PAGE本科畢業(yè)設計設計題目甘肅洮河九甸峽樞紐工程混凝土重力壩初步設計學院工學院專業(yè)農(nóng)業(yè)水利工程畢業(yè)屆別2007屆姓名123456指導教師654321職稱副教授甘肅農(nóng)業(yè)大學教務處制二〇〇七年六月本科畢業(yè)設計選題審批表畢業(yè)設計（論文）題目甘肅洮河九甸峽樞紐工程碾壓混凝土重力壩初步設計指導教師職稱學生姓名專業(yè)農(nóng)業(yè)水利工程班級資金來源實習經(jīng)費內(nèi)容簡要：①壩形的初步選擇及工程布置；②大壩擋水壩段設計；③中孔泄水壩段設計；④溢流壩段設計；⑤消能防沖設計；⑥大壩基礎處理；⑦大壩穩(wěn)定分析；⑧大壩細部構造設計。要求查閱的文獻資料甘肅洮河九甸峽水利樞紐工程可研報告；混凝土重力壩設計規(guī)范；水工建筑物設計叢書.重力壩；水利計算及水資源規(guī)劃；水工建筑物。根據(jù)大綱要求選擇要完成的項目（選中標√）譯文（）；文獻綜述（）；開題報告（√）；論文實驗記錄（）；設計（論文）說明書：（√）其它：（）相關圖紙設計（論文）開始日期設計（論文）完成日期系（教研室）主任審批意見簽字：主管院長審批意見簽字：甘肅農(nóng)業(yè)大學二〇〇七屆本科畢業(yè)設計鑒定表學號姓名性別專業(yè)農(nóng)業(yè)水利工程班級指導教師情況姓名年齡學歷職稱從事專業(yè)35本科畢業(yè)實習地點實習時間畢業(yè)實習指導教師鑒定意見該同學在畢業(yè)實習期間，工作認真，遵守紀律，能獨立查閱文獻，綜合和正確利用各種信息，按期圓滿完成規(guī)定的任務，難易程度和工作量符合教學要求，體現(xiàn)了本專業(yè)基本訓練的內(nèi)容。簽名：年月日畢業(yè)實習領導小組意見同意指導教師鑒定意見。組長簽名：年月日畢業(yè)設計（論文）題目甘肅洮河九甸峽樞紐工程碾壓混凝土重力壩初步設計答辯時間答辯委員會成員姓名職稱從事專業(yè)主任副教授農(nóng)業(yè)水利工程成員教授農(nóng)業(yè)水利工程教授農(nóng)業(yè)水利工程副教授農(nóng)業(yè)水利工程講師農(nóng)業(yè)水利工程秘書講師農(nóng)業(yè)水利工程指導教師評閱意見該設計為真題假做題目，能運用所學知識和技能及獲取新知識去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；結構格式符合設計要求；文理通順，技術用語準確、規(guī)范；圖表完備、制圖正確。簽名：年月日評閱人評閱意見選題達到本專業(yè)教學基本要求，難易程度，工作量大小合適；條理清楚，文理通順；用語符合技術規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范。簽名：年月日答辯小組意見一致通過答辯。主席簽名：年月日指導教師建議成績評閱教師建議成績畢業(yè)（設計）論文成績目錄摘要 11水文 21.1流域自然地理概況 21.2氣象 21.3水文基本資料 31.4徑流 31.5洪水 31.6泥沙 42工程地質(zhì) 42.1區(qū)域地質(zhì)概況 52.2水文地質(zhì) 52.3壩址壩線區(qū)地質(zhì) 53工程任務和規(guī)模 63.1工程任務 63.2工程規(guī)模 63.3工程等級及洪水標準 64樞紐布置 74.1壩型和壩址選擇 74.2樞紐主要建筑物 84.3樞紐建筑物布置 85非溢流壩段剖面設計 105.1剖面設計 105.2基本剖面 105.3實用剖面設計 106溢流壩段設計 136.1溢流壩段工作特點 136.2溢流壩的剖面設計 136.3溢流壩的結構設計 157中孔泄流壩段 157.1中孔泄流的任務 177.2中孔布置 177.3孔口剖面設計 178消能防沖設計 188.1消能工的設計原則 188.2消能方式 188.3挑流鼻坎的設計 189大壩基礎處理 239.1一般開挖要求 239.2基礎開挖 239.3壩基固結灌漿 249.4帷幕灌漿 249.5斷層及破碎帶的處理 2510大壩的穩(wěn)定分析 2610.1計算條件及設計原理 2610.2荷載組合 2610.3代表截面受力簡圖 2810.4狀態(tài)驗算 2810.5壩基面抗滑穩(wěn)定分析 3011大壩細部構造 3311.1大壩材料及壩體混凝土分區(qū) 3311.2壩內(nèi)廊道的設計 3211.3壩體分縫 3411.4壩體止水和排水 35致謝 36Abstract 37參考文獻 38附圖 39 摘要九甸峽水利樞紐工程位于甘肅省卓尼、臨譚兩縣交界，黃河支流洮河中游的九甸峽峽口處，距蘭州市約193km，是甘肅省“十一五”期間計劃立項的重點建設項目之一。洮河水資源豐富，多年平均徑流量為38.25億m3，但徑流年季變化較大，年內(nèi)水量分配也極不均勻，目前全流域開發(fā)利用程度較低，水資源和水力資源開發(fā)利用的潛力很大。另一方面，甘肅中部地區(qū)干旱缺水，生態(tài)脆弱，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件很差，群眾生活貧困，人蓄飲水十分困，水資源是制約該地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要因素。所以，必須修建大型控制工程調(diào)節(jié)水量，豐富的水資源才能得以充分開發(fā)利用。該項目建成將實現(xiàn)甘肅中部地區(qū)水資源的優(yōu)化調(diào)度，解決中部地區(qū)水資源匱乏的問題，對改善生態(tài)環(huán)境和人民群眾的生存條件，實現(xiàn)當?shù)厝罕娒撠氈赂唬S護社會穩(wěn)定，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。該工程優(yōu)先解決甘肅中部干旱地區(qū)11個國家扶貧重點縣城鎮(zhèn)的工業(yè)用水、農(nóng)村人蓄飲水、生態(tài)環(huán)境用水，兼有灌溉、發(fā)電、防洪等綜合利用為主的大型控制樞紐工程。樞紐工程是引洮工程的龍頭，在規(guī)劃壩址處攔河筑壩后，洮河水位可由2090.00m左右抬高到2166.00m（水庫死水位）以上，從而為供水工程自流飲水提供條件，規(guī)劃年引水量5.5億m3。九甸峽水利樞紐工程總庫容9.43億m3，最大壩高176.1m，大壩屬于完全年調(diào)節(jié)水庫；水庫電站裝機容量300MW，年發(fā)電量10.017億kw.h，年利用小時數(shù)3339h，可向甘肅電網(wǎng)輸電。該樞紐工程主要建筑物包括：碾壓混凝土重力壩（溢流壩段和非溢流壩段）、右岸引水發(fā)電洞、右岸引洮供水工程總干渠進水口、下游引水發(fā)電站等。本設計為碾壓混凝土重力壩設計。碾壓混凝土重力壩中部設三孔表孔泄水孔，兩側(cè)為擋水壩段，在右岸擋水壩段中設一泄洪中孔，另外，設計中還就重力壩的、基礎處理、消能防沖、穩(wěn)定分析、大壩細部構造等問題進行了設計。1 水文1.1流域自然地理概況洮河是黃河上游的一條較大支流，發(fā)源于甘肅、青海兩交界處的西傾北麓，由西向東流經(jīng)岷縣折向北流，至永靖縣境內(nèi)匯入黃河劉家峽水庫。洮河流域位于甘肅省東南，西起東經(jīng)101°36′，東至104°19′南起北緯34°36′，北至35°55′，流域面積25527km2，東西最長處約248km，南北寬約215km圖1洮河流域概況與九甸峽樞紐位置示意圖洮河全長673.1km，河源高程4260m，河口處高程1629m，劉家峽建庫后，實際上河口1735m以下為庫區(qū)，相對高差2631m，全河平均比降為2.8‰，流域內(nèi)降水主要集中在6～9月，特別是7、8月份，與降水特性相對應，徑流年季變化較大，年內(nèi)水量分配也極不均勻。1.2氣象洮河流域面積較大，高程變化也較大，因此流域內(nèi)氣候差異甚大，上中游地區(qū)高寒陰濕，下游地區(qū)干旱溫和，九甸峽位于過渡地帶。九甸峽水利樞紐工程所在地區(qū)無系統(tǒng)氣象觀測資料，樞紐正北約56km處有臨洮氣象站，南偏東約60臨洮站年平均氣溫7.0℃，平均最高氣溫14.3℃，極端最高氣溫34.6℃，平均最低氣溫1.3℃，極端最低氣溫1.3水文基本資料九甸峽水利樞紐工程位于甘肅省卓尼、臨譚兩縣交界處，樞紐以上集水面積17176㎡，樞紐上游89.7km處設有岷縣水文站，岷～九區(qū)間集水面積2264㎡；樞紐下游54.2km,設有李家村水文站，九～李區(qū)間集水面積2517㎡，九甸峽水利樞紐工程水文計算依據(jù)的基本水文站為岷縣和李家村站。1.4徑流1.4.1設計依據(jù)站徑流計算洮河干流各水文站中以李家村資料系列最長（1947年～今），建立李～岷年平均流量相關（同步系列1957～1922年，n=36年），相關關系密切（r=0.981）。因此，可以用李家村的長系列年徑流資料延長岷縣的短系列年徑流資料。1.4.2九甸峽水利樞紐徑流計算九甸峽水利樞紐工程月、年平均流量以岷縣站、李家村站月、年平均流量按面積比直線內(nèi)插。調(diào)節(jié)年與黃河上、中游各站的調(diào)節(jié)年度統(tǒng)一為5月～次年4月。由推算的九甸峽1947.5～2001.4年共54年資料系列，頻率計算成果為：Q=121.3m3/s，Cv=0.30，Cs=2.5Cv。設計頻率年平均流量見表1表1—1 洮河九甸峽水利樞紐工程設計頻率年平均流量表P（﹪）51015255075859095Q（m3/s）18817015814311794.984.878.670.2W（10859.2953.6149.8345.1036.9029.9326.7424.7922.141.5洪水九甸峽水利樞紐工程設計洪水計算依據(jù)為上游岷縣站和下游李家村站，1993年可研階段已對洮河干流各站的調(diào)查洪水與實測洪水進行較詳細的分析和論證，設計洪水成果較為可靠。洪峰流量頻率計算參數(shù)如下：Q0=121.3m3/s，Cv=0.30，Cs=2.5Cv，九甸峽樞紐工程設計頻率洪峰流量與時段洪量見表1表1—2九甸峽樞紐工程設計頻率洪峰流量與時段洪量項目單位P（％）0.010.020.050.10.20.5123.3351020Qmm3/s503046504160379034202930256022001930172013701020W三日1011301040934852770662578498438390311233W七日10622702100188017101550133011601000881784626469W十五日10639103620324029502670229020001730152013501080808W三十日105610521046904290389033702980258022902060167012801.6泥沙九甸峽以上流域水土流失不太嚴重，河流含沙量較小，多年平均含沙量1.00㎏/m3。懸移質(zhì)輸沙量計算依據(jù)為岷縣站和李家村站，由岷縣站和李家村站以面積比內(nèi)插得九甸峽樞紐工程處，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量433×104t，年輸沙量為39.2×104t。2 工程地質(zhì)2.1區(qū)域地質(zhì)概況樞紐工程位于西秦嶺海西褶皺帶之北緣,隸屬秦嶺～昆侖韋向構造體系,祁呂賀山字型構造系西翼弧形褶皺帶及河西扭動構造體系的復合地帶，地質(zhì)構造較復雜。形成本區(qū)構造骨架的區(qū)域構造線方向以NW∠282°～295°走向為主。壩址區(qū)位于近東西向展布的新堡—力士山復式背斜的北翼，巖層產(chǎn)狀為NW∠275°～295°NE∠30°～50°,為一單斜構造，屬陡傾巨厚層狀巖體區(qū)。在多次構造運動的作用下，壩址區(qū)斷裂構造發(fā)育,其中規(guī)模較大的有2組,構成壩址斷裂構造的框架，即近東西向壓性斷層和近南北向扭性斷層，受歷次區(qū)域構造活動及斷層的作用和影響，壩址區(qū)裂隙十分發(fā)育，使巖體完整性受到破壞。壩址巖體由上石炭—下二迭統(tǒng)(C3—P1)的巨厚層灰?guī)r構成，巖性致密堅硬，耐風化。經(jīng)蘭州地震工程研究院鑒定，九甸峽水利樞紐區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，大壩防震烈度為Ⅷ度。2.２水文地質(zhì)區(qū)內(nèi)的主要含水層為上泥盆～三疊系地層以及第四系沖基層，地下水主要為裂隙性潛水和空隙性潛水，局部有承壓水，由于本區(qū)屬于隴南溫帶半濕潤氣候區(qū)降水較豐富，地下水補給條件好，泉水露頭多，水質(zhì)好。區(qū)內(nèi)地下水由兩岸分水嶺向中間河谷匯集，最終由洮河河谷向下游排泄。2.3壩址壩線區(qū)地質(zhì)壩址區(qū)裂隙十分發(fā)育，寬度一般0.5～2㎝，較寬者達3～5㎝，發(fā)育方向基本與斷層方向一致。斷層一般破碎帶寬0.2～0.5m，局部達2～4m。壩址處于九甸峽峽谷上段，河流由南向北流，為橫向河谷，河道順直，河床狹隘，河水面寬僅35～50m，水深2～6m（冬季），水面高程2089m～2092m。河谷呈左岸陡峻，右岸陡緩交替的不對稱“V”字型。壩線處河床寬40～42m，河水位高程2090.6m，水深2～5m，正常蓄水位2202m，此處谷寬232m，壩體范圍河床覆蓋層厚40～50m，最深達54～56m，右岸Ⅲ級侵蝕堆積階地基座面上松散堆積物厚度10～57m。右岸巖性為巨厚層狀灰?guī)r，致密堅硬，弱分化深度為8～10m，左岸巖性為巨厚層狀灰?guī)r，致密堅硬，弱分化深度為5～8m。壩基基礎巖石為巨厚層狀灰?guī)r，完整性好，巖性堅硬，強度高，抗分化能力強，巖體弱分化深度Ⅲ級階地基座面以下8～10m，河床部位4～6m，壩址區(qū)巖層層理不顯，走向與壩軸線近于平行，無構成潛在滑移面的巖層層面。3 工程任務和規(guī)模3.1工程任務九甸峽水利樞紐工程是甘肅省“十一五”期間計劃立項的重點建設項目之一。該工程優(yōu)先解決甘肅中部干旱地區(qū)11個國家扶貧重點縣城鎮(zhèn)的工業(yè)用水、農(nóng)村人蓄飲水、生態(tài)環(huán)境用水，兼有灌溉、發(fā)電、防洪等綜合利用為主的大型控制樞紐工程。該項目建成將實現(xiàn)甘肅中部地區(qū)水資源的優(yōu)化調(diào)度，解決中部地區(qū)水資源匱乏的問題，改善生態(tài)環(huán)境和人民群眾的生存條件，實現(xiàn)當?shù)厝罕娒撠氈赂唬S護社會穩(wěn)定，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。3.2工程規(guī)模九甸峽水利樞紐工程總庫容9.43億m3，最大壩高176.1m，大壩屬于完全年調(diào)節(jié)水庫；水庫電站裝機容量300MW，年發(fā)電量10.017億kw.h，可發(fā)展灌溉面積近7萬hm2(105萬畝)。水庫死水位2166.0m，正常蓄水位2202.0m（與汛限水位同高），設計洪水位2204.5m，校核洪水位2205.11m。3.3工程等級及洪水標準九甸峽水利樞紐總庫容9.43億m3，電站裝機容量300Mw，根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》SL252-2000[10]的規(guī)定，工程規(guī)模為大（2）型，工程等別為Ⅱ等，大壩按Ⅰ級建筑物設計，輔助建筑物按2級設計，次要建筑物按3級設計，臨時建筑物按4級設計。相應大壩設計洪水標準采用100年一遇，校核洪水標準采用1000年一遇。其余建筑物設計洪水標準采用100年一遇，校核洪水標準采用500年一遇。4 樞紐布置4.1壩型和壩址選擇4.1.1壩型選擇在壩型選擇上，從地形條件看，本壩址不適合建拱壩，但可修建混凝土重力壩、面板堆石壩、支墩壩。由于支墩壩比較單薄側(cè)向穩(wěn)定性差，特別是受到地震荷載作用時，容易側(cè)向傾倒或開裂；且設計和施工都比較復雜，因此，選擇混凝土重力壩和面板堆石壩作為基本壩型進行比較。比較結果見表4—1。表4—1混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩比較結果表壩型優(yōu)點缺點混凝土重力壩①結構作用明確，設計方法簡便，安全可靠。②對地形，地質(zhì)條件適應性強。③樞紐泄洪問題容易解決，不必另行布置河岸溢洪道等泄水建筑物。④便于施工導流。⑤施工方便，維護和管理方便。①壩體剖面尺寸大，材料用量多。②壩體應力較低，材料強度不能充分發(fā)揮。③壩體與地基接觸面積大，相應壩底揚壓力大，對穩(wěn)定不利。④壩體體積大，易產(chǎn)生溫度應力和收縮應力，因此，在澆注混凝土時，需要有較嚴格的溫度控制措施。混凝土面板堆石壩①可以就地取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少運輸量，降低造價，比其他壩型經(jīng)濟。②適應不同的地形、地質(zhì)、氣候條件，任何不良地基，經(jīng)處理均可筑壩。③結構簡單，便于維修、加高和擴建。①壩身一般不能溢流，需另設溢洪道。②施工導流不如混凝土壩方便。③粘性土料的填筑受氣候條件影響。由于兩種壩型各有優(yōu)缺點，很難直接確定，本設計初步確定基本壩型為混凝土重力壩，最后與本組設計中的面板堆石壩設計比對。4.1.2壩址選擇壩址選擇與地形地質(zhì)條件、壩型樞紐布置及施工導流等因素有關，在滿足樞紐布置和施工導流要求的前提下，壩軸線應盡可能短，以節(jié)省工程量。碾壓混凝土重力壩線選在靠近左岸分布河床深槽（深54～56m）處，靠近深槽的巖體邊坡近于直立，河谷兩岸不對稱。此處河床寬40～42m。兩岸巖石堅硬完整，耐分化，是壩址區(qū)比較理想的混凝土重力壩壩線。4.2樞紐主要建筑物主要建筑物有：碾壓混凝土重力壩（溢流壩段和非溢流壩段）右岸引水發(fā)電洞、右岸引洮供水工程總干渠進水口、引水發(fā)電廠房等。碾壓混凝土重力壩中部設三孔表孔泄水孔，兩側(cè)為擋水壩段，在右岸擋水壩段中設一泄洪中孔。樞紐建筑物布置見附圖１。4.3樞紐建筑物布置本樞紐正常蓄水位2202.0m，壩頂高程2206.5m，最大壩高176.1m，最大壩底寬124m。大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段組成。其中，左岸非溢流壩段長79.76m,溢流壩段長30m，右岸壩段長119.79m，壩頂總長度251.95m。共分9個壩段，壩段編號由右向左排1#—9#4.３.１碾壓混凝土重力壩①右岸擋水壩段：包括：1＃、2＃、3＃、4＃壩段，長度分別為29.19m、30m、30m、30m。壩頂寬度為12m，上游直立，下游坡為1:0.7，起坡點高程2187.70m。5＃壩段長23m，布置一泄洪中孔，用以泄洪和放空水庫，后期可兼作排沙用。壩頂寬度為12m，上游直立，下游坡為1:0.7，起坡點高程2187.70m。泄洪中孔進口底板高程2129.0m。在壩后設弧形工作門，孔口尺寸為5×5m（寬×高），由液壓啟閉機控制。進口設事故檢修平板門一道，尺寸為5×6m（寬×高），由壩頂固定卷揚式啟閉機控制。中孔工作門后為明渠，平坡，長24.2m，底寬5②溢流壩段：6＃壩段主要為河床溢流壩段，長度為30m。堰頂寬度為25m，壩頂交通橋設在下游側(cè)。堰頂高程為2192.0m，堰面曲線直線段坡度為1:0.7，起坡點高程2180.001m。消能形式采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程2096.1m，挑角35°，出口采用收縮斷面形式。三孔開敞式溢流堰頂設有弧形工作門。孔口尺寸為10×10m（寬③左岸擋水壩段：包括：7＃、8＃、9＃壩段，長度分別為23m、30m、26.76m。壩頂寬度為12m，下游壩坡和起坡點高程同右岸擋水壩段。在7＃擋水壩段左側(cè)，壩軸線下游11.5m～22.0m處布置電梯及樓梯井，平面尺寸為2.6×9.5m，高度均為170m，分別聯(lián)通灌漿廊道及各層排水、觀測、交通廊道。4.3.2溢洪表孔溢洪設3個表孔，孔口尺寸為10×10m（寬×高），每孔裝有弧形工作閥門，液壓式弧門啟閉機操作。邊墩厚1.5m，中墩厚3m，堰頂高程為2192m。為了減輕下游的沖刷，采用連續(xù)式挑流鼻坎消能。坎頂高程2096.0m，挑角35°，出口為收縮斷面型式。經(jīng)水利學計算，各種泄量情況下，水流都不會對大壩坡腳、泄洪建筑物等造成危害。計算最大挑距222～282.72m，下游沖坑深度44.47m，最深點高程4.3.3泄洪中孔泄洪中孔為1孔，底板高程為2129.0m，進口設事故平板閘門，孔口尺寸為5×6m（寬×高），由壩頂固定卷揚式啟閉機啟閉。壩體下游面設有弧形工作門，孔口尺寸為5×5m（寬×高），由液壓啟閉機啟閉。工作門前為有壓流，后為明渠，槽寬5m，無壓平段長24.2m后接反弧段，反弧半徑25m，挑角20°，鼻坎高程2130.51m，最大挑距135.15～198.51m，最大沖坑深63.11m，最深點高程2024.89m中孔作為泄洪及放空水庫之用，并兼作后期排沙。大壩建筑物布置見附圖2、附圖35 非溢流壩段剖面設計5.1剖面設計原則①滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；②工程量少，造價低；③外形輪廓簡單，便于施工；④滿足運行要求。5.2基本剖面重力壩承受的主要荷載是靜水壓力、揚壓力和自重，控制剖面尺寸的主要因素是穩(wěn)定和強度要求，并使工程量最小的三角形剖面。因為作用于上游面的水壓力呈三角形分布，故重力壩的基本剖面應是頂部與上游水位齊平的三角形（見圖2）。重力壩基本剖面呈三角形，在平面上壩軸線通常呈直線。時為了適應地形地質(zhì)條件或為了樞紐布置上的要求，也可成折線或折率不大的拱向上游的拱形。根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下，上游坡率n=0～0.2，常作成鉛直或上部鉛直下部向上游傾斜。此設計中上游取鉛直（ψ＝0°）。5.3實用剖面設計5.3.1壩頂高程確定根據(jù)調(diào)洪演算成果，水庫設計洪水位為2204.5m，校核洪水位為2205.11m，正常蓄水位為2202.0m，《混凝土重力壩設計規(guī)范》[10]規(guī)定，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度差由下式計算，取其高者作為選定高程。Δh=2hl+hz+hc （5—1）式中：Δh——壩頂距水庫靜水位的高度，m；2hl——波浪高度，m；hz——波浪中心線至水庫靜水位的高度，m；hc——壩頂超高，m。eq\o\ac(○,1)波浪高度2hl公式為：2hl=0.0166×V。5/4×D1/3（5—2）式中：V——計算風速，本工程中V設=30m/s，V校=15m/s；D——水庫吹程，本工程中D設=1.5km，D校=1.5kmeq\o\ac(○,2)波浪中心線至水庫靜水位的高度hz的公式為：（5—3）式中：L——波長，m，由公式L=10.4(2hl)0.8計算；H1——壩前水深，m。以上（2）（3）計算公式采用的是：官廳水庫半經(jīng)驗公式，本工程是峽谷型水庫，適用上公式。eq\o\ac(○,3)安全超高hc采用表5—1。表5—1安全超高hc（單位：m）荷載組合（運用情況）壩的級別1234、5基本組合（正常運用）0.70.50.40.3特殊組合（非常運用）0.50.40.30.2此工程樞紐建筑物為Ⅰ級工程，則在設計情況和校核情況下，安全超高分別取0.7m和0.5m。④由以上（1）、（2）、（3）三式聯(lián)立，得壩高計算成果表5—2。表5—2壩高計算成果表控制參數(shù)L2hlhzhcΔh壩高H設計情況13.11.340.890.72.3174.63校核情況6.550.560.350.51.39176.1確定壩頂高程為：2206.5m。壩頂高度H取為：176.1m。5.3.2壩頂寬度確定壩頂寬度一般取壩高的6%～10%，且不小于2m，當在壩頂布置移動式起閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求。由于施工及運行要求，壩頂應有足夠的寬度，考慮到本工程壩頂無交通要求，結合以上壩頂高程，壩頂高度H取176.1m，則壩頂寬取值范圍為：176.1×（6%～10%）=10.57～17.6m初步取12m。5.3.3壩底寬度的確定根據(jù)工程經(jīng)驗，下游壩坡坡率m=0.6～0.8；底寬約為壩高的0.7～0.9倍。本工程中：下游壩坡坡率m取0.7，壩底寬度取值范圍為：176.1×（0.7～0.9）=123.27～158.49m，壩底寬初步選定為124m。綜上初步選擇，擋水壩段剖面如圖3，擋水壩段設計詳圖見附圖4。6 溢流壩段設計6.1溢流壩段工作特點eq\o\ac(○,1)有足夠的孔口尺寸以滿足泄洪要求。eq\o\ac(○,2)溢流面及閘墩有較好的體形，以便使水流平順流過壩體，不產(chǎn)生不利的負壓和振動，避免產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象。eq\o\ac(○,3)下游不產(chǎn)生危及壩體及其他建筑物安全的沖刷。eq\o\ac(○,4)泄流不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。eq\o\ac(○,5)有靈活控制水流下泄的機械設備。如閘門、啟閉機等。6.2溢流壩的剖面設計溢流重力壩的剖面除應滿足強度、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟條件外，其外形尚需考慮水流運動要求。通常其基本剖面也是三角形，為適應泄流要求，三角形上部和下游面需做成溢流面。溢流面由頂部溢流段、中間直線段和下部反弧段組成，上游為鉛直面或折坡面。6.2.1壩頂溢流曲線段溢流壩剖面設計中需解決的主要問題是選擇溢流曲線，理想的溢流曲線具有阻力小、泄量大、免空蝕等條件。溢流曲線的形式很多，常用的有克—奧曲線和WES型曲線，根據(jù)克—奧曲線所定出的溢流剖面比WES曲線定出的剖面肥胖，工程量大，另外克—奧曲線所給出的離散坐標值，其設計、施工都不方便。因此，我國現(xiàn)行規(guī)范[9]推薦采用WES曲線。eq\o\ac(○,1)WES曲線型剖面堰頂上游段采用橢圓形曲線，其曲線方程為（6—4）式中：Hd—定型設計水頭取校核洪水位堰頂水頭的75％—95％堰頂水頭=校核洪水位高程-堰頂高程=2205.11-2192=13.11Hd=13.11（75％—95％）=9.832m—13.45m取10mX1=0.175Hd=1.75m，R1=0.5HdX2=0.276Hd=2.76m，R2=0.5HdX3=0.282Hd=2.82m，R3=0.5Hdeq\o\ac(○,2)WES型曲線型剖面堰頂部下游段曲線按如下方程控制當上游面鉛直時，采用下公式計算：（6—5）式中：Hd——堰頂定型水頭。WES型堰面曲線如圖4。6.2.2反弧段曲線溢流壩面反弧段的作用是使水流平順的與下游面銜接，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》（SDJ21-78）[9]規(guī)定，取R=（4-10）h，h為校核洪水位閘門全開時反弧最低點處的水深，中孔段取25m，溢流段取18m。6.2.3中間直線段中間直線段與壩頂曲線段和下部反弧段相切，坡度為1:0.7。6.2.4剖面布置溢流壩段上游設計為鉛直面，溢流壩頂部是堰面曲線，下游面中間直線段與堰頂曲線相切，溢流孔兩側(cè)的邊墻沿下游壩面延伸，做成導水墻，以防止溢流面上的水流向兩側(cè)漫溢。邊墻取3m，導水墻厚度取5m。溢流壩段剖面如圖5所示;溢流壩段設計詳圖見附圖5。6.3溢流壩的結構設計6.3.1閘門和壩頂閘門分為工作閘門和檢修閘門，工作閘門用來調(diào)節(jié)下泄流量，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。在溢流堰頂設置工作閘門，不設置檢修閘門，工作閘門采用弧形閘門，啟閉機采用活動式啟閉機，表孔設3孔（10×10m），故需3面閘門，泄洪中孔設平板檢修閘門（5×6m），和弧形工作閘門（5×5m）。壩頂設置工作橋，其高程與非溢流壩頂一致，從而溢流壩頂上游壩面基本上與擋水壩上游壩面齊平。6.3.2閘墩閘墩承受閘門傳來的水壓力，也是壩頂橋梁的支承。閘墩的平面形狀應盡量減小孔口水流的側(cè)收縮，使水流平順通過。因此，上游端采用半圓形，下游端采用圓弧曲線形，形狀如圖6所示，有關參數(shù)取值如下：中墩厚度D=3m；邊墩厚度d=1.5m。7 中孔泄流壩段7.1中孔泄流的任務泄水方式有壩頂溢流壩身泄水孔（中孔、底孔），本工程中設計中孔泄水，在5＃壩段中，此孔作為泄洪和放空水庫，并兼排沙之用。7.2中孔布置孔口高程選擇，主要按泄水孔承擔功能和水庫調(diào)度要求來確定，進水孔設計還需考慮國內(nèi)閘門與啟閉機的制作水平。中孔底板高程選在2129.0m處。7.3孔口剖面設計泄洪中孔設1孔，地板高程2129.0m，進口處設事故平板閘門，孔口尺寸5×6m（寬×高），由液壓啟閉機啟閉。工作門前為有壓流，后為明渠，槽寬5m，無壓平段長24.2m，后接反弧段。中孔泄水壩段剖面如圖7，中孔泄水壩段設計詳圖見附圖6。圖7中孔泄水壩段剖面圖8消能防沖設計8.1消能工的設計原則eq\o\ac(○,1)盡量使下泄水流的大部分動能消耗于水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上。eq\o\ac(○,2)不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；eq\o\ac(○,3)下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行；eq\o\ac(○,4)結構簡單，工作可靠；eq\o\ac(○,5)工程量小，經(jīng)濟。8.2消能方式通過溢流壩下泄的水流具有很大的動能，如不加處理，必將沖刷下游河床，威脅建筑物的安全或其他建筑物的正常運行。因此，消能防沖措施的合理選擇和設計，對樞紐布置，大壩安全及工程量都有重要意義。常用的消能方式有:底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽效能。九甸峽水壩上下游落差和下泄流量都較大，故選擇挑流消能式消能工。挑流消能是利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎將下游高速水流拋向空中，使水流擴散、摻氣，然后落入離建筑物較遠的下游河床，與下游水流相銜接。挑流水舌與空氣的摩擦、摻氣以及水舌與下游水流的撞擊和在沖坑中產(chǎn)生的旋滾，均可達到消能的目的。挑流消能通過鼻坎可以有效的控制射流落入下游河床的位置、范圍和流量的分布，對尾水變幅適應性強，結構簡單，施工、維修方便，耗資省。8.3挑流鼻坎的設計挑流消能常用的挑坎型式有連續(xù)式和差動式兩種，為避免高速水流引起空蝕，采用連續(xù)式挑坎。8.3.1挑角與鼻坎高程eq\o\ac(○,1)挑角θ鼻坎挑射角度越大（45°以內(nèi)），挑射距離越遠，但由于此時水舌落入下游水墊的入射角較大，沖刷坑也就越深，以此，本設計中：溢流壩段取θ=35°，中孔泄流壩段取θ=25°。eq\o\ac(○,2)挑坎高程挑坎高程越低，出射水流的流速越大，這對增加射程是有利的，但過低則會使挑坎淹沒以致水流不能形成挑射，或水舌下面被帶走的空氣得不到補充造成局部負壓而使射程縮短。因此，設計挑坎高程高出下游最高水為2m，下游校核尾水位高程為2094m，故溢流壩段挑坎高程為2096.0m，中孔泄流壩段挑坎高程為2130.51m。8.3.2挑流射程估算挑流射程是指挑坎頂端至沖刷坑最深點的水平距離，按自由拋射體理論計算水舌外緣，其計算公式為：L=1/g[V12SinθCOSθ+V1COSθ(V12Sin2θ+2g(h1+h2))1/2]（8—1）式中： L——水舌挑距，m；g——重力加速度，m/s2；V1——坎頂水面流速，m/s，約為的坎頂水流流速的1.1倍；θ——挑角；溢流段取35°，中孔段取25°；h1——為坎頂平均水深h在鉛直方向的投影，h1=hCOSθ；h2——坎頂至河床面的高差，m。eq\o\ac(○,1)鼻坎處平均流速V的計算由于采用的是開敞式溢流，可用下公式來估算下泄流量：（8—2）式中：n——孔口數(shù)，取3孔；b——溢流孔凈寬，取12；ε——閘墩的側(cè)收縮系數(shù)，取0.85；m——流量系數(shù)，取0.498；H0——設計或校核水位到堰頂?shù)乃^。Q溢=Q總-Q孔 （8—3） （8—4）式（8—1）、（8—2）、（8—3）、（8—4）聯(lián)立，流速計算成果如下表8—1。表8—1流速計算成果表控制參數(shù)Q總（m3/s）Q溢（m3/s）Q孔（m3/s）V（m/s）校核狀況37903202588102.5646.25設計狀況25601250131099.544.16eq\o\ac(○,2)坎頂平均水深h的估算:用連續(xù)方程：Q=VA來估算坎頂水深，取單位寬度上的流量（單寬流量q單）來計算， （8—5）式中：q單——單寬流量,m3/s；Q泄——溢流堰頂或中孔下泄流量，m3/s；l凈——堰頂溢流凈長或孔口寬度，m`。l溢=30m，l中=5m，計算成果表如下表8—2。表8—2單寬流量計算成果表壩段溢流壩段中孔壩段控制參數(shù)q單（（m3/s.m）h（m）q單（m3/s.m）h（m）校核狀況88.951.93117.62.54設計狀況34.720.752505.66eq\o\ac(○,3)挑舌計算成果如表8—3。表8—3挑舌計算成果表壩段溢流壩段中孔壩段控制參數(shù)溢流段溢流挑舌L溢挑（m）中孔挑舌L中挑（m）校核狀況282.27135.15設計狀況222198.158.3.3沖刷坑深度的計算沖刷坑深度及其相對應的挑坎的距離L是檢驗挑流沖刷是否影響主體建筑物穩(wěn)定安全的重要數(shù)據(jù)。目前采用的估算公式為：tk=aq0.5H0.25（8—6）式中：tk——水墊厚度,m；a——沖坑系數(shù),堅硬完整性較差的巖石，a=1.2—1.5取1.2；q——挑流水舌入水處的單寬流量，m3/(s·m)；H——最大水深時上、下游水位差，m；tk′——最大沖刷坑深度，m。最大沖刷坑深度：tk′=tk-▽下計算校核狀況下：設計下游水位高程（▽下）：2094m（下游水位距挑流鼻坎2校核洪水位高程：2055.11H最大水深取校核洪水位水深與下游水深的高差2205.11-2094=105.11m沖坑計算成果見表8—4表8—4沖坑計算成果表控制參數(shù)α（沖坑系數(shù)）q單（m3/s.m）H（m）tk（m）tk′（m）沖坑最低點高程溢流壩段1.288.95111.1150.4744.472043.53中孔壩段1.2117.6111.1169.1163.112024.89計算示意圖如圖8：8.3.4安全校核對于挑射水流形成的沖刷坑是否會延伸至壩腳，危及坑的安全進行校核。根據(jù)我國實踐經(jīng)驗的規(guī)定，按不同地質(zhì)條件，規(guī)定允許的最大后坡ik=1/2.5-1/5。當i<ik時,則認為沖刷坑深度不會危及主體建筑物的安全。由以上沖坑計算成果表9—3讀出：水舌長度L=198.51m，最大沖刷深度tk′=63.11m，則i==。由于i<ik，故沖坑不會危及大壩的安全。9 大壩基礎處理重力壩對地基的要求介于拱壩與土石壩之間，要求有足夠的強度和較小的壓縮性外，還應有足夠的不透水性及足夠的抗滑能力。除少數(shù)較低的溢流重力壩可建在土基上外，一般均須建在巖基上。天然地基由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需采取適當?shù)奶幚泶胧┎拍軡M足以上要求，因此需要對大壩基礎進行處理。由于重力壩地基受力大，要求地基要有足夠的強度；又由于重力壩剛性較大，要求地基有較小的變形；壩蓄水后，庫水會通過壩基向下游滲流，要求地基要有較高的抗?jié)B性；由于壩體與地基接觸面積大，相應壩底揚壓力大，這對穩(wěn)定不利，要求地基要有較高的抗滑能力。為了減小滲流對壩體穩(wěn)定和應力的不利影響，在靠近壩體的上游面設排水管，靠近壩踵的地基內(nèi)設防滲帷幕，帷幕后設排水孔。9.1一般開挖要求壩基開挖的目的是為壩體提供一個穩(wěn)定、堅固的地基和勻稱的接觸面。一般開挖時應堅持以下原則：①壩基范圍內(nèi)的沖積層、松散巖石和強風化破碎巖層必須清除；②靠近壩基面的水平軟弱夾層，應盡可能清除；③基巖面要均勻漸變，挖除高低懸殊犬牙狀的棱角，以免造成應力集中，導致壩體開裂；④巖基面盡可能傾向上游，不宜向下游傾斜，以免降低壩的穩(wěn)定性；如果地形上或地層向下游傾斜時，則可以將地基開挖成分級平臺；⑤當需要增加壩的抗滑穩(wěn)定時，可在壩基內(nèi)開挖齒槽；⑥采用爆破開挖時，應盡量避免放大炮，這種爆破會對巖體造成許多新的裂縫，并使原有節(jié)理裂隙張開，從而造成不利后果。采用欲裂爆破可以避免這些有害作用；⑦對開挖后暴露在水中或大氣中的易于開裂或強度迅速降低的巖石，應保留最后一層0.5～1.0m巖石，在澆筑混凝土前分段開挖，并隨即澆置混凝土，或者在開挖后立即噴以10cm厚的噴漿保護；⑧在混凝土澆筑前，應將巖基面用夾沙的高壓水沖洗或者用鋼刷洗刷干凈，先交一層10cm后的砂漿，然后再澆一層稠混凝土，以保證基巖與混凝土的粘結。9.2基礎開挖九甸峽大壩壩高176.1m，屬高壩，按照重力壩設計規(guī)范，壩基應建在新鮮、微風化或弱風化層下部的基巖上。由地質(zhì)資料顯示，大壩壩基下的巖層產(chǎn)狀整體較穩(wěn)定，變化不大，巖石緊密、堅硬，僅有局部層間夾有泥膜。碾壓混凝土重力壩座落在灰?guī)r基礎上，巖石強度中等。大壩基礎開挖主要包括大壩岸坡及河床土石方開挖。主要施工特點為高陡岸坡、河床深基礎的開挖，施工工作面狹窄,作業(yè)交叉。根據(jù)以上特點，確定開挖程序為：先開挖右岸岸坡，后開挖左岸岸坡，截流后開挖河床部分基礎。9.2.1左岸壩肩左岸陡峻和負邊坡需要修坡或削坡，右岸及壩肩卸荷帶需開挖，其開挖的水平最大深度35m、鉛直深度60～80m，開挖坡率：1：0.25。9.2.2河床壩段對河床壩基45~56m厚的沖積塊石砂礫卵石層和沖積砂礫卵石層須開挖清除,基坑開挖到基巖面，最大挖深54～56m，結合壩體穩(wěn)定要求及地形條件，壩基開挖成多級臺階狀，開挖邊坡比為1：0.25。9.2.3右岸壩肩右岸Ⅲ級侵蝕堆積階地基座面上松散堆積物厚度10～57m。右岸巖性為巨厚層狀灰?guī)r，致密堅硬，弱分化深度為8～10m，需開挖清除，高陡、深厚的岸邊卸荷帶，對壩肩的穩(wěn)定和滲漏影響大，需開挖清除，右岸及壩肩卸荷帶的水平最大深度50m，鉛直深度60～80m，松散堆積物開挖邊坡：1：1.5，2155m以下1：0.36，以上1：0.4。9.3壩基固結灌漿固結灌漿的主要目的是提高基巖的整體性和強度。通過固結灌漿可以減少基巖受力后的變形，提高巖石的抗壓、抗剪強度，減少壩基的滲透性，同時帷幕灌漿旁的固結灌漿還可以提高帷幕的灌漿壓力。灌漿孔一般布置在應力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎范圍內(nèi)。孔距10m，行距12m，孔深54m。9.4帷幕灌漿當壩基澆筑到一定高度時，即可進行壩基帷幕灌漿。帷幕灌漿是在基巖內(nèi)鉆孔灌漿，用高壓使裂隙內(nèi)填滿泥漿，膠結后形成防滲帷幕。帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力；防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機械或化學管涌，即防止基巖裂隙中的填充物被帶走或溶濾；減少壩基滲透量。在壩基灌漿廊道內(nèi)設置防滲帷幕，在廊道內(nèi)設主、副兩排帷幕灌漿孔，設計孔深可根據(jù)滲流計算，并結合工程地質(zhì)條件、地層透水性、揚壓力、排水及工程經(jīng)驗，一般取壩高的0.3～0.7倍，孔深取54m，孔距1.5～4.0m，取3.0m，排距取2.0m。9.5斷層及破碎帶的處理對相對較大的斷層破碎帶按以下3種類型分別處理：eq\o\ac(○,1)破碎帶寬度小于30cm，當兩側(cè)巖石完整時按破碎帶寬度開挖，挖深為50cm。如果兩側(cè)巖石破碎，則每側(cè)增加20cm的開挖寬度；eq\o\ac(○,2)破碎帶寬度在30-70cm時，挖深100cm，底槽寬度在斷層兩側(cè)各增加50cm，兩邊坡比為1：0.5；eq\o\ac(○,3)破碎帶寬度在70-100cm時，挖深150cm，底槽寬度在斷層兩側(cè)各增加50cm，兩邊坡比為1:0.5。對于能滿足建基面控制指標的巖體，裂隙中有較多的銹面或方解石脈充填時，不作特殊處理，統(tǒng)一進行固結灌漿，以提高其基礎巖石的整體性和彈性模量，增加基礎承載力和大壩穩(wěn)定性及減少大壩不均勻沉陷的發(fā)生。10 大壩的穩(wěn)定分析10.1計算條件及設計原理根據(jù)國家頒布的GB50199—94《水利水電工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》[11]和DL5108—1999《混凝土重力壩設計規(guī)范》[9]，明確規(guī)定采用概率極限狀態(tài)設計原則，以分項系數(shù)極限狀態(tài)設計表達式進行結構計算，并按材料的標準值和作用標準值或設計值分別計算基本組合和偶然組合。大壩穩(wěn)定分析中，應驗算以下狀態(tài)：要同時滿足抗滑穩(wěn)定和壩址抗壓強度承載力的極限狀態(tài)；以及壩踵應力約束條件的正常使用極限狀態(tài)。建筑物等級：Ⅰ級建筑地震烈度：8°，不考慮地震荷載上下游水位取壩底高程2030.4m，為零參考面，便于計算。正常蓄水位：172.4m，下游尾水位63.1m。設計洪水位：169.4m，下游尾水位63.8m。校核洪水位：175.5m，下游尾水位64.6m。抗剪斷摩擦系數(shù)f′和抗剪斷粘聚力c′壩基河床段巖石為石英砂巖與板狀粉砂互層，混凝土墊層與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)f′取0.95，抗剪斷粘聚力c′取0.7Mpa；混凝土抗壓強度材料性能分項系數(shù)為1.4,選C10混凝土，則設計值：Ra=10/1.4=7.14MPa；揚壓力分項系數(shù)ad為1.4，則設計值：ad=1.4×0.25=0.35；水壓力、浪壓力、混凝土容重的分項系數(shù)均取1.0。材料容重及泥沙內(nèi)摩擦角混凝土：2.4t/m3； 巖石：2.6t/m3；水：1.0t/m3。10.2荷載組合10.2.1基本荷載本工程中，作用于重力壩上的荷載主要有：①自重壩體自重由壩體體積和材料的容重算出。W=γV （10—1）式中：γ——混凝土容重，t/m3；V——壩段體積，m3。②靜水壓力作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學原理計算。受力面鉛直時，直接用下公式計算，受力面有傾角時，分解為水平向及豎向分力分別進行計算： （10—2）式中：H——上游水深或下游水深，m；γ——水容重，1.0t/m3。③揚壓力由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚壓力的準確分布，故通常假定揚壓力從壩踵到壩趾成直線變化。由我國新安江、丹江口、劉家峽等重力壩的壩基排水也采用防滲帷幕和排水，實測結果表明：壩底面揚壓力較常規(guī)揚壓力設計圖形減小30%以上，此處計算中揚壓力按此估計值計算。α為揚壓力折減系數(shù)，規(guī)范[9]規(guī)定：河床壩段α=0.2～0.3，岸坡壩段α=0.3～0.4，本工程取α=0.25。eq\o\ac(○,4)浪壓力浪壓力與風速和水庫吹程有關。當壩前水深大于Ll時，可按下式計算：P浪=（10—3）式中h1——波浪高度，m；hZ——波浪中心線至水庫靜水位的高度，m；L——波長，m。10.2.2荷載組合作用在壩上的荷載，按其性質(zhì)分為基本荷載和特殊荷載兩種。eq\o\ac(○,1)基本荷載：壩體及其上永久設備的自重；正常蓄水位或設計洪水位時的靜水壓力；相應于正常蓄水位或設計洪水位時的揚壓力；相應正常蓄水位或設計洪水位時的浪壓力。eq\o\ac(○,2)特殊荷載：校核洪水位時的靜水壓力；相應校核洪水位時的揚壓力；相應校核洪水位時的浪壓力；10.3代表截面受力簡圖 分別取非溢流壩段（4＃）、中孔壩段（5＃）、溢流壩段（6＃）的單位寬度計算。10.4狀態(tài)驗算承載力極限狀態(tài)其作用和材料性能均應以設計值代入，正常使用極限狀態(tài)其作用和材料性能均應以標準值代入；基本組合，以正常蓄水位對應的上下游水位代入；偶然組合時，以校核洪水位對應的上下游水位代入。設計值=分項系數(shù)×標準值。10.4.1抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，屬于承載力極限狀態(tài)，核算時，其作用和材料性能均應以設計值代入。滑動力：γ0ψS(·)=γ0ψ(0.5γH上2-0.5γh下2+P浪)抗滑力：1/Rd×R(·)=1/1.2（fd′∑W＋cd′A） （10—4）式中：γ0——結構重要性系數(shù)，安全級別為Ⅰ級，結構系數(shù)取1.1；ψ——設計狀況系數(shù)，基本組合時，取1.0，偶然組合時，取0.85；Rd——混凝土抗壓強度；∑W——鉛直方向上，大壩的有效自重，KN；∑W=大壩自重（W）-揚壓力（U）；A——壩底與壩基接觸面積，m2。各段滑動力和抗滑力計算成果：選取壩塊4#、5#、6#、#的最大斷面部位的單寬計算荷載，結果見表10—1、10—2。表10—1各壩段滑動力計算成果表壩段荷載組合γ0ψP上（103KN）P下（103KN）P浪（103KN）γ0ψS(·)（103KN）4#基本組合1.11.0148.611.670.073150.7偶然組合1.10.8515411.820.015156.45＃基本組合1.11.0148.620.350.073141.16偶然組合1.10.8515420.740.015146.686#基本組合1.11.0135.1420.350.073126.35偶然組合1.10.85135.1420.740.015125.86表10—2各壩段抗滑力計算成果表壩段荷載組合rdf′U（103KN）W（103KN）A（m2）∑W（103KN）1/Rd×R(·)103KN4#基本組合1.20.9535.87125.73124106.5156.73偶然組合2.40.9536.35120.73124106.35156.65＃基本組合1.20.9535.87153.3124117.43165.37偶然組合2.40.9536.35153.3124116.77164.856#基本組合1.20.9535.87134.912499.03150.81偶然組合2.40.9536.35134.912498.55150.42成果分析：各壩段的抗滑力均大于滑動力，滿足抗滑穩(wěn)定要求。10.4.2壩址抗壓強度極限狀態(tài)作用效應：γ0ψS(·)=γ0ψ(∑W/B-6∑M/B2)×(1+m2) 混凝土抗壓強度：1/Rd×R(·)=2.976(MPa式中：∑W——大壩有效自重，KN；B——壩底寬度，M；∑M——抗滑力和滑動力的力矩之和，KN.m；m——作用效應折減系數(shù)，取0.7；Rd——結構系數(shù)。作用效應成果表見表10—3。表10—3作用效應計算成果表壩段荷載組合γ0ψB（m）U（103KN）∑W（103KN）∑M（103KN.m）γ0ψS(·)（103KN）4#基本組合1.11.012435.87106.5-1689.492.486偶然組合1.10.8512436.35106.35-1702.582.4945＃基本組合1.11.012435.87117.43-2135.82.742偶然組合1.10.8512436.35116.77-2143.742.916#基本組合1.11.012435.8799.03-1594.762.328偶然組合1.10.8512436.3598.55-1598.62.325成果分析：由于壩址處作用效應值小于混凝土抗壓強度值，壩址處不會出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，滿足抗壓要求。10.4.3上游壩踵不出現(xiàn)拉應力的極限狀態(tài)上游壩踵不出現(xiàn)拉應力的極限狀態(tài)，屬于正常使用極限狀態(tài)。故設計狀況系數(shù)，作用分項系數(shù)，和材料性能分項系數(shù)均采用1.0，揚壓力系數(shù)直接采用標準值0.25代入計算。壩體應力約定壓應力為正，拉應力為負，因此，正常使用極限設計式為：γ0S(·)=γ0ψ(∑W/B+6∑W/B2)≥0（10—6）上表達式中，各量表示意義均與公式（10—4）、（10—5）中相同，此處不再贅述，應力計算成果見表10—4。表10—4應力計算成果表壩段荷載組合B（m）∑W（103KN）6∑W（103KN）γ0S(·)(MPa4#基本組合124106.5-10136.940.2195＃基本組合124117.43-12814.80.1256#基本組合12499.039568.560.194 成果分析：由以上計算結果表明，上游壩踵出受壓應力，不受拉應力，故滿足穩(wěn)定要求。10.5壩基面抗滑穩(wěn)定分析壩基面抗滑穩(wěn)定分析取特殊壩段最大斷面部位的單寬計算，采用抗剪斷強度公式：（10—7）式中：K，——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f，，——壩體與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；c，——壩體與壩基接觸面的抗剪斷粘聚力；A——壩體截面積，m2；ΣP——作用于壩體滑動面以上的總水平力，KN；ΣW——作用于壩體滑動面以上的總鉛直力，KN。抗滑穩(wěn)定計算成果如表10—5。表10—5抗滑穩(wěn)定計算成果表壩塊計算情況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K，4#基本組合正常蓄水位1.014特殊組合校核洪水位1.0015#基本組合正常蓄水位1.172特殊組合校核洪水位1.1246#基本組合正常蓄水位1.194特殊組合校核洪水位1.195重力壩設計規(guī)范規(guī)定，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K需滿足：基本荷載組合和特殊荷載組合抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K大于1。從以上計算結果來看，各壩塊最大斷面處壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。重力壩設計規(guī)范要求壩體應力分析壩踵處不得出現(xiàn)拉應力，壩址處壓應力應小于混凝土允許壓應力，從以上計算結果來看，各壩塊最大斷面處壩基應力均滿足規(guī)范要求，從而，表明斷面設計是合理的。11 大壩細部構造11.1大壩材料及壩體混凝土分區(qū)11.1.1材料a、混凝土重力壩的建筑材料主要是混凝土。水工混凝土除要求有足夠的強度以外，還應按其所處的部位和工作條件，在抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍性、抗磨性和低熱性等方面提出不同的要求。①強度按抗壓強度標號，水工混凝土分為R75、R100、R150、R200、R250、R300及400等標號，常用的有R100、R150、R200、R250。壩體混凝土強度隨齡期增長，各種不同的水泥制成的混凝土強度的增長速度是不同的，一般可取為90天，最多不超過180天。抗?jié)B性用抗?jié)B標號來表示，可參照下表11—1選定。表11—1混凝土抗?jié)B標號的最小容許值項次結構類型及運用條件抗?jié)B標號1大體積混凝土結構的下游面及建筑物內(nèi)部S22大體積混凝土結構的擋水面防滲層混凝土H<30S4H=30～70S6H>70S83混凝土及鋼筋混凝土結構構件（其背水面能自由滲水者）J<10S4J=10～30S6J>30S8抗凍性用抗凍標號來表示，參照下表11—2選定。表11—2混凝土抗凍標號的最小容許值氣候條件工工作條件結構類別水位漲落區(qū)外部混凝土水位漲落區(qū)以上的外部混凝土凍融循環(huán)總次數(shù)≤50＞50最冷月平均氣溫低于-10鋼筋混凝土D200D250D100混凝土D150D200最冷月平均氣溫-3～-10℃鋼筋混凝土D150D200D50混凝土D100D150抗沖刷性一般情況下，抗沖刷混凝土的抗壓強度應不低于R200。對抗沖刷要求較高的混凝土，其強度不低于R300。11.1.2壩體混凝土分區(qū)按不同部位和不同工作條件將壩體混凝土分區(qū)（見圖10），可節(jié)省和合理使用水泥。參考以上標準將壩體混凝土分區(qū)：壩體內(nèi)部混凝土為R90150#S2D50；上游防滲層混凝土為R90200#S8D100；基礎墊層及廊道周圍為R90200#S8D100；下游壩面保護層為R90200#S6D150；溢流壩表面為R90300#S6D250；溢流壩閘墩混凝土為R90300#S4D250。混凝土壩體分區(qū)如圖10。11.2壩內(nèi)廊道的設計為了進行壩基灌漿，匯集并排除壩身及壩基滲水，檢查與觀測壩體工作狀況及壩內(nèi)交通的需要，常在壩內(nèi)設置廊道。這些廊道在壩內(nèi)相互連通，構成廊道系統(tǒng)。壩內(nèi)廊道包括基礎灌漿廊道和壩體排水、檢查廊道。壩基灌漿廊道沿壩底盡量靠近基巖面布置，距基巖面的距離設計為6m。兩側(cè)沿岸坡布置的廊道與基巖面距離也取為6m。壩基排水廊道靠近地基布置，由壩基排水孔收集基巖排出的水，經(jīng)過設在廊道底角的排水溝匯入集水井，然后排至下游。集水井深設置為6m，長5m，寬3m。壩體排水廊道沿壩高每隔30m布置一道，主要收集壩身滲水，滲水由壩身排水管進入廊道排水溝，再沿岸坡廊道排水溝流至最低排水廊道的集水井。廊道上游壁至上游壩面的距離取6m。廊道的斷面形狀做成上面半圓、下面長方形的城門洞型，這種斷面的應力條件好。斷面尺寸采用3m×4m。廊道內(nèi)布設交通臺階、扶手，并設置照明設施。11.3壩體分縫由于地基不均勻沉降和溫度變化、施工期溫度應力以及施工澆筑能力等原因，一般要對壩體進行分縫。有些縫是永久性的，他們的存在不影響壩體的整體性，不妨礙壩的正常運行；有些縫是臨時性的，只是在施工時設置，他們的存在將影響壩的整體性，使壩的正常工作受到影響，因而要對這種縫加以處理，使每個壩塊結合成整體。按縫的工作位置可把縫分為橫縫、縱縫及水平工作縫。本工程大壩由右岸擋水壩段、溢流壩段和左岸壩段組成。在右岸非溢流壩段設置4條橫縫，將其分為4個壩塊，分別是1#—4#，每個壩段分別長度為：29.19m、30m、30m、30m；5#壩段為中孔泄流壩段，長23m，6#壩段為河床溢流壩段。長30m，溢流壩段有3個溢流孔：在溢流孔中間設置橫縫，7#、8#、9#，分別為左岸擋水壩段，長度分別為23m、30m、26.76m,并設置3條橫縫。各壩塊間縫寬為1㎝。壩體均不設縱縫。11.4壩體止水和排水11.4.1止水重力壩的橫縫是永久縫，縫中應設止水設施。每道橫縫離上游面1.0m處均設金屬止水片兩道，中間設瀝青井，金屬止水片采用1.5m厚的紫銅片，做成“Ω”形，兩端插入混凝土的深度為20cm。溢流壩段的溢流面至下游壩基均設置橡膠止水一道，止水深入基巖35cm；廊道穿越橫縫處沿廊道內(nèi)表面20cm設封閉止水一圈。12.4.2壩體排水為了減少壩體滲透壓力，靠近上游側(cè)設排水管幕，將滲入壩體的水由排水管排入廊道，在右廊道匯集于集水坑排至下游。在靠近上游壩面9m處設無砂混凝土排水管，排水管與壩體縱向廊道相通，孔徑采用200㎜。整個排出水通過廊道排水溝匯入集水井，用水泵抽排至下游。AbstractJiudianxiaWaterConservancyislocatedinZhuoniandLintancountiesinGansuProvince,whichisreachesoftheJiudianxiaGapofTaoheRiver-atributaryoftheYellowRiver.ThisConservancyisapartfromLanzhoucityabout193km.Itisthe"11thFive-YearPlan"properpriorityplanstoconductamajorconstructionprojectinGansuProvince.TaoheRiverisrichinwaterresources,theaveragerunoffis3.825billionm3,butthediameterfleetingchangeisbigintheseason.Thewatervolumeassignmentisextremelynon-uniform.Atpresent,theentirebasindevelopmentdegreeofutilizationislow.Ontheotherhand,thedroughtandthewatershortageinthecentralpartofGansuisextremelyserious,whichmakingecologicalisfrail,pooragriculturalproductionconditions,themassesofpeoplelivinginpoverty,thepotablewaterisextremelysleepy.Thewaterresourcesistheprimaryfactorofrestrictingthislocaleconomyandthesocialdevelopment.Therefore,constructingthelarge-scalecontrolengineeringThisprojectwillmakewaterresourcesoptimizeddispatchinthemiddleareaofGansu,solvethemidd