2022年水工建筑物重力坝课程方案设计书 .pdf

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1、第一章基本资料1.1 工程简况该河流自西向东汇入东海，干流全长153 公里，流域面积4860 平方公里。罢职以上流域面积2761 平方公里，流于境内为山区，平均海拔高度662M ，最高峰达 1921M ，流域境内气候湿润，雨量充沛，属热带气候。径流主要来自降雨，小部分由地下水补给，每年4-9 月份为汛期，其中5、6 份为梅雨季节，河道坡道上上游陡下游缓，平均坡降6.32-0.97% ，因河道陡，蓄水能力低，汇流快，有暴雨产生的洪水迅速涨落，一次洪水过程线尖瘦，属典型的山区性河流。流于境内，一以农林为主，森林繁茂，植被良好，水土流失不严重枢纽下游为谋省的主要农副业生产基地某平原。坝址下游约50

2、公里有县级城市两座，在河流入海处有省辖市一座。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是防洪、发电、灌溉、渔业养殖。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为三等工程，主坝为3级建筑物，其它建筑物按4 级建筑物考虑。1.2 水文条件1. 年径流：根据资料分析，坝址处的多年平均流量100m3/s ，多年平均总量为 31.5m3/s ，年内分配很不均匀，主要集中在汛期4-9 月份。丰水年时占全年80% ，枯水年占 20% 。2. 洪水：根据统计资料推算1000 年一遇的浑水流量为11700m3/s ，5000 年一遇的洪水 14900m3/s 。施工期间各设计洪水频率流量见下表。

3、频率时 段10-4 月9-6 月10-3月11-6 月11-2 月12-2 月备注5% 2087 1772 1367 1367 884 824 10% 1673 1410 1072 1072 654 596 20% 1275 1045 784 784 434 332 3. 固体流量及水库淤积：根据水文站实测资料分析，年固体径流量为331 万吨，百年之后水库淤积高程115m 。淤沙浮容重为 8.5kn/m3，内摩擦角 100。4. 其他。本坝址地震烈度为7o精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 37 页1.3 气象条件(1) 气

4、温：坝址处的多年气温为17.3 ，月平均气温5（一月份）、最高29（七月份) 。实测极端气温-8.2 （一月份）、最高气温40.6 （七月份）。(2) 湿度：年平均相对湿度为79% 左右，其中六月份87% 为最大，一月份72%最小，日变化较大。(3) 降雨量：坝址以上流域的年平均降雨量1860 毫 M ，实测最大降雨量为2574 毫 M ，最少降雨量 1242 毫 M 。雨量在年内分配不均，其中4-9 月份占全年雨量的 80% ，5-6 月份站全年雨量的1/3 ，往往形成起伏多峰的洪水。(4) 蒸发量：坝址处多年平均蒸发量为1349 毫 M其中以七月份最大，月蒸发量为 217毫 M ，二月份最

5、少，月蒸发量为45.5 毫 M 。(5) 风向风力：实测最大风速为17M/分，风向西北偏西，吹程4.5 公里，多年平均风速成为：汛期为12M/分，非汛期为13M/分。风行基本垂直坝轴线，吹程 4 公里。1.4 工程地质1、坝址工程地质（1）地貌：坝址河床宽度约100M 。河底高程约 100M ，水深 1-3M。河床覆盖层，厚度为 5-10M左右。河谷近似梯形，两岸约40o-60o。（2）岩性及工程地质：坝基为花岗斑岩，分化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达120-200MPa 。坝址构造简单，无大的地质构造，缓倾角解理延伸短，整体滑动的可能行小。但陡倾角解理较发育，以构造解理为主，左右岸

6、各有走向互相垂直的二组解理。解理的倾角约35-90 度（3）岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质表岩性或地质构造容重（KN/m3）孔隙率（%）抗压强度（MPa ）弹性模量（MPa）摩擦系数粘着力（MPa ）泊松比（u抗剪系数抗剪短系数干湿干饱和混凝土与基岩基岩内部混凝土与基岩基岩内部精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 37 页）花岗斑岩27.3 28.1 2.3 210 190 22000 0.70 0.75 0.75 1.20 0.5 （基岩 与 混凝土0.2 解理面0.65 0.75 1.0 （基岩内）（4）库区工程地质

7、：库区岩性以火山岩和沉积岩为主，褶皱规模不大，均为背斜，两翼底层平缓，切不对称。有较大的断层两条，这些褶皱和断层成北东走向，以压扭性为主，倾角较陡，延伸长度达几十公里，断层单宽一M左右，个别达十 M以上。断层破碎都已胶结。库区水文地质较简单，一裂隙水为主，地下分别水岭高程均高出库水位以上。1.5 建筑材料1、石料坝区大部分为花岗岩，基岩埋省深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石也可利用由此筑坝石料极易解决。 2 、 砂料在坝下游勘探6 个砂料场，最远料厂离坝约9 公里，以石英带料场为主，估计砂料储量 430万方。经质量检测，砂料符合规范规定。坝址处缺乏筑坝材料。1.6 库区经济库区出有小片

8、盆地外，其余多为高山峡谷地带。耕地主要分布在小片盆地上，高山森林茂密。在正常蓄水位时，需迁移21444 人，拆迁房屋19240 间，淹没耕地面积 16804 亩，淹没森林面积18450 亩，淹没县乡建造的两座水电站（装机容量 2210KW ）共需赔偿费4120 万元。本坝址上游左岸30 公里处有铁路干线，车站，另有公路与坝址下游50 公里的两座县城相连对外交通较方便。本电站主要供应坝下游某平原的农村生产生活用电，比担负某电网的调峰任务。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 37 页第2章工程总体布置工程等别及建筑物级别根据水利

9、水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定工程规模、工程等别、防洪标准及设计标准。该水利枢纽水电站装机容量为20 千万时；工程建成后，可增加保灌面积50万亩，可以列为中等，属于等中型工程。保护某城镇和某平原，属于一般，属于等小（ 1）型工程。根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：该水利枢纽水库工程等级为等中型工程。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）中“水库大坝提级指标”表中的规定，混凝土和浆砌石重力坝大坝高度超过了100m ，按提高一级的规定，大坝的建筑物级别提高为1 级。其余永久性水工建筑物中的主要建筑物为 2 级，次要建筑物和临时建筑物为3 级，而

10、洪水标准不提高。第3章非溢流坝坝体设计3.1 剖面拟定3.1.1 剖面设计原则1、设计断面要满足稳定和强度要求；2、力求剖面较小；3、外形轮廓简单；4、工程量小，运用方便，便于施工。3.1.2 拟定基本剖面重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图31，在已知坝高 H 、水压力 P、抗剪强度参数 f 、c 和扬压力 U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率 n=00.2 ，常做成铅直或上铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率 m=0.60.

11、8 ；底宽约为坝高的 0.7 0.9 倍。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 37 页图 3-1 重力坝的基本剖面图示3.1.3 拟定实用剖面一、确定坝顶高程1、超高值 h 的计算（1）基本公式坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h，可由式（ 3-1）计算。h = h1% + hz + hc（3-1）h防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m ；H1%累计频率为 1% 时的波浪高度， m ；hz波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m ；hc安全加高，按

12、表31 采用, 对于级工程，设计情况hc0.5m，校核情况 hc0.4m。表31 坝的安全加高 hc 运用情况坝的级别12 3 设计情况（基本情况）0. 7 0. 5 0. 4 校核情况（特殊情况）0. 5 0. 4 0. 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 37 页下面按官厅公式计算h1% ， hz。V0 为计算风速， m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位和设计洪水位时，采用重现期为50 年的最大风速 17m/s；校核洪水位时，采用多年平均风速 13m/s。D 为吹程， km ，按回水长度计算

13、：正常蓄水位时为4.5km，设计洪水位时为4.5km，校核洪水位时为 4km 。波高 hl ，当 gD/V02=20250 时，为累计频率5% 的波高 h5%；当 gD/V02=2501000 时，为累计频率10% 的波高 h10%。规范规定应采用累计频率为1% 时的波高，对应于 5% 波高，应乘以 1.24 ；对应于10% 波高，应乘以 1.41 。首先计算波浪高度 hl和波浪长度 L 和波浪中心线超出静水面的高度hz。（1）设计洪水位时 h 计算风速采用 50 年一遇的风速 17m/s，吹程 D=4.5km 。波浪三要素计算如下：波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=0.946m

14、波长L=10.4(h1)0.8 =9.48m 壅高hz=hl2/L=0.285m gD/V02=152.595 h1%=1.24h5%=1.17m ； hz = 0.31m ； hc = 0.5m h = h1% + hz + hc=1.98m （2）校核洪水位时 h 计算风速采用多年平均风速 13m/s，D=4km 。波浪三要素计算如下：波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=0.65m 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 37 页波长L=10.4(h1)0.8 =7.37m 壅高hz=hl2/L=0.18m gD/

15、V02=231.95；h1%=1.41h10%=0.915m ； hz = 0.02m ； hc = 0.4m h = h1% + hz + hc=1.3365m 2、坝顶高程计算坝顶高程按式（ 3-5）计算，并选用其中较大值坝顶高程 =设计洪水位 +h 设坝顶高程 =校核洪水位 +h 校（3-5）根据以上两种水位时 h 计算结果，得出两种状况下坝顶高程。（1）设计洪水位时的坝顶高程：坝顶 =设计洪水位 +h =186.64+1.98=188.62m （2）校核洪水位时的坝顶高程：坝顶 =校核洪水位 +h =189.60+1.3365=190.9365m 为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较

16、大值坝顶190.94m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为190.94m。二、确定坝基高程河床高程约 100m ，校核洪水位为 189.60m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除（由地质剖面图上量得大多在10m 以上），所以开挖应按 100m 以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过100m 时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。弱风化层厚 5.5 6.5m，微风化层厚 67m ，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予

17、以挖除。初步定出开挖深度7.5m，通过立式图上确定的坝基开挖线定出建基面最低开挖高程为82.5m。因此，最大坝高为 108.44m，属于高坝。三、拟定坝顶宽度坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8% 10% 取值，且不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的10% 计算，即为10.8 M，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为11m ，以满足大坝维修作业通行需要。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

18、 7 页，共 37 页四、拟定剖面尺寸根据规范SL319-2005 规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。实体重力坝上游坝坡宜采用1010.2 ，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用10.6 10.8 ；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制

19、设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由资料可知，百年后水库的淤积高程为115m ，由于死水位为164m ，折点取在高程为165m 的位置。通过最优方案的比较，上游坝坡取1：0.1 ，下游坝坡取1：0.75。五、坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的0.7 0.9 倍，本工程的坝高为108.44m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=87m 。六、基础灌浆廊道尺寸拟定高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检

20、查之用。基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.5 3m ，高为 34m ，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取 3.0 3.5m，形状采用城门洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.050.1 倍作用水头、且不小于45m 处设置，本次设计取10m ，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5 倍廊道宽度，取 5m 。初步拟定坝体形状剖面如图（3-2）所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 37 页图 3-2 非溢流坝段剖面尺寸

21、图3.2 荷载计算及其组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取 1坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载如表3-2 所示。表3-2 荷载组合荷载组合主要考虑情况荷载自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力地震荷载动水

22、压力土压力基本组合（1）正常蓄水位情况（2）设计洪水位情况特殊组合（1）校核洪水位情况（2）地震情况注：1. 应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；2. 分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 37 页3. 施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。4. 根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。5. 地震情况的静水压力、扬压力、浪压力按正常蓄水位计算。6. 表中的“ ”表示应考虑的荷载。下面就各种情况计

23、算相应荷载，计算示意图如下W12W2H1W2 W13W3 Pd H2 b3 U4 H2 H1U2 U3 H1 U1图 3-3 重力坝荷载计算示意图（1）自重 W 坝体自重的计算公式： W =Vc（kN）（3-6）式中 V 坝体体积， 3；由于取 1坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图 3-3 所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；c坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3 ）四种情况下自重相同。W11=240.5 8.25 82.5=8167.5kN W12=2411108.44=28628.16kN W13=240.5 89.59367.75=72839.109kN 精

24、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 37 页W1=W11+W12+W13=109634.769kN （2）静水压力 P 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力 PV 两种。计算各种情况下的上下游水深：根据水力学公式式中：根据相关规范， C=1 ，m=0.49，1=1，s=1；溢流坝宽度 10m ，B=10m ；H0 为堰上水头，堰顶高程与正常蓄水位平齐。（地震情况按正常蓄水位考虑）所得结果列表如下：表 3-3 不同情况下上下游水深特征水位上 游 水 深H1 （m ）下游水深 H2 （m

25、 ）上下游水位差 H(m) 正常蓄水位101.75 30.21 71.54 设计洪水位104.14 31.65 72.49 校核洪水位107.1 33.0 74.1 计算各种情况下静水压力：水平水压力 PH 计算公式为：（3-8）式中：计算点处的作用水头，；w 水的重度，常取 9.81 kN 3；垂直水压力 PV按水重计算。a. 正常蓄水位：上游水平水压力： PH1=Pu=50781.77kN （）下游水平水压力： PH2=Pd=4476.52kN （）上游垂直水压力： PV1=W2=1557.95kN 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -

26、第 11 页，共 37 页PV2=W2”=3338.47kN 下游垂直水压力： PV3=W3=3356.28kN b. 设计洪水位：上游水平水压力： PH1=Pu=53195.4kN （）下游水平水压力： PH2=Pd=4913.4kN （）上游垂直水压力： PV1=W2=1751.38kN PV2=W2”=3338.47kN 下游垂直水压力： PV3=W3=3685.087kN c. 校核洪水位：上游水平水压力： PH1=Pu=56262.36kN （）下游水平水压力： PH2=Pd=5341.545kN （）上游垂直水压力： PV1=W2=1990.94kN PV2=W2”=3338.47

27、kN 下游垂直水压力： PV3=W3=4006.16kN 地震情况按正常蓄水位情况考虑。(3) 扬压力 U 根据规范，排水处扬压力折减系数：=0.25, 如图3-3 所示，将扬压力分成四部分， U1 ，U2 ，U3，U4 。a. 正常蓄水位：U1=1/210（71.54-0.25 71.54）9.81=2631.78kN U2=9.810.25 71.5410=1754.52kN U3=1/29.81 0.25 71.5477=6754.896kN U4=9.8130.2187=25783.33kN U=U1+U2+U3+U4=36924.496kN b. 设计洪水位：精选学习资料 - - -

28、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 37 页U1=1/210（72.49-0.25 72.49）9.81=2666.73kN U2=9.810.25 72.4910=1777.82kN U3=1/29.81 0.25 72.4977=6844.596kN U4=9.8131.6587=27012.33kN U=U1+U2+U3+U4=38301.476kN c. 校核洪水位：U1=1/210（74.1-0.25 74.1 ）9.81=2725.95kN U2=9.810.25 74.110=1817.30kN U3=1/29.81 0.25 74

29、.1 77=6996.61kN U4=9.8133.0 87=28164.51kN U=U1+U2+U3+U4=39704.37kN 地震情况按正常蓄水位计算。（4）泥沙压力 Ps 一 般 计 算 年 限 取50 100 年 ， 水 平 泥 沙 压 力Ps为 ：式中： sb泥沙的浮容重， kN/m3 ；hs坝前淤沙厚度，；s淤沙的内摩擦角， ( ) 。黄河流域几座水库泥沙取样实验结果，浮容重为7.8 10.8kN/m3。淤沙以粉砂和砂粒为主时， s在2630之间。结合夕昌水库河流地质情况，本次设计取泥沙浮容重为 8.8kN/m3，s取28。水库坝址处多年平均输沙量为4.38 万t ，按30 年

30、，全部淤积计算，总淤积量为4.3830=131.4 万t ，约87.6 万m3 ，由ZV 曲线查得泥沙水位 2897.5m。淤沙厚度58m 。故泥沙压力为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 37 页Ps=1/28.5 32.52tan2（45- 5 ）=3160.696kN （5）浪压力1. 基本数据表 3-4 浪压力计算基本数据表正常蓄水位设计洪水位校核洪水位计算风速 V0(m/s)171713有效吹程 D(m)450045004000重力加速度 g(m/s2)9.89.89.8 水位高程 (m)184.25186.64

31、189.60 坝基高程 (m)82.582.582.5安全超高 hc(m)0.50.50.4迎水面深度 H(m)101.75104.14107.1 2. 波浪要素计算及波态判别根据规范 SL319-2005，波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V020m/s 及DLm /2，属于深水波。b. 设计洪水位：Lm=0.33117-1/2.15(9.8 4500/172)1/3.75202/9.8=10m h1%=1.172m hz=0.4313m 因HLm /2，属于深水波。c. 校核洪水位Lm=0.33113/2.15(9.8 40002)1/3.7513/9.8=7.393m h1%=0.806

32、7m hz=0.2764m 因HLm /2，属于深水波。3. 波浪压力计算各种情况均按深水波计算浪压力，如图3-4 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 37 页图3-4 深水波浪压力分布浪压力计算公式为a. 正常蓄水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=39.28kN b. 设计洪水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=39.28kN c. 校核洪水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=19.62kN 地震情况按正常蓄水位计算。（6）地震荷载工程区地震烈度为 7 度，设计时考虑水平向地震惯性力代表值Fi ，按式（ 3-15

33、）计算当设计烈度为 7 度时，h取0.1g ，一般取 0.25，i为质点 i 的动态分布系数，按式（ 3-16）计算地震时，坝前、坝后的水也随着震动，形成作用在坝面上的激荡力。在水平地震作用下，单位宽度上的总地震动水压力F0为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 37 页H1 为坝前水深， m 。作用点位于水面以下 0.54H1 处。因设计的重力坝迎水面有折坡，且水面以下直立部分的高度小于水深的一半，所以应取水面与坝面的交点和坡脚点的连线作为替代坡度。计算地震动水压力时，乘以折减系数 /90 ，为建筑物迎水面与水平面的夹角。

34、经计算， =85.36，故F0=85.36/90 0.65 0.1 9.8 0.251.0 101.752=15324.5kN （7）其它荷载冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。荷载计算结果汇总及相关荷载弯矩值参见附表（ 2-1）、（2-2）、（ 2-3）、（ 2-4）3.3 稳定分析重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。正常

35、蓄水位情况和地震情况按单一安全系数法验算，设计洪水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算。图35 坝体抗滑稳定计算简图1. 单一安全系数法：因坝体混凝土与基岩接触良好，本次设计单一安全系数法采用抗剪断强度计算公式进行稳定分析，计算公式如下：式中：K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f=1.2 c坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa ，c=120KPa ；A 坝基接触面截面积，m2 。W 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，u精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

36、17 页，共 37 页kN；P作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；按抗剪断强度公式（ 3-18）计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值应不小于表3-6的规定。表3-5 坝基面抗滑稳定安全系数K荷载组合K基本组合3.0特殊组合（1）2.5 （2）2.3 2. 分项系数极限状态设计法：承载能力极限状态设计式抗滑稳定极限状态作用效应函数为P,坝基面上全部切向作用之和, 即作用设计值水平方向的代数和。抗滑稳定极限状态抗力函数W 为坝基面上全部作用的法向作用设计值之和，既法向力设计值代数和。各基本变量及扬压力系数应以设计值代入计算。各分项系数可查附录一附表。下面对不同荷载组合情况下大坝抗滑稳定进行

37、分析。（1）基本组合a. 正常蓄水位单一安全系数法：=1.2(116673.39-28770)+130087/55111.1=4.2 3 满足规范要求。b. 设计洪水位：承载能力极限状态设计法：荷载设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数S()=P=64829.73kN （2）抗滑稳定抗力函数查得f的分项系数为 1.3 ，C的分项系数为 3.0。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 37 页坝基面抗剪断系数设计值 f=1.35/1.3=1.04 坝基面抗剪断黏聚力设计值C=1300/3.

38、0=433.33kPa 抗滑稳定抗力函数R() = f W +cA =1.04 83596.688+433.33 87=124472kN （3）验算抗滑稳定性偶然状况（偶然组合）设计状况系数=0.85；结构重要性参数 0=1.0；根据水工建筑物抗震设计规范抗滑稳定结构系数d=1.2。根据式0S(?) =1.0 0.8561083=51920.6KN =1/1.2 126228=124472KN51920.6103727 计算结果表明，重力坝在校核洪水位情况下满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。d. 地震情况：单一安全系数法：KS=1.35 87903.388+130087/61602=3.8

39、 2.3 满足规范要求。3.4 应力分析用材料力学法计算边缘应力。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。当采用材料力学法分析坝体应力时，SL 319-2005 混凝土重力坝设计规范规定的强度指标如下（本次设计只考虑运用期）。重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：运用期1）在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力；2）在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合水工建筑物抗震设计规范（ SL 203-97 ）的要求；重力坝坝体应力应符合下列要求：运用期1）坝体上游面的垂直应力不出现拉应力

40、（计扬压力）。2）坝体最大主压应力，应不大于混凝土的允许压应力值。3）在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合水工建筑物抗震设计规范（ SL 203-97 ）的要求。同样采用单一安全系数法和分项系数极限状态设计式对四种情况分别分析水精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 37 页平截面上的正应力。1. 单一安全系数法因为假定 y按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力yu和yd。W 作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；M 作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和， kNm

41、；B计算截面的长度， m 。坝体最大主应力按下游边缘最大主应力计算：2. 分项系数极限状态设计法：（1）坝趾抗压强度承载能力极限状态：坝趾抗压强度计入扬压力情况下的极限状态作用效应函数为坝趾抗压强度极限状态抗力函数为式中： Ra 为混凝土抗压强度。（2）坝踵应力约束条件的正常使用极限状态以坝踵铅直应力不出现拉应力作为正常使用极限状态。a. 正常蓄水位：利用承载能力极限状态设计式和正常使用极限状态设计判别大坝是否满足强度要求。荷载及力矩设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

42、- -第 20 页，共 37 页=80926.97/87-6 (-736333)/872(1+0.752)=1606.1kN （2）验算抗压强度持久状况（基本组合）设计状况系数=1.0；结构重要性参数 0=1.0；抗压基本组合结构系数 d=1.8，混凝土性能分项系数 1.5 。根据式0S(?) =1.0 1.0 1606.1=1606.1KN=1/1.8 9533=5296KN 1606.10 计算结果表明，重力坝在正常蓄水位情况下应力满足规范要求。b. 设计洪水位：采用单一安全系数法=80926.97/87+6(-820214)/872=1648Kn0 坝踵铅直应力没有出现拉应力，符合规范要

43、求。=80926.97820214)/872=1580.8kN 坝趾铅直应力小于坝基容许压应力，符合规范要求。=(1+0.752) 1580.=2575kN 小于混凝土的容许压应力。c. 校核洪水位：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 37 页偶然状况，只需采用承载能力极限状态法判别大坝是否满足强度要求。荷载及力矩设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数=80926.97/87-6 (-1016450.82)/872(1+0.752)=2713kN （2）验算抗压强度偶然状况（特殊组合

44、）设计状况系数=0.85；结构重要性参数 0=1.0；抗压基本组合结构系数 d=1.8。根据式0S(?) =1.0 1.02713=2713KN =1/1.8 9533=5296KN 27132.5 5，满足要求。挑流消能抗冲击算图因非溢流坝段应力和稳定均满足要求，故溢流坝应力稳定不再做详细分析。考虑到溢流坝下泄水流会产生掺气现象，故需要在溢流坝两边设置导墙。初步估算导墙高出坝面 2m 。第5章细部构造设计5.1 坝顶构造坝顶路面应具有 23的横向坡度，并设置砼排水沟(3030cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度

45、和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔 25m 设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 37 页5.2 分缝止水一、坝体分缝1、横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求；2、纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝

46、，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若干独立的坝段；纵缝为临时缝，可分为铅直纵缝、斜缝和错缝三种，纵缝缝面应设水平向键槽，键槽呈斜三角形，槽面大致沿主应力方向，在缝面上布置灌浆系统进行接缝灌浆，为了灌浆时不使浆液从峰内流出，必须在缝的四周设止浆片。3、水平施工缝：是上、下层浇筑块之间的接合面。浇筑块厚度一般为1.5 4.0m；在靠近基岩面附近用 0.75 1.0m 的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。二、止水设计横缝内需设止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等，对于高坝应采用两道止水片，中间设沥青井，金属片止水一般采用1.0 1.6mm 后的紫铜片，第一道止水治上游面的距离应有利于改善坝

47、体头部应力，一般为0.5 2.0m（本设计采用 1.0m），每侧埋入砼的长度约为2025cm （本设计采用 25cm ），在止水片的安装时要注意保证施工质量，沥青井为方形或圆形（本设计采用方形），其一侧可用预制砼块，预制块长1.0 1.5m，厚510cm （本设计采用 1m 10cm ），沥青井尺寸大致为 15cm 15cm 至25cm 25cm （本设计采用 20cm 20cm ），井内灌注的填料由二号或三号是由沥青，水泥和石棉粒组成，井内设加热设备（通常采用电加热的方法），将钢筋埋入井中，并以绝缘体固定，从底部一直通到坝顶，在井底设置沥青排出管，以便排除老化的沥青，重填新料，管径可为152

48、0cm 。止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约3050cm ，井内填满沥青砂，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。图5-1 止水设计1第一道止水铜片； 2沥青井； 3第二道止水铜片；4预制块； 5横缝 6沥青油毡； 7加热电极精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 37 页5.3 混凝土标号分区砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同, 对砼材料性能指标的要求也不同 , 为了满足坝体各部分的不同要求, 节省水泥用量及工程费用, 把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区, 选用不同的强度等级和性能

49、指标 , 一般分为 6 个区, 见下图（ 5-2）。图5-2 坝体混凝土分区示意图区上、下游水位以上坝体表层砼，其特点是受大气影响；区上、下游水位变化区坝体表层砼，既受水位的作用也受大气影响；区上、下游最低水位以下坝体表层砼；区坝体基础砼；区把体内部砼；区抗冲刷部分的砼。为了便于施工，选定各区域砼等级时，各类别应尽量少, 相邻区的强度等级不得超过两级，分区的厚度一般不得小于25m ，以便浇筑施工，分区对混凝土性能的要求见下表，表中“+”表示选择各区同等级的主要控制因素，有“+”的表示需要提出要求；有“- ”的为不需要提出要求。表5-1 坝体各区对混凝土性能的要求分区强度抗渗抗冻抗冲刷抗侵蚀低热

50、最大水灰比选择各区厚度的主要因素严寒寒冷地区温和地区I + - + - - + 0.55 0.60 抗冻II + + + - + + 0.45 0.50 抗冻、抗裂III + + + - + + 0.50 0.55 抗渗、抗裂IV + + + - + + 0.50 0.55 抗裂V + + + - - + 0.65 0.65 VI + - + + + + 0.45 0.45 抗冲、耐磨5.4 坝体排水坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕，排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道或坝顶（溢流面以下），以便于检精选学习资料 - - - - - - - - -