施工機(jī)械碾壓的要求,一般不小于3m。本設(shè)計(jì)中可取為4m。兩側(cè)坡度:粘土心墻,其上、下游坡度一般為1:0.15~1:0.3??扇?:0.25。頂部高程:防滲體頂部在水庫(kù)靜水位以上應(yīng)有超高,以防漫頂。在正常運(yùn)用情況下,心墻頂超高采用0.3~0.6m;非常運(yùn)用情況下,防滲體頂應(yīng)不低于非常運(yùn)用情況下的靜水位。此處超高可取為0.5m,心墻頂部高程為113.10+0.50=113.60m。心墻厚度:心墻的底部寬度首先應(yīng)滿足防滲要求。粘土的允許滲透坡降[J]為6~8,上下游最大作用水頭為△H=113.50-68=45.50m,故墻厚應(yīng)為T≥△H/[J]=5.69~7.58。本設(shè)計(jì)中心墻底部寬度為4+2×(113.60-68)×0.25=26.75m,滿足上述要求。圖3-1土石壩剖面初步設(shè)計(jì)土石壩剖面設(shè)計(jì)成果詳見(jiàn)附圖二:土石壩剖面圖。3.3土石壩的構(gòu)造設(shè)計(jì)3.3.1防滲體粘土心墻的頂部應(yīng)有保護(hù)層,防止冰凍和機(jī)械破壞,其厚度一般為1.5~2.5m。防滲體與壩殼上游連接處應(yīng)設(shè)置過(guò)濾層,以緩和不同土料之間的沉陷差和減緩滲流的破壞作用;下游連接處應(yīng)設(shè)置反濾層,反濾截留隨滲流帶出的細(xì)小顆粒,可促使粘土心墻裂縫的自愈。本設(shè)計(jì)中保護(hù)層厚度達(dá)115.1-113.6=1.5m,滿足要求,具體設(shè)計(jì)見(jiàn)壩頂部構(gòu)造。3.3.2壩體排水(1)排水設(shè)施選型常用的壩體排水有以下幾種型式:貼坡排水、棱體排水、壩內(nèi)排水、以及綜合式排水。1)貼坡排水:不能降低浸潤(rùn)線,多用于浸潤(rùn)線很低和下游無(wú)水的情況,故不選用。2)棱體排水:可降低浸潤(rùn)線,防止壩坡凍脹和滲透變形,保護(hù)下游壩腳不受尾水沖刷,且有支撐壩體增加穩(wěn)定的作用,且易于檢修,是效果較好的一種排水型式。3)壩內(nèi)排水:其中褥墊排水對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性差,易斷裂,且難以檢修,當(dāng)下游水位高過(guò)排水設(shè)施時(shí),降低浸潤(rùn)線的效果將顯著降低;網(wǎng)狀排水施工麻煩,而且排水效果較褥墊排水差。壩址附近有豐富的石料可開采,且石料質(zhì)地堅(jiān)硬,可以利用,做堆石料棱體排水。綜合以上分析選擇堆石棱體排水方式。(2)堆石棱體排水尺寸堆石棱體內(nèi)坡取1:1.5,外坡取1:2.0,頂寬2.0m。棱體頂部高程須高出下游最高水位,且有一定超高。對(duì)1、2級(jí)壩,超高不小于1.0m。校核情況下,上游水位113.5m,相應(yīng)下游最高洪水位74.30m。超高取1.2m,所以頂部高程為74.30+1.2=75.50m。3.3.3反濾層設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料,考慮安全系數(shù)為1.5~2.0,按太沙基準(zhǔn)則確定,即D15/d85≤4D15/d15式中:D15為反濾料粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;d85為被保護(hù)土粒徑小于該粒徑的土占總重的85%;d15為選擇第二層反濾料時(shí)采用與以上相同的準(zhǔn)則,只是應(yīng)以第一層反濾料作為被保護(hù)土,其余類推。按此標(biāo)準(zhǔn),天然砂礫料一般不能滿足要求,須對(duì)土料進(jìn)行篩選。(2)設(shè)計(jì)結(jié)果由于設(shè)計(jì)資料中未提供各土、砂、石料的顆粒級(jí)配情況,無(wú)法用計(jì)算的方法進(jìn)行反濾層的設(shè)計(jì),只能參考相關(guān)規(guī)范和以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。初步擬定結(jié)果如下:1)防滲體周邊部位第一層:d50=0.45mm,厚20cm;第二層:d50=2.0mm,厚202)排水部位第一層:d50=30mm,厚20cm;第二層:d50=90mm,厚40壩頂及心墻反濾層,棱體排水及反濾層詳圖見(jiàn)圖紙。3.3.4馬道、護(hù)坡、壩面排水設(shè)計(jì)(1)馬道設(shè)置馬道有利壩坡穩(wěn)定,便于觀測(cè)和檢修、設(shè)置排水設(shè)備,也可作為交通之用,考慮這些因素其寬度取2.0m。(2)護(hù)坡設(shè)計(jì)上游壩坡采用較常用的漿砌塊石護(hù)坡,因其抵御風(fēng)浪的能力較強(qiáng)。護(hù)坡范圍從壩頂一直到壩腳,厚度為40cm,下部設(shè)厚度均為20cm的碎石和粗砂墊層。下游壩面直接鋪上40cm的碎石作為護(hù)坡。(3)壩面排水設(shè)計(jì)①布置在下游壩坡設(shè)縱橫向排水溝??v向排水溝(與壩軸線平行)設(shè)在各級(jí)馬道內(nèi)側(cè)。沿壩軸線每隔200m設(shè)置1條橫向排水溝(順坡布置,垂直于壩軸線),橫向排水溝自壩頂直至棱體排水處的排水溝,再排至壩趾排水溝??v橫向排水溝互相連通,橫向排水溝之間的縱向排水溝應(yīng)從中間向兩端傾斜,坡度取0.2%,以便將雨水排向橫向排水溝。壩體與岸坡連接處應(yīng)設(shè)置排水溝,以排除岸坡上游下來(lái)的雨水。②排水溝尺寸及材料尺寸擬定:由于缺乏暴雨資料,所以無(wú)法用計(jì)算的方法確定斷面尺寸,根據(jù)以往已建工程的經(jīng)驗(yàn),排水溝寬度及深度一般采用20~40cm,本設(shè)計(jì)取30cm。材料:排水溝通常采用漿砌石或混凝土預(yù)制塊。綜合考慮選用漿砌石塊石。3.3.5壩頂布置壩頂高程高出心墻頂部1.5m,可做心墻保護(hù)層。分為兩層,上層碎石厚度為50cm,下3.9滲流穩(wěn)定計(jì)算3.9.1計(jì)算方法及計(jì)算假定選擇水力學(xué)方法求解土石壩滲流問(wèn)題。根據(jù)壩內(nèi)各部分滲流特點(diǎn),將壩體分為若干段,應(yīng)用達(dá)西定理近似解土壩滲流問(wèn)題,計(jì)算假定任一過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)各點(diǎn)滲透坡降均相等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-2所示:圖3-2有限深透水地基心墻土壩滲流計(jì)算簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)按有限深透水地基上的心墻土壩計(jì)算:可將心墻化為等厚δ的矩形,δ=δ由于心墻的滲透系數(shù)kc<<壩體k,故可認(rèn)為上游浸潤(rùn)線水平(與庫(kù)水位同高)q=q=k式中δ—心墻平均厚度L0k1k—壩體的滲透系數(shù)k0h—心墻下游邊線處的浸潤(rùn)線高度H1H2T—透水地基厚度聯(lián)立兩方程,即可求得q、h:h=其中,A=kB=C=壩體下游浸潤(rùn)線方程為:y=3.9.2計(jì)算斷面及計(jì)算工況本設(shè)計(jì)僅對(duì)河槽處最大壩高斷面進(jìn)行滲流計(jì)算。假設(shè)地基為不透水地基。按規(guī)范規(guī)定,滲流計(jì)算一般應(yīng)計(jì)算四種工況。一上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位;
二上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最高水位;三上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最高水位;
四庫(kù)水位降落時(shí)對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況;本設(shè)計(jì)僅計(jì)算一種工況:上游設(shè)計(jì)洪水位+下游相應(yīng)水位。3.9.3計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果H1=113.10-68.00=45.10H2=72.65-68.00=4.65δ=δ1+δ22=(4+26.L0=5+7.1×2+2+20×2.5+2+12.5×2.75-(7.5-4.65)×1.5-15.375/2=106.6125根據(jù)設(shè)計(jì)資料,k0取1×10-6m/s,k1取1×10-8m/s,k取1×10-5計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-3:表3-3滲流計(jì)算成果表計(jì)算工況HHδLTkkkhqmmmmmm/sm/sm/sm1×10-7m3/(s?m)設(shè)計(jì)工況45.14.6515.375106.611.51×10-61×10-81×10-55.996.879總滲流量Q=mLq,從地形地質(zhì)平面圖上可大致量得大壩沿壩軸線長(zhǎng)L=400m,式中m是考慮到壩寬、壩厚、滲流量沿壩軸線的不均勻性而加的折減系數(shù),取m=0.8。Q=0.8×400×6.879×10-7=2.20×10-4m3/s壩體浸潤(rùn)線方程:y=h2-(h3.10壩坡穩(wěn)定計(jì)算3.10.1滑動(dòng)面選擇心墻壩的下游壩坡擬采用山皮土料,其內(nèi)摩擦角=33°,粘聚力c=10kN/m2,為粘性土。穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法,首先須確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧位置。本次設(shè)計(jì)只做一個(gè)滑動(dòng)面的穩(wěn)定計(jì)算(滑動(dòng)面的起點(diǎn)在壩頂、與心墻相交、與壩基接近或切入壩基、端點(diǎn)在壩坡腳附近、圓弧半徑盡量選擇為整數(shù)),滑動(dòng)面如圖3-3所示:圖3-3壩坡穩(wěn)定計(jì)算圖3.10.2計(jì)算工況選擇本設(shè)計(jì)只計(jì)算一種工況:上游設(shè)計(jì)洪水位+下游相應(yīng)水位。3.10.3計(jì)算過(guò)程及成果圓弧半徑為R=230m,對(duì)滑動(dòng)面上土體進(jìn)行分條編號(hào):b=0.1R=23m,從圓心作垂線為0號(hào)土條的中心線,向上依次為1,2,3,…;向下依次為-1,-2,…。為簡(jiǎn)化分析,現(xiàn)只考慮自重荷載。對(duì)如圖4—4,所示的壩坡,以i土條為例,其自重Wi=γibHi,式中Hi為土條高度,b為土條寬度,式中αi為土條底部中點(diǎn)所在半徑與鉛直線的夾角,φi是土條在滑動(dòng)面處的內(nèi)摩擦角?;i長(zhǎng)度上的凝聚力cil在滑動(dòng)面上總滑動(dòng)力為Wisinαi,總抗滑力為WicosαitanφK=由于壩體中滲流量q很小,所以不考慮孔隙水壓力。計(jì)算結(jié)果如表3-4所示:表3-4壩坡穩(wěn)定計(jì)算表瑞典圓弧法驗(yàn)算壩坡穩(wěn)定計(jì)算表工況:設(shè)計(jì)洪水位圓弧半徑:230m土條寬度:23m滑坡位置:下游坡土條編號(hào)wαsinαcosαwicoswicosαiwisinllkN°kNkNkNmkN1224.998930.05230.9986224.690890.781111.769623.0500172.875021984.300490.15640.98771959.8951791.8498310.256923.3000174.750033547.3226150.25870.96603426.57232225.2447917.659923.8500238.500043823.8112210.35820.93363570.08992318.44621369.668024.6500246.500053411.1920270.45380.89113039.76421974.04831547.922625.9000259.000061708.1120340.55890.82921416.3763919.8066954.738127.7600277.6000∑13637.38868320.17685112.01511369.2250K=3.10.4穩(wěn)定分析《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的壩坡抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)如表3-5所示:表3-5壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)運(yùn)用條件工程等級(jí)1234、5正常運(yùn)用條件1.301.251.201.15非常運(yùn)用條件一1.201.151.101.05非常運(yùn)用條件二1.101.051.051.00本設(shè)計(jì)中K=1.895>[K]=1.25,安全系數(shù)滿足要求。壩的穩(wěn)定安全系數(shù)偏大,但是鑒于各種因素考慮不全,實(shí)際安全系數(shù)可能要小些,故而不改變壩坡。3.11地基處理及壩體與地基、岸坡的連接3.11.1地基處理(1)河槽處:水流常年沖刷,基巖裸露,抗風(fēng)化能力強(qiáng),巖石的滲水率很小,多為0.001~0.010升/分,故只需清除覆蓋層即可,挖至基巖即可。(2)右岸河灘:覆蓋層和坡積層相對(duì)較厚,巖層裂隙較為發(fā)育,擬采用局部帷幕灌漿,同時(shí)進(jìn)行壓實(shí),加固地基。(3)左岸山體:五通砂巖特別破碎,產(chǎn)狀零亂,可采取適當(dāng)挖除的措施。3.11.2壩體與地基的連接(1)主河槽部位:基巖透水率很小,能達(dá)到滲流控制的要求,采用在心墻底端局部加厚的方式與地基相連。(2)右岸河灘:坡積層、覆蓋層較發(fā)育,巖層十分破碎,隱裂隙發(fā)育,故采用截水槽的方式與基巖相連。3.11.3壩體與岸坡的連接左壩肩到左灘地,坡積層、風(fēng)化層需徹底清除,左岸坡上修建混凝土齒墻與岸坡相連接,岸坡較陡,開挖時(shí)基本與基巖大致平行。4正槽式溢洪道設(shè)計(jì)4.1溢洪道的位置選擇主要考慮:地形、地質(zhì)條件,樞紐總體布置等因素。(1)地形條件應(yīng)將溢洪道盡量布置在與水庫(kù)正常蓄水位高程相近的馬鞍形埡口上。這樣溢洪道與壩分開,有利于壩的安全;利用埡口,有利于減少開挖工程量。本工程正好有一個(gè)符合上述條件的埡口,故在此處進(jìn)行溢洪道布置。(2)地質(zhì)條件應(yīng)將溢洪道盡量修建在巖基上,并力求溢洪道兩岸山坡穩(wěn)定。本工程埡口處覆蓋層較薄,地質(zhì)條件較好,兩岸山體整體穩(wěn)定,符合上述要求。(3)樞紐總體布置應(yīng)考慮與樞紐各建筑物在總體布置上的協(xié)調(diào)。入流、出流對(duì)樞紐其他建筑物的干擾。一般來(lái)講,溢洪道的水流入口應(yīng)位于水流流暢處,并與土石壩保持一定的距離,避免橫向水流對(duì)土石壩壩坡的沖刷影響;溢洪道的水流出口處,應(yīng)與壩腳或下游其它建筑物保持一定的距離,避免水流沖刷以及水流波動(dòng)的影響。4.2溢洪道線路選擇河岸溢洪道主要有正槽式、側(cè)槽式、豎井式、虹吸式等。綜合考慮各條件因素,本設(shè)計(jì)采用開敞式正槽溢洪道。4.3溢洪道的孔口尺寸確定4.3.1堰型選擇溢洪道溢流堰可采用WES型實(shí)用堰,也可采用寬頂堰。本工程擬采用WES型實(shí)用堰。4.3.2堰頂高程根據(jù)設(shè)計(jì)資料給出,堰頂高程為107.5m。堰厚p擬取8m。4.3.3溢流前緣寬度L:分別按設(shè)計(jì)情況和校核情況進(jìn)行估算。L=Q/qq為單寬流量q=mm為流量系數(shù),在設(shè)計(jì)水頭下取為0.502;H0為計(jì)算結(jié)果如表4-1表4-1溢流前緣寬度計(jì)算計(jì)算情況上游水位泄量堰上水頭流量系數(shù)單寬流量溢流前緣寬度(m)Q(m3/s)H0(m)mm(m2/s)L(m)設(shè)計(jì)情況113.18405.60.50229.4528.52校核情況113.513406.00.50232.6641.02由此可計(jì)算得溢流前緣寬度為41.02m。4.3.4單孔寬度b的確定孔數(shù)n取為整數(shù)。b=L/n。b應(yīng)為整數(shù)。選擇5孔,則單孔寬為8.204m,取單孔寬為9m。4.3.5閘門可采用弧形閘門或平板閘門。本設(shè)計(jì)中選用平板閘門。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95》,閘門尺寸取為9m×6.5m(寬×高),寬高比為9/6.5=1.38,滿足按規(guī)范規(guī)定的露頂式閘門寬高比(1.0~1.5)。4.3.6閘墩根據(jù)溢流堰的構(gòu)造要求,閘室中墩寬度取為2.5m,中墩分縫,邊墩寬度取為3m,由此計(jì)算可得溢流堰寬B:B=4.4溢洪道泄槽設(shè)計(jì)4.4.1泄槽的平面布置泄槽在平面布置上,沿水流方向呈直線、等寬、對(duì)稱布置,這樣可使水流平順、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。避免彎道或斷面尺寸的變化,以防止高速泄流引起的波動(dòng)、摻氣、空蝕等現(xiàn)象。4.4.2泄槽的縱斷面底坡泄槽縱斷面的布置與地形、地質(zhì)條件關(guān)系密切。泄槽底坡盡可能采用單一的坡度,一坡到底,且滿足i>由地形地質(zhì)平面圖上量得堰頂?shù)较掠?4.30m高程處的水平距離為120m,高差為33.20m,故從堰頂?shù)较掠嗡孢B一直線,直線的斜率大約等于0.25。為減少挖方,初步擬定泄槽坡率i=1/4。泄槽襯砌初擬選用石灰漿砌塊石水泥漿勾縫型式,查閱有關(guān)文獻(xiàn),漿砌塊石糙率一般為0.025。取α=1.0,近似計(jì)算臨界水深h故其臨界底坡:ii4.4.3泄槽的斷面尺寸溢洪道處于巖基,可采用矩形或接近矩形的斷面,使流量和流速分布都比較均勻,對(duì)下游消能有利。本設(shè)計(jì)采用矩形斷面寬b=90m,長(zhǎng)L約為1+424.4.4邊墻高度的確定邊墻的高度采用推求水面線的方法確定。泄槽水面線根據(jù)能量方程,用分段求和法計(jì)算,計(jì)算公式如下:△lJ式中,△l1-2h1、hv1、vα1、αθ為泄槽底坡的傾角;i為泄槽底坡,i=tanθ;J為分段內(nèi)平均摩阻坡降;n為泄槽槽身糙率系數(shù),可查相應(yīng)規(guī)范;v為分段平均流速,m/s;R為分段平均水力半徑,R=按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》,泄槽段起始斷面水深h1小于hkhq為計(jì)算斷面以上單寬流量,m2/s;H0為計(jì)算斷面以上總水頭,HΦ起始計(jì)算斷面流速系數(shù),取0.95;計(jì)算得到h1=本設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4-1。計(jì)算采用校核洪水情況,按水深進(jìn)行分段,用上述方法計(jì)算泄槽水面線。圖4-1水面線計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算結(jié)果如表4-2所示:斷面hACRvvRnJi-J△LLmm2mmm/sm/smmm1-12.26131.0862.522.09710.2230.0250.024340.225660.002-22.00116.0062.001.87111.55210.8871.9840.0250.029720.220285.755.753-31.80104.4061.601.69512.83512.1931.7830.0250.042980.207026.7312.484-41.6092.8061.201.51614.44013.6371.6060.0250.061830.1881710.3922.875-51.4081.2060.801.33616.50215.4711.4260.0250.093210.1567917.1440.016-61.3075.4060.601.24417.77217.1371.2900.0250.130730.1192714.2554.267-71.2069.6060.401.15219.25318.5121.1980.0250.168290.0817123.8178.078-81.1063.8060.201.06021.00320.1281.1060.0250.221370.0286345.01123.08表4-2水面線計(jì)算成果邊墻頂?shù)母叱蹋焊鶕?jù)上述計(jì)算結(jié)果,考慮摻氣水深△h、安全超高△h’’來(lái)確定。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》,泄槽段水流摻氣水深△h可按下式計(jì)算:△h為泄槽計(jì)算斷面水深,m;v為不摻氣情況下的泄槽計(jì)算斷面流速;ζ為修正系數(shù),可取1.0~1.4s/m;本設(shè)計(jì)取1.0s/m?!兑绾榈涝O(shè)計(jì)規(guī)范SL253-2000》規(guī)定,泄槽段邊墻高度,應(yīng)根據(jù)計(jì)入波動(dòng)及摻氣后的水面線,再加上0.5~1.5m的超高。本設(shè)計(jì)中安全超高△h’’取0.5m。邊墻高度計(jì)算結(jié)果如表4-3:表4-3邊墻高度計(jì)算斷面泄槽計(jì)算斷面水深hv摻氣水深△h安全超高△h’’邊墻高度mm/smmm1-12.2610.220.2310.52.992-22.0011.550.2310.52.733-
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