水工建筑物重力壩課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一章 基本資料</b></p><p><b>　　1.1 工程概況</b></p><p>　　順河水量豐沛，順河中游與豫運(yùn)河上游的禮河、還鄉(xiāng)河分水嶺均較單薄，并處于低山丘陵區(qū)，最窄處僅10余公里。通過(guò)禮河、洲河及輸水渠道，可通向唐山市；經(jīng)還鄉(xiāng)河、陡河可通秦皇島市。為解決唐山市、秦皇島市兩地區(qū)用水，國(guó)家決定修

2、建順河水庫(kù)。順河水庫(kù)位于河北省唐山、承德兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣揚(yáng)岔子村的順河干流上，控制流域面積33700平方公里，總庫(kù)容為25.5億立方米。水庫(kù)距遷西縣城35公里，有公路相通。</p><p>　　水庫(kù)樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫(kù)主要任務(wù)是調(diào)節(jié)水量，供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)及城市人民生活用水，結(jié)合引水發(fā)電，并兼顧防洪要求，盡可能使其工程提前竣工獲得收益，盡早建成。</p><

3、p>　　根據(jù)水庫(kù)的工程規(guī)模及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為I級(jí)建筑物，其它建筑物按II級(jí)建筑物考慮。</p><p><b>　　1.2 水文分析</b></p><p>　　1.年徑流：順河水量較充沛，順河站多年平均年徑流量為24.5億立方米占全流域的53%，年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在汛期七、八月份。豐水年時(shí)占全年50~60%，枯水年占30

4、~40%，而且年際變化也很大。</p><p>　　2.洪水：多發(fā)生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大漲落迅速的特點(diǎn)，據(jù)調(diào)查近一百年來(lái)有六次大水，其中1883年最大，由紅痕估算洪峰流量約為24400—27400m³/s，實(shí)測(cè)的45年資料中最大洪峰流量發(fā)生在1962年為18800m³/s。</p><p>　　3.泥沙：本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375毫米，全年泥沙

5、大部分來(lái)自汛期七、八月份，主要產(chǎn)于一次或幾次洪峰內(nèi)且年際變化很大，由計(jì)算得，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1825萬(wàn)噸多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移質(zhì)缺乏觀(guān)測(cè)資料?？捎?jì)入前者的10%，這樣總?cè)霂?kù)沙量為2010萬(wàn)噸。淤砂浮容重為0.9噸/立米，內(nèi)摩擦角為12度。淤砂高程157.5米。</p><p><b>　　1.3 氣象條件</b></p><p>　　庫(kù)區(qū)年平

6、均氣溫為10℃左右，一月份最低月平均產(chǎn)氣溫為零下6.8℃，絕對(duì)最低氣溫達(dá)零下21.7℃(1969年)7月份最高月平均氣溫25℃，絕對(duì)最高達(dá)39℃(1955年)，本流域無(wú)霜期較短(90—180天)冰凍期較長(zhǎng)(120—200天)，順河站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸邊可達(dá)1米，流域內(nèi)冬季盛行偏北風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)七、八級(jí)，有時(shí)更大些，春秋兩季風(fēng)向變化較大夏季常為東南風(fēng)，多年平均最大風(fēng)速為

7、21.5米/秒，水庫(kù)吹程D=3公里。</p><p><b>　　1.4 工程地質(zhì)</b></p><p>　　庫(kù)區(qū)地質(zhì)：順河水庫(kù)、庫(kù)區(qū)屬于中高山區(qū)，河谷大都為峽谷地形，只西城峪至北臺(tái)子一帶較為寬闊沿河兩岸階地狹窄，斷續(xù)出現(xiàn)且不對(duì)稱(chēng)，區(qū)域內(nèi)無(wú)嚴(yán)重的坍岸及滲漏問(wèn)題。第四大巖層(Ar I 4)為角閃斜長(zhǎng)片麻巖。具粗粒至中間細(xì)粒纖狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長(zhǎng)石、石英及角

8、閃石，本層巖體呈厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性堅(jiān)硬、抗風(fēng)化力強(qiáng)、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185米左右。巖石物理力學(xué)性質(zhì)：巖石容重為2.68—2.70噸/立米，飽和抗壓強(qiáng)度，弱風(fēng)化和微分化巖石均在650公斤/厘米2以上，有的可達(dá)1100公斤/厘米2，混凝土與巖石的磨擦系數(shù)微分化及弱風(fēng)化化下部，可取fˊ=1.10、cˊ=7.5kg/cm2。</p><p>　　地震：庫(kù)區(qū)附近歷史地震活動(dòng)較為頻繁，近年來(lái)微繁。弱震仍不斷發(fā)生

9、，其中1936年和1976年兩次發(fā)生6度左右地震，1977年6月國(guó)家地震局地震地質(zhì)大隊(duì)對(duì)本區(qū)域地震問(wèn)題作了鑒定，水庫(kù)的基本烈度為6度，考慮到樞紐的重要性，和水庫(kù)激發(fā)地震的可能性攔河壩設(shè)防烈度采用7度。</p><p>　　第二章　壩體剖面擬定</p><p>　　2.1 剖面擬定原則</p><p>　　1、設(shè)計(jì)斷面要滿(mǎn)足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；</p>&l

10、t;p><b>　　2、力求剖面較小；</b></p><p><b>　　3、外形輪廓簡(jiǎn)單；</b></p><p>　　4、工程量小，運(yùn)用方便，便于施工。</p><p>　　重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿(mǎn)足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖2—1所示，在已知壩高

11、H、水壓力P、抗剪強(qiáng)度參數(shù)f、c 和揚(yáng)壓力U 的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。</p><p>　　圖2-1 重力壩的基本剖面圖示</p><p>　　2.2 擬定實(shí)用剖面</p><p>　　2.2.1 確定壩頂高程</p><p>　　1、超高值Δh 的計(jì)算</p><p>　

12、　壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程，防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差Δh，可由式（2-1）計(jì)算。</p><p>　　Δh = h1% + hz + hc （2-1）</p><p>　　Δh—防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；</p><p>　　H1% —累計(jì)頻率為

13、1%時(shí)的波浪高度，m；</p><p>　　hz —波浪中心線(xiàn)至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；</p><p>　　hc —安全加高，由于該工程的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅰ級(jí)，故查得</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水位情況hc＝0.7m；校核洪水位情況hc＝0.7m。</p><p>　　下面按官?gòu)d公式計(jì)算h1% ， hz。</p>&l

14、t;p>　　V0 為計(jì)算風(fēng)速，18m/s；</p><p>　　D 為吹程，3km；</p><p>　　波高h(yuǎn)l：gD/V02=28∈(20～250)，為累計(jì)頻率5%的波高h(yuǎn)5%</p><p>　　規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計(jì)頻率為1%時(shí)的波高，對(duì)應(yīng)于5%波高，應(yīng)乘以1.24；</p><p>　　首先計(jì)算波浪高度hl 和波浪長(zhǎng)度L 和波浪中

15、心線(xiàn)超出靜水面的高度hz。</p><p>　?。?） 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：</p><p>　　設(shè)計(jì)洪水位時(shí)Δh 計(jì)算</p><p>　　風(fēng)速采用50 年一遇的風(fēng)速1.8 V0 =1.8×18=32.4m/s，吹程D=3km。</p><p>　　波浪三要素計(jì)算如下：</p><p>　　波高h(yuǎn)l=0.0166

16、 V05/4 D1/3=2.22m</p><p>　　波長(zhǎng)L=10.4(hl)0.8 =19.7m</p><p>　　壅高（一般峽谷水庫(kù)因，所以：）； 取hz=πhl2/L=0.79m</p><p>　　由規(guī)范《SL319-2005》中波浪爬高公式</p><p>　　計(jì)算得出h=h5% =1.86m</p><p&

17、gt;　　因gD/V02=28，h1%=1.24h5%=2.3m ； hz = 0.79m ； hc = 0.7m</p><p>　　Δh = h1% + hz + hc=3.79m</p><p>　?。?） 校核洪水位時(shí)：</p><p>　　計(jì)算方法同上，V0 取18 m/s</p><p>　　Δh = h1% + hz + hc=

18、1.10+0.26+0.5=1.86m</p><p><b>　　2、壩頂高程計(jì)算</b></p><p>　　壩頂高程按下式計(jì)算，并選用其中較大值</p><p>　　壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Δh 設(shè)=225.7+3.79=229.49m</p><p>　　壩頂高程=校核洪水位+Δh 校=227.2+1.86=229

19、.06m</p><p>　　取設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的情況229.49m</p><p>　　為保證壩體運(yùn)行安全，需設(shè)置防浪墻，取1.2m，考慮施工方便，壩頂高程取整，為▽228m。</p><p>　　2.2.2 確定壩高</p><p>　　1、樞紐布置方案擬定</p><p>　　樞紐布置是確定擋水壩段、溢流壩段、電站壩

20、段、底孔壩段的相互位置，擋水壩段布置在河床兩岸，河床中間為溢流壩段、電站壩段、底孔壩，而溢流壩段與電站壩段不宜建在一起，故樞紐布置方案有兩種：</p><p>　　方案一 電站壩段在右岸</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：1、進(jìn)壩公路在左岸，便于交通運(yùn)輸；2、電站壩段在右岸主河槽位置，水輪機(jī)安裝高程低，從而有利于發(fā)電。</p><p>　　缺點(diǎn)：左岸設(shè)溢流壩，沖刷坑部位地

21、質(zhì)條件較差。</p><p>　　方案二 電站壩段在左岸</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：1、電站布置在左岸，地勢(shì)開(kāi)闊，布置方便；2、溢流壩位于右岸河床段，使沖刷避開(kāi)左岸地質(zhì)條件較差的區(qū)域。</p><p>　　缺點(diǎn)：增加開(kāi)挖工程量，運(yùn)輸不方便</p><p>　　綜上所述，方案一工程量小，運(yùn)輸方便，且左岸沖刷問(wèn)題可經(jīng)工程措施予以處理，保證大壩安

22、全穩(wěn)定，故選方案一</p><p><b>　　2、確定壩高</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)范，壩高超過(guò)100m 時(shí)，可建在新鮮、微風(fēng)化至弱風(fēng)化下部基巖上。原則上應(yīng)考慮技術(shù)加固處理后，在滿(mǎn)足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開(kāi)挖?；A(chǔ)中存在的局部工程地質(zhì)缺陷，例如表層夾泥裂縫、強(qiáng)風(fēng)化區(qū)、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖溶充填物等均應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)開(kāi)挖予以挖除。由方案一，河床的片麻巖

23、地基上修建實(shí)體重力壩，通過(guò)立視圖上確定的壩基開(kāi)挖線(xiàn)定出建基面最低開(kāi)挖高程為▽124.0m。</p><p>　　因此，最大壩高為104m，屬于高壩。</p><p>　　2.2.3 擬定壩頂寬度</p><p>　　壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置、運(yùn)行、檢修、施工和交通等需要確定并應(yīng)滿(mǎn)足抗震，特大洪水時(shí)維護(hù)等要求。</p><p>　　因無(wú)特殊要求，

24、根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，壩頂寬度可采用壩高的8%～10%取值，且不小于2m 并應(yīng)滿(mǎn)足交通和運(yùn)行管理的需要。按壩高的10%計(jì)算，即為10.4 米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護(hù)欄、排水溝槽及兩邊人行道等，取壩頂寬為10m，以滿(mǎn)足大壩維修作業(yè)通行需要。</p><p>　　2.2.4 擬定剖面尺寸</p><p>　　擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長(zhǎng)線(xiàn)與上游壩面相交于最高庫(kù)水位處

25、，為了便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)采用上游壩面上部鉛直，下部?jī)A斜的形式。該形式為實(shí)際工程中經(jīng)常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　根據(jù)已知條件，上游壩坡坡率n=0.2，做成上鉛直下部?jī)A向上游；下游壩坡坡率m=0.6～0.8，取m=0.8。</p><p>　　在上下游坡率及壩頂高程已知的條件下，上游折線(xiàn)角高程185.0m，計(jì)算

26、得壩底寬度為B=94.6m。</p><p>　　2.2.5 基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定</p><p>　　高、中壩內(nèi)必須設(shè)置基礎(chǔ)灌漿廊道，兼作灌漿、排水和檢查之用。</p><p>　　基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機(jī)具尺寸即工作要求確定，為了保證完成其功能且可以自由通行，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×4.5m，形狀采用城門(mén)洞型。</p>

27、<p>　　廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)滿(mǎn)足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.05～0.1 倍作用水頭、且不小于4～5m 處設(shè)置，本次設(shè)計(jì)取10m，為滿(mǎn)足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5 倍廊道寬度，取5m。</p><p>　　初步擬定壩體形狀剖面如圖所示。</p><p>　　圖2-2 非溢流壩段剖面尺寸圖</p><p><b&g

28、t;　　第三章 穩(wěn)定分析</b></p><p>　　3.1 荷載計(jì)算及其組合</p><p>　　重力壩的主要荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、地震荷載等，常取1ｍ壩長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類(lèi)?；窘M合屬于設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載組成。特殊組合屬校核情況或非常情況，由同時(shí)

29、出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從這兩類(lèi)組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進(jìn)行計(jì)算，使之滿(mǎn)足規(guī)范中規(guī)定的要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)考慮的基本荷載組合為正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位；特殊組合為校核洪水位和地震情況，它們分別考慮的荷載如下表所示。</p><p>　　表3-1 荷載組合</p><

30、;p>　　注：1.應(yīng)根據(jù)各種作用同時(shí)發(fā)生的實(shí)際可能性，選擇計(jì)算中的最不利的組合；</p><p>　　2.分期施工的壩應(yīng)按相應(yīng)的荷載組合分期進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　3.施工期的情況應(yīng)作必要核算，作為特殊組合。</p><p>　　4.根據(jù)地質(zhì)和其他條件，如考慮運(yùn)用時(shí)排水設(shè)備，易于堵塞，須經(jīng)常維修時(shí)，應(yīng)考慮排水失效的情況，作為特殊組合。</p>

31、;<p>　　5.地震情況的靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力按正常蓄水位計(jì)算。</p><p>　　6.表中的“√”表示應(yīng)考慮的荷載。</p><p>　　下面就各種情況計(jì)算相應(yīng)荷載，計(jì)算示意圖如下</p><p><b>　　W12</b></p><p><b>　　W2’</b><

32、/p><p>　　H1 W2’ W13 W3</p><p>　　W11 Pd H2</p><p><b>　　b3</b></p><p>　　U4

33、 γH2</p><p>　　γH1 U2 U3 αγH</p><p><b>　　U1</b></p><p>　　圖3-1 重力壩荷載計(jì)算示意圖</p><p><b>　　3.1.1 自重W</b>&

34、lt;/p><p>　　壩體自重的計(jì)算公式： W =Vγc（kN） （3-6）</p><p>　　式中 V——壩體體積，m3；由于取1m壩長(zhǎng)，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖3-1 所示的若干個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形分別計(jì)算重力；</p><p>　　γc ——壩體混凝土的重度（本設(shè)計(jì)中混凝土的重度為24kN/ m3

35、）</p><p>　　分解后的三部分自重：</p><p>　　W11=24×0.5×12.2×61=8930.4kN</p><p>　　W12=24×10×104=24960kN</p><p>　　W13=24×0.5×90.5×72.4=78626.4k

36、N</p><p>　　W1=W11+W12+W13=112516.8kN</p><p>　　取壩底部中點(diǎn)為力矩作用中心點(diǎn)O，則</p><p>　　W1作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： (47.3-12.2×2÷3) = 39.17m</p><p>　　W2作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 47.3-12.2-5=30.1m;</

37、p><p>　　W3作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 25.1-72.4÷3=0.97</p><p>　　豎向力對(duì)O點(diǎn)的彎矩（順時(shí)針為“－”，逆時(shí)針為“+”）：</p><p>　　MOW1 = 8930.4×39.17 = 349774 KN·m</p><p>　　MOW2 =24960×30.1 =75129

38、6KN·m</p><p>　　MOW3 =78626.4×0.97 =76005.52KN·m</p><p>　　∑MOW =349774+751296+76005.52=1177075.52 KN·m</p><p>　　3.1.2 靜水壓力P</p><p>　　靜水壓力是作用在上下游壩面的主要

39、荷載，計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力PH和垂直水壓力PV兩種。</p><p><b>　　根據(jù)水力學(xué)公式</b></p><p>　　水平水壓力PH 計(jì)算公式為：</p><p>　　式中： Ｈ — 計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭，m；</p><p>　　γw —水的重度，常取9.81 kN／m3；</p><p&

40、gt;　　垂直水壓力PV 按水重計(jì)算。</p><p>　　計(jì)算正常蓄水位情況下的上下游水深：</p><p>　　上游水深H1 =224.7-124.0=100.7m；下游水深H2 =138.4-124.0=14.4m</p><p>　　上游垂直水壓力：Pv1=(0.5×12.2×61+39.7×12.2)×9.81=84

41、01.68kN </p><p>　　下游垂直水壓力：Pv2=14.4×0.8×14.4×0.5×9.81=813.68kN </p><p>　　水重：Pv= Pv1+ Pv2=8401.68+813.68=9215.36 kN（↓）</p><p>　　上游水平水壓力：PH1 =－0.5×9.81×10

42、0.72=－49739.1kN（→）</p><p>　　下游水平水壓力：PH2=0.5×9.81×14.42=1017.1kN（←）</p><p>　　水壓力：Ph= Ph1+ Ph2=－49739.1+1017.1=－48722kN</p><p>　　靜水壓力對(duì)O點(diǎn)的彎矩（順時(shí)針為“－”，逆時(shí)針為“+”）：</p><

43、p>　　垂直水壓力（水重）對(duì)O點(diǎn)的彎矩：</p><p>　　MOP11 = 0.5×12.2×61×9.81×（47.3-12.2÷3）=195756.86 KN·m</p><p>　　MOP12 = 39.7×12.2×9.81×（47.3-12.2÷2）=157814.68 K

44、N·m</p><p>　　MOP2 =- 813.68×（47.3-14.4×0.8÷3）=－35362.53KN·m</p><p>　　∑MOPv = MOP11＋MOP12＋MOP2 =195756.86＋157814.68－35362.53= 318209.01KN·m</p><p>　　水平水

45、壓力對(duì)O點(diǎn)的彎矩：</p><p>　　MOP1 = －49739.1×（100.7÷3）=－1669575.8 KN·m</p><p>　　MOP2 = 1017.1×（14.4÷3）=4882.08KN·m</p><p>　　∑MOph = MOP1＋MOP2=－1669575.8+4882.08=

46、－1664693.72 KN·m</p><p>　　∑MOP=∑MOph ＋∑MOpv= 318209.01－1664693.72=－1346484.71 KN·m</p><p>　　3.1.3 揚(yáng)壓力U (設(shè)帷幕灌漿，設(shè)排水孔)</p><p>　　根據(jù)規(guī)范，排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)：α=0.25,如圖3-1 所示，將揚(yáng)壓力分成四部分，U1，U

47、2，U3，U4。</p><p>　　U4=9.81×14.4×94.6=13363.57kN</p><p>　　U3=1/2×9.81×0.25×(224.7-138.4)×(94.6-13)=8635.35kN</p><p>　　U2=9.81×0.25×(224.7-138.4

48、)×13=2752.1kN</p><p>　　U1=1/2×13×64.72×9.81=4126.87kN</p><p>　　U=U1+U2+U3+U4=27922.55kN</p><p>　　U4作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 0 m</p><p>　　U3作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 81.6×

49、2/ 3－47. 3 = 7.1m</p><p>　　U2作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 47.3-6.5=40.8 m</p><p>　　U1作用點(diǎn)至O點(diǎn)的力臂為： 47.3-13÷3=43 m</p><p>　　豎向揚(yáng)壓力力對(duì)O點(diǎn)的彎矩（順時(shí)針為“－”，逆時(shí)針為“+”）：</p><p>　　∑MOU =0-7.1×86

50、35.35-40.8×2752.1-43×4126.87</p><p>　　=0-61325.2-112285.7-177455.4</p><p>　　=－351066.3KN·m</p><p>　　3.1.4 泥沙壓力Ps</p><p>　　一般計(jì)算年限取50～100 年，水平泥沙壓力Ps 為：<

51、/p><p>　　式中：γsb——泥沙的浮容重，0.9×9.81kN/m3；</p><p>　　hs ——壩前淤沙厚度，157.5-124=33.5m；</p><p>　　Φs ——淤沙的內(nèi)摩擦角，( 12°)。</p><p><b>　　故泥沙壓力為</b></p><p>

52、;　　Ps=1/2×0.9×9.81×33.52×tan2（45°- 12°/2）=3248.7kN</p><p>　　對(duì)O點(diǎn)的力臂為（157.5－124）/3 = 11.17m</p><p>　　對(duì)O點(diǎn)取矩： MOPSK=－3248.7×11.17 =－36288 KN·m</p><

53、p><b>　　3.1.5 浪壓力</b></p><p>　　1.波浪要素計(jì)算及波態(tài)判別</p><p>　　根據(jù)規(guī)范SL319-2005，波浪要素按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算（適用于V0<20m/s 及D<20km）：</p><p>　　h ——當(dāng)gD/V02=20～250 時(shí)，為累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%；</p>

54、<p>　　當(dāng)gD/V02=250～1000 時(shí)，為累積頻率10%的波高h(yuǎn)10%</p><p>　　由剖面計(jì)算結(jié)果知，取累積頻率5%的波高h(yuǎn)5%</p><p>　　Lm ——平均波長(zhǎng)（m）；</p><p>　　波浪中心線(xiàn)至水庫(kù)靜水位的高度hz 按下式計(jì)算：</p><p>　　其中，平均波長(zhǎng)Lm按下式計(jì)算：</p>

55、;<p>　　=0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g</p><p>　　=0.331×（18×1.8）-1/2.15(9.8×3000/32.42)1/3.75×32.42/9.8=17m</p><p>　　因H>Lm /2，屬于深水波。</p><p><

56、;b>　　2.波浪壓力計(jì)算</b></p><p>　　各種情況均按深水波計(jì)算浪壓力，如圖所示。</p><p><b>　　深水波浪壓力分布</b></p><p><b>　　浪壓力計(jì)算公式為</b></p><p>　　h1%=1.24h5%=2.3m ； hz = 0.79

57、m ；</p><p>　　Pl=γLm(h1%+hz)/4=9.81×17÷4×（2.3＋0.79）=128.83kN</p><p>　　對(duì)壩底中點(diǎn)O取矩為（順時(shí)針為“－”，逆時(shí)針為“+”）：</p><p>　　MOPWK =－128.83×(100.7+ 0.79)=－13075 KN·m</p>

58、<p>　　3.1.6 其它荷載</p><p>　　冰壓力、土壓力應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定。溫度荷載一般可以采取措施來(lái)消除，穩(wěn)定和應(yīng)力分析時(shí)可以不計(jì)入。風(fēng)荷載、雪荷載、人群荷載等在重力壩荷載中所占比例很小，可以忽略不計(jì)。壩體廊道及壩頂設(shè)備重也忽略不計(jì)。</p><p>　　將計(jì)算的各荷載進(jìn)行匯總整理。結(jié)論請(qǐng)見(jiàn)下表。</p><p>　　正常蓄水位情況各項(xiàng)作

59、用力統(tǒng)計(jì)表 單位：KN、KN·m</p><p><b>　　3.2 穩(wěn)定分析</b></p><p>　　重力壩的抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法和分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算?？够€(wěn)定分析的目的是核算壩體沿壩基面或沿地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度?？够€(wěn)定計(jì)算時(shí)取單寬作為計(jì)算單元。</p><p><b>　

60、　U</b></p><p>　　壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　正常蓄水位情況按單一安全系數(shù)法驗(yàn)算,計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Ks′—— 按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；</p><p>　　f′—— 壩體混凝土與壩

61、基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，f′=1.10</p><p>　　c′—— 壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力，KPa，c′=75kg/cm2=735.75KPa；</p><p>　　A —— 壩基接觸面截面積，單寬，A=94.6m2。</p><p>　　ΣW—— 作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對(duì)滑動(dòng)平面的法向分值，kN；</p><p&g

62、t;　　ΣP—— 作用于壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面的切向分值，kN；</p><p>　　按抗剪斷強(qiáng)度公式（3-18）計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks′值應(yīng)不小于3.0</p><p>　　=(1.1×（112516.8＋9215.36－27922.55）＋735.75×94.6)÷（48722＋128.83＋3248.7）</p><p&g

63、t;　　=（1.1×93809.61＋69601.95）÷52099.53</p><p>　　=172792.521÷52099.53</p><p><b>　　=3.32</b></p><p>　　所以，Ks′＞（K）=3</p><p><b>　　滿(mǎn)足規(guī)范要求。<

64、/b></p><p><b>　　第四章 應(yīng)力分析</b></p><p>　　應(yīng)力分析的目的是為了檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)用期是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，同時(shí)也是研究解決設(shè)計(jì)和施工期中的某些問(wèn)題，如混凝土標(biāo)號(hào)區(qū)分和某些部位的配筋等提供依據(jù)。</p><p>　　在一般情況下，壩體的最大、最小正應(yīng)力和主應(yīng)力都出現(xiàn)在上下游壩面，所以重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定

65、，應(yīng)核算上下游壩面的應(yīng)力是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。</p><p>　　應(yīng)力分析的過(guò)程是：首先進(jìn)行荷載計(jì)算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，最后檢驗(yàn)壩體各部位的應(yīng)力是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。依據(jù)規(guī)范，本次應(yīng)力分析用材料力學(xué)法進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　材料力學(xué)法三個(gè)基本假定：</p><p>　　1.壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料。</p>

66、<p>　　2.視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對(duì)壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，橫縫不傳力。</p><p>　　3.假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線(xiàn)分布，不考慮廊道等對(duì)壩體應(yīng)力的影響。</p><p>　　按不考慮揚(yáng)壓力的情況計(jì)算：</p><p>　　4.1 上、下游邊緣應(yīng)力σyu和σyd</p><p>&

67、lt;b>　　計(jì)算公式</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　ΣW——作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，kN；</p><p>　　ΣM——作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；</p><p>　　B——計(jì)算截

68、面的長(zhǎng)度，m。</p><p>　　ΣW=112516.8＋9215.36-27922.55=93809.61 kN</p><p>　　ΣM=1177075.52＋318209.01－1346484.71－351066.3－13075－36288=－251629.48 kN·m</p><p>　　=93809.61/94.6＋6×（－2516

69、29.48）/94.62=991.6-168.7=822.9 kPa</p><p>　　=991.6+168.7=1160.3 kPa</p><p>　　σyu和σyd均大于0,壩踵、壩址處均沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿(mǎn)足工程規(guī)范要求。</p><p>　　上游水面壓強(qiáng)：=9.81×（224.7-124）=987.87kPa</p><p&g

70、t;　　下游水面壓強(qiáng)：=9.81×14.4=141.26kPa</p><p><b>　　4.2 主應(yīng)力計(jì)算</b></p><p><b>　　kPa</b></p><p><b>　　kPa</b></p><p>　　壩體混凝土材料C20拉壓強(qiáng)度為20Mpa

71、。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果表明，重力壩在正常蓄水位情況下應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求。</p><p>　　第五章 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 壩頂構(gòu)造</b></p><p>　　壩頂路面應(yīng)具有2～3％的橫向坡度，并設(shè)置砼排水溝(30×30cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪墻（寬0.5m，

72、高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墻身應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，宜采用與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，而下游側(cè)則可設(shè)防護(hù)欄，為滿(mǎn)足運(yùn)用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設(shè)施，即在上游側(cè)每隔25m 設(shè)一對(duì)照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫(kù)方向。根據(jù)大壩正常運(yùn)行需要，在壩頂還要設(shè)置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀(guān)測(cè)和維修人員快速進(jìn)出。</p><p><b>　　5.2 分縫止水&l

73、t;/b></p><p>　　5.2.1 壩體分縫</p><p>　　1、橫縫：減小溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿(mǎn)足施工要求；</p><p>　　2、縱縫：適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應(yīng)力，在平行壩軸線(xiàn)方向設(shè)置。</p><p>　　一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時(shí)縫，垂直壩軸線(xiàn)，用于將壩體分成為若干獨(dú)立的壩段；縱縫為臨時(shí)

74、縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫三種，縱縫縫面應(yīng)設(shè)水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應(yīng)力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進(jìn)行接縫灌漿，為了灌漿時(shí)不使?jié){液從縫內(nèi)流出，必須在縫的四周設(shè)止?jié){片。</p><p>　　3、水平施工縫：是上、下層澆筑塊之間的接合面。澆筑塊厚度一般為1.5～4.0m；在靠近基巖面附近用0.75～1.0m 的薄層澆筑，以利于散熱，減少溫升，防止開(kāi)裂。</p><p>　　

75、5.2.2 止水設(shè)計(jì)</p><p>　　橫縫內(nèi)需設(shè)止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對(duì)于高壩應(yīng)采用兩道止水片，中間設(shè)瀝青井，金屬片止水一般采用1.0～1.6mm 后的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應(yīng)有利于改善壩體頭部應(yīng)力，一般為0.5～2.0m（本設(shè)計(jì)采用1.0m），每側(cè)埋入砼的長(zhǎng)度約為20～25cm（本設(shè)計(jì)采用25cm），在止水片的安裝時(shí)要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設(shè)計(jì)采用方形），

76、其一側(cè)可用預(yù)制砼塊，預(yù)制塊長(zhǎng)1.0～1.5m，厚5～10cm（本設(shè)計(jì)采用1m×10cm），瀝青井尺寸大致為15cm～15cm 至25cm～25cm（本設(shè)計(jì)采用20cm×20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號(hào)或三號(hào)是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設(shè)加熱設(shè)備（通常采用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，并以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設(shè)置瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為15～20cm。</p>

77、;<p>　　止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約30～50cm，井內(nèi)填滿(mǎn)瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。</p><p>　　5.3 混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)</p><p>　　砼重力壩壩體各部分的工作條件及受力條件不同,對(duì)砼材料性能指標(biāo)的要求也不同,為了滿(mǎn)足壩體各部分的不同要求,節(jié)省水泥用量及工程費(fèi)用,把安全與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來(lái)，通常將壩體砼按不同工作條件進(jìn)行

78、分區(qū),選用不同的強(qiáng)度等級(jí)和性能指標(biāo),一般分為6 個(gè)區(qū),見(jiàn)下圖。</p><p>　　Ⅰ區(qū)—上、下游水位以上壩體表層砼，其特點(diǎn)是受大氣影響；</p><p>　?、騾^(qū)—上、下游水位變化區(qū)壩體表層砼，既受水位的作用也受大氣影響；</p><p>　　Ⅲ區(qū)—上、下游最低水位以下壩體表層砼；</p><p><b>　?、魠^(qū)—壩體基礎(chǔ)砼；&

79、lt;/b></p><p><b>　?、鯀^(qū)—把體內(nèi)部砼；</b></p><p>　?、鰠^(qū)—抗沖刷部分的砼。</p><p>　　為了便于施工，選定各區(qū)域砼等級(jí)時(shí)，各類(lèi)別應(yīng)盡量少,相鄰區(qū)的強(qiáng)度等級(jí)不得超過(guò)兩級(jí)，分區(qū)的厚度一般不得小于2～5m，以便澆筑施工，分區(qū)對(duì)混凝土性能的要求見(jiàn)下表，表中“++”表示選擇各區(qū)同等級(jí)的主要控制因素，有“

80、+” 的表示需要提出要求；有“-”的為不需要提出要求。</p><p>　　表5-1 壩體各區(qū)對(duì)混凝土性能的要求</p><p><b>　　5.4 壩體排水</b></p><p>　　壩體排水為了減小滲水對(duì)壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕，排水管應(yīng)通至縱向排水管道，其上部應(yīng)通至上層廊道或壩頂（溢流面以下），以便于檢修管

81、距可采用采用3m，排水管幕距上游壩面的距離，一段要求不小于壩前水深的1/10～1/12，且不少于2m，（1/10～1/12）（104.14～107.1）=（8.68～10.71）m，故根據(jù)規(guī)定排水管設(shè)置在距上游面9m 處，以使?jié)B透坡降控制在允許范圍內(nèi)。排水管采用預(yù)制多孔混凝土管，內(nèi)徑可為15cm～25cm（取20cm），隨著壩體混凝土的澆筑而加高。滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，沿積水溝或集水管經(jīng)橫向廊道的排水溝匯入集水井，再用水泵

82、或自流排水排向下游，排水溝斷面常用30cm×30cm，低坡3%，排水管施工時(shí)必須防止被混凝土的雜物等堵塞。排水管與廊道的連通采用直通式。</p><p><b>　　5.5 廊道系統(tǒng)</b></p><p>　　為了滿(mǎn)足施工運(yùn)用要求，如灌漿，排水，觀(guān)測(cè)，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設(shè)置各種廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。</p><p

83、>　　5.5.1 壩基灌漿廊道</p><p>　　帷幕灌漿需要在壩體澆灌到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×4.5m，形狀采用城門(mén)水洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應(yīng)滿(mǎn)足防滲要求，在壩踵附近距上游壩面0.05～0.1 倍作用水頭、且不小于4～5m 處設(shè)置，本次設(shè)計(jì)取10m，為滿(mǎn)足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于1.5 倍廊道寬

84、度，取5m。</p><p>　　灌漿廊道兼有排水作用，并在其上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)壩基排水孔幕，在靠近廊道最低處設(shè)置集水井，匯集從壩基和壩體的滲水，然后經(jīng)由水泵抽水排至下游壩外。</p><p>　　5.5.2 檢查及壩體排水廊道</p><p>　　為了檢查巡視和排除滲水，常在靠近壩體上游面適當(dāng)高度方向每隔15～30m設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式多采用城門(mén)洞形

85、，最小寬度為1.2m，最小高度為2.2m，距上游面的距離應(yīng)不少于0.05～0.07 倍水頭，且不小于3m,該重力壩選取7m，上游測(cè)設(shè)排水溝。</p><p>　　各層廊道在左右兩岸應(yīng)各有一個(gè)出口，并用鉛直的井使各層廊道連通。排水廊道斷面尺寸統(tǒng)一擬定為2m×2.5m，城門(mén)洞形。</p><p>　　第六章 地基處理設(shè)計(jì)</p><p>　　天然地基，由于經(jīng)

86、受長(zhǎng)期的地質(zhì)作用，一般都有風(fēng)化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時(shí)還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧鼗幚淼闹饕蝿?wù)是：（1）防滲；（2）提高基巖的強(qiáng)度和整體性。</p><p><b>　　6.1 清基開(kāi)挖</b></p><p>　　6.1.1 開(kāi)挖原則</p><p>　　地基開(kāi)挖與清理的目的是使壩體坐落在穩(wěn)定、堅(jiān)固的地

87、基上。開(kāi)挖深度應(yīng)根據(jù)壩基應(yīng)力、巖石強(qiáng)度及完整性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求和地基加固處理的效果、工期和費(fèi)用等研究確定，原則上應(yīng)考慮技術(shù)加固處理后，在滿(mǎn)足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開(kāi)挖。壩高超過(guò)100m 時(shí)，可建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部的基巖上。</p><p>　　6.1.2 開(kāi)挖設(shè)計(jì)</p><p>　　靠近壩基面的緩傾角軟弱夾層應(yīng)盡可能清除。順河流流向的基巖面盡可能略向上傾斜，以增強(qiáng)

88、壩體的抗滑穩(wěn)定性，基巖面應(yīng)避免有高低懸殊的突變，以避免造成壩體內(nèi)應(yīng)力集中。在壩踵和壩址處可開(kāi)挖齒坎以利穩(wěn)定。采用爆破開(kāi)挖時(shí)應(yīng)避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙張開(kāi)?；鶐r開(kāi)挖到最后0.5～1.0m，應(yīng)采用受風(fēng)鉆鉆孔，小藥量爆破；遇有宜風(fēng)化的頁(yè)巖、粘土巖等，應(yīng)留0.2～0.3m 的保護(hù)巖層，待到澆筑混凝土前再挖除。對(duì)岸坡壩段，在平行壩軸線(xiàn)方向宜開(kāi)挖成臺(tái)階狀，但須避免尖角。</p><p>　　6.1.3 壩基

89、清理</p><p>　　基巖開(kāi)挖后，在澆灌混凝土前，需要進(jìn)行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動(dòng)的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應(yīng)回填封堵。</p><p><b>　　6.2 壩基加固</b></p><p>　　固結(jié)灌漿孔一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。</p><

90、;p>　　采用淺孔低壓灌注法灌入水泥漿，以提高基巖的彈性模量、抗?jié)B性和強(qiáng)度等。在壩踵、壩址附近灌注孔相對(duì)較密，呈梅花形布置，其他部位疏一些?？拙嗯啪嘤晒酀{試驗(yàn)確定，一般從10～20m 開(kāi)始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為3～4m，本設(shè)計(jì)取4m?？咨?～8m，必要時(shí)還可適當(dāng)加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為8～15m。鉆孔方向垂直于基巖面。當(dāng)存在裂隙時(shí)，為了提高灌漿效果，鉆孔方向盡可能正交于主要裂隙面，但傾角不能太大。</p>

91、;<p><b>　　6.3 防滲排水</b></p><p>　　6.3.1 帷幕灌漿</p><p><b>　　1、帷幕灌漿目的</b></p><p>　　帷幕灌漿的目的是：降低壩底滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，減少壩基滲流量。灌漿材料最常用的是水泥漿，有時(shí)也采用化學(xué)灌漿，化學(xué)灌漿的優(yōu)點(diǎn)是：

92、可灌性好，抗?jié)B性強(qiáng)，但較昂貴，且污染地下水質(zhì)，使用時(shí)需慎重，本次設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)合理以及環(huán)保角度考慮，選用水泥漿作為灌漿材料。</p><p><b>　　2、帷幕灌漿范圍</b></p><p>　　防滲帷幕布置于靠近上游面壩軸線(xiàn)附近，自河床向兩岸延伸，鉆孔和灌漿常在壩體內(nèi)特設(shè)的廊道內(nèi)進(jìn)行，靠近岸坡處也可在壩頂、岸坡或平洞內(nèi)進(jìn)行。平洞還可以起排水作用，有利于岸坡的穩(wěn)定。鉆

93、孔方向一般為鉛直，必要時(shí)也可有一定斜度，以便穿過(guò)主節(jié)理裂隙，但角度不宜太大，一般在100 以下，以便施工。防滲帷幕的深度根據(jù)作用水頭和基巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況確定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)內(nèi)的不透水層厚度不大時(shí)，帷幕可穿過(guò)透水層深入相對(duì)隔水層3～5m。當(dāng)相對(duì)隔水層埋藏較深，則帷幕深度可根據(jù)防滲要求確定，通常采用壩高的0.3～0.7倍。</p><p>　　帷幕深入兩岸的部分，原則上也應(yīng)達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，并與河床部位的帷幕保持連續(xù)，

94、形成連續(xù)的不透水的防滲墻。當(dāng)相對(duì)隔水層距地面不遠(yuǎn)時(shí)，帷幕應(yīng)深入岸坡與該層相銜接。當(dāng)相對(duì)隔水層埋藏較深時(shí)，可深到原地下水位線(xiàn)與最高枯水位的交點(diǎn)處，以降低水庫(kù)蓄水后庫(kù)岸的地下水</p><p>　　6.3.2 壩基排水</p><p>　　為進(jìn)一步降低壩底面的揚(yáng)壓力，應(yīng)在防滲帷幕后設(shè)置排水孔幕。</p><p>　　根據(jù)規(guī)定要求，壩基的排水孔幕在防滲帷幕的下游，向下游傾