混凝土重力壩畢業(yè)設(shè)計

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：二龍溝混凝土重力壩設(shè)計專業(yè)：水利水電工程內(nèi)容摘要重力壩的斷面基本呈三角形，筑壩材料為混凝土或漿砌石。重力壩具有安全可靠，耐久性好，設(shè)計和施工技術(shù)簡單；對不同的地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在水利工程中。由于工程需要，擬對二龍溝水庫重力壩進(jìn)行設(shè)計。通過對水文氣象條件等設(shè)計資料的分析，并考慮了地質(zhì)條件、地形條件、筑壩材料、施工條件及綜合效益等方面選取了混凝土重力壩壩型。按照相關(guān)規(guī)范對壩基進(jìn)行設(shè)計，基本內(nèi)容包括重力壩樞紐布置、重力壩非溢流壩段設(shè)計、大壩細(xì)部構(gòu)造及地基處理等。根據(jù)設(shè)計總要求，設(shè)計要求偏重于重力壩非溢流壩段設(shè)計、大壩細(xì)部構(gòu)造及地基處理設(shè)計。關(guān)鍵詞：重力壩；剖面尺寸；抗滑穩(wěn)定；應(yīng)力分析

目錄內(nèi)容摘要 I引言 11設(shè)計資料 31.1重力壩基本資料 31.1.1流域概況 31.1.2地形地質(zhì) 31.1.3建筑材料 31.1.4水文條件 31.1.5氣象條件 41.2某重力壩工程綜合說明 42壩型及壩址選擇 62.1壩型選擇 62.2壩址選擇 63擋水建筑物設(shè)計 93.1非溢流壩剖面設(shè)計 93.2荷載計算及組合 113.3抗滑穩(wěn)定分析 173.4應(yīng)力分析 174壩體細(xì)部構(gòu)造 194.1壩頂構(gòu)造 194.2廊道系統(tǒng) 194.3壩體分縫 204.4壩體止水 204.5壩體排水 205地基處理 225.1地基開挖與清理 225.2壩基的帷幕灌漿 225.3壩基排水 235.4壩基的固結(jié)灌漿 23結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26引言人類建壩歷史已近5000年，重力壩是出現(xiàn)最早的一種壩型。主要依靠自身質(zhì)量在地基上產(chǎn)生的摩擦力和壩與地基之間的凝聚力來抵抗壩前水壓力，以保持抗滑穩(wěn)定，其中混凝土重力壩是在漿砌石重力壩的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[1]。重力壩的斷面基本呈三角形，筑壩材料為混凝土或漿砌石。據(jù)統(tǒng)計，在各國修建的大壩中，重力壩在各種壩型中往往占有較大的比重。在中國的\o"壩工建設(shè)"壩工建設(shè)中，混凝土重力壩也占有較大的比重，在20座高100m以上的高壩中，混凝土重力壩就有10座。重力壩之所以得到廣泛應(yīng)用，是由于有以下優(yōu)點：①相對安全可靠，耐久性好，抵抗?jié)B漏、洪水漫溢、地震和戰(zhàn)爭破壞能力都比較強(qiáng)；②設(shè)計、施工技術(shù)簡單，易于機(jī)械化施工；③對不同的地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，任何形狀河谷都能修建重力壩，對地基條件要求相對地說不太高；④在壩體中可布置引水、泄水孔口，解決發(fā)電、泄洪和\o"施工導(dǎo)流"施工導(dǎo)流等問題。重力壩的缺點是：①壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮；②壩體體積大，耗用水泥多；③施工期混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，對溫度控制要求高。我國從上世紀(jì)50年代以來，隨著水利水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，重力壩也大量興建。通過建壩實踐和研究，在壩體結(jié)構(gòu)形式、筑壩材料、樞紐布置、泄洪消能、地基處理，施工技術(shù)和設(shè)計理論等方面都有較大發(fā)展。重力壩在我國水利建設(shè)的地位比較重要，因此研究重力壩的設(shè)計理論，對我國水利建設(shè)發(fā)展有較大的推動作用?；炷林亓问窃谒畨毫捌渌奢d作用下，主要依靠壩體自身重量產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求的一種擋水建筑物，是較早使用的一種大壩壩型，也是中國壩工建設(shè)中的主要壩型。大壩的安全穩(wěn)定是設(shè)計者所十分關(guān)心的問題，所以穩(wěn)定分析是重力壩設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。近些年來，人們在研究壩體抗滑穩(wěn)定問題上做了大量的工作，也提出了許多解決辦法。但由于影響抗滑穩(wěn)定的因素很多，有許多不確定性因素存在，因此，有必要進(jìn)一步來分析重力壩的抗滑穩(wěn)定問題。由于混凝土重力壩是目前采用較多的壩型之一，而重力壩的剖面設(shè)計是重力壩設(shè)計的一項主要內(nèi)容，它的任務(wù)是根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，通過分析計算，選擇一個既使體積最小，又使施工方便的剖面形態(tài)和輪廓尺寸。因此，在重力壩設(shè)計中重力壩剖面的大小直接關(guān)系到整個工程的工程量，也就是直接關(guān)系到投資的多少。所以要通過優(yōu)化設(shè)計找出重力壩的最優(yōu)剖面是重力壩設(shè)計的一個關(guān)鍵問題。同時也有必要找出一個為工程設(shè)計提供方便、簡潔、可視化的通用軟件。內(nèi)容安排如下：第一章介紹了選取的重力壩的基本設(shè)計資料，包括流域概況、地形地質(zhì)、建筑材料、水文和氣象條件等等；第二章對壩型和壩址的選擇進(jìn)行了闡述；第三章對混凝土重力壩擋水建筑物的計算過程和計算結(jié)果，繪制了非溢流壩剖面圖；第四章介紹了重力壩的壩頂細(xì)部構(gòu)造；第六章對重力壩的基礎(chǔ)開挖、帷幕灌漿等等基礎(chǔ)處理方法進(jìn)行了介紹；最后給出本文的結(jié)論。1設(shè)計資料1.1重力壩基本資料1.1.1流域概況該水利樞紐位于某河上游，全河流域面積，流向自北向南，干流的平均比降為。流域內(nèi)多石山，小部分為丘陵，水土流失不嚴(yán)重。本樞紐工程是以發(fā)電為主兼顧灌溉和供水的綜合利用工程，水庫的總庫容為，發(fā)電引水高程為，最大引水流量為，發(fā)電裝機(jī)容量4萬kW。灌溉下游左岸耕地2.5萬km2，灌溉最大引水流量，引水高程。1.1.2地形地質(zhì)壩址處的巖體可大致分為新鮮巖石、微風(fēng)化及覆蓋層。河槽高程為，河槽處為半風(fēng)化的花崗巖，風(fēng)化層厚度為，基巖具有足夠的抗壓強(qiáng)度，巖體較完整，無特殊不利地質(zhì)構(gòu)造。兩岸風(fēng)化較深呈帶狀，覆蓋層較少，厚度一般，風(fēng)化層厚，壩址兩岸均為花崗巖，巖石堅硬，裂隙不發(fā)育。壩基的力學(xué)參數(shù)：抗剪斷系數(shù)（混凝土與基巖之間）為?；鶐r的允許抗壓強(qiáng)度。地震的基本烈度為6度。河流泥沙計算年限采用50年，壩前淤沙高程為345m，泥沙的浮重度為，內(nèi)摩擦角為。壩體混凝土重度采用。1.1.3建筑材料砂料、卵石在壩址上、下游均有，壩址下游以內(nèi)砂儲量豐富，可供建筑使用。1.1.4水文條件壩址以上控制集雨面積，多年平均流量，平均年徑流量。水文水利規(guī)劃成果如下：上游設(shè)計洪水位為385.4m，相應(yīng)的下游水位334.3m，庫容為，溢流壩相應(yīng)的泄量為；上游校核洪水位為386.7m，相應(yīng)的下游水位為335.2m，庫容為，溢流壩相應(yīng)的泄量為；上游正常高水位為383.5m，相應(yīng)的下游水位為331.7m，庫容為；死水位為350m，相應(yīng)的庫容為。淤沙高程為345m，相應(yīng)的庫容為。1.1.5氣象條件本地區(qū)洪水期多年平均最大風(fēng)速14m/s，水庫的風(fēng)區(qū)長度為2.6km。1.2某重力壩工程綜合說明根據(jù)工程的效益、庫容確定本工程屬于Ⅲ等工程，其主要建筑物為3級。次要建筑物為4級，臨時性建筑物為5級。本工程是以發(fā)電為主的綜合利用工程，溢流壩段應(yīng)布置在主河槽處，沖沙孔應(yīng)布置在電站進(jìn)水口附近，另外電站布置應(yīng)考慮地形、交通及電站附屬建筑物布置等條件。本樞紐的主體工程由擋水壩段、溢流壩段、泄水底孔壩段、電站壩段及其建筑物組成。電站為壩后式，該重力壩由18個壩段組成，每個壩段的長度大約為15m，從右岸至左岸依次為：1號-6號壩段為擋水壩段，7號、8號壩段為溢流壩段，9號、10號壩段為底孔壩段，11號-18號壩段為左岸擋水壩段，該壩的壩基面最低高程為327.0m，壩頂高程為386.7m，最大壩高為59.7m，壩體總長為277.5m。樞紐工程布置見圖1.1所示。圖1.1樞紐工程布置樞紐的主要技術(shù)指標(biāo)見表1.1所示。表1.1樞紐的主要技術(shù)指標(biāo)2壩型及壩址選擇2.1壩型選擇根據(jù)上述所提供的地形、地質(zhì)條件及水文氣象資料，進(jìn)行綜合分析如下：采用重力壩方案。其筑壩材料可用砼和漿砌石兩種材料，能使該工程充分利用現(xiàn)有的自然條件，且泄洪建筑物容易布置，施工導(dǎo)流易于解決。居于漿砌石和純混凝土兩種壩型而言，漿砌石重力壩雖然水泥用量少，投資小，但不能實現(xiàn)機(jī)械化施工，人工砌筑，壩體質(zhì)量難以控制，工期長，是不可取的；另外，隨著改革的深入，施工質(zhì)量和進(jìn)度都將受到合同和國家法律的約束。因此，唯有混凝土重力壩才是較理想的壩型，它能滿足由于施工工藝、組織管理和機(jī)械設(shè)備使用水平的迅速提高而使工程早日完工。重力壩按壩體的結(jié)構(gòu)形式，可分為實體重力壩、寬縫重力壩和空腹重力壩三種。實體重力壩的結(jié)構(gòu)形式簡單，設(shè)計施工方便，其問題是揚(yáng)壓力大，材料抗壓強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。空腹重力壩、寬縫重力壩則可以利用空腹和寬縫排除壩基的滲透水流，有效減少揚(yáng)壓力，較好地利用材料的抗壓強(qiáng)度，可減少10%～30％的工程量，可降低工程造價，但其模板用量大，施工工藝復(fù)雜，需專業(yè)隊伍進(jìn)行施工。綜合上述多方面因素，實體壩雖然工程量大，但實體重力壩安全可靠，對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，便于施工導(dǎo)流，施工方便，結(jié)構(gòu)作用明確，基于以上各種壩型的比較分析，本水庫應(yīng)采用混凝土重力壩。壩型選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刂罚匦螚l件，施工條件，建筑材料，中和效益，宣泄供水能力，以及抗震性等特點，通過定性分析，初步選擇兩種壩型進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)比較，選取既滿足工程要求，又比較經(jīng)濟(jì)的壩型。再結(jié)合壩型選擇與地形、地質(zhì)、建筑材料和施工條件等因素。綜合考慮，根據(jù)二龍溝壩址的地形、地質(zhì)及洪水特點，選擇常態(tài)混凝土重力壩比較合適。2.2壩址選擇根據(jù)二龍溝水利樞紐工程的地形、地質(zhì)條件選擇地形開闊的河道拐彎附近地段作為壩址，并擬定了上壩線和下壩線兩條較有利的壩軸線。兩條壩軸線河床寬度基本相近。通過地形剖面圖進(jìn)行壩軸線選擇深入分析。1、上壩線上壩線位于河道直段處，在下壩線上游700m左右處。河谷兩岸上體比較對稱，兩岸坡度比較緩，壩址上游庫區(qū)山體比較穩(wěn)定，壩址處無順河向大斷裂構(gòu)造，無巖溶存在。樞紐壩址地處中低山峰峽谷地形，河谷較開闊，兩岸顯不侵蝕剝蝕地貌，左岸平均坡角為20o，右岸為26o，坡面巖石裸露，坡積層與殘積層較薄，呈零星分布。壩址區(qū)河流由北西轉(zhuǎn)南東向，河床平均坡降為0.9%。由壩區(qū)地形看出，左岸左軸線上下游250—400m處分別有沖溝存在，右岸壩軸線下游約500m處亦分布有沖溝，壩址左岸在330m高程以上，地勢有所變緩，特別是壩軸線下游部位，其地勢更加平緩。壩區(qū)為巖漿巖出露河段，系中生代印支期的基性侵入體（輝綠巖），庫區(qū)無大的基巖坍塌和大規(guī)模松散堆積，庫岸穩(wěn)定，壩址處無順河向大斷裂構(gòu)造，無巖溶存在，右岸有緩傾軟弱結(jié)構(gòu)面，以原生冷凝面為主，石英脈侵入或方解石填充，易風(fēng)化成軟弱夾層，軟弱夾層結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)f=0.35。此外，在弱風(fēng)化下限以下，尚有斷續(xù)的多條緩傾石英脈存在。左岸290m高程有較厚石英脈及上下蝕變帶，緩傾與陡傾斷裂組合，成洞條件差，壩址巖體內(nèi)陡傾節(jié)理發(fā)育，多傾向上游，充填物膠結(jié)良好。局部第四系坡積巖，主要是含碎石的高塑性土，河床沙卵石層厚1—3m。壩區(qū)有兩個含水層，一是坡積層中的孔隙水，另一是輝綠巖中裂隙水，基巖單位吸水量的相對不透水層埋藏在河床底以下45—50m深處，向兩岸逐步過渡到20m，相對不透水層基本封閉。2、下壩線下壩線位于河道拐彎處起點，河床右岸山體較緩，左岸山體坡度比較陡，兩岸河谷不對稱。河床右岸地質(zhì)條件和上壩線右岸情況基本相近，有少數(shù)軟弱夾層和泥化層面，表層為高塑性土。河床左岸地勢比較陡峭，山體長期受風(fēng)蝕和山上洪水沖刷，表層風(fēng)化明顯。下壩線處水流速度減緩，上游處河床淤積明顯，河床覆蓋層厚。下游處河床并不開闊，山體易發(fā)生松動。3、方案比較①上壩線優(yōu)點：河谷兩岸比較對稱，地質(zhì)條件良好，庫區(qū)兩岸山體厚度比較大，對于防止庫區(qū)滲漏和繞壩滲漏比較有利。樞紐布置比較方便。缺點：庫容相對較小，壩軸線下游淤積物多。②下壩線優(yōu)點：庫容相對較大，工程量相對較小，河床右岸比較開闊。缺點：河谷不對稱，兩岸山體高度低且比較單薄，容易產(chǎn)生庫區(qū)滲漏。壩軸線上游容易產(chǎn)生淤積，覆蓋層厚度大。左右兩岸山體高度差比較大，達(dá)到校核洪水位后，右岸山體過于低矮。4、方案選擇根據(jù)以往的工程經(jīng)驗和工程實際的地質(zhì)、地形、水文、設(shè)計和施工條件，經(jīng)過分析比較后，選定上壩線作為壩軸線位置。

3擋水建筑物設(shè)計3.1非溢流壩剖面設(shè)計重力壩的基本剖面是指壩體在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力3項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面。在擬好的基本三角形基礎(chǔ)上，根據(jù)已確定的壩頂高程及寬度，初擬主要防滲，排水設(shè)施，即可得到重力壩實用剖面。重力壩剖面設(shè)計的原則是：①滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩安全；②工程量小，造價低；③結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)用方便；④利于施工，方便維修。設(shè)計過程包括：1、確定擋水壩剖面壩頂高程的確定：分別考慮設(shè)計和校核兩種情況。壩頂寬度的確定：一般地，壩頂寬度取最大壩高的8%~10%，且不小于3m。若有交通要求或移動式啟閉設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)實際需要確定。上、下游壩坡及起坡點的確定。2、擋水壩強(qiáng)度和穩(wěn)定驗算根據(jù)規(guī)范所要求的基本荷載組合和偶然荷載組合，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)驗算和壩體上下游面拉應(yīng)力正常使用極限狀態(tài)計算。其中前者驗算的內(nèi)容包括：壩體及壩基強(qiáng)度驗算；壩體與壩基接觸面抗滑穩(wěn)定計算；壩體層面抗滑穩(wěn)定計算；壩基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定計算。圖3-1給出了非溢流壩剖面圖及有關(guān)計算尺寸，圖中m、n為坡度，H為洪水位。（1）壩頂高程分別按設(shè)計和校核兩種情況，用以下公式進(jìn)行計算：波浪要素按官廳公式計算。公式如下：—計算風(fēng)速，水庫為正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的倍；校核洪水位時，宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速，；D—風(fēng)區(qū)長度，m；L—波長，m。H—壩前水深，m。庫水位以上的超高：式中：—波浪高度，m；—波浪中心線超出靜水位的高度，m；—安全超高，m，可以在下表3-1中查找；表3-1非溢流壩壩頂安全超高值非溢流壩壩頂安全超高值（單位：m）水工建筑物安全級別（水工建筑物級別）=1\*ROMANI（1）=2\*ROMANII（2、3）=3\*ROMANIII（4、5）設(shè)計情況校核情況官廳公式適用于。1）設(shè)計工況設(shè)計洪水位H＝349.9m，實測最大風(fēng)速V0＝21m/s，吹程D＝1.4㎞。由以上公式3-1可得：＝0.834826mL==9.00140m由公式3-3可得:=＝0.243115m，又＝0.7m。則＝0.834826＋0.243115＋0.7＝1.777941m。壩頂高程▽＝靜水位＋＝349.9＋1.777941=1351.6779m。2）校核工況設(shè)計洪水位H＝350.4m，多年平均最大風(fēng)速V0＝14m/s，吹程D＝1.4㎞。由以上公式3-1可得：=0.502895mL=＝6.00088m。由公式3-3可得＝=0.132333m，又＝0.5m。則＝0.502895＋0.132333＋0.5＝1.35228m。壩頂高程▽＝靜水位＋＝350.4＋1.35228=351.75228m。經(jīng)過比較選取大者，可以得出壩頂或放浪墻頂高程為351.75228m，并取放浪墻高1.2m，則壩頂高程為：351.75228+1.2＝352.95228m。最大壩高為：352.95228-269＝82.75228m。圖3-1非溢流壩剖面圖及有關(guān)計算尺寸（2）壩頂及壩底寬度的確定因無特殊要求，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，壩頂寬度可采用壩高的8%～10%取值，且不小于2m并應(yīng)滿足交通和運(yùn)行管理的需要。我取10%的壩高，即為8.27m.取整為9m。壩底的寬度約為壩高的0.7~0.9倍，這里取0.8倍，即B=0.8*82.75228=66.201824m。取61.4m。根據(jù)工程經(jīng)驗，上游壩坡系數(shù)常采用n=0~0.2；下游壩坡系數(shù)常采用m=0.6～0.8；在此壩的設(shè)計中，采用上游壩坡系數(shù)n=0.2，上游起坡點高度82.75228*1/2=41.376144經(jīng)過m取各值的比較計算，采用下游壩坡系數(shù)m=0.7。3.2荷載計算及組合重力壩的荷載主要有：壩體自重，上下游壩面上的水壓力，揚(yáng)壓力，浪壓力，泥沙壓力，地震壓力及冰壓力等。設(shè)計重力壩時應(yīng)根據(jù)具體的運(yùn)用條件確定各種荷載的數(shù)值，并選擇不同的荷載組合，用以驗算壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度。重力壩荷載計算簡圖見圖3-2。圖中表示壩體自重，、為水平靜水壓力和垂直靜水壓力，、為水平泥沙壓力和豎直泥沙壓力，為浪壓力。為壩前水深，U為揚(yáng)壓力。圖中下角標(biāo)1,2,3表示個變量的分量。力矩計算如下表3-1，3-2所示。圖3-2重力壩荷載計算示意圖設(shè)計工況下的荷載計算1、自重，取γc=24.0kN/m3。根據(jù)自重公式：得：=1/2×8.28×41.38×24＝4111.5168KN↓=9×82.75×24＝17874KN↓=（82.75－12.79）×（61.4－17.28）×24×1/2＝41321.1744KN↓2、水壓力水深為H時，單位寬度上的水平靜水壓力P為斜面、折面、曲面承受的總靜水壓力，除水平靜水壓力外，還應(yīng)計入其垂直分力。垂直水壓力按水重計算。＝9.81kn/m3。＝1/2×9.81×（351.75－269）2＝33587.294KN→＝1/2×9.81×（271.9－269）2＝41.25KN←＝（349.9－310.38）×8.28×9.81＝3210KN↓＝1/2×41.38×8.28×9.81＝1680.58KN↓＝1/2×（271.9－269）×8.28×9.81＝117.78KN↓3、泥沙壓力百年后壩前淤沙高程為286.6m，淤沙浮容重為8kn/m3，內(nèi)摩擦角為0°。豎直方向的泥沙壓力按作用面上的淤沙重量（按淤沙的浮重度）計算，水平壓力按計算。＝1/2×8×（286.6－269）2×tg2（45－0/2）＝1239.04KN=1/2×（286.6－269）2×0.2×8＝247.8KN↓4、浪壓力當(dāng)＞L／2時，可假定浪頂以及水深等于L／2處的浪壓力為零，靜水位處的浪壓力最大，并呈三角形分布。L＝9m，＋＝0.834826＋0.243115=23.79KN→＝123.12KN→＝198.65KN←5、揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。滲透壓力是由上下游水位差H產(chǎn)生的滲流在壩內(nèi)或壩基面上形成的水壓力；浮托力是由下游水面淹沒計算截面而產(chǎn)生向上的水壓力。揚(yáng)壓力折減系數(shù)＝0.25。＝61.4×9.81×（271.9－269）＝1892KN↑＝12×0.25×9.81×（349.9－271.9）＝2296KN↑＝（61.4－12）×0.25×9.81×78×1/2＝5213KN↑＝12×（9.81×80.9－9.81×2.9－0.25×9.81×78）×1/2＝3443KN↑表3-1非溢流壩荷載計算成果匯總（設(shè)計工況）荷載作用小計揚(yáng)壓力垂直力（KN）水平力（KN）對截面形心力臂(m)力矩（KN*M）↓↑→←＋－自重W14111.516827.74114053.476W21787420.48366059.52W341321.17440.4317768.1水壓力PH133587.29427.56925665.82PH241.250.9740水壓力PV1321029.11593458.15PV21680.5830.4951240.88PV3117.7832.573836泥沙壓力PSKH1239.045.877273.16PSKV247.830.497555.422浪壓力PL1123.1276.959474.PL2198.6576.7515246.39小計63576.43↓34709.55→－314265.12揚(yáng)壓力U1189200U22296U35213U43443總計55718.8534709.55→－314265.12校核工況下的荷載計算因為兩種工況下的壩體自重和泥沙壓力相同，故僅計算水壓力、浪壓力以及揚(yáng)壓力。各種壓力計算原理、計算公式和計算參數(shù)同〖設(shè)計工況下的荷載計算〗。1、水壓力＝1/2×9.81×（350.4－269）2＝32500KN→＝1/2×9.81×（272.63－296）2＝64.63KN←＝（350.4－269－41.38）×8.28×9.81＝3250.7KN↓＝1/2×41.38×8.28×9.81＝1680.58KN↓＝1/2×（272.63－269）×8.28×9.81＝147.43KN↓2、浪壓力L＝6m，＋＝0.502895＋0.132333＝12.158KN→＝28.15KN→3、揚(yáng)壓力＝61.4×9.81×（272.63－269）＝2368KN↑＝12×0.25×9.81×（350.4－272.63）＝2289KN↑＝（61.4－12）×0.25×9.81×77.77×1/2＝5197KN＝12×（9.81×81.4－9.81×3.63－0.25×9.81×77.77）×1/2＝3433KN↑合力計算以及力矩計算如下頁表所示。庫空情況下的荷載計算庫空情況下的荷載只有壩體自重，力以及力矩值匯總?cè)缦拢骸芖＝4111.5168＋17874＋41321.1744＝63306.7KN↓∑M=114053.476＋366059.52－17768.1＝＋462344.896KN*M圖3-2非溢流壩荷載計算成果匯總（校核工況）荷載作用小計揚(yáng)壓力垂直力（KN）水平力（KN）對截面形心力臂(m)力矩（KN*M）↓↑→←＋－自重W14111.516827.74114053.476W21787420.48366059.52W341321.17440.4317768.1水壓力PH13250027.58896350PH264.631.2178.2水壓力PV13250.729.11594644.13PV21680.5830.4951240.88PV3147.4331.524647泥沙壓力PSKH1239.045.877273.16PSKV247.830.497555.42浪壓力PL128.1576.952166.14PL222.0776.751693.87小計68633.2↓33680.5→－292878.9揚(yáng)壓力U12368U22289U35197U43433總計55346.2↓→－292878.93.3抗滑穩(wěn)定分析重力壩沿壩面失穩(wěn)的機(jī)理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩趾處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后，形成滑動通道，導(dǎo)致壩的整體失穩(wěn)。表3-2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合壩的級別12、3Ks基本組合1.101.05特殊組合（1）1.051.00特殊組合（2）1.001.00計算以一個壩段（單寬）作為計算單元，公式采用抗剪強(qiáng)度公式，將壩體與基巖看成是一個接觸面，而不是膠結(jié)面。當(dāng)接觸面呈水平時，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為，f取1.0。（1）設(shè)計工況下的抗滑穩(wěn)定分析＝1.0×55718.85/34709.55＝1.605根據(jù)設(shè)計規(guī)范，1.605＞1.10，有以上計算可知，設(shè)計洪水情況下，壩基面滿足抗滑穩(wěn)定要求。（2）校核工況下的抗滑穩(wěn)定分析＝1.0×55346.2/33680.5＝1.643根據(jù)設(shè)計規(guī)范，1.643＞1.05，有以上計算可知，校核洪水情況下，壩基面滿足抗滑穩(wěn)定要求。3.4應(yīng)力分析應(yīng)力分析的目的是檢驗所擬壩體斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理，并為確定壩內(nèi)材料分區(qū)、某些部位配筋提供依據(jù)。應(yīng)力分析采用材料力學(xué)法，其基本假定為：①壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料。②視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。③假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應(yīng)力的影響。在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以應(yīng)該校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。用材料力學(xué)分析壩體應(yīng)力時，重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)。1、壩基面的σy應(yīng)符合下列要求（1）運(yùn)用期：在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩基面的最大鉛直正應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許應(yīng)力（計算時應(yīng)計入揚(yáng)壓力）。最小鉛直正應(yīng)力應(yīng)大于零（計算時應(yīng)計入揚(yáng)壓力）。（2）施工期：下游壩面允許有不大于0.1Mpa的拉應(yīng)力。2、壩體應(yīng)力要求（1）運(yùn)用期。壩體上游面的最小主應(yīng)力要考慮兩種控制標(biāo)準(zhǔn)：①在作用力中計入揚(yáng)壓力時，要求σ≥0，即σ為壓應(yīng)力；②當(dāng)作用力中不計入揚(yáng)壓力時，要求σ≥0.25γh。壩體下游面的最大主壓應(yīng)力，不得大于混凝土的容許壓應(yīng)力。（2）施工期。壩體主壓應(yīng)力不得大于混凝土的容許壓應(yīng)力，在壩的下游面可以有不大于0.2Mpa的主拉應(yīng)力。本設(shè)計分設(shè)計情況和校核情況兩種情況分別分析水平截面上的正應(yīng)力。因為假定按直線分布，所以按偏心受壓公式計算上、下游的邊緣應(yīng)力。設(shè)計工況下：=63576.43/61.4+6(-314265.12)/(60.660.6)=621.34KPa=63576.43/61.4－6(-314265.12)/(60.660.6)=1434.87KPa校核工況下=68633.2/61.4+6(-292878.9)/(60.660.6)=666.43KPa=68633.2/61.4－6(-292878.9)/(60.660.6)=1458.56KPa各項均滿足要求。

4壩體細(xì)部構(gòu)造4.1壩頂構(gòu)造（1）非溢流壩壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高為1.2m，厚度為40cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為2%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有寬1m的人行道，并高出壩頂路面20cm，壩頂總寬度為10m，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈，細(xì)部構(gòu)造圖略（2）溢流壩溢流壩的上部設(shè)有閘門、閘墩、門機(jī)、交通橋等機(jī)構(gòu)和設(shè)備。閘門的布置：工作閘門布置在溢流壩的頂稍微偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負(fù)壓。采用平面鋼閘門，門的尺寸為高×寬=12×10m，工作閘門的上游設(shè)有檢修閘門，二門之間的凈距為2m。閘墩：閘墩的墩頭形狀為上游采用半圓形，下游采用流線型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程即307.3m；下游布置交通橋，橋面高程為非溢流壩頂高程307.3m。中墩的厚度3m，邊墩厚度2m，溢流壩的分縫設(shè)在閘孔中間，故沒有縫墩。工作閘門槽深1m，寬1m，檢修閘門槽深0.5m，寬0.5m。導(dǎo)水墻：邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻，其長度延伸到挑流鼻坎的末端。邊墩的高度應(yīng)高出摻氣后水深0.5～1.5m，平直段摻氣后水深估算公式為：hb=h（1+ξv/100）（4-1）式中h、hb—摻氣前、后的水深，m；v—摻氣前計算斷面的平均流速，m/s；ξ—修正系數(shù)，一般為1.0～1.4m/s，v＞20m/s時，取較大值。代入數(shù)據(jù)得hb=4.2m，則導(dǎo)水墻高度為5m，導(dǎo)水墻需分縫，間距為15m，其橫斷面為梯形，頂寬取0.5m。細(xì)部構(gòu)造圖略。4.2廊道系統(tǒng)（1）基礎(chǔ)廊道。位置：廊道底部距壩基面5m，廊道底部高程為203.8m，上游側(cè)（中心點）距上游壩面10.2m；形狀：城門洞形，底寬3m，高3.5m，內(nèi)部上游側(cè)設(shè)排水溝，并在最低處設(shè)集水井。平行于壩軸線方向廊道向兩岸沿地形逐漸升高，坡度不大于40o。（2）壩體廊道。自基礎(chǔ)廊道沿壩高每隔20m設(shè)置一層廊道，共設(shè)3層。底部高程分別為235m，255m，275m形狀為城門洞形，其上游側(cè)（中心點）距上游壩面5m，底寬2m，高3m，左右岸各有一個出口。4.3壩體分縫（1）橫縫。垂直于壩軸線布置，縫距為20m，縫寬2cm，內(nèi)有止水。（2）縱縫?？v縫為臨時性縫，縫內(nèi)設(shè)有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫蓄水前進(jìn)行灌漿?？v縫與壩面正交，縫距為20m。（3）水平縫?；炷翝仓K厚度為4m，縱縫兩側(cè)相鄰壩塊的水平縫錯開布置，上下層混凝土澆筑間歇為5d，上層混凝土澆筑前對下層混凝土鑿毛，并沖洗干凈，鋪2cm厚的水泥砂漿。4.4壩體止水在壩體下述部位布置止水設(shè)施：壩體橫縫內(nèi)（包括上游壩面、溢流壩面及壩體下游最高尾水位以下部位），陡坡壩段與基礎(chǔ)接觸面，壩體內(nèi)廊道和孔洞穿過橫縫處的周圍。上游面采用兩道止水金屬片，中間設(shè)一瀝青井，第一道止水片具上游壩面為1，第二道止水片下游設(shè)排水孔和檢查井，井中設(shè)有攀梯。溢流壩下游面用熱浸瀝青麻繩止水塞。止水片：第一道止水片采用金屬銅片，第二道止水片采用金屬銅片或橡膠。止水銅片采用1.5厚度。每一側(cè)埋入混凝土內(nèi)長度為20。止水銅片作成可伸縮的“”形。瀝青井：內(nèi)徑為20的圓形，井底埋入巖基內(nèi)。井內(nèi)設(shè)置加熱設(shè)備，以便當(dāng)瀝青收縮開裂或與井壁脫離開時可加熱恢復(fù)其流動性，提高止水性能。對于本樞紐，為滿足混凝土的澆筑能力和溫度控制的需要，沿壩軸線方向每隔20m設(shè)一橫縫。廠房壩段考慮機(jī)組間距取18m，上下游方向因壩段寬度較大，設(shè)兩道垂直縱縫，遇鋼管處，縱縫與鋼管軸線垂直。4.5壩體排水為了減小壩體的滲透壓力，在靠近壩的上游防滲層后面，沿壩軸線方向，布置一排豎向排水管。其中心線距離上游壩面(1/10～1/12)倍壩前水深，一般為2～5m。排水管間距2～3m，采用無砂混凝土預(yù)制管，管徑不小于110mm，一般取150～250mm。排水管的上部延伸至最高水位以上，下部直通廊道，豎直布置，不宜有彎頭。壩基排水目的：通過排除滲水降低壩基底面的滲透壓力。壩基排水范圍：基礎(chǔ)排水一般設(shè)一排主排水孔。對于地址條件良好的基礎(chǔ)應(yīng)充分利用排水作用，除設(shè)主排水孔外，高壩可設(shè)置輔助排水孔2～3排，中壩可設(shè)置輔助排水孔1～2排。排水孔的位置及方向：防滲帷幕下游設(shè)置主排水孔，輔助排水孔可設(shè)置在基礎(chǔ)縱向排水廊道內(nèi)。在壩基面上，主排水孔與帷幕灌漿孔的距離不宜小于2m。主排水方向一般向下游傾斜，與帷幕的夾角為10o～15對于本工程，為減小壩體內(nèi)的滲透壓力，在距上游面5m設(shè)一排壩體排水管，與上游面平行布置，排水管與各層廊道內(nèi)的排水溝相連，滲水經(jīng)排水管流至排水溝，再由排水溝流至集水井排走。排水管間距3m，多孔混凝土管內(nèi)徑為15cm。由于的存在，不設(shè)置壩基排水廊道。

5地基處理天然地基常存在著不同程度的缺陷，必須經(jīng)過處理才可作為基礎(chǔ)。常用的處理方法有：開挖與清理、加固處理、壩基帷幕灌漿、基礎(chǔ)排水等方法。5.1地基開挖與清理高壩需修建在新鮮巖面上，故將覆蓋層全部開挖，左岸覆蓋層厚度較薄，130m高程以下幾乎無覆蓋層，130m高層以上逐漸加厚。壩基開挖量主要集中在右岸，45m高程以上覆蓋層厚約10m左右，故全部挖除。為提高壩體的測向穩(wěn)定性，沿岸坡開挖成臺階狀。參照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》DL5018-1999基礎(chǔ)開挖的深度應(yīng)根據(jù)壩基應(yīng)力、巖石強(qiáng)度及整體性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對地基的要求和加固處理的效果、工期和費(fèi)用等研究而定。因為壩高小于50m，可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上。以上部分全部清除。在本設(shè)計中，順河流方向開挖成略向上游傾斜的鋸齒狀（一般坡度1：8-1：10，長4m、坡度1：0.5～1：1，長0.5m），具體擬定如圖5-1所示，鋸齒狀坡度取為1:8，長4m。圖5-1\o"壩基帷幕灌漿斷面"地基示意圖5.2壩基的帷幕灌漿帷幕灌漿的目的：降低壩底的滲透壓力，減少繞壩滲透，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生滲透破壞，使幕后的壩基面滲透壓力降至允許值以內(nèi)。灌漿的材料：一般采用水泥漿，必要時也可采用化學(xué)漿。位置：應(yīng)在靠近上游壩面的壩軸線附近，自河床向兩岸延伸。鉆孔和灌漿常在基礎(chǔ)廊道內(nèi)，靠近兩岸可在壩頂或平洞內(nèi)進(jìn)行。帷幕灌漿鉆孔的方向：原則上應(yīng)盡量穿過最多的裂隙和巖層層面。一般向上游傾斜的角度為0o～10本工程為減小滲透壓力對壩體穩(wěn)定的影響，減小揚(yáng)壓力，在灌漿廊道設(shè)一排帷幕帷幕灌漿是為了降低壩底的滲透壓力，提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的透水性，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生滲透破壞。參照《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，在本設(shè)計中：幕灌漿的范圍是河床及兩岸。灌漿的材料一般用水泥漿，必要時也可用化學(xué)漿。帷幕灌漿鉆孔的方向鉛直。對中、小型工程，帷幕灌漿的深度可按照下式估算：h=H/3+15m（h為帷幕深度，H為壩高）。對于中壩，帷幕的排數(shù)可采用一