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【導讀】為滿足防洪、灌溉、發電、旅游等方面需要，擬在××修建××重力壩。型水庫三等工程，永久性重要建筑物為三級。壩體由非溢流重力壩段和溢流壩段組成，非溢流壩布置于左右兩岸，右岸非溢流壩段，溢流壩布置在河床主流上，分為2壩段，每段長17m，沿壩。作橋與交通橋的要求，溢流壩設4個閘墩，其中2個中墩，每個長15m，寬3m,2個邊墩，每個長15m，寬2m,為了防止壩面水流向西，側溢流邊墩向下游延伸為導水墻，長15m，處理四部分組成。1基本資料及樞紐布置················································································1

　　

【正文】 20 。中等堅硬的巖石取msmq ?? 3100~50 。特別堅硬的巖石 msmq ?? 3150~100 。本設計取 msmq ?? 380 。 溢流孔口尺寸的確定 孔口凈寬的計算 B 校 =Q 校 /q=1560/80= B 設 =Q 設 /q=990/80= 計算情況 泄量 sm3 單寬流量 msm?3 孔口凈寬 設計情況 990 80 10～ 20 校核情況 1560 80 15～ 25 根據以上計算取溢流壩孔口凈寬為 24m。假設每孔凈寬為 8m,孔數為 3。 溢流壩總長度的確定 根據工程經驗，擬定閘墩的厚度初擬中墩厚 d=3m，邊墩厚 d=2m 則溢流壩總長度 B1為： B1=nb+(n1)d+2t=24+2 3+2 2=34m 堰頂高程的確定 根據公式 HgmbQ 232?? 初擬時 ? 取 ， m 取 ，忽略行進流速水頭，故堰頂高程即為設計洪水位減去堰上水頭 H. H0校 ＝ 0 1 5 6 032??????? ?? H0設 ＝ ? ? ** 990 32 ? 堰頂高程計算 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 水位高 程m 堰頂高程 m 校核情況 1560 24 設計情況 990 24 根據以上計算取堰頂高程為 。 閘門高度的確定 門高 =正常高水位 — 堰頂高程 +（ ~） =— + 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 14 頁 共 25 頁 = 按規范取門高 5m， 8/5=，滿足閘門寬高比系（ ~）。 定型設計水頭的確定 Hs 堰上最大水頭 Hmax的確定。 Hmax=校核洪水位 — 堰頂高程 =— = =— = 定型設計水頭為 Hs=（ 75%~95%） Hmax=~ Hmax=~ 取 Hs=7m， =。查表 P50， 2— 14 知，壩面最大負壓為 ，即 =小于規定 的允許值（不超過 3~6m 水柱）。 泄流能力校核 閘墩用半圓形 ?? ?k? 代入公式 nbHnk 00 ])1[( ??? ???? ?n 溢流孔數 ?b 每孔的凈寬 ?0H 堰頂水頭 ?0? 閘墩 形狀系數 ?k? 邊墩形狀系數 ? 設 = ? 校 = P 設 == P 校 == Hd設 = Pd校 = 對于 WES 型實用堰，在堰上游面垂直，且 ?dHP 時，可認為是高堰不考慮行進流速水頭。在這種情況下，若 H0=Hd，即實際工作全水頭剛好等于設計水頭時， WES 型堰的流量系數 md=。若 dHH ?0 ， m值由《水力學》 P269圖 8— 19查出。 ?? dd HPHP 校設 ＝設m ?校m 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 15 頁 共 25 頁 泄洪能力校核計算表 計算情況 m ? )(mB )(mH )( 3smQ %100\ ??Q 設計情況 24 958 % 校核情況 24 1490 % 消能防沖設計 根據地形地質條件，選用挑流效能 挑流效能的原理：一是空中挑距，即利用鼻坎挑射出的水股在空中擴散摻氣消耗一部分功能。二是水下消能即利用擴散了的水舌落入下游河床時與下游河道水體發生碰撞。并在水舌入水點附近形成的兩個旋滾消耗剩余的大部分功能。 挑流消能的優點：構造簡單，不需修建大量的下游護坦，便于維修，但也有缺點。挑流引起的水流霧化嚴重，尾水波動大。根據工程經驗，挑射角 025?? 。挑流鼻坎應高出下游最高水位 1~2m。鼻坎的高程為 +1=。 挑流消能計算 計算挑流的目的是為了明確沖刷坑最深點的位置。挑距由空中挑距 L0和水下挑距L1組成 L=L0+L1 空中挑距 L0 的計算 空中挑距 L0是指挑坎末端至水舌軸線與下游水面交點間的水平距離： ???? 21211210 s i n )(211[2s i n s htasL ???? 式中 : 的高差上游水面至挑坎的頂部?1s 挑坎高度?a 鼻坎挑射角?? 沖刷坑后下游的水深?th 3 1k????? 驗公式計算壩面流速系數，可按經 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 16 頁 共 25 頁 其中 ,k 為流能比 ? q為單寬流量 ???k 在 ~ 范圍內 ?????????????????????????????25s i 1211252s i 12231lmhmakst? 水下挑距計算： ?tghTL t??1 式中：?????????????????????? o o sc o sc o s2c o s22112112????????mzzssshTt設上下游水位差近似計算水舌入水角，可按下式沖刷坑下游水深沖刷坑深度 抗沖系數為? ??s tSk hzqKT ???? = g 26 htTL 1 ?????? ? 總挑距 L= 0 ???? 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 17 頁 共 25 頁 沖刷坑后坡 5 ??? （ 1/~1/5） 故不會危及建筑物的安全。 S 校核 = 3 8 1 ?? K 校核 = 80 . ?? 2/1 ???校核? i 121125s i 2220 ??????? ?????????校核 3 8 1z ???校核 os os 2 2 ???? ??? ?? ? ）（〈校校校校5/1~53253301cttiimLmtgtghTLmTmh??????????????????? 計算表如下： 挑流計算表 計算情況 校核情況 設計情況 1S k ? 0l （ m） ? th （ m） 5 z （ m） T （ m） 1l （ m） l （ m） 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 18 頁 共 25 頁 反弧半徑的確定： 坎頂水流流速 v按下式計算 2gHv ?? H為堰上水頭高程 ? ? 3 3 . ?????設 ? ? mv ??????校 坎頂水深為 mhmh 1 5 6 0 990??????校設 反弧半徑為 ? ? mR mhR ~ ~~4? ??校設 取反弧半徑為 15m. 反弧半徑計算表 計算情況 1? H （ m） 坎頂水深 h（ m） 反弧半徑 R（ m） 實際半徑（ m） 設計情況 ~ 15 校核情況 ~ 溢流壩剖面設計 溢流堰面曲線常采用非真空剖面線，采用較為廣泛的非真空剖面曲線有克－奧曲線和WES 曲線兩種，經比較本工程選用 WES 曲線，溢流壩的基本剖面為三角形。一般其上游面為鉛直，溢流面有頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。 WES曲 線坐標計算 計算公式參數 原點上又采用橢圓曲線，其方程為 ? ? ? ?? ? 1222 ??? sss bH ybHaHx 式中： a、 b－系數 a ~? a/b=+3a 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 19 頁 共 25 頁 hs為定型設計水頭， m根據計算為 7m，取 a= 代入公式計算 b= ? ? ? ?? ? 2 222 ?? ???? yx maH s ??? mbH s ??? 圓點上游曲線計算表 ? ? ? ?? ? 2 222 ?? ???? yx x y WES 坐標計算 圓點下游采用 WES 曲線，其方程為 ykHx nsn 1?? 式中： n、 k－系數 .上游面垂直時 .n= k= HS－定型設計水頭 .m 頂部的曲線段確定后，中部的直線段與頂部的反弧段相切，其坡度一般與非溢流壩下游坡率相同，即為 1： m，直線段與 WES曲線相切時，切點 C的橫坐標 cx ? ?? ? mHnmkx snc ./ 111 ???????? ??? ?? WES 堰計算表 ykHx nsn 1?? x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y 反弧段的計算已完成 。 反弧段的圓心求法：先畫一條平行與壩的下游面且相距圓弧半徑 r的直線，在畫一條與挑壩頂點相距為 ?cosr 的水平線，兩縣的交點即為圓心。 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 20 頁 共 25 頁 水庫校核洪水位6ykHxnsn 1?? 繪制溢流壩剖面 繪制 WES 曲線 繪制基本剖面圖 溢流壩剖面圖 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 21 頁 共 25 頁 溢流壩頂布置 閘墩 閘墩的墩頭形狀，上游采用半圓形，下游采用半圓形，其 中上游布置于工作橋頂部，高程取非溢流壩頂高程。中墩的厚度為 3m，邊墩的厚度為 2m，溢流壩的分縫設在閘空中件，故沒有縫墩，工作閘門槽深 1m，寬 1m，檢修閘門槽深 ，寬 。 圖圖 閘墩 工作橋布置 工作橋布置固定或移動式啟閉機，當采用移動式啟閉機時，工作橋和交通橋可以合二為一，當采用固定式啟閉機時，二者可以分開布置工作橋和交通橋相互間的位置，應由非溢流壩壩頂的交通要求確定。本工程交通橋與工作橋合二為一，寬 7m，高程為 。 導墻布置，邊墩向下游延伸成導墻，其中延伸到挑流鼻坎的末端，導墻需分縫，間距為 15m，其橫斷面為梯形，頂寬去 。 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 22 頁 共 25 頁 4 重力壩的主要構造及地基處理 重力壩構造 壩頂構造 非溢流壩段 根據交通要求壩頂做混凝土路面。橫坡為 2%。兩邊每隔 10m 設置排水管，匯集路 面的雨水，并排如水庫中。壩頂設置防浪墻，與壩體連成整體。其結構為鋼筋混凝土。防浪墻設在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫為防止水。墻高為 ，厚度為 25cm。 .以滿足運用安全的要求，壩頂公路兩側設有 人行道，并高出壩頂路面 20cm。壩頂總寬度為 7m，下游設置欄桿及路燈。 溢流壩段 溢流壩的上部設有閘門、閘墩、門機。 交通橋等結構和設備。 廊道的布置和尺寸 基礎灌漿廊道 位置：廊道底 部距壩基面 5m，上游側距上游壩面 5m。形狀，城門洞形。底寬 。高 。內部上游側設排水溝，并在最底處設集水井。 壩體廊道 自基礎廊道沿壩高每隔 20m 設置一層廊道共兩層，底部高程分別為 345m， 365m。形狀為城門洞形，其上游側距上游壩面 5m，底寬 ，高 。為了減小揚壓力，在壩體內設置排水管， d為 15。間距為 3。無砂多孔混凝土管。排水管將滲水收集到廊道內排出。 橫逢布置 為了防止壩體因溫度變化和 地基不均勻沉陷而產生裂縫滿足施工的需要，壩體需要分縫，設置橫縫，垂直于壩軸線布置。縫距為 15m，縫寬 2cm，內有止水，溢流壩段橫縫間距為 10m，壩段總長 34m。 壩體止水 除橫縫止水外，上游設兩道防水片和一道防滲瀝青等。止水片采用 厚的紫銅片。第一道止水片距上游壩面 。兩道止水片間距為 1m，中間設置直徑 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。 地基處理 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 23 頁 共 25 頁 天然地基常存在著不同程序的缺陷，必須經過處理才可作為壩基礎。 基礎開挖 由于壩址處河床上有 2~3m 的覆蓋層，有 1~2m 的風化層，地基開挖時應把覆蓋層和嚴重風化層全部挖除。壩底面的最低高程為 ，順水方向開挖成鋸齒狀，并在上下游壩基面開挖一個淺齒墻，沿壩軸線方向的兩岸岸坡壩段基礎，開挖成有足夠寬度的分級平臺，平臺的寬度至少為 1/3 壩段長，相鄰兩級平臺的高差不超過 10m。 擬定帷幕滲度、方向、位置 帷幕作用 （ 1）防止壩底滲透壓力 （ 2）防止壩基產生機械式化學管 帷幕灌漿設計 在基礎灌漿廊道內鉆設防滲帷幕。防滲帷幕采用膨脹水泥漿做灌漿材料。其位置布置在靠近上游壩面的壩基及兩岸。帷幕的深度取 20。河床部位深，兩岸逐漸變淺。灌漿孔直徑取 80mm 方向垂直，孔距取 2m，設置一排。 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 24 頁 共 25 頁 參 考 文 獻 1. 天津大學祁慶和主編 水工建筑物 北京：水利電力出版社， 1986 第 3 版 2. 張光斗 、 王光綸等 水工建筑物 北京：水利電力出版社， 1981 3. 電 力 部 水工建筑物荷載設計規范（ DL5077— 1997） 北京：中國電力出版社， 1998 4. 電力部 水工混凝土結構設計規范（ DL/T5057— 1996） 北京：中國電力出版社， 1997 5. 潘家錚主編 水工建筑物設計叢書 .重力壩 北京：水利電力出版社， 1983 6. 楊邦柱主編 水工 建筑物 北京：中國水利水電出版社， 2021 華北水利水電學院繼續教育學院畢業設計 第 25 頁 共 25 頁 附 錄