題目銅錢壩壩水利樞紐布置及泄水建筑物設(shè)計專業(yè)水利水電工程班級工082班學(xué)生王勛指導(dǎo)教師王飛虎2012銅錢壩水利樞紐工程布置及泄水建筑物設(shè)計摘要銅錢壩水庫壩址位于漢江支流玉帶河下游，該水庫是以供某工廠工業(yè)用水為主，兼補償下游農(nóng)田灌溉用水，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用水利樞紐工程。本次畢業(yè)設(shè)計分析了壩址的地形和地質(zhì)條件，對比幾種壩型最終選取常態(tài)混凝土重力壩和壩軸線并進(jìn)行了樞紐布置。樞紐建筑物包括泄水建筑物、擋水大壩、底孔、供水管道和電站等。然后對該工程的溢流壩及底孔的形式和消能及防沖進(jìn)行了設(shè)計。壩體剖面的穩(wěn)定和應(yīng)力計算，荷載組合取了基本組合和特殊組合兩種不同的情況，以正常蓄水位時的荷載組合作為基本組合；以校核荷載和地震荷載作為特殊組合。設(shè)計中選取了壩基面和廊道底部截面作為計算截面，對壩體的兩種穩(wěn)定和強度都進(jìn)行了計算，結(jié)果都滿足要求。本次設(shè)計的主要成果有：設(shè)計說明書1份，設(shè)計圖紙6張以及其他相關(guān)附圖附表等。關(guān)鍵詞：常態(tài)混凝土重力壩；溢流壩；底孔；設(shè)計。CoppercashdamwaterconservancyhubprojectlayoutandWaterdischargebuildingdesignCoppercashdamlocatedinhanjiangriverdamsitetributaryjadebeltlinkedtothedownstream,thereservoirforafactoryinindustrialwaterisgivenpriorityto,andcompensationoffarmlandirrigationwaterdownstream,andfloodcontrol,powergeneration,fish,andothercomprehensiveuseofwaterconservancyhubproject. Thegraduationdesignanalysisofthedamsitetopographicalandgeologicalconditions,comparedseveraldamtypeselectionultimatelynormalconcretegravitydamanddamaxisandthegenerallayout.Hubbuildingsincludingoutletstructure,Blockwaterdam,underport,Watersupplypipeandpowerstations.Thenthespillwayandbottomoutletintheformofengineeringandtheenergydissipationandscourprotectiondesign.Thestabilityofthedamprofileandstresscalculation,theloadcombinationtotakethebasiccombinationsandspecialcombinationoftwodifferentsituation,normalwaterleveloftheloadcombinationasthebasiccombination;checkingloadsandseismicloadsasspecialcombinations.Inthedesignofthedamfoundationandcorridoronthesurfaceasthesectionatthebottomsectiononthedamtwostabilityandstrengtharecalculated,theresultismeettherequirements.Thedesignofthemainachievementsare:adesignspecifications,designdrawingsandotherrelevantdrawingssixpicturesschedule,etc.Keywords:normalconcretegravitydam;Overflowdam;underport;Design.前言畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生綜合應(yīng)用在校所學(xué)的知識、結(jié)合工程實際，進(jìn)行一次系統(tǒng)的、有機的解決工程實際問題的實踐性環(huán)節(jié)，其目的是鞏固課本的專業(yè)知識，并使之系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，并初步掌握設(shè)計水利樞紐工程的內(nèi)容、原則、方法和步驟，進(jìn)一步提高學(xué)生設(shè)計、計算、繪圖和編寫說明書的能力等。本次畢業(yè)設(shè)計是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，根據(jù)國家水利部及電力部頒發(fā)的關(guān)于水利水電工程的最新規(guī)范，同時參考了相關(guān)的教材、資料、設(shè)計手冊等的基礎(chǔ)上完成的。本次設(shè)計的主要內(nèi)容有：銅錢壩水庫洪水分析及調(diào)洪計算；壩軸線、壩型的比選及樞紐布置；壩高及非溢流壩段的剖面擬定；溢流壩段剖面擬定及消能設(shè)計；排沙底孔的剖面擬定；構(gòu)造設(shè)計；地基處理設(shè)計。銅錢壩水庫的建成能保證某工廠工業(yè)用水年平均流量，兼補償下游農(nóng)田灌溉用水，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚的要求。本次畢業(yè)設(shè)計從開題報告的撰寫到最終成果答辯歷時近四個月，經(jīng)過學(xué)習(xí)基本上達(dá)到了預(yù)期的目的。目錄第1章銅錢壩工程概述11.1工程概況11.2工程特征表2第2章水文氣象32.1流域水文概況33第3章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算73.1底孔規(guī)模及死庫容確定73.2興利庫容確定73.3調(diào)洪計算8第4章工程地質(zhì)144.1區(qū)域地質(zhì)概況144.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件144.3壩址工程地質(zhì)條件164.4各壩軸線工程地質(zhì)條件18第5章樞紐布置195.1壩址選擇195.2壩軸線選擇205.3壩型選擇205.4樞紐布置21第6章建筑物設(shè)計236.1非溢流壩壩體設(shè)計236.1.1壩頂高程確定236.1.2初擬壩體剖面256.1.3荷載計算256.1.4壩基面穩(wěn)定計算 316.1.5壩體應(yīng)力分析386.2溢流壩設(shè)計416.2.1溢流壩堰面體型設(shè)計 42第1章銅錢壩工程概述1.1工程概況3/s為主，兼補償下游農(nóng)田灌溉用水3000萬m3/s，以及防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用水利樞紐工程，要求工業(yè)供水保證率97%，農(nóng)田灌溉保證率75%。該工程屬Ⅲ等工程，主要建筑物按3級建筑物設(shè)計。由于下游有重鎮(zhèn)，因而設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水，洪峰流量3100m3/s，校核洪水的洪峰流量4550m3/s，正常蓄水位605m,死水位588m，相應(yīng)死庫容為1075萬m3。根據(jù)銅錢壩水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn),推求得典型洪水過程線與設(shè)計、校核洪水過程線，通過調(diào)洪計算得銅錢壩特征水位，其中正常蓄水位為605m，設(shè)計洪水位高程為，校核洪水位為。根據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)概況比選出Ⅲ-Ⅲ′壩軸線和修筑常態(tài)混凝土重力壩。根據(jù)重力壩的地基開完要求定出相應(yīng)的開挖高程565m，從而確定了最大壩高。根據(jù)理論及工程經(jīng)驗初步擬定壩體剖面圖，經(jīng)過計算得知穩(wěn)定和應(yīng)力均滿足要求。泄水建筑物主要為溢流壩段，經(jīng)過計算得出實用堰的WES曲線坐標(biāo)和下游挑流消能的反弧段，又由此推求出下泄水流的水面線、挑距和沖坑深度，得出泄流能力和挑流消能滿足要求。根據(jù)泄水、排沙等要求設(shè)計出排沙底孔的尺寸和閘門形式，根據(jù)供水要求確定出飲水管道的位置和尺寸。在構(gòu)造設(shè)計處詳細(xì)選定了壩頂、廊道、排水系統(tǒng)及橫分的形式、尺寸、位置及與相應(yīng)建筑物的連接方式。由于Ⅲ-Ⅲ′處得壩基和岸坡存在地址問題，故進(jìn)行回填混凝土、固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的措施，以加強壩體的穩(wěn)定，防止壩周圍的滲漏破壞，增加大壩的可靠性。銅錢壩為常態(tài)混凝土重力壩，共分為14個壩段，1#-4#壩段為左岸擋水壩段，5#-9#壩段為溢流壩段，10#-14#為右岸擋水壩段，排沙底孔位于4#壩段，引水管道位于10#壩段，壩頂全長221.48m，壩頂高程為613.3m，最大壩高為48.3m。采用溢流壩和排沙底孔聯(lián)合泄洪的方式，消能方式都為挑流式。1.2工程特征表表1-1工程特征表工程名稱銅錢壩水利樞紐工程建設(shè)地點陜西省漢中市勉縣所在河流玉帶河Ⅰ．水文特征壩軸線全長224.48m設(shè)計洪峰流量(P=1％)2160m3/s形式溢流壩結(jié)合底孔校核洪峰流量(P=0.1％)3324m3/sⅡ．水庫特征堰頂高程605m正常蓄水位605m單寬流量3設(shè)計洪水位(P=1％)611.1m消能方式鼻坎挑流校核洪水位(P=0.1％)613.3m每孔凈寬13m興利庫容5273萬m3孔數(shù)5個防洪庫容(605-613.3m)2830萬m3死庫容(588m以下)1075萬m3孔口尺寸3.5m×3mⅢ.主要建筑物進(jìn)口底部高程580m孔數(shù)1個壩型常態(tài)混凝土重力壩設(shè)計洪水最大流速地震基本烈度Ⅶ度壩頂高程613.3m底孔工作門弧形、液壓啟閉機最大壩高48.3m事故檢修門平板門、直升式啟閉機第2章水文氣象2.1流域水文概況玉帶河發(fā)源于寧強縣巴山箭竹嶺，流貫寧強縣境內(nèi)，由南向北，于勉縣銅錢壩處流入漢江，河道曲折，高山植被良好，海拔1000m以下墾荒坡地少，河道總長110km，河床平均比降3‰，下游河床比降為1/600-1/800。壩址以上集水面積798km2。集水區(qū)呈狹長形，流域平均高程為1100m，多年平均降雨量1000mm-1100mm，由“陜西省年降雨量等值線圖”上可見，降水量分布由上游向下游遞減，且寧強、鐵鎖關(guān)一帶為暴雨中心。銅錢壩水庫壩址位于武侯鎮(zhèn)站與鐵索關(guān)站之間，以武侯鎮(zhèn)為控制站，進(jìn)行漢江上游年平均徑流平衡計算，推求出鐵索關(guān)至銅錢壩的區(qū)間年徑流，得銅錢壩處的徑流。洪水分析與計算見調(diào)洪計算。根據(jù)銅錢壩水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，頻率為1％，0.1％所涉及洪峰、洪量及洪水過程線的有關(guān)資料如下：（1）設(shè)計洪峰銅錢壩位于鐵索關(guān)與武侯鎮(zhèn)站之間，經(jīng)分析武侯鎮(zhèn)站與鐵索關(guān)之間產(chǎn)生洪峰基本相對應(yīng)，兩站洪峰間具有一定關(guān)系。用武侯鎮(zhèn)站實測資料展延鐵索關(guān)洪水資料為1936-1941年、1950-1974年系列，并分別對武侯鎮(zhèn)站和鐵索關(guān)站最大流量進(jìn)行頻率分析，將獲得的不同頻率武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)最大流量進(jìn)行頻率分析，將獲得的不同頻率武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)洪峰值與積水面積關(guān)系繪于雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，用積水面積內(nèi)插法推求銅錢壩P=0.1％，1％的洪峰及洪峰均值。通過與洪水調(diào)查法、合理化公式法及漢中地區(qū)經(jīng)驗公式估算洪峰法所得值分析比較，最后選定銅錢壩水庫采用值為：：：（2）設(shè)計洪量的推求通過鐵鎖關(guān)站洪水資料分析，洪水過程線多呈單峰，洪水歷時為3天，銅錢壩洪水歷時定為3天。分別統(tǒng)計鐵鎖關(guān)站和武侯鎮(zhèn)站實測歷年最大一、三日洪量，見表2-1所示。進(jìn)行頻率計算，求得不同頻率各時段的洪量，繪制最大洪量與流域面積關(guān)系圖，內(nèi)插得銅錢壩頻率為1%時段的洪量。表2-1實測歷年最大一、三日洪量時段一二三洪水總量（億m3）（3）洪水過程線典型放大已知銅錢壩水庫壩址設(shè)計洪水的一日洪量及洪峰量。選用鐵鎖關(guān)站1964年9月2-4日一次洪水過程線為典型：典型洪峰Q=1640m3/s；24小時洪量W24=0.52億m3，作為一日洪量（3日4時-4日4時）；用同倍比放大法推求設(shè)計需要的洪水過程線見表2-2，其曲線如圖2-1（其中比例因子C設(shè)=3100/1640=1.890；C校=4550/1640=2.774）,大壩庫水位-庫容關(guān)系曲線如圖2-2，水壩下游河道水位-流量的關(guān)系曲線見圖2-3：表2-2銅錢壩典型洪水過程線與設(shè)計、校核洪水過程線日-時2-02-82-163-03-43-8Q（m3/s）4570100120140460設(shè)計(P=1％)189校核(P=0.1％)日-時3-103-113-123-133-143-15Q（m3/s）50011801590164016001270設(shè)計(P=1％)9453024校核(P=0.1％)1387日-時3-163-184-04-44-104-24Q（m3/s）89048025013810550設(shè)計(P=1％)校核(P=0.1％)圖2-1銅錢壩水庫同倍比放大法推求設(shè)計洪水過程線表2-3銅錢壩水庫Z-V和Z-A關(guān)系曲線庫水位(m)580590600610620630庫容(萬m3)014949水面(m2)0740圖2-2銅錢壩水庫水位-庫容的關(guān)系曲線表2-4水庫壩下游河道水位流量關(guān)系曲線水位Z(m)573575577579580582584流量Q(m3/s)020070016003000390056007600圖2-3銅錢壩下游水位-流量的關(guān)系曲線第3章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算3.1底孔規(guī)模及死庫容確定灌溉要求放水入壩下游河道，選用武侯鎮(zhèn)、鐵索關(guān)和茶店子三站1966-1974年實測沙量資料，通過沙量平衡計算求得銅錢壩多年平均來沙量值，參照鐵索關(guān)站1936-1970年水文資料統(tǒng)計成果可以看出玉帶河河源來水、來沙的大小在月季的分配上基本相對應(yīng)，而且來沙比徑流出現(xiàn)更為集中，同時考慮意外情況下泄洪的需要，宜建底孔。根據(jù)水庫淤積計算和排沙要求，為了保證設(shè)計洪水時宣泄通暢，選取底孔進(jìn)口高程580m,孔口尺寸3.5×3m，兼顧水力發(fā)電最小工作水頭的要求，選取死水位（即興利下限水位）為588m，相應(yīng)死庫容為1075萬m3。3.2興利庫容確定3/s考慮管道沿途損失以10%計，工業(yè)供水保證率為97%。（2）農(nóng)業(yè)上要求水庫補償灌溉用水年3000萬m3。其中5月份1000萬m3，6月份2000萬m3。同時要求5、6、7、8四個月的河道天然徑流不納入水庫徑流調(diào)節(jié)。（3）水庫滲漏蒸發(fā)損失估算,根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀筚Y料分析，水庫多年平均水面蒸發(fā)量為360mm，水庫庫區(qū)地質(zhì)條件屬中等，月滲漏量以月平均庫容水量的1.5%計。（4）根據(jù)當(dāng)?shù)厮?、用水變化特點，選取調(diào)節(jié)度從9月初開始至次年8月底結(jié)束，確定水庫運用方式為10月至次年4月為蓄水期，5-6月為用水高峰期，7-9月為防汛排沙期。這樣可以做到工、農(nóng)業(yè)用水，蓄清、排渾相結(jié)合，保證水庫安全渡汛，延長水庫使用壽命，又可將部分興利庫容作為防汛使用。（5）用歷時列表法，進(jìn)行代表年P(guān)=25%，50%，75%，97%年調(diào)節(jié)興利庫容的推求，從中選擇最大者作為采用年調(diào)節(jié)興利庫容，綜合考慮水庫的淹沒及浸沒確定興利庫容V興=5275萬m3，相應(yīng)的正常高水位為605m。3.3調(diào)洪計算初定大壩采用底孔和溢流壩聯(lián)合泄流，溢流壩段堰頂高程為605m,溢流壩段總長定為69m，分成5孔，每孔凈寬13米。底孔設(shè)一個,進(jìn)口高程580m,孔口尺寸3.5×3m。大壩庫水位庫容Z～V關(guān)系曲線見圖3-1，大壩下游河道水位流量Z～Q關(guān)系曲線見圖3-2。圖3-1大壩庫水位庫容Z～V關(guān)系曲線圖3-2壩下游河道水位流量Z～Q關(guān)系曲線表3-1庫水位—總泄量計算表由庫水位計算表得如下圖3-3：圖3-3表3-2調(diào)洪計算工作曲線計算表(P=1%設(shè)計洪水)時間入庫流量（m3/s）平均入庫流量（m3/s）V/T+q/2(m3/s)下泄流量（m3/s）水庫水位（m）151861901703718560516194197170421866051719920117053187605182032061706718860519208211170841906052021321617105193212182201712719622222225171511982322723017178201242322351720620525237238172362082623824217265212272462511729521528256261173312192926540817373224305506251755624531700785179362893287010201843235633117017001909646234223026182033468835300530532226411123631003062242041578373024271325688196238240120422643921603916821441263202129611401200105425632194741907247391712m，相應(yīng)的下泄流量2160m3/s.同理，對于1000年一遇校核洪水與100年一遇洪水調(diào)洪演算方法相同，可推求出校核洪水位及其相應(yīng)的下泄流量，見下表3-4：表3-3調(diào)洪計算工作曲線計算表(P=0.1%校核洪水)時間入庫流量（m3/s）平均入庫流量（m3/s）V/T+q/2(m3/s)下泄流量（m3/s）水庫水位（m）719017037185605819419917042187605920421017054188605102152201707519160511225231171041921223624117143196132462511718820114256262172382071526727217292213162772811735122017284288174122271829129517472234192983021753324120305309175932482131231617654255223193231771426223326330177752692433334017835276253473541789928326361368179702912737438118047300283884321812830929475550182503256063062571318475361318009381882741832107512731934650233147017752011764234208026772125087260835327338422305416796103644114481252171836374550449527862253338443939812982330753935232996307293324402469212030401323541177015512928629254213321229279122547431125265932190m,對應(yīng)的最大下泄流量為3324m3/s。調(diào)洪成果匯總為下表3-5，表3-4調(diào)洪成果匯總表P%庫水位Z(m)庫容（萬m3）下泄q(m3/s)下游水位（m)1045033241918021606056350185第4章工程地質(zhì)4.1區(qū)域地質(zhì)概況本區(qū)位于大巴山旋扭構(gòu)造西段北緣，北與秦嶺緯向構(gòu)造相連，由陽勉大斷裂與之相隔，區(qū)域主要構(gòu)造線方向為北東東向，局部有近南北向受多期構(gòu)造運動影響。主要褶曲有李家大山—陽平關(guān)背斜，陳家大梁—寬川鋪背斜、胡家壩—陳家壩背斜，主要斷裂有胡家垣—五月坪斷層、無墩溝—雙河寺斷層，李家大山—人長溝斷層和銅錢壩斷層等。本區(qū)屬于巴山系低山區(qū)，玉帶河屬山區(qū)河流，發(fā)源于巴山箭竹嶺，自南向北，流經(jīng)寧強勉縣，于勉縣銅錢壩注入漢江，全長110km，流域面積近800km2。近期該區(qū)屬緩慢上升區(qū)，河床及河谷兩岸覆蓋少，見有明顯的三級階地，河曲多，比降小，宜于見庫。4.2庫區(qū)工程地質(zhì)條件（1）水庫滲漏玉帶河為漢江上游南岸最大的一條河流，河底均低于鄰谷數(shù)十米，上游庫段河谷兩岸，大部分為透水性很大的千枚巖，變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等，該區(qū)泉水出露高程在620m以上，回水后一般不會產(chǎn)生庫水向鄰近河谷滲漏的可能。震旦系燈影組硅質(zhì)白云巖有巖溶裂隙水，泉水流量不是很大，且高懸于640m-720m高程以上，不致產(chǎn)生滲漏，據(jù)水文二隊訪問，在七姐妹山東端玉帶河河床中偏左岸有水平溶洞，枯水季節(jié)可見從山里有一股泉水溢出，該處高程在600m左右，是值得注意的低點。庫區(qū)中游的白巖河兩條近東西向壓扭性斷層寬度一為40m，一為20m，地勢向西逐漸增高，山體連綿，斷層交會處已接近回水尾端，據(jù)水文二隊估計，無集中滲漏可能。玉帶河下游四溝一帶與漢江分水嶺，按回水標(biāo)高計算直線距離有2500m，燕幾溝一帶與漢江分水嶺山體單薄，寬度由2400m左右。水文二隊認(rèn)為回水后又可能發(fā)生滲漏。（2）水庫的淹沒及浸沒按正常高水位605m，庫區(qū)集中淹沒范圍僅在南溪溝、白巖河以下，即沿河谷兩岸高漫灘及一、二級階地和各大溪溝出口段的相應(yīng)高程內(nèi)。南溪溝至曲尺溝，河道狹窄，零星分布的前緣標(biāo)高在600m左右的一級階地屬淹沒范圍，未淹沒的部分一級階地大部分為浸沒范圍。南溪溝以下，河谷開闊，兩岸分布一、二級階地，一級階地為庫區(qū)主要淹沒區(qū)，二級階地部分淹沒。白巖河瓦廠里以下將淹沒部分一級階地，未淹沒的部分一級階地為庫區(qū)主要浸沒范圍，據(jù)統(tǒng)計，蓄水后將淹沒3000畝耕地和分散居民房屋千余間。（3）水庫坍岸庫岸基巖裸露，系堅硬巖石組成，河谷地區(qū)侵蝕剝蝕作用強烈，一般僅有厚度不大的強烈風(fēng)化層，甚至地表即位弱風(fēng)化巖層，不易產(chǎn)生塌滑體。庫區(qū)兩岸存在第四系土層的崩塌體、滑坡體等不良地質(zhì)體，將會產(chǎn)生坍岸變性?；麦w及崩塌踢大部分分布在土車壩以下河段，尤以張家油房、魏其溝、南溪溝、石馬灘、黃家溝及許家流等地較多，一般長約100m-150m，高50m-100m，厚20m-30m?；碌孛嫫露?5°-30°，水文二隊通過對60#和65#滑坡體驗算，最終她岸寬度分別為90m和81m，而根據(jù)地質(zhì)剖面分析65#滑坡塌岸最終寬度可能達(dá)100m以上。曲尺溝口30#滑坡有可能阻塞河道。另陳家壩和許家壩附近有基巖滑坡幾處。（4）固體徑流來流庫區(qū)左家灣以上，河床固體徑流，主要漂石夾卵塊石，來源于上游寒武、奧陶系地層分布段，左家灣至南溪灣溝段細(xì)碎物質(zhì)亦不多南溪溝以下，僅有部分溪谷出口處有小型碎塊石組成的洪積扇，輸沙量亦不大。庫段內(nèi)，覆蓋層不發(fā)育，基巖廣布，植被良好，固體徑流來源不多，據(jù)水文二隊獲得的資料，多年平均輸沙量為77.2萬t-84.9萬t，年固體徑流模數(shù)為1115t/km2。4.3壩址工程地質(zhì)條件（1）地形地貌中壩址距下壩址400余米，玉帶河環(huán)繞單薄山脊，呈S形彎曲，中壩址河段較平直，河谷呈U形谷，流向北西西，主流偏左岸，河谷寬約80m-100m，谷底平坦，河床比降為1%-0.5%，平水及枯水期低漫灘廣泛分布，水面標(biāo)高571.6m左右，水深1-3m。壩址區(qū)河谷兩岸發(fā)育不對稱零星分布的階地，左岸地形較緩，坡度35°-45°，山坡上發(fā)育有小沖溝，左岸平洞上游岸邊河流側(cè)蝕沖刷，谷坡陡峭基巖裸露。右岸呈陡坡地形，坡度為45°-60°。上游略有變緩，下游有一條深沖溝切割。河床覆蓋層厚為4m-6m，河床及巖面略有起伏，但仍較平坦，未發(fā)現(xiàn)較大深槽。（2）地層巖性中下壩址均見有下元古界東房溝組（）及后期巖脈與第四紀(jì)地層，其巖性略有差別。元古界東房溝組：①含炭砂質(zhì)板巖：灰~深灰色，局部炭質(zhì)富集呈灰黑色，礦物成分以石英、絹云母為主，其次為炭質(zhì)，含少許黃鐵礦小晶體，板理發(fā)育，易風(fēng)化，新鮮巖石較堅硬。②硅化灰質(zhì)礫巖夾巖質(zhì)板巖：深灰、灰黑色，礫石成分復(fù)雜，以灰?guī)r、砂巖、火成巖為主，次為板巖、千枚巖。次棱角狀及棱角狀，礫石大小不一，直徑一般為3cm-5cm，偶見大者達(dá)2m，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、硅質(zhì)。以基底膠結(jié)為主，質(zhì)堅脆、石英脈發(fā)育、地表見有輕微的溶蝕現(xiàn)象，本層在中壩址變化較大。③炭質(zhì)硅質(zhì)板巖：灰黑色、黑色，風(fēng)化后呈灰白色，以炭質(zhì)硅質(zhì)成分為主，板狀構(gòu)造、板理發(fā)育、單層厚3cm-5cm，質(zhì)堅脆、易風(fēng)化。④紫色千枚巖：底部夾灰綠色千枚巖，具千枚狀構(gòu)造，質(zhì)軟，易風(fēng)化。⑤青灰色千枚巖：具千枚狀構(gòu)造，片理明顯，質(zhì)軟，易風(fēng)化。⑥黃綠色千枚巖夾竹葉狀灰?guī)r、砂巖：風(fēng)化后呈灰黃—黃褐色，片理明顯，易沿片理剝落，質(zhì)軟易風(fēng)化。所夾砂巖、竹葉狀灰?guī)r呈夾層或透鏡狀。風(fēng)化面呈褐色、質(zhì)堅。⑦巖脈：花崗閃長巖巖脈數(shù)條，多沿破碎帶或順層侵入，出露寬度一般1m-2m左右，最大厚度可達(dá)7m，與圍巖接觸較好，質(zhì)堅，難風(fēng)化。⑧第四系全新統(tǒng)河床沖積砂卵石層：卵石成分主要為砂巖，次為板巖。砂粒以石英長石巖屑為主，砂巖比為4：6。（3）地質(zhì)構(gòu)造中壩址為淺薄山脊，為一傾覆倒轉(zhuǎn)背斜，背斜軸向大致為2.5°-3.0°東，向被東東方向傾覆，傾覆角50°-70°，軸部由含炭砂質(zhì)板巖地層組成，褶皺強烈，巖石層倒轉(zhuǎn)，傾角陡立，翼部由硅化灰質(zhì)礫巖、炭質(zhì)桂質(zhì)千枚巖等組成。為一緊密同斜褶曲，西翼巖層產(chǎn)狀：北20-30西，傾南西，傾角65°-80°。壩址斷層發(fā)育，按其發(fā)育方向，大致分為北西、北北東、北東東三組為主，北東東向為壓性斷層，北西與北東東為扭裂，南北向為壓性斷層。壩址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)壩肩平洞揭露，其中以北北東、北東東及北西西三組最為發(fā)育，次為北西西組，與壩址區(qū)構(gòu)造線方向基本一致。（4）主要物理地質(zhì)現(xiàn)象及巖石風(fēng)化情況規(guī)模較大的滑坡體有：左壩肩滑坡體、導(dǎo)流洞出口坍塌體、右壩肩坍塌體。左壩肩滑坡體對建筑物危害較大，該滑坡體東以壓性斷層為界，西以凹溝左壁為界，后緣位于CH15號孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動方向為北25m，東西寬80m，南北長后緣位于CH15號孔下方（標(biāo)高630m左右），滑動方向為北25m，東西寬80m，南北長85m，鉆孔中接露厚為20m-24m。據(jù)水文二隊初步估算其方量達(dá)10萬m3，為一基巖谷滑坡，目前處于穩(wěn)定，但坡腳破壞，仍有復(fù)活可能。（5）水文地質(zhì)壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水有基巖裂隙水和河床砂卵石層孔隙潛水。壩基及壩肩基巖含有微弱的裂隙水，由于巖層裂隙發(fā)育，連通性和巖石破碎程度不一，使巖石透水性變化很大，含水不均，局部有帶狀裂隙承壓水，兩岸基巖裂隙水由大氣降水補給。排泄于玉帶河。由于裂隙充填較多，其透水性較河床基巖透水性為小。千枚巖夾砂巖為相對隔水層，透水性很差，但裂隙發(fā)育可含微量裂隙水，其透水性不均一。河床砂粒層為極強透水層，厚度4m-8.9m。根據(jù)中壩址兩個試坑抽水試驗，降深為0.315m-0.51m時滲漏系數(shù)為432m/d-523m/d。（6）其他地質(zhì)資料根據(jù)國家地政局蘭州地震大隊（76）蘭州烈度字第009號文件認(rèn)為，該城區(qū)的地震基本烈度為Ⅶ度。壩址上下游和漢江均有大量砂石粒料，但粗骨料級配、形狀均差，軟巖顆粒較多，細(xì)骨料含泥、含軟巖屑均多。主要砂料及全部骨料在當(dāng)?shù)?km范圍內(nèi)解決；部分砂料由宴河及黃沙河開采，運距28km-35km。4.4各壩軸線工程地質(zhì)條件陜西省地質(zhì)局水文地質(zhì)二隊于1975年5月和1976年6月先后在中壩址進(jìn)行初步設(shè)計階段的工程地質(zhì)工作，擬定三條壩線地質(zhì)條件如下：（1）Ⅰ-Ⅰ′壩線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎。左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難；右壩肩上方CH16孔附近斷層破碎帶密集，寬8余米，其鉛直厚度達(dá)48m,并有巖脈穿插，強風(fēng)化層深達(dá)36.4m,巖脈透水性較強，滲透途徑短，圍繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有F5斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。（2）Ⅱ-Ⅱ′壩線：左壩肩小凹溝有F4斷層的壓碎巖，寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強風(fēng)化層厚9-12m；右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北、東東向、東向斷層發(fā)育，于此交匯，構(gòu)成斷層交匯帶，巖石強度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩肩滲漏通道。（3）Ⅲ-Ⅲ′壩線：左壩肩發(fā)育有充填粘土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶；壩基有F5斷層斜交通過，巖石透水性較強，ω>0.01L/min.m，底板埋深>50m，為壩下滲透的主要通道；右壩肩坐落于F1、F5、F12斷層交匯處軟弱帶上。第5章樞紐布置5.1壩址選擇經(jīng)地質(zhì)勘探得出以下兩個比較合適的壩址相關(guān)資料：中壩址自然條件良好，河道平直，河床寬度80m~100m，岸坡較緩，河床覆蓋層較薄。河床巖性左半部軟，右半部硬，壩基巖石較完整，左壩肩巖石軟、應(yīng)清除強風(fēng)化層較8m~21m，右壩肩巖石硬、應(yīng)清除的強風(fēng)化層10m~36m，炭質(zhì)層分布右岸平洞內(nèi)富集厚度大，應(yīng)進(jìn)行處理，對于下游沖刷坑巖石大部分較軟。地質(zhì)構(gòu)造方面，順壩軸線方向，有一傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北西300°，左壩肩有F4斷層，順壩軸線延伸到河床內(nèi)，寬3m~8m，右壩肩有F1、F5、F12斷層向北東及北西延伸，右平洞內(nèi)出現(xiàn)壓碎糜棱巖占全洞的30%，有F4斷層橫跨河床，左壩肩有緩傾角裂隙，有粘土巖屑填充，應(yīng)做處理，右壩肩以陡傾角裂隙和寬破碎帶為主，河床巖基存在緩傾角裂隙。左壩肩巖石滑坡約10萬，風(fēng)化嚴(yán)重，應(yīng)處理，右壩肩局部構(gòu)造破碎及風(fēng)化，應(yīng)處理。左壩肩穩(wěn)定水位比較高，右壩肩比較低。下壩址河道轉(zhuǎn)彎，河床寬度90~100m,岸坡較陡，河床覆蓋層較厚。河床巖性左半部硬，右半部軟，壩基巖石在號孔所見巖石破碎，左壩肩巖石硬脆、應(yīng)清除強風(fēng)化層較13m，右壩肩巖石軟、應(yīng)清除的強風(fēng)化層6~20m，炭質(zhì)層分布左岸平洞內(nèi)不連續(xù)的薄層狀，或板理面上分布，對于下游沖刷坑巖石破碎。地質(zhì)構(gòu)造方面，河床偏左，右岸一平行河傾伏倒轉(zhuǎn)背斜，軸向北東10°。左壩肩有的斷層一般膠結(jié)較好，F(xiàn)7應(yīng)處理，右壩肩有小斷層擠壓帶及小褶皺。河床偏左岸有F5斷層順河通過。左壩肩緩傾角裂隙，面平短小，有兩條緩傾角斷層順坡裂隙，右壩肩緩傾及裂隙均不發(fā)育，河床存在緩傾角裂隙。左壩肩局部構(gòu)造破碎，應(yīng)處理，右壩肩巖石風(fēng)化嚴(yán)重應(yīng)該處理。壩肩穩(wěn)定水位較低。通過以上比較可以看出，本地區(qū)兩壩址地質(zhì)構(gòu)造均較復(fù)雜，但程度有所不同。中壩址自然條件良好，有修建混凝土重力壩的條件，位于單薄山梁上游，除壩區(qū)需處理兩岸壩肩及河床外，尚需妥善處理薄山梁的滑坡和滲漏問題，處理工程量和難度大；下壩址位于單薄山梁的小溝出口以下，需妥善處理通過壩肩與壩基的斷層破碎帶并需認(rèn)真考慮下游沖刷問題，處理工程量也比較大。衡量兩個壩址的地質(zhì)條件及施工處理難度等，所以本次設(shè)計選擇中壩址建壩。5.2壩軸線選擇中壩址位單薄山梁傾伏倒轉(zhuǎn)背斜軸部，巖層強烈褶皺，斷裂發(fā)育，壩基及壩肩兩岸均坐落于含炭砂質(zhì)板巖、硅化灰質(zhì)礫巖及炭質(zhì)硅質(zhì)板巖上。壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜各壩址地質(zhì)條件比較如下：①Ⅰ~Ⅰ線：位于背斜軸部，巖石擠壓破碎，左壩肩坐落在滑坡體上，處理困難，右壩肩上方孔附近斷層破碎帶密集8余m，其鉛直厚度達(dá)48m，并有巖脈穿插，強風(fēng)化層深達(dá)36.4m，巖石透水性較強，滲透途徑短，為繞壩滲漏主要通道。右壩肩下方有斷層通過，硅化灰質(zhì)礫巖組成，山體單薄，穩(wěn)定性差。②Ⅱ~Ⅱ線：左壩肩小凹溝有斷層的壓碎巖寬約8m，壩腳坐落在滑坡體上，不利壩肩穩(wěn)定，強風(fēng)化層厚9m~12m，右壩肩正處硅化灰質(zhì)礫巖與炭質(zhì)硅質(zhì)板巖軟弱帶上，近北東北，東東向東向斷層發(fā)育，于此交會，構(gòu)成斷層交會帶，巖石強度低，穩(wěn)定性差，并為繞壩滲漏通道。③Ⅲ~Ⅲ線：左壩肩發(fā)育有充填黏土的緩傾角裂隙，且有層間擠壓破碎帶，壩基有斷層斜交通過，巖石透水性較強，，底板埋深大于50m，為壩下滲透的主要通道，右壩肩坐落于、、斷層交會軟弱帶上。通過上述壩軸線工程地質(zhì)條件的比較，定性分析，可以看出Ⅲ~Ⅲ壩線工程地質(zhì)條件比Ⅰ~Ⅰ和Ⅱ~Ⅱ線略好，因此本設(shè)計選擇Ⅲ~Ⅲ線作為壩軸線。5.3壩型選擇玉帶河整個中壩址河段較平坦，壩上游右岸溝內(nèi)和關(guān)山一帶有儲量豐富的塊石料，壩址上、下游和漢江均有大量砂石粒料，但粗骨料級配、形狀均差，軟巖顆粒較多，細(xì)骨料含泥、含軟巖屑均多。主要砂料及全部骨料在當(dāng)?shù)?km范圍內(nèi)解決；部分砂料由宴河及黃沙河開采，運距28km-35km。由此可知在銅錢壩建設(shè)常態(tài)混凝土重力壩比其他壩型方便。5.4樞紐布置樞紐布置應(yīng)遵循的一般原則是：(1)壩址、大壩及其它主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價低即技術(shù)上可能，經(jīng)濟最優(yōu)化；(2)樞紐布置應(yīng)當(dāng)滿足在各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作，互不干擾；(3)在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用；(4)樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑；(5)盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益(如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉)；(6)樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，盡可能美化樞紐周圍的環(huán)境。根據(jù)對銅錢壩基本資料的分析和樞紐布置的一般原則和要求，其樞紐布置需要布置重力壩（包括擋水壩段和溢流壩段）、排沙底孔、引水管道和水電站廠房等水工建筑物，具體方案考慮如下：方案Ⅰ：玉帶河主河床的左右岸兩端各有一段用于擋水的重力壩段，河床的中間是溢流壩段，為壩頂開敞式溢流，初擬尺寸總長為69米，分為5孔，毎孔凈寬13米，設(shè)4個閘墩，每個寬1m。下泄時采用鼻坎挑流消能。排沙底孔設(shè)一個，位于大壩左岸非溢流壩段下面，進(jìn)口高程為580米，初擬孔口尺寸為3.5×3m（寬×高），水電站部分位于大壩左岸，并且水電站的引水口在排沙底孔的側(cè)上方，右岸非溢流壩段壩體內(nèi)設(shè)兩根管道為工業(yè)供水，上壩公路修于河床右岸，并通過壩頂公路聯(lián)接左岸交通，溢流壩段的壩頂公路通過橋墩支持連接兩側(cè)非溢流壩段。由于河谷較窄，底孔及溢流壩部分已基本占滿河槽，因此電站部分將向左岸山坡靠近。本方案的優(yōu)點是河床的主要建筑物布置相對容易，工程量相對較小，造價也相對較低。缺點是當(dāng)?shù)卓追潘畷r影響電站尾水位的穩(wěn)定性。方案Ⅱ：主河槽整個河床都為非溢流壩段，在右岸布置排沙底孔，在排沙底孔的正上方布置工業(yè)供水管道，在左岸的小埡口處設(shè)置正槽溢洪道通向大壩下游。其優(yōu)點是施工導(dǎo)流方便，泄流不影響電站尾水的穩(wěn)定性。缺點增加了修建溢洪道及相關(guān)道路等工程，造價高，且混凝土用量多。由此，比較上述兩個方案后可知，方案Ⅱ工程量相對較大，造價高，故以方案Ⅰ為推薦方案。第6章建筑物設(shè)計6.1非溢流壩壩體設(shè)計壩頂高程確定根據(jù)《混凝土壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計算，并選用其中的較大值。壩頂高程=設(shè)計洪水位+△h設(shè)壩頂高程=校核洪水位+△h校其中：為水庫靜水位以上的超高，按公式△h=hl+hz+hchl——波浪高度；hz——波浪中心線至靜水位的高度；hc——安全加高[8]?，F(xiàn)分為正常蓄水位、設(shè)計洪水與校核洪水兩種情況進(jìn)行計算：（1）求波浪的hl和hz已知銅錢壩水庫吹程D=1000m，多年最大風(fēng)速為20m/s，多年平均最大風(fēng)速為10m/s。壩高小于50m時壩可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上，銅錢壩中壩址區(qū)弱風(fēng)化層厚為1-7m，經(jīng)考察中壩址Ⅲ-Ⅲ′風(fēng)化程度后確定開挖線高程為565m。正常蓄水位和設(shè)計洪水時宜采用相應(yīng)最大風(fēng)速，即為20m/s，校核情況宜采用最大風(fēng)速的多年平均值，即為10m/s，帶入官廳水庫公式；；中有：正常蓄水位時：由于在20-250之間，所以設(shè)計洪水位時：由于在20-250之間，所以校核洪水位時：由于在20-250之間，所以（2）壩頂安全加高h(yuǎn)c查規(guī)范知：設(shè)計洪水情況時hc=0.5m；校核洪水情況時hc=0.4m。所以壩頂超高為：設(shè)計洪水位時：相應(yīng)的壩頂高程為：校核洪水位時：相應(yīng)的壩頂高程為：可見校核洪水情況所要求的壩頂高程為控制高程，由于防浪墻高1.2m故采用壩頂高程為613.3m。初擬壩體剖面由上述壩頂高程613.3m，壩底高程為565m。由此可確定壩高為H=613.3-565=48.3m,按規(guī)范要求壩頂寬取b=H(8–10)%,即b=48.3×(8-10)％=(3,86-4.83)m，且b不小于3m，由于壩頂有交通要求，即為左岸排沙底孔和水電站的建設(shè)管理提供相關(guān)材料，故壩寬取5m。溢流壩段設(shè)交通橋與兩側(cè)壩頂連接。壩底寬：B/H=0.7～0.9，所以壩底寬B=（33.81-43.47）m。參照已建成重力壩工程，初擬壩體斷面尺寸，通過穩(wěn)定和應(yīng)力計算，再進(jìn)行修正。最后確定的斷面尺寸如下：圖6-1非溢流壩段橫剖面荷載計算一般重力壩結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容包括穩(wěn)定和強度的計算，重力壩抗滑穩(wěn)定及壩體應(yīng)力計算的荷載組合分為基本組合和特殊組合兩種，宜以正常蓄水位時的荷載組合作為基本組合；在嚴(yán)寒地區(qū)冰凍情況也應(yīng)作為一種基本組合；以校核洪水時的荷載或地震荷載作為特殊組合。本設(shè)計基本組合只計算正常蓄水位時的荷載組合，特殊組合只計算校核和地震荷載。且選取壩基面和靠近壩基的廊道底面作為計算截面。注：地震情況下靜水壓力、揚壓力和浪壓力按正常蓄水位計算；本次設(shè)計不需計算動水壓力土壓力及其他荷載。其基本資料如下：河床基巖面高程：565校核洪水位（P=0.1設(shè)計洪水位（P=1%）上游：淤沙浮容重：8.0KN/m3泥沙內(nèi)摩擦角：28度泥沙孔隙率：20%混凝土容重：24KN/m3地震設(shè)計烈度：Ⅶ度多年平均最大風(fēng)速為：20m/s吹程D=3000m圖6-2非溢流壩壩上的作用荷載作用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值計算公式及結(jié)果如下（取單位長壩段）：壩體自重：按照擬定的斷面將壩體分為兩部分計算。水平水壓力正常蓄水位：上游水平水壓力：下游水平水壓力：校核水位：上游水平水壓力：下游水平水壓力：垂直水壓力正常蓄水位：上游垂直水壓力為：下游垂直水壓力為：校核水位：上游垂直水壓力為：下游垂直水壓力為：正常水位揚壓力為廊道寬度為灌漿孔處距上游壩面的距離為排水孔處距下游壩面的距離查表，則揚壓力為校核水位揚壓力為廊道寬度為灌漿孔處距上游壩面的距離為排水孔處距下游壩面的距離查表，則揚壓力為5.浪壓力正常蓄水位時的波高和波長由上面計算已得：波高：波長：因為壩前水深，，波浪運動不受庫底的約束，故此波為深水波。因此作用于鉛直壩面的浪壓力之合力為：校核洪水位時由上面計算的：因此作用于鉛直壩面的浪壓力之合力為：淤沙壓力因，則水平淤沙壓力：垂直泥沙壓力：7.地震力（1）、地震慣性力：本設(shè)計只考慮水平地震慣性力，計算公式為，式中，,質(zhì)點i的動態(tài)分布系數(shù)見圖6-3：圖6-3質(zhì)點的動態(tài)分布系數(shù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及計算結(jié)果見表6-1。表6-1非溢流壩壩基面地震慣性力計算表（公式：Fi=ahξGEiαi/g）（2）、地震動水壓力：計算公式,式中、。上游面地震動水壓力：對壩基面形心力矩：下游面地震動水壓力：對壩基面形心力矩：經(jīng)統(tǒng)計：壩基面穩(wěn)定計算抗滑穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，其目的是核算壩體沿壩基面或壩體內(nèi)部緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。目前采用的方法有單一安全系數(shù)法及基于目標(biāo)可靠度的極限狀態(tài)設(shè)計方法，本次設(shè)計采用兩種方法分別進(jìn)行計算。（1）單一安全系數(shù)法依照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》SL319-2005的規(guī)定：壩體抗滑穩(wěn)定計算主要核算壩基面穩(wěn)定條件，應(yīng)按抗剪強度公式（4-2-1）或抗剪斷強度公式（4-2-2）進(jìn)行驗算。 本次設(shè)計采用兩個公式分別計算安全系數(shù)，根據(jù)壩基巖石條件取f=0.65=1.10、c′=1.1MPa=1100kPa，由于銅錢壩屬于Ⅲ級所以Ks在基本組合時取1.05，校核洪水時取1.00，地震情況時取1.00，Ks′不分工程級別，基本組合時取3.0，校核洪水時取2.5，地震情況取2.3。A.基本組合（正常蓄水位時）上游水位為605m,下游水位為572.9m，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表6-3：(滿足穩(wěn)定要求)用抗剪斷公式驗算時：（大于3.0，故滿足穩(wěn)定要求）表6-2重力壩荷載計算表(彎矩逆時針為正順時針為負(fù))上游水位為613.3m,下游水位為579.35m，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表6-4：用抗剪公式驗算時：(滿足穩(wěn)定要求)用抗剪斷公式驗算時：大于2.5，故滿足穩(wěn)定要求）表6-3重力壩荷載計算表(彎矩逆時針為正順時針為負(fù))上游水位為605m,下游水位為572.85m，相應(yīng)數(shù)據(jù)見表6-5：表6-4重力壩荷載計算表(彎矩逆時針為正順時針為負(fù))用抗剪公式驗算時：(滿足穩(wěn)定要求）用抗剪斷公式驗算時：（大于2.3，故滿足穩(wěn)定要求）（2）極限狀態(tài)設(shè)計法要求同時滿足抗滑穩(wěn)定和壩趾抗壓強度承載能力的極限狀態(tài)。驗算壩基抗滑穩(wěn)定，對于承載能力狀態(tài)應(yīng)考慮持久狀況和偶然狀況，，對于正常使用狀態(tài)只考慮持久狀況。A．抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計公式為：（6-8）式中：γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對應(yīng)于結(jié)構(gòu)安全級別為I、Ⅱ、Ⅲ級的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件，可分別取用1.1、1.0、0.9；銅錢壩主要建筑物級別為3級，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅲ級，故取0.9；Ψ——設(shè)計狀況系數(shù)，對應(yīng)于持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，可分別取用1．O、0.95、0.85；S(·)——作用效應(yīng)函數(shù)；R(·)——抗力函數(shù)，其中；——作用的設(shè)計值；——結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)；fd——材料性能的設(shè)計值；γd——基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。（一）基本組合對于持久狀況時，Ψ取1.0，S(·)=∑P=7977KN,則γ0ΨS(·)=0.9×1.0×7977=7179.3KN，γd取1.2，而所以此工況下，抗滑穩(wěn)定滿足要求（二）偶然組合對于地震情況用擬靜力法計算時，Ψ取0.85，S(·)=∑P=8964KN,則γ0ΨS(·)=0.9×0.85×8430.82=6857.5KN，γd取2.7，則所以此工況下，抗滑穩(wěn)定滿足要求；對于校核洪水時，Ψ取0.85，S(·)=∑P=10853.45KN,則γ0ΨS(·)=0.9×0.85×10853.45=8303KN，γd取1.2，則所以此工況下，抗滑穩(wěn)定滿足要求。綜述，在承載能力情況下，抗滑穩(wěn)定滿足要求。設(shè)計公式為：式中：R(·)——抗力函數(shù)，其中銅錢壩采用標(biāo)號為C15的混凝土，其抗壓強度材料性能分項系數(shù)為1.5，則設(shè)計值Ra=R/1.5=15000/1.5=10000KPa?；窘M合對于持久狀態(tài)對應(yīng)的設(shè)計狀況系數(shù)ψ=1.0，結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.8，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=0.9。滿足要求，故在此工況下滿足壩址抗壓極限狀態(tài)條件。偶然組合對于地震情況用擬靜力法計算時，Ψ取0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.8，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0。滿足要求，故在此工況下滿足壩址抗壓極限狀態(tài)條件。對于校核洪水時，Ψ取0.85，結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.8，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=0.9。滿足要求，故在此工況下滿足壩址抗壓極限狀態(tài)條件。壩體應(yīng)力分析應(yīng)力分析主要是為了檢驗在施工期和運行期是否滿足強度要求，本次設(shè)計采用材料力學(xué)法進(jìn)行計算。分別考慮設(shè)計、校核以及地震情況進(jìn)行計算驗證，不需要考慮揚壓力。在重力壩設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強度要求[14]。計算時，坐標(biāo)水平方向以向右為正，豎直方向以向下為正，彎矩以繞形心逆時針轉(zhuǎn)為正，相應(yīng)的計算公式如下：式中：、分別為上、下游邊緣應(yīng)力；為作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；為作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；B為計算截面的長度，m。式中：、為上、下游水壓力強度，kPa；n、m為上、下游壩坡坡率。式中：、為上、下游邊緣應(yīng)力的水平正應(yīng)力。壩面水壓力強度也是主應(yīng)力1上游邊緣垂直正應(yīng)力正常蓄水位時：校核情況時：地震情況時：2下游邊緣垂直正應(yīng)力正常蓄水位時：校核情況時：地震情況時：基本和偶然情況下均小于fc。3上游面剪應(yīng)力正常水位時：校核水位時：地震時：4下游面剪應(yīng)力正常水位時：校核水位時：地震水位時：5上游面水平正應(yīng)力正常水位時校核水位時地震水位時6下游面水平正應(yīng)力正常水位時：校核水位時：地震水位時：7上游面主應(yīng)力正常水位時：校核水位時：地震水位時：8下游面主應(yīng)力正常水位時：校核水位時：正常水位時：由上面計算的最大應(yīng)力為1352kPa,由銅錢壩壩基巖體抗壓強度知壩基邊緣應(yīng)力均滿足要求。綜上所述，壩體選定截面應(yīng)力滿足規(guī)范要求。6.2溢流壩設(shè)計溢流壩段既擋水又泄水，是重力壩樞紐中的最重要泄水建筑物，用于將不能容納的絕大部分洪水經(jīng)由壩頂泄向下游，以保證大壩安全。溢流壩的設(shè)計內(nèi)容及過程見下面計算。溢流壩堰面體型設(shè)計本次設(shè)計中，銅錢壩溢流壩段采用實用堰，溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。（1）堰頂曲線段溢流壩頂部曲線是控制流量的關(guān)鍵部位，由于WES壩面曲線的流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，所以近年來我國多采用WES曲線，其基本剖面如下圖6-4：圖6-4WES型堰面曲線WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分，坐標(biāo)原點設(shè)在堰頂最高點，上游段采用三圓弧曲線，下游段采用（4-6）式標(biāo)準(zhǔn)形式xdy式中：Hd為定型設(shè)計水頭，一般為校核洪水位時堰頂水頭的75%-95%。根據(jù)調(diào)洪計算可知，水庫校核洪水位613.3m，溢流壩堰頂高程605m，校核情況下堰頂最大作用水頭：則上游段尺寸如下：其中的Hd為定形設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭Hmax的75％-95％計算，可知Hmax=613.3-605=8.3m，則定形設(shè)計水頭取7.0m。R1d=3.5mx1dR2d=1.4mx2dR3dd堰頂下游采用WES冪曲線，按下式計算：故可得堰面曲線見表6-5。表6-5堰面曲線坐標(biāo)編號12345678910x01234y0.000.060.540.761.021.301.62編號11121314151617181920x56789y1.962.342.753.193.664.164.695.245.836.44WES曲線下接1：0.8的直線段。根據(jù)水工設(shè)計手冊第六卷，由公式可求得切點坐標(biāo)為C（9.96，6.736）。具體過程如下：直線段后接反弧段，采用挑流消能，挑流鼻坎高程），挑角取。見圖6-5圖6-5堰面曲線坐標(biāo)系估算鼻坎上水深：經(jīng)試算擬定反弧半徑為R=12m，此時反弧最低點高程為由《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（DL5108-1999）中規(guī)定,反弧段為了保證挑流條件，反弧半徑R取4～10hc。故反弧半徑取R=12m滿足規(guī)范要求。圓心高程反弧段與直線段的切點D坐標(biāo)為則圓心挑流消能水力要素的計算鼻坎上削角厚度取0.4m，堰頂上游側(cè)圓弧段水平距離為，坎頂至堰頂?shù)乃骄嚯x為則整個溢壩壩基總寬度為布置時將溢流壩段上游面與非溢流壩段上游面齊，溢流壩段下游端伸出非溢流壩段下游端挑流消能水力要素包括水舌挑射距離和沖刷坑深度。其計算公式為其中挑射角度，本設(shè)計為26°；坎頂水面流速，；坎頂平均水深，在鉛直方向的投影?？岔斨梁哟裁娴母卟?，。沖坑系數(shù)，取1.1。單寬流量，。上下游水位差，。將以上數(shù)據(jù)代入公式求得：挑距，水墊厚度。則河床以下沖坑深：符合要求，不會對壩體安全造成影響。溢流壩面水面線計算為了設(shè)計橋墩高度，邊墻頂高程等需要知道水面線，水面以上的安全超高可采用0.5-1.5m，對非直線段，宜適當(dāng)增加。壩頭部水面線的確定摻氣點計算：，故溢流壩面上不會發(fā)生自然摻氣情況a.壩頭部水面線的確定：，，采用Ⅱ型閘墩如圖6-6，壩頭部水面線坐標(biāo)和的值可查水工設(shè)計手冊第六卷插值計算。具體計算過程見表6-6,計算坐標(biāo)系如圖6-7。圖6-6閘墩圖6-7計算坐標(biāo)系表6-6壩頭部閘孔水面線坐標(biāo)計算H/Hd1Hd=7X/HdY/HdX/mY/m-1-70017（2）直線段上的不摻氣水面線的確定溢流堰曲線與直線段的切點C（9.96，6.736），直線段與反弧段的切點D為（21.93，21.7）。c對于WES型堰面，Lc可按《水工設(shè)計手冊》（第六卷）圖27-2-7按X/Hd查得，這里X是從堰頂開始向下游計算的，當(dāng)取X/Hd=Xt/Hd時查的便是曲線段總長度Lc,t,本次設(shè)計中Xt=9.96m,Hd=6.736m，X/Hd=1.5,查得當(dāng)X/Hd=1.50時，Lc,t/Hd=2.18,所以Lc,t=2.18×7=15.26m。堰頂上游段的曲線長度，。s從切點到直線段上的任意一點（Xi,Yi）的距離公式式中α為直線段與水平方向的夾角，由此確定切點到直線段上的任意一點（Xi,Yi）的距離為，，，D.從堰頂曲線起到點（Xi,Yi）的壩面距離（m）E．按下列公式計算邊界層厚度δ（m）韓立公式式中K為壩面粗糙高度，對于混凝土，建議取K=0.427-0.61mm，本次設(shè)計取為0.5mm。計算結(jié)果如下表6-8：計算單寬流量：前述已求完校核情況下表6-7邊界層厚度計算(sinα=0.78)G．按下式，用試算法推求勢流水深hp相應(yīng)的試算結(jié)果如下表6-9：表6-8勢流水深試算表(cosα=0.62)H．正交于壩面的壩面水深按下式計算將上面2個表格計算結(jié)果綜合起來，得正交于壩面的壩面水深h如下表6-10：表6-9壩面水深h計算表（h=hp+0.18δ）I.摻氣水深計算3/s，故摻氣開始發(fā)生點，壩面總長度為L=Lc,t+Lc,u+Ls,D=19.16+2.205+15.26=36.625m，Lk>L，故溢流壩面上不會發(fā)生自然摻氣情況。K.2．溢流壩段邊墻高度的確定《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（DL5108-19996.3排沙底孔設(shè)計體型設(shè)計壩身泄水孔的進(jìn)口全淹沒在水下，隨時都可以泄水。銅錢壩在③壩段高程為580m處設(shè)一個排沙底孔，尺寸為寬3.5m、高3m，排沙底孔兼有泄洪和農(nóng)田灌溉作用。銅錢壩水庫的底孔為有壓泄水孔，由進(jìn)口段、孔身段、壓坡段和出口段四部分。工作門布置在出口，閘門采用弧形閘門。事故檢修門設(shè)在進(jìn)口段之后，檢修閘門采用平板閘門。壓坡段位于工作門上游，事故檢修門槽段與壓坡段之間設(shè)有較長的平坡段。其典型布置如下圖6-7：圖6-8有壓泄水孔典型布置（1）進(jìn)口段：根據(jù)水工建筑物的設(shè)計要求，進(jìn)口段的曲線采用1/4橢圓，其方程為：其中：A——孔高，為3m；由于銅錢壩排沙底孔進(jìn)口為矩形，故α采用1/3-1/4，本次設(shè)計取α=1/3。即進(jìn)口頂部曲線方程為，橢圓長軸與孔軸線平行?？卓趦蓚?cè)壁曲線也采用橢圓曲線，A為孔口寬度，α采用1/4，故進(jìn)口兩壁曲線方程為。進(jìn)口段的孔口中心線布置為水平線。(2）閘門與閘門槽 在進(jìn)口段之后設(shè)置檢修閘門，為避免影響壩面交通，啟閉機用活動式的，檢修閘門為平板閘門,寬4.6m，高3.5m，厚1m，采用矩形收縮型門槽，尺寸見圖6-8：圖6-9閘門槽構(gòu)造圖（cm）（3）平壓管和通氣孔設(shè)計由于排沙底孔是有壓的，故通氣孔作用是在孔內(nèi)沖水時排氣，檢修時補氣。本次設(shè)計取平壓管直徑D=0.6m，通氣孔尺寸為D=0.8m。平壓管與水庫相通，通氣孔布置在檢修閘門和工作閘門之間，在距壩頂2m處轉(zhuǎn)向，最后與壩下游相通，具體見設(shè)計圖。(4)平坡段（孔身）平坡段斷面采用矩形，其斷面尺寸設(shè)為3.5×3m。(5)壓坡段（漸變段）壓坡段孔頂坡度一般采用1:10-1:5，面積收縮比一般為0.85-0.90，寬度方向不做改變，僅是在孔頂壓坡。本次設(shè)計坡度采用1：7，面積收縮比采用0.90，收縮前孔口尺寸為3.5×3m，收縮后變?yōu)?.5×2.7m，則可得壓坡段長度為2.1m。(6)出口消能段出口消能采用挑流消能，反弧段采用單圓弧式，末端為挑坎，反弧半徑取20m，挑射角取21°，鼻坎高程為581.0m。挑流消能計算考慮了生態(tài)用水，高程以死水位588m計，水頭，所以為有壓流。水力半徑，時，，，，，則，，。根據(jù)能量方程，求得反弧段最低點水深為。挑流消能水力要素包括水舌挑射距離和沖刷坑深度。其計算公式為式中挑射角度，本設(shè)計為25°坎頂水面流速，坎頂平均水深坎頂至河床面的高差單寬流量上下游水位差，。將以上數(shù)據(jù)代入公式求得：挑距，沖坑。則。6.4工業(yè)取水管設(shè)計3/s，需要專設(shè)管道從水庫中取水,考慮管道沿程損失以10％計，則取水入口流量Q=1.5/(1-0.1)=1.67m3/s，要求工業(yè)供水保證率97％，則取水入口設(shè)在10#壩段，中心高程可取587.0m，且設(shè)置兩條平行管道供水。工業(yè)供水是自由出流，根據(jù)水力學(xué)公式式中：Q——管中流速；μ——管道系統(tǒng)的流量系數(shù),取0.98；A——管道斷面面積；H——管道水頭，最不利情況時H=588-587.0=1m。則管道斷面總面積則每條管道直徑0.5m。綜合考慮供水樞紐布置等因素，將供水管布置在右岸壩段。第7章構(gòu)造設(shè)計壩頂構(gòu)造本設(shè)計壩頂寬度取5m,壩上游設(shè)1.2m高的防浪墻，壩頂面設(shè)傾向上游的橫坡，坡率。并設(shè)有排水管通向上游。具體構(gòu)造見圖7-1。圖7-1壩頂構(gòu)造圖廊道系統(tǒng)基礎(chǔ)灌漿及排水合用廊道壩基帷幕灌漿壓力較高，因此須在壩體砌筑一定高度后進(jìn)行，以便于利用已砌筑好的壩體作為壓重，這樣既可提高灌漿壓力和灌漿質(zhì)量，又可增進(jìn)壩底接觸面的抗剪和抗?jié)B性能。本工程基礎(chǔ)灌漿廊道采用上圓下方的標(biāo)準(zhǔn)廊道斷面，其凈空為3.0m×3.0m，廊道底部高程高出基礎(chǔ)面4.50m,即為569.5m，廊道上緣距上游壩面5m，需要在上游側(cè)設(shè)排水溝，在廊道的下游側(cè)鉆設(shè)排水孔及揚壓力觀測孔。灌漿廊道平行壩軸線方向，至兩岸壩坡處逐漸升高，最后升至高程580m處，用橫向交通廊道通向下游壩外。交通廊道與灌漿廊道連接處如圖7-2所示。圖7-2縱橫向廊道交界壩體檢查及排水廊道為了檢查、觀測和排水，在靠近壩體上游面高度隔25m設(shè)一層廊道，其斷面也是城門洞型，尺寸為寬1.5m，高2.5m，至上游面的距離為5m，上游側(cè)設(shè)排水溝，廊道在左右岸各有一個出口。防滲系統(tǒng)上游面采用6cm后的瀝青砂漿作防滲層，瀝青砂漿外側(cè)為鋼筋混凝土預(yù)制板，預(yù)制板與壩體之間用用鋼筋連接可以減少對碾壓施工的干擾。下游用混凝土預(yù)制板代替模板，作為壩體的一部分。為了減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面設(shè)排水管幕，排水管用預(yù)制多孔混凝土管，間距3m，內(nèi)徑20cm，滲水由排水管進(jìn)入廊道，然后通過排水溝再由通向下游的排水管將滲水排出壩外，排水管與廊道的連通采用直通式。如圖7-3圖7-3廊道與排水管的連接橫縫構(gòu)造壩體在施工運行期間，為了防止季節(jié)性溫度變化發(fā)生伸縮變形和地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起的裂縫，可沿壩軸線方向每隔一定距離設(shè)永久性橫縫，橫縫垂直壩軸線，將壩體分成彼此獨立的壩段，以減小溫度應(yīng)力適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求，此工程橫縫間距取20m，縫寬取1cm。橫縫內(nèi)設(shè)止水，采用一道金屬止水片，止水片為厚1.5mm的銅片，做成可伸縮的形狀，每側(cè)埋入混凝土長度20cm，止水至上游壩面的距離為1m，縫間貼瀝青油氈。圖7-4止水詳圖第8章地基處理8.1地基開挖與清理壩基開挖與清理的目的是使壩體坐落在穩(wěn)定堅固的地基上，銅錢壩高48.74m，故開挖至弱風(fēng)化層上部即可。在河床段壩基面底板高程為565m，根據(jù)此開挖深度可以確定出壩址區(qū)可利用巖石等高線圖。本工程河床左半部軟，右半部硬，因而開挖深度也相應(yīng)不同，具體見圖紙?？拷鼔位娴木弮A角軟弱夾層也清除干凈，順河流流向的基巖面略向上游傾斜，以增強壩體的抗滑穩(wěn)定性。壩基巖開挖后，在澆筑混凝土墊層前，對壩基進(jìn)行了徹底的清理和沖洗，包括清除松動的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等進(jìn)行回填灌漿。8.2帷幕灌漿與固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿孔布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。銅錢壩壩基有F4斷層通過，斷層兩側(cè)擠壓破碎，完整性較差，且基巖緩傾角裂隙發(fā)育，應(yīng)進(jìn)行加固。為保證壩基穩(wěn)定，應(yīng)清除巖石軟弱面夾泥巖屑，炭質(zhì)層回天混凝土，并進(jìn)行固結(jié)灌漿，后井柱加固阻滑。左壩肩風(fēng)化層應(yīng)除壩肩嵌入弱風(fēng)化層之中，首先應(yīng)清除夾泥等充填物，然后固結(jié)灌漿。右壩肩應(yīng)清除破碎帶后回填混凝土并灌漿。本次固結(jié)灌漿孔呈方格狀布置，由于銅錢壩壩基巖石較完整，但有F4平移正斷層與壩軸線斜角，故孔距和排距約為10m，采用內(nèi)插逐步加密最終約為4m,孔深為7m，其中