江碾压混凝土重力坝设计说明书.docx

摘 要
本次设计的基本资料取于我国西南部地区的已建工程。首先进行坝型的选择，我们主要考虑地形、地质、水文、人文和气候条件。经过对几种可建造坝型的多方面比较，我们选择建造高碾压混凝土重力坝。它比实体重力坝所使用混凝土方量少，总体造价低。
大坝安全也是大坝设计中最重要的控制因素，坝愈高安全愈重要。由于水库蓄水量很大，更需要有谨慎的设计，以防止因失事而招致重大的生命财产损失。小心处理诸多影响运行性能的因素，确保坝的安全、经济和效用。
溢洪道——是河川水利枢纽中必备泄水建筑物，用以排泄水库不能容纳的多余洪水量。碾压砼重力坝通常在坝顶设置溢洪道，入库设计洪水的选择和确定，必须在充分研究流域水文因素的基础上进行，然后才能确定溢洪道的尺寸。对于过坝水流的调泄，需要有合理慎重的设计，以避免生命财产的损失。我们是通过调洪演算来确定起调流量和下泄流量从而来设计坝顶溢洪道。
在满足约束条件的前提下，根据大坝基本剖面最小原则确定该碾压混凝土大坝的剖面和轮廓尺寸，也包括坝身的一些细部构造以及对地基的处理等。在确定完上下游坡度后，用稳定计算和材料力学法从正常蓄水，设计洪水水位，校核洪水水位以及正常加地震四个工况下来验证和校核设计剖面的可行性。同样溢流坝段的分析同非溢流坝段。
在完成坝体基本剖面的设计后，要通过材料力学的方法对坝体内的应力进行计算与分析，在保证坝体四个截面上的应力在正常蓄水和设计工况下都不出现拉应力，在地震和校核情况下的拉应力满足规范的要求。在设计第二主要建筑物时，设置压力钢管为水轮机供水。采用坝内埋管形式，钢管用箍筋和加劲环加固，设置伸缩节防止钢管因温度变化而拉长或收缩使应力增大。并且也对压力钢管进行了细部构造和配筋计算。
碾压砼重力坝通常分期施工，而且对施工时时间的要求非常高，因为它的整个坝体有四部分，各种建坝材料的凝结时间和材料与材料之间的结合时间都要求很高，所以分期导流是大坝建造的关键一步，要尽可能的减少受到水文、地形、地质和施工计划的影响。
通过本次设计我们掌握了碾压砼重力坝的设计流程，对于碾压砼重力坝的一些特点和设计时应该注意的方面进行了了解，完成了知识从理论学习到实际运用的过渡，体会到了身为一个水利设计者所需要具备的品质和担负的责任，这对我们以后的工作或是学习都是一次锻炼。
关键词：材料力学法；碾压混凝土重力坝

Abstract
The dam site selection, mainly depends on the topography, geology, hydrology, cultural and climatic conditions. The design of the basic information from the southwestern region of China has building works. After the construction of several dams to compare estimates of economy, we choose the construction of high RCC gravity dam. Than by the use of concrete gravity dam entities to small, low overall cost.
Roller compacted concrete gravity dam is usually set up the top of the dam spillway, the spillway for river water discharge structure essential hub for the excretion of excess reservoir can not accommodate the flood volume, must be designed to discharge the largest volume, while at the same time to maintain the reservoir the water level below the expected level. Design of flood storage options and determined to be in full hydrological study conducted on the basis of factors, and then to determine the size of the spillway. For the transfer of water过坝China, there is a reasonable need careful design, in order to avoid the loss of lives and property. We are through the flood transfer from calculus to determine the discharge flow of traffic and thus to design the top of the dam spillway.
Then in the upstream and downstream to meet the stability and stress conditions, the smallest profile in accordance with the basic principles of the dam to determine the profile of roller compacted concrete dam of the size and contour, including the dam body structure as well as some detail the handling of the foundation. End in determining the upper and lower slope, the use of stable computing and mechanics of materials from the normal water storage, design flood level, check flood level, as well as the normal increase in the earthquake four conditions designed to verify and check the feasibility of profiles. Spillway section of the same analysis with the non-overflow dam paragraph.
End in the design of the basic profile of the dam, the mechanics of materials by the method of stress on the body to carry out calculation and analysis of the four sections in the dam to ensure that the stress in the normal storage conditions and design of tensile stress did not appear , in the case of earthquake and checking the tensile stress to meet the specification requirements.
The main buildings in the design of the second, the set pressure of the water supply pipe for the turbine. Pipe used in the form of dam, steel ring with strong reinforcement stirrups processing, set up to prevent the pipe joints due to temperature change and lengthen or shrink so that the stress increases. And also the pressure of a steel reinforced structure and calculated in detail.
Roller compacted concrete gravity dam is usually the construction phases, but also the requirements of the construction time is very high, because it is the whole dam has four parts, all kinds of materials to build the setting time and materials and materials combined with the time between the request is high, so the phased diversion is a key step in the construction of the dam, to the extent possible, to reduce the vulnerability of the hydrology, topography, geology and construction programs.
Design of dam safety is also a dam to control the most important factors, the higher the dam the more important security. Reservoir storage capacity due to a large, but also the need for careful design in order to prevent a major accident resulting in loss of lives and property. Careful with a lot of factors that affect performance to ensure that the dam's security, economy and effectiveness.
We adopted the design of the roller compacted concrete gravity dam mastered the design method, but also know the roller compacted concrete gravity dam on a number of important characteristics and the design should pay attention to where the completion of the knowledge learned from the practical application of the theory of the transition, experienced designers who need a water conservancy project with quality and responsibility, which we later learn is a job or training.
Keywords: the mechanical method ；Roller compacted concrete gravity dam;

目 录
摘 要 1
第一章 综合说明 - 1 -
第一节 枢纽布置 - 1 -
一、 发电 - 1 -
二、 防洪 - 1 -
三、 航运 - 1 -
第二节 设计要求 - 1 -
第三节 工程特性表 - 2 -
第二章 设计基本资料 - 4 -
第一节 自然地理 - 4 -
一、流域概况 - 4 -
二、气候特征 - 4 -
三、径流、洪水、泥沙 - 5 -
第二节 工程地质 - 8 -
1、地震烈度 - 8 -
2、地形地貌 - 8 -
3、地层岩性 - 9 -
4、地质构造 - 9 -
5、岩体物理力学性质 - 9 -
第三节 碾压混凝土层面和大坝建基面的抗剪强度指标 - 10 -
第四节 各分区砼相应龄期的抗压强度指标 - 11 -
第五节 筑坝材料 - 19 -
第六节 水库淹没处理及移民安置 - 19 -
1、LT水库淹没影响实物指标 - 19 -
2、移民安置规划 - 19 -
第七节 施工组织 - 19 -
1、施工条件 - 19 -
2、对外交通 - 20 -
3、材料供应 - 20 -
第三章 枢纽整体布置和坝型选择 - 20 -
第一节 工程等别与建筑物级别 - 20 -
第二节 枢纽布置 - 21 -
第三节 坝型选择 - 21 -
1、 拱坝 - 21 -
2、 土石坝 - 21 -
3、 面板堆石坝 - 21 -
4、 重力坝 - 22 -
第四节 洪水调洪演算 - 23 -
1、 计算原理： - 23 -
2、 计算结果： - 23 -
第五节 坝顶高程的确定 - 24 -
第四章 非溢流坝段剖面设计 - 25 -
第一节 剖面尺寸拟定 - 25 -
第二节 坝体强度和稳定承载能力极限状态验算及应力计算 - 27 -
1、稳定的校核验算 - 27 -
2、坝体上游面的拉应力正常使用极限状态计算 - 28 -
3、坝趾抗压强度承载能力极限状态 - 28 -
4、确定计算截面 - 28 -
5、荷载计算 - 28 -
6、强度、校核验算和荷载成果表 - 33 -
第三节 应力结果 - 55 -
1、计算应力 - 55 -
2、应力成果表 - 57 -
3、应力结果分析 - 70 -
4、应力分布图 - 70 -
第五章 溢流坝段剖面设计 - 70 -
第一节 孔口设计 - 70 -
1、泄水方式的选择 - 70 -
2、洪水标准的确定 - 70 -
3、单宽流量的选择 - 70 -
4、孔口净宽拟定 - 70 -
5、溢流坝段总长度的确定 - 70 -
6、流量和堰顶高程的确定 - 70 -
7、定型水头的确定 - 70 -
第二节 消能防冲 - 70 -
1、消能方式 - 70 -
2、挑流鼻坎设计 - 70 -
3、反弧半径的确定 - 70 -
4、挑距和冲坑的估算 - 70 -
第三节 剖面设计 - 70 -
第四节 四个不同截面在不同工况下坝体的强度和稳定验算 - 70 -
1、计算荷载 - 70 -
2、荷载计算成果表 - 70 -
第五节 应力结果 - 70 -
1、应力计算 - 70 -
2、应力计算成果表 - 70 -
3、应力结果分析 - 70 -
4、应力分布图 - 70 -
第六章 第二建筑物（压力钢管）的设计 - 70 -
第一节 引水管道的布置 - 70 -
1、压力钢管的形式 - 70 -
2、管道轴线布置 - 70 -
3、进水口体形设计 - 70 -
4、拦污栅 - 70 -
5、闸门及启闭设备 - 70 -
6、细部构造 - 70 -
7、压力钢管结构计算 - 70 -
第七章 施工组织设计 - 70 -
第一节 施工导流方案 - 70 -
一、导流标准 - 70 -
二、导流方案 - 70 -
三、导流建筑物 - 70 -
四、导流时段 - 70 -
第二节 施工总进度安排 - 70 -
第三节 导流工程参数 - 70 -
参 考 文 献 - 70 -

第一章 综合说明
第一节 枢纽布置
本工程同时兼有了防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用效益。
一、 发电
装机容量为7×600 MW，正常蓄水位为374.6 m，死水位为330.1 m，台机组满发时的流量为7×537 m3/s，尾水位为225.5m。
厂房类型为全地下式厂房，主厂房尺寸为338.5×28.5×74.4(m × m× m)，机组间距为32.5m，安装间（主/副）长度为60/30m。主变室为地下式，尺寸为405.5×19.5×32.3~34.2(m × m× m)。开关站为地面户内式，平面尺寸为335×17.5 (m × m)。
二、 防洪
LT水库是W江防洪的战略性工程，承担W江中下游地区防洪任务，总防护人口达1200万人，保护耕地近700万亩。工程的兴建可将W江和W、N江三角洲防洪标准由约20年一遇提高到约400年一遇（400m提高到约50年一遇），遇DTX水库联合防洪，可使下游的防洪标准由20年一遇提高到100年一遇；无论式从防洪效益还是替代防洪工程投资来说，其防洪作用均非常显著。
在遇500年和10000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来27600 m3/s和35500 m3/s分别削减为23540 m3/s和26900 m3/s。要求校核洪水时最大下泄流量限制为28200 m3/s，校核洪水位不超过正常蓄水位4.5 m。
三、 航运
H河属于滩多、坡陡、流急的河流，全河大小滩险约有 300处。天然情况下，除O滩至SL镇（L江河口） 170 km河段为常年通航河段外，其余河段基本不能通航。LT水库建成后，会使库区干流以上250 km范围内形成深水航道，坝址下游河道枯水流量得到了大幅度增加，为实现H河全面通航，并直达珠江三角洲出海奠定了基础，为西南有关省区物资外运提供了一条廉价的水上运输线，从而可带动沿河经济的发展，促使西部大开发战略的实施。
第二节 设计要求
在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：
1．根据防洪要求，对水库进行洪水调节的计算，确定坝顶高程及溢洪道孔口尺寸；
2．通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽的布置方案；
3．详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力,静力计算；
4．对碾压混凝土重力坝进行设计，选择建筑物的型式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行水力和静力计算；
5．决定枢纽的施工导流方案，安排工程施工控制进度。
第三节 工程特性表
表1-1 工程特性表

名称
数量
单位
备注

河
流
特
性
流域面积
98500
km2
坝址控制面积
多年平均径流总量
508
108 m3

设计洪水流量
27600
m3/s
洪峰
校核洪水流量
35500
m3/s
洪峰
多年平均径流量
1610
m3/s

水
库
特
性
正常蓄水位
374.6
m

正常尾水位
225.5
m

发电死水位
329.9
m

设计洪水位
375.63
m

校核洪水位
375.89
m

库容
165
108 m3

设计下泄流量
23750
m3/s

设计下游水位
256.1
m

校核下泄流量
24520
m3/s

校核下游水位
257.0
m

发电装机容量
7×600
MW

拦
河
大
坝
大坝等级

一级
大坝类型

碾压砼重力坝
坝顶高程
378.47
m
放浪墙顶高程379.67m
坝高
190.5
m

附表1-1

坝
顶
宽
度
坝顶宽度
16
m

上游坡度
0.2

下游坡度
0.66

坝基面高程
190
m

上游折坡点高程
290
m

泄
水
建
筑
物
堰顶高程
354.0
m

溢流面前缘净宽
105
m

消能方式

挑流消能
鼻坎高程
260
m

反弧半径
50
m

挑射角
30
°

单宽流量
233．54
m3/s
校核

第二章 设计基本资料
第一节 自然地理
一、流域概况
H河是W江水系中上游的河段。H河全长为1573 km，流域面积为138340 km2。流域属副热带气候区，气候温和多雨，4~10月份为雨季，降水量占年降水量的89.5 %，雨日占全年的71.2 %，流域各地多年平均降水量在760 ~ 1860 mm之间，总的趋势山东向西递减。径流主要由降雨形成，径流年内分配为：5 ~ 10月份占年总量的82.9 %，11月 ~ 次年4月占年总量的17.1 %。
LT水电站位于H江的上游。坝址以上流域面积为98500 km2，占H河流流域面积的71 %。坝址以上流域，大支流多，地形复杂，汛期暴雨量级虽不大但却频繁发生，造成洪水连续、洪水总量较大。
二、气候特征
1、气温：
坝址多年平均气温为20.1 ℃，月平均最低（1月份）气温为11.0 ℃，月平均最高气温（7月份）为27.1 ℃，实测最低值（1月份）为-2.9 ℃，实测的最高值（7月份）为38.9 ℃。
2、湿度：
历年平均相对湿度为80 %，其中最高的是6、7、8月，历年平均值均为85 %；最低为2月，历年平均值为74 %。
3、降雨量：
坝区多年平均降水量1343.5mm，雨季（4~10月份）降水量占年降水量的89.2%，其中5~9月份降水量占全年的76.0%，多年平均降雨日数为156d，雨季雨日占全年的69.7%。多年平均日雨量≥10mm（中雨及以上）日数为38.5d，日雨量≥25mm（大雨及以上）日数为15.0d，日雨量≥50mm（暴雨）日数为3.9d，日雨量≥100mm（大暴雨）日数为0.6d。

表2-1坝区历年（1972 ~ 1992年）各时段的最大降水量
时段
(min)
10
20
30
60
90
120
180
240
360
540
720
1440
雨量
(mm)
25.2
40.2
58.8
99.9
117.3
125.8
139.5
144.6
155.6
158.6
159.4
160.9
4、 蒸发量：
历年水面蒸发量的平均值为1023.3 mm，历年的最大值为1218.7 mm，历年最小值为842.7 mm。
5、风向风力：
历年最大风速为14m/s，相应风向为NE向。极大风速为24m/s，相应风向为E、NE，吹程为2km。
三、径流、洪水、泥沙
1、 径流：
径流主要由降水形成，多年平均径流量 1610 m3/s，多年平均年径流总量为508 亿 m3，年际变化较为平稳，年变差系数是 0.24，实测的最大年平均径流量和最小的平均径流量分别为多年平均流量的1.42 倍和0.54 倍。实测的最大流量为16900 m3/s，实测最小流量为174 m3/s，各频率年径流成果见表 2 - 2。
表2-2 年径流频率成果表

2、 洪水：
H河流域洪水由暴雨形成。LT以上流域面积大，主流源远流长，大支流多，汛期暴雨量级虽不大，但是发生频繁，往往造成连续性洪水，单峰洪水甚少，复峰居多。设计洪水成果见表2-3。

表 设计洪水成果表
项目
P（%）

洪峰流量

7d洪量亿(m3/s)

表 坝址处设计洪水过程线（）
月
日
时
流量
月
日
时
流量

27300
附表2-4

附表2-4

图2-1 校核洪水过程线
3、 泥沙：
H河泥沙以悬移质为主，悬沙颗粒较细。由实测资料统计，坝址处多年平均输沙率为1660kg/s，多年平均含沙量为1.05kg/m3 ，多年平均输沙量为5240万t 。
第二节 工程地质
1、地震烈度
坝址位于相对稳定的地块内，属弱震环境，无区域性活动断层穿过，不存在发生地震的地质背景，区域地震危险性主要受外围地震影响，经过审定：坝址地震基本烈度和水库可能诱发地震影响烈度均为7度。
2、地形地貌
坝址河谷为较平坦“V”形谷，宽高比为3.5。河流流向为S 30 0 E，至坝址处转为S 80 0 E。枯水期河水面高程为219 m，水面宽90 ～ 100 m，水深13 ～19.5 m 。河床沙卵石厚0 ～ 6m ，局部达17 m。河床两侧均有基岩礁滩裸露，左岸宽10 m，右岸宽40 ～ 70 m 。
左岸的地形整齐，山体宽厚。右岸受冲沟切割，地形的完整程度稍逊于左岸。两岸的山顶高程600 m，岸坡的坡度32°～ 42°，残坡积物厚0.5 ～ 2 m，局部厚8 ～25 m。
3、地层岩性
坝址的上游地层为三叠系下统罗楼组，以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥质灰岩为主，夹少量粉砂岩互层岩组。坝址及其下游出露地层为三叠系中统板纳组，由厚层钙质砂岩、粉砂岩、泥板岩互层组成，属坚硬和中坚硬岩石。
地下洞室布置区是坝区地质条件相对较好的地段之一，90 % ～ 95 %以上的洞体位于质量较好和中等Ⅱ、Ⅲ类围岩内，围岩地层为板纳组；岩性以砂岩为主，或为砂岩和泥板岩互层岩组， 岩石强度较高。进水口的边坡蠕变岩体自然现状稳定，只要开挖后采取一定的工程措施，边坡整体稳定。
4、地质构造
坝址岩层为单斜构造，走向N50 ～ 200W，与河流向夹角约为70°，倾向NE（下游偏左岸），倾角550 ～ 63°。坝址的下游岩层倾角逐步变缓至约40°左右。断层依其走向，主要可分为四组。
第一组：产状 N50～200 W,NE ∠ 600，以层间错动为主，多达200余条，80 % 以上的破碎带宽度小于10 cm。
第二组：产状N 30 0 ～ 60 0 W,NE ∠ 60 0 ～ 850，平均间距30 ～50m/条。
第一组：产状N70 0 ～ 900 W,NE ∠ 70 0 ～ 85 0
第一组：产状N65 0 ～ 80 0 W,NE ∠ 80 0，破碎带较宽。
5、岩体物理力学性质

表2-5 岩体力学参数表

抗剪断强度
变形模量
泊桑比
f´
c´(Mpa)
f
c(Mpa)
(GPa)

砂岩
强风化
0.75
0.49
0.6
0.29
1.5～2.0
0.34
中等风化
1.2
1.48
0.9
0.7
6～7
0.28
微风化
1.5
2.45
1.3
1.48
15～16
0.25
弱结构面
断层
0.4
0.08
0.36
0.05

层面
0.45
0.1
0.4
0.08

表2-6 物理力学试验成果表
岩体
密度(g/cm3)
比重
孔隙率
饱和
吸水
率(%)
单轴抗压强度(MPa)
软化系数
弹性模量(GPa)
抗拉强度
(MPa)
抗折强度(MPa)
干燥
饱和
静弹
动弹
强风化
2.67
2.72
2.11
0.73
128
78
0.61
55.9

中等风化
2.68
2.72
1.38
0.50
168
119
0.71
67.4

微风化
2.73
2.74
0.35
0.17
183
155
0.85
77.8
81.2
3.6
39.1
第三节 碾压混凝土层面和大坝建基面的抗剪强度指标

表2-7 碾压混凝土层面抗剪断参数建议值

坝高(m)
建议参数
Cvf’=0.20,Cvc’=0.30
Cvf’=0.20,Cvc’=0.35
f´
c´(MPa)
f´
c´(MPa)
210
1.07
2.09
1.07
1.97
156
0.97
1.57
0.97
1.48

表2-8 各分区砼相应龄期的抗压强度
编号
强度种类
抗压强度（MPa）
7d
28d
90d
Ⅰ
C25
14
26
34
Ⅱ
C20
13
22
29
Ⅲ
C15
8
19
23
Ⅳ
C25
14
26
33

第四节 各分区砼相应龄期的抗压强度指标

图2-2 坝体砼分区图
（I—坝体分区）

表2-9 大坝各坝段建基面混凝土与岩体f´、c´建议值
坝段编号
面积
建基面岩体特征
工程岩体（BQ）分级
坝基财体工程地质分类
地质因素法
建议值

(BQ)均值 级别 混凝土与岩体
类别混凝土与岩体
混凝土与岩体 混凝土与岩体

f´、
c´(Mpa)

f´、
c´(Mpa)
f´、
c´(Mpa) f´、c´(Mpa)

②
214
弱风化岩体、有F60通过
306
IV
0.7~0.8
0.4~0.5
IV
0.9~0.7
0.7~0.3
0.75
0.76
0.75
0.5

附表2-10
③
660
弱~微风化岩体、有F60通过
329
IV
0.8~0.9
0.5~0.7
IV
0.9~0.7
0.7~0.3
0.92
0.89
0.8
0.5
④
1790
弱~微风化岩体、有F60通过
348
IV
0.9
0.7
IV~III
0.9
0.7
0.9
0.92
0.9
0.7
⑤
3230
微风化岩体
453
II
1.1~1
1.1
II~III1
1.1
1.1
1.12
1.2
1.05~1.1
1.1
⑥
3465
微风化顶部岩体
447
III
1.1~1
1.1
III1
1.1~1.0
1.1~1.0
1.12
1.2
1.05~1.1
1.1
⑦
1835
弱~微风化岩体
416
III
1~0.9
1
III
1.1~1.0
1.1~0.9
1.08
1.18
1
1
⑧
2110
弱~微风化岩体
390
III
1~0.9
1~0.9
III
1.1~1.0
1.1~0.9
1.08
1.17
0.95~1
1
⑨
2435
弱风化底部岩体
389
III
1~0.9
1~0.9
III
1.1~1.0
1.1~0.9
1.06
1.14
0.95~1
1
⑩
2720
弱~微风化岩体
393
III
1~0.9
1~0.9
III
1.1~1.0
1.1~0.9
1.06
1.14
0.95~1
1

3000
弱~微风化岩体
409
III
1~0.9
1
III1
1.1~1.0
1.1~1.0
1.1
1.18
1
1

3275
弱风化底部岩体
430
III
1.1~1.0
1
III1
1.1~1.0
1.1~1.0
1.07
1.15
1.1~1.0
1~1.1

4800
弱风化底部岩体
439
III
1.1~1.0
1
II~III1
1.1
1.1
1.1
1.16
1.1~1.0
1~1.1

3250
弱风化底部岩体
453
II
1.1
1.1
II~III1
1.1
1.1~1.2
1.1
1.16
1.1
1.1

3260
弱风化底部岩体、局部有缓倾角节理密集带458
II
1.1
1.1
II~III1
1.1
1.1~1.2
1.08
1.13
1.1
1.1

3330
大部分为微风化上部岩体局部有缓倾角节理密集带490II 1.1~1.2
1.1~1.2
II
1.1~1.2
1.1~1.2
1.1
1.19
1.1~1.2
1.2

3370
大部分为微风化上部岩体
519
II
1.1~1.2
1.2
I