《混凝土拱坝设计规范》修编内容介绍.pdf

E l e c t r i c P o we r S t a n d a r d i z a t i o n Co n s t r u c t i o n C o s t I n f o r ma t i o n 6 2 0 0 7 总第 6 4期 混凝土拱坝设计规范 修编内容介绍 I n t r o d u c e o f Ne w C r i t e r i o n f o r Co n c r e t e Ar c h Da m De s i g n i n El e c t r i c p o we r I n d u s t r y 摘要 关键词 l 前言 饶宏玲 中国水电顾问集团公司成都勘测设计研究院 成都 6 1 0 0 7 2 电力行业标准 混凝土拱坝设计规 范 已于 2 0 0 6年修订完成 新标准结构计算遵照 G B 5 0 1 9 9 一 l 9 9 4 水利水电工程结构可靠度设计统一标准 规定的原则进行 同时 新标准 在 总结拱坝设计新经验 新技术的前提 下 对原规范条文进行 了修改 增减及调整 在 此 对主要修 改内容作一 简单介绍 原规范概率极限状 态设计 混凝土拱坝设计规范 试行 S D 1 4 5 8 5 于 1 9 8 5年 由原 电力工业部 水利部颁发 试行 2 O 年来 对我 国拱坝设计发挥 了重大作用 这 2 O年 也是我 国拱坝建设 大发展时期 在混凝土拱坝的 设计 施工及科学试验方面 积累了大量新技术和 新经验 本着不断总结实践经验 积极慎重地采用 和推广新技术 力求提高工程的经济效益 使拱坝 设计更符合安全实用 技术先进合理的要求 将成 熟 的 可靠的新技术 新经验引入规范是必要 的 2 0 0 3 年 水利部修编的 混凝土拱坝设计规范 颁 布 我院作为主编单位修编的电力行业标准 混凝 土拱坝设计规范 已于 2 0 0 6年修订完成 在此 对 新标准作一初步介绍 2 修编主要 内容 2 1 总则 考虑到我 国超过 1 0 0 m的已建拱坝较多 有 很多成功的经验 且建基面标准 防渗帷幕设计标 准 以及有关监测 有限元计算 模型试验等问题 都是根据 l oom 5 0 m来划分的 故本次规范修编 l 8 把原规范中的坝高划分改为 低坝的高度为 5 0 m 以下 中坝的高度为 5 0 m l oom 高度在 l oom以 上者为高坝 根据拱坝建设实际经验 混凝土拱坝的设计 应重视 的问题增加了应重视优选枢纽布置和拱坝 布置 合理选择拱坝建基面和拱坝体形 拱座稳定 及基础处理设计 高拱坝泄洪消能及雾化影响研 究等工作 2 2 拱坝布置 2 2 1 拱坝体形选择 取 消了原规范第 2 2 2条 u 型河谷有利 于 选 择双 曲拱坝 V 型河谷有利于选择单 曲拱坝 的界定 根据工程经验 u 型河谷和 V 型河谷 都可以选择双曲拱坝 取消了原规范 对 l 2 级工程 坝体最后形状 与尺寸的确定 应经过结构模型试验或有 限元法 计算论证 的要求 2 2 2泄洪布置 根据近年来拱坝设计 运行的经验总结 拱坝 泄洪布置一节条文在原规范条文基础上 重新进 行了合并 修改和补充 增加了重要工程或大型工 程的泄洪布置需经模型试验论证的要求 并将原 规范泄洪布置中各种条件下可 以选择的拱坝坝身 泄洪方式的说明 修改后纳入条文说明 维普资讯 6 2 0 0 7 总第 6 4期 电力标准化与技术经济 原规范在 编制说 明 中提及 应允许在任何 拱坝布置中 首先考虑拱坝坝身泄洪的可行性 新标准将其纳入条文 根据我 国近年来修建拱坝 的建设经验 优先考虑坝身开孔泄洪方式是一条 成功的经验 符合我 国河流所具有的河道狭窄 水 头高 泄洪量大的特点 2 3水力设计 在一般原则中 增加了对雾化进行研究及岸 坡保护设计的要求 2 3 1 泄水建筑物 规范中增加了可通过调整孔 口布置及采取辅 助消能工分散水流 抵消拱坝泄流向心集中的不 利影响的内容 根据 D L T 5 1 6 6 2 0 0 2 溢洪道设计规范 将 表孔溢流堰顶附近堰面压力应符合的规定修改 为 1 设计洪水位 闸门全开情况 堰顶附近负压 值不得大于 0 0 3 MP a 2 校核洪水位闸门全开情况 堰顶附近负压 值不得大于 0 0 6 MP a 根据实际工程经验 新标准 中增加中孔 深孔 孔壁混凝土应具有抗冲磨抗空蚀性能 流速和压 力较高的有压孔宜采用钢衬 当采用抗蚀耐磨材 料衬砌或钢衬时 应与坝体混凝土有可靠结合的 要求 2 3 2消能防冲 消能防冲设计方面 对原规范挑流 跌流消能 的条文进行 了归纳及修改 并将具体设计时应考 虑的一些因素从原规范的条文纳人新标准 的条文 说明中 由于 D L 5 1 0 8 1 9 9 9 混凝土重力坝设计 规范 D L T 5 1 6 6 2 0 0 2 溢洪道设计规范 涉及水 垫塘设计的条文不多 而拱坝采用坝下水垫塘的 消能方式较多 新标准对水垫塘的设计提出 8条 具体要求 由于 D L 5 1 0 8 1 9 9 9 混凝土重力坝设 计规范 D L T 5 1 6 6 2 0 0 2 溢洪道设计规范 中已 有底流消能及戽流消能的规定 故新标准简化 了 底流消能及戽流消能的条文 取消了原规范 3 4 3条 对于水流可能引起严 重振动的泄水建筑物 应通过论证或类似工程经 验 论证其振动不致威胁坝体或厂房等主要建筑物 的安全 并采取相应的抗震措施的规定 取消了原 规范 3 4 4条水平护坦动水压力计算的参考方法 2 4坝体混凝土 采用混凝土强度标准值代替混凝土标号表示 坝体混凝土强度 规定坝体混凝土强度按混凝土 强度标准值表示 原规范未对拱坝混凝土的抗渗和耐久性作 出 具体 规定 新标 准参照 D L T 5 0 5 7 1 9 9 6 水工混 凝土结构设计规范 D L 5 1 0 8 1 9 9 9 混凝土重力 坝设计规范 规定的条文 结合拱坝受力特性作出 若干具体规定 2 5作用与作用效应组合 2 5 1 作用 根据 G B 5 0 1 9 9 1 9 9 4 水利水电工程结构可 靠度设计统一标 准 规定 将原规范 中出现的 荷 载 一词 更名为 作用 荷载组合 更名为 作用 效应组合 容重 一词更名为 重度 单位由 t m 改为 k N m 原规范对温度荷载计算 的阐述不太明确和清 晰 故新标准对温度作用的定义及计算进行了全 面整理 原规范规定在进行坝体应力分析时 除薄拱 坝外 一般宜考虑扬压力作用 根据设计经验 一 般在进行有 限元 开裂分析时才考虑拱 坝的扬压 力 因此 取消了原规范 在坝体应力分析时 宜考 虑扬压力的作用 的规定 2 5 2作用效应组合 新标 准 的结 构计 算是根 据 G B 5 0 1 9 9 1 9 9 4 水利水电工程结构可靠度设计统一标准 规定的 原则制定的 与原规范经验安全系数设计法有很 大差异 作用效应组合一节编写内容在原规范条 文的基础上 根据 G B 5 0 1 9 9 1 9 9 4 水利水电工程 结构可靠度设计统一标准 对设计状态及作用组 合的定义进行 了重新调整 原规范基本组合只规定正常蓄水位及相应尾 水位 自重 设计正常温降 扬压力 泥沙压力 浪 压力的作用效应组合 八 十年代 以来进行拱坝设 计 的计算中发现 设计正常温升与设计正常温降 都可能是设计控制情况 故新标准将温升 温降均 列人基本组合 同时要求在偶然组合中地震情况 下也要校核温升温降 隋况 基本组合还增加了设 计洪水位及相应尾水位 自重 设计正常温升 扬 压力 泥沙压力 浪压力 动水压力 的作用效应组 合 2 6拱坝应力分析 2 6 1 拱坝应力分析 内容 1 9 维普资讯 E l e c t r i c P o w e r S t a n d a r d i z a t i o n C o n s t r u c t i o n C o s t I n f o r ma t i o n 6 2 0 0 7 总第 6 4 期 基本上保持原规范内容 作了几点补充和修 改 1 原规范规定要分析 基础变形对 坝体应力 影响 基础变形一词在计算操作上不明确 修改 为 基础变形模量变化对坝体应力影响 2 在分析封拱温度对坝体应力的影响方面 补充 了 优选对坝体受力有利 的封拱温度 的要 求 国内一些工程采用超冷封拱 对减小坝体拉应 力 改善稳定条件有较大作用 二滩工程封拱温度 普遍超冷 l 一 2 乌江渡工程也采用过超冷措 施来增加拱座 的稳定性 3 原规范 5 1 2 中第 7 条规定要验算单独坝 段的抗倾覆稳定性 该规定不明确 因此取消了该 项验算 2 6 2拱坝应力分析方法 取消了原规范对拱坝应力分析进行结构模型 试验验证的要求 同时 增加了以下要求 用拱梁 分载法进行应力分析时 应结合地形 地质条件 合理布置拱梁网格体系 在应力梯度变化较大处 宜加密网格 对坝高超过 1 0 0 m的拱坝 宜采用不 少于4向变位调整的拱梁分载法程序进行计算 用弹性有限元法进行坝体应力分析时 基础计算 范围不小于 1 5 倍坝高 应力计算成果应进行等 效处理 即将断面上的应力分布按合力和一次矩 相同的条件 转化为等效 的线形分布处理 根据工 程的重要程度和必要性 可采用非线性有限元法 进行弹塑性分析等规定 2 6 3 拱坝应力控制指标 新标准的应力控制标准 采用分项系数设计 表达式替代了原规范的单一安全系数表达式 并 引入了有限元法应力等效处理来分析坝体应力的 控制标准 新标准采用概率极 限平衡状态设计原则 引 入强度安全的分项系数表达式 并分别给出了各 分项系数值 2 7拱座稳定分析 原规范对滑动体及滑裂面 的定义不太 明确 本次进行了一些修改 同时 对拱座稳定计算中应 考虑的作用进行了规定 并将原规范刚体极 限平 衡 的剪摩 和纯摩公式 改变为分项 系数 的表达形 式 将原规范 变形稳定及其他 一节修改为 整 体稳定及其他 2 0 2 8基础 处理 将原规范的 坝基处理 改为 基础处理 基 础 一词 比 坝基 一词 涵盖 的范 围更广 更加全 面 规定中增加了对岩溶处理的有关要求 并提出 基础处理设计应明确施工质量控制和检验手段 2 8 1坝基开挖 新标 准对坝基岩体风化程 度的要求适 当放 宽 规定高坝应开挖至 类岩体 局部可开挖至 类岩体 中低坝可适当放宽 新标准规定拱坝建基面的确定还应综合考虑 坝基开挖后上下游边坡的稳定及加 固措施 新标准规定在坝基开挖设计中应对控制爆破 提出要求 并通过现场试验和施工实际不断对爆 破参数进行调整 以减轻开挖爆破 引起的建 基面 岩体的破坏 并提出应对开挖后的坝基地质条件 进行复核和补充评价 进一步落实基础处理方案 2 9坝体构造 2 9 1 坝顶布置 原条文中未说 明启闭机室或启 闭机排架布置 要求 新标准以予增加 原规范条文未对坝顶 电缆 沟布置作明确规定 目前拱坝细部设计 中 因不重 视此问题 的工程教训不少 有的工程电缆布置零 乱 且不便保护 坝顶亦不美观 沟盖板需承受过 车荷载时 不注意结构强度 的破坏情况亦不少见 因此 作出专门规定 另外 新增坝顶照明布置 的 规定 2 9 2 接缝灌浆 接缝灌浆是保证拱坝完整性 的重要环节 故 新规范在原规范 8 2 4条规定的基础上 新增 和扩 充成单独 接缝灌浆 一节 接缝灌浆必须在具备 一 些基本条件下进行 才能保证拱坝具有整体性 2 9 3坝内廊道和交通 基础廊道一般除灌浆外 还兼有监测和排水 等其他任务 故修改原基础灌浆廊道的提法 取消 灌浆二字 新标准廊道类别按廊道功能划分 坝内 廊道分为基础廊道 监测廊道和交通廊道三类 对监测廊道 原规范未作 明确提示 已经建成 的拱坝 中 监测廊道设计走过弯路的工程实例也 不少见 要么通视不好 要么布置拥挤 和监测条件 甚差 由于是今后运用中经常运用的廊道 故专 门 增列了对监测廊道的一些布置要求 下接第 3 9页 维普资讯 6 2 0 0 7 总第 6 4期 电力标 准化与技术经济 列 O HS A S 1 8 0 0 0 I S O 2 7 0 0 0等 系列标 准 的企 业 而量 身 定制 的标 准 由此 可 见 I S O 9 0 0 0 I S O 1 4 0 0 0 O H S AS 1 8 0 0 o I S O 2 7 0 OO 等标准 的应用是 企业标准体系的发展 而企业标准体系为 I S O 9 0 0 0 I S O 1 4 0 0 0 O H S A S 1 8 0 0 0 I S O 2 7 OO0等标准 体系的建立与实施打下了良好的管理基础 企业 进行贯标 应重视企业 自身的标准化研究工作 的 成果 提取里面积极成功的成分 作为企业现代化 管理的有益补充 以进一步提高企业的整体绩效 如果企业还没有贯彻 各管理体系 标准 那么在 具体应用过程中可以完全按照企业标准体系系列 标准的要求 建立自身的企业标准体系 如果企业 已经贯彻单个或多个管理体系标准 则应充分考 虑标准的具体条款的内容 再对应 G B T 1 5 4 9 7 G B T 1 5 4 9 8 标准相应条款 把 各管理体系 的所 有条款所具有 的文件全部融人企业标准体 系 实 现企业标准的唯一性 解除标准化工作中的困惑 提高企业管理的效率 保持企业标准体系 各管理 体系的有效性和充分性 口 上接第 2 O页 在新标准中提醒要注意廊道 水泵室 电梯井 等部位的消防安全设计 2 9 4 坝体止水和排水 根据工程实践经验 增加 了下游最高洪水位 以下的横缝下游面 溢流面以及陡坡坝段坝体与 基础接触面等部位 均应设置止水的要求 止水材 料选用除紫铜片外 还可选用不锈钢等 同时提 出 对于高地震区高拱坝的止水 应做专门的研 究 2 1 O温度控制 2 1 0 1 温度控制标准 对基础混凝土允许温差应加以论证 的情况 增加 了对施工期过水度汛的浇筑块需要论证的要 求 上 下层温差仍采用原规范标准 近年来也无 突破 强调了加强坝面保温的重要性 并规定 了温 控设计应进行表层混凝土温度应力分析和表面保 温设计 并增加了对 内外温差的规定 2 1 O 2温度控制措施 强调应重视混凝土原材料和配合 比的研究 改善混凝士陛能 提高混凝 土 自身抗裂能力 2 1 1 安全监测设计 原规范本章为 观测设 计 设置本章的 目的 在于监控工程在施工 蓄水和运行期的工作状态 和安全 因此 更改为 安全监测设计 另外 由于 D L T 5 1 7 8 混凝土坝安全监测技术规范 已颁布 执行 原规范的附录四 观测设计要求 取消 2 1 1 1 一般原则 补充了安全监测设计应考虑地形因素的要 求 因为跨高比大的拱坝 对稳定和应力条件影响 更大 取消原规范将监测项 目划分为一般性监测 和专门性监测 的提法 这易引起误