H江碾压混凝土重力坝设计计算书（二）

目录第一章工程规模的确定.- 2 -1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分.- 2 -1.2 永久建筑物洪水标准.- 2 -第二章调洪演算.- 3 -2.1 洪水调节计算.- 3 -2.1.1 洪水调节计算方法.- 3 -2.1.2 洪水调节具体计算.- 3 -2.1.3 计算结果统计：.- 7 -第三章 大坝设计.- 9 -3.1 坝顶高确定.- 9 -3.1.1 计算方法.- 9 -3.1.2 计算过程. - 10 -3.2 坝顶宽度.- 10 -3.3 开挖线的确定.- 10 -3.4 非溢流坝剖面设计.- 11 -3.4.1 折坡点高程拟订. - 11 -3.4.2 非溢流坝剖面拟定. - 11 -3.5 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算.- 16 -3.5.1 荷载计算成果. - 16 -3.5.2 正常蓄水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算.- 25 -3.5.3 正常蓄水位时坝体 2-2 面的抗滑稳定性及强度验算.- 26 -3.5.4 正常蓄水位时坝体 3-3 面的抗滑稳定性及强度验算.- 27 -3.5.5 校核洪水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算.- 29 -3.5.6 校核洪水位时坝体 2-2 面的抗滑稳定性及强度验算.- 30 -3.5.7 校核洪水位时坝体 3-3 面的抗滑稳定性及强度验算.- 31 -3.5.8 正常蓄水位地震时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算.- 33 -3.6 应力计算.- 33 -3.6.3 截面应力计算表. - 36 -3.6.4 应力图. - 43 -3.7 溢流坝段的设计.- 46 -3.7.1 溢流坝剖面设计. - 46 -3.7.2 消能防冲设计. - 46 -3.7.3 稳定及应力的计算. - 49 -3.8 渗流计算.- 61 -第四章 第二建筑物（压力钢管）的设计计算.- 63 -4.1 引水管道的布置.- 63 -4.1.1 压力钢管的型式. - 63 -4.1.2 轴线布置. - 63 -4.1.3 进水口. - 64 -4.2 闸门及启闭设备.- 64 -4.3 细部结构.- 65 - 19 -4.3.1 通气孔. - 65 -4.3.2 充水阀. - 65 -4.3.3 伸缩节. - 65 -4.4 压力钢管结构设计.- 65 -4.4.1 确定钢管厚度. - 65 -4.4.2 承受内水压力的结构分析.- 66 -第五章 施工组织设计.- 70 -5.1 导流标准.- 70 -5.2 导流方案的选择.- 70 -5.3 导流工程特性表.- 71 -第一章工程规模的确定1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分参考水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-20001、可确定该工程规模为大（1）型工程等级为级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。1.2 永久建筑物洪水标准正常运用（设计）洪水重现期 500 年，频率为 0.2非常运用（校核）洪水重现期 10000 年，频率为 0.01第二章调洪演算2.1 洪水调节计算2.1.1 洪水调节计算方法利用瞬态法，结合水库特有条件，得初专用于水库调洪计算的实用公式如下：Q - q = DV / Dt式中： Q 计算时段中的平均入库流量（m3/s）；(2-1)q 计算时段中的平均下泄流量（m3/s）；DV 时段初末水库蓄水量之差(m3)；Dt 计算时段，一般取 1-6 小时，本设计取 6 小时。即在一个计算时段内，入库水量与下泄水量之差为该时段中蓄水量的变化。2.1.2 洪水调节具体计算根据本工程软弱岩基，允许单宽流量q=275 m3/s，允许设计洪水最大下泄流量 28350 m3/s,再扣除发电流量，故溢流前缘净宽大于 104m，假定三种方案，堰宽和堰顶高程分别为 715m 355.0m；715m 355.5m；715m 356.0m.故根据公式：q = emB32g H 2(2-2)求得的 q 起，堰顶高程及其相应 q 起的作出 Hq 关系曲线。正常蓄水位 376.0m，库容为 164 亿 m3；用列表试算法进行调洪演算 列表计算如下：表 2-1B=715m 堰顶=354m 设计情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)6.52398223982164.08375.812260002499124287241350.169570472164.2495705375.786102318273002665024498243930.487608954164.7371794375.925412224276002745024754246260.610016783165.3471962376.09969430270002730024981248670.525427496165.8726237376.249808636259002645025117250490.302570485166.1751942376.33625342248002535025133251250.048583962166.2237782376.3501334结论: 取最大下泄流量为 q25133（m3/s)； 在 42h 时出现最大下泄流量；对应的水库水位为 Z 设计376.35m。表 2-2B=715m 堰顶=354m 校核情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)5.52430224302164.08375.86250002465124212242570.007087975164.087088375.73968112280002650024407243100.473046675164.5601346375.874830518285002825024754245810.792560121165.3526948376.101264924270002775025026248900.617715397165.9704102376.277746230250002600025117250720.200458387166.1708686376.33501713623000240002501125064-0.22990388165.9409647376.26933364222000225002478424898-0.517910183165.4230545376.12136674821800219002455824671-0.5985495164.824505375.95036115424000229002437724468-0.338619541164.4858854375.853617560280002600024377243770.350471578164.836357375.953747266310002950024981246791.041294141165.8776512376.251244972335003225025636253081.49939471167.3770459376.67962278354003445026436260361.817449147169.194495377.198867284352003530027245268411.827227956171.021723377.720906390340003460027921275831.51563112172.5373541378.153922196330003350028444281831.148566204173.6859203378.4820674102310003200028779286110.73196879174.4178891378.6911909108290003000028890288340.251758921174.669648378.763118411427500282502882628858-0.131415338174.5382327378.7255731结论: 取最大下泄流量为 qmax28890（m3/s）；在 108h 时出现最大下泄流量；对应的水库水位为 Z 校核378.76m。表 2-3B=715m 堰顶=355m 设计情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)5.92252122521164.08375.862330022910.522732226260.00102337164.0810234375.737948412260002465022893228120.396944305164.4779677375.851355418273002665023216230550.776587591165.2545553376.073226424276002745023586234010.874498787166.1290541376.323070730270002730023914237500.766820296166.8958743376.542151336259002645024138240260.523680877167.4195552376.691766942248002535024242241900.25055984167.6701151376.76335194823400241002422724235-0.029143374167.6409717376.7550256结论: 取最大下泄流量为 qmax ax24242（m3/s）；在 42h 时出现最大下泄流量；对应的水库水位为 Z 设计376.76m。表 2-4B=715m 堰顶=355m 校核情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)32281922819164.08375.862500023909.522790228050.119325533164.1993255375.771747312280002650023099229440.768000114164.9673256375.991164918285002825023557233281.063232978166.0305586376.294930624270002775023928237430.865613354166.896172376.542236330250002600024108240180.428101628167.3242736376.6645453623000240002409324100-0.021640437167.3026332376.65836234222000225002394324018-0.327894266166.9747389376.56468294821800219002377923861-0.42366229166.5510766376.44364265424000229002370523742-03691462376.391665160280002600023899238020.474800645166.8439468376.527315666310002950024392241461.156563967168.0005108376.857745972335003225025087247401.622205211169.622716377.3212178354003445025927255071.931663782171.5543798377.873086384352003530026777263521.932727256173.4871071378.425266590340003460027496271371.612084417175.0991915378.88583996330003350028063277801.235583537176.334775379.2388452102310003200028428282460.810921193177.1456962379.4705254108290003000028571285000.324070945177.4697671379.563112511427500282502853928555-0.065953356177.4038138379.5442696结论：取最大下泄流量为 qmax28571（m3/s） 在 1088h 时出现最大下泄流量对应的水库水位为 Z 校核379.56m表 2-5B=715m 堰顶=356m 设计情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)1.52109421094164.08375.86233002219721343212190.158450127164.2384501375.782925212260002465021630214870.683285369164.9217355375.978139818273002665022048218391.039197729165.9609332376.275038624276002745022513222801.116663747167.077597376.594069530270002730022937227250.988250698168.0658477376.876412736259002645023231230840.727039424168.7928871377.084127842248002535023423233270.436907686169.2297948377.208952448234002410023483234530.139768785169.3695636377.24888435422100227502342323453-0.151831215169.2177323377.2055061结论：取最大下泄流量为 qmax23483（m3/s） 在 48h 时出现最大下泄流量对应的水库水位为 Z 设计377.25m表 2-6B=715m 堰顶=356m校核情况调洪演算时间t (h)入库洪水流量Q(m3/s)时段平均入库流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)时段平均下泄流量 q 平均(m3/s)时段内水库存水量变化V(亿 m3)水库存水量V(亿 m3)水库水位Z(m)2.42137221372164.08375.86250002318621372213720.235096303164.3150963375.80482312280002650021817215941.059601296165.3746976376.107551118285002825022367220921.330137569166.7048352376.487571424270002775022834226011.112267337167.8171025376.805346230250002600023099229660.65525294168.4723554376.99255236230002400023187231430.185152521168.657508377.045454222000225002311323150-0.140437461168.5170705377.0053274821800219002302523069-0.252547656168.2645228376.93317425424000229002301023018-0.025425732168.2390971376.9259160280002600023261231360.618719417168.8578165377.102678266310002950023809235351.288442774170.1462593377.470786372335003225024558241841.742349016171.8886083377.968575478354003445025437249982.041733433173.9303418378.551898684352003530026328258822.03419247175.9645342379.133067490340003460027089267081.704601249177.6691355379.62007296330003350027685273871.320452778178.9895883379.9973254102310003200028079278820.889500852179.8790891380.2514558108290003000028253281660.39607317180.2751623380.364613911427500282502825328253-0.000744892180.2744174380.364401结论：取最大下泄流量为 qmax=28253（m3/s） 在 108h 时出现最大下泄流量对应的水库水位为 Z 校核=380.36m2.1.3 计算结果统计：表 2-7 调洪演算结果统计表方案 堰 顶（m）B（m）工况Q泄（m3/s）H 上（m）1354.0715设计25133376.35校核28890378.762355.0715设计24242376.76校核28571379.563356.0715设计23483377.25校核28253380.36注：一台发电机组满发时的流量为 537m3/s，发电流量按 7537m3/s3759m3/s。第三章 大坝设计3.1 坝顶高确定3.1.1 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Dh = h1% + hz + hc(3-1)h1%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；hc安全超高。库区多年平均最大风速 20m/s，实测最大风速为 24m/s，吹程 2Km。gh2% = 0.00625v 2 ( gD ) 13vv20200(3-2)vvgLm = 0.0386( gD ) 13Zh = ph1% cth 2pHLmLm2200(3-4)(3-3)H= Lmh1% ln Lm + 2ph1%(3-5)cr4pLm - 2ph1%式中：Lm平均波长（m）;h2%累计频率为 2%的浪高（m）;v0 计算风速（m/s），取 24m/s;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深。3.1.2 计算过程3.1.2.1 设计情况下Vf =24m/s得 h2%1.77m，Lm13.23m，查规范 DL51081999，得 h1%1.92m。得 hZ=0.875m。由规范 hc =0.7m；得： h 设= h1%+ hz +hc=1.92+0.88+0.7=3.5m顶=H 正常+ h 设=375.8+3.5=379.3m3.1.2.2 校核情况下Vf =13.7m/s得 h2%0.781m，Lm7.551m，查规范 DL51081999，得 h1%0.848m。得 hz=0.299m。由规范 hc =0.5m；得： h=0.848+0.299+0.5=1.647m顶=H 校+ h =380.36+1.647=382.1m综合以上两种情况，取大值，382.1m，防浪墙顶高程为 382.3m。根据规范取1.3 米的防浪墙高度，最终确定坝顶高程 381m3.2 坝顶宽度根据坝顶有双线公路交通要求，坝顶宽度取 16m。3.3 开挖线的确定由于坝顶高程 381 m，由上坝线地质剖面图及规范规定，坝基最底点高程195m 。3.4 非溢流坝剖面设计3.4.1 折坡点高程拟订经济流速取为 6 米，根据公式 Q=V*A，A= D2/4，得到压力钢管直径 D 为 10.7米，利用 GORDON 公式：Scr = cv式中：C:经验系数为 0.550.73;V：经济流速为 6.84m;SCR 经计算为 11.8m（3-7）折=死- SCr-D- ，其中 取为 17.6m 折经计算得到为 290m3.4.2 非溢流坝剖面拟定3.4.2.1 计算方法：选取上游坡度n 、下游坡度 m 、坝基处排水管距坝踵距离拟订若干种方案，对不同的方案进行设计工况下的荷载计算作用在坝段上的荷载主要有自重、静水压力、扬压力、浪压力、淤沙压力。可变参数：上游坡度 n 、下游坡度m 、计算截面高程计 、上游水位上 、下游水位下及波浪要素 Lm 、h1% 、hz设不变参数：g 取 9.81kN/m3，2S 取为 6m，设计水位= 377.3 m，折坡点高程折 = 290 m，坝基高程基 = 195 m。正常水深 H正常水位 = 181m上游坝面折点高度Hc = 95坝高 H=186m设计水深 H 设计=182.3m下游水深 Hd=30.5m 泥沙淤积高度 Hs=92.6m水容重 w=9.81N/m2混凝土容重 c=24N/m2 泥沙浮容重 s=12N/m2泥沙内摩擦角 s=240凝聚力 C=1000坝基抗剪断摩擦系数f=1.0 一、荷载计算力以竖直向下或水平向右为正，产生的弯矩以逆时针为正：1、自重作用T = Hc n + H设计 mG = 1 c2 n Hc212GL = 1 - 2 Hc n123MG = G1 LG11G2 = H 12 cGL= 1 T - Hc n - 622G22M = G2 LGG3 =1 (Hd m -12)2 c2mL= - 1 T + 2d m -12）（HG323G33M= G3 LG合计：G = G1 + G2 + G3 ()MG = MG + MG + MG1232、静水作用竖向：P = (H - HC + H ) 1 HC n 9.81上2PL= 1 T - 2(H - HC) + H HC n上23(H - HC + H )MP = P 上 LP上上P = 1 Hd 2 m 9.81下2L= - 1 T + 1 (Hd )mP下23P下下M= P下LP水平向：P = 1 H 2 9.8112PL = - 1 H13MP = P1LP11P = 1 Hd 2 9.8122PL = 1 Hd23MP = P2 LP22合计：P = P上 + P下 ()P = P1 + P2 ()上P下MP = MP + M2、扬压力+ M + MPP12U1 =（-图 3-1 扬压力分布图0.2*180.8+180.8）/2*（2+0.2*95）LU 1 = 1 T - 95*0.2 + 6 1.4231.2UM = U1 LU 1 1U = - 1 (0.2*180.8 + 0.5*30.5) (182.3*0.75 -14) 9.8122L= 1 T - (6 + 0.2*95) - 182.3n -14 375.8 + 0.2*180.8U2230.5*30.5 + 0.2*180.8U22M= U 2 LUU = - 1 (0.5*30.5 + 30.5) 8 9.8132L= - 1 T + 8 2 U323 1.5U33M= U3 LU合计：U = U1 +U2 +U3MU = MU + MU + MU1234、浪压力：Pwk= 1 L4 m(h1%+ hz ) 9.81图 3-2 波浪压力计算简图y1 = H 正常- lm + 1 (lm + h1% + hz) 23 2y2 = H 正常- lm3M= - 1 w(lm + h1% + hz)lm y1 + 1 w lm 2 2Pwk422() y25、淤沙压力： 竖向：P = 1 Hs 2skLPsk2= 1 T - 1 Hs n23M Psk= PskL Psk水平：PPsk Lsk= 1 sHs 2tg 2 (45 - s ) 22=- 1 Hs3PskskM= Psk LP二、抗压强度承载能力极限状态S() = (SWR - SMRTR )(1+ m2 )（3-8）ARJRR() = fc（3-9）fcg d1 g 0jS ()（3-10）三、抗滑稳定极限状态：1、作用效应函数：2、抗滑稳定抗力函数S() = SPR（3-10）R() =f RSWR + cR AR（3-11）式中：SPR 坝基面上全部切向作用之和，kN；SWR 坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正；f R 坝基面扛剪断摩擦系数；cR 坝基面扛剪断黏聚力，kPa；RA 坝基面的面积， m23、抗滑稳定性需满足 ：g 0 jS() 1g d 2R()三、坝踵应力o yu= SWR + SMRTR 0ARJR（3-12）式中： 正；SM R 全部作用对坝基面形心的力矩之和，kNm，逆时针方向为SWR 坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正；RA 坝基面的面积，m2；TR 坝基面形心轴到下游面的距离，m。4.2.1.1 计算结果满足稳定条件 g 0jS( )1g d1R (和 应力条件 s yu 0，剖面面积 A = 1 Hc2n +12 H +最小， 经过优化程序可得出结果： n=0.2，22mm=0.75。3.5 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算3.5.1 荷载计算成果1-1 断面荷载计算公式不变2-2 断面（ 290）T 2 - 2 = (H设计- HC) mG1 =12(坝顶-2 - 2)gcLG1 = 1 T 2 - 2 - 62G2 =1 (T 2 - 2 -12)2 gc2mLG1