文档介绍：该【水工建筑物2 】是由【mama】上传分享，文档一共【19】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【水工建筑物2 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:.
一、枢纽基本资料
.工程简况
该河流自西向东汇入东海,干流全长公里,流域面积平方公里。罢职以上流域
面积平方公里,流于境内为山区,平均海拔高度M,最高峰达M,流域境内
气候湿润,雨量充沛,属热带气候。径流主要来自降雨,小部分由地下水补给,每年-
月份为汛期,其中、份为梅雨季节,河道坡道上上游陡下游缓,平均坡降.-.%,
因河道陡,蓄水能力低,汇流快,有暴雨产生的洪水迅速涨落,一次洪水过程线尖瘦,属
典型的山区性河流。流于境内,一以农林为主,森林繁茂,植被良好,水土流失不严重枢
纽下游为谋省的主要农副业生产基地某平原。坝址下游约公里有县级城市两座,在河流
入海处有省辖市一座。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成,水库主要任务是防洪、
发电、灌溉、渔业养殖。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用,枢纽定为三等工
程,主坝为级建筑物,其它建筑物按级建筑物考虑。
.水文条件
.年径流:根据资料分析,坝址处的多年平均流量m/s,,
年内分配很不均匀,主要集中在汛期-月份。丰水年时占全年%,枯水年占%。
.洪水:根据统计资料推算年一遇的浑水流量为m/s,年一遇的洪水
m/s。施工期间各设计洪水频率流量见下表。
-月-月--月-月-月备注
频率
月
时段
%
%
%
.固体流量及水库淤积:根据水文站实测资料分析,年固体径流量为万吨,百年之后
水库淤积高程m。,内摩擦角。
o
.其他。本坝址地震烈度为
.气象条件
.气温:坝址处的多年气温为.℃,月平均气温℃(一月份)、最高℃(七月
份)。实测极端气温-.℃(一月份)、最高气温.℃(七月份)。
.湿度:年平均相对湿度为%左右,其中六月份%为最大,一月份%最小,日变化
较大。
.降雨量:坝址以上流域的年平均降雨量毫M,实测最大降雨量为毫M,最
少降雨量毫M。雨量在年内分配不均,其中-月份占全年雨量的%,-月份站
全年雨量的/,往往形成起伏多峰的洪水。:.
.蒸发量:坝址处多年平均蒸发量为毫M其中以七月份最大,月蒸发量为毫
M,二月份最少,。
.风向风力:实测最大风速为M/分,风向西北偏西,,多年平均风速成
为:汛期为M/分,非汛期为M/分。风行基本垂直坝轴线,吹程公里。
.坝址工程地质
()地貌:坝址河床宽度约M。河底高程约M,水深-M。河床覆盖层,厚度为
oo
-M左右。河谷近似梯形,两岸约-。
()岩性及工程地质:坝基为花岗斑岩,分化较浅,岩性均一,新鲜坚硬完整,抗压强度
达-MPa。坝址构造简单,无大的地质构造,缓倾角解理延伸短,整体滑动的可能行
小。但陡倾角解理较发育,以构造解理为主,左右岸各有走向互相垂直的二组解理。解理
的倾角约-度
()岩石的物理力学性质
岩石的物理力学性质表
岩性容重孔抗压强度弹性摩擦系数
或地(KN/m)隙
(MPa)模量抗剪系数抗剪短系数粘泊
质构率
造(%(MPa着松
)
)混凝基岩混凝基岩力比
干湿干饱和土与土与
内部内部(MPa)(u
基岩基岩
)
花岗.(基
斑岩
.......岩与混.
凝土
解理.(基
面..
岩内)
()库区工程地质:库区岩性以火山岩和沉积岩为主,褶皱规模不大,均为背斜,两翼底
层平缓,切不对称。有较大的断层两条,这些褶皱和断层成北东走向,以压扭性为主,倾
角较陡,延伸长度达几十公里,断层单宽一M左右,个别达十M以上。断层破碎都已胶
结。库区水文地质较简单,一裂隙水为主,地下分别水岭高程均高出库水位以上。
.建筑材料
石料:坝区大部分为花岗岩,基岩埋省深浅,极易开采,且河床覆盖层中的块石、卵石也
可利用由此筑坝石料极易解决。
砂料:在坝下游勘探个砂料场,最远料厂离坝约公里,以石英带料场为主,估计砂料
储量万方。经质量检测,砂料符合规范规定。坝址处缺乏筑坝材料。
二、主要建筑物型式选择
(一)、枢纽的建筑物组成
本水利枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用,故枢纽组成建筑物应
包括:挡水建筑物(各种坝和水闸等)、泄水建筑物(溢流坝、坝身泄水孔等)、输水建:.
筑物(引水隧洞、引水涵管等)、取水建筑物(引水隧洞的进口段、灌溉渠首等)、整治
建筑物(丁坝、护底等)、专门建筑物(放空洞、过木道等)。
(二)、工程等别和建筑物级别
枢纽工程的等别:根引水隧洞、据水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级
指标,考虑到本枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用,且要保证下游某
省重要农副生产基地某平原和某市的安全,同时由于坝址处河床较窄,河道陡,调蓄能力
低、汇流快,汛期洪峰流量大等因素,枢纽工程等别定为Ⅲ等。
水工建筑物的级别:永久性主要建筑物为级,永久性次要建筑物为级。
(三)、建筑物型式选择
、挡水建筑物型式的定性选择
在岩基上修建挡水坝有三种基本类型:重力坝、拱坝、土石坝。通过对各种坝型的定
性比较,综合考虑建筑材料、地形、地质自然条件、应用要求、施工条件后认为:拱坝对
地形、地质的要求较高,在平面上向下游收缩的河谷段,坝端下游侧要有足够的岩体支
撑,岸坡稳定,本工程中两岸山坡为第四系覆盖层,且左右岸各有走向互相垂直的二组陡
倾角节理,约~,是修建拱坝的不利条件;土石坝的修建考虑充分利用当地建筑材
料,虽然坝区附近砂石料易解决、且符合规范要求,但坝址处缺乏筑坝的土料,故土石坝
方案不可取;考虑到坝址附近对外交通方便,当地砂石料可充分利用,重力坝对地形、地
质条件适应性强,故选择混凝土重力坝方案。
、泄水建筑物型式的定性选择
泄水重力坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物,除应满足稳定和强度要求外,还需要根
据洪水特性、水利枢纽布置、地形地质、工程造价等满足泄水要求,其泄水方式有坝顶溢
流和坝身泄水孔泄水。
坝身泄洪是经济的,表面溢流孔泄流能力大,又具有较大的超泄潜力,宜优先考虑;
深水泄水孔虽然泄流能力不及表面溢流孔,但进水口淹没在水面下,放水条件好、给水库
的运用带来了很大的灵活性,可提高水库的利用率和安全度。故本工程的泄水建筑物选择
兼有表面溢流孔和深水泄水孔。溢流坝的泄水方式主要有开敞溢流式和大孔口溢流式两
种。前者除宣泄泄洪水外,还可排除冰凌或其他漂浮物;堰顶可设闸门,也可不设。设置
闸门的溢流孔,闸门顶略高于正常蓄水位,堰顶高程较低,可利用闸门的开度调节库水位
和下泄流量,适用于大型工程及重要的中型工程。
本工程调洪成果中,,,
,。为使水库具有较大的超洪能
力,采用开敞溢流式溢流堰。
、水电站建筑物形式的选择
采用坝后式水电站,主厂房平面尺寸×m,,尾水底板
,。副厂房平面尺寸×m。安装场尺寸为×:.
m。开关站尺寸×m。
、过木建筑物型式的定性选择
采用用于浮运木排(筏)的过木建筑物—筏道。
三、重力坝枢纽的各主要建筑物设计
(一)、非溢流重力坝段设计
、非溢流重力坝剖面尺寸的拟定
重力坝的设计断面应由基本荷载组合控制,以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果
作为确定坝体断面的依据,并以特殊荷载组合复核。设计断面要满足稳定和强度要求,保
证大坝安全,工程量小,造价低,运用方便,便于施工,避免出现不利的应力分布状态。
重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力(水位与坝顶齐平)和扬压力项主要
荷载作用下,满足稳定和强度要求,并使工程量最小的三角形剖面。
如图下图所示:已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下,根
据抗滑稳定和强度要求,可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。
图-重力坝的基本剖面图示
根据工程经验,一般情况下,上游坝坡坡率n=~.,常做成铅直或上部铅直下部倾向上
游;下游坝坡坡率m=.~.;底宽约为坝高的.~.倍。
在拟好的基本三角形基础上,根据交通和运行管理的需要,坝顶应由足够的宽度。为
防止波浪漫过坝顶,在静水位以上还应有一定的超高,修改后即得到重力坝实用剖面如
下::.
图-非溢流重力坝实用剖面
其中,实用剖面上游坝面上部铅直,下部倾斜,既便于布置进口控制设备,又可利用
一部分水重帮助坝体维持稳定,故本工程拟采用该种剖面形态。
()坝基高程计算
坝址处的河底高程为m,河床覆盖层由大块石、卵石组成,厚度~m。
工程建基面开挖时挖除覆盖层,,。
()坝顶高程计算
坝顶高程应高于校核洪水位,坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。坝顶上游防
浪墙顶高程=max(设计洪水位+h,校核洪水位+h)
设校
超高值h的计算
防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h=h+h+h
zc
式中:h为累计频率为%时的波浪高度,m;h为波浪中心线至设计洪水位或校核
z
洪水位的高差,m;h为安全加高,m,因建筑物级别为级,按规定,设计情况取安全
c
加高h=.m,校核情况取安全加高h=.m。
cc
h与h:按SL-《混凝土重力坝设计规范》,采用适用于山区峡谷水库的官厅水
z
hH
库公式:/;L.(h).;hlcth
llz;
LL
V为计算风速,m/s,水库为正常蓄水位和设计洪水位时,宜采用相应季节年重现期
的最大风速m/s;校核洪水位时,宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。D为吹程,
gDgD
km。波高h,当~时,为累计频率%的波高h;当~
l
VV
时,为累计频率%的波高h。规范规定采用累计频率为%的波高,对于%的波高
:.
h=.h;对于%的波高h=.h。H为坝前水深,等于相应的水位与坝基
高程之差。
a、设计水位时的计算
V取重现期最大风速m/s,D=.km,H=.-.=.m,求得:
gD
h=.m,L=.m,h=.m,=.,h=.h=.m,
lzV
h=h+h+h=.+.+.=.m。
设zc
b、校核水位时的计算
V取洪水期多年平均最大风速m/s,D=km,H=.-.=.m,求得:
gD
h=.m,L=.m,h=.m,=.,h=.h=.m,
lzV
h=h+h+h=.+.+.=.m。
设zc
坝顶高程确定
max(设计洪水位+h,校核洪水位+h)=max(.,.)=.m。取防浪墙
设校
,故坝顶高程▽=.m,。
()拟定坝顶宽度
坝顶宽度一般取坝高的%~%,且本工程坝顶有双线公路布置的要求,取为m。
()上下游面及坝底宽的拟定
据工程经验,一般情况下,上游坝坡坡率n=~.,下游坝坡坡率m=.~.;底宽约为坝
高的.~.倍。上游折面可利用淤沙和水增加坝体自重,折点设置在淤沙高程之上,据水
文站实测资料分析,百年后水库淤积高程m,死水位m,故折点取在m;上
游坝坡坡率.,下游坝坡坡率.;。
、安全控制验算与改善措施
()荷载计算及组合
重力坝的主要荷载主要有:自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载
等,常取m坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设
计情况或正常情况,由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况,由同
时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利
的、起控制作用的组合情况进行计算,使之满足规范中规定的要求。:.
本次设计考虑的基本荷载组合为设计洪水位;特殊组合为校核洪水位和地震情况。
图-荷载计算示意图(取m坝长)
W
坝体自重
VkN/m
W
坝体自重计算公式=c,取混凝土容重为。
c
WV..kN
c
WV.(.)/..kNWkN
c,故=.
静水压力PU
及扬压力
静水压力是垂直于作用在上下游坝面的主要荷载,计算时分解为水平压力和垂直水压
力两种。水平力计算公式PHkN,;垂直力按水重
w
计。
扬压力包括渗流压力和上浮力两部分。渗流压力是由上下游水位差作用产生的渗流在
坝内或坝基面上形成的向上的静水压力;上浮力是由下游水深产生的浮托力。根据规范,
UU
排水处扬压力折减系数=.,=。可知排水中心线距坝底上游面水平距离为
i
m。
表-各工况下静水压力及扬压力
上游水位下游水位U
特征水位WkNWkNPkNPkN
ud
mmkN
正常蓄水
.......
位:.
设计水位..
.....
校核水位..
.....
泥沙压力P
s
水平泥沙压力P为htg(s)
shsbs
——泥沙的浮重度,KN/m
sb
式中h——坝前淤沙厚度,m,据水文站实测资料分析,年固体径流总量为
s
——淤沙的内摩擦角度
s
万t,百年后水库淤积高程m。,内摩擦角。
Phtg(s)
shsbs
.(.)tan().kN
竖直方向的泥沙压力P按作用面上的淤沙重量(淤沙的浮重度)计算,
sv
P=/×(.)..=.kN。
sv
④浪压力P
l
gD/.
查的平均波长计算公式:L=/.,代入相应情况下的风
V
速与吹程,设计洪水位时,L=.m,校核洪水位时,L=.m。易知两种工况下
mm
坝前水深均大于相应半平均波长,波浪运动不受库底的约束,即为深水波,均按深水波计
算浪压力,如下图示:
图-浪压力计算示意图
L
浪压力计算式Pm(hh),代入相应工况的数据,求得
lz
:.
..
P(..).
i
设计洪水位时,,
..
校核洪水位时,P(..).。
i
地震情况按正常蓄水位计算。
⑤地震作用
本工程区地震烈度为度,采用拟静力法考虑水平向地震作用。混凝土重力坝沿高度作
用于质点i的水平向地震惯性力代表值F=G/g。当设计烈度为度时,取
ihEiih
.g,一般取.,为质点i的动态分布系数,按下式计算
i
(h/H),
.i
inG
Ej(h/H)
Gj
jE
各工况下力与力矩计算如下:
表-设计洪水位荷载计算汇总表
对形心的
荷载作用垂直力kN水平力kN力矩kNm
力臂m
↓↑→←+-
W..
自
W..`.
重
W...
P...
水压u
P...
力d
W..
.
水压
W..
.
力
W..
.
P...
泥沙sh
P...
压力sv
P...
浪压l
小.↓.→-.
U...
扬压
U...
:.
U...
力
U.
总.↓.→-.
表-校核洪水位荷载计算汇总表
对形心的
荷载作用垂直力kN水平力kN力矩kNm
力臂m
↓↑→←+-
W..
自重W...
W...
P...
u
水压力
P...
d
W..
.
W..
水压力.
W-..
.
P...
sh
泥沙压力
P...
sv
P...
浪压力l
小计.↓.→-.
U...
U...
扬压力
U...
U.
总计.↓.→-.
()安全控制验算与改善措施
抗滑稳定分析: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
向上游延伸,最后,形成滑动通道,导致坝的整体失稳。
按SL—《混凝土重力坝设计规范》进行,重力坝坝体抗滑稳定计算主要核算
抗滑动条件,此处按抗剪断强度公式计算坝基基面的抗滑稳定安全系数。
表-坝基面抗滑稳定安全系数K′:.
荷载组合K′
基本组合.
特殊组合().
().
抗剪断强度的计算公式:
f'(WU)C'A
K'
sP
K'——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
s
f'——坝体砼与坝基接触面的抗剪断摩擦系数;
C'——坝体砼与坝基接触面的抗剪断凝聚力,Pa;
A——坝基接触面截面积,m;
W——作用接触面以上的总铅直力,kN;
P——作用接触面以上的总水平力,kN;
根据资料查的f'.,C'.MP,故设计工况下的抗滑稳定分析
a
f'(WU)C'A....
K'.
sP.
故按规范,抗滑稳定不满足。
考虑到提高坝体抗滑稳定性的工程措施及可行性综合影响,拟定采取工程措施提高混
凝土与基岩间抗剪断摩擦系数为.,,这一措施在当前水平
a
下是较易实现且较合理的。
改善后进行抗滑稳定分析:
f'(WU)C'A....
设计工况K'.>,
P.
由以上计算可知,设计洪水情况下,坝基面满足抗滑稳定要求。
f'(WU)C'A....
校核工况K'.>.,
P.
由以上计算可知,校核洪水情况下,坝基面满足抗滑稳定要求。
应力分析:.
应力分析的目的是检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求,同时也是为研究、
解决设计和施工中的某些问题,如为坝体混凝土标号分区和某些部位配筋等提供依据。
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应力按直线分布,不考虑廊
道等对坝体应力的影响。
在一般情况下,坝体的最大和最小应力都出现在坝面,所以重力坝设计规范规定,首
先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。
用材料力学分析坝体应力时,重力坝设计规范规定的强度指标如下。
坝基面坝踵、坝址的铅直应力应符合下列要求:
y
运用期:在各种荷载组合下(地震荷载除外),坝基面的最大铅直正应力小于坝基容
许应力。
施工期:。
a
坝体应力要求
运用期:坝体上游面的铅直应力不出现拉应力(计扬压力);坝体的最大主压应力,
不得大于混凝土的容许压应力;在地震情况下,坝体上游面的应力控制标准应符合SL-
《水工建筑物抗震设计规范》的要求。
施工期:坝体任何截面上的主压应力不得大于混凝土的容许压应力;在坝体的下游面
。
a
WM
.(.)
.kP
yuBB..a
WM
.(.)
.kP
ydBB..a
WM
.(.)
.kP
yuBB..a
WM.(.)
.kP
ydBB..a:.
由以上计算和规范分析可知,坝基面应力满足要求。
(二)重力坝细部构造设计
重力坝的细部构造包括坝顶布置与构造、坝体分缝、排水廊道布置等内容,这些构造
的合理选型和布置,可以改善坝体的工作状态,提高坝体的抗滑稳定性,改善坝体应
力,满足运用个施工要求,保证大坝的正常工作。
、坝顶布置与构造
对于非溢流坝段,坝顶上游侧设置防浪墙,采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构,
墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物冲击,,下游侧应设置防护栏
杆、灯柱,以保护行人和行车安全。在坝体的伸缩缝处,防浪墙也相应设置伸缩缝,并设
止水。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。当设置人行道时,宜高出坝顶路面
~cm。对于溢流坝段,溢流坝的上部构造,应根据运行要求布置。有交通要求时,应
按公路等级设置交通桥;无交通要求时,需设置人行道。对于大中型工程溢流坝,坝顶常
设置闸门、闸敦、工作桥、启闭机等。
本工程设防浪墙,采用与大坝相连固结的方法,。坝顶有双线公路交通
要求,故取路面宽m,两旁设人行道各人m,人行道上设栏杆,路面呈弧形,横向坡
度,取为%,以将路面积水排向两侧,并设置相应的排水管将集水引至上游水库。为了照
明需要,在坝顶下游段每隔m设置路灯。
、坝身廊道与排水
()廊道系统
为了满足施工运用要求,如灌浆,排水,观测,检查和交通的需要,在坝体内设置各
种廊道,这些廊道互相连通,构成廊道系统。
基础灌浆排水廊道:坝基的防渗帷幕灌浆工作和排水孔幕的钻设通常均在廊道内进
行。其优点是:可以利用已完成部分坝体的重量来提高灌浆压力,保证灌浆质量;浆液灌
入坝体与基岩的接触面,可以提高坝的抗剪强度和抗渗能力;钻孔,灌浆工作不影响坝体
正常施工,能保证施工进度;在工程运用期间,能够根据需要对帷幕作补充加固灌浆或补
钻排水孔。
灌浆排水廊道的位置应尽量靠近上游面和坝基,以便最有效地降低渗透压力。但由于
渗透坡降的限制和应力要求,又不能太近。一般要求廊道的上游侧距上游坝面不得小于作
用水头的.~.,且不得小于~m。廊道底距基岩面,:.
倍,以免被灌浆压力掀动开裂。本次设计中,基础灌浆廊道断面取.×.m,形状采用
城门洞形,距上游坝坡面m,距基岩面m。
坝体廊道:坝内设纵向(沿坝轴线)和横向(垂直于坝轴线)廊道,纵向廊道按高程
分层设置,一般沿坝高每隔~m设置一层,断面形式多采用城门洞形,最小宽度为
.m,,距上游面的距离应不少于.~.倍水头,且不小于
m。当有多层廊道时,应在两岸将各层互相连通。若廊道较长,沿坝长每隔~
m,应在上下层廊道之间设置交通通道。对高坝应设置~座电梯及便梯,对中坝和
中型工程的高坝,视需要设置电梯或便梯。
本工程设计排水廊道断面尺寸统一拟定为m×.m,城门洞形,距上游面的距离选
取m,上游测设排水沟,沿坝高每m布置一层,,各层
廊道在左右两岸应各有一个出口,并用铅直的井使各层廊道连通。
()坝体排水
坝体排水:为了减小渗水对坝体的不利影响,在靠近坝体的上游面坝体排水为了减小
渗水对坝体的不利影响,在靠近坝体上游面需要设置排水管幕,排水管应通至纵向排水管
道,其上部应通至上层廊道或坝顶(溢流面以下),以便于检修。排水管间距~m,采
用多孔混凝土预制管,管径不小于mm,一般取~mm,排水管幕距上游坝