某河水庫混凝土雙曲拱壩體型設(shè)計(jì)的合理布置.doc

11.設(shè)計(jì)的任務(wù)某河水庫混凝土雙曲拱壩體型設(shè)計(jì)的合理布置2.設(shè)計(jì)的內(nèi)容1選擇拱壩的布置型式。2進(jìn)行壩體平面布置及斷面初選。3通過拱冠梁法對(duì)壩體應(yīng)力及壩肩穩(wěn)定進(jìn)行分析計(jì)算。4通過消能計(jì)算評(píng)價(jià)所選定的消能防沖措施的安全可靠性。5通過設(shè)計(jì)成果分析，對(duì)所選定的拱壩體型布置提出評(píng)價(jià)或修改意見3.工程概況3.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本水庫總庫容2.1千萬方。灌溉2萬畝，電站裝機(jī)1萬千瓦3.2壩址地形地質(zhì)條件1壩址區(qū)峽谷呈“V”型，兩岸谷坡陡削，高程300米以下較為對(duì)稱，坡角4050度。唯右岸自高程300米以上地形轉(zhuǎn)緩變?yōu)?530度。兩岸附近山高均超出400米高程以上河谷底寬11米高程260米，左岸受沖溝切割后山脊較為單薄。2河床和岸坡有大片基巖課露，距河床高47米范圍內(nèi)形成巖石陡壁。以上為第四紀(jì)殘、坡積的砂壤覆蓋層。厚度左岸25米，右岸35米，壩址區(qū)基巖一般風(fēng)化不深，劇風(fēng)化垂直深度，左岸為36米，右岸為48米，河床為03米，微風(fēng)化或新鮮基巖距地表深度，在320米高程以下：兩岸為1020米，河床為4米左右。壩址區(qū)巖性為堅(jiān)硬致密的花崗巖，較為新鮮完整的物理力學(xué)指標(biāo)甚高，抗壓強(qiáng)度1500kgcm2，巖石容重26KNm3?；瑒?dòng)面上巖石之間的摩擦系數(shù)f0.65、粘著力c2kgcm2?；鶐r彈性模量Ef（14）105kgcm2。泊松比0.2，壩體混凝土基巖摩擦系數(shù)f0.65。兩岸基巖無成組有規(guī)律的節(jié)理裂隙存在，主要受F1、F3、F5斷裂切割影響。F1斷裂切割右岸壩肩，其底板高程在314米，頂?shù)讕r層破碎?？坑野对?14米高程以上壩肩穩(wěn)定須予重視。F3、F5斷裂在較接近拱壩壩后通過，在拱座推力作用下，將產(chǎn)生壓縮變形因此在拱座推力作用范圍內(nèi)必須給予工程上的處理。3巖層抗沖刷條件：泄洪建筑物下游高速水流沿程河床和岸坡，基巖基本裸露、巖性堅(jiān)硬，抗沖刷力強(qiáng)，大部不須抗沖處理，但在靠近壩體部分的岸坡段對(duì)斷裂2破碎帶等出露地帶必須封閉固結(jié)，適當(dāng)擴(kuò)大表層固結(jié)灌漿。4區(qū)域地震條件；本區(qū)地震基本裂度為六度。3.3特征水位經(jīng)水庫規(guī)劃計(jì)算結(jié)果、壩址上、下游特征水位如下：P0.2%校核洪水位319m，相應(yīng)尾水位270.5m。P2%設(shè)計(jì)洪水位316.8。相應(yīng)尾水位269m。正常高水位316m死水位298m淤砂高程283m。壩頂溢流堰堰頂高程310.2m壩頂高程320m3.4荷載及荷載組合荷載應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行分析，決定計(jì)算內(nèi)容、荷載組合根據(jù)實(shí)際情況分析選取二種控制性的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。有關(guān)荷載資料及設(shè)計(jì)系數(shù)如下，未經(jīng)列出者由設(shè)計(jì)人自行擬定。1壩體自重，混凝土容重24KNm3。2上游砂壓力，泥砂干容重g14KNm3，空隙率n04，淤砂內(nèi)摩擦角16o。3溫度荷載：均勻溫度變化t；按經(jīng)驗(yàn)公式估算度）(39.3471Tt4混凝土線膨脹系數(shù)1105（1/oC）。5混凝土彈性模量Eh=1.85105kgcm2（C10砼）。4.拱壩的設(shè)計(jì)4.1工程等級(jí)的確定已知設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本水庫總庫容2.1千萬方。灌溉2萬畝，電站裝機(jī)1萬千瓦。根據(jù)水利部、能源部頒布的水利水電工程的分等級(jí)指標(biāo)，將水利水電工程根據(jù)其工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分為五等，見表3水利水電工程分等指標(biāo)根據(jù)已知的工程概況，查上表，所以可以確定該工程等別為III級(jí)，工程規(guī)模為中型。水利水電工程中的永久性水工建筑物和臨時(shí)建筑物，根據(jù)其所屬的工程等別及其在工程中的作用和重要性劃分為五級(jí)和三級(jí)。見表永久性水工建筑物的級(jí)別由上面確定的工程等別為III級(jí)，查表根據(jù)永久性水工建筑物的級(jí)別劃分可得主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)4.2拱壩形式的選擇與壩高的確定4.2.1拱壩形式的選擇合理的拱圈型式應(yīng)當(dāng)是壓力線接近拱軸線，使拱截面內(nèi)的壓應(yīng)力分布趨于均勻。對(duì)于建在較寬河谷中的拱壩，為了使拱圈中間部分接近與均勻受壓，并改善壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定條件，拱圈型式已由單心圓拱、三心圓拱、橢圓拱、拋物線拱、和對(duì)數(shù)螺旋拱。本設(shè)計(jì)采用等截面圓弧拱圈，設(shè)計(jì)該拱壩為優(yōu)先考慮的雙曲拱壩4.2.2壩高確定已知壩體高程為320m，河谷高程為260m，河谷底部強(qiáng)分化層的厚度為3.59m，為滿足大壩底部應(yīng)力要求，將河谷底部開挖至256m，則可以確定大壩的高度為4mHHH64256320底頂，同時(shí)可以確定大壩的開挖線如圖：4.3擬定圓心角與壩軸線半徑軸R根據(jù)以上壩址地形圖和地質(zhì)剖面圖，量出在每個(gè)高程處地面線與開挖線之間的距離，由原來的壩址地形圖上的對(duì)應(yīng)的等高線沿著占孔線進(jìn)行平移，即可得出壩址可利用的基巖等高線，在透明紙上畫出地址可以利用的巖基石等高線地形圖，研究分析開挖后的河谷形狀，決定是否需要加以處理。擬定壩頂拱圈的圓心角為110，已知壩頂高程為320m，根據(jù)壩軸線與320m等高線的交點(diǎn)，在圖紙上量出cmL5.371，所以，可以算出cmLR5.226.01軸，因?yàn)閳D與實(shí)際的比例是1:500，所以，壩頂河谷寬mL5.1871壩軸線半徑mR5.112軸為使拱壩布置對(duì)稱于河谷，建議以頂拱圈園心與31壩高拱圈的園心聯(lián)線為基準(zhǔn)線來試探，在試探過程中要更多地照在2131壩高各拱環(huán)的對(duì)稱性。并盡可能使該部位能獲較優(yōu)的中心角和與兩岸等高線的夾角不小于35o。畫出拱壩布置圖，見A1大圖4.4初步擬定拱冠梁的剖面尺寸4.4.1壩頂寬度的擬定已知壩頂河谷寬mL5.1871，大壩的高度為mH645在選擇拱冠梁的頂部厚度時(shí)，應(yīng)考慮工程規(guī)模和有運(yùn)用要求，已知壩頂交通要求，有公路通過橋面寬6米根據(jù)美國墾務(wù)局建議公式：mmLHTC689.2)5.1872.164(01.0)2.1(01.01所以，大壩頂部的高程為6m.4.4.2壩底厚度與HT45.0的確定河谷的形狀特征常用壩頂高程出的河谷寬度L與最大壩高H的比值，即使寬高比HL/來表示。拱壩的厚薄程度，常以壩底最大厚度T和最大的壩高H的比值，即厚高比HT/來區(qū)分。L/H3.0-4.5T/H0.35已知壩頂河谷寬mL5.1871，大壩的高度為mH64，所以93.264/5.187/HL,所以大壩為中厚拱壩，35.02.0/HT，取25.0/HT，將mH64帶入計(jì)算，可以得，大壩的厚度為mHTB166425.025.0。所以，大壩的底部厚度為16m根據(jù)美國墾務(wù)局建議公式mTTBH2.151695.095.045.04.4.3凸點(diǎn)、凸度和倒懸度的計(jì)算對(duì)于雙曲拱壩，拱冠梁的上游面得曲線可用凸點(diǎn)與壩頂?shù)母卟?(100HZZ、凸度)/(22HDA和最大倒懸度S（BA、兩點(diǎn)間的水平距離與其高差的比）來描述。根據(jù)對(duì)我國的東風(fēng)、拉西瓦等11座拱壩的S、21值的敏感性的計(jì)算分析，得其合適的范圍是：3.015.0,2.015.0,7.06.021S。取65.01,所以可以得mHZ6.416465.010，所以凸點(diǎn)的位置為距離壩頂41.6m的位置。取凸度為mHDHDAA2.1164175.0,175.0/22所以6已知凸點(diǎn)距離壩頂?shù)母卟顬閙Z6.410，且壩高為64m，所以凸點(diǎn)距離把地點(diǎn)高差為mH4.226.4164，且HLS/，所以可取23.0S,結(jié)果得mSHL15.523.04.22根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，得如下剖面圖:擬定各高程拱圈的厚度，中心角，半徑及圓心位置。1、沿壩高每隔10米左右取一層拱圈，本設(shè)計(jì)全壩高可取56層拱圈。在河谷形狀寬突變處，要布置一個(gè)拱圈。2、為使各拱圈布置盡量接近對(duì)稱于河谷各拱圈的左右半中心角相差應(yīng)控制在3o以內(nèi)。3、為保證壩面在水平和鉛直方向都是光滑的，圓心的軌跡線宜是光滑的連續(xù)曲線并必須位于基準(zhǔn)面上（基準(zhǔn)面為穿過拱冠梁與拱壩軸線園心的鉛直面）。由以上原則確定其各拱圈布置如下圖示，大圖見A1圖74.5檢查調(diào)整1、在不同高程沿徑向（指該高程拱圈的徑向）切取若干垂直剖面檢查兩岸懸臂梁輪廓是否光滑連續(xù)是否有過大的倒懸度(不超過0.3)。直接在拱圈平面布置圖上量出各個(gè)的交點(diǎn)。右岸的切下的剖面如下圖所示：計(jì)算各個(gè)剖面下的倒懸度是否滿足要求，結(jié)果如下表：高程305295285275265256倒懸度0.0670.1250.170.1810.1980.199左岸的切下的剖面如下圖所示：8計(jì)算各個(gè)剖面下的倒懸度是否滿足要求，結(jié)果如下表：高程305295285275265256倒懸度0.0670.10.880.1490.160.204綜上，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，可以知道各個(gè)倒懸度都小于0.3，滿足要求，且切出的剖面懸臂梁輪廓光滑連續(xù)。2、將各層拱圈的半徑、中心角與圓心位置分別按高程點(diǎn)繪，各聯(lián)成曲線以檢查其是否平順光滑將各個(gè)拱圈的半徑、圓心角與拱圈高層的坐標(biāo)關(guān)系畫出，如下圖（具體情況見A1圖）分析后可以得出將各層拱圈的半徑、中心角與圓心位置分別按高程點(diǎn)繪，各聯(lián)成曲線檢查基本平順光滑，滿足要求。3、檢查壩底與基巖接觸面的輪廓線，基本達(dá)到了光滑連續(xù)，無突變。設(shè)計(jì)滿足要求。94、繪制沿拱軸線展開的縱剖面圖檢查沿河谷開挖表面的坡度是否連續(xù)均勻變化以求得到光滑的縱剖面展開圖。根據(jù)已知條件，畫出繪制沿拱軸線展開的縱剖面圖，如A1圖所示，經(jīng)過一些局部調(diào)整，基本滿足要求。5、經(jīng)過調(diào)整拱壩設(shè)計(jì)已符合基本要求，列出拱圈的幾何參數(shù)如下表：高程拱圈厚T圓心距Lc拱圈半徑拱圈中心角拱圈內(nèi)半徑拱圈外半徑平均半徑左右計(jì)算32060112.5118.5115.50555511030510.8528.4785.1195.9690.5445459029513.4645.768.3681.8275.094242842851560.8953.4768.4760.9740408027515.797439.7855.5747.6839387726515.8385.526.742.5334.623737742561694.514.0830.0822.083735725拱壩應(yīng)力分析5.1拱冠梁法電算壩體應(yīng)力電算可采用拱冠梁法程序計(jì)算各高程拱圈的拱冠與拱端應(yīng)力已知大壩的上下游的水位概況，如下表：設(shè)計(jì)工況