蓄水樞紐工程重力壩施工設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 hl—波浪高度，m；hz—波浪中心線高于靜水面的高度，m；Vo—計算風速，～；校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/s。當壩前水深大于半平均波長，即H＞時，波浪運動不受庫底的約束，這樣條件下的波浪稱為深水波。水深小于半平均波長而大于臨界水深Ho,即時，波浪運動受到庫底的影響，稱為淺水波。此設計為深水波， (43)設計洪水位時作用點至O點的力臂為：12885+=浪壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：淤沙的容重及內摩擦角于淤積物的顆粒及沉積過程有關。淤沙逐漸固結，容重于內摩擦角也逐年變化，而且各層不同，使得泥沙壓力不易準確算出，一般按土壓力公式計算。 (44)式中：Ps——壩面單位寬度上水平泥沙壓力,kN/m。Υsb——淤沙的浮容重,hs——壩前淤積厚度,m——淤沙的內摩擦角，一般在之間。，==Ps作用點至O點的力臂為：：, 壩身自重：=824=1/242024=960 kN1/224= kN。1）下游水自重：2）上游水自重：W1作用點至O點的力臂為：+4=W2作用點至O點的力臂為：+8+4/3=W3作用點至O點的力臂為：W4作用點至O點的力臂為：W5作用點至O點的力臂為：+8+2=豎向力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：（水平力）P1作用點至O點的力臂為：P2作用點至O點的力臂為：靜水壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：揚壓力示意圖請見圖44所示：圖44 揚壓力示意圖我國SL 319—2005《混凝土重力壩設計規范》規定：河床壩段α=~；岸坡壩段α=~=.計算揚壓力如下：U1作用點至O點的力臂為： 0 mU2作用點至O點的力臂為：U3作用點至O點的力臂為：U4作用點至O點的力臂為：揚壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：水庫蓄水后，庫面空闊，在風力作用下形成波浪，對壩面產生波浪壓力，這是由于波浪與壩反射，產生高度超過浪高一倍的立波所造成的，采用官廳公式進行計算式中：hl=；L=（hl）；hz=（πhc2/L）cth（2πh/L）L—波長，m；D—風區長度，m；H—壩前水深，m；hl—波浪高度，m；hz—波浪中心線高于靜水面的高度，m；Vo—計算風速，～；校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/s。當壩前水深大于半平均波長，即H＞時，波浪運動不受庫底的約束，這樣條件下的波浪稱為深水波。水深小于半平均波長而大于臨界水深Ho,即時，波浪運動受到庫底的影響，稱為淺水波。此設計為深水波，設計洪水位時作用點至O點的力臂為：+=浪壓力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：壩基開挖后，一般還要進行回填，但由于方量較少，壓力小。所以本工程中，不計算土壓力。本區地震基本烈度為六度，建筑物按七度設防。 抗滑穩定驗算與強度驗算抗滑穩定分析是重力壩設計中的一項重要內容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩基內部傾角軟弱結構面抗滑穩定的安全度。因為重力壩沿壩軸線方向用橫縫分隔成若干個獨立的壩段，所以穩定分析可以按平面問題進行。但對于地基中存在多余互相切割交錯的軟弱面構成空間滑動體或位于地形陡峭的岸坡段，則應按空間問題進行分析。壩體的抗滑穩定的計算方法有抗剪強度公式和抗剪段強度公式兩種，而這兩種的使用條件不同，抗剪強度公式適用于比較破碎的巖體；將壩體與巖基間看成是一個接觸面，而不是膠結面；判斷標準考慮壩的級別和荷載組合。而抗剪段強度公式適用于比較完整的巖體；將壩體與巖基間看成是一個膠結面；判斷標準只考慮建筑物的荷載組合。經上面的比較此設計采用抗剪強度公式，作為比較安全的計算方法。取一個典型斷面作為計算單元，進行穩定驗算和強度驗算，此典型斷面在左岸樁號為壩橫0+，高程為99m處。圖45壩體抗滑穩定計算簡圖抗滑穩定系數按公式計算 (45)根據國內外已建工程的統計資料，此設計f=.上游邊緣正應力按公式計算 (46)下游邊緣正應力按公式計算 (47)∑W—為作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；∑P—為接觸面以上的總水平力；U—為作用在接觸面上的揚壓力；f—為接觸面間的摩擦系數；∑W—豎直方向合力；B—壩底寬度即為計算截面的長度，m；∑M—作用于計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。表41壩基面抗滑穩定安全系數荷 載 組 合壩的級別123基 本 組 合特 殊 組 合(1)(2) 設計洪水位情況抗滑穩定驗算：∑WU= kN ∑P= kN 此設計壩的級別為2級，故滿足穩定要求。強度驗算：計算壩體應力時，SL 319—2005《混凝土重力壩設計規范》規定的強度指標如下：在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵鉛直應力不出現拉應力?！芖= kN ∑M=B=上游邊緣正應力〉0下游邊緣正應力〈滿足強度要求?？够€定驗算：∑WU= ∑P= 故非溢流壩段抗滑穩定滿足設計規范要求。強度驗算：計算壩體應力時，SL 319—2005《混凝土重力壩設計規范》規定的強度指標如下：在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵鉛直應力不出現拉應力?！芖= kN ∑M=B=上游邊緣正應力〉0下游邊緣正應力〈滿足強度要求。溢流壩段既是擋水建筑物又是泄水建筑物。其泄水方式有壩頂溢流和壩身泄水孔泄水。在水利樞紐中，它可承擔泄洪，向下游輸水，排沙，放空水庫和施工導流等任務。設計泄水重力壩時，除應滿足穩定和強度要求外，還需要根據洪水特性，水利樞紐布置，工程造價，水庫運用方式及下游河道安全泄量等問題，經技術經濟比較，研究確定泄水重力壩的位置選擇，泄水方式的組合，下泄流量分配、堰頂和泄水孔口高程、溢流壩和泄水孔體形以及消能防沖設施等。溢流重力壩剖面要與其鄰近的非溢流重力壩的基本剖面相適應，并盡量與非溢流重力壩的上游壩面相一致。 圖51溢流壩剖面圖 孔口設計 泄水方式的選擇重力壩的泄水主要方式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水位和下泄流量，適用于大中型工程，所以為是水庫有較大的泄洪能力，本設計采用溢流壩與泄洪孔聯合泄洪。 洪水標準的確定本次設計的重力壩是2級建筑物，根據《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》的規定，正常應用洪水位100年一遇，非常運用洪水位1000年一遇。 流量的確定經水文、水利調洪演算確定：設計情況下，,；校核情況下。壩址處基巖比較完整，根據綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，單寬流量取160 m3/（）。分別計算設計和校核情況下溢流壩和泄洪孔所需的孔口寬度。計算成果見表51和表52表51溢流壩孔口凈寬計算成果表計算情況流量Q（m3/s）單寬流量q[m3/（）]孔口凈寬B（m）設計情況160校核情況160根據以上計算，溢流壩孔口凈寬取70m，設每孔凈寬度為b=15m，則孔數為n=70/15=,取溢流孔數n=5，則溢流壩孔口的實際寬度B=nb=515=75m.表52泄洪洞孔口凈寬計算成果表計算情況流量Q（m3/s）單寬流量q[m3/（）]孔口凈寬B（m）設計情況160校核情況160根據以上計算，泄洪洞孔口凈寬取20m，設每孔凈寬度為b=8m，則孔數為n=20/8=,取溢流孔數n=2，則泄洪洞孔口的實際寬度B=20m.初擬側收縮系數ε=，流量系數m=。因過堰水流為自由出流，故σs=1，由堰流公式 （51）計算堰上水頭H0,上游水位分別減去相應的堰上水頭即為堰頂高程。通過試算計算成果見表53.表53堰頂高程計算成果表計算情況流量m3/s側收縮系數流量系數孔口凈寬m堰上水頭m堰頂高程m設計情況75校核情況75根據以上計算。溢流表孔閘門高度的確定門高=正常蓄水位堰頂高程+（～） （52）=+（～）=取按照《水工鋼閘門設計規范》取為18m。堰上最大水頭Hmax=校核洪水位堰頂高程即：Hmax==，定型設計水頭Hs為Hs=（75%～95%）Hmax=～，取Hs=16m，由16/==（3～6m水柱）。初步擬定閘墩厚度，中墩厚d=4m，邊墩厚t=3m，則溢流壩段的總長度B0為：B0=nb+（n1）d+2t=75+(51)4+6=97m閘孔出流的計算公式為 （53）其中：u1為閘孔流量系數；e為開度，取e=8m。 （54）為垂向收縮系數；設計洪水位情況試算出H0=52m,上游水位分別減去相應的堰上水頭即為堰頂高程。=76m校核洪水位情況試算出H0=61m,上游水位分別減去相應的堰上水頭即為堰頂高程。=通過以上計算取泄洪孔洞高程為70m。門高=正常蓄水位堰頂高程+（～）=12770+（～）=按照《水工鋼閘門設計規范》取為58m。初步擬定閘墩厚度，中墩厚d=4m，邊墩厚t=3m，則溢流壩段的總長度B0為：B0=nb+（n1）d+2t=20+(21)4+6=30m溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。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。 頂部曲線段溢流壩頂部曲線是控制流量的關鍵部分，其形狀多與銳緣堰泄流水舌下緣曲線相吻合，否則會導致泄量減小或堰面產生負壓。由于WES壩曲線的流量系數較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，比克—奧曲線用給定坐標值的方法設計施工方便，所以此設計采用WES曲線進行設計。由前面計算可得定型水頭Hd=16m，由下圖可得頂部曲線段各數據。圖51 WES型曲線圖 中間直線段中間直線段于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，即邊坡系數為1:。溢流壩面反弧段是使沿溢流面下泄水流平順轉向的工程設施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應結合下游消能設施來確定。根據DL 51081999《混凝土重力壩設計規范》規定：對于挑流消能，R=（4~10）h，h為校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深。反弧處流速愈大，要求反弧半徑愈大。當流速小于16 m/s時，取下限；流速大時，宜采用大值。當采用底流消能，反弧段與護坦相連時，宜采用上限值。取溢流壩剖面近似為三角形和梯形組合，尺寸如圖53所示。圖53溢流壩剖面計算簡圖 （單位：m）：, 壩身自重：，；計算成果見表54（水平力）由水力學可知，作用在壩上的總水壓力為式中：Υ0——水的容重；H——水深。淤沙的容重及內摩擦角于淤積物的顆粒及沉積過程有關。淤沙逐漸固結，容重于內摩擦角也逐年變化，而且各層不同，使得泥沙壓力不易準確算出，一般按土壓力公式計算。式中：Ps——壩面單位寬度上水平泥沙壓力Υsb——淤沙的浮容重hs——壩前淤積厚度——淤沙的內摩擦角水庫蓄水后，庫面空闊，在風力作用下形成波浪，對壩面產生波浪壓力，這是由于波浪與壩反射，產生高度超過浪高一倍的立波所造成的，采用官廳公式進行計算式中：hl=；L=（hl）；hz=（πhc2/L）cth（2πh/L）L—波長，m；D—風區長度，m；H—壩前水深，m；hl—波浪高度，m；hz—波浪中心線高于靜水面的高度，m；Vo—計算風速，～；校核洪水位時宜用相應洪水期多年平均最大風速，m/s。表54設計情況下荷載計算成果表序號荷載效應方向力標準值力矩標準值分項系數力設計值力矩M設計值1自重↓為正2靜水壓力←為正90109