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1、重力坝设计说明书 姓名：程传胜 学号：201117233 班级：2011172第一章 基本资料1.1工程概况顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。水库距迁西县城35公里，有公路相通。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人
2、民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其它建筑物按II级建筑物考虑。1.2水文分析1.年径流：顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。丰水年时占全年5060%，枯水年占3040%，而且年际变化也很大。2.洪水：多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为2440027400m/s，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在
3、1962年为18800m/s。3.泥沙：本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。1.3气象 库区年平均气温为10左右，一月份最低月平均产气温为零下6.8，绝对最低气温达零下21.7(1969年)7月份最高月平均气温25，绝对最高达39(1955年)，本流域无霜期较短(90180天)冰冻期较长(1202
4、00天)，顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70100天，冰厚0.40.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七、八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为18米/秒，水库吹程D=3公里。1.4工程地质 库区地质：顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，
5、总厚度185米左右。岩石物理力学性质：岩石容重为2.682.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2，混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm2。地震：库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。弱震仍不断发生，其中1936年和1976年两次发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为6度，考虑到枢纽的重要性，和水库激发地震的可能性拦河坝设防烈度采用7度。1.5枢纽建筑物特性指标项 目单 位指 标备 注水位校核洪水位米227.2设计洪水位米2
6、25.7p=0.01%正常蓄水位米224.7p=0.1%汛期限制水位米216.0死水位(发电)米180.0校核洪水位尾水位米156.8设计洪水尾水位米152.0正常尾水位米138.4库容总库容亿立米25.5计入十年淤积调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米19.5共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积坝 型混凝土重力坝坝顶溢孔数孔19堰顶高程米210.0闸墩的中墩厚度为3米每孔净宽米15.0（横缝设在闸墩中间）工作闸门尺寸米米1515弧形钢闸门启闭机(270吨)台19固定式卷扬机设计洪水下泄能力米3/秒32300校核水位下泄量42900限泄275003泄水孔进口底高程米160.0底孔数
7、目孔4工作闸门尺寸(宽高)米米57弧形钢闸门启闭机台4设计水位泄水能力米3/秒4340校核水位泄水能力米3/秒4430电站引水管道水管道进口底高程米170.0三条引水管管线长度米121.0管 径米5.0最大引水流量米3/秒104每条引水道工作闸门扇米米357平板钢闸门工作闸门启闭机台324070吨液压平板检修门米米58.5式共用一扇检修门启闭机台1400/25吨门机电站主厂房尺寸(长宽高)米米米7219.139.00机组间距米16水轮发电机组台3装机容量万瓦36=18水轮机型号HL702-LJ330额定出力万瓦6.18发电机型号TS-750/19036额定出力万瓦6.0主要压器型号SSPL-8
8、0000/220输电线电压千伏220共3台第二章 坝体剖面拟定2.1确定坝顶高程根据混凝土重力坝设计规范（SL3192005）8.1.1款：坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游放浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差可有式（8.1.1）计算，应选择两者中防浪墙顶高程高者作为选定高程。h=h1%+hz+hc 式中：h防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）； h1%波高（m）； hz 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）； hc 安全超高（m）；按表8.1.1采用。根据基本资料知：多年平均最大风速为vc=18m/s，水库吹程D=3。正常蓄水位情况（224.7）；计算风速
9、v0=（1.52.0）vc 取v0=1.518=27 m/s，D=3000m据B.6.3-5公式 得H=1.47m 故上式计算出的h为累计频率5%的波高h5%则h1%=1.24h5%=1.241.47=1.82m据B.6.3-6公式 得 =14.25=3.141.82214.251=0.73m查规范SL3192005表8.1.1得hc =0.7 m.故h=1.82+0.73+0.7=3.25m所以坝顶上游防浪墙顶高程=正常蓄水位+h=224.7+3.26=227.95m校核洪水位情况（227.2）；计算风速v0=18m/s20m/s D=3km227.95m综上，坝顶上游防浪墙顶高程取较大值为
10、229.20m，由规范SL3192005知防浪墙高取1.2m，所以坝顶高程为229.20-1.2=228.0m2.2确定大坝高及坝顶宽根据下游立视图的开挖线可知坝底高程为125.0m。故坝高为228.0-125.0=103.0 m，属于高坝。由规范SL3192005知坝顶宽度一般取坝高的8%10%，且不小于3m，由于8%104=8.24 ，10%104=10.3 m，故取坝顶宽为10m。2.3确定上下游坝坡坡率根据工程经验，一般情况下上游坝坡坡率n=00.2，下游坝坡坡率m=0.60.8，故选取n=0.2，m=0.75。上游坝坡起坡点高程为180.0m，则下游起坡点高程为，坝底宽为1030.7
11、5+（182.0-125.0）0.2=88.45m。2.4廊道布置帷幕灌浆需要在坝体浇筑到一定高度后进行，以便利用混凝土自重提高灌浆压力，保证灌浆质量。为此，需要在坝踵附近距上游面0.050.1倍作用水头，且不小于45m处设置灌浆廊道。一般宽为2.53.0m，高为3.03.5m，底面距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，灌浆廊道兼有排水作用，排水孔幕一般略向下游倾斜，与帷幕成10o15o夹角，选用10o。作用水头h=224.7-125.0=99.7m，且0.0599.7=4.988m，0.199.7=9.97m。故取廊道距上游坝面的距离为8m。取廊道宽为2.5m，高为3.5m，采用城门洞型，底面距
12、基岩面距离取1.63=4m。2.5坝体断面示意图（图2.1）第三章 稳定分析抗滑稳定分析是重力坝设计中的一项重要内容，其目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱面抗滑稳定的安全度。计算方法为单一安全系数法，荷载组合为基本组合的正常蓄水位情况。3.1利用抗剪断公式计算 式中：抗滑稳定安全系数；接触面以上的总铅直力；接触面以上的总水平力（）；作用在接触面上的扬压力（）；抗剪断摩擦系数；抗剪断凝聚力（kPa）;3.2计算作用于接触面上的所有力计算坝体自重时，将坝体分成左边三角形、中间矩形、右边三角形分别计算自重，则各部分尺寸为：左边三角形高为182-125=57 m，底宽为0.257=11.4m；矩形
13、宽为10m，高为103m；右边三角形底宽为88.45-11.4-10=67.05m，高为67.5/0.75=89.4m。坝体混凝土容重为24，则坝体自重为W1=24（1/25711.4+10103+89.467.051/2)=104448.84上游水平水压力 P1=1/29.81(224.7-125)2=48756.14上游垂直水压力 W2=9.8111.4（224.7-182）+1/29.8111.457=7962.58下游水平水压力 P2=1/29.81（138.4-125)2=880.74下游垂直水压力 W3=1/29.81（138.4-125）（138.4-125）0.75=660.5
14、6据规范B.2式B-2得水平淤沙压力 由资料得：淤沙浮容重为0.9t/m3,内摩擦角为12o，坝前淤沙厚度为157.5m，则Psk =1/20.99.81(157.5-125)2tan2(45o-12o/2)=3057.64垂直淤沙压力 Pv沙=1/20.99.81(157.5-125)(157.5-125)0.2=932.56浪压力 由于Lm=14.25m，H=99.7m9.49/2=4.75m，故为深水波，由规范B.1.6-1式扬压力:扬压力由浮托力和渗透压力两部分组成浮托力 UF=9.81（138.4-125）88.45=11627.11由于基础廊道的排水管与地基交接处到上游面的距离 l
15、=8+2.5+4tan10o=11.21m，根据规范SL3192005表B.3.1知，河床坝段的渗透压力系数=0.25，则H=0.25(224.7-138.4)=21.58m渗透压力分为三部分计算，如图所示（图3.1）U1=9.8121.5811.21=2373.15U2=1/29.81（99.7-13.4-21.58）11.21=5931.79U3=1/29.8121.58（88.45-11.21）=8175.85所以扬压力 U=UF+U1+U2+U3=11627.11+2373.15+5931.79+8175.85 =28107.9 由资料得 f=1.10 ，c=7.5kg/cm2则 cA
16、=7.59.811088.451=65077.09所以大坝满足抗滑稳定要求。第四章 应力分析应力分析的目的是为了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，如混凝土标号分区和某些部位的配筋等提供依据。计算方法为材料力学法，计算工况为正常蓄水位情况。4.1根据规范SL3192005附录c.1知上游面垂直正应力 ；下游面垂直正应力 ；上游面主应力 ；下游面主应力 ；式中：B坝体计算截面在上、下游方向的宽度 (m);Pu、Pd计算截面在上、下游坝面处的水压力 （）；Puu、Pud计算截面在上、下游坝面处的扬压力（）；计算截面以上全部垂直力之和（包括扬压力，下同
17、），以向下为正（）；计算截面以上全部垂直及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上游而产生的压应力者为正（kN/m）;4.2计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心处的力矩坝体自重产生的力矩大小（分为左、中、右三部分计算）M左=24（11.2571/2）(88.45/2-2/311.4)=285587.1M中=2410103(88.45/2-11.4-10/2)=687834 M右=1/22467.0589.712/3(67.05-88.45/2=34167.34上游垂直水压力产生的力矩大小（分为上边矩形和下边三角形两部分计算）M上=9.81（224.7-182）11.2（88.45/2-1
18、1.4/2）=183968.89M下=1/29.8111.457(88.45/2-1/311.4)=128845.35Mw=M上+M下=183968.89+128845.35=312814.24上游竖直淤沙压力产生的力矩大小 M沙=Pv沙(88.45/2-1/332.50.2)=932.56（88.45/2-1/332.50.2）=39221.92上游水平水压力产生力矩大小M1=P11/399.7=48756.141/399,7=1620329.05上游水平淤沙压力产生的力矩大小 Msk=Psk1/3(157.5-125)=3057.641/332.5=33124.43下游水平水压力产生力矩大
19、小M2=P21/314.4=932.561/313.4=3933.97下游垂直水压力产生力矩大小Mw=W2(88.45/2-1/313.40.75)=660.5640.88=27000.39浪压力产生力矩大小 由于波长L=14.25m，H=99.7m，h1%=1.82m，hz=0.73m。设y1、y2为浪压力大、小三角形形心到坝基面中心的垂直距离，如图所示（图4.1） y1=H-Lm/2+1/3(Lm/2+h1%+hz)=99.7-14.25/2+1/3(14.25/2+1.82+0.73) =95.8my2=H-Lm/3=99.7-1/314.25=94.95mM浪=1/2W(Lm/2+h1
20、%+hz)Lm/2y1-1/2w(Lm/2)2y2=1/29.81(14.25/2+1.82+0.73)95.8-1/29.81(14.25/2)294.95=8749.13扬压力产生的力矩大小 浮托力产生的力矩为零，渗透压力产生的力矩分三部分计算，如图3.1H=0.25(224.7-138.4)=21.58m M1=9.8111.2121.58(88.45/2-11.21/2)=91651.24kN*mM2=1/29.8111.21(99.7-13.4-21.58)(88.45/2-1/311.21) =144083.10 M3=1/29.81(88.45-11.21)21.582/3(88
21、.45-11.21)-88.45/2 =59424.78扬压力产生的力矩 M=M 1+M2+M3=295159.124.3 计算边缘应力计入扬压力时=285587.1+687834+34167.34+39221.92+3933.97-27000.39-1620329.05-33124.43-8749.13-295159.12=-933617.79则上游面垂直正应力 下游面垂直正应力由于上游有泥沙压力，而下游无泥沙压力，则 =0上游面主应力 =（1+0.22）255.11-0.22932.56=228.01 kpa下游面主应力 =(1+0.752)1687.15=2636.17 kpa4.4强度
22、分析由资料知：坝基容许压应力为1/2065000kpa=3250kpa，坝体区选用C20混凝土，其抗压强度为18.5103kpa，混凝土的抗压安全系数在基本组合情况下不小于4.0，取4.0，则混凝土的允许压应力=坝基面坝踵、坝址的垂直应力校核 yu=255.11kpa0 ; yd=1687.15kpa0; 1d=2636.17kpa=4625kpa综上，大坝在基本组合情况下满足强度要求。第五章 细部构造设计5.1 坝顶构造坝顶路面应具有23的横向坡度，并设置砼排水沟(3030cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度和
23、稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m 设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。5.2 分缝止水5.2.1坝体分缝1、横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求；2、纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若干独立的坝段；纵缝为临时缝，可分为铅直纵缝、斜缝和错缝三种，纵缝缝面应设水平向键槽
24、，键槽呈斜三角形，槽面大致沿主应力方向，在缝面上布置灌浆系统进行接缝灌浆，为了灌浆时不使浆液从峰内流出，必须在缝的四周设止浆片。 3、水平施工缝：是上、下层浇筑块之间的接合面。浇筑块厚度一般为1.54.0m；在靠近基岩面附近用0.751.0m 的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。5.2.2止水设计横缝内需设止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等，对于高坝应采用两道止水片，中间设沥青井，金属片止水一般采用1.01.6mm 后的紫铜片，第一道止水治上游面的距离应有利于改善坝体头部应力，一般为0.52.0m（本设计采用1.0m），每侧埋入砼的长度约为2025cm（本设计采用25cm），在
25、止水片的安装时要注意保证施工质量，沥青井为方形或圆形（本设计采用方形），其一侧可用预制砼块，预制块长1.01.5m，厚510cm（本设计采用1m10cm），沥青井尺寸大致为15cm15cm 至25cm25cm（本设计采用20cm20cm），井内灌注的填料由二号或三号是由沥青，水泥和石棉粒组成，井内设加热设备（通常采用电加热的方法），将钢筋埋入井中，并以绝缘体固定，从底部一直通到坝顶，在井底设置沥青排出管，以便排除老化的沥青，重填新料，管径可为1520cm。止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约3050cm，井内填满沥青砂，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。图5-1 止水设计1第一
26、道止水铜片；2沥青井；3第二道止水铜片；4预制块；5横缝6沥青油毡；7加热电极5.3 混凝土标号分区砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同,对砼材料性能指标的要求也不同,为了满足坝体各部分的不同要求,节省水泥用量及工程费用,把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区,选用不同的强度等级和性能指标,一般分为5 个区,见下图（5-2）。重力坝坝型为C15混凝土重力坝，坝顶高程229m，坝底高程124m，坝高105m，坝基垫层和防渗面板采用C20混凝土。区：上、下游最高水位以上坝体外部表层混凝土区：上、下游水位变化范围内坝体外部表层混凝土区：上、下游最低水位一下坝体表层混凝土区：靠
27、近地基的混凝土区：坝体内部混凝土第六章 地基处理及两岸的连接6.1地基处理天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的处理措施，地基处理的主要任务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。6.1.1 开挖原则地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。坝高超过100m 时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。6.1.2 开挖
28、设计靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽可能清除。顺河流流向的基岩面尽可能略向上倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免造成坝体内应力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后0.51.0m，应采用受风钻钻孔，小药量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留0.20.3m 的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。对岸坡坝段，在平行坝轴线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角。6.1.3 坝基清理基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，包括：清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞
29、等均应回填封堵。6.1.4 帷幕灌浆1、帷幕灌浆目的帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。2、帷幕灌浆范围 防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在100 以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层35m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗要求确定，通常采用坝高的0.30.7倍。6.2 坝基排水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。根据规定要求，坝基的排水孔幕在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角取为10，孔距取3m，孔径为200mm。孔深为10m，沿坝轴线方向设置一排。6.3 两岸连接大坝的两岸连接可采用土坝作为副坝与两岸连接。