目錄摘要 1Abstract 2第一章綜合闡明 31.1概述 31.1.1樞紐概述 31.1.2設計規定 31.2工程特性表 4第二章設計資料 52.1樞紐任務 52.2基本資料 52.2.1自然地理 52.2.2工程地質 82.2.3筑壩材料 92.2.4庫區經濟及其他 10第三章樞紐重要建筑物形式與總體布置 133.1工程級別及技術規范設計原則 133.1.1工程級別 133.1.2技術規范 133.1.3洪水原則 133.2調洪演算及設計基本數據 133.2.1調洪演算目 133.2.2調洪演算原理 143.2.3計算辦法 153.2.4泄洪方案選取 163.3樞紐構成建筑物 183.4壩型選取 193.4.1壩型初選 193.4.2壩型選定 203.4.3壩體形態選取 243.5泄水建筑物型式選取 253.6廠房及引水系統布置 253.7樞紐總體布置 25第四章拱壩設計 274.1拱壩型式及布置 274.1.1拱壩剖面設計 274.1.2拱壩布置 284.2荷載及其組合 294.2.1荷載及計算 294.2.2荷載組合 374.3計算原理和計算環節 374.3.1計算原理 374.3.2計算環節 384.4應力強度分析（電算、手算） 384.4.1電算 384.4.2手算 404.5壩肩穩定計算 454.5.1驗算原理 454.5.2驗算工況 474.5.3驗算成果 47第五章泄水建筑物設計 495.1泄水建筑物構成與布置 495.2泄槽設計 495.2.1淺孔設計 495.2.2中孔設計 505.3消能與防沖 525.3.1水舌挑距 525.3.2沖刷坑深度 525.3.3消能率計算 525.3.4消能防沖計算成果 535.4壩身進水口設計 535.4.1管徑計算 535.4.2進水口高程 545.5泄水孔口應力及配筋 545.5.1計算原理 545.5.2孔口作用力 55第六章壩體細部構造及地基解決 606.1壩體構造與細部構造設計 606.1.1壩體與壩面 606.1.2壩體分縫 606.1.3壩內廊道和壩內工作橋 606.2壩基解決 616.2.1地基解決普通規定 616.2.2地基解決與開挖 616.2.3壩基排水孔 63結語 64參照文獻 65摘要A江位于國內東南地區，全長153km，依照流域規劃擬建一座水電站。A江水利樞紐同步兼有防洪，發電，灌溉，漁業等綜合伙用，水庫正常蓄水位183.75m，設計洪水位184.8m，校核洪水位188.8m，汛前限制水位182m，死水位164m，尾水位103.5m。水庫死庫容5.3億m3，總庫容12.8億m3。A江水利樞紐工程等別為一等，工程規模為大（1）型工程，重要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級，暫時性建筑物級別為4級。A江水利樞紐重要構成建筑物有擋水建筑物，主副廠房，泄水建筑物，過木筏道等。擋水建筑物是一變圓心變外半徑雙曲拱壩，壩頂弦長302m，最大壩高98.88m，壩底厚26m，壩頂寬8.5m。泄水建筑物由兩個淺孔和兩個中孔構成：淺孔位于兩岸，孔口寬8.5m，高8.8m，進口底高程為164m，出口底高程為154m；中孔位于水電站進水口兩側，孔口寬7.5m，高7.2m，進口底高程為135m，出口底高程為130m。在壩身泄水孔上下游側分別布置檢修閘門和工作閘門，工作閘門采用弧形閘門，在每一種工作閘門上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房高程為175.0m，中孔啟閉機房高程為161.28m。泄槽支撐構造采用框架式構造。坎頂高程為119m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑為50壩后式廠房裝有4臺5萬kw發電機組，主廠房長81m，寬18m，副廠房長66m，寬10m，安裝場長21m，寬18m。壓力管道直徑為4.5m，進水口底高程為153.3m。發電機層高程為115m，尾水管底高程為90.8m，廠房進水口底高程為152.4m。為防止壩基滲漏，在壩基接近上游側進行帷幕灌漿，并且為了減少壩基揚壓力，在灌漿帷幕之后設立排水孔。各孔間距均為5.0m。為了防止混凝土產生裂縫，拱壩壩體設立橫縫，橫縫面上需設立鍵槽，以咬合加固，增強壩體抗剪能力。當底寬在40～50m以上拱壩，才考慮設立縱橫縫，而本設計中，拱壩壩底寬為26m，不大于40m，故可不設立縱縫。AbstractAjiangisariverinsoutheastofChina，Thetotallengthis153km.weplantobuiltaAjianghydrocomplexplaypartsinfloodcontrol，waterpower，irrigation，waterconservancyrelatedfisheries，andsoon.Thereservoirnormalwaterlevelis183.75m，designfloodlevelis184.8m，maximumfloodlevelis188.4m，floodcontrollevelis182m，deadwaterlevelis164m，andtailwaterlevelofhydropowerstationis103.5mThehydraulicengineeringgradeisGradeI.Thehydroprojectisconsistofwaterretainingstructure，powerhouse，auxiliaryroom，sluicestructure，raftsluice，andsoon.Thewaterretainingstructureisadoublecurvaturearchdam.Thelengthoftheaxisofcrestdamisabout302m.Maximumheightofthedamis98.88m,thethicknessofthebottomofthedamis26Thereleasestructureiscomprisedof2mid-leveloutletsand2short-leveloutlet.Thewidthoftheshort-leveloutletis8.5m，andtheheightis8.8m;thewidthofthemid-leveloutletis7.5m,andtheheightis7.2m.Theupstreamandthedownstreamsideofeveryoutletareabulkheadgateandaoperatinggatewhichisaradialgate.Thereisaroomwhereagatehoistisputaboveeveryservicegate.Thetworoomswhichareabovethemid-leveloutletservicegateareatanelevationof161.28metres，andtheothertworooThetypeofthepowerhouseisatdamtoe.Thedimensionsofthepowerhouseandtheauxiliaryroomare81m×18mand66m×10m.Thegeneratorfloorisatanelevationof115mmetres，andthebottomofthedrafttubeisatanelevationof90.8metres，andtheintakeofhydropowerstationisatanelevationof152.4metres.Incaseofleakageofthedamfoundation，thereisgroutingcurtainatthebaseofthedam，behindwhichtherearedrainageholeswhichdecreasetheupliftpressureofthedamfoundation.Inradialdirectionstherearetransversejointsinwhichtherearekeys，andbecausethethicknessofthebottomofthedamissmallerthan40～50metres，thereisnolongitudinaljoint.第一章綜合闡明1.1概述1.1.1樞紐概述A江是國內東南地區一條河流，流向自西向東，流經A省南部地區，匯入東海，干流全長153km，流域面積4860平方公里。根椐流域規劃擬建一水電站。本設計任務是對A江水利樞紐進行設計。A江水利樞紐是一項同步兼顧防洪，發電，灌溉，漁業等綜合伙用水利工程。壩址以上流域面積2761平方公里，水庫正常蓄水位為183.25m，汛前限制水位為182m，死水位為164m，設計水位為184.8m電站近年平均發電量為5.08億度，正常蓄水位時，水庫面積為34.2平方公里，為發展養殖創造了有利條件，同步增長灌溉面積50萬畝。A江水利樞紐重要構成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過木筏道，開關站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為98.88m，壩頂寬8.5m壩后式廠房裝有4臺5萬kw發電機組，主廠房長81m，寬18m，副廠房長60m，寬10m，安裝場長21m，寬18m。壓力管道直徑為4.6m，泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結合方案：淺孔位于兩岸，孔口寬8.5m，高8.8m，進口底高程為164m，出口底高程為154m；中孔位于水電站進水口兩側，孔口寬7.5m，高7.2m，進口底高程為135m，出口底高程為130m。泄槽支撐構造采用框架式構造。坎頂高程為119m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑為50m。泄槽直線段坡度與孔身底部坡度一致,挑射角θ=20過木筏道位于右岸。依照林業部規定，每年木材過壩量為33.3萬立方米，起木材最大長度為10m，大頭直徑為開關站長75m，寬20m，位于左岸。1.1.2設計規定在明確設計任務及對原始資料進行綜合分析基本上，規定：1、依照防洪規定，對水庫進行洪水調節計算，擬定壩頂高程及溢洪道孔口尺寸；2、通過度析，對也許方案進行比較，擬定樞紐構成建筑物型式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；3、詳細做出大壩設計，通過比較擬定壩基本剖面與輪廓尺寸擬定地基解決方案與壩身構造，進行水力，靜力計算；4、對拱壩進行設計：選取建筑物型式與輪廓尺寸，擬定布置方案：擬定細部構造，進行水力、靜力計算；5、決定樞紐施工導流方案，安排施工控制性進度。1.2工程特性表表1-1水庫特性表表1-2樞紐特性表第二章設計資料2.1樞紐任務本工程同步兼有防洪、發電、灌溉、漁業等綜合伙用。1、發電裝機20萬千瓦，近年平均發電量為5.08億度。本電站4臺5萬千瓦機組。正常蓄水位為183.25m，汛期限制水位：182m，死水位為164m，4臺機滿載時流量為338s/m3，尾水位為廠房形式為壩后式，主廠房平面尺寸為18m×81m，發電機層高程：114.8m，尾水管底高程：90.8m，廠房頂高程130.5m，副廠房平面尺寸為60m×10m，安裝場尺寸為21m×18m，開關站尺寸為20m2、灌溉增長灌溉面積50萬畝。3、防洪可減輕洪水對A市平原及A市威脅，在遇50一遇和10一遇洪水時，經水庫調洪后，洪峰流量由本來14900，11700m3/s分別消減為7750，6750m3/4、漁業正常蓄水位時，水庫面積為34.2平方公里，為發展養殖創造有利條件。5、過木依照林業部門提供規定，木材過壩量為每年33.3萬m3。其木材最大才長10m，大頭直徑為100cm。2.2基本資料2.2.1自然地理2.2.1.1流域概況A江是國內東南一條河流，流向自西向東，流經A省南部地區，匯入東海，干流全長153公里，流域面積4860平方公里。壩址以上流域面積2716平方公里，流域境內為山區，平均高度為662m，最高山峰達1921m，流域境內氣候濕潤，雨量豐沛，屬熱帶氣候。徑流重要來自降雨，小某些由地下水補給，每年4～9月為汛期，其中5、6兩個月為霉雨季節，河道坡降上游陡，下游緩，平均坡降6.32~0.97%，因河道陡，調蓄水能力低，匯流快，由暴雨產生洪水迅速漲落，一次洪水過程線尖痩，屬典型山區性河流。流域境內，以農林為主，森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴重，樞紐下游為A省重要農副生產基地A平原。壩址下游約50公里有縣級都市兩座，在河流入海處有省轄市一座。2.2.1.2氣候特性（1）氣溫壩址處近年平均氣溫為17.3℃，月平均最低氣溫（一月份）5℃，最高（七月份）29℃，。實測極端最低氣溫（一月份）-8.2℃,最高（七月份）為40.6℃。（2）濕度年平均相對濕度為79％左右，其中以6月份87％最大，1月份72％為最小，日變化較大。（3）降雨量壩址以上流域年平均降雨量為1680mm，實測最大年降雨量為2389mm，至少為1380mm，雨量在年內分派不均，其中4～9月份占全年降雨量75％，而5、6兩月占全年雨量1／3。表2—1各月降雨量雨型及日數登記表月份項目123456789101112全年實際天數3123313031303131303130310.3~10mm雨日34571212109876410~30mm雨日23458965432130mm以上雨日911856322100（4）蒸發量壩址處近年平均蒸發量為1349mm，其中全年7月份為最大，月蒸發量為217mm，2月份為最小，月蒸發量為45.4mm。（5）風向風力實測最大風速為17m/s，風向西北偏西，吹程4.5公里。近年平均最大風速為：汛期為12m/s，非汛期為13m/s,風向基本垂直壩軸線，吹程4公里。（6）水庫水溫據資料分析，各層水溫近年平均水溫（TH）及年變幅（△TC）按下列公式計算：(2-1)(2-2)其中：H――水深。2.2.1.3水文特性（1）正常徑流依照資料分析，壩址處近年平均流量為100秒m3，近年平均徑流總量為31.5億m3，各頻率月平均量見下表。表2-2近年平均徑流總量各頻率月平均量月頻率123456789101112近年平均1％1162673244906896793462633311021211131865％7817923536451053735217721073777315050％2149891412162777844442616169780％81947731213422151213457495％252236691215426115523651031622152951156167312424100(2)洪峰流量及總量據水文資料推算，壩址處洪峰流量及總量如下：洪峰流量Q=3310m3/s，Cv=0.45，Cs=4Cv，皮Ⅲ型線，各頻率流量為：P=0.02%，Q=14900m3/s；P=0.1%，Q=洪峰總量：三日洪水總量均值W=3.5億m3，Cv=0.38，Cs=3Cv，皮Ⅳ型線，各頻率洪量：P=0.02%，三日洪水總量Wp=7.94億m3；P=0.1%，三日洪水總量Wp=6.58億m3。也許最大三日洪量為15.4億m3。施工期各設計洪水頻率流量見下表。表2-3施工期設計洪水頻率流量表頻率10—4月9—6月10—3月11—6月11—2月12—2月備注520871772136713678848241016731410107210726545962012751045784784434332(3)固體徑流量及水庫淤積據水文站實測資料分析，年固體徑流總量為331噸，百年后水庫淤積高程115m，淤沙容量為8.5kN/m3，內摩擦角10°。2.2.1.4其她本壩址地震烈度為7?。2.2.2工程地質2.2.2.1庫區工程地質庫區巖性以火山巖和沉積巖為主，褶皺規模不大，均為背斜，兩翼地層平緩，并且不對稱。有較大斷層二條，這些褶皺和斷層呈北東向展布，以壓扭性為主，傾角較陡，延伸長度達幾直幾十公里，斷層單寬1m左右。個別達10m以上。斷層破碎都已膠結。庫區水文地質簡樸，以裂隙水為主，地下分水嶺均高出庫水位以上。2.2.2.2壩址工程地質（1）地貌壩址處河床寬度為100m。河底高程100m，水深1～3m，河谷近似“V”型，兩岸約40°～60°。河床覆蓋層由大理石，卵石構成。厚度約5～6m，兩岸山坡為第四系覆蓋層，厚度為5～10m左右。（2）巖性和工程地質壩基為花崗巖，風化較淺，巖性均一，新鮮堅硬完整，抗壓強度達120——200Mpa。壩址地質構造簡樸，無大地質構造，緩傾角節理延伸短，整體滑動也許性小，但陡傾角節理較發育，以構造節理為主，左右岸各有走向互相垂直二組節理。其中一組近似于平行山坡等高線，方向見地形圖，節理傾角約35°～90°，節理面無夾泥存在，壩址處水文地址較簡樸，未發現裂隙承壓水。巖石物理力學性質見下表。表2-4巖石物理力學性質表巖性或地質構造容重（kN/m3）孔隙率%抗壓強度（MPa）彈性模量MPa摩擦系數粘著力（MPa）泊松比Μ抗剪系數抗剪斷系數干濕干飽和混凝土基巖內部混凝土基巖內部花崗斑巖27.328.12.32101902.2×1040.700.750.751.200.5基巖與混凝土0.20節理面0.650.751.0基巖內注:相對隔水層離基巖表面深15m。2.2.3筑壩材料2.2.3.1石料壩區大某些地區為花崗斑巖，基巖埋深淺，極易開采，且河床覆蓋層中塊石、卵石可運用，因而筑壩石料極易解決。2.2.3.2砂料在壩下游勘探6個砂料場，最遠料場離壩約9公里，以石英破碎帶料場為主，初估砂料儲量430萬m3。經質量檢查，砂石料符合規范規定。壩址處缺少筑壩土料。2.2.4庫區經濟及其他2.2.4.1庫區經濟庫區除有小片盆地外，別的多為高山峽谷地帶。耕地重要分布在小片盆地上，高山上森林茂密。在正常蓄水位時，需遷移人口21444人，拆遷房屋19240間，沉沒，浸沒耕地16804畝，沉沒森林面積18450畝，沉沒縣社建造二座小型水電站(裝機2210kw）等，需補償費4120萬元。2.2.4.2其他（1）對外交通本壩址上游左岸30公里處有鐵路干線車站，另有公路與壩址下游50公里兩座縣城相通，兩縣城有公路與水路與河流入海處省轄市相連，對外交通較為以便。（2）附屬工廠和生活建筑區壩址下游兩岸有較大沖積臺地，地形平緩面積較大，適當布置工廠和生活建筑區。（3）負荷位置本電站重要供應壩下游A平原農村生產用電及省轄市工業用電，并肩負A電網某些調峰任務。（4）壩頂有雙線公路布置規定。（5）水庫水位——容積關系曲線、壩址處水位——流量關系曲線、設計洪水（三日）過程線和壩址地形圖見下列附圖。第三章樞紐重要建筑物形式與總體布置3.1工程級別及技術規范設計原則3.1.1工程級別在工程安全與經濟之間存在著矛盾，為使工程安全可靠性與其造價經濟合理性恰當統一起來，水利樞紐及其構成建筑物要分等分級，即先按工程規模，效益及其在國民經濟中重要性，將水利樞紐分等，而后再對各構成建筑物按其所屬樞紐等別，建筑物作用及重要性進行分級。本工程校核水位為188.4m，查庫容曲線得相應庫容為12.27億m3>10億m3.1.2技術規范混凝土拱壩設計規范（SD145-85）規定：對于基本荷載組合，容許拉應力為1.2Mpa，安全系數為4.0；對于特殊荷載組合，容許拉應力為1.5Mpa，安全系數為3.5；當考慮地震荷載時，容許拉應力可恰當提高，但不超過30%。3.1.3洪水原則設計洪水原則為千年一遇，校核洪水原則為五千年一遇。3.2調洪演算及設計基本數據3.2.1調洪演算目1、依照防洪規定，對水庫進行洪水調節計算，以擬定上游不同洪水原則下下泄流量，然后擬定出設計洪水位和校核洪水位。2、依照調洪演算得出設計水位下下泄流量，以選定泄洪方式和擬定泄洪建筑物孔口尺寸。3.2.2調洪演算原理洪水在水庫中行進時，水庫沿程水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間變化，其流態屬于明渠非恒定流。依照水力學明渠非恒定流基本方程，即圣維南方程組為：持續性方程：(3-1) 運動方程：-(3-2)式中：ω——過水斷面面積（m2）t——時間（s）Q——流量（m3/s）s——沿水流方向距離（m）Z——水位（m）g——重力加速度（m/s）v——斷面平均流速（m/s）k——流速模量（m3/s）普通，采用簡化瞬態法來解這個方程組。瞬態法將上式進行簡化而得出基本公式，在結合水庫特有條件對基本公式進一步簡化，則得出專用于水庫調洪計算實用公式：(3-3)式中：，——分別為計算時段初、末入庫流量（m3/s）——計算時段中平均入庫流量（m3/s），它等于，——分別為計算時段初、末下泄流量（m3/s）——計算時段中平均下泄流量（m3/s），即等于、——分別為計算時段初、末水庫蓄水量（m3）△V——為、之差△t——計算時段，普通取1——6小時，需化為秒這個公式實際體現為一種水量平衡方程式。當已知水庫入庫洪水過程線時，、、均為已知：、則是計算時段△t開始時初始條件。于是，式中未知數僅剩余、。當前一種階段、求出后，其值即成為后一種階段、值，使計算可以逐時段進行下去。又知，假定不計自水庫取水興利部門泄向下游流量，則下泄流量q應是泄洪建筑物泄流水頭H函數，而當泄洪建筑物形式、尺寸等已定期：(3-4)式中：A——系數，與建筑物形式和尺寸、閘孔開度以及沉沒系數等關于B——指數，對于堰流為3/2，對于閘孔出流，普通為1/2。3.2.3計算辦法采用高切林計算法，以直線近似代替泄水過程線。計算環節如下：假定三條泄水過程線，，，（如圖3-１a）1.求出相應庫容，，(陰影某些面積)，下泄流量，，；2.依照，，在庫容曲線上得出相應上游水位，，；3.在繪有泄水建筑物泄流能力曲線Q-Z坐標圖上，繪出相應點﹑)﹑（如圖3-１b）；4.過點﹑﹑繪出曲線交于P，對于P點泄流量Q必為攔洪時泄水建筑物最大下泄流量，相應水位Z即是所求攔洪水位。(b)(a)(b)(a)圖圖3-1洪水調節計算圖3.2.4泄洪方案選取3.2.3.1調洪方案初選①表孔溢流方案：突出長處是泄洪能力大，可減小孔口尺寸，閘門上水壓力小，操作檢修以便。缺陷是壩身單薄，需設立泄槽或滑雪道構造，實體泄槽構造工程量較大，不經濟，輕型滑雪道構造易引起振動，穩定性不好；使壩體堰頂以上失去空間構造作用，拱空間構造作用從堰頂高程如下才干得以發揮。②壩身開孔方案（淺孔方案和中孔方案）：長處是對壩體應力影響不大，可節約另建溢洪道投資。缺陷是當水流過壩后需設立滑雪道泄槽，并進行合理選型和布置：若同一高程開孔數量多，該層拱圈削弱較多。③壩外溢洪道泄洪方案：合用于有天然埡口，便于布置正槽式溢洪道地形條件。A江提供地形圖壩址附近，未見有天然埡口地形，故不考慮該方案。④運用導流隧洞泄洪方案：拱壩施工導流須采用一次斷流方案，故施工時需在某一岸開挖導流隧洞，以便壩體施工，為節約工程投資，可將進口段改建成“龍昂首”，將導流洞改建成泄洪洞，但本工程導流洞長度較短，改建成泄洪洞后，除“龍昂首”某些外可運用長度不長，加上改建某些開挖和老洞封堵，實際并不能有效節約工程投資。根據A江水利樞紐詳細狀況，全面綜合比較以上所述四種方案，壩外溢洪道泄洪方案和運用導流隧洞方案不及采用表孔溢流和壩身泄水孔方案，采用滑雪道構造工程投資遠不大于修建壩外泄水建筑物工程投資，故初步選取如下方案進行調洪演算：（1）2表孔+2中孔泄洪方案（2）2淺孔+2中孔泄洪方案（3）4中孔泄洪方案3.2.3.2調洪演算調洪演算依照水量平衡原理計算，計算時先按不同出口高程和孔口尺寸擬定多組方案，計算成果見后表。用水力學公式計算出上游庫水位與下泄流量關系。公式：表孔：(3-5)式中：Q——流量（m3/s）B——溢流孔凈寬（m）H——溢流孔堰頂作用水頭（m）g——重力加速度（m/s2）m——流量系數，初設計時，在定型設計水頭下，當P/H>3(P為堰高m)時，則m=0.47～0.49；當P/H≤3時，m=0.44～0.4。本次設計取為0.48。孔口泄流公式：(3-6)式中：A——出口處面積（m2）H——自由泄流時，為孔口中心處作用水頭（m）；沉沒泄流時，為上下游水位差（m）.——孔口或管道流量系數，淺孔和中孔值可用下式計算:(3-7)a——孔口高度（m）g——重力加速度（m/s2）Q——下泄流量（m3/s）表3-1各泄洪方案參數 尺寸方案表孔（數目×寬度）淺孔（寬×高）中孔（寬×高）QmaxHmax設計校核設計校核4表孔+2中孔4×12m-7.5×7.5m64207400187.4189.42淺孔+2中孔-8.5×8.8m7.5×7.2m65507050184.8188.44中孔--7.5×7.0m65506850185.0188.8由調洪演算擬定，設計洪水時，容許下泄流量為6750m3/s，方案2淺孔+2中孔設立兩淺孔，孔口尺寸為8.5m×8.8m（寬×高），進口底高程為164.0m，出口底高程為154.0m；兩中孔，孔口尺寸為7.5m×7.2m（寬×高），進口底高程為135m，出口底高程為130.0m。實際最大下泄流量為6550m3.2.3.3調洪方案最后選取為減小壩身開孔對壩體空間構造不利影響(4表孔使得壩體堰頂以上失去空間構造作用,4中孔使得壩體同一高程開孔數量過多，該層拱圈削弱過多)，采用兩淺孔與兩中孔相結合方案。兩淺孔，孔口寬8.5m，高8.8m，進口底高程為164m，出口底高程為154m；兩中孔，孔口寬7.5m，高7.2m，進口底高程為135m，出口底高程為130m，設計洪水時，下泄流量6550m3/s，校核洪水時，下泄流量7050m3/s，略不大于容許下泄流量，設計洪水位為184.83.3樞紐構成建筑物A江水利樞紐重要構成建筑物有攔河大壩，壩后式廠房，泄水建筑物，過木筏道，開關站以及上壩公路等。攔河大壩為雙曲拱壩，最大壩高為98.88m，壩頂寬8.5壩后式廠房裝有4臺5萬kW發電機組，主廠房長81m，寬18m，副廠房長60m，寬10m，安裝場長21m，寬18m。壓力管道直徑為4.6m，進水口底高泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結合方案：淺孔位于兩岸，孔口寬8.5m，高8.8m，進口底高程為164m，出口底高程為154m；中孔位于水電站進水口兩側，孔口寬7.5m，高7.2m，進口底高程為135m，出口底高程為130m。泄槽支撐構造采用框架式構造。坎頂高程為119m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑50m。泄槽直線段坡度與孔身底部坡度一致,挑射角淺孔θ=20°中孔θ過木筏道位于右岸。依照林業部規定，每年木材過壩量為33.3萬立方米，起木材最大長度為10m，大頭直徑為開關站長75m，寬20m，位于左岸。3.4壩型選取3.4.1壩型初選3.4.1.1土石壩土石壩重要由壩址附近土石料填筑而成，由于該壩址處缺少筑壩土石料，并且土石料壩身不能泄洪，需此外建泄水建筑物，本工程兩岸附近無埡口等適合建泄洪建筑物地形，故不適當建土石壩。3.4.1.2重力壩重力壩依托壩體自重或垂直荷載在壩基面上產生摩阻力來抵抗水平水壓力以達到穩定規定，運用壩體自重或垂直荷載在水平截面上產生壓應力來抵消由于水壓力所引起拉應力以滿足強度規定。其長處比較明顯：①壩體斷面形態適于在壩頂布置溢洪道和壩身設立泄水孔，不需要另設河岸溢洪道或泄洪隧洞，在壩址河谷狹窄而洪水流量大狀況下，重力壩可以較好地適應這種自然條件；②構造簡樸，施工技術比較容易掌握，在放樣，立模和混凝土澆搗方面都比較以便，有助于機械化施工；③由于斷面尺寸大，材料強度高，耐久性能好，因而對抵抗水滲入，特大洪水漫頂，地震和戰爭破壞能力都比較強，安全性較高；④對地形地質條件適應性較好，幾乎任何形狀河谷都可以修建重力壩；⑤具備足夠強度巖基就可滿足規定，由于重力壩常沿壩軸線提成若干獨立壩段，因此能較好地適應巖石物理力學特性變化和各種非均質地質。但缺陷也比較明顯：①剖面尺寸較大，壩體內部壓應力普通不大，因而材料強度不能充分發揮；②壩體體積大，水泥用量多，混凝土凝固時水化熱高，散熱條件差，且各部澆筑順序有先有后，因而同一時間內冷熱不均，熱脹冷縮，互相制約，往往容易形成裂縫，從而削弱壩體整體性，因而混凝土重力壩施工期需有嚴格溫度控制和散熱辦法。3.4.1.3拱壩拱壩是在平面上呈凸向上游拱形擋水建筑物，依托拱作用，將力傳給拱座，依托梁作用將力傳給基巖。其長處是：①受力條件好，在荷載作用下，拱壩同步起拱作用和懸臂梁作用，重要依托兩岸壩肩和壩基巖體維持穩定，壩體自重對壩體穩定性影響不大；②壩體積小，由于拱壩是一種受壓構造，拱向除拱端外，幾乎所有受壓，梁向除底部外大某些也是受壓，故可充分發揮混凝土抗壓性能，厚度可以較小，故其體積可比同樣高度重力壩節約1/3～2/3；③拱壩超載能力強，安全度高，拱壩普通屬周邊嵌固高次超靜定構造，當外荷載增大或壩某一部位因拉應力過大而發生局部開裂時，能調節拱作用和梁作用及其荷載分派，進行壩內應力重分派，不致使壩所有喪失承載能力，裂縫對于拱壩威脅不像對其她壩型那樣嚴重，拱壩水平裂縫中揚壓力只會減少壩體懸臂梁作用，鉛直裂縫會使拱圈未開裂某些應力增長，本來拱圈變成具備更小曲率半徑拱圈，壩內應力重分派，成為無拉應力有效拱，因此按構造觀點，拱壩壩面容許局部開裂，此外混凝土具備一定塑性和徐變特性，在局部壓應力特大部位，變形受限制狀況下，通過一段時間，混凝土徐變變形增大，彈性變形減小，從而這些特大應力有所減少，并且三維受力時混凝土實際極限抗壓強度比單軸時極限抗壓強度要高，由于以上所述因素，拱壩在適本地形地質條件下具備很強超載能力，據國內外實驗資料表白，其超載能力可達設計荷載5～11倍；④抗震性能好，由于拱壩是整體性空間構造，壩體較輕韌，富有彈性，又能自行調節其構造性能，因而拱壩抗震性能好。但拱壩也有明顯缺陷：①施工技術規定高，由于拱壩壩體斷面較薄，幾何形狀復雜，因而對施工技術，施工質量控制規定高；②對地基解決規定更為嚴格，以致有時開挖量很大；③施工導流不如重力壩來得以便，需一次斷流，要另開導流隧洞；④拱壩壩肩巖體穩定，巖基穩固是拱壩構造優越性發揮前提條件。綜合上述分析，對A江水利樞紐而言，有適當喇叭口地形“V”形河谷，兩岸也沒有順河向節理裂隙，故選取混凝土拱壩方案。3.4.2壩型選定3.4.2.1重力壩基本剖面拱壩方案和混凝土壩之間重要做工程量比較，工程量計算采用簡化辦法。在確地壩高條件下擬定混凝土壩基本破剖面，并在基本剖面基本上得到使用剖面。基本剖面普通只在重要荷載作用下滿足壩基面穩定和應力控制條件最小三角形剖面，因而，基本剖面分析任務是在滿足強度和穩定規定下，依照給定壩高H求得一種最小壩底寬度B。也就是擬定三角形上下游邊坡。為分析以便，沿壩軸線方向取單位長度壩體進行研究。基本破剖面按應力條件擬定壩底最小寬度用如下公式：(3-8)式中γc=24kN/m3γ0=10kN/m3揚壓力折減系數α1取0.25則B=65.74按穩定條件擬定壩底最小寬度用如下公式：(3-9)式中K=1.05f=0.7λ=0α1=0.2則B==70.46綜合⑴⑵，取壩底最小寬度B=71m3.4.2.2實用剖面擬定重力壩基本剖面是在荷載和剖面形態都作了簡化之后求得，實用剖面固然不能是頂點與上游水位齊平簡樸三角形。因而還要考慮其她荷載和運用條件對基本剖面進行修改，使其成為符合實際需要實用剖面。壩頂需要有一定寬度，以滿足設備、運營、交通、及施工需要，非溢流壩壩頂寬度普通可取壩高8~10%，并不不大于2m，如作為交通要道或有移動式啟閉機設施時，應依照實際需要擬定，當有較大冰壓力或漂浮物撞擊時，把頂最小寬度還應滿足強度規定。由于最大壩高為98.88m，故取壩頂寬度為10重力壩上游面采用上部鉛直、而下部為呈傾斜，既可運用某些水重來增長壩穩定性，又可保存鉛直上部便于管道進水口布置設備和操作長處。上游折坡起坡點偽造置應結合應力控制條件和引水、泄水建筑物進口高程來選定，普通在壩高1/3~2/3范疇內。依照工程經驗上游面坡度選為1：0.15，折坡點位置距壩底40m處。下游面坡度取為1：0.723.4.2.3穩定校核穩定分析重要目是驗算在各種也許荷載組合下穩定安全度。工程實踐和實驗表白，巖基上重力壩失穩破壞也許有兩種形式：一種是壩體沿抗剪能力局限性薄弱層面產生滑動，涉及沿壩與基巖接觸面滑動以及沿壩基巖體內持續軟弱構造面產生深層滑動；另一種是在荷載作用下，上游壩踵如下巖體手辣產生傾斜裂縫以及下游壩址巖體受壓發生壓碎區而引起傾倒滑移破壞。在本壩址處，深層滑移條件沒有浮現，因而在壩型選定期只分析沿壩基面抗滑穩定分析。采用摩擦公式，此法基本觀點是把滑動面當作是一種接觸面，而不是膠結面。滑動面上阻滑利只計摩擦力。實際工程中壩基面也許是水平面，也也許是傾斜面。當滑動面是水平面時其抗滑穩定安全系數K可按下式計算：(3-10)式中：∑W—作用于滑動面上力在垂直方向投影代數和；∑P—作用于滑動面上力在水平方向投影代數和；U—作用于滑動面上力楊壓力；K—抗滑穩定安全系數；計算可得在校核洪水狀況時抗滑穩定系數為1.12，故穩定滿足設計規定。3.4.2.4應力分析應力分析目在于檢查壩體和壩基在計算狀況下與否能滿足強度規定。重力壩普通提成若干個互相獨立壩段。可以作為平面問題解決，使應力分析得以簡化。應力分析可分為理論計算和模型實驗兩大類。理論計算又可分為材料力學法和彈性理論法等，材料力學法是一種慣用計算辦法，其基本假定是壩體水平截面上垂直正應力為直線分布。即可按材料力學偏心受壓公式計算。1、水平截面上邊沿正應力和(3-11)(3-12)式中∑W——作用在計算截面以上所有荷載鉛直分力總和（向下為正）∑M——作用在計算截面以上所有荷載對截面形心力矩總和（逆時針為正）B——計算截面沿上下游方向寬度當水庫正常蓄水且運營較長時間后，通過壩體和壩基滲入水流，已逐漸形成穩定滲流場，需要考慮揚壓力作用。故有：=436.7kpa=1310.24kpa2、邊沿剪應力τ’和τ”3、鉛直截面上邊沿正應力和4、上游邊沿主應力和5、下游邊沿主應力和由上可見，沒有浮現拉應力，故應力滿足規定。3.4.2.5工程量比較拱壩方案和混凝土壩之間重要做工程量比較，工程量計算采用簡化辦法。重力壩工程量計算采用下式：(3-13)式中：L1——計算某些壩體頂部長度；H——計算某些壩體高度；b——計算某些壩體頂寬；L2——計算某些壩體低部長度；m1、m2分別為計算某些壩體上下游邊坡。拱壩工程量計算運用下式分別對四個壩塊進行計算：(3-14)式中：、——分別為計算某些壩塊頂部，頂部面積，、——為上游面半徑，下游面半徑；其中：（3-15）式中：θ——為該層拱圈中心角；△h——分塊高度。由計算重力壩工程量為612887.4m3，拱壩工程量為321702.37m3。可見拱壩方案要比混凝土方案節約混凝土工程量從工程量角度混凝土拱壩方案優與混凝土重力壩方案，同步對A江水利樞紐而言，有適當喇叭口地形“V”形河谷，兩岸也沒有順河向節理裂隙，又有向下游收縮喇叭口，由此可以得出壩型選取為混凝土拱壩方案。3.4.3壩體形態選取拱壩按壩體形態可分為單曲拱壩和雙曲拱壩。3.4.3.1單曲拱壩單曲拱壩只在水平截面上呈拱形，而鉛直懸臂梁斷面不彎曲或曲率很小。定圓心定外半徑拱壩設計施工簡樸，但工程量大，且河谷上寬下窄時，壩底部圓心角過小，使拱作用減小，而定中心角變半徑拱壩雖然比較經濟，但兩岸壩段剖面有倒懸，在施工和庫空運營時會產生拉應力。3.4.3.2雙曲拱壩雙曲拱壩又稱穹形拱壩，在水平和垂直截面內都呈拱形，在V形河谷或其他上寬下窄河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會因中心角過小而不能滿足應力規定，此時宜將水平拱圈半徑從上到下逐漸減小，以使上下各層拱圈中心角基本相等，并在鉛直向設計成一定曲率，形成變半徑等中心角雙曲拱壩，而做到上下層拱圈中心角相等很困難，故廣泛采用變半徑變中心角雙曲拱壩，這種拱壩各層拱圈中心角，外弧面和內弧面半徑從上到下都是變化，而各層拱圈內外弧圓心聯線均為光滑曲線，變半徑等中心角雙曲拱壩更能適應河谷形狀變化。雙曲拱壩比單曲拱壩更具特殊長處：①由于其梁系也呈彎曲形狀，兼有垂直拱作用，它在承受水平向荷載后，在產生水平位移同步尚有向上位移傾向，使梁彎矩有所減少，而軸向力加大，對減少壩體拉應力有利；②在水壓力作用下，雙曲拱壩中部垂直梁應力是上游面受壓而下游面受拉，這同自重產生梁應力正好相反。鑒于雙曲拱壩長處，本壩址壩型選為變半徑變中心角雙曲拱壩。3.5泄水建筑物型式選取泄水建筑物采用兩個淺孔和兩個中孔相結合方案：淺孔位于兩岸，孔口寬8.5m，高8.8m，進口底高程為164m，出口底高程為154m；中孔位于水電站進水口兩側，孔口寬7.5m，高7.2m，進口底高程為135m，出口底高程為130m。泄槽支撐構造采用框架式構造。坎頂高程為119m,淺孔反弧半徑為33m,中孔反弧半徑為50m。泄槽直線段坡度與孔身底部坡度一致,挑射角淺孔θ=20°中孔θ3.6廠房及引水系統布置壩后式廠房裝有4臺5萬kw發電機組，主廠房長81m，寬18m，副廠房長60m，寬10m，安裝場長21m，寬18m。壓力管道直徑為4.6m，進水口底高3.7樞紐總體布置依照A江樞紐任務，本工程構成建筑物有：攔河大壩——雙曲拱壩、泄水建筑物——2中孔和2淺孔、壩后式廠房、開關站、導流隧洞、過木筏道等六個重要建筑物。雙曲拱壩最大壩高為98.88m，壩頂寬8.5m，壩底寬26m。在壩身泄水孔上下游側分別布置檢修閘門和工作閘門，檢修閘門采用平板門，工作閘門采用弧形閘門，在每一種工作閘門上方有啟閉機房，淺孔啟閉機房頂高程為175m，中孔啟閉機房頂高程為第四章拱壩設計4.1拱壩型式及布置4.1.1拱壩剖面設計拱冠梁剖面重要尺寸涉及壩頂厚度、壩底厚度和拱冠梁上游曲線參數。1、壩頂厚度（TC）：依照構造、人防、運用等規定并考慮改進壩體應力，初步設計，采用下列經驗公式：(4-1)=3～5m式中：H——壩高（m）b1——壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間直線距離（m）考慮到交通規定、以及頂拱厚度加大對梁應力有利，取=8.5m2、底部厚度（TB）：拱壩底部厚度是控制拱壩斷面尺寸一種重要特性數據，其影響因素較多，其中最重要是壩高和河谷形狀。本設計采用國內朱伯芳等建議，作為拱壩優選初始方案：(4-2)式中：K——經驗系數，普通可取K=0.35b1、bn-1——第一層和倒數第二層拱圈兩拱端新鮮基巖面之間直線距離（m）〔〕——拱容許壓應力（t/m3）H——壩高將A江拱壩數據代入得TB=263、雙曲拱壩上游面曲線：用黎展眉高檔工程師推薦方程式定出：(4-3)式中：，——經驗系數：=0.6~0.65=0.3~0.6取＝0.62，＝0.3計算得到：=40.3，=32.5上游面曲線方程：4、雙曲拱壩下游面曲線：下游面曲線按Tc，TB沿高程線性內插。設第i層拱圈厚度為Ti，則(4-4)將A江拱壩數據代入得表4—1拱冠梁端面幾層典型拱圈幾何尺寸(單位：m)高程190.88166.16141.44116.7292縱坐標y024.7249.4474.1698.88上游面橫坐標z10-8.047-12.037-11.969-7.843拱厚Ti8.512.87317.24621.61926下游面橫坐標z28.54.82585.20939.6518.1574.1.2拱壩布置1、依照初步擬訂拱壩斷面尺寸進行平面布置，擬定各高程拱圈中心角、半徑、圓心位置等參數，然后按擬訂方案進行應力和穩定分析。拱壩布置按下列程序進行：⑴依照地形地質等基本資料，找出壩址可運用巖石等高線。⑵在已定壩址處，選定拱壩在平面上壩軸線，在壩址可運用巖面等高線上，定出頂拱中心角和頂拱厚位置。⑶結合地形特點，初定拱冠懸臂梁剖面形態及尺寸，以各層拱圈拱冠斷面與懸臂梁剖面尺寸相重疊為準，從上往下，每24.72m⑷按試畫拱圈線，切出幾種垂直剖面，檢查垂直方向與否扭曲，倒懸度與否滿足規定。⑸依照上述初步選定拱壩形式和尺寸，按拱冠梁法求出分派荷載后，計算拱梁上下游壩面應力及兩岸壩肩穩定。2、拱壩布置原則：（1）壩面力求平順；（2）壩軸線布置處應使下游有足夠支撐巖體；（3）剖面倒懸度不大于1/3；（4）各層拱圈，拱端內弧面切線與運用巖面等高線夾角不不大于30o；（5）頂部中心角取70°～110°之間，對各層中心角，左右半中心角相差不大于5o，中心角方向盡量順河向。3、拱壩布置成果：拱壩布置成果見下表。表4—2各層拱圈特性參數層數高程拱圈厚（m）左半中心角（o）右半中心角（o）上游拱圈半徑(m)下游拱圈半徑(m)拱軸線半徑(m)1190.888.55149.5200191.5195.752166.1612.87350.749.9168155.1161.563141.4417.24648.649140122.75131.3774116.7221.61940.3642.7711088.3899.195922635337044574.2荷載及其組合4.2.1荷載及計算作用在拱壩上荷載重要有自重、靜水壓力、泥沙壓力、風浪壓力、溫度和地震荷載。4.2.1.1自重計算本設計自重應力在施工過程中就已經形成，所有由梁承擔。將拱壩各壩塊水平截面由扇形簡化為矩形，上下游壩面簡化為梯形，計算公式如下：(4-5)式中：——混凝土容重，取2.4t/m3——計算壩塊垂直高度，——上、下兩端截面面積。由此可計算單寬懸臂梁自重。4.2.1.2泥沙壓力水庫建成后，過水端面加大，使得流速減緩，入庫水流挾帶泥沙逐漸淤積在壩前，對壩體產生了泥沙壓力。由于淤積高程是隨時間而逐年增長，故淤積計算年限可取為50——1。計算公式如下：(4-5)式中：——泥沙對上游壩底水平壓強；——泥沙浮容重。取為0.85t/m3；——泥沙內摩擦角，為10o；——泥沙淤積高度，為23m經計算得=13.7649t/m34.2.1.3溫度荷載拱壩是固結于基巖整體構造，因而溫度和基巖變化對拱壩應力影響較明顯，故設計時，溫度荷載必要列為一項重要荷載。表4-3截面溫升時△θ溫降時△θ1-13.95-3.952-22.89-2.893-32.28-2.284-41.88-1.885-51.6-1.64.2.1.4靜水壓力作用在壩面上靜水壓力是拱壩所承受重要荷載。按水力學原理計算，壩面上任意一點靜水強度為：(4-6)式中：——水容重，取為1.0t/m3y——計算點距水面深度4.2.1.5地震荷載地震引起作用于拱壩動荷載，涉及地震慣性力、地震動水壓力和上游淤沙地震土壓力。該工程設計烈度為7度，計算地震影響力時采用擬靜力法。由于本設計地震烈度不高，故可將擬靜力法進一步簡化——取作用在每層拱圈上慣性力為,方向與地震加速度方向相反。α為一沿高程變化系數，α取2.0。壩面所受最大動水壓力可按式計算，由于本設計為等截面圓拱狀況，可以用下面公式直接計算：（1）.計算縱向地震慣性力（忽視基本影響）：(4-7)(4-8)拱冠截面內力：(4-9)(4-10)(4-11)拱端截面內力：；(4-12)；(4-13)(4-14)式中：γc——壩體容重；k——地震系數（＝αKhCz）;T——截面厚度；r——中心軸線半徑；φA——拱圈半中心角；（2）.計算縱向地震激蕩力（忽視基本影響）：(4-15)(4-16)拱冠截面內力：；(4-17)；(4-18)(4-19)拱端截面內力：(4-20)(4-21)(4-22)式中：Ru——拱圈外半徑。（3）.計算橫向地震慣性力（忽視基本影響）：(4-24)拱冠截面內力：(4-25)(4-27)(4-27)拱端截面內力:(4-28)(4-29)(4-30)(4).計算橫向地震激蕩力（忽視基本影響）(4-31)左半拱內力：(4-32)(4-33)(4-34)拱端截面內力：(4-35)(4-36)(4-37)表4-4地震引起內力計算縱向地震慣性力拱冠內力左拱端內力右拱端內力H0V0M0HAVAMAHAVAMA175.36460216.8922246.189122.33922316.6604246.189122.33922316.6604186.29180305.3338261.967417.04645-18.0257261.967417.04645-18.0257161.76880423.4356236.09758.601528-304.903236.09758.601528-304.90398.748160488.7153155.5761-20.5615-761.072155.5761-20.5615-761.07222.511090207.979148.1574-31.1291-386.02448.1574-31.1291-386.024縱向地震激蕩力拱冠內力左拱端內力右拱端內力H0V0M0HAVAMAHAVAMA000000000203.52740236.0276205.98885.566355-161.627205.98885.566355-161.627168.44170337.7542174.0849-2.25218-403.632174.0849-2.25218-403.63285.475980352.99695.19664-19.9827-611.19695.19664-19.9827-611.19621.912870162.646530.21148-25.9277-310.37430.21148-25.9277-310.374橫向地震慣性力拱冠內力左拱端內力右拱端內力H0V0M0HAVAMAHAVAMA030.603350-135.432-113.787-3427.81135.4322-113.7873427.808031.497220-146.078-117.492-2824.93146.0775-117.4922824.934030.622880-137.616-114.025-2280.66137.6162-114.0252280.656018.631270-101.319-70.476-925.629101.3186-70.476925.629406.3490320-47.2619-24.2125-139.32947.26191-24.2125139.3289橫向地震慣性力拱冠內力左拱端內力右拱端內力H0V0M0HAVAMAHAVAMA000000000016.2315308.93401-60.2886-1443.38-8.93401-60.28861443.379014.9513608.290935-55.0628-1089.24-8.29094-55.06281089.23807.61508903.524121-27.7056-349.558-3.52412-27.7056349.557603.03204700.754403-9.53214-43.001-0.7544-9.5321443.00095表4－5地震荷載產生內力匯總表地震應力匯總截面拱冠應力左拱端應力右拱端應力上游應力下游應力上游應力下游應力上游應力下游應力138.642942.61932-245.335271.3955342.4336-252.64249.8829610.68089-135.349186.7454195.0432-101.032333.859424.029389-65.989698.5602786.97113-22.405419.32686-2.28406-26.910641.0627714.8769117.3694654.99819-1.58096-6.573929.0247970.2402029.3656744.2.1.6揚壓力由于拱壩底厚度很小，作用于壩底揚壓力很小，故在計算壩體應力時，可忽視揚壓力。但在分析拱座穩定期，規定計算作用于滑裂面揚壓力。而實際計算中由于沒有考慮地下水位等因素影響，將揚壓力作用于拱壩壩肩，然后投影到滑裂面上。壩體內基本帷幕灌漿廊道上游壁至上游壩面距離應不不大于0.05～0.1倍水頭，且不不大于4～5m。4.2.2荷載組合荷載組合狀況涉及基本組合（水庫處在正常運營狀況下也許發生各種荷載組合，由基本荷載構成）以及特殊組合（水庫處在非常運營狀況下也許發生各種荷載組合，由基本荷載和特殊荷載構成）。1、基本組合涉及：（1）正常水位+溫降；（2）設計水位+溫升。2、特殊組合涉及：（1）校核水位+溫升；（2）正常水位+溫降+地震。4.3計算原理和計算環節4.3.1計算原理本設計中采用拱冠梁法進行計算。取拱冠處一根懸臂梁，依照拱圈和拱冠梁各交點徑向變位一致條件來求得拱梁荷載分派，且各層拱圈分派到徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，以拱冠梁所分派到荷載代表所有梁系受力狀況。拱冠梁法計算應力變形協調方程：(4-38)式中：——單位荷載作用在梁上j點使i點產生徑向變位，稱為梁變位系數；——在單位均勻徑向水平荷載作用下，第i層拱圈拱冠處徑向變位，稱為拱變位系數；——第i層拱圈由于該層均勻溫度變化Δθ時在拱冠處徑向變位；——作用于梁上豎直方向荷載引起拱冠梁上i點徑向變位；-——分別為i層截面處水平徑向總荷載、梁分擔荷載。i=1，2，3，4，5在求得梁荷載xi，拱荷載（-）后，梁應力用構造力學法算，拱圈應力用純拱法算。本設計中采用拱冠梁法進行計算。取拱冠處一根懸臂梁，依照拱圈和拱冠梁各交點徑向變位一致條件來求得拱梁荷載分派，且各層拱圈分派到徑向荷載從拱冠到拱端為均勻分布，以拱冠梁所分派到荷載代表所有梁系受力狀況。4.3.2計算環節拱冠梁法重要環節是：①選定若干拱圈，分別計算各拱圈拱頂以及拱冠梁與各拱圈交點在單位徑向荷載作用下變位，這些變位稱為“單位變位”；②依照各共軛點拱梁徑向變位協調關系以及各點荷載之和應等于總荷載強度規定建立變位協調方程組；③將上述方程組聯立求解，得出各點荷載分派；④依照求出荷載分派值，分別計算拱冠梁內力和應力。4.4應力強度分析（電算、手算）4.4.1電算梁拱應力電算三種狀況成果見下列各表。表4－6梁拱應力電算成果（正常水位+溫降）（單位：t/m2）截面拱冠拱端拱冠梁上游下游上游下游上游下游1213.20122.5687.76253.570.000.002248.3089.5838.28211.0841.3069.393220.9844.781.71162.9444.75157.214139.03-27.11-49.0982.19-15.80285.87581.77-49.54-32.8344.11-67.8361.16表4－7梁拱應力電算成果（設計+溫升）（單位：t/m2）截面拱冠拱端拱冠梁上游下游上游下游上游下游1245.62188.33166.33271.140.000.002254.71144.51108.89226.5666.7044.393230.0498.7266.62184.4085.82115.844159.2930.6013.57113.3043.45223.625107.12-2.1511.7673.7318.89262.81表4－8梁拱應力電算成果（校核水位+溫升）（單位：t/m2）截面拱冠拱端拱冠梁上游下游上游下游上游下游1277.85210.17184.18308.000.000.002286.08159.10118.07254.3373.3140.173253.27106.1170.14202.9379.82155.064171.3630.7412.14121.8821.78277.295113.24-3.8311.0878.18-8.03305.144.4.2手算4.4.2.1拱冠梁法計算拱梁荷載分派4.4.2.1.1變形協調方程圖4—1示出了拱梁分載示意圖，在拱冠梁與拱交點i徑向變位一至條件方程式為變形協調方程：(4-38)式中：——單位荷載作用在梁上j點使i點產生徑向變位，稱為梁變位系數；——在單位均勻徑向水平荷載作用下，第i層拱圈拱冠處徑向變位，稱為拱變位系數；——第i層拱圈由于該層均勻溫度變化Δθ時在拱冠處徑向變位；——作用于梁上豎直方向荷載引起拱冠梁上i點徑向變位；-——分別為i層截面處水平徑向總荷載、梁分擔荷載。i=1，2，3，4，54.4.2.1.2計算環節⑴拱圈變位系數計算及均勻溫降Δθ時ΔAi計算： (4-39) 式中：Δγ0——可由拱圈ΦA、T/R查表4-7（沈長松編《拱壩》）得出；EC——混凝土彈性模量，取2.2×106；R——第i層拱圈平均半徑。(4-40)式中：Δγ0——可由拱圈ΦA、T/R查表4-8（沈長松編《拱壩》）得出；R——第i層拱圈平均半徑；C——壩身材料線脹系數，取0.8×10-5；Δθ——第i層拱圈均勻溫度下降值，(oC)T——第i層拱圈拱厚。經計算,成果見下表：表4－9各層拱圈δi與△Ai成果截面高程拱厚T半徑R半中心角ΦA△γoδi/Ec均勻溫降△θR*C*△θ△γ△Ai1190.98.5195.7550-51.358-100533.950.00619-1.8360.0113624985.32166.212.873161.5648.5-27.206-4395.42.890.00374-1.7590.0065714454.73141.417.246131.37749.5-17.666-2320.92.280.0024-1.6570.003978735.534116.721.619109.1943.5-10.964-1197.21.880.00164-1.3220.002174776.23592265734-3.2419-184.791.60.00073-0.4960.00036796.14⑵垂直荷載作用下引起梁徑向變位計算：垂直荷載（壩重、水荷載）作用下由于彎矩引起變位(4-41)式中：——垂直荷載作用下i截面如下M/ECI圖面積；——面積形心至i截面距離。由于梁基變形產生拱冠梁徑向變位ΔBiⅡ(4-42)僅垂直荷載時Δγf=Mxα2表4－10垂直荷載下梁徑向變位計算成果截面編號54321hi024.7249.4474.1698.88△BiⅡ(1/Ec)-45.61-282.177-609.964-937.7516-1265.539△BiⅠ(1/Ec)0-32.082840.5363037.875010.64△Bi(1/Ec-45.61-314.259230.57162100.11843745.1012⑶第i層截面處水平徑向總荷載Pi計算成果：表4－11水平徑向總荷載Pi計算成果截面12345P(t/m2)017.0941.8166.53105.01注：第5截面Pi為水壓力及泥沙壓力之和。⑷梁變位系數計算成果：表3-7梁變位系數a116099.326a213615.288a311743.009a41607.7866a5176.2088a128231.207a225407.068a322793.362a421017.987a52140.5501a133978.417a232866.043a331740.854a43720.5964a53123.3011a141428.296a241014.734a34758.224a44413.7208a54105.8641a15222.8196a25181.3184a35139.8397a4598.36092a5547.1393⑸依照列出五元一次方程組：16152.626x1+8231.207x2+3978.417x3+1428.296x4+222.8196x5=28730.383615.288x1+9802.458x2+2866.403x3+1014.734x4+181.3184x5=91671.9891743x1+2793.362x2+4061.784x3+758.224x4+139.84x5=106004.2856607.7866x1+1017.987x2+720.5964x3+1501.26x4+98.361x5=76378.2428476.2088x1+140.551x2+123.3x3+105.86x4+231.93x5=5.1489求解此五元一次方程組得：梁所受荷載：x1=-8.03246x2=1.513587x3=18.94507x4=40.05949x5=60.2679表4－13梁拱荷載計算成果（單位：t/m2）截面編號12345P（含水壓，泥沙）017.0941.8166.53105.01梁荷載-8.032461.51358718.9450740.0594960.2679拱荷載Pi-Xi8.0324615.22922.86526.47144.7424.4.2.2拱梁應力分派表4－14梁拱應力匯總表（正常水位+溫降+地震）（單位：t/m2）正常+溫降+地震應力匯總截面懸臂梁拱冠左拱端右拱端上游應力下游應力上游應力下游應力上游應力下游應力上游應力下游應力100295.9306158.8059-130.054571.6663457.714447.63081251.1786154.15504345.3483117.0822-97.4207557.3255232.9715269.5481370.02642129.2625335.035764.55444-80.166487.533772.79474366.5685427.76893239.9413277.5749-27.9974-122.355386.8372-80.5675363.14395-82.5202393.9317126.6209-61.1084-47.6441139.1543-40.83139.4951通過應力計算，應力均滿足規范規定。4.5壩肩穩定計算4.5.1驗算原理由于拱壩所承受大某些荷載都是通過拱作用傳遞到兩岸拱座巖體上，壩體重量對維持壩體穩定不起重要作用，因而壩體體積較小，并有較強超載能力。拱壩所具備一切長處均建立在壩肩穩定基本上，故在拱壩設計中，必要保證壩肩穩定。拱壩壩肩穩定分析相對較為復雜，它與地形和地質構造等因素關于。普通可分為兩種狀況，即①存在明顯滑裂面滑動問題；②不具備滑動條件但下游存在較大軟弱帶或斷層時變形問題。對第①種狀況，其滑動體邊界常由若干個滑裂面和臨空面構成，滑裂面普通為巖體內各種構造面，特別是軟弱構造面，臨空面則為天然地表面，滑裂面必要在工程地質查勘基本上，經初步研究得出最也許滑動形式后擬定，然后依照此進行滑動穩定分析。對于第②種狀況，即拱座下游存在較大斷層或軟弱帶時變形問題，必要時應采用加固辦法以控制其變形，加固必要性和加固方案可以通過有限元分析，比較論證后擬定。在拱壩壩肩穩定分析前應進行如下幾項工作：①進一步理解兩岸巖體工程地質和水文地質勘察資料；②理解巖體、構造面及其中充填物巖石力學特性等實驗條件和實驗參數；③研究和擬定作用在拱座上空間力系；④研究選取合理分析辦法。分析辦法采用剛體極限平衡法進行分析。采用剛體極限平衡法進行分析基于如下假定：①將滑移各塊巖體視為剛體，不考慮其中各某些相對位移；②只考慮滑移體上力平衡，不考慮力矩平衡，在壩端作用