水電站技術設計階段砌石重力壩技術設計大綱

水電站技術設計階段砌石重力壩技術設計大綱 4 4 6 樞紐工程由（甲方）委托本院（乙方）進行技術設計1.2工程概況 工程位于省市(縣)境內(nèi)，江(河)的支流河的游，距市(縣城)km。是一座以為主，結合等綜合利用的樞紐工程。該工程樞紐主要建筑物由大壩、輸水道、電站廠房等組成，水庫總庫容億m3。大壩為漿砌石實體（空腹、寬縫）重力壩，壩頂高程m，壩頂長m，最大壩高m。泄洪方式為式溢洪道，設有孔m×m（寬×高）的泄洪孔。條引水隧洞，洞徑m，總長m。電站為式廠房，裝機臺，總容量MW。本工程初步設計已于年月經(jīng)審查通過。1.3初步設計審查意見1.4業(yè)主對技術設計的要求）；）；2設計依據(jù)文件和規(guī)范2.1設計依據(jù)的文件(1)初步設計報告及附圖；(2)初步設計審批文件；(3)水工模型試驗專題報告；(4)地質勘查專題報告；(5)巖基試驗專題報告；(6)其它專題報告；(7)技術設計合同及設計委托書。2.2主要設計規(guī)范(1)SDJ12—78水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（山區(qū)、丘陵區(qū)部分試行）及補充規(guī)定；(2)SDJ217—87水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準（平原、濱海部分試行(3)GB50201—94防洪標準；(4)SDJ21—78混凝土重力壩設計規(guī)范（試行）及補充規(guī)定；(5)SL25—91漿砌石壩設計規(guī)范；(6)SD120—84漿砌石壩施工技術規(guī)定（試行）；(7)SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范；(8)SDJ10—78水工建筑物抗震設計規(guī)范（試行）；(9)SDJ20—78水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范（試行）；(10)SL47—94水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規(guī)范；(11)SDJ341—89溢洪道設計規(guī)范；(12)SDJ336—89混凝土大壩安全監(jiān)測技術規(guī)范；(13)SD134—84水工隧洞設計規(guī)范。2.3主要參考文件水利水電工程設計工程量計算規(guī)定（修改稿）2.4設計主要參考文獻(1)水工設計手冊1～8卷水利電力出版社，1982(2)水工建筑物設計叢書重力壩潘家錚汝乃華水利電力出版社，1983(3)中小型水庫叢書砌石壩水利電力部水利調(diào)度研究所水利電力出版社，1977(4)水力計算手冊武漢水利電力學院水利電力出版社，1983(5)水工結構分析文集潘家錚電力工業(yè)出版社，1981(6)水工建筑物設計叢書壩內(nèi)孔口和廊道潘家錚林可冀水利電力出版社，1986(7)壩工叢書砌石壩設計華東水利學院四川省水利電力局廣西大學水利出版社，19803設計基本資料3.1工程等別及建筑物級別(1)本工程屬等工程；(2)本工程樞紐主要建筑物級別為級；次要建筑物級別為級；臨時建筑物為3.2水文氣象資料3.2.1水庫區(qū)水溫與氣溫見表1。月份123456789多年平均月平均氣溫月最高氣溫月最低氣溫月平均水溫絕對最高氣溫℃;絕對最低氣溫℃;多年平均地溫℃3.2.2風向、風速和砍程(1)風向：；(2)風速：多年平均最大風速m/s，實測最大風速m/s；(3)吹程：km。3.2.3冰情流冰速度m/s，流冰抗碎強度MPa。3.2.4壩址水位—流量關系曲線見表2。水位(H)，m流量(Q)，m3/s3.3洪水標準3.3.1大壩設計洪水標準與相應水位見表3。洪水標準洪峰流量m3/s下泄流量m3/s上游水位m下游水位m備注移民標準P=%設計洪水P=%校核洪水P=%3.3.2導流洪水標準與相應水位見表4。導流標準洪峰流量m3/s導流下泄流量m3/s上游水位m下游水位m備注枯水時段P=%汛期P=%全年圍堰過水圍堰3.3.3發(fā)電流量與電站尾水位見表5。運行方式引用流量，m3/s尾水位，m備注單機保證出力單機滿發(fā)全部機組滿發(fā)3.4泥沙與水庫淤積(1)多年平均含沙率kg/m3；(2)多年平均懸移質輸沙量萬t；(3)多年平均推移質輸沙量萬t；(4)水庫淤積標準a；(5)泥沙淤積高程m；(6)淤沙內(nèi)摩擦角φ=；(7)淤沙浮容重yn=kN/m3。3.5地形測量資料(1)庫區(qū)地形圖；(2)壩區(qū)地形圖；(3)塊石料場地形圖；(4)壩區(qū)測量控制網(wǎng)資料。3.6工程地質與水文地質資料3.6.1地質報告及附圖(1)初步設計階段地質勘探報告；(2)壩址及建材料場地質圖；(3)專題報告3.6.2壩區(qū)基巖物理力學指標見表6。基巖類型新鮮巖石微風化巖石弱風化巖石軟弱夾層斷層備注容重，kN/m3干抗壓強度，MPa飽和抗壓強度，MPa摩擦系數(shù)f/f,混凝土—巖巖—巖混凝土-砌體砌體—砌體凝聚力C(或C,)MPa混凝土—巖巖—巖混凝土-砌體砌體—砌體彈性模量E,MPa變形模量E0,MPa泊松比μ3.6.3地震資料(1)地震基本烈度度。(2)地震設防烈度度，本工程大壩設計按度考慮地震荷載。3.7特征水位(1)正常蓄水位：汛前m，汛后m；(2)正常尾水位m；(3)死水位m。3.8建筑材料物理力學指標3.8.1主材指標(1)水泥主要指標見表7產(chǎn)地或廠家標號容重，kN/m3單位水化熱,J/kg備注(2)塊石料主要指標見表8。料場巖石種類風化程度容重kN/m3彈模EMPa泊松比μ抗壓強度MPa抗拉強度\MPa新鮮微風化弱風化3.8.2壩體材料設計指標見表9。材料標號容重kN/m3抗壓強度MPa抗拉強度MPa彈模MPa泊松比μ線脹系數(shù)C℃1抗?jié)B標號抗凍標號混凝土C15C20C25膠凝材料砂漿細石混凝土砌體注：表中抗壓及抗拉強度均指設計強度。3.9設計控制標準3.9.1防滲控制標準(1)相對隔水層控制線：w=LU；(2)滲壓折減系數(shù)：帷幕α1=、排水α2=、α3=、……。3.9.2抗滑穩(wěn)定控制標準3.9.3壩體應力控制標準(1)允許壓應力見表10。材料強度安全系數(shù)Ki標號允許壓應力，MPa備注混凝土基本組合特殊組合砌體基本組合特殊組合壩基(2)允許拉應力見表11。表11允許拉應力指標壩體部位垂直正拉應力(一)MPa主拉應力(一)MPa備注壩基壩體3.10閘門資料(1)部位：；(2)閘門形式：；尺寸：m×m(寬×高)；(3)閘門啟閉力：t；(4)啟閉設備荷載t。3.11其它資料4設計原則及假定4.1設計基本原則(1)本工程砌石重力壩的設計，除要符合有關規(guī)程、規(guī)范、標準的規(guī)定要求外，還應執(zhí)行本《大綱》。(2)設計前應注重調(diào)查研究、深入現(xiàn)場、認真分析研究和掌握壩址區(qū)各項基本資料，使設計做到因地制宜、技術先進、經(jīng)濟合理、施工和運行安全可靠。(3)在初設方案基礎上，遵照初設審查結論，對大壩作進一步的優(yōu)化設計。(4)本階段設計成果，應在施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，不斷修改和完善。4.2設計基本假定(1)壩體設計計算斷面應選取最大斷面（建基面最低處）及有代表性斷面。(2)壩體與巖基接觸面作為平面考慮，不考慮壩基面的高低不平。(3)壩體應力分析按方法進行，且滿足該方法的基本假定。(4)大壩穩(wěn)定分析時，壩體與壩基都假定為剛體，不考慮彈性變形，壩基面及壩體按抗剪斷考慮，軟弱面按抗剪考慮。(5)砌體內(nèi)孔口應力分析時，可假定周邊砌體為均質體。(6)作用于壩基及壩體上的水壓力，其面積系數(shù)采用1.0。5設計工作內(nèi)容和方法5.1荷載與荷載組合5.1.1荷載計算參見SDJ21—78附錄二及SL25—91附錄二?？紤]地震荷載時不進行地震動力分析。5.1.2計算工況(1)基本組合1)工況一：水庫正常蓄水位m＋正常尾水位m＋自重＋揚壓力＋泥沙壓力＋浪壓力或冰壓力（二者取其中大者）2)工況二：水庫設計洪水位m＋設計尾水位m＋自重＋揚壓力＋泥沙壓力＋浪壓力＋動水壓(2)特殊組合3)工況三：水庫校核洪水位m＋校核尾水位m＋自重＋揚壓力＋泥沙壓力＋浪壓力＋動水壓4)工況四：工況一或工況二（取二者不利情況）＋地震荷載5)工況五：工況一或工況二＋其它特殊荷載5.2壩體布置(1)在初設選定的壩線及樞紐布置基礎上進行壩體布置。應根據(jù)壩址地形、地質、水文等自然條件，結合泄洪、發(fā)電、灌溉、航運等樞紐建筑物的綜合利用要求統(tǒng)籌考慮。還應重視沖淤、排沙及岸坡防護等問題。對初設選定的布置方案進一步進行優(yōu)化。(2)泄洪建筑物是大壩設計重點。在初設及水工模型試驗論證基礎上，對溢流壩段位置、孔口、消能方式（包括消能工）進行進一步的復核、論證和優(yōu)化。(3)進一步論證壩內(nèi)開設廊道和孔洞的必要性。需要設時，其位置、尺寸、數(shù)目應結合運用要求、施工條件以及壩體結構應力狀態(tài)合理確定，以求盡量簡化。5.3壩體形狀設計5.3.1基本要求(1)壩體形狀設計，必須滿足穩(wěn)定、應力及構造要求。(2)宜采用優(yōu)化設計方法，盡可能節(jié)省工程量。(3)壩體斷面形狀力求簡單、實用，既要考慮經(jīng)濟合理，同時也要考慮施工的可行性和方便。5.3.2非溢流壩斷面設計(1)非溢流壩斷面基本體型為三角形，頂點在壩頂上游點或其附近。(2)上、下游面可分別采用一個或幾個坡度，上游壩坡可采用1:，下游壩坡可采用1:。上游折坡點高程應結合壩體開孔一并考慮，折坡點一般不與開孔斷面重疊。(3)壩頂高程不得低于水庫最高靜水位。(4)壩頂最小寬度應滿足構造、檢修及交通等要求，為m。(5)空腹壩還應按下列要求進行斷面設計（若非空腹壩，則此條不要）：1)外廓尺寸宜采用滿足穩(wěn)定和應力要求的、較經(jīng)濟的實體壩斷面，其上下游坡比可酌予放緩。2)空腹宜位于壩底中部，略偏下游；空腹底寬宜為壩底寬度的1/3左右；高度宜為壩高的1/4—1/3。3)空腹斷面形狀宜采用應力狀態(tài)較好的組合圓或經(jīng)論證的其它形狀；空腹下游面的倒懸度不宜大于0.3:1，空腹上游面宜傾向上游一定角度，使空腹斷面軸線趨向于壩體合力作用線。5.3.3溢流壩斷面設計(1)溢流孔口型式：選用。(2)堰面曲線段堰面曲線采用曲線。定型設計水頭Hs=m。曲線的設計參見SDJ21—78附錄一。(3)反弧段1)反弧段采用曲線。2)反弧段應與堰面曲線良好銜接。3)反弧段應結合下游消能設施一并考慮。反弧半徑R采用m。(4)工作閘門2)閘門置于位置。(5)檢修閘門在初設基礎上，進一步論證設置檢修閘門的必要性。檢修閘門一般采用平面閘門，布置在工作閘門上游側，兩門距離應不小于m。(6)閘墩結構型式在初設基礎上，在進一步論證閘門及其啟閉系統(tǒng)和壩頂交通布置后，決定閘墩的結構型式、牛腿位置、閘墩尺寸等，并對其進行優(yōu)化。(7)深式泄水孔（不考慮設深式泄水孔，則此條不要）。設深式泄水孔，其設計方法參見SDJ21—78第三章第三節(jié)。5.4泄水建筑物水力設計5.4.1泄水能力計算(1)基本要求1)根據(jù)初設成果和水工模型試驗成果選擇孔口。2)泄流能力要滿足庫區(qū)移民淹沒及庫水位控制的要求。P=%時，庫水位控制為m；P=%時，庫水位控制為m。3)安全下泄設計及校核標準洪水。(2)計算公式參見SDJ21—78附錄一及參考文獻[4]第三篇。5.4.2消能設計(1)消能方式選定為。消能工設計洪水頻率P=%，相應下泄流量Q=m3/s，下游水位m。(2)消能方式水力設計方法參見SDJ21—78附錄一及參考文獻[4]第四篇。(3)消能設施的結構設計。1)參見SDJ21—78第三章及參考文獻[4]第四篇。2)結合水工模型試驗成果修改。5.5壩體穩(wěn)定應力分析5.5.1壩體穩(wěn)定計算(1)壩體抗滑穩(wěn)定計算主要核算壩基面在各種工況下的滑動條件，包括：1)沿墊層混凝土與基巖接觸面滑動；2)沿砌石體與墊層混凝土接觸面滑動；3)砌石體之間滑動；4)沿基巖中軟弱面的深層滑動。(2)計算公式采用抗剪斷公式或抗剪公式，公式參見SL25—91第4.3.2條。(3)對于岸坡壩段，當縱坡較陡時（一般指水平向角大于45。），應核算壩體側向抗滑穩(wěn)定。5.5.2壩體應力計算(1)壩體應力計算內(nèi)容主要包括：1)各計算截面上的應力；2)壩體廊道、孔洞等消弱部位的局部應力。(2)壩體應力計算方法1)壩體應力以材料力學法為基本分析方法；當壩體設置混凝土防滲面板時，也可考慮壩體一個方向異性，按分層異彈模方法分析。計算方法參見SL25—91附錄三。2)開孔處局部應力計算方法參見參考文獻(2)、(6)。5.6溫度控制設計(1)壩基墊層混凝土溫度控制應按SDJ21—78有關規(guī)定執(zhí)行。(2)壩體漿砌石砌筑時的溫度控制，應按SD120—84的有關規(guī)定執(zhí)行。5.7壩體防滲設計(1)防滲形式壩體防滲形式應結合大壩等級、當?shù)亟ú?、自然條件、施工工藝等因素確定。(2)防滲體設計5.8壩基處理5.8.1砌石重力壩壩基處理設計應包括：基礎開挖、固結灌漿、防滲和排水、不良地質構造處理等。處理后的基礎應滿足強度、整體性、均勻性、抗?jié)B和耐久性的要求。5.8.2基礎開挖(1)本工程大壩建基面開挖深度要求；1)河床部位挖至；2)兩岸挖至。(2)壩基開挖穩(wěn)定邊坡，根據(jù)地質資料和現(xiàn)場實際情況確定。永久邊坡比為；臨時邊坡比為。(3)基礎中存在的局部工程地質缺陷，應結合基礎開挖予以處理。5.8.3壩基固結灌漿(1)壩基固結灌漿設計應包括：1)確定灌漿具體位置及范圍，灌漿孔布置；2)確定灌漿參數(shù)；3)灌漿技術要求。(2)壩基固結灌漿部位應包括：1)壓應力較大的壩趾部位；2)不良基巖部位；3)防滲帷幕上游側。5.8.4壩基防滲設計(1)壩基防滲的主要措施是設置灌漿帷幕，帷幕灌漿設計應包括：1)確定帷幕位置和深度、厚度；2)確定帷幕灌漿基本參數(shù)；3)灌漿技術要求。(2)防滲帷幕設計應根據(jù)地質情況，參照SDJ21—78和SL25—91的有關規(guī)定和要求進5.8.5壩基排水設計(1)壩基排水孔布置位置。(2)壩基排水設計應按規(guī)范SDJ21—78和SL25—91的有關規(guī)定和要求進行。5.8.6斷層破碎帶和軟弱層處理(1)對于壩基存在的斷層破碎帶和軟弱夾層等不良地基應作處理。處理方法主要依據(jù)地質資料參照規(guī)范SDJ21—78和SL25—91有關規(guī)定及已建工程成功經(jīng)驗進行。(2)不良地基部位應加強固結灌漿。(3)伸入庫內(nèi)的斷層或夾層，有可能造成滲漏通道并使地質條件惡化時，應進行專門的防滲設計（如增設防滲井或防滲墻等）。5.9壩體構造設計5.9.1壩頂構造(1)非溢流壩壩頂不得低于水庫最高靜水位，防浪墻頂不得低于正常運用或非常運用的水庫靜水位加相應的超高Δh。Δh的計算參照規(guī)范SL25—91第八章的規(guī)定進行。(2)壩頂結構應滿足設備布置、檢修、交通和觀測等方面要求，注意安全、適用、經(jīng)濟、美觀。(3)壩頂交通橋寬m，按荷載設計。5.9.2壩內(nèi)廊道和開孔(1)壩內(nèi)廊道根據(jù)布置需要設置。(2)砌石壩體內(nèi)應盡量少開孔洞，必要設置時按運行要求布置，斷面不宜過大。(3)應滿足規(guī)范SDJ21—78和SL25—91的有關規(guī)定和要求。5.9.3壩體分縫和壩體排水(1)壩體橫縫間距m。(2)壩體橫縫應設可靠止水。(3)壩體內(nèi)宜設置至少一排豎直排水管，排水管設在防滲體后砌體內(nèi)。壩體應設置水平排水系統(tǒng)，并與豎直排水管連通。5.9.4壩體材料分區(qū)及標號(1)砌石重力壩壩基一般設置混凝土墊層，本大壩墊層厚為m，混凝土標號為。(2)壩體防滲體混凝土標號為。(3)溢流面設m厚混凝土面板，其標號為。(4)消能設施采用材料，標號為。(5)壩體廊道及開孔其周邊設m厚混凝土，標號為。(6)壩體中部漿砌體采用材料砌筑，材料標號為。5.9.5關于壩體配筋設計除閘墩、導墻及啟閉臺等外，下列部位還應考慮配置鋼筋：(1)