高拱壩設(shè)計說明書

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- 1 -摘 要A 江水利樞紐同時兼有防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合作用，水庫正常蓄水位 183.25m，設(shè)計洪水位 187.18m，校核洪水位 191m，汛前限制水位 182m，死水位 164m，尾水位 103.5m。水庫死庫容 9.3 億 m3，總庫容 12.5 億 m3。A 江水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1 ）型工程，主要建筑物級別為 1 級，次要建筑物級別為 3 級，臨時性建筑物級別為 4 級。A 江水利樞紐的主要組成建筑物有擋水建筑物，主副廠房，泄水建筑物，過木筏道等。擋水建筑物是一變圓心變外半徑的雙曲拱壩，壩頂弧長 355.65m，最大壩高101m，壩底厚 26.0m，壩頂寬 8.0m。泄水建筑物由兩個淺孔和兩個中孔組成：淺孔位于兩岸，孔口寬 9.5m，高9.0m，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.0m，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一個工作閘門的上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房高程為189.5m，中孔啟閉機房高程為 168m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119,淺孔反弧半徑為 40m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角淺孔和中孔均為 θ=20o,導(dǎo)墻厚度為 1.0m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7m,中孔導(dǎo)墻高度為 8m。壩后式廠房裝有 4 臺 5 萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長 66m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5 m，進水口底高程為 152.3m。發(fā)電機層高程為 114.8m，尾水管底高程為 90.8m，廠房進水口底高程為 152.3m。為防止壩基滲漏，在壩基靠近上游側(cè)進行帷幕灌漿，并且為了減少壩基的揚壓力，在灌漿帷幕之后設(shè)置排水孔。為了防止混凝土產(chǎn)生裂縫，拱壩壩體設(shè)置橫縫，橫縫面上需設(shè)置鍵槽，以咬合加固，增強壩體的抗剪能力。當(dāng)?shù)讓捲?40～50m 以上的拱壩，才考慮設(shè)置縱橫縫，而本設(shè)計中，拱壩壩底寬為 26m，小于 40m，故可不設(shè)置縱縫。- 2 -AbstractAjiang hydrocomplex play parts in flood control,water power,irrigation,water conservancy related fisheries,and so on.The reservoir normal water level is 183.25m,design flood level is 187.18m,maximum flood level is 191m,flood control level is 182m,dead water level is 164m,and tail water level of hydropower station is 103.5m.The dead reservoir capacity is 930,000,000m3,and the total reservoir capacity is 1,250,000,000 m3.The hydraulic engineering grade is Grade I.The hydroproject is consist of water retaining structure,power house,auxiliary room,sluice structure,raft sluice,and so on.The water retaining structure is a double curvature arch dam.The length of the axis of crest dam is about355.65m.Maximum height of the dam is 101m,the thickness of the bottom of the dam is 26m,and the width of the top of the dam is 8.0m.The release structure is comprised of 2 mid-level outlet and 2 short-level outlet. the width of the short-level outlet is 9.5m,and the height is 9.0m; The width of the mid-level outlet is 7.5m,and the height is 7.0m.The upstream and the downstream side of every outlet are a bulkhead gate and a operating gate which is a radial gate.There is a room where a gate hoist is put above every service gate.The two rooms which are above the mid-level outlet service gate are at an elevation of 148 metres,and the other two rooms are at an elevation of 174.0 metres.The intake of the mid-level outlet is at an elevation of 135 metres,and the intake of the short-level outlet is at an elevation of 164 metres.The type of the power house is at damtoe.The dimensions of the power house and the auxiliary room are 81m×18m and 66m×10m.The generator floor is at an elevation of 114.8 metres,and the bottom of the draft tube is at an elevation of 90.8 metres,and the intake of hydropower station is at an elevation of 152.3 metres.In case of leakage of the dam foundation,there is grouting curtain at the base of the dam,behind which there are drainage holes which decrease the uplift pressure of the dam foundation.In radial directions there are transverse joints in which there are keys,and because the thickness of the bottom of the dam is smaller than 40～50 metres,there is no longitudinal joint.- 3 -目 錄摘 要 1ABSTRACT2第一章 綜合說明 71.1 概述 71.1.1 樞紐概述 71.1.2 設(shè)計要求 71.2 工程特性表 81.2.1 水庫特性表 81.2.2 樞紐特性表 .8第二章 設(shè)計資料 102.1 樞紐任務(wù) 102.2 基本資料 102.2.1 自然地理 .102.2.2 工程地質(zhì) 122.2.3 筑壩材料 142.2.4 庫區(qū)經(jīng)濟及其它 14第三章 樞紐主要建筑物的型式與總體布置 173.1 工程等級及技術(shù)規(guī)范設(shè)計標(biāo)準 17- 4 -3.1.1 工程等級 .173.1.2 技術(shù)規(guī)范 .173.1.3 洪水標(biāo)準 .173.2 調(diào)洪演算及設(shè)計基本數(shù)據(jù) 173.2.1 調(diào)洪演算的目的 .173.2.2 調(diào)洪演算的原理 .173.2.3 泄洪方案的選擇 .183．3 樞紐組成建筑物 .213.4 壩型選擇 213.4.1 壩型初選 .223.4.2 方案比較 .233.4.3 壩體形態(tài)選擇 .273.5 泄水建筑物形式的選擇 273.6 廠房及引水系統(tǒng)布置 283.7 樞紐總體布置 28第四章 拱壩設(shè)計 294.1 拱壩形式及布置 294.1.1 拱壩剖面設(shè)計 .294.1.2 拱壩的布置 .304.2 荷載及其組合 31- 5 -4.2.1 荷載及計算 .314.2.2 荷載組合 .354.3 計算原理和計算方法 .364.3.1 計算原理 .364.3.2 計算步驟 .374.4 應(yīng)力強度分析（電算、手算） 374.4.1 應(yīng)力控制指標(biāo) .374.4.2 電算 .384.4.3 手算 .384.5 壩肩穩(wěn)定驗算 414.5.1 驗算原理 .424.5.2 驗算工況 .444.5.3 驗算結(jié)果 .44第五章 泄水建筑物設(shè)計 455.1 泄水建筑物的組成與布置 455.2 泄槽設(shè)計 455.2.1 泄槽尺寸 .455.2.2 導(dǎo)墻尺寸 .455.3 消能與放沖 465.3.1 水舌挑距 46- 6 -5.3.2 沖刷坑深度 .465.3.3 消能率計算 .465.4 泄水孔口應(yīng)力及配筋計算 47第六章 壩體細部構(gòu)造及地基處理 486.1 壩體構(gòu)造與細部結(jié)構(gòu)設(shè)計 .486.1.1 壩體與壩面 .486.1.2 壩體分縫 .486.1.3 壩內(nèi)廊道和壩內(nèi)工作橋 .486.2 壩基處理 496.2.1 地基處理的一般要求 .496.2.2 地基的處理與開挖 .496.2.3 壩基排水孔 .51結(jié) 語 52參 考 文 獻 53- 7 -第一章 綜合說明1.1 概述1.1.1 樞紐概述A 江是我國東南地區(qū)的一條河流, 流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入東海，干流全長 153km，流域面積 4860 平方公里。根椐流域規(guī)劃擬建一水電站。本設(shè)計任務(wù)是對 A 江水利樞紐進行設(shè)計。A 江水利樞紐是一項同時兼顧防洪，發(fā)電，灌溉，漁業(yè)等綜合作用的水利工程。水庫正常蓄水位為 183.25m，汛前限制水位為 182m，死水位為 164m，設(shè)計水位為 187.18m，校核水位為 191m，尾水位為 103.5m。壩址以上流域面積 2761 平方公里,流域境為山區(qū)，氣候濕潤，雨量充沛，屬熱帶氣候。流域境內(nèi)以農(nóng)業(yè)為主，森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴重，樞紐下游為 A 省的重要農(nóng)副生產(chǎn)基地 A 平原。壩址下游約 50 公里有縣級城市兩坐，在河流入海處有省直轄市一座。電站多年平均發(fā)電量為 5.08 億度，正常蓄水位時，水庫面積為 35.60 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造了有利條件，同時增加保灌面積 250 萬畝。A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過木筏道，開關(guān)站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為 101m，主體工程量約為 33.4 萬方左右，壩頂長約 355.65 m，壩頂寬 8m，壩底寬 26m。壩后式廠房裝有 4 臺 5 萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長66m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進水口底高程為152.3m。泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬9.5m，高 9.0m，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.0m，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 40m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 θ=20 o,導(dǎo)墻厚度為 1m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 7.0m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.0m。過木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過壩量為 33.3 萬立方米，其木材最大長度為 10m，大頭直徑為 100cm。開關(guān)站長 20m，寬 75m，位于左岸。- 8 -1.1.2 設(shè)計要求在明確設(shè)計任務(wù)及對原始資料進行綜合分析的基礎(chǔ)上，要求：(1)根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩頂?shù)母叱毯托顾ㄖ锟卓诔叽纭?2)通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物的形式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案。(3)詳細做出大壩設(shè)計，并通過比較確定壩的基本剖面和輪廓尺寸，擬定地基處理方案和壩身構(gòu)造，進行水利計算、靜力計算。(4)對泄水建筑物（待壩型選定后指定）進行設(shè)計，選擇泄水建筑物的形式與輪廓尺寸，確定布置方案，擬訂細部構(gòu)造，進行水利計算、靜力計算。(5)對 A 江水利樞紐各組成建筑物進行總體布置以及細部構(gòu)造設(shè)計。 1.2 工程特性表1.2.1 水庫特性表表 1-1 水庫特性表正常蓄水位 設(shè)計洪水位 校核洪水位 死水位 汛前限制水位183.25m 187．18m 191.0m 164m 182m 1.2.2 樞紐特性表（見下頁）- 9 -表 1—2 樞紐特性表泄水建筑物攔河大壩淺孔 中孔 廠房壩型 雙曲拱 壩 個數(shù) 2 2 廠房型式 壩后式壩基地質(zhì) 花崗斑 巖 寬 9.5m 7.5m 主廠房尺寸 81m×18m最大壩高 101m 高 9.0m 7.0m 副廠房尺寸 66m×10m壩頂中心角 104.5°進口底高程 164m 135m 發(fā)電機層高程 114.8m 壩頂外半徑 195m 出口底高程 154m 130m 引水鋼管進口高程 152.3m 壩頂厚度 8m 坎頂高程 119m 119m 引水鋼管直徑 4.5 m 壩底中心角 56.8° 坎上水深 5.62m 6.39m 尾水管底高程 90.8m 壩底外半徑 89.3m 反弧半徑 40m 50m 廠房頂高程 130.5m 壩底厚度 26m 挑射角 20° 20° 尾水位 103.5m 導(dǎo)墻高度 7m 8m 發(fā)電機臺數(shù) 4 臺導(dǎo)墻厚度 1m 1m 單機容量 5 萬 kw滿載流量 338m3/s安裝場尺寸 21m×18m開關(guān)站尺寸 20m×75m- 10 -第二章 設(shè)計資料2.1 樞紐任務(wù)本工程同時兼有防洪、發(fā)電、灌溉、漁業(yè)等綜合作用。1、發(fā)電裝機 20 萬千瓦，多年平均發(fā)電量為 5.09 億度。本電站 4 臺 5 萬千瓦機組。正常蓄水位為 183.25m，汛期限制水位：182m，死水位為 164m，4 臺機滿載時的流量為 338s/m3，尾水位為 103.5m。廠房形式為壩后式，主廠房平面尺寸為 81m×18m，發(fā)電機層高程：114.8m，尾水管底高程：90.8m，廠房頂高程 130.5m，副廠房平面尺寸為 66m×10m，安裝場尺寸為 21m×18m，開關(guān)站尺寸為 20m×75m。2、灌溉增加灌溉面積 50 萬畝。3、防洪可減輕洪水對 A 市平原及 A 市的威脅，在遇 5000 年一遇和 1000 年一遇洪水時，經(jīng)水庫調(diào)洪后，洪峰流量由原來 14900，11700 s/m3分別消減為 7300，6300 s/m3。要求設(shè)計洪水時最大下泄流量限制為 6300 s/m3。4、漁業(yè)正常蓄水位時，水庫面積為 35.6 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)殖創(chuàng)造有利條件。5、過木根據(jù)林業(yè)部門提供的要求，木材過壩量為每年 33.3 萬 m3。其木材最大才長10m，大頭直徑為 100cm。2.2 基本資料2.2.1 自然地理2.2.1.1 流域概況 A 江是我國東南部的一條河流，流向自西向東，流經(jīng) A 省南部地區(qū)，匯入東海，干流全長 153km，流域面積 4860 平方公里。壩址以上流域面積 2761 平方公里，流域境內(nèi)是山區(qū)，平均高度為 662m,最高山峰達 1921m，流域境內(nèi)氣候濕潤，雨量豐沛，屬熱帶氣候。徑流主要來自降雨，小部分由地下水補充，每年 4～9月份為汛期，其中 5、6 兩月為梅雨期，河道坡降上游陡，下游緩，平均坡降6.32%～0.97%，因河道陡，調(diào)蓄水能力低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅速漲落，- 11 -一次洪水過程線尖瘦，屬典型的山區(qū)河流。流域境內(nèi)，以農(nóng)林為主，森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴重，樞紐下游為 A 省的重要農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)基地——A 平原。壩址下游約 50 公里有縣級城市兩座，在河流入海處有省直轄市一座。2.2.1.2 氣候特征1．氣溫壩址處的多年平均氣溫為 17.3°，月平均最低氣溫 5°（1 月份） ，最高氣溫29°（7 月份） 。實測極端最低氣溫-8.2°（1 月份） ，最高為 40.6°（7 月份） 。2．濕度年平均相對濕度為 79%左右，其中以 6 月份 87%為最大，1 月份 72%為最小，日變化較大。3．降雨量壩址以上流域的年平均降雨量為 1680mm，實測最大年降雨量為 2389mm，最少為 1380mm，雨量在年內(nèi)分布不均，其中 4～9 月份占全年降雨量的 75%，而 5、6兩月占全年的 1/3。表 2-1 各月降雨量的雨型及日數(shù)統(tǒng)計表月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年實際天數(shù) 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 310.3-10mm 雨日 3 4 5 7 12 12 10 9 8 7 6 410-30mm 雨日 2 3 4 5 8 9 6 5 4 3 2 130mm 以上雨日 9 1 1 8 5 6 3 2 2 1 0 04．蒸發(fā)量：壩址處多年平均蒸發(fā)量為 1349mm，其中 7 月份最大，月蒸發(fā)量為 217mm，2 月份為最小，月蒸發(fā)量為 45.4mm。5. 風(fēng)向風(fēng)力：實測最大風(fēng)速 17m/s，風(fēng)向西北偏西，吹程 4.5km。多年平均最大風(fēng)速為：汛期為 12m/s，非汛期為 13m/s，風(fēng)向基本垂直壩軸線，吹程 4km。6. 水庫水溫：據(jù)資料分析，各層水溫的多年平均水溫（TH）及年變幅（△Tc）按下列公式計算：TH = 8.105.845.27????????He△Tc＝.2??????其中：H 為水深。2.2.1.3 水文特性1．正常徑流- 12 -根據(jù)資料分析，壩址處的多年平均流量為 100m3/s，多年平均徑流總量為31.5 億 m3，各頻率的月平均量見下表 2-3。表 2-3 各頻率的月平均徑流量頻率(%)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12多年平均1 116 267 324 490 689 679 346 263 331 102 121 113 1865 78 179 235 364 510 537 352 177 210 73 77 73 15050 21 49 89 141 216 277 78 44 44 26 16 16 9780 8 19 47 73 12 134 22 15 12 13 4 5 7495 2 5 22 36 69 121 5 4 2 6 1 1 5523 65 103 162 215 295 115 61 67 31 24 24 1002．洪峰流量及總量據(jù)水文資料推算，壩址處的洪峰流量及總量如下：洪峰流量 Q=3310 m3/s，Cv=0.45，Cs=4Cv，皮Ⅲ型線，各頻率流量為：P=0.02%，Q=14900m 3/s；P=0.1%，Q=11700m 3/s。洪峰總量：三日洪水總量的均值 W=3.5 億 m3，Cv=0.38，Cs=3Cv，皮Ⅳ型線，各頻率洪量：P=0.02%，三日洪水總量 Wp=7.94 億 m3；P=0.1%，三日洪水總量Wp=6.58 億 m3?？赡茏畲笕蘸榱繛?15.4 億 m3。施工期各設(shè)計洪水頻率流量見下表表 2-4 施工期設(shè)計洪水頻率流量表頻率 10—4 月 9—6 月 10—3 月 11—6 月 11—2 月 12—2 月 備注5 2087 1772 1367 1367 884 82410 1673 1410 1072 1072 654 59620 1275 1045 784 784 434 3323．固體徑流量及水庫淤積：據(jù)水文站實測資料分析，年固體徑流總量為 331噸，百年后水庫淤積高程 115m，淤沙容量為 8.5kN/m3，內(nèi)摩擦角 10°。2.2.1.4 其他本壩址地震烈度為 7?。2.2.2 工程地質(zhì)2.2.2.1 庫區(qū)工程地質(zhì)- 13 -庫區(qū)巖性以火山巖和沉積巖為主，褶皺規(guī)模不大，均為背斜，兩翼地層平緩，并且不對稱。有較大的斷層二條，這些褶皺和斷層呈北東向展布，以壓扭性為主，傾角較陡，延伸長度達幾直幾十公里，斷層單寬 1 米左右。個別達 10 米以上。斷層破碎都已膠結(jié)。庫區(qū)水文地質(zhì)簡單，以裂隙水為主，地下分水嶺均高出庫水位以上。2.2.2.2 壩址工程地質(zhì)1．地貌：壩址處的河床寬度為 100m。河底高程 100m，水深 1～3m，河谷近似“V”型，兩岸約 40°～60°。河床覆蓋層由大理石，卵石組成。厚度約5～6m，兩岸山坡為第四系覆蓋層，厚度為 5～10m 左右。2．巖性和工程地質(zhì)：壩基為花崗巖，風(fēng)化較淺，巖性均一，新鮮堅硬完整，抗壓強度達 120——200MPa。壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡單，無大的地質(zhì)構(gòu)造，緩傾角節(jié)理延伸短，整體滑動可能性小，但陡傾角節(jié)理較發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理為主，左右岸各有走向互相垂直的二組節(jié)理。其中一組近似于平行山坡等高線，方向見地形圖，節(jié)理傾角約 35°～90°，節(jié)理面無夾泥存在，壩址處的水文地址較簡單，未發(fā)現(xiàn)裂隙承壓水。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)見下表。表 2-5 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)表摩擦系數(shù)容重（kN/m 3）抗壓強度（MPa） 抗剪系數(shù) 抗剪斷系數(shù)巖性或 地質(zhì)構(gòu)造干 濕孔隙率% 干飽和彈性模量MPa混凝土基巖內(nèi)部混凝土基巖內(nèi)部粘著力（MPa）泊松比μ花崗斑巖27.3 28.1 2.3 210 1902.2×1040.70 0.75 0.75 1.200.5 基巖與混凝土0.20節(jié)理面0.65 0.751.0 基巖內(nèi)相對隔水層離基巖表面深 15m。2.2.3 筑壩材料- 14 -2.2.3.1 石料壩區(qū)大部分地區(qū)為花崗斑巖，基巖埋深淺，極易開采，且河床覆蓋層中的塊石、卵石可利用，因此筑壩石料極易解決。2.2.3.2 砂料在壩下游勘探 6 個砂料場，最遠料場離壩約 9km，以石英破碎帶的料場為主，初估砂料儲量 430 萬 m3。經(jīng)質(zhì)量檢驗，砂石料符合規(guī)范要求。壩址處缺乏筑壩的土料。2.2.4 庫區(qū)經(jīng)濟及其它2.2.4.1 庫區(qū)經(jīng)濟庫區(qū)除有小片盆地外，其余多為高山峽谷地帶。耕地主要分布在小片盆地上，高山上的森林茂密。在正常蓄水位時，需遷移人口 21444 人，拆遷房屋 19240 間，淹沒，浸沒耕地 16804 畝，淹沒森林面積 18450 畝，淹沒縣社建造的二座小型水電站(裝機 2210kw）等，需賠償費 4120 萬元。2.2.4.2 其它1．對外交通本壩址上游左岸 30km 處有鐵路干線車站，另有公路與壩址下游 50km 的兩座縣城相通，兩縣城有公路與水路與河流入海處的省轄市相連，對外交通較為方便。2．附屬工廠和生活建筑區(qū)壩址下游兩岸有較大的沖積臺地，地形平緩面積較大，適宜布置工廠和生活建筑區(qū)。3．負荷位置本電站主要供應(yīng)壩下游 A 平原的農(nóng)村生產(chǎn)用電及省轄市的工業(yè)用電，并擔(dān)負A 電網(wǎng)的部分調(diào)峰任務(wù)。4．壩頂有雙線公路布置的要求。5．水庫水位——容積關(guān)系曲線、壩址處水位——流量關(guān)系曲線、設(shè)計洪水（三日）過程線和壩址地形圖見附圖。- 15 -- 16 -- 17 -第三章 樞紐主要建筑物的型式與總體布置3.1 工程等級及技術(shù)規(guī)范設(shè)計標(biāo)準3.1.1 工程等級在工程安全與經(jīng)濟之間存在著矛盾，為使工程的安全可靠性與其造價的經(jīng)濟合理性適當(dāng)統(tǒng)一起來，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級，即先按工程的規(guī)模，效益及其在國民經(jīng)濟中的重要性，將水利樞紐分等，而后再對各組成建筑物按其所屬樞紐等別，建筑物作用及重要性進行分級。本工程校核水位為 191m，查庫容曲線得相應(yīng)庫容為 12.5 億 m310 億 m3，根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范——《水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準（山區(qū)、丘陵區(qū)部分） 》 ，確定 A 江水利樞紐工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型工程，主要建筑物級別為 1 級，次要建筑物級別為 3 級，臨時性建筑物級別為 4級。3.1.2 技術(shù)規(guī)范混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范（SD145-85）規(guī)定：對于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為1.2Mpa，安全系數(shù)為 4.0；對于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.5Mpa，安全系數(shù)為 3.5；當(dāng)考慮地震荷載時，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過 30%。3.1.3 洪水標(biāo)準設(shè)計洪水標(biāo)準為千年一遇，校核洪水標(biāo)準為五千年一遇。3.2 調(diào)洪演算及設(shè)計基本數(shù)據(jù)3.2.1 調(diào)洪演算的目的1、根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，以確定上游不同洪水標(biāo)準下的下泄流量，然后確定出設(shè)計洪水位和校核洪水位。2、根據(jù)調(diào)洪演算得出設(shè)計水位下的下泄流量，以選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物的孔口尺寸。3.2.2 調(diào)洪演算的原理由水量平衡原理可得 (Q1+Q2)/2-(q1+q2)/2=(V2-V1)/△t=△V/△t- 18 -q=f(V)式中：Q、q 分別為水庫如庫流量和下泄流量（m 3/s),下標(biāo) 1、2 分別表示時段初和時段末的值；V 為水庫蓄水量，下標(biāo) 1、2 分別為時段初和時段末的值； △t為時段長（s） ；△V 為時段內(nèi)水庫蓄水量的變化量。連立上面二式，便求出正個水庫調(diào)洪過程，即可確定壩前最高水位及其相應(yīng)的最大下泄流量。 展展圖 3-1 洪水調(diào)節(jié)計算圖采用高切林法，以直線近似代替泄水過程線。計算過程如下：（1）假定三條泄水過程線 AB1、AB 2、AB 3如圖 3－1（A） ；（2）求出相應(yīng)發(fā)的庫容 V1、V 2、V 3（陰影部分面積）和下泄 Q1、Q 2、Q 3；（3）根據(jù) V1、V 2、V 3在庫容曲線上得出相應(yīng)的上游水位 Z1、Z 2、Z 3；（4）在繪有泄水建筑物泄流能力曲線 L1的 Q~Z 坐標(biāo)圖上，繪出相應(yīng)的點P1（Q 1、Z 1） ，P 2（Q 2、Z 2） ，P 3（Q 3、Z 3）如圖 3-1（B）所示；（5）過 P1、P 2、P 3點繪曲線 L2與 L1與 P，對應(yīng)于 P 點的泄流量 Q 為攔洪是最大下泄流量，相應(yīng)水位為最高洪水位。3.2.3 泄洪方案的選擇3.2.3.1 可能調(diào)洪方案①表孔溢流方案：突出優(yōu)點是泄洪能力大，可減小孔口尺寸，閘門上的水壓力小，操作檢修方便。缺點是壩身單薄，需設(shè)置泄槽或滑雪道結(jié)構(gòu)，實體的泄槽結(jié)構(gòu)工程量較大，不經(jīng)濟，輕型的滑雪道結(jié)構(gòu)易引起振動，穩(wěn)定性不好；使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂高程以下才能得以發(fā)揮。②壩身開孔方案（淺孔方案和中孔方案）：優(yōu)點是對壩體應(yīng)力影響不大，可- 19 -節(jié)省另建溢洪道的投資。缺點是當(dāng)水流過壩后需設(shè)置滑雪道泄槽，并進行合理選型和布置：若同一高程開孔數(shù)量多，該層拱圈削弱較多。③壩外溢洪道泄洪方案：適用于有天然埡口，便于布置正槽式溢洪道的地形條件。A 江提供的地形圖壩址附近，未見有天然埡口地形，故不考慮該方案。④利用導(dǎo)流隧洞泄洪方案：拱壩的施工導(dǎo)流須采用一次斷流方案，故施工時需在某一岸開挖導(dǎo)流隧洞，以便壩體施工，為節(jié)省工程投資，可將進口段改建成“龍?zhí)ь^” ，將導(dǎo)流洞改建成泄洪洞，但本工程導(dǎo)流洞長度較短，改建成泄洪洞后，除“龍?zhí)ь^”部分外可利用的長度不長，加上改建部分的開挖和老洞的封堵，實際并不能有效節(jié)省工程投資。3.2.3.2 方案初選依據(jù) A 江水利樞紐的具體情況，全面綜合比較以上所述四種方案，壩外溢洪道泄洪方案和利用導(dǎo)流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案，采用滑雪道結(jié)構(gòu)工程投資遠小于修建壩外泄水建筑物的工程投資，故初步選擇以下方案進行調(diào)洪演算：（1）4 表孔+2 中孔泄洪方案（2）2 淺孔+2 中孔泄洪方案（3）4 中孔泄洪方案 3.2.3.3 調(diào)洪演算調(diào)洪演算根據(jù)水量平衡原理計算，計算時先按不同的出口高程和孔口尺寸擬定多組方案，計算結(jié)果見后表。根據(jù)《中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》 ，公式：表孔： Z32gHσε BmQz?式中： Q——流量（m 3/s）B——溢流孔凈寬（m）Hz——溢流孔堰頂作用水頭（m）g——重力加速度（m/s 2）mz——流量系數(shù)，初設(shè)計時，在定型設(shè)計水頭下，當(dāng) P/H3(P 為堰高 m)時，則 mz=0.47～0.49；當(dāng) P/H≤3 時，m=0.44～0.4。本次設(shè)計取為 0.48?？卓谛沽鞴剑? zk2gHAQμ?式中：Ak——出口處的面積（m 2）- 20 -Hz——自由泄流時，為孔口中心線處的作用水頭（m） ；淹沒泄流時，為上下游水位差（m）.μ——孔口或管道的流量系數(shù)，對 Hz/D=2.0~2.4（D 為孔口高度，m)的淺孔，取 μ=0.74~0.82；對深式進水口 μ 值可參照公式估算；當(dāng)為長有壓孔時，μ 值必須計及沿程和局部水頭損失后確定。深式泄水孔流量系數(shù)：1、喇叭形進口 μ=0.97-0.3×D/H z2、非完全喇叭形進口 μ=0.93-0.3×D/H z3、圓形進口 μ=0.90-0.3×D/H z表 3-1 孔口形式表調(diào)洪 方案 4 表+2 中 2 淺+2 中 全中孔孔口 形式 表孔 中孔 淺孔 中孔 中孔孔口 高(m) 堰頂 9.5 9 7 7.5尺寸 寬(m) 高程 8 9.5 7.5 7.5進口底高程(m) 179 135 164 135 135出口底高程(m) 130 154 130 130表 3-2 洪水調(diào)節(jié)計算成果表工況 設(shè) 計 校 核方案 Q 泄 Hmax Q 泄 Hmax4 表孔+2 中孔 6720 187.85 8030 191.22 淺孔+2 中孔 6740 187.18 7000 1914 中孔 6730 186.99 6990 191.83.2.3.4 方案選擇(1) 方案比較對于表孔、淺孔、中孔方案在滿足防洪要求時， 4 中孔方案缺點是同一高程開孔數(shù)量多，令該層拱圈削弱過多，對壩體結(jié)構(gòu)作用影響大，不宜布置。4 表孔+2 中孔方案優(yōu)點是泄洪能力強，但缺點是壩體較高，同時表孔結(jié)構(gòu)使壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，拱的空間結(jié)構(gòu)作用從堰頂以下才得以發(fā)揮。2 中孔+2 淺孔方案有較大泄流能力，而且經(jīng)過合理布置，采用挑流對撞消能工可以解決消能問題，也可使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響。綜合比較上述四個方案，結(jié)合 A 江水利樞紐的具體情況，壩外溢洪道和利用導(dǎo)流隧洞方案不盡合理，選擇表孔、淺孔、中孔方案，雖有水流向心收聚，能力- 21 -集中的特點，但只要合理布置，采用挑流對沖消能工可以解決消能問題。泄槽的工程投資遠小于另建泄水建筑物的投資.為使壩體空間結(jié)構(gòu)作用少受影響，宜選擇兩淺孔和兩中孔方案，淺孔位于兩岸，中孔位于水電站進水口兩側(cè)，對稱布置。由表中可知，淺中孔方案滿足防洪要求的同時，壩前水位較低，從而可節(jié)省壩體工程量，故選其為最終泄洪防方案，即設(shè)置兩個淺孔，孔口尺寸為 9m×9.5m，進口底高程為 164m，出口底高程 154m，兩中孔，孔口尺寸為 7.0m×7.5m，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。設(shè)計洪水時，設(shè)計水位為 187.18m，下泄流量為 6740m3/s，小于允許流量 6750m3/s。校核洪水時，校核洪水位為 191.00m，下泄流量為 7000m3/s，小于允許下泄流量 7750 m3/s。總庫容為 12.50 億 m3，屬大（I）型工程。(2) 水庫運用方式根據(jù)上述分析，本工程采用 2 淺孔和 2 中孔泄洪方案，在不影響工程效益的前提下，盡量降低壩高可大大節(jié)省開支。故水庫在洪水期的運用方式為：洪水到來之前開閘放水，騰空庫容，將庫水位降落直汛前限制水位 182m 處，即起調(diào)水位，起調(diào)流量為汛前限制水位下開啟淺中孔時對應(yīng)的下泄流量之和。3．3 樞紐組成建筑物A 江水利樞紐的主要組成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過木筏道，開關(guān)站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為 101m，主體工程量約為 33.4 萬方左右，壩頂寬 8m，壩頂長約 355.65m，壩底寬 26m。壩后式廠房裝有 4 臺 5 萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長66m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進水口底高程為152.3m。泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬9.5m，高 9.0m，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.0m，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)。坎頂高程為 119m,淺孔反弧半徑為 40m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 θ=20 o,導(dǎo)墻厚度為 2m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 8m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.8m。過木筏道位于右岸。根據(jù)林業(yè)部的要求，每年木材過壩量為 33.3 萬 m3，起木材最大長度為 10m，大頭直徑為 100cm。開關(guān)站長 75m，寬 20m，位于左岸。- 22 -3.4 壩型選擇3.4.1 壩型初選3.4.1.1 土石壩土石壩主要由壩址附近的土石料填筑而成，由于該壩址處缺乏筑壩的土石料，并且土石料壩身不能泄洪，需另外建泄水建筑物，本工程兩岸附近無埡口等適合建泄洪建筑物的地形，故不宜建土石壩。3.4.2.2 重力壩重力壩依靠壩體自重或垂直荷載在壩基面上產(chǎn)生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩(wěn)定的要求，利用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產(chǎn)生的壓應(yīng)力來抵消由于水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度的要求。其優(yōu)點比較明顯：①壩體斷面形態(tài)適于在壩頂布置溢洪道和壩身設(shè)置泄水孔，不需要另設(shè)河岸溢洪道或泄洪隧洞，在壩址河谷狹窄而洪水流量大的情況下，重力壩可以較好地適應(yīng)這種自然條件；②結(jié)構(gòu)簡單，施工技術(shù)比較容易掌握，在放樣，立模和混凝土澆搗方面都比較方便，有利于機械化施工；③由于斷面尺寸大，材料強度高，耐久性能好，因而對抵抗水的滲透，特大洪水的漫頂，地震和戰(zhàn)爭破壞能力都比較強，安全性較高；④對地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，幾乎任何形狀的河谷都可以修建重力壩；⑤具有足夠強度的巖基就可滿足要求，因為重力壩常沿壩軸線分成若干獨立的壩段，所以能較好地適應(yīng)巖石的物理力學(xué)特性的變化和各種非均質(zhì)的地質(zhì)。但缺點也比較明顯：①剖面尺寸較大，壩體內(nèi)部的壓應(yīng)力一般不大，因此材料的強度不能充分發(fā)揮；②壩體體積大，水泥用量多，混凝土凝固時水化熱高，散熱條件差，且各部澆筑順序有先有后，因而同一時間內(nèi)冷熱不均，熱脹冷縮，相互制約，往往容易形成裂縫，從而削弱壩體的整體性，因而混凝土重力壩施工期需有嚴格的溫度控制和散熱措施。3.4.2.3 拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，依靠拱的作用，將力傳給拱座，依靠梁的作用將力傳給基巖。其優(yōu)點是：①受力條件好，在荷載作用下，拱壩同時起拱的作用和懸臂梁的作用，主要依靠兩岸壩肩和壩基的巖體維持穩(wěn)定，壩體自重對壩體的穩(wěn)定性影響不大；②壩的體積小，因為拱壩是一種受壓結(jié)構(gòu)，拱向除拱端外，幾乎全部受壓，梁向除底部外大部分也是受壓，故可充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，厚度可以較小，故其體積可比同樣高度的重力壩節(jié)省 1/3～2/3；③拱壩超載能力強，安全度高，拱壩通常屬周邊嵌固的高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)外荷載增大或壩的某一部位因拉應(yīng)力- 23 -過大而發(fā)生局部開裂時，能調(diào)整拱作用和梁作用及其荷載分配，進行壩內(nèi)應(yīng)力重分配，不致使壩全部喪失承載能力，裂縫對于拱壩的威脅不象對其他壩型那樣嚴重，拱壩水平裂縫中的揚壓力只會降低壩體懸臂梁的作用，鉛直裂縫會使拱圈未開裂部分的應(yīng)力增加，原來的拱圈變成具有更小曲率半徑的拱圈，壩內(nèi)應(yīng)力重分配，成為無拉應(yīng)力的有效拱，所以按結(jié)構(gòu)的觀點，拱壩壩面允許局部開裂，另外混凝土具有一定的塑性和徐變特性，在局部壓應(yīng)力特大的部位，變形受限制的情況下，經(jīng)過一段時間，混凝土的徐變變形增大，彈性變形減小，從而這些特大應(yīng)力有所降低，而且三維受力時混凝土的實際極限抗壓強度比單軸時的極限抗壓強度要高，由于以上所述原因，拱壩在合適的地形地質(zhì)條件下具有很強的超載能力，據(jù)國內(nèi)外試驗資料表明，其超載能力可達設(shè)計荷載的 5～11 倍；④抗震性能好，由于拱壩是整體性的空間結(jié)構(gòu)，壩體較輕韌，富有彈性，又能自行調(diào)整其結(jié)構(gòu)性能，因此拱壩抗震性能好。但拱壩也有明顯的缺點：①施工技術(shù)要求高，由于拱壩壩體斷面較薄，幾何形狀復(fù)雜，因此對施工技術(shù)，施工質(zhì)量控制的要求高；②對地基處理的要求更為嚴格，以致有時開挖量很大；③施工導(dǎo)流不如重力壩來得方便，需一次斷流，要另開導(dǎo)流隧洞；④拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，巖基穩(wěn)固是拱壩結(jié)構(gòu)優(yōu)越性發(fā)揮的前提條件。綜合上述分析，對 A 江水利樞紐而言，有合適的喇叭口地形“V”形河谷，兩岸也沒有順河向的節(jié)理裂隙，故選擇混凝土拱壩方案。3.4.2 方案比較3.4.2.1 計算最大壩高（1）波浪三要素計算（采用官廳水庫公式）2hL=0.0166Vf5/4 D1/3 2LL =10.4(2hL)0.8 h0= cth 24?1??式中：Vf——計算風(fēng)速，設(shè)計情況采用洪水起多年平均最大風(fēng)速的 1.5～2 倍校核情況采用洪水期多年平均最大風(fēng)速；D——庫面吹程。（2）壩頂高程計算公式壩頂高程=Max｛設(shè)計洪水位+△h 設(shè) ，校核洪水位+△h 校 ｝ 其中：- 24 -△h= 2h L + h0 + hc 2hL——波浪高度 h0 ——波浪中心線高出靜水位的高度hc——安全超高 （等級為 1 級時：設(shè)計 hc=0.7，校核 hc=0.5）經(jīng)計算得：壩頂高程為 193 米3.4.2.2 重力壩方案A、 重力壩的基本剖面拱壩方案和混凝土壩之間主要做工程量的比較，工程量的計算采用簡化的方法。在確地壩高的條件下確定混凝土壩的基本破剖面，并在基本剖面的基礎(chǔ)上得到使用剖面?；酒拭嬉话阒辉谥饕奢d作用下滿足壩基面穩(wěn)定和應(yīng)力控制條件的最小三角形剖面，因此，基本剖面分析的任務(wù)是在滿足強度和穩(wěn)定要求下，根據(jù)給定的壩高 H 求得一個最小的壩底寬度 B。也就是確定三角形的上下游邊坡。為分析方便，沿壩軸線方向取單位長度的壩體進行研究。基本破剖面按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度用如下公式：B=（0.7～0.9）H=（70.7～90.9）取壩底最小寬度 B=80m,B、 實用剖面的確定重力壩的基本剖面是在荷載和剖面形態(tài)都作了簡化之后求得的，實用剖面當(dāng)然不能是頂點與上游水位齊平的簡單三角形。因此還要考慮其他荷載和運用條件對基本剖面進行修改，使其成為符合實際需要的實用剖面。壩頂需要有一定的寬度，以滿足設(shè)備、運行、交通、及施工的需要，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的 8～10%，并不小于 2m，如作為交通要道或有移動式啟閉機設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確定，當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊時，把頂最小寬度還應(yīng)滿足強度的要求。由于最大壩高為 101m，故取壩頂寬度為9.0m。壩頂高程已由調(diào)洪演算中詳細介紹，這里不在介紹。重力壩的上游面采用上部鉛直、而下部為呈傾斜，既可利用部分水重來增加壩的穩(wěn)定性，又可保留鉛直的上部便于管道進水口布置設(shè)備和操作的優(yōu)點。上游折坡的起坡點偽造置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制條件和引水、泄水建筑物的進口高程來選定，一般在壩高的 1/3～2/3 的范圍內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)驗上游面的坡度選為 1：0.15，折坡點位置距壩底 40m 處。下游面的坡度取為 1：0.78。C、 穩(wěn)定校核穩(wěn)定分析的主要目的是驗算在各種可能荷載組合下的穩(wěn)定安全度。工程實踐和實驗表明，巖基上的重力壩的失穩(wěn)破壞可能有兩種形式：一種是壩體沿抗剪能- 25 -力不足的薄弱層面產(chǎn)生滑動，包括沿壩與基巖的接觸面滑動以及沿壩基巖體內(nèi)的連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層滑動；另一種是在荷載作用下，上游壩踵以下的巖體手辣產(chǎn)生傾斜裂縫以及下游壩址巖體受壓發(fā)生壓碎區(qū)而引起傾倒滑移破壞。在本壩址處，深層滑移的條件沒有出現(xiàn)，因此在壩型選定時只分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析。采用摩擦公式，此法的基本觀點是把滑動面看成是一種接觸面，而不是膠結(jié)面?；瑒用嫔系淖杌挥嬆Σ亮?。實際工程中的壩基面可能是水平面，也可能是傾斜面。當(dāng)滑動面是水平面時其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) K 可按下式計算：K＝f(∑W-U)/∑P式中 ∑W—作用于滑動面上的力在垂直方向的投影的代數(shù)和；∑P—作用于滑動面上的力在水平方向的投影的代數(shù)和；U—作用于滑動面上的力楊壓力；K—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；計算可得在設(shè)計洪水情況時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為 1.129，在校核洪水情況時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為 1.07，故穩(wěn)定滿足設(shè)計要求。D 、 應(yīng)力分析應(yīng)力分析的目的在于檢查壩體和壩基在計算情況下是否能滿足強度的要求。重力壩一般分成若干個相互獨立的壩段。可以作為平面問題處理，使應(yīng)力分析得以簡化。應(yīng)力分析可分為理論計算和模型試驗兩大類。理論計算又可分為材料力學(xué)法和彈性理論法等，材料力學(xué)法是一種常用的計算方法，其基本的假定是壩體水平截面上的垂直正應(yīng)力 σ’y 為直線分布。即可按材料力學(xué)的偏心受壓公式計算。1、水平截面上的邊緣正應(yīng)力 σ’y 和 σ”yσ’y= ∑W/B+6∑M/B2σ”y= ∑W/B-6∑M/B2式中 ∑W——作用在計算截面以上全部荷載的鉛直分力總和（向下為正）∑M——作用在計算截面以上全部荷載對截面形心的力矩總和（逆時針為正）B——計算截面沿上下游方向的寬度當(dāng)水庫正常蓄水且運行較長時間后，通過壩體和壩基的滲透水流，已逐漸形成穩(wěn)定的滲流場，需要考慮揚壓力的作用。則有：2、邊緣剪應(yīng)力 τ’和 τ”τ’=(p’-pu’-σ’y)n- 26 -τ”=(σ”y +pu”-p”)m3、鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力 σ’x 和 σ”xσ’x=(p’-pu’)- (p’-pu’-σ’y)n2σ”x=(p”-pu”)+(σ”y +pu”-p”)m24、上游邊緣主應(yīng)力 σ’1 和 σ’2σ’1=(1+n2)σ’y -( p’-pu’)n2σ’2= p’-pu’5、下游邊緣主應(yīng)力 σ”1 和 σ”2σ”1=(1+m2)σ”y -( p”-pu”)m2 σ”2= p”-pu”當(dāng)無泥沙壓力和地震動水壓力時，p’ 、 p”即為作用在壩面上的靜水壓力強度。且即等于 pu’、 pu”上述公式中的(p’-pu’)、p”-pu” 。由上可見，沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故應(yīng)力滿足要求。E、重力壩工程量計算拱壩方案和混凝土壩之間主要做工程量的比較，工程量的計算采用簡化的方法。重力壩的工程量計算采用下式：V=H/6{L1[3b+(m1+m2)H]+L2[3b+2(m1+m2)H]}式中 L 1——計算部分壩體頂部長度； 圖 3-3H——計算部分壩體高度；b——計算部分壩體頂寬；L2——計算部分壩體低部長度；m1 、 m 2分別為計算部分壩體上下游邊坡。 分塊見圖 3－3。重力壩的工程量為 584373.55m3。 拱壩方案拱壩的壩體尺寸：a.壩頂厚度：Tc=8.0 米b.壩底厚度：TB=26.0 米c.上游面曲線方程： 21074.9103.8?????????yyZd.下游面曲線方程：各高程的厚度 Ti由 Tc，T B內(nèi)插求得- 27 -icBci yHT???e.拱壩工程量計算: 利用下式分別對四個壩塊進行計算： V=(Ai+ Ai+1) ×△h/2式中 A i 、 A i+1 ——分別為計算部分壩塊頂部，頂部面積，Ru 、R d ——為上游面半徑，下游面半徑；其中：Ai=π×(Ru 1-Rd2)×θ/360°式中 ： θ——為該層拱圈中心角； △h——分塊高度。拱壩的工程量為 333553.7m3?？梢姽皦畏桨敢然炷练桨腹?jié)省混凝土工程量 42.92%從工程量的角度混凝土拱壩方案優(yōu)與混凝土重力壩方案，同時對 A 江水利樞紐而言，有合適的喇叭口地形“V”形河谷，兩岸也沒有順河向的節(jié)理裂隙，又有向下游收縮的喇叭口，由此可以得出壩型選擇為混凝土拱壩方案。3.4.3 壩體形態(tài)選擇拱壩按壩體形態(tài)可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。3.4.3.1 單曲拱壩單曲拱壩只在水平截面上呈拱形，而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。定圓心定外半徑拱壩設(shè)計施工簡單，但工程量大，且河谷上寬下窄時，壩底部圓心角過小，使拱的作用減小，而定中心角變半徑拱壩雖然比較經(jīng)濟，但兩岸壩段剖面有倒懸，在施工和庫空運行時會產(chǎn)生拉應(yīng)力。3.4.3.2 雙曲拱壩雙曲拱壩又稱穹形拱壩，在水平和垂直截面內(nèi)都呈拱形，在 V 形河谷或其它上寬下窄的河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會因中心角過小而不能滿足應(yīng)力的要求，此時宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小，以使上下各層拱圈的中心角基本相等，并在鉛直向設(shè)計成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩，而做到上下層拱圈的中心角相等很困難，故廣泛采用變半徑變中心角的雙曲拱壩，這種拱壩各層拱圈的中心角，外弧面和內(nèi)弧面的半徑從上到下都是變化的，而各層拱圈內(nèi)外弧的圓心聯(lián)線均為光滑的曲線，變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應(yīng)河谷形狀的變化。雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊的優(yōu)點：①由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂直拱的作用，它在承受水平向荷載后，在產(chǎn)生水平位移的同時還有向上位移的傾- 28 -向，使梁的彎矩有所減少，而軸向力加大，對降低壩體拉應(yīng)力有利；②在水壓力作用下，雙曲拱壩中部的垂直梁應(yīng)力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產(chǎn)生的梁應(yīng)力正好相反。鑒于雙曲拱壩的優(yōu)點，本壩址的壩型選為變半徑變中心角的雙曲拱壩。3.5 泄水建筑物形式的選擇泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結(jié)合的方案：淺孔位于兩岸，孔口寬9.5m，高 9.0m，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.0m，進口底高程為 135m，出口底高程為 130m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)?？岔敻叱虨?119m,淺孔反弧半徑為 40m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 θ=20 o,導(dǎo)墻厚度為 2m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 8m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.8m。3.6 廠房及引水系統(tǒng)布置壩后式廠房裝有 4 臺 5 萬 kw 的發(fā)電機組，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長66m，寬 10m，安裝場長 21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進水口底高程為152.3m。3.7 樞紐總體布置雙曲拱壩的最大壩高為 101.0m，壩頂寬 8.0m，壩頂弧長約 355.65m，壩底寬26.0m。壩后式廠房，主廠房長 81m，寬 18m，副廠房長 66m，寬 10m，安裝場長21m，寬 18m。壓力管道的直徑為 4.5m，進水口底高程為 152.3m。淺孔位于兩岸，孔口寬 9.5m，高 9.0m，進口底高程為 164m，出口底高程為 154m；中孔位于水電站進水口兩側(cè)，孔口寬 7.5m，高 7.0m，進口底高程為 135m，出口底高程為130m。在壩身泄水孔的上下游側(cè)分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一個工作閘門的上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房高程為 174.0m，中孔啟閉機房高程為 148m。泄槽支撐結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu),坎頂高程為 119m,淺孔反弧半徑為 40m,中孔反弧半徑為 50m。泄槽直線段的坡度與孔身底部坡度一致,挑射角 θ=20°,導(dǎo)墻厚度為 2.0m, 淺孔導(dǎo)墻高度為 8.8m,中孔導(dǎo)墻高度為 8.8m。過木筏道位于右岸。開關(guān)站長 75m，寬 20m，位于左岸。- 29 -第四章 拱壩設(shè)計4.1 拱壩形式及布置4.1.1 拱壩剖面設(shè)計拱冠梁剖面的主要尺寸包括壩頂厚度、壩底厚度和拱冠梁上游曲線參數(shù)。1．壩頂厚度（T C）：根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運用等要求并考慮改善壩體應(yīng)力，初步設(shè)計，采用下列經(jīng)驗公式：TC=0.01H+(0.012～0.024) L 1Tmin=3～5m式中：H——壩高（m）L1——壩頂高程處兩拱端新鮮基巖