重力坝枢纽设计毕业论文.doc

重力坝枢纽设计毕业论文目 录1. 基本资料121.1 流域概况及枢纽任务121.2 坝址地形121.3 坝址地质121.4 水文气象131.5 当地材料分布情况141.6 交通运输151.7 主要工程技术经济指标表162.坝址、坝型的确定及枢纽布置172.1 工程等别确定172.2 坝址的确定172.3 坝型的选择182.4 大坝枢纽建筑物的布置192.4.1挡水建筑物192.4.2泻水建筑物202.4.3输水建筑物202.5大坝总体布置212.5.1 溢流坝的布置212.5.2 非溢流坝的布置213. 重力坝非溢流坝段设计223.1 坝顶高程223.1.1 坝顶高程的确定223.1.2 坝顶宽度233.1.3 坝面坡度233.1.4 坝底宽度233.2 荷载组合及其计算243.2.1设计情况243.2.2 校核情况263.2.3 抗滑稳定验算与强度验算274. 重力坝溢流坝段设计304.1 孔口设计304.1.1 泄水方式的选择304.1.2 洪水标准的确定304.1.3 流量的确定304.1.4 单宽流量的选择304.1.5 孔口净宽拟定304.1.6 溢流坝段总长度确定314.1.7 堰顶高程的确定314.1.8 闸门高度的确定314.1.9 定型设计水头的确定314.1.10 泄流能力校核314.2 溢流坝体形设计324.2.1 顶部曲线段324.2.2 中间直线段324.2.3 消能防冲设计324.3 溢流坝剖面设计324.4 荷载组合及其计算334.4.1 设计情况344.4.2 设计洪水位情况下发生7度地震344.4.3 校核情况344.4.4 抗滑稳定验算与强度验算345. 泄水孔设计365.1 孔径D的拟定365.2 进水口体形设计365.3 闸门与门槽375.4 渐变段375.5 出水口375.6 水力计算376. 细部构造设计386.1 坝顶构造386.1.1 非溢流坝386.1.2 溢流坝386.2 坝体分缝与止水396.2.1 横缝396.2.2 止水396.2.3 水平缝396.3 廊道系统396.3.1 基础廊道396.3.2 坝体廊道406.4 坝体排水407. 地基处理417.1 基础开挖与清理417.2 坝基的防渗处理417.3 坝基排水427.4 坝基的固结灌浆428.施工组织设计438.1 施工条件分析438.2 施工组织设计的内容438.3 施工导流设计448.3.1 施工导流标准448.3.2 洪水标准458.3.3 围堰安全超高458.3.4 施工导流时段选择468.3.5 施工导流布置468.4 截流设计468.4.1.截流设计标准468.4.2. 截流设计468.5 施工程序方法及主要机械478.5.1施工程序478.5.2施工方法478.6 对外交通方案的确定508.7 辅助设施企业及大型临时设施508.7.1.施工辅助企业508.7.2.临时设施518.8 总布置与进度计划518.8.1.施工总布置518.8.2.施工进度计划518.8.3 施工工期保证措施528.9质量保证体系与措施548.9.1质量方针及质量目标548.9.2 质量管理体系548.9.3 质量控制流程559. 工程概算569.1建筑工程费569.2基础单价569.3基础单价计算579.3.1 人工费的计算579.3.2材料费的计算589.3.3 砼，砂浆单价计算599.3.4施工机械台班费计算599.4单价编制599.4.1 定额依据599.4.2 建筑工程单价计算59参考文献63致谢60附表3-3：设计情况下荷载计算成果表65附表3-4：设计洪水位时发生7度地震荷载计算成果表66附表3-5：校核洪水位时荷载计算成果表67附表4-4：设计情况下荷载计算成果表68附表4-5：设计洪水位时发生7度地震荷载计算成果表69附表4-6：校核洪水位时荷载计算成果表70附表4-7：泄流能力校核计算表711. 基本资料1.1 流域概况及枢纽任务青龙河流域水量充沛，控制流域面积6340km2，多年平均径流量9.6亿m3，是滦河流域较大的一条支流。但由于降雨、径流的年际年内分配极不均匀，必须修建大型控制工程调节水量，丰富的水资源才能得以充分开发利用。该水库工程位于河北省青龙县与卢龙县交界处的青龙河上，距卢龙县约35km，是河北省重点工程建设项目之一。该工程是以供水、灌溉、养殖等综合利用为主的大型控制枢纽工程。该水库建成后能收到灌溉、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益，是一座综合利用的水库。一期建成，可谓秦皇岛是提供工农业、城市用水1.82亿m3,可使滦河中下游地区120万亩农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充。二期建成，可调节水量5.67亿m3,可全面解决冀东钢铁基地建设用水。1.2 坝址地形该水库位于高山区，构造剥蚀地形。青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。坝址区河谷呈不对称“U”字形，较开阔。坝址位于河湾的下游，在坝址上游十余公里有一开阔地带，为形成水库的良好条件。青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区亦未发现重要矿产。1.3 坝址地质该区地质构造比较简单。库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。硅质页岩的力学性质：（1）天然含水量时的平均容重： 2600公斤/立方米（2）基岩抗压强度： 1000-1200公斤/平方厘米（3）牢固系数 1215（4）岩石与混凝土之间的的抗剪断摩擦系数为f=0.85，抗剪断凝聚力系数c=7.0kg/cm2；抗剪摩擦系数0.65。 1.4 水文气象青龙江流域水量充沛,是滦河流域水资源蕴藏较大的一条支流,年径流由年降雨产生.年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致.年径流在年纪间变化悬殊,该库区实测资料1974-2000年共27年资料中丰水年1995年打21.34万立方米,枯水年1999年仅1677万立方米,相似枯水年连续发生,每年平均径流量96亿立方米。青龙河洪水由暴雨形成。本地暴雨历时短，强度大，地面坡度大，洪峰突然涨落。一次洪水历时一般为3-5天，流域南部位于燕山山脉东侧的暴雨中心地带，因此洪峰高量大的特点。本流域洪水多发生在八、九月间，出现在七月的占34%，出现在8月的占66%，桃林口平均每年6-9月份洪量占全年径流量的70%，三天洪量占六天洪量的的70%以上，大水年尤为集中。如1962年最大六天的洪峰占全年径流量达70%。 青龙河流域植被较好，泥杀来源在地区分布和洪水分布上一致。主要是土门子与桃林口之间，其间来沙量约占桃林口以上总输沙量的95%以上，而汛期输沙量又集中在几次大洪水上。年际间泥沙量的变化悬殊。由统计分析得知，桃林口占站多年平均输沙量为386万吨。多年平均含沙量为4.0/立方米，从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗,中值粒径为0.075，淤沙浮容重0.9t/立方米，内摩擦角为12。全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降雨量为700，且多集中在夏季七月间。流域每年气温为摄氏10左右，月温度变化较大，里坝址较远的迁安站实测最高气温39（青龙站）。全年无霜期约180天，结冰期约120天，河道一般12月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚0.4-0.6m，岸边可达1.0。每年平均最大风速23.7/，水库吹程为3。曲率分析法得洪水计算成果如下：表1-1 洪水计算成果项 目洪峰流量洪量（亿立方米）24h3天6天30天特征值均值20001.42.22.85.371.351.351.351.251.02.52.52.52.52.5频率 %0.013204022.4335.2439.9655.400.022960020.7532.6536.9051.500.12248015.7424.7328.3440.500.21968013.7821.6524.9236.200.51600011.2317.6020.4130.401132809.3014.5017.1426.162106807.4811.7513.9221.70573605.518.109.8016.201050003.155.506.8312.102029202.043.214.718.181.5 当地材料分布情况当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。其中，土料主要分布在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子、桃林口等八处，各料厂的材料物理性质基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。砂砾料主要分布在河滩上，储量为205万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100151万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析，统计成果如下：自然么重1.87吨/立米，软弱颗料含量2.64%。不均匀系数561颗，颗组成见表1-2. 表1-2 颗粒组成表 颗料组成(毫米)%2008040205210.50.250.583.774.257.746.238.634.632.829.724.74.9 砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂(D10亿m3达到大（1）型工程规模，等别为一等；2）电站装机容量100MW，大于50MW且小于300MW，达到中型工程规模，等别为三等；3）防护对象是中等工业城市，达到中等工程规模，等别为三等；综合考虑以上因素，确定工程等别为一等，主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。2.2 坝址的确定坝址选择与枢纽布置密切相关，不同坝型轴线易采取不同的坝型和枢纽布置，同一坝址也可以有不同的坝型和枢纽布置方案，通过经济比较择优选出坝轴线位置及相应的合理坝型和枢纽布置。坝址选择与地质条件密切相关，理想坝址地质条件是强度高，透水性好，不易风化，没有构造缺陷的岩基，但一般来说，坝址在地质上总是存在缺陷，因此，在选用坝址时应用实际出发。不仅要慎重考虑坝基地质条件，还要求库区及坝址两岸的边坡有足够的稳定性。坝址地形条件与坝型选择和枢纽布置有着密切关系。除此之外，地形条件在很大程度上会影响坝址。一般来说，坝址宜选在河谷狭窄地段，坝轴线较短，可以减少坝体工程量，还要考虑便于施工导流等等，因此需要全面分析。结合考虑，选择最有利的坝址，对于此工程：1从地质条件看：上坝线处河床高于下坝线，根据地质剖面图，上坝线处地基岩比较稳定，坝基岩为黑色硅质页岩和燧石，上面有3-9米覆盖层。2从施工条件看：上坝线河床比较宽，显然相同条件下，上坝线更有利于施工导流，截流期比较短，更容易截流。3从水流条件看，由上、下坝线坝址水位流量关系看出，在同样情况下，上坝线更有利于抬高水位，对发电为主的枢纽是有利的。4从经济方面考虑，下坝线虽然相对平坦一些，且对外交通比上坝线短，但其紧邻生活区，需要迁移居民，耗资较大，不利于经济合理原则，因此，选上坝线比较好。综合以上所有因素来看，在满足枢纽布置和施工导流的前提下，上坝线工程量较小，坝轴线构造更简单，无明显的断层，夹层和软弱破碎带。因此，选上坝线作为坝址。2.3 坝型的选择由地形图可看出，坝址两岸的基岩较不对称，故不宜修建拱坝，但可以修建混凝土重力坝和土石坝、面板堆石坝。（1）混凝土重力坝优点：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小；经验丰富，维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大，消耗水泥、石料较多；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。（2）土石坝优点：就地取材，节约材料；能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小，工程量较大；坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；施工导流不方便；对坝的防渗要求较高；沉降问题存在。（3）面板堆石坝优点：对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降，抗震性能好，施工不受气候限制；就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；机械化施工，可加速建坝，减小投资；可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流；结构简单。缺点：堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪，而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；施工中的导流问题难以解决。当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。其中，土料分布在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子等八处，各料厂的材料物理性质基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。该地区石料较多，储量可满足要求，沙石料厂可设在水库下游13km的鹿尾山，大杨庄、薛庄，总储量1176万m3。结合该处的地址条件简单而良好，河谷较为宽广，在经济和技术成熟的前提下，优选混凝土重力坝。重力坝坝型的进一步选择：混凝土重力坝有四种坝型进行比选，分别为：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝，他们之间的比较列于表2-1表2-1 重力坝各种坝型比较实体重力坝宽缝重力坝空腹重力坝预应力重力坝优点断面形状简单；机械化施工，混凝土浇注容易；工程经验丰富。扬压力降低，节省混凝土；散热条件好；宽缝方便检查和观测。扬压力较小，节省混凝土；散热条件好；坝体应力条件改善；空腹内进行检测和维修方便施加预应力，增加坝体的稳定；改善坝身应力；减少坝体的方量。缺点底部扬压力大；施工散热条件差。施工中模板数量增加，使施工复杂，难度加大；气温变化剧烈，易产生表面裂缝。结构复杂，施工和设计难度都较大；需要的钢筋和模板较多。施工复杂；钢筋用量多；实践工程较少，经验缺乏。从中可看出实体重力坝构造简单，施工和设计的难度较小，且有大量的工程事例可供参考，经验丰富。而其他的坝型都有共同的缺点：施工复杂，设计难度大。优先考虑使用实体重力坝。综上所述，最后确定坝型为实体重力坝。2.4 大坝枢纽建筑物的布置2.4.1挡水建筑物由2.2分析知，采用实体重力坝。2.4.2泻水建筑物参与比选的泄水方案有三：河岸溢洪道、泄洪隧洞和溢流坝。分别将其特点和适用条件列于表2-2。表2-2 泄水方式比较方式特点适用条件河岸溢洪道其结构特点是地面开敞式。他具有超大的泄流能力；溢洪道检修方便，运行安全可靠；可充分利用地形，减少开挖量。最好能布置在垭口等有利地形处，常和土石坝联合修建。对于本枢纽明显不适合。泄洪隧洞在山体中开挖的一种水流信道。他作为水利枢纽的或渠首的重要组成部分，在水利枢纽中广泛应用，而且工程规模越来越大。泄水隧洞按进口高低可分表孔和深孔。表孔的进口属于堰流，超泄流能力大，结构简单运行方便可靠。而深孔结构复杂，对闸门的要求高，在设计、施工和运行管理方面都有一些特殊的问题，必须妥善解决。泄水隧洞总的来说开挖量较大，施工工序多、速度慢、难度大、工作量大、场地狭小、运输困难、易发生事故，切工程投资较大。表孔常用于要求泄水量随水位增长而较快增长时，或需要排除表面污物时；深孔适用于要求调节水库水位或水库有放空要求时。他们一般常用在拱坝中，本枢纽不优先采用。溢流坝通过坝身宣泄洪水的泄流建筑物。溢流坝结构上简单，检修方便；水流平顺；便于排除漂浮物，不易堵塞；超泄流潜力大；施工简单方便。但在开始泄流是流量较小，不能适时加大泄流量来降低水位。另外他不能满足排沙防空等要求；所以必须根据需要设置防空、排沙等设施。在重力坝枢纽中一般多用此种泄流方式。在枢纽中设置溢流坝段，可以很好的宣泄很大洪水流量；且较其他泄水方式较经济。由于本枢纽使用的是重力坝，从经济和施工方面考虑，拟采用溢流坝的泄水方式来宣泄洪水。2.4.3输水建筑物为满足下游城市的用水需要，从上游至下游许布置压力钢管，压力钢管的布置应顺直，尽量避免转弯，以造成水头损失，取水口采取相应措施使其不 致被泥沙淤塞，也不致被漂浮物及木材堵塞，进水口前应使水流顺畅，水头损失小，不发生旋涡及横向水流。压力钢管遂洞内径为6m，灌溉支洞的内径为3m。2.5大坝总体布置 2.5.1 溢流坝的布置由该库区坝址的地形可知，库区河谷较开阔，呈不对称“U”字型，由于河床左岸平缓，右岸形成陡壁，故初步将压力管道布置在左岸，由于河道较为宽阔，泄水重力坝应布置在河道主河槽上，以利于顺畅泻流，水流消能，下泄水流归槽与下游水流妥善衔接以及减少土石方开挖等，故将溢流坝布置在中间，溢流坝段长230m， 分为12个坝段，堰顶安装工作闸门和检修闸门。工作闸门为弧形闸门，闸门宽高=15m15m。堰顶设有10个中墩，其厚度为4m，2个边墩，厚为3m，横缝设在闸墩上，溢流堰面采用WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎底流消能，坎顶高程为122.32m。边墩向下游延伸成导水墙，其高度为4m。2.5.2 非溢流坝的布置非溢流坝一般布置在河岸部分并与岸坡相连，非溢流坝与溢流坝或其他建筑物相连处，常用导墙隔开。连接处尽量使迎水面在同一平面上，以免部分建筑物受侧向水压力作用改变坝体的应力。在宽阔河道上以及岸坡覆盖层、风化层极深时，非溢流坝段也可采用土石坝。本设计的非溢流坝段长650米，坝顶宽度为6m，坝顶两侧各设一人行道，人行道宽1m。坝顶上下游侧均设置1.2m栏杆和灯柱。坝的其他尺寸为：上游坡度为1：0.2，下游坡度为1：0.8，上游折坡点高程为108，下游折坡点高程为131.3m。3. 重力坝非溢流坝段设计非溢流坝段主要是挡水建筑物。设计的主要内容是，剖面设计、稳定分析，应力分析，构造设计。3.1 坝顶高程根据交通和运行管理的需要，坝顶应有足够的宽度。为防波浪漫过坝顶，在静水位以上应留有一定的超高。3.1.1 坝顶高程的确定 坝顶高程=设计洪水位+h设=136.3+2.65=138.95m坝顶高程=校核洪水位+h校=138.8+2.45=141.25m波浪要素按官厅公式计算：hl=0.0166VoD1/3m；L=10.4（hl）0.8；hz=（hc2/L）cth（2h/L） （31）L波长，m；D风区长度，m；H坝前水深，m；hl波浪高度，m；hz波浪中心线高于静水面的高度，m；Vo计算风速，设计洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍；校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速，m/s。坝顶或防浪墙高程=设计洪水位+h设坝顶或防浪墙高程=设计洪水位+h校h= hl + hc + hz （32）h坝顶高于静水位的超高值；hc坝顶安全超高（查非溢流坝坝顶安全超高表3-1）。表31 安全超高hc相应水位坝的安全级别正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3波高hl，当gD/V02=20250时，为累计频率的5%的波高h5%；当gD/ V02=2501000为累计频率10%的波高h10%。h1%=1.24 h5%=1.55h设=h1% + hc + hz= 1.55+0.3947+0.7=2.65mh校=h1% + hc + hz= 1.55+0.3947+0.5=2.45m分设计情况和校核情况分别计算，计算成果见表3-2表3-2 坝顶高程计算成果表计算情况风速V波浪高度波浪长度安全加高坝顶高程设计情况2371.2512.430.7138.95m校核情况2371.2512.430.5141.25m经过比较可以得出坝顶高程为141.25m，考虑水库综合利用情况取142m，则坝顶高程位142-78=64m3.1.2 坝顶宽度 考虑交通要求，坝顶宽度取6m。 3.1.3 坝面坡度上游坝采用折线面，起坡点在（1/32/3）H处，其高程为108m，坡度为1：0.2；下游剖面采用基本三角形顶点与校核洪水位齐平的剖面形式，则有折坡处向上延伸与校核洪水位相交。取下游边坡系数为1：0.8，那么下游起坡点高程为131.3m。3.1.4 坝底宽度由上下游起坡点高程、坡度、边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为54.64m，在（0.70.9）坝高=44.857.6范围内。说明坝底宽度符合要求。图3-1 非溢流坝剖面示意图 （单位：m）3.2 荷载组合及其计算（以下各组合情况均取单位坝长计算）作用是指外界环境对水工建筑物的影响，进行结构分析时，如果开始即可用一个明确的外力来代表外界对环境的影响，如此作用（外力）可称为荷载。一部分作用在结构分析开始时不能作用力来代表，他的作用力及其产生的作用效应只能在结构分析同步求出，如温度作用，地震作用等。作用分为：永久作用，如结构物自重，土压力；可变作用，如各种水荷载，温度作用；偶然作用，如地震作用，校核洪水。重力坝承受的荷载与作用主要有：自重（包括固定设备重）；静水压力；扬压力；动水压力；波浪压力；泥沙压力；地震作用等。 自重W=(306)/2+646+(42.6453.3)/224=38469KN3.2.1设计情况上游设计洪水位为136.3m，相应下游洪水位为99.1m，坝基设有防渗帷幕和基础排水措施。要求抗滑安全系数Ks1.1。计算成果见表3-3（附后）。（1） 水压力由水力学可知，作用在没米坝上的总水压力为P=0H2/2 （33） 式中：0水的容重 H水深（2）泥沙压力淤沙的容重及内摩擦角于淤积物的颗粒及沉积过程有关。淤沙逐渐固结，容重于内摩擦角也逐年变化，而且各层不同，使得泥沙压力不易准确算出，一般按土压力公式计算。 Ps=1/2【sbhs2tg2(450-s/2)】 （34） 式中：Ps坝面单位宽度上水平泥沙压力 sb淤沙的浮容重 hs坝前淤积厚度 s淤沙的内摩擦角（3）波浪压力水库蓄水后，库面空阔，在风力作用下形成波浪，对坝面产生波浪压力，这是由于波浪与坝反射，产生高度超过浪高一倍的立波所造成的，采用官厅公式进行计算式中：hl=0.0166VoD1/3m；L=10.4（hl）0.8；hz=（hc2/L）cth（2h/L） （35）L波长，m；D风区长度，m；H坝前水深，m；hl波浪高度，m；hz波浪中心线高于静水面的高度，m；Vo计算风速，设计洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍；校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速，m/s。(4) 扬压力重力坝挡水后，由于上下游水位差的作用，库水将通过坝基向下游参透，并在坝底产生参透压力，通常把坝底水平面承受垂直向上的总水压力称为坝体扬压力，他包括上下游水头差产生的参透压力和下游水深产生的浮托力。由于扬压力会引起削减坝体自重的作用，应次对重力坝的稳定是不利的，为了降低扬压力，则在坝锺附近进行帷幕灌浆，并在帷幕后设置排水孔，前这用以阻挡参水，延长参径，削减水头，后者可以使参透水流通过排水孔溢出，进一步降低参透压力。图2-2 扬压力计算简图H1,H2上下游水深 扬压力折减系数3.2.2 校核情况3.2.2.1 设计洪水位情况下发生7度地震。要求抗滑安全系数Ks1.0。计算成果见表3-4（附后）。地震荷载 由于本地区地震基本烈度为六级，建筑物按七度设防，且坝高小于70m，可采用拟静力法。混凝土重力坝沿高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值 Fi 可按下式计算 Fi=hGEi i /g （36）式中：Fi 作用于质点i的水平向地震惯性力代表值 h水平向设计地震加速度代表值 0.1g 地震作用的效应折减系数 0.25 GEi 集中在质点i的重力作用标准值i质点i的动态分布系数g重力加速度其中 （37） n坝体计算质点总数 H坝高 hi,hj分别为质点i,j的高度 GEj集中在质点j上的重力作用标准值 GE产生地震惯性力的建筑物总重力作用标准值 图2-3 地震惯性力计算简图 （单位：m）通过计算可得：1=1.26 2=1.24 3=1.373.2.2.2 上游校核洪水位为138.8m，相应下游洪水位为99.7m。要求要求抗滑安全系数Ks1.05。计算成果见表3-5（附后）。3.2.3 抗滑稳定验算与强度验算 抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，其目的是核算坝体沿坝基面或坝基内部倾角软弱结构面抗滑稳定的安全度。因为重力坝沿坝轴线方向用横缝分隔成若干个独立的坝段，所以稳定分析可以按平面问题进行。但对于地基中存在多余互相切割交错的软弱面构成空间滑动体或位于地形陡峭的岸坡段，则应按空间问题进行分析。抗滑稳定系数按公式Ks=f(W-U)/ P计算； （38）下游边缘正应力按公式Gyu=(W/B)+(6M/B2)计算； （39）上游边缘正应力按公式Gyd=(W/B)-(6M/B2)计算。 （310）f摩擦系数W总铅直力；P总水平力；W竖直方向合力；B坝底宽度；M对坝截面形心的总力矩。3.2.3.1 设计情况抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.8（41293.2-16807.5）/14605.4=1.1651.1满足稳定要求。强度验算：下游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 24485.7/54.64-6108272/54.642=270.5Kpa0上游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2)= 24485.7/54.64+6108272/54.642=705.7K pa4.3Mpa满足强度要求。3.2.3.2 校核情况3.2.3.2.1 设计洪水位时发生7度地震抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.7（41293.2-16807.5）/14605.4=1.171.05满足稳定要求。强度验算：下游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 24485.7/54.64-6195179/54.642=95.8Kpa0上游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2) 24485.7/54.64+6195179/54.642=880.4Kpa4.3Mpa满足强度要求。3.2.3.2 校核洪水位时抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.726528/15919=1.1671.05满足稳定要求。强度验算：下游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 26528/54.64-6133254/54.642=217.7Kpa0上游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2)= 26528/54.64+6133254/54.642=753.3Kpa4.3Mpa满足强度要求。4. 重力坝溢流坝段设计溢流坝段既是挡水建筑物又是泄水建筑物。其泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。在水利枢纽中，它可承担泄洪，向下游输水，排沙，放空水库和施工导流等任务。 设计泄水重力坝时，除应满足稳定和强度要求外，还需要根据洪水特性，水利枢纽布置，工程造价，水库运用方式及下游河道安全泄量等问题，经技术经济比较，研究确定泄水重力坝的位置选择，泄水方式的组合，泄量分配堰顶和泄水孔口高程与位置等。4.1 孔口设计4.1.1 泄水方式的选择重力坝的泄水主要方式有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物。设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于大中型工程，所以为是水库有较大的泄洪能力，本设计采用孔口式溢流。4.1.2 洪水标准的确定本次设计的重力坝是1级建筑物，根据水利工程水工建筑物洪水标准采用1000年一遇的洪水标准设计，10000年一遇的洪水标准校核。4.1.3 流量的确定经水文、水利调洪演算确定：设计情况下，溢流坝的下泄流量为18276m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为24527m3/s。4.1.4 单宽流量的选择坝址处基岩比较完整，根据综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取100150 m3/（s.m）。4.1.5 孔口净宽拟定分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度。计算成果见表4-1表4-1孔口净宽计算成果表计算情况流量Q（m3/s）单宽流量qm3/（s.m）孔口净宽B（m）设计情况18276100150182.76121.84校核情况24527100150245.27.20163.5根据以上计算，溢流坝孔口净宽取180m，设每孔宽度为15m，则孔数为12。4.1.6 溢流坝段总长度确定初步拟定闸墩厚度，中墩厚d=4m，边墩厚t=3m，则溢流坝段的总长度B0为：B0=nb+（n-1）d+2t=45+9+6=230m （41）4.1.7 堰顶高程的确定初拟侧收缩系数=0.90，流量系数m=0.502。因过堰水流为自由出流，故s=1，由堰流公式Q=smnb（2g）0.5H01.5计算堰上水头H0，计算水位分别减去相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果见表4-2表4-2堰顶高程计算成果表计算情况流量m3/s侧收缩系数流量系数孔口净宽m堰上水头m堰顶高程m设计情况182760.9150.50218013.4812282校核情况245270.9150.50218016.48122.32根据以上计算，取堰顶高程为122.32m。4.1.8 闸门高度的确定门高=正常高水位-堰顶高程+（0.10.2） （42） =133.7-122.32+（0.10.2） =11.38m 取11.5m4.1.9 定型设计水头的确定堰上最大水头Hmax=校核洪水位-堰顶高程即：Hmax=138.8-122.32=16.48m 定型设计水头Hs为Hs=（75%95%）Hmax=12.3615.66m，取Hs=14m，由14/16.48=0.85查表知0.3Hs=4.2m小于规定的允许值（36m水柱）。4.1.10 泄流能力校核运用堰流公式Q=smnb（2g）0.5H01.5分情况校核溢流堰的泄流能力，计算表见（附表4-7）计算成果见表4-3表4-3泄流能力校核计算成果表计算情况mB（m）H（m）Q（m3/s）Q|（Q-Q）/Q|设计情况0.5020.91518013.4818276181280.81%校核情况0.5120.91518016.4824527245010.1%由表中计算成果知|（Q-Q）/Q|100%5%，说明孔口设计符合要求。4.2 溢流坝体形设计 4.2.1 顶部曲线段溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部分，用WES曲线进行设计。已知定型水头Hd=14m，由下图可得顶部曲线段各数据。图4-1 WES型曲线图4.2.2 中间直线段 中间直线段于坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同，即边坡系数为1:0.8。4.2.3 消能防冲设计根据地形地质条件选用底流消能。护坦厚取1.5m，长度取40m。4.3 溢流坝剖面设计首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰顶上游部分采用椭圆曲线，下游部分采用幂曲线。幂曲线方程：y=xn/kHsn 椭圆方程：x2/(aHs)2+(bHs-y)2/(bHs)2=1Hs定型设计水头，值为堰顶最大作用水头的75%95%；n.k取决于坝顶上游面的坡度，按表取用。a0.280.3；a/b=0.87+3a代入参数得幂曲线方程为y=x1.85/214(1.85-1)，取a=0.3，b=0.17 则aHs=4.2 bHs=2.38得椭圆方程为：x2/4.22+(2.38-y)2/2.382=1绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切点c的坐标为（17.25，10.28）。溢流坝的剖面如图所示： 图4-2 溢流坝剖面图 4.4 荷载组合及其计算（以下各组合情况均取单位坝长计算） 取溢流坝剖面近似为三角形和梯形组合，尺寸如下图所视。 图4-3 溢流坝剖面计算简图 （单位：m） 自重W=(306)/2+44.32(13.13+48.64)/224=35012KN 闸门重G4=151.876.93=2077KN4.4.1 设计情况上游设计洪水位为136.3m，相应下游洪水位为99.1m，坝基设有防渗帷幕和基础排水措施。要求抗滑安全系数Ks1.1。计算成果见表4-4（附后）。4.4.2 设计洪水位情况下发生7度地震。(要求抗滑安全系数Ks1.0。)计算成果见表4-5（附后）。4.4.3 校核情况 上游校核洪水位为138.8m，相应下游洪水位为99.7m。要求要求抗滑安全系数Ks1.05。计算成果见表4-6（附后）。4.4.4 抗滑稳定验算与强度验算抗滑稳定系数按公式Ks=f(W-U)/ P计算；上游边缘正应力按公式Gyu=(W/B)+(6M/B2)计算；下游边缘正应力按公式Gyd=(W/B)-(6M/B2)计算。f摩擦系数W总铅直力；P总水平力；W竖直方向合力；B坝底宽度；M对坝截面形心的总力矩。4.4.3.1 设计情况抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.625788.4/7540.15=2.051.1满足稳定要求。强度验算：上游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 25788.4/54.64-6191330/54.642=86.89Kpa0下游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2)= 23711.4/54.64+6160674/54.642=857.05Kpa4.3Mpa满足强度要求。4.4.3.2 校核情况4.4.3.2.1 设计洪水位时发生7度地震抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.625788.4/11597.8=1.331.05满足稳定要求。强度验算：上游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 25788.4/54.64-6114998/54.642=240.87Kpa0下游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2) 25788.4/54.64+684342/54.642=703.07Kpa4.3Mpa满足强度要求。4.2.3.2.2 校核洪水位时抗滑稳定验算：Ks=f(W-U)/ P=0.625260.2/74334=2.031.05满足稳定要求。强度验算：上游边缘正应力Gyu=(W/B)+(6M/B2)= 25260.2/54.64-6189427/54.642=81.3Kpa0下游边缘正应力Gyd=(W/B)-(6M/B2)= 23003.2/54.64-6189427/54.642=843.3Kpa4.3Mpa满足强度要求。5. 泄水孔设计本次设计中排沙孔，灌溉孔均设计为有压孔。进口处设置事故闸门（兼做检修闸门用），工作闸门布置在出口，孔的断面为圆形，孔内用钢板衬砌。5.1 孔径D的拟定 由基本资料可知，压力钢管遂洞内径为6m，灌溉支洞的内径为3m。5.2 进水口体形设计进水口顶部采用椭圆曲线，方程为x2/a2+ y2/b2=1a椭圆长半轴，圆形进口时，a为圆孔直径；矩形进口时，顶面曲线a为孔高h，侧面曲线a为孔宽B；b椭圆短半轴，圆形进口时，b=0.3a；矩形进口时，顶面曲线b=（1/31/4）a，侧面曲线b=a/5。此处a=6，b=0.3a=1.8 则有 x2/36+ y2/3.24=1，列表计算曲线坐标值见表5-1表5-1椭圆曲线坐标值x6543210y00.991.341.561.701.771.8进水口底缘采用平底，进水口草图如图5-1所示： 图5-1 进水口草图5.3 闸门与门槽进水口设置平面事故闸门和弧型工作闸门。事故闸门紧贴上游坝面布置，闸槽尺寸为0.80.5为矩形闸门槽。5.4 渐变段在进水口闸门后设置渐变段，渐变段采用圆角过渡，其长度为（23）D，此处压力