第三章補(bǔ)充材料1-重力壩非溢流剖面設(shè)計實例

（3）其它有關(guān)資料河流泥沙計算年限采用50年，據(jù)此求得壩前淤沙高程337.1m。泥沙浮重度為6.5kN/m3

，內(nèi)摩擦角φ=18°。樞紐所在地區(qū)洪水期的多年平均最大風(fēng)速為15m/s，水庫最大風(fēng)區(qū)長度由庫區(qū)地形圖上量得D=0.9km。壩體混凝土重度γc=24kN/m3，地震設(shè)計烈度為6度。擬采用混凝土強(qiáng)度等級C10，90d齡期，80%保證率，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck為10MPa，壩基巖石允許壓應(yīng)力設(shè)計值為4000kPa。二、設(shè)計要求（1）擬定壩體剖面尺寸確定壩頂高程和壩頂寬度，擬定折坡點的高程、上下游坡度，壩底防滲排水幕位置等相關(guān)尺寸。（2）荷載計算及作用組合該例題只計算一種作用組合，選設(shè)計洪水位情況計算，取常用的五種荷載：自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、淤沙壓力、浪壓力。列表計算其作用標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值。（3）極限狀態(tài)驗算用分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法，驗算重力壩沿壩基面的抗滑穩(wěn)定、壩趾抗壓強(qiáng)度以及壩踵不出現(xiàn)垂直拉應(yīng)力三種極限狀態(tài)。三、非溢流壩剖面的設(shè)計（一）資料分析

該水利樞紐位于高山峽谷地區(qū)，波浪要素的計算可選用官廳公式。因地震設(shè)計烈度為6度，故可不進(jìn)行抗震計算。大壩以防洪為主，3級建筑物，對應(yīng)可靠度設(shè)計中的結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ級，相應(yīng)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0。壩體上的荷載分兩種組合，基本組合（設(shè)計洪水位）取持久狀況對應(yīng)的設(shè)計狀況系數(shù)ψ=1.0，抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.2，壩趾抗壓極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系數(shù)γd

=1.8；偶然組合（校核洪水位）取偶然狀況對應(yīng)的設(shè)計狀況系數(shù)ψ=0.85，抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系數(shù)γd=1.2，壩趾抗壓極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系數(shù)γd

=1.8。

抗滑穩(wěn)定和壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)屬承載能力極限狀態(tài)，設(shè)計要求采用荷載設(shè)計值和材料強(qiáng)度設(shè)計值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項系數(shù)后的值為荷載設(shè)計值；材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項系數(shù)后的值為材料強(qiáng)度設(shè)計值。本設(shè)計有關(guān)荷載的分項系數(shù)查《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范（DL5108－1999）》：自重為1.0；靜水壓力為1.0；滲透壓力為1.2；浮托力為1.0；淤沙壓力為1.2；浪壓力為1.2?；炷敛牧系膹?qiáng)度分項系數(shù)為1.5；對于混凝土與巖基間抗剪強(qiáng)度摩擦系數(shù)為1.3，凝聚力為3.0。上游壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力極限狀態(tài)屬正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)功能極限值為0，設(shè)計要求采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。下游壩基不能被壓壞而允許的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為4000kPa。實體重力壩揚(yáng)壓力折減系數(shù)為0.25。（二）非溢流壩剖面尺寸擬定（1）壩頂高程的確定壩頂在水庫靜水位以上的超高：△h=hl%+hz+hc

對于安全級別為Ⅱ級的壩，查得安全超高h(yuǎn)c正常蓄水位時為0.5m，校核洪水位時為0.4m。分正常蓄水位和校核洪水位兩種情況計算。1）正常蓄水位情況風(fēng)區(qū)長度（有效吹程）D為0.9km，V0計算風(fēng)速在設(shè)計洪水情況下取多年平均年最大風(fēng)速的2倍為30m/s。①波高②波長③波浪中心線至計算水位的高度△h=1.395+0.535+0.5=2.43m

防浪墻高程=354+2.43=356.4m②波長③波浪中心線至計算水位的高度△h=0.586+0.189+0.4=1.175m

防浪墻高程=356.0+1.175=357.2m2）校核洪水位情況風(fēng)區(qū)長度D為0.9km，V0計算風(fēng)速在校核洪水位情況取多年平均年最大風(fēng)速15m/s。①波高

取上述兩種情況防浪墻高程中的大值，并取防浪墻高度1.2m，則壩頂高程為

357.2-1.2=356.0m最大壩高為

356.0-326.0=30m（2）壩頂寬度因該水利樞紐位于山區(qū)峽谷，無交通要求，按構(gòu)造要求取壩頂寬度5m，同時滿足維修時的單車道要求。（3）壩坡的確定根據(jù)工程經(jīng)驗，考慮利用部分水重增加壩體穩(wěn)定，上游壩面采用折坡，起坡點按要求為1/3~2/3壩高，該工程擬折坡點高程為346.0m，上部鉛直，下部為1:0.2的斜坡，下游壩坡取1:0.75，基本三角形頂點位于壩頂，349.3m以上為鉛直壩面。（4）壩體防滲排水根據(jù)上述尺寸算得壩體最大寬度為26.5m。分析地基條件，要求設(shè)防滲灌漿帷幕和排水幕，灌漿帷幕中心線距上游壩踵5.3m，排水孔中心線距防滲帷幕中心線1.5m。擬設(shè)廊道系統(tǒng)，實體重力壩剖面設(shè)計時暫不計入廊道的影響。擬定的非溢流壩剖面如圖所示。確定剖面尺寸的過程歸納為：初擬尺寸——穩(wěn)定和應(yīng)力校核——修改尺寸——穩(wěn)定和應(yīng)力校核，經(jīng)過幾次反復(fù)，得到滿意的結(jié)果為止。該例題只要求計算一個過程。重力壩剖面設(shè)計圖（單位：m）（三）荷載計算及組合

以設(shè)計洪水位情況為例進(jìn)行穩(wěn)定和應(yīng)力的極限狀態(tài)驗算（其它情況略）。根據(jù)荷載組合情況，設(shè)計洪水情況的荷載組合包含：自重+靜水壓力+淤沙壓力+揚(yáng)壓力+浪壓力。沿壩軸線取單位長度1m計算。（1）自重將壩體剖面分成兩個三角形和一個長方形計算其標(biāo)準(zhǔn)值，廊道的影響暫時不計入。（2）靜水壓力按設(shè)計洪水時的上下游水平水壓力和斜面上的垂直水壓力分別計算其標(biāo)準(zhǔn)值。（3）揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力強(qiáng)度在壩踵處為γH1

，排水孔中心線上為γ(H2+αH)，壩趾處為γH2。揚(yáng)壓力折減系數(shù)α為0.25，按圖中4塊分別計算其揚(yáng)壓力標(biāo)準(zhǔn)值。（4）淤沙壓力分水平方向和垂直方向計算。泥沙浮重度為6.5kN/m3，內(nèi)摩擦角φs=18°。水平淤沙壓力標(biāo)準(zhǔn)值為（5）浪壓力壩前水深H大于半波長（H>L/2）按深水波計算浪壓力標(biāo)準(zhǔn)值荷載計算結(jié)果：（四）抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)計算

壩體抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，屬承載能力極限狀態(tài)，核算時，其作用和材料性能均應(yīng)以設(shè)計值代入?；窘M合時γ0=1.0；ψ=1.0，γd=1.2；fd＇=0.82/1.3=0.6308；cd＇=600/3.0=200.00kPa。滿足要求。偶然組合與基本組合計算方法類同，該例題省略。深層抗滑穩(wěn)定分析省略。（五）壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)計算

壩趾抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)，屬承載能力極限狀態(tài)，核算時，其作用和材料性能均以設(shè)計值代入。基本組合時，γ0