水工建筑物--第六章 重力壩剖面設(shè)計(jì)+構(gòu)造+地基處理

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1、水工建筑物2021年6月15日賴國(guó)偉第五節(jié)重力壩剖面設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)原則①滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩安全；②工程量最少；③外部形狀簡(jiǎn)單，便于施工；④運(yùn)行管理方便。二、基本剖面重力壩的主要荷載有靜水壓力、自重、揚(yáng)壓力。當(dāng)上游水位與壩頂齊平時(shí),靜水壓力P與H2成正比。此時(shí)，為維持壩體自身的穩(wěn)定，重力壩的主要荷載自重W也應(yīng)與H2成正比。因此重力壩的基本剖面為三角形，其中H為最高靜水頭?；酒拭娑x：一般指壩體在自重、庫(kù)水壓力和揚(yáng)壓力三個(gè)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和應(yīng)力控制條件的最小三角形剖面。三、實(shí)用剖面實(shí)用剖

2、面：考慮運(yùn)行要求和其它荷載影響，對(duì)基本剖面進(jìn)行修改之后的剖面。從理論上講，基本剖面雖然經(jīng)濟(jì)，但不實(shí)用，因?yàn)椋?°壩頂不能是一個(gè)尖頂，不便于施工、運(yùn)行管理和交通。2°壩高不能剛好與水位齊平，必須有一定的超高。3°廠房壩段需設(shè)閘門和攔污柵，希望上部做成垂直的。非溢流重力壩實(shí)用剖面：常見(jiàn)的有三種形式，即上游面為鉛直的、傾斜的或部分傾斜的。（1）鉛直上游壩面（實(shí)用剖面（1））優(yōu)點(diǎn)：便于布置和操作壩身過(guò)水管道進(jìn)口控制設(shè)備。缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性不明顯。適用：壩基fˊ、cˊ較大，剖面由應(yīng)力條件控制。（2）上游壩面上部鉛直、

3、下部?jī)A斜（實(shí)用剖面（2））優(yōu)點(diǎn)：利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，上部仍能便于管道進(jìn)口布置和操作。缺點(diǎn)：上游折坡點(diǎn)要結(jié)合應(yīng)力和管道進(jìn)口布置高程選定，要驗(yàn)算折坡點(diǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定。一般在壩高的1/3~2/3的范圍內(nèi)。（3）上游壩面略呈傾斜（實(shí)用剖面（3））優(yōu)點(diǎn)：增加壩體自重，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，可避免庫(kù)空時(shí)下游產(chǎn)生過(guò)大拉應(yīng)力。缺點(diǎn)：不便于布置和操作壩身過(guò)水管道進(jìn)口控制設(shè)備適用：fˊ、cˊ較小情況。實(shí)用剖面（1）實(shí)用剖面（2）實(shí)用剖面（3）?在通常情況下，上游邊坡系數(shù)n=0～0.2，下游邊坡系數(shù)m=0.

4、6～0.8，壩底寬約為壩高的0.7～0.9倍，這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可作為擬定壩剖面時(shí)的參考。?壩體實(shí)用剖面的基本三角形頂點(diǎn)：一般在上游最高水位附近。壩頂寬度滿足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及施工的要求，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的8～10%，并不小于2米。若作交通要道，應(yīng)按交通要求布置。有時(shí)在壩頂布置移動(dòng)式起重機(jī)，壩頂寬度應(yīng)滿足安置起重機(jī)軌道以及其他運(yùn)用上的要求。當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時(shí)，壩頂最小寬度還應(yīng)滿足強(qiáng)度的要求。壩頂高程壩頂或壩頂上游防浪墻頂高出水庫(kù)靜水面的高度可按下式計(jì)算：式中：h1——波浪高度

5、；h0——波浪中心線高出靜水位的高度；hc——安全超高，按表6-2采用。注：在計(jì)算h1和h0時(shí)，設(shè)計(jì)和校核情況應(yīng)采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。表6-2安全超高值（單位：m）壩的級(jí)別運(yùn)用情況123設(shè)計(jì)情況（基本組合）0.70.50.4校核情況（特殊組合）0.50.40.3在計(jì)算h1和h0時(shí)，設(shè)計(jì)和校核情況應(yīng)采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下列兩式計(jì)算，并從中選用較大值：Δh設(shè)、Δh校按（6-26）式分別計(jì)算。當(dāng)壩頂設(shè)防浪墻時(shí)，對(duì)1、2級(jí)壩，在可能最大洪水情況下，壩頂高程不得低于相應(yīng)的靜水位

6、，防浪墻頂高程不得低于波浪頂高程。圖6-25為典型的壩頂結(jié)構(gòu)圖。由于布置上的要求，有時(shí)需將壩頂部分地伸出壩外(圖6-25a)；當(dāng)要求的壩頂較寬時(shí)，也可做成橋梁結(jié)構(gòu)型式（圖6-25c）。壩頂防浪墻的高度一般為1.2m，采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在壩體伸縮縫處，防浪墻也應(yīng)留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)置止水。四、優(yōu)化設(shè)計(jì)可采用優(yōu)化方法，進(jìn)行重力壩剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)。確定描述壩體體形的設(shè)計(jì)參數(shù)；建立目標(biāo)函數(shù)：一般取結(jié)構(gòu)的重量和造價(jià)，因重力壩的造價(jià)主要取決于壩體砼方量，故取壩體體積作為目標(biāo)函數(shù)；確定約束條件：如穩(wěn)定約

7、束、應(yīng)力約束、幾何約束等；優(yōu)化計(jì)算：目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是設(shè)計(jì)參數(shù)的非線性函數(shù)，因此重力壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)非線性規(guī)劃問(wèn)題。第六節(jié)重力壩的泄水與消能防沖（泄水重力壩設(shè)計(jì)）泄水重力壩既是擋水建筑物，又是泄水建筑物；既要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度的要求，又要滿足水力條件的要求。其中水力條件要求包括：要有足夠的泄流能力；要使水流平順地流過(guò)壩面，避免產(chǎn)生振動(dòng)和空蝕；應(yīng)使下泄水流對(duì)河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)行。一、孔口設(shè)計(jì)（一）孔口型式（樞紐泄水方式）根據(jù)泄水孔的位置以及壩頂是否有胸墻，

8、泄水重力壩孔口型式（泄水方式）可分為壩頂溢流式（或稱表孔溢流）、大孔口溢流式和深式泄水孔三種。（1）壩頂溢流式（表孔溢流）特點(diǎn)：下泄流量Q與成H03/2正比（H0為表孔堰頂水頭），超泄能力大。閘門承受水壓力小，孔口尺寸可大些。閘門啟閉操作、檢修方便，工作安全可靠。能排泄冰凌和其它漂浮物。預(yù)泄洪水的能力低。（2）大孔口溢流式特點(diǎn)：可以提前預(yù)泄洪水，降低上游洪水位，降低壩高，減少工程量。大孔口溢流式由于有胸墻擋水可以減小閘門高度。當(dāng)庫(kù)水位低時(shí)，胸墻不影響泄流