混凝土壩設(shè)計(jì)計(jì)算方案

1、混凝土壩設(shè)計(jì)與施工 目錄：一 基本資料 二 擋水壩段剖面設(shè)計(jì) 三 荷載計(jì)算 四 穩(wěn)定分析 五 細(xì)部構(gòu)造 六 溢流壩壩體設(shè)計(jì)第一章 基本資料一、工程概況順河水量豐沛，順河中游與豫運(yùn)河上游的禮河、還鄉(xiāng)河分水嶺均較單薄，并處于低山丘陵區(qū)，最窄處僅10余公里。通過禮河、洲河及輸水渠道，可通向唐山市；經(jīng)還鄉(xiāng)河、陡河可通秦皇島市。為解決唐山市、秦皇島市兩地區(qū)用水，國家決定修建順河水庫。順河水庫位于河北省唐山、承德兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣揚(yáng)岔子村的順河干流上，控制流域面積33700平方公里，總庫容為25.5億立方米。水庫距遷西縣城35公里，有公路相通。水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務(wù)是

2、調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)及城市人民生活用水，結(jié)合引水發(fā)電，并兼顧防洪要求，盡可能使其工程提前竣工獲得收益，盡早建成。根據(jù)水庫的工程規(guī)模及在國民經(jīng)濟(jì)中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為I級建筑物，其他建筑物按II級建筑物考慮。二、水文分析（1）.年徑流：順河水量較充沛，順河站多年平均年徑流量為24.5億立方米占全流域的53%，年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在汛期七、八月份。豐水年時占全年5060%，枯水年占3040%，而且年際變化也很大。 （2）.洪水：多發(fā)生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大漲落迅速的特點(diǎn)，據(jù)調(diào)查近一百年來有六次大水，其中1883年最大，由紅痕估算洪峰流量約為24400274

3、00m3/s,實(shí)測的45年資料中最大洪峰流量發(fā)生在1962年為18800m3/s(3).泥沙：本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375毫米，全年泥沙大部分來自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰內(nèi)且年際變化很大，由計(jì)算得，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1825萬噸多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移質(zhì)缺乏觀測資料。可計(jì)入前者的10%，這樣總?cè)霂焐沉繛?010萬噸。淤砂浮容量為0.9噸/立米，內(nèi)摩擦角為12度。淤砂高程157.5米。三、氣象庫區(qū)年平均氣溫為10左右，一月最低月平均產(chǎn)氣溫為零下6.8，絕對最低氣溫達(dá)零下21.7（1969年）7月份最高月平均氣溫25，絕對最高達(dá)39（1955年）,本流

4、域無霜期較短（90180天）冰凍期較長（120200天），順河站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70100天，冰厚0.40.6米，岸邊可達(dá)1米，流域內(nèi)冬季盛行偏北風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)七八級，有時更大些，春秋兩季風(fēng)向變化較大夏季常為東南風(fēng)，多年平均最大風(fēng)速為21.5米/秒，水庫吹程D=3公里。四、工程地質(zhì)庫區(qū)地質(zhì)：順河水庫、庫區(qū)屬于中高山區(qū)，河谷大都為峽谷地形，只西城至北臺子一帶較為寬闊沿河兩岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)不對稱，區(qū)域內(nèi)無嚴(yán)重的坍岸及滲透問題。第四大巖層（Arl4）為角閃斜長片麻巖。具粗粒至中間細(xì)粒千狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本巖層體厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性

5、堅(jiān)硬、抗風(fēng)化力強(qiáng)、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185米左右。巖石物理力學(xué)性質(zhì)：巖石容重2.682.70噸/立米，飽和抗壓強(qiáng)度，弱風(fēng)化和微分化巖石均在650公斤/厘米2以上，有的可達(dá)1100公斤/厘米2以上，混凝土與巖石的摩擦系數(shù)微分化及弱風(fēng)化化下部，可取f=1.10、c/=7.5kg/cm。地震：庫區(qū)附近歷史地震活動較為頻繁，近年來微繁。弱震任不斷發(fā)生，其中1936年和1976年兩年內(nèi)發(fā)生6度左右地震，1977年6月國家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為6度，考慮到樞紐的重要性，和水庫激發(fā)地震的可能性 攔河壩設(shè)防烈度采用7度五、樞紐建筑物特性指標(biāo)項(xiàng)目單位指標(biāo)備注水 位校核

6、洪水位米227.2設(shè)計(jì)洪水位米225.7P=0.01%正常蓄水位米224.7P=0.1%汛期限制水位米216.0死水位（發(fā)電）米180.0校核洪水位尾水位米156.8設(shè)計(jì)洪水位尾水位米152.0正常蓄水位尾水位米138.4庫容總庫容億立米25.5計(jì)入十年淤積調(diào)洪庫容億立米7.4興利庫容億立米19.5共用庫容億立米5.6死庫容億立米4.2計(jì)入十年淤積壩型混凝土重力壩壩頂溢孔數(shù)孔19堰頂高程米210.0閘墩的中墩厚度為3米每孔凈寬米15.0（橫縫設(shè)在閘墩中間）工作閘門尺寸米米1515弧形鋼閘門啟閉機(jī)（270噸）臺19固定式卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)洪水位下泄能力米3/秒32300校核洪水位下泄量42900限泄27

7、5003泄水孔進(jìn)口底高程米160.0底孔數(shù)目孔4工作閘門尺寸（寬高）米米57弧形鋼閘門啟閉機(jī)臺4設(shè)計(jì)水位泄水能力米3/秒4340校核水位泄水能力米3/秒4430二、壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)：R0S（rGGk，rQQk,ak）1/rd1R(fk/rm,ak)1 作用效應(yīng)函數(shù)S()=PR2 抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)R()=f/ RWR+C/RAR式中PR-壩基面上全部切向作用之和f/ R-壩基面抗剪斷摩擦系數(shù)C/R -壩基面抗剪斷黏聚力,KPaWR-壩基面上全部法向作用之和,KN.結(jié)構(gòu)系數(shù)d=1.2材料性能分項(xiàng)系數(shù) 摩擦系數(shù)f/ R 的m=1.3凝聚力C/R的m=3水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級別和

8、重要性系數(shù)o水工建筑物級別水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級別結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)11.12、31.04、50.9設(shè)計(jì)狀的取值見表。設(shè)計(jì)狀況系數(shù)設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)狀況系數(shù)持久狀況短暫狀況偶然狀況計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)S（）時，作用v值，是考慮作用（荷載）對標(biāo)準(zhǔn)值的不利變異。設(shè)計(jì)值等于標(biāo)準(zhǔn)值乘以分項(xiàng)系數(shù)YG.即設(shè)計(jì)值Qd=QK*G.各作用的分項(xiàng)系數(shù)見表3-13.永久作用和可變作用分項(xiàng)系數(shù) 序號作用類別分項(xiàng)系數(shù)自重水壓力）靜水壓力）動水壓力，時均壓力）離心力、沖擊力、脈沖壓力,揚(yáng)壓力）滲透壓力）浮托力）揚(yáng)壓力（有抽排）殘余揚(yáng)壓力（有抽排）（實(shí)體重力壩）（寬縫、空腹重力壩）（主抽水孔之前）（主抽水孔之后）淤沙壓力浪壓力三、設(shè)計(jì)內(nèi)容

9、與步驟I一分析資料要求對任務(wù)書中的基本資料做簡單說明。非溢流重力壩段設(shè)計(jì)擬定非溢流重力壩剖面尺寸。計(jì)算決定壩頂高程，根據(jù)運(yùn)用、交通、構(gòu)造等 要求擬定壩頂寬度，采用工程類比或由基本剖面擬定上下游坡度。安全控制驗(yàn)算與改善措施?？够€(wěn)定驗(yàn)算與判別應(yīng)力驗(yàn)算與強(qiáng)度判別若判別不符合規(guī)范要求，則提出改善措施，這是培養(yǎng)思維能力的重要措施，根據(jù)實(shí)際情況考慮建基面壩內(nèi)應(yīng)力（采用3點(diǎn)）計(jì)算。溢流壩段剖面設(shè)計(jì)根據(jù)滿足安全、運(yùn)用、經(jīng)濟(jì)、施工、美觀要求的非溢流壩剖面修改為溢流壩剖面。限于時間按1。所擬剖面修改。選擇堰型。根據(jù)堰犁詵擇定型設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)計(jì)算堰頂曲線求出與非溢流壩下游裝的切點(diǎn)（三種情況應(yīng)處理解決）畫出溢流壩上部

10、剖面。擬定溢流壩上部結(jié)構(gòu)，包括選擇閘門和啟閉機(jī)，閘門和啟閉機(jī)布置，閘墩型式選擇與尺寸擬定，交道橋及工作橋等，并畫在溢流壩剖面圖上。選擇消能工型式，采用水力學(xué)法決定消能結(jié)構(gòu)的各部分尺寸估算消能效果及應(yīng)采用的消能防沖措施。并將消能防沖措施畫在溢流壩剖面圖上。重力壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)壩頂布置與構(gòu)造。壩身廊道與排水（僅在剖面上表示）。橫縫構(gòu)造（在溢流壩剖面、平面上表示）?；炷翗?biāo)號分區(qū)（用溢流壩）。 第二章 擋水壩段剖面設(shè)計(jì)一、確定樞紐等級及水利工程建筑物的等級由該樞紐工程概況知該水庫總庫容為億m，并根據(jù)水庫的工程規(guī)模在國民經(jīng)濟(jì)中的作用樞，屬于大（1）型，主壩為級建筑物，其他建筑物為級建筑物。二、壩體設(shè)計(jì)、

11、 剖面擬定1、 剖面設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)斷面要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；力求剖面較?。煌庑屋喞唵?；工程量小，運(yùn)用方便，便于施工。（二）、 擬定基本剖面重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖，在已知壩高H、水壓力P、抗剪強(qiáng)度參數(shù)f、c 和揚(yáng)壓力U 的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡坡率n=00.2，常做成鉛直或上鉛直下部傾向上游；下游壩坡坡率m=0.60.8；底寬約為壩高的0.70.9 倍。（三）、確定基本尺寸1、確定壩頂高程圖1 壩基剖面圖超

12、高值的計(jì)算基本公式壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程，防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差 QUOTE ，可由式（3-1）計(jì)算。 QUOTE （3-1） QUOTE 防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m； QUOTE 累計(jì)頻率的波浪高度，m； QUOTE 波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m； QUOTE 安全加高，按表31 采用,對于級工程，設(shè)計(jì)情況 QUOTE 0.7m，校核情況 QUOTE 0.5m。表1 壩的安全加高 QUOTE 運(yùn)用情況壩的級別123設(shè)計(jì)情況（ 基本情況）0. 70. 50. 4校核情況（ 特殊情況）0. 50. 40. 3

13、計(jì)算砼壩（一）確定工程等級及水工建筑物級別樞紐為一等工程，主壩為1級建筑物（二）擋水壩段剖面尺寸確定 壩基高程：127m 確定壩頂高程 =+ 設(shè)計(jì)：=0.5+0.7+0.7=1.9 校核：=0.5+0.7+0.5=1.7 壩頂高程 設(shè)計(jì)：225.7+1.9=227.6m 校核：227.2+1.7=228.9m 所以取最大值228.8m 壩高=228.9-127=101.9m壩頂寬度：取壩高的8%10% 即101.9（8%10%)=8.15210.19 取壩頂寬度為10mm、n的確定 上游壩坡n=00.2 取0 下游壩坡m=0.60.8取0.8壩底寬度的計(jì)算 224.7-127=97.7m 78

14、.16 所以壩底寬度為78.16m三 荷載計(jì)算（分析） 自重：w=cA c=24KN/m 如圖： A=101.910+68.1685.2=2903.62 W=243922.62=94142.88KN/m靜水壓力 上游 下游 垂直： 9.1211.4=51.98m 20=250m 23.8429.8=355.22揚(yáng)壓力浪壓力：淤沙壓力 淤沙浮容重為0.9t/m則 內(nèi)摩擦角為12 淤沙高程157.5m 則hs=157.5-127=30.5m = =2707.59KN四 穩(wěn)定分析 1、部位 2、方法 正常：滑動力=1.11（4671.921+10001.2+2707.591.2-636.81) =5

15、5642.65 =57239.99 滑動力 抗滑力，所以滿足抗滑穩(wěn)定設(shè)計(jì)：滑動力=1.10.85（47734.281+10001.2+2707.591.2-3062.51） =45928.03 =53300.58 滑動力 抗滑力，滿足抗滑穩(wěn)定校核：滑動力=1.10.85（49196.21+10001.2+2707.591.2-4351.41) =46089.8 =51809.79 滑動力 抗滑力，滿足抗滑力穩(wěn)定五 細(xì)部構(gòu)造 壩頂構(gòu)造壩頂路面應(yīng)具有23的橫向坡度，并設(shè)置混凝土排水溝(3030cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（寬0.4m，高2.1m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠

16、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。 二、壩體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1/151/25，且不少于2m，（1/151/25）（224.7

17、-153.5）=（2.854.75）m故根據(jù)規(guī)定排水管設(shè)置在距上游面4m 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.三、廊道系統(tǒng)為了滿足施工運(yùn)用要求，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)。1、壩基灌漿廊道帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高

18、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(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.02.5m，形狀采用城門水洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)滿足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.050.1 倍作用水頭、且不小于45m 處設(shè)置，為滿足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5 倍廊道寬度，取5m。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。2、檢查及壩體排水廊道為了檢查巡視和排除滲水，常在靠近壩體上游面適當(dāng)高度方向每隔1530m設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式多采用城門洞形，最小寬度為1

19、.2m，最小高度為2.2m，距上游面的距離應(yīng)不少于0.050.07 倍水頭，且不小于3m,該重力壩選取4m，上游測設(shè)排水溝。各層廊道在左右兩岸應(yīng)各有一個出口，并用鉛直的井使各層廊道連通。排水廊道斷面尺寸統(tǒng)一擬定為3m2.5m，城門洞形。六 溢流壩壩體設(shè)計(jì)堰頂高程的確定 已知Q=32300m/s，B=1915=285m.當(dāng)H= 時，流量示數(shù) QUOTE = QUOTE =14.75m，查表得6-4墩頭形狀矩形0.200.400.800.860.920.98楔型或半圓形0.150.300.450.510.570.63尖圓形0.150.150.250.320.390.46閘墩系數(shù)=0.47，按圓弧形墩查表6-3 =0.70，=1即 =1-0.2 =0.907用求得的近似值代入上式重新計(jì)算得 =14.75m1，仍取1，