拱壩設(shè)計(jì)資料

1、計(jì)算書目錄：1、 設(shè)計(jì)參數(shù)及控制指標(biāo)2、 拱壩體形3、 應(yīng)力計(jì)算4、 拱壩穩(wěn)定計(jì)算5、 消能計(jì)算6、 壩體細(xì)部及放空、取水孔設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)參數(shù)及控制指標(biāo)1.1 壩體參數(shù)壩體材料：C15砼砌600毛石，壩體容重r=2.3t/m3，壩體彈模E9.0×109Pa，壩體變模E5.0×109Pa，泊松比0.25。線膨脹系數(shù)取0.8×105/，導(dǎo)溫系數(shù)取3m2/月。壩基：左壩基為灰?guī)r，變形模量E=5.0×109Pa，泊松比0.28。右壩基為泥灰?guī)r，變形模量E=3.8×109Pa，泊松比0.30，壩體底部為泥頁巖，變形模量E=2.5×109Pa，泊

2、松比0.32。線膨脹系數(shù)取0.8×105/，導(dǎo)溫系數(shù)取3m2/月。水文及地質(zhì)資料見附件1。1.2 控制指標(biāo)大壩壩肩穩(wěn)定及應(yīng)力控制指標(biāo)按漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2591）執(zhí)行，見表11、12。 表11 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表類別荷載組合情況安全系數(shù)抗剪斷強(qiáng)度K基本組合3.00特殊組合2.50表12 大壩允許應(yīng)力表類別位置允許應(yīng)力允許壓應(yīng)力（104Pa）拱冠梁底部110其它部位100允許拉應(yīng)力（104Pa）拱冠梁底部410其它部位4102、 拱壩體形拱壩體形為雙曲拱壩，拱圈平面曲線采用圓弧。因兩岸地形基本對(duì)稱而采用相同半徑的雙曲拱壩。2.1 壩頂高程的擬定2.1.1 已知：校核洪水位（p=0.

3、2%）:746.50m 設(shè)計(jì)洪水位（p2%）：744.00m 正常蓄水位：742.50m2.1.2 壩頂高程根據(jù)各種運(yùn)行情況的水庫靜水位加上相應(yīng)超高后的最大值確定。壩頂超高值h按下式計(jì)算（漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2591）第八章壩體構(gòu)造）h2 h1+h0+hc 式中：h壩頂距水庫靜水位的高度，m 2 h波浪高，m h0波浪中心線超出水庫靜水位的風(fēng)壅高度，m hc安全超高，m：正常運(yùn)用情況取0.4m，非常運(yùn)用取0.3m。2.1.3波浪要素按漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL25-91）附錄二計(jì)算。波高、波長(zhǎng)可按下式計(jì)算2h2=2LL=h0=式中：2h2浪高，m； 2LL波長(zhǎng)，m； 計(jì)算風(fēng)速

4、，按甕安縣多年平均最大風(fēng)速為11.1m/s； 計(jì)算吹程（km），=0.8km； h0波浪中心線超出水庫靜水位的風(fēng)雍高度，m； H1壩前上游水深，m。計(jì)算結(jié)果如表21：壩頂高程成果表表21計(jì) 算情 況上 游靜水位（m）計(jì) 算風(fēng) 速（m/s）吹 程（km）浪 高（m）安 全超 高（m）計(jì)算頂部高 程（m）設(shè) 計(jì)744.0011.100.800.790.4744.79校 核 746.5016.700.800.960.3747.46根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，確定壩頂防浪墻高度為0.8m，壩頂防浪墻高程則為747.50m，上游校核情況下靜水位為746.50m，壩頂高程取746.70m，壩頂高程高

5、于該水位0.20m。本方案屬擴(kuò)機(jī)工程，在該壩址已經(jīng)修了一座底寬為10m，高19m的低壩，原設(shè)計(jì)方案的建基面為689.0m，采用雙曲拱壩的圓弧拱。擴(kuò)機(jī)方案在原壩體加寬加高，壩體底部高程取原壩體底部高程，即建基面為689.0m。因基礎(chǔ)為泥頁巖，比較軟弱，故采用2.0m厚的墊層。則壩高為57.70m，屬中壩，在壩頂高程746.70m開挖后的河谷水平寬度為170.0m，則河谷的寬高比L/H170/57.52.946，屬“U”型河谷。2.2、拱壩體形設(shè)計(jì)2.2.1壩頂厚度Tc（參見砌石壩設(shè)計(jì)P137）Tc=0.4+0.01(L+3H)式中：Tc壩頂厚度（m） H最大壩高（m）57.70mL頂拱弦長(zhǎng)（m）

6、170.0m經(jīng)計(jì)算得Tc0.4+0.01（170+3×57.7）3.83m，考慮交通等要求，取Tc5m。2.2.2 拱圈厚度（1）、壩底厚度Tb參見砌石壩設(shè)計(jì)P138的經(jīng)驗(yàn)公式Tb0.132(L/H)0.269+(2H/1000)×H式中：Tb壩底厚度（m） H最大壩高（m）57.70mL頂拱弦長(zhǎng)（m）170.0m經(jīng)計(jì)算得Tb0.132(170/57.7)0.269+(2×57.7/1000)×57.716.84m。由美國(guó)肯務(wù)局的經(jīng)驗(yàn)公式Tb式中：Tb壩底厚度（m） H最大壩高（m）57.70mL1頂拱弦長(zhǎng)（m）170.0mL2頂?shù)滓陨?.15H處弦長(zhǎng)（

7、m）71.8m經(jīng)計(jì)算得Tb8.40m。綜合考慮，取壩底厚度為Tb16.0m.。水平拱圈厚度按TTc+（TbTc）Y/H計(jì)算，即T5+（165）Y/57.75+0.19064Y2.2.3 上游面曲面初擬由于該工程是擴(kuò)建項(xiàng)目，為了不影響其電站的運(yùn)行以及施工方便（不用重新修筑圍堰），只在下游增加其厚度。所以其上游面曲線只有按原設(shè)計(jì)方案。設(shè) 1Hd/H 2Ad/H km/H 式中：H為壩高m；1凸點(diǎn)的相對(duì)高度，Hd為凸點(diǎn)D所對(duì)應(yīng)該的高度。2凸度，Ad為凸點(diǎn)D到軸線的距離。 K上游曲線的平均倒懸度，m為壩踵B到鉛垂線DF的距離。各項(xiàng)意義見下圖21。圖21根據(jù)原壩體的設(shè)計(jì)成果值為：Hd20.0m Ad7.

8、32mM3.25m將地形圖上可利用基巖線確定后，再確定每一層拱圈對(duì)應(yīng)的水平弦長(zhǎng)，定出半徑后（用半中心角控制，頂拱的半中心角在80°110°之間，底拱的半中心角在40°80°之間，半徑的連線為一光滑的曲線）經(jīng)過應(yīng)力控制的優(yōu)化后得到拱壩體形。該大壩為加高工程，在708.0m高程以下，只有用原壩體設(shè)計(jì)參數(shù)。拱壩體型設(shè)計(jì)、優(yōu)化、應(yīng)力分析及壩肩穩(wěn)定計(jì)算，采用浙江大學(xué)拱壩應(yīng)力計(jì)算程序ADAO進(jìn)行（該程序通過電力部鑒定，并于95年被列入國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃，98年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)），在計(jì)算機(jī)上完成。3、應(yīng)力計(jì)算3.1 計(jì)算方法及荷載組合拱壩應(yīng)力按多拱多梁混合法

9、計(jì)算，采用浙江大學(xué)拱壩應(yīng)力計(jì)算程序ADAO進(jìn)行計(jì)算，初擬采用8層拱圈，其高程分別為：745.0、737.5、731.5、723.0、714.0、706.0、697.5、689.0m(擬合層為砼墊層687.0m)。荷載組合情況分基本組合及特殊組合兩類?；窘M合為：（1）正常蓄水位相應(yīng)尾水位設(shè)計(jì)正常溫降自重?fù)P壓力泥沙壓力浪壓力。特殊組合為：（2）較核洪水位相應(yīng)尾水位設(shè)計(jì)正常溫升自重?fù)P壓力泥沙壓力浪壓力。地區(qū)地震烈度小于度，故不作動(dòng)力計(jì)算。3.2 溫度參數(shù)說明多年年平均氣溫13.6多年平均最低月（1月）氣溫3.8多年平均最高月（7月）氣溫24.7日照影響按2計(jì)溫降變幅年平均氣溫年平均氣溫13.6-3

10、.89.8考慮日照影響后，設(shè)計(jì)正常溫降9.8211.8，計(jì)算時(shí)間取1.5溫升變幅最高月平均氣溫年平均氣溫24.7-13.611.1考慮日照影響后，設(shè)計(jì)正常溫升11.1213.1，計(jì)算時(shí)間取7.5庫底水溫因無實(shí)測(cè)資料，按規(guī)范（SD145-85）附錄規(guī)定，Tkd可近似按最低3個(gè)月平均氣溫計(jì)，Tkd（3.85.05.9）/34.9水表面年平均水溫年平均氣溫日照影響13.6215.6表面水溫年變幅氣溫年變幅的一半（24.7-3.8）/210.45溫度計(jì)算的初相位取值為6.5（月）。3.3 計(jì)算成果經(jīng)計(jì)算，拱壩最大拉應(yīng)力為0.76MPa，發(fā)生在706.0m高程左拱端的下游面，計(jì)算工況為校核洪水位溫升，最

11、大壓應(yīng)力為2.76 MPa，發(fā)生在706.0m高程左拱端的下游面，計(jì)算工況為校核洪水位溫升，均小于大綱中規(guī)定的允許應(yīng)力。應(yīng)力分布規(guī)律符合一般規(guī)律，較合理，計(jì)算原始數(shù)據(jù)和結(jié)果文件見附。4拱肩穩(wěn)定計(jì)算4.1計(jì)算方法拱肩抗滑穩(wěn)定按剛體極限平衡法計(jì)算，并根據(jù)漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL25-91）規(guī)定，拱肩穩(wěn)定分析應(yīng)按空間問題處理，確定其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。如情況簡(jiǎn)單且無復(fù)雜的滑裂面時(shí)，可按平面分層累計(jì)計(jì)算。計(jì)算步驟：（1）繪制各層拱肩抗滑巖體圖。（2）根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的資料，列出幾組不同側(cè)滑面（裂隙或巖體），在抗滑巖體圖中分別量出側(cè)滑面與拱端徑向的夾角、底滑面面積、側(cè)滑面長(zhǎng)度。（3）根據(jù)前面量出的參數(shù)，

12、各層拱端高程，計(jì)算工況的水位，各側(cè)滑面、底滑面分別對(duì)應(yīng)的抗剪斷參數(shù)，程序計(jì)算得到的各層拱端作用力，代入抗剪斷公式，分別計(jì)算各層、各側(cè)滑面的K值，取其中每層最小K值為該層安全系數(shù)K。4.2 已知條件4.2.1 由拱壩應(yīng)力計(jì)算得拱端力系計(jì)算結(jié)果如下表：拱端力系表（單位：t）工況拱端高程849.7843.0827.2811.4795.6779.8763.8正常蓄水位溫降左拱端推力-428.7383.11290.11746.72153.12082.4934.8拱端剪力11.6-25.9184.3480.1860.41494.92117.0右拱端推力-138.0531.11119.31642.82157

13、.32231.61084.2拱端剪力-6.4293.8907.31645.22368.82414.71243.5校核洪水位溫升左拱端推力813.31137.81304.41699.22116.42007.1876.2拱端剪力-33.7-395.5-106.5351.2751.91347.51915.2右拱端推力1653.21591.71105.71582.32131.62038.5835.2拱端剪力1581.51480.21158.01595.92270.12167.8959.84.2.2 水文：校核洪水位848.87m；4.2.3 地質(zhì)：河谷呈“V”型，出露地質(zhì)為T1薄至中厚層灰?guī)r。壩址巖層

14、產(chǎn)狀平緩，層面（巖層產(chǎn)狀）為：左岸N5°E/6°； 右岸N20°W/10°。 主要發(fā)育裂隙有：E0°W/90°； S0°N/90°； 斷層主要有：f101: E0°W/N2035°、破碎帶寬0.30.5m； f102: N50°W/SW2035°、破碎帶寬0.30.5m；4.3 計(jì)算假定根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，壩肩兩岸產(chǎn)狀傾角較緩，陡傾角裂隙較發(fā)育，無其它大的結(jié)構(gòu)面發(fā)育，拱肩穩(wěn)定按平面分層抗滑計(jì)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算中作如下假定：（1）地基為灰?guī)r，因其產(chǎn)狀傾角較緩（10°20

15、°），故可近似假定巖體層面為水平底滑動(dòng)面。（2）幾組裂隙均為陡傾角（60°80°），故可假定裂隙面即為可能的側(cè)滑面。（3）若在拱端處巖體無裂隙面或裂隙面對(duì)抗滑無不利影響時(shí)，則可根據(jù)地形條件假定幾組側(cè)滑面，按巖體非結(jié)構(gòu)面參數(shù)取用。（4）底滑面揚(yáng)壓力按單位高度計(jì)，取1m。（5）側(cè)滑面滲透壓力按實(shí)際水頭計(jì)，即側(cè)滑面上游端水頭實(shí)際H,下游面無水可視為0，側(cè)滑面下游端水頭為0。但考慮到側(cè)滑面較長(zhǎng)時(shí)，下游岸坡裂隙發(fā)育，滲水一般在壩后很快滲出地表，即零壓力墊不在側(cè)滑面下游端與岸坡交點(diǎn)處。近似岸拱下游面后一定距離為零計(jì)，如5倍拱厚、1倍岸坡厚等，為方便計(jì)算，計(jì)算中不直接確定零壓力

16、點(diǎn)而采用取綜合折減系數(shù)的方法，綜合折減系數(shù)取0.5計(jì)算滲透壓力。認(rèn)為U3=0.（6）為方便計(jì)算，認(rèn)為裂隙面與拱端面為同一平面。（7）緩傾面認(rèn)定為層面，作用力為1/3面積。（8）當(dāng)剪力向上游時(shí)，取其值為0。（9）為偏于安全，未計(jì)梁底壓力。4.4 計(jì)算模型及公式兩壩肩地基特點(diǎn)是層面傾角較緩、裂隙發(fā)育且傾角較陡，計(jì)算分層穩(wěn)定時(shí)視層面為底滑面，裂隙面為側(cè)滑面。計(jì)算參數(shù)請(qǐng)見附圖計(jì)算時(shí)按抗剪斷K值公式計(jì)算，如下： K=2（WsWU2）ab/Q式中各符號(hào)意義如下：拱端作用力在側(cè)裂面上的法向分力，Q：拱端作用力在側(cè)裂面上的切向分力。Ws：梁自重。W ：抗滑巖體自重。：側(cè)裂面滲透壓力。2 ：底滑面揚(yáng)壓力。2 ：

17、側(cè)滑面抗剪系數(shù)。、：底滑面抗剪斷系數(shù)。ab：底滑面有效面積。為提高計(jì)算速度，編制了gbwd.bas程序，按上述公式計(jì)算各分層K值。該程序需輸入的參數(shù)有拱端作用力N、Q，底滑面面積S，側(cè)裂面于拱端徑向夾角及側(cè)滑面長(zhǎng)度L，以及底滑面、側(cè)裂面的抗剪、抗剪斷參數(shù)，各層拱高程及計(jì)算工況上游水位。為偏于安全計(jì)算，近似底滑面有效面積Lab等于底滑面面積S的1/3。按前假定規(guī)定折減。N,Q由ADASO程序計(jì)算結(jié)果而得。每層K計(jì)算均假定不同的幾組側(cè)裂面，見附圖，計(jì)算參數(shù)L、S、等均為從該圖上直接量取而得。4.5 計(jì)算成果匯總?cè)缦卤恚海ň唧w數(shù)據(jù)請(qǐng)見附件）安全系數(shù)成果表正常水位K校核水位K備注高程左岸右岸左岸右岸8

18、49.755.9225.87.793.2843.026.9166.210.585.9827.22063.52271811.417.135.118.439.4795.613.416.213.917.3779.833.524.136.125.3763.823.66.924.57.1 由上表可知，各層拱圈均滿足規(guī)范要求。（3）沖坑深度tk的計(jì)算公式采用規(guī)范（SD14585）P46：tk=kq0.5z0.25 式中：k 沖坑系數(shù)，由地質(zhì)提供1.4（4）安全后坡一般采用1/31/4。5.1.6對(duì)下游的最近建筑物沖沙底孔進(jìn)行安全后坡的驗(yàn)算（驗(yàn)算以校核洪水位情況為控制情況）： 沖坑底部最低點(diǎn)的高程為：790

19、.6122.095768.515m 沖坑底部最低點(diǎn)至沖沙底孔的最近距離為29m， 按安全系數(shù)為1/31/4（取1/3.5為控制系數(shù)）計(jì)算得到768.51529×（1/31/4）778.2775.8故滿足安全要求。6、壩體細(xì)部及取水、沖沙底孔6.1壩體結(jié)構(gòu) 壩體材料采用200砼，抗?jié)B等級(jí)為W8（按水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T50571996）p30頁表4.4.5，砼抗?jié)B等級(jí)為W8）。6.2放空底孔 進(jìn)口底坎高程為802.00m。 進(jìn)口為3×3m（b×h）平板檢修閘門。 出口為3×2.5m（b×h）弧形工作閘門。6.2.1進(jìn)口處設(shè)喇叭口，取1/4橢圓： 式中：a為橢圓的長(zhǎng)半軸，