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1、H H江江碾碾压压混混凝凝土土重重力力坝坝设设计计 说说明明书书Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。第二章 设计基础资料22完整设计图纸请联系本人，参见豆丁备注。http:/ 摘要摘要本设计对位于我国西南地区的某水利枢纽进行了以坝工为重点的工程设计。经过对几种可建造坝型的经济比较估算，最终选择建造高碾压混凝土重力坝。溢洪道为河川水利枢纽中必备的泄水建筑物，用以排泄水库不能容纳的多余洪水量，保证枢纽挡水建筑物及其它有关建筑物的安全运行。重力坝通常设置坝顶溢洪道。入库设计洪水的选择和确定，必须在充分研究流域水文因素的基础上进行，然后才能确定溢
2、洪道尺寸。对于过坝水流的调泄，需要有合理审慎的设计，以避免生命财产的损失。本次设计的调洪演算在基于水量平衡的基础上，采用列表试算法，在可行的几种泄流方案中，择优选出采用的方案和相应的设计与校核水位。然后进入主要建筑物设计。确定枢纽的组成建筑物，包括挡水建筑物、泄水建筑物、水电站等。在定性分析的基础上，确定出大坝的型式。在第一主要建筑物设计阶段，确定出大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基的处理方案和坝身构造。之后依次进行了细部构造设计、稳定计算、材料力学法分析、应力有限元法和渗流计算，从各个方面验证了设计剖面的可行性。在设计坝体断面时，必须本着重力坝依靠自身重量来维持结构稳定的原则。本次设计中，下
3、游面坡度是一致的，和上游面交于水库设计洪水位处。坝体上游面垂直，只在坝踵附近有陡的折坡，溢流坝上游顶部有倒悬。重力坝坝体的应力以材料力学法分析，坝体稳定的条件是坝体和坝基的最大应力须在坝段混凝土和坝基岩石的容许应力范围之内。重力坝以材料力学法分析，它可以直接求出坝体横剖面边界之内的任何一点的应力。坝体稳定的条件是坝体和坝基的最大应力须在坝段混凝土和坝基岩石的容许应力范围之内。溢流坝段的分析也是一样。其次为第二主要建筑物设计。确定出泄水建筑物的结构型式和轮廓尺寸，进行选线布置。进行水力计算，从挑距和冲刷深度等方面验证设计型式的可行性。并进行细部构造设计。本次设计我掌握了碾压混凝土重力坝的设计方法
4、，了解了这样一个水利工程项目建设的主要步骤，完成了专业知识从理论学习到实际运用的过渡，体会了身为一个水利项目设计者所需要具备的品质和担负的责任，这些必将在我今后的学习工作中起到关键性的指导作用。关键词：碾压混凝土重力坝；有限单元法；RCC AbstractThe design is designed for one river water control project lying to the Southwest of China and the 第二章 设计基础资料33dam construction is emphasized . After making and evaluating
5、alternative economic estimates of the possible type of dam, we chose the type of high RCCD.The spillway is a necessary discharge structure for a river project, which is used to discharge the excess flood that thereservoir can not accommodate so as to guarantee the project retaining structure and oth
6、er structure security run. Usually the gravity dam installs spillway in the crest. The selection of the reservoir inflow design flood must be based on an adequate study of the hydrologic factors of the basin and then to decide the spillway size. The routing of the flow past the dam requires a reason
7、ably conservative design to avoid loss of life and property damage. The design of the blood calculus based on the water balance, and I used the list algorithm, find out the best one in the practicable spilling alternatives, with their design water level and check water level together.Then it is the
8、main structure design grade. the parts of project are defined, consisting of blocking structure ,spillway structure ,hydropower station, and so on. The dam type is defined based on the qualitative analysis.The basis cross section and the outline dimension is defined in the first main structure desig
9、n grade. The processing alternative of the dam foundation and the construction of the dam body is formulated in the same time. After this, the feasibility of design construction is verified from detail construction plan , infiltrating stability analysis , gravity methods analyzed, FEM theory ,seepag
10、e compute. When we design the cross section of a gravity dam, we must rely on the principle that a gravity dam depends on its own weight for structural stability. In this design, the downstream face is uniform slope and would intersect the upstream face at the maximum reservoir level. The upstream f
11、ace is normally vertical excepting for steep batter near the heel.I used mechanics of materials to analyze the stress of the gravity dam. For the gravity dam to be stable, maximum stresses in the dam section and the foundation should be within the permissible stress of the concrete used in the dam s
12、ection and the foundation rock respectively. Gravity dams can be analyzed by gravity methods. It provides a direct method of calculating stresses at any point within the boundaries of a transverse section of the dam.Then the author has made a particular analysis and research in the basis of the FEM
13、theory with a project practice and literatures research. After that, study on the FEM theory cited by the analysis of the seepage. The author has analyzed its seepage-control measures and seepage characteristics.The design has enabled us to grasp the method of RCCD and know the main steps of the con
14、struction water project. In practice, I achieve the professional knowledge of the theoretical study and know the necessary responsibility and factors as a water project designer. These experiences will definitely play a instructive role in my future work. Keywords: RCCD; finite element method (FEM);
15、RCC第二章 设计基础资料44目录目录目录-3第一章 综合说明-6第一节 枢纽任务与规模-6一、发电-6二、防洪-6三、航运-6第二节 设计要求-7第三节 工程特性表-7第四节 设计依据的规范和规程-8第二章 设计基础资料-9第一节 自然地理-9一、流域概况-9二、气候特征-9三、 径流、洪水、泥沙-10第二节 工程地质 -14一、地震烈度 -14二、地形地貌 -14三、地层岩性 -15四、地质构造 -15第三章 枢纽整体布置与坝型选择 -16第一节 工程等级及建筑物级别划分 -16第二节 坝型选择 -16一、 土石坝-17二、拱坝 -17三、面板堆石坝 -17四、实体重力坝,宽缝重力坝,碾压
16、混凝土重力坝-17第三节 枢纽布置 -18一、枢纽布置原则 -18二、坝轴线确定 -18三、溢流坝布置 -18四、非溢流坝布置 -18五、发电厂房的布置 -18六、通航建筑物的布置 -18第四章 洪水调节演算 -19第一节 调洪演算计算方法 -19第二节 调洪演算计算结果 -19第五章 非溢流坝剖面设计-20第一节 剖面尺寸拟定 -20一、坝顶高程确定 -20二、实用剖面设计 -21第二节 坝体强度和稳定承载能力极限状态及应力计算 -23第二章 设计基础资料55一、荷载计算 -23二、 稳定的校核计算-27三、三个不同截面不同工况下的荷载计算结果及稳定应力分析 -28四 、坝体应力计算:-42
17、五、应力图 -58第三节 坝体砼分区及配合比设计 -62一、坝体分区 -62二、 配合比设计-62第四节 细部及基础处理 -62第五节 坝体防渗排水设计 -62第六节 坝体温度控制及防裂设计 -62第六章 溢流坝段剖面设计 -63第一节 、孔口设计 -63一、 泄水方式的选择-63二、 洪水标准的确定-63三、 流量的选择-63四、 单宽流量的选择-63五、 孔口净宽拟定-63六、溢流坝段总长度确定 -63七、堰顶高程的确定 -63八、 闸门设计-63九、 定型水头的确定-64第二节 消能防冲 -64一、消能方式 -64二、挑流鼻坝设计 -64三、反弧半径的确定 -64四、挑距和冲抗的估算 -
18、65五、闸墩和导水墙的设计 -66第三节 剖面设计 -66一、堰面曲线的拟定 -66第四节 荷载计算 -67一、自重 -67二、水平水压力 -67三、水重 -68四、扬压力 -68五、淤沙压力 -68六、浪压力 -69七、 校核水位时的动水压力-70八、地震作用 -70第五节 坝基面坝体强度和稳定承载能力极限状态验算-71一、荷载计算成果和强度稳定分析 -71第六节 坝内应力计算 -77一、应力计算结果 -77二、 应力分布图-82第二章 设计基础资料66第七章 非溢流坝渗流和应力有限元计算 -86第一节 渗流有限元计算 -86一、渗流计算成果 -86第二节 应力有限元计算 -89一、应力计算
19、成果 -89第八章 第二建筑物（压力钢管）的设计计算-101第一节 引水管道的布置-101一、压力钢管的型式-101二、管道轴线布置-101三、进水口设计-101第二节 闸门及启闭设备-102第三节 细部结构-102一、通气孔-102二、充水阀-103三、伸缩节-103第四节 压力钢管结构设计-103一、确定钢管厚度-103二、承受内水压力的结构分析-104三、混凝土开裂情况的判别-106四、钢管稳定强度分析-108第九章 施工组织设计-109第一节 施工导流方案 -109一、导流标准-109二、导流方案的选择-109三、导流建筑物-109四、 导流时段的确定 -110第二节 施工总进度安排-
20、110第三节 导流工程参数 -110一、导流工程特性表-110第十章 专题：水库水位设计-111参考文献-112第二章 设计基础资料77第一章第一章 综合说明综合说明第一节第一节 枢纽任务枢纽任务与规模与规模本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用效益。一、发电一、发电装机容量7600MW，正常蓄水位374.8m，死水位329.9m， 台机组满发时的流量为7537m3/s，尾水位为225.5m。厂房为全地下式厂房，主厂房尺寸为338.528.574.4(mmm)，机组间距为32.5m，安装间（主/副）长度为60/30m。主变室为地下式，尺寸为405.519.532.334.2(mmm)。
21、开关站为地面户内式，平面尺寸为33517.5 (mm)。二、防洪二、防洪LT水库是W江防洪的战略性工程，承担W江中下游地区防洪任务，总防护人口达1200万人，保护耕地近700万亩。工程的兴建可使W江和W、N江三角洲防洪标准由约20年一遇提高到约400年一遇（400m提高到约50年一遇），遇DTX水库联合防洪，可使下游的防洪标准由20年一遇提高到100年一遇；无论式从防洪效益还是替代防洪工程投资来说，其防洪作用均非常显著。在遇500年和10000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来27600m3/s和35500m3/s分别削减为23379m3/s和28280.41m3/s。要求校核洪水时
22、最大下泄流量限制为28000m3/s，校核洪水位不超过正常蓄水位的4.7m。第二章 设计基础资料88三、航运三、航运H河属于滩多、坡陡、流急的河流，全河大小滩险约300处。天然情况下，除O滩至SL镇（L江河口）170km河段为常年通航河段外，其余河段基本不能通航。LT建成后，水库会使库区干流以上250km范围内形成深水航道，坝址下游河道枯水流量得到大幅度增加，为实现H河全面通航，并直达珠江三角洲出海奠定了基础，为西南有关省区物资外运提供了一条廉价的水上运输线，从而可带动沿河经济的发展，促使西部大开发战略的实施。第二节第二节 设计要求设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：
23、1根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道孔尺寸；2通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟订地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；4对碾压混凝土重力坝进行设计，选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟订细部构造，进行水力、静力计算；5决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制进度第三节第三节 工程特性表工程特性表表1-1 工程特性表名称数量单位备注流域面积98500km2坝址控制面积第二章 设计基础资料99多年平均径流总量508108m3设计洪水流量27600m3
24、/s洪峰校核洪水流量35500m3/s洪峰河流特性多年平均径流量1610m3/s正常蓄水位376.9m发电死水位330.4m设计洪水位378.06m校核洪水位378.38m库容161.97108m3设计下泄流量23390m3/s设计下游水位255.7m校核下泄流量28283108m3校核下游水位262.4m水库特性发电装机容量7600MW大坝等级一级大坝类型碾压砼重力坝坝顶高程380.0m防浪墙顶高程381.20m最大坝高185.0坝顶宽度12m上游坡度0.15下游坡度0.7拦河大坝上游折坡点高程290m堰顶高程354.9m溢流前沿净宽105m消能方式挑流消能鼻坎高程262m反弧半径46m挑射
25、角25度泄水建筑物单宽流量245.528立方m/秒第四节第四节 设计依据的规范和规程设计依据的规范和规程 第二章 设计基础资料1010第二章第二章 设计基础资料设计基础资料第一节第一节 自然地理自然地理一、流域概况一、流域概况H河是W江水系的中上游河段。H河全长1573km，流域面积138340km2。流域属副热带气候区，气候温和多雨，410月份为雨季，降水量占年降水量的89.5%，雨日占全年的71.2%，流域各地多年平均降水量在7601860mm之间，总的趋势山东向西递减。径流主要由降雨形成，径流年内分配为：510月份占年总量的82.9%，11月次年4月占年总量的17.1%。LT水电站位于H
26、上游。坝址以上流域面积为98500km2，占H河流流域面积的71%。坝址以上流域，大支流多，地形复杂，汛期暴雨量级虽不大但却频繁发生，造成洪水连续、洪水总量较大。二、气候特征二、气候特征1、气温：坝址多年平均气温为20.1，月平均最低（1月份）气温为11.0，月平均第二章 设计基础资料1111最高气温（7月份）为27.1，实测最低值（1月份）为-2.9，实测最高值（7月份）为38.9。2、湿度：历年平均相对湿度为80%，其中最高为6、7、8月，历年平均值均为85%；最低为2月，历年平均值为74%。3、降雨量坝区多年平均降水量1343.5mm，雨季（410月份）降水量占年降水量的89.2%，其中
27、59月份降水量占全年的76.0%，多年平均降雨日数为156d，雨季雨日占全年的69.7%。多年平均日雨量10mm（中雨及以上）日数为38.5d，日雨量25mm（大雨及以上）日数为15.0d，日雨量50mm（暴雨）日数为3.9d，日雨量100mm（大暴雨）日数为0.6d。表2-1坝区历年（19721992年）各时段最大降水量时段(min)10203060901201802403605407201440雨量(mm)25.240.258.899.9117.3125.8139.5144.6155.6158.6159.4160.94、蒸发量：历年水面蒸发量平均值为1023.3mm，历年最大值为1218.
28、7mm，历年最小值为842.7mm。5、风向风力： 历年最大风速为14m/s,相应风向为NE，极大风速为24m/s,相应风向为E、NE.多年平均风速为0.7m/s,多年平均最大风速为13.7m/s,水库吹程为2km。三、 径流、洪水、泥沙第二章 设计基础资料12121、 径流径流主要由降水形成，多年平均径流量为1610m3/s，多年平均年径流总量为508亿m3，年际变化较为平稳，年变差系数为0.24，实测最大年平均径流量和最小平均径流量分别为多年平均流量的1.42倍和0.54倍。实测最大流量为16900m3/s，实测最小流量为174m3/s，各频率年径流成果见表2-2。表2-2 年径流频率成果
29、表2、洪水H河流域洪水由暴雨形成。LT以上流域面积大，主流源远流长，大支流多，汛期暴雨量级虽不大，但发生频繁，往往造成连续性洪水，单峰洪水甚少，复峰居多。设计洪水成果见表2-3。表 设计洪水成果表项目洪峰流量7d洪量亿(m3/s)表 坝址处设计洪水过程线（P=0.2%）月日时流量月日时流量第二章 设计基础资料1313第二章 设计基础资料14143、泥沙H河泥沙以悬移质为主，悬沙颗粒较细。由实测资料统计，坝址处多年平均输沙率为1660kg/s，多年平均含沙量为1.05kg/m3 ，多年平均输沙量为5240万t坝前百年淤沙高程287.6m，淤沙内摩擦角24，浮容重12kN/m3。第二章 设计基础资
30、料1515第二节第二节 工程地质工程地质一、地震烈度坝址位于相对稳定地块内，属弱震环境，无区域性活动断层穿过，不存在发生地震的地质背景，区域地震危险性主要受外围地震影响，经审定：坝址地震基本烈度和水库可能诱发地震影响烈度均为7度。二、地形地貌坝址河谷为较平坦“V”形谷，宽高比为3.5。河流流向为S32E，至坝址处转为S80E。枯水期河水面高程为219m，水面宽90-100m，水深13-19.5m 。河床沙卵石厚0-6m ，局部达17m。河床两侧均有基岩礁滩裸露，左岸宽10m，右岸宽40-70m 。左岸地形整齐，山体宽厚。右岸受冲沟切割，地形完整程度稍逊于左岸。两岸山顶高程600m，岸坡坡度32
31、-42，残坡积物厚0.5-2m，局部厚8-25m。三、地层岩性坝址上游地层为三叠系下统罗楼组，以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥质灰岩为主，夹少量粉砂岩互层岩组。坝址及其下游出露地层为三叠系中统板纳组，由厚层钙质砂岩、粉砂岩、泥板岩互层组成，属坚硬和中坚硬岩石。地下洞室布置区是坝区地质条件相对较好的地段之一，90%95%以上的洞体位于质量较好和中等的、类围岩内，围岩地层为板纳组；岩性以第二章 设计基础资料1616砂岩为主，或为砂岩、泥板岩互层岩组， 岩石强度较高。进水口边坡蠕变岩体自然现状稳定，只要开挖后采取一定的工程措施，边坡整体稳定。四、地质构造坝址岩层为单斜构造，走向N520W，与河流向夹
32、角约为70，倾向NE（下游偏左岸），倾角55063。坝址下游岩层倾角逐步变缓至约40左右。断层依其走向，主要可分为四组。第一组：产状N520W,，以层间错动为主，多达200余条，80%以上的破碎带宽度小于10cm。第二组：产状N3060W,，平均间距3050m/条第一组：产状N7090第一组：产状N6580，破碎带较宽。第二章 设计基础资料1717第三章第三章 枢纽整体布置与坝型选择枢纽整体布置与坝型选择第一节第一节 工程等级及建筑物级别划分工程等级及建筑物级别划分根据SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准：1.正常蓄水位H=374.8，相应库容V=161.97108m，水电站装机
33、容量7600MW，根据水利水电枢纽工程等级划分和洪水标准规范确定本工程的规模为大（1）型，等别为一等。2.水工建筑物级别（永久性水工建筑物）工程等级为级，则主要建筑物级别1级，次要建筑物3级3.临时性水工建筑物级别,保护对象为1级主要永久建筑物，3级次要永久建筑，则临时性水工建筑物为4级。第二节第二节 坝型选择坝型选择可供选择的坝型有：拱坝、宽缝重力坝，面板堆石坝，大头坝，土石坝等。具体比较选择如下：第二章 设计基础资料1818一、一、 土石坝土石坝在有条件的情况下，为了节约材料，选择坝型的时候应首先考虑当地材料坝。土石坝材料可就地取用，并且对地基要求不是很高，较能适应地基变形；结构简单，施工
34、技术简易，工序少，可以组织机械化快速施工。但坝址附近缺乏符合筑坝条件的土料，难以满足建坝对土料的需求量；其次，H江流域雨量丰富，降雨天数多，对土石坝施工干扰大，易延长工期；另外，土石坝坝顶不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，坝体的断面大。故不适合修建土石坝。二、拱坝二、拱坝拱坝的工作原理：一是依靠拱的作用，将力传给拱座；二是依靠悬臂梁的作用将力传给基岩。其主要特点：a.受力条件好，河谷形状深窄较好；b.坝体积小，主要依靠拱作用维持稳定，自重作用影响不大；c.超载能力强，安全度高；d.抗震性能好；e.施工技术要求高，地基处理要求严格。根据拱坝的特点，要求建造于狭窄河谷上；对地质较理想的条件是岩石
35、尽量密致，质地均匀，有足够的强度、不透水性和耐久性；两岸拱座基岩坚固而完整，边坡稳定，没有大的断裂构造和软弱夹层。坝址处河谷形状为梯形，河床较宽，宽高比约为3.5。若在这种河谷中修建拱坝，拱坝作为拱的部分发挥的作用很小，且河床两岸无足够强度的岩体支承拱坝。两岸节理发育，有平行河谷及垂直河谷的两组倾角节理。节理面不能承受两岸渗透水压力的作用，即使进行必要的加固处理（如清洗节理，固结灌浆等），也不能达到强度要求。故不适合修建拱坝。第二章 设计基础资料1919三、面板堆石坝三、面板堆石坝经初步估算，在坝址附近有足够的砂石料，能满足建坝的材料要求，省材料，节约投资；另外，面板堆石坝适应气候性能好，整个
36、坝体作为受力结构，利于稳定；面板还有防浪作用。但是面板堆石坝，抗严寒冰冻差，抗震性能差，对基础沉陷较敏感，面板变形，开裂问题较难解决，坝体对周边缝也是难题之一；其次施工过程中要采取隧洞导流，并要单独在岸边修建溢洪道，工程开挖量大，增加投资。故不适合修建面板堆石坝。四、实体重力坝四、实体重力坝,宽缝重力坝宽缝重力坝,碾压混凝土重力坝碾压混凝土重力坝（1）实体重力坝：实体重力坝的主要优点就是，结构相对比较简单，施工比较方便，并且有丰富的经验技术，施工过程中质量容易控制。其不足之处就是坝体体积较大，扬压力也比较大，施工时不利于混凝土的散热。（2）宽缝重力坝：宽缝重力坝具有以下一些优点：充分利用了混凝
37、土的抗压强度；扬压力显著降低；节省混凝土方量。但也有一些缺点，如：增加了模板用量，立模也较复杂；分期导流不便；在严寒地区，对宽缝需要采取保温措施，而且宽缝重力坝的散热比较好，并且一般情况下，不易出现被坝体内部混凝土由于膨胀而破坏坝体的稳定。（3）碾压混凝土重力坝：碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比，具有以下一些优点：工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提前发挥工程效益；胶凝材料用量少，又特别是水泥用量减少；由于水泥用量减少，结合薄层大仓面浇筑，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温控措施；不设纵缝，节省了模板和灌浆等费用；第二章 设计基础资料2020可使用大型施工机械设备，提高
38、混凝土运输和填筑的工效。但也有一定缺点，如：坝体混凝土分区；各区域内混凝土的级。结论：根据以上各个坝型的特点，结合设计内容，再结合工程中有丰富的砂石料场，地质条件不是很复杂，故确定选择碾压混凝土重力坝方案。第三节第三节 枢纽布置枢纽布置一、枢纽布置原则一、枢纽布置原则 原则：二、坝轴线确定二、坝轴线确定 主河床坝轴线与河流方向接近垂直，采用折线型的坝轴线，有利于减少引水坝段上游面的山体开挖量。通航坝段左侧坝轴线向上游折30。三、溢流坝布置三、溢流坝布置 泄洪建筑物布置在原河床的主流部位，即溢流坝布置在河床中部。四、非溢流坝布置四、非溢流坝布置 非溢流坝布置在溢流坝的两侧。五、发电厂房的布置五、
39、发电厂房的布置 坝后式厂房六、通航建筑物的布置六、通航建筑物的布置 在右岸布置两级船闸第二章 设计基础资料2121第四章第四章 洪水调节演算洪水调节演算第一节第一节 调洪演算调洪演算计算方法计算方法本枢纽的泄洪建筑物采用WES式溢流堰。其溢流能力可用公式 (4-1)232wsHgBCMQ式中：C上游面坡度影响修正系数；m流量系数；侧收缩系数；s淹没系数；B溢流堰净宽 ；HW堰上作用水头。设计情况下，近似计算中可以认为2.01，则开敞式溢流堰泄流gBCMs2能力计算公式就近似为Q=。322.01wBH校核情况下，近似计算中可以认为2.04，则开敞式溢流堰泄流gBCMs2能力计算公式就近似为230
40、4. 2wBHQ 第二节第二节 调洪演算计算结果调洪演算计算结果假定六种不同的溢流堰净宽B，和堰顶高程w进行方案的比较确定符合要求以及最优的方案。具体计算结果如下：表 3-1 洪水调节计算成果方案堰顶（m）B（m）工况q（m3/s）H上（m）设计24136377.711353.9715校核28592377.902354.9715设计23390378.06第二章 设计基础资料2222校核28283378.38设计22678379.90893356.9715校核28454380.11注：正常蓄水位376.9m 校核洪水位时最大下泄流量限制为28480m3/s 校核洪水位不超过正常蓄水位5m.结论：
41、由上表可知，所有方案同时满足两个限制条件。因此，选择虾蟹流量较小的方案且比较经济合理的第二方案。故本设计采用方案（二），即B=15 7=105m，堰顶高程为w=354.9m。设计洪水位=378.06m，校核洪水位=378.38m，设计设校下泄流量为23390 m3/s，校核下泄流量为28283m3/s。第五章第五章 非溢流坝剖面设计非溢流坝剖面设计第一节第一节 剖面剖面尺寸拟定尺寸拟定一、坝顶高程确定一、坝顶高程确定1、 计算方法由规范，防浪墙顶高程高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差 （5-1）czhhhh%1h1%累计频率为1的波高；hz波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差
42、；hc安全超高。库区多年平均最大风速为13.7m/s,吹程为2km.丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算（适用于水库水较深，26.50vm/s及D7.5km）：第二章 设计基础资料2323 (5-2)31208100%2)(00625. 0g2vgDvvh (5-3) 212020)(0386. 0vgDvgLm hZ (5-4)mmLHcthLh2%1 (5-5)%1%1%122ln4hLhLhLHmmmcr式中：Lm平均波长（m）； h2%累计频率为2%的浪高（m）； 计算风速（m/s）；0v D风区长度（m），D2000m； g重力加速度，9.81m/s2； Hcr使风浪破碎的临界水
43、深。2、计算结果 正常情况下： 顶=H正+h =376.9+3.137=380.037m 校核情况下： 顶=H校+h =378.38+1.65=379.93m. 综合以上两种情况，取大值，380.037m，防浪墙顶高程为381.2m。根据规范取1.2米的防浪墙高度，最终确定坝顶高程380.0m.二、实用剖面设计二、实用剖面设计枢纽布置画在坝轴线地质图上。见H江重力坝设计图纸1/3 枢纽平面总布置图。非溢流坝基本剖面按前面的调洪演算的结果设计水位为378.06m，即基dH本三角形顶点高程为378.06m;坝顶高程由前面鹤地公式计算得为380.0m，其剖第二章 设计基础资料2424面形式应通过技术
44、经济比较，即在满足坝体抗滑稳定和坝踵不出现拉应力的条件下，使基本剖面的面积最小，利用复合形法优化程序可以确定上游边坡n=0.15,下游边坡m=0.70具体尺寸如下:1、上游边坡n取为0.15； 下游边坡m取为0.702、底取最低坝高为195m3、折的确定：经济流速取为6.0m，根据公式Q=V*A，A=D2/4，得到压力钢管直径D为10.67m，利用GORDON公式：SCR= (5-6) dcv经验系数为0.550.73; c经济流速为6.0m;v经计算为10.78mcrS折=死- SCr-D- (5-7）其中取为18.5m 折经计算得到为290m。4、底宽B 按照几何关系得到为 143.044
45、m；5、坝顶宽度按照双向交通的要 图5-1 非溢流坝剖面求，取为12米。 6、基础灌浆廊道根据重力坝设计规定拟定上游壁到上游坝面的距离为21.25m，下游至坝趾7m, 基础灌浆廊道宽度可选用2.5m，高度H选取3.5m，采用上圆下方的城门洞形。廊道第二章 设计基础资料2525底面至岩基的距离宜不小于1.5倍的底宽，取为5m，以免廊道地板被灌浆压力掀动开裂。7、坝内检修排水廊道位置的确定：坝内检修排水廊道相对位置为：上游壁到上游坝面距离为21.25m，廊道宽度可选用2m，高度H选取3m，采用上圆下方的城门洞形。廊道上下间距30m。8、止水为防止水流沿横缝渗漏，缝内需有止水设备，此坝设计采用两道金
46、属止水片和一道沥青井。止水片距上游侧为1m.其下端深入基岩40cm,沥青井深入基岩30cm。9帷幕灌浆作用是降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，并能防止化学管涌。帷幕中心线距上游面距离为21.25m。防渗帷幕应深入不透水层35m,取帷幕深度为30m,孔径为5m.10坝基排水 主排水孔一般设在基础灌浆廊道的下游侧，孔径为20cm,孔深为10m，靠近坝址处还设副排水孔。孔距为3m,孔深为10m.11、地基处理1)开挖线的确定：坝基开挖的边坡必须保持稳定，两岸岸坡应开挖成台阶行，并形成钝角，以利于坝块的侧向稳定。2)基础固结灌浆：提高基岩的整体性，减少基岩受力变形，并提高基岩的抗压和抗剪强度。固结灌浆
47、的布设常采用梅花形的排列，孔距一般为5m,孔深一般为6m。12、坝体分缝为防止地基可能不均匀沉陷而引起裂缝，需设置垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝，缝的宽度取为2cm。根据以上对坝体剖面的叙述设计的剖面如图5-1。第二章 设计基础资料2626第二节第二节 坝体强度和稳定承载能力极限状态及应力计算坝体强度和稳定承载能力极限状态及应力计算选取最大坝高进行计算，底高程为195 m。各种荷载按坝宽B=1m计算。一、荷载计算一、荷载计算1、自重水工建筑物（结构）的自重标准值，可按结构设计尺寸与其材料重度计算确定。本枢纽计算中取材料重度为24.0KN/ m 3。2、静水压力垂直作用于建筑物（结构）表
48、面某处的静水压强应按下式计算： （5-8）Hpwwr式中: 计算点处的静水压强（KN/ m 2）；wrp计算点处的作用水头（m），按计算水位与计算点之间的高差确定；H水的重度（KN/ m 3）一般采用9.81 KN/ m w3对于多泥沙河流应根据实际情况确定。本枢纽计算采用9.81 KN/ m 3。3、扬压力规范规定混凝土坝应按垂直作用于计算截面积上的分布力计算。本枢纽计算采用浮托力和渗透压力分别计算，坝体计算截面上扬压力分布如下： 图5-2 1-1截面扬压力分布图第二章 设计基础资料27271-1截面：主排水孔前扬压力系数1取为0.2。 残余扬压力系数2取为0.5。 图5-3 2-2截面扬压
49、力分布图2-2截面：扬压力系数=0.25 图5-4 3-3截面扬压力分布图3-3截面:扬压力系数=0.254、淤沙压力作用在坝、水闸等挡水建筑物定为长度上的水平淤沙压力标准值可按下式计算： （5-9）)245(2122ssSbSKtghP式中：淤沙压力标准值（KN/M）;SKPS淤沙的浮重度（KN/M3）;挡水建筑物前泥沙淤积厚度（M）；sh淤沙的内摩擦角（）。s第二章 设计基础资料2828垂直向淤沙压力按淤沙的浮重度和淤沙作用面积计算。5、浪压力浪压力分布如下图：上游水位图5-5 波浪压力计算简图单位长度上的浪压力标准值按下式计算： （5-5）)(4101zmwwkhhLP式中：单位长度迎水
50、面上的浪压力标准值（KN/m）；LP水的重度（KN/m3）;w平均波长（m）;mL累计频率为1%的浪高（m）;%1h由规范DL5077： （5-6）31208100%2)(00625. 0g2vgDvvh （5-7）212020)(0386. 0vgDvgLm式中：计算风速（m/s）;0v风区长度（m）； D第二章 设计基础资料2929重力加速度，9.81m/s2。g6、地震作用a、地震惯性力采用拟静力法计算地震作用效应，沿建筑物高度作用于质点I的水平地震惯性力代表值按下式计算： （5-8）gGaFiEihi/式中：作用在质点I的水平向地震惯性力代表值；iF水平向设计地震加速度代表值；ha地震
51、作用的效应折减系数，取为0.25；集中在质点I的重力作用标准值；EiG质点i的动态分布系数，i （5-9）njjEEjiiHhGGHh144)(41)(414 . 1式中：坝体计算质点总数；n坝高；H分别为质点i,j的高度；jihh产生地震惯性力的建筑物总重力作用标准值；EG重力加速度，9.81m/s2。gGaFiEihi/b、地震动水压力地震时由于地面和坝体的振动引起库水的激荡，在坝面产生附加的地震动水压力，在水平地震作用下，铅直坝面水深h 处的地震动水压强代表值按下式计算：第二章 设计基础资料3030 （5-10）1( )( )whwp hahH式中：作用在直立迎水坝面面水深h处的地震动水
52、压力代表值；)(hpw水深h处的地震动压力分布系数，按规范SL203)(h97查表6.1.9； 水深; 1H地震作用的效应折减系数，取为0.25; 水体质量密度的标准值。w沿坝轴线单位宽度的总地震动水压力为： （5-11）2010.65iwFaH其作用点位于水位以下0.54H1处。当迎水坝面倾斜，且与水平面夹角为时，动水压力要乘以折减系数c =c90二、二、 稳定的校核计算稳定的校核计算本阶段按照混凝土重力坝设计规范DL51081999规定，按承载能力极限状态的计算方法计算以检验坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定。对基本组合，应采用下列极限状态设计表达式： （5-12）),(1),(1KmKdK
53、KQKGafRaQGSo式中：o结构重要性系数，对应于结构安全级别为I、II、III、级的结构及构件，可取1.1、1.0、0.9；第二章 设计基础资料3131设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取1.0、0.95、0.85；S（）作用效应函数；R（）结构及构件抗力函数；永久作用分项系数；G可变作用分项系数；QGK永久作用标准值；QK可变作用标准值；ak几何参数的标准值（可作定值处理）；fK材料性能的标准值；材料性能分项系数；m基本组合结构系数。1d 对于偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式： （5-13）),(1),(2KmKdKKKQKGafRaAQGSo式中：AK偶然
54、作用代表值；偶然组合结构系数。2d1、抗滑稳定承载能力极限状态 作用效应系数S（*）=PR （5-14）抗滑稳定抗力函数 R（*）=fRWR/m + CRAR/ m （5-15）第二章 设计基础资料3232式中：PR坝基面上全部切向作用之和KN；WR坝基面上全部法向力作用之和，KN；fR:坝基面抗剪断摩擦系数；CR坝基面抗剪断摩擦粘聚力，KP；m作用分项系数。2、坝体上游面拉应力正常使用极限状态计算坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计杨压力），计算公式为： （5-16）0CCCCCJTMAW式中：MC计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，KN.m,逆时针方向为正;Jc 计算截面面积对形心轴的
55、惯性矩，m4；TC计算截面形心轴到上游面的距离，m。核算坝体上游面的垂直应力时，根据重力坝设计规范规定，应按作用的标准值计算作用的长期组合。3、坝趾抗压强度承载能力极限状态验算坝趾抗压强度时，应按承载能力极限状态，按（5-12）和（5-13）分别计算基本组合和偶然组合两种情况。作用效应系数 S（*）= （5-17）2()(1)RRRRRWM TmAJ抗滑稳定抗力函数 R（*） （5-18）cf第二章 设计基础资料3333三、三个不同截面不同工况下的荷载计算结果及稳定应力分析三、三个不同截面不同工况下的荷载计算结果及稳定应力分析1.坝基面的荷载计算结果及稳定应力分析第二章 设计基础资料3434表
56、5-1 坝基面（1-1面）正常水位下荷载计算成果标准值（103KN）设计值（103KN）垂直力水平力垂直力水平力力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）荷载作用及分项系数对截面形心的力臂（m）+-+-G1（1.0）16.2516.2561.701002.251002.25G2（1.0）53.2853.2850.952714.402714.40坝体自重G2（1.0）231.24231.246.231441.081441.08P上（1.0）162.30162.30-60.639840.479840.47水平水压力P下（1.0）4.565.6510.1746.3946.39P1（1.
57、0）18.7918.7964.911219.541219.54垂直水压力P2（1.0）3.203.20-64.08204.67204.67Psk（1.2）21.7026.04-30.87669.73803.67泥沙压力Psk（1.2）7.729.2666.57513.71616.45浪压力Pwk（1.2）0.0720.086-180.6913.1015.72U1（1.1）22.4925.03-63.931431.811574.99U2（1.2）28.8334.69-0.6619.0922.91扬压力U3（1.2）1.571.8968.08106.95128.34总计277.24179.5027
58、0.41183.865134.545293.97第二章 设计基础资料3535抗滑稳定极限状态: = 202241.3178 /=234181.26620)(SKN)(R1dKN坝踵垂直应力：=427.55kpa26RRRWMAT坝址抗压强度承载能力极限状态： =5680.21kpa /=14411.11kpa 0)(Scf1d 结论： a、在正常蓄水位的工况下稳定能够满足要求0)(S21d)(R b、在正常蓄水位工况下坝体上游面拉应力满足要求0CCCCCJTMAW c、在正常蓄水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求01( )cdfS 表5-2：坝基面（1-1面）校核洪水位时荷载计算成果表标准
59、值（103KN）设计值（103KN）垂直力水平力垂直力水平力力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）荷载作用及分项系数对截面形心的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）16.2516.2555.425900.38900.38第二章 设计基础资料3636抗滑稳定极限状态: =153209.7517 /=225353.53320)(SKN)(R1dKNG2（1.0）53.28053.28044.6752380.282380.28G2（1.0）228.02228.0211.962727.472727.47P上（1.0）164.95164.95-61.13-10082.64-1008
60、2.64水平水压力P下（1.0）22.2822.2822.47500.61500.61P1（1.0）19.00119.0058.631113.681113.68垂直水压力P2（1.0）15.6015.60-49.20-767.37-767.37P,sk（1.2）17.6421.17-27.83-491.05-589.26泥沙压力Psk（1.2）6.287.5360.75381.21457.45浪压力Pwk（1.2）0.0210.025-182.51-3.87-4.66U1（1.1）22.9425.23-56.66-1299.62-1429.58U2（1.2）39.1246.9412.19476
61、.93572.32扬压力U3（1.2）3.474.1761.81214.57257.49总计272.88160.33263.32163.86-394.94-3963.83第二章 设计基础资料3737坝踵垂直应力：=696.17kpa26RRRWMAT坝址抗压强度承载能力极限状态： =4790.26kpa /=14111.11kpa 0)(Scf1d结论：a、在校核水位的工况下稳定能够满足要求0)(S21d)(R b、在校核水位工况下坝体上游面拉应力满足要求0CCCCCJTMAW c、在校核水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求01( )cdfS 表5-3：坝基面（1-1面）正常水位时发生7度
62、地震荷载计算成果表标准值（103KN）设计值（103KN）垂直力水平力垂直力水平力力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）荷载作用及分项系数对截面形心的力臂（m）+-+-G1（1.0）16.2516.2561.701002.251002.25G2（1.0）53.2853.2850.952714.402714.40坝体自重G2（1.0）231.24231.246.231441.081441.08P上（1.0）162.29162.29-60.63-9840.47-9840.47水平水压力P下（1.0）4.564.5610.1746.3946.39垂直水P1（1.0）18.7918.
63、7964.911219.541219.54第二章 设计基础资料3838压力P2（1.0）3.193.19-64.08-204.67-204.67Psk（1.2）21.7026.04-30.87-669.73-803.67泥沙压力Psk（1.2）7.729.2666.57513.71616.45浪压力Pwk（1.2）0.0720.086-180.69-13.10-15.720U1（1.1）22.7525.03-62.93-1431.81-1574.99U2（1.2）28.9134.69-0.66-19.10-22.91扬压力U3（1.2）1.571.8868.08106.95128.34F1（1
64、.0）2.74 2.74 68.08 -42.32 -42.32 F2（1.0）2.20 2.20 -15.44 -103.99 -103.99 F3（1.0）1.74 1.74 -47.29 -137.03 -137.03 F4（1.0）1.75 1.75 -78.59 -194.01 -194.01 F5（1.0）1.39 1.39 -111.05 -199.96 -199.96 地震惯性力F6（1.0）0.69 0.69 -144.21 -120.72 -120.72 F0（1.0）5.27 5.27 -174.63 -441.35 -441.35 地震水压力F0（1.0）0.09 0.
65、09 -83.67 -1.27 -1.27 总计277.24195.38 270.41199.73 -6375.18 -6534.61 抗滑稳定极限状态: =186747.7645 /=234181.26620)(SKN)(R1dKN坝踵垂直应力：=60.42kpa26RRRWMAT坝址抗压强度承载能力极限状态： =5339.6523kpa /=14111.11kpa 0)(Scf1d结论：a、在正常蓄水位+地震的工况0)(S21d)(R下稳定能够满足要求第二章 设计基础资料3939b、在正常蓄水位+地震工况下坝体上游面拉应力满足要求0CCCCCJTMAWc、在正常蓄水位+地震工况下坝体下游面
66、坝趾抗压强度满足要求01( )cdfS 2、2-2面的荷载计算结果及稳定应力分析表5-4 2-2面 正常水位下荷载计算成果标准值（103KN）设计值（103KN）垂直力水平力垂直力水平力力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）荷载作用及分项系数对截面形心的力臂（m）+-+-G1（1.0）25.92 25.9224.24 628.30 62.83 坝体自重G2（1.0）40.29 40.292.08 83.81 8.38 水平水压力P上（1.0）37.04 37.04 -28.97 -1072.94 -107.29 浪压力Pwk（1.2）0.07 0.09 -85.69 -6.21 -0.75 扬压U1（1.2）3.73 4.48 -27.44 -102.34 -12.28 第二章 设计基础资料4040力U2（1.2）5.70 6.84 -5.41 -30.85 -3.70 总计56.78 37.11 54.90 37.13 -500.24 -52.81 抗滑稳定极限状态: =40840.4090 /=60510.54960)(SKN)(R1dKN坝踵垂直应力：=118.
