重力壩畢業(yè)設(shè)計說明書

重力壩畢業(yè)設(shè)計說明書第一部分設(shè)計說明書電站距黃登水電站約40km；下鄰距苗尾水電站約60km。表1.3-1下壩址各頻率洪水成果表125表1.3-2壩址單位洪水過程表02468圖1.3-1單位洪水過程線庫容（萬m3）x104圖1.3-2水位~庫容曲線表1.3-4壩址水位流量關(guān)系表本為1：1，層面閉合，結(jié)合，微風(fēng)化巖體完整性較好（RQD為50%~70%表1.4-1壩址區(qū)巖體力學(xué)參數(shù)表彈模Esf′c′f6968巖石與混凝土間抗剪斷強度參數(shù)f'=0.85~0.95，粘聚力c'=0.80~0.95MPa；抗剪強度參數(shù)f=0.65.1）砂：河沙A：在壩址下游3~5km處，顆粒較粗，其主要顆粒直徑在0.5~1.0之間，d30=0.65mm，不均勻系數(shù)η=d60/d30=21。砂均在正常河水附近，含泥沿河有公路可通。河砂B：在壩址下游20km處，粒徑較小，,不均勻系數(shù)η=20。2）石料：巖石物理性質(zhì)：比重為2.65t/m3,干抗壓極限強度為140MPa，飽和抗3）土料：有黏土、沙壤土及土皮土風(fēng)化料，其分布、儲量及性質(zhì)見表1.5-1、表1.5-1建筑材料性質(zhì)表內(nèi)摩擦系數(shù)f（自然內(nèi)摩擦系數(shù)f（飽和000表1.5-2當(dāng)?shù)夭牧戏植技皟α勘鞩853）木材：距工地40km的地區(qū)可大量供應(yīng)。2樞紐選擇和布置級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(見表2.1-1)確定本工程的規(guī)模為大（2）型，工程等級為表2.1-1水利水電工程分等指標(biāo)性4積積量性I型Ⅱ型500~200~150~120~Ⅲ1.0~100~60~50~530~5型0.10~15~35~V型0.01~表2.1-2永久性水工建筑物的級別I13Ⅱ23Ⅲ3445V55表2.1-3山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]1234510000~5000~2000~1000~2000~1000~建溢洪道，工程開挖量大，增加投資，故不研究壩內(nèi)式電站﹑廠房頂溢流式電站﹑廠房前挑流式電站或者地下式電站等布置型式。位于寬廣河道上的中﹑低壩，可利用電站廠房擋上以及岸坡覆蓋層、風(fēng)化層極深時，非溢流q=f(V)在2.1.2中，已經(jīng)確定大華橋電站為大（2）型工程，主要建筑物級別為2表2.4.4-1水庫水位庫容關(guān)系表庫容（萬m3）x104圖2.4.4-1水庫水位庫容關(guān)系曲線圖表2.4.4-2水庫壩址水位流量關(guān)系表表2.4.4-3典型洪水過程線02468Q=Cσsεmnb'·H2式中:全水頭H0有關(guān)，可按下面的經(jīng)驗公式計算ε=1-2，式中n為堰孔的數(shù)目；H0為堰頂全水頭；Ka為邊墩形狀系數(shù)；Kp為閘墩形狀系數(shù)；在nb'—n為堰孔數(shù)，b'為一個堰孔的凈寬；表2.4.5-1各種工況下水位﹑流量資料3非溢流壩段設(shè)計②工程量小，造價低；③結(jié)構(gòu)合理，運用方便；④利根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，可得水庫的設(shè)計洪水位為1478.35m，校核洪水位為高程。防浪墻頂至正常蓄水位、設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差Δhc—安全加高，m；按表3.2-1選用，對于該工程，基本情況hc=表3.2.1-1安全加高hc運用情況壩的級別123設(shè)計情況（基本情況）0.70.50.4校核情況(特殊情況)0.50.40.3根據(jù)SL319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》該水庫屬于峽谷水庫，故hz可hl=0.0166V05/4D1/3V表3.2.1-2不同工況下計算風(fēng)速取值計算情況庫水位(m)吹程(km)最大風(fēng)速(m/s)計算風(fēng)速(m/s)正常工況1477.000.430.545.75設(shè)計工況1478.350.430.545.75校核工況1480.260.416.30當(dāng)gD/V02=250～1000時，為累計頻率10%的波高h10%。規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計頻率為1%時的波高h1%，對應(yīng)于5%波高，應(yīng)乘以1.24；對應(yīng)于10%波高，應(yīng)乘以位Δh時，所采用的風(fēng)速計算值及安全超高值不一表3.2.1-3計算結(jié)果計算情況hz（m）防浪墻頂高程▽（m）正常情況1.7430.4750.52.7181479.718設(shè)計情況1.7430.4750.52.7181481.068校核情況0.4800.1010.40.9811481.241為保證大壩的安全運行，應(yīng)該選用其中的較大值，故選取防浪墻頂高程=壩頂高程=防浪墻頂高程-1.2=1481.241-1.2=1480.041m<1480.26m，取壩頂高程河床高程約為1400m，地基開挖時河床上的沖積砂夾且不小于2m。當(dāng)在壩頂布置移動式啟閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求。按壩高的10%計算，即為10.6米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護欄、排根據(jù)規(guī)范SL319-2005規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下，上游壩坡坡率n=0～0.2，常做出鉛直或上部鉛直下部傾向上游；下游壩坡坡率m=0.6～0.8；底寬約為壩高的0.7～0.9倍。初步擬定時，該大壩壩高中點處向上游傾斜，上游坡率取n=0.2，下游坡率取灌漿作業(yè)的要求，一般寬為2.5～3m，高為3～4m，地面距基巖面不宜小于1.5圖3.2.6-1非溢流壩段剖面尺寸圖利的、起控制作用的組合情況進行計算，使表3.3-1荷載組合表荷載組合主要考慮情況荷載靜水壓力揚壓力泥沙壓力浪壓力基本組合（1）正常蓄水位情況√√√√√（2）設(shè)計洪水位情況√√√√√特殊組合（1）校核洪水位情況√√√√√下面就各種情況計算相應(yīng)荷載，計算示意圖見圖3.3-1:圖3.3-1重力壩基本荷載示意圖表3.3-2正常工況下全部荷載計算結(jié)果類別符號垂直力（kN）水平力（kN）力臂對基礎(chǔ)中心力矩(kN.m)逆時針W14452025.70W261506.4814.05864166.04W36741.6039.75267978.6上游水壓力水平P51031.6234.00.1垂直PP5095.3139.75202538.7PP2755.6341.52114413.7下游水壓力水平`5406.4911.0759849.8垂直P4054.8736.72148894.6波浪壓力Pl6.18102.00630.05水平淤沙壓力P2693.9210.6328636.36垂直淤沙壓力915.8537.0833955.10合計954502.22（-）浮托力U129344.850.000.00滲透壓力U22092.38.8581284.96滲透壓力U36555.6.7544247.86滲透壓力U43138.4240.92128423.9合計253956.76（-）表3.3-3設(shè)計工況下全部荷載計算結(jié)果類別符號垂直力（kN）水平力（kN）力臂對基礎(chǔ)中心力矩(kN.m)W14452025.70W261506.4814.05864166.04W36741.6039.75267978.60上游水壓力水平P52391.4034.45.59垂直PP5235.7039.75208118.88PP2755.6341.52114413.72下游水壓力水平`11518.16.15186028.02垂直P8639.0732.94284571.03波浪壓力Pl6.18102.00630.05水平淤沙壓力P2693.9210.6328636.36垂直淤沙壓力915.8537.0833955.10合計.76（-）浮托力U142832.870.000.00滲透壓力U21669.38.8564850.75滲透壓力U35229.906.7535301.82滲透壓力U42503.8940.92102459.18合計202611.75（-）表3.3-4校核工況下全部荷載計算結(jié)果類別符號垂直力水平力力臂對基礎(chǔ)中心力矩(kN.m)W14452025.70W261506.4814.05864166.04W36741.6039.75267978.60上游水壓力水平P54283.8335.09.63垂直PP5434.3139.75216013.74PP2755.6341.52114413.72下游水壓力水平`12375.16.74207167.11垂直P8639.0732.49280683.45波浪壓力Pl6.18102.00630.05水平淤沙壓力P2693.9210.6328636.36垂直淤沙壓力915.8537.0833955.10合計.27（-）浮托力U144397.340.000.00滲透壓力U21673.38.8565016.14滲透壓力U35243.6.7535391.86滲透壓力U42510.40.92102720.49合計203128.49（-）該工程基坑抗滑穩(wěn)定控制面為混凝土與基巖接觸面,故對非溢流壩段只需對圖3.4.2-1抗滑穩(wěn)定分析示意圖壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks值應(yīng)不小于表3.4-1規(guī)定：K=f(ΣW-U)ssΣW為接觸面以上的總鉛直力；ΣP為接觸面以上的總水U為作用在接觸面上的揚壓力；f為接觸面間的摩擦系數(shù)，本工程取表3.4.3-1壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks荷載組合壩的級別123基本組合特殊組合1．00抗剪斷強度公式計算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks'值應(yīng)不小于表3.式中：Ks'—按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f'—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，f'取0.7；A—壩基接觸面截面積，m2；ΣW—作用于壩體上全部荷載（包括揚壓力）對滑動平面的法向分ΣP—作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。表3.4.3-2壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks’荷載組合’Ks3.0特殊組合2.52.3表3.4.3-3抗滑穩(wěn)定分析計算結(jié)果抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常蓄水位設(shè)計洪水位校核洪水位(抗剪強度公式)Ks1.14（>1.05）1.16（>1.05）1.12（>1.00）（抗剪斷公式）Ks’3.24（>3.00）3.45（>3.00）3.33（>2.50）表3.4.3-3可知，該重力壩在正常蓄水位﹑設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)。材料力學(xué)方法的主要假定是：壩體水平截面上的垂直正應(yīng)力σy呈直線分（3）假定壩體水平截面上的正應(yīng)力σy按直線分布，不考圖3.5.5-1邊緣應(yīng)力計算圖規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足公式計算上、下游的邊緣應(yīng)力σyu和σyd。式中：ΣW—作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；ΣM—作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心B—計算截面的長度，m。（2）剪應(yīng)力τu，τu。τu=(puσyu)nτd=σydpd)mP（3）水平正應(yīng)力σxu,σxd。σxu=puτunσxd=pd+τdm（4）第一主應(yīng)力σ1u,σ1d。(1+n2)σyupun2σ1d=(1+m2)σydpdm2（5）第二主應(yīng)力σ2u,σ2d。σ2u=puσ2d=pd不計揚壓力的邊緣應(yīng)力計算的具體計算過程詳見計算書，計算結(jié)果見表表3.5.5-1不計揚壓力的邊緣應(yīng)力計算結(jié)果表正常工況（kPa）設(shè)計工況（kPa）校核工況（kPa）σyu688.42686.37639.04σyd2099.362206.292258.02τyu96.2599.31112.52τyd1330.251298.171323.95σxu1150.411163.051179.14σxd1323.381449.021485.72σ1u669.17666.51616.54σ1d3097.053179.9*23250.98σ2u1169.661182.911201.64σ2d325.69475.39492.76和σyd。式中：ΣW—作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；ΣM—作用于計算截面以上全部荷載對壩基截面垂直水流流向形心B—計算截面的長度，m。（2）剪應(yīng)力τu，τu。τu=(pupuuσyu)nτd=σyd+pudpd)mP（3）水平正應(yīng)力σxu,σxd。σxu=(pupuu)(pupuuσyu)n2σxd=(pdpud)+(σyd+pudpd)m2（4）第一主應(yīng)力σ1u,σ1d。(1+n2)σyu(pupuu)n2σ1d=(1+m2)σyd(pdpud)m2（5）第二主應(yīng)力σ2u,σ2d。σ2u=pupuuσ2d=pdpud計揚壓力的邊緣應(yīng)力計算的具體計算過程詳見計算書，計算結(jié)果見表表3.5.5-2計揚壓力邊緣應(yīng)力計算結(jié)果表正常工況（kPa）設(shè)計工況（kPa）校核工況（kPa）σyu749.69716.93701.02σyd1125.091016.331001.28τyu-116.13-109.56-106.40τyd843.82762.24750.96σxu145.82147.13147.76σxd632.86571.68563.22σ1u772.92738.74722.30σ1d1757.951588.011564.50σ2u169.04169.04169.04σ2d0.000.000.004溢流壩段設(shè)計泄水孔進口高程選擇主要按泄水孔所擔(dān)負的功能和水庫調(diào)度運用要求來確x1.85=2.0H.85y式中：Hd為定型設(shè)計水頭，一般為校核洪水位時堰上水頭R擬定出WES曲線函數(shù)表達式，在上面取一些點，進行坐標(biāo)計算，即可得出表4.3.1-1WES曲線坐標(biāo)表X(m)Y(m)X(m)Y(m)10.04682.16920.16792.69730.3533.27840.6023.91050.9094.59361.2745.32671.6946.108圖4.3.1-1溢流面WES曲線圖求校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深h單寬流量q：q=Cσsεm·H/2寸以及全水頭H0有關(guān)，可按下面的經(jīng)驗公式計算ε=1-2Kp為閘墩形狀式中n為堰孔的數(shù)目；H0為堰頂全水頭；Ka為邊墩形狀系數(shù)；系數(shù)；在此設(shè)計中εKp為閘墩形狀g—為重力加速度，通常取9.81m/s2；H0—計上行進流速水頭的堰上總水頭（m）,近似取H0=上游水位-堰2通過試算，可以求出hc=3.82m，即為校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深h，故可進一步求出R,R=（4～10）h水面線以上的安全超高可采用0.5-1.5m，對于非直線段，宜適當(dāng)增加。水面線圖4.4-1溢流壩水面線計算示意圖位-堰頂高程)，則可計算出H/Hd(Hd為堰面曲線定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭的75%～95%計算，求WES曲線時已算出)，再由《水工設(shè)計手冊6—泄水與過壩建筑物》中閘孔中心線水面線坐標(biāo)表，采用插值的X/Hd和Y/Hd閘孔中心線水面線坐標(biāo)表見表4.4-1。表4.4-1閘孔中心線水面線坐標(biāo)表H/Hd0.51X/HdY/Hd-1-0.482-0.941-1.23-0.8-0.48-0.932-1.215-0.6-0.472-0.913-1.194-0.4-0.457-0.89-1.165-0.2-0.431-0.855-1.1220-0.384-0.805-1.0710.2-0.313-0.735-1.0150.4-0.22-0.647-0.9440.6-0.088-0.539-0.8470.80.075-0.389-0.72510.257-0.202-0.5640.4620.015-0.3560.7050.268-0.1020.9770.5210.1721.2780.860.465表4.4-2水面線坐標(biāo)表H/Hd0.51X/HdY/HdXY-1-0.482-0.941-1.037-1.230-16.434-17.047-0.8-0.480-0.932-1.026-1.215-13.147-16.867-0.6-0.472-0.913-1.007-1.194-9.860-16.544-0.4-0.457-0.890-0.982-1.165-6.574-16.133-0.2-0.431-0.855-0.944-1.122-3.287-15.5140-0.384-0.805-0.894-1.0710.000-14.6870.2-0.313-0.735-0.828-1.0153.287-13.6130.4-0.220-0.647-0.746-0.9446.574-12.2600.6-0.088-0.539-0.642-0.8479.860-10.5450.80.075-0.389-0.501-0.72513.147-8.23310.257-0.202-0.323-0.56416.434-5.3030.4620.015-0.109-0.35619.721-1.7860.7050.2680.145-0.10223.0082.3770.9770.5210.4050.17226.2946.6501.2780.8600.7280.46529.58111.969（1）求曲線長度Lc：對于WES堰，堰上游段的曲線長度Lc,u=0.315Hd，堰下游段曲線長度Lc,t可由《水工設(shè)計手冊》第七卷查表得到。（2）求直線段長度Ls：從切點到直線上任意點的距離為：其中：Yt為切點坐標(biāo)，α為直線段壩面與水平方向的夾角。（3）從堰頂曲線起點到計算點(Xi,Yi)的壩面距離為：L=L+Lc,ts,i（4）計算邊界層厚度δ：按Bauner公式計算δ=0.024L(L/K)—0.13式中：K為壩面粗糙高度，對于混凝土壩面，建議取0.427～0.691，一般式中：H為堰上水頭；m為流量系數(shù)，一般可取0.475或0.5或參考規(guī)范（6）采用