课程论文-水工结构设计

混凝土重力坝部分条文的解读

摘要：目前水工建筑物的设计在电力和水利行业中执行两套不同的标准，对于混凝土重力坝的设计，电力行业执行的标准是DL5108－1999 《混凝土重力坝设计规范》，水利行业执行的标准是SL319－2005《混凝土重力坝设计规范》，两本规范都是在原中华人民共和国水利电力部发布的行业标准SDJ21－78《混凝土重力坝设计规范》及其1984年补充规定的基础上修订而来的，但是，两本规范的内容不尽相同，甚至在某些规定上存在较大的差别。本文以SL319－2005《混凝土重力坝设计规范》为基准阐述自己对其中部分条文的理解。为便于对照，相关条文序号与水利行业标准相对应。

关键词：混凝土重力坝；水利行业标准；条文理解

一．混凝土重力坝设计的主要内容

混凝土重力坝设计的主要内容包括以下7个方面：

(1)剖面设计应参照已建过程经验初步拟定剖面尺寸。

(2)稳定计算即验算坝体沿建基面或地基中软弱结构面的稳定安全度。

(3)应力计算应使应力条件满足设计规范要求以保证大坝和坝基有足够的强度。

(4)溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计内容包括泄水建筑物体型、溢流堰顶高程、溢流重力坝前沿宽度和泄水孔进口高程、泄水孔口尺寸等。

(5)构造设计应根据施工和运行要求确定坝体的细部构造比如分缝、廊道系统、排水系统、止水系统等。

(6)地基处理即根据地质条件进行地基的防渗、排水设计以及对断层等地质结构面进行处理。

(7)检测设计包括坝体内部和外部的观测设计。

二．剖面设计

2.1非溢流重力坝剖面设计

原条文：

4.2.1 非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。

4.2.2 坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2。坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。

4.2.3 宽缝重力坝的上游坝坡宜适当放缓。宽缝宽度，可取坝段宽的20%～40%。当坝体布置有引水管道、泄水孔、导流底孔时，该部分坝体结构和宽缝布置应经论证确定。

条文理解：

非溢流重力坝基本断面是指坝体在自重、静水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形断面（或折坡断面）。确定基本断面是非溢流坝断面设计的第一步，其主要任务是确定上、下游坝坡以及顶点的位置。在上、下游坝坡的规定上，DL5108－1999和SL319－2005 是一致的，即“实体重力坝上游坝坡宜采用1:0－1:0.2”，“下游坝坡宜采用1:0.6－1:0.8，而关于基本断面顶点位置的规定则有所不同，DL5108－1999规定“顶点宜位于正常蓄水位或防洪高水位附近”，SL319－2005 规定“顶点宜在坝顶附近”，（与SDJ21－78一致）。由于正常蓄水位与坝顶有一定的距离（有时可达到几米以上），根据两本规范确定的基本断面可能存在较大的差别。

实用剖面设计：

坝顶的宽度根据施工、交通、设备安装等条件确定，也可以由B min=8%～10%H初步拟定，其中B min为最小坝顶的宽度。或根据漂浮物、冰压力等对坝体的冲击力情况确定。

2.2溢流重力坝剖面设计

溢流重力坝剖面设计除应满足强度、稳定、经济条件外还应考虑泄水条件。

原条文：

4.3.1 溢流坝段的堰面曲线，当设置开敞式溢流孔时可采用幂曲线；当设置有胸墙，且胸墙起挡水作用时，可采用孔口溢流的抛物线。

4.3.6 溢流坝段的堰面曲线、闸墩型式、门槽、堰面压力、泄流能力和反弧半径等，大型工程应经水工模型试验验证；中型工程宜经水工模型试验验证；水力条件较简单时，可参照类似工程经验，经计算确定。

条文理解：

见图1，上游oa曲线一般采用椭圆或三心圆曲线，下游ob曲线一般采用WES曲线或克-奥曲线。WES曲线的基本形式为X n=K(H d)n-1y，其中，H d为定型设计水头，一般取堰顶上最大水头的75%～95%；K，n为与上游堰面倾斜坡度有关的系数。Bc直线段坡比与一般非溢流坝一致。c d为反弧段，应使水流平顺进入下游消能段，反弧段的半径R=（6～10h），其中，h为校核水位闸门全开时反弧段最低水深，可按能量方程求解。de为挑流消能段，有溢流坝下游消能形式确定，若为挑流消能则其挑角宜为25。～30。。挑流末端高程应高于下游最高尾水位或与下游最高尾水位齐平。

图1溢流坝剖面设计

三．溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计

3.1溢流重力坝孔口尺寸的选定

原条文：

4.4.1 泄水孔可设在溢流坝段的下部或专设泄水孔坝段，并应有消能设施。

4.4.2 坝身泄水孔内应避免有压流与无压流交替出现。

条文理解：

溢流重力坝泄水方式：

①坝顶式溢流

特点是：超泄能力大，闸门承受水压力小、孔口尺寸可大些；工作可靠，操作、检修方便，能排泄冰凌和其它漂浮物；但不能提前预泄洪水。

②大孔口式溢流

大孔口式溢流的特点是可以提前预泄洪水、降低上游洪水位、降低坝高、减少工程量；大孔口溢流式由于有胸墙挡水故可以减小闸门高度，当库水位低时胸墙不影响泄流，和坝顶溢流式相同，当库水位较高时由于胸墙的拦阻不能排泄冰凌和漂浮物；胸墙多做成固定的，当然也可以做成活动的。

③深式泄水孔

深式泄水孔的特点是可用于预泄洪水、放空库水、排放泥沙、向下游供水、施工导流等；深式泄水孔可以根据孔内流态分为有压和无压两类。有压泄水孔泄水时，整个泄水孔都处于满流承压状态；无压泄水孔泄水时除进口有一段压力短管外其余部分处于明流状态。

原条文：

4.3.7 当溢流坝段有排冰要求时，溢流孔口尺寸还应结合冰情资料确定，堰上水深宜大于流冰期最大冰厚，冰块应能自由下泄而不致破坏下游设施；下游应有导墙、护岸等设施；闸墩墩头宜呈锐角形状，必要时宜经试验确定。

条文理解：

溢流坝孔口尺寸即溢流坝的堰顶高程和溢流坝段的前沿高度，溢流坝孔口尺寸需通过对与洪水标准相应的设计(校核）洪水过程进行调节计算确定。在拟定溢流坝孔口尺寸时要先根据下游河床的抗冲刷条件确定单位宽度上溢流坝下泄的流量。单宽流量越大，对下游局部冲刷越严重。然后，对初步拟定的溢流坝孔口尺寸进行洪水调节计算得到水库的最高洪水位和最大下泄流量，最高洪水位涉及大坝的高度、工程量及上游的淹没状况。最大下泄流量涉及下游的消能防洪问题。因此需要进行技术经济综合比较来确定溢流坝孔口尺寸。

3.2溢流重力坝的下游消能

原条文：

5.1.4 泄水建筑物的消能防冲设计，除应符合本规范的坝体泄洪消能防冲型式应根据坝体高度、坝基下游河床及两岸地形地质条件，下游河道水深变化情况，结