重力坝设计

1
xc 1.096 9.32 1.25 0.85 13.28(m)
yc 100 .592 9.32 1.252.176 8.97(m)
• 直线和反弧切点D 和反弧圆心坐标O 确定
(xD , yD )
(xo , yo )
根据鼻坝交于下游水位2m左右的要求。确定鼻坝高程为△坝 =216.5m取挑射角θ=26°
52.76
0.019
9.8 (307.3 215.29)1.5
3
1
0.055 /
K 0.5 E
3 1 0.055 0.0190.5
0.844
S 上游水位 反弧最低点高程 307.3 215.29 92.01
反弧最低点流速
V 1.1 2gs 1.1 0.844 2 9.8 92.01 39.43m / s
• 所以，椭圆方程为
X 2 (1.58 y)2 1
2.82
1.58
• 上游坝面296.95m以上垂直，以下坡度与非溢流坝
相同为1：0.3
•
堰顶溢流曲线，采用幂曲线，方程为 xn
k
H n1 d
y
• 查表得 n=1.850 k=2.000 即x1.85 29.320.85 y 13.336y
• 坐标原点设在曲线顶点
重力坝的设计
目录
• 一，非溢流坝的剖面设计 • 1，坝顶高程的确定 • 2，非溢流坝剖面尺寸的拟定 • 3，坝体构造 • 二，非溢流坝稳定和应力计算 • 三，溢流坝剖面设计 • 1，剖面拟定 • 2，溢流坝坝底宽度
一、非溢流坝剖面设计
• （1）坝顶高程的确定
• 1.设计洪水的情况
• 波浪高度：
2h1=0.0166v5/4D1/3=0.0166x(1.5x14)5/4x19.51/3=2.
直线和反弧切点D为
y D R cosθ1 y 0 12 cos51.34o 69.66 77.16m
xD
xc
yD yc tanθ1
13.28 77.16 8.97 67.83m tan1.25
圆心O的x坐标为xD x D Rsinθ1 67.83 12 sin51.34o 77.20 则圆心左边为（77.20,69.66） 溢流坝剖面如图 3）溢流坝坝顶底宽度 鼻坝到堰顶的水平距离为; x顶 x坝 x0 Rsinθ 86.57m
• 以非溢流坝稳定和应力计算
• 以正常蓄水位情况为例，进行荷载计算，稳定性计算和应 力计算荷载计算见表，表中荷载符合和方向如图：
• 抗滑稳定验算：W＝113750（kN）， P ＝66197
（kN） •
k f ' W c' A ＝3.33>3.0
•
P
• 满足要求。
• 坝基面强度验算：W ＝113750（kN），
匣墩厚度3m。孔数n=10，单孔宽b=10m则鼻坝处单宽流量 q坝=Q／ｎｂ＋（ｎ－１）ｄ＝６７００／１０×１０＋
（１０－１）×３＝５２．７６ｍ³／（ｓ．ｍ） 初拟反弧半径Ｒ＝１２ｍ，此时反弧最低点高程为
▽ ＝▽坝＋Ｒｃｏｓθ－Ｒ＝２１６．５＋１２ｃｏｓ２６ －１２＝２１５．２９m
KE
q坝 g E1.5
• 坝基开挖：坝基面在主河槽挖至190m高程
• 坝基帷幕灌浆：在坝址地质剖面图上找出相对隔水层，帷 幕深度到180m高程 设一排帷幕孔钻孔斜向上游，倾角控 制在5度以内，孔距3m
• 坝基排水：坝基主排水孔在防渗帷幕下游2m处，间距 0.8m帷幕孔距2.4m孔径0.15m深达180m高程。次排水孔 在厂房坝段设两排，孔距4m孔深至184m高程，主排水孔 所排的水直接排入排水廊道，次排水管渗水由横向排向下 游。
• 堰顶上游侧采用椭圆曲线，其方程为
x (aHd )2
(bHd y)2 (bHd )2
1
P1 297 .98 190 11.59 2
Hd
9.32
• 所以a取0.3 • 故b=0.17
a b 0.87 3 0.3 1.77
aHd 0.3 9.32 2.80
bHd 0.17 9.32 1.58
地质，水利条件和结构上的要求，在通过稳定和强度校核， 分析是否满足要求安全和经济要求。
• 坝顶的宽度：枢纽位置在山区峡谷无交通要求故
坝顶宽度：5m
• 坝坡的确定：根据工程经验挡水坝采用：1:0.8，上游坡采 用：1:0.3
• 上游折坡点：取59m，即高程：249m
• 下游折坡点按地形和节约开挖要求定在高程295.31m，初 拟非溢流坝剖面如图：
0086(m)
• 波浪长度：
• 2L1=10.4（2hi）0.8=10.4x(2.0086)0.8=18.17(m)
• 波浪中心线到静水面的高度：
• hz=
(2h2 )2
cth H1
3.14X 22
3.14X113 cth
0.697
2L2
2L2 18.17
9.085
安全超高：（一级建筑）hc=0.7m 坝顶高出水库静水位的高度:
2
2
H0
Q泄
m m L
2g
3
1.0
0.905
6700 0.502100
3
2g
10.35(m)
• 校核洪水位为307.3m，设计水头 H d 0.90 H o 9.32(m)
• 所以堰顶高程H=307.3-10.35=296.95m，由于相应下游水位214.5m小 于296.95m满足自由出流的假设，故结果正确
流量系数m，根据规范，幂曲线md=0.502, 有水力学相关资料可得m/md=1.0，故m=0.502, 侧收缩系数：
查得
1
0.2( k
(n
1)0 )
H0
(nb)
k 0.7 0 0.45
• 所以 1 0.2(0.7 90.450)10.35100 0.902
Q mb
2g
H 32 0
（ H0 Hd 时）
流量系数m=0.502侧收缩系数ξ与H0有关.设ξ=0.9， 因H0未知，无法判定出流情况，先假设自由出流， 则Ϭ=1.0，然后再校核：
2
H0
Q泄
m m L
2g
3
10.39m
•
用求得的H0 近似值代入
1
0.2n
1
0
k
H0 nb
• 式中 n—溢流孔数 H0 --堰孔全水头
ho=3.14x1.2092/12.1=0.379m • 查得安全超高（一级建筑）：hc=0.5m • 坝顶高出水库静水位的高度：
h设 2h2 1.43 hz hc 2.088 m
• 校核洪水情况时坝顶或防浪墙顶高：
• 307.3+2.088=309.388 • 选取上述两种情况下的较大值并取防狼墙高度为：1.39m • 坝顶高度：309.39-1.39=308m (2)非溢流坝剖面尺寸拟定： • 坝剖面尺寸的拟定应考虑管理和应用的需要，要满足地形
•
P ＝66197（kN），
•
M ＝-1101078kN.m
上游边缘正应力
" y
来自百度文库W T
6 M T2
486（kPa）> 0
下游边缘正应力
' y
W T
6
M T2
1052.1
（kPa）
上游边缘正应力
' y
>0，下游边缘正应力小于坝基
容许压应力，满足强度要求。
溢流坝剖面设计
• 1.剖面拟定
• 孔口尺寸：由于重力坝地基较好，单宽流量取值
附加鼻坎处削角厚度0.5m，堰顶上游侧椭圆段水平
距离2.8m，上游坡度水平投影距离17.7m
Q
溢流坝坝底宽 =17.7+0.5+86.57+2.8=107.57 m
• 水力验算：
Q
溢流坝面过水能力验算
Q mlm
2
g
H
3 0
/
2
通过校核洪水时淹没系数Ϭ=1，堰顶水头H0=307.3296.95=10.35m
反弧的最低处弧的hc = q/v = 52.76/39.43 = 1.314m
反弧半径R满足（8～10） hc，故取反弧半径 R = 12m，
符合要求的反弧圆合要高程
▽。= ▽坝 + Rcosθ = 216.5 + 12cos26 = 227.29m
圆心o的y坐标标y。= 296.95- 227.29 = 69.66
范围q=50～70
m3 (s m)
则单宽流量取 q=67
m3 (s m)
下
泄流量，设计洪水时Q=6700
m3 s
• 根据 L=Q/q=6700/67=100（m）
• 根据目前大口型坝闸门宽度常用8～16m.为了保 证泄洪时闸门对称开启，设10孔闸门，每孔宽
10m
已知Q=6700
m3 s
B=10x10=100m； 在设计水头下
6675m3
/
s
• 误差 （6700-6675）/6700=0.37%小于5% 故满足泄洪能力要求
• 廊道：基础灌浆廊道采用尺寸为2.5mx3.0m（宽x高）上 圆下方的标准 廊道。廊道底高程： 190.0+1.5x2.5=193.75m取194m距上游边缘4m
• 坝轴线方向沿地形向两岸逐渐抬高，倾斜度不大于40度， 两岸下游洪水位以上均设有进出水口
• 坝体排水：沿坝轴线方向布置一排预制多孔混凝土竖向排 水管，间距3.5m距上游2.5m直径0.15m并与廊道相连横向 排水管坡降i=1/200管入口与廊道的集水沟相连，出口通 向下游。管径0.25m间距在坝的分段相适应的前提下按 30~50m左右布置 （4）坝基处理
• 取直线斜率m=0.8，直线与堰顶曲线相切，切点坐 标 (xc, yc)可以微分概念入手，推导出如下公式：
xc AH d (tan 1)a , yc BH d (tan 1)b
• 其中：A=1.096，B=0.592， a=1/0.85， b=2.176，
• 所以
tan 1
1 m
1 0.8
1.25
• B—每孔的净宽 o --闸墩形状系数
• k --边墩形状系数
• 查水力学得，边墩形状系数=0.7 闸墩形状系数
=0.45
•
因
H0 10.39 1.04 1应按
b 10
H 0 1 代入计算 b
1 0.2n 10
k
H0 nb
1 0.210 1 0.45 0.7 1
10
0.905
• 用求得 近似值代入公式重新计算 H 0
h设 1.43 2h2 hz hc 4.27m
设计洪水情况时坝顶或防浪墙顶高程为： 305.1+4.27=308.4876m
• 2.校核洪水情况： • 波浪高度：2hi=0.0166x145/4x19.51/3=1.209m • 波浪长度：2L1=10.4x(21.2090.8)=12.1m • 波浪中心线到静水面的高度：
（2）坝体构造
• 坝顶构造：防浪墙设在坝顶上游面，墙顶高程 1.39+118=119.39m
• 厚0.3的钢筋混凝土结构，在坝体横缝初设伸缩缝。坝顶 下游设栏杆，照明设施的灯柱同栏杆一块考虑。坝顶呈龟 背形，以5%波度向两侧倾斜。
• 分缝和止水：两岸挡水坝结合地形按20m左右设置横缝。
• 横缝止水，上游设置两道止水片和一道防渗沥青井，缝中 填塞沥青玛滞脂。止水片用铜片或不锈钢片，伸入两边坝 体长度0.2m，伸入坝基0.3~0.5m并用混凝土固定。