混凝土宽缝重力坝设计大纲范本

1 FJD31030 FJD 水利水电工程 技术设计阶段 混凝土宽缝重力坝设计大纲范本 水利水电勘测设计标准化信息网 1997 年 4 月 2 水电站技术设计阶段 混凝土宽缝重力坝设计大纲 主 编 单 位 主编单位总工程师 参 编 单 位 主 要 编 写 人 员 软 件 开 发 单 位 软 件 编 写 人 员 勘测设计研究院 年 月 3 目 次 1 引 言 4 2 设计依据文件和规范 4 3 基本资料 5 4 坝体布置 7 5 坝体体形设计 9 6 坝体构造 16 7 坝顶建筑物与结构 17 8 坝基处理 20 9 水工模型试验 22 10 结构模型试验及有限元分析 23 11 大坝观测设计 23 12 工程量计算 25 13 应提供的设计成果 25 4 1 引 言 工程位于 是以 为主 兼有 等综合利用的水利水电枢纽工程 挡水建筑物 为混凝土宽缝重力坝 最大坝高 m 水库正常蓄水位 m 总库容 亿 m3 电站机组 台 总装机容量 MW 保证出力 MW 多年平均发电量 亿 kW h 本工程初步设计报告于 年 月审查通过 选定坝址为 2 设计依据文件和规范 2 1 有关本工程的主要文件 1 工程初步设计报告 2 工程初步设计审批文件 3 工程技术设计任务书 4 工程技术设计工作大纲 5 专题研究 含试验 报告 2 2 主要设计规范 1 SDJ12 78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 山区 丘 陵区部分 试行 及补充规定 2 SDJ217 87 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 平原 滨 海部分 试行 3 SDJ10 78 水工建筑物抗震设计规范 4 SDJ21 78 混凝土重力坝设计规范 试行 及补充规定 5 SDJ20 78 水工钢筋混凝土结构设计规范 试行 6 SDJ341 89 溢洪道设计规范 7 SDJ336 89 混凝土大坝安全监测技术规范 2 3 主要参考文献 1 水工设计手册 混凝土坝 华东水利学院主编 水利电力出版社 1987 年 2 重力坝设计与计算 潘家铮著 水利电力出版社 1965 年 5 3 基本资料 3 1 工程等别与建筑物级别 1 工程等别 等 2 建筑物级别 级 3 2 地震烈度 1 根据国家地震局 或有关单位 鉴定本工程地震基本烈度为 度 2 根据 SDJ10 87 的规定 本工程大坝设防裂度为 度 3 3 洪水标准 1 设计洪水重现期 a 2 校核洪水重现期 a 3 施工期坝体挡水洪水重现期 a 3 4 洪水流量 1 设计洪水流量 Q m3 s 2 校核洪水流量 Q m3 s 3 施工期坝体挡水洪水流量 Q m3 s 3 5 水库上下游防洪标准 1 水库调洪时坝前限制设计洪水位 m 2 水库调洪时坝前限制校核洪水位 m 3 水库调洪时设计洪水流量 Q m3 s 4 水库调洪时校核洪水流量 Q m3 s 3 6 水库上下游正常水位与流量 1 水库正常最高蓄水位 m 2 水库正常最低蓄水位 m 3 一台机组发电下游水位 m 4 一台机组发电下泄流量 m3 s 5 所有机组发电下游水位 m 6 所有机组发电下泄流量 m3 s 3 7 水文 坝址水位与流量关系曲线 3 8 泥沙 1 年水库泥沙淤积高程 m 6 2 淤沙内摩擦角 3 淤沙浮容重 t m3 3 9 气温与水温 1 月平均气温 见表 1 表 1 月平均气温表 年至 年 单位 月 份 123456789101112年平均 平均气温 2 绝对最高气温 绝对最低气温 3 月平均水温 见表 2 表 2 月平均水温表 年至 年 单位 月 份123456789101112年平均 平均水温 3 10 风速 风向和吹程 1 多年平均最大风速 m s 2 风向 风向多为 风 3 最大风压 kN m2 4 吹程 km 3 11 冰凌 冰冻期 月 月 日 月 日 冰层厚度 m 冰块融化时间 月 冰块尺寸 m m 流冰量 m3 3 12 坝址区地形资料 坝址区地形图 1 500 1 2000 3 13 坝址工程地质资料 1 坝区工程地质报告 2 坝区地质总平面图 1 500 1 1000 3 坝区地质剖面图 1 200 1 1000 4 坝区地质构造 断层破碎带 含缓倾角断层 软弱带 层 节理 裂隙的分 布等 3 14 基岩物理力学指标 3 14 1 混凝土与基岩的抗剪断系数 7 1 新鲜基岩 f c MPa 2 微风化基岩 f c MPa 3 弱风化基岩 f c MPa 4 混凝土与基岩间摩擦系数 f 3 14 2 基岩极限抗压强度 1 新鲜基岩 MPa 2 微风化基岩 MPa 3 弱风化基岩 MPa 3 14 3 基岩 含软弱带层 断层及影响带 弹性模量与波速 静弹性模量 MPa 动弹性模量 MPa 纵波速度 m s 3 14 4 软弱夹层和缓倾断层的抗剪强度 控制坝体稳定的软弱夹层和缓倾断层的抗剪强度 f c MPa 3 15 材料特性 1 混凝土容重 kN m3 2 钢筋混凝土容重 kN m3 3 混凝土泊松比 3 16 混凝土的设计强度和弹性模量 混凝土的设计强度和弹性模量 见表 3 表 3 混凝土设计强度和弹性模量表 单位 MPa 混凝土标号轴心抗压弯曲抗压抗 拉抗 裂弹性模量 4 坝体布置 提示 本阶段对初设阶段坝体布置进行复核 如发现问题 则需修改设计 4 1 坝轴线调整 如有下列情况发生 可对初设阶段确定的坝轴线进行适当调整 1 枢纽布置方案修改 提示 根据初设审查意见 枢纽布置由于水库运用条件有重大变更 致使原河床建 8 筑物布置发生困难 经过方案比较可以重新调整坝轴线 2 出现重大地质问题 提示 在补充勘探过程中 发现如下重大地质问题 可以考虑修改坝轴线 1 坝基深层发现软弱夹层 两库坝肩有大断层或不稳定岩体 经采取措施仍不 能解决问题或处理工程量过大 2 坝基下游发现较大构造带 致使泄洪消能设施布置困难 或引起坝址严重淘 刷 危及大坝安全 3 局部地形 地质问题 影响个别坝段的稳定 可将坝轴线修改或折线或弧线 以避免不利地形 地质条件 3 枢纽泄洪下游河道严重冲刷 提示 经水工模型试验验证 下游河道严重冲刷不可避免 尤其是下游河岸存在不 稳定岩体或有重要工业设施 采取护岸措施工程量过大 需考虑调整坝轴 线 4 2 坝顶高程复核与坝顶宽度确定 4 2 1 坝顶高程复核 根据本阶段重新复核的规划指标 按下式复核坝顶高程 h 2hL h o h c 1 式中 h 坝顶距水库静水位的高度 m 2hL 浪高 m h o 波浪中心线至水库静水位高度 m h c 超高 m 提示 hL h o h c参照 SDJ21 78 第 65 条 第 119 条以及附录三进行计算 4 2 2 坝顶宽度确定 提示 坝顶宽度应根据坝顶交通 设备布置 运行要求等确定 4 3 泄洪建筑物布置 提示 坝体布置一般首先考虑泄洪建筑物布置 使其满足枢纽泄洪要求 使下泄水 流不致掏刷坝基和其它建筑物的基础 并使其流态和冲淤不致影响其它建 筑物的使用 4 3 1 泄流能力验算及试验 根据已确定的表孔 深孔的孔数 孔口型式 孔口尺寸和孔口底坎高程等进行泄流能 力验算 并经水工模型试验验证 提示 1 计算可参照 SDJ21 78 附录一进行 2 如泄流能力不能满足运行要求 可修改泄洪表孔 深孔的有关参数 4 3 2 泄洪影响分析及试验 9 在对选定的表孔 深孔消能方案进行消能计算的基础上 分析泄洪水流对坝基及其它 建筑物的影响 并经水工模型试验验证 提示 1 计算可参照 SDJ21 78 附录一进行 2 如问题严重 可修改表孔 深孔的位置 分担的泄量 消能方式等 或 采取设置导墙等其它措施 4 4 引水建筑物布置 根据初设审查确定的水利动能设计要求 复核发电引水建筑物布置 同时需考虑地质 地形 泥沙淤积等条件以及与泄洪建筑物的关系 工农业供水取水口除应满足地质 地形 泥沙淤积等条件外 还应满足供水期的引水 高程和流量的要求 4 5 设于坝内的施工导流建筑物布置 根据初设审查确定的导流方案和地形 地质 水文等条件 复核设于坝内的导流底孔 明渠 缺口 梳齿等导流建筑物的布置 4 6 挡水坝段及其它建筑物布置 结合枢纽布置全面考虑其它坝段的布置 5 坝体体形设计 5 1 坝体设计荷载及其相合 5 1 1 坝体设计荷载及其组合见表 4 表 4 坝体设计荷载及其组合 荷 载 类 型 基 本 荷 载特 殊 荷 载 自 重 静水 压力 扬 压 力 泥沙 压力 浪 压 力 冰 压 力 土 压 力 动水 压力 其 它 校核洪 水静水 压 力 扬 压 力 浪 压 力 动水 压力 地 震 惯性力 地 震 水压力 其 它 荷 载 组 合 12345678910111213141516 1 正常 蓄水位 基 本 组 合 2 设计 洪水位 1 校核 洪水位 特 殊 组 合 2 地震 情况 10 施工期 注 冰压力在严寒地区应作为基本荷载考虑 5 1 2 荷载计算 荷载计算一般按 SDJ21 78 及补充规定附录二进行 1 坝体自重 坝体自重应按几何尺寸及容重计算 提示 混凝土设计容重的问题不可忽视 本阶段应由混凝土试验决定 避免施工 中才发现因容重不满足设计要求而影响坝体稳定 2 静水压力 3 扬压力 扬压力按 SDJ21 78 及补充规定中关于宽缝重力坝扬压力图形计算 提示 应谨慎采用抽排降低扬压力措施 对于地质条件较好的地基 提倡强迫抽 水降低扬压力 而当坝基地质条件复杂时 不应考虑采用此法降低扬压 力 4 泥沙压力 5 浪压力 6 冰压力 7 坝面动水压力 8 土压力 9 地震荷载 提示 根据坝高及坝的重要性不同可按三种方法计算 1 拟静力法 采用SDJ10 78 建议的地震惯性力分布系数计算 2 反应谱法 采用SDJ10 78 附录二中推荐的反应谱曲线对坝体进行动力 分析 3 时程法 若能收集到当地的地震记录或能选取可参考的地震记录 对重要 的高坝可采用时程法计算 5 2 坝体基本剖面优化 本阶段应根据坝体应力 稳定分析并结合施工条件 冷却系统 灌浆系统等布置 对 初设审查确定的坝体基本剖面进一步优化 提示 1 一般坝体上游坡可比实体重力坝稍缓 可缓于1 0 2 2 宽缝宽度一般为坝段总宽的20 40 3 宽缝头部在设计荷载作用下 任何部位都不出现拉应力 在满足上游面 防渗 止 排水系统和廊道布置要求的同时 宽缝头部最小厚度尚不应 小于 3m 一般约为 0 07 0 1 倍坝面作用水头 11 4 宽缝尾部应有足够的厚度 以满足应力的要求 一般不小于2m 寒冷地区应适当加厚 5 宽缝顶高程可根据工程具体情况优化 考虑到施工机械化水平 总进度 安排 减少施工封顶难度 能满足减低扬压力及坝体冷却纵缝灌浆系统 布置要求 低宽缝也是可取的一种形式 6 宽缝水平截面渐变坡度 平行坝轴线长度与垂直坝轴线长度之比 头 部一般用 1 1 5 1 2 0 尾部一般用 1 1 1 1 5 顶部垂直截面渐变坡 度 垂直高度与水平长度之比 一般用2 1 1 5 1 5 3 坝体抗滑稳定分析 5 3 1 计算方法 按抗剪断强度公式计算 K f W C A P 2 式中 K 抗滑稳定安全系数 W 垂直于滑动方向的法向力 kN P 沿滑动方向的滑动力 kN f 抗剪断摩擦系数 A 计算滑裂面的面积 m2 C 抗剪断凝聚力 MPa m2 提示 对于中型工程的中 低坝 若无条件进行试验时 允许用抗剪强度公式 K f W P 设计 式中 f 抗剪摩擦系数 其余同 2 式 5 3 2 参数选取 f f c 值需经野外及室内试验测定 提示 中型工程中的中 低坝 当无条件进行野外试验时 宜进行室内试验 并参 照类似工程的经验数据及SDJ21 78 及补充规定附录参考选用 5 3 3 安全系数 K 值不分工程级别 基本组合采用 3 0 特殊组合 1 采用 2 5 特殊组合 2 不小于 2 3 提示 按 K f W P 计算的 K 值 按 SDJ21 78 第 82 条采用 5 3 4 坝基深层抗滑稳定分析 提示 当坝基内有软弱夹层 缓倾角结构面及不利的地形时 应对深层滑动问题进行 专门研究 5 4 坝体应力分析 5 4 1 计算内容 12 1 整体应力 计算坝体选定截面上的应力 提示 根据坝高选定数个计算截面 包括坝基面 折坡处的截面及其它需要计算的 截面 2 局部应力 宽缝头部应力 5 4 2 计算方法 1 材料力学法 整体应力计算参照 SDJ21 78 附录三中宽缝重力坝部分进行 局部 应力计算可切取平面按一般材料力学公式计算 2 有限元分析 提示 建议采用经考证的大型结构分析软件 5 4 3 设计应力控制原则 1 坝基垂直正应力 在各种荷载组合情况下 地震荷载除外 坝基面所受最大垂直正应力应小于坝基容许 压应力 最小垂直正应力应大于零 在地震情况下的要求参见 SDJ10 78 2 坝体应力 1 坝体上游面最小主应力 不计扬压力 应满足 0 25 H 3 式中 水的容重 kN m3 H 坝面计算点的静水头 m 2 坝体最大主压应力应不大于混凝土的容许压应力 3 在地震情况下的要求见 SDJ10 78 4 坝体内一般不允许出现拉应力 宽缝坝离上游面较远的局部区域 可容许出现拉 应力 但不得超过混凝土的容许拉应力 其它孔口周围 溢流坝堰顶等部位可考虑配筋解 决局部拉应力问题 提示 上述应力控制原则是针对材料力学法计算的结果 对于有限元计算结果可 不受上述原则限制 但如果局部应力数值超过指标较多时应研究其原因 必要时设法改善 5 5 各坝段剖面详细设计 5 5 1 挡水坝段 挡水坝的剖面外形及缝腔尺寸宜按确定的基本剖面设计 提示 1 当地形 地质等条件有显著差别时 亦应尽量保持外形协调一致 首 先考虑调整宽缝顶高程 其次再考虑改变宽缝宽度 这些调整尚不能满足 要求时 再考虑采用不同的外形尺寸 13 2 对以下坝段应有专门考虑 1 位于电站坝段与溢流坝段之间的隔墩挡水坝段 布置上应考虑坝体 交通 检查 通风 冷却 观测等要求 坝顶要考虑发电 泄洪 供水等 控制系统的布置及观测用房的布置 2 位于电站 溢流坝两侧的挡水坝段内可布置与发电 泄洪建筑物有 关的附属建筑物及设备 如工业取水口 排沙孔等 缝腔内可布置储油 净水等装置 坝顶可布置门库 上游坝面可布置与检修闸门 排污 排漂 等建筑物有关的设备 3 位于边坡的挡水坝段 由于受力的特殊性 其宽缝顶部高程可降低 缝宽可减少 甚至改为实体重力坝 将缝腔缩小为骑缝廊道 5 5 2 溢流坝段 5 5 2 1 堰面曲线及反弧段设计 1 设置开敞式溢流孔时 可采用幂曲线 当设有胸墙时可采用孔口泄流的抛物线 提示 上述曲线的计算公式可参见SDJ21 78 附录一 2 堰面曲线的设计 应满足堰顶附近允许负压值的要求 3 反弧段及其下游体形结合消能设计确定 提示 上述堰面曲线 闸墩形式 下游消能设置的形式以及溢流坝上下游水流流 态 坝面压力 泄流能力等应经水工模型试验进一步验证 5 5 2 2 闸墩布置 提示 参见溢流坝闸墩设计大纲范本 5 5 2 3 坝段外形及缝腔设计 提示 结合稳定应力分析 在已确定的基本剖面基础上 再确定溢流坝外形及缝腔 尺寸 溢流坝段的上游面尽量与挡水坝段相同 下游面坡度可以稍加改变 5 5 3 深孔坝段 5 5 3 1 流道设计 提示 深孔可设计为无压孔或有压孔 以下仅以无压孔为例列出设计内容 1 进口有压段设计 提示 进口上唇曲线一般采用椭圆曲线 底板为圆弧 两侧采用椭圆或圆弧曲线 门槽后压坡段坡度建议取1 4 1 6 有压段进 出口面积之比不应小于 1 7 最终确定有压段体形时尚需通过水工模型试验 有条件时应进行减压箱 试验 2 明流段设计 提示 明流段有矩形 城门洞形和圆形 一般从进口依次为直线段 抛物线段和 反弧段 孔顶高度应考虑留有安全余幅 在直线段 当孔身为矩形时 顶 部距水面的高度可取最大流量时不掺气水深的30 50 孔顶为圆形 时 拱脚距水面的高度可取不掺气水深的20 30 孔顶为扁圆时 14 可参照圆顶孔的要求略予增加 5 5 3 2 闸门及启闭设施布置 提示 深孔坝段剖面设计与深孔闸门及启闭机布置有关 检修门一般为平板门 无压孔工作门可采用弧门或平板门 弧门启闭机室一般布置于坝内 平板 门启闭设施一般布置于坝顶 位于坝内的启闭机室 对坝体整体有一定削 弱 设计时应予考虑 5 5 3 3 坝段外形及缝腔设计 结合稳定应力分析 在已确定的基本剖面基础上 确定深孔坝段外形及缝腔 提示 由于流道的存在 本坝段缝腔设计应单独考虑 一般孔壁混凝土厚度不应 小于 1 倍孔宽 5 5 3 4 有特殊要求的深孔坝段 提示 1 有排沙要求的泄水深孔 孔口高程和尺寸需满足运行要求 对于为保证 电站进水口门前不被淤堵而设置的排沙孔 尚应设置检修门和事故门 并设置专门清淤设施 以防闸门淤死影响电站运行 2 有供水要求的泄水深孔 在多泥沙河流上应于进水口设置分层取水装置 国内常用的有关沉式和圆筒式两种 分层取水孔口前应设置拦污栅 5 5 4 电站坝段 提示 本节仅列出坝后式厂房的电站坝段设计内容 未包括河床式电站及引水式 电站的坝式进水口设计 5 5 4 1 进水口及压力管道布置 提示 参见进水口及压力管道设计大纲范本 5 5 4 2 闸门及启闭设施布置 提示 电站检修门及工作门启闭设施一般布置于坝顶 结合坝顶交通等要求确定 坝顶体形尺寸 5 5 4 3 坝基开挖线设计 提示 电站坝段因布置压力管道 使其下游侧开挖较深 需结合压力管道布置 对坝段基岩开挖线进行专门考虑 设计中需考虑下弯管段下部混凝土的厚度 满足结构要求 开挖台阶形状对整体抗滑稳定及施工的影响等 5 5 4 4 坝段外形及缝腔设计 根据稳定应力分析 在确定的基本剖面基础上 确定电站坝段外形及缝腔尺寸 15 提示 1 电站坝段如有特殊地质问题 可以考虑与坝后厂房联合作用进行稳定分 析 2 由于压力管道的存在 宽缝的宽度布置不宜太宽 建议采用缝腔顶高程 低于钢管下部的低宽缝形式 5 6 泄水建筑物的水力设计 5 6 1 泄水能力计算 提示 1 参见 SDJ21 78 附录一公式计算 2 本阶段一般应由水工模型试验验证 5 6 2 消能防冲设计 5 6 2 1 消能方式的选择 根据坝高 坝基及其下游河床和两岸地形 地质条件 下游河道水深和水位变化情况 并考虑过船 过木 排水 排推移质等要求 选择适合本工程的消能力式 提示 消能方式有挑流 底流 面流 戽流四种 例 挑流消能一般适用于坚硬岩石上的高坝 中坝 当坝基有延伸至下游 的缓倾角软弱层面可能被冲坑 切断 危及坝基稳定 或岸坡可能被冲 坍危及坝肩稳定时 均不宜采用 我国的工程实践经验证明 选用上述四种消能方式 再增设宽尾墩后 则 消能效果明显提高 建议选择不同型式宽尾墩 结合水工模型试验确定其结构 形式 具体尺寸等 5 6 2 2 消能工设计 提示 本大纲范本以挑流消能为例编写 1 设计原则 设计的消能工应能在渲泄设计洪水及其以下各级洪水流量时 尤其是常遇洪水流量时 都具有良好的消能效果 在校核洪水流量时 也不应造成严重破坏 2 挑流鼻坎高程 挑角大小 反弧半径的确定 一般凭经验确定 提示 鼻坎最低高程可略低于最高尾水位 但应高出鼻坎附近下游水面 连续式 鼻坎的挑角一般为15 35 左右 3 挑距 冲坑估算 提示 参见 SDJ21 78 附录一 计算各级流量下的挑距和冲坑 4 安全挑距的确定 一般根据最大可能冲坑深度及河床基岩节理裂隙 层面发育情 况确定 以不影响坝址基岩稳定为原则 提示 1 对于消能设计来说 模型试验尤为重要 需经模型试验验证消能效果并 优化挑坎尺寸 2 目前我国对新型消能工的研究有了很大进展 如宽尾墩 窄缝消能等 16 应尽量结合本工程具体情况 通过模型试验研究 采用新型消能工 6 坝 体 构 造 6 1 止水 提示 根据坝高 规模 部位 设置材料 结构不同的止水 设计应着重论证止 水材料 结构形式与尺寸 沥青井的设置应考虑加热设施以及沥青老化后的 排出措施 6 2 坝体排水 提示 靠近坝体上游坝面应设置坝体排水管 渗水通过排水管排入各层纵向廊道 设计应根据经验选择排水管间距 孔径 埋设方法与纵向廊道连接措施 和检修条件 6 3 坝体廊道及竖井 提示 一般应根据帷幕灌浆 排水 检修 观测 交通 沥青井加热 坝体冷却 和纵缝灌浆 供电 设备运行等需要 设置不同高程和尺寸的廊道及竖井 使其成为运行方便的廊道网络 1 设计应考虑合理分层和结构计算 2 设计应考虑防潮 结合水工建筑物的具体结构增加向坝体外的竖井 与纵 横水平廊道连接成通风良好的自然通风系统 3 廊道 竖井出口应设置出口门 该门应满足通风 保温等要求 6 4 坝内缝腔排水泵房 提示 1 廊道排水泵房 该水泵房布置在灌浆廊道中部 设计主要内容 1 水泵房布置 结构尺寸 坝体渗漏量的估算 排水沟 集水井布置 集水井的容积应满足水泵起动的需要 水泵选择 2 水泵台数至少两台 互为备用 3 机电设备要考虑防潮问题 2 缝腔水泵房 根据基础开挖后的地形 地质条件及沿坝轴方向长度 在 缝腔内布置一至二个排水泵房 设计时应考虑基础渗漏量大小 集水井 位置 尺寸 水泵的选择 至少两台 互为备用 水泵的电动机平台 高程和尺寸以及电气设备的防潮及检修条件等 6 5 坝体横缝 横缝间距与形式应考虑坝基地质条件 坝体稳定 温度应力 坝体布置 施工等因素 参考有关工程经验 并通过技术经济比较确定 提示 横缝分不灌浆 部分灌浆 全灌浆形式 决定因素是坝体稳定的需要 灌 浆缝应设置灌浆系统与键槽 选择适当时段进行灌浆 6 6 坝体纵缝 17 纵缝间距与形式应根据坝体布置 断面 温度应力 施工等因素来确定 提示 纵缝结构 1 垂直缝设灌浆系统和键槽 2 斜纵 设齿槽 不设灌浆系统 斜缝一般在中低坝采用较多 如果条件 具备也可采用通仓浇筑形式 即不设纵缝 3 竖直纵缝根据坝高 坝体结构和其它方面的需要 沿高度设灌浆分区 4 灌浆管路的埋设及灌浆措施 应充分考虑缝腔的有利条件 以减少投资 灌浆系统的埋设还应考虑补充灌浆 重复灌浆 的可能性 5 灌浆场地除缝腔外 应根据气候条件 选择在坝外或灌浆廊道内 6 7 混凝土标号分区 根据坝体混凝土不同部位和不同条件 采用不同的标号分区 提示 分区原则应符合SDJ21 78 及 SDJ20 78 的有关规定 7 坝顶建筑物与结构 7 1 坝顶宽度 提示 坝顶宽度应根据坝顶交通 设备布置 运行要求等确定 7 2 坝顶启闭机房与控制楼 7 2 1 坝顶启闭机房 提示 启闭机房的功能是保护设备 方便管理 建筑风格要求与大坝 环境相协调 在地震区其结构上要考虑防震问题 设计中还要考虑防火电缆通道要求以及设 备现场检修条件 7 2 2 控制楼 提示 1 控制楼应布置在设备集中地附近 一般位于中部最好 2 控制楼内一般布置闸门防冻设施 主要有空压机和储气罐 备用电源 柴油发电机 电缆夹层 动力盘和集中控制盘等 3 该楼内还设有办公室 接待室 卫生间等 此外楼内要有通讯 照明及 防火设施 4 另外建筑与结构设计同启闭机房 7 3 防浪墙和拦板 7 3 1 防浪墙 提示 该墙主要功能是承受风浪压力 其结构为钢筋混凝土板 墙高一般为 1 2m 墙体分缝与坝体分缝一致 外装修风格 颜色应与坝顶建筑物一致 7 3 2 拦板或拉杆 提示 栏板和拉杆布置在坝顶下游侧 为车辆 人行安全而设置 18 7 3 3 灯柱 提示 根据防洪 交通 防震需要设置灯柱照明 一般应与上游墙体相结合 7 4 坝顶框架 提示 这类框架一般设在电站进水口 其上承受桥式起重机 固定式卷扬启闭机的 荷载 框架为钢筋混凝土框架 设计时应考虑地震荷载 7 5 坝顶交通 7 5 1 回车场 回车场一般设在坝顶左 右两端 回车转向半径不小于 15m 7 5 2 坝顶公路 提示 坝顶公路如有交通要求 其路面宽度应满足交通部有关规范的要求 如坝 顶公路仅为枢纽自身管理需要 路面最小宽度应不小于6 0m 另在坝 顶上 下游侧设人行道 人行道宽度应不小于0 75m 路面为混凝土路面 以路中心向上 下路方向设1 的坡度 路边设排水孔 排至水库 7 5 3 上坝公路 提示 通向坝顶的公路 如为两岸公路干道 应按交通部有关公路设计规范设计 如为枢纽管理运行需要的公路 则公路应为三级公路 上坝公路坡度一般不 大于 5 局部不大于 10 路面宽度应不小于6m 最小转弯半径应大 于 15m 还应设有排水沟 7 6 电缆通道 7 6 1 竖井 提示 由于坝顶设有动力 照明等供电要求 这样由升压站 变电站至控制楼 应有电缆通道 由厂房至坝顶配电室 或控制楼 根据坝的结构设置竖井 或廊道 一般大 中型工程设有电梯井 结合电梯井设置电缆竖井 即可 满足要求 在中 小工程无电梯交通手段时 则可考虑结合楼梯井设置电 缆竖井 竖井至坝顶后则可与电缆沟连接起来 将电源接至配电室 7 6 2 电缆沟 提示 1 一般在坝顶一侧或两侧设置电缆沟 电缆沟设计应与人行道结合 即 电缆沟盖板上为人行道 2 电缆沟盖板应设计成活动盖板 沟内应设置排水管 将积水排至水 库 7 7 门库 提示 坝顶应设置溢洪道 电站进水口检修门的门库 其位置和尺寸应由金属 19 结构和水工设计人员按结构布置和闸门尺寸来确定 门库为钢筋混凝土结构 应设置排水管通往下游排水沟 门库周边应设置护栏 活动的 如过浮动 检修门的门库时 应进行方案比较 选择浮动门固定方便 运行安全 造价 低的方案 如浮体门贴坝体上游面布置 则门库侧面应设防浪板 以防浮体 门被风浪推倒 7 8 坝顶桥梁 7 8 1 交通桥 提示 大中型水利水电工程 特别是有交通要求的坝顶公路桥 设计标准应为汽 20 应满足交通部设计规范要求 没有交通要求的中小型工程标准可适 当降低 7 8 2 工作桥 1 固定式卷扬启闭机工作桥 提示 由厂家提供启闭机固定点位置 荷载 设计人员根据有关规范进行设计 结构设计应满足抗震要求 2 门式启闭机工作桥 提示 由厂家提供门式启闭机轨距 轮压等参数 设计人员根据有关规范进行设 计 结构设计应满足抗震要求 7 9 坝顶建筑 7 9 1 建筑处理 坝顶建筑风格要求应与枢纽布置 大坝结构及周围环境相协调 应考虑运行方便 美 观大方以及满足防火要求等 提示 应由建筑设计人员专门设计 以体现水利水电工程的特点 7 9 2 给排水 提示 坝顶建筑物因有运行人员 某些机电设备以及防火要求需要供水 同时还 应考虑排水设施 给排水管路穿过坝体横缝时应设置伸缩节或全包沥青油毡 水管还应考虑防冻要求 排水管出口应通向上游正常蓄水位以下 7 10 防冻设施 提示 溢洪道闸门 电站进水口拦污栅 浮动检修门均未考虑冰压力 因此这些 部位都应考虑防冻设施 防冻管路穿过坝体横缝时应设伸缩节 7 11 备用电源 自备柴油发电机 提示 柴油发电机组及盘柜等均应设在坝顶控制楼内 当控制楼无法安排时 另 在附近设置电厂 厂房设计应考虑建筑处理 给排水以及防火设计要求 20 8 坝 基 处 理 提示 混凝土重力坝的岩石基础 由于地质构造和大自然的风化形成各种缺陷 坝基处理设计的目的就是克服缺陷和改善地质条件 使基础具有足够的完整性 均匀性 强度 抗渗性和耐久性等 以满足坝基抗滑稳定性 承受坝体压力 渗透稳定性 减少不均匀沉陷 减缓岩体性质的恶化等 8 1 基础开挖 1 建基高程的确定 提示 建基高程的选择应由设计人员和地质人员共同研究确定 建基高程是基础 开挖的主要依据 应根据岩石的风化线 构造发育程度 岩性均匀程度 岩石 力学强度以及坝高 地基应力等因素来选择 一般高坝的建基高程应选择在岩 石风化程度为弱风化的中下限 如果弱风化层厚很薄 也可以选择微风化或新 鲜岩石上 并应在开工之后 根据现场的实际情况予以修改和调整 使建基高 程的选择更加合理 2 基础开挖设计 建基高程确定之后 应根据地形 地质资料 并结合重力坝对基础的要求 以及对坝 基混凝土防裂要求 提出开挖设计图和开挖技术要求 根据规范的要求 基础应分层开挖 严禁放大炮以免破坏基础 预留保护层人工撬挖 预留保护层厚度及其开挖 按 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范 SDJ211 83 进行设计 8 2 断层处理 根据断层规模的大小 断层内岩性组成不同 研究处理措施 形式 开挖深度 混凝 土塞子的配筋 分层分块等 提示 在坝基范围的断层上下盘岩石应进行加固处理 一般采用固结灌浆处理措 施 应同时研究在缝控内的断层是否需进行处理 8 3 软弱夹层处理 1 缓倾角断层 由地质人员给出坝基内断层走向 产状 基岩物理力学性质和指标 水工设计人员进 行深层滑动稳定分析 经复核认为影响大坝安全 应予以处理 提示 处理措施可采用混凝土键阻滑或者设置阻滑墙 2 夹泥层处理 21 由地质人员给出夹泥层的走向 产状 基岩物理力学性质指标 由水工设计人员进行 坝体深层滑动稳定分析后进行处理 提示 可采取混凝土单键 阻滑墙 混凝土网键等处理 软弱夹层根据情况也可 采用高压喷射置换固结灌浆处理 但灌浆压力工艺 孔排距布置 需通过 现场试验确定 8 4 破碎带处理 当遇到无法避开的破碎带 采取挖除部分 回填混凝土后 采取深孔固结灌浆处理 8 5 坝肩处理 提示 一般坡度较缓的岸坡采取开挖成台阶段 保持坝的稳定平台宽为坝段长的 1 3 左右 当岸坡大于45 以上时 应采取加强排水 岸坡内分层打平硐 硐内再打各方向排水孔 加侧向止水 接触灌浆 固结灌浆 锚固 横缝 灌浆等综合措施 使底部混凝土与上 下游岩体联成整体 保证坝体稳定 8 6 固结灌浆 坝基岩石一般裂隙较发育 岩石完整性较差 渗透性亦较高 弹性波速较低 因此需 要采取固结灌浆措施予以处理 提示 上下游坝块基础固结灌浆深度在8 12m 坝基中部灌浆深度 一般在 5 8m 另外根据裂隙张开度 坝基应力状况 进行浅孔或深孔固结灌浆处理 固结灌浆孔排距 灌浆工艺和灌浆材料以及压力 需要按现场试验确定 8 7 帷幕灌浆 提示 1 为了提高坝基抗渗性 在坝基的上游侧设置帷幕灌浆 防渗帷幕的深度 应根据坝高 岩质条件 岩石的单位吸水量以及重力坝对防渗的要求等 因素确定 若相对隔水层埋藏较深 其深度一般可取0 5 0 8 倍坝高 相对隔水层对于高坝抗渗性应达到或小于0 01L min m m 2 帷幕灌浆的孔 排距的布置 根据地质条件 水文地质 帷幕灌浆的试 验资料确定 灌浆压力 工艺需通过灌浆试验确定 在条件允许的情况 下 宜采用高压灌浆 以提高帷幕灌浆防渗效果和耐久性 3 有抽排要求的坝基 还需设置下游帷幕灌浆 以形成坝基抽排的封闭区 8 8 坝基排水 提示 宽缝重力坝坝基排水 除缝腔地基外 另在坝体内和坝体下基础面设排水 廊道 在缝腔内一般设 2 3 道排水廊道 1 第一道排水廊道设在坝体帷幕灌浆廊道内 位在帷幕下游侧 该排水孔为 斜孔 倾向下游 倾向角为10 15 孔深为帷幕深35 45 孔径 不小于 100mm 间距 3m 2 第二 三道排水廊道应设在缝腔上下游侧 中坝可减少下游排水廊道 该廊道直接坐落在基础表面 岩石表面不覆盖混凝土 在岩石上打排水孔 22 孔深为帷幕深 20 30 间距 3m 孔径 100mm 孔口设孔口管 该管 要高出地面 30 50cm 3 缝腔内在施工完毕后 应进行清理 至少排水廊道和集水井应互相沟通 如基础存在管涌问题时 应专题研究排水措施 以防基础破坏 如果两岸 很陡 地质条件又复杂 宜设多层排水平洞 在洞内打排水孔 如果岸边 存在稳定问题时 亦应考虑排水平洞 以降低地下水位 9 水工模型试验 9 1 断面模型试验 9 1 1 溢流坝断面模型试验 提示 确定流量系数 验证消能方式 溢流坝坝面压力 流速分布 水面线 侧收 缩 闸墩形式 进口 尾水流态 消能效果及冲淤情况 9 1 2 泄洪底孔断面模型试验 提示 研究底孔流速系数 进口曲线 洞身压力分布 流速分布 明满流时压力 流态 气蚀情况 消能效果 尾水流态 流速分布 9 2 半整体水工模型试验 提示 主要研究部分泄水建筑物 电站进水口泄水时的水库库面 泄水前缘流速 流态 相关的水力学问题 泥沙淤积与岸边或河道冲刷 淤积等问题 9 3 减压箱水工模型试验 提示 对泄水底孔 双层过水体型复杂的建筑物的进口曲线 门槽 闸室 泄槽 压力洞进行减压箱水工模型试验 主要研究压力分布 气蚀 流态 以改 进体型 水力学条件 结构措施等 9 4 整体水工模型试验 9 4 1 定床试验 提示 研究枢纽泄水建筑物泄流能力 压力流速分布规律 流态情况等 9 4 2 动床试验 提示 研究泄水建筑物上 下游流态 建筑物上的压力 流速 泄流能力 边孔流