混凝土坝设计与施工

1混凝土坝设计与施工专业：水利水电建筑工程班级：姓名：指导老师2前言本次坝工混泥土的设计与施工的实训是参考课程《水工建筑物》、《水力学》和《混泥土坝设计与施工》来完成的，当然少不了陈老师的精心指导和耐心讲解和大家的全力配合，这次混泥土的设计与施工的实训，获益匪浅，大家都很认真，对大坝的尺寸的确定、荷载的计算、大坝的稳定分析等做了详细的计算和说明。谢谢大家的积极参与和思考。谢谢老师的精心指导。编者20xx年11月3目录：一基本资料二挡水坝段剖面设计三荷载计算四稳定分析五细部构造六溢流坝坝体设计4第一章基本资料一、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，其他建筑物按II级建筑物考虑。二、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50~60%，枯水年占30~40%，而且年际变化也很大。5（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24400—27400m3/s,实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m3/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。淤砂浮容量为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。三、气象库区年平均气温为10℃左右，一月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（90—180天）冰冻期较长（120—200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70—100天，冰厚0.4—0.6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21.5米/秒，水库吹程D=3公里。6四、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，只西城至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现不对称，区域内无严重的坍岸及渗透问题。第四大岩层（Arl4）为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒千状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本岩层体厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。岩石物理力学性质：岩石容重2.68—2.70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以上，混凝土与岩石的摩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。弱震任不断发生，其中1936年和1976年两年内发生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度五、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225.7P=0.01%正常蓄水位米224.7P=0.1%7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设计洪水位尾水位米152.0正常蓄水位尾水位米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15×15弧形钢闸门启闭机（2×70台19固定式卷扬机8吨）设计洪水位下泄能力米3/秒32300校核洪水位下泄量42900限泄275003泄水孔进口底高程米160.0底孔数目孔4工作闸门尺寸（宽×高）米×米5×7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4430二、坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：R0∅S（rGGk，rQQk,ak）≤1/rd1R(fk/rm,ak)1作用效应函数S(·)=∑PR2抗滑稳定抗力函数R(·)=f/R∑WR+C/RAR式中∑PR-坝基面上全部切向作用之和f/R-坝基面抗剪断摩擦系数9C/R-坝基面抗剪断黏聚力,KPa∑WR-坝基面上全部法向作用之和,KN.结构系数γd=1.2材料性能分项系数摩擦系数f/R的γm=1.3凝聚力C/R的γm=3水工建筑物结构安全级别和重要性系数γo水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别结构重要性系数1Ⅰ1.12、3Ⅱ1.04、5Ⅲ0.9设计状的取值见表。设计状况系数Ψ设计状况设计状况系数持久状况１．０短暂状况０．９５偶然状况０．８５计算作用效应函数S（·）时，作用v值，是考虑作用（荷载）对标准值的不利变异。设计值等于标准值乘以分项系数YG.即设计值Qd=QK*γG.各作用的分项系数见表3-13.永久作用和可变作用分项系数序号作用类别分项系数10１自重１．０２水压力１）静水压力２）动水压力，时均压力３）离心力、冲击力、脉冲压力１．０１．０５１．１,１．１,１．３３扬压力１）渗透压力２）浮托力３）扬压力（有抽排）４）残余扬压力（有抽排）１．２（实体重力坝）１．１（宽缝、空腹重力坝）１．０１．１（主抽水孔之前）１．２（主抽水孔之后）４淤沙压力１．２５浪压力１．２三、设计内容与步骤I一分析资料要求对任务书中的基本资料做简单说明。11非溢流重力坝段设计拟定非溢流重力坝剖面尺寸。计算决定坝顶高程，根据运用、交通、构造等要求拟定坝顶宽度，采用工程类比或由基本剖面拟定上下游坡度。安全控制验算与改善措施。抗滑稳定验算与判别应力验算与强度判别若判别不符合规范要求，则提出改善措施，这是培养思维能力的重要措施，根据实际情况考虑建基面坝内应力（采用3点）计算。溢流坝段剖面设计根据满足安全、运用、经济、施工、美观要求的非溢流坝剖面修改为溢流坝剖面。限于时间按°1。所拟剖面修改。选择堰型。根据堰犁诜择定型设计水头设计计算堰顶曲线求出与非溢流坝下游装的切点（三种情况应处理解决）画出溢流坝上部剖面。拟定溢流坝上部结构，包括选择闸门和启闭机，闸门和启闭机布置，闸墩型式选择与尺寸拟定，交道桥及工作桥等，并画在溢流坝剖面图上。选择消能工型式，采用水力学法决定消能结构的各部分尺寸估算消能效果及应采用的消能防冲措施。并将消能防冲措施画在溢流坝剖面图上。重力坝细部构造设计12坝顶布置与构造。坝身廊道与排水（仅在剖面上表示）。横缝构造（在溢流坝剖面、平面上表示）。混凝土标号分区（用溢流坝）。第二章挡水坝段剖面设计一、确定枢纽等级及水利工程建筑物的等级由该枢纽工程概况知该水库总库容为5.25亿m³，并根据水库的工程规模在国民经济中的作用枢，属于大（1）型，主坝为Ⅰ级建筑物，其他建筑物为Ⅱ级建筑物。二、坝体设计㈠、剖面拟定1、剖面设计原则⑴设计断面要满足稳定和强度要求；⑵力求剖面较小；⑶外形轮廓简单；13⑷工程量小，运用方便，便于施工。（二）、拟定基本剖面重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图，在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=0～0.2，常做成铅直或上铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.6～0.8；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。（三）、确定基本尺寸1、确定坝顶高程图1坝基剖面图⑴超高值Δ的计算14①基本公式坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差错误!未找到引用源。，可由式（3-1）计算。错误!未找到引用源。（3-1）错误!未找到引用源。—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；错误!未找到引用源。—累计频率的波浪高度，m；错误!未找到引用源。—波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；错误!未找到引用源。—安全加高，按表3－1采用,对于Ⅰ级工程，设计情况错误!未找到引用源。＝0.7m，校核情况错误!未找到引用源。＝0.5m。表1坝的安全加高错误!未找到引用源。运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.315计算砼坝溢流坝段挡水坝段重力坝拱坝（一）确定工程等级及水工建筑物级别枢纽为一等工程，主坝为1级建筑物（二）挡水坝段剖面尺寸确定坝基高程：127m1、确定坝顶高程h=%1h+zh+ch设计：h=0.5+0.7+0.7=1.9校核：h=0.5+0.7+0.5=1.7坝顶高程设计：225.7+1.9=227.6m校核：227.2+1.7=228.9m所以取最大值228.8m坝高=228.9-127=101.9m2、坝顶宽度：取坝高的8%~10%即101.9×（8%~10%)=8.152~10.19取坝顶宽度为10m3、m、n的确定上游坝坡n=0~0.2取0下游坝坡m=0.6~0.8取0.84、坝底宽度的计算224.7-127=97.7m168.017.9778.16所以坝底宽度为78.16m三荷载计算（分析）地震冰压力淤沙压力浪压力种情况扬压力动水压力种情况静水压力容重自重KNKNn1000p33m/2431、自重：w=ϒcAϒc=24KN/m³如图：2.858.0116.68，A=101.9×10+68.16×85.2×21=2903.62W=24×3922.62=94142.88KN/m2、静水压力上游KNKNKN2.49196127-2.2278.921p28.47734127-7.2258.921p92.46771127-7.2248.921p222校核设计正常下游垂直：1784.238.011278.156208.0112715212.98.011274.138AwAwAw校核设计正常9.12×11.421=51.98m²202125=250m²23.8429.821=355.22KNPKNPKNP16.34818.922.35524508.92504.5098.998.51校核设计正常KNPKNPKNP40.43518.298.92150.306258.92180.6364.118.921222校核设计正常3、扬压力BBHHU底2121KNUKNUKNU92.4978716.781278.1561272.2278.92112.4737516.781271521277.2258.92155.4178316.781274.1381277.2248.921