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4f昌工殄先NANCHANG INSTITUTEOF TECHNOLOGY薛程微课程设行计:混凝水工建筑物专业班级:级水利水电工程卓越班12土重力坝设计姓名饶宇学号196指导教师:王志强南昌工程学院水利与生态工程学院印制学年第一学期2015——2016第一章基本资料、基本资料11
一、地质河床高程332m约有2〜3m覆盖层，岩石为石灰岩，较完整，结理不发育，风化层后1〜2m无特殊不利地质构造坝基得力学参数抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为
40、9,c^700kPa基岩得o校核洪水位情况Ew==P VI+P V+P V3+W1+W2+W3-U+U+U-Psv=250932223P=17942—I M=EM=W1+W2-W3+P VI+P V+P V3-U-U-U-U=-18531421234基本组合对于坝踵处2卬254126x170061CT-=65J4kPa0-----------------1----------------------------------------------------------B B
245.
5145.512对于坝趾处:_254126x1700613000~~B B2~
45.
5145.512=
1051.04=750kPa
4.0由以上计算可知:设计洪水位和校核洪水位情况下，坝址和坝踵应力符合强度要求第三章溢流坝设计、孔口设计31一\泄水方式得选择为使水库具有较大得超泄能力，采用开敞式孔口
二、洪水标准得确定本次设计得重力坝就就是3级建筑物，根据相关规范可知:采用50年一遇得洪水标准,500年一遇得洪水标准校核
三、流量得确定设计情况下溢流坝下泄流量为1250733/s；校核情况下溢流坝下泄流量为1696m3/s o
四、单宽流量得选择坝基处基岩比较坚硬完整，综合枢纽得布置及下游得防冲要3求，单宽流量取50〜100/so
五、孔口净宽似定分别计算设计和校核情况下溢洪道所需得孔口宽度，计算成果如表3—1所示:3计算情况单宽流量加/s孔口净宽B m流量QM/s设计情况125050〜10025〜
12、5校核情况169650〜
10033、92〜
16、96表3-1孔口净宽计算根据以上计算，溢流坝孔口净宽取24m,假设每孔净宽为8m,则孔数n为3□
六、溢流坝段总长度得确定根据工程经验，似定闸墩得厚度初拟中墩厚d为3m,边墩厚为2m则溢流坝段得总长度为为B0=nb+n—ld+2,=24+6+4=34m
七、坝顶高程得确定根据公式溢=£mBy[lg初拟侧收缩系数£=
0、95流量系数加=0・
52、设计情况21250Ho==
8.5msmBd2g下__________________________
0.95x
0.502x2472x
9.81堰顶高程=
385、4-
8、5=
376、9m校核情况2____________=
10.4m-
0.95x
0.502x24x72x
9.81堰顶高程=
386、96-
10、4=
376、56m计算情况流量Q西侧收缩系流量系数孔口净宽堰上水头堰顶高程/S数m m m设计情况
12500、
950、
502248、
5376、90校核情况
16960、
950、
5022410、
4376、56表3-2堰顶高程计算根据以上计算，取堰顶高程为
376、56m
八、闸门高度得确定计算如下门高=正常水位一堰顶高程+
0、1〜
0、2=
383、96-37656+
0、1=
7、5m按规范取门高为8m
九、定型设计水头得确定堰上最大水头，二校核洪水位一堰顶高程，即H=
386、96-
376、56=
10、4mriidx\/定型设计水头“，为:,=75%〜95%H=780〜
9、88mmax取”,二
8、8m,88/
10、4=
0、85,查表知坝面最大负压为:
0、3”,=
2、64m,小于规定得允许值最大不超过3〜6m水柱
十、泄流能力得校核先由水力学公式计算侧收缩系数乞然后计算不同水头作用下得流量系数加，根据已知条件，运用堰流公式校核溢流堰得泄流能力由规范可得:闸墩用半圆形4=
0.45短=
0.4e=1—
0.2[〃一14+媒』民nb
8.5=1-
0.2[3-0x
0.45+
0.4]=
0.908378确定侧收缩系数£=1-
0.2[3-1x
0.45+0・4]吆=
0.887J3x8确定流量系数m:设计水位:生=幺选=阻=
0.966Hq H
8.8O Js1-0975m=
0.975+——■x
0.966-
0.8=
0.996m
0.2m=
0.502x
0.996=
0.500•Js校核水位:区=区=也1=
1.15H.H,
8.8O Jm1八
1.025-
1.0「…、I/v4=
1.0+--------------xl.15-
1.0=
1.02m
0.2m=
0.502x
1.02=
0.512s33Q设=4nB收H根=
0.908x
0.500x24x72x
9.81x
8.52=
1196.0m3A33校=而HW=0・89lx
0.512x24xV^Hx IO.=
1556.7n/s设计情况xlOO%=x100%=
4.32%
5.0%|Q|1250百校核情况x100%=67-1696*1=.50%
5.0%00%4|Q|1696综上可知设计得孔口符合要求表3-3泄流能力校核计算计算情况侧收缩系流量系数孔口净宽堰上水头流量Q一数mmm3/sQ1-^=—^|xlX%设计情况
0、
9080、
500248、
51196、
04、32%校核情况
0、
8910、
5122410、
41556、
74、50%、溢流坝剖面设计32溢流堰面曲线常采用非真空剖面线，采用较为广泛得非真空剖面曲线有克一奥曲线和WES曲线两种，经比较本工程采用WES曲线,溢流坝得基本剖面为三角形，一般其上游面为铅直,溢流面由顶部得曲线，中间得直线，底部得反弧段三部分组成、上游堰面曲线，原点上又采用椭圆曲线，其方程为:H2bH-y2s血了bH sY才艮据计算=
8.8m a=
0.28h=---=
0.
160.16x
8.8-y2则椭圆方程为:
0.28x
8.
820.16x
8.
820.87+361
二、WES曲线设计其方程为:〃=
1.85,攵=
2.0,勺=
8.8则y段=
2.0•
8.8°-85y或y=
0.079xL85直线段与WES曲线相切时，切点C得横坐标为:
2.0x=k/[mH x
8.8=
13.53771c s
0.7x
1.85
二、反弧半径得确定根据工程经验8=25挑流鼻坎应高出下游最高水位
335、2m1〜2m,鼻坎得高程为
335、2+1=
336、2mo高差”0=校核水位-坎顶高程=
386.96-
336.2=
50.76m过流宽度B=24+2x4=32m1696流能比K=
0.045EB32x V9J1x
50.76150=31_^^=
0.90坝面流速系数V4痛v=9H0=
0.90x72x
9.81x
386.96-
336.2:282坎前水深为h3B v32x
28.2反弧半径/为R=4〜10h=
7.24-
18.lmRcosS=10xcos25°=
9.06m反弧段得圆心求法先画一条平行于坝下游面且相距圆弧半径R得直线，再画一条与坝顶点相距为Rcos25得水平线,两线交点即为圆心、消能防冲设计33根据地形地质条件,选用挑流消能根据已建工程经验，挑射角0=25°,挑流鼻坎应高出下游最高水位
335、2加1〜2小鼻坎得高程为
335、2+1=
336、2mo一*、反弧半径得确定坎顶水流流速v按下式确定v=9,2go=
0.90X72x
9.81x
386.96-
336.2=
28.2m/s坎前水深为1Q校1696h=——=------------=B v32x
28.2o反弧半径为H=4〜10h=
7.24-
18.lm取R为10mo
二、水舌得挑距L及可能最大冲坑得深度打估算挑距计算匕=
29.8x
1.1=
32.78m/s4=h cos=
1.81x cos25°=
1.64771生=
336.2—332=
4.2加L=—sinecosO+x cosOjv；sin2g4+hgL
232.78xsin25°cos250+
32.78xcos
250732.782sin225°+2x
9.
811.64+
4.
29.81=
95.0m冲坑深度计算:q=壬=I；=
52.1m3/s•m H=
386.96-
335.2=
51.76mH=
335.2—332=
3.2m2的°5〃°25-H=
1.1x
52.105X
51.76025-
3.2=
18.03mt\=2L=
5.
272.5〜
5.0卜/
18.03由此可知才先流消能形成得冲坑不会影响大坝安全另夕卜，为了避免小流量时产生贴面流，掏刷坝脚，可在挑流鼻坎后面做一短段护坦，以保护坝脚安全第四章重力坝主要构造、坝顶构造41
一、非溢流坝坝顶上游设置防浪墙，与坝体连成整体,其结构为钢筋混凝土结构防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水墙高
1、2m,厚度为30cm,以满足运用安全得要求坝顶采用混凝土路面，向两侧倾斜，坡度为2%,两边设有排水管，汇集路面得雨水，并排入水库中坝顶公路两侧设有宽
0、75m人行道，并高出坝顶路面20cm,坝顶总宽度为7m,下游设置栏杆及路灯细部构造图略
二、溢流坝溢流坝上部设有闸墩、闸门、门机、交通桥等结构和设备闸门得布置:工作闸门布置在溢流坝得顶稍偏下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面形成负压采用平面钢闸门，门得尺寸高X宽=8mX8m,工作闸门得上游设有检修闸门，二门之间得间距为2m闸墩闸墩得墩头形状，上游采用半圆形，下游采用流线型其上游布置工作桥，顶部高程取非溢流坝坝顶高程，即
386、96m；下游布置交通桥,桥面高程为非溢流坝坝顶高程中墩得厚度为3m,边墩得厚度为2m,溢流坝得分缝设在闸孔中间，故没有缝墩工作闸门槽深1m,宽1m,Q检修闸门槽深
0、5111,宽
0、5m0导水墙:边墩向下游延伸成导水墙其长度延伸到挑流鼻坎得末端;高度经计算得
3、5m o导水墙需分缝涧距为15m,其横断面为梯形,顶宽取
0、5m细部构造图略o、分缝与止水42
一、横缝垂直于坝轴线布置,缝距为15m,缝宽为2c m,内有止水
二、止水设有两道止水片和一道防渗沥青井止水片用
1、0mm厚得紫铜片，第一道止水片距上游坝面
1、0m o两道止水片间距为
1、0m,中间设有直径为20cm得沥青井，止水片得下部深入基岩30cm,并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶
三、纵缝纵缝为临时性缝，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆纵缝与坝面正交，缝距为15m
四、水平缝混凝土浇筑块厚度为4m,纵缝两侧相邻坝块得水平缝错开布置，上下层混凝土浇筑间歇为5d,上层混凝土浇筑前对下层混凝土凿毛，并冲洗干净，铺2cm厚得水泥浆、廊道系统43
一、基础廊道位置:廊道底部距坝基面5m,上游侧距上游坝面7m;形状城门洞形，底宽3m,高
3、5m,内部上游侧设排水沟，并在最低处设集水井平行于坝轴线方向廊道向两岸沿地形逐渐升高，坡度不大于40
一、坝体廊道自基础廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道，共设两层底部高程分别为352m、372m,形状为城门洞形,其上游侧距上游坝面3m,底宽
1、5m,高
2、5m,左右岸各有一个出口、坝体防渗与排水44
一、坝体防渗在坝得上游面、溢流面及下游面得最高水位以下部分，采用一层厚2m具有防渗性能得混凝土作为坝体得防渗设施
二、坝体排水距离坝得上游面3m沿坝轴线方向设一排竖向排水管幕管内径为15c m,间距为3m,上端通至坝顶，下端通至廊道，垂直布置排水管采用无砂混凝土管、坝基得防渗与排水45由于坝趾处河床上有2〜3m得覆盖层，有1〜2m得风化层，地基开挖时应把覆盖层和严重得风化层全部挖除,坝底面得最底高程为
327、0m,顺水流方向挖成锯齿状，并在上下游坝面开挖一个浅齿墙沿坝轴线方向得两岸岸坡坝段基础，开挖成有足够宽度得分级平台，平台得宽度为至少1/3坝段长，相邻两级平台得高差不超过10m注意根据横缝得布置、开挖得深度调整平台得宽度和高程
一、坝基得防渗处理在基础灌浆廊道内钻设防渗帷幕和排水孔幕防渗帷幕采用膨胀水泥浆做灌浆材料，其位置布置在靠近上游坝面得坝基及两岸帷幕得深度取10-30m,河床部位深，两岸逐渐变浅,灌浆孔直径取80mm，方向垂直,孔距取2m,设置一排
二、坝基排水坝基得排水孔幕布置在防渗帷幕得下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕得夹角为10，孔距取3m,孔径为130mm,孔深为10〜15m,沿坝轴线方向设置一排允许抗压强度3000kPa地震得设计烈度为6度
二、水文本枢纽属中型ni等工程永久性重要建筑物为3级，按规范要求，采用50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核特征水位上游水位下游水位库容溢流坝泄量mm万m3nr3/s校核洪水位
386、
96335、212001696设计洪水位
385、
4334、311401250正常蓄水位
383、
96331、7895死水位
350、040表水文计算结果1经水文水利计算,有关数据如表1所示
三、气象本地区多年平均最大风速为14m/s,水库吹程为
2、96km
四、其她有关数据河流泥沙计算年限采用5年，据此求得坝前淤沙高程345m淤沙得浮重度为
9、5kN/m3,内摩擦角为12°o坝体混凝土重度采用24kN/m3o
五、枢纽总体布置根据地形、地质、天然建筑材料等因素得考虑，本工程选用混凝土重力坝方案，重力坝由非溢流坝段和溢流坝段组成第二章非溢流坝设计、剖面设计21重力坝剖面设计得原则就就是:
①满足稳定和强度要求，保证大坝安全;
②工程量小,造价低;
③结构合理，运用方便;
④利于施工，方便维修；重力坝得基本剖面就就是指坝体在自重、静水压力水位与坝顶齐平和扬压力3项主要荷载作用下,满足稳定和强度要求，并使工程量最小得三角形剖面在拟好得基本三角形基础上，根据已确定得坝顶高程及宽度，初拟主要防渗，排水设施,即可得到重力坝实用剖面剖面尺寸得初步似定主要内容有坝顶高程，坝顶宽度，坝顶及上、下游起坡点得位置
一、坝顶高程得确定波浪要素按官厅公式计算公式如下51打产
0.0166%甑=+九+/3次之TTH=--cth------------7L Lz库水位以上得超商对于安全级别为D级得坝，查得安全超高设计洪水位时为
0、5m,校核洪水位时为
0、4m计算成果见下表2」安全加高m风速m/s波高m波长m雍高m超高m坝顶高程m
281、
4113、
680、
460、
52、
37387、
8140、
596、
840、
160、
41、
15386、6表2-1坝顶高程计算成果表经比较可以得出坝顶或防浪墙顶高程为
387、8m,并取防浪墙高度
1、2m,则坝顶高程为
387、8—
1、2=
386、6m最大坝高为
386、6—327=
59、6m
二、坝顶宽度考虑交通要求，坝顶宽度取7m
三、坝面坡度12------考虑利用部分水重增加坝体稳定，上游坝面采用折坡，起坡点按要求为33坝高，该工程拟折坡点高程为
347、0m,上部铅直,下部为1:
0、2得斜坡，下游坝坡取1:
0、7,基本三角形顶点位于坝顶，
376、301n以上为铅直坝面
四、坝体防渗排水分析地基条件，要求设防渗灌浆帷幕和排水幕,灌浆帷幕中心线距上游坝踵7m,排水孔中心线距防渗帷幕中心线9mo拟设廊道系统，实体重力坝剖面设计时暂不计入廊道得影响拟定得非溢流坝剖面如图所示确定剖面尺寸得过程归纳为:初拟尺寸——稳定和应力校核——修改尺寸——稳定和应力校核得重复计算过程、荷载计算22
一、计算情况得选择在设计重力坝剖面叱应按照承载力极限状态计算荷载得基本组合和偶然组合基本组合有正常蓄水位情况和设计洪水情况，偶然组合有校核洪水情况和地震情况考虑得主要荷载有自重、水压力、浪压力、淤沙压力及扬压力从以上荷载组合中分别选一种基本组合如设计洪水位情况和一种偶然组合如校核洪水位情况计算
二、计算截面得选择滑动面一般有以下几种情况坝基面、坝基内软弱层面、基岩缓倾角结构面等对于本工程，岩石较完整，结理不发育，可仅分析沿坝基面得抗滑稳定
三、荷载计算坝体自重计算
1.坝顶宽度=7m坝基宽度二
386、60-327X07+347-327X
0、2=
45、72mWi=l/2X24X20X20X0^2Xl=960kN力臂二
45、72/2-2/3X20X02=
20、19m力矩=960*
20、19=193824k N・mW=24X7X
386、60-327X1=
10012、8kN2力臂二
45、72/2-20XOx2-
7、0/2=
15、36m力矩=
10012、8义
15、36=
153796、6lkN・mW=1/2X24X376S30-327X
376、30-327X
0、7X1=
20416、116kN3力臂二
376、30-327X07X2/3—
45、72/2=
0、15m力矩=
20416、116X
0、15=
3062、417kN*m、静水压力校核洪水位2P1=1/2X
9、81X
386、96-327X
386、96—327X1=
17248、383kHN力臂=1/3X
386、96-327=1977m力矩=
17248、383X
19、77=-
341000、53kN*mP H2=-1/2X
9、81X
335、2—327X
335、2-327X1=-329812kN力臂=1/3X
335、2-327=
2、73m力次巨=
329、812X
2、73=
900、387kN*mP i=981X38696-347X347-327X02=1542132kNV力臂二
45、72/2—20X
0、2X1/2=
20、755m力矩=
1542、132X20755=
32006、95kNmP=1/2X9S81X20X20X
0、2=
392、4kNV2力臂二
45、72/2—20X
0、2X1/3=
21、42m力矩=
392、4X2142=840521kNmPv3=1/2X
9、81X
335、2-327X
335、2-327X
0、7=
230、87kN力臂二
45、72/2-
335、2-327XO、7X1/3=
20、842m力矩=-
230、87X
20、842=-
4811、80kN*m扬压力校核洪水位U1=—
9、81X
335、2-
327、0义
45、51X1=-36609kN力臂=0m力矩二0kNemU=-981X90X
0、25X
386、96-
335、2=—
1127、9k N2力臂二
45、72/2-90/2=
18、255m力矩=
1127、9X
18、255=
20589、81kN*mU=-
9、81X1/2X
45、72-
9、0X
0、25X
386、96—
335、2=
2287、77kN3力臂=2/3X
45、72—
9、0-
45、51/2=
1、585m力矩二一
2287、77XK585=—
3626、12kN*m5:
9、81X1/2X90X0—
0、15X
386、96-
335、2=-169186k N力臂二
45、72/
2.1/3X
9、0=
19、55m力矩二一
1691、86X
19、55=
33422、69k Nm
4、泥沙压力P=1/2X95X345-327X345-327Xtan245°-12°/2=
1009、20kN力臂=1/3X18=6mSH力矩=一
1009、20X6=-
6055、20kN*mP=1/2X95X18X18X02=
307、8kNSV力臂二
45、51/2—18X
0、2X1/3=
21.555m力矩=
307、8X
21、555=
6634、629kN・m标准值kN力臂何载力矩标准值kN・m垂直荷载水平荷载mW
1960120、1919382自重W10013J
15、361537962W
2041610.153062413水平PHI17248㈠
19、77-341001水压P H330一
2、739002力
20、71542；32007Pvl55垂直
21、水压静A水A Pv2392n840542力压
20、231I-4812Pv3力842P1009一6-6055SH泥沙压力P SV
308121、566635浮托J3661f
0、00力U21128t
18、255-20590扬压力渗透U2288t
1、585-36263压力
19、7U1692f-334234552W=25093总计2P=17942㈠Z；M=-1853141表2—3校核洪水位情况下荷载计算成果、抗滑稳定分析23重力坝沿坝面失稳得机理就就是:首先在坝踵处基岩和胶结面出现微裂松弛区，随后在坝趾处基岩和胶结面出现局部区域得剪切屈服,进而屈服范围逐渐增大并向上游延伸，最后，形成滑动通道,导致坝得整体失稳九二
1、00=
1、0£上
0、9c^700kPa校核洪水位情况Ew-Pvi+Pv2+Pv3+W1+W2+W3-Ui+U+u-Psv23=25093I=P HI—P H2+P SH=17942一
0.9x25412+700x
45.51=
3.13〉
3.017492基本组合由以上计算可知，在设计和校核洪水情况下坝基面均满足抗滑稳定极限状态要求、应力分析24
一、分析目得应力分析得目得就就是检验所拟坝体断面尺寸就就是否经济合理，并为确定坝内材料分区、某些部位配筋提供依据
二、分析得方法应力分析得方法有理论理论计算和模型试验两类设计时一般使用理论计算得方法，理论得计算方法有材料力学法、弹性理论和弹塑性理论得方法
三、材料力学法。
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