泰安抽水蓄能电站水利枢纽建筑设计计算书Word文档格式.docx

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正常

1.5

1.0

0.7

0.5

非常

0.4

0.3

本工程坝的级别为Ⅰ级，故安全超高正常情况下取1.5m,非常情况下为0.7m

由于计算风速<

20.0m/s,吹程D<

20km,所以计算中波浪要素采用官厅公式:

（1-2）

（1-3）

（1-4）

其中，V0为计算风速，设计情况采用洪水期多年平均最大风速的1.5～2倍，校核情况采用洪水期多年平均最大风速;

库面吹程D（km）指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，根据水库形状确定．本设计多年平均最大风速16.6m/s,库面吹程为1.19km（由图中量得）.

本工程正常蓄水位为409.4m,设计洪水位409.8m,校核洪水位409.9m.正常蓄水位下坝前水深34.4m.

下面分别计算设计和校核情况确定的坝顶高程值.

1.1.1.1设计洪水位情况

=0.0166*（16.6*2.0）5/4*（1.19）1/3=1.40m

=10.4*（1.40）0.8=13.63m

=m

=1.5m

=1.40+0.453+1.5=3.35m

由此所得防浪墙顶高程为:

410.6+3.35=413.95m

1.1.1.2校核洪水位情况

=0.0166*0.0166*（16.6*1.0）5/4*（1.19）1/3=0.589m

=10.4*（0.589）0.8=6.81m

=0.7m

=0.589+0.160+0.7=1.45m

故防浪墙顶高程为:

410.7+1.45=411.5m

综合以上两种情况,取较大值,则防浪墙顶高程取为▽=413.955m.

表1-2地震区土石坝的超高

坝高（m）

<

50

50～100

100～200

>

200

最小超高值（m）

4

5～7

本设计坝高在50～100m,根据表1-2,最小超高值为3m,防浪墙顶高程比正常蓄水位高出3.8m,>

3.0m,满足地震区安全超高的要求.故防浪墙顶高程取为414.35m.

1.1.2防浪墙底高程的确定

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T5016-1999中的5.2.2规定:

防浪墙顶高出坝顶1～1.2m,防浪墙与面板顶部的接缝高程即防浪墙的底面高程宜高于水库正常蓄水位。

但对于本坝，坝高中等，现在的止水技术又可以承受一定的水头，为节省坝体的填筑方量，综合分析，取防浪墙高3.8m,底面高程为410.55m,与正常蓄水位齐平.防浪墙具体尺寸见图1-2.

图1-2防浪墙剖面图

1.1.3坝顶高程的确定

防浪墙顶高出坝顶1.0～1.2m。

现取防浪墙高出坝顶1.2m,则坝顶高程为：

413.95-1.2=412.75m.

1.1.4坝顶面宽度的确定

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-98中的第5.1.1条规定：

坝顶宽度应由运行布置坝顶设施和施工的要求确定，亦按照坝高不同采用5—8m，100m以上的高坝宜适当加宽，如坝顶有交通要求时，坝顶的宽度还用遵照有关规定选用。

本工程中最小坝顶宽度按公式：

Bmin=0.1h计算。

本工程最大坝高约为98.0m，所以Bmin=0.198=9.8m。

因考虑交通要求，现取坝顶净宽9.5m，上游防浪墙厚0.5m，则坝顶总宽为10.0m。

1.2防浪墙应力稳定计算及配筋计算

1.2.1防浪墙应力稳定计算

将防浪墙简化为等厚度的“L”型墙，作用在其上荷载有：

自重、土压力。

水工建筑物教材提到,欲使填土发生被动破坏，挡土墙位移量需达到墙高的5%～10%。

这是工程中所不允许的，所以计算不考虑被动土压力情况。

同时,假设防浪墙发生向上游的位移,此时应考虑主动土压力。

下面分别讨论不蓄水状况、设计洪水状况和校核洪水位三种情况。

考虑防浪墙最危险截面为竖墙与底版交界面，取竖墙部分，一端固定，相当于悬臂梁结构，受力分析图见图1-3。

图1-3防浪墙应力计算受力分析图

参考《土力学》,压实填土取Ko=1.3；

由《水工建筑物》知，主动、静止土压力的作用分项系数皆为1.2;

又由于Ka=tg²

（45°

-Φ/2）<

,故主动土压力Ea显著小于被动土压力Eo,故静止土压力为控制状况，不考虑主动土压力状况.因而防浪墙的应力稳定计算的控制工况为不蓄水工况。

设计洪水与校核洪水工况可不予计算。

1.2.1.1应力计算

荷载计算：

自重G=γA=1.02439.6KN

静止土压力=75.68KN

应力计算：

弯矩M=EoH/3=75.68×

2.1/3=52.97KN·

m

1.2.1.2抗滑稳定分析

图1-4防浪墙稳定计算受力分析图

（1-5）

防浪墙自重G1==75.6KN

堆石体自重G2==115.5KN

静止土压力Eo=1.2×

1.3×

22×

2.6²

/2=116.0KN

f=tgΦ=tg39°

=0.81

抗滑力KN

滑动力∑P=Eo=116.0KN

因此防浪墙抗滑稳定满足要求。

1.2.1.3抗倾覆稳定分析

依然采用静止土压力Eo=75.68KN

倾覆弯矩（作用于墙身各力对墙前的倾覆弯矩）:

Mo=EoH/3=75.68×

2.1/3=52.98KN••m

抗倾覆弯矩（作用于墙身各力对墙前的稳定弯矩）:

My=W•e=115.5×

3.0=346.5KN·

抗倾覆安全系数:

K=∑My/Mo=346.5/52.98=6.54>

[K]=1.6

由于抗倾弯矩没包括重力,故所得系数已偏于安全,因而防浪墙不会发生倾覆破坏。

1.2.2防浪墙配筋计算

对L型挡墙的竖直部分简化为悬臂梁计算

最不利荷载组合为不蓄水情况，静止土压力作用。

安全级别Ⅰ级，γo=1.1

短暂状况，ψ=1.0

故最大弯矩设计值M=58.278KN·

环境级别为：

三类

保护层厚度a=30mm

h0=h-a=500-30=470mm

取单位宽度1m进行计算，混凝土采用C25，则轴心抗压强度设计值。

钢筋采用Ⅱ级钢筋，

截面抵抗矩系数：

（2-8）

（2-9）

==0.025<

=0.544

属于适筋破坏。

钢筋面积：

（2-10）

=12.5×

0.025×

1000×

470/310

=473.8mm2

计算的配筋率：

=<

=0.15%（2-11）

故采用最小配筋率配筋：

选配

迎水面几乎不产生拉应力，按照构造配筋就能满足要求。

防浪墙配筋见图1-5。

图1-5防浪墙配筋图

1.3面板的计算

1.3.1面板的厚度计算

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T5016—1999第8.1.1条规定：

面板的厚度应使面板承受的水力梯度不超过200。

高坝面板顶部厚度宜取0.3m，并向底部逐渐增加。

相应高程面板厚度按下列公式计算：

t=0.3+（0.002～0.0035）H（2-12）

t——面板的厚度，（m）

H——计算断面至面板顶部的高度，（m）

中低坝可采用0.3～0.4m厚的等厚面板。

根据规范，本坝属于75~180m内的中等高度坝,参考已建工程的经验,故本设计采用0.3m的等厚度面板。

1.3.2面板的配筋计算

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T5016—1999第8.2.5条规定：

面板宜采用单层双向钢筋。

钢筋宜置于面板截面中部，每向配筋率为0.3%～0.4%,水平向配筋率可低于竖向配筋率。

本工程按规范选用单层双向配筋，各向配筋率均为0.4%，钢筋布置于面板中部,且一般采用直径24-28mm的螺纹筋（二级钢筋）。

为利于施工及行走，水平钢筋放置在上表面。

ρ=As/bh=0.4%

b=1.0m=1000mm

h=400mm

As=ρbh=0.4%×

400=1600mm2

每米选用Φ20@20（As=1963mm2）,实配的As大于计算所需As，但不超过10%，认为合理。

在拉应力和岸边周边缝附近配置增强钢筋和构造筋。

配筋形式如图1-6

图1-6面板配筋简图

1.4结论

防浪墙顶高程由设计洪水位控制，防浪墙顶高程为414.35m，防浪墙底高程410.55m，坝顶高程413.15m，坝顶宽度取为10m。

并确定采用L型防浪墙，进行了防浪墙应力计算和稳定验算，经计算防浪墙会出现微小的拉应力，需进行配筋。

本防浪墙采用双层双向配筋，经计算，下游侧按最小配筋率0.15%进行配筋即可以满足要求。

其余部分由于缺少相关的强度资料，初步按构造要求配筋。

第二章趾板计算

2．1趾板剖面尺寸

趾板是布置在防渗面板的周边、坐落在河床及两岸基岩上的混凝土结构。

趾板与面板共同作用，形成坝基上的防渗体。

趾板的横截面体型如图2-1所示，图中“X”点为面板底面线与趾板底面的交点，是趾板设计、施工的控制点。

2-1趾板横截面示意图

趾板端部斜长段ED,要求该段与防渗面板在同一平面上,取ED=1.0m；

周边缝处面板厚度为0.3m，故DC≥2×

0.3=0.6m，取DC=0.8m；

根据本工程作用水头和基岩条件，参照已建工程龙溪面板坝的经验，拟定趾板尺寸如下：

2.1.1河床段连接板

本工程上水库回填石渣到375.00高程,面板底部设置连接板与坝前土工防渗层连接。

连接板宽6.00m,厚0.6m。

连接板设施工缝，间距12m。

2.1.2岸坡段趾板

375.00高程以上两岸岩基上布置趾板,与面板、连接板共同构成坝基以上的防渗体。

左岸趾板宽4m，厚度0.5m；

右岸趾板因与大坝面板及右岸面板连接，加宽为7.00m，厚度0.5m。

趾板左右岸均设施工缝，间距10m。

根据库盆平面布置图，共有5个趾板折坡坡度不同的趾板剖面。

趾板剖面折坡坡度计算推导公式如下：

假定AD=1，则BD=m,CD=m′（见图2-2）

图2-2趾板剖面折坡坡度计算简图

由余弦定理知：

BC2=BD2＋CD2－2BD×

CD×

cosα

=m2＋m′2－2m×

m′×

cosα（3-1）

由于在斜面上，△ABC为直角三角形，AB⊥BC，所以根据勾股定理可知：

BC2=AC2－AB2

AC2=CD2＋AD2=m′2＋1

AB2=BD2＋AD2=m2＋1

所以：

BC2=m′2＋1－m2－1=m′2－m2（3-2）

联立①、②得

m2＋m′2－2m×

cosα=m′2－m2

2m2=2m×

m′=m/cosα（3-3）

m′——趾板折坡的坡度；

m——面板的坡度；

α——计算剖面与面板垂直伸缩缝在水平面上投影的夹角。

计算各趾板（4-4剖面为连接板）剖面尺寸见表3-1