二学位混凝土重力坝设计

第1章 基本资料1.1枢纽概况及工程目的 某水库位于河北省唐山承德两地区交界处坝址位于迁西县洒河桥上游十公里扬查子村的滦河干流上。控制流域面积33700平方公里，总库容为20.5亿立米。 水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业用水城市人民生活用水，结合引水发电。并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前受益，尽早建成。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为级建筑物，其它均按级建筑物考虑。1.2 某水库混凝土重力坝毕业设计基本资料1.2.1 水文分析：1.2.1.1 年径流滦河水量较充沛某站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中汛期七、八月份。丰水年时占全年5060%，枯水年占3040%，而且年际变化也很大。1.2.1.2 洪水多发生在七月下旬至八月上旬有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水。其中1883年最大，由洪痕估算洪峰流量约为2440027400米3/秒，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800米3/秒。洪峰历时三天左右，由频率分析法求得：1.2.1.3 泥沙本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨，多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。1.2.2 气象 库区年平均气温为10左右，一月份最低月平均气温为零下6.8，绝对最低气温达零下21.7(1969年)，7月份最高月平均气温25，绝对最高达39(1955年)，多年平均气温见表1-1。表1-1月份123456789101112气温-6.8-3.43.5512.1119.1422.8625.1124.016.6710.202.85-4.4水温10.417.121.424.623.618.511.63.4 本流域无霜期较短(90180天)，冰冻期较长(120200天)，某站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70100天，冰厚0.40.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大，夏季常为东南风，多年平均最大风速为19.5米/秒，水库吹程D=3公里。流域内多年平均降雨量约为400700毫米，多年平均降水天数及降水量见表1-6。1.2.3 工程地质1.2.3.1 库区地质某水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。1.2.3.2 坝址地质地貌：坝址位于扬查子村南300米处，为低谷丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约600米上下游两公里范围内，河道顺直主河槽位于右岸，河床高程137米左右。枯水期河床宽约100米，由于受河流侧向侵蚀两岸地形不对称。右岸坡度较陡约60度左右，左岸较缓约20度，河床中除漫滩外，左岸还有三级阶地发育，一、二级阶地高程自140米160米。三级阶地与缓坡相接直达山顶。覆盖层厚度为712米的砂砾卵石冲积层。岩性：坝区主要岩性为太古界拉马沟片麻岩，其次为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉，坝区范围内片麻岩依其岩性变化情况可分为六大层，其中第一、四、六层岩性较好，但第一、六层因受地形限制建坝工程很大。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。1.2.3.3 水文地质坝基的透水性总的看来不大，但不均一，主要决定断裂发育程度和性质，在平面上，一级阶地基岩透水性大于其它地貌单元。从垂向上看河谷内单位吸水量小于0.01公升/分的顶板在83105米高程其间之透水层厚度为4050米，若除开挖部分厚度将更薄一些，两岸透水层应以天然地下水位为下限，一般都大于50米，具体参见地质剖面图。1.2.3.4岩石物理力学性质岩石容重为2.682.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2，混凝土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm2。1.2.3.5 地震库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。弱震仍不断发生，其中1936年和1976年两次发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为7度，考虑到枢纽的重要性，和水库激发地震的可能性，拦河坝设防烈度采用7度。1.2.4 当地建筑材料 坝址附近主要砂石料场有七处，储量足以建坝，各料场的物理性质、试验指标，基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料使用。且无大量的粘性土及砂壤土料，可供围堰防渗材料之用。1.2.5 交通条件对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近略加修改或扩建即可直通坝址，坝顶无重要交通要求。表1-2 水库规划及建筑特性指标项 目单 位指 标备 注水位校核洪水位米226.2设计洪水位米224.7p=0.01%正常蓄水位米223.7p=0.1%汛期限制水位米216.0死水位(发电)米180.0校核洪水尾水位米155.8设计洪水尾水位米152.0正常尾水位米137.4库容总库容亿立米20.5计入十年淤积调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米18.5共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积坝 型混凝土重力坝坝顶高程米228.0最大坝高米103.0坝顶长度米1024.0溢流坝孔数孔19闸墩的中墩厚度为3米溢流堰顶高程米210.0（横缝设在闸墩中间）每孔净宽米15.0工作闸门尺寸米×米15×15弧形钢闸门启闭机(2×70吨)台19固定式卷扬机设计洪水下泄流量米3/秒32300校核水位下泄流量米3/秒42900限泄275003装订线第2章 挡水坝剖面设计2.1 剖面尺寸拟定 挡水坝剖面尺寸初步拟定的主要内容有：坝顶高程，坝顶宽度，坝坡及上、下游起坡点位置。2.1.1 坝顶高程的确定（1）基本公式 坝面高程分别按设计和校核两种情况，根据水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997内陆峡谷水库波浪要素按官厅公式计算（适用于及）： （2-1） （2-2） （2-3）库水位以上超高：根据混凝土重力坝设计规范坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙的高程应高于波浪顶高程，其与设计洪水位或校核洪水位高差： （2-4）式中：累积频率为1的波高，； 安全超高，； 波浪中心线超出静水位的高度，； 计算风速，是指水面以上10m处10min的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位的，宜采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值，； 为风作用于水域的长度，k； 平均波长，； 波高，； 坝前水深，。（2）计算风速V0的确定计算风速指水面以上10米处10分钟的平均风速。水库为正常蓄水位和设计洪水位适宜采用相应洪水其多年平均最大风速的1.52.0倍，即本次设计的相应季节50年重现期的最大风速，本次设计取为1.8倍；校核洪水位时宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。基本资料中：多年平均最大风速为19.5。故设计洪水位时：1.8×19.535.1；校核洪水位时：19.5（3）计算根据设计基本资料：g9.81 3000设计洪水位时： 35.1代入公式计算得：=2.05根据规范规定：当20250时，为累积频率5的波高，在计算浪压力时，为累积频率为1时的波高，应乘以1.24，对于本工程：9.81×3000/35.12=23.9在20250之内,所以 当HL，1，库水位以上的超高2.54+1.097+0.74.337根据混凝土重力坝设计规范DL5108-1999P43页表11、1.1 表2-1相应情况坝的安全级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.3大（）型工程，安全超高，设计洪水位为0.7（校核洪水位为0.5）校核洪水位： 19.5代入公式计算得：= 库水位以上的超高1.22+0.457+0.52.177（4）计算坝顶高程根据混凝土重力坝设计规范DL5108-1999P43页表11、1.2防浪墙宜采用与坝体连接成整体的钢筋混凝土结构，墙身应有足够的厚度以抵抗波浪及漂浮物的冲击，在坝体横缝处应留伸缩缝，并设止水，防浪墙高度可取1.2，坝顶下游侧应设栏杆。正常：设计洪水位+-防浪墙高度 224.7+4.337-1.2227.837校核：校核洪水位+-防浪墙高度 226.2+2.177-1.2227.177（5）结论比较以上两种情况下的坝顶高程并取较大值227.837，为了施工方便最终数值保留一位小数，最终本工程取坝顶高程为：227.8。检验：根据混凝土重力坝设计规范DL5108-1999规定：坝顶高程应高于校核洪水位，防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。显然：227.8高于校核洪水位226.2，满足要求。