TL重力坝设计实例资料Word文件下载.docx
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溢流坝段：
全长34m，分2个坝段，每个坝段长17m，共分3孔。
溢流堰顶高程为376.4m，堰顶安装工作闸门和检修闸门，闸门宽×
高=8m×
8m，工作闸门为平面钢闸门，采用坝顶门机启闭。
工作桥面高程与非溢流坝顶一致。
堰顶设有两个中墩，其厚度3m，边墩厚2m，缝设在闸孔中间，溢流堰面采用WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为336.2m，反弧半径为18m，挑射角为25º
边墩向下游延伸成导水墙，其高度为3.5m，断面为梯形，顶宽为0.5m，底宽为2.0m，需分缝，缝距为15m。
图2-7枢纽工程布置图（单位：
尺寸cm；
高程：
m）
电站坝段：
电站的装机容量为2×
2万kW，坝段总长15m，坝顶高程为386.7m，坝顶宽度为16m，坝顶人行道与挡水坝段一致，门机与溢流坝段一致，上游突出2m，为拦污栅槽，引水口中心线高程为348.5m，孔径为3.0m，进口为三向收缩的喇叭口，进口前仅贴坝面布置拦污栅，进口处设置事故闸门和工作闸门，均为平面闸门。
在进口闸门后设置渐变段，渐变段为圆角过度，长度为6m。
电站厂房采用坝后式，位于左岸非溢流坝段后，由主厂房、副厂房等组成。
副厂房在主厂房的上游侧，厂房与坝之间用缝分开，主厂房宽15m，高22m，内设两台2万kW的水轮发电机组，发电机层高程为332.0m。
副厂房宽10m。
枢纽的主要技术指标见表2-8。
表2-8主要技术指标一览表
序号
项目
单位
数量
1
流域面积
km2
3200
2
装机容量
万kW
4
3
灌溉面积
万亩
43.5
校核洪水位
m
386.7
5
设计洪水位
385.4
6
正常高水位
383.5
7
死水位
350
8
淤沙高程
345
9
设计洪水位时最大泄量
m3/s
1250
10
校核洪水位时最大泄量
1680
11
坝顶长度
208.5
12
最大坝高
59.7
13
坝顶高程
14
溢流堰顶高程
376.4
15
电站进水口中心线高程
348.5
16
坝段总数
个
18
17
总库容
万m3
1200
2.2.2坝型、坝址选择
2.2.2.1坝型选择
坝址地形地质条件：
河谷断面比较宽浅，两岸不对称，右岸坝头山梁单薄。
坝址区域为花岗岩，完整性好，覆盖层及风化层均较薄。
建筑材料：
经勘察，坝址附近缺乏土料，只有2~3m厚的表层风化坡积物，数量不足，含水量又偏高，但砂石料储量丰富。
根据以上情况进行综合分析如下：
拱坝方案：
河谷断面宽浅，不是V字型，两岸不对称，山梁较单薄。
没有适宜的地形条件，故该方案不可取。
土石坝方案：
坝址附近没有适宜的地形修建溢洪道，并且当地土料比较缺乏，故该方案也不可取。
重力坝方案：
混凝土重力坝和浆砌石重力坝都能充分利用当地的自然条件，泄洪问题容易解决，施工导流容易。
浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量、投资少，但不能实现机械化施工，施工速度慢，施工质量难以控制，故不可取。
混凝土重力坝可以采用机械化施工，施工方便，施工速度较快，而且坝址附近砂石料比较丰富，施工技术比较成熟，工期短，故本工程宜采用混凝土重力坝。
2.2.2.2坝址选择
经地形地质勘测，坝址确定在峡谷出口处，峡谷上游是一巨大的山间盆地，建库后可以有较大的库容，并且坝轴线短，主体工程量小。
峡谷出口后地形开阔，河岸边可以布置生活区。
从地形上分析可知，坝址处有上下两条坝轴线可供选择。
上游坝轴线：
基岩裸露，清基工程量可以减小，防渗工程施工方便，水流条件好，下泄水流与下游主流一致，可以防止下游河床发生冲刷；
下游坝轴线：
覆盖层较厚，清基工程量大，防渗工程量和施工工程量大，下泄水流与左岸弯曲段近，容易产生淤积。
两条坝轴线在地质、枢纽布置、施工条件、建筑材料等方面基本相似。
综合上述，上游坝轴线优于下游坝轴线，故应采用上游坝轴线。
2.2.3非溢流坝设计
2.2.3.1剖面尺寸拟定
1．坝顶高程的确定
按2.1.2.1中介绍的公式（2-1）分正常蓄水位和校核洪水位两种情况分别计算。
计算成果如表2-9。
表2-9坝顶高程计算汇总表
计算情况
风速ν
（m/s）
波高
（m）
波长
风壅水面高度（m）
安全加高（m）
静水位以上的超高（m）
坝顶高程（m）
正常蓄水位
28
1.47
14.20
0.48
0.5
2.45
385.95
0.62
7.10
0.17
0.4
1.19
387.9
经比较可以得出坝顶或防浪墙墙顶高程为387.90m，并取防浪墙高1.20m，
则坝顶高程为：
387.9-1.2=386.70m
最大坝高为：
386.7-327.0=59.70m
2．坝顶宽度
土坝建成后将成为连接左右岸的主要交通要道，根据设备布置、运行、检修、施工及交通需要确定坝顶宽度取7m。
3．坝面坡度
上游坝坡采用折线面，结合坝内发电引水管，泄水孔等建筑物进水口，确定起坡点高程为347m，坡度为1:
0.2，下游坡度为1:
0.7。
下游坡的起坡点的高程m。
4．坝基的防渗与排水设施拟定
由于防渗的需要，坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。
据基础廊道的布置要求，初步拟定防渗帷幕及排水孔中心线在坝基面处距离坝踵的水平距离分别7m和9m。
拟定的剖面尺寸如图2-8。
图2-8非溢流坝剖面图
2.2.3.2荷载计算
1．计算情况的选择
在设计重力坝剖面时，应按照承载能力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合。
荷载基本组合有：
正常蓄水位情况、防洪高水位情况、冰冻情况，偶然组合有：
校核洪水情况、地震情况。
设计时应对这五种情况分别进行计算，该算例仅以基本组合防洪高水位情况为例对河床坝段最大剖面进行荷载分析计算。
2．计算截面的选择
抗滑稳定的计算截面一般选择在受力较大、抗剪强度低、容易产生滑动破坏的截面，一般情况有以下几种：
坝基面、坝基内软弱层面、坝基缓倾角结构面、不利的地形、混凝土的层面等。
应力分析的位置一般有：
坝基面、折坡处的截面、坝体削弱部位等。
本次设计仅以坝基面为例来分析计算。
3．荷载计算
设计洪水情况下作用在坝基面上的荷载有：
自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。
先计算出荷载作用的标准值，标准值乘以其分项系数即为荷载作用的设计值；
然后，求出荷载作用点对滑动面截面形心的力臂、荷载所产生的力矩的标准值、设计值。
荷载的计算成果见表2-10。
有关参数的选择：
混凝土的重度为24kN/m3，水的重度为9.81kN/m3，扬压力的折减系数为0.25（河床其他坝段与岸坡坝段扬压力折减系数不同，因此对这些坝段进行计算时，应选取不同的值），泥沙的浮重度为9.5kN/m3，内摩擦角为12º
，荷载作用的分项系数查《混凝土重力坝设计规范》（DL-S108-1999）表8.2.1－1。
2.2.3.3抗滑稳定分析
1．基本荷载组合
基本荷载组合包括防洪高水位情况、正常蓄水位情况和冰冻情况三种，抗滑稳定对基本组合采用承载能力极限状态进行分析。
（1）设计洪水情况：
γ0=1.0、ψ=1.0，摩擦系数、凝聚力的分项系数查表2-2，分别为1.3、3.0，计算时荷载及材料性能均以设计值代入。
表2-10荷载计算成果表
荷载作用及
其分项系数
标准值（kN）
设计值（kN）
对截面形心的力矩
力矩的标准值（kN.m）
力矩的设计值（kN.m）
垂直力
水平力
↓
↑
→
←
+
-
自重
（1.0）
W1
W2
W3
960
10030
20749
20.2
15.4
0.3
19393
154462
6224
水压力
PH1
PH2
16729
261
19.47
2.43
635
325710
PV1
PV2
PV3
1507
392
183
20.9
21.6
21.2
31496
8467
3880
3880
泥沙压力
（1.2）
PskH
PskV
308
1009
370
1210
21.7
6684
6054
8029
7260
浪压力
PL1
PL2
315
247
378
296
54.3
53.7
13264
17104
15895
20525
小计
34129↓
17544→
34191↓
17759→
-112123
-112774
扬压力
U1（1.0）
U2（1.2）
U3（1.2）
U4（1.2）
3280
1128
2306
1692
1353
2767
2030
18.4
1.6
19.9
20755
3690
33671
24895
4427
40397
8406↑
9430↑
-58116
-69719
总计
25723↓
24761↓
-170239
-182493
由以上计算可知：
设计洪水情况下，坝基面满足抗滑稳定极限状态要求。
（2）正常蓄水位情况（略）
（3）冰冻情况（略）
2．偶然荷载组合
偶然荷载组合包括校核洪水位情况和地震情况，抗滑稳定对偶然荷载组合也是采用承载能力极限状态进行分析。
详细计算过程略，和基本荷载组合计算方法一样。
2.2.3.4应力分析
对基本组合采用承载能力极限状态法（荷载及材料性能均采用设计值）计算坝趾应力状态，用正常使用极限状态（荷载及材料性能均采用标准值）计算坝踵的应力状态。
设计洪水情况下，γ0=1.1，ψ=1，γ=1.3。
已知m=0.7，B=45.8m。
坝趾处：
即：
＜
，坝趾处的应力符合强度要求。
坝踵处：
即：
坝踵处的应力符合强度要求。
其它荷载组合略
2.2.4溢流坝设计
2.2.4.1孔口设计
1．泄水方式的选择
溢流重力坝的泄水方式主要有两种，开敞溢流式和孔口溢流式，比较以上两种泄水方式为使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
该重力坝是
级建筑物，故采用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
设计情况下，溢流坝的下泄流量为1250m3/s；
校核情况下溢流坝下泄流量为1680m3/s。
4．单宽流量的选择
坝址处基岩比较坚硬完整，坝址处河床宽度为208.5m，河槽宽度为20~30m，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取50~100m3/（sm），
5．孔口净宽拟定
分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度，计算成果如表2-11：
表2-11孔口净宽计算表
流量Q（m3/s）
单流量q（m3/s.m）
孔口净宽B（m）
设计情况
50~100
25~12.5
校核情况
33.6~16.8
根据以上计算，溢流坝孔口净宽取24m，假设每孔宽度为8m，则孔数n为3。
6．溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定
根据工程经验，拟定闸墩的厚度。
初拟中墩厚d为3m，边墩厚t为2m，则溢流坝段的总长度B0为：
B0=nb+（n-1）d+2t=24+6+4=34（m）
7．堰顶高程的确定
由于溢流坝采用开敞溢流式，，由堰流公式：
确定堰上水头，则堰顶高程=计算水位−H。
初拟：
侧收缩系数ε=0.95流量系数m=0.502（WES堰）σs=1.0。
计算成果如表2-12。
表2-12堰顶高程计算表
流量（m3/s）
侧收缩
系数
流量
孔口净宽
堰上水头
堰顶高程
1250
0.95
0.502
24
8.5
376.9
1680
10.32
根据以上计算，取堰顶高程为376.4m，
8．闸门高度的确定
门高=正常高水位-堰顶高程+0.1~0.2=383.5-376.4+0.1=7.2m，按规范取门高8m，
2.2.4.2溢流坝剖面设计
1．堰顶下游段堰面曲线
堰顶下游段堰面曲线采用幂曲线：
（圆点位于溢流坝顶点，x向下游为正、y以向下为负）。
（1）定型设计水头Hd的确定。
堰上最大水头：
Hmax=校核洪水位-堰顶高程，即：
Hmax=386.7-376.4=10.3（m）。
定型设计水头Hd为：
Hd=（75%~95%）Hmax=7.73~9.78（m），取Hd=8.8m。
查表知坝面最大负压为：
0.3Hs=2.64（m），小于允许值（最大不超过3~6m水柱）。
（2）堰顶下游段堰面曲线
幂曲线方程：
n、k为上游堰面坡度有关的参数，该设计上游面垂直，则k=2.0，n=1.85。
则
2.上游面
上游面采用椭圆曲线，其方程为：
方程中：
取a=0.3，b=0.17，则aHd=2.64，bHd=1.5，其方程如下：
由上游面超出基本剖面，需将溢流坝作成倒悬的堰顶以满足溢流曲线的要求，倒悬的高度：
取d=6m
2.2.4.3水力计算
校核在设计水位和校核水位情况下溢流坝的泄流能力，采用公式：
式中：
c=1.0（上游面为垂直面）
m——根据Hw/Hd参考规范（DL5108-1999）附录选取。
ε——按水力学方法计算
σs=1.0
计算成果列表2-13。
由表2-13可知溢流坝满足泄流能力要求。
表2-13泄流能力校核计算表
ε
B（m）
H（m）
Q（m3/s）
0.90
1297
3.8%
0.512
0.92
10.3
1671
0.5%
2.2.4.4消能防冲设计
根据地形地质条件，选用挑流消能。
根据已建工程经验，挑射角θ=25º
，挑流鼻坎应高出下游最高水位（335.2m）1~2m，鼻坎的高程为：
335.2+1=336.2m。
1.反弧半径的确定
坎顶水流流速V按下式计算：
坎顶水深为：
反弧半径R为：
R=（4~10）h=7.7~18.8（m）
取R=18m
2．水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度估算
水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk可按公式（2-5）~（2-9）计算，经计算得：
=102（m）
（m）
L/tk=4.43>
2.5,由此可知，挑流消能形成的冲坑不会影向大坝的安全。
2.2.5细部构造
2.2.5.1坝顶构造
1．非溢流坝
坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体，结构为钢筋混凝土结构，防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。
墙高为1.2m，厚度为30cm，以满足运用安全的要求。
坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%，两边设有排水管，汇集路面的雨水，并排入水库中。
坝顶公路两侧设有宽0.75m人行道，并高出坝顶路面20cm，坝顶总宽度为7m，下游设置栏杆及路灯。
2．溢流坝
溢流坝的上部设有闸门、闸墩、门机、交通桥等结构和设备。
闸门的布置工作闸门布置在溢流坝的顶稍偏向下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。
采用平面钢闸门，门的尺寸高×
宽=8m×
8m，工作闸门的上游设有检修闸门，二门之间的净距为2m，
3．闸墩
闸墩的墩头形状：
上游采用半圆形，下游采用流线型。
其上游布置工作桥，顶部高程取非溢流坝坝顶高程，即386.7m，下游布置交通桥，桥面高程为非溢流坝顶高程。
中墩的厚度3m，边墩的厚度2m，溢流坝的分缝设在闸孔中间，故没有缝墩。
工作闸门槽深1m，宽1m，检修闸门槽深0.5m，宽0.5m。
4．导水墙
边墩向下游延伸成导水墙。
其长度：
延伸到挑流鼻坎的末端；
高度经计算得3.5m，导水墙需分缝，间距为15m，其横断面为梯形，顶宽取0.5m。
2.2.5.2分缝与止水
1．横缝
垂直于坝轴线布置，缝距为15m，缝宽2cm，内有止水。
2．止水
设有两道止水片和一道防渗沥青井。
止水片采用1.0mm厚的紫铜片，第一道止水片距上游坝面1.0m。
两道止水片间距为1m，中间设有直径为20cm的沥青井，止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。
3．纵缝
纵缝为临时性，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆。
纵缝与坝面正交，缝距为15m。
4．水平缝
混凝土浇筑块厚度为4m，纵缝两侧相邻坝块的水平缝错开布置，上下层混凝土浇筑间歇为5d，上层混凝土浇筑前要对下层混凝土凿毛，并冲洗干净，铺2cm厚的水泥砂浆。
2.2.5.3廊道系统
1．基础廊道
位置：
廊道底部距坝基面5m，上游侧距上游坝面7m，形状：
城门洞形；
底宽3m，高3.5m，内部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井。
平行于坝轴线方向廊道向两岸沿地形逐渐升高，坡度不大于40º
2．坝体廊道
自基础廊道沿坝高每隔15m设置一层廊道，共设两层。
底部高程分别为347m、362m，形状为城门洞形，其上游侧距上游坝面3m，底宽1.5m，高2.5m，左右岸各有一个出口。
2.2.5.4坝体防渗与排水
1．坝体防渗
在坝的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一层厚2m具有防渗性能的混凝土作为坝体的防渗设施。
2．坝体排水
距离坝的上游面3m沿坝轴线方向设一排竖向排水管幕。
管内径为15cm，间距为3m，上端通至坝顶，下端通至廊道，垂直布置。
排水管采用无砂混凝土管。
2.2.5.5基础处理
1.坝址处河床上有2～3m的覆盖层，有l～2m的风化层，地基开挖时把覆盖层和严重的风化层全部挖除，坝底面的最低高程为327．0m，顺水流方向开挖成锯齿状，并在上下游坝基面开挖一个浅齿墙。
沿坝轴线方向的两岸岸坡坝段基础，开挖成有足够宽度的分级平台，平台的宽度至少为l／3坝段长，相邻两级平台的高差不超过10m。
注意根据横缝的位置、开挖的深度调整平台的宽度和高程。
2.坝基的防渗处理。
在基础灌浆廊道内钻设防渗帷幕和排水孔幕。
防渗帷幕采用膨胀水泥浆做灌浆材料，其位置布置在靠近上游坝面的坝基及两岸。
帷幕的深度取10～30m，河床部位深，两岸逐渐变浅，灌浆孔直径取80mm，方向竖直，孔距取2m，设置一排。
3.坝基排水。
坝基的排水孔幕布置在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角为10°
，孔距取3m，孔径为130mm，孔深为10～15m，沿坝轴线方向设置一排。
2.2.5.6观测设计
根据《混凝土大坝安全监测技术规范（SDJ336-89）》，该重力坝为3级建筑物其主要的仪器监测项目有坝体位移、扬压力及渗流量监测等。
1．坝体位移测点布置
（1）垂线的设置：
根据坝体结构及地质条件，垂线设置于第3、7、10、13坝段中部的竖井内，竖井穿过坝体各层的廊道。
（2）水平位移测点设置：
水平位移测点在每个坝段中部坝项
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