重力坝课程设计

重力坝课程设计专班姓学1目录..........42.7...2.7.43设计说明书1基本资料及设计数据1.1基本资料1.1.1概况流域面积474江，南城以下为抚河中下游主流，杨溪水库坝址位于驿前河杨溪附近，坝址以上流域面积为138平方公里，主河道长27.8公里，平均比降1.1.2枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪，航运，养鱼及供水等任务进行开发。1.1.3地形，地质概况1）地形情况：库区内地形三面环山，地势西南高，北部低，其中以西南部河流发源地灵花仙山山峰最高达991米（黄河标高，后同）库区河流大致为自西26属于我国东部地区新华厦构造体系，构造线大致呈北东方向，发育走向北北东的褶皱系和断裂带。根据江西——福建等震线图，本区的地震烈度为六度。区内出露的岩性主要有前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩及零星的第四纪覆盖物。3）库区工程地质条件：库区出露地层为前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩，此外零星分布的厚度很小的冲击沙，卵，石层及坡亚粘沙土层。库区仅见驿前大断层通过，但远离坝区，此断层为压扭性断裂，破碎带挤压紧密，且被第四纪坡残土层覆盖，因此不成为库区渗漏通道。此外，库区主要有变粒岩和混花岗岩组成，岩石渗透性小，四周山体雄厚，又无大的临谷，故库区无渗漏之虑。库区尚未发现大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地质现象，山坡固体径流来源不丰富，因此，库区淤积问题不致严重。此外，库区除了下陌村及部分田外，尚无有价值的矿产资源和文物古籍被淹没，故淹没损失小。1.1.4水文，气象概况172023364月，约占全年降水量的2）气温：每年平均气温为18度,实测极端最高温度40年8年1年7平均最低气温2.3年11504.9毫米，月最大蒸发量309.7年7年24）湿度：多年平均相对湿度80%，月最小相对湿度8%。米/秒，多年最大风速20向为南风。1828.5小时，无霜期多年平均为273天。1.2设计数据（1）杨溪水库的设计洪水位为236.26米，校核洪水位为237.17米，下游水位高分别为米。期的多年平均最大风速为20（3）坝顶高程的确定：设计水位和校核水位均进行计算，取其较大者，作为最后的坝顶高程。米。ET/m62cET/m62FRs=0.8T/m314度计洪水下泄流量237.17米Ng2重力坝设计2.1工程等别及建筑物级别的确定等，见表：5在本设计中，水库总库容为2840万立方米，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ级。及其在工程中的作用和重要性分为五级和三级，见表：级，次要建筑物级别确定为4级。2.2剖面设计2.2.1剖面设计原则6抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生大扬压力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然2.2.2基本剖面设计根据规范2005实体重力坝上游坝坡宜采用1，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用11；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由203m，下游坝坡取1。7图2.2.3实用剖面设计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，在静水位以上还应留有一定的超高。坝顶宽度B和坝底宽度B：BB≥当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。当在坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。2.坝底宽度约为坝高的倍2.2.2坝顶高程（分别按照设计情况和校核情况计算）坝顶高程由静水位与相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。防浪墙顶至设可由下式计算：Δhhhh1%zc式中：h为累计频率为时的波浪高度，m;h为波浪中心线高于静水位的高度，；z8h为安全超高，。c安全超高h如表：c根据官厅水库公式：h0.0166V54D13l0L10.4(h)0.8lh2lLHhzL式中：h为波高；L为波长；DV为计算风l0H为坝前水深。官厅水库公式，适用于V小于20m/s及D小于20km的山峡谷水库。当0gD/V=20~250时，为累计频率为的波高h；当gD/V=250~1000时，为累2205%0计频率的波高h。且h=1.24h。10%1%5%在正常蓄水位和设计洪水位时，库面风速V宜采用多年平均最大风速的1.5-2.0倍；在校核洪水位时，V宜采用相应洪水期多年平均最大风速。该混凝土重力坝结构安全级别为3hc分别取0.4m和。坝顶高程设h设校h校2.2.3坝底高程92.3稳定设计2.3.1分析的目的核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面的抗滑稳定的安全度。2.3.2滑动面的选择一般有以下几种情况：①坝基面②坝基内软弱层面③基岩缓倾角结构面④不利的地形⑤碾压混凝土层面等。基面进行抗滑稳定分析。2.3.3沿坝基面的抗滑稳定分析1）抗剪强度公式，计算公式如下：s式中：W为接触面以上的总铅直力；P为接触面以上的总水平力；U为作用在接触面上的扬压力；f为接触面间的摩擦系数。KS坝的级别21.101.051.001.051.001.001.051.001.00特殊组合f'(WU)cP'AK'sK'——抗滑稳定安全系数，不小于下表的规定：s1K's式中：WPf'——抗剪断摩擦系数；c'A混凝土与坝基接触面变形模量E(GPa)0cf'c'ff'ⅠⅡⅢⅣⅤ－2.4应力分析2.4.1分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料分区，某些部位配筋提供依据。2.4.2分析方法应力分析的方法有理论计算和模型试验两类。理论计算又分为材料力学法和弹性理论法，材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地质比较简单的中低坝；本工程坝高239.098-182.4=56.698m在30m~70m2.4.3单一安全系数法按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力。ΣM——作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总坝体最大主应力按下游边缘最大主应力计算：坝趾抗压强度计入扬压力情况下的极限状态作用效应函数为坝趾抗压强度极限状态抗力函数为为混凝土抗压强度。以坝踵铅直应力不出现拉应力作为正常使用极限状态。2.5构造设计2.5.1横缝为了减少温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求，沿坝轴线方向设置横缝。横缝间距一般为厚的紫铜片，第一道止水片距上游坝面20cm的沥青井，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。2.5.2纵缝为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度压力，在平行坝轴线方向2.5.3坝体排水为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕。排2m。排水管间距2.5.4廊道系统为了满足灌浆、排水、观测、检查和交通等的要求，需求在坝体内设置各种不同用途的廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。其中包括：坝基灌浆廊道、检查和坝体排水廊道。坝基灌浆廊道3～4m，底面距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度。检查和坝体排水廊道在靠近坝体上游面沿高度每隔15～30m0.07倍水头，且不小于2.5.5坝顶坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，其结构为钢筋混凝土结构。防浪的人行道，并高出坝顶路面2.6地基处理2.6.1坝基的开挖与清理DL5108—1999《混凝土重力坝设计规范》要求：混凝土重力坝的建基面应根据岩体物理性质，大坝稳定性，坝基应力，地基变形和稳定性，上部结构对地基要求，地基加固处理效果及施工工艺、工期和费用等经济技术条件比较确定。部基岩上；两岸岸坡较高部位的坝段，其利用基岩的标准可适当放宽。2.6.2坝基的固结灌浆固结灌浆也一般布置在应力较大的坝踵和坝址附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆也呈梅花状或方格状布置，孔距、排距和孔深取决于坝高和开始，采用内插逐步加密的方法，最终约为2.6.3帷幕灌浆DLq100m坝高在50m2.6.4坝基排水倍，高、中坝的排水孔深不宜小于2.7溢流重力坝和泄水孔的孔口设计2.7.1泄水方式选用表面溢流式，表面溢流孔泄流能力大，宣泄同样的流量，表面溢流孔造价远小于深水泄水孔。2.7.2孔口设计溢流坝的孔口设计涉及很多因素，如洪水设计标准、下游防洪要求、库水位壅高有无限制、是否利用洪水预报、泄水方式以及枢纽所在地段的地形、地质条件等。洪水标准重要依据，可根据SL定，参照下表选用。123453690m孔口型式选用开敞溢流式。这种型式的溢流孔除宣泄洪水外，还能用于排除冰凌和其他飘浮物。须设闸门，其闸门顶略高于正常蓄水位，堰顶高程较低，可以调节水库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的工作量，且当遭到意外洪水时可有较大的超泄能力。孔口尺寸Q总量应为QQQ溢总0式中Q为经过电站和泄水孔等下泄的流量；0校核运用时取设L为qQ/L溢q30~50m/s•m左右；对较好3的岩石，q50~70m3/s•mq100~150m/(s•m)。3有闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流段分隔为若干个等宽的孔口。若孔口宽度为/，nLbbd则溢流前沿总长L应为0Lnbn1d0再利用下式求堰顶水头H：0Qnbm2gH32溢0式中：m为重力加速度，ms2。设计洪水位减去H即为堰顶高程。g0闸门和启闭机工作闸门选用平面闸门，优点：结构简单，闸墩受力条件好，各孔口可共用一个活动式启门机。启闭机选用活动式启闭机，可以兼用于启吊工作闸门和检修闸门。闸墩和工作桥~2.0m，宽1~4m，门槽处的厚度不得小于1~1.5m。2.7.3溢流面体形设计溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：①有较高的流量系数，泄流能力大；②水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；③体形简单、造价低、便于施工等。顶部曲线段选用WES省，坝面曲线用方程控制。曲线方程：x2.0Hy1.850.85d反弧段根据DLR4~10h，h式：2R32h3Frvgh鼻坎挑射角度一般采用~。鼻坎反弧半径R一般采用8~10h，h为宜。水舌挑射距离按水舌外缘计算，其估算公式为：1cosghh2222g111式中：Lg为重力加速度，ms2；vms，约1为鼻坎处平均流速v的1.1倍；为挑射角度；h为坎顶平均水深h在铅直向的投1影，hhcos；h12冲刷坑深度，工程上常按下式进行估算：tq0.5H0.25k式中：tk为单宽流量m3s•m；qH为冲坑系数，对坚硬完整的基岩0.9~1.2，坚硬但完整性较差的基岩1.2~1.5，软弱破碎、裂隙发育的基岩1.2~2.0。目录设计计算书1…….3以坝顶宽度B10%则B=56.215.06，取m坝底宽度为倍的坝高，这里取0.8.则0.856.2144.968，取m1.1.2坝顶高程（分别按照设计情况和校核情况计算）根据规范计算，主要建筑物级别为3级：V设计情况：（0取2.0hlV5/41/35413m0倍多年平均风速）h1.24h1.240.0870.108m1%lL10.40.0870.81.47m23.14236.26872hz0.0161.471.47h0.4mcV校核情况：h0.0166201.20.746m（0洪水期多年平均风速）54131h1.240.7460.925mL10.40.7460.88.227m23.14237.1752hz8.227h0.3mc根据公式hhhh求出：lzc设计情况：h0.1080.0160.40.524m校核情况：h0.9250.2120.31.437m所以：设计情况下坝顶高程236.260.524236.78m237.171.4371.1.3坝底高程238.43182.41.2稳定设计荷载及荷载组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取1m坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。荷载组合取单宽bm，坝底宽B45m，坝体材料重度24KNm，水的容重3c10KNm3，折减系数设计情况：上游水位H236.78182.453.86m1下游水位H182.47.29m2W1bA241556.216745.2KN↓cW2bA2410.52.0620.6509.23KNcW3bA2410.554.237.9424676.18KNc11静水压力：上游水平PH1053.8614504.5KN→222211上游垂直WAb2.0653.8620.610685.16KN↓421WAb102.0620.6212.18KN25211下游水平PH107.29265.72KN←2222221下游垂直WAb107.295.1185.9KN↓263扬压力：U13280.5↑12UHHb50.31053.867.2915698.55↑21211UHHb4550.31053.867.291402794.2KN↑2123121UHHb151053.867.2910.315815KN↑22此波为深水波412101.47LPlhh0.1080.0160.46KN→m441%z泥沙压力：已知浮容重8KNm3s水平压力：1211422458182.445→Pshss222s22垂直压力：1W82.0620.6169.74KN↓2s∴WWWWW33183.59KN↓12sUUUUU7588.25KN↑1234PPPPP15275.34KN→12lsf(WU)0.6533183.597588.255）1.09满足要求∴KP15275.34sf'(WU)cP'A0.6533183.597588.250.73K'满足15275.34s要求校核情况：上游水位237.17182.454.77Hm1下游水位Hm2W1bA6745.2KN↓cW2bA509.23KN↓cW3bA24676.18KN↓c11静水压力：上游水平PH1054.7714998.76KN→222211上游垂直WAb703.9KN↓41WAb212.18KN↓5111下游水平PH108.2336.2KN←222222下游垂直WAb235.34KN↓62扬压力：U8.21↑12UHHb50.31054.778.215698.55↑21211UHHb4550.31054.778.21402794.2KN↑2123121UHHb151054.778.210.315815KN↑22波浪压力：此波为深水波412101.47LPlhh0.9250.2124.18KN→m441%z泥沙压力：已知浮容重8KNm3s水平压力：1211422458182.445→Pshss222s22垂直压力：1W812.0620.6169.74KN↓2s∴WWWWW333251.77KN↓12sUUUUU7997.75KN↑1234PPPPP15702.84KN→12lsf(WU)0.6533251.777997.75∴K1.05满足要求P15702.84sf'(WU)cP'A0.933251.777997.750.73K3.45'15702.84s满足要求1.3应力分析设计情况：134坝体自重：MSb0.17243410.173321.5KN•m（逆）20.711c1MSb656.031•m（逆）Wc2215MSb19.17245119.1728755KN•m（逆）20.23c353.8653.86静水压力：MP14504.5260404KN•m（顺）33P11MSb51•m（逆）W4a1120.8310525120.8313018.8KN•m（逆）MSb2Wb511MP7.29265.77.29645.7KN•m（逆）33P22MW20.8188.720.83925KN•m（顺）W22扬压力：MU4.172794.24.1711651.8KN•m（顺）U22MU20698.62013972KN•m（顺）U33MU20.8381520.8316976.5KN•m（顺）U44波浪压力：MP53.860.0160.3853.860.01620.47KN•m（顺）1%22泥沙压力：MP20.61036.120.6KN•m（顺）33PssMW21.13339.521.137173.63KN•m（逆）s∴M122597KN•m（顺）W6M30346.26122597kPakPa，坝趾铅直应力小于坝基BB2出现拉应力，符合规范要求。W6M30346.2612259745452yu452B容许压应力，符合规范要求。B245yd校核情况：134坝体自重：MSb0.17243410.173324.5KN•m（逆）20.711c1MSb656.031•m（逆）Wc2215MSb19.17245119.1728755KN•m（逆）20.254.773c354.77静水压力：MP14998.8KN•m（顺）33P11MSb51•m（逆）W4a1120.8310525120.8313018.8KN•m（逆）MSb2Wb511MP8.2336.28.2918.9KN•m（逆）33P22MW20.562348.720.564907.8KN•m（顺）W22扬压力：MU4.172794.24.1711651.8KN•m（顺）U22MU20698.552013971KN•m（顺）U33MU20.8381520.8316976.5KN•m（顺）U44波浪压力：MP54.770.2119.854.770.211088.6KN•m（顺）22泥沙压力：MP20.61036.120.6KN•m（顺）33PssMW21.13339.521.137173.63KN•m（逆）s