重力坝设计说明书.docx
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重力坝设计说明书
重力坝设计说明书
《水工建筑物》课程设计
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基本资料一、基本情况
本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m
，
坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，
抗冲能力强。
3水库死水位51.0m，死库容亿m，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位84.72m、下游水位46.45m。
二、气候特征
1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km；
2、最大冻土层深度为125m；
3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。
三、工程地质条件
1、坝址地形地质
（1）、左岸：
覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m；
（2）、河床：
岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；
（3）、右岸：
覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。
2、天然建筑材料：
粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km均可开采，储量足。
粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。
砂石料满足砼重力坝要求。
大坝设计
一、工程等级
3
3本水库死库容亿m，最大库容未知，估算约为5亿m左右。
根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大
（2）型水库。
枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。
二、坝型确定
坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。
本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝为浆砌块石重力坝。
三、基本剖面的拟定
重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。
由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的倍），下游边坡m=，上游面为铅直。
四、坝高计算
按《重力坝设计规范》中有关规定，本水库坝顶高程＝波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高
（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算：
①风浪要素的计算
A、风速ω：
本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速23.0m/s：
B、风区吹程长度D：
风作用于水域的长度；D设计=2600m，D校核=3000m。
②风浪爬高计算：
采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪爬高，计算得：
h设计=2.05m，h校核=1.11m。
（2）浪高中心线高出静水位高度：
h设计0=0.62m，h校核0=0.33m（3）安全加高值：
A设计=0.5m，A校核=0.4m。
（4）坝体安全超高成果：
设计坝顶高程=+++=85.67m，校核坝顶高程=+++=86.56m；
水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：
防浪墙顶高程为86.6m。
四、挡水坝段剖面的设计1、坝顶高度确定
根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。
2、坝顶宽度
坝顶宽度B==*=5.39m
为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。
结构计算一、荷载及其组合1、计算情况确定
荷载组合分二种
（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：
自重水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；
（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：
自重水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
+静+静设计洪水情况荷载计算表
荷载计算荷载
垂直力（KN）
水平力（KN）
力臂力矩（）
（m）
方向自重
G1G2GW
水压力
P1P2
扬压力
PL1PL2PL3PL4
浪压力
U1
↑
↓
→-
←+
2．3
↙+↘-
627743821836589557
68182053027768
2764165174735081
227651135867181155726327605398253
13261109
1051
泥沙压力Pn合计
133781051799780467151
校核洪水情况荷载计算表
荷载计算荷载
垂直力（KN）
水平力（KN）
力臂力矩（）
（m）
方向自重
G1G2GW
水压力
P1P2
扬压力
PL1PL2PL3PL4
浪压力
U1
↑
↓
→-
←+
2．3
↙+↘-
6688454225968010081
68182053047727826
276416517473
258379144802187435924328550417253
144298109
1194
泥沙压力Pn合计
145461194801019510388
二、挡水坝抗滑稳定分析计算
1、抗滑稳定计算
（一）荷载计算1．荷载组合：
（1）基本荷载组合：
①坝体自重
②设计洪水位坝体上游静水压力③设计洪水位扬压力④设计洪水位泥沙压力
（2）特殊荷载组合：
①坝体自重
②校核洪水位上下游静水压力③校核洪水位扬压力④校核洪水位泥沙压力2、抗滑稳定验算1．按抗剪断公式计算（Σf1W+C1A）K1=
ΣP
K1——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数
f1——滑动面上的抗剪断摩擦系数
C——滑动面上的抗剪断凝聚力A——滑动面截面积
ΣP——计算截面上的所有切向力ΣW——作用于计算截面上的所有法向力2．参数确定
按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为C1=700Kpaf1=
3.抗滑稳定计算见附表5
抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，
-抗滑稳定计算
项目校核水位设计洪水位
∑W1831018758
f'
A
C'700700
∑P
K'
〔K〕
结论满足要求满足要求
计算结果见下表。
稳定计算表
类型非溢流坝
荷载组合基本组合特殊组合
计算安全系数K允许安全系数（K）
满足规范要求。
4.抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：
γ0.φ.S（.）≤R（.）/γd
抗滑稳定验算
项目
校核水位正常水位
γ0
11
φf'R∑WR
17745
C'RAS（。
）
1335213378
γφS（。
）R（。
）/γd
1134913378
1979220091
118211
稳定验算表
类型非溢流坝
荷载组合基本组合特殊组合
计算值γ0φS（.）
1134913378
允许值R（.）/γd
1979220091
满足规范要求。
三、挡水坝边缘应力分析与强度计算3、应力分析
根据《砌石坝设计规范》SL25-91，实体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。
荷载组合分基本组合与特殊组合二种。
（1）基本组合（设计洪水位）应力计算
1．边缘应力计算
（1）坝基面óy
下计算
不计扬压力时：
óΣW6ΣM277686×571477
y下=-=+=2471KpaTT
2
计入扬压力：
óΣW6ΣW187586×332628y
下=-=+=1498KpaTT2
（1）特殊组合（校核洪水位）应力计算
1．边缘应力计算
（2）坝基面óy
下计算
不计扬压力时：
óΣW6ΣM278266×541969
y下=-=+=2378KpaTT
2
计入扬压力：
óy
下=-=+=1353Kpa
TT
抗拉强度验算
项目
T
∑W27826183102776818758
∑M541969290631571477332628
∑W/T+6∑M/T22378135324711498
比较＞＞＞＞
结论
2ΣW6ΣW183106×290631
校核洪水位设计洪水位
不计扬压力计入扬压力不计扬压力计入扬压力
0满足要求0满足要求0满足要求0满足要求
（2）坝体边缘的主应力
ó
上、
ó
下计算
上游边缘按不计扬压力的情况计算，按下式计算
óó
ó上=ó上
下y上（1+n）-P上n
2
2——坝体上游边缘的主应力——坝体上游边缘垂直正应力
n——坝体上游边坡
P上——上游坝面水压力强度（包括泥沙压力）
下游边缘按以下两种情况校核不计扬压力时
ó
下=
óy
下×（1+m）-P下m
2
23．坝内应力计算
将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。
原点在下游面，取X=0，10，20，30，40，，各点计算。
（1）水平截面上的垂直正应力óyóy=a+bxa=
óy
下=-
ó==
óy上y下T
（2）水平正应力óx＝a2+b2xó
óx
上＝P上-（P上-
óy
上）n
2
2x下＝P下+（
óy下-P下）m
（3）剪应力τ=a1+b1x+c1x计算τ上，τ上τ上=（p上-6y上）nτ下=y下-p下）m计算a,b,c,a=τ下=
b=c=（4）主应力
各点的主应力及其方向，按以下两式计算
上两式中，——第一第二主应力—垂直水平正应力——剪应力
2
——第一主应力与水平夹角
设A=B=C=则
抗压强度验算
项目
校核水位
不计扬压力计入扬压力不计扬压力计入扬压力
γ0
1111
γφφT1+m2∑Wr∑MrS（。
）
S（。
）
比较
＜＜＜＜
R（。
）/γd结论
2782629063117745290631
11
2776857147718211332628
-401-726-1949-1057
满足
要求满足要求满足要求满足要求
设计水位
细部构造设计
一、材料区分及标号选择
重力坝坝型为C15砼砌块石重力坝，坝基高程31.00米，坝顶高程84.90米，坝高53.90米，坝基垫层和防渗面板采用C20混凝土，要求抗渗标号W8，坝体内采用C15混凝土砌毛石。
二、坝顶
重力坝坝顶迎水侧设钢筋砼防浪墙，背水侧及溢流坝坝顶交通桥上下游均设置安全栏杆，高度1.20m。
路面设置双向排水，坡度1/200。
三、坝体防渗与排水
大坝上游侧设置C20砼防渗面板，厚度1.0m，底部与坝基砼齿墙连成一体。
面板设温度钢筋与固定钢筋。
砼防渗面板后设置一排竖向排水管，间距3.0m，内径0.2m；坝中设置一道横向排水管，内径0.3m。
四、坝体廊道系统
为进行帷幕灌浆、设置排水孔、排泄渗透积水、安装观测仪器、检查维修坝体等需要，在坝内设置廊道。
廊道离坝面16米以上，在河道段高程为47.00m，水平布置，在左右两岸由平行坝轴线方向沿地形向两岸抬高，廊道为直墙圆拱标准形，宽2.5m，高3.5m，廊道采用C20钢筋砼衬砌。
地基处理
一、开挖
基底开挖不小于6.0m，开挖面力求平整无尖角，岸坡段开挖平台不小于总宽度的1/3。
确定开挖线后，开挖线以上岩石全部挖除。
二、固结灌浆
在坝基面上下游约1/4底宽范围内进行固结灌浆，孔距3m，成梅花状布置，并在上下游坝踵、坝址外各布一排，灌浆孔深5～8m，压力～。
三、惟幕灌浆与坝基排水孔
为降低扬压力，大坝内设置防渗排水系统，防渗办法采用帷幕灌浆，即在离坝面8.0
米附近钻孔，进行深层高压灌水泥浆，
形成一道垂直防渗帷幕，防渗帷幕深度伸入相对不透水层内3~5米，帷幕厚度3.0米左右。
另在防渗帷幕的下游侧设置排水设施，可以有效地降低坝基渗透压力。
排水孔布置在廊道内，在防渗帷幕下游2米，孔距3米，孔深为帷幕深度的倍，且不小于10米。
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