重力壩設計說明書.docx

1、重力壩設計說明書水工建筑物課程設計姓名：專業(yè)：學號：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 m 3，正常水位80.0m ，設計狀況時上游水位82.5m 、下游水位 45.5m ，校核狀二、氣候特征1 、根據(jù)當?shù)貧庀缶?50 年統(tǒng)計資料，多年平均最大風速 14m/s ，重現(xiàn)期 50 年最大風速 23m/s ，設計洪水位時 2.6km ，校核洪水位時 3.0km ；2、最大凍土層深度為125m ；3、河流結(jié)冰期平均為150 天左右，最大冰層1.0

2、5m 。三、工程地質(zhì)條件1、壩址地形地質(zhì)（ 1）、左岸：覆蓋層 2-3m ，全風化帶厚 3-5，強風化加弱風化帶厚 3m ，微風化層厚 4m ；（ 2）、河床：巖面較平整，沖積沙礫層厚約 0-1.5m ，弱風化層厚 1m 左右，微風化層厚 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 ，全風化帶厚 5-7，強風化加弱風化帶厚 1-3m ，弱風化帶厚 1-3m ，微風化層厚 1-4m 。2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在壩址上下游 2-3km 均可開采， 儲量足。粘土料各項指標均滿足土壩

3、防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求。砂石料滿足砼重力壩要求。大壩設計一、工程等級本水庫死庫容0.3 億 m 3 ，最大庫容未知， 估算約為 5 億 m 3左右。根據(jù)現(xiàn)行水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準（ 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。本樞紐壩址區(qū)為較堅硬的砂巖，當?shù)厥县S富， 確定本水庫大壩為漿砌塊石重力壩。三、基本剖面的擬定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是穩(wěn)定

4、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計規(guī)范 中有關規(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： 風浪要素的計算A 、風速：本水庫多年平均最大風速14.0m/s ，重現(xiàn)期最大風速 23.0m/s ：B、風區(qū)吹程長度D：風作用于水域的長度；D 設計 =2600m ，D 校核 =3000m 。 風浪爬高計算：采用莆田試驗站公式計算風浪各要素及波浪爬高，計算得： h 設計

5、=2.05m ，h 校核 =1.11m 。（ 2）浪高中心線高出靜水位高度： h 設計 0=0.62m ，h 校核 0=0.33m（3）安全加高值：A 設計 =0.5m ， A 校核 =0.4m 。（ 4）壩體安全超高成果：設計壩頂高程=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 ，需設防浪墻高 1.7m ，即：防浪墻頂高程為 86 .6m 。四、擋水壩段剖面的設計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、壩頂寬度壩頂寬度 B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.

6、39m為適應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。設計洪水情況荷載計算表荷 載 計荷載垂直力（ KN）水平力（ KN）力 臂力矩（ kN.m ）算（m ）方向-+-自重G 1681840.54276416G 22053025.21517473G W419.81.93810.2水壓力P11326

7、117.2227651P210514.85081揚壓力PL1627721.6135867PL243841.318115PL3218326.257263PL465842.027605浪壓力U17.851.3398泥 沙 壓Pn1092 3253力合計955727768133781051799780467151校核洪水情況荷載計算表荷 載 計荷載垂直力（ KN）水平力（ KN）力 臂力矩（ kN.m ）算（m ）方向-+-自重G 1681840.54276416G 22053025.21517473G W4772.06983.5水壓力P11442917.9258379P211945.26146.6

8、揚壓力PL1668821.6144802PL245441.318743PL3225926.259243PL468042.028550浪壓力U1853.7417泥 沙 壓Pn1092 3253力合計1008127826145461194801019510388二、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 設計洪水位壩體上游靜水壓力 設計洪水位揚壓力 設計洪水位泥沙壓力（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+C 1 A ）K1=PK1抗剪斷計算的抗滑穩(wěn)定安

9、全系數(shù)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)資料砼和微風化巖石的抗剪斷系數(shù)為C 1=700Kpaf1=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Wf'AC'PK'K結(jié)論校核水位183101.043.2970013334.03.652.5滿足要求設計洪水位187581.043.2970012308.33.993.0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

10、組合3.653.0特殊組合3.992.5滿足規(guī)范要求。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0f'RWRC' RAS(。）S(。)R(。） / d校核水位0.850.7717745233.343.291335211349197921正常水位10.7718211233.343.291337813378200911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1134919792特殊組合1337820091滿足規(guī)范要求。三、擋水壩邊緣應力分析與強度計算3、應力分析根據(jù)砌石壩設

11、計規(guī)范SL25-91，實體重力壩應力計算以材料力學為基本分析方法，計算各種荷載組合下壩體垂直正應力和壩體主應力。荷載組合分基本組合與特殊組合二種。（ 1）基本組合（設計洪水位）應力計算1邊緣應力計算（ 1） 壩基面 óy 下 計算不計揚壓力時：W 6M277686×571477óy 下=-=+=2471KpaTT243.2943.29 2計入揚壓力：W6W187586×332628óy 下=-=+=1498KpaTT243.2943.29 2（ 1）特殊組合（校核洪水位）應力計算1邊緣應力計算（ 2） 壩基面 óy 下 計算不計揚壓力

12、時：6278266×541969WMóy 下=-=+=2378KpaTT243.2943.29 2計入揚壓力：6183106×290631óy 下=WW-=+=1353KpaTT243.2943.29 2抗拉強度驗算W/T+項目TW M6 M/T 2比較結(jié)論校核不計揚壓力43.292782654196923780滿足要求洪水位計入揚壓力43.291831029063113530滿足要求設計不計揚壓力43.292776857147724710滿足要求洪水位計入揚壓力43.291875833262814980滿足要求(2) 壩體邊緣的主應力 ó 上

13、 、ó 下計算上游邊緣按不計揚壓力的情況計算，按下式計算ó 上 =óy 上（1+n 2） -P 上 n2ó 上 壩體上游邊緣的主應力ó 下 壩體上游邊緣垂直正應力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ó 下=óy 下 ×(1+m 2)-P 下 m 23壩內(nèi)應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）水平截面上的垂直正應力óyóy=a+bxa= &#

14、243;y 下=1042.5b=óy 上 -óy 下156.8-1042.5= -18.986T43.29(2) 水平正應力 óxa 2+b 2xóx 上 P 上-( P 上-óy 上)n 2óx 下 P 下+( óy 下- P 下 )m 2(3) 剪應力=a 1+b 1x+c 1x2計算上，上上=(p 上 -6y 上 )n下=y 下- p 下)m計算 a,b,c,a= =729.75下b=c=23pT下2 下T32PT 2上下T(4) 主應力各點的主應力及其方向，按以下兩式計算126X6Y6X6Y2221arctg6X 6

15、1arctg2y1上兩式中61 ， 6 2 第一第二主應力6X ,6Y 垂直水平正應力剪應力1 第一主應力與水平夾角1YX設A=21YXC= B22B= 21AC則2抗壓強度驗算項目0T1+m 2 Wr MrS(。）S(。)比較R(。）/ d不計校核揚壓力10.8543.291.6427826290631-471.88-40111111.1水位計入揚壓力10.8543.291.6417745290631-853.79-72611111.1不計設計揚壓力1143.291.6427768571477-1948.7-194911111.1水位計入揚壓力1143.291.6418211332628-1

16、056.6-105711111.1細部構(gòu)造設計一、材料區(qū)分及標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標號 W 8，壩體內(nèi)采用 C15 混凝土砌毛石。二、壩頂重力壩壩頂迎水側(cè)設鋼筋砼防浪墻， 背水側(cè)及溢流壩壩頂交通橋上下游均設置安全欄桿，高度 1.20m 。路面設置雙向排水，坡度 1/200 。三、壩體防滲與排水大壩上游側(cè)設置 C20 砼防滲面板， 厚度 1.0m ，底部與壩基砼齒墻連成一體。面板設溫度鋼筋與固定鋼筋。砼防滲面板后設置一排豎向排水管， 間距 3.0m ，內(nèi)徑 0.2m ；壩中設置一道橫向排水管，內(nèi)徑 0.3m 。四、壩體廊道系統(tǒng)為進行帷幕灌漿、設置排水孔、排泄?jié)B透積水、安裝觀測儀器、檢查維修壩體等需要，在壩內(nèi)設置廊道。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，廊道為直墻圓拱標準形，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