H江碾壓混凝土重力壩設(shè)計計算書（二）

目錄第一章工程規(guī)模的確定.- 2 -1.1 水利樞紐與水工建筑物的等級劃分.- 2 -1.2 永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn).- 2 -第二章調(diào)洪演算.- 3 -2.1 洪水調(diào)節(jié)計算.- 3 -2.1.1 洪水調(diào)節(jié)計算方法.- 3 -2.1.2 洪水調(diào)節(jié)具體計算.- 3 -2.1.3 計算結(jié)果統(tǒng)計：.- 7 -第三章 大壩設(shè)計.- 9 -3.1 壩頂高確定.- 9 -3.1.1 計算方法.- 9 -3.1.2 計算過程. - 10 -3.2 壩頂寬度.- 10 -3.3 開挖線的確定.- 10 -3.4 非溢流壩剖面設(shè)計.- 11 -3.4.1 折坡點高程擬訂. - 11 -3.4.2 非溢流壩剖面擬定. - 11 -3.5 非溢流壩段壩體強度和穩(wěn)定承載能力極限狀態(tài)驗算.- 16 -3.5.1 荷載計算成果. - 16 -3.5.2 正常蓄水位時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 25 -3.5.3 正常蓄水位時壩體 2-2 面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 26 -3.5.4 正常蓄水位時壩體 3-3 面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 27 -3.5.5 校核洪水位時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 29 -3.5.6 校核洪水位時壩體 2-2 面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 30 -3.5.7 校核洪水位時壩體 3-3 面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 31 -3.5.8 正常蓄水位地震時壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定性及強度驗算.- 33 -3.6 應(yīng)力計算.- 33 -3.6.3 截面應(yīng)力計算表. - 36 -3.6.4 應(yīng)力圖. - 43 -3.7 溢流壩段的設(shè)計.- 46 -3.7.1 溢流壩剖面設(shè)計. - 46 -3.7.2 消能防沖設(shè)計. - 46 -3.7.3 穩(wěn)定及應(yīng)力的計算. - 49 -3.8 滲流計算.- 61 -第四章 第二建筑物（壓力鋼管）的設(shè)計計算.- 63 -4.1 引水管道的布置.- 63 -4.1.1 壓力鋼管的型式. - 63 -4.1.2 軸線布置. - 63 -4.1.3 進水口. - 64 -4.2 閘門及啟閉設(shè)備.- 64 -4.3 細部結(jié)構(gòu).- 65 - 19 -4.3.1 通氣孔. - 65 -4.3.2 充水閥. - 65 -4.3.3 伸縮節(jié). - 65 -4.4 壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計.- 65 -4.4.1 確定鋼管厚度. - 65 -4.4.2 承受內(nèi)水壓力的結(jié)構(gòu)分析.- 66 -第五章 施工組織設(shè)計.- 70 -5.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn).- 70 -5.2 導(dǎo)流方案的選擇.- 70 -5.3 導(dǎo)流工程特性表.- 71 -第一章工程規(guī)模的確定1.1 水利樞紐與水工建筑物的等級劃分參考水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL252-20001、可確定該工程規(guī)模為大（1）型工程等級為級2、水工建筑物級別（永久性水工建筑物）工程等級為級，則主要建筑物級別 1 級，次要建筑物 3 級3、臨時性水工建筑物級別保護對象為 1 級主要永久建筑物，3 級次要永久建筑，則臨時性水工建筑物為 4 級。1.2 永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)正常運用（設(shè)計）洪水重現(xiàn)期 500 年，頻率為 0.2非常運用（校核）洪水重現(xiàn)期 10000 年，頻率為 0.01第二章調(diào)洪演算2.1 洪水調(diào)節(jié)計算2.1.1 洪水調(diào)節(jié)計算方法利用瞬態(tài)法，結(jié)合水庫特有條件，得初專用于水庫調(diào)洪計算的實用公式如下：Q - q = DV / Dt式中： Q 計算時段中的平均入庫流量（m3/s）；(2-1)q 計算時段中的平均下泄流量（m3/s）；DV 時段初末水庫蓄水量之差(m3)；Dt 計算時段，一般取 1-6 小時，本設(shè)計取 6 小時。即在一個計算時段內(nèi)，入庫水量與下泄水量之差為該時段中蓄水量的變化。2.1.2 洪水調(diào)節(jié)具體計算根據(jù)本工程軟弱巖基，允許單寬流量q=275 m3/s，允許設(shè)計洪水最大下泄流量 28350 m3/s,再扣除發(fā)電流量，故溢流前緣凈寬大于 104m，假定三種方案，堰寬和堰頂高程分別為 715m 355.0m；715m 355.5m；715m 356.0m.故根據(jù)公式：q = emB32g H 2(2-2)求得的 q 起，堰頂高程及其相應(yīng) q 起的作出 Hq 關(guān)系曲線。正常蓄水位 376.0m，庫容為 164 億 m3；用列表試算法進行調(diào)洪演算 列表計算如下：表 2-1B=715m 堰頂=354m 設(shè)計情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)6.52398223982164.08375.812260002499124287241350.169570472164.2495705375.786102318273002665024498243930.487608954164.7371794375.925412224276002745024754246260.610016783165.3471962376.09969430270002730024981248670.525427496165.8726237376.249808636259002645025117250490.302570485166.1751942376.33625342248002535025133251250.048583962166.2237782376.3501334結(jié)論: 取最大下泄流量為 q25133（m3/s)； 在 42h 時出現(xiàn)最大下泄流量；對應(yīng)的水庫水位為 Z 設(shè)計376.35m。表 2-2B=715m 堰頂=354m 校核情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)5.52430224302164.08375.86250002465124212242570.007087975164.087088375.73968112280002650024407243100.473046675164.5601346375.874830518285002825024754245810.792560121165.3526948376.101264924270002775025026248900.617715397165.9704102376.277746230250002600025117250720.200458387166.1708686376.33501713623000240002501125064-0.22990388165.9409647376.26933364222000225002478424898-0.517910183165.4230545376.12136674821800219002455824671-0.5985495164.824505375.95036115424000229002437724468-0.338619541164.4858854375.853617560280002600024377243770.350471578164.836357375.953747266310002950024981246791.041294141165.8776512376.251244972335003225025636253081.49939471167.3770459376.67962278354003445026436260361.817449147169.194495377.198867284352003530027245268411.827227956171.021723377.720906390340003460027921275831.51563112172.5373541378.153922196330003350028444281831.148566204173.6859203378.4820674102310003200028779286110.73196879174.4178891378.6911909108290003000028890288340.251758921174.669648378.763118411427500282502882628858-0.131415338174.5382327378.7255731結(jié)論: 取最大下泄流量為 qmax28890（m3/s）；在 108h 時出現(xiàn)最大下泄流量；對應(yīng)的水庫水位為 Z 校核378.76m。表 2-3B=715m 堰頂=355m 設(shè)計情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)5.92252122521164.08375.862330022910.522732226260.00102337164.0810234375.737948412260002465022893228120.396944305164.4779677375.851355418273002665023216230550.776587591165.2545553376.073226424276002745023586234010.874498787166.1290541376.323070730270002730023914237500.766820296166.8958743376.542151336259002645024138240260.523680877167.4195552376.691766942248002535024242241900.25055984167.6701151376.76335194823400241002422724235-0.029143374167.6409717376.7550256結(jié)論: 取最大下泄流量為 qmax ax24242（m3/s）；在 42h 時出現(xiàn)最大下泄流量；對應(yīng)的水庫水位為 Z 設(shè)計376.76m。表 2-4B=715m 堰頂=355m 校核情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)32281922819164.08375.862500023909.522790228050.119325533164.1993255375.771747312280002650023099229440.768000114164.9673256375.991164918285002825023557233281.063232978166.0305586376.294930624270002775023928237430.865613354166.896172376.542236330250002600024108240180.428101628167.3242736376.6645453623000240002409324100-0.021640437167.3026332376.65836234222000225002394324018-0.327894266166.9747389376.56468294821800219002377923861-0.42366229166.5510766376.44364265424000229002370523742-03691462376.391665160280002600023899238020.474800645166.8439468376.527315666310002950024392241461.156563967168.0005108376.857745972335003225025087247401.622205211169.622716377.3212178354003445025927255071.931663782171.5543798377.873086384352003530026777263521.932727256173.4871071378.425266590340003460027496271371.612084417175.0991915378.88583996330003350028063277801.235583537176.334775379.2388452102310003200028428282460.810921193177.1456962379.4705254108290003000028571285000.324070945177.4697671379.563112511427500282502853928555-0.065953356177.4038138379.5442696結(jié)論：取最大下泄流量為 qmax28571（m3/s） 在 1088h 時出現(xiàn)最大下泄流量對應(yīng)的水庫水位為 Z 校核379.56m表 2-5B=715m 堰頂=356m 設(shè)計情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)1.52109421094164.08375.86233002219721343212190.158450127164.2384501375.782925212260002465021630214870.683285369164.9217355375.978139818273002665022048218391.039197729165.9609332376.275038624276002745022513222801.116663747167.077597376.594069530270002730022937227250.988250698168.0658477376.876412736259002645023231230840.727039424168.7928871377.084127842248002535023423233270.436907686169.2297948377.208952448234002410023483234530.139768785169.3695636377.24888435422100227502342323453-0.151831215169.2177323377.2055061結(jié)論：取最大下泄流量為 qmax23483（m3/s） 在 48h 時出現(xiàn)最大下泄流量對應(yīng)的水庫水位為 Z 設(shè)計377.25m表 2-6B=715m 堰頂=356m校核情況調(diào)洪演算時間t (h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量Q 平均(m3/s)下泄流量 q(m3/s)時段平均下泄流量 q 平均(m3/s)時段內(nèi)水庫存水量變化V(億 m3)水庫存水量V(億 m3)水庫水位Z(m)2.42137221372164.08375.86250002318621372213720.235096303164.3150963375.80482312280002650021817215941.059601296165.3746976376.107551118285002825022367220921.330137569166.7048352376.487571424270002775022834226011.112267337167.8171025376.805346230250002600023099229660.65525294168.4723554376.99255236230002400023187231430.185152521168.657508377.045454222000225002311323150-0.140437461168.5170705377.0053274821800219002302523069-0.252547656168.2645228376.93317425424000229002301023018-0.025425732168.2390971376.9259160280002600023261231360.618719417168.8578165377.102678266310002950023809235351.288442774170.1462593377.470786372335003225024558241841.742349016171.8886083377.968575478354003445025437249982.041733433173.9303418378.551898684352003530026328258822.03419247175.9645342379.133067490340003460027089267081.704601249177.6691355379.62007296330003350027685273871.320452778178.9895883379.9973254102310003200028079278820.889500852179.8790891380.2514558108290003000028253281660.39607317180.2751623380.364613911427500282502825328253-0.000744892180.2744174380.364401結(jié)論：取最大下泄流量為 qmax=28253（m3/s） 在 108h 時出現(xiàn)最大下泄流量對應(yīng)的水庫水位為 Z 校核=380.36m2.1.3 計算結(jié)果統(tǒng)計：表 2-7 調(diào)洪演算結(jié)果統(tǒng)計表方案 堰 頂（m）B（m）工況Q泄（m3/s）H 上（m）1354.0715設(shè)計25133376.35校核28890378.762355.0715設(shè)計24242376.76校核28571379.563356.0715設(shè)計23483377.25校核28253380.36注：一臺發(fā)電機組滿發(fā)時的流量為 537m3/s，發(fā)電流量按 7537m3/s3759m3/s。第三章 大壩設(shè)計3.1 壩頂高確定3.1.1 計算方法由規(guī)范，防浪墻頂高程高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差Dh = h1% + hz + hc(3-1)h1%累計頻率為 1的波高；hz波浪中心線至正常蓄水位或校核洪水位的高差；hc安全超高。庫區(qū)多年平均最大風(fēng)速 20m/s，實測最大風(fēng)速為 24m/s，吹程 2Km。gh2% = 0.00625v 2 ( gD ) 13vv20200(3-2)vvgLm = 0.0386( gD ) 13Zh = ph1% cth 2pHLmLm2200(3-4)(3-3)H= Lmh1% ln Lm + 2ph1%(3-5)cr4pLm - 2ph1%式中：Lm平均波長（m）;h2%累計頻率為 2%的浪高（m）;v0 計算風(fēng)速（m/s），取 24m/s;D風(fēng)區(qū)長度（m），D2000m；g重力加速度，9.81m/s2；Hcr使風(fēng)浪破碎的臨界水深。3.1.2 計算過程3.1.2.1 設(shè)計情況下Vf =24m/s得 h2%1.77m，Lm13.23m，查規(guī)范 DL51081999，得 h1%1.92m。得 hZ=0.875m。由規(guī)范 hc =0.7m；得： h 設(shè)= h1%+ hz +hc=1.92+0.88+0.7=3.5m頂=H 正常+ h 設(shè)=375.8+3.5=379.3m3.1.2.2 校核情況下Vf =13.7m/s得 h2%0.781m，Lm7.551m，查規(guī)范 DL51081999，得 h1%0.848m。得 hz=0.299m。由規(guī)范 hc =0.5m；得： h=0.848+0.299+0.5=1.647m頂=H 校+ h =380.36+1.647=382.1m綜合以上兩種情況，取大值，382.1m，防浪墻頂高程為 382.3m。根據(jù)規(guī)范取1.3 米的防浪墻高度，最終確定壩頂高程 381m3.2 壩頂寬度根據(jù)壩頂有雙線公路交通要求，壩頂寬度取 16m。3.3 開挖線的確定由于壩頂高程 381 m，由上壩線地質(zhì)剖面圖及規(guī)范規(guī)定，壩基最底點高程195m 。3.4 非溢流壩剖面設(shè)計3.4.1 折坡點高程擬訂經(jīng)濟流速取為 6 米，根據(jù)公式 Q=V*A，A= D2/4，得到壓力鋼管直徑 D 為 10.7米，利用 GORDON 公式：Scr = cv式中：C:經(jīng)驗系數(shù)為 0.550.73;V：經(jīng)濟流速為 6.84m;SCR 經(jīng)計算為 11.8m（3-7）折=死- SCr-D- ，其中 取為 17.6m 折經(jīng)計算得到為 290m3.4.2 非溢流壩剖面擬定3.4.2.1 計算方法：選取上游坡度n 、下游坡度 m 、壩基處排水管距壩踵距離擬訂若干種方案，對不同的方案進行設(shè)計工況下的荷載計算作用在壩段上的荷載主要有自重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、淤沙壓力。可變參數(shù)：上游坡度 n 、下游坡度m 、計算截面高程計 、上游水位上 、下游水位下及波浪要素 Lm 、h1% 、hz設(shè)不變參數(shù)：g 取 9.81kN/m3，2S 取為 6m，設(shè)計水位= 377.3 m，折坡點高程折 = 290 m，壩基高程基 = 195 m。正常水深 H正常水位 = 181m上游壩面折點高度Hc = 95壩高 H=186m設(shè)計水深 H 設(shè)計=182.3m下游水深 Hd=30.5m 泥沙淤積高度 Hs=92.6m水容重 w=9.81N/m2混凝土容重 c=24N/m2 泥沙浮容重 s=12N/m2泥沙內(nèi)摩擦角 s=240凝聚力 C=1000壩基抗剪斷摩擦系數(shù)f=1.0 一、荷載計算力以豎直向下或水平向右為正，產(chǎn)生的彎矩以逆時針為正：1、自重作用T = Hc n + H設(shè)計 mG = 1 c2 n Hc212GL = 1 - 2 Hc n123MG = G1 LG11G2 = H 12 cGL= 1 T - Hc n - 622G22M = G2 LGG3 =1 (Hd m -12)2 c2mL= - 1 T + 2d m -12）（HG323G33M= G3 LG合計：G = G1 + G2 + G3 ()MG = MG + MG + MG1232、靜水作用豎向：P = (H - HC + H ) 1 HC n 9.81上2PL= 1 T - 2(H - HC) + H HC n上23(H - HC + H )MP = P 上 LP上上P = 1 Hd 2 m 9.81下2L= - 1 T + 1 (Hd )mP下23P下下M= P下LP水平向：P = 1 H 2 9.8112PL = - 1 H13MP = P1LP11P = 1 Hd 2 9.8122PL = 1 Hd23MP = P2 LP22合計：P = P上 + P下 ()P = P1 + P2 ()上P下MP = MP + M2、揚壓力+ M + MPP12U1 =（-圖 3-1 揚壓力分布圖0.2*180.8+180.8）/2*（2+0.2*95）LU 1 = 1 T - 95*0.2 + 6 1.4231.2UM = U1 LU 1 1U = - 1 (0.2*180.8 + 0.5*30.5) (182.3*0.75 -14) 9.8122L= 1 T - (6 + 0.2*95) - 182.3n -14 375.8 + 0.2*180.8U2230.5*30.5 + 0.2*180.8U22M= U 2 LUU = - 1 (0.5*30.5 + 30.5) 8 9.8132L= - 1 T + 8 2 U323 1.5U33M= U3 LU合計：U = U1 +U2 +U3MU = MU + MU + MU1234、浪壓力：Pwk= 1 L4 m(h1%+ hz ) 9.81圖 3-2 波浪壓力計算簡圖y1 = H 正常- lm + 1 (lm + h1% + hz) 23 2y2 = H 正常- lm3M= - 1 w(lm + h1% + hz)lm y1 + 1 w lm 2 2Pwk422() y25、淤沙壓力： 豎向：P = 1 Hs 2skLPsk2= 1 T - 1 Hs n23M Psk= PskL Psk水平：PPsk Lsk= 1 sHs 2tg 2 (45 - s ) 22=- 1 Hs3PskskM= Psk LP二、抗壓強度承載能力極限狀態(tài)S() = (SWR - SMRTR )(1+ m2 )（3-8）ARJRR() = fc（3-9）fcg d1 g 0jS ()（3-10）三、抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)：1、作用效應(yīng)函數(shù)：2、抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)S() = SPR（3-10）R() =f RSWR + cR AR（3-11）式中：SPR 壩基面上全部切向作用之和，kN；SWR 壩基面上全部法向作用之和，kN，向下為正；f R 壩基面扛剪斷摩擦系數(shù)；cR 壩基面扛剪斷黏聚力，kPa；RA 壩基面的面積， m23、抗滑穩(wěn)定性需滿足 ：g 0 jS() 1g d 2R()三、壩踵應(yīng)力o yu= SWR + SMRTR 0ARJR（3-12）式中： 正；SM R 全部作用對壩基面形心的力矩之和，kNm，逆時針方向為SWR 壩基面上全部法向作用之和，kN，向下為正；RA 壩基面的面積，m2；TR 壩基面形心軸到下游面的距離，m。4.2.1.1 計算結(jié)果滿足穩(wěn)定條件 g 0jS( )1g d1R (和 應(yīng)力條件 s yu 0，剖面面積 A = 1 Hc2n +12 H +最小， 經(jīng)過優(yōu)化程序可得出結(jié)果： n=0.2，22mm=0.75。3.5 非溢流壩段壩體強度和穩(wěn)定承載能力極限狀態(tài)驗算3.5.1 荷載計算成果1-1 斷面荷載計算公式不變2-2 斷面（ 290）T 2 - 2 = (H設(shè)計- HC) mG1 =12(壩頂-2 - 2)gcLG1 = 1 T 2 - 2 - 62G2 =1 (T 2 - 2 -12)2 gc2mLG1