水工1102班第四组混凝土坝设计.docx

混凝土坝设计与施工专业：水利水电建筑工程班级： 水工 1102组别： 第四组组长： 吴德国指导老师：陈一华混凝土坝设计与施工组长： 吴德国副组长： 刘涛、郭志强 组员： 余远、胡兵、黄胜、余志尧、邹冠群、邱勇指导老师：陈一华 班级及组别：水工 1102，第四组前言重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求在水压力及其他外荷载作用下，主要依靠坝体自重来维持稳定的坝重力坝的断面基本呈三角形，筑坝材料为混凝土或浆砌石据统计,在各国修建的大坝中,重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重在中国的坝工建设中,混凝土重力坝也占有较大的比重,在 20座高 100m 以上的高坝中，混凝土重力坝就有 10 座重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝；③空腹重力坝重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类①悬臂式重力坝：横缝不设键槽，不灌浆；②铰接式重力坝：横缝设键槽，但不灌浆；③整体式重力坝：横缝设键槽，并进行灌浆。

按照混凝土的施工方式，分为常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝其中碾压混凝土重力坝由于施工方便，技术经济指标优越，近年来得到了迅速的发展目录一、 基本资料： ...........................................51、工程概况 ............................................52、水文分析 ............................................53 、气象 ...............................................64、工程地质 ............................................65、枢纽建筑物特性 ......................................7二、确定工程等别及水工建筑物的级别 ......................8三、重力坝的设计 ..........................................9(一)挡水坝段剖面设计 ...................................91、确定基本尺寸 ........................................92、荷载计算如下图所示 .................................103、稳定计算 ...........................................14四、混凝土坝的材料分区 ...................................17五、重力坝的构造 .........................................17六、溢流坝剖面设计 .......................................181、堰的类型 ...........................................182、溢流的剖面组成 .....................................183、堰顶高程 ...........................................194、消能防冲 ...........................................225、确定消能方式 .......................................226、确定最终消能方式 ...................................23一、 基本资料：1、工程概况顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅有 10 余公里。

通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市为解决唐山市、秦皇岛市两地的用水，国家决定修建顺河水库顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县杨岔子村的顺河干流上，控制流域面积 33700 平方公里，总库容为 25.5亿立方米水库距迁西县城 35 公里，有公路相通水库枢纽有主坝、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及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使工程提前竣工获得收益，尽早建成根据水库的工厂规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为Ⅰ级建筑物，其它建筑物按Ⅱ级建筑物考虑2、水文分析（1）年径流量：顺河水量较充沛，顺河水站多年平均年径流量为23.5 亿立方米占全流域的 53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份丰水年时占全年 50%~60%，枯水年占 30%~40%，而且年际变化也很大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，有红痕估算洪峰流量约为 24400—27400 m3/s，实测的 45 年资料中最大洪峰流量发生在 1962 年为 18800 m3/s。

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 万吨淤沙浮容重为 0.9 吨/ 立米，内摩擦角为 12 度淤沙高程 157.5 米3 、气象库区年平均气温为 100C 左右，一月份最低月平均产气温为零下6.80C，绝对最低气温达零下 21.70C（1969 年）7 月份最高月平均气温 250C，绝对最高达 390C（1955 年） ，本流域无霜期较短（90—180天）冰冻期较长（120—200 天） ，顺河站附近河道一般 12 月封冻，次年 3 月上旬解冻，封冻期约 70—100 天，冰厚 0.4—0.6 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21.5 米/ 秒，水库吹程 D=3 公里4、工程地质库区地质：顺河水库、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，断续出现不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。

第四大岩层（ArI 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，本层岩体呈厚块状、地质均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度 185 米左右岩石物理学性质：岩石容重为 2.68—2.70 吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在 650 公斤/平方厘米以上，有的可达 1100/ 平方厘米，混凝土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化化下部，可取fˊ=1.10、cˊ=7.5kg/cm 25、枢纽建筑物特性项目 单位 指标 备注校核洪水位 米 227.2设计洪水位 米 225.7 P=0.01%正常洪水位 米 224.7 P=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 176.8设计洪水尾水位 米 172.0水位正常尾水位 米 158.4总库容 亿立米 25.5 计入十年淤积调洪库容 亿立米 7.4兴利库容 亿立米 19.5共用库容 亿立米 5.6库容死库容 亿立米 4.2 计入十年淤积坝型 混凝土重力坝坝顶溢孔数 孔 19堰顶高程 米210.0 闸墩的中墩厚度为 3 米每孔净宽 米15.0 （横缝设在闸墩中间）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能力 米 3/秒 32900校核水位下泄量 42900 限泄 275003进口底高程 米 160.0底孔数目 孔 4工作闸门尺寸（宽×高）米×米 5×7 弧形钢闸门启闭机 台 4设计水位泄水能力 米 3/秒 4340泄水孔校核水位泄水能力 米 3/秒 4430二、确定工程等别及水工建筑物的级别。

根据控制流域面积：33700 平方公里，总库容：25.5 亿立方米，可确定该工程等别为Ⅰ等，主坝级别为 1 级水工建筑物三、重力坝的设计(一) 挡水坝段剖面设计1、确定基本尺寸① 确定坝顶高程设计洪水位 + △ h设 =225.7+ △ h设△ h设 =ℎ𝑙+h𝑧+h𝑐hz=0.5 hl=0.3查表 2-2 得： h c=0.7 △ h设 =0.3+0.7+0.5=1.5故坝顶高程为： 225.7+1.5=227.2m校核洪水位 + △ h校 =227.2+ △ h校△ h校 =hl+hz+h△ h校 =0.3+0.5+0.5=1.3故坝顶高程为： 227.2+1.3=228.5m②坝高：228.5－ 150=78.5m③坝宽：B=（ 8﹪— 10﹪） ×78.5=6.28m～ 7.85m为方便计算取：B=7m④确定 m、n取 n=0，m=0.8求得坝底宽度为： （ 224.7－ 150） ×0.8=61.76m2、荷载计算如下图所示：永久作用：结构自重永久设备自重、土压力、淤沙压力(枢纽建筑物有排沙设施时可列为可变作用)、预应力、地应力、围岩压力等可变作用：静水压力、扬压力、动水压力、浪压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、楼面(平台)活荷载、桥机门机荷载、温度作用、灌浆压力等。

偶然作用：地震作用、校核洪水位时的静水压力等(1)正常洪水位荷载计算：P1 W2W1U1U2PVP2根据上述图算出对坝体荷载① 自重： W=𝛾𝑐×AW1=7×78.5×24=13188KNW2=12×24×54.76×68.45=44980KNW1+W2=13188+44980=58168KN② 静水压力: 𝑃=12𝛾𝑤×H2P1=12𝛾×H2=12×10×74.72=27900KNP2=12𝛾×H2=12×10×8.42=353KNP𝑣=12×𝛾×8.4×6.72=282KN③ 淤沙压力： Psk=12𝛾𝑠𝑏×h𝑠2tan2(45°-𝜑𝑠2)=12×9KN/m3×7.52×tan239°=12×9KN/m3×7.52×0.82=162KN④扬压力： U1=8.4×61.76×10=5188KNU2=12(74.7-8.4)×61.76×10=20473KN（2）校核洪水位荷载计算：P1 W2W1U1U2PVP2根据上述图算出对坝体荷载① 自重： W=𝛾𝑐×AW1=7×78.5×24=13188KNW2=12×54.76×68.45×24=44980KNW1+W2=13188+44980=58168KN② 静水压力: 𝑃=12𝛾𝑤×H2P1=12𝛾×H2=12×10×77.22=29799.2KNP2=12𝛾×H2=12×10×26.82=3591.2KN𝑃v=12×26.8×26.8×10×0.8=2873KN④ 淤沙压力: Psk=12𝛾sb×h𝑠2tan2(45°-𝜑𝑠2)=12×9KN/m3×7.52×tan239°=12×9KN/m3×7.52×0.82=162KN⑤扬压力： U1=26.8×61.76×10=16552KNU2=12(77.2-26.8)×61.76×10=15564KN3、稳定计算计算坝基稳定 方法：承载能力极限状态法𝛾04𝑆(𝛾𝐺𝐺𝑘 , 𝛾𝑄。