重力壩設(shè)計說明書

《重力壩計算說明書》成員姓名：張業(yè)燦梁榮澤李壯偉學(xué)號：080310232080310238080310227班級：08水工（2）班指導(dǎo)老師：周衛(wèi)民2010年5月8日目錄第一部分設(shè)計資料………（2）一、設(shè)計資料………（2）二、設(shè)計依據(jù)………（2）第二部分混凝土重力壩設(shè)計…………………（4）非溢流壩設(shè)計…………………（4）二、溢流壩設(shè)計……………………（20）第三部分細(xì)部構(gòu)造………………（25）第一部分：設(shè)計資料設(shè)計資料概況本工程屬于山區(qū)峽谷水庫，水庫總庫容為15×104m3 ，壩址以上流域面積為20Km2地質(zhì)條件壩址所處的河床高程為，砂礫石覆蓋層厚度為0.5～，風(fēng)化巖層厚度為。壩基巖石允許承載力為3000kpa，壩體混凝土與壩基的接觸面間的抗剪摩擦系數(shù)0.65，壩體混凝土與壩基接觸面間的抗剪斷摩擦系數(shù)0.9，壩體混凝土與壩基接觸面間的抗剪斷凝聚力為1.0Mpa，河床最大抗沖單寬流量為40m3／(s·m)。設(shè)計依據(jù)本工程以發(fā)電為主，攔河壩為混凝土重力壩，總庫容為15（104m3），電站為引水式電站，裝機容量為800kw，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）的有關(guān)規(guī)定，本工程等別為“V”等，建筑物按5級設(shè)計。2.洪水標(biāo)準(zhǔn)按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）的規(guī)定，各建筑物按如下洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計：攔河壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇洪水設(shè)計即（P=5%），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇校核即（P=1%）；廠房設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇即（P=3.33%），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇即（P=2%）?？够€(wěn)定安全系數(shù)按抗剪強度公式計算基本荷載組合k≥1.05特殊荷載組合k≥壩頂安全超高正常運用：△H=0.3m非正常運用：△H=地震烈度根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）知，該工程區(qū)的地震動峰值加速度小于0.05g，故不考慮地震設(shè)防。主要采用數(shù)據(jù)水位及下泄流量：洪水標(biāo)準(zhǔn)上游水位(m)下游水位（m）下泄流量(m3/s)校核洪水（P=1%）設(shè)計洪水（P=5%）正常蓄水位死水位風(fēng)速、吹程、淤沙、容重等數(shù)據(jù)實測最大風(fēng)速：20m/s多年（10min）平均最大風(fēng)速：50年一遇風(fēng)速（10min）:/s最大吹程：3700m淤沙內(nèi)摩擦角：水的容重10kN/m3混凝土的容重24KN/m3漿砌石的容重22KN/m3混凝土的彈性模量1.8(104)Mpa巖石物理指標(biāo)壩基巖石允許承載力：3000kpa壩體混凝土與壩基的接觸面間的抗剪摩擦系數(shù)：壩體混凝土與壩基接觸面間的抗剪斷摩擦系數(shù)：壩體混凝土與壩基接觸面間的抗剪斷凝聚力：河床最大抗沖單寬流量：40m3／(s·m)第二部分：混凝土重力壩設(shè)計非溢流壩設(shè)計壩頂高程由于本工程屬于山區(qū)峽谷水庫，故選用官廳公式來計算h和:為了交通和運用管理安全，非溢流壩壩頂或壩頂上游側(cè)防浪墻必須高出水庫的靜水位的高度，式中各參數(shù)由波浪計算確定，式中：—壩頂高于水庫靜水位的高度，m—累計頻率為1%時的波浪高度，m—波浪中心線至靜水面的高度，m—安全超高，m（按重力壩設(shè)計規(guī)范選用）正常蓄水位情況由本工程資料可知:吹程為Dm,查得。浪高：m浪長：m壩前水深m即有且D20km,即符合官廳公式的條件。m波高：mmm設(shè)計洪水位情況由于，即有與（1）的計算情況相同，即=m校核洪水位情況校核情況風(fēng)速取多年平均風(fēng)速原值即=14.1m/s，安全超高浪高：m浪長：m壩前水深m即有且D20km,=14.1m/s，即符合官廳公式的條件。m波高：mmm綜上所述，取壩頂高程=687.40m,取防浪墻高度為1m，基礎(chǔ)開挖2m,則壩高為：m.非溢流壩剖面尺寸的擬定壩頂寬度因該水利樞紐位于山區(qū)峽谷，無交通要求，按構(gòu)造要求取壩頂寬度5m，同時滿足維修時的單車道要求。壩坡的確定根據(jù)工程經(jīng)驗，考慮利用部分水重增加壩體穩(wěn)定，上游壩面采用折坡，起坡點按要求為壩高，該工程擬折坡點高程為672.00m，上部鉛直，下部為1：0.2的斜坡，下游壩坡取1：0.75，基本三角形頂點位于壩頂，681.40m以上為鉛直壩面。廊道布置本工程基礎(chǔ)灌漿和基礎(chǔ)排水廊道是共同用同一廊道，根據(jù)規(guī)范要求寬度1.5~3.0m。本工程廊道采用廊道尺寸寬：2.5m，高：3m荷載及其組合設(shè)計洪水情況的荷載組合包含：自重+靜水壓力+淤沙壓力+揚壓力+浪壓力。沿壩軸線取單位長度1m計算。正常蓄水位的荷載組合包含：自重+靜水壓力+淤沙壓力+揚壓力+浪壓力。計算時沿壩軸線取單位長度1m計算。荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值成果如下表：荷載符號計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底面中點的偏心距（m）力矩（）↓↑←→↙+－↘自重W124×5×352826989W224×××535813.15－5090W324×15×3×54013.15－36021上游水重Q110×15×3×22513.15－32734Q210××341013.15－34785下游水重Q310××××8713.15－1039垂直泥沙壓力×××12513.15－1560浮托力U1×10×12680滲透壓力U2××10×838213.15－3495U310××××436414U4××23.85×10)×8×76313.15－859747上游水平壓力P1×10×411039292下游水平壓力P2×10×116187浪壓力×5.11××101002646×××10761981水平泥沙壓力3061019合計10273284919245163585162328總計74244324－26477(校核洪水位情況)壩基面抗滑穩(wěn)定性核算：已知,,,則，因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩基面的抗穩(wěn)定性滿足要求。壩趾和壩踵應(yīng)力核算已知計及揚壓力時壩基面上的，.m；不計揚壓力時壩基面上的.m壩踵垂直正應(yīng)力（計揚壓力）：壩趾垂直正應(yīng)力（計及揚壓力）：不計揚壓力時計揚壓力時遠(yuǎn)小于壩基和壩體允許壓應(yīng)力。因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩趾和壩踵應(yīng)力滿足要求。荷載符號計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底面中點的偏心距（m）力矩（kN.m）↓↑←→↙+－↘自重W124535285-3-=26989W2245358-18.3=5090W324153540-3=12.156021上游水重Q1310-3=4564Q2315102255-3=2734下游水重Q310=823垂直泥沙壓力10125-2=1560浮托力U110000滲透壓力U2=414U38-8=3484U48-8=7982上游水平壓力P1106÷3=36809下游水平壓力P210÷3=129浪壓力10=532410171.41=4141水平泥沙壓力10tan(45-20/2)30610÷3=1019合計2698.324655260531總計－13979(設(shè)計洪水位情況)壩基面抗滑穩(wěn)定性核算：已知,,,則，因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩基面的抗穩(wěn)定性滿足要求。壩趾和壩踵應(yīng)力核算已知計及揚壓力時壩基面上的，.m；不計揚壓力時壩基面上的.m壩踵垂直正應(yīng)力（計揚壓力）：壩趾垂直正應(yīng)力（計及揚壓力）：不計揚壓力時計揚壓力時遠(yuǎn)小于壩基和壩體允許壓應(yīng)力。因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩趾和壩踵應(yīng)力滿足要求荷載符號計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底面中點的偏心距（m）力矩（kN.m）↓↑←→↙+－↘自重W1352826989W253585090W35406021上游水重Q12703146Q22252734垂直泥沙壓力1251560滲透壓力U15765270U2767729U36727043上游水平壓力P1288023040浪壓力31064391713437水平泥沙壓力3061019合計10046201517134964461647901總計83013325-3285(正常洪水位情況)壩基面抗滑穩(wěn)定性核算：已知,,,則，因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩基面的抗穩(wěn)定性滿足要求。壩趾和壩踵應(yīng)力核算已知計及揚壓力時壩基面上的，.m；不計揚壓力時壩基面上的.m壩踵垂直正應(yīng)力（計揚壓力）：壩趾垂直正應(yīng)力（計及揚壓力）：不計揚壓力時計揚壓力時遠(yuǎn)小于壩基和壩體允許壓應(yīng)力。因此，在設(shè)計洪水位情況下，壩趾和壩踵應(yīng)力滿足要求完建期：荷載符號計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底面中點的偏心距（m）力矩（kN.m）↓↑←→↙+－↘自重W124535285-3-=26989W2245358-18.3=5090W324153540-36021合計9426330105090總計942627920壩趾和壩踵應(yīng)力核算已知壩基面上的，.m；則壩踵垂直正應(yīng)力：壩趾垂直正應(yīng)力：遠(yuǎn)小于壩基和壩體允許壓應(yīng)力。因此，在完建期的情況下，壩趾和壩踵應(yīng)力滿足要求公式說明自重（包括永久設(shè)備自重）壩體自重W標(biāo)準(zhǔn)值計算公式：W=Vc（kN/m）式中：V——壩體體積（），常將壩體斷面分解成矩形、三角形計算。c——壩體混凝土的重度（/）。根據(jù)選定的配合比通過實驗確定，一般采用23.5～24.0/。靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載。分解為水平水壓力（PH）和垂直水壓力（PV）。PV=Vww（kN/m）PH=H2（kN/m）式中Vw——斜坡面上水體體積（）；H——計算點處的作用水頭（m）；h——堰頂溢流水深（m）；w——水的重度（/）。淤沙壓力淤沙壓力：入庫水流挾帶的泥沙在水庫中淤積，淤積在壩前的泥沙對壩面產(chǎn)生的壓力。淤沙壓力計算圖淤積的規(guī)律是從庫首至壩前，隨水深的增加而流速減小，沉積的粒徑由粗到細(xì)，壩前淤積的是極細(xì)的泥沙，淤積泥沙的深度和內(nèi)摩擦角隨時間在變化，一般計算年限取50～100年。單位壩長上的水平淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值Psk為Psk=（kN/m）式中sb——淤沙的浮重度（/），sb=sd-（1-n）wsd——淤沙的干重度（/）；w——水的重度（/）；n——淤沙的孔隙率；hs——壩前估算的泥沙淤積厚度（m）；s——淤沙的內(nèi)摩擦角（°）。當(dāng)上游壩面傾斜時，應(yīng)計入豎向淤沙壓力，按淤沙的浮重度計算。淤沙壓力的作用分項系數(shù)采用1.2。浪壓力浪壓力：水庫表面波浪對建筑物產(chǎn)生的拍擊力。浪壓力的影響因素較多，呈動態(tài)變化，可取不利情況計算。浪壓力的作用分項系數(shù)應(yīng)采用1.2。波浪壓力分布（a）深水波；（b）淺水波；（c）破碎波臨界水深Hcr的計算公式：三種波態(tài)情況的浪壓力分布不同，浪壓力計算公式如下：①深水波：當(dāng)壩前水深大于半波長，即H＞時，波浪運動不受庫底的約束。（kN/m）②淺水波：水深小于半波長而大于臨界水深Hcr，即＞H＞Hcr時，波浪運動受到庫底的影響。PL=[（h1%+hZ）（H+PLf）+HPLf]PLf=h1%sech③破碎波：水深小于臨界水深，即H＜Hcr時，波浪發(fā)生破碎。PL=λ）h1%+（0.7+λ）H]P0=K0h1%溢流壩設(shè)計孔口尺寸當(dāng)大壩通過P=1%校核洪水時下泄流量Q，由資料可知：河床最大抗沖單寬流量為40。出于安全考慮，本設(shè)計采用溢流單寬流量q=35，則所需的溢流孔口總寬為：B=取12m初步擬定閘孔寬b=6m，分2孔即n=2,閘墩厚為2m。則溢流前緣總長度為：L=nb+(n+1)d=12+(2+1)×2=18m堰頂高程按兩種種不同情況分別來計算，公式，取，不同情況上游水位（m）（m）下泄流量Q（）堰頂高程(m)校核情況設(shè)計情況壩頂高程定得高些將可較經(jīng)濟(jì)，但得必須通過最大洪水校核。取壩頂高程為679.6m.6－679.6=，則有:,不滿足，且超過了其5%，故需要降低堰頂高程。?。?79.22=，則有：滿足要求，最后選定壩頂高程為溢流壩面曲線設(shè)計定型設(shè)計水頭通過調(diào)洪演算，溢流壩壩頂高程定為679.2m，取=5m，堰上最大水頭，則溢流壩面曲線設(shè)計壩頂上游曲線本工程采用的是上游面垂直的WES實用堰，通過下表可以查到相關(guān)數(shù)據(jù)：WES實用堰標(biāo)準(zhǔn)剖面方程參數(shù)：上游堰面坡度kn垂直3:11.5:11:100故可得，=2.5m=1m=0.875m=1.41m，則改堰頂下游的曲線方程為：溢流剖面堰型采用冪曲線，其方程為：故可得冪曲線方程為：直線段和堰曲線切點、的確定。由a和b步驟中可以聯(lián)立下列方程組：求得=3.91直線段和反弧段切點D和反弧圓心坐標(biāo)的確定根據(jù)鼻高于下游水位1m左右的要求，確定鼻坎高程為，挑角，下游水位為61.82m。，閘墩厚d=2m，n=2孔，b=6m，則反弧半徑的確定。擬定R=9m此時反弧最低點高程為：S=上游水位－反弧最低點高程=685.67－662.16=為了保證有較好的挑流條件，反弧半徑R至少應(yīng)大于反弧段最低點處水深的5~6倍，故取反弧半徑R=9m是符合要求的。圓心高程直線段和反弧切點D為（圓心到堰頂水平距離）溢流壩壩基寬度：鼻坎到堰頂?shù)乃骄嚯x附加上鼻坎削角厚度0.4m，堰頂上游側(cè)曲線水平距離挑流消能計算已知條件：挑射角為7－661.82=23.85m；鼻坎高程為663m，上游水位和鼻坎高差，下游河床高程為657m，鼻坎和下游河床面高差a=663－657=6m，下游水位和下游河床面高差t=661.82－657=4.82m，.流能比：流速系數(shù)：入水角：即=，tan空中挑距：沖刷坑深度T：，則水下挑距：總挑距：沖刷坑后坡：故不會危及建筑物的安全。第三部分：細(xì)部構(gòu)造1.壩頂構(gòu)造1.1非溢流壩壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高為1.0m，厚度為30cm，以滿足運用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為1%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂總寬度為5m，下游側(cè)設(shè)置欄桿，細(xì)部構(gòu)造圖附后。1.2溢流壩溢流壩的上部設(shè)有閘門、閘墩、門機、交通橋等機構(gòu)和設(shè)備。閘門的布置工作閘門布置在溢流壩的頂稍微偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負(fù)壓。采用平面鋼閘門，門的尺寸為高××6m，工作閘門的上游設(shè)有檢修閘門，二門之間的凈距為2m。閘墩閘墩的墩頭形狀為上游采用半圓形，下游采用流線型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程即687.40m；下游布置交通橋，橋面高程為非溢流壩頂高程679.20m。中墩的厚度2.0m，邊墩厚度1.5m，溢流壩的分縫設(shè)在閘孔中間，故沒有縫墩。工作閘門槽深0.5m，寬0.6m，檢修閘門槽深0.3m，寬0.4m。導(dǎo)水墻邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻，其長度延伸到挑流鼻坎的末端。邊墩的高度應(yīng)高出摻氣后水深0.5～1.5m，平直段摻氣后水深估算公式為：hb=h（1+ξv/100）h、hb—摻氣前、后的水深，m；v—摻氣前計算斷面的平均流速，m/s；ξ—修正系數(shù)，一般為1.0～1.4m/s，v＞20m/s時，取較大值。2.1橫縫垂直于壩軸線布置，縫距為15m（縫距在10—20米范圍內(nèi)），縫寬2cm，內(nèi)有止水。2.2止水壩體設(shè)有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片采用厚的紫銅片，第一道止水片距上游壩面。兩道止水片間距為1m，中間設(shè)有直徑為20cm的瀝青井，止水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂。2.3縱縫縱縫為臨時性縫，縫內(nèi)設(shè)有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫蓄水前進(jìn)行灌漿?？v縫與壩面正交，縫距為10m（縫距在10—20米范圍內(nèi)）。3.1基礎(chǔ)廊道位置：廊道底部距壩基面3m，廊道底部高程為660m，廊道底部上游側(cè)距上游壩面的水平距離為5.5m；形狀：城門洞形，底寬2.5m，高2.5m，內(nèi)部下游側(cè)設(shè)排水溝，并在最低處設(shè)集水井。平行于壩軸線方向廊道向兩岸沿地形逐漸升高，坡度