拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則-PPT課件

1、混凝土拱壩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2019年4月15日第一節(jié) 混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范總則第二節(jié) 主要術(shù)語第三節(jié) 拱壩布置第四節(jié) 水力設(shè)計(jì)第五節(jié) 荷載第六節(jié) 拱壩的應(yīng)力分析 內(nèi)容簡介第一節(jié) 混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范簡介 1.0.1 根據(jù)水利部2019年下達(dá)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂計(jì)劃，水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局的水規(guī)局（2019）7號文關(guān)于印發(fā)水利水電勘測設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作會議有關(guān)文件的通知以及SL01-97水利水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)定，對SD145-85混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行修訂。1.0.2 為適應(yīng)混凝土拱壩建設(shè)發(fā)展的需要，規(guī)范混凝土拱壩設(shè)計(jì)要求 ，對 SD14585混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行修訂使工程設(shè)計(jì)做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先

2、進(jìn)、質(zhì)量保證，特制定本規(guī)范。1.0.3 混凝土拱壩的級別，應(yīng)符合SL2522000水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。1.0.4 本規(guī)范適用于水利水電樞紐中1、2、3級混凝土拱壩的設(shè)計(jì)。4、5級混凝土拱壩設(shè)計(jì)可參照使用。壩高大于200m或有特殊情況的拱壩工程，應(yīng)進(jìn)行專門研究。1.0.5 混凝土拱壩按其壩高分為低壩、中壩和高壩。低壩高度為30m以下，中壩高度為30-70m，高壩為70m以上。1.0.6 混凝土拱壩按其厚高比分為薄拱壩、中厚拱壩和厚拱壩(或稱重力拱壩)。薄拱壩厚高比小于0.2，中厚拱壩厚高比為0.2-0.35，厚拱壩厚高比大于0.35。1.0.7 混凝土拱壩的設(shè)計(jì)應(yīng)重視下列問題

3、1 充分掌握建壩地區(qū)的氣象、水文、泥沙、地形、地質(zhì)、地震、建筑材料、生態(tài)、環(huán)保、工業(yè)衛(wèi)生、河流規(guī)劃、施工及運(yùn)用條件等基本資料，特別是壩址拱座的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。 2 認(rèn)真分析拱壩的穩(wěn)定和應(yīng)力，合理選擇拱壩體形。 3 做好壩體防洪安全設(shè)計(jì)和泄洪消能防沖設(shè)計(jì)，并應(yīng)研究薄拱壩的壩身泄洪產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)問題。 4 宜研究降低或放空庫水的設(shè)施，以及地震區(qū)拱壩的抗震設(shè)計(jì)。 5 研究施工導(dǎo)流和度汛、澆筑設(shè)施及交通運(yùn)輸?shù)仁┕l件，提出對壩體混凝土質(zhì)量和溫度控制的要求，并應(yīng)研究壩體澆筑和接縫灌漿順序、施工蓄水過程中壩體自身的穩(wěn)定和應(yīng)力及其度汛問題。 6 合理布置安全監(jiān)測系統(tǒng)，認(rèn)真做好安全監(jiān)測設(shè)計(jì)。2.0.1 拱

4、壩 在平面上拱向上游，將荷載主要傳遞給兩岸的曲線形壩。2.0.2 厚高比 拱壩最大壩高處的壩底厚度與壩高之比。2.0.3 拱壩體形 拱壩所采用的型式、形狀和尺寸。它包括兩方面的含義，一是豎向拱冠梁截面形狀，二是水平拱圈截面形狀，即分別被稱為“梁型”和“拱型”。2.0.4 單曲拱壩 水平截面呈曲線形，而豎向懸臂梁截面不彎曲的拱壩。2.0.5 雙曲拱壩 水平截面和豎向截面均呈曲線形的拱壩。 第二節(jié) 主要術(shù)語 2.0.6 拱梁分載法 將整個拱壩分為水平拱和懸臂梁兩個系統(tǒng)，根據(jù)拱系和梁 系在其交點(diǎn)處變位相等的條件來確定拱梁荷載分配的分析方法。2.0.7 剛體極限平衡法 將可能滑動的巖體作為剛體，采用極

5、限平衡原理，計(jì)算沿滑動面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的分析方法。2.0.8 拱座 拱壩所座落的兩岸巖體部分，包括兩岸壩體直接澆置的部位和上、下游一定范圍內(nèi)的巖體。2.0.9 拱座穩(wěn)定 包括拱座的抗滑穩(wěn)定、拱座的變形穩(wěn)定和拱座的滲透穩(wěn)定。2.0.10 推力墩 設(shè)置在壩體與基巖之間，將拱端推力傳至基巖的結(jié)構(gòu)物，在地形突然開闊或地質(zhì)上有缺陷時采用。2.0.11 拱壩墊座 設(shè)置于拱壩壩體與基巖之間、寬度大于該處壩體厚度的人工地基。2.0.12 拱壩周邊縫 設(shè)置于拱壩與河床及岸邊混凝土墊座之間的接觸縫。2.0.13 拱圈中心角 拱壩中心線與拱軸線在拱座交點(diǎn)處半徑之間的角度為拱圈半中心，角其左右半中心角之和即為拱圈

6、中心角。2.0.14 斷面平均溫度 沿水平拱厚度方向的平均溫度。2.0.15 等效線性溫差 沿水平拱厚度方向，將實(shí)際溫度分布按分布圖形面積矩相等的原則，換算成直線溫度分布時的上下游溫差。2.0.16 設(shè)計(jì)正常溫降 （溫升） 保證率為50%的年最低最高月平均氣溫與多年月平均氣 溫的差值，也可采用多年平均氣溫年變幅。2.0.17 有限元法 用有限多個、有限大小、在有限多個連結(jié)點(diǎn)處相連接的單元組合而成的離散化模型去逼近由無限多個微小單元組成的連續(xù)介質(zhì)，建立平衡方程式，基于計(jì)算機(jī)的一種數(shù)值分析方法。 3.1 拱壩體型選擇3.1.1 拱壩體形應(yīng)根據(jù)壩址河谷形狀、地質(zhì)條件、拱座穩(wěn)定、壩體應(yīng)力、泄洪布置以及

7、施工條件等因素進(jìn)行選擇。3.1.2 根據(jù)壩址河谷形狀選擇拱壩體形時，應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 V 形河谷，可選用雙曲拱壩。 2 U 形河谷，可選用單曲拱壩。 3 介于V形與U形之間的梯形河谷，可選用單曲拱壩或者雙曲拱壩。 4 當(dāng)壩址河谷的對稱性較差時，壩體的水平拱可設(shè)計(jì)成不對稱的拱，或采用其他措施。第三節(jié) 拱壩的布置 5 當(dāng)壩址河谷形狀不規(guī)則或河床有局部深槽時宜設(shè)計(jì)成有墊座的拱壩3.1.3 當(dāng)?shù)刭|(zhì)、地形條件不利時，選擇拱壩體形應(yīng)符合下列要求： 1 可采用兩端拱圈呈扁平狀、拱端推力偏向山體深部的變曲率拱壩； 2 可采用拱端逐漸加厚的變厚度拱或設(shè)墊座的拱壩； 3 當(dāng)壩址兩岸上部基巖較差或地形較開闊時，

8、可設(shè)置重力墩或推力墩與拱壩連接。 3.2 拱壩泄洪布置3.2.1 拱壩泄洪布置，應(yīng)根據(jù)體形、壩高、泄洪量大小、電站廠房位置、泄洪方式（如溢洪道、泄洪洞等）、壩址地形、地質(zhì)、施工條件、施工期導(dǎo)流及度汛的要求等，經(jīng)綜合比較選定。 常用的拱壩泄流方式有壩頂泄流、壩身孔口泄流、壩面泄流、壩肩滑雪道泄流、壩后廠頂溢流（廠前挑流）等。3.2.2 拱壩壩身泄洪，其溢流段的長度、孔數(shù)、泄流孔尺寸、位置等，應(yīng)根據(jù)泄洪量和水頭大小、對壩體應(yīng)力及下游沖刷的影響與后果、樞紐運(yùn)行要求，以及對相鄰建筑物的影響等方面研究確定。 3.2.3 當(dāng)采用拱壩壩身泄洪時,應(yīng)符合下列要求: 1 下泄水流與壩腳應(yīng)保持足夠的安全距離，下游

9、宜保持足夠的水墊深度。 2 應(yīng)重視泄洪水流挑入河床對兩岸山體穩(wěn)定和其他建筑物運(yùn)行安全的影響。 3 泄洪量較大時，宜研究落水點(diǎn)縱向拉開、橫向擴(kuò)散或采用對沖消能。 4 應(yīng)重視泄洪霧化對下游兩岸山體、電氣設(shè)備以及交通等的不利影響，必要時應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。3.2.4 壩身設(shè)置的中部偏上的中孔、中部偏下的深孔或底部附近的底孔應(yīng)符合下列要求： 1 孔口的位置宜避開高應(yīng)力區(qū)和基礎(chǔ)約束區(qū)。 2 孔口尺寸應(yīng)根據(jù)壩體厚度、應(yīng)力集中程度、水頭大小、閘門允許尺寸等確定。 3 孔口數(shù)目應(yīng)根據(jù)所承擔(dān)的泄洪量大小壩體應(yīng)力影響程度等確定。 4 孔口斷面宜采用高寬比為0.8-1.6的矩形。3.2.5 當(dāng)采用壩身孔口泄洪時，

10、宜設(shè)置攔（清）、導(dǎo)（泄）等防污排污措施，并參照SL2852019水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。 4.1 一般原則4.1.1 拱壩泄洪、消能、防沖的水力設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 泄水建筑物的泄流能力設(shè)計(jì)； 2 泄水建筑物的進(jìn)水口和流道體形設(shè)計(jì) 3 泄水建筑物下游水流銜接和消能防沖建筑物設(shè)計(jì) 4 與高速水流相關(guān)的抗空蝕防霧化設(shè)計(jì) 5 其他有關(guān)的水力設(shè)計(jì)第四節(jié) 水力設(shè)計(jì)4.1.2 泄水建筑物和消能防沖建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按GB50201-94防洪標(biāo)準(zhǔn)和SL252-2000的規(guī)定執(zhí)行。4.1.3 拱壩的水力設(shè)計(jì)除必須滿足泄洪要求外，還應(yīng)滿足汛前預(yù)泄、放空庫水、施工渡汛、排漂、排沙、排冰及下游供

11、水等要求。4.1.4 水力條件復(fù)雜的泄水建筑物和消能防沖建筑物，應(yīng)經(jīng)水工模型試驗(yàn)論證，必要時還應(yīng)進(jìn)行減壓模型試驗(yàn)。水力條件簡單的中型工程，其水力設(shè)計(jì)可參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算分析確定。 4.2泄水建筑物水力設(shè)計(jì)4.2.1 泄水建筑物可分為壩身式、岸邊式和隧洞式三類。 壩身式泄水建筑物按其進(jìn)口所處部位和水力學(xué)特性等因素,可分為表孔、淺孔、中孔、深孔和底孔等型式。 岸邊式和隧洞式泄水建筑物的水力設(shè)計(jì)，應(yīng)符合SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范和SL279-2019水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。4.2.2 壩身表孔和淺孔可設(shè)計(jì)為壩頂挑流或跌流，也可設(shè)計(jì)為沿壩面或滑雪道泄流。 表孔設(shè)置胸墻且胸墻起擋水作用時，

12、應(yīng)按淺孔設(shè)計(jì)。 表孔的堰面曲線宜采用冪曲線，淺孔的堰面曲線宜采用拋物線，經(jīng)過數(shù)值計(jì)算或模型試驗(yàn)論證，也可采用其他堰面曲線。 淺孔出口采用壓板時其體形曲線宜由水工模型試驗(yàn)確定。4.2.3 深式泄水孔（包括中孔、深孔和底孔）宜設(shè)計(jì)成有壓孔。對于厚拱壩也可設(shè)計(jì)成短有壓孔接無壓孔，但應(yīng)避免無壓孔內(nèi)出現(xiàn)明、滿流交替現(xiàn)象。無壓孔在平面上宜作直線布置，其出口宜高出下游水位，并應(yīng)防止在孔內(nèi)出現(xiàn)水躍。 有壓孔應(yīng)進(jìn)行壓力坡線計(jì)算，不得出現(xiàn)負(fù)壓。有壓孔出口處斷面應(yīng)逐漸收縮，有壓孔進(jìn)、出口面積之比可根據(jù)有壓段長度及壓力分布經(jīng)綜合分析后確定。4.2.4 深式泄水孔應(yīng)在進(jìn)口處設(shè)置事故檢修門，事故檢修門及通氣孔設(shè)計(jì)應(yīng)符合D

13、LT5039-95 水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。閘門槽負(fù)壓過大，可能引起空蝕破壞時，應(yīng)改進(jìn)門槽型式，或改用無門槽閘門。 4.3 消能防沖水力計(jì)算4.3.1 泄水建筑物的下游應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的消能防沖設(shè)施。長期淹沒于水下的消能防沖設(shè)施（如消力池、水墊塘、消力戽、短護(hù)坦、二道壩等）應(yīng)提供檢查及維修的方便條件。 4.3.2 拱壩泄洪宜采用多種泄水建筑物相結(jié)合的布置型式。 壩身式泄水建筑物，宜采用挑流，跌流消能方式。深式泄水孔也可采用底流、戽流消能方式。 多種壩身泄水孔聯(lián)合運(yùn)行時，宜采用同高程孔口泄流左右對沖消能，或不同高程孔口泄流上下對沖消能，或高孔跌流配合低孔的底流面流消能等組合消能方式。4.3.

14、3 挑流消能方式適用于堅(jiān)硬基巖上的高、中壩，其設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 沖坑深度較大或壩基存在下傾軟弱構(gòu)造，并可能被沖坑切斷而危及壩基穩(wěn)定時，或岸坡可能被沖塌而危及拱座穩(wěn)定時，應(yīng)采取有效防沖措施。 2 挑流鼻坎的體形及挑角的大小，宜通過比較確定。采用差動式鼻坎時，應(yīng)合理選擇反弧半徑、高低坎寬度比、高程差及挑角差。亦可視需要在鼻坎與反弧段之間接入直線過渡段，或在適當(dāng)部位采取通氣措施。 3 鼻坎的設(shè)置高程應(yīng)能保證自由挑流。4.3.4 跌流消能設(shè)計(jì)應(yīng)對各級流量進(jìn)行水力計(jì)算，估算水舌拋射距離、范圍和最大沖坑深度等，并應(yīng)符合下列要求： 1 跌流消能水力要素，在初步設(shè)計(jì)階段可按本規(guī)范附錄確定，必要時應(yīng)通過

15、水工模型試驗(yàn)論證。 2 應(yīng)分析研究水舌下緣的通氣條件以及壩基、拱座的防護(hù)措施。4.3.5 挑流或跌流消能，若自然水墊厚度不足時，應(yīng)根據(jù)岸坡和壩址基巖情況采取下列相應(yīng)措施： 1 岸坡和壩址基巖堅(jiān)硬完整，在沖刷不影響大壩及其他重要建筑物安全且具有檢修條件時，應(yīng)參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)研究比較后采取先沖后護(hù)的方法。 2 岸坡沖刷威脅拱座穩(wěn)定時，應(yīng)調(diào)整布置或?qū)Π镀逻M(jìn)行可靠的防護(hù)。若壩址基巖完整性較差或裂隙較發(fā)育。應(yīng)根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)或水工模型試驗(yàn)成果，采用短護(hù)坦二道壩和人工水墊塘等工程措施。 3 在下游尾水位較低的情況下，應(yīng)先泄放小流量，待具備適當(dāng)尾水深度后再泄放大流量。4.3.6 底流消能適用于壩體下游有

16、軟弱基巖、下游水位流量關(guān)系較穩(wěn)定的河道，或樞紐設(shè)有過船、過木或過魚等建筑物，而要求下游水流較平穩(wěn)的情況底流消能設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 有排冰或排漂要求時，不宜采用底流消能。 2 地形適宜時，消力池的前段或全段可設(shè)計(jì)成斜護(hù)坦。護(hù)坦上是否設(shè)置輔助消能工，應(yīng)結(jié)合其工作條件研究確定。當(dāng)躍前斷面平均流速大于16m/s時，在消力池前段不宜設(shè)置消力墩。 3 施工時殘留于消力池中和尾坎下游回流范圍內(nèi)的石渣、雜物等，應(yīng)清除干凈。 4 在寒冷地區(qū)，宜保持輔助消能工冬季淹沒于水下。4.3.7 底流消能設(shè)計(jì)應(yīng)對各級流量進(jìn)行水力計(jì)算，確定護(hù)坦高程、長度、邊墻或?qū)敻叱碳拔菜蜎]度等，并應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 初步設(shè)計(jì)

17、階段，護(hù)坦長度可根據(jù)輔助消能工設(shè)置情況及水力特性，按本規(guī)范附錄確定 。1、2 級拱壩或高壩以及有水流向心集中情況者，其護(hù)坦長度、邊墻高度及消能工的體形尺寸和位置等，應(yīng)經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證。 2 尾水淹沒度可取0.951.05。 3 消力池兩側(cè)導(dǎo)墻頂?shù)母叱炭筛鶕?jù)躍后水深并計(jì)及超高確定?？亢哟惨粋?cè)的導(dǎo)墻，若墻外河床中有一定水深，可適當(dāng)降低墻高，允許墻頂有不大的漫溢水頭。4.3.8 戽流消能適用于壩體下游尾水較深，且下游河床和兩岸有一定的抗沖能力的情況。其設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各級流量選擇適當(dāng)?shù)撵姘霃?、戽底高程、戽唇挑角和坎高等，并?jīng)水工模型試驗(yàn)確定。4.3.9 消能工(消力池、水墊塘等)下游河道的流速仍然較大或

18、流態(tài)較建壩前惡化時，應(yīng)研究確定可能被沖刷的河段范圍，并采取相應(yīng)的防沖護(hù)岸措施。5.0.1 作用在拱壩上的荷載，應(yīng)包括自重、水壓力（靜水壓力和動水壓力）、溫度荷載、揚(yáng)壓力或滲透壓力、泥沙壓力、浪壓力、冰壓力、地震荷載和其他可能出現(xiàn)的荷載。5.0.2 自重:主要為壩體混凝土的重量，其重度應(yīng)根據(jù)選定的混凝土配合比通過試驗(yàn)確定，無試驗(yàn)資料時可采用23.524.0KN/M3。5.0.3 靜水壓力:上游靜水壓力應(yīng)根據(jù)水庫功能和荷載組合所規(guī)定的水庫水位確定，下游靜水壓力應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的不利下游水位按本規(guī)范附錄計(jì)算確定。水的重度宜采用9.81KN/M3對于多泥沙河流應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。5.0.4 溫度荷載:應(yīng)分別

19、計(jì)算設(shè)計(jì)正常溫降和設(shè)計(jì)正常溫升情況，按運(yùn)行期壩體混凝土溫度與封拱溫度的差值確定。第五節(jié) 荷載5.0.5 揚(yáng)壓力:壩基及拱座穩(wěn)定分析時，應(yīng)按全部計(jì)算截面積計(jì)及揚(yáng)壓力或滲透壓力荷載，其計(jì)算按本規(guī)范附錄確定壩體應(yīng)力分析時，宜考慮揚(yáng)壓力的作用對于薄拱壩可以不計(jì)揚(yáng)壓力。5.0.6 泥沙壓力:應(yīng)根據(jù)壩址處河流的水文泥沙特性、樞紐布置、水庫運(yùn)行方式和泥沙沖淤計(jì)算等情況，確定壩前泥沙的淤積厚度，對于多泥沙河流應(yīng)作專門研究。泥沙沖淤計(jì)算的期限，應(yīng)符合DLT5089-2019水電水利工程泥沙設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。5.0.7 浪壓力：應(yīng)根據(jù)波浪要素（波高、波長）計(jì)算。對于山區(qū)峽谷水庫，按本規(guī)范附錄確定。 不同的荷載組合，

20、宜采用不同的風(fēng)速?；窘M合，可采用重現(xiàn)期為50 年的年最大風(fēng)速； 特殊組合，可采用多年平均年最大風(fēng)速。5.0.8 冰壓力：嚴(yán)寒地區(qū)水庫表面形成較厚的冰層時，應(yīng)計(jì)及冰壓力的作用。冰壓力應(yīng)包括靜冰壓力和動冰壓力按本規(guī)范附錄確定。5.0.9 動水壓力：拱壩采用壩頂或壩面溢流時，應(yīng)計(jì)及溢流段反弧面上的動水壓力，計(jì)算按本規(guī)范附錄執(zhí)行。對溢流面的脈動壓力和負(fù)壓力的影響可以不計(jì)。5.0.10 地震荷載：包括壩體地震慣性力和地震動水壓力。其計(jì)算可參照SL20397水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。 6.1分析內(nèi)容6.1.1拱壩應(yīng)力分析應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 各計(jì)算截面上的應(yīng)力分布（包括拱端、拱冠和其他需要計(jì)算應(yīng)力的部位）； 2 壩體上下游面在各計(jì)算點(diǎn)上的主應(yīng)力； 3 壩體削弱部位（孔洞、泄水管道部位等）的局部應(yīng)力； 4 必要時尚需分析壩基內(nèi)部的應(yīng)力。 設(shè)計(jì)時可根據(jù)工程規(guī)模、壩的具體情況和不同的設(shè)計(jì)階段計(jì)算上述內(nèi)容的部分或全部，或另加其他內(nèi)容。 第六節(jié) 拱壩應(yīng)力分析 6.2 分析方法6.2.1 拱壩應(yīng)力分析應(yīng)以拱梁分載法或有限元法計(jì)算成果作為衡量強(qiáng)度安全的主要標(biāo)準(zhǔn)。 1、2級拱壩和高拱壩或情況比較復(fù)雜的拱壩（如拱壩