混凝土坝设计与施工（27页清楚明了）

1、混凝土坝设计与施工 专 业：水利水电建筑工程班 级：姓 名： 指导老师 前言本次坝工混泥土的设计与施工的实训是参考课程水工建筑物、水力学和混泥土坝设计与施工来完成的，当然少不了陈老师的精心指导和耐心讲解和大家的全力配合，这次混泥土的设计与施工的实训，获益匪浅，大家都很认真，对大坝的尺寸的确定、荷载的计算、大坝的稳定分析等做了详细的计算和说明。谢谢大家的积极参与和思考。谢谢老师的精心指导。编 者20 xx年11月目录：一 基本资料 二 挡水坝段剖面设计 三 荷载计算 四 稳定分析 五 细部构造 六 溢流坝坝体设计第一章 基本资料一、工程概况顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均

2、较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。水库距迁西县城35公里，有公路相通。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。根据水库的工程规模及在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其他

3、建筑物按II级建筑物考虑。二、水文分析（1）.年径流：顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。丰水年时占全年5060%，枯水年占3040%，而且年际变化也很大。 （2）.洪水：多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为2440027400m3/s,实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m3/s(3).泥沙：本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变

4、化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容量为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。三、气象库区年平均气温为10左右，一月最低月平均产气温为零下6.8，绝对最低气温达零下21.7（1969年）7月份最高月平均气温25，绝对最高达39（1955年）,本流域无霜期较短（90180天）冰冻期较长（120200天），顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70100天，冰厚0.40.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七八级，有时更

5、大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。四、工程地质库区地质：顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现不对称，区域内无严重的坍岸及渗透问题。第四大岩层（Arl4）为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒千状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本岩层体厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。岩石物理力学性质：岩石容重2.682.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2以上，混凝

6、土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化化下部，可取f=1.10、c/=7.5kg/cm。地震：库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。弱震任不断发生，其中1936年和1976年两年内发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为6度，考虑到枢纽的重要性，和水库激发地震的可能性 拦河坝设防烈度采用7度五、枢纽建筑物特性指标项目单位指标备注水 位校核洪水位米227.2设计洪水位米225.7P=0.01%正常蓄水位米224.7P=0.1%汛期限制水位米216.0死水位（发电）米180.0校核洪水位尾水位米156.8设计洪水位尾水位米152.0正常蓄水位尾

7、水位米138.4库容总库容亿立米25.5计入十年淤积调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米19.5共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积坝型混凝土重力坝坝顶溢孔数孔19堰顶高程米210.0闸墩的中墩厚度为3米每孔净宽米15.0（横缝设在闸墩中间）工作闸门尺寸米米1515弧形钢闸门启闭机（270吨）台19固定式卷扬机设计洪水位下泄能力米3/秒32300校核洪水位下泄量42900限泄275003泄水孔进口底高程米160.0底孔数目孔4工作闸门尺寸（宽高）米米57弧形钢闸门启闭机台4设计水位泄水能力米3/秒4340校核水位泄水能力米3/秒4430二、坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：

8、R0S（rGGk，rQQk,ak）1/rd1R(fk/rm,ak)1 作用效应函数S()=PR2 抗滑稳定抗力函数R()=f/ RWR+C/RAR式中PR-坝基面上全部切向作用之和f/ R-坝基面抗剪断摩擦系数C/R -坝基面抗剪断黏聚力,KPaWR-坝基面上全部法向作用之和,KN.结构系数d=1.2材料性能分项系数 摩擦系数f/ R 的m=1.3凝聚力C/R的m=3水工建筑物结构安全级别和重要性系数o水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别结构重要性系数11.12、31.04、50.9设计状的取值见表。设计状况系数设计状况设计状况系数持久状况短暂状况偶然状况计算作用效应函数S（）时，作用v值，是

9、考虑作用（荷载）对标准值的不利变异。设计值等于标准值乘以分项系数YG.即设计值Qd=QK*G.各作用的分项系数见表3-13.永久作用和可变作用分项系数 序号作用类别分项系数自重水压力）静水压力）动水压力，时均压力）离心力、冲击力、脉冲压力,扬压力）渗透压力）浮托力）扬压力（有抽排）残余扬压力（有抽排）（实体重力坝）（宽缝、空腹重力坝）（主抽水孔之前）（主抽水孔之后）淤沙压力浪压力三、设计内容与步骤I一分析资料要求对任务书中的基本资料做简单说明。非溢流重力坝段设计拟定非溢流重力坝剖面尺寸。计算决定坝顶高程，根据运用、交通、构造等 要求拟定坝顶宽度，采用工程类比或由基本剖面拟定上下游坡度。安全控制

10、验算与改善措施。抗滑稳定验算与判别应力验算与强度判别若判别不符合规范要求，则提出改善措施，这是培养思维能力的重要措施，根据实际情况考虑建基面坝内应力（采用3点）计算。溢流坝段剖面设计根据满足安全、运用、经济、施工、美观要求的非溢流坝剖面修改为溢流坝剖面。限于时间按1。所拟剖面修改。选择堰型。根据堰犁诜择定型设计水头设计计算堰顶曲线求出与非溢流坝下游装的切点（三种情况应处理解决）画出溢流坝上部剖面。拟定溢流坝上部结构，包括选择闸门和启闭机，闸门和启闭机布置，闸墩型式选择与尺寸拟定，交道桥及工作桥等，并画在溢流坝剖面图上。选择消能工型式，采用水力学法决定消能结构的各部分尺寸估算消能效果及应采用的消

11、能防冲措施。并将消能防冲措施画在溢流坝剖面图上。重力坝细部构造设计坝顶布置与构造。坝身廊道与排水（仅在剖面上表示）。横缝构造（在溢流坝剖面、平面上表示）。混凝土标号分区（用溢流坝）。 第二章 挡水坝段剖面设计一、确定枢纽等级及水利工程建筑物的等级由该枢纽工程概况知该水库总库容为亿m，并根据水库的工程规模在国民经济中的作用枢，属于大（1）型，主坝为级建筑物，其他建筑物为级建筑物。二、坝体设计、 剖面拟定1、 剖面设计原则设计断面要满足稳定和强度要求；力求剖面较小；外形轮廓简单；工程量小，运用方便，便于施工。（二）、 拟定基本剖面重力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

12、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，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，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=00.2，常做成铅直或上铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.60.8；底宽约为坝高的0.70.9 倍。（三）、确定基本尺寸1、确定坝顶高程图1 坝基剖面图超高值的计算基本公式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，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差 QUOTE ，可由式（3-1）计算。 QUOTE （3-1） QUOTE 防浪墙顶与

13、设计洪水位或校核洪水位的高差，m； QUOTE 累计频率的波浪高度，m； QUOTE 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m； QUOTE 安全加高，按表31 采用,对于级工程，设计情况 QUOTE 0.7m，校核情况 QUOTE 0.5m。表1 坝的安全加高 QUOTE 运用情况坝的级别123设计情况（ 基本情况）0. 70. 50. 4校核情况（ 特殊情况）0. 50. 40. 3计算砼坝（一）确定工程等级及水工建筑物级别枢纽为一等工程，主坝为1级建筑物（二）挡水坝段剖面尺寸确定 坝基高程：127m 确定坝顶高程 =+ 设计：=0.5+0.7+0.7=1.9 校核：=0.5+0.7+

14、0.5=1.7 坝顶高程 设计：225.7+1.9=227.6m 校核：227.2+1.7=228.9m 所以取最大值228.8m 坝高=228.9-127=101.9m坝顶宽度：取坝高的8%10% 即101.9（8%10%)=8.15210.19 取坝顶宽度为10mm、n的确定 上游坝坡n=00.2 取0 下游坝坡m=0.60.8取0.8坝底宽度的计算 224.7-127=97.7m 78.16 所以坝底宽度为78.16m三 荷载计算（分析） 自重：w=cA c=24KN/m 如图： A=101.910+68.1685.2=2903.62 W=243922.62=94142.88KN/m静水

15、压力 上游 下游 垂直： 9.1211.4=51.98m 20=250m 23.8429.8=355.22扬压力浪压力：淤沙压力 淤沙浮容重为0.9t/m则 内摩擦角为12 淤沙高程157.5m 则hs=157.5-127=30.5m = =2707.59KN四 稳定分析 1、部位 2、方法 正常：滑动力=1.11（4671.921+10001.2+2707.591.2-636.81) =55642.65 =57239.99 滑动力 抗滑力，所以满足抗滑稳定设计：滑动力=1.10.85（47734.281+10001.2+2707.591.2-3062.51） =45928.03 =53300

16、.58 滑动力 抗滑力，满足抗滑稳定校核：滑动力=1.10.85（49196.21+10001.2+2707.591.2-4351.41) =46089.8 =51809.79 滑动力 抗滑力，满足抗滑力稳定五 细部构造 坝顶构造坝顶路面应具有23的横向坡度，并设置混凝土排水沟(3030cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.4m，高2.1m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m 设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据

17、大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。 二、坝体排水坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕，排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道或坝顶（溢流面以下），以便于检修管距可采用采用3m，排水管幕距上游坝面的距离，一段要求不小于坝前水深的1/151/25，且不少于2m，（1/151/25）（224.7-153.5）=（2.854.75）m故根据规定排水管设置在距上游面4m 处，以使渗透坡降控制在允许范围内。排水管采用预制多孔混凝土管，内径可为15cm25cm（取20cm），随着坝体混凝土的浇筑而加高。渗

18、入排水管的水可汇集到下层纵向廊道，沿积水沟或集水管经横向廊道的排水沟汇入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水沟断面常用30cm30cm，低坡3%，排水管施工时必须防止被混凝土的杂物等堵塞。排水管与廊道的连通采用直通式.三、廊道系统为了满足施工运用要求，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设置各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。1、坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇灌到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。本次设计基础灌浆廊道断面取3.02.5m，形状采用城门水洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.050.1 倍作用水

19、头、且不小于45m 处设置，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5 倍廊道宽度，取5m。灌浆廊道兼有排水作用，并在其上游侧设排水沟，下游侧设坝基排水孔幕，在靠近廊道最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后经由水泵抽水排至下游坝外。2、检查及坝体排水廊道为了检查巡视和排除渗水，常在靠近坝体上游面适当高度方向每隔1530m设置检查和排水廊道，断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m，距上游面的距离应不少于0.050.07 倍水头，且不小于3m,该重力坝选取4m，上游测设排水沟。各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通。排水廊道断面尺寸统一拟定为3m2.5m，城门洞形。六 溢流坝坝体设计堰顶高程的确定 已知Q=32300m/s，B=1915=285m.当H= 时，流量示数 QUOTE = QUOTE =14.75m，查表得6-4墩头形状矩形0.200.400.800.860.920.98楔型或半圆形0.150.300.450.510.570.63尖圆形0.150.150.250.320.390.46闸墩系数=0.47，按圆弧形墩查表6-3 =0.70，=1即 =1-0.2 =0.907用求得的近似值代入上式