重力坝设计说明书

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1、重力坝设计说明书水工建筑物课程设计姓 名：专 业：学 号：基本资料一、基本情况本重力坝水库坝高53.9m,坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m， 坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。 水库死水位51.0m，死库容0.3亿m3，正常水位80.0m，设计状 况时上游水位 82.5m、下游水位 45.5m，校核状况上游戏水位 84.72m、下游水位 46.45m。二、气候特征1、 根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速 14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校 核洪水位时3.0km ；2、最大冻土层深度为125m；3、河流结冰期平均为15

2、0天左右，最大冰层1.05m。三、工程地质条件1、坝址地形地质（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风 化带厚3m，微风化层厚4m；（2） 、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约 0- 1.5m，弱风化 层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在 38m 左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风 化带厚1- 3m，弱风化带厚1- 3m，微风化层厚1-4m。2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游 2-3km 均可开采，储量足。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量

3、 技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。大坝设计一、工程等级本水库死库容0.3亿m，最大库容未知，估算约为 5亿m左右。根据现行水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为H等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为 3级建筑物。二、坝型确定坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝为浆砌块石重力坝。三、基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分

4、 部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝 底宽度为43.29m (约为坝高的0.8倍)，下游边坡m=0.8,上游 面为铅直。四、坝高计算按重力坝设计规范中有关规定，本水库坝顶高程=波浪高+ 浪高中心线高出静水位高度+安全超高(1)最大波浪在坝坡上的爬高 R计算： 风浪要素的计算A、风速3：本水库多年平均最大风速14.0m/s,重现期最大风速23.0m/s :B、风区吹程长度D :风作用于水域的长度；D 设计=2600m, D 校核=3000m。 风浪爬高计算：采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪爬高，计算得：h设计=2.05m, h校核=1.11m。(2) 浪高中心线高出静

5、水位高度：h设计o=0.62m, h校核o=0.33m(3) 安全加高值：A设计=0.5m, A校核=0.4m。(4) 坝体安全超高成果：设计坝顶高程 =82.5+2.05+0.62+0.5=85.6榆 核坝顶高程=84.72+1.11+0.33+0.4=86;56m水库坝顶咼程为84.9m,需设防浪墙咼1.7m,即：防浪墙顶咼程 为 86 .6m。四、挡水坝段剖面的设计1、坝顶高度确定根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。2、坝顶宽度坝顶宽度 B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.39m为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协 调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米

6、。结构计算一、荷载及其组合1、计算情况确定荷载组合分二种(1 )、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重 水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；(2)、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重 水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。设计洪水情况荷载计算表何载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向TJ-J +/ + -自重Gi681840.54276416G22053025.21517473Gw419.81.93810.2水压力Pi1326117.2227651F210514.85081扬压力PLi627721.6135867FL243841.318115PL32183

7、26.257263PL465842.027605浪压力Ui7.851.3398泥沙压力Pn1092. 3253合计955727768133781051799780467151校核洪水情况荷载计算表何载计算何载垂直力（KN ）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向TJ-J +/ + -自重Gi681840.54276416G22053025.21517473Gw4772.06983.5水压力Pi1442917.9258379F211945.26146.6扬压力PLi668821.6144802FL245441.318743PL3225926.259243PL468042.028550浪压力

8、Ui853.7417泥沙压力Pn1092. 3253合计1008127826145461194801019510388、挡水坝抗滑稳定分析计算1抗滑稳定计算（一） 荷载计算1荷载组合：（1）基本荷载组合： 坝体自重 设计洪水位坝体上游静水压力 设计洪水位扬压力 设计洪水位泥沙压力(2)特殊荷载组合： 坝体自重 校核洪水位上下游静水压力 校核洪水位扬压力 校核洪水位泥沙压力2、抗滑稳定验算1. 按抗剪断公式计算(艺 fiW+CiA)Ki=-艺PK i抗剪断计算的抗滑稳定安全系数fi滑动面上的抗剪断摩擦系数C滑动面上的抗剪断凝聚力A滑动面截面积艺P计算截面上的所有切向力艺W作用于计算截面上的所有法

9、向力2. 参数确定按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为Ci=700Kpafi=1.03. 抗滑稳定计算见附表5计算过程见抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，下表，-抗滑稳定计算项目刀WfAC刀PKK结论校核水位183101.043.2970013334.03.652.5满足要求设计洪水 位187581.043.2970012308.33.993.0满足要求计算结果见下表。稳定计算表类型何载组合计算安全系数K允许安全系数(K)非溢流坝基本组合3.653.0特殊组合3.992.5满足规范要求。4. 抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：Y 0.S(.)W R(

10、.)/ Y d抗滑稳定验算项目Y0fRWrCRAS(。)Y(S（。）R（。）/y d校核水位10.850.7717745233.343.29133521134919792正常水位110.7718211233.343.29133781337820091稳定验算表类型何载组合计算值丫 0 S(.)允许值R(.)/ 丫 d非溢流坝基本组合1134919792特殊组合1337820091满足规范要求。三、挡水坝边缘应力分析与强度计算3、应力分析根据砌石坝设计规范 SL25-91，实体重力坝应力计算以 材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力 和坝体主应力。荷载组合分基本组合与特殊组合二

11、种。(1)基本组合(设计洪水位)应力计算1 .边缘应力计算(1) 坝基面下计算不计扬压力时：艺 W 6 艺 M 277686 X 571477cy 下=-=+=2471KpaT T 243.2943.292计入扬压力:艺 W 6 艺 W 187586 X 332628C下=-=+=1498KpaT T 243.2943.292(1)特殊组合(校核洪水位)应力计算1 .边缘应力计算(2)坝基面c下计算不计扬压力时：艺 W 6 艺 M 278266 X 541969c 下=-=+=2378KpaT T 243.2943.292计入扬压力:艺 W 6 艺 W 183106 x 290631cy 下=

12、-=+=1353KpaT T 243.2943.292抗拉强度验算项目T刀W刀M刀 W/T+6 刀 M/T2比较结论校核 洪水位不计扬压力43.292782654196923780满足要求计入扬压力43.291831029063113530满足要求设计 洪水位不计扬压力43.292776857147724710满足要求计入扬压力43.291875833262814980满足要求(2)坝体边缘的主应力 C上、C下计算上游边缘按不计扬压力的情况计算，按下式计算o上 = cy 上(1+n2) -P 上 n2o上坝体上游边缘的主应力o下一一坝体上游边缘垂直正应力n坝体上游边坡P上一一上游坝面水压力强度

13、(包括泥沙压力)下游边缘按以下两种情况校核不计扬压力时2 20下=cy 下 x (1+m )-P 下 m3. 坝内应力计算将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。原点在下游面，取X=0, 10, 20, 30, 40, 43.29,各点计算。(1)水平截面上的垂直正应力勺=a+bxa= cy 下=1042.5cy上-C下b=156.8-1042.5=-18.986T43.29（2）水平正应力 cx = a2+b2x C上=P上-（P上-cy上）n2C下=P下+（cy下-P下）m2剪应力t =ai+bix+cix2计算T上，T上t上=（p上-6y上）n t下=y下-p下）m 计算a,b,c, a=

14、 t 下=729.752下b=Tc=T2(4)主应力各点的主应力及其方向，按以下两式计算6x6丫6x6y22 ： 2arctg6x 612arctgy 1上两式中61 , 62 第一第二主应力6x ,6丫 一垂直水平正应力剪应力1第一主应力与水平夹角1 1设 A=2 Y x B=2 Y xCB2 21A C则2抗压强度验算项目Y0T1+m2刀Wr刀MrS（。）YS（。）比较R（。） /y d结论校核不计扬压力10.8543.291.6427826290631-471.88-401V11111.1满足要求水位计入扬压力10.8543.291.6417745290631-853.79-726V11

15、111.1满足要求设计不计扬压力1143.291.6427768571477-1948.7-1949V11111.1满足要求水位计入扬压力1143.291.6418211332628-1056.6-1057V11111.1满足要求细部构造设计一、材料区分及标号选择重力坝坝型为C15砼砌块石重力坝，坝基高程 31.00米，坝 顶高程84.90米，坝高53.90米，坝基垫层和防渗面板采用 C20 混凝土，要求抗渗标号 W8，坝体内采用C15混凝土砌毛石。二、坝顶重力坝坝顶迎水侧设钢筋砼防浪墙，背水侧及溢流坝坝顶交 通桥上下游均设置安全栏杆，高度 1.20 m。路面设置双向排水， 坡度1/200。三

16、、坝体防渗与排水大坝上游侧设置C20砼防渗面板，厚度1.0m,底部与坝基砼齿墙连成一体。面板设温度钢筋与固定钢筋。砼防渗面板后设置一排竖向排水管，间距3.0m，内径0.2m；坝中设置一道横向排水管，内径 0.3m。四、坝体廊道系统为进行帷幕灌浆、设置排水孔、排泄渗透积水、安装观测仪器、检查维修坝体等需要，在坝内设置廊道。廊道离坝面16米以上，在河道段高程为47.00m，水平布置，在左右两岸由平行坝轴线方向沿地形向两岸抬高，廊道为直墙圆拱标准形，宽2.5m， 高3.5 m，廊道采用C20钢筋砼衬砌。地基处理一、开挖基底开挖不小于 6.0m，开挖面力求平整无尖角，岸坡段开挖平台不小于总宽度的1/3。确定开挖线后，开挖线以上岩石全 部挖除。二、固结灌浆在坝基面上下游约1/4底宽范围内进行固结灌浆，孔距 3m, 成梅花状布置，并在上下游坝踵、坝址外各布一排，灌浆孔深5 8m,压力 0.20.4Mpa。三、惟幕灌浆与坝基排水孔为降低扬压力，大坝内设置防渗排水系统， 防渗办法采用帷幕灌浆，即在离坝面8.0米附近钻孔，进行深层高压灌水泥浆，形成一道垂直防渗帷幕，防渗帷幕深度伸入相对不透水层内35米，帷幕厚度3.0米左右。另在防渗帷幕的下游侧设置排水设施，可以有效地降低坝基渗透压力。排水孔布置在廊道内，在防渗帷幕下游2米，孔距3米，孔深为帷幕深度的0.5倍，且不小于10米。