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第三章非溢流重力壩設(shè)計(jì)3.1基本剖面設(shè)計(jì)3.1.1剖面設(shè)計(jì)原則重力壩的設(shè)計(jì)斷面應(yīng)由基本荷載組合控制,并以特殊荷載組合復(fù)合。設(shè)計(jì)斷面要滿足強(qiáng)度和強(qiáng)度要求。非溢流壩剖面設(shè)計(jì)的基本原則是:①滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求,保證大壩安全;②工程量最??;③優(yōu)選體形,運(yùn)用方便;④便于施工,避免出現(xiàn)不利的應(yīng)力狀態(tài)。3.1.2基本剖面擬定圖3.1重力壩的基本剖面是指壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力(水位與壩頂齊平)和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下,滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求,并使工程量最小的三角形剖面,如圖3.1。在已知壩高H、水壓力P、抗剪強(qiáng)度參數(shù)f、c和揚(yáng)壓力U的條件下,根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求,可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。3.1.3實(shí)用剖面的擬定一、壩頂高程的擬定壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位,壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程。壩頂高程由靜水位+相應(yīng)情況下的風(fēng)浪涌高和安全超高定出。即=靜+式中:=。式中:----為波浪高度;----為波浪中心線超出靜水位的高度;----為安全超高。1、超高值的計(jì)算(1)基本公式壩頂應(yīng)高于校核洪水位,壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程,可由式計(jì)算,應(yīng)選擇三者中防浪墻較高者作為選定高程。(2.1)式中—防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差;—累計(jì)頻率為1%的波浪高度;—波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校和洪水位的高差;——安全超高;的取值,根據(jù)下表3.1表3.1安全級(jí)別運(yùn)用情況Ⅰ(1級(jí))Ⅱ(2級(jí))Ⅲ(3級(jí))設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位0.70.50.50.40.40.3故本設(shè)計(jì)壩的級(jí)別為2級(jí),所以設(shè)計(jì)安全超高為0.5m,校核安全超高為0.4m。對(duì)于hl%和hz的計(jì)算采用官?gòu)d公式計(jì)算:,式中:----計(jì)算風(fēng)速,m/s,在計(jì)算和時(shí),設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。計(jì)算風(fēng)速在水庫(kù)正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí),宜采用多年平均最大風(fēng)速的1.5~2.0倍,校核洪水位時(shí)宜采用相應(yīng)多年平均最大風(fēng)速。----吹程,;----波長(zhǎng),;----壩前水深,;(2)正常蓄水位時(shí)計(jì)算風(fēng)速采用C 江地區(qū)多年平均風(fēng)速的1.5~2.0倍,即:風(fēng)速,吹程。各波浪計(jì)算要素計(jì)算如下:波高由于之間,則為累計(jì)頻率5%的波高,根據(jù)換算累計(jì)頻率為1%的波高為。波長(zhǎng)=折點(diǎn)距河床壩基為2/3×103=68.67m,故折點(diǎn)取在上游壩面距壩基高程68m處,即折點(diǎn)高程為202.3m。通過比較,可取上游壩坡為1:0.1,下游壩坡取1:0.8。四、壩底寬度擬定壩底寬度約為壩高的0.7~0.9倍,本工程的壩高為103m,通過已經(jīng)確定的上下游壩坡坡率,計(jì)算得B=88.56m,為施工方便取B=85m,在0.7~0.9范圍之內(nèi)。五、基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定為了后續(xù)揚(yáng)壓力的計(jì)算,對(duì)灌漿廊道進(jìn)行擬定?;A(chǔ)灌漿廊道有灌漿、排水和檢查之用?;A(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸,一般寬為2.5~3m,高為3~4m,為了保證完成其功能且可以自由通行,本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×4.0m,形狀采用城門洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)滿足防滲要求,在壩踵附近距上游壩面0.05~0.1倍作用水頭、且不小于4~5m處設(shè)置,本設(shè)計(jì)水頭為103m,本次設(shè)計(jì)取10m,為滿足壓力灌漿,基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度,取5m。六、初步擬定實(shí)用剖面圖如圖3.3圖3.33.2荷載計(jì)算重力壩的主要荷載主要有:自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、地震荷載等,為計(jì)算方便取1m壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)進(jìn)行的荷載組合有基本荷載組合和特殊荷載組合,其中基本荷載組合為正常蓄水位;特殊荷載組合為校核水位和地震情況。計(jì)算示意圖如下圖3.4圖3.4各高程結(jié)合圖3.3進(jìn)行計(jì)算。3.2.1正常水位(1)自重W壩體自重的計(jì)算公式:W=Vc(kN)式中V----壩體體積,m3;由于取1m壩長(zhǎng),可以用斷面面積代替。通常把它分成如圖3.4所示的若干個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形分別計(jì)算重力;----壩體混凝土容重,取鋼砼為25KN/m3W11=25×0.5×68×6.8=5780kNW12=25×11×103=28325kNW13=25×0.5×67.2×84=70560kNW1=W11+W12+W13=104665kN(2)靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載,計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力PV兩種。計(jì)算公式為式中,H——計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭,m;——水的重度,常取9.81kN/m3;V——斜坡面上水體的體積,m3;正常水位時(shí):上游水位232.2m下游水位136.5m所以,H1=232.2-134.3=97.9H2=136.5-134.3=2.2mH=H1-H2=95.7m計(jì)算各種情況下的靜水壓力:上游水平壓力Pu=0.5×9.81×97.92=47011.53KN上游垂直壓力P22=0.5×9.81×6.8×68=2268.07KNP21=9.81×6.8×29.9=1994.57KN下游水平壓力Pd=0.5×9.81×2.22=23.74KN下游垂直壓力P3=0.5×9.8×2.2×2.2×0.8=18.97KN(3)揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力包括上浮力及滲流壓力。揚(yáng)壓力分布如圖3.4.將揚(yáng)壓力分成四部分,U1,U2,U3,U4。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》在排水孔幕處的滲流壓力為arH,a為折減系數(shù)。根據(jù)規(guī)范河床壩段取為0.25.b=13m。
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