非溢流重力壩設計

第三章非溢流重力壩設計3.1基本剖面設計3.1.1剖面設計原則重力壩的設計斷面應由基本荷載組合控制，并以特殊荷載組合復合。設計斷面要滿足強度和強度要求。非溢流壩剖面設計的基本原則是：①滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全；②工程量最??；③優(yōu)選體形，運用方便；④便于施工，避免出現(xiàn)不利的應力狀態(tài)。3.1.2基本剖面擬定圖3.1重力壩的基本剖面是指壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖3.1。在已知壩高H、水壓力P、抗剪強度參數(shù)f、c和揚壓力U的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。3.1.3實用剖面的擬定一、壩頂高程的擬定壩頂高程應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應高于波浪頂高程。壩頂高程由靜水位+相應情況下的風浪涌高和安全超高定出。即＝靜+式中：＝。式中：----為波浪高度；----為波浪中心線超出靜水位的高度；----為安全超高。1、超高值的計算（1）基本公式壩頂應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應高于波浪頂高程，可由式計算，應選擇三者中防浪墻較高者作為選定高程。（2.1）式中—防浪墻頂與設計洪水位或校核洪水位的高差；—累計頻率為1%的波浪高度；—波浪中心線至設計洪水位或校和洪水位的高差；——安全超高；的取值，根據(jù)下表3.1表3.1安全級別運用情況Ⅰ（1級）Ⅱ（2級）Ⅲ（3級）設計洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3故本設計壩的級別為2級，所以設計安全超高為0.5m，校核安全超高為0.4m。對于hl%和hz的計算采用官廳公式計算：，式中：----計算風速，m/s,在計算和時，設計洪水位和校核洪水位采用不同的計算風速值。計算風速在水庫正常蓄水位和設計洪水位時，宜采用多年平均最大風速的1.5~2.0倍，校核洪水位時宜采用相應多年平均最大風速。----吹程，;----波長，；----壩前水深，；（2）正常蓄水位時計算風速采用C 江地區(qū)多年平均風速的1.5～2.0倍，即：風速，吹程。各波浪計算要素計算如下:波高由于之間,則為累計頻率5%的波高，根據(jù)換算累計頻率為1%的波高為。波長=折點距河床壩基為2/3×103=68.67m,故折點取在上游壩面距壩基高程68m處，即折點高程為202.3m。通過比較，可取上游壩坡為1：0.1，下游壩坡取1：0.8。四、壩底寬度擬定壩底寬度約為壩高的0.7～0.9倍，本工程的壩高為103m，通過已經確定的上下游壩坡坡率，計算得B=88.56m，為施工方便取B=85m，在0.7～0.9范圍之內。五、基礎灌漿廊道尺寸擬定為了后續(xù)揚壓力的計算，對灌漿廊道進行擬定?；A灌漿廊道有灌漿、排水和檢查之用?；A灌漿廊道的斷面尺寸，一般寬為2.5～3m，高為3～4m，為了保證完成其功能且可以自由通行，本次設計基礎灌漿廊道斷面取3.0×4.0m，形狀采用城門洞型。廊道的上游壁離上游側面的距離應滿足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.05～0.1倍作用水頭、且不小于4～5m處設置，本設計水頭為103m，本次設計取10m，為滿足壓力灌漿，基礎灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度，取5m。六、初步擬定實用剖面圖如圖3.3圖3.33.2荷載計算重力壩的主要荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚壓力、地震荷載等，為計算方便取1ｍ壩長進行計算。本設計進行的荷載組合有基本荷載組合和特殊荷載組合，其中基本荷載組合為正常蓄水位；特殊荷載組合為校核水位和地震情況。計算示意圖如下圖3.4圖3.4各高程結合圖3.3進行計算。3.2.1正常水位（1）自重W壩體自重的計算公式：W=Vc（kN）式中Ｖ----壩體體積，ｍ3；由于取1ｍ壩長，可以用斷面面積代替。通常把它分成如圖3.4所示的若干個簡單的幾何圖形分別計算重力；----壩體混凝土容重，取鋼砼為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）靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力PV兩種。計算公式為式中，H——計算點處的作用水頭，ｍ；——水的重度，常取9.81kN/ｍ3；V——斜坡面上水體的體積，m3；正常水位時：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計算各種情況下的靜水壓力：上游水平壓力Pu=0.5×9.81×97.92=47011.53KN上游垂直壓力P22=0.5×9.81×6.8×68=2268.07KNP21=9.81×6.8×29.9=1994.57KN下游水平壓力Pd=0.5×9.81×2.22=23.74KN下游垂直壓力P3=0.5×9.8×2.2×2.2×0.8=18.97KN（3）揚壓力揚壓力包括上浮力及滲流壓力。揚壓力分布如圖3.4.將揚壓力分成四部分，U1，U2，U3，U4。根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》在排水孔幕處的滲流壓力為arH，a為折減系數(shù)。根據(jù)規(guī)范河床壩段取為0.25.b=13m。