水利设计规范SL 3192005混凝土重力坝设计规范.pdf

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1、 1 SL 中华人民共和国水利行业标准 SL319 2005 替代 SDJ21-78 混 凝 土 重 力 坝 设 计 规 范 Design specification for concrete gravity dams 2005-07-21 发布 2005-11-01 实施 中华人民共和国水利部 发布 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 2 中华人民共和国水利部 关于批准发布混凝土重力坝设计规范 SL3192005 的通知 水国科2005301 号 部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批

2、准混凝土重力坝设计规范为水利行业标准，并予发布。标准编号为SL319-2005,替代 SDJ21-78 及其补充规定。本标准自 2005 年 11 月 1 日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二五年七月二十一日 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 3前 言 混凝土重力坝设计规范于 1978 年首次发布，1984 年作了局部修改。本次根据水利部水利水电规划设计管理局（水总局科20011 号）文件关于下达 2001 年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知以及水利技术标准编写规定（SL1-2002），对混凝土重力坝设计规范（SDJ217

3、8）及其补充规定(以下简称原标准)进行修订。本标准主要包括下列技术内容：坝体布置；实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝的体形选择、泄水建筑物坝体结构布置；泄洪、消能、防冲的水力设计；作用在坝体上的荷载、坝体应力与稳定计算及其控制标准；坝基处理设计，开挖、固灌、防渗排水、岩溶、断层破碎带的处理设计；坝体构造、大坝材料、坝顶、坝内廊道、坝体分缝及止水、排水坝体构造；温度控制标准和防止裂缝措施；安全监测设计。对原标准修订的主要技术内容如下：增加泄洪消能建筑物设计的洪水标准；增加新型消能工的设计；补充泄洪雾化设计的有关内容；增加无盖重和薄混凝土盖重时进行固结灌浆的有关内容；增加岩溶地区防渗处理的有关内容

4、；在混凝土防裂措施中，补充混凝土自身体积变形；在基础允许温差中，应考虑基础弹性变形模量和混凝土线膨胀系数等因素，并补充混凝土内外温差的规定，以及混凝土表面保温的相关计算方法。将原“观测设计”一章名称改为“安全监测设计”；修正观测任务的性质划分；明确规定工程安全监测范围，增补安全监测设计遵循的原则；调整专门监测项目的内容；增加主要监测设施布置要求。碾压混凝土重力坝设计已制定专门设计规范，本规范不包含该部分内容。本标准的强制条文有 6.3.2 条、6.3.4 条、6.3.10 条、6.4.1 条、7.4.5 条、10.1.1 条 1款、10.1.4 条 5 款、10.2.2 条 1 款、10.2.

5、2 条 2 款，以黑体字标识。本标准代替标准的历次版本为：SDJ21-78。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 4 本标准批准部门：中华人民共和国水利部 本标准主持机构：水利部水利水电规划设计管理局 本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院 本标准主编单位：水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院 本标准主要起草人：徐麟祥 王小毛 王犹扬 陈际唐 廖仁强 胡进华 郭艳阳 汪安华 汪庆元 范五一 雷兴顺 张志勇 周和清 高大水 向光红 樊路琦 本标准审查会议技术负责人：沈凤生 本标准体例格式审查人：曹阳 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手

6、册 5目 次 1 总 则.1 2 主要术语与符号.1 2.1 主要术语.1 2.2 基本符号.1 3 坝体布置.3 4 坝体结构.5 4.1 一般规定.5 4.2 非溢流坝段.5 4.3 溢流坝段.6 4.4 坝身泄水孔.6 5 泄水建筑物的水力设计.8 5.1 一般规定.8 5.2 泄流能力及消能计算.9 5.3 高速水流区的防空蚀设计.9 5.4 消能防冲设施的设计.10 6 坝体断面设计.12 6.1 荷载及其组合.12 6.2 主要设计原则.13 6.3 坝的应力计算.14 6.4 坝体抗滑稳定计算.16 6.5 溢流坝闸墩结构设计.17 7 坝基处理设计.19 7.1 一般规定.19

7、 7.2 坝基开挖.19 7.3 坝基固结灌浆.20 7.4 坝基防渗和排水.20 7.5 断层破碎带和软弱结构面处理.23 7.6 岩溶的防渗处理.24 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 68 8 坝体构造.25 8.1 坝 顶.25 8.28.2 坝内廊道及通道.25 8.38.3 坝 体 分 缝.26 8.4 8.4 坝体止水和排水.27 8.58.5 大坝混凝土材料及分区.28 9 温度控制及防裂措施.31 9.1 一般规定.31 9.2 温度控制标准.31 9.3 温度控制及防裂措施.32 附录 A 水力设计计算公式.39 A.1 堰面曲线、堰面压力及反

8、弧段半径.39 A.2 坝身泄水孔体型设计.42 A.3 泄流能力及掺气水深计算公式.46 A.4 挑流消能的水力要素.47 A.5 底流消能的水力要素.48 A.6 防空蚀设计.49 附录 B 荷载计算公式.52 B.1 垂直作用于坝体表面某点的静水压强.52 B.2 淤沙压力.52 B.3 扬压力.52 B.4 冰压力.54 B.5 反弧段水流离心力.55 B.6 浪压力.56 附录 C 实体重力坝的应力计算公式.60 C.1 上、下游坝面垂直正应力.60 C.2 上、下游面剪应力:.60 C.3 上、下游面水平正应力.60 C.4 上、下游面主应力.60 附录 D 坝基岩体工程地质分类及

9、岩体力学系数.62 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 7附录 E 坝基深层抗滑稳定计算.64 附录 F 施工期坝体温度和温度应力计算.66 F.1 混凝土温度计算.66 F.2 F.2 冷却水管降温计算.72 F.3 混凝土表面保温.75 F.4 温度应力.77 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 11 总 则 1.0.1 1.0.1 为适应混凝土重力坝建设发展的需要，规范混凝土重力坝设计，使工程设计做到安全适用、经济合理、技术先进、质量保证，特对混凝土重力坝设计规范（SDJ2178）及其补充规定进行修订，制定本规范。1.0.2 1.0

10、.2 本规范适用于水利水电大、中型工程岩基上的 1、2、3 级混凝土重力坝的设计，4、5级混凝土重力坝设计可参照使用。坝高大于 200m 或特别重要的混凝土重力坝设计，在遵照执行本规范的同时，对一些特殊问题应进行专门研究。1.0.3 1.0.3 混凝土重力坝按其坝高分为低坝、中坝、高坝。坝高在 30m 以下为低坝，坝高在 30m70m（含 30m 和 70m）为中坝，坝高在 70m 以上为高坝。1.0.41.0.4 本规范引用的标准主要有：防洪标准（GB50201）；水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252）；水利水电工程进水口设计规范（SL285）；水工建筑物抗震设计规范（SL203）；水

11、工建筑物抗冰冻设计规范（SL211）；水利水电工程钢闸门设计规范（SL74）；水工混凝土结构设计规范（SL/T191）；水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（SL62）。1.0.5 1.0.5 混凝土重力坝设计除应满足本规范外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 1 2 主要术语与符号 2.1 主要术语 2.1.12.1.1 坝高 dam height 大坝建基面的最低点（不包括局部深槽、井或洞）至坝顶的高度。2.1.2 2.1.2 混凝土实体重力坝 concrete solid gravity dam 整个坝体除若干小空腔外均用混凝土填

12、筑的重力坝。2.1.3 2.1.3 混凝土空腹重力坝 concrete hollow gravity dam 在坝的腹部沿坝轴线方向布置有大尺度空腔的混凝土重力坝。2.1.4 2.1.4 混凝土宽缝重力坝 concrete slotted gravity dam 两个坝段之间的横缝中部扩宽成空腔的混凝土重力坝。2.1.5 2.1.5 宽尾墩 end-flared pier 后段加宽成鱼尾状的溢流坝闸墩。2.1.62.1.6 联合消能 combined energy dissipation 指宽尾墩与挑流鼻坎、宽尾墩与底流消力池、宽尾墩与戽式消力池等联合运用消能。2.1.72.1.7 扭曲式挑坎

13、 distorted type flip bucket 底面扭曲、坎顶不等高并与流向成一定夹角的挑坎。2.1.82.1.8 窄缝式挑坎 slittype flip bucket 急流出口处的泄槽边墙急剧收缩形成窄缝的挑坎。2.2 基本符号 2.2.1 2.2.1 材料性能参数 水的重度；Cw水的比热；ac混凝土导温系数；C混凝土导热系数；混凝土线膨胀系数；EC混凝土弹性模量；混凝土泊松比；水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 2C混凝土的重度；f抗剪断强度摩擦系数；C抗剪断强度凝聚力；f 抗剪强度摩擦系数 ER基岩变形模量；2.2.32.2.3 几何特征 B溢流堰净宽

14、；Ak孔口出口处的面积；2.2.42.2.4 计算指标 K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；K 按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；2.2.52.2.5 计算参数 v流速；Q流量；Hd定型设计水头；tk冲坑水垫厚度；hb波动或掺气后的水深；Pm脉动压力强度；Pd消力墩所受冲击力；2.2.62.2.6 计算系数 K空化数；Fr弗劳德数；m溢流堰的流量系数；s淹没系数；流速系数；Kp由混凝土徐变引起的应力松弛系数；水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 3 3 坝体布置 3.0.13.0.1 坝体布置应结合枢纽布置全面考虑，合理安排泄洪、供水、发电、灌溉、航运、排沙、排漂、

15、过鱼等建筑物的布置，避免相互干扰。宜首先考虑泄洪建筑物的布置，使其下泄水流不致冲淘坝基和其它建筑物的基础，并使其流态和冲淤不致影响其它建筑物的使用。3.0.23.0.2 坝体溢流段的前沿长度、孔数、孔口型式、尺寸和堰顶高程，应考虑下列因素综合比较决定：1 1 水库运行和泄洪以及排漂浮物的要求；2 2 坝址地形地质条件、下游河床及两岸抗冲性能；3 3 下游水深及消能要求；4 4 坝体分段情况，与相邻建筑物的关系；5 5 闸门型式、工作条件及运行方式。开敞式溢流孔，具有较大泄洪潜力，宜优先考虑。3.0.33.0.3 坝体泄洪消能防冲型式应根据坝体高度、坝基下游河床及两岸地形地质条件，下游河道水深变

16、化情况，结合排冰、排漂浮物等要求合理选择。3.0.43.0.4 坝体根据以下功能要求设置泄水孔：1 1 有泄洪要求时；2 2 地震设计烈度为 8 度以上或坝基地质条件极为复杂有降低或放空库水要求时；3 3 有下游供水要求时；4 4 有排沙要求时；5 5 有施工期泄洪要求，又适宜于结合为永久泄洪孔时。3.0.5 3.0.5 泄水孔型式、位置、高程、孔数和孔口尺寸的选择应考虑以下因素：1 1 布置条件：在狭窄河道泄水孔宜与溢流坝段结合，其消能方式应与溢流坝统一考虑；宽阔河道可考虑分设。排沙孔应靠近发电(或灌溉、供水)进水口、船闸闸首等部位，其流态不得影响这类建筑物的正常运行。2 2 运行条件：下泄

17、流量、放水期限、检修条件、排沙及排漂等。3 3 施工条件：泄水孔设于不同位置对施工进度和施工方法的影响，施工期泄洪及下游供水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 4水要求等。4 4 闸门工作条件、启闭机及坝体结构强度等。3.0.6 3.0.6 设于坝体内的底孔、缺口、梳齿等施工导流建筑物，应根据导流方案和地形、地质、水文等条件确定，其布置应考虑下列要求：1 1 能宣泄所承担的施工期流量；2 2 与永久泄水建筑物布置相结合；3 3 在通航河流上应考虑施工期通航要求，或采取其他措施来满足；4 4 有需要时，能通过浮冰或其它漂浮物；5 5 泄洪时应不致冲坏永久建筑物或影响施工

18、进度；6 6 施工方便，运行可靠，便于回填封堵。导流建筑物的封堵应有妥善的设计和施工措施。3.0.73.0.7 工农业及城市生活供水管道取水口高程，应根据供水期引水高程、流量和水量等要求确定，必要时宜考虑水温和泥沙情况分层设置。设于坝内的发电引水管道的进水口高程，应根据水利动能设计要求和泥沙淤积等条件确定。各种进水口的布置尚应符合水利水电工程进水口设计规范（SL285）。设置在坝上的过坝建筑物的进出口宜远离泄洪建筑物的进出口。3.0.8 3.0.8 大型枢纽工程的重力坝布置应做水工模型试验，以验证运行期和施工期的流态与冲淤状况是否满足各项建筑物的运行需要。中型工程宜进行水工模型试验。水利设计规

19、范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 5 4 坝体结构 4.1 一般规定 4.1.1 4.1.1 坝体结构应根据坝的受力条件以及坝址的地形地质、水文气象、建筑材料、施工工期等条件，通过总体技术经济比较确定。4.1.2 4.1.2 各坝段上游面宜协调一致，坝段两侧横缝上游面止水设施宜呈对称布置，需要调整时宜逐步过渡。4.1.3 4.1.3 坝顶高程的确定应符合本规范 8.1.1 的规定。4.1.4 4.1.4 建在地震区的混凝土重力坝的抗震设计应符合水工建筑物抗震设计规范（SL203）的规定。4.1.5 4.1.5 建在寒冷地区的混凝土重力坝的抗冰冻设计应符合水工建筑物抗冰冻设计

20、规范（SL211）的规定。4.1.6 4.1.6 经技术经济比较，坝型除采用实体重力坝外，也可考虑采用宽缝重力坝、大头坝、空腹重力坝等。4.2 非溢流坝段 4.2.1 4.2.1 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。4.2.2 4.2.2 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 10.610.8；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

21、力的作用选择坝坡。4.2.3 4.2.3 宽缝重力坝的上游坝坡宜适当放缓。宽缝宽度，可取坝段宽的 20%40%。当坝体布置有引水管道、泄水孔、导流底孔时，该部分坝体结构和宽缝布置应经论证确定。4.2.4 4.2.4 宽缝重力坝头部尺寸的设计应考虑下列因素：1 1 头部应力状态；2 2 坝面防渗和止水系统的布置；3 3 帷幕灌浆廊道、坝内排水廊道和检修廊道的布置；水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 6 4 4 其他要求。迎水面头部最小厚度可取 0.070.10 倍该高程库水作用水头，并不得小于 3m；宽缝尾部最小厚度不宜小于 2m，寒冷地区应适当加厚。4.2.5 4.

22、2.5 宽缝重力坝的宽缝不应贯穿坝顶。宽缝的上、下游及顶部的渐变段应有足够长度。宽缝水平截面的渐变坡度（平行坝轴线长度与垂直坝轴线长度之比），头部可用 11.512.0，尾部可用 11.011.5。顶部竖向截面渐变坡度（垂直高度与水平长度之比），可用2.011.51。宽缝顶部高程可根据稳定、应力要求与上、下游坝坡和宽缝宽度等选定。4.3 溢流坝段 4.3.14.3.1 溢流坝段的堰面曲线，当设置开敞式溢流孔时可采用幂曲线；当设置有胸墙，且胸墙起挡水作用时，可采用孔口溢流的抛物线。堰面曲线的确定见附录 A.1。经过论证和试验，也可采用其他堰面曲线。4.3.2 4.3.2 在当地大气压条件下，当宣

23、泄常遇洪水闸门全开时，表孔和浅孔溢流堰顶附近不宜出现负压；当闸门局部开启时，经论证可允许出现不大的负压值；当宣泄设计洪水闸门全开时，负压值不得超过 39.81kPa，当宣泄校核洪水位闸门全开时，负压值不得超过 69.81kPa。4.3.34.3.3 应选择合理的闸门门槽型式，避免门槽处产生过大的负压而引起空蚀破坏。4.3.44.3.4 溢流坝段的反弧段应结合下游消能型式选择，见附录 A.1。4.3.5 4.3.5 闸墩的型式和尺寸应满足结构布置和水流条件的要求。当采用平面闸门时，闸墩在门槽处应有足够的厚度，以满足闸墩结构的强度要求。4.3.6 4.3.6 溢流坝段的堰面曲线、闸墩型式、门槽、堰

24、面压力、泄流能力和反弧半径等，大型工程应经水工模型试验验证；中型工程宜经水工模型试验验证；水力条件较简单时，可参照类似工程经验，经计算确定。4.3.7 4.3.7 当溢流坝段有排冰要求时，溢流孔口尺寸还应结合冰情资料确定，堰上水深宜大于流冰期最大冰厚，冰块应能自由下泄而不致破坏下游设施；下游应有导墙、护岸等设施；闸墩墩头宜呈锐角形状，必要时宜经试验确定。4.3.8 4.3.8 溢流坝段设置的闸门应符合水利水电工程钢闸门设计规范（SL74）的要求。4.4 坝身泄水孔 4.4.14.4.1 泄水孔可设在溢流坝段的下部或专设泄水孔坝段，并应有消能设施。4.4.2 4.4.2 坝身泄水孔内应避免有压流

25、与无压流交替出现。4.4.3 4.4.3 坝身泄水孔可采用明流孔，也可采用有压孔。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 74.4.4 4.4.4 明流孔由有压段和明流段组成。有压段包括进口段、门槽段和压坡段，该段的体型设计应使其在各种流量下保持正压，并要求断面变化均匀，泄流能力大。有压段末端设工作闸门，其上游设事故检修门。该段体型设计见附录 A.2。明流段的孔顶高度应留有余幅。直线段孔身为矩形时，孔顶距水面的高度可取最大流量时不掺气水深的 30%50%；孔顶为圆拱形时，其拱脚距水面的高度可取不掺气水深的 20%30%；孔顶为扁圆拱时，可参照圆拱孔顶的要求略予增加，并应

26、保证泄流时不淹没。明流段出口宜高出尾水位，防止在无压段出现水跃。明流段水流流速较大时，应采取掺气减蚀措施。4.4.5 4.4.5 明流孔在平面上宜布置成直线形，如需布置成弯道时，应进行分析研究，并经水工模型试验验证。4.4.6 4.4.6 有压孔进口段体型布置要求与明流孔进口段基本相同，其后宜设置事故检修闸门门槽段，再接平坡或小于 110 的缓坡段。工作闸门则设在有压孔出口端，出口端上游设一压坡段。孔口断面可为矩形或圆形。有压孔的体型设计见附录 A.2。4.4.7 4.4.7 坝身泄水孔的闸门和启闭机的设计应符合下列要求：明流孔的工作闸门，可采取弧形闸门或平面闸门；事故检修门为平面闸门。弧形闸

27、门的启闭机室宜设于坝内，对于中坝也可设于坝顶；平面闸门的启闭机室宜设于坝顶。位于坝内的启闭机室应考虑通风、防潮及采暖等设施。有压孔的工作闸门可采用弧形闸门、平面闸门、锥形阀或其他型式的门、阀。当有压孔不设钢衬时，非汛期宜用事故检修闸门挡水。4.4.8 4.4.8 坝身泄水孔的闸门门后不能充分通气时，则应在紧靠闸门下游的孔口顶部设置通气孔，其上端应与启闭机室分开，并应有防护设施。通气孔设计应符合水利水电工程钢闸门设计规范（SL74）的有关要求。4.4.9 4.4.9 高坝坝身泄水孔水力条件复杂时，应作水工模型试验，必要时应进行减压箱模型试验验证。4.4.10 4.4.10 当坝身导流底孔必须与上

28、部泄水设施同时宣泄洪水时，应考虑底孔出流受封堵的不利情况，并研究采取避免空蚀的措施。4.4.114.4.11 坝身泄水孔的衬护，应根据水力条件、孔口尺寸、水流含沙特性、孔口运行条件等因素确定。内水压力较高的有压孔和明流孔的有压段，宜采用钢衬或高性能混凝土，钢衬应与外围混凝土可靠结合。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 85 泄水建筑物的水力设计 5.1 一般规定 5.1.1 5.1.1 泄水建筑物的水力设计内容应包括：1 1 泄流能力的计算；2 2 下游水流衔接和消能防冲设施的设计；3 3 与高速水流有关的水力设计；4 4 其它有关的水力设计。5.1.2 5.1.2

29、 泄水建筑物和消能防冲建筑物的洪水标准应按防洪标准（GB50201）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252）的规定执行。5.1.3 5.1.3 泄水建筑物的水力设计计算可按附录 A 所列公式进行。5.1.4 5.1.4 泄水建筑物的消能防冲设计，除应符合本规范的 3.0.3 要求外，尚应满足下列要求：1 1 消能设施应做到消能效果良好，结构可靠，防止空蚀和磨损，防止淘刷坝基和岸坡，保证坝体及有关建筑物的安全；2 2 选定的消能型式在宣泄设计洪水及其以下各级洪水流量，尤其是常遇洪水流量时，都应具有良好的消能效果；对超过消能防冲设计标准的洪水，允许消能防冲建筑物出现不危及挡水建筑物安全，不影

30、响枢纽长期运行并易于修复的局部损坏；3 3 淹没于水下的消力池、消力戽等消能设施，应为运行期的排水检修提供条件。5.1.5 5.1.5 挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用。当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切断而形成临空面，危及坝基稳定，或岸坡可能被冲塌时，不宜采用挑流消能，或须做专门的防护措施。5.1.6 5.1.6 底流消能适用于中、低坝或基岩较软弱的河道；高坝采用底流消能需经论证，但不宜用于排漂和排冰。5.1.7 5.1.7 面流消能适用于水头较小的中、低坝，河道顺直，水位稳定，尾水较深，河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。5.1.8

31、5.1.8 消力戽消能适用于尾水较深且下游河床和两岸有一定抗冲能力的河道。5.1.9 5.1.9 联合消能适用于高、中坝，泄洪量大，河床相对狭窄，下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差的情况。联合消能应经水工模型试验验证。5.1.10 5.1.10 泄水建筑物的闸门宜同步、对称、均匀地启闭，以控制流态稳定，并应提出运行规划。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 95.1.11 5.1.11 大型工程和高坝的泄水建筑物设计应经水工模型试验验证，中型工程宜进行水工模型试验，水力条件较简单的中型工程则可参照类似工程经验计算确定。5.2 泄流能力及消能计算 5.2.1 5

32、.2.1 溢流坝和泄水孔的泄流能力，可按照附录 A.3 计算。5.2.2 5.2.2 溢流坝水面线计算，当弗劳德数 Fr2 时,应考虑波动及掺气影响,估算公式见附录A.3。边墩或导墙顶高程应根据计算水面线加 0.5m1.5m 的超高确定。5.2.3 5.2.3 挑流消能设计应对各级下泄流量进行水力计算，挑流水舌挑射距离和跌入下游河床的最大冲坑深度可按照附录 A.4 计算。5.2.4 5.2.4 底流消能设计应对各级下泄流量进行水力计算，确定护坦高程、长度、厚度和尾水淹没度等。5.2.5 5.2.5 护坦长度可根据其上是否设置辅助消能设施及水力特性，按照附录 A.5 计算。当护坦上无辅助消能设施

33、时，尾水淹没度可取 1.051.10 倍跃后水深。5.2.6 5.2.6 护坦上的时均水压力分布，可按下列规定取值：1 1 当护坦面为水平时，作用在其上的时均水压力可近似取计算断面上的水深；2 2 当不设消力墩、坎等辅助消能设施的护坦上发生水跃时，可取跃首、跃尾间水面连一直线，作为近似水面线；3 3 当护坦上设有消力墩时，则墩下游可按跃后水深计算，墩上游可按跃后水深的一半计算。5.2.7 5.2.7 鼻坎、溢流式厂房顶板、护坦等部位的脉动压力和护坦上消力墩及尾坎等所受的冲击力，可按照附录 A.5 的公式进行计算。5.3 高速水流区的防空蚀设计 5.3.1 5.3.1 泄水建筑物的高速水流区，应

34、注意下列部位或区域发生空蚀破坏的可能性：1 1 进出口、闸门槽、弯曲段、水流边界突变处；2 2 反弧段及其附近；3 3 异形鼻坎、分流墩；4 4 溢流坝面和泄水孔壁流速大于 20m/s 的区域。5.3.2 5.3.2 在高速水流区各部位的水流空化数宜大于该处的初生空化数，其估算公式见附录A.6。5.3.35.3.3 对容易产生空蚀破坏的部位或区域，应采取以下防空蚀措施：1 1 选择合理的建筑物体形尺寸；水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 102 2 过流面的不平整度控制标准，可按附录表 A.6.2 执行；3 3 可按附录 A.6.3 设置掺气措施，过流面在设置掺气设

35、施之后的不平整度控制标准可适当放宽；4 4 采用抗蚀性能好的护面材料；5 5 选用合理的运行方式。5.3.4 5.3.4 流速超过 30m/s 的泄水建筑物宜采取掺气措施，特殊重要工程和流速大于 35m/s 的建筑物应通过减压箱模型试验确定防空蚀措施。5.3.5 5.3.5 在多泥沙河流上，泄水建筑物应考虑挟沙的高速水流磨损和空蚀的相互作用。5.4 消能防冲设施的设计 5.4.1 5.4.1 挑流鼻坎有连续式、差动式、窄缝式和扭曲式等型式，应经比较选定。鼻坎最低高程，宜高出按 5.1.2 规定的消能防冲设计洪水标准泄洪时相对应的下游水位，但可略低于下游最高水位。挑流鼻坎的挑角，应通过比较选定。

36、1 1 采用差动式鼻坎，鼻坎处平均流速大于 16 m/s 时，应合理选择反弧段半径、挑角差、高低坎宽度比和高低坎的高差，并可考虑在鼻坎和反弧段间接入直线过渡段以改善流态。差动式鼻坎的上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值以 50100为宜；上齿宽度和下齿宽度之比宜大于 1.0，齿坎高差以 1.5m 为宜；高坎侧宜设通气孔；高坎顶面的棱角宜做成圆弧状。2 2 窄缝式挑坎适用于狭窄河道高水头的溢洪道和深孔。出口断面型式有矩形、梯形、Y形、V 形及不对称形等。窄缝式挑坎的断面型式、挑角、收缩比和长宽比宜通过试验比较确定。3 3 扭曲式鼻坎应通过水工模型试验选择转向角度和水舌落点。5.4.2 5.4.2 挑流消

37、能的安全挑距，应不影响坝趾基岩稳定。冲坑最低点距坝趾的距离应大于 2.5倍坑深。水舌入水宽度应不影响冲坑两侧岸坡或其它建筑物的稳定。5.4.3 5.4.3 采用底流消能时应保证消力池内形成稳定的水跃，避免产生回流。消力池内和尾坎前后要清理干净，不允许堆积石渣等杂物。5.4.4 5.4.4 消力池宜采用等宽矩形断面。水跃前段，地形许可时，可设计成斜护坦。跃前断面平均流速小于 16m/s 时，护坦上可设置消力墩等辅助消能设施。寒冷地区，辅助消能设施应满足水工建筑物抗冻设计规范（SL211）的要求。5.4.5 5.4.5 消力池两侧导墙顶的高程，可根据跃后水深加超高决定。消力池导墙外侧河床中如有一定

38、水深，可适当降低墙高，允许墙顶有不大的漫溢水头。5.4.6 5.4.6 面流消能、戽流消能流态复杂，且不稳定。宜采取下列措施，防止坝基和下游河岸水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 11的淘刷，保证工程安全。1 1 鼻坎下设置齿墙或短护坦；2 2 两侧设置一定长度的导墙，防止横向回流；3 3 下游设置护岸；4 4 闸门均匀开启泄流。5.4.75.4.7 两种或两种以上消能型式联合运行时，防冲设施可按照 5.4.15.4.6 的规定设计。对于宽尾墩与消力池联合运用型式，应进行水工模型试验，确定消力池底板上的脉动压力分布，并据此加强消力池底板的强度,加强自身以及与基础结合

39、的整体性，并应采取措施保证消力池底板止水的可靠性。5.4.85.4.8 选择消能型式时应研究雾化对枢纽其它建筑物运行安全及边坡稳定的影响，尤其对于窄河谷、干旱少雨地区更应重视。坝下游的建筑物及露天电气设备、输电线路、交通道路等，宜避开强雾化区，或采取保护措施。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 126 坝体断面设计 6.1 荷载及其组合 6.1.16.1.1 作用在坝上的荷载分为基本荷载和特殊荷载，分列如下：1 1 基本荷载 1）坝体及其上永久设备自重；2）正常蓄水位或设计洪水位时大坝上、下游面的静水压力（选取一种控制情况）；3）扬压力；4）淤沙压力；5）正常蓄水位

40、或设计洪水位时的浪压力；6）冰压力；7）土压力；8）设计洪水位时的动水压力；9）其他出现机会较多的荷载。2 2 特殊荷载 10）校核洪水位时大坝上、下游面的静水压力；11）校核洪水位时的扬压力；12）校核洪水位时的浪压力；13）校核洪水位时的动水压力；14）地震荷载；15）其他出现机会很少的荷载。上述各种荷载的计算公式见附录 B。6.1.26.1.2 混凝土重力坝抗滑稳定及坝体应力计算的荷载组合应分为基本组合和特殊组合两种。荷载组合应按表 6.1.2 规定进行，必要时应考虑其他可能的不利组合。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 13表 6.1.2 荷载组合 荷 载

41、荷载 组合 主要考虑情况 自重 静水压力 扬压力 淤沙压力浪压力 冰压力 地震荷载动水压力土压力 其它荷载 附 注(1)正常蓄水位情况 1）2）3）4）5）-7)9）土压力根据坝体外是否填有土石而定（下同）（2）设计洪水位情况 1）2）3）4）5）-8)7)9）基本 组合（3）冰冻情况 1）2）3)4)-6)-7)9）静水压力及扬压力按相应冬季库水位计算（1）校核洪水情况 1)10)11)4)12)-13)7)15）特殊 组合（2）地震情况 1)2)3)4)5)-14)-7)15）静水压力、扬压力和浪压力按正常蓄水位计算，有论证时可另作规定 注 1:应根据各种荷载同时作用的实际可能性，选择计算

42、中最不利的荷载组合。注 2:分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。注 3:施工期的情况应作必要的核算，作为特殊组合。注 4:根据地质和其它条件，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。注 5：地震情况，如按冬季计及冰压力，则不计浪压力。6.2 主要设计原则 6.2.16.2.1 混凝土重力坝应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，有限元法作为辅助方法。用材料力学法计算实体重力坝坝体上、下游面应力的计算公式见附录 C。高坝及修建在复杂地基上的中坝宜进行有限元分析，必要时可采用结构模型试验验证。坝体内的孔口等结构复杂部位的配筋设计

43、，宜用有限元法确定其应力分布，据以进行钢筋配置。6.2.26.2.2 重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复核。复核特殊荷载组合时，可考虑坝体的空间作用或采取其他适当措施，不宜由特殊荷载组合控制设计断面。6.2.36.2.3 宽缝重力坝可用材料力学法计算坝体应力，头部附近等部位，也可用有限元法计算，并允许在离上游面较远的局部区域出现拉应力，但不得超过坝体混凝土的允许拉应力。6.2.46.2.4 空腹重力坝可用结构力学、材料力学和有限元法计算坝体应力，应尽量优选体形，避免出现不利的应力分布状态。6.2.56.2.5 设置横缝的重力坝，其强度和稳定计算应按平面问题考虑，可取一个坝

44、段或取单位宽度进行计算。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 14设置横缝并灌浆的重力坝属于三向应力问题，设计中可考虑其整体作用。6.3 坝的应力计算 6.3.16.3.1 坝的应力计算主要内容包括：1 1 计算坝体选定截面上的应力（应根据坝高选定计算截面，包括坝基面，折坡处的截面及其他需要计算的截面）；2 2 计算坝体削弱部位（如孔洞、泄水管道、电站引水管道部位等）的局部应力；3 3 计算坝体个别部位的应力（如闸墩、胸墙、导墙、进水口支承结构、宽缝重力坝的头部等）；4 4 需要时分析坝基内部的应力。设计时可根据工程规模和坝体结构情况，计算上述内容的部分或全部，或另加

45、其他内容。6.3.26.3.2 重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：1 1 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（SL203）的要求；2 2 施工期 坝趾垂直应力可允许有小于 0.1MPa 的拉应力。6.3.36.3.3 重力坝坝基截面的垂直应力应按下式计算：y=AwJxM (6.3.3)式中：y 坝踵、坝趾垂直应力，kPa；W作用于坝段上或 1m 坝长上全部荷载（包括扬压力，下同）在坝基截面上法 向力的总和，kN；M作用于坝段上或 1m

46、坝长上全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和，kN m；A坝段或 1m 坝长的坝基截面积，m2；x坝基截面上计算点到形心轴的距离，m。J坝段或者 1m 坝长的坝基截面对形心轴的惯性矩，m4。6.3.46.3.4 重力坝坝体应力应符合下列要求：1 1 运用期 水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 15 1）坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（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（SL203）的要求。4）关于坝体局部区域拉应力的规定：（1）宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可允许

47、出现拉应力，但不超过混凝土的允许拉应力。（2）当溢流坝堰顶部位出现拉应力时，应配置钢筋。（3）廊道及其他孔洞周边的拉应力区域，宜配置钢筋；有论证时，可少配或不配钢筋。2 2 施工期 1）坝体任何截面上的主压应力应不大于混凝土的允许压应力。2）在坝体的下游面，可允许有不大于 0.2MPa 的主拉应力。6.3.56.3.5 计算重力坝坝体应力时，可不考虑纵缝的影响；但对于高坝，及坝上游面有倒悬的，应考虑在施工期纵缝灌浆前上游坝块的应力情况，在设计中对不利应力情况应采取措施加以限制和改善。6.3.66.3.6 对岸坡坝段，根据地形、地质条件，结合坝基开挖，应计算在三向荷载共同作用下的抗滑稳定及应力。

48、在难以避免的情况下，坝踵垂直应力允许出现不大的拉应力，且应采取措施保证运用期和施工期的稳定和应力要求。6.3.76.3.7 不能作为平面问题处理的坝体或坝段，以及其他不能用材料力学进行应力分析的结构，可采用有限元法分析，局部应力值可不受本规范 6.3.4 关于应力指标的规定，但如果局部应力数值超过指标较多时应研究其原因，并应设法改善。6.3.8 6.3.8 用有限元法计算坝体应力，单元剖分应达到设计所要求的精度，单元的型式应结合坝体体形合理选用，计算模型及计算条件等应接近于实际情况。6.3.9 6.3.9 有限元法计算的坝基应力，其上游面拉应力区宽度，宜小于坝底宽度的 0.07 倍，或小于坝踵

49、至帷幕中心线的距离。6.3.106.3.10 混凝土的允许应力应按混凝土的极限强度除以相应的安全系数确定。坝体混凝土抗压安全系数，基本组合应不小于 4.0；特殊组合（不含地震情况）应不小于 3.5。当局部混凝土有抗拉要求时，抗拉安全系数应不小于 4.0。水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册 16 在地震情况下，坝体的结构安全应符合水工建筑物抗震设计规范（SL203）的要求。注 1：混凝土极限抗压强度，指 90d 龄期的 15cm 立方体强度，强度保证率为 80%；注 2：坝体局部结构的设计和计算，应符合水工混凝土结构设计规范（SL/T191）。6.4 坝体抗滑稳定计算

50、 6.4.16.4.1 坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，应按抗剪断强度公式（6.4.1-1）或抗剪强度公式(6.4.1-2)计算坝基面的抗滑稳定安全系数。1 1 抗剪断强度的计算公式:+=PAcWfK （6.4.11）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；C 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa；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，下同）对滑动平面的法向分值，kN；P 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；2 2 抗剪强度的计算公式：=PWfK （6.4.12）式中：f 坝体混凝土与坝基