重力坝设计内容.docx

第三局部 枢纽布置（1） 坝型的选择坝型根据：坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边与冲沟底部见有弱风化基岩出露河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层且河床堆积块石、孤石和卵石，但是缺乏土料浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工质量难以控制，故本工程采用混凝土重力坝〔2〕坝轴线的选取坝址河段长 350m，河流方向为 N20E，其上、下游河流方向分别为 S70E和 S80E坝址河谷呈“V〞型，两岸山体较雄厚，地形根本对称，较完整，两岸地形坡度为 30°-40°河床宽 20-30m，河底高程约 556-557m坝轴线取在峡谷出口处，此处坝轴线较短，主体工程量小，建库后可以有较大库容3） 地形地质 坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边与冲沟底部见有弱风化基岩出露河床冲积层厚度一般为 2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为 0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层4） 坝基参数 坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。

坝址发育 11 条断层建议开挖深度：河中 5m，左岸 6-12m，右岸 6-15m5） 根本参数 干密度 2.61g/cm 3 ，饱和密度 2.62 g/cm 3 ，干抗压强度 92-120MPa，饱和抗压强度 83-110MPa，软化系数 0.9，泊松比 0.22-0.23混凝土与基岩接触面抗剪断指标：Ⅲ类岩体，抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚力 09.-1.1MPa坝基高程为550m.正常水位 642.00m设计水位 642.71m校核水位 643.69m（6） 工程级别：本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪集合口下游约2.5km的峡谷中，坝址集水面积144.5km2，又知河底高程556-557m可算的水库容容量约为0.12亿立方米，大坝的工程级别为中型级别第三局部 非溢流坝段设计（1） 剖面尺寸的拟定1、 坝顶高程确实定坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用以下公式进展：波浪要素按官厅公式计算:Δh = h1+ hz + hc Δh—库水位以上的超高，m； h1—波浪高度，m； hz —波浪中心线超出静水位的高度，m； hc —安全超高，按表2-1 采用,对于2级工程，设计情况hc＝0.5m，校核情况hc＝0.4m。

D—风区长度，m—计算风速，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速，m/s L—波长，m风区长度：D=14m ；计算风速；V0=29 m|s〔取平均最大风速14.5m|s， 取安全系数为2〕；坝上游正常水位=642.00〔m〕，上游设计水位=642.05+66/100=642.71〔m〕,上游校核水位=643.03+66/100=643.69〔m〕那么设计水深=642.71-550.00=92.7〔m〕，校核水深=643.69-550.00=93.7〔m〕根据公式计算的到： =2.6m，L=22.3m，hz=0.9，设计条件、正常蓄水位条件下： Δh = h1+ hz + hc =4m；坝顶高程为646m校核条件下： Δh = h1+ hz + hc=1.88m；坝顶高程为645.88m经比拟可以得出坝顶或防浪墙高程为646m，并取防浪墙高1.9m那么坝顶高程为： 646-1.9=644.1m最大坝高为： 644.1-550=94.1m1） 坝底、顶宽度坝底底宽约为坝高的0.7~0.9倍。

坝顶应有足够的宽度，无特殊情况要求时坝顶宽度可采用8%~10%，一般不小于2米那么坝顶宽度取 7m，坝底宽度取75m2） 坝坡的拟定考虑坝体利用局部水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数 n=0.2，下游边坡系数m=0.8初拟定的非溢流坝重力剖面图如图2-2：（2） 荷载计算下游设计水位=565.11+66/100=565.7〔m〕，下游校核水位=567.64+66/100=566.3〔m〕下游设计水深=565.7-550=15.7m，下游校核水深=566.3-550=16.3m1〕、自重WW=V×γ混泥土=94.1×75×0.5×1×24=84690(KN)2) 、静水压力P上设=0.5×γ水××1=4215.1(KN)P上校=0.5×γ水××1=43064.4(KN)P下设=0.5×γ水××1=1209.0〔KN〕P下校=0.5×γ水××1=1303.2〔KN〕P设=P上设－P下设=40942.1〔KN〕P校=P上校－P下校=41761.2〔KN〕3） 扬压力U设=0.5×γ水×〔h上设－h下设〕×T×1 =0.5×9.81×〔92.7－15.7〕×75×1=28326.4(KN)U校=0.5×γ水×〔h上校－h下校〕×T×1 =0.5×9.81×〔93.7－16.3〕×75×1=28473.5(KN)（3） 抗滑稳定分析 1〕抗剪强度计算根本组合：K1=0.8*〔84690-28326.4〕÷40942.1=1.10〔满足〕 特殊组合：K2=0.8*〔84690-28473.5〕÷41761.2=1.07〔满足〕3） 抗剪断强度抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚力 09.-1.1MPa。

f′=1.1 c′=1100KPa 根本组合：=3.5〔满足〕特殊组合：=3.4〔满足〕（4） 应力分析ΣW——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN； ΣM——作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m； B——计算截面的长度，m 坝体最大主应力按下游边缘最大主应力计算：根本组合：=G*LG=W*(T/2-T/3)=84690×(75|6) =1058625 (KN*M) (逆时针方向〕=P设*〔H设/3〕 =40942.1×〔92.7/3〕 =1265110.89〔KN*M〕〔顺时针方向〕=U设*LX=U*(T/2-T/3) =28326.4×(75/6) =354080(KN*M) 〔顺时针方向〕∑M=1058625－1265110.89－354080 =-560565.89(KN*M) σyu=∑W/T+6∑M/ =576.4＞0σyd=∑W/T+6∑M/ =1772.3＞0∴满足条件特殊组合=G*LG=W*(T/2-T/3) =84690×(75|6) =1058625 (KN*M) (逆时针方向〕=P校*〔H校/3〕 =41761.2*〔93.7/3〕 =1304341.48 〔KN*M〕〔顺时针方向〕=U校*LX=U*(T/2-T/3) =28473.5*〔75/6〕 =4355918.75〔KN*M〕〔顺时针方向〕∑M=1058625－1304341.48 －4355918.7 =-601635.2〔KN*M〕 σyu=∑W/T+6∑M/ =581.6＞0σyd=∑W/T－6∑M/=1816.1＞0 ∴经计算初拟的方案满足应力和稳定的要求，且其折点处的应力和稳定也均满足要求，初步符合要求。

第四局部 溢流坝段设计（1） 孔口设计 1〕泄水方式的选择 为使得水库具有较大的超泄能力，采用开敞式孔口 2〕洪水标准确实定本次设计的重力坝是3级建筑物，查表可知采用50年一遇的洪水标准设计，500年一遇的洪水标准校核3） 流量确实定上游水位〔m〕最大下泄流量〔〕正常642.000设计642.711059.4校核643.691137.94设计成果如表：4） 单宽流量的选择坝址河段长 350m，河床宽20m-30m坝址处基岩比拟坚硬完整，综合枢纽的布置和下游的消能防冲要求，单宽流量取50~100 5)孔口净宽拟定由可列表：计算情况流量单宽流量孔口净宽设计情况1059.450~10010~21校核情况1137.9450~10011~23根据以上计算，溢流坝段孔口净宽取18m，假设每孔宽度b为6m，那么孔数n为36) 溢流坝段总长度〔溢流孔口总宽度〕确实定 拟定中墩厚度d为3m，边墩厚度t为2m，那么溢流坝段总长度为：=nb + (n-1)d +2t = 28 m 7) 堰顶高程确实定取侧收缩系数为0.95，流量系数为0.502.因为过堰水流为自由出流，故σ=1溢流坝高程为638m，计算结果见下表：流量侧收缩系数流量系数孔口净宽堰上水头堰顶高程设计1059.40.950.502189.1638校核1137.940.950.502189.7638堰上最大水头：堰顶最大水头Hmax=校核洪水位-堰顶高程即 堰顶最大水头Hmax=9.7m定型水头为：=90% x 9.7=8.78） 闸门高程门高=正常高水位-堰顶高程+〔0.1~0.2〕=4.1m按规定取门高 5m（2） 消能防冲设计（一） 确定消能方式1〕挑流消能: 挑流消能是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散,并掺入大量空气，然后跌入下游河床水垫后,形成强烈的旋滚,并冲刷河床形成冲坑,随着冲坑逐渐加深，水垫愈来愈厚,大局部能量消耗在水滚的摩擦中, 冲坑逐渐趋于稳定.挑流消能的工程量小、投资省,结构简单、检修施工方便.但下游局部冲刷不可防止,一般适用于岩基比拟巩固的高坝或中坝。

2〕 流式消能: 底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等,促使水流在底限定围产生水跃,通过水流部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量.底流消能具有流态稳定，消能效果好,对地质条件和尾水变幅适应性强与水流雾化等优点 但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道,高坝采用底流消能需经论证 3〕 面流式消能: 面流消能是在溢流坝下游面设低于下游水位、挑角不大的鼻坎，将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，其流速低于外表，且旋滚水体的底部流动方向指向坝址，并使主流沿下游水面逐步扩散，减小对河床的冲刷，达到消能防冲的目的面流消能适用与水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，尾水较深，河道顺直，河床和河岸在一定围有较高抗冲能力，可排漂和排冰面流消能虽不需要做护坦，但因为高速水流在外表，并伴随着强烈的波动，流态复杂，使下游在很长距离水流不平稳，可能影响电站的运行和下游航运，且宜冲刷两岸，因此也须采取一定的防护措施 4〕消力戽消能： 消力戽消能是在溢流坝址设置一个半径较大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至外表。

戽、外水流的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流桃到外表，减轻了对河床的冲刷消力戽适用于尾水较深，变幅较小，无航运要求且下游河床和两岸。