水库混凝土重力坝设计

水库混凝土重力坝设计 混凝土重力坝是指用混凝土浇筑的，主要依重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产要求；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所为直线，断面型式较简单，便于机械化快速施工，混凝土严格的温度控制措施；坝顶可以溢流泄洪，坝体中可以布均采用了混凝土重力坝。混凝土重力坝在水压力及其他外坝体自重来维持稳定的坝。重力坝的断面基本呈三角形，本次设计内容为福建南平水库水利枢纽，坝型选力坝主要有非溢流挡水坝段、溢流表孔坝段、坝设计过程中的设计资料；坝型、坝址；挡水建筑物；坝体理等方面的归纳。并对其中的坝体尺寸、抗滑、应力等进行本枢纽工程是以发电为主兼顾灌溉和供水的综合利用工程，水库的总库容为1200万m3，发电引水高程为347.5m，最大引水流量为74m3/s，发电装机容量4万kW。灌溉下游左岸耕地2.5万hm2km2，灌溉最大引水流量40m3/s，引水高程坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、微风化及覆盖层。河槽高程为332.0m，河槽处为半风化的花岗岩，风化层厚度为2m坝基的力学参数：抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为f'=0.9,c'=700kPa。基岩的允许抗压强度3000kPa。河流泥沙计算年限采用50年，坝前淤沙高程为345m，泥沙的浮重度为9.5kN/m3，内摩擦角为12。。坝体混凝土重度采用24kN/m3。坝址以上控制集雨面积123.0km2，多年平均流量3.1m3/s，平均年径流量根据工程的效益、库容确定本工程属于Ⅲ等工程，其主要建筑物为3级。次本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段应布置在主河槽处，冲沙孔应布置在电站进水口附近，另外电站布置应考虑地形、交通及电站附属建筑物布本枢纽的主体工程由挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建从右岸至左岸依次为：1号-6号坝段为挡水坝段，7号、8号坝段为溢流坝段，9号、10号坝段为底孔坝段，11号-18号坝段为左岸挡水坝段，该坝的坝基面最低1m3/s24m3m4mm5mm6mm7m个8m9m3/s从南平水库周边的地形条件来看，南平水库位于西河上游，河岸两边高山林立，但由于两岸山高过于悬殊，因此拱坝并不适合，且拱坝的特点就是依靠两岸再者是土石坝，虽说山体周围石场丰富，土石坝也均可在不同的地形、地貌以及各种气候条件进修建，但从以上数据进行分析，最大泄洪量流量较大，并不适合土石坝；最后我们来看重力坝，重力坝为混凝土或为石材修筑，靠自身的重力维持坝体稳定，没有两岸高度的要求，可抵御较大的泄洪量，从南平水库的地形以及修筑指标数据来看修筑混凝土重力坝型比较合适[4]。另外从地质条件上来看，拱坝它要求河岸两边不宜过大，地质岩层需要良好且岩性不宜差别过大，从西河来看，西河虽两岸狭窄，但两岸岩层质地不一，若要施工，工程量巨大不符合经济效益；若是修筑土石坝，从周边石材来看，周边土石、砂砾的材料丰富可就地取材，土石坝适合，但从刚才的洪水泄量来讲，此处不适合修筑土石坝；因此从地质条件上来看，西河两岸地质岩性一般、两岸狭就地取材可减少许多的材料成本以及运输成本，可以说土石坝对于大部分的水利由于两地相近可以大大减少材料的运输成本，虽说不及土石坝的经济效益，但也从施工条件上了，修筑坝体下游有着开阔的地带场地布置方便，西河沿河有着公路，交通便利，距离城区不远，可就近调配施工人员，运输材料的距离较短综台效益上来看，选择混凝土重力坝可满足根据坝区水文气象以及地质条件，南平水库枢纽可坝址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地势页岩。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物，且无侵蚀工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。遵循以上然后修改已拟定的剖面，重复以上过程直至得到一个经济的剖面。这是一个反复ⅡⅢ官厅公式适用于v0<20m/s,D<20km,gD/v02=20~250。比较以上两种情况下的坝顶高程并取较大值，减去防浪墙高度（风速v为了适应运用和施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数上游起坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来确定，一般起坡点在坝高的1/3~实用剖面型式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处）。由于起坡点处的断面发生突变，故应对该截面进行斜面、折面、曲面承受的总静水压力，除水平静水压力外，还应计入其垂直PV1349.9－310.38）×8.28×9.81＝3210KN↓扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。渗透压力是由上下游水位差H产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由下游水面淹没计算截面而产生向上的水压力。扬压力分布图如计算简图所示。扬压力折减系数α=0.25。U1）＝）＝U3B－12）×αγH×1/266.5－12）×0.25×9.81×78×1/2＝5213KN↑PSKH＝1/2γsbhs2tg2（45°-φs/2）计算。PSKH＝1/2γsbhs2tg2（45°-φs/2）＝1/2×8×（286.6－269）2×tg2（45°-0°/2）=当＞L／2时，可假定浪顶以及水深等于L／2处的浪压力为零，静水位处的荷载作用垂直力（KN）水平力（KN）对截面形心力臂(m)力矩（KN*M）↓↑+-W14111.516827.74114053.476W21787420.48366059.52W341321.17440.4317768.1水压力PH133587.29427.56925665.82PH241.250.9740水压力PV1321029.11593458.15PV21680.5830.4951240.88水压力PV3147.4331.524647泥沙压力PSKH1239.045.877273.16PSKV247.830.497555.42浪压力PL128.1576.952166.14PL222.0776.751693.8768633.2↓33680.5→-292878.9扬压力U12368U22289U35197U43433总计55346.2↓-292878.9因为两种工况下的坝体自重和泥沙压力相同，故仅计算水压力、浪压力以及PV1350.4－269－41.38）×8.28×9.81＝3250.7KN↓U1）＝）＝U3B－12U4荷载作用垂直力（KN）水平力（KN）对截面形心力臂(m)力矩（KN*M）↓↑+-W14111.516827.74114053.476W21787420.48366059.52W341321.17440.4317768.1水压力PH13250027.58896350PH264.6378.2水压力PV13250.729.11594644.13PV21680.5830.4951240.88PV3147.4331.524647泥沙压力PSKH1239.045.877273.16PSKV247.830.497555.42浪压力PL128.1576.952166.14PL222.0776.751693.87小计68633.2↓33680.5→-292878.9扬压力U12368U22289U35197U43433总计55346.2↓-292878.9重力坝沿坝面失稳的机理是：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的剪切屈服，进而屈服范围逐渐增大并荷载组合坝的级别1Ks基本组合特殊组合（1）特殊组合（2）计算以一个坝段（单宽）作为计算单元，公式采用抗剪强度公式，将坝体与基岩看成是一个接触面，而不是胶结面。当接触面呈水平时，其抗滑稳定安全系根据设计规范，1.605＞1.10，有以上计算可知，设计洪水情况下，坝基面满根据设计规范，1.643＞1.05，有以上计算可知，校核洪水情况下，坝基面满应力分析的目的是检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝内材料应力分析采用材料力学法，其基本假定为：①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。②视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。③假定坝体水平截面上的正在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以应该校核坝体边），力应小于坝基容许应力（计算时应计入扬压力）。最小铅直正应力应大于零（计计入扬压力时，要求σ≥0，即σ为压应力；②当作用力中不计入扬压力时，要求本设计分设计情况和校核情况两种情况分别分析水平截面上的正应力。因为假定σy按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力σyu和σyd。=68562.85/66.5+6*(-316363.24)/(66.5*66.5)=601=68562.85/66.5－6*(-316363.24)/(66.5*66.5)=14=68633.2/66.5+6*(-292878.9)/(66.5*66.5)=634.62=68633.2/66.5－6*(-292878.9)/(66.5*66.5)=14对于非溢流坝，坝顶上游侧应设置防浪墙，宜采用与坝体连成整体的钢筋混坝体的横缝处应留伸缩缝，并设置止水。下游侧应设置栏杆、灯柱，以保护行人和行车安全。坝顶路面应有适当的横向坡度，并设置相应的排水设施，以便排除路面雨水。路面排水应与坝体内排水连通或直接排入把体内[6]。当设置人宜高出坝顶路面20～30cm。对于溢流重力坝，溢流坝的上部构造，应根据运行要对于大中型工程溢流坝，坝顶常设置闸门、闸敦上设栏杆，路面呈弧形，以将路面积水排向两重力坝内有纵向(沿坝轴线)和横向(垂至于坝轴线)廊道，纵向廊道按高程分层设置，一般沿坝高每隔15～30m设置一层，其断面形状为城门洞形。当有多道时，应在两岸将各层互相连通。若廊道较长，沿坝长每隔200～300m，应在上本工程坝内廊道包括基础灌浆廊道和坝体排水检查廊道，其设计按规范要求宽的悬臂检查平台，形成环行通道。跨横缝的横向廊道可用三角形尖顶和平底断为了防止坝体因温度变化和地基不均匀沉陷而产生裂缝，满足施工(混凝土的浇筑能力和施工期的温控)的需要，坝体需要分缝。常见的缝有：横缝、纵缝、水②纵缝。一般为竖缝形式，缝面应设置键槽，并埋设灌浆系统，并在蓄水前进行灌浆。纵缝与坝面应垂直相交，避免浇筑块有尖角。间距为15～30m，深孔③水平施工缝。坝体上下层浇筑块之间的结合面称水平施工缝。一般浇筑块止水与坝的级别和高度有关。高坝：止水采用两道止水片，止水片间设沥青坝第一道止水片为紫铜片，第二道止水片可采用塑料或橡胶止水片.横缝止水必须与坝基岩石妥善连接，止水片一般埋入基岩内的深度为30～50cm，沥青井也埋入基岩内.对于本枢纽，为满足混凝土的浇筑能力和温度控制的需要，沿坝轴线方向每为了减小坝体的渗透压力，在靠近坝的上游防渗层后面，沿坝轴线方向，布置一排竖向排水管。其中心线距离上游坝面(1/10～1/12)倍坝前水深，一般为2~250mm。排水管的上部延伸至最高水位以上，下部直通廊道，竖直布置，不宜有弯头[8]。坝基排水范围：基础排水一般设一排主排水孔。对于地址条件良好的基础应充分利用排水作用，除设主排水孔外，高坝可设置辅助排水孔2～3排，中坝可设排水孔的位置及方向：防渗帷幕下游设置主排水孔，辅助排水孔可设置在基与上游面平行布置，排水管与各层廊道内的排水沟相连，渗水经排水管流至排水沟，再由排水沟流至集水井排走。排水管间距3m，多孔混凝土管内径为15cm。岸坡开挖成台阶状[10]。帷幕灌浆的目的：降低坝底的渗透压力，减少绕坝渗透，防止坝基内产生渗位置：应在靠近上游坝面的坝轴线附近，自河床向两岸延伸。钻孔和灌浆常帷幕灌浆钻孔的方向：原则上应尽量穿过最多的裂隙和岩层层面。一般向上本工程为减小渗透压力对坝体稳定的影响，减小扬压力，在灌浆廊道设一排帷幕灌浆孔，利用高压灌浆填塞岩内的裂缝和空隙等污水通道，帷幕深度打入相为进一步降低坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕。排水孔幕距一般向下游倾斜，与帷幕成10°~15°交角。主排水孔孔距2～3m（在砼坝体内预），2～3排，布置在坝基面纵向排水廊道内，孔距