设计计算书H江碾压混凝土重力坝.docx

目录第一章 工程规模的确定- 2 -1.1 水利枢纽与水工建筑物的等级划分- 2 -1.2 永久建筑物洪水标准- 3 -第二章 调洪演算- 3 -2.1洪水调节计算- 3 -2.1.1 洪水调节计算方法- 3 -2.1.2 洪水调节具体计算- 3 -2.1.3 计算结果统计：- 7 -第三章 大坝设计- 8 -3.1 坝顶高确定- 8 -3.1.1 计算方法- 8 -3.1.2 计算过程- 9 -3.2 坝顶宽度- 10 -3.3非溢流坝剖面设计- 10 -3.3.1 折坡点高程拟定- 10 -3.3.2非溢流坝剖面拟定- 11 -3.4 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算- 17 -3.4.1 荷载计算成果- 17 -3.4.2正常蓄水位时坝体沿坝基面（1-1剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 34 -3.4.3正常蓄水位时坝体折坡面（2-2剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 35 -3.4.4正常蓄水位时坝体320 m（3-3剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 36 -3.4.5正常蓄水位时坝体基顶面（4-4剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 37 -3.4.6设计洪水位时坝体坝基面（1-1剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 39 -3.4.7设计洪水位时坝体折坡面（2-2剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 40 -3.4.8设计洪水位时坝体320 m（3-3剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 42 -3.4.9设计洪水位时坝体基顶面（4-4 剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 43 -3.4.10校核洪水位时坝体坝基面（1-1 剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 44 -3.4.11校核洪水位时坝体折坡面（2-2 剖面）的抗滑稳定性及强度验算- 46 -3.4.12校核洪水位时坝体320 m（3-3 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 47 -3.4.13 校核洪水位时坝体基顶面（4-4 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 48 -3.4.14 正常蓄水位地震作用时坝体坝基面（1-1 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 50 -3.4.15 正常蓄水位地震作用时坝体折坡面（2-2 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 51 -3.4.16 正常蓄水位地震作用时坝体320 m（3-3 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 52 -3.4.17 正常蓄水位地震作用时坝体基顶面（4-4 剖面）的抗滑稳定性强度验算- 54 -3.5 开挖线的确定- 55 -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- 70 -3.7.1 溢流坝剖面设计- 70 -3.7.2 消能防冲设计- 72 -3.7.3 稳定及应力的计算- 74 -第四章 第二建筑物（压力钢管）的设计计算- 86 -4.1 引水管道的布置- 86 -4.1.1压力钢管的型式- 86 -4.1.2轴线布置- 86 -4.1.3 进水口- 86 -4.2 闸门及启闭设备- 87 -4.3 细部结构- 87 -4.3.1通气孔- 87 -4.3.2充水阀- 87 -4.3.3伸缩节- 87 -4.4 压力钢管结构设计- 87 -4.4.1 确定钢管厚度- 87 -4.4.2 承受内水压力的结构分析- 88 -第五章 施工组织设计- 92 -5.1 导流标准- 92 -5.2导流方案的选择- 92 -5.3 导流工程特性表- 93 -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，本设计取6小时。即在一个计算时段内，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坚硬岩基，允许单宽流量q=240 m3/s，校核洪水时最大下泄流量限制为23950 m3/s,扣除发电流量2500 m3/s，故溢流前缘净宽小于109m，查规范我国目前的大中型混凝土坝一般取溢流坝的溢流孔单孔宽度b=8 16 m，有排泄漂浮物要求时，可加大到18 20 m，针对龙滩水库的要求，我们选用715 m的方案。进一步假定三种方案，堰宽和堰顶高程分别为715 m 354.6 m；715 m 354.5 m；715 m 354.4 m。根据公式（2-2）：设计情况下 Q泄= 2.01 B H3/2校核情况下 Q泄= 2.04 B H3/2正常蓄水位376.6 m，查水位库容曲线得到对应的库容是160亿m3。算得堰上水头H，加上发电流量，得到起调流量Q起。用图解法进行调洪演算，具体图示见附图设计演算1、2、3，校核演算1、2、3及设计演算图解法和校核演算图解法。表格列举如下：表2-1 B=715m 堰顶=354.6 m 设计情况调洪演算（Q起=24278(m3/s)）：库容V(亿m3)流量Q(m3/s)水位H(m)162.5527418.21376.29163.3226328.69376.48164.6824410.52376.82该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)23393.2507537624874.708437726389.6145537827937.2463537929516.9258938031128.0157138132769.91495382结论：取得最大下泄流量为24418 m3/s；对应水位376.8 m。表2-2 B=715m 堰顶=354.5 m 校核情况调洪演算（Q起=24427(m3/s)）：库容V(亿m3)流量Q(m3/s)水位H(m)162.5227534.91376.28163.3426395.59376.49164.5524520.48376.79该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)23539.8697237625024.7061337726542.916637828093.7829837929676.6315938031290.8288238132935.77727382结论：取得最大下泄流量为24683 m3/s；对应水位376.77 m。表2-3 B=715m 堰顶=354.4 m 设计情况调洪演算（Q起=24576(m3/s)）：流量Q(m3/s)水位H(m)27614.36376.1526685.04376.3424586.62376.75该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)23686.8300637625175.0375637726696.5451737828250.6393937929836.6507638031453.9494238133101.94143382结论：取得最大下泄流量为24762 m3/s；对应水位376.73 m。表2-4 B=715m 堰顶=354.6 m 校核情况调洪演算（Q起=24603(m3/s)）：库容V(亿m3)流量Q(m3/s)水位H(m)170.6728868.48378.12179.5726722.23380.37182.0325193.68380.9该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)23705.0903237625208.6592737726746.1759637828316.9067437929920.1635938031555.2995238133221.70473382结论：取得最大下泄流量为28104 m3/s；对应水位378.9 m。表2-5 B=715m 堰顶=354.5 m 设计情况调洪演算（Q起=24754(m3/s)）：库容V(亿m3)流量Q(m3/s)水位H(m)170.5228885.57378.25178.7327051.76380.38181.2525460.57380.77该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)23853.8976337625360.8957737726901.766137828475.7797437930082.2529638031720.5426838133390.0426382结论：取得最大下泄流量为28382 m3/s；对应水位378.93 m。出于安全性的考虑，我采用了两次蓄水的过程。表2-6 B=715m 堰顶=354.4 m 校核情况调洪演算（Q起=24905(m3/s)）库容V(亿m3)流量Q(m3/s)水位H(m)170.428885.64378.22177.1927457.48379.83179.4825987.35380.36该情况下下泄洪水过程线：流量Q(m3/s)水位H(m)24003.0514137625513.4709637727057.68763378续表2-628634.977337930244.6604738031886.0979238133558.68682382结论：取得最大下泄流量为28382 m3/s；对应水位378.83 m。2.1.3 计算结果统计： 表2-7 调洪演算结果统计表 方案堰顶（m）B（m）工况Q泄（m3/s）H（m）1354.6715设计24418376.8校核28104378.92354.5715设计24683376.77校核28382378.933354.4715设计24762376.75校核28382378.85第三章 大坝设计3.1 坝顶高确定3.1.1 计算方法根据混凝土重力坝设计规范DL5108-1999，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)h1%累计频率为1的波高；hz波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差；hc安全超高。库区历年最大风速为14 m/s，实测最大风速为24 m/s，吹程为2 Km。设计情况下，计算风速24 m/s,故应采用鹤地水库公式： (3-2) (3-3)hZ (3-4)式中： Lm平均波长（m）;h2%累计频率为2% 的浪高（m）；计算风速（m/s），取24 m/s；D风区长度（m），D2000 m； g重力加速度，9.81 m/s2；水深；校核情况下，计算风速去多年平均最大风速，即16 m/s 290 m = 折坡 满足要求，则折坡点高程折坡定为290 m。3.3.2非溢流坝剖面拟定3.3.2.1 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、浪压力、淤沙压力。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9.81 kN/m3，设计水位 m，折坡点高程 m，坝基高程 m。 正常水深 m 坝高H=189.5 m 设计水深H设计=186.73 m 下游水深Hd=35.5 m泥沙淤积高度Hs=97.6 m 水容重w=9.81 kN/m2 混凝土容重c=24 kN/m2 泥沙浮容重s=12 kN/m2泥沙内摩擦角s=240凝聚力C=1.1 MPa 坝基抗剪断摩擦系数f=1.2一、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、 自重作用合计：()2、静水作用竖向：水平向：合计：()()3、扬压力图图3-1 扬压力分布图合计：4、浪压力：图3-2 波浪压力计算简图取设计水深H设计由公式(3-11)(使波浪破碎的临界水深)得到。 结合前面算得的，显然H设计 和 H设计，故浪压力分布图如上图所示。（由于下游的浪压力较小，可不考虑，这里不加以计算）5、淤沙压力：竖向：水平：6、地震惯性力和地震动水压力地震惯性力：地震动水压力：二、抗压强度承载能力极限状态 （3-8） （3-9） （3-10）三、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 ： 三、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；坝基面形心轴到下游面的距离，m。3.4.2.2计算结果满足稳定条件和应力条件，剖面面积最小，经过优化程序可得出结果：n=0.2, m=0.7。3.4 非溢流坝段坝体强度和稳定承载能力极限状态验算3.4.1 荷载计算成果（1）1-1断面荷载计算公式不变（2）2-2剖面（290 m）（折坡点高程高于淤沙高程，所以不考虑淤沙压力）1、自重：2、静水作用（折坡点高程高于下游尾水位，故不考虑竖向水压力和下游水平水压力）3、 浪压力图3-3 2-2面扬压力分布图4、扬压力（3）3-3剖面（ 320 m ）（同2-2剖面）1、 自重 2、静水作用3、浪压力图3-4 3-3面扬压力分布图4、扬压力（4）4-4 剖面（ 基顶面 351.3 m ）（同3-3 剖面），显然=16 m。1、自重=0=02、 静水作用3、浪压力4、扬压力图3-5 4-4 面扬压力分布图各个高程的荷载计算成果如下:表3-1 坝基面(1-1剖面）正常蓄水位荷载表荷载作用标准值（103kN)设计值（103kN)对截面力矩标准值（103KNm）力矩设计值（103KNm）及垂直力水平力垂直力水平力形心分项系数的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）242462.021488.481488.48G2（1.0）72.76872.76847.3553445.928643445.9286G3（1.0）225.57225.571.12252.6384252.6384垂直水压力P上（1.0）26.8009226.8009266.5751071784.274121784.2741P下（1.0）4.327068384.32706838-67.071667290.22368290.22368水平水压力P1（1.0）170.78994170.78994-62.210623.134410623.13438P2（1.0）6.181526256.181526311.833333373.1480606373.14806063淤沙压力Psk(1.2)11.43 13.71668.85786.9555944.3466Psk(1.2)24.128.92-32.53783.973940.7676浪压力Pwk（1.2）0.110.132-183.4420.178424.21408扬压力U1（1.1）30.753178233.82849-64.4661111982.537452180.7912U2（1.2）4.3218935.18627 -68.302642295.19675354.23610U3（1.2）1.7521022.1025217.999531.536968937.844362U4（1.2）2.089532.5074371.799444150.027093180.03251总计325.98（）188.82（）323.56（）193.66（）5982.255(-)6206.674(-)表3-2 坝基面(1-1剖面）设计洪水位荷载表荷载作用标准值（103kN)设计值（103kN)对截面力矩标准值（103KNm）力矩设计值（103KNm）及垂直力水平力垂直力水平力形心分项系数的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）24 2462.021488.481488.48G2（1.0）72.76872.76847.3553445.928643445.92864G3（1.0）225.57225.571.12252.6384252.6384垂直水压力P上（1.0）26.8264226.82642666.57394731785.9410711785.94107P下（1.0）15.4866815.486683-59.684333924.312388924.312388水平水压力P1（1.0）171.02171.02-62.24333310645.352510645.3525P2（1.0）22.1238322.1238322.3866667495.278892495.278892淤沙压力Psk(1.2)11.4313.71668.85786.9555944.3466Psk(1.2)24.128.92-32.53783.973940.7676浪压力Pwk（1.2）0.110.132-183.4420.178424.21408扬压力U1（1.1）30.77459733.85205-64.4661111983.918642182.31050U2（1.2）5.56627246.679527-67.496594375.704431450.845317U3（1.2）3.31468183.97761817.999559.6626150671.5951380U4（1.2）3.95303764.74364571.7994444283.8259035340.591084总计332.47（）173.11（）329.11（）177.96（）6134.728(-)6343.003(-)表3-3 坝基面(1-1剖面）校核洪水位荷载表荷载作用标准值（105kN)设计值（105kN)对截面力矩标准值（103KNm）力矩设计值（103KNm）及垂直力水平力垂直力水平力形心分项系数的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）242462.021488.481488.48G2（1.0）72.76872.76847.3553445.928643445.92864G3（1.0）225.57225.571.12252.6384252.6384垂直水压力P上（1.0）27.2384427.2384466.5555091812.8686381812.86863P下（1.0）16.9686616.96866-58.9516671000.331141000.33114水平水压力P1（1.0）174.8964174.8964-62.94333311008.565611008.5656P2（1.0）24.2409524.2409523.4333333568.0462956568.046295淤沙压力Psk(1.2)11.4313.71668.85786.9555944.3466Psk(1.2)24.128.92-32.53783.973940.7676浪压力Pwk（1.2）0.0210.0252-186.683.920284.704336扬压力U1（1.1）31.1206934.23276-64.4661112006.230162206.85317U2（1.2）5.7224476.866937-67.260479384.894572461.873486U3（1.2）3.4696564.16358717.999562.4520821774.9424986U4（1.2）4.1378584.96542971.7994444297.0959056356.515086总计333.524（）174.865（）330.032（）179.707（）6473.449(-)6679.329(-)表3-4 坝基面(1-1剖面） 正常蓄水位地震作用下荷载表荷载作用标准值（103kN)设计值（103kN)对截面力矩标准值（103KNm）力矩设计值（103KNm）及垂直力水平力垂直力水平力形心分项系数的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）242462.021488.481488.48G2（1.0）72.76872.76847.3553445.928643445.92864G3（1.0）225.57225.571.12252.6384252.6384垂直水压力P上（1.0）26.8009226.8009266.57510741784.274121784.27412P下（1.0）4.3270684.327068-67.071667290.22368290.223687水平水压力P1（1.0）170.789170.789-62.210623.13410623.1343P2（1.0）6.1815266.1815211.833333373.148060673.1480606淤沙压力Psk(1.2)11.4313.71668.85786.9555944.3466Psk(1.2)24.128.92-32.53783.973940.7676浪压力Pwk（1.2）0.110.132-183.4420.178424.21408扬压力U1（1.1）30.7531733.8284-64.4661111982.53742180.7912U2（1.2）4.3218935.18627-68.302642295.19675354.236103U3（1.2）1.7521022.1025217.999531.536968937.8443627U4（1.2）2.089532.5074371.7994444150.027093180.032511地震惯性力F1（1.0）1.1161.116-176.685197.18046197.18046F2（1.0）2.942.94-125.73369.6462369.6462F3（1.0）7.2317.231-42.9310.2099310.2099续表3-4地震动水压力F0（1.0）5.5515.551-85.836476.47563476.475636总计325.979（）200.105（）323.557（）210.498（）7418.632(-)7643.052(-)表3-5 折坡面(2-2剖面）正常蓄水位荷载表荷载作用标准值（103kN)设计值（103kN)对截面力矩标准值（103KNm）力矩设计值（103KNm）及垂直力水平力垂直力水平力形心分项系数的力臂（m）+-+-坝体自重G1（1.0）34.36834.36822.355768.29664768.29664G2（1.0）34.26734.267-0.548318.788596118.7885961水平水压力P1（1.0）36.78534236.785342-28.8666671061.87021061.8702扬压力U1（1.1）4.07782084.4856029-27.243889111.095697122.2052665U2（1.2）4.477956975.3735484-4.78521.427024125.7124289浪压力Pwk（1.2）0.110.132-83.319.164110.99692总计60.079（）36.895（）58.7