设计说明书.doc

水工建筑物重力坝设计第一章 基本资料1. 基本资料1.1地质条件河床高程332 m。约有23 m覆盖层，岩石为石灰岩，较完整，节理不发育，风化层厚12 m无特殊不利地质构造。则河床可利用高程为332-3-2=327 m。坝基的力学参数：抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为。基岩的允许抗压强度为3000 kPa。地震的设计烈度为6度。1.2水文条件本枢纽属于中型等工程。永久性重要建筑物为3级，按规范要求，采用50年一遇洪水设计，500年一遇3洪水校核。经水文水利计算，有关数据如表1所示：表11 水文计算结果特征水位上游水位（m）下游水位（m）库容溢流坝泄量校核洪水位386.7335.212001680设计洪水位385.4334.311401250正常蓄水位383.5331.7895死水位350.01.3气象条件本地区多年平均最大风速为14m/s，50年重现期的最大风速取多年平均最大风速的1.5倍，水库吹程为2.6km。1.4其它有关数据 河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤积高程345 m。淤沙的浮重度为，内摩擦角为12。坝体混凝土采用C10，抗压强度为9.8MPa, 重度采用。1.5 枢纽总体布置 根据地形、地质、天然建筑材料等因素的考虑，本工程选用混凝土重力坝方案，重力坝由非溢流坝段核溢流坝段组成。第二章 非溢流坝设计2.1 剖面设计2.1.1坝顶高程的确定波浪要素按官厅水库公式计算 表21 防浪墙高程计算表基本情况水位高程防浪墙高程正常蓄水位383.521.002.601.0310.621.270.480.502.25385.75 校核洪水位386.714.002.600.627.080.770.260.401.43388.13 经过比较可知防浪墙高程为388.13 m，因此坝顶高程为防浪墙高程减去防浪墙高度1.2 m，则坝顶高程为386.93 m。坝高为2.1.2坝顶宽度考虑交通要求，坝顶宽度取7 m。2.1.3坝面坡度上游坝面采用上部铅直，下部倾斜，折点高程为356.96 m坡度为1：0.2；下游坡面采用基本三角形顶点与校核洪水位齐平的剖面形式；则折坡处向上延伸与校核洪水位相交。坡度为1：0.7，则下游折点高程为376.70 m。2.1.4坝底宽度 由上、下游折坡点的高程、坡度、坝顶宽度等几何关系可以求得坝底宽度为47.78 m，底宽与坝高比为0.8，在0.70.9之间。坝底宽度符合要求。2.1.5地基防渗与排水设施拟定由于防渗的需要，坝基面须设置防渗帷幕和排水孔，其中心线在坝基面处距离坝踵分别为6.9m、10m。初步拟定非溢流坝剖面图尺寸如图2-1所示。图2-12.2 抗滑稳定及坝体应力分析2.2.1荷载组合及计算选取两种荷载组合进行计算，分别为基本组合对应的是设计洪水位、偶然组合对应的是校核洪水位。荷载分布图如图2-2所示及计算表如附表1、2。2.2.2抗滑稳定分析对于本工程，岩石较完整，节理不发育，可以仅分析沿坝基面的抗滑稳定。A、设计洪水位情况（1）抗滑稳定极限状态取持久状况对应的设计状况系数；水工建筑物的级别为3级对应结构安全级别图2-2为级，则结构重要性系数；结构系数；抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为的材料性能分项系数分别为1.3，3.0；混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用C10混凝土，则标准值 ，设计值为 （2）坝址抗压强度极限状态设计状况系数，结构系数下游波度，坝底宽 对于坝址岩基：对于坝址混凝土：（3）正常使用极限状态（取用标准值）以坝踵不出现拉应力作为正常使用极限状态B、校核洪水位情况（1）抗滑稳定极限状态偶然状况对应的设计状况系数结构重要性系数；结构系数抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为的材料性能分项系数分别为1.3，3.0混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用C10混凝土，则标准值 ，设计值为 （2）坝址抗压强度极限状态设计状况系数，结构系数下游波度，坝底宽 对于坝址岩基：对于坝址混凝土：（3）正常使用极限状态（取用标准值）以坝踵不出现拉应力作为正常使用极限状态第三章 溢流坝设计3.1 孔口设计3.1.1泄水方式的选择重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流，开敞式溢流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蓄水位齐平，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，所以在这里采用开敞式溢流。3.1.2洪水标准的确定本枢纽属于中型等工程。永久性重要建筑物为3级，按规范要求，采用50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。3.1.3溢流前沿净宽L及单宽流量q的确定本工程地基岩石比较坚硬，单宽流量取。由确定净宽。列表如下： 表3-1孔口净宽计算表泄流量单宽流量净宽校核情况1680.0050.00100.0033.6016.80设计情况1250.0050.00100.0025.0012.50由上面计算，溢流坝前沿净宽取24m，孔口数为3个，每个孔宽度为8m。3.1.4溢流前沿总长度的确定闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用圆弧曲线型。中墩厚度d取2.54m，则前沿总宽为。3.1.5堰顶高程的确定 由堰流公式，初定，则忽略行进流速水头，即，则堰顶高程为计算水位减去相应的堰上水头。计算结果如下表： 表3-2堰顶高程计算表计算情况流量侧收缩系数流量系数孔口净宽对应上游水位堰上水头H0堰顶高程校核情况1680.000.950.50224.00386.7010.32376.38设计情况1250.000.950.50224.00385.408.47376.93根据上表计算，取堰顶高程为376.38 m。 3.1.6闸门高度的确定由计算门的高度。取门高为8.00 m。3.1.7 定型设计水头的确定堰上最大水头；定型设计水头 取；由，及查表得；，符合要求。3.1.8泄流能力校核 由堰流公式校核堰的泄流能力。其中，堰流为自由出流则，侧收缩系数按经验公式计算：，其中，对于与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰，边墩形状系数；对于闸墩形状系数由闸墩的头部型式、及闸墩头部与堰上游面的相对位置决定。流量系数决定于上游堰高与设计水头之比、堰顶全水头与设计水头之比以及上游面的坡度。计算结果如下表（）： 表3-3有关系数计算表校核水位5.201.091.0250.010.1设计水位5.200.950.9920.020.1 表3-4 泄流能力校核计算表流量系数侧收缩系数净宽堰上水头设计流量计算流量误差校核洪水位0.5150.9024.0010.321680.001625.62-3.34%设计洪水位0.4980.8924.009.021250.001282.592.54%由表可知误差小于5%，说明孔口设计符合要求。3.2消能防冲设计 表3-5计算挑坎有关数据表上游水位下游水位坝基高程上下游水位差泄流量未开挖地基高程下游水深坝基埋深校核洪水386.70335.20327.0051.501680.00332.003.205.00 根据地形地质条件选用挑流消能，挑坎体形采用连续坎，取挑角，挑流鼻坎应高出下游最高水位12m，那么取鼻坎的高程为。3.2.1反弧段半径的确定挑坎顶的水流平均流速按公式计算：其中：按经验公式计算：计算得： 则 计算坎顶水深，由；其中，;反弧半径取3.2.2水舌的挑距及可能最大冲坑的深度估算 由估算公式计算；其中， 代入参数求得。 计算冲坑深度，由其中，则所以，则说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝的安全。3.3溢流坝剖面设计确定WES曲线，堰顶O点上游三圆弧的半径及其坐标值为O点上游的曲线方程为按上式算得的坐标值如下表 表3-6计算WES下游曲面坐标值表yx0.074 1.000 0.266 2.000 0.563 3.000 0.959 4.000 1.449 5.000 2.030 6.000 2.700 7.000 3.456 8.000 4.298 9.000 5.223 10.000 6.230 11.000 7.318 12.000 8.486 13.000 9.733 14.000 11.058 15.000 下游直线坡率m=0.7，WES下游曲线与直线相切于点C，C点坐标为（14.202，9.994）。反弧段与直线相切于点D，D的坐标为（29.701，33.014）。绘出其基本剖面，由于上游侧超出基本剖面，故需要将溢流坝做成堰顶突向上游以满足溢流曲线的要求，倒悬高度为6.00m。如下图所示。图3-1第四章 重力坝主要构造4.1 坝顶构造4.1.1非溢流坝坝顶上游设置防浪墙，高为1.2m，厚度为0.4m，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水片。坝顶路面采用混凝土材料，由中心向两边倾斜，坡度为2%，两边设有集水管，汇集到上游，从上游排出到水库。两边设有行人道，宽度0.6m，高出坝顶0.3m。下游设有护栏，高为1.2m。坝顶总宽为7m。4.1.2溢流坝溢流坝的上部设有闸门、闸墩、门机、交通桥等机构和设备。4.1.2.1 闸门的布置工作闸门布置在溢流坝的顶部稍微偏下游0.08m，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。采用平面钢闸门，门的尺寸为高宽=89m，工作闸门的上游设有检修闸门，两门之间的距离为2.759m。 4.1.2.1闸墩闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用圆弧曲线型。中墩厚度为2.54m。长度为18.88m。两个门槽深为0.5m，宽为1.0m。4.1.2.3 门机和交通桥坝顶高程与非溢流坝顶同高。坝顶上设有门机，轨距为10.0m，高为10.0m。下游设有交通桥，宽6.0m。坝顶总宽18.88m。4.2 坝体分缝与止水4.2.1 横缝与止水垂直于坝轴线布置，内有止水。坝体设有两道止水片和一道防渗沥青井。止水片厚度为1.0mm的紫铜片，第一道距上游坝面1.0m，止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。中间设有直径为20cm的沥青井。第二道设在沥青井后面。在横缝止水之后，设置排水井。4.2.2 纵缝纵缝与坝面正交，纵缝为临时性缝，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆。4.3 廊道系统与坝体排水4.3.1 廊道系统4.3.1.1灌浆廊道廊道距坝底3.75m，上游侧面（中心点）距上游坝面6m。形状为城门洞形，宽为2.5，高为3.5m。内部上游侧设有排水沟、下游侧设有坝基排水孔幕及扬压力观测孔，并在最低处设置集水井。廊道随坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度为40。4.3.1.2坝体排水廊道自灌浆廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道。共2层。形状为城门洞形，其上游侧（中心点）距上游坝面3m，底宽1.4m，高2.5m。排水管与廊道的连通方式为直通式。4.3.2 坝体排水距上游坝面3m出设置一排竖直排水管。管径为20cm。上端与校核洪水位同高，下端通至廊道。灌浆廊道与上一个排水廊道倾斜布置，其余为垂直