水利水电工程初步设计阶段_浆砌石重力坝设计大纲范本(中小型)

FCD31160 FCD
水利水电工程初步设计阶段
浆砌石重力坝设计大纲范本
(中小型)
水利水电勘测设计标准化信息网
1999年10月
1
工程初步设计阶段浆砌石重力坝设计大纲
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勘测设计研究院
年月
2
目录
1 引言 (4)
2 设计依据文件和规范 (4)
3 设计基本资料 (4)
4 大坝布置 (9)
5 泄流消能方案的比较和确定 (9)
6坝体设计 (10)
7坝体稳定及应力分析 (13)
8基础处理 (14)
9模型试验 (15)
10观测设计 (15)
11工程量计算 (16)
12专题研究和创优计划 (16)
13设计成果 (16)
3
1 引言
1.1 工程概况
_____工程位于_____省_____市(县)境内，_____水系_____级支流_____河的_____游，上(下)距_____市(县)_____km。

是一座以_____为主，结合_____等综合利用的水利水电枢纽工程。

本工程可行性研究报告于_____年_____月由_____审查通过，选定坝址为_____。

1.2 可行性研究审查意见
1.3 业主对初步设计的要求
提示：简述设计合同中乙方应承担的主要责任和义务，甲方提出的合理化建议和要求，以及提交设计文件的具体时间。

2 设计依据文件和规范
2.1 设计依据的文件
(1)_____工程可行性研究报告
(2)_____工程可行性研究报告审批文件
(3)_____工程可行性研究地质报告和建材试验报告
(4)_____工程可行性研究专题报告
(5)_____工程设计合同及设计任务书
(6)_____工程初步设计地质报告和建材报告
2.2 主要设计规范
(1)SDJ 12-78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定(山区、丘陵区部分)(试行)
(2)SDJ 217-87 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)
(3)GB 50201-94 防洪标准
(4)SDJ 21-78 混凝土重力坝设计规范及其补充规定(试行)
(5)SL 25-91 浆砌石坝设计规范
(6)DL 5073-1997 水工建筑物抗震设计规范
(7)SL/T 191-96 水工混凝土结构设计规范
(8)SDJ 341-89 溢洪道设计规范
(9)SDJ 336-89 混凝土大坝安全监测技术规范
2.3 参考资料
砌石坝施工规范(讨论稿).
3 设计基本资料
3.1 工程等级及建筑物级别
3.1.1 工程等级
4
_____工程水库总库容_____×106m3，防洪效益_____，灌溉面积_____hm2，水电站装机容量_____MW。

按SDJ 12-78或SDJ 217-87的规定，本工程为_____等。

提示：如将工程等别降低或提高，简要论述降低或提高的理由。

3.1.2 建筑物级别
由工程等别查SDJ 12-78或SDJ 217-87可确定建筑物的级别如下：
永久工程主要建筑物为_____级。

永久工程次要建筑物为_____级。

临时建筑物为_____级。

砌石重力坝为_____级。

3.2 水文气象
3.2.1 坝址气温与水温
(1)月平均气温与水温见表1；
表1 坝址气温与水温单位：℃
(2)多年平均最低月平均气温_____℃；
(3)多年平均最高月平均气温_____℃；
(4)多年平均年平均气温_____℃；
(5)绝对最高气温_____℃；
(6)绝对最低气温_____℃。

3.2.2 风向、风速与吹程
(1)风向：_____；
(2)风速：多年平均最大风速_____m/s，实测最大风速_____m/s，多年平均风速_____m/s；
(3)吹程：_____km。

3.2.3 冰情
冬季冰冻期_____月～_____月，多年平均最大冰层厚_____m，春季流冰持续时间_____d，冰块最大面积_____m2，流速_____m/s，流冰抗碎强度_____MPa，溶冰期_____月～_____月。

3.2.4 坝址水位-流量关系
坝址水位-流量关系见表2。

表2 坝址水位-流量关系表
3.3 洪水标准
大坝洪水标准与相应水位见表3。

5
表3 大坝洪水标准与相应水位表
3.3.2 导流洪水标准与相应水位
导流洪水标准与相应水位见表4。

表4 导流洪水标准与相应水位表
3.3.3 发电流量与电站尾水位
发电流量与电站尾水位见表5。

表5 发电流量与电站尾水位
3.4 水库特征水位
(1)设计洪水位_____m；
(2)校核洪水位_____m；
(3)正常蓄水位_____m；
(4)防洪限制水位_____m；
(5)死水位_____m。

3.5 泥沙与淤积
(1)坝址多年平均含沙率_____kg/m3；
(2)坝址多年平均悬移质输沙量_____万t；
(3)坝址多年平均推移质输沙量_____万t；
(4)水库淤积标准_____a；
(5)大坝淤积高程_____m；
(6)淤沙内摩擦角Φ=_____；
(7)淤沙浮容量γn=_____kN/m3。

6
3.6 地形
坝址地形图(1/1000～1/500)。

3.7 地质
3.7.1 工程地质
(1)工程地质图
①坝区工程地质平面图；
②坝址工程地质纵、横剖面图；
③坝区钻孔柱状图。

(2)各类岩石和不利结构面的物理力学性质
基岩物理力学指标见表6。

表6 基岩物理力学指标表
(3)建议岩、土开挖边坡
建议岩、土开挖边坡见表7。

表7 建议岩、土开挖边坡
7
8
(4)
河床岩体抗冲刷流速
河床岩体抗冲刷流速_____m/s 。

3.7.2 水文地质
(1)坝址渗透剖面图 (2)地下水水质
水的酸碱度_____； pH 值_____；
对水泥的侵蚀性_____。

(3)承压水特性
承压水特性见表8。

表8 承压水特性表
(1)本坝区基本烈度_____度；
(2)按DL 5073-1997的规定，大坝设防烈度为_____度。

3.9 建筑材料力学指标 3.9.1 块石料主要力学指标
块石料主要力学指标见表9。

表9 块石料主要力学指标表
泊松比μ 推荐使用的料场为_____。

3.9.2 坝址材料设计指标 坝址材料设计指标见表10。

表10 坝体材料设计指标
泊松比
μ
4 大坝布置
4.1 坝轴线的布置和选择
根据可行性研究阶段选定的坝址地形、地质、水文等自然条件，结合枢纽建筑物的综合利用要求和施工条件，统筹考虑布置数条坝轴线。

对拟定的数条坝轴线进行经济技术方案比较，择优选定。

4.2 坝型选定
4.3 总体布置
5 泄流消能方案的比较和确定
5.1 泄流方案比较
以汛期限制水位和安全下泄流量为条件拟定泄流方案，确定堰顶高程、堰面曲线和溢流
9
拟定满足条件的多个泄流方案，综合考虑择优选择二～三个方案参与总体布置方案比较。

5.2 消能方案比较
结合下游水位和地质情况，分别对各泄流方案进行消能工设计，并相互进行比较。

5.3 方案确定
对同时满足泄流和消能要求条件的方案进行比较，以运行安全、工程造价最低为原则，确定泄流、消能方案。

5.4 水力计算
水力计算按SDJ 341-89中附录一所列计算公式进行。

6 坝体设计
6.1 坝顶布置
6.1.1 坝顶高程确定
非溢流坝坝顶不得低于水库最高静水位，防浪墙顶不得低于正常运用或非正常运用的水库静水位加相应的超高△h。

△h按SL 25-91中第8.1.1条计算。

6.1.2 防浪墙布置
防浪墙高度为_____m，采用_____结构，应与坝体连成整体，两端与坝肩基岩相接。

6.1.3 非溢流坝坝顶布置
非溢流坝顶结构应满足设备布置、检修、交通和观测等方面的要求，兼顾安全、适用、经济、美观等。

选择坝顶宽度为_____m。

6.1.4 溢流坝坝顶布置
溢流坝顶设置交通桥及工作桥，交通桥宽_____m，采用_____闸门；工作桥宽_____m，启闭机型式为_____，荷载_____。

6.2 实体重力坝断面设计
6.2.1 坝基岩层
非溢流坝坝基拟座落在_____岩层上_____m～_____m高程，溢流坝坝基拟座落在_____
10
11
岩层上_____m ～_____m 高程。

6.2.2 非溢流坝
(1)非溢流坝断面基本体形为三角形，其顶点在最高水位附近。

(2)根据地质参数及可行性研究阶段设计成果，初拟上游坝坡_____，下游坝坡_____。

按此初始断面进行优化，在满足稳定、应力等条件下，选择最佳断面。

6.2.3 溢流坝
(1)坝顶及下游坝坡外型，应符合本大纲5.1及5.2节选定的堰型、消能工的形式及尺寸。

(2)溢流堰面宜采用混凝土，混凝土厚_____m ，表面布置抗裂防冲钢筋网, 纵向筋φ_____@_____，横向筋φ_____@_____。

6.3 空腹重力坝拟定或选择断面的要求 6.3.1 坝体外廓断面
外廓尺寸采用满足稳定和应力要求的较经济的实体重力断面(其上游坝坡以1∶0为好)。

6.3.2
空腹布置与尺寸
空腹宜置于坝底中部略偏下游，空腹底宽宜为坝底宽度的1/3左右，高度宜为坝高的1/4～1/3。

6.3.3 空腹剖面形状
空腹剖面形状宜采用组合圆形状。

上游侧为小半径，下游侧为大半径，大小半径之比宜大于2。

空腹下游面的倒悬度不宜大于0.3∶1，空腹上游面宜倾向上游一定角度，使空腹断面轴线趋向于坝体合力作用线。

6.3.4 空腹优化设计
采用优化设计方法，以满足稳定和应力要求为条件，空腹面积最大为目标，确定最佳空腹形状和空腹位置。

6.4 溢流面曲线和闸墩设计 6.4.1 溢流面曲线
由泄流和消能水力计算结果，确定泄流孔口型式、溢流堰面上游曲线、下游曲线和反弧段曲线。

6.4.2 闸墩
(1)根据闸门及启闭机布置、水流条件以及结构要求，确定采用混凝土浆砌石闸墩： 中闸墩厚_____m ，长_____m ；
边闸墩厚_____m(可考虑与非溢流坝体连成一体)； 闸墩采用_____型式的尾部形式。

(2)按设计规范(8)进行配筋计算，估算钢筋数量。

(3)应注意闸墩与浆砌石坝体之间的连接，并进行核算。

(4)当闸墩受力较大或体形复杂时，可通过三维有限元分析来确定其结构布置。

当弧
门推力大于1000t时，可考虑采用预应力闸墩。

6.5 坝体防渗设计
6.5.1 浆砌石坝防渗设施
提示：浆砌石坝应有防渗设施，一般采用如下几种形式：
(1)设置在坝体上游面的混凝土防渗面板；
(2)设置在靠近迎水面砌石体内的混凝土防渗心墙；
(3)利用坝体自身防渗；
(4)其他形式(如喷涂化学防渗层等)。

6.5.2 防渗面板或心墙厚度
防渗面板或心墙顶部厚度采用_____m，底部厚度采用_____m。

6.5.3 混凝土面板分缝与止水
混凝土面板每隔_____m设伸缩缝，缝间埋设止水。

6.5.4 面板混凝土标号
面板混凝土为C20，抗渗标号_____，抗冻标号_____。

6.5.5 混凝土面板布筋
混凝土面板表层布置温度钢筋网，纵向筋φ_____、@_____，横向筋φ_____、@_____。

提示：(1)混凝土防渗面板或心墙底部厚度一般为最大水头的1/30～1/60；
(2)面板伸缩缝间距一般为10 m～20 m；
(3)面板表层温度钢筋网应根据施工与自然条件，参照类似工程或通过温度计算确
6.6 廊道和孔洞
6.6.1 廊道和孔洞布置
廊道和孔洞应统一布置，并尽可能设在坝体应力较小的部位。

坝内廊道、孔洞有立体交叉时，其净距不宜小于3 m。

6.6.2 坝基灌浆廊道布置和尺寸坝基灌浆廊道底面至基岩面的距离不得小于1.5倍廊道宽度，其断面形状采用园顶直墙形，宽度宜为2.5 m～3 m，高度宜为3 m～4 m。

6.6.3 坝基排水廊道布置和尺寸
按裂隙分布发育情况，坝基排水廊道宜在基岩面或靠近基岩面纵、横方向布置。

廊道宽度宜为1.2 m～2.5 m，高度宜为2.2 m～3 m。

6.6.4 纵向廊道距上游坝面距离
纵向廊道的上游壁至上游坝面的距离宜为0.05～0.1倍坝面作用水头，且不得小于3 m。

6.7 坝体分缝和排水
6.7 坝体分缝和排水
6.7.1 坝体分缝
根据地形、地质、温度等因素，可设置沉降缝或温度缝。

一般在地形突变处设置沉降缝。

6.7.2 坝体内排水管
坝体内宜设置一排竖直排水管。

排水管至坝上游面的距离不得小于3 m。

管距宜为3 m～
5 m。

6.8 坝体标号分区
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13
7 坝体稳定及应力分析
7.1 荷载及组合 7.1.1
荷载计算
荷载计算按SL 25-91附录二及DL 5073-1997第三章进行。

7.1.2 计算工况 (1)基本组合
工况一：水库正常蓄水位_____m+正常坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力或冰压力(二者取其中大者)
工况二：水库设计洪水位_____m+设计坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力
(2)特殊工况 工况三：水库校核洪水位_____m+校核坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力
工况四：工况一或工况二(取二者不利情况)+地震荷载 工况五：工况一或工况二+其它特殊荷载
7.2 稳定分析
7.2.1 抗滑稳定计算情况
坝体抗滑稳定计算必须考虑下列几种情况： (1)沿垫层混凝土与基岩接触面滑动； (2)沿浆砌石体与垫层混凝土接触面滑动； (3)浆砌石体之间滑动；
(4)沿坝基中软弱面的深层滑动。

7.2.2 计算公式
计算采用抗剪断公式或抗剪公式，计算公式见SL 25-91。

7.2.3 侧向稳定
当库坡较陡时(大于1∶1.0)或平台段较窄时(小于坝段长度的1/3时)，应根据地质条件核算坝体侧向抗滑稳定。

7.3 应力计算
7.3.1 坝体应力计算内容
(1)各计算截面上的应力分布(或上、下游面应力)。

(2)坝体廊道和孔洞等部位的局部应力。

7.3.2 坝体应力计算方法
(1)材料力学法见SDJ 21-78附录三。

(2)当坝体设置混凝土防渗面板时，可考虑坝体一个方向异性，按分层异弹模方法分析，
见SL 25-91附录三。

7.4 有限元分析
7.4.1 采用有限元分析的工程情况
空腹坝和坝基复杂的实体坝，应采用有限元进行分析。

7.4.2 计算边界确定
采用有限元进行坝体应力分析时，应将坝体和坝基一同计算，坝基计算范围为深1～1.5倍坝高，上、下游宽各1～1.5倍坝高。

7.4.3 网格形状与大小
有限单元的形状以类似正方形为好，其最长边与最短边的比应小于2～3；坝体有限单元的最长边应小于2 ％～5 ％的坝高，坝踵和孔洞边缘处的单元尺寸可适当小些，坝基计算边界处的单元尺寸可适当大些。

7.4.4 应力控制
(1)坝踵部位坝基面以上3 %～5 ％坝高处不出现主拉应力。

(2)坝址部位主压应力不超过容许压应力值。

8 基础处理
8.1 坝基开挖
(1)河床部位建基面要求开挖至_____风化层，两岸开挖至_____风化层。

(2)岸坡坝段应按其侧向稳定要求，开挖一定宽度的平台。

8.2 断层和破碎带处理
(1)凡在坝基面出露的断层和破碎带必须进行处理，使其满足允许水力坡降和基础承载力的要求。

(2)断层较窄时，可根据断层和破碎带的胶结状况，沿断层和破碎带的发展方向挖深1.0～1.5倍断层和破碎带宽度，宽1.5～2.0倍宽度的齿槽，回填混凝土。

(3)断层较宽时，应做专门地基应力计算，确定基础处理方法和范围。

8.3 帷幕灌浆
(1)坝基渗透要求达到相对不透水层的单位吸水量ω≤_____L/(min·m·m)。

坝基防渗以采用水泥灌浆为主，防渗帷幕深入相对不透水层以下5 m。

(2)防渗帷沿挡水建筑物前缘布置置为一排帷幕灌浆孔，孔距_____m，排距_____m。

(3)断层影响带局部漏水量较大的地段增设一排补强帷幕灌浆孔，孔距_____m，排距_____m。

8.4 坝基排水
为有效降低坝基扬压力，可在距大坝帷幕线下游_____m处设排水孔一排，排水孔孔径_____m，孔距_____m，孔深一般为帷幕深度的1/3～1/2。

8.5 固结灌浆
当处理坝基岩石张开裂隙……等基岩缺陷或提高基础强度时，采用固结灌浆加固坝基岩体，固结灌浆孔距_____m，排距_____m，呈_____布置。

提示：可将整个坝基按岩体地质条件分为几类，对各类基岩的固结灌浆要求分别考虑。

14
9 模型试验
9.1 水力模型试验
9.2 结构模型试验
10 观测设计
观测项目确定
10.1
10.1.1 一般应进行的观测项目
(1)上下游水位；
(2)气温；
(3)水温；
(4)坝体温度；
(5)水平位移；
(6)垂直位移；
(7)挠度；
(8)扬压力；
(9)渗流。

10.1.2 必要时宜进行的观测项目
(1)坝体横缝和接触缝；
(2)冲刷和淤积。

10.1.3 当需要时进行下列专门性观测项目
(1)坝体应力、应变；
(2)坝体局部结构和孔洞的应力、应变；
(3)地震反应。

10.2 观测设备布置
(1)观测设备按内部观测和外部观测分别布置。

(2)测点布设应能反映大坝的主要工作状态，观测成果便于与设计、试验成果对比分析。

(3)各相关因素观测设备的布置要互相配合尽可能集中，其各类仪器布设的数量应能满足资料分析的需要。

(4)观测方法宜简便、直观和满足精度要求，观测值应能互相校核。

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11 工程量计算
11.1 工程量计算依据
按有关规范要求进行工程量计算。

11.2 主要工程量计算
(1)主要工程量汇总表见表11。

表11 主要工程量汇总表
(2)观测设备清单。

12 专题研究和创优计划12.1 专题研究
11.2
13 设计成果
13.1 设计文件
(1)初步设计报告；
(2)初步设计专题报告；
(3)设计计算书。

13.2 设计图纸
(1)大坝轴线及坝型方案比较图；
(2)大坝工程布置图；
(3)大坝剖面图(包括混凝土、砌体标号分区图)；
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(4)大坝主要细部结构图；
(5)大坝基础处理图；
(6)大坝稳定及应力计算成果图(附表)；
(7)大坝观测设备布置图；
(8)大坝建筑透视图\.
13.3 工程量汇总表及观测设备清单
除险加固设计主要包括：坝体防渗采用上游坝面新浇钢筋混凝土防渗面板和对坝体浆砌石进行充填灌浆的方案，坝基防渗采用在址板设置一排固结灌浆的基础上，设置单排灌浆帷幕；流溢面混凝土缺陷修补采用凿毛后丙乳砂浆抹面处理，伸缩缝重设止水，新建导水墙；输水隧洞、放空隧洞加固等项目。

17。