非溢流重力坝设计.doc

第三章 非溢流重力坝设计3.1基本剖面设计3.1.1剖面设计原则 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合。设计断面要满足强度和强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；工程量最小；优选体形，运用方便；便于施工，避免出现不利的应力状态。3.1.2基本剖面拟定图3.1重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3.1。在已知坝高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，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。3.1.3实用剖面的拟定一、坝顶高程的拟定 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。坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即静+式中：。式中：-为波浪高度；-为波浪中心线超出静水位的高度；-为安全超高。1、超高值的计算（1）基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。 （2.1）式中防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差； 累计频率为1%的波浪高度； 波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差； 安全超高 ；的取值，根据下表3.1 表3.1 安全级别运用情况（1级）（2级）（3级）设计洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m，校核安全超高为0.4m。对于hl%和hz的计算采用官厅公式计算：， 式中： -计算风速，m/s, 在计算和时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用多年平均最大风速的1.52.0倍，校核洪水位时宜采用相应多年平均最大风速。-吹程，;-波长，；-坝前水深，；（2）正常蓄水位时计算风速采用C江地区多年平均风速的1.52.0倍，即：风速，吹程。 各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为。波长= 则（3）设计洪水位时计算风速采用C江地区多年平均风速的1.52.0倍，即：风速，吹程。各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为。波长= 则（4）校核洪水位时计算风速采用C江地区多年平均最大风速，即：风速，吹程。各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率10%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为。波长= 则2、坝顶高程计算根据以上设计及校核水位时的计算结果，得出俩种状况下的坝顶高程：（1）设计洪水位时的坝顶高程：坝顶=设计蓄水位+=236+2.486=238.49m（3）校核洪水位时的坝顶高程：坝顶=校核蓄水位+=236.5+1.71=238.21m保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值坝顶238.49m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为238.49m。为保证大坝的安全运行，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙，高为1.2m时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为238.49-1.2=237.3m。3、确定坝基高程 河床高程 137m，校核洪水位为 236.5m，地基开挖时河床上为冲积砂质粘土、沙砾石等，所以开挖应按 100m 以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过 100m 时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。根据地质条件，河床底部有砂砾石覆盖层2m，河床底部片岩石英岩相间存在，风化较轻，故初步定出开挖深度为2.7m，地基考虑技术加固。可确定坝基高程平均为134.3m。因此，坝高H=坝顶高程-坝基高程=237.3-134.3=103m，取坝高为103m，即坝高H=103m，故坝顶高程为237.3m。二、拟定坝顶宽度 坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的 8%10%取值，且不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的 10%计算，即为 10.3米，由于本设计对公路要求不高，故设置为二级公路，根据二级公路技术标准及主要指标，双向俩车道行车道宽，俩边路肩各0.75m，即路基宽度为8.5m，有考虑到坝顶行人要求，俩边各设置1m行人道，各0.25m宽排水沟。故去坝顶宽度为11m，以满足大坝维修作业的通行的需要。三、拟定实用剖面尺寸图3.2根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。常用的剖面形态，如图3.2，有三种，根据、c的情况各有特点。本坝址河床岩层走向大致与河流平行，倾向上游，为了为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式在实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。实体重力坝上游坝坡宜采用1010.2，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。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。且根据水利水电工程专业毕业设计指南可知，折点一般在坝高1/32/3处，当在2/3处时，折点距河床坝基为2/3103=68.67m,故折点取在上游坝面距坝基高程68m处，即折点高程为202.3m。通过比较，可取上游坝坡为1：0.1，下游坝坡取1：0.8。四、坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的 0.70.9 倍，本工程的坝高为 103m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，计算得B=88.56m，为施工方便取B=85m，在0.70.9范围之内。五、基础灌浆廊道尺寸拟定为了后续扬压力的计算，对灌浆廊道进行拟定。基础灌浆廊道有灌浆、排水和检查之用。基础灌浆廊道的断面尺寸，一般宽为2.53m，高为 34m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取 3.04.0m，形状采用城门洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.050.1 倍作用水头、且不小于 45m 处设置，本设计水头为103m，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于 1.5 倍廊道宽度，取 5m。六、初步拟定实用剖面图如图3.3图3.33.2荷载计算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，为计算方便取 1坝长进行计算。本设计进行的荷载组合有基本荷载组合和特殊荷载组合，其中基本荷载组合为正常蓄水位；特殊荷载组合为校核水位和地震情况。计算示意图如下图3.4 图3.4各高程结合图3.3进行计算。3.2.1正常水位（1）自重W坝体自重的计算公式：W=Vc （kN）式中-坝体体积，3；由于取 1坝长，可以用断面面积代替。通常把它分成如图 3.4所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；-坝体混凝土容重，取钢砼为25KN/m3 W11=250.5686.8=5780kNW12=2511103=28325kNW13=250.567.284=70560kNW1=W11+W12+W13=104665kN（2）静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力 PH和垂直水压力 PV 两种。计算公式为 式中，H 计算点处的作用水头，；水的重度，常取9.81 kN/3；V 斜坡面上水体的体积，m3； 正常水位时：上游水位232.2m 下游水位136.5m所以，H1=232.2-134.3=97.9 H2=136.5-134.3=2.2m H= H1- H2=95.7m计算各种情况下的静水压力：上游水平压力 Pu=0.59.8197.92=47011.53KN上游垂直压力 P22=0.59.816.868=2268.07KN P21=9.816.829.9=1994.57 KN下游水平压力 Pd=0.59.812.22=23.74 KN下游垂直压力 P3=0.59.82.22.20.8=18.97KN（3）扬压力扬压力包括上浮力及渗流压力。扬压力分布如图3.4. 将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4