非溢流重力坝设计

第三章非溢流重力坝设计3.1基本剖面设计3.1.1剖面设计原则重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合。设计断面要满足强度和强度要求。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工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态。3.1.2基本剖面拟定图3.1重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3.1。在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。3.1.3实用剖面的拟定一、坝顶高程的拟定坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即＝静+式中：＝。式中：----为波浪高度；----为波浪中心线超出静水位的高度；----为安全超高。1、超高值的计算（1）基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。（2.1）式中—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差；—累计频率为1%的波浪高度；—波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差；——安全超高；的取值，根据下表3.1表3.1安全级别运用情况Ⅰ（1级）Ⅱ（2级）Ⅲ（3级）设计洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m，校核安全超高为0.4m。对于hl%和hz的计算采用官厅公式计算：，式中：----计算风速，m/s,在计算和时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核洪水位时宜采用相应多年平均最大风速。----吹程，;----波长，；----坝前水深，；（2）正常蓄水位时计算风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即：风速，吹程。各波浪计算要素计算如下:波高由于之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为。波长=折点距河床坝基为2/3×103=68.67m,故折点取在上游坝面距坝基高程68m处，即折点高程为202.3m。通过比较，可取上游坝坡为1：0.1，下游坝坡取1：0.8。四、坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本工程的坝高为103m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，计算得B=88.56m，为施工方便取B=85m，在0.7～0.9范围之内。五、基础灌浆廊道尺寸拟定为了后续扬压力的计算，对灌浆廊道进行拟定。基础灌浆廊道有灌浆、排水和检查之用。基础灌浆廊道的断面尺寸，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×4.0m，形状采用城门洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置，本设计水头为103m，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，取5m。六、初步拟定实用剖面图如图3.3图3.33.2荷载计算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，为计算方便取1ｍ坝长进行计算。本设计进行的荷载组合有基本荷载组合和特殊荷载组合，其中基本荷载组合为正常蓄水位；特殊荷载组合为校核水位和地震情况。计算示意图如下图3.4图3.4各高程结合图3.3进行计算。3.2.1正常水位（1）自重W坝体自重的计算公式：W=Vc（kN）式中Ｖ----坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替。通常把它分成如图3.4所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；----坝体混凝土容重，取钢砼为25KN/m3W11=25×0.5×68×6.8=5780kNW12=25×11×103=28325kNW13=25×0.5×67.2×84=70560kNW1=W11+W12+W13=104665kN（2）静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力PV两种。计算公式为式中，H——计算点处的作用水头，ｍ；——水的重度，常取9.81kN/ｍ3；V——斜坡面上水体的体积，m3；正常水位时：上游水位232.2m下游水位136.5m所以，H1=232.2-134.3=97.9H2=136.5-134.3=2.2mH=H1-H2=95.7m计算各种情况下的静水压力：上游水平压力Pu=0.5×9.81×97.92=47011.53KN上游垂直压力P22=0.5×9.81×6.8×68=2268.07KNP21=9.81×6.8×29.9=1994.57KN下游水平压力Pd=0.5×9.81×2.22=23.74KN下游垂直压力P3=0.5×9.8×2.2×2.2×0.8=18.97KN（3）扬压力扬压力包括上浮力及渗流压力。扬压力分布如图3.4.将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。根据《混凝土重力坝设计规范》在排水孔幕处的渗流压力为arH，a为折减系数。根据规范河床坝段取为0.25.b=13m。