水工建筑物重力坝设计计算书

一、非溢流坝设计

（一）、初步拟定坝型的轮廓尺寸

(1)坝顶高程的确定

①校核洪水位情况下：

波浪高度2h l=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m

波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×0.980.8=10.23m

波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×0.982/10.23=0.30m

安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.3m

=2h l+ h0+ h c=0.98+0.30+0.3=1.58m 坝顶高出水库静水位的高度△h

校

②设计洪水位情况下：

波浪高度2h l=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166×(1.5×18)5/4×41/3=1.62m

波浪长度2L l=10.4×(2h l)0.8=10.4×1.620.8=15.3m

波浪中心线到静水面的高度h0=π(2h l)2/ 2L l=3.14×1.622/15.3=0.54m

安全超高按Ⅲ级建筑物取值h c=0.4m

=2h l+ h0+ h c=1.62+0.54+0.4=2.56m 坝顶高出水库静水位的高度△h

设

③两种情况下的坝顶高程分别如下：

校核洪水位时：225.3+1.58=226.9m

设计洪水位时：224.0+2.56=226.56m

坝顶高程选两种情况最大值226.9 m，可按227.00m设计，则坝高227.00-174.5=52.5m。

(2)坝顶宽度的确定

本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。

(3)坝坡的确定

考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：0.2，下游坡按坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：0.7。

(4)上下游折坡点高程的确定

理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/3~2/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。

根据坝高确定为52.5m，则1/3H=1/3×52.5=17.5m，折坡点高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/3×52.5=35m，折坡点高程=174.5+35=209.5m，所以折坡点高程适合位于192m~209.5m之间，则取折坡点高程为203.00m。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程216.5m处。

(5)坝底宽度的确定

由几何关系可得坝底宽度为T=（203-174.5）×0.2+8+(216.5-174.5)×0.7=43.1m (6)廊道的确定

坝设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m，尺寸2.5×3.0m（宽×高）。

(7)非溢流坝段纵剖面示意图

（二）、基本组合荷载计算及稳定分析

由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：

波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m

波浪高度2h l=0.98m

波浪长2L l=10.23m

因为gD/v2=9.81×4000/182=121.11m ,在20～250m之间

所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2h l（1%）=0.98×1.24=1.22m 。

又因为半个波长L l=10.23/2=5.12

所以浪压力P l按深水波计算。

式中：其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25

水重度Υ=9.81KN/m3

混泥土等级强度C10

混泥土重度24KN/m3

坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3

水下淤沙摩擦角Φ=18°。

（1）正常洪水位情况

正常洪水位情况下荷载计算示意图正常洪水位情况下的荷载计算过程见附表1

附表1非溢流重力坝基本荷载计算表

上游水位：217.00m下游水位:180.00m坝高：52.5m 计算情形：正常洪水位217.00m情况

注：垂直力以↓为正，↑为负；水平力以→为正，←为负；力矩以顺时针为正，逆时针为负

②抗滑稳定分析

＝[0.9×（23368.24-5542.88）＋700×43.1] ／9752.39 ＝4.74＞[3.0] ，满足抗滑稳定要求。

（2）校核洪水位情况

校核洪水位情况下荷载计算示意图

① 校核洪水位情况下的荷载计算过程见附表2

∑

∑'+-'=

'P

A

C U W f s K )(

附表2非溢流重力坝基本荷载计算表

上游水位：225.30m下游水位:190.65m坝高：52.5m计算情形：校核洪水位225.30m情况

注：垂直力以↓为正，↑为负；水平力以→为正，←为负；力矩以顺时针为正，逆时针为负。

② 抗滑稳定分析

＝[0.9×（20324.20-9842.49）＋700×43.1] ／12419.82 ＝3.19＞[2.5]，满足抗滑稳定要求。

四、应力分析（运行期） （一）正常洪水位情况下 1、水平截面上的正应力

2、剪应力

上游面水压力强度：

下游面水压力强度 ：

剪应力：

3、水平应力

)(25.2837.056.32796.53kPa m P d d xd =⨯+=+=τσ

4、主应力

（二）校核洪水位情况下

)(48.5621

.4345.628261.4304.2258662

2

kPa B M B

W yu

=⨯+=+

=∑∑σ)(89.5211

.4345.628261.4304.2258662

2

kPa B M B

W yd

=⨯-=-

=∑∑σ)

(25.92.0)48.56222.516()(kPa n P yu u u -=⨯-=-=στ)

(56.3277.0)96.5389.521()(kPa m P d yd d =⨯-=-=στ)

(07.5182.0)25.9(22.516kPa n P u u xu =⨯--=-=τσ)(33.5642.022.51648.562)2.01()1(22221kPa n P n u yu u =⨯-⨯+=-+=σσ)(18.7517.096.5389.521)7.01()1(22221kPa m P m d yd d =⨯-⨯+=-+=σσ)(22.5162kPa P u u ==σ)(96.532kPa P d d ==σ)

(96.535.581.92kPa H r P w d =⨯==)

(22.516)2

1845(tan 8.195.95.4281.9)245(tan 2

2

1kPa H r H r P sb w u =︒-︒⨯+⨯=-︒+=α淤∑∑'+-'=

'P

A

C U W f s K )(