江北河水利工程重力壩設計

(寧夏大學， 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的發電和其他包括防洪，興利等作用的工程，江北河的總長度大概有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。，當洪水流量超過4000m3/s的時候，河口平原會受到破壞。經過分析勘探，我們了解到江北河的正常高水位為345m，死水位為320m，水庫上游最高限制水位為350米。

2 剖面設計

2.1 基本剖面

重力壩的剖面設計要滿足穩定和強度要求，根據工程經驗，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即為下游壩面坡度的起始位置。因為流域的死水位為320m，所以可以將320m定位上游起坡點的高程。

2.2 實用剖面

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

壩頂高程的計算需要比較設計洪水位和校核洪水位兩種情況，采用官廳公式：

其中：hl-----波高 m；-----計算風速L-----波長 m；D-----吹程 m；H-----壩前水深 m；表示的是防浪墻的墻頂到各個工況水位之間的距離，計算式如下：

綜合考慮樞紐的地址，經濟，尤其考慮壩體穩定等條件，本次工程選用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的剖面形態，既便于布置進口控制設備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩定，是實際工程中經常采用的一種形式。

3 調洪計算

水庫在運行中的流量，水位等因素隨時間而變化，因為此樞紐的主要任務是發電，所以僅考慮壩前水面以下的庫容對洪水進行調節，故采用靜庫容法，水量平衡方程如下：

其中：Q1 時段初的入庫流量。Q2 時段末的入庫流量。q1 時段初的下泄流量。q2 時段末的下泄流量。V1 時段初的水庫蓄水量。V2 時段末的水庫蓄水量。根據流域的基本資料和公式B=Q/q，其中Q為洪水下泄時的流量，q為泄洪時的單寬流量，可以確定溢流壩的寬度大約為 50m。本次調洪采用方便，簡便的列表試算法。確定溢流孔高 6m，則溢流堰的堰頂高程經計算可確定為 339m。考慮到最高水位的限制，則溢流堰的設計水頭在本次工程中經計算可得為9.35m。由流量公式：其中H為堰上水頭，ε為側收縮系數，m為流量系數。計算下泄流量。經過調洪結算可得設計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 穩定分析

取典型合適的滑動面，對壩基面進行抗滑穩定計算。因為壩體混凝土與基巖接觸良好，又有前期勘測得到的壩體周圍的地址條件數據，所以本次樞紐采用以下抗剪斷公式：

4應力分析

考慮到本樞紐受到多種荷載，為了保證大壩的足夠穩定和強度，我們按照壩體極限強度狀態法計算。具體表達式如下：

5 構造設計

（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力,本次設計中取縫距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力和混凝土的澆筑,本次設計中取縫距15m.

6 地基處理

6.1 固結灌漿

為了提高基巖的強度，在壩踵和壩址附近應力較大的地方布置固結灌漿，本次設計中本次設計中取孔距15m,孔深6m。

6.2 帷幕灌漿

為了防止壩基內發生管涌，減少壩基的滲流量，降低壩底滲流壓力，在壩基進行帷幕灌漿，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，本次設計中取孔距為2m。

7 結語

江北河作為擁有特殊地形的流域，它的重力壩樞紐的設計全部都經過嚴格的考察，勘探，計算等過程，關于實體混凝土重力壩的設計內容和計算步驟等，工程上雖然有嚴格的規定，但是因為地形，氣候，流域的環境等等條件的影響，我們在設計重力壩時還存在很多的問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計中的一些內容，希望能給同一些借鑒和參照，相信以后我國的水利建設，會越來越好，取得更多的突破。

[1]林繼鏞 《水工建筑物》（第5版） 中國水利水電出版社 2009

[2]混泥土重力壩設計規范

[3]張杏偉 探索水利工程的混泥土重力壩設計 2015