水工建筑物重力壩課程設計

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，國家決定修

2、建順河水庫。順河水庫位于河北省唐山、承德兩地區(qū)交界處，壩址位于遷西縣揚岔子村的順河干流上，控制流域面積33700平方公里，總庫容為25.5億立方米。水庫距遷西縣城35公里，有公路相通。</p><p>　　水庫樞紐由主壩、電站及泄水底孔等組成，水庫主要任務是調(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)水庫的工程規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為I級建筑物，其它建筑物按II級建筑物考慮。</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，據(jù)調(diào)查近一百年來有六次大水，其中1883年最大，由紅痕估算洪峰流量約為24400—27400m³/s，實測的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，由計算得，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為1825萬噸多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移質(zhì)缺乏觀測資料?？捎嬋肭罢叩?0%，這樣總?cè)霂焐沉繛?010萬噸。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℃，絕對最低氣溫達零下21.7℃(1969年)7月份最高月平均氣溫25℃，絕對最高達39℃(1955年)，本流域無霜期較短(90—180天)冰凍期較長(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1米，流域內(nèi)冬季盛行偏北風，風速可達七、八級，有時更大些，春秋兩季風向變化較大夏季常為東南風，多年平均最大風速為

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

8、閃石，本層巖體呈厚層塊狀、質(zhì)地均一、巖性堅硬、抗風化力強、工程地質(zhì)條件較好，總厚度185米左右。巖石物理力學性質(zhì)：巖石容重為2.68—2.70噸/立米，飽和抗壓強度，弱風化和微分化巖石均在650公斤/厘米2以上，有的可達1100公斤/厘米2，混凝土與巖石的磨擦系數(shù)微分化及弱風化化下部，可取fˊ=1.10、cˊ=7.5kg/cm2。</p><p>　　地震：庫區(qū)附近歷史地震活動較為頻繁，近年來微繁。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月國家地震局地震地質(zhì)大隊對本區(qū)域地震問題作了鑒定，水庫的基本烈度為6度，考慮到樞紐的重要性，和水庫激發(fā)地震的可能性攔河壩設防烈度采用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、設計斷面要滿足穩(wěn)定和強度要求；</p>&l

10、t;p><b>　　2、力求剖面較??；</b></p><p><b>　　3、外形輪廓簡單；</b></p><p>　　4、工程量小，運用方便，便于施工。</p><p>　　重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強度要求，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、抗剪強度參數(shù)f、c 和揚壓力U 的條件下，根據(jù)抗滑穩(wěn)定和強度要求，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 擬定實用剖面</p><p>　　2.2.1 確定壩頂高程</p><p>　　1、超高值Δh 的計算</p><p>　

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

13、1%時的波浪高度，m；</p><p>　　hz —波浪中心線至設計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)安全級別為Ⅰ級，故查得</p><p>　　設計洪水位情況hc＝0.7m；校核洪水位情況hc＝0.7m。</p><p>　　下面按官廳公式計算h1% ， hz。</p>&l

14、t;p>　　V0 為計算風速，18m/s；</p><p>　　D 為吹程，3km；</p><p>　　波高hl：gD/V02=28∈(20～250)，為累計頻率5%的波高h5%</p><p>　　規(guī)范規(guī)定應采用累計頻率為1%時的波高，對應于5%波高，應乘以1.24；</p><p>　　首先計算波浪高度hl 和波浪長度L 和波浪中

15、心線超出靜水面的高度hz。</p><p>　?。?） 設計洪水位時：</p><p>　　設計洪水位時Δh 計算</p><p>　　風速采用50 年一遇的風速1.8 V0 =1.8×18=32.4m/s，吹程D=3km。</p><p>　　波浪三要素計算如下：</p><p>　　波高hl=0.0166

16、 V05/4 D1/3=2.22m</p><p>　　波長L=10.4(hl)0.8 =19.7m</p><p>　　壅高（一般峽谷水庫因，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：</p><p>　　計算方法同上，V0 取18 m/s</p><p>　　Δh = h1% + hz + hc=

18、1.10+0.26+0.5=1.86m</p><p><b>　　2、壩頂高程計算</b></p><p>　　壩頂高程按下式計算，并選用其中較大值</p><p>　　壩頂高程=設計洪水位+Δh 設=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>　　取設計洪水位時的情況229.49m</p><p>　　為保證壩體運行安全，需設置防浪墻，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：1、進壩公路在左岸，便于交通運輸；2、電站壩段在右岸主河槽位置，水輪機安裝高程低，從而有利于發(fā)電。</p><p>　　缺點：左岸設溢流壩，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：1、電站布置在左岸，地勢開闊，布置方便；2、溢流壩位于右岸河床段，使沖刷避開左岸地質(zhì)條件較差的區(qū)域。</p><p>　　缺點：增加開挖工程量，運輸不方便</p><p>　　綜上所述，方案一工程量小，運輸方便，且左岸沖刷問題可經(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100m 時，可建在新鮮、微風化至弱風化下部基巖上。原則上應考慮技術(shù)加固處理后，在滿足壩的強度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開挖?；A(chǔ)中存在的局部工程地質(zhì)缺陷，例如表層夾泥裂縫、強風化區(qū)、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖溶充填物等均應結(jié)合基礎(chǔ)開挖予以挖除。由方案一，河床的片麻巖

23、地基上修建實體重力壩，通過立視圖上確定的壩基開挖線定出建基面最低開挖高程為▽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>　　壩頂寬度應根據(jù)設備布置、運行、檢修、施工和交通等需要確定并應滿足抗震，特大洪水時維護等要求。</p><p>　　因無特殊要求，

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 并應滿足交通和運行管理的需要。按壩高的10%計算，即為10.4 米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護欄、排水溝槽及兩邊人行道等，取壩頂寬為10m，以滿足大壩維修作業(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，斜面的延長線與上游壩面相交于最高庫水位處

25、，為了便于布置進口控制設備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，本次設計采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的形式。該形式為實際工程中經(jīng)常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經(jīng)驗。</p><p>　　根據(jù)已知條件，上游壩坡坡率n=0.2，做成上鉛直下部傾向上游；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，上游折線角高程185.0m，計算

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，應根據(jù)澆灌機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，設計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×4.5m，形狀采用城門洞型。</p>

27、<p>　　廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應滿足防滲要求，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 處設置，本次設計取10m，為滿足壓力灌漿，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、揚壓力、地震荷載等，常取1ｍ壩長進行計算。</p><p>　　荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類?；窘M合屬于設計情況或正常情況，由同時出現(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

29、出現(xiàn)的基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。設計時應從這兩類組合中選擇幾種最不利的、起控制作用的組合情況進行計算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定的要求。</p><p>　　本次設計考慮的基本荷載組合為正常蓄水位和設計洪水位；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.應根據(jù)各種作用同時發(fā)生的實際可能性，選擇計算中的最不利的組合；</p><p>　　2.分期施工的壩應按相應的荷載組合分期進行計算。</p><p>　　3.施工期的情況應作必要核算，作為特殊組合。</p><p>　　4.根據(jù)地質(zhì)和其他條件，如考慮運用時排水設備，易于堵塞，須經(jīng)常維修時，應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、揚壓力、浪壓力按正常蓄水位計算。</p><p>　　6.表中的“√”表示應考慮的荷載。</p><p>　　下面就各種情況計算相應荷載，計算示意圖如下</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 重力壩荷載計算示意圖</p><p><b>　　3.1.1 自重W</b>&

34、lt;/p><p>　　壩體自重的計算公式： W =Vγc（kN） （3-6）</p><p>　　式中 V——壩體體積，m3；由于取1m壩長，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖3-1 所示的若干個簡單的幾何圖形分別計算重力；</p><p>　　γc ——壩體混凝土的重度（本設計中混凝土的重度為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>　　取壩底部中點為力矩作用中心點O，則</p><p>　　W1作用點至O點的力臂為： (47.3-12.2×2÷3) = 39.17m</p><p>　　W2作用點至O點的力臂為： 47.3-12.2-5=30.1m;</

37、p><p>　　W3作用點至O點的力臂為： 25.1-72.4÷3=0.97</p><p>　　豎向力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：</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，計算時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)水力學公式</b></p><p>　　水平水壓力PH 計算公式為：</p><p>　　式中： Ｈ — 計算點處的作用水頭，m；</p><p>　　γw —水的重度，常取9.81 kN／m3；</p><p&

40、gt;　　垂直水壓力PV 按水重計算。</p><p>　　計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O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：</p><

43、p>　　垂直水壓力（水重）對O點的彎矩：</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O點的彎矩：</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 揚壓力U (設帷幕灌漿，設排水孔)</p><p>　　根據(jù)規(guī)范，排水處揚壓力折減系數(shù)：α=0.25,如圖3-1 所示，將揚壓力分成四部分，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作用點至O點的力臂為： 0 m</p><p>　　U3作用點至O點的力臂為： 81.6×

49、2/ 3－47. 3 = 7.1m</p><p>　　U2作用點至O點的力臂為： 47.3-6.5=40.8 m</p><p>　　U1作用點至O點的力臂為： 47.3-13÷3=43 m</p><p>　　豎向揚壓力力對O點的彎矩（順時針為“－”，逆時針為“+”）：</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O點的力臂為（157.5－124）/3 = 11.17m</p><p>　　對O點取矩： MOPSK=－3248.7×11.17 =－36288 KN·m</p><

53、p><b>　　3.1.5 浪壓力</b></p><p>　　1.波浪要素計算及波態(tài)判別</p><p>　　根據(jù)規(guī)范SL319-2005，波浪要素按官廳水庫公式計算（適用于V0<20m/s 及D<20km）：</p><p>　　h ——當gD/V02=20～250 時，為累積頻率5%的波高h5%；</p>

54、<p>　　當gD/V02=250～1000 時，為累積頻率10%的波高h10%</p><p>　　由剖面計算結(jié)果知，取累積頻率5%的波高h5%</p><p>　　Lm ——平均波長（m）；</p><p>　　波浪中心線至水庫靜水位的高度hz 按下式計算：</p><p>　　其中，平均波長Lm按下式計算：</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.波浪壓力計算</b></p><p>　　各種情況均按深水波計算浪壓力，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>　　對壩底中點O取矩為（順時針為“－”，逆時針為“+”）：</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、土壓力應根據(jù)具體情況來定。溫度荷載一般可以采取措施來消除，穩(wěn)定和應力分析時可以不計入。風荷載、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。壩體廊道及壩頂設備重也忽略不計。</p><p>　　將計算的各荷載進行匯總整理。結(jié)論請見下表。</p><p>　　正常蓄水位情況各項作

59、用力統(tǒng)計表 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)法和分項系數(shù)極限狀態(tài)設計進行計算和驗算。抗滑穩(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。抗滑穩(wěn)定計算時取單寬作為計算單元。</p><p><b>　

60、　U</b></p><p>　　壩體抗滑穩(wěn)定計算簡圖</p><p>　　正常蓄水位情況按單一安全系數(shù)法驗算,計算公式如下：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Ks′—— 按抗剪斷強度計算的抗滑穩(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（包括揚壓力）對滑動平面的法向分值，kN；</p><p&g

62、t;　　ΣP—— 作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值，kN；</p><p>　　按抗剪斷強度公式（3-18）計算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks′值應不小于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>　　滿足規(guī)范要求。<

64、/b></p><p><b>　　第四章 應力分析</b></p><p>　　應力分析的目的是為了檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強度要求，同時也是研究解決設計和施工期中的某些問題，如混凝土標號區(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、最小正應力和主應力都出現(xiàn)在上下游壩面，所以重力壩設計規(guī)范規(guī)定

65、，應核算上下游壩面的應力是否滿足強度要求。</p><p>　　應力分析的過程是：首先進行荷載計算和荷載組合，然后選擇適宜的方法進行應力計算，最后檢驗壩體各部位的應力是否滿足強度要求。依據(jù)規(guī)范，本次應力分析用材料力學法進行計算。</p><p>　　材料力學法三個基本假定：</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，不考慮地基變形對壩體應力的影響，并認為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。</p><p>　　3.假定壩體水平截面上的正應力按直線分布，不考慮廊道等對壩體應力的影響。</p><p>　　按不考慮揚壓力的情況計算：</p><p>　　4.1 上、下游邊緣應力σyu和σyd</p><p>&

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

68、面的長度，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、壩址處均沒有出現(xiàn)拉應力，滿足工程規(guī)范要求。</p><p>　　上游水面壓強：=9.81×（224.7-124）=987.87kPa</p><p&g

70、t;　　下游水面壓強：=9.81×14.4=141.26kPa</p><p><b>　　4.2 主應力計算</b></p><p><b>　　kPa</b></p><p><b>　　kPa</b></p><p>　　壩體混凝土材料C20拉壓強度為20Mpa

71、。</p><p>　　計算結(jié)果表明，重力壩在正常蓄水位情況下應力滿足規(guī)范要求。</p><p>　　第五章 細部構(gòu)造設計</p><p><b>　　5.1 壩頂構(gòu)造</b></p><p>　　壩頂路面應具有2～3％的橫向坡度，并設置砼排水溝(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，因此墻身應有足夠的剛度、強度和穩(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)則可設防護欄，為滿足運用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設施，即在上游側(cè)每隔25m 設一對照明燈，一只朝向壩頂路面方向，一只朝向水庫方向。根據(jù)大壩正常運行需要，在壩頂還要設置通向壩體內(nèi)部各層廊道、電站的電梯井，便于觀測和維修人員快速進出。</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：減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求；</p><p>　　2、縱縫：適應砼的澆筑能力和減小施工期的溫度應力，在平行壩軸線方向設置。</p><p>　　一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時縫，垂直壩軸線，用于將壩體分成為若干獨立的壩段；縱縫為臨時

74、縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯縫三種，縱縫縫面應設水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應力方向，在縫面上布置灌漿系統(tǒng)進行接縫灌漿，為了灌漿時不使?jié){液從縫內(nèi)流出，必須在縫的四周設止?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，防止開裂。</p><p>　　

75、5.2.2 止水設計</p><p>　　橫縫內(nèi)需設止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對于高壩應采用兩道止水片，中間設瀝青井，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有利于改善壩體頭部應力，一般為0.5～2.0m（本設計采用1.0m），每側(cè)埋入砼的長度約為20～25cm（本設計采用25cm），在止水片的安裝時要注意保證施工質(zhì)量，瀝青井為方形或圓形（本設計采用方形），

76、其一側(cè)可用預制砼塊，預制塊長1.0～1.5m，厚5～10cm（本設計采用1m×10cm），瀝青井尺寸大致為15cm～15cm 至25cm～25cm（本設計采用20cm×20cm），井內(nèi)灌注的填料由二號或三號是由瀝青，水泥和石棉粒組成，井內(nèi)設加熱設備（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 混凝土標號分區(qū)</p><p>　　砼重力壩壩體各部分的工作條件及受力條件不同,對砼材料性能指標的要求也不同,為了滿足壩體各部分的不同要求,節(jié)省水泥用量及工程費用,把安全與經(jīng)濟統(tǒng)一起來，通常將壩體砼按不同工作條件進行

78、分區(qū),選用不同的強度等級和性能指標,一般分為6 個區(qū),見下圖。</p><p>　?、駞^(qū)—上、下游水位以上壩體表層砼，其特點是受大氣影響；</p><p>　　Ⅱ區(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>　?、髤^(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)域砼等級時，各類別應盡量少,相鄰區(qū)的強度等級不得超過兩級，分區(qū)的厚度一般不得小于2～5m，以便澆筑施工，分區(qū)對混凝土性能的要求見下表，表中“++”表示選擇各區(qū)同等級的主要控制因素，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壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設置排水管幕，排水管應通至縱向排水管道，其上部應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>　　為了滿足施工運用要求，如灌漿，排水，觀測，檢查和交通的需要，在壩體內(nèi)設置各種廊道，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。本次設計基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取3.0×4.5m，形狀采用城門水洞型。廊道的上游壁離上游側(cè)面的距離應滿足防滲要求，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 處設置，本次設計取10m，為滿足壓力灌漿，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)設排水溝，下游側(cè)設壩基排水孔幕，在靠近廊道最低處設置集水井，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高度方向每隔15～30m設置檢查和排水廊道，斷面形式多采用城門洞形

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，上游測設排水溝。</p><p>　　各層廊道在左右兩岸應各有一個出口，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，城門洞形。</p><p>　　第六章 地基處理設計</p><p>　　天然地基，由于經(jīng)

86、受長期的地質(zhì)作用，一般都有風化、節(jié)理、裂隙等缺陷，有時還有斷層、破碎帶和軟弱夾層，所有這些都需要采取適當?shù)奶幚泶胧?，地基處理的主要任務是：?）防滲；（2）提高基巖的強度和整體性。</p><p><b>　　6.1 清基開挖</b></p><p>　　6.1.1 開挖原則</p><p>　　地基開挖與清理的目的是使壩體坐落在穩(wěn)定、堅固的地

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

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

89、清理</p><p>　　基巖開挖后，在澆灌混凝土前，需要進行徹底的清理和沖洗，包括：清除松動的巖塊，打掉突出的尖角?；又性械目碧姐@孔、井、洞等均應回填封堵。</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性和強度等。在壩踵、壩址附近灌注孔相對較密，呈梅花形布置，其他部位疏一些?？拙嗯啪嘤晒酀{試驗確定，一般從10～20m 開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為3～4m，本設計取4m?？咨?～8m，必要時還可適當加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為8～15m。鉆孔方向垂直于基巖面。當存在裂隙時，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)生機械或化學管涌，減少壩基滲流量。灌漿材料最常用的是水泥漿，有時也采用化學灌漿，化學灌漿的優(yōu)點是：

92、可灌性好，抗?jié)B性強，但較昂貴，且污染地下水質(zhì)，使用時需慎重，本次設計從經(jīng)濟合理以及環(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附近，自河床向兩岸延伸，鉆孔和灌漿常在壩體內(nèi)特設的廊道內(nèi)進行，靠近岸坡處也可在壩頂、岸坡或平洞內(nèi)進行。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，必要時也可有一定斜度，以便穿過主節(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?shù)刭|(zhì)內(nèi)的不透水層厚度不大時，帷幕可穿過透水層深入相對隔水層3～5m。當相對隔水層埋藏較深，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，原則上也應達到上述標準，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。當相對隔水層距地面不遠時，帷幕應深入岸坡與該層相銜接。當相對隔水層埋藏較深時，可深到原地下水位線與最高枯水位的交點處，以降低水庫蓄水后庫岸的地下水</p><p>　　6.3.2 壩基排水</p><p>　　為進一步降低壩底面的揚壓力，應在防滲帷幕后設置排水孔幕。</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