非溢流重力坝设计.doc

第三章 非溢流重力坝设计3.1基本剖面设计3.1.1剖面设计原则 重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合设计断面要满足强度和强度要求非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态3.1.2基本剖面拟定图3.1重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3.1在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸3.1.3实用剖面的拟定一、坝顶高程的拟定 坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出即＝静+式中：＝式中：----为波浪高度；----为波浪中心线超出静水位的高度；----为安全超高1、超高值的计算（1）基本公式坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。

（2.1）式中—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差； —累计频率为1%的波浪高度； —波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差； ——安全超高 ；的取值，根据下表3.1 表3.1 安全级别运用情况Ⅰ（1级）Ⅱ（2级）Ⅲ（3级）设计洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m，校核安全超高为0.4m对于hl%和hz的计算采用官厅公式计算：， 式中： ----计算风速，m/s, 在计算和时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核洪水位时宜采用相应多年平均最大风速吹程，;----波长，；----坝前水深，；（2）正常蓄水位时计算风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即：风速，吹程 各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为波长= 则（3）设计洪水位时计算风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即：风速，吹程。

各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为波长= 则（4）校核洪水位时计算风速采用C 江地区多年平均最大风速，即：风速，吹程各波浪计算要素计算如下: 波高由于之间,则为累计频率10%的波高，根据换算累计频率为1%的波高为波长= 则2、坝顶高程计算根据以上设计及校核水位时的计算结果，得出俩种状况下的坝顶高程：（1）设计洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=设计蓄水位+=236+2.486=238.49m（3）校核洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=校核蓄水位+=236.5+1.71=238.21m保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝238.49m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为▽238.49m为保证大坝的安全运行，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙，高为1.2m时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为▽238.49-1.2=237.3m3、确定坝基高程 河床高程 137m，校核洪水位为 236.5m，地基开挖时河床上为冲积砂质粘土、沙砾石等，所以开挖应按 100m 以上坝高标准要求考虑根据规范，坝高超过 100m 时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。

根据地质条件，河床底部有砂砾石覆盖层2m，河床底部片岩石英岩相间存在，风化较轻，故初步定出开挖深度为2.7m，地基考虑技术加固可确定坝基高程平均为134.3m因此，坝高H=坝顶高程-坝基高程=237.3-134.3=103m，取坝高为103m，即坝高H=103m，故坝顶高程为237.3m二、拟定坝顶宽度 坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的 8%～10%取值，且不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要按坝高的 10%计算，即为 10.3米，由于本设计对公路要求不高，故设置为二级公路，根据《二级公路技术标准及主要指标》，双向俩车道行车道宽，俩边路肩各0.75m，即路基宽度为8.5m，有考虑到坝顶行人要求，俩边各设置1m行人道，各0.25m宽排水沟故去坝顶宽度为11m，以满足大坝维修作业的通行的需要三、拟定实用剖面尺寸图3.2根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近常用的剖面形态，如图3.2，有三种，根据、c的情况各有特点本坝址河床岩层走向大致与河流平行，倾向上游，为了为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。

该形式在实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定且根据《水利水电工程专业毕业设计指南》可知，折点一般在坝高1/3~2/3处，当在2/3处时，折点距河床坝基为2/3×103=68.67m,故折点取在上游坝面距坝基高程68m处，即折点高程为202.3m通过比较，可取上游坝坡为1：0.1，下游坝坡取1：0.8四、坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的 0.7～0.9 倍，本工程的坝高为 103m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，计算得B=88.56m，为施工方便取B=85m，在0.7～0.9范围之内五、基础灌浆廊道尺寸拟定为了后续扬压力的计算，对灌浆廊道进行拟定基础灌浆廊道有灌浆、排水和检查之用基础灌浆廊道的断面尺寸，一般宽为2.5～3m，高为 3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取 3.0×4.0m，形状采用城门洞型廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1 倍作用水头、且不小于 4～5m 处设置，本设计水头为103m，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于 1.5 倍廊道宽度，取 5m。

六、初步拟定实用剖面图如图3.3图3.33.2荷载计算重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，为计算方便取 1ｍ坝长进行计算本设计进行的荷载组合有基本荷载组合和特殊荷载组合，其中基本荷载组合为正常蓄水位；特殊荷载组合为校核水位和地震情况计算示意图如下图3.4 图3.4各高程结合图3.3进行计算3.2.1正常水位（1）自重W坝体自重的计算公式：W=Vc （kN）式中Ｖ----坝体体积，ｍ3；由于取 1ｍ坝长，可以用断面面积代替通常把它分成如图 3.4所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；----坝体混凝土容重，取钢砼为25KN/m3 W11=25×0.5×68×6.8=5780kNW12=25×11×103=28325kNW13=25×0.5×67.2×84=70560kNW1=W11+W12+W13=104665kN（2）静水压力静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力 PH和垂直水压力 PV 两种计算公式为 式中，H ——计算点处的作用水头，ｍ；——水的重度，常取9.81 kN/ｍ3；V ——斜坡面上水体的体积，m3； 正常水位时：上游水位232.2m 下游水位136.5m所以，H1=232.2-134.3=97.9 H2=136.5-134.3=2.2m H= H1- H2=95.7m计算各种情况下的静水压力：上游水平压力 Pu=0.5×9.81×97.92=47011.53KN上游垂直压力 P22=0.5×9.81×6.8×68=2268.07KN P21=9.81×6.8×29.9=1994.57 KN下游水平压力 Pd=0.5×9.81×2.22=23.74 KN下游垂直压力 P3=0.5×9.8×2.2×2.2×0.8=18.97KN（3）扬压力扬压力包括上浮力及渗流压力。

扬压力分布如图3.4. 将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4根据《混凝土重力坝设计规范》在排水孔幕处的渗流压力为arH，a为折减系数根据规范河床坝段取为0.25.b=13m4)泥沙压力根据库容关系，当为正常水位是，库容为9亿m3,根据已知条件，泥沙平均多年平均输沙量为215×104m3/年，即库容/输沙量=418>100，故水库淤沙缓慢，一般不考虑泥沙淤积的影响5） 浪压力 判断波浪类型部分数据引用3.1.3节 。