混凝土坝设计与施工清楚明了

混凝土坝设计与与与施工专业：水利水电电电建筑工工程班级：姓名：：：指导老师师前言本次坝工混泥土土土的设计计与施施工的实实训是是参考课课程《水水工建筑筑物》、《水水力学》和《混混泥土坝设计计与施工》来来完成的，当当然少不了陈陈老师的精心心指导和耐心心讲解和大家家的全力配合合，这次混泥土的设设设计与施施工的的实训，获获益益匪浅，大大家家都很认认真，对对大坝的的尺寸寸的确定定、荷荷载的计计算、大大坝的稳稳定分分析等做做了详详细的计计算和和说明。谢谢谢谢大家的的积极极参与和和思考考。谢谢谢老师师的精心心指导导。编者20xx年1111月目录：一基本本本资料二二二挡水坝段段剖剖面设计计三三三荷载计算算四四四稳定分析析五五五细部构造造六溢流坝坝体体设设计第一章基本本本资料一、工程概况顺河水量丰沛，顺顺河中游与豫豫运河上游的的礼河、还乡乡河分水岭均均较单薄，并并处于低山丘丘陵区，最窄窄处仅10余公里。通通过礼河、洲洲河及输水渠渠道，可通向向唐山市；经经还乡河、陡陡河可通秦皇皇岛市。为解解决唐山市、秦秦皇岛市两地地区用水，国国家决定修建建顺河水库。顺顺河水库位于于河北省唐山山、承德两地地区交界处，坝坝址位于迁西西县扬岔子村村的顺河干流流上，控制流流域面积33700平方公里，总总库容为25.5亿立方米。水水库距迁西县县城35公里，有公公路相通。水库枢纽由主坝坝坝、电站站及泄泄水底孔孔等组组成，水水库主主要任务务是调调节水量量，供供天津市市和唐唐山地区区工农农业及城城市人人民生活活用水水，结合合引水水发电，并并兼兼顾防洪洪要求求，尽可可能使使其工程程提前前竣工获获得收收益，尽尽早建建成。根据水库的工程程程规模及及在国国民经济济中的的作用，枢枢纽纽定为一一等工工程，主主坝为为I级建筑物物，其其他建筑筑物按按II级建筑物物考考虑。二、水文分析（1）.年径流流：顺河河水量量较充沛沛，顺顺河站多多年平平均年径径流量量为24.5亿立方米米占占全流域域的53%，年内分分配配很不均均匀，主主要集中中在汛汛期七、八八月月份。丰丰水年年时占全全年50~6600%，枯水年年占30~4400%，而且年年际际变化也也很大大。（2）.洪水：：多发生生在七七月下旬旬至八八月上旬旬，有有峰高量量大涨涨落迅速速的特特点，据据调查查近一百百年来来有六次次大水水，其中1883年最大，由由由红痕估估算洪洪峰流量量约为为244000—2740000m3//s,,实测的45年资料中中最最大洪峰峰流量量发生在1962年为1880000m3//s(3).泥沙：：：本流域域泥沙沙颗粒较较粗，中中值粒径0.033775毫米，全全年年泥沙大大部分分来自汛汛期七七、八月月份，主主要产于于一次次或几次次洪峰峰内且年年际变变化很大大，由由计算得得，多多年平均均悬移移质输沙沙量为为1825万吨多年年平平均含沙沙量7.45公斤/立方米。推推推移质缺缺乏观观测资料料。可可计入前前者的的10%，这样总总入入库沙量量为2010万吨。淤淤砂砂浮容量量为0.9吨/立米，内内摩摩擦角为12度。淤砂砂高高程157..5米。三、气象库区年平均气温温温为10℃左右，一一月月最低月月平均均产气温温为零零下6.8℃，绝对最最低低气温达达零下下21.7℃（1969年）7月份最高高月月平均气气温25℃，绝对最最高高达39℃（1955年）,本流域无无霜霜期较短短（90—180天）冰冻冻期期较长（120—200天），顺顺河河站附近近河道道一般12月封冻，次次次年3月上旬解解冻冻，封冻冻期约约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边边可可达1米，流域域内内冬季盛盛行偏偏北风，风风速速可达七七八级级，有时时更大大些，春春秋两两季风向向变化化较大夏夏季常常为东南南风，多多年平均均最大大风速为21.5米/秒，水库库吹吹程D=3公里。四、工程地质库区地质：顺河河河水库、库库区区属于中中高山山区，河河谷大大都为峡峡谷地地形，只只西城城至北台台子一一带较为为宽阔阔沿河两两岸阶阶地狭窄窄，断断续出现现不对对称，区区域内内无严重重的坍坍岸及渗渗透问问题。第第四大大岩层（Arl4）为角闪闪斜斜长片麻麻岩。具具粗粒至至中间间细粒千千状花花岗变晶晶结构构，主要要矿物物为斜长长石、石石英及角角闪石石，本岩岩层体体厚层块块状、质质地均一一、岩岩性坚硬硬、抗抗风化力力强、工工程地质质条件件较好，总总厚厚度185米左右。岩岩岩石物理理力学学性质：：岩石石容重2.68—2.70吨/立米，饱饱和和抗压强强度，弱弱风化和和微分分化岩石石均在在650公斤/厘米2以上，有有的的可达1100公斤/厘米2以上，混混凝凝土与岩岩石的的摩擦系系数微微分化及及弱风风化化下下部，可可取f=1..110、c/=7.55kkg/ccm²²。地震：库区附近近近历史地地震活活动较为为频繁繁，近年年来微微繁。弱弱震任任不断发发生，其其中1936年和1976年两年内内发发生6度左右地地震震，1977年6月国家地地震震局地震震地质质大队对对本区区域地震震问题题作了鉴鉴定，水水库的基基本烈烈度为6度，考虑虑到到枢纽的的重要要性，和和水库库激发地地震的的可能性拦河坝设设防防烈度采采用7度五、枢纽建筑物物物特性指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校核洪水位尾水水水位米156.8设计洪水位尾水水水位米152.0正常蓄水位尾水水水位米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闸墩的中墩厚度度度为3米每孔净宽米15.0（横缝设在闸墩墩墩中间）工作闸门尺寸米×米15×15弧形钢闸门启闭机（2×7770吨）台19固定式卷扬机设计洪水位下泄泄泄能力米3/秒32300校核洪水位下泄泄泄量42900限泄27500033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5×7弧形钢闸门启闭机台4设计水位泄水能能能力米3/秒4340校核水位泄水能能能力米3/秒4430二、坝体混凝土土土与基岩岩接触触面的抗抗滑稳稳定极限限状态态：R0∅S（rGGGk，rQQk,ak）≤1//rd1R(ffk/rm,ak)1作用效应函函数数S(·)=∑PPPR2抗滑稳定抗抗力力函数R(·)=f///R∑WR+CC/RAR式中∑PR-坝坝基面面上全部部切向作作用之之和f/R-坝坝坝基面抗剪剪断断摩擦系系数C/R-坝基基面面抗剪断黏黏黏聚力,KPaa∑WR-坝基面面面上全部法法向向作用之之和,KN..结构系数γd===1.22材料性能分项系系系数摩擦系数f/R的γm=1..33凝聚力C/R的的的γm=3水工建筑物结构构构安全级级别和和重要性性系数数γo水工建筑物级别别别水工建筑物结构构构安全级级别结构重要性系数数数1Ⅰ1.12、3Ⅱ1.04、5Ⅲ0.9设计状的取值见见见表。设计状况系数ΨΨΨ设计状况设计状况系数持久状况１．０短暂状况０．９５偶然状况０．８５计算作用效应函函函数S（·）时，作作用v值，是考考虑虑作用（荷荷载载）对标标准值值的不利利变异异。设计计值等等于标准准值乘乘以分项项系数数YG.即设计值Qd=QQKK*γG.各作用的的分分项系数数见表表3-133..永久作用和可变变变作用分分项系系数序号作用类别分项系数１自重１．０２水压力１）静水压力２）动水压力，时时均压力３）离心力、冲冲冲击力、脉脉冲冲压力１．０１．０５１．１,１．１１１,１．３３扬压力１）渗透压力２）浮托力３）扬压力（有有有抽排）４）残余扬压力力力（有抽抽排）１．２（实体重重重力坝）１．１（宽缝、空空腹重力坝）１．０１．１（主抽水水水孔之前前）１．２（主抽水水水孔之后后）４淤沙压力１．２５浪压力１．２三、设计内容与与与步骤I一分析资料料要求对任务书中中中的基本本资料料做简单单说明明。非溢流重力坝段段段设计拟定非溢流重力力力坝剖面面尺寸寸。计算算决定定坝顶高高程，根根据运用用、交交通、构造等要求拟定坝顶顶顶宽度，采采用用工程类类比或或由基本本剖面面拟定上上下游游坡度。安全控制验算与与与改善措措施。抗抗滑稳定定验算算与判别别应力力验算与与强度度判别若判别不符合合合规范要要求，则则提出改改善措措施，这这是培培养思维维能力力的重要措施，根据实际际情情况考虑虑建基基面坝内内应力力（采用3点）计算算。溢流坝段剖面设设设计根据满足安全、运运用、经济、施施工、美观要要求的非溢流流坝剖面修改改为溢流坝剖剖面。限于时时间按°1。所拟剖面面修改。选择堰型。根据堰犁诜择定定定型设计计水头头设计计计算堰堰顶曲线线求出出与非溢溢流坝坝下游装装的切切点（三三种情情况应处处理解解决）画画出溢溢流坝上上部剖剖面。拟定溢流坝上部部部结构，包包括括选择闸闸门和和启闭机机，闸闸门和启启闭机机布置，闸闸墩墩型式选选择与与尺寸拟拟定，交交道桥及及工作作桥等，并并画画在溢流流坝剖剖面图上上。选择消能工型式式式，采用用水力力学法决决定消消能结构构的各各部分尺尺寸估估算消能效果及及应应采用的的消能能防冲措措施。并并将消能能防冲冲措施画画在溢溢流坝剖剖面图图上。重力坝细部构造造造设计坝顶布置与构造造造。坝身廊道与排水水水（仅在在剖面面上表示示）。横缝构造（在溢溢溢流坝剖剖面、平平面上表表示）。混凝土标号分区区区（用溢溢流坝坝）。第二章挡水坝坝坝段剖面面设计计一、确定枢纽等等等级及水水利工工程建筑筑物的的等级由该枢纽工程概概概况知该该水库库总库容容为亿亿m³，并根据据水水库的工工程规规模在国国民经经济中的的作用用枢，属属于大大（1）型，主主坝坝为Ⅰ级建筑物物，其其他建筑筑物为为Ⅱ级建筑物物。二、坝体设计㈠、剖面拟定定1、剖面设计计原则则⑴设计断面要满满满足稳定和和强强度要求求；⑵力求剖面较小小小；⑶外形轮廓简单单单；⑷工程量小，运运运用方便，便便于施工。（二）、拟定定定基本剖剖面重力坝的基本剖剖剖面是指指在自自重、静静水压压力（水水位与与坝顶齐齐平）和和扬压力力三项项主要荷荷载作作用下，满满足足稳定和和强度度要求，并并使使工程量量最小小的三角角形剖剖面，如如图，在在已知坝坝高H、水压力P、抗剪强强度度参数f、c和扬压力U的条件下下，根根据抗滑滑稳定定和强度度要求求，可以以求得得工程量量最小小的三角角形剖剖面尺寸寸。根根据工程程经验验，一般般情况况下，上上游坝坝坡坡率n=0～0.2，常做成成铅铅直或上上铅直直下部倾倾向上上游；下下游坝坝坡坡率m=0..6～0.8；底宽约约为为坝高的0.7～0.9倍。（三）、确定基基基本尺寸寸1、确定坝顶高高高程图1坝基基基剖面图⑴超高值Δ的计计计算①基本公式坝顶高程应高于于于校核洪洪水位位，坝顶顶上游游防浪墙墙顶高高程应高高于波波浪顶高高程，防防浪墙顶顶至设设计洪水水位或或校核洪洪水位位的高差差QUOTE，可可由式（3-1）计算。QUOTE（3-1）QUOTE—防浪墙顶与设设设计洪水位位或或校核洪洪水位位的高差差，m；QUOTE—累计频率的波波波浪高度，m；QUOTE—波浪中心线至至至设计洪水水位位或校核核洪水水位的高高差，m；QUOTE—安全加高，按按按表3－1采用,对于Ⅰ级工程，设设设计情况况QUOTE＝0.7m，校核情情况况QUOTE＝0.5m。表1坝的安全全加加高QUOTE运用情况坝的级别123设计情况（基基基本情况况）0.70.50.4校核情况（特特特殊情况况）0.50.40.3计算砼坝（一）确定工程程程等级及及水工工建筑物物级别别枢纽为一等工程程程，主坝坝为1级建筑物物（二）挡水坝段段段剖面尺尺寸确确定坝基高高高程：127mm确定坝顶高程=++设计：=0...5+0..77+0..7==1.99校核：=0...5+0..77+0..5==1.77坝顶高程设计：225..77+1..9==2277.66m校核：227..22+1..7==2288.99m所以取最大值值值228..88m坝高=2288..9-11277=1001..9m坝顶宽度：取坝坝坝高的8%~1100%即101..9××（8%~1100%)==8..1522~110.119取坝顶宽宽度度为10mm、n的确定上游坝坡nn==0~0...2取0下游坝坡mm==0.6~~~0.8取0.8坝底宽度的计算算算224...7-11277=977.77m78.16所以坝坝坝底宽度度为78.1166m三荷载计算（分分分析）自重：w=ϒcccAϒc=244KKN/mm³如图：A=10111.9××100+688.116×885..2×=229903..622W=24×××39222..62==9441422.888KNN/mm静水压力上游下游垂直直：：9.12×1111.4=5511.988m²²20=22550m²²233.844299.8=33555.222扬压力浪压力：淤沙压力淤沙浮容容容重为0.9tt//m³则内摩擦角角角为12°淤沙高程157..55m则hs=11557.55-1127==300.5mm====2227077.559KNN四稳定分析1、部位2、方法正常：滑动力===1.11×11×（46>7711.922×11+100000×1..2++27007..59××1..2-66366.8××1))=5556442.665=5572239..999滑滑滑动力≤抗滑力，所所所以满足足抗滑滑稳定设计：滑动力===1.11×00.855×（4773344.288×11+100000×1..2++27007..59××1..2-330662.55×11）=45928...03=5330000.588滑滑滑动力≤抗滑力，满满满足抗滑滑稳定定校核：滑动力===1.11×00.855×（4919966.2××1++10000××1.22+227077.559×11.22-433511.4××1))=46089...8=5180999.799滑滑滑动力≤抗滑力，满满满足抗滑滑力稳稳定五细部构造坝顶构造坝顶路面应具有有有2～3％的横向向坡坡度，并并设置置混凝土土排水水沟(30×330cmm)以排出坝坝顶顶雨水，坝坝顶顶上游的的防浪浪墙（宽0.4m，高2.1m）要承受受波波浪和漂漂浮物物的作用用，因因此墙身身应有有足够的的刚度度、强度度和稳稳定性，宜宜采采用与坝坝体连连成整体体的钢钢筋砼结结构，而而下游侧侧则可可设防护护栏，为为满足运运用要要求和交交通要要求，在在坝顶顶上布置置照明明设施，即即在在上游侧侧每隔隔25m设一对照照明明灯，一一只朝朝向坝顶顶路面面方向，一一只只朝向水水库方方向。根根据大大坝正常常运行行需要，在在坝坝顶还要要设置置通向坝坝体内内部各层层廊道道、电站站的电电梯井，便便于于观测和和维修修人员快快速进进出。二、坝体排水坝体排水为了减减减小渗水水对坝坝体的不不利影影响，在在靠近近坝体上上游面面需要设设置排排水管幕幕，排排水管应应通至至纵向排排水管管道，其其上部部应通至至上层层廊道或或坝顶顶（溢流流面以以下），以以便便于检修修管距距可采用用采用用3m，排水管管幕幕距上游游坝面面的距离离，一一段要求求不小小于坝前前水深深的1/15～1/25，且不少少于2m，（1/15～111/25）（224..77-1553..5）=（2.85～4.75）m故根据规定排水水水管设置置在距距上游面4m处，以使使渗渗透坡降降控制制在允许许范围围内。排排水管管采用预预制多多孔混凝凝土管管，内径径可为为15cm～25cm（取20cm），随着着坝坝体混凝凝土的的浇筑而而加高高。渗入入排水水管的水水可汇汇集到下下层纵纵向廊道道，沿沿积水沟沟或集集水管经经横向向廊道的的排水水沟汇入入集水水井，再再用水水泵或自自流排排水排向向下游游，排水水沟断断面常用30cmm××30ccm，低坡3%，排水管管施施工时必必须防防止被混混凝土土的杂物物等堵堵塞。排排水管管与廊道道的连连通采用用直通通式.三、廊道系统为了满足施工运运运用要求求，如如灌浆，排排水水，观测测，检检查和交交通的的需要，在在坝坝体内设设置各各种廊道道，这这些廊道道互相相连通，构构成成廊道系系统。1、坝基灌浆廊廊廊道帷幕灌浆需要在在在坝体浇浇灌到到一定高高度后后进行，以以便便利用混混凝土土压重提提高灌灌浆压力力，保保证灌浆浆质量量。本次次设计计基础灌灌浆廊廊道断面面取3.0××22.5m，形状采用城门水水水洞型。廊廊道道的上游游壁离离上游侧侧面的的距离应应满足足防渗要要求，在在坝踵附附近距距上游坝坝面0.05～0.1倍作用水水头头、且不不小于于4～5m处设置，为为为满足压压力灌灌浆，基基础灌灌浆廊道道距基基岩面不不宜小小于1.5倍廊道宽宽度度，取5m。灌浆廊道兼有排排排水作用用，并并在其上上游侧侧设排水水沟，下下游侧设设坝基基排水孔孔幕，在在靠近廊廊道最最低处设设置集集水井，汇汇集集从坝基基和坝坝体的渗渗水，然然后经由由水泵泵抽水排排至下下游坝外外。2、检查及坝体体体排水廊道道为了检查巡视和和和排除渗渗水，常常在靠近近坝体体上游面面适当当高度方方向每每隔15～30m设置检查查和和排水廊廊道，断断面形式式多采采用城门门洞形形，最小小宽度度为1.2m，最小高高度度为2.2m，距上游游面面的距离离应不不少于0.05～0.077倍水头，且且且不小于3m,该重力坝坝选选取4m，上游测测设设排水沟沟。各层廊道在左右右右两岸应应各有有一个出出口，并并用铅直直的井井使各层层廊道道连通。排排水水廊道断断面尺尺寸统一一拟定定为3m×22..5m，城门洞洞形形。六溢流坝坝体体设设计堰顶高程的确定定定已知Q=3233000m³///s，B=199××15==2885m..当H=时，流量量示示数QUOTE=QUOTE=14.7555m，查表得6-444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，按圆弧弧形形墩查表6-3==00.70，=