二學位混凝土重力壩設計

2023-02-07 08:39:06 字數 3598 閱讀 2100

某水庫位於河北省唐山承德兩地區交界處壩址位於遷西縣灑河橋上游十公里揚查子村的灤河幹流上。控制流域面積33700平方公里,總庫容為20.5億立公尺。

水庫樞紐由主壩、電站及洩水底孔等組成,水庫主要任務是調節水量,供天津市和唐山地區工農業用水城市人民生活用水,結合引水發電。並兼顧防洪要求,盡可能使其工程提前受益,盡早建成。

根據水庫的工程規模及其在國民經濟中的作用,樞紐定為一等工程,主壩為ⅰ級建築物,其它均按ⅱ級建築物考慮。

1.2.1.1 年徑流

灤河水量較充沛某站多年平均年徑流量為24.5億立方公尺占全流域的53%,年內分配很不均勻,主要集中汛期

七、八月份。豐水年時佔全年50—60%,枯水年佔30—40%,而且年際變化也很大。

1.2.1.2 洪水

多發生在七月下旬至八月上旬有峰高量大漲落迅速的特點,據調查近一百年來有六次大水。其中2023年最大,由洪痕估算洪峰流量約為24400—27400公尺3/秒,實測的45年資料中最大洪峰流量發生在2023年為18800公尺3/秒。洪峰歷時三天左右,由頻率分析法求得:

1.2.1.3 泥沙

本流域泥沙顆粒較粗,中值粒徑0.0375公釐,全年泥沙大部分來自汛期

七、八月份,主要產於一次或幾次洪峰內且年際變化很大,由計算得,多年平均懸移質輸沙量為1825萬噸,多年平均含沙量7.45公斤/立方公尺。推移質缺乏觀測資料。

可計入前者的10%,這樣總入庫沙量為2010萬噸。淤砂浮容重為0.9噸/立公尺,內摩擦角為12度。

庫區年平均氣溫為10℃左右,一月份最低月平均氣溫為零下6.8℃,絕對最低氣溫達零下21.7℃(2023年),7月份最高月平均氣溫25℃,絕對最高達39℃(2023年),多年平均氣溫見表1-1。

表1-1

本流域無霜期較短(90—180天),冰凍期較長(120—200天),某站附近河道一般12月封凍,次年3月上旬解凍,封凍期約70—100天,冰厚0.4—0.6公尺,岸邊可達1公尺,流域內冬季盛行偏北風,風速可達

七、八級,有時更大些,春秋兩季風向變化較大,夏季常為東南風,多年平均最大風速為19.5公尺/秒,水庫吹程d=3公里。

流域內多年平均降雨量約為400—700公釐,多年平均降水天數及降水量見表1-6。

1.2.3.1 庫區地質

某水庫、庫區屬於中高山區,河谷大都為峽谷地形,只西城峪至北台子一帶較為寬闊沿河兩岸階地狹窄,斷續出現且不對稱,區域內無嚴重的坍岸及滲漏問題。

1.2.3.2 壩址地質

地貌:壩址位於揚查子村南300公尺處,為低谷丘陵地區,兩岸相對高差不大,河谷開闊,寬約600公尺上下游兩公里範圍內,河道順直主河槽位於右岸,河床高程137公尺左右。枯水期河床寬約100公尺,由於受河流側向侵蝕兩岸地形不對稱。

右岸坡度較陡約60度左右,左岸較緩約20度,河床中除漫灘外,左岸還有**階地發育,一、二級階地高程自140公尺—160公尺。**階地與緩坡相接直達山頂。覆蓋層厚度為7—12公尺的砂礫卵石沖積層。

ⅱ岩性:壩區主要岩性為太古界拉馬溝片麻岩,其次為第四紀鬆散堆積物,以及不同時期的侵入岩脈,壩區範圍內片麻岩依其岩性變化情況可分為六大層,其中第

一、四、六層岩性較好,但第

一、六層因受地形限制建壩工程很大。第四大岩層(ar i 4)為角閃斜長片麻岩。具粗粒至中間細粒纖狀花崗變晶結構,主要礦物為斜長石、石英及角閃石,本層岩體呈厚層塊狀、質地均

一、岩性堅硬、抗風化力強、工程地質條件較好,總厚度185公尺左右。

1.2.3.3 水文地質

壩基的透水性總的看來不大,但不均一,主要決定斷裂發育程度和性質,在平面上,一級階地基岩透水性大於其它地貌單元。從垂向上看河谷內單位吸水量小於0.01公升/分的頂板在83—105公尺高程其間之透水層厚度為40—50公尺,若除開挖部分厚度將更薄一些,兩岸透水層應以天然地下水位為下限,一般都大於50公尺,具體參見地質剖面圖。

1.2.3.4岩石物理力學性質

岩石容重為2.68—2.70噸/立公尺,飽和抗壓強度,弱風化和微分化岩石均在650公斤/厘公尺2以上,有的可達1100公斤/厘公尺2,混凝土與岩石的摩擦係數微分化及弱風化化下部,可取f=1.

10、c=7.5kg/cm2。

1.2.3.5 **

庫區附近歷史**活動較為頻繁,近年來微繁。弱震仍不斷發生,其中2023年和2023年兩次發生6度左右**,2023年6月國家**局**地質大隊對本區域**問題作了鑑定,水庫的基本烈度為7度,考慮到樞紐的重要性,和水庫激發**的可能性,攔河壩設防烈度採用7度。

壩址附近主要砂石料場有七處,儲量足以建壩,各料場的物理性質、試驗指標,基本滿足技術要求,可作大壩混凝土骨料使用。且無大量的粘性土及砂壤土料,可供圍堰防滲材料之用。

對外交通在右岸,公路、鐵路均距壩址較近略加修改或擴建即可直通壩址,壩頂無重要交通要求。

表1-2 水庫規劃及建築特性指標

擋水壩剖面尺寸初步擬定的主要內容有:壩頂高程,壩頂寬度,壩坡及上、下游起坡點位置。

(1)基本公式

壩面高程分別按設計和校核兩種情況,根據《水工建築物荷載設計規範》dl5077-1997內陸峽谷水庫波浪要素按官廳公式計算(適用於及):

2-1)

2-2)

2-3)

庫水位以上超高:

根據《混凝土重力壩設計規範》壩頂應高於校核洪水位,壩頂上游防浪牆的高程應高於波浪頂高程,其與設計洪水位或校核洪水位高差:

2-4)

式中:—累積頻率為1﹪的波高,;

安全超高,;

波浪中心線超出靜水位的高度,;

計算風速,是指水面以上10m處10min的風速平均值,水庫為正常蓄水位和設計洪水位的,宜採用相應季節50年重現期的最大風速,校核洪水位時,宜採用相應洪水期最大風速的多年平均值,;

為風作用於水域的長度,k;

平均波長,;

波高,;

壩前水深,。

(2)計算風速v0的確定

計算風速指水面以上10公尺處10分鐘的平均風速。水庫為正常蓄水位和設計洪水位適宜採用相應洪水其多年平均最大風速的1.5~2.

0倍,即本次設計的相應季節50年重現期的最大風速,本次設計取為1.8倍;校核洪水位時宜採用相應洪水期最大風速的多年平均值。

基本資料中:多年平均最大風速為19.5。

故設計洪水位時:=1.8×19.5=35.1;校核洪水位時:=19.5

(3)計算

根據設計基本資料:g=9.81 =3000

①設計洪水位時35.1

代入公式計算得:

==2.05

根據規範規定:當=20~250時,為累積頻率5%的波高,在計算浪壓力時,為累積頻率為1%時的波高,應乘以1.24,對於本工程:

=9.81×3000/35.12=23.9

在20~250之內,所以

當h>l,≈1,

庫水位以上的超高=2.54+1.097+0.7=4.337

根據《混凝土重力壩設計規範》dl5108-1999p43頁表11、1.1

表2-1

大(ⅰ)型工程,安全超高,設計洪水位為0.7(校核洪水位為0.5)

②校核洪水位19.5

代入公式計算得:

=庫水位以上的超高=1.22+0.457+0.5=2.177

(4)計算壩頂高程

根據《混凝土重力壩設計規範》dl5108-1999p43頁表11、1.2防浪牆宜採用與壩體連線成整體的鋼筋混凝土結構,牆身應有足夠的厚度以抵抗波浪及漂浮物的衝擊,在壩體橫縫處應留伸縮縫,並設止水,防浪牆高度可取1.2,壩頂下游側應設欄杆。

正常:設計洪水位+-防浪牆高度

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