非溢流重力坝设计

第三章 非溢流重力坝设计

3.1基本剖面设计

3.1.1剖面设计原则

重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制，并以特殊荷载组合复合。设计断面要满足强度和强度要求。非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最小；③优选体形，运用方便；④便于施工，避免出现不利的应力状态。

3.1.2基本剖面拟定

图3.1

重力坝的基本剖面是指坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）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剖面，如图3.1。在已知坝高H 、水压力P 、抗剪强度参数f 、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求的工程量最小的三角形剖面尺寸。

3.1.3实用剖面的拟定

一、坝顶高程的拟定

坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高定出。即∇＝静+h ∆式中：h ∆＝l z c h h h ++。式中：l h ----为波浪高度；z h ----为波浪中心线超出静水位的高度；c h ----为安全超高。

1、超高值h ∆的计算

（1）基本公式

坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，h ∆可由式计算，应选择三者中防浪墙较高者作为选定高程。

c z h h h h ++=∆%1 （2.1）

式中h ∆—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差m ；

%1h —累计频率为1%的波浪高度m ；

z h —波浪中心线至设计洪水位或校和洪水位的高差m ；

c h ——安全超高 ；

c h 的取值，根据下表3.1

表3.1

故本设计坝的级别为2级，所以设计安全超高为0.5m ，校核安全超高为0.4m 。

对于h l%和h z 的计算采用官厅公式计算：

3/14/50

0166.0D V h l =，0.810.4()c L h = 2

2l z h H h cth L L

ππ= 式中： 0V ----计算风速，m/s, 在计算%1h 和z h 时，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。计算风速在水库正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用多年平均最大风速的 1.5~2.0倍，校核洪水位时宜采用相应多年平均最大风速。

D ----吹程，km ;

L ----波长，m ；

H ----坝前水深，m ；

（2）正常蓄水位h ∆时计算

风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即：

风速s m 282140=⨯=V ，吹程km 5=D 。

各波浪计算要素计算如下:

波高m D V h l 828.15280166.00166.03/14/53/14/50

=⨯⨯== 由于250~20/20=V gD 之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为

1%的波高为m h h 267.2828.124.124.1%5%1=⨯=⨯=。

波长L =m h l 851.16828.14.10)(4.108.08.0=⨯=⨯

m L H cth L h h l z 623.01851.16828.114.3)2(2

2

=⨯⨯=⨯=ππ

则m h h h h c z 39.3623.05.0267.2%1=++=++=∆

（3）设计洪水位时h ∆计算

风速采用C 江地区多年平均风速的1.5～2.0倍，即： 风速s 215.1140m

V =⨯=，吹程km 5=D 。 各波浪计算要素计算如下:

波高m D V h l 276.15210166.00166.03/14/53/14/50

=⨯⨯== 由于250~20/20=V gD 之间,则为累计频率5%的波高，根据换算累计频率为

1%的波高为m h h 582.1276.124.124.1%5%1=⨯=⨯=。

波长L =m h l 639.12276.14.10)(4.108.08.0=⨯=⨯

m L H cth L h h l z 404.0639.12276.114.3)2(2

2

=⨯=⨯=ππ 则m h h h h c z 49.2404.05.0582.1%1=++=++=∆

（4）校核洪水位时h ∆计算

风速采用C 江地区多年平均最大风速，即： 风速s 140m V =，吹程km 5=D 。

各波浪计算要素计算如下:

波高m D V h l 769.05140166.00166.03/14/53/14/50

=⨯⨯== 由于1000~250/20=V gD 之间,则为累计频率10%的波高，根据换算累计频率

为1%的波高为m h h 09.1769.041.141.1%5%1=⨯=⨯=。

波长L =m h l 426.8769.04.10)(4.108.08.0=⨯=⨯

m L H cth L h h l z 22.0426.8769.014.3)2(2

2

=⨯=⨯=ππ 则m h h h h c z 71.122.04.009.1%1=++=++=∆

2、坝顶高程计算

根据以上设计及校核水位时的h ∆计算结果，得出俩种状况下的坝顶高程：

（1）设计洪水位时的坝顶高程：

▽坝顶=设计蓄水位+h ∆=236+2.486=238.49m

（3）校核洪水位时的坝顶高程：

▽坝顶=校核蓄水位+h

∆=236.5+1.71=238.21m

保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝238.49m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为▽238.49m。为保证大坝的安全运行，当坝顶设置有与坝体连成整体的防浪墙，高为1.2m时，可降低坝顶的高程，所以取坝顶高程为▽238.49-1.2=237.3m。

3、确定坝基高程

河床高程 137m，校核洪水位为 236.5m，地基开挖时河床上为冲积砂质粘土、沙砾石等，所以开挖应按 100m 以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过 100m 时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。

根据地质条件，河床底部有砂砾石覆盖层2m，河床底部片岩石英岩相间存在，风化较轻，故初步定出开挖深度为2.7m，地基考虑技术加固。可确定坝基高程平均为134.3m。

因此，坝高H=坝顶高程-坝基高程=237.3-134.3=103m，取坝高为103m，即坝高H=103m，故坝顶高程为237.3m。

二、拟定坝顶宽度

坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。

根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的 8%～10%取值，且不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的 10%计算，即为 10.3米，由于本设计对公路要求不高，故设置为二级公路，根据《二级公路技术标准及主要指标》，双向俩车道行车道宽m

5.3=

⨯，俩边路肩各0.75m，即路基宽度为8.5m，有考虑到坝顶行人要求，俩

0.7

2

边各设置1m行人道，各0.25m宽排水沟。故去坝顶宽度为11m，以满足大坝维修作业的通行的需要。

三、拟定实用剖面尺寸

图3.2

根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。常用的剖面形态，如图3.2，有三种，根据f、c的情况各有特点。本坝址河床岩层走向大致与河流平行，倾向上游，为了为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式在实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。

实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，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。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。且根据《水利水电工程专业毕业设计指南》可知，折点一般在坝高1/3~2/3处，当在2/3处时，