砌石坝设计规范SL25.docx
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砌石坝设计规范SL25
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中华人民共和国水利行业标准
替代
砌石坝设计规范
发布
实施
中华人民共和国水利部发布
中华人民共和国水利部关于批准发布砌石坝设计规范的通知
水国科号
部直属各单位
各省
自治区
直辖市水利
水务
厅
局并予发
各计划单列市水利经审查批准布标准编号为本标准自
水务局新疆生产建设兵团水利局砌石坝设计规范为水利行业标准代替年月日起实施
标准文本由中国水利水电出版社出版发行
二六年四月十二日
前
浆砌石坝设计规范
言
以下简称原规范于
年首次发布至今已十余年现根据水利部水利水电规划设计管理局下发的关于年度水利水电勘测设计技术标准制定修订项目计划及主编单位的通知号文和水利技术标准编写规定水总局科对原规范进
以行修订修订后改名为砌石坝设计规定下简称本规范本规范中的砌石坝是指砂浆或混凝土砌石坝不包括干砌石坝本规范对原规范进行修改补充的主要内容如下总则后增加了主要术语与基本符号一章整个规范由原规范的章增为章原规范第三章第二节荷载组合中的基本组合增加了水库设计洪水位加设计正常温升的温度荷载的荷载组合范节中增列了泥沙冲淤计算的期限见附录原规范第四章浆砌石重力坝第二节坝体形状设在本规
计改为坝体结构具体规定了浆砌石重力坝的坝体结构对原规范第条现为所提深层抗滑稳定问题增列附录提出了砌石重力坝深层抗滑稳定安全系数及计算公式对原规范第五章浆砌石拱坝第二节坝体应力分析现为表中砌石体容许压应力表修改在毛石与块石砌体之间增加了毛石占及毛石占现为表表块石占两档作了重要块石占即将
更为经济合理对表改为拱坝周边
砌石拱坝控制计算拉应力也作了重要修改中的中央悬臂梁底及其他部位两挡
及其他部位两挡并将表列入该条说明中
更符合目前所用设计
参数及分析方法所得的成果原规范第九章观测设计现为第章改为安全监测设计明确规定工程监测范围增补安全监测设汁遵循的原则增加主要设施的布置及要求删除原规范附录三附录五附录一二四改为附录本规范实施后替代浆砌石坝设计规范本规范批准部门本规范主持机构本规范解释单位本规范主编单位本规范参编单位中华人民共和国水利部水利部水利水电规划设计总院水利部水利水电规划设计总院贵州省水利厅水利部湖南水利水电勘测设计研究院水利部福建水利水电勘测设计研究院贵州省水利水电勘测设计研究院贵州省遵义水利水电勘测设计研究院本规范主要起草人黎展眉王良之高世宝何启荣杨卫中本规范审查会议技术负责人沈凤生雷兴顺本规范体例格式审查人陈登毅六相应
目
总则主要术语与基本符号
主要术语基本符号
次
筑坝材料及砌石体设计指标
筑坝材料砌石体设计指标
荷载与荷载组合
荷载荷载组合
砌石重力坝
坝体布置坝体结构坝体抗滑稳定计算坝体应力计算坝体温度控制和防裂
砌石拱坝
坝址坝线和坝体布置坝体应力分析拱座稳定分析温度控制
坝体防渗
一般规定混凝土防渗面板与心墙坝体自身防渗横缝止水和排水
坝基处理坝体构造
坝顶布置和交通坝内廊道和孔洞坝体分缝排水和基础垫层
安全监测设计
一般原则监测项目与监测设施布置
附录附录附录附录附录附录附录
砌石体主要力学指标砌石体变形弹性模量抗压强度试验方法荷载计算公式坝前泥沙冲淤计算的期限砌石重力坝坝基深层抗滑稳定安全系数及计算公式考虑坝体分层异弹模特性用材料力学方法计算砌石重力坝坝体应力用材料力学方法计算重力墩推力墩的应力
标准用词说明
总
则
规范砌石坝设计使砌石坝设计特制定本级级砌
为适应砌石坝工程建设发展的需要对浆砌石坝设计规范做到安全适用规范石坝或坝高超过计可参照使用对于坝高超过研究砌石坝按其坝高分为低坝下为低坝坝高在经济合理技术先进
进行修订
质量保证
本规范适用于大
中型水利水电工程中的级砌石坝的设计
的级
其他砌石坝设
的砌石坝
设计时应进行必要的专题中坝和高坝坝高在以上为高坝中厚拱坝和厚拱坝中厚拱坝厚高比为以
为中坝坝高在
砌石拱坝按其厚高比分为薄拱坝或称重力拱坝薄拱坝厚高比小于厚拱坝厚高比大于设计砌石坝应重视和研究下列问题建坝地区的各项基本资料求以及水文气象条件等地形地质坝址
包括河流规划
综合利用要
地震建筑材料施工和运用简化坝体结构并结合枢
合理选择坝型方案
坝线
纽布置全面研究坝体布置与其他建筑物的关系坝基处理和坝体防渗泄洪消能防冲施工导流和渡汛建筑材料施工方式及施工技术的采用
力求选择最佳
应因地制宜
在总结实践经验和进行科学试验的基础上积极慎重地采用新
材料新技术新工艺降低工程造价和缩短建设工期的措施此外还应研究与同类型混凝土坝设计中的异同重视砌石坝的材料试验结构计算和分析研究逐步探求和应用反映砌石坝结构特点的设计和计算方法砌石坝设计除应符合本规范规定外有关标准的规定本规范主要引用下列标准水利水电工程地质勘察规范水利水电工程等级划分及洪水标准水工建筑物抗震设计规范水工混凝土结构设计规范水工建筑物抗冰冻设计规范混凝土重力坝设计规范混凝土拱坝设计规范水工混凝土试验规程水利水电工程岩石试验规程混凝土坝安全监测技术规范试行尚应符合国家现行
主要术语与基本符号
主
砌石坝采用水泥砂浆或一二级配混凝土作胶凝材料的砌石坝其主要坝型有砌石重力坝和砌石拱坝两种坝高建基面的最低点高度刚体极限平衡法将可能滑动的岩体视为刚体拱梁分载法将整个拱坝分为水平拱和悬臂梁两个系统根据拱系和梁系在其交点处变位相等的条件来确定拱梁荷载分配的分析方法重力墩通过重力作用承受拱端推力的重力式结构物推力墩设置在拱坝坝体与基岩之间构物将拱端推力传至稳定基岩的结采用极限平衡原理计算沿滑动面的抗滑稳定安全系数的分析方法不包括局部深槽井或洞至坝顶的
要
术
语
基
荷载泥沙压力泥沙压力强度浪压力
本
符
号
冰块撞击坝面的动冰压力溢流反弧段上离心力合力的水平分力
溢流反弧段上离心力合力的垂直分力坝基面扬压力强度系数断面平均温度变化等效线性温差变化材料性能水或含泥沙水的重度水的密度泥沙的干重度泥沙的浮重度泥沙的内摩擦角石料抗压强度石料干抗压强度石料饱和抗压强度混凝土的重度混凝土的弹性模量砌石体的重度砌石体的线膨胀系数砌石体的干密度砌石体的变形模量砌石体的弹性模量砌石体的泊松比砌石体的导热系数砌石体的比热砌石体的导温系数砌石体的抗压强度砌石体的抗拉强度砌石体的抗弯强度滑裂面的抗剪断摩擦系数滑裂面的抗剪断凝聚力滑裂面的抗剪摩擦系数
计算指标按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数
筑坝材料及砌石体设计指标
筑
石料应新鲜完整毛石块石无一定规格形状外形大致呈方形
坝
材
料
砌石体采用的石料应符合下列规定质地坚硬不得有剥落层和裂纹单块重量宜大于上中部或局石料按外形可分为毛石块石粗料石三种部厚度不宜小于下两面基本平行且大致平整高不宜大于宽度高度不宜无尖角薄边块厚宜大于毛石块石最大边长长宽大于石料长度的小于石料的抗压强度可根据石料饱和抗压强度值划分为六级石料使用前应进行岩块的物理力学性质试验程无条件时可按本规范附录表选用砌石体采用的骨料应符合下列规定骨料的品质必须符合水工混凝土试验规程的规定细骨料分天然砂和人工砂两类人工砂不应包括软质岩风化岩石的颗粒天然砂和人工砂最大粒径均宜小于粗骨料时分成和胶凝材料砌石体的胶凝材料主要有水泥砂浆和一二级配混凝土砾石碎石一级两级宜按粒径分级当最大粒径为当最大粒径为时分成中小型工粗料石应棱角分明六面基本平整同一面最大高差不宜石料长度宜大于
胶凝材料采用的强度等级或标号强度如下水泥采用强度等级常用的有水泥砂浆常用的标号强度分为四种混凝土常用的标号强度分为三种
注其标号强度是指为立方体或
三种
的抗压强度
其保证率
胶凝材料的配合比应满足砌石体设计强度的要求胶凝材料宜适量掺入外加剂和掺合料最优掺量应通过试验确定
砌石体设计指标
砌石体的设计密度选用毛石砌石体块石砌石体粗料石砌石体可根据砌石体类别在下列范围内之间之间之间
砌石体的线膨胀系数可在范围内选用必要时可按水工混凝土试验规程规定的方法试验确定砌石体的变形参数的选用应符合下列规定砌石体的变形模量和弹性模量宜按本规范附录的方法试验测定对无条件进行试验的工程可按本规范附录表选用砌石体的泊松比宜采用砌石体的极限抗压强度对级建筑物应按本规范附录的方法进行试验对级建筑物当无条件试验时可按本规范附录表选用砌石体的抗拉强度级建筑物应按水工混凝土试
验规程
全级配混凝土抗拉试验方法或现场测
级建筑物砌石体定但试件砌筑方法应与现场施工方法相同的极限抗拉强度可按本规范附录表选用在初步设计阶段砌石坝抗滑稳定计算所需的抗剪断强级建筑物应做现场抗剪强度砌石体强和表度参数包括砌石坝沿垫层混凝土与基岩接触面砌石体与垫层混凝土或砌石体本身的抗滑稳定级建筑物无条件试验时可根据坝基岩体特征试验度胶凝材料类别和强度标号由本规范附录表查得
荷载与荷载组合
荷
作用在砌石坝上的荷载力或渗透压力自重选用静水压力上游静水压力应根据水库功能和荷载组合所规定的水库水位确定按本规范附录下游静水压力应根据相应的不利下游水位水的重度宜采用对计算确定泥沙压力
载
应包括自重静水压力扬压温冰压力动水压力
浪压力
度荷载地震荷载和其他可能出现的荷载包括坝体的重量及坝体上永久设备的重量砌石的规定体重度应通过试验确定无试验资料时可按本规范
于多泥沙河流应根据实际情况确定扬压力进行砌石重力坝稳定分析的扬压力或渗透压力坝体应力分析时扬压力泥沙压力应根据坝址河流的水文泥沙特性水库运行方式和泥沙冲淤计算等情况度对于多泥沙河流应作专门研究执行泥沙压力应按本规范附录浪压力应根据波浪要素区峡谷水库应按本规范附录不同的荷载组合现期为风速冰压力严寒地区当水库表面形成较厚的冰盖时应计年的年最大风速枢纽布置确定坝前泥沙的淤积厚计算确定波高波长计算对于山计算确定可采用多年平均年最大按本规范附录应力分析以及砌石砌石拱坝拱坝坝基和拱座稳定分析时应考虑垂直作用于全部计算截面积计算确定宜考虑扬压力的作用对于薄拱坝可不计
泥沙冲淤计算的期限按附录
宜采用不同的风速基本组合可采用重特殊组合
及冰压力的作用冰压力应包括静冰压力和动冰压力按本规范附录计算确定动水压力当采用坝顶或坝面泄流时按本规范附录应计及溢流坝段对溢流坝
反弧面上的动水压力
计算确定
面可不计脉动压力和负压力的影响温度荷载砌石拱坝设计应分别计算设计正常温降和设计正常温升情况按运行期坝体温度与封拱温度的差值确定砌石重力坝设计可不考虑温度荷载温度荷载应对封拱温度场年平均温度场和表面温度变化引起的变化温度场根据坝址附近的环境气温水库水温日照坝基岩体地温坝体厚度砌体材料的热学特性等因素按本规范附录计算确定当坝体拱圈厚度与坝体水平拱半径见图的比值可将其时可忽略坝面曲率的影响按平板计算拱坝温度场
根据坝体厚度方向的实际温度分布
断面的平均温度变化等效线性温差分解为三部分变化非线性温差变化计算温度荷载时可仅计及和两部分
地震荷载应包括坝体地震惯性力和地震动水压力参照水工建筑物抗震设计规范
可
的规定计算
确定
荷
载
组
合
砌石坝荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类砌石重力坝的荷载组合按的规定确定组合按表
表
荷荷载主要考虑组合情况
混凝土重力坝设计规范砌石拱坝的荷载
见表
规定确定
砌石重力坝荷载组合
载附注
自静水扬压淤沙浪压冰压地震动水土压其他重压力力压力力力荷载压力力荷载
正常蓄水位情况基本设计洪水组合位情况
土压力根据坝体外是否填有土石而定土压力根据坝体外是否填有土石而定静水压力及扬压力按相应冬季库水位计算
冰冻情况校核洪水情况特殊组合地震情况
静水压力扬压力和浪压力按正常蓄水位计算有论证时可另作规定
注注注注注
应根据各种荷载同时作用的实际可能性选择计算中最不利的荷载组合分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算施工期的情况应作必要的核算作为特殊组合根据地质和其他条件如考虑运用时排水设备易于堵塞须经常维修时应考虑排水失效的情况作为特殊组合则不计浪压力地震情况如按冬季计及冰压力
表
砌石拱坝荷载组合
荷载类别
荷载组合
主要考虑情况
温度荷载地静泥动扬浪冰自水压沙压压水设计设计震其荷他重压压压力力力力力力正常正常载温降温升
正常蓄水位情况基本组合设计洪水位情况死水位或运行最低水位情况死水位或运行最低水位情况其他常遇的不利荷载组合校核洪水位情况正常蓄水位特殊组合地震情况低水位情况低水位情况施工期情况其他稀遇的不利荷载组合注注注注上述荷载组合中可根据工程的实际情况选择控制性的荷载组合进行计算浪压力与冰压力二者取其中大者进行组合施工期的荷载组合可根据实际施工情况按不利情况进行组合其他常遇的不利荷载组合和其他稀遇的不利荷载组合可根据具体情况分析后进行组合地震荷载地震荷载地震荷载
砌石重力坝
坝体布置
根据坝址区的地发水库放空下游合理安排泄洪
坝体布置应结合枢纽布置全面考虑形地质水文等条件及综合利用要求电灌溉供水方案坝体布置时还应重视排沙坝体布置时的开采成形情况施工条件等因素坝体溢流段的前沿长度确定应考虑下列因素水库蓄地形泄洪水和排漂浮物的需要地质条件航运过鱼排漂生态需水等建筑物的设置冲沙
进行全面技术经济比较冲淤及岸坡防护
选择最优
应根据当地建筑材料的分布
储量
石料确定
并通过技术经济比较孔口型式
采用混凝土砌石重力坝或水泥砂浆砌石重力坝孔数堰顶高程的
下游河床水深和消能防冲要求闸门型式及运行条件并在此基础上河槽水深变化情况经综合比较后选择最优方案地质条件高程尺并考虑对其他建筑物的影响等合理确定其位置型式坝体泄洪消能防冲设施应根据下游河床地形坝体需要布设廊道和孔洞时坝体布置方案的最终选定试验验证
寸应按使用要求及管理运行需要合理确定级建筑物应进行水工模型级建筑物宜进行水工模型试验
坝
体
结
构
结合坝址地形地质
坝体结构应根据坝体受力条件
水文建材施工等条件经技术经济比较后合理确定坝体非溢流坝段的基本断面为三角形备布置运行交通等需要确定砌石重力坝各坝段上游面宜协调一致应用导墙隔开实体重力坝上游坝面可为铅直面坡可采用求确定砌石重力坝溢流坝面结构布置可参照节的规定确定砌石坝溢流段宜采用开敞式闸门控制应对闸墩参考第中第节的规定确定节中中第如溢流坝顶有泄水建筑物的进水口的布置协调斜面或折面上游坝当采用折面时应注意与坝身取水和下游坝坡应根据应力和稳定要利于防渗体的连接和布置溢流坝段下游坝面应保持一致其与非溢流坝面之间三角形顶点宜在正常蓄水位以上基本断面上部设坝顶结构坝顶宽度应根据设
闸室结构稳定及应力分析研究其设计可
砌石重力坝坝身泄水孔结构布置可参照
坝体抗滑稳定计算
除深层抗滑稳定以外的坝体抗滑稳定计算几种情况沿垫层混凝土与基岩接触面滑动沿砌石体与垫层混凝土接触面滑动砌石体之间的滑动坝体抗滑稳定应按公式计算或公式应考虑下列
式中
按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数滑裂面上的抗剪断摩擦系数滑裂面上的抗剪断凝聚力滑裂面面积作用于计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的法向分值作用于计算截面以上坝体全部荷载对滑裂面的切向分值按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数滑裂面上的摩擦系数含扬压力含扬压力
按式安全系数应不小于表
表
安全系数采用公式
或式
计算时
坝体抗滑稳定
中相应的规定值
抗滑稳定安全系数
荷载基特殊基特殊本组本合级坝
当坝基岩体内存在软弱结构面
缓倾角结构面时见本规范附录
应计双滑计
算深层抗滑稳定根据滑动面的分布情况可分为单滑面面和多滑面计算模式以刚体极限平衡法
算为主必要时可辅以有限元法计算等并进行综合评定其成果可作为坝基处理方案选择的依据深层抗滑稳定计算公式见本规范附录空腹重力坝除计算整体抗滑稳定外滑稳定还应核算前腿的抗
坝体应力计算
坝体应力计算方法应符合下列要求实体重力坝坝体应力计算应以材料力学法为基本分析方法坝体应力计算公式参见混凝土防渗面板时附录当坝体设置也可考虑坝体一个方向异性按分层异弹模
方法分析计算方法见本规范附录对于高坝修建在复杂地基上的坝和不能作为平面问题处理的坝体或坝段的应力计算宜采用有限元法空腹重力坝可采用材料力学结构力学和有限元法计算所得应力成果应避免特别不利的应力分布状态坝体应力计算主要内容包括实体重力坝计算坝基面和折坡处截面的上力对于中低坝也可只计算坝面应力空腹重力坝计算腹拱周边前后腿的应力重力坝砌体抗压强度安全系数应符合下列要求在基本荷载组合时应不小于在特殊荷载组合时要求在各种荷载地震荷载除外组合下坝基面垂直正应力应小于砌石体容许压应力和地基的容许承载力砌石体容许压应力见本规范附录表坝基面最小垂直正应力应为压应力坝体最大主压应力应小于砌石体容许压应力坝体内一般不得出现拉应力溢流堰顶廊道和孔洞周边除外当这些部位出现拉应力时应采用钢筋混凝土结构的规定其下游坝基面的需进行抗震设计的重力坝应符合实体重力坝还应计算施工期坝体应力垂直拉应力应不大于应不小于坝体应力应符合下列用材料力学法计算坝体应力时下游面应
空腹重力坝坝体应力应符合下列要求坝踵部位坝基面以上坝高处值中低坝宜取大值不出现主拉应力容许承载力空腹重力坝应进行体形调整以减小腹拱周边的拉应力区范围腹拱拱圈部分宜采用钢筋混凝土结构用有限元法计算坝体应力时可参照节的规定执行中第高坝宜取小
坝趾部位主压应力不超过砌体的容许压应力和地基的
坝体温度控制和防裂
对于砌石重力坝的高坝和重要工程的中坝度场和温度应力分析防裂坝基垫层混凝土温度控制和抗裂要求中有关规定砌石重力坝应进行坝体分缝力坝体布置施工条件以及地形横缝的划分应根据温度应地质条件综合确定横缝间低坝可参见计算方法参见应进行温度的规定对控制设计提出温度控制措施大型工程宜采用有限元法进行温于一般工程的中低坝可参照类似工程经验进行温度控制和
横缝位置应与垫层混凝土缝相适应中距宜为可不设纵缝高坝根据温度控制条件确定在不影响胶凝材料强度和耐久性的情况下措施以减少发热量采用中低热水泥采用粉煤灰或其他水泥掺和料使用外加剂
宜采取下列
砌
坝址
石
拱
坝
坝线和坝体布置
坝肩地质条件并经多方案
砌石拱坝坝址宜选在河谷地形相对狭窄坝轴线位置的选择比较确定坝体布置应根据坝址地形坝的体形工条件等合理选定坝体顶部拱圈最大中心角以为宜地质
相对较好两岸山体厚实有利于拱座稳定的地点应优先考虑拱座稳定
水文等自然条件以及泄洪方式施
枢纽的综合利用要求统筹考虑并进行技术经济比较确定应根据坝址地形地质条件
在河谷较宽的
坝址宜选用非圆弧形拱圈砌石拱坝悬臂梁的倒悬度不宜大于坝体泄洪布置和泄洪方式的选择高泄洪量大小坝址地形定当由坝体泄洪时溢流消能和防冲问题应经水工模型试验验证应根据坝的体形坝
地质等情况进行技术经济比较确混凝土拱坝设计规范
宜优先考虑表孔泄洪应重视砌石拱坝的水力设计应参照级建筑物的拱坝溢流布置
的有关规定执行
坝体应力分析
坝体结构应力分析时当有混凝土防渗体时坝体应力分析可视结构为各向同性的均质体也可考虑坝体的一个方向异性宜以拱梁分载法计算成果作为衡量强度
安全的标准对于级或情况比较复杂的砌石拱坝除用拱梁分载法计算外必要时应用有限元法验算坝体应力分析的主要内容包括
各计算截面上的应力分布坝体上下游面在各计算点的主应力坝体削弱部位廊道孔洞等的局部应力在不同的设计阶段应根据具体情况计算上述内容的部分或全部必要时还应分析坝基内部的应力坝体应力分析中应考虑下列问题坝的体形对坝体应力分布的影响坝内孔洞对坝体应力的影响封拱温度对坝体应力的影响不设横缝整体上升的砌石拱坝坝体自重对应力的影响分期施工分期蓄水对坝体应力的影响坝体设置横缝对灌浆前施工期各单独坝段的应力和抗倾覆稳定性的影响用拱梁分载法计算时合下列要求用砌石体容许压应力的安全系数对于特殊荷载组合采用表对于基本荷载组合采当无试验资料时砌石选用坝体的主压应力和主拉应力应符
体容许压应力值可按本规范附录
砌石拱坝非地震组合容许出现一定的计算拉应力砌石拱坝地震组合控制计算拉应力可视工程具体情况适当放宽用拱冠梁法计算时拱和梁的法向应力应满足本条所规定的应力指标用有限元法计算时应力控制指标可参照有关规定执行地震组合下的容许拉应力可较非地震特殊组合适当放宽级砌石拱坝应力分析中所采用的砌石体弹性模量松比坝基变形模量和弹性模量究阶段采用当缺乏上述资料时泊应通过试验确定在可行性研
可参照类似条件下的经验数据
对于重要工程的砌石拱坝算当采用拱坝极限分析法核算时组合
还可采用拱坝极限分析法核坝体强度安全系数为极对于特殊
限荷载与设计荷载的比值对于基本组合
拱座稳定分析
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