江碾压混凝土重力坝设计计算书.docx

目 录第一章 工程规模的确定- 3 -1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分- 3 -1.2 永久建筑物洪水标准- 3 -第二章 调洪演算- 4 -2.1洪水调节计算- 4 -2.1.1 洪水调节计算方法- 4 -2.1.2 洪水调节具体计算- 4 -2.1.3 计算结果统计：- 8 -第三章 大坝设计- 9 -3.1 坝顶高确定- 9 -3.1.1 计算方法- 9 -3.1.2 计算过程- 10 -3.2 坝顶宽度- 10 -3.3 开挖线的确定- 10 -3.4 非溢流坝剖面设计- 10 -3.4.1 折坡点高程拟定- 11 -3.4.2 非溢流坝剖面拟定- 11 -3.5 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算- 16 -3.5.1 荷载计算成果- 16 -3.5.2正常蓄水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算- 34 -3.5.3正常蓄水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算- 35 -3.5.4正常蓄水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算- 36 -3.5.5正常蓄水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算- 38 -3.5.6校核洪水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算- 39 -3.5.7校核洪水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算- 39 -3.5.8校核洪水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算- 40 -3.5.9校核洪水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算- 42 -3.5.10正常蓄水位地震时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算- 44 -3.5.11正常蓄水位地震时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算- 46 -3.5.12正常蓄水位地震时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算- 47 -3.5.13正常蓄水位地震时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算- 48 -3.5.14设计水位时坝体沿坝基面的抗滑稳定性及强度验算- 50 -3.5.15设计水位时坝体2-2面的抗滑稳定性及强度验算- 51 -3.5.16设计水位时坝体3-3面的抗滑稳定性及强度验算- 52 -3.5.17设计水位时坝体4-4面的抗滑稳定性及强度验算- 54 -3.6 应力计算-55 -3.6.1 边缘应力- 55 -3.6.2 内部应力- 56 -3.6.3 截面应力计算表- 57 -3.6.4 应力图- 69 -3.7 溢流坝段的设计- 71 -3.7.1 溢流坝剖面设计- 71 -3.7.2 消能防冲设计- 72 -3.7.3 稳定及应力的计算- 75 -第四章 第二建筑物（压力钢管）的设计计算- 95 -4.1 引水管道的布置- 95 -4.1.1压力钢管的型式- 95 -4.1.2轴线布置- 95 -4.1.3 进水口- 95 -4.2 闸门及启闭设备- 96 -4.3 细部构造- 96 -4.3.1通气孔设计-96 -4.3.2充水阀设计- 96 -4.3.3伸缩节设计- 96 -4.4 压力钢管结构设计与计算- 96 -4.4.1 确定钢管厚度- 96 -4.4.2 承受内水压力的结构分析- 98 -第五章 施工组织设计- 105 -5.1 导流标准-105 -5.2导流方案- 105 -5.3 导流工程参数- 105 -第一章 工程规模的确定1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分参考水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-20001、可确定该工程规模为大（1）型工程等级为级2、水工建筑物级别（永久性水工建筑物）工程等级为级，则主要建筑物级别1级，次要建筑物3级3、临时性水工建筑物级别保护对象为1级主要永久建筑物，3级次要永久建筑，则临时性水工建筑物为4级。1.2 永久建筑物洪水标准水利水电枢纽工程永久性挡水和泄水建筑物所采用的正常运用和非常运用洪水标准，应根据建筑物级别确定。本工程为大（1）型工程等级为级，由水利水电枢纽工程等级划分及设计标准正常运用（设计）洪水重现期500年，频率为0.2非常运用（校核）洪水重现期10000年，频率为0.01第二章 调洪演算2.1洪水调节计算2.1.1 洪水调节计算方法利用瞬态法，结合水库特有条件，得初专用于水库调洪计算的实用公式如下： (2-1)式中：计算时段中的平均入库流量（m3/s）；计算时段中的平均下泄流量（m3/s）；时段初末水库蓄水量之差(m3)；计算时段，一般取1-6小时，取6小时。上述公式表明:在一个计算时段内，入库水量与下泄水量之差为该时段中蓄水量的变化。2.1.2 洪水调节具体计算根据本工程软弱岩基，允许单宽流量q=250 m3/s，允许设计洪水最大下泄流量28200 m3/s,再扣除发电流量2500 m3/s，故溢流前缘净宽大于102.8m，假定三种方案，堰宽和堰顶高程分别为715m 355.5m；715m 356.0m；715m 356.2 m.故根据公式： (2-2) 求得的q起，堰顶高程及其相应 q起的作出Hq关系曲线。正常蓄水位374.6m，库容为155.97亿m3；用图解法进行调洪演算 画图计算如下：1. B=715m 堰顶=354m 设计情况调洪演算Q正常=2.01BHw3/2=2.01*105*(374.6-354)3/2=19817.59 m3/sQ起调= Q正常+ Q发电=19817.59+2500=22317.59 m3/s Q1=27194.33 m3/s,Q2=25549.06 m3/s,Q3=22840.01 m3/sV1=157.2亿m3 ,V2=158.5亿m3 , V3=161.2亿m3H1=374.92m,H2=375.25m,H3=375.94m得：Q下泄=23700m3/s，H设计=375. 63m2. B=715m 堰顶=354 .5m 校核情况调洪演算Q起调=2.04BHw3/2+2500=2.04*105*(374.6-354.5)3/2+2500=21517 m3/sQ1=27223.74 m3/s,Q2=25817.52 m3/s,Q3=22885.52 m3/sV1=157.2亿m3 ,V2=158.5亿m3 , V3=161.1亿m3H1=374.92m,H2=375.25m,H3=375.92m得：Q下泄=23230 m3/s，H校核=375.82m3. B=715m 堰顶=355.0m 设计情况调洪演算Q起调=2.01BHw3/2+2500=2.01*105*(375.6-356)3/2+2500=20813 m3/sQ1=27397.9 m3/s,Q2=25332.89 m3/s,Q3=21932.74 m3/sV1=157.3亿m3 ,V2=159.7亿m3 , V3=163.3亿m3H1=374.94m,H2=375.56m,H3=376.47m得：Q下泄=23050 m3/s，H设计=376.17m4. B=715m 堰顶=354.0m 校核情况调洪演算Q起调=2.04BHw3/2+2500=2.04*105*(375.6-356.0)3/2+2500=20027.7 m3/sQ1=25735.46 m3/s,Q2=24522.74m3/s,Q3=22890.89 m3/sV1=159.8亿m3 ,V2=161亿m3 , V3=161.9亿m3H1=375.59m,H2=375.89m,H3=376.12m得：Q下泄=24522 m3/s，H校核=375.89m5. B=715m 堰顶=354.5m 设计情况调洪演算Q起调=2.01BHw3/2+2500=2.01*105*(375.6-356.2)3/2+2500=19301 m3/sQ1=25426.09 m3/s,Q2=24344.71 m3/s,Q3=22290.88 m3/sV1=160.3亿m3 ,V2=161.4亿m3 , V3=162.8亿m3H1=375.72m,H2=376m,H3=376.35m得：Q下泄=23980 m3/s，H设计=376.08m6. B=715m 堰顶=355m 校核情况调洪演算Q起调=2.04BHw3/2+2500=2.04*105*(375.6-356.2)3/2+2500=18586.13m3/sQ1=25408.34 m3/s,Q2=23708.56 m3/s,Q3=21711.1m3/sV1=160.2亿m3 ,V2=161亿m3 , V3=163.8亿m3H1=375.69m,H2=375.89m,H3=376.6m得：Q下泄=23113.34 m3/s，H校核=376.03m2.1.3 计算结果统计： 表2-1 调洪演算结果统计表 方案堰顶（m）B（m）工况Q泄（m3/s）H上（m）1354.0715设计23750375.63校核24523375.892354.5715设计23230375.82校核23980376.083355.0715设计23050376.17校核23113376.03注：一台发电机组满发时的流量为537m3/s，发电流量按7537m3/s3759m3/s第三章 大坝设计3.1 坝顶高确定3.1.1 计算方法由规范，防浪墙顶高程高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差 (3-1)式中 h1%累积频率为1%的波浪高度，m,按式(3-3)计算； hz波浪中心线高出静水位的高度，m,按式(3-5)计算； hc取决于坝的级别得计算情况的安全超高设计和校核情况坝顶高程（或坝顶上游防浪墙顶高程）按式（3-2）计算，并选用其中的较大值。 （3-2）库区多年平均最大风速0.7m/s,实测最大风速为24m/s,吹程2Km (3-3) (3-4) (3-5) (3-6)式中：Lm平均波长（m） H水深（m） h2%累计频率为2%的浪高（m） v0计算风速（m/s），取24m/sD风区长度（m），D=2000mG重力加速度9.81m/s2Hcr使风浪破碎的临界水深。3.1.2 计算过程3.1.2.1 设计情况下 Vf =24m/s得 h2%2.02m，Lm13.2m，查规范DL51081999，得h1%2.2m。得 hZ=1.14m。由规范hc =0.7m；得：h设= h1%+ hz +hc=2.2+1.14+0.7=4.04m顶=H设计+h设=375.63+4.04=379.67m3.1.2.2 校核情况下Vf =2.4 /1.5=16m/s得 h2%1.1m，Lm8.82m，查规范DL51081999，得h1%1.2m。得 hz=0.5m。由规范hc =0.5m；得：h=1.2+0.5+0.5=2.2m顶=H校+h =375.89+2.2=378.09m 379.67m综合以上两种情况，取大值，379.67m，防浪墙顶高程为381.7m。根据规范取1.2米的防浪墙高度,扣除防浪墙高度1.2m，最终确定坝顶高程378.47m3.2 坝顶宽度坝顶高程为378.47m，坝基最低点高程为190m，坝高为188.47m，坝顶宽度一般可取坝高的8%到10%，即15.24m19.05m，且不小于3m，为满足设备布置及运行和交通要求，取坝顶宽度16m。3.3 开挖线的确定由于坝顶高程378.47 m，由上坝线地质剖面图及规范规定，坝基最底点高程190m 。3.4 非溢流坝剖面设计3.4.1 折坡点高程拟定经济流速取为6.84 m/s，根据公式Q=V*A，A= D2/4，得到压力钢管直径D为10m，利用GORDON公式： （3-7）式中：C:经验系数为0.550.73，取0.55; V：经济流速为6.84 m/s;SCR= 11.9m折=死- SCr-D-，其中为安全超高，取为18.2m 折经计算得到为290m3.4.2 非溢流坝剖面拟定3.4.2.1 计算方法：选取上游坡度、下游坡度、坝基处排水管距坝踵距离拟订若干种方案，对不同的方案进行设计工况下的荷载计算作用在坝段上的荷载主要有自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。可变参数：上游坡度、下游坡度、计算截面高程、上游水位、下游水位及波浪要素、不变参数：g取9.81kN/m3，设计水位m，折坡点高程m，坝基高程m。 正常水深H正=185.6m 坝高H=190.5m坝顶宽d=16m 设计水深H设=186.9m 泥沙淤积高度Hs=97.6m 水容重w=9.81N/m2 混凝土容重c=24N/m2 泥沙浮容重s=12N/m2泥沙内摩擦角s=240坝基面：凝聚力C=1000 坝基抗剪断摩擦系数f=1.0其他面：凝聚力C=2090 坝体抗剪断摩擦系数f=1.07一、荷载计算力以竖直向下或水平向右为正，产生的弯矩以逆时针为正：1、 自重作用 2、静水作用竖向：水平向：合计：()()2、 扬压力图3-1 坝基面扬压力分布图合计：4、浪压力图3-2 波浪压力计算简图5、淤沙压力：竖向：水平：二、抗压强度承载能力极限状态 （3-8） （3-9） （3-10）全部作用对坝基面形心的力矩之和，kNm,逆时针方向为正；坝基面的面积，;式中：坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正；坝基面对形心轴的惯性矩，；坝基面形心轴到下游面的距离，m；坝体下游坡度；混凝抗压强度，kPa；三、坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：1、作用效应函数： （3-10）2、抗滑稳定抗力函数 （3-11）式中： 坝基面上全部切向作用之和，kN； 坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正； 坝基面扛剪断摩擦系数； 坝基面扛剪断黏聚力，kPa； 坝基面的面积，3、抗滑稳定性需满足 ： 四、坝踵应力 （3-12）式中： 全部作用对坝基面形心的力矩之和，kNm，逆时针方向为正； 坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正； 坝基面的面积，m2； 坝基面对形心轴的惯性矩，；坝基面形心轴到下游面的距离，m3.4.2.2计算结果满足稳定条件和应力条件，使得剖面面积最小，经过优化程序可得出结果：n=0.2，m=0.67。3.5 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算本验算选择坝基面，前折坡点截面，死水位截面，后折坡点截面四个截面进行计算，考察它们在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位加地震荷载下能否满足应力与稳定要求。3.5.1 荷载计算成果1-1断面荷载计算公式与坝体设计时所采用的一样。2-2断面（290）的计算 图3-3 2-2面扬压力分布图3-3断面（320.00） 图3-4 3-3面扬压力分布图4-4断面(353.02):重力:水压力:浪压力(类似于1-1断面):扬压力:图3-5 4-4断面扬压力计算示意图地震惯性力采用拟静力法计算式中作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；水平向设计地震加速度代表值，本设计取0.1g；地震作用的效应折减系数，一般取为0.25；集中在质点i的重力作用标准值；质点的动态分布系数，由下式确定；式中：n坝体计算质点总数；H坝高，溢流坝的H应算至闸墩顶；质点I,j的高度；产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值。地震动水压力近似认为单位宽度坝面总地震动水压力作用在水面以下0.54H1处，其代表值为各个高程的荷载计算成果如下:表4-1 坝基面（1-1面）正常水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G (1.0)G2（1.0）水平水压力P上（1.0）P下（1.0）垂直水压力P1（1.0）P2（1.0）泥沙压力P,sk（1.2）Psk（1.2）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）U3（1.2）U4 (1.2)结论：a、在正常蓄水位的工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在正常蓄水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-2 坝基面（1-1面）正常水位时发生7度地震荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）G3（1.0）水平水压力P上（1.0）P下（1.0）垂直水压力P1（1.0）P2（1.0）泥沙压力P,sk（1.2）Psk（1.2）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）U3（1.2）U4 (1.2)地震惯性力F1（1.0）F2（1.0）F3（1.0）地震水压力F0（1.0）结论：a、在正常蓄水加地震作用的工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水加地震作用工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在正常蓄水加地震作用工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-3 坝基面（1-1面）设计洪水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2 (1.0)G2（1.0）水平水压力P上（1.0）P下（1.0）垂直水压力P1（1.0）P2（1.0）泥沙压力P,sk（1.2）Psk（1.2）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）U3（1.2）U4 (1.2)结论：a、在设计洪水位的工况下稳定能够满足要求b、在设计洪水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在设计洪水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-4：坝基面（1-1面）校核洪水位时荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）水平水压力G2（1.0）G2（1.0）P上（1.0）垂直水压力P下（1.0）P1（1.0）泥沙压力P2（1.0）P,sk（1.2）浪压力Psk（1.2）Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）U3（1.2）U4 (1.2)结论：a、在校核洪水位作用下的工况下稳定能够满足要求b、在校核洪水位作用下工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在校核洪水位作用下工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-5 2-2面 正常水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）结论：a、在正常蓄水位的工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在正常蓄水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-6 2-2面正常水位时发生7度地震荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）地震惯性力F1（1.0）F2（1.0）地震动水压力F0 (1.0)结论：a、在正常蓄水加地震作用工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水加地震作用工况下坝体上游面拉应力不满足要求c、在正常蓄水加地震作用工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-7 2-2面 设计水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）结论：a、在设计洪水位的工况下稳定能够满足要求b、在设计洪水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在设计洪水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-8 2-2面 校核洪水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）结论：a、在校核洪水位作用下的工况下稳定能够满足要求b、在校核洪水位作用下工况下坝体上游面拉应力不满足要求c、在校核洪水位作用下工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求 表4-9 3-3面 正常水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）结论：a、在正常蓄水位的工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在正常蓄水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-10 3-3面正常水位时发生7度地震荷载计算成果表荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）地震惯性力F1（1.0）F2（1.0）地震动水压力F0 (1.0)结论：a、在正常蓄水加地震作用工况下稳定能够满足要求b、在正常蓄水加地震作用工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在正常蓄水加地震作用工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-11 3-3面设计洪水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力+-+-坝体自重G1（1.0）G2（1.0）水平水压力P上（1.0）浪压力Pwk（1.2）扬压力U1（1.1）U2（1.2）结论：a、在设计洪水位的工况下稳定能够满足要求b、在设计洪水位工况下坝体上游面拉应力满足要求c、在设计洪水位工况下坝体下游面坝趾抗压强度满足要求表4-12 3-3面校核洪水位下荷载计算成果荷载作用及分项系数标准值（103KN）设计值（103KN）对截面形心的力臂（m）力矩标准值（103KN.m）力矩设计值（103KN.m）垂直力水平力垂直力水平力