H江碾压混凝土重力坝设计说明书（二）

摘要本设计对位于我国西南地区的某水利枢纽进行了以坝工为重点的工程设计。经过对几种可建造坝型的经济比较估算，最终选择建造高碾压混凝土重力坝。溢洪道为河川水利枢纽中必备的泄水建筑物，用以排泄水库不能容纳的多余洪水量，保证枢纽挡水建筑物及其它有关建筑物的安全运行。重力坝通常设置坝顶溢洪道。入库设计洪水的选择和确定，必须在充分研究流域水文因素的基础上进行，然后才能确定溢洪道尺寸。对于过坝水流的调泄，需要有合理审慎的设计， 以避免生命财产的损失。本次设计的调洪演算在基于水量平衡的基础上，采用列表试算法，在可行的几种泄流方案中，择优选出采用的方案和相应的设计与校核水位。然后进入主要建筑物设计。确定枢纽的组成建筑物，包括挡水建筑物、泄水建筑物、水电站等。在定性分析的基础上，确定出大坝的型式。在第一主要建筑物设计阶段，确定出大坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基的处理方案和坝身构造。之后依次进行了细部构造设计、稳定计算、材料力学法分析、应力有限元法和渗流计算，从各个方面验证了设计剖面的可行性。在设计坝体断面时，必须本着重力坝依靠自身重量来维持结构稳定的原则。本次设计中，下游面坡度是一致的，和上游面交于水库设计洪水位处。坝体上游面垂直，只在坝踵附近有陡的折坡，溢流坝上游顶部有倒悬。重力坝坝体的应力以材料力学法分析，坝体稳定的条件是坝体和坝基的最大应力须在坝段混凝土和坝基岩石的容许应力范围之内。重力坝以材料力学法分析，它可以直接求出坝体横剖面边界之内的任何一点的应力。坝体稳定的条件是坝体和坝基的最大应力须在坝段混凝土和坝基岩石的容许应力范围之内。溢流坝段的分析也是一样。其次为第二主要建筑物设计。确定出泄水建筑物的结构型式和轮廓尺寸，进行选线布置。进行水力计算，从挑距和冲刷深度等方面验证设计型式的可行性。并进行细部构造设计。本次设计我掌握了碾压混凝土重力坝的设计方法，了解了这样一个水利工程项目建设的主要步骤，完成了专业知识从理论学习到实际运用的过渡，体会了身为一个水利项目设计者所需要具备的品质和担负的责任，这些必将在我今后的工作中起到关键性的指导作用。关键词：碾压混凝土重力坝有限单元法RCCIAbstractThe design is designed for one river water controlproject lying to the Southwest of China and the dam construction is emphasized . After making and evaluating alternative economic estimates of the possible type of dam, we chose the type of high RCCD.The spillway is a necessary discharge structure for a river project, which is used to discharge the excess flood that the reservoir can not accommodate so as to guarantee the project retaining structure and other structure security run. Usually the gravity dam installs spillway in the crest. The selection of the reservoir inflow design flood must be based on an adequate study of the hydrologic factors of the basin and then to decide the spillway size. The routing of the flow past the dam requires a reasonably conservative designto avoid loss of life and property damage. The design of the blood calculus based on the water balance, and I used the list algorithm, find out the best one in the practicable spilling alternatives, with their design water level and check water level together.Then it is the main structure design grade. the parts of project are defined, consisting of blocking structure ,spillway structure ,hydropower station, and so on. The dam type is defined based on the qualitative analysis.The basis cross section and the outline dimension is defined in the first main structure design grade. The processing alternative of the dam foundation and the construction of the dam body is formulated in the same time. After this, the feasibility of design construction is verified from detail construction plan , infiltrating stability analysis , gravity methods analyzed, FEM theory ,seepage compute.When we design the cross section of a gravity dam, we must rely on the principle that a gravity dam depends on its own weight for structural stability. In this design, the downstream face is uniform slope and would intersect the upstream face at the maximum reservoir level. The upstream face is normally vertical excepting for steep batter near the heel.I used mechanics of materials to analyze the stress of the gravity dam. For the gravity dam to be stable, maximum stresses in the dam section and the foundation should be within the permissible stress of the concrete used in the dam section and the foundation rock respectively.Gravity dams can be analyzed by gravity methods. It provides a direct method of calculating stresses at any point within the boundaries of a transverse section of the dam.Then the author has made a particular analysis and research in the basis of theFEM theory with a project practice and literatures research. After that, study on the FEM theory cited by the analysis of the seepage. The author has analyzed its seepage-control measures and seepage characteristics.The design has enabled us to grasp the method of RCCD and know the main steps of the construction water project. In practice, I achieve the professional knowledge of the theoretical study and know the necessary responsibility and factors as a water project designer. These experiences will definitely play a instructive role in my future work.Keywords : RCCD; finite element method (FEM);RCCIII目录摘要I第一章 综合说明. - 1 -1.1 枢纽任务. - 1 -1.1.1 发电. - 1 -1.1.2 防洪. - 1 -1.1.3 航运. - 1 -1.2 设计要求. - 1 -1.3 工程特性表. - 2 -第二章 设计基础资料. - 4 -2.1 自然地理. - 4 -2.1.1 流域概况. - 4 -2.1.2 气候特征. - 4 -2.1.3 径流、洪水、泥沙. - 5 -2.2 工程地质. - 11 -2.2.1 地震烈度. - 11 -2.2.2 地形地貌. - 11 -2.2.3 地层岩性. - 12 -2.2.4 地质构造. - 12 -第三章 洪水调节计算. - 13 -3.1 调洪演算. - 13 -3.2 坝顶高确定. - 14 -第四章 枢纽布置与坝型选择. - 15 -4.1 枢纽布置. - 15 -4.1.1 工程等级及建筑物级别划分. - 15 -4.1.2 枢纽布置. - 15 -4.1.3 坝型选择. - 15 -第五章大坝设计. - 17 -5.1 剖面拟订. - 17 -5.1.1 溢流坝段宽. - 17 -5.1.2 非溢流坝基本剖面设计. - 17 -5.2 稳定及应力计算. - 18 -5.2.1 荷载计算. - 18 -5.2.2 稳定的校核计算. - 21 -5.2.3 坝体上游面拉应力正常使用极限状态计算. - 22 -5.2.4 坝趾抗压强度承载能力极限状态. - 23 -5.2.5 三个不同截面不同工况下的荷载计算结果及稳定应力分析. - 23 -5.3 坝体边缘及内部应力计算:. - 33 -5.3.1 确定计算截面和计算荷载： . - 33 -5.3.2 边缘应力. - 33 -5.3.3 重力坝内部各点的应力. - 34 -5.3.4 计算结果. - 35 -5.3.5 结果分析. - 37 -5.4 应力图. - 37 -5.5 溢流坝段的设计. - 40 -5.5.1 堰面曲线的拟定. - 40 -5.5.2 反弧半径的确定. - 40 -5.5.3 稳定及应力的计算. - 40 -5.6 渗流计算. - 48 -5.7 应力形变. - 50 -第六章 第二建筑物（压力钢管）的设计. - 53 -6.1 引水管道的布置. - 53 -6.1.1 压力钢管的型式. - 53 -6.1.2 轴线布置. - 53 -6.1.3 进水口. - 53 -6.2 闸门及启闭设备. - 54 -(2)启闭设备安放在坝顶。. - 54 -6.3 细部结构. - 54 -6.3.1 通气孔. - 54 -6.3.1.1 布置. - 54 -6.3.2 充水阀. - 54 -6.3.3 伸缩节. - 54 -6.4 压力钢管结构设计：. - 54 -6.4.1 确定钢管厚度： . - 54 -6.4.2 承受内水压力的结构分析. - 55 -第七章 施工组织设. - 59 -7.1 导流标准. - 59 -7.2 导流方案的选择. - 59 -7.3 导流工程特性表. - 59 -第八章 专题：枢纽布置设计. - 61 -8.1 坝址和坝型的选择. - 61 -8.2 枢纽布置的要求. - 61 -8.3 枢纽布置的步骤. - 62 -8.4 枢纽布置方案的优选. - 62 -8.5 设计选择. - 63 -第九章 总结及对下阶段工作的建议. - 64 -9.1 小结. - 64 -9.2 对下阶段的建议. - 64 -参考文献：. - 66 -第一章 综合说明1.1 枢纽任务本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用效益。1.1.1 发电装机容量 7600MW，正常蓄水位 375.8m，死水位 330.1m，台机组满发时的流量为 7537 m3 / s ，尾水位为 225.5m。厂房为全地下式厂房，主厂房尺寸为 338.528.574.4(mmm)，机组间距为 32.5m，安装间（主/副）长度为 60/30m。主变室为地下式，尺寸为405.519.532.334.2(mmm)。开关站为地面户内式，平面尺寸为 33517.5(mm)。1.1.2 防洪LT 水库是 W 江防洪的战略性工程，承担W 江中下游地区防洪任务，总防护人口达 1200 万人，保护耕地近 700 万亩。工程的兴建可使 W 江和 W、N 江三角洲防洪标准由约 20 年一遇提高到约 400 年一遇（400m 提高到约 50 年一遇），遇 DTX水库联合防洪，可使下游的防洪标准由 20 年一遇提高到 100 年一遇；无论式从防洪效益还是替代防洪工程投资来说，其防洪作用均非常显著。在遇 500 年和 10000 年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来27600m3/s 和 35500m3/s 分别削减为 24144.6m3/s 和 28269.2m3/s。要求校核洪水时最大下泄流量限制为 28350m3/s，校核洪水位不超过正常蓄水位的 4.3m。1.1.3 航运H 河属于滩多、坡陡、流急的河流，全河大小滩险约 300 处。天然情况下， 除 O 滩至 SL 镇（L 江河口）170km 河段为常年通航河段外，其余河段基本不能通航。LT 建成后，水库会使库区干流以上 250km 范围内形成深水航道，坝址下游河道枯水流量得到大幅度增加，为实现 H 河全面通航，并直达珠江三角洲出海奠定了基础，为西南有关省区物资外运提供了一条廉价的水上运输线，从而可带动沿河经济的发展，促使西部大开发战略的实施。1.2 设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：- 23 -1. 根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶高程及溢洪道孔尺寸；2. 通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的形式、轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；3. 详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟订地基处理方案与坝身构造，进行水力、静力计算；4. 对碾压混凝土重力坝进行设计，选择建筑物的形式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟订细部构造，进行水力、静力计算；5. 决定枢纽的施工导流方案，安排施工的控制进度1.3 工程特性表表 1-1工程特性表名称数量单位备注河流特性流域面积98500km2坝址控制面积多年平均径流总量508108m3设计洪水流量27600m3/s洪峰校核洪水流量35500m3/s洪峰多年平均径流量1610m3/s水库特性正常蓄水位375.8m发电死水位330.1m设计洪水位377.3m校核洪水位380.36m库容164108m3设计下泄流量234834m3/s设计下游水位225.5m校核下泄流量28253108m3校核下游水位260.4m发电装机容量7600MW拦河大坝等级一级大坝类型碾压砼重力坝坝顶高程381m防浪墙顶高程382.3m最大坝高186m坝顶宽度16m大坝上游坡度0.2下游坡度0.75上游折坡点高程290m泄水建筑物堰顶高程356m溢流前沿净宽105m消能方式挑流消能鼻坎高程262m反弧半径50m挑射角30度单宽流量268.93立方米/秒第二章 设计基础资料2.1 自然地理2.1.1 流域概况H 河是 W 江水系的中上游河段。H 河全长 1573km，流域面积 138340km2。流域属副热带气候区，气候温和多雨，410 月份为雨季，降水量占年降水量的89.5%，雨日占全年的 71.2%，流域各地多年平均降水量在 7601860mm 之间， 总的趋势山东向西递减。径流主要由降雨形成，径流年内分配为：510 月份占年总量的 82.9%，11 月次年 4 月占年总量的 17.1%。LT 水电站位于 H 上游。坝址以上流域面积为 98500km2，占 H 河流流域面积的 71%。坝址以上流域，大支流多，地形复杂，汛期暴雨量级虽不大但却频繁发生，造成洪水连续、洪水总量较大。2.1.2 气候特征2.1.2.1 气温：坝址多年平均气温为 20.1，月平均最低（1 月份）气温为 11.0，月平均最高气温（7 月份）为 27.1，实测最低值（1 月份）为-2.9，实测最高值（7 月份）为 38.9。2.1.2.2 湿度：历年平均相对湿度为 80%，其中最高为 6、7、8 月，历年平均值均为 85%； 最低为 2 月，历年平均值为 74%。2.1.2.3 降雨量坝区多年平均降水量 1343.5mm，雨季（410 月份）降水量占年降水量的89.2%，其中 59 月份降水量占全年的 76.0%，多年平均降雨日数为 156d，雨季雨日占全年的 69.7%。多年平均日雨量10mm（中雨及以上）日数为 38.5d，日雨量25mm（大雨及以上）日数为 15.0d，日雨量50mm（暴雨）日数为 3.9d， 日雨量100mm（大暴雨）日数为 0.6d。表 2-1 坝区历年（19721992 年）各时段最大降水量时段(min)1020306090120180240360540720144 0雨量(mm)25.240.258.899.9117.3125.8139.5144.6155.6158.6159.4160.92.1.2.4 蒸发量：历年水面蒸发量平均值为 1023.3mm，历年最大值为 1218.7mm，历年最小值为 842.7mm。2.1.2.5 风向风力：历年最大风速为 24m/s，吹程为 2km。2.