重力坝设计说明书

重力坝设计说明书
《水工建筑物》课程设计
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基本资料
一、基本情况
本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m，
坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。

水库死水位51.0m，死库容0.3亿m3，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位
84.72m、下游水位46.45m。

二、气候特征
1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km；
2、最大冻土层深度为125m；
3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。

三、工程地质条件
1、坝址地形地质
（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m；
（2）、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m 左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；
（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。

2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km 均可开采，储量足。

粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。

砂石料满足砼重力坝要求。

大坝设计
一、工程等级
本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。

根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。

枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。

二、坝型确定
坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。

本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝
为浆砌块石重力坝。

三、基本剖面的拟定
重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。

由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游
面为铅直。

四、坝高计算
按《重力坝设计规范》中有关规定，本水库坝顶高程＝波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高
（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算：
①风浪要素的计算
A、风速ω：本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速
23.0m/s ：
B、风区吹程长度D：风作用于水域的长度；
D设计=2600m，D校核=3000m。

②风浪爬高计算：采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪
爬高，计算得：h设计=2.05m，h校核=1.11m。

（2）浪高中心线高出静水位高度：h设计0=0.62m，h校核0=0.33m （3）安全加高值：A设计=0.5m，A校核=0.4m。

（4）坝体安全超高成果：设计坝顶高程=82.5+2.05+0.62+0.5=85.67m，校核坝顶高程=84.72+1.11+0.33+0.4=86.56m；
水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：防浪墙顶高程为86 .6m。

四、挡水坝段剖面的设计
1、坝顶高度确定
根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。

2、坝顶宽度
坝顶宽度B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.39m
为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。

结构计算
一、荷载及其组合
1、计算情况确定
荷载组合分二种
（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；
（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

二、挡水坝抗滑稳定分析计算
1、抗滑稳定计算
（一）荷载计算
1．荷载组合：
（1）基本荷载组合：
①坝体自重
②设计洪水位坝体上游静水压力
③设计洪水位扬压力
④设计洪水位泥沙压力
（2）特殊荷载组合：
①坝体自重
②校核洪水位上下游静水压力
③校核洪水位扬压力
④校核洪水位泥沙压力
2、抗滑稳定验算
1．按抗剪断公式计算
（Σf1W+C1A）
K1=
ΣP
K1——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数
f1——滑动面上的抗剪断摩擦系数
C——滑动面上的抗剪断凝聚力
A——滑动面截面积
ΣP——计算截面上的所有切向力
ΣW——作用于计算截面上的所有法向力
2．参数确定
按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为
C1=700Kpa f1=1.0
3.抗滑稳定计算见附表5
抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，
计算结果见下表。

稳定计算表
满足规范要求。

4.抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：γ0.φ.S(.)≤R(.)/γd
抗滑稳定验算
稳定验算表
满足规范要求。

三、挡水坝边缘应力分析与强度计算
3、应力分析
根据《砌石坝设计规范》SL25-91，实体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。

荷载组合分基本组合与特殊组合二种。

（1）基本组合（设计洪水位）应力计算
1．边缘应力计算
（1）坝基面Óy下计算
不计扬压力时：
ΣW 6ΣM 27768 6×571477
Óy下= - = + =2471Kpa T T2 43.29 43.292
计入扬压力：
ΣW 6ΣW 18758 6×332628
Óy下= - = + =1498Kpa T T2 43.29 43.292
（1）特殊组合（校核洪水位）应力计算
1．边缘应力计算
（2）坝基面Óy下计算
不计扬压力时：
ΣW 6ΣM 27826 6×541969
Óy下= - = + =2378Kpa T T2 43.29 43.292
计入扬压力：
ΣW 6ΣW 18310 6×290631
Óy下= - = + =1353Kpa T T2 43.29 43.292
(2)坝体边缘的主应力Ó上、Ó下计算
上游边缘按不计扬压力的情况计算，按下式计算
Ó上=Óy上（1+n2）-P上n2
Ó上——坝体上游边缘的主应力
Ó下——坝体上游边缘垂直正应力
n——坝体上游边坡
P上——上游坝面水压力强度（包括泥沙压力）
下游边缘按以下两种情况校核
不计扬压力时
Ó下=Óy下×(1+m2)-P下m2
3．坝内应力计算
将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。

原点在下游面，取X=0，10，20，30，40，43.29，各点计算。

（1） 水平截面上的垂直正应力Óy Óy =a+bx a=Óy 下=1042.5
Óy 上-Óy 下 156.8-1042.5
b= = = -18.986 T 43.29
(2) 水平正应力Óx ＝a 2+b 2x Óx 上＝P 上-( P 上-Óy 上)n 2 Óx 下＝P 下+(Óy 下- P 下)m 2
(3)剪应力τ=a 1+b 1x+c 1x 2 计算τ上，τ上 τ上=(p 上-6y 上)n τ下=y 下- p 下)m 计算a,b,c,
a=τ下=729.75
b=
⎪⎪
⎭⎫ ⎝⎛++-∑T p T 322下下ττ
c=
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑T P T 232下上ττ
(4)主应力
各点的主应力及其方向，按以下两式计算
2
2662661
2
τσσ+⎪⎭
⎫ ⎝⎛+±+=
Y X Y X 1
11266σστ
-=+=Φy X arctg arctg
上两式中16，26——第一第二主应力 Y X 6,6—垂直水平正应力 τ——剪应力
1Φ——第一主应力与水平夹角
设A=()X Y σσ+21 B=()X Y σσ-21 C=22τ+B
则C
A ±=1
2
σσ
细部构造设计
一、材料区分及标号选择
重力坝坝型为C15砼砌块石重力坝，坝基高程31.00米，坝顶高程84.90米，坝高53.90米，坝基垫层和防渗面板采用C20混凝土，要求抗渗标号W 8，坝体内采用C15混凝土砌毛石。

二、坝顶
重力坝坝顶迎水侧设钢筋砼防浪墙，背水侧及溢流坝坝顶交通桥上下游均设置安全栏杆，高度1.20m 。

路面设置双向排水，坡度1/200。

三、坝体防渗与排水
大坝上游侧设置C20砼防渗面板，厚度1.0m，底部与坝基砼齿墙连成一体。

面板设温度钢筋与固定钢筋。

砼防渗面板后设置一排竖向排水管，间距3.0m，内径0.2m；坝中设置一道横向排水管，内径0.3m。

四、坝体廊道系统
为进行帷幕灌浆、设置排水孔、排泄渗透积水、安装观测仪器、检查维修坝体等需要，在坝内设置廊道。

廊道离坝面16米以上，在河道段高程为47.00m，水平布置，在左右两岸由平行坝轴线方向沿地形向两岸抬高，廊道为直墙圆拱标准形，宽2.5m，高3.5 m，廊道采用C20钢筋砼衬砌。

地基处理
一、开挖
基底开挖不小于 6.0m，开挖面力求平整无尖角，岸坡段开挖平台不小于总宽度的1/3。

确定开挖线后，开挖线以上岩石全部挖除。

二、固结灌浆
在坝基面上下游约1/4底宽范围内进行固结灌浆，孔距3m，成梅花状布置，并在上下游坝踵、坝址外各布一排，灌浆孔深5～8m，压力0.2～0.4Mpa。

三、惟幕灌浆与坝基排水孔
为降低扬压力，大坝内设置防渗排水系统，防渗办法采用帷幕灌浆，即在离坝面8.0米附近钻孔，进行深层高压灌水泥浆，形成一道垂直防渗帷幕，防渗帷幕深度伸入相对不透水层内3~5米，帷幕厚度3.0米左右。

另在防渗帷幕的下游侧设置排水设施，可以有效地降低坝基渗透压力。

排水孔布置在廊道内，在防渗帷幕下游2米，孔距3米，孔深为帷幕深度的0.5倍，且不小于10米。