非溢流重力壩設(shè)計

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案第三章非溢流重力壩設(shè)計3.1 基本剖面設(shè)計3.1.1 剖面設(shè)計原則重力壩的設(shè)計斷面應(yīng)由基本荷載組合控制，并以特殊荷載組合復(fù)合。設(shè)計斷面要滿足強 度和強度要求。非溢流壩剖面設(shè)計的基本原則是：滿足穩(wěn)定和強度要求，保證大壩安全； 工程量最??；優(yōu)選體形，運用方便；便于施工，避免出現(xiàn)不利的應(yīng)力狀態(tài)。3.1.2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)和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，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、抗剪強度參數(shù)f、c和揚壓力U的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度 要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。3.1

2、.3 實用剖面的擬定一、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。即寸:靜+Ah式中：Ah=hl+hz + hc。式中：h -為波浪高度；hz -為波浪中心線超出靜水位的高度；hc -為安全超高。1、超高值A(chǔ)h的計算(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，h可由式計算，應(yīng)選擇三者中防浪墻較高者作為選定高程。h =h1% +hz +hc(2.1 )式中Ah一防浪墻頂與設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差m ；幾%累計頻率為1%勺波浪高度m；hz 波浪中心線至設(shè)計洪水位或校和洪水位的

3、高差m；hc 安全超高；hc的取值，根據(jù)下表 3.1表3.1安全級別Inm運用情況（1級）（2級）（3級）設(shè)計洪水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3故本設(shè)計壩的級別為 2級，所以設(shè)計安全超高為0.5m,校核安全超高為 0.4m。對于hi%和hz的計算采用官廳公式計算：hl =O.O166V05/4D1/3, L =10.4(hc)0.8hz 二cth式中:精彩文檔Vo -計算風(fēng)速，m/s,在計算h1%和hz時，設(shè)計洪水位和校核洪水位采用不同的計算風(fēng)速值。計算風(fēng)速在水庫正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，宜采用多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍，校核洪水位時宜采用相應(yīng)多年平均最大風(fēng)速。D-吹程

4、，km；L 波長，m ;H 壩前水深，m ;（2）正常蓄水位Ah時計算風(fēng)速采用C江地區(qū)多年平均風(fēng)速的1.52.0倍，即：風(fēng)速Vo =14父2 =28啖，吹程D=5km。各波浪計算要素計算如下波高 hl =0.0166Vo5/4D1/3 = 0.0166 285/4 51/3 = 1.828m 2由于gD/V。= 20 250之間，則為累計頻率5%勺波圖，根據(jù)換算累計頻率為1%勺波高為 h1% =1.24父1% =1.24M1.828=2.267m。波長 L=10.4 (hl)0.8 =10.4 1.8280.8 u 16.851mhz二 hi2(cth23.14 1.828216.8511 =

5、 0.623m貝L ：h = % hz 也 =2.267 0.5 0.623 = 3.39m(3)設(shè)計洪水位時Ah計算風(fēng)速采用C江地區(qū)多年平均風(fēng)速的1.52.0倍，即:風(fēng)速Vo =14Ml.5 = 21m/,吹程 D=5km。各波浪計算要素計算如下：波高 hi =0.0166Vo5/4D1/3 = 0.0166 215/4 51/3 = 1.276m由于gD/Vo2 =20250之間，則為累計頻率5%勺波高，根據(jù)換算累計頻率為1%勺波高為 h1% =1.24xh5% =1.24x1.276 =1.582m。波長 L=10.4 (hl)。8 =10.4 1.2760.8 = 12.639mhz.

6、2hl(cth3.14 1.276212.639=0.404m貝U ：h =h1%hz hc =1.582 0.5 0.404-2.49mz c(4)校核洪水位時Ah計算風(fēng)速采用C江地區(qū)多年平均最大風(fēng)速，即:風(fēng)速 V0 =14m/ ,吹程 D =5km。各波浪計算要素計算如下：波高 hl =0.0166Vo5/4D1/3 =0.0166 145/4 51/3 - 0.769m由于gD/V。2 =2501000之間，則為累計頻率10%勺波高，根據(jù)換算累計頻率為 1%勺波高為 h1% =1.415% =1.41x0.769 = 1.09m。波長 L =10.4 (hl)0.8 =10.4 0.76

7、90.8 = 8.426mhz二 hl(cth3.14 0.76928.426=0.22m則.：h =h1% hz hc =1.09 0.4 0.22 = 1.71m2、壩頂高程計算根據(jù)以上設(shè)計及校核水位時的Ah計算結(jié)果，得出倆種狀況下的壩頂高程:(1)設(shè)計洪水位時的壩頂高程：壩頂二設(shè)計蓄水位 + h=236+2.486=238.49m(3)校核洪水位時的壩頂高程：壩頂二校核蓄水位+.由=236.5+1.71=238.21m保證大壩的安全運行，應(yīng)該選用其中的較大值壩頂=238.49m,且壩頂高程要高 于校核洪水位，所以取壩頂高程為238.49mo為保證大壩的安全運行，當(dāng)壩頂設(shè)置有與壩體連成整體

8、的防浪墻，高為1.2m時，可降低壩頂?shù)母叱蹋匀雾敻叱虨?238.49-1.2=237.3m。3、確定壩基高程河床高程137m,校核洪水位為236.5m ,地基開挖時河床上為沖積砂質(zhì)粘土、沙礫 石等，所以開挖應(yīng)按100m以上壩高標(biāo)準(zhǔn)要求考慮。根據(jù)規(guī)范，壩高超過 100m時，可 建在新鮮、微風(fēng)化至弱風(fēng)化下部基巖上。根據(jù)地質(zhì)條件，河床底部有砂礫石覆蓋層 2m,河床底部片巖石英巖相間存在， 風(fēng)化較輕， 故初步定出開挖深度為 2.7m,地基考慮技術(shù)加固。可確定壩基高程平均為134.3m。因此，壩高 H= 壩頂高程-壩基高程=237.3-134.3=103m ,取壩高為 103m,即壩高 H=103

9、m故壩頂高程為 237.3m。二、擬定壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置、運行、檢修、施工和交通等需要確定并應(yīng)滿足抗震，特 大洪水時維護等要求。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，壩頂寬度可采用壩高的 8%10摩值，且不小于2m并應(yīng)滿足交 通和運行管理的需要。按壩高的10%計算，即為10.3米，由于本設(shè)計對公路要求不高， 故設(shè)置為二級公路，根據(jù)二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及主要指標(biāo)，雙向倆車道行車道寬3.5父2 = 7.0m,倆邊路肩各0.75m,即路基寬度為 8.5m,有考慮到壩頂行人要求，倆 邊各設(shè)置1m行人道，各0.25m寬排水溝。故去壩頂寬度為11m,以滿足大壩維修作業(yè)的 通行的需要。三、擬定實用剖面尺寸根據(jù)規(guī)范SL31

10、9-2005規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點宜在壩頂附近 常用的剖面形態(tài)，如圖 3.2 ,有三種，根據(jù)f、c的情況各有特點。本壩址河床巖層走向大致與河流平行，傾向上游，為了為了便于布置進口控制設(shè)備，又可利用一部分水重 幫助壩體維持穩(wěn)定，本次設(shè)計采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的形式。該形式在實際 工程中經(jīng)常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經(jīng)驗。實體重力壩上游壩坡宜采用1 ： 01 ： 0.2 ,下游壩坡可采用一個或幾個坡度，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求并結(jié)合上游壩坡同時選定。下游壩坡宜采用1 ： 0.61 ： 0.8。壩坡采用折面時，折坡點高程應(yīng)結(jié)合電站進水口、泄水孔等布置，以及下游壩坡優(yōu)選

11、確定。且根據(jù)水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南可知，折點一般在壩高1/32/3處，當(dāng)在2/3處時,折點距河床壩基為2/3 x 103=68.67m,故折點取在上游壩面距壩基高程68m處，即折點高程為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 0.70.9倍，本工程的壩高為 103m,通過已經(jīng)確定的上下游壩坡坡率，計算得 B=88.56m,為施工方便取 B=85m在0.70.9范圍之內(nèi)。五、基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定為了后續(xù)揚壓力的計算，對灌漿廊道進行擬定?；A(chǔ)灌漿廊道有灌漿、排水和檢查之用。 基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，一般寬為 2.53

12、m,高為34m,為了保證完成其功能且可 以自由通行，本次設(shè)計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取 3.0 X4.0m,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 0.050.1倍 作用水頭、且不小于 45m處設(shè)置，本設(shè)計水頭為 103m本次設(shè)計取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、初步擬定實用剖面圖如圖3.33.2荷載計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、揚壓力、地震荷載等,為計算方便取1 m壩長進行計算。本設(shè)計進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

13、為校核水位和地震情況。計算示意圖如下圖3.4各高程25合圖3.3進行計算。3.2.1正常水位(1)自重W圖3.4壩體自重的計算公式：W=Vc (kN)式中V -壩體體積，m 3；由于取1 m壩長，可以用斷面面積代替。通常把它分成如 圖3.4所示的若干個簡單的幾何圖形分別計算重力；-壩體混凝土容重，取鋼碎為25KN/m3Wi=25X 0.5 X 68 X 6.8=5780kNW2=25X 11 X 103=28325kNW3=25X 0.5 X 67.2 X 84=70560kNW=W1+W2+W3=104665kN(2)靜水壓力靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計算時常分解為水平水壓力Ph

14、和垂直水壓力Pv兩種。計算公式為1 2Ph=YwH2P/=ywV 式中，2H 計算點處的作用水頭，m;'九一一水的重度，常取9.81 kN/ m3；V 斜坡面上水體的體積，m3;正常水位時：上游水位 232.2m下游水位136.5m所以，H =232.2-134.3=97.9 H2=136.5-I34.3=2.2mH= H 1- H2=95.7m計算各種情況下的靜水壓力：上游水平壓力P u=0.5 X 9.81 X97.9 2=47011.53KN上游垂直壓力P 22=0.5 X 9.81 X 6.8 X 68=2268.07KNP21=9.81X 6.8 X 29.9=1994.57

15、 KN下游水平壓力P d=0.5 X9.81 X 2.2 2=23.74 KN下游垂直壓力P 3=0.5 X 9.8 X 2.2 X 2.2 X 0.8=18.97KN(3)揚壓力揚壓力包括上浮力及滲流壓力。揚壓力分布如圖3.4.將揚壓力分成四部分，U, U，14。根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計規(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。U1 =0.5 b (H1 -H2 -1 H ) =0.5 13 9.81 (97.9 -2.2-0.25 95.7) = 4576.73KN U2= H b =0.25 9.81 95.7 13 =3051.16KNU3 =0