水工建筑物重力壩課程設(shè)計(jì)354

1、1 工程總體布置工程等別及建筑物級(jí)別根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000），確定工程規(guī)模、工程等別、防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。灌溉農(nóng)田在50萬(wàn)畝以上，屬于等中型工程。發(fā)電在20萬(wàn)千瓦。根據(jù)規(guī)范，按各指標(biāo)中最高等級(jí)確定工程等別：綜合取水庫(kù)工程等級(jí)為等中型工程。根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）中“水庫(kù)大壩提級(jí)指標(biāo)”表中的規(guī)定，混凝土和漿砌石重力壩大壩高度超過了100m，按提高一級(jí)的規(guī)定，大壩的建筑物級(jí)別提高為1 級(jí)。其余永久性水工建筑物中的主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物為2 級(jí)，而洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高。2 非溢流壩壩體設(shè)計(jì)2.1 剖面擬定2.1.1 剖面

2、設(shè)計(jì)原則1、設(shè)計(jì)斷面要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；2、力求剖面較??；3、外形輪廓簡(jiǎn)單；4、工程量小，運(yùn)用方便，便于施工。2.1.2 擬定基本剖面重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力三項(xiàng)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，如圖31，在已知壩高H、水壓力P、抗剪強(qiáng)度參數(shù)f、c 和揚(yáng)壓力U 的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡坡率n=00.2，常做成鉛直或上鉛直下部?jī)A向上游；下游壩坡坡率m=0.60.8；底寬約為壩高的0.70.9 倍。圖3-1 重力壩的基本剖面圖示2.1.3 擬定實(shí)用剖

3、面一、確定壩頂高程1、超高值h 的計(jì)算（1）基本公式壩頂高程應(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，防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差h，可由式（3-1）計(jì)算。h = h1% + hz + hc （3-1）h防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；H1% 累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度，m；hz 波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；hc 安全加高，按表31 采用,對(duì)于級(jí)工程，設(shè)計(jì)情況hc0.4m，校核情況hc0.3m。表21 壩的安全加高h(yuǎn)c運(yùn)用情況壩的級(jí)別1 2 3設(shè)計(jì)情況（ 基本情況）0. 70. 50. 4校核情況（ 特殊情況）0. 50. 40. 3下面按

4、官?gòu)d公式計(jì)算h1% ， hz。（適用于V0小于m/s，小于km的峽谷水庫(kù)）V0 為計(jì)算風(fēng)速，m/s，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，采用的最大風(fēng)速m/s，西北偏西；校核洪水位時(shí)，采用多年平均最大風(fēng)速m/s。D 為吹程，km，按回水長(zhǎng)度計(jì)算：正常蓄水位時(shí)回水長(zhǎng)度為4.5km，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)回水長(zhǎng)度為4km，校核洪水位時(shí)回水長(zhǎng)度為4km。波高h(yuǎn)l，當(dāng)gD/V02=20250 時(shí)，為累計(jì)頻率5%的波高h(yuǎn)5%；當(dāng)gD/V02=2501000 時(shí)，為累計(jì)頻率10%的波高h(yuǎn)10%。規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計(jì)頻率為1%時(shí)的波高，對(duì)應(yīng)于5%波高，應(yīng)乘以1.24；對(duì)應(yīng)于10%波高，應(yīng)

5、乘以1.41。首先計(jì)算波浪高度hl 和波浪長(zhǎng)度L 和波浪中心線超出靜水面的高度hz。（1）設(shè)計(jì)洪水位時(shí)h 計(jì)算風(fēng)速采用的風(fēng)速217m/s，吹程D=4.5km。波浪三要素計(jì)算如下：波高h(yuǎn)l=0.0166 V05/4 D1/3=0.0166×175/4×4.51/3=0.95m波長(zhǎng)L=10.4(h1)0.8 =10.4×0.950.8=9.98m壅高h(yuǎn)z=hl2/L=3.14×0.952/9.98=0.28mgD/V02=9.8×4500/172=152.60<250；h1%=1.24h5%=1.24×0.95=1.18m ； hz

6、 = 0.28m ； hc = 0.7mh = h1% + hz + hc=1.18+0.28+0.7=2.16m（2）校核洪水位時(shí)h 計(jì)算風(fēng)速采用多年平均風(fēng)速12m/s，D=4km。波浪三要素計(jì)算如下：波高h(yuǎn)l=0.0166 V05/4 D1/3=0.0166×125/4×41/3=0.59m波長(zhǎng)L=10.4(h1)0.8 =10.4×0.590.8=6.86m壅高h(yuǎn)z=hl2/L=3.14×0.592/6.86m=0.16mgD/V02=9.8×4000/122=272.22>250；h1%=1.41h10%=1.41×0.

7、59=0.83m ； hz = 0.16m ； hc = 0.5mh = h1% + hz + hc=0.83+0.16+0.5=1.49m2、壩頂高程計(jì)算壩頂高程按式（3-5）計(jì)算，并選用其中較大值壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+h 設(shè)壩頂高程=校核洪水位+h 校 （3-5）根據(jù)以上兩種水位時(shí)h 計(jì)算結(jié)果，得出兩種狀況下壩頂高程。（1） 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的壩頂高程：壩頂=設(shè)計(jì)洪水位+h=186.60+2.16 =188.76m（2）校核洪水位時(shí)的壩頂高程：壩頂=校核洪水位+h=189.60+1.49=191.09m為保證大壩的安全運(yùn)行，應(yīng)該選用其中的較大值壩頂191.09m，且壩頂高程要高于校核洪水位，所

8、以取壩頂高程為191.09m。2.2、確定壩基高程河床高程100m，校核洪水位為191.09m，地基開挖時(shí)河床上的大塊石、卵石必須清除5-6 m，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(shí)，可建在新鮮下部基巖上，故挖6m。壩基為花崗斑巖，風(fēng)化較淺，巖性均一新鮮完整堅(jiān)硬。壩址的地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造，緩傾角節(jié)理延伸短，整體滑動(dòng)可能性小。但傾角節(jié)理較發(fā)育，以節(jié)理構(gòu)造為主，應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)開挖予以挖除7m。通過立式圖上確定的壩基開挖線定出建基面最低開挖高程為87m，因此，最大壩高為104m，屬于高壩。2.3、擬定壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置、運(yùn)行、檢修、施工和交通等

9、需要確定并應(yīng)滿足抗震，特大洪水時(shí)維護(hù)等要求。因無(wú)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。按壩高的10%計(jì)算，即為10.4米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護(hù)欄、排水溝槽及兩邊人行道等，取壩頂寬為12m，以滿足大壩維修作業(yè)通行需要。2.4、擬定剖面尺寸根據(jù)規(guī)范SL319-2005規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點(diǎn)宜在壩頂附近?；緮嗝嫔喜吭O(shè)壩頂結(jié)構(gòu)。壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。實(shí)體重力壩上游壩坡宜采用1010.2，壩坡采用折面時(shí)，折坡點(diǎn)高程應(yīng)結(jié)合電站進(jìn)水口、泄水孔等布置，以及下游壩坡優(yōu)選確定。下游壩坡可采用一個(gè)或幾個(gè)坡度

10、，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求并結(jié)合上游壩坡同時(shí)選定。下游壩坡宜采用10.610.8；對(duì)橫縫設(shè)有鍵槽進(jìn)行灌漿的整體式重力壩，可考慮相鄰壩段聯(lián)合受力的作用選擇壩坡。擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長(zhǎng)線與上游壩面相交于最高庫(kù)水位處，為了便于布置進(jìn)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(jì)采用上游壩面上部鉛直，下部?jī)A斜的形式。該形式為實(shí)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(yàn)。上游設(shè)置成折面可利用淤沙增加壩體自重，折點(diǎn)設(shè)置在淤沙水位以上，由資料可知，淤沙高程為115m，由于死水位為164m，折點(diǎn)取在高程為151m 的位置。通過最優(yōu)方案的比較，上游壩坡取1：0.

11、18，下游壩坡取1：0.7。2.5、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104m，通過已經(jīng)確定的上下游壩坡坡率，最終確定壩底寬度B=12+73=85m。2.6、基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定高、中壩內(nèi)必須設(shè)置基礎(chǔ)灌漿廊道，兼作灌漿、排水和檢查之用?；A(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機(jī)具尺寸即工作要求確定，一般寬為2.53m，高為34m，為了保證完成其功能且可以自由通行，本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×3.5m，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，本次設(shè)計(jì)取8m，為滿足壓

12、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。3. 荷載計(jì)算及其組合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(yáng)壓力、地震荷載等，常取1壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類。基本組合屬于設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進(jìn)行計(jì)算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。本次設(shè)計(jì)考慮的基本荷載組合為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位；特殊組合為校核洪水位和地震情況，它們分別考慮的荷載如表3-1 所示。表3-1 荷載組合荷載組合主

13、要考慮情況荷載自重靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力浪壓力地震荷載動(dòng)水壓力土壓力基本組合（1）正常蓄水位情況（2）設(shè)計(jì)洪水位情況特殊組合（1）校核洪水位情況（2）地震情況注：1.應(yīng)根據(jù)各種作用同時(shí)發(fā)生的實(shí)際可能性，選擇計(jì)算中的最不利的組合；2.分期施工的壩應(yīng)按相應(yīng)的荷載組合分期進(jìn)行計(jì)算。3.施工期的情況應(yīng)作必要核算，作為特殊組合。4.根據(jù)地質(zhì)和其他條件，如考慮運(yùn)用時(shí)排水設(shè)備，易于堵塞，須經(jīng)常維修時(shí)，應(yīng)考慮排水失效的情況，作為特殊組合。5.地震情況的靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力按正常蓄水位計(jì)算。6.表中的“+”表示應(yīng)考慮的荷載。（1）自重W壩體自重的計(jì)算公式： W =V c （kN） （3-6）式中 V壩體體積

14、，3；由于取1壩長(zhǎng)，可以用斷面面積代替 c 壩體混凝土的重度（本設(shè)計(jì)中混凝土的重度為24kN/m3）四種情況下自重相同。W11=24×0.5×64×12=9216kNW12=24×12×104=29952kNW13=24×0.5×61×88.86=76089.36kNW1=W11+W12+W13=115257.36kN（2）靜水壓力P靜水壓力是作用在上下游壩面的主要荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力PV 兩種。計(jì)算各種情況下的上下游水深：根據(jù)水力學(xué)公式式中： 根據(jù)相關(guān)規(guī)范，C=1，m=0.49，1=1，

15、s=1；溢流壩寬度10m，B=10m；表3-2 不同情況下上下游水深特征水位上游水深H1 （m）下游水深H2（m）上下游水位差H(m)正常蓄水位184.25103.580.75設(shè)計(jì)洪水位186.64114.1572.49校核洪水位189.60115.5074.1計(jì)算各種情況下靜水壓力：水平水壓力PH 計(jì)算公式為： （3-8）式中： 計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭，；w 水的重度，常取9.81 kN3；垂直水壓力PV 按水重計(jì)算。a.正常蓄水位：上游水平水壓力：PH1=Pu=1/2×9.81×97.25×97.25=46389.34kN （）下游水平水壓力：PH2=Pd=1/2

16、×9.81×16.5×16.5=1335.39kN （）上游垂直水壓力：PV1=W2=9.81×12×33.25=3914.19kN PV2=W2” =9.81×1/2×12×64=3767.04kN下游垂直水壓力：PV3=W3=9.81×1/2×16.5×16.5×0.7=934.77kNb.設(shè)計(jì)洪水位：上游水平水壓力：PH1=Pu=1/2×9.81×99.64×99.64=48697.46kN （）下游水平水壓力：PH2=Pd=1/2

17、5;9.81×27.15×27.15=3615.59kN （）上游垂直水壓力：PV1=W2=9.81×35.64×12=4195.54kNPV2=W2”=9.81×1/2×12×64=3767.04kN下游垂直水壓力：PV3=W3=9.81×1/2×27.15×19.01=2531.58kNc.校核洪水位：上游水平水壓力：PH1=Pu=1/2×9.81×102.6×102.6=51633.76kN （）下游水平水壓力：PH2=Pd=1/2×9.81

18、5;28.5×28.5=3984.09kN （）上游垂直水壓力：PV1=W2=9.81×12×38.6=4543.99kNPV2=W2”=9.81×1/2×12×64=3767.04kN下游垂直水壓力：PV3=W3=9.81×1/2×28.5×19.95=2788.86kN (3) 揚(yáng)壓力U根據(jù)規(guī)范，排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)：=0.25,將揚(yáng)壓力分成四部分，U1，U2，U3，U4。a.正常蓄水位：U1=1/2×12×（1-0.25）×80.75×9.81=3564.71

19、kNU2=9.81×0.25×80.75×12=2376.47kNU3=1/2×9.81×0.25×80.75×73=7228.44kNU4=9.81×85×16.5=13758.53kNU=U1+U2+U3+U4=226928.15kNb.設(shè)計(jì)洪水位：U1=1/2×12×（1-0.25）×72.49×9.81=3200.07kNU2=9.81×0.25×72.49×12=2133.38kNU3=1/2×9.81×0

20、.25×72.49×73=6489.03kNU4=9.81×85×28.5=23764.73kNU=U1+U2+U3+U4=34461.51kNc.校核洪水位：U1=1/2×12×（1-0.25）×74.1×9.81=3205.9kNU2=9.81×0.25×74.1×12=2180.76kNU3=1/2×9.81×0.25×74.1×73=6633.15kNU4=9.81×28.5×85=23764.73kNU=U1+U2+

21、U3+U4=35849.78kN地震情況按正常蓄水位計(jì)算。（4）泥沙壓力Ps一般計(jì)算年限取50100 年，水平泥沙壓力Ps 為：式中：sb泥沙的浮容重，kN/m3；hs 壩前淤沙厚度，；s 淤沙的內(nèi)摩擦角，( °)。浮容重為8.5kN/m3，,s=10°。水庫(kù)壩址處多年平均年固體徑流總量331萬(wàn)t百年水庫(kù)淤積高程115m。故泥沙壓力為Ps=1/2×8.5×28×28×tan2（45°- 5°）=2346.02kN（5）浪壓力1.基本數(shù)據(jù)表3-3 浪壓力計(jì)算基本數(shù)據(jù)表正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位計(jì)算風(fēng)速V0(m/s

22、)171712有效吹程D(m)450040004000重力加速度g(m/s2)9.819.819.81水位高程(m)184.25186.64189.60壩基高程(m)878787安全超高h(yuǎn)c(m)0.70.70.5迎水面深度H(m)97.2599.64102.62.波浪要素計(jì)算及波態(tài)判別根據(jù)規(guī)范SL319-2005，波浪要素按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算（適用于V0<20m/s 及D<20km）：h 當(dāng)gD/V02=20250 時(shí)，為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%；當(dāng)gD/V02=2501000 時(shí)，為累積頻率10%的波高h(yuǎn)10%Lm 平均波長(zhǎng)（m）；波浪中心線至水庫(kù)靜水位的高度hz 按下式計(jì)算：平

23、均波長(zhǎng)按下式計(jì)算：a.正常蓄水位：Lm =0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g=0.331×17-1/2.15 (9.8×4500/172) 1/3.75×172/9.8=9.99mhl =0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g=0.0076×17-1/12(9.8×4500/172)1/3×172/9.8=0.945mh1%=1.24×h5%=1.17mhz=3.14×1.172/9.99=0.431m因H>Lm /2，屬于深水波。b

24、.設(shè)計(jì)洪水位：Lm=0.331×17-1/2.15(9.8×4000/172)1/3.75×172/9.8=9.99mh1%=1.178mhz=0.28m因H>Lm /2，屬于深水波。c.校核洪水位Lm=0.331×12-1/2.15(9.8×4000/122)1/3.75×122/9.8=6.82mh1%=0.83mhz=0.16m因H>Lm /2，屬于深水波。3.波浪壓力計(jì)算各種情況均按深水波計(jì)算浪壓力，浪壓力計(jì)算公式為a.正常蓄水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=9.8×9.99×（1.172+

25、0.431）/4=39.27kNb.設(shè)計(jì)洪水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=9.8×9.99×（1.178+0.28）/4=35.72kNc.校核洪水位：Pl=Lm(h1%+hz)/4=9.8×6.82×（0.83+0.16）/4=16.56kN地震情況按正常蓄水位計(jì)算。（6）地震荷載工程區(qū)地震烈度為7 度，設(shè)計(jì)時(shí)考慮水平向地震慣性力代表值Fi，按式（3-15）計(jì)算 當(dāng)設(shè)計(jì)烈度為7 度時(shí)，h 取0.1g，一般取0.25，i 為質(zhì)點(diǎn)i 的動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，按式（3-16）計(jì)算地震時(shí)，壩前、壩后的水也隨著震動(dòng)，形成作用在壩面上的激蕩力。在水平地震作用下，單位

26、寬度上的總地震動(dòng)水壓力F0 為F0=86.56/90×0.65×0.1×9.8×0.25×1.0×99.642=1520.62kN（7） 其它荷載冰壓力、土壓力應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定。溫度荷載一般可以采取措施來(lái)消除，穩(wěn)定和應(yīng)力分時(shí)可以不計(jì)入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可以忽略不計(jì)。3.3 穩(wěn)定分析重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算?？够€(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?？够€(wěn)定計(jì)算時(shí)取單寬作為計(jì)算單元。正常蓄水位情況和地震情況按單一安全

27、系數(shù)法驗(yàn)算，設(shè)計(jì)洪水位情況和校核洪水位情況按承 載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算。 圖為壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖1.單一安全系數(shù)法：因壩體混凝土與基巖接觸良好，本次設(shè)計(jì)單一安全系數(shù)法采用抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行穩(wěn)定分析，計(jì)算公式如下：式中：K 按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)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=0.75；c 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa，c=500KPa；A 壩基接觸面截面積，m2。W 作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值，kN；P 作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值，kN；按抗剪斷強(qiáng)度公式（3-18）計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K值應(yīng)不小于

28、表3-6的規(guī)定。表3-4 壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K荷載組合K基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3（1）基本組合a.正常蓄水位單一安全系數(shù)法：KS=0.75×72708.91+500×85/47439.24=2.43<3.0不滿足規(guī)范要求。b.設(shè)計(jì)洪水位：?jiǎn)我话踩禂?shù)法：KS=0.75×68467.39+500×85/47463.61=2.33<2.5不滿足規(guī)范要求。b.校核洪水位：?jiǎn)我话踩禂?shù)法：KS=0.75×67880.63+500×85/50012.25=2.21<2.5不滿足規(guī)范要求。采取措施1.

29、利用水重 將壩的上游面向上游傾斜，利用壩面的水重來(lái)提高壩的穩(wěn)定性。2. 采用有利的開挖輪廓線 開挖地基時(shí)利用沿免得自然坡度，使壩基傾向上游。有時(shí)將壩址高程降低，使壩基面傾向上游。3. 設(shè)置齒墻。4. 預(yù)應(yīng)力 采用深孔錨固高強(qiáng)度鋼索，并施加預(yù)應(yīng)力，可增加壩體穩(wěn)定性。4 應(yīng)力分析用材料力學(xué)法計(jì)算邊緣應(yīng)力。在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)采用材料力學(xué)法分析壩體應(yīng)力時(shí)，SL 319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)如下（本次設(shè)計(jì)只考慮運(yùn)用期）。重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：運(yùn)用期1） 在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩

30、踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力；2） 在地震荷載作用下，壩踵、壩趾的垂直應(yīng)力應(yīng)符合水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 203-97）的要求；重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)符合下列要求： 運(yùn)用期1） 壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）。2） 壩體最大主壓應(yīng)力，應(yīng)不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值。3） 在地震情況下，壩體上游面的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 203-97）的要求。同樣采用單一安全系數(shù)法和分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式對(duì)四種情況分別分析水平截面上的正應(yīng)力。單一安全系數(shù)法：因?yàn)榧俣▂ 按直線分布，所以按偏心受壓公式計(jì)算上、下游的邊緣應(yīng)力yu和yd 。W作用于計(jì)算截

31、面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；M作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；B計(jì)算截面的長(zhǎng)度，m。壩體最大主應(yīng)力按下游邊緣最大主應(yīng)力計(jì)算：正常蓄水=123873.36/85+6×(-820200)/852=776.2kN>0壩踵鉛直應(yīng)力沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 =123873.36/85-6×(-820214)/852=2138.46kN壩趾鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 =(1+0.49)×2138.46=3186.31 kN設(shè)計(jì)洪水=125751.52/85+6×(-82021

32、4)/852=798.28kN>0壩踵鉛直應(yīng)力沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 =12571.52/85-6×(-820214)/852=2160.58kN壩趾鉛直應(yīng)力小于壩基容許壓應(yīng)力，符合規(guī)范要求。 =(1+0.49)×2160.58=3219.26kN小于混凝土的容許壓應(yīng)力。校核洪水位偶然狀況，只需采用承載能力極限狀態(tài)法判別大壩是否滿足強(qiáng)度要求。（1）計(jì)算作用效應(yīng)函數(shù)=126357.25/85-6×(-1016450.82)/852×(1+0.49)=3472.7 kN滿足強(qiáng)度要求。地震情況=125751.52/85+6×(-8202

33、14)/852=798.28kN=12571.52/85-6×(-820214)/852=2160.58kN地震荷載作用下，鉛直應(yīng)力符合SL 203-97水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。經(jīng)計(jì)算初擬的方案滿足應(yīng)力和穩(wěn)定的要求，且其折點(diǎn)處的應(yīng)力和穩(wěn)定也均滿足要求，初步符合要求。5 消能防沖設(shè)計(jì)水工建筑物及混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范可知消能的設(shè)計(jì)原則是：1）盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上；2）不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；3）下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其它建筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，工程量小。確定消能形式（1）挑流消能:挑流消能是

34、利用鼻坎將下泄的高速水流向空中拋射,使水流擴(kuò)散,并摻入大量空氣，然后跌入下游河床水墊后,形成強(qiáng)烈的旋滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深，水墊愈來(lái)愈厚,大部分能量消耗在水滾的摩擦中, 沖坑逐漸趨于穩(wěn)定.挑流消能的工程量小、投資省,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢修施工方便.但下游局部沖刷不可避免,一般適用于巖基比較堅(jiān)固的高壩或中壩。（2）底流式消能:底流消能是在壩址下游設(shè)消力池,消力坎等,促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍,通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量.底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好,對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)及水流霧化等優(yōu)點(diǎn)。 但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能適應(yīng)于中低壩或基巖較軟弱的河道

35、,高壩采用底流消能需經(jīng)論證。（3）面流式消能:面流消能是在溢流壩下游面設(shè)低于下游水位、挑角不大的鼻坎，將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動(dòng)方向指向壩址，并使主流沿下游水面逐步擴(kuò)散，減小對(duì)河床的沖刷，達(dá)到消能防沖的目的。面流消能適用與水頭較小的中、低壩，要求下游水位穩(wěn)定，尾水較深，河道順直，河床和河岸在一定范圍內(nèi)有較高抗沖能力，可排漂和排冰。面流消能雖不需要做護(hù)坦，但因?yàn)楦咚偎髟诒砻?，并伴隨著強(qiáng)烈的波動(dòng)，流態(tài)復(fù)雜，使下游在很長(zhǎng)距離內(nèi)水流不平穩(wěn)，可能影響電站的運(yùn)行和下游航運(yùn)，且宜沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護(hù)措施。（4）最終確定消能型式分析比較以上消能工的優(yōu)

36、缺點(diǎn)，考慮到本次設(shè)計(jì)的重力壩屬于高壩，下游地質(zhì)條件比較好的情況，決定選用挑流消能。6 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)6.1 壩頂構(gòu)造壩頂路面應(yīng)具有23的橫向坡度，并設(shè)置砼排水溝(30×30cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（寬0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而上下游側(cè)則可設(shè)防護(hù)欄，為滿足運(yùn)用要求和交通要求，設(shè)置公路，在壩頂上布置照明設(shè)施，即在上游側(cè)每隔30m 設(shè)一對(duì)照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫(kù)方向。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測(cè)和維修人員快速進(jìn)出。

37、6.2 分縫止水一、壩體分縫1、橫縫：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求；2、縱縫：適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，在平行壩軸線方向設(shè)置。一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時(shí)縫，垂直壩軸線，用于將壩體分成為若干獨(dú)立的壩段；縱縫為臨時(shí)縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫三種，縱縫縫面應(yīng)設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應(yīng)力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，為了灌漿時(shí)不使?jié){液從峰內(nèi)流出，必須在縫的四周設(shè)止?jié){片。3、水平施工縫：是上、下層澆筑塊之間的接合面。澆筑塊厚度一般為1.54.0m；在靠近基巖面附近用0.751.0m 的薄層澆筑，以利于散熱，減少溫升，防止開裂。二、止水

38、設(shè)計(jì)橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對(duì)于高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間設(shè)瀝青井，金屬片止水一般采用1.01.6mm 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，一般為0.52.0m（本設(shè)計(jì)采用1.0m），每側(cè)埋入砼的長(zhǎng)度約為2025cm（本設(shè)計(jì)采用25cm），在止水片的安裝時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計(jì)采用方形），其一側(cè)可用預(yù)制砼塊，預(yù)制塊長(zhǎng)1.01.5m，厚510cm（本設(shè)計(jì)采用1m×10cm），瀝青井尺寸大致為15cm15cm 至25cm25cm（本設(shè)計(jì)采用20cm×20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號(hào)或三號(hào)是由瀝青，水

39、泥和石棉粒組成，井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備（通常采用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設(shè)置瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為1520cm。止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約3050cm，井內(nèi)填滿瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。圖6-1 止水設(shè)計(jì)1第一道止水銅片；2瀝青井；3第二道止水銅片；4預(yù)制塊；5橫縫6瀝青油氈；7加熱電極6.3 壩體排水壩體排水為了減小滲水對(duì)壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕，排水管應(yīng)通至縱向排水管道，其上部應(yīng)通至上層廊道或壩頂（溢流面以下），以便于檢修管距可采用采用3m，排水管幕距上游

40、壩面的距離，一段要求不小于壩前水深的1/101/12，且不少于2m，（1/101/12）（99.64102.6）=（8.3310.26）m故根據(jù)規(guī)定排水管設(shè)置在距上游面9m 處，以使?jié)B透坡降控制在允許范圍內(nèi)。排水管采用預(yù)制多孔混凝土管，內(nèi)徑可為15cm25cm（取20cm），隨著壩體混凝土的澆筑而加高。滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，沿積水溝或集水管經(jīng)橫向廊道的排水溝匯入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水溝斷面常用30cm×30cm，低坡3%，排水管施工時(shí)必須防止被混凝土的雜物等堵塞。排水管與廊道的連通采用直通式，如圖所示。6.4 廊道系統(tǒng)為了滿足施工運(yùn)用要求，如灌漿，排水

41、，觀測(cè)，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。1 壩基灌漿廊道帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×3.5m，形狀采用城門水洞型。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，本次設(shè)計(jì)取8m，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。灌漿廊道兼有排水作用，并在其上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)壩基排水孔幕，在靠近廊道最低處設(shè)置集水井，匯集從壩基和壩體的滲水，然后經(jīng)由水泵抽水排至下

42、游壩外。2 檢查及壩體排水廊道為了檢查巡視和排除滲水，常在靠近壩體上游面適當(dāng)高度方向每隔1530m設(shè)置檢查和排水廊道，設(shè)置3排，斷面形式多采用城門洞形，最小寬度為1.2m，最小高度為2.2m，距上游面的距離應(yīng)不少于0.050.07 倍水頭，且不小于3m,該重力壩選取7m，上游測(cè)設(shè)排水溝。各層廊道在左右兩岸應(yīng)各有一個(gè)出口，并用鉛直的井使各層廊道連通。排水廊道斷面尺寸統(tǒng)一擬定為2m×2.5m，城門洞形。7 地基處理設(shè)計(jì)天然地基，由于經(jīng)受長(zhǎng)期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時(shí)還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，地基處理的主要任?wù)是：（1）防滲；（2）

43、提高基巖的強(qiáng)度和整體性。7.1 清基開挖1 開挖原則地基開挖與清理的目的是使壩體坐落在穩(wěn)定、堅(jiān)固的地基上。開挖深度應(yīng)根據(jù)壩基應(yīng)力、巖石強(qiáng)度及完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求和地基加固處理的效果、工期和費(fèi)用等研究確定，原則上應(yīng)考慮技術(shù)加固處理后，在滿足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開挖。壩高超過100m 時(shí)，可建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部的基巖上。2 開挖設(shè)計(jì)靠近壩基面的緩傾角軟弱夾層應(yīng)盡可能清除。順河流流向的基巖面盡可能略向上傾斜，以增強(qiáng)壩體的抗滑穩(wěn)定性，基巖面應(yīng)避免有高低懸殊的突變，以避免造成壩體內(nèi)應(yīng)力集中。在壩踵和壩址處可開挖齒坎以利穩(wěn)定。采用爆破開挖時(shí)應(yīng)避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙張開?；鶐r開挖到最后0.51.0m，應(yīng)采用受風(fēng)鉆鉆孔，小藥量爆破；遇有宜風(fēng)化的頁(yè)巖、粘土巖等，應(yīng)留0.20.3m 的保護(hù)巖層，待到澆筑混凝土前再挖除。對(duì)岸坡壩段，在平行壩軸線方向宜開挖成臺(tái)階狀，但須避免尖角。3 壩基清理基巖開挖后，在澆灌混凝土前，需要進(jìn)行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動(dòng)的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。7.2 壩基加固固結(jié)灌漿孔一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。采用淺孔低壓灌注法灌入水泥