重力坝设计内容.docx

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重力坝设计内容

重力坝设计内容

第三部分枢纽布置

（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，河岸边及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，地形基本对称，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，河岸边及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6-15m。

（5）基本参数

干密度2.61g/cm3，饱和密度2.62g/cm3，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汇合口下游约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。

第三部分非溢流坝段设计

（1）剖面尺寸的拟定

1、坝顶高程的确定

坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用下列公式进行：

波浪要素按官厅公式计算:

（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=16.3m

1）、自重W

W=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

基本组合：

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′=1.1c′=1100KPa

基本组合：

=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：

基本组合：

=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＞0

σyd=∑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＞0

σyd=∑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。

第四部分溢流坝段设计

（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）洪水标准的确定

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）流量的确定

上游水位（m）

最大下泄流量（）

正常

642.00

0

设计

642.71

1059.4

校核

643.69

1137.94

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。

坝址处基岩比较坚硬完整，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

由已知可列表：

计算情况

流量

单宽流量

孔口净宽

设计情况

1059.4

50~100

10~21

校核情况

1137.94

50~100

11~23

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，则孔数n为3。

6）溢流坝段总长度（溢流孔口总宽度）的确定

拟定中墩厚度d为3m，边墩厚度t为2m，则溢流坝段总长度为：

=nb+（n-1）d+2t=28m

7）堰顶高程的确定取侧收缩系数为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

1059.4

0.95

0.502

18

9.1

638

校核

1137.94

0.95

0.502

18

9.7

638

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%x9.7=8.7

8）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,大部分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避免,一般适用于岩基比较坚固的高坝或中坝。

2）流式消能:

底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等,促使水流在底限定范围内产生水跃,通过水流内部的旋涡、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及水流雾化等优点。

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，其流速低于表面，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，河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。

面流消能虽不需要做护坦，但因为高速水流在表面，并伴随着强烈的波动，流态复杂，使下游在很长距离内水流不平稳，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，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至表面。

戽内、外水流的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，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有一定抗冲刷能力的情况。

消力戽的优点是：

工程量较底流消能小；冲刷坑比挑流消能浅；不存在雾化问题。

缺点是：

下游水面波动大，绵延范围长，易冲刷岸坡，对航运不利，底部旋滚将泥沙带入戽内时，磨损戽面增加了维修费用。

5）最终确定消能型式

根据地质条件，选取挑流消能。

根据建工经验，挑射角θ取25度，挑流鼻坎应高出下游最高水位（568.3m）1~2m，鼻坎的高程为：

569.3m

（二）、反弧半径的确定

V1=0.96X（19.6X73.3）^（1/2）=36.4（m/s）

坎顶水深为：

h=1137.94/（28x36.4）=1.56m

反弧半径R:

R=（4~10）h=6.24~15.6（m）

取R=14（m）

（三）、水舌的挑距L及可能最大冲的深度估算。

L ——水舌挑距，m； 

v1 ——坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1 倍计算； 

θ——鼻坎的挑角； 

h1 ——坎顶平均水深h 在铅直向的投影，h1=hcosθ； 

h2 ——坎顶至河床面高差，m；

计算水舌挑距：

L=（1/9.81）×（36.4^2×0.9×0.42+36.4×0.9×（（36.4×0.42）^2+2×9.81x（1.41+3.6））^（1/2））=109（m）

（四）冲刷坑深度工程上常按下式进行估算。

—水垫厚度，自水面算至坑底，m； 

q —单宽流量；q=75

 H —上下游水位差，m； 取H=设计水位-校核水位=76.94（m）

α—冲坑系数，坚硬完整的基岩取0.9～1.2，坚硬但完整性较差的基岩取1.2～1.5，软弱破碎裂隙发育的基岩取1.5～2.0。

该设计取1.0.

=1x75^（0.5）x76.94^（0.25）=25.6

经计算：

L /=109/25.6=4.25>2.5,可知道形成的冲坑不会影响大坝的安全

（3）、溢流面剖面设计

溢流坝的基本剖面为三角形。

一般其上游面为铅直或者折线面，溢流面由顶部的曲线、中间的直线