B江水利枢纽工程设计（二）【含CAD图纸+文档】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,均可直接下载获得文件，所见所得，电脑查看更方便。Q 197216396 或 11970985
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摘 要本次设计主要是开发利用B江流域的水利资源，建设一个以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利水电枢纽工程。在明确了建设目的并具有了建设依据和条件后，设计的枢纽概况如下：B江水利枢纽混凝土面板堆石坝高52.9m米，装机6400KW，电站设计水头174米，多年平均发电量为1700万KWh，保证出力1461KW。本电站装有两台3200KW机组，主坝长206米左右，上游边坡1：1.55，下游边坡1：1.55。本混凝土面板堆石坝的设计主要包括坝高、趾板、面板、溢洪道的设计以及一些细节部分的设计。混凝土面板堆石坝其防渗结构为混凝土面板、趾板、防浪墙、水平缝、垂直缝、帷幕的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，本次设计以一般为参考，重点考虑趾板及泄水建筑物的设计，同时，堆石坝在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在设计过程中既充分运用了所学知识，有广泛参考了设计施工方面的有关书籍。当然，这都是在规范规定内作的设计，体现了本工程的科学性和规范性。关键字：混凝土面板堆石坝、趾板、面板、溢洪道、副坝AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of B Jiang Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:B Jiang Project is a composite geomembrane impermeable rock-fill dam height of 52.9 m,installed 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW,with two engine unit of 3200Kw,the normal water level is 276.8m,the length of the main dan is about 227.5m,the upstream slope is 1:1.55and downstream slope is 1:1.55.The design of concrete-face rockfill dam mainly concludes height of dam 、anchoring of footwall、the design of the slab 、the design of spillway and some other details .Compound geotechnological concrete face rockfill dam ,whose prevention of concrete face，concret face slab and wave wall，periphery joint ，vertical joint，curtain grouting -Compound geotechnological design， construction， quality control of membrane the technological key of dam type.The designs process above-mentioned is referenced to the former design of rock-fill dam ，in pay attention to every detail while of designing ， have and consult design and construction relevant books of respect extensively. Certainly， this design that is made in the regulation of standardizing ， it is scientific， regulatory to reflect.Key words: conrete-face rockfill dam; Plinth; Panel; spillway; Secondary目 录 摘 要- 1 -Abstract- 2 -第一章 综合说明- 1 -1.1 工程特性表- 1 -1.2 建设目的和依据- 3 -1.3 建设的条件- 3 -1.3.1 建设的规模及综合利用效益- 3 -1.3.2 建设规模- 3 -1.3.3 综合利用效益- 3 -第二章 自然地理条件- 5 -2.1 地形条件- 5 -2.2 水文特性- 5 -2.3 工程地质条件- 6 -2.3.1 库区工程地质- 6 -2.3.2 坝址工程地质- 6 -2.3.3 引水发电隧洞工程地质条件- 9 -2.4 气象、地震及其他- 9 -2.4.1 气象、地震- 9 -2.4.2 天然建筑材料- 9 -第三章 设计条件和设计依据- 11 -3.1 设计任务- 11 -3.2 设计依据- 11 -第四章 洪水调节计算- 13 -4.1 洪水调洪演算- 13 -4.1.1 洪水调洪演算原理- 13 -4.1.2 洪水调洪演算方法- 15 -4.2 洪水标准分析- 15 -4.3 泄水建筑物的型式选择- 15 -4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定- 17 -4.4.1 调洪演算过程- 17 -4.4.2 洪水过程线的模拟- 17 -4.4.3 计算公式- 18 -4.4.4 计算结果- 19 -4.4.5 方案选择- 19 -第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置- 23 -5.1 枢纽等别及组成建筑物级别- 23 -5.2 坝型选择- 23 -5.2.1 定性分析- 23 -5.3 泄水建筑物型式选择- 28 -5.4 水电站建筑物- 29 -5.5 枢纽方案的综合比较- 29 -5.5.1 挡水建筑物混凝土面板堆石坝- 29 -5.5.2 泄水建筑物正槽溢洪道- 30 -5.5.3 水电站建筑物- 30 -第六章 第一主要建筑物设计- 31 -6.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计- 31 -6.1.1 L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度- 31 -6.1.3 L型挡墙设计- 31 -6.2 堆石料的设计- 41 -6.2.1 坝体分区- 41 -6.2.2 堆石料的填筑标准- 44 -6.3 坝坡设计及稳定分析- 45 -6.3.1 稳定分析方法- 46 -6.3.2 计算原理，流程，分析- 46 -6.4 混凝土面板设计- 49 -6.4.1. 面板厚度- 50 -6.4. 2 面板分缝- 50 -6.5 副坝设计- 53 -6.5.1 副坝的型式选择- 53 -6.5.2 副坝的强度和稳定验算- 54 -6.5.3 副坝坝顶设计- 56 -6.5.4 副坝与主坝的连接- 56 -6.5.2 副坝的地基处理防渗设计- 57 -6.6 细部构造设计及地基处理- 57 -6.6.1 坝顶构造- 57 -6.6.2 护坡设计- 57 -6.6.3 分缝及止水- 58 -6.6.4 坝基处理- 59 -第七章 趾板设计（专题一）- 61 -7.1 趾板的作用- 61 -7.1.2 趾板的布置- 61 -7.1.2 趾板最大剖面设计- 63 -7.1.3 趾板各剖面设计- 64 -7.1.4 配筋计算- 66 -7.2坝体沉降估算- 67 -第八章 溢洪道设计（专题二）- 69 -8.1 建筑物型式- 69 -8.2 溢洪道的组成部分和总体布置- 70 -8.2.1 引水渠设计- 70 -8.2.2 . 控制堰的结构设计- 71 -8.3 泄槽设计- 73 -8.3.1 泄槽的纵剖面布置- 73 -8.3.2 泄槽的平面布置- 73 -8.4 泄槽水力计算- 74 -8.4.1 泄槽水力计算- 74 -8.3.3 边墙设计：- 76 -8.5 出口消能段设计- 79 -8.5.1 消能段型式选择- 79 -8.5.2 具体挑流消能计算.- 80 -附 录- 82 -小结- 84 -参考文献- 85 -1目目 录录第一章第一章 调洪演算调洪演算.41.1 洪水调节计算.41.1.1 洪水调节计算方法 .41.1.2 洪水调节具体计算.41.1.3 计算结果统计.71.2 防浪墙顶高确定.7第二章第二章 防浪墙计算防浪墙计算.102.1 防浪墙尺寸设计.102.2 危险工况下的荷载内力计算.102.2.1 完建未蓄水工况下的荷载计算.11 整体荷载计算.11 1-1 截面荷载计算 .13 2-2 截面荷载计算.142.2.2 校核洪水位工况下的荷载计算.15 整体荷载计算.15 1-1-截面荷载计算 .17 2-2 截面荷载计算.182.3 防浪墙配筋计算.192.3.1 竖墙配筋计算.192.3.2 底板配筋计算.202.4 抗滑稳定计算.212.5 抗倾覆计算.22第三章第三章 坝坡稳定分析坝坡稳定分析.233.1 坝坡值选定 .233.2 坝坡稳定计算过程.233.2.1 假定滑动面计算.25第四章第四章 副坝副坝.284.1 副坝设计.284.2 强度和稳定验算.294.2.1 荷载计算.30第五章第五章 趾板剖面计算趾板剖面计算(专题一专题一).325.1 趾板横截面.325.1.2 岸坡段趾板剖面.325.1.3 河床段趾板剖面.3225.3 配筋计算.35第六章第六章 溢洪道设计溢洪道设计（专题二）专题二）.376.1 引水渠设计.376.2 控制堰的结构设计.376.2.1 闸室布置与构造.376.3 泄槽水力计算.396.3.1 泄槽水力计算.396.3.2 边墙设计：.42 边墙尺寸.42 边墙抗滑稳定分析.436.4 具体挑流消能计算.45附附 录录.48参考文献参考文献.51350年一遇设计洪水过程线05010015020025030035040001020304050607080时间t(h)入库流量Q流量p=1%校核洪水过程线-100010020030040050060001020304050607080时间（t）Q(m3/s)流量第一章第一章 调洪演算调洪演算1.1 洪水调节计算洪水调节计算1.1.1 洪水调节计算方法洪水调节计算方法本次洪水调节运用水库调洪计算公式，即：本次洪水调节运用水库调洪计算公式，即： （1-1）tVqQ式中 Q计算时段中的平均入库流量（m3/s） ；q计算时段中的平均下泄流量（m3/s） ；v时段始末水库蓄水量之差(m3)；t计算时段，一般取 1-6 小时，本设计取 4 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。1.1.2 洪水调节具体计算洪水调节具体计算用三角形法拟出洪水过程线，如图 1-1：图 1-1 洪水过程线4根据本工程软弱岩基，选用单宽流量约为 2040m3/s，允许设计洪水最大下泄流量 260 m3/s，故闸门宽度约为 6.25m12.5m，选择三种宽度进行比较，假定溢流前缘净宽分别为 8m，9m 和 10m,并假定三个堰顶高程，分别为 271m,272m 和273m，绘制出 ZQ 曲线。并根据公式求得的溢流堰的泄水能力232 HgmBQ曲线。设计时用 AutoCAD 和 Microsoft Office Excel 作图列表计算，分别作出设计洪水过程线和校核洪水过程线后，进行调洪演算。正常蓄水位 276.8m，库容为 1999.1 万；3m本工程汛前限制水位设为 274.8m,相应库容为 1835.0 万 m3绘图（如附图） ，列表计算各曲线坐标点参数如下：表 1-1 设计洪水水位流量关系曲线堰高下泄流量（m3/s）面积（m2）增加库容 （m3）初始库容（m3）总库容（m3）相应水位（m）20012585.2545306901599640020527090277.282712501194636195981599640019615998276.46水库库容关系曲线220230240250260270280050010001500200025003000V(万立方米)H(米)HV5表 12 关系曲线0H泄Q（m）0H（B8m）泄Q（m3/s）（B10m）泄Q（m3/s）（B12m）泄Q（m3/s）0000117.521.926.4248.661.173.7387.6110.7133.84132.3167.9203.55181.5231.2280.96234299.3364.77289.1371.5453.88346.2446.8547.49413.1524.7644.8根据 （1-2）可得出与的关系，联立表 11 结果，堰顶0H泄Q可得出调洪演算的结果，见附图一至三。 1.1.3 计算结果统计 根据附图一至三所示结果，得出以下可行方案：表 13 可行方案统计方案堰顶宽堰顶高程(m)起调流量 Q起调(m3/s)设计洪水位(m)设计下泄流量(m3/s)校核洪水位(m)校核下泄流量(m3/s)超高（m）1271124.4277.0249.0278.33311.52B=8米27287.6277.6223279.53172.73271150.1276.8265277.53170.74B=9米27299.1277.4235278.73281.9300860327741021599640018770502275.4720015583.3256099951661714022227135278.8125012585.2545306901661714021147830277.8427230010054.4436195981661714020236738277.0220015583.3256099951723786022847855279.3625012585.2545306901723786021768550278.3927330010054.4436195981723786020857458277.7365271167.9276.6272277.53460.76B=10米272110.7277.2251278.43411.6注：1.超高Z =校核洪水位-正常蓄水位；2.发电引用最大流量 5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。3.计算见附图。以上方案中，设计下泄流量均不大于允许最大下泄流量 260m3/s，因而方案的选择需通过经济技术比较选定。本设计对此只做定性分析。各个方案中应选择在满足最大下泄流量的情况下下泄能力较大的方案。方案 1 与方案 6 较好。一般来说超高Z 大，坝增高大坝工程量加大；B 大则增加隧洞的开挖及其它工程量，而 Q/B 越大消能越困难，衬砌要求也高。在 1 方案和 6 中，6 方案 Q/B 远远小于方案，下游消能处理简单，故选择 6 方案，即堰顶高程272.0m，溢流孔口净宽 10m；综上所述该方案设计洪水位 277.2m，设计下泄流量 251 m3/s，校核洪水位 278.4m，校核泄洪量 341m3/s。1.2 防浪墙顶高确定防浪墙顶高确定据碾压式土石坝设计规范,堰顶上游 L 型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： (1-3)yReA 式中：y 坝顶超高,m； R 最大波浪在坝坡上的爬高，m；e 最大风雍水面高度， m；风壅水面高度可按式计算20.036cos2v DegH式中计算点处的风壅水面高度风区长度综合摩阻系数取计算风向与坝轴线法线的夹角A 安全超高,m； 吹程，Km；D 坝前水深，m；H 风向与坝轴线法线方向的夹角，本设计中取 0； 安全超高，由坝的等级及运用情况按表选用，m。a库区多年平均最大风速 12.6 m/s，吹程 1.6km。7表 1-4 土坝坝顶安全超高值(m)坝 的 级 别运用情况IIIIIIIV、V正常1.51.00.70.5非常0.3波浪要素采用鹤地水库公式： （1-4）312081020%200625. 0VgDVVgh （1-5）2120200386. 0VgDVgLm （1-6）mmzLHcthLhh22%1式中： 累 %2h 平均波长(m)。mLV0为水面以上 10m 处的风速，正常运用条件下级坝，采用多年平均最大风速的 1.5 倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，3 级坝采用累积频率为 1%的爬高值。%1h按上述公式算出的为，再根据频率法按下表可得出。%2h%1h表 1-5 不同累积频率下的波高与平均波高比值（）/pmhh%p/pmhh0.010.1124510142050900.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.352.831.871.641.541.380.950.43波浪中心线高出计算静水位 hz按下式计算： （1-7）mmzLHcthLhh22%1式中： 水深；H 累积频率 1%的波高。%1h由 CAD 计算可得以下计算结果：8表 1-6 波浪要素计算原始数据 V0（m/s）18.912.6g（N/kg）9.819.81D（m）16001600h(2%)（m）1.310690.713449L（m）9.3169686.211312H(洪水位)（m）278.4276.8H（坝底高程）（m）227.5227.5Hm（平均水深）（m）50.949.3hm(平均波高)（m）0.5877530.319932h(1%)（m）1.4223630.774237e（m）00cos11A(安全超高)（m）0.70.4地震安全超高（m）00Y(静水位以上高度)（m）3.603.31设计洪水位 + 正常运用下的超高 = 280.1 ；校核洪水位 + 非常运用下的超高 = 280.4；综上，取顶=280.4m坝顶高 = 280.4-1.2=279.4m 防浪墙高为 280.4-276.8= 3.6 m-第二章第二章 防浪墙计算防浪墙计算2.1 防浪墙尺寸设计防浪墙尺寸设计 防浪墙顶高程 280.4m，坝顶高程为 279.2m，故防浪墙顶高出坝顶 1.2m。该防浪墙高 3.6m，底板宽 4.0m，具体各部分尺寸见图 2-1。9图 2-1 防浪墙尺寸2.2 危险工况下的荷载内力计算危险工况下的荷载内力计算该防浪墙可受到的荷载在各种工况下的组合有：完建未蓄水工况：墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力正常蓄水位：墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力静水压力、前趾上水重和风浪压力。设计洪水位：墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力、静水压力、前趾上水重和风浪压力。校核洪水位：墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力、静水压力、前趾上水重和风浪压力。显然，第一种情况下 1-1 截面处仅仅受到墙后土压力的逆时针弯矩，而二、三、四三种情况下，由于风浪压力和静水压力产生了顺时针的弯矩，故选择对 1-1 截面逆时针弯矩最大的第一种和可能产生最大顺时针弯矩的第四种情况进行验算。10对于 2-2 截面，基底反力将产生较大的逆时针荷载，因此取第一和第四两个极端工况进行计算。对防浪墙的计算取单宽 b=1m 计算。在此部分的土压力计算中，由于是与过渡区相近的区域，又兼之有交通要求，故选取质地较好的 A 组堆石料。其=2.10103kg/m9.81N/kg=20.601kN/m。在此次设计中，为安全起见，所有土压力均按照静止土压力计算。其静止土压力系数取，其中考虑到本设计中采用的堆石料原料为00.30.4311 0.3K弱风化千枚岩，故=0.25-0.3）2.2.1 完建未蓄水工况下的荷载计算完建未蓄水工况下的荷载计算 整体荷载计算整体荷载计算对于完建未蓄水工况，防浪墙的荷载共包括墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力，见图 2-2 所示。图 2-2 完建未蓄水工况首先对整体荷载进行计算： 自重：1111223324 0.5 3.137.224 0.5 2.934.824 0.5 1.113.2cccWVkNWVkNWVkN 堆石体重：120.601 2.9 1.9113.51GbhkN 静止土压力：2210110.43 20.601 2.425.5122EKHkN 基底应力：maxminFvMAW作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN） ；Fv作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和；M 基底面的面积（） ；A21 44Am 基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩W（）2311 42.676Wm 式中： 1231198.71FvWWWGkN土重对底面中点弯矩：1113.51 0.5562.43()MkN m顺时针墙自重对底面中点弯矩：237.2 (20.60.25)42.78()MkN m逆时针 静止土压力产生弯矩 22301110.5 20.601 2.4 0.432.420.41()233MH KHkN m逆时针1230.76()MMMMkN m逆时针故：25Mpa，故基岩承载力满足要maxmin198.710.7649.9642.6749.39FvMkPaAWkPa求。12由于，故基底应力分布为梯形如图 2-3：0.762198.7163MlemFv偏心距 图 2-3 基底应力分布图 1-11-1 截面荷载计算截面荷载计算1、对于、对于 1-1 截面，荷载如图截面，荷载如图 2-4：图 2-4 1-1 截面荷载图 挡墙自重：W1=cV1=240.53.1=37.2kN/m 静止土压力： ，其产生的弯矩为：2210110.43 1.915.99/22EKHkN m1115.991.910.13()3EMkN m逆时针 2-2 截面荷载计算截面荷载计算13对于 2-2 截面，荷载如图 2-4图 2-4底板自重：，产生弯矩224 0.5 2.934.8WkN2134.8 2.950.46()2WMkN m顺时针静止土压力：201()0.5 0.43 20.601. + . = .2EKHHH下上（24 19）05 952kN产生弯矩20.52 16.8321.269.52 (0.5)0.0952()316.8321.26EMkN m顺时针堆石盖重：，产生弯矩：1113.51GkN 11113.51 2.9164.59()2GMkN m顺时针基底应力：11(49.849.39) 2.9143.832NkN作用点距离 2-2 截面：2.9 2 49.3949.8()1.45349.3949.8m产生弯矩：2143.83 1.45208.554()NMkN m逆时针142.2.2 校核洪水位工况下的荷载计算校核洪水位工况下的荷载计算 整体荷载计算整体荷载计算对于校核洪水位工况，防浪墙的荷载共包括墙体自重、防浪墙上的堆石盖重、墙后土压力、水压力、风浪压力和水重，见图 2-5 所示。图 2-5 校核洪水位工况首先对整体荷载进行计算：自重：11223324 0.5 3.137.2/24 0.5 2.934.8/24 0.5 1.113.2/cccWVkN mWVkN mWVkN m堆石体重：120.601 2.9 1.9113.51GbhkN静止土压力：2210110.43 20.601 2.425.51/22EKHkN m水重：119.81 1.2 0.63.532GkN水压力：219.81 1.714.182PkN风浪压力：坝前水深 H 大于，为深水波。 6.211mLm151%0.32 ,2.420.77mmhm hhm波浪中心线至静水位高度： 221%1%20.77251.30.306.2216.2210.770.301.07zmmzhHhcthcthmLLhhm挡土墙在校核洪水位以下的高度： mh6 . 18 .2764 .278浪压力在校核洪水位以下的高度：；6.2213.112hm 由，则总浪压力部分作用在挡土墙上。根据受力分布图计算浪压力的大hh小mkNhhLPzmw30. 851. 155.1021) 3 . 077. 0(2 . 681. 941)6 . 111. 3(05.1021)(41%10经计算，作用点距离挡墙底221112(3.11 1.07)3.11 (3.11 1.07)3.11 0.5 3.110.5 0.36 (3.11 1.7)(3.11 1.7)32331113.11 (3.11 1.07)3.110.36 (3.11 1.7)222(3.11 1.7)1.29m基底应力：maxminFvMAW式中：kNGWWGFv3 .2026 . 01 . 181. 921482 .375 .113211水重土重对底面中点弯矩：1113.51 0.5562.43()MkN m顺时针墙自重对底面中点弯矩：237.2 (20.60.25)42.78()MkN m逆时针静止土压力产生弯矩：22301110.5 20.601 2.4 0.432.420.41()233MH KHkN m逆时针水压力产生弯矩：413()3MkN逆时针浪压力产生弯矩：58.86 1.2911.43()MkN顺时针16水重产生弯矩： 613.53 (0.250.6)1.59()3MkN顺时针12345617.11()MMMMMMMkN m逆时针故：25Mpa，基岩承载力满足要maxmin202.2417.1156.9742.6744.15FvMkPaAWkPa求。由于，故基底应力分布为梯形如下：17.112198.7163MlemFv偏心距 1-1-截面荷载计算1、对于 1-1 截面，荷载如图 2-6：图 2-6挡墙自重：W1=cV1=240.53.1=37.2kN静止土压力：，产生弯矩：2210110.43 1.915.9922EKHkN1115.991.910.13()3EMkN m逆时针17水压力：，产生弯矩：211.29.817.062PkN117.061.22.82()3PMkN m顺时针浪压力：kNPw30. 8产生弯矩：)(64. 680. 030. 8顺时针mkNMpl 2-2 截面荷载计算对于 2-2 截面，荷载如图 2-7图 2-7底板自重：，产生弯矩224 0.5 2.934.8WkN2134.8 2.950.46()2WMkN m顺时针静止土压力：201()0.5 0.43 20.601. + . = .2EKHHH下上（24 19）05 952kN产生弯矩20.52 16.8321.269.52 (0.5)0.0952()316.8321.26EMkN m顺时针堆石盖重：，产生弯矩：1113.51GkN11113.51 2.9164.59()2GMkN m顺时针基底应力：1811(56.9747.68) 2.9151.742NkN作用点距离 2-2 截面：2.9 2 47.6856.972.9()1.49347.6856.97m产生弯矩：2151.74 1.49226.093()NMkN m逆时针2.3 防浪墙配筋计算防浪墙配筋计算在防浪墙配筋计算中依据水工混凝土结构设计规范水工混凝土结构设计规范 SL191SL191 -2008-2008 ，由于为3 级大坝，故安全系数 K 在荷载基本组合下取 1.20，在偶然组合下取 1.0。1 1基本组合：基本组合：当永久荷载对结构不利：当永久荷载对结构有利： 2 2偶然组合偶然组合式中：SGk 永久荷载标准值产生的荷载效应；SQ1k 一般可变荷载标准值产生的荷载效应；SQ2k 可控制的可变荷载标准值产生的荷载效应。 SAK 偶然荷载代表值产生的荷载效应 。 2.3.1 竖墙配筋计算竖墙配筋计算根据水工挡土墙设计规范 SL_379-2007 ，对 L 型挡墙的竖直墙身部分简化为悬臂板按受弯构件计算。由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚，30cmm；取单位宽度，即，混凝土采用 C25，则轴心抗压强度设计35ammmmb1000值。钢筋采用 HRB335 钢筋，截面有效高度211.9/cfN mm2300/yfN mm。050035465hhamm对竖墙进行配筋计算主要依据 1-1 截面的弯矩。1-1 截面弯矩：完建未蓄水工况下： 1 11.2 10.1312.16SMkN mA（逆时针）校核洪水位工况下：1 11.2 10.13 1.2 2.82 1.0 7.021.75()SMkN mA逆时针显然，完建未蓄水工况下弯矩最大，更为危险。截面抵抗矩系数：=0.00620scKMf bh621.2 12.16 1011.9 1000 465= =0.468,属于适筋破坏。 s21111 2 0.0060.006 0.85b12121.00G kG kQ kQ kSSSSS12121.001.0G kG kQ kQ kAkSSSSSS12120.950.951.201.10G kG kQ kQ kSSSSS19所需钢筋面积：2011.9 1000 0.006 465111300csyfbhAmmf配筋率：= =0.15%0hbAs1110.024%1000 465min最小配筋率故采用最小配筋率配筋：mmmin00.15% 1000 465698sAbh2选配 B10110（） ，分布钢筋采用 10250。2714mmAs在下游侧采用构造对称配筋，配 B10110(As=714)，分布钢筋采用2mm10250。2.3.2 底板配筋计算底板配筋计算由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚，30cmm；取单位宽度，即，混凝土采用 C25，则轴心抗压强度设计35ammmmb1000值。钢筋采用 HRB335 钢筋，截面有效高度211.9/cfN mm2300/yfN mm。050035465hhamm对竖墙进行配筋计算主要依据 2-2 截面的弯矩。2-2 截面弯矩：完建未蓄水工况下： 2 21.2 0.0952 1.2 164.59 1.05 50.46 1.2 208.550.34()SMkN mA顺时针 校核洪水位工况下：顺时针02.2149.174.1512.101.051.1405.122sM显然，校核洪水位工况下弯矩最大，更为危险。截面抵抗矩系数：=20scKMf bh009. 046510009 .1102.2100. 12= =0.468,属于适筋破坏。 s211009. 0210.85b所需钢筋面积：20149300）35500（10000023.09.11/mmfhbfAycs配筋率：%15. 0032. 0355001000149min0）（hbAs20故采用最小配筋率配筋：mmmin00.15% 1000 465698sAbh2选配 B10110（） ，分布钢筋采用 10250。2714mmAs在下游侧采用构造对称配筋，配 B10110，分布钢筋采用 10250。2.4 抗滑稳定计算抗滑稳定计算根据水工挡土墙设计规范6.3.5 规定：土质地基上挡土墙沿基底面的抗滑稳定安全系数，应按下式计算： (6-7)HGfKc取长度为 1m 的挡土墙进行分析：在完建未蓄水工况下：抗滑稳定系数，故此工况下防浪墙满足0.5 198.713.891.0825.51cfGKH抗滑稳定要求。在校核洪水位工况下：抗滑稳定系数，故此工况下防0.5 202.242.081.0325.51 14.188.86cfGKH浪墙满足抗滑稳定要求。故防浪墙满足抗滑稳定要求。212.5 抗倾覆计算抗倾覆计算图 2-4 抗倾覆验算示意图根据水工挡土墙设计规范 （SL379-2007）规定，土质地基上的挡土墙，在同时满足以下 2 个规定的要求时，可不进行抗倾覆稳定计算。1、在各种计算情况下，挡土墙平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的 1.2 倍；2、挡土墙基地应力的最大值与最小值之比不大于 2.5（特殊组合） 。由前两种工况下的地基应力计算可知：本设计挡土墙同时满足以上 2 个规定，故不进行抗倾覆稳定计算。22第三章第三章 坝坡稳定分析坝坡稳定分析3.1 坝坡值选定坝坡值选定根据混凝土面板堆石坝设计规范SL22898 中规定：当筑坝材料为硬岩堆石料时，上下游坝坡可采用 1：1.31：1.4，软岩堆石料的坝坡宜适当放缓，当质量良好的天然砂砾石料筑坝时，上下游坝坡可采用 1：1.51：1.6。本工程中筑坝材料为砂砾石料和堆石料，坝基为岩基，坝体全部用当地石料填筑，拟定上游边坡为 1：1.55，下游边坡为 1：1.55。计算原理 3.2 坝坡稳定计算过程坝坡稳定计算过程 首先假定堆石体的下游边坡为 m，作出堆石体坡面，绘制堆石体的横剖面图，然后在横剖面上，假定一有折线组成的可能滑动面,如图 6-7。23 随机取一折线面为假定的堆石体折线滑动面，在各段折线点各绘一条垂直线与坡面相交，将滑动块划分为数块（本例划分三块） 。取沿坝轴线方向单位长度作为计算对象。作用于各个楔形的力有：W 为各楔形的自重（在下游水位以下的堆石体，以浮容重计算自重） ；R 为折线滑动面上的抗剪阻力与法向反作用力的合力，并假定各段折线滑动面土的抗剪强度的发挥程度是相同的，即各段折线滑动面上内摩擦角均为，其中为堆石tgarctgK，体的内摩擦角，K 为上述规范中规定的安全系数； P 为相邻楔形块之间接触面上相互作用力，其方向假定为水平或平行于假定堆石体坡面，也可假定为平行于坡面与滑动面夹角平分线方向，本设计中，假定 P 的方向为水平。以下 w、P、R 的下标数字表示楔形块的顺序。 计算从最顶上的 1 号块体开始。由于 1 号块体应保持稳定，所以 1 号块体在 W1、P1和 R1三个力作用下，必须能保持平衡。在此三个力的大小和作用方向中，仅有 P1和 R1的大小为未知数，因此，可利用FV=0 和FH=0 两个力学平衡方程求解，求得 P1和 R1的大小，其中，P1为为 2 号块体作用于 1 号块体的力，以保持 1 号块体的稳定。然后，对 2 号块体进行平衡分析。作用于 2 号块体的力有 W2、R2、P2和 P1的反作用力，其中仅有 R2和 P2的大小为未知数，也可利用上述力学平衡方程求解 R2和 P2。作用于 3 号块体上的力为 W3、R3和 P2的反作用力，对其进行受力分析，若 说明选择的 K 刚好0XF若（向右）说明选择的K太大，重新拟定K进行计算0XF 若（向左）说明选择的K太小，重新拟定K进行计算；：0XF 假定不同的滑动面，算出最小安全系数安全系数，判断它是否满足规范要求。若不满足，改变坝坡的坡度，重新计算。 判断最危险滑动面是否是贴坡滑动面，若是，剔除掉，重新确定最危险滑动面以及最小安全系数。在我国的碾压式土石坝设计规范中，对折线法稳定分析规定的稳定安全系数要求中，堆石体坝坡抗滑稳定最小安全系数 k 根据正常运行条件和级工程等级，取 k=1.2，非正常运用情况 k=1.10。图 3-1 坝坡稳定计算简图243.2.1 假定滑动面计算假定滑动面计算（1）假定的第一组滑动面如下图 3-2: 图 3-2 假定的滑动面 1 第一组计算受力图如上所示则，W=2.0558.385.21，设5.51m假定下游边坡,181.9KS第一块滑坡计算公式如下:1.W1=kN65.102815.50181. 905. 2P1=R1=R1coscos)3355.32(00R1sin=W1 98.11291R图 3-2 假定的滑动面 1图 3-3 坝坡稳定计算简图252.P2-P1-R2=0cos R3sin=W23.R3sin=P3 R3cos3W比较 P2 和 P3 的值的大小，直到得出 K1=1.3432PP 假定的第二个滑动面，图 3-2 如下同样得出 K=1.26（3）第三个滑动面图 3-3 如下： 图 3-2 假定的滑动面 226 计算得出 K=1.30根据根据水工设计手册水工设计手册表表 17-3-317-3-3，基本组合状况下，基本组合状况下 3 3 级土石坝的坝坡抗滑稳定安级土石坝的坝坡抗滑稳定安全系数为全系数为 1.201.20。以上算得的坝坡稳定安全系数均大于。以上算得的坝坡稳定安全系数均大于 1.201.20，故坝体安全。，故坝体安全。图 3-4 假定的滑动面 327第四章第四章 副坝副坝4.1 副坝设计副坝设计副坝底高程为 267m，顶部与主坝平齐，为 280.4m，顶宽与主坝顶宽相同，取8m，挡墙高与主坝相同，取 1.2m 图 4-1 副坝尺寸图 28 图 4-2 副坝荷载图 由公式(6-1)进行验算： (4-1)0cHB式中：H 坝高，H= m；4 .13-副坝底设计 混凝土容重，=24kN/m3；cc 水容重，=9.81kN/m3；00 扬压力折减系数，河岸取为 0.3。则：则： B=6.8B=6.8，故取与主坝顶宽度相同为，故取与主坝顶宽度相同为 8.5m8.5m。4.2 强度和稳定验算强度和稳定验算采用摩擦公式，计算校核水位下的抗滑稳定安全系数：K (4-2)PUWfK式中： 作用于滑动面以上的力在铅直方向分量代数和；W29 作用于滑动面以上的力在水平方向分量代数和；P 作用在滑动面上的扬压力；U 滑动面上抗剪摩擦系数。f据资料，混凝土与弱风化千枚岩之间的摩擦系数为 f=0.50.6，取f=0.5。4.2.1 荷载计算荷载计算 工况一（正常蓄水位）工况一（正常蓄水位）1） 扬压力Fa=H=9.81 10.2=100.1knwFb= Fa=100.1kN考虑在河岸段，扬压力折减系数=0.35 Fc=0.35 Fb=35.02kN2） 浪压力： （4-3）zmwLhhLP%14式中： 水的容重；w 波浪波长；mL 波浪浪高；%1h 波浪中心线高出静水位高度。zhzmwLhhLP%14 =9.816.21（0.774+0.303）/4 = 16.412KN易分析得出在校核洪水位时坝最不安全，则校核洪水位时1） 扬压力Fa=H=111.83kNw2674 .278)-(副坝底校核30Fb= Fa=111.83kN考虑在河岸段，扬压力折减系数=0.35 Fc=0.35 Fb=33.55kN2） 浪压力： （4-4）zmwLhhLP%14式中： 水的容重；w 波浪波长；mL 波浪浪高；%1h 波浪中心线高出静水位高度。zhzmwLhhLP%14 =9.816.21（0.774+0.303）/4 = 16.412KN 3）静水压力 P=0.59.8111.4=637.5KN 4 .11 排水孔设在离上游面 2m 处 U=0.5( FbFc )10.5Fc(8.5-2)=kN115.19855.355 . 61)55.3583.111(5 . 0 4）坝体自重 G=W=S=24（）=2503.2 kNc5 . 02 . 15 . 82 .12（2）稳定验算（抗剪强度公式）： K=1.76 PUWf)()5 .637412.16/()115.1982 .2503(6 . 0（6-5）由水工建筑物表 2-7 得，挡墙的 K=1.05（3 级建筑物，特殊组合） ，则K=1.761.05， 满足规范要求。31第五章第五章 趾板剖面计算趾板剖面计算(专题一专题一)5.1 趾板横截面趾板横截面如图示 5-1：图 5-1 趾板截面示意图5.1.2 岸坡段趾板剖面岸坡段趾板剖面夹角由下式计算： 212222122122221cosmBCLmBCmLBCm(5-1)式中： m 上游边坡，m=1.5； (C-B) 趾板段两端点高度之差； L 趾板段两端点在沿坝轴线方向的距离。5.1.3 河床段趾板剖面河床段趾板剖面夹角夹角由下式计算由下式计算： (5-2)122cos1mm32式中：m 上游边坡，m=1.5；趾板总共趾板总共 10 块。从左岸第一小段起，分别标为块。从左岸第一小段起，分别标为 1，2，3，10 号趾板。号趾板。计算结果如下：33表 7-1 各趾板角度计算表 7-2 趾板尺寸表趾板段第一段第二段第三段 第四段第五段第六段第七段第八段第九段第十段b260251243 237227.5 227.5227.5 240255260c276.8260 251243237227.5240255260276.8c-b16.89869.5012.515516.8l1.515.72031.529.943.2538.52016.6m1.551.551.551.551.551.551.551.551.551.55cosO.999 0.9140.8870.8540.8730.8400.9900.8860.8630.956角（度）1.8 24.027.531.429.030.317趾板分块（从左到右)趾板宽度s(m）趾板厚度（h）斜长段QT(m)面板端部下堆石体厚度a（m）最大水头(m)规范的宽度范围说明最小3m，最小0.3m可以取0.8-1.2m不小于0.9米用设计水头-趾板块最低高程根据最大水头140.440.817.21.723.44240.41.940.826.22.625.24340.41.630.934.23.426.84450.41.320.940.24.028.04540.41.520.949.72.484.97650.41.430.949.72.484.97750.44.910.949.72.484.94850.41.620.937.23.727.44940.41.430.9450.817.21.723.44345.3 配筋计算配筋计算趾板的结构应力较小，一般在趾板内布置一定数量的温度钢筋。趾板钢筋的各向含筋率可按照平板段设计厚度的 0.3采用。钢筋采用单层双向配筋，保护层厚度为 10cm。在周边接缝处加配构造钢筋。钢筋布置在趾板顶部，单层双向，各向含钢筋率为 0.30.4。由于此工程水头较低，趾板厚度较低，本设计采用单层双向配筋，保护层厚度取为 10cm。横向配筋率取为 0.3，纵向配筋率取为 0.3， 在周边接缝处加配构造钢筋。因趾板面积不相同，配筋也不相同：（1）第七块趾板：）第七块趾板：取单宽 1m，=0.3% ，则：min=1000(600-100)0.3%=1500mm2min0bhAs查水工钢筋混凝土结构学附录三表 2，可选用 18160，As=1590mm2。如图、图 5-2 第七块趾板配筋示意图（2）其他趾板：）其他趾板：取单宽 1m，=0.3% ，则：min=1000(400-100)0.3%=900mm2min0bhAs查水工钢筋混凝土结构学附录三表 2，选用 18280，As=909mm2。 图 5-3 其它趾板配筋示意图锚筋设计：采用直径 28mm 钢筋两向间距 1m，伸入基岩 5m，顶端弯成 180,弯钩与顶面温度钢筋勾连。35第六章第六章 溢洪道设计（专题二）溢洪道设计（专题二）6.1 引水渠设计引水渠设计设计工况下，下泄流量为 251，渠内限制流速在 1.53.0m/s.取 v=2m/s,故断面面积.mAVQA5.1210,2.1252251故渠底高程=277.2-12.5=264.7m 设计 引水渠近堰一段过水断面应呈自堰两边边墩起向上游逐渐加宽的喇叭口型，这一渐变段借助两边修导墙和渠底衬砌导墙长度取堰顶水头的 56 倍，即 2631.2m.墙顶可与最高洪水位相平，取=278.4m本设计因实用堰直通水库，引水渠较短，故堰前实有水深损失可忽略不计，同时导墙转弯半径不小于 46 倍渠底宽度6.2 控制堰的结构设计控制堰的结构设计6.2.1 闸室布置与构造闸室布置与构造1.1.闸墩闸墩门槽尺寸：门槽尺寸：工作闸门槽一般不小于 0.3m,取 0.4m;宽 0.51.0m,取 0.64m;检修门槽深一般 0.150.25,取 0.2m;门槽处最小厚度不宜小于 0.5m,故闸墩最小厚度 0.4+0.4+0.5=1.3m,取 1.5m;两道闸门间净距不宜小于 1.5m,取 2m闸墩顶高程确定：闸墩顶高程确定： 表 6-1(1)正常蓄水位水闸级别运用情况1234，5正常蓄水位0.3挡水时最高挡水位0.2设计洪水位1.51.00.70.5泄水时校核洪水位1.036 （6-1）123hhhh:正常蓄水位；1h：浪高；2h：安全超高3h本水闸级别为 3 级，故=0.4m =0.52m =276.8m3h2hmh1hh=276.8+0.4+0.52=277.72m(2)设计洪水位m46.27856. 07 . 02 .277h(3) 校核洪水位 m9.2785.04.278h综上所述，闸墩顶高程为 279.0m.闸墩长度取 6.5m2.2.工作桥工作桥采用固定启闭设备，桥的高度为门高的两倍加 1m 富余高度，故桥面高程为272+6 2+1=285m 堰顶高程3 3 闸门设计闸门设计 闸门顶高程应高于正常蓄水位 276.2m, 276.2-272=4.2m, 取门高 6m，闸门宽度=10+0.2 2=10.4实用堰的尺寸如图所示： 图 6-1 堰面曲线37本设计选取 WESI 型实用堰，设计定型水头 Hd 一般取孔口中心至交合水位的75%95%，即（75%95%） （277-272）=3.754.75m.取 Hd=5m上游面坡度取为 0k=2 n=1.85 （6-10.52.5dRHm2）a=0.175=0.875m dH （6-20.21dRHm3）R3=0.04Hd=0.2m0.2821.41dbHm （6-1.857.86xy4）本工程选用型式简单的等宽直线式泄槽。本工程选用型式简单的等宽直线式泄槽。6.3 泄槽水力计算泄槽水力计算6.3.1 泄槽水力计算泄槽水力计算泄槽临界水深 q 校核ch mgqhc99.481.91.3405.13232（6-5）渠底水头 T=278.4-264.7=13.7m, 校核 渠底高程行近流速=2.5m/s, 故上游有效水头0V mgVTT9.1381.9322200（6-6）根据根据SL253-2000的相关规定的相关规定: :38 （ 6-7）试算得， )97. 07 .13(81. 9295. 01 .3411hh402. 21mh 堰后收缩断面水深为 2.402m，此水深亦为泄槽水面线的起始水深 当 h=时，A=B=104.99=49.9m2QCA Richch mxARmBhxc50. 298.199 .49,98.191099. 422 对表面较光滑的混凝土渠道，糙率 n=0.012 代入数据，C=97.1161CRn ci50. 29 .491 .97341 故为陡坡 0020. 0cicii247. 015.1322327 .264根据根据SL253-2000的相关规定的相关规定: :水面线应根据能量方程，用分段求和法计算39 （6-8）做如下计算：做如下计算： 表 6-2 具体计算断面底坡 i断面水深h断面面积A流量Q断面流速v流速不均匀系数 aa*v2/2*gEsEs平均流速10.252.402 24.0234114.20 1.0510.79 13.12 0.72 14.46 20.252.317 23.1734114.72 1.0511.59 13.84 0.82 15.00 30.252.232 22.3234115.28 1.0512.49 14.66 0.93 15.58 40.252.147 21.4734115.88 1.0513.50 15.58 1.05 16.21 50.252.062 20.6234116.54 1.0514.64 16.64 1.20 16.89 60.251.977 19.7734117.25 1.0515.92 17.84 1.38 17.64 70.251.892 18.9234118.02 1.0517.38 19.22 1.59 18.45 80.251.807 18.0734118.87 1.0519.06 20.81 1.85 19.34 90.251.722 17.2234119.80 1.0520.99 22.66 2.15 20.32 100.251.637 16.3734120.83 1.0523.22 24.81 2.53 21.40 110.251.552 15.5234121.97 1.0525.84 27.34 3.00 22.61 120.251.467 14.6734123.24 1.0528.92 30.34 3.58 23.96 130.251.382 13.8234124.67 1.0532.58 33.92 4.61 25.53 140.251.292 12.9234126.39 1.0537.28 38.53 40湿周 x水力半径 R慥率 n谢才系数 C平均半径平均谢才系数平均 Js累积s14.80 1.62 0.01290.33 1.60 90.15 0.019 3.13 3.13 14.63 1.58 0.01289.97 1.56 89.77 0.021 3.56 6.69 14.46 1.54 0.01289.58 1.52 89.38 0.023 4.08 10.77 14.29 1.50 0.01289.18 1.48 88.97 0.026 4.69 15.47 14.12 1.46 0.01288.76 1.44 88.54 0.029 5.43 20.90 13.95 1.42 0.01288.32 1.39 88.08 0.032 6.33 27.24 13.78 1.37 0.01287.85 1.35 87.61 0.036 7.45 34.68 13.61 1.33 0.01287.36 1.30 87.10 0.041 8.84 43.53 13.44 1.28 0.01286.84 1.26 86.57 0.047 10.62 54.15 13.27 1.23 0.01286.30 1.21 86.01 0.055 12.95 67.10 13.10 1.18 0.01285.72 1.16 85.41 0.063 16.08 83.17 12.93 1.13 0.01285.10 1.11 84.77 0.075 20.43 103.60 12.76 1.08 0.01284.44 1.05 84.07 0.089 28.64 132.24 12.58 1.03 0.01283.70 经 Excel 计算，泄槽末端 h=1.292m. 6.3.2 边墙设计：边墙设计： 边墙尺寸边墙尺寸 根据水面曲线计算可知，泄槽最大水深为 2.402m。 则边墙高度为泄槽段掺气水深+（0.51.5m）安全超高所得； 根据溢洪道掺气规范：掺气水深计算如下 （6-9）在泄槽起始端时mhb387. 2402. 2)10020.142 . 11 (在泄槽末端时41mhb70. 1292. 1)10039.262 . 11 (则边墙高度定为 2.387+1.113=3.5 m。 图 7-2 边墙设计 边墙抗滑稳定分析边墙抗滑稳定分析泄槽上游段，山体比墙顶高程要高，稳定自然满足；在鼻坎偏上处，靠近坝的边墙不受土压力作用，靠近山体的边墙仍受土压力作用。根据规范，近坝边墙设置结构缝，与底板分开完建时完建时012填土的有效内摩擦角（38. 58+37. 72）=38. 15因静止土压力较大，故采用静止土压力.00K1 sin1 sin38.150.382 2.12.059.8120.36KN2土的重度单位长度方向静止土压力KNZKE6 .475 . 336.20382. 02121221001KNZKE97. 05 . 036.20382. 0212102222042KNVG2282.53.5012.5024）（自重 05. 145. 297. 06 .472285 . 0ccKPWfK泄校核洪水时泄校核洪水时对近坝导墙分析mh402. 2水起始断面 KNhP3 .28402. 281. 92121221水水向左静水压力 与向右的水压力相同，所以此工况下： KNZKE6 .475 . 336.20382. 02121221001KNVG2282.53.5012.5024）（自重水重KNVG6 .235)402. 210(81. 9 mhU37.1221扬压力水10202E0.97EKN土压力 05.184.497.0.647)4.126.235228(5.0ccKPWfK综上所述，边墙抗滑稳定满足要求综上所述，边墙抗滑稳定满足要求 基底应力分析基底应力分析（一）完建时（一）完建时对底板中心求弯矩 逆时针MKNhEM5 .555 . 3316 .47311011 顺时针MKNhEM158. 05 . 03195. 0311022kpaBMBGlL3 .2112)158. 05 .55(612228622maxkpaBMBGlL7 .1612)158. 05 .55(612228622min均远远小于地基承载力（大于 25MP）43 满足规范要求mGMe31241243. 0228158. 05 .55偏心距（二）泄校核洪水时（二）泄校核洪水时对近坝导墙分析水平水压力 P1 对底边中点求弯矩逆时针）（水MKNhPM8 .365 . 0402. 231.328).5031(11顺时针）（水MKNhPM8 .365 . 0402. 231.328).5031(12 土压力对底边产生的弯矩 逆时针MKNhEM5 .555 . 3316 .47311011土 顺时针MKNhEM158. 05 . 03195. 0311022土 KNVG2282.53.5012.5
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