恩施市马尾沟青龙水电站挡水建筑物设计计算书(1).doc

工程设计号：(合同号)
设计证书等级：甲级质量体系标准：ISO 9001 2000 证书号：170029-sj 注册号：00605Q100126ROM
设计计算书
工程名称：（恩施市马尾沟青龙水电站）
设计阶段：（施工图设计）
单项名称：（挡水建筑物—坝类）
计算：（签名）
校核：（签名）
审查：（签名）
(第册共册)
武汉大学设计研究总院
二○○六年六月
目录
混凝土拱坝设计计算模板 (1)
一、基本设计资料 (1)
二、建筑物布置及主要尺寸 (1)
三、设计依据 (1)
四、采用材料及荷载统计 (1)
五、水力设计 (3)
六、拱坝应力分析计算 (3)
七、拱座稳定分析 (3)
八、结构计算 (4)
九、计算成果分析比较 (4)
十、计算成果应用说明 (4)
重力坝设计计算书模本 (6)
一、基本设计资料 (6)
二、建筑物布置及主要尺寸 (6)
三、设计依据 (6)
四、设计采用材料及荷载统计 (6)
五、泄水建筑物的水力设计 (8)
六、坝体强度和稳定计算 (8)
七、溢流坝闸墩结构设计 (10)
混凝土拱坝设计计算模板
一、基本设计资料
建筑物级别、等级，抗震等级，建筑物结构的安全等级，
各工况水位，地质情况等。

二、建筑物布置及主要尺寸
建筑物各部位布置情况，基本轮廓尺寸。

厚高比、孔口高宽比等参数。

三、设计依据
1、执行国家标准、部颁标准与地方标准:
《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252－2000）
《水工建筑物荷载设计规范》（DL 5077－1997）
《建筑结构荷载设计规范》（GB 50009－2001）
《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）
《水工混凝土结构设计规范》（DL/T 5057－1996）
《混凝土拱坝设计规范》（SL 282－2003）
注：以上规范用到就列出，没有用到可删除。

其他规程、规范。

2、应用的计算分析软件名称，开发单位。

3、资料：地质勘察报告，其他相关报告、资料等。

四、采用材料及荷载统计
1、结构采用材料标号、强度等级、各项设计指标；
2、永久荷载、可变荷载分项系数，结构重要性系数，设计状况系数，结构系数。

3、荷载统计
（1）自重；
（2）水压力（静水压力和动水压力，计算公式见拱坝规范附录B1、B2）（3）温度荷载（计算公式见拱坝规范附录B7）
（4）扬压力或渗透压力（计算公式见拱坝规范附录B3）
（5）泥沙压力（计算公式见拱坝规范附录B4）
（6）浪压力（计算公式见拱坝规范附录B5）
（7）冰压力（计算公式见拱坝规范附录B6）
（8）地震荷载（计算公式按水工建筑物抗震设计规范）
（9）其它可能出现的荷载
4、荷载组合
表3－1荷载组合
注：1、上述荷载组合中，可根据工程的实际情况选择控制性的荷载组合进行计算；
2、地震较频繁地区，当施工期较长时，应采取措施及时封拱，必要时对施工期的荷载组合尚应增加一项“上述荷载加地震”，其地震列度可按设计列度降低1度考虑；
3、表中“特殊组合 施工期情况 3）灌浆”状况下的荷载组合，也可为自重和设计正常温升的温度组合。

4、该部分初步设计说明中已有时，应复制一份作为施工图设计的资料存档。

五、水力设计
泄水建筑采用坝身式（表孔、浅孔、中孔、深孔、底孔）时，计算确定浅孔的堰面曲线、深孔的压力线、消能防冲等。

水力设计计算公式按拱坝规范附录A
六、拱坝应力分析计算
1、各计算截面上的应力分布（包括拱端、拱冠和其它需要计算应力的部位）
2、坝体上下游面在各计算点上的主应力。

3、坝体消弱部位（孔洞 、渲泄管道等部位）的局部应力。

4、必要时需分析坝基坝基内部的应力。

（附应用的计算分析软件所计算的成果）
七、拱座稳定分析
（1）抗滑稳定
采用刚体极限平衡法进行抗滑稳定分析时，1、2级拱坝及高坝应按公式（7.2.6-1）计算，其它则可按公式（7.2.6-1）或（7.2.6-2）进行计算。

∑∑+=T A c Nf K )(1
11 ( 7.2.6-1)
∑∑=T Nf
K 22 ( 7.2.6-2)
式中：K 1、K 2 — 抗滑稳定安全系数；（见拱坝规范表7.2.7）
N — 垂直于滑裂面的作用力；
T — 沿滑裂面的作用力；
A — 计算滑裂面的面积；
f 1 — 抗剪断摩擦系数；
c 1 — 抗剪断凝聚力；
f 2 — 抗剪摩擦系数。

（2）变形稳定及其它
拱座下游附近存在较大断层和软弱带可能引起的变形部题，应采用有限元法或模型试验进行专门研究，性要时采取加固措施控制变形量。

加固的必要性和加固方案可通过平面或空间有限元分析或模型实验进行比较论证后确定。

作用在岩体上的渗透压力可按拱坝规范附录B.3计算。

八、结构计算
钢筋混凝土结构内力及配筋计算。

1、所取的计算简图和采用的计算公式要与工程实际情况相符合。

2、计算公式中的变量取值范围及如何选定的变量值要说明清楚。

3、取各种工况荷载组合的最不利内力结果，进行配筋计算。

4、复核配筋结果是否满足构造要求（如最小配筋率等）。

九、计算成果分析比较
对计算成果的正确性进行分析，可用类似公式计算比较，也可参考类似已建工程进行分析比较。

十、计算成果应用说明
经过计算成果分析比较，计算成果正确，将用于工程设计中。

否则，重新选择
计算简图或计算方法。

重力坝设计计算书模本
一、基本设计资料
建筑物级别、等级，抗震等级，建筑物结构的安全等级，
各工况水位，地质情况等。

二、建筑物布置及主要尺寸
建筑物各部位布置情况，基本轮廓尺寸。

三、设计依据
1、执行国家标准、部颁标准与地方标准:
《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252－2000）
《水工建筑物荷载设计规范》（DL 5077－1997）
《建筑结构荷载设计规范》（GB 50009－2001）
《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）
《水工混凝土结构设计规范》（DL/T 5057－1996）
《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108－1999）
注：以上规范用到就列出，没有用到可删除。

其他规程、规范。

2、应用的计算分析软件名称，开发单位。

3、资料：地质勘察报告，其他相关报告、资料等。

四、设计采用材料及荷载统计
1、结构采用材料标号、强度等级、各项设计指标；
2、永久荷载、可变荷载分项系数，结构重要性系数，设计状况系数，结构系数。

3、荷载统计
1）自重；
2）以发电为主的水库
a) 大坝上、下游面的静水压力
b) 扬压力
3）大坝上游淤沙压力
4）大坝上下游侧土压力
5）以防洪为主的水库
a) 大坝上、下游面的静水压力
b) 扬压力
c) 相应泄洪时的动水压力
6）浪压力
a) 取50年一遇的风速引起的浪压力
b) 多年平均最大风速引起的浪压力
7）冰压力
8）其它出现机会较多的荷载
9）建筑物泄放校核洪水流量时，上、下游水位的水荷载
a) 坝上、下游面的静水压力
b) 扬压力
c) 相应泄洪时的动水压力
10）地震荷载
11）其它出现机会较少的作用
4、荷载组合
荷载组合表
五、泄水建筑物的水力设计
当坝体设有溢流坝段和泄水孔时应进行水力设计，计算内容应包括：
1、泄流能力计算；
2、下游水流衔接和消能防冲设施的设计计算；
3、与高速水流有关的水力设计计算；
4、其它有关的水力设计。

溢流坝段的堰面曲线按重力坝规范附录A 确定；坝身泄水孔为有压孔时，有压孔的体型设计按重力坝规范附录B 确定。

泄水建筑物的水力设计计算，按重力坝规范附录C 进行计算。

六、坝体强度和稳定计算（附应用的计算分析软件所计算的成果）
1、坝体及坝基强度计算
1）坝址抗压强度承载能力极限状态：
R c R
R
R R
R
f f m J T
M
A W
或≤+-
∑∑)1)((
2
2
式中：∑W R — 坝基面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正；
∑M R — 全部作用对坝基面形心的力矩之和，KN-m ，逆时针方向为正； A R — 坝基面的面积，m 2；
J R — 坝基面对形心轴的惯性矩，m 4； T R — 坝基面形心到下游面的距离，m ； m 2 — 坝体下游坡度； f c — 混凝土抗压强度，KPa ； f R — 基岩抗压强度，KPa ；
2）坝体选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态：
c C
C
C C
C
f m J T
M
A W
≤+-
∑∑)1)((
2
2
式中：∑W C — 计算截面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正；
∑M C — 全部作用对计算截面形心的力矩之和，KN-m ，逆时针方向为正； A C — 计算截面的面积，m 2；
J R — 计算截面对形心轴的惯性矩，m 4； T R — 计算截面形心到下游面的距离，m ； m 2 — 坝体下游坡度； f c — 混凝土抗压强度，KPa ； 2、坝体与坝基接触面抗滑稳定极状态：
R R R R R
A c W f P
''+≤∑∑
式中：∑P R — 坝基面上全部切向作用力之和，KN ；
∑W R — 坝基面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正； A R — 坝基面的面积，m 2； f’R — 坝基面抗剪断摩擦系数； c ’R — 坝基面抗剪断黏聚力； 3、坝体混凝土面层抗滑稳定极状态：
C C C C C
A c W f P
''+≤∑∑
式中：∑P C — 计算层面上全部切向作用力之和，KN ；
∑W C — 计算层面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正； A C — 计算层面的面积，m 2； f’C — 混凝土层面抗剪断摩擦系数； c ’C — 混凝土层面抗剪断黏聚力； 4、坝基深层软弱结构面抗滑稳定计算
当坝基内岩体内存在软弱结构面、缓倾角裂隙及坝下游经冲刷形成临空面等情况时，需核算深层抗滑稳定。

根据滑动面、临空面、尾岩抗力条件综合分析基本地质结构模型后，分单斜面、双斜面和多斜面计算模式，除采用刚体极限平衡法（见重力坝规范附录F ）计算外，必要时可辅以有限元法、地质力学模型实验
法等核算深层抗滑稳定。

5、坝体上下游面拉应力计算
1）坝踵垂直应力不出现拉应力（计扬压力），计算公式为：
0)(
'
≥+
∑∑R
R R R
R
J T
M
A W
式中：∑W R — 坝基面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正；
∑M R — 全部作用对坝基面形心的力矩之和，KN-m ，逆时针方向为正； A R — 坝基面的面积，m 2；
J R — 坝基面对形心轴的惯性矩，m 4； T R ’ — 坝基面形心到下游面的距离，m ；
2）坝体上游面垂直应力不出现拉应力（计扬压力），计算公式为：
0)(
'
≥+
∑∑C
C C C
C
J T
M
A W
式中：∑W C — 坝基面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正；
∑M C — 全部作用对坝基面形心的力矩之和，KN-m ，逆时针方向为正； A C — 坝基面的面积，m 2；
J C — 坝基面对形心轴的惯性矩，m 4； T C ’ — 坝基面形心到下游面的距离，m ； 3）短期组合下游面的垂直拉应力，计算公式为：
)(100)(
KPa J T
M
A W
C
C
C C
C
≤-
∑∑
式中：∑W C — 计算截面上全部法向作用力之和，KN ，向下为正；
∑M C — 全部作用对计算截面形心的力矩之和，KN-m ，逆时针方向为正； A C — 计算截面的面积，m 2；
J R — 计算截面对形心轴的惯性矩，m 4；
T R — 计算截面形心到下游面的距离，m ；
七、溢流坝闸墩结构设计
溢流坝上闸墩强度的设计计算包括：
1）闸墩承受最大纵向力、相应侧向力、竖向力主自重情况下，核算其纵向强度；
2）闸墩承受最大不平衡侧向力、相应纵向力、竖向力及自重情况下，核算其横向强度；
3）对闸门槽和弧形闸门铰支座等部位的强度进行核算；
4）必要时要核算闸门的变位。

注：1、所取的计算简图和采用的计算公式要与工程实际情况相符合。

2、计算公式中的变量取值范围及如何选定的变量值要说明清楚。

七、计算成果分析比较
对计算成果的正确性进行分析，可用类似公式计算比较，也可参考类似已建工程进行分析比较。

八、计算成果应用说明
经过计算成果分析比较，计算成果正确，将用于工程设计中。

否则，重新选择计算简图或计算方法。