江北河水利工程重力壩設(shè)計(jì)

(寧夏大學(xué)， 寧夏 銀川 750021)

1 流域狀況介紹

江北河水利樞紐是一座集主要任務(wù)的發(fā)電和其他包括防洪，興利等作用的工程，江北河的總長(zhǎng)度大概有170km。流域面積為3200km2,它的地形比較特殊，江北河周圍山峰較多，河流到壩址的地方地形又變得狹窄。，當(dāng)洪水流量超過(guò)4000m3/s的時(shí)候，河口平原會(huì)受到破壞。經(jīng)過(guò)分析勘探，我們了解到江北河的正常高水位為345m，死水位為320m，水庫(kù)上游最高限制水位為350米。

2 剖面設(shè)計(jì)

2.1 基本剖面

重力壩的剖面設(shè)計(jì)要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，本樞紐中上游壩坡坡率為 0.2，下游壩坡坡率為 0.7，然后從校核洪水高度的位置從上游起始坡度線與壩頂下游面線的交點(diǎn)即為下游壩面坡度的起始位置。因?yàn)榱饔虻乃浪粸?20m，所以可以將320m定位上游起坡點(diǎn)的高程。

2.2 實(shí)用剖面

2.2.1 壩頂寬度

壩頂寬度一般取壩高的8%～10%，并且不能小于2m,本次工程中綜合安裝門機(jī)軌道要求和其他條件，取壩頂寬度為6m.

2.2.2 壩頂高程

壩頂高程的計(jì)算需要比較設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位兩種情況，采用官?gòu)d公式：

其中：hl-----波高 m；-----計(jì)算風(fēng)速L-----波長(zhǎng) m；D-----吹程 m；H-----壩前水深 m；表示的是防浪墻的墻頂?shù)礁鱾€(gè)工況水位之間的距離，計(jì)算式如下：

綜合考慮樞紐的地址，經(jīng)濟(jì)，尤其考慮壩體穩(wěn)定等條件，本次工程選用上游壩面上部鉛直，下部?jī)A斜的剖面形態(tài)，既便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，是實(shí)際工程中經(jīng)常采用的一種形式。

3 調(diào)洪計(jì)算

水庫(kù)在運(yùn)行中的流量，水位等因素隨時(shí)間而變化，因?yàn)榇藰屑~的主要任務(wù)是發(fā)電，所以僅考慮壩前水面以下的庫(kù)容對(duì)洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)，故采用靜庫(kù)容法，水量平衡方程如下：

其中：Q1 時(shí)段初的入庫(kù)流量。Q2 時(shí)段末的入庫(kù)流量。q1 時(shí)段初的下泄流量。q2 時(shí)段末的下泄流量。V1 時(shí)段初的水庫(kù)蓄水量。V2 時(shí)段末的水庫(kù)蓄水量。根據(jù)流域的基本資料和公式B=Q/q，其中Q為洪水下泄時(shí)的流量，q為泄洪時(shí)的單寬流量，可以確定溢流壩的寬度大約為 50m。本次調(diào)洪采用方便，簡(jiǎn)便的列表試算法。確定溢流孔高 6m，則溢流堰的堰頂高程經(jīng)計(jì)算可確定為 339m。考慮到最高水位的限制，則溢流堰的設(shè)計(jì)水頭在本次工程中經(jīng)計(jì)算可得為9.35m。由流量公式：其中H為堰上水頭，ε為側(cè)收縮系數(shù)，m為流量系數(shù)。計(jì)算下泄流量。經(jīng)過(guò)調(diào)洪結(jié)算可得設(shè)計(jì)和校核兩種情況下的水位情況分別為：上游：317.5m,349.28m。下游：314m,316m。

4 穩(wěn)定分析

取典型合適的滑動(dòng)面，對(duì)壩基面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。因?yàn)閴误w混凝土與基巖接觸良好，又有前期勘測(cè)得到的壩體周圍的地址條件數(shù)據(jù)，所以本次樞紐采用以下抗剪斷公式：

4應(yīng)力分析

考慮到本樞紐受到多種荷載，為了保證大壩的足夠穩(wěn)定和強(qiáng)度，我們按照壩體極限強(qiáng)度狀態(tài)法計(jì)算。具體表達(dá)式如下：

5 構(gòu)造設(shè)計(jì)

（1）橫縫：江北河的地形特殊，為了滿足施工要求和減少溫度應(yīng)力,本次設(shè)計(jì)中取縫距15m,縫寬2cm.

（2）止水：止水有兩道間距為1m，厚1mm的紫銅片止水片，中間設(shè)有防滲瀝青井，防滲瀝青井的直徑為20cm。

（3）縱縫：考慮到施工期間的溫度應(yīng)力和混凝土的澆筑,本次設(shè)計(jì)中取縫距15m.

6 地基處理

6.1 固結(jié)灌漿

為了提高基巖的強(qiáng)度，在壩踵和壩址附近應(yīng)力較大的地方布置固結(jié)灌漿，本次設(shè)計(jì)中本次設(shè)計(jì)中取孔距15m,孔深6m。

6.2 帷幕灌漿

為了防止壩基內(nèi)發(fā)生管涌，減少壩基的滲流量，降低壩底滲流壓力，在壩基進(jìn)行帷幕灌漿，取灌漿深度約為28m。帷幕中心線到壩踵的距離最終確定為7m。

帷幕灌漿孔的排數(shù)，本次設(shè)計(jì)中取孔距為2m。

7 結(jié)語(yǔ)

江北河作為擁有特殊地形的流域，它的重力壩樞紐的設(shè)計(jì)全部都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的考察，勘探，計(jì)算等過(guò)程，關(guān)于實(shí)體混凝土重力壩的設(shè)計(jì)內(nèi)容和計(jì)算步驟等，工程上雖然有嚴(yán)格的規(guī)定，但是因?yàn)榈匦危瑲夂颍饔虻沫h(huán)境等等條件的影響，我們?cè)谠O(shè)計(jì)重力壩時(shí)還存在很多的問(wèn)題需要我們解決和改善，本文以江北河為例分析了重力壩設(shè)計(jì)中的一些內(nèi)容，希望能給同一些借鑒和參照，相信以后我國(guó)的水利建設(shè)，會(huì)越來(lái)越好，取得更多的突破。

[1]林繼鏞 《水工建筑物》（第5版） 中國(guó)水利水電出版社 2009

[2]混泥土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范

[3]張杏偉 探索水利工程的混泥土重力壩設(shè)計(jì) 2015