水工建筑物2.pdf

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1、一、枢纽基本资料1 1.工程简况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

2、下游约50 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。2.2.水文条件水文条件1.年径流：根据资料分析，坝址处的多年平均流量 100m/s，多年平均总量为 31.5m/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 11700m/s，5000 年一遇的洪水14900m/s。施工期间各设计洪水频率流量见下表

3、。3333频率时 段5%10%20%10-4 月9-6 月10-3月2087167312751772141010451367107278411-6 月11-2 月12-2 月备注136710727848846544348245963323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/m，内摩擦角 10。4其他。本坝址地震烈度为7o303.3.气象条件气象条件1气温：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

4、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

5、坝轴线，吹程4 公里。4.4.坝址工程地质坝址工程地质（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40-60。（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干饱和）混

6、凝土与基岩基岩摩擦系数抗剪系数抗剪短系数粘着泊松oo干湿力比混凝基岩土与内部内部（MPa）（u基岩）0.5（基0.2花岗斑岩21019027.328.12.3220000.700.750.751.20岩 与 混凝土解理面0.651.0（基0.75岩内）（4）库区工程地质：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。5.5.建筑材料建筑材料石料：坝区大

7、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。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。二、二、主要建筑物型式选择主要建筑物型式选择（一）、枢纽的建筑物组成（一）、枢纽的建筑物组成本水利枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用，故枢纽组成建筑物应包括：挡水建筑物（各种坝和水闸等）、泄水建筑物（溢流坝、坝身泄水孔等）、输水建筑物（引水隧洞、引水涵管等）、取水建筑物（引水隧洞的进口段、灌溉渠首等）、整治建筑物（丁坝、护底等）、专门

8、建筑物（放空洞、过木道等）。（二）、工程等别和建筑物级别（二）、工程等别和建筑物级别枢纽工程的等别：根引水隧洞、据水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，考虑到本枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用，且要保证下游某省重要农副生产基地某平原和某市的安全，同时由于坝址处河床较窄，河道陡，调蓄能力低、汇流快，汛期洪峰流量大等因素，枢纽工程等别定为等。水工建筑物的级别：永久性主要建筑物为3 级，永久性次要建筑物为4 级。（三）、建筑物型式选择（三）、建筑物型式选择1 1、挡水建筑物型式的定性选择、挡水建筑物型式的定性选择在岩基上修建挡水坝有三种基本类型：重力坝、拱坝、土石坝。通过

9、对各种坝型的定性比较，综合考虑建筑材料、地形、地质自然条件、应用要求、施工条件后认为：拱坝对地形、地质的要求较高，在平面上向下游收缩的河谷段，坝端下游侧要有足够的岩体支撑，岸坡稳定，本工程中两岸山坡为第四系覆盖层，且左右岸各有走向互相垂直的二组陡倾角节理，约 35 90，是修建拱坝的不利条件；土石坝的修建考虑充分利用当地建筑材料，虽然坝区附近砂石料易解决、且符合规范要求，但坝址处缺乏筑坝的土料，故土石坝方案不可取；考虑到坝址附近对外交通方便，当地砂石料可充分利用，重力坝对地形、地质条件适应性强，故选择混凝土重力坝混凝土重力坝方案。2 2、泄水建筑物型式的定性选择、泄水建筑物型式的定性选择泄水重

10、力坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，除应满足稳定和强度要求外，还需要根据洪水特性、水利枢纽布置、地形地质、工程造价等满足泄水要求，其泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。坝身泄洪是经济的，表面溢流孔泄流能力大，又具有较大的超泄潜力，宜优先考虑；深水泄水孔虽然泄流能力不及表面溢流孔，但进水口淹没在水面下，放水条件好、给水库的运用带来了很大的灵活性，可提高水库的利用率和安全度。故本工程的泄水建筑物选择兼有表面溢流孔和深水泄水孔。溢流坝的泄水方式主要有开敞溢流式和大孔口溢流式两种。前者除宣泄泄洪水外，还可排除冰凌或其他漂浮物；堰顶可设闸门，也可不设。设置闸门的溢流孔，闸门顶略高于正常蓄水位，堰顶高程较低

11、，可利用闸门的开度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的中型工程。3本工程调洪成果中，在设计洪水位 186.64m时，相应的下泄流量为 6438.1m/s，3校核洪水位 189.60m时，相应的下泄流量为 6711.6m/s。为使水库具有较大的超洪能力，采用开敞溢流式溢流堰开敞溢流式溢流堰。3 3、水电站建筑物形式的选择、水电站建筑物形式的选择采用坝后式水电站，主厂房平面尺寸 8181m，发电机层高程 114.8m，尾水底板高程 90.8m，厂房顶高程 130.5m。副厂房平面尺寸 6610m。安装场尺寸为 212218m。开关站尺寸 2075m。4 4、过木建筑物型式的定性选择、过木建

12、筑物型式的定性选择采用用于浮运木排（筏）的过木建筑物筏道。22三、重力坝枢纽的各主要建筑物设计（一）、非溢流重力坝段设计（一）、非溢流重力坝段设计1 1、非溢流重力坝剖面尺寸的拟定、非溢流重力坝剖面尺寸的拟定重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据，并以特殊荷载组合复核。设计断面要满足稳定和强度要求，保证大坝安全，工程量小，造价低，运用方便，便于施工，避免出现不利的应力分布状态。重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力 3 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。如图下图所示：已知坝高

13、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。图图 3-13-1重力坝的基本剖面图示重力坝的基本剖面图示根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率 n=00.2，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率 m=0.60.8；底宽约为坝高的 0.70.9 倍。在拟好的基本三角形基础上，根据交通和运行管理的需要，坝顶应由足够的宽度。为防止波浪漫过坝顶，在静水位以上还应有一定的超高，修改后即得到重力坝实用剖面如下：图图 3-23-2非溢流重力坝实用剖面非溢流重力坝实用剖面其中，实用剖面上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进

14、口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，故本工程拟采用该种剖面形态。（1）坝基高程计算坝址处的河底高程为 100m，河床覆盖层由大块石、卵石组成，厚度56m。工程建基面开挖时挖除覆盖层，即初步拟定开挖深度为5.5m，故坝基高程定为 94.5m。（2）坝顶高程计算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。坝顶上游防浪墙顶高程=max（设计洪水位+h设，校核洪水位+h校）超高值h的计算防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h=h1+hz+hc式中：h1为累计频率为1%时的波浪高度，m；hz为波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hc为安全加高，m，因建筑物级别

15、为1级，按规定，设计情况取安全加高hc=0.7m，校核情况取安全加高hc=0.5m。h1与hz：按SL319-2005混凝土重力坝设计规范，采用适用于山区峡谷水库的官厅水库公式：hl0.0166V5/40D；L10.4(hl)；hz1/30.8hl2Lcth2 HL；V0为计算风速，m/s，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节 50年重现期的最大风速20m/s；校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。D为吹程，km。波高hl，当gDgDh时，为累计频率 5%的波高；当20 250250 1000522V0V0时，为累计频率 10%的波高h10。规范规定采用累计频率为1%的

16、波高，对于 5%的波高h1=1.24h5；对于10%的波高h1=1.41h10。H为坝前水深，等于相应的水位与坝基高程之差。a、设计水位时的计算V0取重现期最大风速17m/s，D=4.5km，H=186.64-94.5=92.14m，求得：hl=0.95m，L=9.98m，hz=0.28m，gD=152.60，h1=1.24h5=1.18m，2V0h设=h1+hz+hc=1.18+0.28+0.7=2.16m。b、校核水位时的计算V0取洪水期多年平均最大风速 12m/s，D=4km，H=189.60-94.5=95.1m，求得：hl=0.59m，L=6.82m，hz=0.16m，gD=272.

17、22，h1=1.41h10=0.83m，2V0h设=h1+hz+hc=0.83+0.16+0.5=1.49m。坝顶高程确定max（设计洪水位+h设，校核洪水位+h校）=max（188.8,191.09）=191.09m。取防浪墙的高度为 1.2m，故坝顶高程=189.89m，最大坝高为 95.39m。（3）拟定坝顶宽度坝顶宽度一般取坝高的8%10%，且本工程坝顶有双线公路布置的要求，取为10m。（4）上下游面及坝底宽的拟定据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率 n=00.2，下游坝坡坡率 m=0.60.8；底宽约为坝高的 0.70.9 倍。上游折面可利用淤沙和水增加坝体自重，折点设置在淤沙高程之

18、上，据水文站实测资料分析，百年后水库淤积高程 115m，死水位 164m，故折点取在 164m；上游坝坡坡率 0.1，下游坝坡坡率 0.7；相应坝底宽度为73.8m。2 2、安全控制验算与改善措施、安全控制验算与改善措施（1）荷载计算及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1m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

19、的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况。图图3-33-3 荷载计算示意图（荷载计算示意图（取1m坝长）坝体自重W1坝体自重计算公式W=Vc，取混凝土容重为 24kN/m。3W11Vc0.57701245880 kNW12Vc1095.3912422893.6kNW13Vc0.5(73.817)2/0.712455307.0kN，故W1=84080.6kN静水压力P及扬压力U静水压力是垂直于作用在上下游坝面的主要荷载，计算时分解为水平压力和垂直水压力两种。水平力计算公式P1wH2kN，水的重度取 9.81kN/m3；垂直力按水重2计。扬压力包括渗流压力和上

20、浮力两部分。渗流压力是由上下游水位差作用产生的渗流在坝内或坝基面上形成的向上的静水压力；上浮力是由下游水深产生的浮托力。根据规范，排水处扬压力折减系数=0.25，U=10m。Ui。可知排水中心线距坝底上游面水平距离为表表3-13-1各工况下静水压力及扬压力各工况下静水压力及扬压力特征水位正常蓄水位上游水位m下游水位mW2kNW3kNPukNPdkNUkN17785.1184.25103.53759.7278.139510.1397.3设计水位校核水位186.64189.60114.15115.503923.81325.841642.41893.923774.04127.11514.244360

21、.92163.122543.7泥沙压力Ps水平泥沙压力Psh为1sbhs2tg2(450s)22，据水文站实测资料分析，年固体径流总量为sb 泥沙的浮重度，KN/m3式中hs 坝前淤沙厚度，ms 淤沙的内摩擦角度331 万t，百年后水库淤积高程115m。淤沙浮容重为 8.5kN/m3，内摩擦角 10。Psh1sbhs2tg2(450s)2201108.5(11594.5)2tan2(450)1257.5kN22竖直方向的泥沙压力Psv按作用面上的淤沙重量（淤沙的浮重度）计算，Psv=1/2(115 94.5)20.1 8.5=178.6kN。浪压力Pl查的平均波长计算公式：Lm=0.331V0

22、1/2.15gDV01/3.752V0/g，代入相应情况下的风速与吹程，设计洪水位时，Lm=9.98m，校核洪水位时，Lm=6.82m。易知两种工况下坝前水深均大于相应半平均波长，波浪运动不受库底的约束，即为深水波，均按深水波计算浪压力，如下图示：图图3-43-4浪压力计算示意图浪压力计算示意图浪压力计算式PlLm4(h1hz)，代入相应工况的数据，求得设计洪水位时，Pi9.81 9.98(1.180.28)35.74，9.81 6.82(0.830.16)16.6。4校核洪水位时，Pi地震情况按正常蓄水位计算。地震作用本工程区地震烈度为7度，采用拟静力法考虑水平向地震作用。混凝土重力坝沿高度

23、作用于质点i的水平向地震惯性力代表值Fi=hGEii/g。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 下 式 计 算14(hi/H)4，i1.4nG14Ej(hj/H)4j 1GE各工况下力与力矩计算如下：表表3-23-2设计洪水位荷载计算汇总表设计洪水位荷载计算汇总表荷载作用W11自重水压力 1W12W13垂直力kN588022893.655307.01520.4水平力kN41642.41257.535.71893.9对形心的力臂m32.2324.900.9730.716.5533.4034.5732.326.8331.2591.43

24、33.5731.90力矩kN m189512.4570050.653647.812405.050781.483085.55581.31278838.142849.98588.73264.1PuPdW21水压力 2W222403.4W3PshPsvPl1325.8178.6泥沙压力浪压小89508.8U1扬压U22666.91777.641041.7368476.889527.856705.4力U3U45103.414226.241041.75.63028742.10543452.1总65734.7表表3-33-3校核洪水位荷载计算汇总表校核洪水位荷载计算汇总表荷载作用W11自重W12W13垂直

25、力kN588022893.655307.01723.7水平力kN44360.91257.516.62163.1对形心的力臂m32.2324.900.9731.707.0033.4034.57-32.006.8331.2594.5533.5731.905.630力矩kN m189512.4570050.653647.815141.757571.683085.55581.31406240.548454.48588.71569.5Pu水压力 1PdW21水压力 2W222403.4W3Psh泥沙压力1514.2178.6PsvPlU1U2浪压力小计89900.52725.71817.35797.21

26、5203.543471.9490262.291501.757971.932638.20672374.0扬压力U3U4总计64356.843471.9（2）安全控制验算与改善措施抗滑稳定分析：重力坝沿坝面失稳的机理是：首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后,形成滑动通道，导致坝的整体失稳。按 SL 3192005混凝土重力坝设计规范进行，重力坝坝体抗滑稳定计算主要核算抗滑动条件，此处按抗剪断强度公式计算坝基基面的抗滑稳定安全系数。表3-4 坝基面抗滑稳定安全系数K荷载组合基本组合特殊组合（1）（2）抗剪断强度

27、的计算公式：K3.02.52.3f(WU)CAKsPKs按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f坝体砼与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；C坝体砼与坝基接触面的抗剪断凝聚力，Pa；A坝基接触面截面积，m2；W作用接触面以上的总铅直力，kN；P作用接触面以上的总水平力，kN；根据资料查的f0.75，C0.5MPa，故设计工况下的抗滑稳定分析f(WU)CA0.75 65734.70.5 10373.8 1Ks2.13P41041.7故按规范，抗滑稳定不满足。考虑到提高坝体抗滑稳定性的工程措施及可行性综合影响，拟定采取工程措施提高混凝土与基岩间抗剪断摩擦系数为 1.0，其间粘着力提高至 0.9MPa，这一措

28、施在当前水平下是较易实现且较合理的。改善后进行抗滑稳定分析：f(WU)CA1.065734.70.9 10373.8 1设计工况K3.23，P41041.7由以上计算可知，设计洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定要求。f(WU)CA1.0 64356.80.9 10373.8 13.02.5，校核工况KP43471.9由以上计算可知，校核洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定要求。应力分析应力分析的目的是检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求，同时也是为研究、解决设计和施工中的某些问题，如为坝体混凝土标号分区和某些部位配筋等提供依据。应力分析采用材料力学法，其基本假定为：坝体混凝土为均质、连续、各向同性的

29、弹性材料。视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以重力坝设计规范规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。用材料力学分析坝体应力时，重力坝设计规范规定的强度指标如下。坝基面坝踵、坝址的铅直应力y应符合下列要求：运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝基面的最大铅直正应力小于坝基容许应力。施工期：坝址铅直应力允许有小于0.1MPa的拉应力。坝体应力要求运用期：坝体上游面的铅直应力不出现拉应力（计扬压力）；坝体的最大

30、主压应力，不得大于混凝土的容许压应力；在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合 SL203-97水工建筑物抗震设计规范的要求。施工期：坝体任何截面上的主压应力不得大于混凝土的容许压应力；在坝体的下游面可以有不大于 0.2MPa的主拉应力。a.设计工况下的应力分析yuWBW6MB26MB265734.76(543452.1)292.0kPa273.873.865734.76(543452.1)1489.4kPa73.873.82ydBb.校核工况下的应力分析yuWBW6MB26MB264356.86(672374.0)131.3kPa273.873.864356.86(672374.0)16

31、12.8kPa73.873.82ydB由以上计算和规范分析可知，坝基面应力满足要求。（二）重力坝细部构造设计（二）重力坝细部构造设计重力坝的细部构造包括坝顶布置与构造、坝体分缝、排水廊道布置等内容，这些构造的合理选型和布置，可以改善坝体的工作状态，提高坝体的抗滑稳定性，改善坝体应力，满足运用个施工要求，保证大坝的正常工作。1 1、坝顶布置与构造、坝顶布置与构造对于非溢流坝段，坝顶上游侧设置防浪墙，采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物冲击，墙高一般1.2m，下游侧应设置防护栏杆、灯柱，以保护行人和行车安全。在坝体的伸缩缝处，防浪墙也相应设置伸缩缝，并设止水。坝

32、顶路面应有适当的横向坡度，并设置相应的排水设施，以便排除路面雨水。路面排水应与坝体内排水连通或直接排入把体内。当设置人行道时，宜高出坝顶路面2030cm。对于溢流坝段，溢流坝的上部构造，应根据运行要求布置。有交通要求时，应按公路等级设置交通桥；无交通要求时，需设置人行道。对于大中型工程溢流坝，坝顶常设置闸门、闸敦、工作桥、启闭机等。本工程设防浪墙，采用与大坝相连固结的方法，墙高取 1.2m。坝顶有双线公路交通要求，故取路面宽 8m，两旁设人行道各 1 人m，人行道上设栏杆，路面呈弧形，横向坡度，取为 2%，以将路面积水排向两侧，并设置相应的排水管将集水引至上游水库。为了照明需要，在坝顶下游段每

33、隔10m设置路灯。2 2、坝身廊道与排水、坝身廊道与排水（1）廊道系统为了满足施工运用要求，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设置各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。基础灌浆排水廊道：坝基的防渗帷幕灌浆工作和排水孔幕的钻设通常均在廊道内进行。其优点是：可以利用已完成部分坝体的重量来提高灌浆压力，保证灌浆质量；浆液灌入坝体与基岩的接触面，可以提高坝的抗剪强度和抗渗能力；钻孔，灌浆工作不影响坝体正常施工，能保证施工进度；在工程运用期间，能够根据需要对帷幕作补充加固灌浆或补钻排水孔。灌浆排水廊道的位置应尽量靠近上游面和坝基，以便最有效地降低渗透压力。但由于渗透坡降的限制和应力要求，

34、又不能太近。一般要求廊道的上游侧距上游坝面不得小于作用水头的0.050.1，且不得小于45m。廊道底距基岩面，最好不小于廊道底宽的 1.5倍，以免被灌浆压力掀动开裂。本次设计中，基础灌浆廊道断面取3.03.5m，形状采用城门洞形，距上游坝坡面8m，距基岩面5m。坝体廊道：坝内设纵向（沿坝轴线）和横向（垂直于坝轴线）廊道，纵向廊道按高程分层设置，一般沿坝高每隔 1530m设置一层，断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2m，最小高度为 2.2m，距上游面的距离应不少于0.050.07 倍水头，且不小于3m。当有多层廊道时，应在两岸将各层互相连通。若廊道较长，沿坝长每隔200300m，应在上下层廊

35、道之间设置交通通道。对高坝应设置 12座电梯及便梯，对中坝和中型工程的高坝，视需要设置电梯或便梯。本工程设计排水廊道断面尺寸统一拟定为2m2.5m，城门洞形，距上游面的距离选取5m，上游测设排水沟，沿坝高每28m布置一层，即在130.5m高程和161m高程，各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通。（2）坝体排水坝体排水：为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体的上游面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），以便于检修。排水管间距23m，采用多孔混凝土预制管，管径不小于110

36、mm，一般取150250mm，排水管幕距上游坝面的距离，一般要求不小于坝前水深的1/101/12，且不少于2m。本设计在距上游面5m设一排坝体排水管，排水管与各层廊道内的排水沟相连，渗水经排水管流至排水沟，再由排水沟流至集水井排走。排水管间距 3m，多孔混凝土管内径为15cm。3.3.横缝构造横缝构造横缝垂直于坝轴线设置，将坝体分成若干个坝段。横缝的间距主要取决于气候条件，地形与地质特点，坝的高度，施工条件等因素。混凝土重力坝一般为1520m，很设计横缝间距设为20m。因为间距过大会产生裂缝，过小又无必要，反而增加造价和对结构不利。横缝有永久缝和临时缝两种。永久缝可分为沉降缝、温度缝和兼有两种

37、作用的温度沉降缝。本工程可采用温度沉降缝，永久横缝内需要设置专门的止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料和沥青等。对于高坝或很重要的坝，需设两道止水，中间设沥青井，前面设混凝土塞。当止水失效时，混凝土塞可起临时止水作用。本次设计采用两道止水片和一道防渗沥青井的布置。第一道止水离上游面约 0.52.0m，本工程设计取 1.6m。一般采用1.01.5mm厚的紫铜片，每侧埋入混凝土中的长度约为2025厘M。第二道止水也可用不锈钢片或镀锌钢片。在气候温和地区止水片可采用塑料，在寒冷地区可采用橡胶。沥青井为方形或圆形，其一侧可用预制混凝土块，长11.5m，厚510cm。沥青井尺寸大致为2020至3030cm

38、，井内灌注的填料由号或号石油沥青、水泥和石棉粉组成，井内设加热设备4.4.混凝土标号分区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

39、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IIIIIIIVV强度+抗渗-+抗冻+抗冲刷-抗侵蚀-+-低热+最大水灰比严寒寒温和地冷地区区0.550.600.450.500.500.550.500.550.650.65选择各区厚度的主要因素抗冻抗冻、抗裂抗渗、抗裂抗裂VI+-+0.450.45抗冲、耐磨四、重力坝地基处理天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂

40、隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的处理措施，地基处理的主要任务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。一一.清基开挖清基开挖1.1.开挖原则开挖原则地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定，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。坝高超过100m 时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。2.2.开挖设计开挖设计靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽可能清除。顺河流流向的基岩面尽可能略向上倾斜，以增强坝体的抗滑稳定

41、性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免造成坝体内应力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后0.51.0m，应采用受风钻钻孔，小药量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留0.20.3m 的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。对岸坡坝段，在平行坝轴线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角。3.3.坝基清理坝基清理基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，包括：清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。二二.防渗帷幕与排水防渗帷幕与排水（一）帷幕灌浆（一）帷幕灌浆1、帷幕灌浆目的帷

42、幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。2、帷幕灌浆范围防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在 100 以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程

43、地质、水文地质情况确定。当地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层 35m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗要求确定，通常采用坝高的 0.3 0.7倍。帷幕深入两岸的部分，原则上也应达到上述标准，并与河床部位的帷幕保持连续，形成连续的不透水的防渗墙。当相对隔水层距地面不远时，帷幕应深入岸坡与该层相衔接。当相对隔水层埋藏较深时，可深到原地下水位线与最高枯水位的交点B 处，如图6-2，在BC以上设置排水，以降低水库蓄水后库岸的地下水图6-2 防渗帷幕沿坝轴线的布置1灌浆廊道；2山坡钻进；3坝顶钻进；4灌浆平洞；5排水孔；6最高库水位；7原河水位；8防渗帷幕底线；9原地下

44、水位线；10蓄水后地下水位线3、帷幕灌浆设计防渗帷幕的厚度应当满足抗渗稳定要求，即帷幕的渗透坡降不能超过规定的容许值，见表6-1。表6-1防渗帷幕的容许渗透坡降帷幕区的透水率q（Lu）帷幕区的渗透系数k(cm/s)5110-43610-51210-5容许渗透坡降J101520灌浆所能到的帷幕厚度l 与灌浆孔排数有关，如图所示，当由n 排灌浆孔时，l l=(n1)c1+c此处，c1为灌浆孔排距，一般c1=（0.60.7）c；c 为孔距；c为单排灌浆时的帷幕厚度，c=（0.70.8）c。帷幕灌浆孔的排数，在一般情况下，高坝可设两排，对地质条件差的地段还可适当增加。当帷幕由n 排灌浆孔组成时，一般仅

45、其中一排孔钻灌至设计深度，区域各排的孔深可取设计深度的1/21/3。孔距一般为1.54.0m，排距宜比孔距略小。本次设计属高坝，所以帷幕设两排，孔距取3.0m。钻孔方向可以是铅直的，也可有一定的倾斜度，依工程地质情况而定，帷幕灌浆必须在浇灌一定后的坝体混凝土后施工。灌浆压力一般应通过实验确定，通常在帷幕表层段不宜小于11.5 倍坝前静水头，在孔底段不宜小于23 倍坝前静水头，但应以不破坏岩体为原则。（二）坝基排水（二）坝基排水坝基排水的目的：为了进一步降低坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕。排水孔幕与防渗帷幕下游面的距离在坝基面处不宜小于 2m。排水孔幕一般略向下游倾斜，与帷幕的夹角为 10o15。排水孔孔距为 23m，孔径约为 150200mm，不宜过小，以防堵塞。高、中坝的排水孔深不宜小于 10m。本设计沿坝轴线方向设一排排水孔。排水孔与帷幕中心线的距离为 2m，与帷幕中心线成 15交角，排水孔孔距取 3m，孔径为 150mm，孔深为 10m。排水孔幕在混凝土坝体内的部分要预埋钢管，待防渗帷幕灌浆后才能钻孔。渗水通过钢管进入排水沟，再汇入集水井，最终经横向排水管自流排向下游。水工建筑物课程设计设计计算说明书设计计算说明书班级水利水电工程 091 班姓名苏 博 文学号 200903032土木工程学院水利水电系2012 年 7 月