重力壩課程設(shè)計

1、設(shè)計內(nèi)容一、 確定工程等級由校核洪水位446.31 m查水庫水位容積曲線讀出庫容為1.58億，屬于大（2）型，永久性水工建筑物中的主要建筑物為級，次要建筑物和臨時建筑物為3級。一、 確定壩頂高程(1)超高值h 的計算h = h1% + hz + hch防浪墻頂與設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差，m；h1% 累計頻率為1%時的波浪高度，m；hz 波浪中心線至設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差，m；hc 安全加高，按表31 采 表3-1 壩的安全加高h(yuǎn)c運(yùn)用情況壩的級別123設(shè)計情況（基本情況）0.70.50.4校核情況（特殊情況）0.50.40.3內(nèi)陸峽谷水庫，宜按官廳水庫公式計算（適用于20m/s 及

2、d20km）下面按官廳公式計算h1% ， hz。式中：d吹程，km，按回水長度計。波長，m壅高，mv0 計算風(fēng)速h當(dāng) 時，為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%;當(dāng) 時，為累積頻率10%的波高h(yuǎn)10%。規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計頻率為1%時的波高，對應(yīng)于5%波高，應(yīng)由累積頻率為p（%）的波高h(yuǎn)p 與平均波高的關(guān)系可按表b.6.3-1 進(jìn)行換超高值h 的計算的基本數(shù)據(jù)設(shè)計洪水位校核洪水位吹程d（m）524.19965.34風(fēng)速（m）2718安全加高（m）0.40.3斷面面積s（）1890.5719277.25斷面寬度b（m）311.80314.44正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，采用重現(xiàn)期為50 年的最大風(fēng)速，本次設(shè)計；

3、校核洪水位時，采用多年平均風(fēng)速，本次設(shè)計。a.設(shè)計洪水位時h 計算： 波浪三要素計算如下：波高： h=0.82m波長： =8.95m 壅高： ，故按累計頻率為計算，由表b.6.3-1查表換算 故 b.校核洪水位時h 計算：波高： h=0.27m波長： =7.03m壅高：，故按頻率為計算,由由表b.6.3-1查表換算故 (2)、壩頂高程：a.設(shè)計洪水位的壩頂高程： b.校核洪水位的壩頂高程： 為了保證大壩的安全，選取較大值，所以選取壩頂高程為447.2m三、 非溢流壩實(shí)用剖面的設(shè)計和靜力校核(1) 非溢流壩實(shí)用剖面的擬定擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長線與上游壩面相交于

4、最高庫水位處，本次設(shè)計采用上游壩面鉛直，下下游面傾斜的形式，坡度為1:0.75，折點(diǎn)設(shè)在高程為446.31m將壩底修建在弱風(fēng)化基巖上，開挖高程a.壩高為：447.72-328=119.72m 取120mb.壩頂寬度：壩頂寬度取壩高的即為12mc.壩底寬度： d.基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定：基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機(jī)具尺寸即工作要求確定，一般寬為2.53m，高為34m，為了保證完成其功能且可以自由通行，本次設(shè)計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.03.5m，形狀采用城門洞型。e.廊道的位置：廊道的上游避距離上游面10.5m廊道底部距離壩底面6m初步擬定壩體形狀剖面如圖：(2) 確定正常和非正常情況下的荷載

5、組合及荷載計算；psps 1.自重：, 壩身自重：下游水自重： a. 設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時： 2.靜水壓力：不同情況下上下游水深及水位差特征水位上游水深下游水深上下游水位差設(shè)計洪水位11731.4985.51校核洪水位118.3134.2884.03a.設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時: 3.揚(yáng)壓力：揚(yáng)壓力折減系數(shù) a.設(shè)計洪水位時： b.校核洪水位時： 4.泥沙壓力： ， ， 5.浪壓力： a.設(shè)計洪水位時：b.校核洪水位時： (3) 對以上兩種情況進(jìn)行非溢流壩的整體穩(wěn)定計算，校核其安全性；重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計進(jìn)行計算和驗(yàn)算，設(shè)計洪水位情況和

6、校核洪水位情況按承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算。1.單一安全系數(shù)法: 按抗剪斷強(qiáng)度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) f 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù), c 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，kpa， a 壩基接觸面截面積，w 作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對滑動平面的法向分值，kn；p 作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kn； 按上式抗剪斷強(qiáng)度公式計算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應(yīng)不小于下表的規(guī)定。 荷載組合基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3 故=3.0設(shè)計洪水位時： ，滿足要求校核洪水位時： ，滿足要求2.分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法： 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計式：抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)作用

7、效應(yīng)函數(shù)為：p,壩基面上全部切向作用之和,即作用設(shè)計值水平方向的代數(shù)和抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)抗力函數(shù)： w 為壩基面上全部作用的法向作用設(shè)計值之和，既法向力設(shè)計值代數(shù)和。和的分項系數(shù)由附表5可查：，a.設(shè)計洪水位時：作用效應(yīng)函數(shù)： 壩基面抗剪斷系數(shù)設(shè)計值：壩基面抗剪斷黏聚力設(shè)計值：抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)： 驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性： 查附表4知：持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)，本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。b.校核洪水位時： 作用效應(yīng)函數(shù)： 壩基面抗剪斷系數(shù)設(shè)計值： 壩基面抗剪斷黏聚力設(shè)計值： 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)： 驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性

8、： 持久狀況（基本組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)，本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 計算結(jié)果表明，重力壩在設(shè)計洪水位情況下滿足承載能力極限狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定要求。(4) 對非溢流壩的幾個代表性水平截面(壩底及變截面處)的邊緣應(yīng)力以及底部截面的內(nèi)部應(yīng)力計算，校核其強(qiáng)度。1.用材料力學(xué)法計算邊緣應(yīng)力。在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力10.05mpaa.設(shè)計洪水位：采用單一安全系數(shù)法： w作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kn；m作用于計算截面以上全部荷

9、載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，knm；b計算截面的長度，m。 壩踵鉛直應(yīng)力沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 壩趾鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力，符合規(guī)范要求。壩體最大主應(yīng)力按下游邊緣最大主應(yīng)力計算： 小于混凝土的容許壓應(yīng)力，滿足要求。b.校核洪水位：壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)：壩趾抗壓強(qiáng)度計入揚(yáng)壓力情況下的極限狀態(tài)作用效應(yīng)函數(shù)為 ： 壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù)為： 式中：ra為混凝土抗壓強(qiáng)度 偶然狀況，只需采用承載能力極限狀態(tài)法判別大壩是否滿足強(qiáng)度要求 計算作用效應(yīng)函數(shù)： 驗(yàn)算抗壓強(qiáng)度： 查附表4知：偶然狀況（特殊組合）設(shè)計狀況系數(shù)；結(jié)構(gòu)重要性參數(shù)；抗壓基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)式 滿足

10、強(qiáng)度要求。2.對給定的作用組合情況用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行壩基面抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)驗(yàn)算，對驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行評價?；竟?上、下游壩面垂直正應(yīng)力： 上、下游面剪應(yīng)力: 上、下游面水平正應(yīng)力 上、下游面主應(yīng)力 w作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kn；m作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，knm；b計算截面的長度，m。 上游壩坡； 下游壩坡；為泥沙壓強(qiáng)（，為泥沙壓力），故、計算截面在上、下游壩面所承受的水壓力強(qiáng)度（如有泥沙壓力時，應(yīng)計入在內(nèi)）；、計算截面在上、下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度；a.設(shè)計洪水位時：上、下游壩面垂直正應(yīng)力 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上、

11、下游面剪應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上、下游面水平正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上、下游面主應(yīng)力上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： b.校核洪水位時：上、下游壩面垂直正應(yīng)力 上游面垂直正應(yīng)力: 下游面垂直正應(yīng)力: 上、下游面剪應(yīng)力:上游面剪應(yīng)力： 下游面剪應(yīng)力： 上、下游面水平正應(yīng)力上游面水平正應(yīng)力： 下游面水平正應(yīng)力： 上、下游面主應(yīng)力上游面主應(yīng)力： 下游面主應(yīng)力： 應(yīng)力計算結(jié)果計算情況壩堹處壩趾處基本組合（設(shè)計洪水位）479.18039.97497.1839.971682.441261.83946.372628.810特殊組合（校核洪水位）401.1039.97401

12、.139.971735.61301.7976.282711.880表中數(shù)據(jù)單位都是。由上表應(yīng)力都小于10.05mpa，所以滿足要求。四、溢流壩剖面的擬定和消能設(shè)計(1).泄水方式的選擇溢流重力壩既要擋水又要泄水，不僅要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，還要滿足泄水要求。因此需要有足夠的孔口尺寸、較好體型的堰型，以滿足泄水的要求；且使水流平順，不產(chǎn)生空蝕破壞。重力壩的泄水主要方式有開敞式和孔口式溢流，開敞溢流式的堰除了有較好的調(diào)節(jié)性能外,還便于設(shè)計和施工,同時這種形式的堰在我國應(yīng)用廣泛，有很多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。故本設(shè)計采用開敞溢流式孔口形式，堰頂不設(shè)閘門，故堰頂高程與正常蓄水位齊平。(2). 溢流壩剖面擬定溢流

13、曲線由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成。設(shè)計要求：a.有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；b.水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；c.體形簡單，造價低，便于施工。本設(shè)計采用的溢流壩的基本剖面為三角形。其上游面鉛直，溢流面由頂部的曲線、中間的直線、底部的反弧三部分組成。定型設(shè)計水頭的確定：堰頂最大水頭hmax=校核洪水位-堰頂高程即：hmax=446.31-443=3.31m定型設(shè)計水頭hd 為hd=（75%95%）hmax，取hd=3m，由hd/hmax=3/3.31=0.91。1.壩頂曲線段溢流壩頂部采用曲線形式，頂部曲線的形式很多，常用的有克奧曲線和wes 曲線。本工程選用wes

14、曲線。首先繪出壩頂部的曲線，取堰頂部最高點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。wes 型堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。該設(shè)計上游段曲線采用三圓弧型曲線。堰頂o點(diǎn)上游三圓弧的半徑及其坐標(biāo)值為：r1=0.5hd=1.5； x1=-0.175hd=-0.525r2=0.2hd=0.6； x2=-0.276hd=-0.828r3=0.04hd=0.12；x3=-0.282hd=-846開敞式堰面堰頂下游堰面采用wes 冪曲線,可按下式計算：式中：堰面曲線定型設(shè)計水頭, m，可根據(jù)容許負(fù)壓的大小按堰頂最大作用水頭 的75%95%計算。x、y原點(diǎn)下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)；n與上游堰坡有關(guān)的指數(shù),見下表；k當(dāng)p1 /

15、hd 1.0 時,k 值見下表,當(dāng)p1/hd 1.0 時,取k2.02.2， 為上游相對堰高。 堰面曲線參數(shù) 上游面為鉛直面由上表可查的n=1.85，k=2.0，故原點(diǎn)下游堰面曲線方程為:按上式計算的坐標(biāo)值入下表所示： 計算wes 下游曲面坐標(biāo)值表xyxyxy 1 0.197 65.407 1116.596 2 0.708 77.192 1219.494 3 1.5 89.207 1322.605 42.554 911.449 1425.927 53.859 1013.913 1529.4572.中間直線段中間直線段與壩頂部下游曲線和下部反弧段相切，坡度和擋水壩一致，取1：0.753.反弧段

16、a. 溢流堰下游反弧段半徑，應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來確定。本次設(shè)計選用挑流消能。對于挑流消能，可按下式求得反弧段半徑：r=(410)h式中： h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點(diǎn)處的水深，m；反弧段流速v16m/s 時，可取下限，流速越大，反弧半徑也宜選用較大值，以致取上限。上式為迭代公式，迭代初值取h=0。 -單寬流量，本次設(shè)計取35-上游最高水位與反弧段最低點(diǎn)的距離，反弧最低點(diǎn)與下游水位齊平。=446.31-362.28=84.03m ， =0.9初始令 故 取 又因 弗勞德數(shù)： 取 b.挑角挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角也增大，水下射程減小。同時入水角增大后，沖刷坑深度增加。一般在之

17、間，在此取c.挑坎高度：挑坎應(yīng)高出下游水位，一般以12m 為宜。計算時按設(shè)計洪水位情況考慮。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高點(diǎn)與最低點(diǎn)間距離為r(1-cos)。故挑坎高度h2=359.49-351+9（1-cos）=9.70md.反弧段坐標(biāo)確定圓心o距壩底距離yo9.43+9cos=17.22m圓心o距c點(diǎn)距離xo=根據(jù)以上數(shù)據(jù)，就可以確定溢流壩曲面了。下圖就是本次設(shè)計的溢流壩曲面。(3)消能防沖設(shè)計1.選擇孔口尺寸和閘墩型式及尺寸： 基本公式： 總下泄流量 溢流孔口的下泄流量 通過電站和泄水孔等下泄流量，取1000 系數(shù)，校核情況是取1.0 校核洪水位時： 溢流壩凈寬為 ： q單寬流量，

18、本次設(shè)計取35 故： 本次設(shè)計選用平板閘門，閘門厚度最小為1.52.0m，取d=2m。因?yàn)楸敬卧O(shè)計屬于大中型壩，故孔口寬度取為b=12m，孔口寬高比1.02.0 本次取1.5，所以孔高8m。 則孔口數(shù)為： 取 所以溢流壩前沿總長為： 本次設(shè)計選用上游段為橢圓形，下游段為方形的閘墩。2.確定消能方式水工建筑物及混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范可知消能的設(shè)計原則是：a.盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；b.不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；c.下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；d.結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，工程量小。 分析比較各種消能工的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到本

19、次設(shè)計的重力壩屬于高壩，下游地質(zhì)條件比較好的情況，決定選用挑流消能。挑流鼻坎設(shè)計a.挑流鼻坎有連續(xù)式和差動式，該設(shè)計選用連續(xù)式鼻坎；b.鼻坎高程=351+9.7=360.7m；c.反弧半徑r=10m；d.根據(jù)實(shí)際工程情況，該設(shè)計挑射角取=25； 水舌挑距l(xiāng) 的估算 根據(jù)規(guī)范，水舌挑距l(xiāng)可按下式計算： 式中：水舌拋距，m，如有水流向心集中影響者，則拋距還應(yīng)乘以0.900.95 的折減系數(shù)；坎頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速的1.1倍計，即 = 1.1 = （為水庫水位至坎頂?shù)穆洳?446.31-360.7=85.61m）； 鼻坎的挑角； 坎頂垂直方向水深，m， (h為坎頂平均水深，m)； 坎

20、頂至河床面高差，m，如沖坑已經(jīng)形成，可算至坑底； 堰面流速系數(shù)。 可按下式計算： 按校核洪水位計算： =101.98m最大沖坑水墊厚度的計算 根據(jù)規(guī)范，最大沖坑水墊厚度可按下式計算： 式中： 水墊厚度，自水面算至坑底，m；單寬流量，m3/（sm）；上下游水位差，m；沖刷系數(shù)，其數(shù)值見下表基巖沖刷系數(shù)值由下表可查：本次設(shè)計取=1.6，則可計算得： 則 ，一般要求2.55，滿足要求。五、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計（1）壩基的連接、灌漿和排水天然地基，由于經(jīng)受長期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，地基處理的主要任?wù)是：（1）防滲；（2）提

21、高基巖的強(qiáng)度和整體性。基巖開挖后，在澆灌混凝土前，需要進(jìn)行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。固結(jié)灌漿孔一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。采用淺孔低壓灌注法灌入水泥漿，以提高基巖的彈性模量、抗?jié)B性和強(qiáng)度等。在壩踵、壩址附近灌注孔相對較密，呈梅花形布置，其他部位疏一些?？拙嗯啪嘤晒酀{試驗(yàn)確定，一般從1020m 開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為34m，本設(shè)計取4m?？咨?8m，必要時還可適當(dāng)加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為815m。鉆孔方向垂直于基巖面。當(dāng)存在裂隙時，為了提高灌漿效果，鉆孔方向盡可能

22、正交于主要裂隙面，但傾角不能太大。防滲帷幕布置于靠近上游面壩軸線附近，自河床向兩岸延伸，鉆孔和灌漿常在壩體內(nèi)特設(shè)的廊道內(nèi)進(jìn)行，靠近岸坡處也可在壩頂、岸坡或平洞內(nèi)進(jìn)行。平洞還可以起排水作用，有利于岸坡的穩(wěn)定。鉆孔方向一般為鉛直，必要時也可有一定斜度，以便穿過主節(jié)理裂隙，但角度不宜太大，一般在10以下，以便施工。防滲帷幕的深度根據(jù)作用水頭和基巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況確定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)內(nèi)的不透水層厚度不大時，帷幕可穿過透水層深入相對隔水層35m。當(dāng)相對隔水層埋藏較深，則帷幕深度可根據(jù)防滲要求確定，通常采用壩高的0.30.7倍。帷幕深入兩岸的部分，原則上也應(yīng)達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，并與河床部位的帷幕保持連續(xù)，形成連

23、續(xù)的不透水的防滲墻。當(dāng)相對隔水層距地面不遠(yuǎn)時，帷幕應(yīng)深入岸坡與該層相銜接。當(dāng)相對隔水層埋藏較深時，可深到原地下水位線與最高枯水位的交點(diǎn)b 處，如圖在bc以上設(shè)置排水，以降低水庫蓄水后庫岸的地下水位。1灌漿廊道；2山坡鉆進(jìn)；3壩頂鉆進(jìn)；4灌漿平洞；5排水孔；6最高庫水位；7原河水位；8防滲帷幕底線；9原地下水位線；10蓄水后地下水位線為進(jìn)一步降低壩底面的揚(yáng)壓力，應(yīng)在防滲帷幕后設(shè)置排水孔幕。根據(jù)規(guī)定要求，壩基的排水孔幕在防滲帷幕的下游，向下游傾斜，與灌漿帷幕的夾角為15，孔距取3m，孔徑為200mm?？咨顬?0m，沿壩軸線方向設(shè)置一排。具有軟弱夾層的壩基，由于夾層的抗剪強(qiáng)度很低，遇水易軟化或泥化，

24、通常都須進(jìn)行加固處理，以滿足抗滑穩(wěn)定要求。根據(jù)軟弱夾層的埋深、產(chǎn)狀、厚度、充填物的性質(zhì)，結(jié)合工程的具體情況，為了阻止軟弱夾層滑動，一般采用的處理措施有：對于淺埋的夾層，多用明挖處理，將軟弱夾層清除，回填混凝土或者在上游壩踵、下游壩趾設(shè)置深齒坎，切斷軟弱夾層直達(dá)完整基巖。當(dāng)夾層埋藏較淺時，此方法施工方便，工程量小，采用的較多。對于埋藏較深、較厚，傾角較緩的軟弱夾層，可在夾層內(nèi)設(shè)置混凝土洞塞。采用大型鋼筋混凝土抗滑樁。若有兩層以上的軟弱夾層時，可采用預(yù)應(yīng)力錨索，錨索可在水庫正常運(yùn)行的情況下施工，特別適合于已建工程的施工。（2）壩身廊道和排水壩體排水為了減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要

25、設(shè)置排水管幕，排水管應(yīng)通至縱向排水管道，其上部應(yīng)通至上層廊道或壩頂（溢流面以下），以便于檢修管距可采用采用3m，排水管幕距上游壩面的距離，一段要求不小于壩前水深的1/101/12，且不少于2m，故根據(jù)規(guī)定排水管設(shè)置在距上游面9m 處，以使?jié)B透坡降控制在允許范圍內(nèi)。排水管采用預(yù)制多孔混凝土管，內(nèi)徑可為15cm25cm（取20cm），隨著壩體混凝土的澆筑而加高。滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，沿積水溝或集水管經(jīng)橫向廊道的排水溝匯入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水溝斷面常用30cm30cm，低坡3%，排水管施工時必須防止被混凝土的雜物等堵塞。排水管與廊道的連通采用直通式。為了滿足施工運(yùn)用

26、要求，如灌漿，排水，觀測，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。本次設(shè)計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.03.5m，形狀采用城門洞型。灌漿廊道兼有排水作用，并在其上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)壩基排水孔幕，在靠近廊道最低處設(shè)置集水井，匯集從壩基和壩體的滲水，然后經(jīng)由水泵抽水排至下游壩外。（3）縱橫縫構(gòu)造及止水1、橫縫：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求；2、縱縫：適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，在平行壩軸線方向設(shè)置。一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時縫，垂直壩軸線，用于將壩

27、體分成為若干獨(dú)立的壩段；縱縫為臨時縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯縫三種，縱縫縫面應(yīng)設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應(yīng)力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，為了灌漿時不使?jié){液從峰內(nèi)流出，必須在縫的四周設(shè)止?jié){片。橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對于高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間設(shè)瀝青井，金屬片止水一般采用1.01.6mm 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，一般為0.52.0m（本設(shè)計采用1.0m），每側(cè)埋入砼的長度約為2025cm（本設(shè)計采用25cm），在止水片的安裝時要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計采用方形），其一側(cè)可用預(yù)制

28、砼塊，預(yù)制塊長1.01.5m，厚510cm（本設(shè)計采用1m10cm），瀝青井尺寸大致為15cm15cm 至25cm25cm（本設(shè)計采用20cm20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號或三號是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備（通常采用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設(shè)置瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為1520cm。止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約3050cm，井內(nèi)填滿瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。1第一道止水銅片；2瀝青井；3第二道止水銅片；4預(yù)制塊；5橫縫6瀝青油氈；7加熱電極（4）壩頂布置壩頂路面應(yīng)具

29、有23的橫向坡度，并設(shè)置砼排水溝(3030cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而下游側(cè)則可設(shè)防護(hù)欄，為滿足運(yùn)用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設(shè)施，即在上游側(cè)每隔25m 設(shè)一對照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫方向。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測和維修人員快速進(jìn)出六、總結(jié) 通過本次課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，在用電力規(guī)范計算的時候很多參數(shù)的取值很模糊；壩基高程的選擇不是很明確；對非溢流壩段的穩(wěn)定驗(yàn)算時具體驗(yàn)算到什么程度不是很明確；對溢流壩

30、段的水利計算也存在數(shù)值上的誤差。不過在不斷深入的設(shè)計過程中學(xué)會了很多的知識和技能；對大壩的設(shè)計過程有了深入了解；對典型斷面的穩(wěn)定分析和應(yīng)力計算有所掌握；對帷幕灌漿和廊道的選擇及處理有了初步了解；cad的制圖水平提高了很多，相信通過本次課程設(shè)計，以后遇到大壩此類設(shè)計，自己能夠用上本次設(shè)計所掌握的知識與技能去解決問題。 重力壩設(shè)計一 基本資料1地理位置某水庫樞紐位于某江上游，東經(jīng)111。111。30，北緯24。30，25。30，。2流域概況某江屬珠江水系，全長125km，發(fā)源于湘桂交界的都龐嶺，由北向南流經(jīng)盆地、峽谷、丘陵等地區(qū)進(jìn)入廣東省后匯入珠江。流域內(nèi)水量充沛，氣候濕潤，土壤肥沃，是發(fā)展農(nóng)業(yè)生

31、產(chǎn)的有利條件。年平均降雨量超過1500mm，多集中在5、6、7月，占全年降雨量的46%，以致造成春秋兩季干旱。丘陵地區(qū)礦產(chǎn)豐富，特別是有色金屬錫礦占重要地位，急需用電開發(fā)和冶煉。3建筑規(guī)模本水庫樞紐工程是以灌溉為主兼顧發(fā)電和供水的綜合利用工程，水庫總庫容為5.2億m3,其中有效庫容為3.5億m3,灌溉農(nóng)田18萬畝。電站裝機(jī)容量為40.32=1.28萬kw,攔河壩高42m,工程總投資億元。該工程等別為二等，攔河壩為級建筑物。4水文氣象資料 壩址以上控制集雨面積1230km2,多年平均流量31.6m3/s,平均徑流量1.0億m3。（1）水庫特性 采用某站26年雨量系列并以該站3日暴雨頻率值作設(shè)計依

32、據(jù)，推求設(shè)計洪水過程線。大壩為級建筑物，按校核洪水為1000年一遇，設(shè)計洪水為100年一遇。壩址下游無防洪要求，壩頂閘門采用5孔5m12m的弧形閘門進(jìn)行調(diào)洪，正常高水位182m泄洪時(堰頂高程為176m),水庫特性見表2-1-1。表2-1-1 水庫特性表分類指標(biāo)名稱上游水位(m)下游水位(m)相應(yīng)下泄流量(m3/s)水位校核洪水位（0.1%)184.73 153.10 3124.00 設(shè)計洪水位(1%)183.00 151.30 2243.00 消能防沖設(shè)計洪水位(2%)182.55 150.90 2030.00 正常高水位182.00 144.80 0(關(guān)閘門時)死水位172.00 續(xù)表分類

33、指標(biāo)名稱上游水位(m)下游水位(m)相應(yīng)下泄流量(m3/s)庫容總庫容(億m3)5.20 興利庫容(億m3)3.50 調(diào)洪庫容(億m3)0.80 死庫容(億m3)0.90 調(diào)節(jié)性能為多年調(diào)節(jié)（2）設(shè)計流量經(jīng)水能計算，壓力管最大設(shè)計流量為q=11.5m3/s。（3）氣象本流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，多年平均最大風(fēng)力8級，風(fēng)速19m/s，風(fēng)向多北風(fēng)，吹程3km,多年平均蒸發(fā)量1252.6mm,多年平均降雨量1673 mm。多年月平均濕度83%，流域內(nèi)平均氣溫19，最高溫度38.7,最低溫度-7。5地質(zhì)條件（1）庫區(qū)工程地質(zhì)條件庫區(qū)為一斜向盤地，地層有中泥盤紀(jì)郁江層砂巖，東崗嶺灰?guī)r，上泥盤紀(jì)榴江組灰?guī)r、頁巖

34、等，地質(zhì)構(gòu)造上處在富陽大向斜中南部，褶皺與斷裂大部分為南北，與河流平行。因此庫區(qū)內(nèi)大部分雖處在可溶性碳酸鹽巖石中，水庫畜水后，四周沒有經(jīng)常滲漏地段，加以庫內(nèi)地下水埋藏不深，地面水流豐富，為一良好水庫。（2）壩址工程地質(zhì)條件壩址位于燕山期花崗巖侵入體邊緣，可大致分為新鮮巖石和微風(fēng)化、半風(fēng)化、全風(fēng)化及殘積層。河床部位為半風(fēng)化花崗巖，具有足夠的抗壓強(qiáng)度。兩岸風(fēng)化較深呈帶狀，殘積層較少，僅見于左岸181m高程以上，厚度約2m。全風(fēng)化層厚58m，半風(fēng)化右岸深713m，左岸9m，巖石力學(xué)性質(zhì)見表2-1-2。表2-1-2 巖石力學(xué)性質(zhì)表層序風(fēng)化程度厚度(m)巖石特性物理力學(xué)性質(zhì)及主要指標(biāo)1半風(fēng)化花崗巖810

35、黃白色長石部分風(fēng)化,錘擊多沿節(jié)理成塊破碎，有一定堅固性容重25.6kn/m3,抗壓強(qiáng)度3080mpa,f,=0.70.9 c,=0.30.7mpa2酸風(fēng)化花崗巖2040灰白色,除長石云母因稍有風(fēng)化外，性質(zhì)與新鮮花崗巖無大差別容重25.8kn/m3,抗壓強(qiáng)度100mpa,f,=0.91.2 c,=0.71.1mpa3新鮮花崗巖灰白色,堅硬致密容重25.9kn/m3,抗壓強(qiáng)度150mpa,f,=1.21.3 c,=1.11.5mpa壩址巖層，節(jié)理裂隙發(fā)育，影響較大的有以下幾組；（1） 橫切河床走向北西15。20。，傾向北東，傾角45。55。由數(shù)組大致平行的剪切裂隙構(gòu)成（代號f1），裂隙帶寬0.57

36、.3m對壩址有較大影響。（2） 河床右側(cè)最發(fā)育者有三組：第一組走向北東35。45。，傾向北西，傾角32。65。；第二組走向北西52。80。，傾向西南，傾角30。80。；此兩組對壩的穩(wěn)定不利。第三組走向北西28。，傾向北東，傾角60。，由于節(jié)理發(fā)育，所以滲漏較嚴(yán)重，單位吸水量0.010.05l/(minm),河床中基巖深達(dá)20m左右，兩岸深為10m以上,見圖2-1-3。壩段河流向南西，泄流挑出至壩基下游3454m范圍內(nèi)，沖刷坑處均為堅硬巖石，對建筑物無安全之虞。 據(jù)上所述，壩址區(qū)巖性堅固，主要是節(jié)理裂隙發(fā)育，清基時斷層帶須盡力挖除，局部較深可做混凝土塞；同時因滲漏較嚴(yán)重，深度達(dá)1020m，需加強(qiáng)

37、固結(jié)灌漿及帷幕灌漿，以防止?jié)B漏。6震級該地區(qū)地震級別為4級。7天然建筑材料砂料卵石在河上下游均有，壩址下游5km以內(nèi)砂量儲量豐富可供建筑使用(建筑材料分布圖省略)。二 設(shè)計說明書1.工程等級本水庫樞紐工程是以灌溉為主兼顧發(fā)電和供水的綜合利用工程，工程等別為二等，攔河大壩為級建筑物。2樞紐布置本工程中溢流壩段布置在主河槽處，沖沙孔布置在電站進(jìn)水口附近。本樞紐的主體工程由攔水壩段、溢流壩段、泄水底孔壩段、電站壩段及其建筑物組成，電站為壩后式。該重力壩由20個壩段組成，每個壩段的長度為13m，從左岸到右岸依次是16號壩段為左岸擋水壩段，2號壩段設(shè)5m寬駁道，711號為溢流壩段，1216號為右岸擋水壩

38、段，1719號為底孔壩段，20號壩段與右岸山體相連。該壩壩基面最低高程為143m，壩頂高程為187m，壩體總長度為260m。（1）非溢流壩段左岸全長78m，右岸全長65m。壩頂寬度為4m。壩頂上游側(cè)設(shè)置高1.2m厚0.5m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防浪墻，下游設(shè)置欄桿。沿壩軸線方向每隔20m設(shè)置一個照明燈。壩上游面為折線面，起坡點(diǎn)高程為157m，坡度為1:0.2，下游面坡度為1:0.7，折坡點(diǎn)高程為185m。（2）溢流壩段 該壩段全長65m，分5個壩段，每段長為13m，共分5孔。溢流堰頂高程為176m。堰頂安裝工作閘門和檢修閘門，閘門尺寸為5 m12m。工作閘門為平面鋼閘門，采用壩頂門機(jī)啟閉。工作橋面與

39、非溢流壩頂一致。堰頂設(shè)有四個中墩，其厚度為7m，邊墩厚5.5m，縫設(shè)在閘孔中間。溢流堰面采用wes曲線，過堰水流采用連續(xù)式鼻坎挑流消能，坎頂高程為153m，反弧半徑為r=14m，挑射角為=20。邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻，其高度為2.977m，斷面為梯形，頂寬為0.7m，需分縫，縫距為17m。（3）電站壩段電站的裝機(jī)容量為40.32=1.28萬kw，壩段總長52m，壩頂高程為187m，壩頂人行道與擋水壩段一致，門機(jī)與溢流壩段一致，上游突出2m為攔污閘槽，孔徑為3m，進(jìn)口為三向收縮的喇叭口，進(jìn)口前緊貼壩面布置攔污柵，進(jìn)口處設(shè)置事故閘門和工作閘門，均為平面閘門。在進(jìn)口閘門后設(shè)置漸變段，漸變段為圓角過渡

40、，長度為6m。電站廠房采用壩后式，位于右岸非溢流壩后，由主廠房、副廠房等組成。副廠房在主廠房的上游側(cè)，廠房與壩之間用縫分開。3灌溉要求水庫總庫容為5.2億m3,其中有效庫容為3.5億m3，水電站的放流能滿足灌溉農(nóng)田18萬畝。4壩址選擇選定下壩線作為擬定壩址，主要原因是兩岸巖體堅硬，殘積層較少，與上壩線相比，在施工時主要是挖土工程而不是填土工程，這樣對壩基穩(wěn)定更有利一些。壩軸線長度為260m。三 非溢流壩段的剖面設(shè)計1剖面尺寸擬定(1)壩頂高程的確定 按設(shè)計洪水位計算時,公式為:壩頂高程=設(shè)計洪水位+h設(shè) 按校核洪水位計算時,公式為:壩頂高程=校核洪水位+h校計算結(jié)果取兩者當(dāng)中的較大值,其中h=

41、h+h0+a,h=0.0166v5/4d1/3,=10.4h0.8,h0=3.14h2/。v為計算風(fēng)速，采用設(shè)計洪水位計算時宜用多年平均風(fēng)速的1.52.0倍值,取28.5m/s；采用校核洪水位計算時就用多年平均風(fēng)速值，為19m/s。a為安全超高，根據(jù)工程級別查教材表1-9可得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表1-1。表1-1計算分類風(fēng)速v(m/s)波高h(yuǎn)(m)波長(m)波浪中心線至水庫靜水位的高度h0(m)安全超高a(m)壩頂高程(m)按設(shè)計洪水位計算28.51.5714.9690.5170.5185.587按校核洪水位計算190.94979.9790.28380.4186.36經(jīng)過比較，選取兩者中的

42、較大值得壩頂高程為186.36m，在工程施工中取整為187m。根據(jù)資料中圖2-1-1(a)可確定壩基面高程為143m，則壩高=187-143=44m。(2)壩頂寬度壩頂應(yīng)有足夠的寬度,以滿足運(yùn)用和交通的要求。無特殊要求時,壩頂寬度可采用壩高的8%10%，一般不小于2m。所以可選取壩頂寬度為4m。(3)壩面坡度上游壩坡采用折線面，起坡點(diǎn)在(1/32/3)h1高度處，h1為壩前設(shè)計水深，則起坡點(diǎn)處高程為156.333m，工程施工中取整為157m，坡度選取1：0.2；下游壩坡也采用折線面，邊坡選取1：0.7，則下游起坡點(diǎn)處高程為184.71m，工程施工中取整為185m。(4)壩底寬度由上下游起坡點(diǎn)高

43、程坡度邊坡系數(shù)等條件通過幾何關(guān)系可得壩底寬度為36m，在(0.70.9)壩高即30.839.6m范圍內(nèi),則壩底寬度符合要求。(5)地基防滲和排水設(shè)施擬定由于防滲的需要，壩基面須設(shè)置防滲帷幕和排水孔，其中心線在壩基面處距離壩踵分別為3m和5m。初步擬定非溢流壩段的剖面尺寸如圖所示：2荷載組合及其計算沿壩軸線取單位長度進(jìn)行計算，結(jié)果如下表1-2所示：表1-2荷載類型計算公式計算數(shù)值(kn)備注自重g=cv19309.584h為上下游水位差,h2為下游壩址處的水深,取1=0.5，2=0.3；pn=nhntg2(45。-n/2),其中n為泥沙的浮重度，n=7kn/m3。n為泥沙的內(nèi)摩擦角，取n=12。

44、hn為計算點(diǎn)以上的泥沙深度。水壓力(水平方向)ph=1/20h27452.9水壓力(垂直方向)pv=0v水1015.28壩底揚(yáng)壓力u帷幕中心線上的揚(yáng)壓力強(qiáng)度0(h2+1h),排水孔線上的揚(yáng)壓力強(qiáng)度0(h2+2h)3442.152泥沙壓力(水平方向)fnx=1/2pnhn449.84泥沙壓力(垂直方向)fny=nv沙137.2浪壓力pl=0(h+h0)/4150.4693.抗滑穩(wěn)定分析與驗(yàn)算利用抗剪斷強(qiáng)度計算公式k，=f,(w-u)+c,a/p計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)k，。式中f,壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷磨擦系數(shù)，可根據(jù)基本資料選定，此處取f,=0.8。c,壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，可根據(jù)基