重力坝设计说明书

网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：混凝土重力坝设计学习中心：专业：年级：年春/秋季学号：学生：指导教师：混凝土重力坝设计说明书目录TOC\o"1-3"\u第一章基本资料 1一、基本情况 1二、气候特征 1三、工程地质条件 1第二章大坝设计 3一、工程等级 3二、坝型确定 3三、基本剖面的拟定 3四、坝高计算 3五、挡水坝段剖面的设计 4第三章结构计算 5一、荷载及其组合 5二、挡水坝抗滑稳定分析计算 7三、挡水坝边缘应力分析与强度计算 9第四章细部构造设计 13一、材料区分及标号选择 13二、坝顶 13三、坝体防渗与排水 13四、坝体廊道系统 13第五章地基处理 14一、基底开挖 14二、固结灌浆 14三、惟幕灌浆与坝基排水孔 14第六章附件 15一、挡水坝段剖面图 15第一章基本资料一、基本情况本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m，坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。水库死水位51.0m，死库容0.3亿m3，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位84.72m、下游水位46.45m。二、气候特征1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km；2、最大冻土层深度为125m；3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。三、工程地质条件1、坝址地形地质（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m；（2）、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km均可开采，储量足。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。第二章大坝设计一、工程等级本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。二、坝型确定坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝为浆砌块石重力坝。三、基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游面为铅直。四、坝高计算按《重力坝设计规范》中有关规定，本水库坝顶高程＝波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算：风浪要素的计算A、风速ω：本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速B、风区吹程长度D：风作用于水域的长度；D设计=2600m，D校核=3000风浪爬高计算：采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪爬高，计算得：h设计=2.05m，h校核=1.11（2）浪高中心线高出静水位高度：h设计0=0.62m，h校核0=（3）安全加高值：A设计=0.5m，A校核=0.（4）水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：防浪墙顶高程为86.6m。五、挡水坝段剖面的设计1、坝顶高度确定根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。2、坝顶宽度坝顶宽度B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.39m为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。第三章结构计算一、荷载及其组合1、计算情况确定荷载组合分二种（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。设计洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向↑↓→-←+↙+↘-自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW419.81.93810.2水压力P11326117.2227651P210514.85081扬压力PL1627721.6135867PL243841.318115PL3218326.257263PL465842.027605浪压力U17.851.3398泥沙压力Pn1092.3253合计955727768133781051799780467151校核洪水情况荷载计算表荷载计算荷载垂直力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（kN.m）方向↑↓→-←+↙+↘-自重G1681840.54276416G22053025.21517473GW4772.06983.5水压力P11442917.9258379P211945.26146.6扬压力PL1668821.6144802PL245441.318743PL3225926.259243PL468042.028550浪压力U1853.7417泥沙压力Pn1092．3253合计1008127826145461194801019510388二、挡水坝抗滑稳定分析计算1、抗滑稳定计算荷载组合分析（1）基本荷载组合：坝体自重设计洪水位坝体上游静水压力设计洪水位扬压力设计洪水位泥沙压力（2）特殊荷载组合：①坝体自重②校核洪水位上下游静水压力③校核洪水位扬压力④校核洪水位泥沙压力2、抗滑稳定验算（1）按抗剪断公式计算（Σf1W+C1AK1=ΣPK1——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数f1——滑动面上的抗剪断摩擦系数C——滑动面上的抗剪断凝聚力A——滑动面截面积ΣP——计算截面上的所有切向力ΣW——作用于计算截面上的所有法向力参数确定按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为C1=700Kpaf1=1.0。抗滑稳定计算抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，抗滑稳定计算项目∑Wf'AC'∑PK'〔K〕结论校核水位183101.043.2970013334.03.652.5满足要求设计洪水位187581.043.2970012308.33.993.0满足要求计算结果见下表。稳定计算表类型荷载组合计算安全系数K允许安全系数（K）非溢流坝基本组合3.653.0特殊组合3.992.5满足规范要求。（2）按承载力极限状态验算基本公式：γ0.φ.S(.)≤R(.)/γd,计算结果见下表，抗滑稳定验算项目γ0φf'R∑WRC'RAS(。）γφS(。)R(。）/γd校核水位10.850.7717745233.343.29133521134919792正常水位110.7718211233.343.29133781337820091稳定验算表类型荷载组合计算值γ0φS(.)允许值R(.)/γd非溢流坝基本组合1134919792特殊组合1337820091满足规范要求。三、挡水坝边缘应力分析与强度计算根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005，实体重力坝应力计算以材料力学为基本分析方法，计算各种荷载组合下坝体垂直正应力和坝体主应力。荷载组合分基本组合与特殊组合二种。1、边缘应力计算（1）基本组合（设计洪水位）坝基面Óy下计算不计扬压力时：ΣW6ΣM277686×571477Óy下=-=+=2471KpaTT243.2943.292计入扬压力：ΣW6ΣW187586×332628Óy下=-=+=1498KpaTT243.2943.292（2）特殊组合（校核洪水位）坝基面Óy下计算不计扬压力时：ΣW6ΣM278266×541969Óy下=-=+=2378KpaTT243.2943.292计入扬压力：ΣW6ΣW183106×290631Óy下=-=+=1353KpaTT243.2943.292计算结果如下表：抗拉强度验算项目T∑W∑M∑W/T+6∑M/T2比较结论校核洪

水位不计扬压力43.29278265419692378＞0满足要求计入扬压力43.29183102906311353＞0满足要求设计洪

水位不计扬压力43.29277685714772471＞0满足要求计入扬压力43.29187583326281498＞0满足要求2、坝体边缘的主应力Ó上、Ó下计算上游边缘按不计扬压力的情况计算，Ó上=Óy上（1+n2）-P上n2Ó上——坝体上游边缘的主应力Óy上——坝体上游边缘垂直正应力n——坝体上游边坡P上——上游坝面水压力强度（包括泥沙压力）下游边缘按以下两种情况校核不计扬压力时Ó下=Óy下×(1+m2)-P下m2计入扬压力时Ó下=Óy下×(1+m2)-（P下-Pu）m2Ó下——坝体下游边缘的主应力Óy下——坝体下游边缘垂直正应力m——坝体下游边坡P下——下游坝面水压力强度P下——扬压力强度3、坝内应力计算将扬压力作为水平截面上的荷载进行计算。原点在下游面，取X=0，10，20，30，40，43.29，各点计算。（1）水平截面上的垂直正应力ÓyÓy=a+bxa=Óy下=1042.5Óy上-Óy下156.8-1042.5b===-18.986T43.29(2)水平正应力Óx＝a2+b2xÓx上＝P上-(P上-Óy上)n2Óx下＝P下+(Óy下-P下)m2(3)剪应力τ=a1+b1x+c1x2计算τ上，τ上τ上=(p上-6y上)nτ下=y下-p下)m计算a,b,c, a=τ下=729.75b=c=(4)主应力各点的主应力及其方向，按以下两式计算上两式中，——第一第二主应力—垂直水平正应力——剪应力——第一主应力与水平夹角设A=B=C=则计算结果如下表：抗压强度验算项目γ0φT1+m2∑Wr∑MrS(。）γφS(。)比较R(。）/γd结论校核

水位不计扬压力10.8543.291.6427826290631-471.88-401＜11111.1满足要求计入扬压力10.8543.291.6417745290631-853.79-726＜11111.1满足要求设计

水位不计扬压力1143.291.6427768571477-1948.7-1949＜11111.1满足要求计入扬压力1143.291.6418211332628-1056.6-1057＜11111.1满足要求第四章细部构造设计一、材料区分及标号选择重力坝坝