重力壩設(shè)計說明書（精編版）

1、1 / 17 重力壩設(shè)計說明書水工建筑物課程設(shè)計基本資料一、基本情況本重力壩水庫壩高53.9m, 壩底高程 31.0m, 壩頂高程 84.9m,壩基為微、弱風(fēng)化的花崗巖層, 致密堅硬 , 強度高 , 抗沖能力強。水庫死水位 51.0m, 死庫容 0.3 億 m3, 正常水位 80.0m,設(shè)計狀況時上游水位 82.5m、下游水位 45.5m, 校核狀況上游戲水位84.72m、下游水位 46.45m。二、氣候特征1、 根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶?0 年統(tǒng)計資料 , 多年平均最大風(fēng)速14m/s,重現(xiàn)期 50年最大風(fēng)速 23m/s, 設(shè)計洪水位時 2.6km, 校核洪水位時3.0km；2、最大凍土層深度為125m

2、 ；3、河流結(jié)冰期平均為150天左右 , 最大冰層 1.05m。三、工程地質(zhì)條件1、壩址地形地質(zhì)1 、左岸：覆蓋層2-3m, 全風(fēng)化帶厚 3-5, 強風(fēng)化加弱風(fēng)2 / 17 化帶厚 3m,微風(fēng)化層厚4m ；2 、河床：巖面較平整, 沖積沙礫層厚約0-1.5m, 弱風(fēng)化層厚 1m左右, 微風(fēng)化層厚3-6m；壩址處河床巖面高程約在38m左右, 整理個河床皆為微、弱風(fēng)化的花崗巖層, 致密堅硬 , 強度高 ,抗沖能力強；3 、右岸：覆蓋層3-5m, 全風(fēng)化帶厚 5-7, 強風(fēng)化加弱風(fēng)化帶厚 1-3m,弱風(fēng)化帶厚 1-3m,微風(fēng)化層厚1-4m。2、 天然建筑材料： 粘土料、砂石料和石料在壩址上下游2-3

3、km均可開采 , 儲量足。粘土料各項指標(biāo)均滿足土壩防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求。砂石料滿足砼重力壩要求。大壩設(shè)計一、工程等級本水庫死庫容0.3 億 m3, 最大庫容未知 , 估算約為 5 億 m3左右 。 根 據(jù) 現(xiàn) 行 水 電 樞 紐 工 程 等 級 劃 分 及 設(shè) 計安 全 標(biāo) 準(zhǔn) dl5180-2003, 按水庫總庫容確定本工程等別為等, 工程規(guī)模為大 2型水庫。樞紐主要建筑物擋水、泄水、引水系統(tǒng)進水口建筑物為2 級建筑物 , 施工導(dǎo)流建筑物為3 級建筑物。二、 壩型確定壩型選擇與地形、地質(zhì)、建筑材料和施工條件等因素有關(guān)。本樞紐壩址區(qū)為較堅硬的砂巖, 當(dāng)?shù)厥县S富 , 確定本水庫大壩為漿砌塊石

4、重力壩。三、基本剖面的擬定3 / 17 重力壩承受的主要荷載是水壓和自重, 控制剖面尺寸的主要指標(biāo)是穩(wěn)定和強度要求。 由于作用于上游面的水壓力呈三角形分部, 所以重力壩的基本剖面是三角形, 根據(jù)提供的資料 , 確定壩底寬度為 43.29m 約為壩高的0.8 倍, 下游邊坡 m=0.8, 上游面為鉛直。四、壩高計算按重力壩設(shè)計規(guī)中有關(guān)規(guī)定, 本水庫壩頂高程波浪高+浪高中心線高出靜水位高度+安全超高1最大波浪在壩坡上的爬高r計算： 風(fēng)浪要素的計算a、風(fēng)速：本水庫多年平均最大風(fēng)速14.0m/s, 重現(xiàn)期最大風(fēng)速23.0m/s ：b、風(fēng)區(qū)吹程長度 d：風(fēng)作用于水域的長度；d設(shè)計=2600m,d校核=3

5、000m 。 風(fēng)浪爬高計算： 采用試驗站公式計算風(fēng)浪各要素及波浪爬高,計算得： h設(shè)計=2.05m,h校核=1.11m。2浪高中心線高出靜水位高度：h設(shè)計 0=0.62m,h校核 0=0.33m 3安全加高值：a設(shè)計=0.5m,a校核=0.4m。4壩體安全超高成果：設(shè)計壩頂高程=82.5+2.05+0.62+0.5=85.67m,校核壩頂高程=84.72+1.11+0.33+0.4=86.56m；水庫壩頂高程為84.9m,需設(shè)防浪墻高 1.7m,即：防浪墻頂高程為86 .6m。4 / 17 四、擋水壩段剖面的設(shè)計1、壩頂高度確定根據(jù)資料提供 , 確定壩頂高程為84.90 米。2、壩頂寬度壩頂寬

6、度 b=0.1h=0.1*=5.39m 為適應(yīng)施工和運用檢修的需要, 并考慮壩體各部分尺寸協(xié)調(diào),壩頂寬度取壩高的10% 左右 , 即 5.5 米。結(jié)構(gòu)計算一、荷載及其組合1、計算情況確定荷載組合分二種1 、基本組合為設(shè)計洪水位情況, 其荷載組合： 自重 +靜水壓力 +揚壓力 +泥沙壓力 +浪壓力；2 、特珠組合為校核洪水位情況, 其荷載組合： 自重 +靜水壓力 +揚壓力 +泥沙壓力 +浪壓力。5 / 17 6 / 17 設(shè)計洪水情況荷載計算表荷載計算荷載垂直力 kn 水平力 kn 力臂m 力矩 kn.m方向 - + + -自重g16818 40.54 276416 g220530 25.21

7、517473 gw419.8 1.93 810.2 水壓力p113261 17.2 227651 p21051 4.8 5081 揚壓力pl16277 21.6 135867 pl2438 41.3 18115 pl32183 26.2 57263 pl4658 42.0 27605 浪壓力u17.8 51.3 398 泥沙壓力pn 109 23 253 7 / 17 合計9557 27768 13378 1051 799780 467151 校核洪水情況荷載計算表荷載計算荷載垂直力 kn 水平力 kn 力臂m 力矩 kn.m方向 - + + -自重g16818 40.54 276416 g2

8、20530 25.21 517473 gw477 2.06 983.5 水壓力p114429 17.9 258379 p21194 5.2 6146.6 揚壓力pl16688 21.6 144802 pl2454 41.3 18743 pl32259 26.2 59243 pl4680 42.0 28550 浪壓力u18 53.7 417 泥沙壓力pn 109 23 253 8 / 17 合計10081 27826 14546 1194 801019 510388 二、擋水壩抗滑穩(wěn)定分析計算1、抗滑穩(wěn)定計算（一）荷載計算1荷載組合：1基本荷載組合： 壩體自重 設(shè)計洪水位壩體上游靜水壓力 設(shè)計洪

9、水位揚壓力 設(shè)計洪水位泥沙壓力2特殊荷載組合：壩體自重校核洪水位上下游靜水壓力校核洪水位揚壓力校核洪水位泥沙壓力2、抗滑穩(wěn)定驗算1按抗剪斷公式計算f1w+c1ak1= p k1抗剪斷計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)9 / 17 f1滑動面上的抗剪斷摩擦系數(shù)c滑動面上的抗剪斷凝聚力a滑動面截面積p計算截面上的所有切向力w 作用于計算截面上的所有法向力2參數(shù)確定按地質(zhì)資料砼和微風(fēng)化巖石的抗剪斷系數(shù)為c1=700kpa f1=1.03. 抗滑穩(wěn)定計算見附表5抗滑穩(wěn)定按抗剪斷公式計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù), 計算過程見下表 , -抗滑穩(wěn)定計算項目w f a c p k k結(jié)論校核水位18310 1.0 43.29 7

10、00 13334.0 3.65 2.5 滿足要求設(shè)計洪水位18758 1.0 43.29 700 12308.3 3.99 3.0 滿足要求計算結(jié)果見下表。穩(wěn)定計算表類型荷載組合計算安全系數(shù) k 允許安全系數(shù) k非溢流壩基本組合3.65 3.0 特殊組合3.99 2.5 滿足規(guī)要求。10 / 17 4. 抗滑穩(wěn)定按承載力極限狀態(tài)驗算穩(wěn)定安全系數(shù), 計算結(jié)果見下表, 基本公式：0. .s r/ d 抗滑穩(wěn)定驗算項目0 frwrcra s。s r 。/ d 校核水位1 0.85 0.77 17745 233.3 43.29 13352 11349 19792 正常水位1 1 0.77 18211

11、233.3 43.29 13378 13378 20091 穩(wěn)定驗算表類型荷載組合計算值0s 允許值 r/ d非溢流壩基本組合11349 19792 特殊組合13378 20091 滿足規(guī)要求。三、擋水壩邊緣應(yīng)力分析與強度計算3、應(yīng)力分析根據(jù)砌石壩設(shè)計規(guī) sl25-91, 實體重力壩應(yīng)力計算以材料力學(xué)為基本分析方法, 計算各種荷載組合下壩體垂直正應(yīng)力和壩體主應(yīng)力。荷載組合分基本組合與特殊組合二種。1基本組合設(shè)計洪水位應(yīng)力計算1邊緣應(yīng)力計算（1）壩基面 y 下計算不計揚壓力時：w 6 m 27768 6 571477y 下= - = + =2471kpa 11 / 17 t t243.2943.

12、292計入揚壓力：w 6 w18758 6 332628y 下= - = + =1498kpa t t2 43.29 43.2921特殊組合校核洪水位應(yīng)力計算1邊緣應(yīng)力計算（2）壩基面 y 下計算不計揚壓力時：w 6 m 27826 6 541969y 下= - = + =2378kpa t t243.2943.292計入揚壓力：w 6 w18310 6 290631y 下= - = + =1353kpa t t2 43.29 43.292抗拉強度驗算項目t w m w/t+ 6m/t2比較結(jié)論校核洪水位不計揚壓力43.29 27826 541969 2378 0 滿足要求計入揚壓力43.29

13、 18310 290631 1353 0 滿足要求12 / 17 設(shè)計洪水位不計揚壓力43.29 27768 571477 2471 0 滿足要求計入揚壓力43.29 18758 332628 1498 0 滿足要求 壩體邊緣的主應(yīng)力上、下計算上游邊緣按不計揚壓力的情況計算, 按下式計算上=y 上1+n2-p上n2上壩體上游邊緣的主應(yīng)力下壩體上游邊緣垂直正應(yīng)力n壩體上游邊坡p上上游壩面水壓力強度包括泥沙壓力下游邊緣按以下兩種情況校核不計揚壓力時下=y 下 -p下m23壩應(yīng)力計算將揚壓力作為水平截面上的荷載進行計算。原點在下游面, 取x=0,10,20,30,40,43.29,各點計算。（1）水

14、平截面上的垂直正應(yīng)力yy=a+bx a=y 下=1042.5 y 上- y 下 156.8-1042.5 b= = =-18.986 t43.29 水平正應(yīng)力 xa2+b2x13 / 17 x 上p上-n2x 下p下+m2剪應(yīng)力 =a1+b1x+c1x2 計算上, 上上=n 下=y下- p下m 計算 a,b,c, a=下=729.75 b=tpt322下下c=tpt232下上 主應(yīng)力各點的主應(yīng)力及其方向 , 按以下兩式計算226626612yxyx111266yxarctgarctg上兩式中16,26 第一第二主應(yīng)力yx6,6垂直水平正應(yīng)力剪應(yīng)力1第一主應(yīng)力與水平夾角設(shè) a=xy21 b=xy

15、21 c=22b則ca1214 / 17 抗壓強度驗算項目0 t 1+m2wr mr s。s 比較r 。 / d 結(jié)論校核水位不計揚壓力1 0.85 43.29 1.64 27826 290631 -471.88 -401 11111.1 滿足要求計入揚壓力1 0.85 43.29 1.64 17745 290631 -853.79 -726 11111.1 滿足要求設(shè)計水位不計揚壓力1 1 43.29 1.64 27768 571477 -1948.7 -1949 11111.1 滿足要求計入揚壓力1 1 43.29 1.64 18211 332628 -1056.6 -1057 11111

16、.1 滿足要求細部構(gòu)造設(shè)計一、材料區(qū)分及標(biāo)號選擇重力壩壩型為c15砼砌塊石重力壩 , 壩基高程 31.00 米, 壩頂高程 84.90 米, 壩高 53.90 米, 壩基墊層和防滲面板采用c20混凝土, 要求抗?jié)B標(biāo)號w8, 壩體采用 c15混凝土砌毛石。二、壩頂重力壩壩頂迎水側(cè)設(shè)鋼筋砼防浪墻, 背水側(cè)及溢流壩壩頂交通橋上下游均設(shè)置安全欄桿, 高度 1.20m。路面設(shè)置雙向排水 , 坡度 1/200 。三、壩體防滲與排水大壩上游側(cè)設(shè)置c20 砼防滲面板 , 厚度 1.0m, 底部與壩基砼齒墻連成一體。面板設(shè)溫度鋼筋與固定鋼筋。砼防滲面板后設(shè)置一排豎向排水管, 間距 3.0m, 徑 0.2m；壩中設(shè)置一道橫向排水管, 徑 0.3m。15 / 17 四、壩體廊道系統(tǒng)為進行帷幕灌漿、設(shè)置排水孔、排泄?jié)B透積水、安裝觀測儀器、 檢查維修壩體等需要, 在壩設(shè)置廊道。 廊道離壩面 16 米以上 ,在河道段高程為47.00m, 水平布置 , 在左右兩岸由平行壩軸線方向沿地形向兩岸抬高, 廊道為直墻圓拱標(biāo)準(zhǔn)形, 寬 2.5m, 高 3.5 m,廊道采用 c20鋼筋砼襯砌。地基處理一、開挖基底開挖不小于6.0m, 開挖面力求平整無尖角, 岸坡段開挖平臺不小于總寬度的1/3 。確定開挖線后 , 開挖線以上巖石全部挖除。二、固結(jié)灌漿在壩基面上下游約1/4 底寬圍進行固結(jié)灌漿, 孔距 3m,成