2022年重力坝设计内容 .pdf
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1、第1页 共 25 页第三部分枢纽布置(1)坝型的选择坝型根据:坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩,河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m ,左岸覆盖层厚度为 3-8m,右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m ,覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。且河床堆积块石、孤石和卵石,但是缺乏土料。浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量,但不能实现机械化施工,施工质量难以控制,故本工程采用混凝土重力坝。2坝轴线的选取坝址河段长 350m,河流方向为 N20E,其上、下游河流方向分别为 S70E和 S80E。坝址河谷呈“ V”型,两岸1h山体较雄厚,地形基本对称,较完整, 两
2、岸地形坡度为 30-40。 河床宽 20-30m, 河底高程约 556-557m。坝轴线取在峡谷出口处,此处坝轴线较短,主体工程量小,建库后可以有较大库容。(3)地形地质坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩,河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。 河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m ,左岸覆盖层厚度为 3-8m,右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m ,覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。(4)坝基参数坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。坝址发育 11 条断层。建精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 25 页第2页 共 2
3、5 页议开挖深度:河中 5m,左岸 6-12m,右岸 6-15m。(5)基本参数干密度 2.61g/cm 3 ,饱和密度 2.62 g/cm 3 ,干抗压强度92-120MPa ,饱和抗压强度 83-110MPa, 软化系数 0.9 ,泊松比 0.22-0.23。混凝土与基岩接触面抗剪断指标:类岩体,抗剪断摩擦系数 1.0-1.1,抗剪断凝聚力 09.-1.1MPa 。坝基高程为 550m. (6)工程级别:本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合口下游约2.5km 的峡谷中,坝址集水面积144.5km2,又知河底高程 556-557m 。可算的水库容容量约为 0.12 亿立方米,大坝的工程级别为中型
4、级别。第三部分非溢流坝段设计(1)剖面尺寸的拟定1、坝顶高程确实定坝顶高程分别按设计和校核两种情况,用以下公式进行:波浪要素按官厅公式计算:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 25 页第3页 共 25 页h = h1+ hz + hc h库水位以上的超高, m;h1波浪高度, m;hz 波浪中心线超出静水位的高度,m;hc 安全超高,按表2-1 采用,对于 2 级工程,设计情况hc0.5m,校核情况 hc0.4m。D风区长度, m。计算风速,水库为正常蓄水位和设计洪水位时,宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍,校核
5、洪水位时, 宜用相应洪水期多年平均最大风速, m/s。L波长, m。0V精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 25 页第4页 共 25 页风区长度: D=14m ;计算风速; V0=29 m|s取平均最大风速14.5m|s,取安全系数为 2;mmm则mm。根据公式计算的到:=2.6m,L=22.3m,hz=0.9,设计条件、正常蓄水位条件下:h = h1+ hz + hc =4m ; 坝顶高程为 646m。校核条件下:h = h1+ hz + hc=1.88m ;坝顶高程为 645.88m。经比较可以得出坝顶或防浪墙高程为64
6、6m,并取防浪墙高 1.9m。1)坝底、顶宽度坝底底宽约为坝高的0.70.9倍。坝顶应有足够的宽度, 无特殊情况要求时坝顶宽度可采用 8%10% ,一般不小于 2 米。则坝顶宽度取7m,坝底宽度取 75m。2)坝坡的拟定考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定,根据工程实践,上游边坡系数n=0.2,下游边坡系数 m=0.8。初拟定的非溢流坝重力剖面图如图2-2:1h精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 25 页第5页 共 25 页(2)荷载计算下游设计水位 =565.11+66/100=mm1、自重 W 750.5124=84690
7、(KN)2)、静水压力精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 25 页第6页 共 25 页P上设=0.5水1=4215.1(KN)P上校=0.5水1=43064.4(KN)P下设=0.5水KNP下校=0.5水KNKNKN3)扬压力U 设=0.5水 h 上设h 下设 T1=0.59.81 751=28326.4(KN)U 校=0.5水 h 上校h 下校 T1=0.59.81 751=28473.5(KN)(3)抗滑稳定分析 1 抗剪强度计算上设2H上校2H下设2H下校2H精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总
8、结 - - - - - - -第 6 页,共 25 页第7页 共 25 页基本组合:K1=0.8*满足特殊组合:K2=0.8*满足3)抗剪断强度抗剪断摩擦系数1.0-1.1,抗剪断凝聚力09.-1.1MPa。f=1.1 c=1100KPa 基本组合:满足特殊组合:3K精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 25 页第8页 共 25 页满足(4)应力分析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;B计算截面的长度, m。坝体最大主应力按下游边缘最
9、大主应力计算:基本组合:=G*LG=W*(T/2 -T/3)=84690(75|6)=1058625 (KN*M) (逆时针方向=P设*H 设/3=40942.1KN*M顺时针方向4KGMPXM精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 25 页第9页 共 25 页=U设*LX=U*(T/2-T/3)=28326.4(75/6)=354080(KN*M) 顺时针方向M=10586251265110.89354080 =-560565.89(KN*M) yu=W/T+6M/=576.40yd=W/T+6M/=1772.30满足条件特殊
10、组合=G*LG=W*(T/2 -T/3)=84690(75|6)=1058625 (KN*M) (逆时针方向=P校*H 校/3=41761.2*=1304341.48 KN*M顺时针方向UXM2T2TGMPXM精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 25 页第10页 共 25 页=U校*LX=U*(T/2-T/3)=28473.5*75/6=5KN*M顺时针方向KN*Myu=W/T+6M/=581.60yd=W/T6M/=1816.10经计算初拟的方案满足应力和稳定的要求,且其折点处的应力和稳定也均满足要求,初步符合要求。第四部
11、分溢流坝段设计(1)孔口设计UXM2T2T精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 25 页第11页 共 25 页1泄水方式的选择为使得水库具有较大的超泄能力,采用开敞式孔口2洪水标准确实定本次设计的重力坝是3 级建筑物,查表可知采用 50 年一遇的洪水标准设计, 500年一遇的洪水标准校核。3)流量确实定设计成果如表:4)单宽流量的选择坝址河段长350m,河床宽 20m-30m。坝址处基岩比较坚硬完整,综合上游水位 m最大下泄流量正常0设计校核sm3精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
12、 - - -第 11 页,共 25 页第12页 共 25 页枢纽的布置和下游的消能防冲要求,单宽流量取50100。5)孔口净宽拟定由已知可列表:根据以上计算,溢流坝段孔口净宽取18m,假设每孔宽度 b 为 6m,则孔数 n 为 3。6) 溢流坝段总长度溢流孔口总宽度确实定拟定中墩厚度 d 为 3m,边墩厚度 t 为 2m,则溢流坝段总长度为:=nb + (n -1)d +2t = 28 m7) 堰顶高程确实定取侧收缩系数为0.95, 流量系数为 0.502.因为过堰水流为自由出流,故 =1。溢流坝高程为 638m ,计算结果见下表:sm30B0B计算情况流量单宽流量孔口净宽设计情况501001
13、021校核情况501001123流量侧 收 缩 系数流量系数孔口净宽堰上水头堰顶高程设计18638校核18638精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 25 页第13页 共 25 页堰上最大水头:堰顶最大水头Hmax=校核洪水位 -堰顶高程定型水头为:8)闸门高程门高=正常高水位 -堰顶高程 +按规定取门高5m(2) 消能防冲设计(一) 确定消能方式1挑流消能 :防止,一般适用于岩基比较坚固的高坝或中坝。2 流式消能 :底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等 ,促使水流在底限定范围内产生水跃 ,通过水流内部的旋涡、 摩擦、掺气
14、和撞击消耗能量 .底流消能具有流态稳定,消能效果好 ,对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点。但工程量大,不宜排漂或排冰 .底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道,高坝采用底流消能需经论证。3 面流式消能 :sH精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 25 页第14页 共 25 页面流消能是在溢流坝下游面设低于下游水位、挑角不大的鼻坎, 将主流挑至水面,在主流下面形成旋滚,其流速低于外表,且旋滚水体的底部流动方向指向坝址,并使主流沿下游水面逐步扩散,减小对河床的冲刷,到达消能防冲的目的。面流消能适用与水头较小的中、低坝,
15、要求下游水位稳定,尾水较深,河道顺直,河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力,可排漂和排冰。面流消能虽不需要做护坦,但因为高速水流在外表,并伴随着强烈的波动,流态复杂,使下游在很长距离内水流不平稳,可能影响电站的运行和下游航运,且宜冲刷两岸,因此也须采取一定的防护措施。4消力戽消能:消力戽消能是在溢流坝址设置一个半径较大的反弧戽斗,戽斗的挑流鼻坎潜没在水下,形不成自由水舌,水流在戽内产生旋滚,经鼻坎将高速的主流挑至外表。戽内、外水流的旋滚可以消耗大量能量,因高速水流桃到外表,减轻了对河床的冲刷。消力戽适用于尾水较深,变幅较小,无航运要求且下游河床和两岸有一定抗冲刷能力的情况。消力戽的优点是:工程
16、量较底流消能小;冲刷坑比挑流消能浅;不存在雾化问题。缺点是:下游水面波动大,绵延范围长,易冲刷岸坡,对航运不利,底部旋滚将泥沙带入戽内时,磨损戽面增加了维修费用。5 最终确定消能型式根据地质条件,选取挑流消能。根据建工经验,挑射角取 25 度 ,挑流鼻坎应高出下游最高水位精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 25 页第15页 共 25 页二、反弧半径确实定V1= 0.96 X(19.6 X 73.3)(1/2)= 36.4(m/s =1.56 m 反弧半径 R: m取 R=14 m三、水舌的挑距 L及可能最大冲的深度估算。L
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