浆砌石重力坝设计大纲范本.docx
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浆砌石重力坝设计大纲范本
FCD31160FCD
水利水电工程初步设计阶段
浆砌石重力坝设计大纲范本
(中小型)
水利水电勘测设计标准化信息网
1999年10月
工程初步设计阶段
浆砌石重力坝设计大纲
主编单位:
主编单位总工程师:
参编单位:
主要编写人员:
软件开发单位:
软件编写人员:
勘测设计研究院
年月
目录
1引言…………………………………………………………………………………………(4)
2设计依据文件和规范………………………………………………………………………(4)
3设计基本资料………………………………………………………………………………(4)
4大坝布置……………………………………………………………………………………(9)
5泄流消能方案的比较和确定………………………………………………………………(9)
6坝体设计…………………………………………………………………………………(10)
7坝体稳定及应力分析……………………………………………………………………(13)
8基础处理…………………………………………………………………………………(14)
9模型试验…………………………………………………………………………………(15)
10观测设计…………………………………………………………………………………(15)
11工程量计算………………………………………………………………………………(16)
12专题研究和创优计划……………………………………………………………………(16)
13设计成果…………………………………………………………………………………(16)
1引言
1.1工程概况
_____工程位于_____省_____市(县)境内,_____水系_____级支流_____河的_____游,上(下)距_____市(县)_____km。
是一座以_____为主,结合_____等综合利用的水利水电枢纽工程。
提示:
论述选点理由。
本工程可行性研究报告于_____年_____月由_____审查通过,选定坝址为_____。
1.2可行性研究审查意见
提示:
简述可行性研究审查意见。
1.3业主对初步设计的要求
提示:
简述设计合同中乙方应承担的主要责任和义务,甲方提出的合理化建议和要求,以及提交设计文件的具体时间。
2设计依据文件和规范
2.1设计依据的文件
(1)_____工程可行性研究报告
(2)_____工程可行性研究报告审批文件
(3)_____工程可行性研究地质报告和建材试验报告
(4)_____工程可行性研究专题报告
(5)_____工程设计合同及设计任务书
(6)_____工程初步设计地质报告和建材报告
2.2主要设计规范
(1)SDJ12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定(山区、丘陵区部分)(试行)
(2)SDJ217-87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)
(3)GB50201-94防洪标准
(4)SDJ21-78混凝土重力坝设计规范及其补充规定(试行)
(5)SL25-91浆砌石坝设计规范
(6)DL5073-1997水工建筑物抗震设计规范
(7)SL/T191-96水工混凝土结构设计规范
(8)SDJ341-89溢洪道设计规范
(9)SDJ336-89混凝土大坝安全监测技术规范
2.3参考资料
砌石坝施工规范(讨论稿).
3设计基本资料
3.1工程等级及建筑物级别
3.1.1工程等级
_____工程水库总库容_____×106m3,防洪效益_____,灌溉面积_____hm2,水电站装机容量_____MW。
按SDJ12-78或SDJ217-87的规定,本工程为_____等。
提示:
如将工程等别降低或提高,简要论述降低或提高的理由。
3.1.2建筑物级别
由工程等别查SDJ12-78或SDJ217-87可确定建筑物的级别如下:
永久工程主要建筑物为_____级。
永久工程次要建筑物为_____级。
临时建筑物为_____级。
砌石重力坝为_____级。
3.2水文气象
3.2.1坝址气温与水温
(1)月平均气温与水温见表1;
表1坝址气温与水温单位:
℃
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
多年平均
月平均气温
月平均水温
(2)多年平均最低月平均气温_____℃;
(3)多年平均最高月平均气温_____℃;
(4)多年平均年平均气温_____℃;
(5)绝对最高气温_____℃;
(6)绝对最低气温_____℃。
3.2.2风向、风速与吹程
(1)风向:
_____;
(2)风速:
多年平均最大风速_____m/s,实测最大风速_____m/s,多年平均风速_____m/s;
(3)吹程:
_____km。
3.2.3冰情
冬季冰冻期_____月~_____月,多年平均最大冰层厚_____m,春季流冰持续时间_____d,冰块最大面积_____m2,流速_____m/s,流冰抗碎强度_____MPa,溶冰期_____月~_____月。
3.2.4坝址水位-流量关系
坝址水位-流量关系见表2。
表2坝址水位-流量关系表
水位H,m
流量Q,m3/s
提示:
(1)坝址水位-流量关系尚宜绘成曲线。
(2)如消能工拟采用面流或戽流形式,另列出坝轴线下游一定距离的水位-流量关系表或曲线。
3.3洪水标准
提示:
列出各设计情况的洪水频率及洪水流量。
3.3.1大坝洪水标准与相应水位
大坝洪水标准与相应水位见表3。
表3大坝洪水标准与相应水位表
洪水标准
洪峰流量,m3/s
下泄流量,m3/s
上游水位,m
下游水位,m
备注
移民标准(P=_____%)
防洪限制(P=_____%)
设计洪水(P=_____%)
校核洪水(P=_____%)
3.3.2导流洪水标准与相应水位
导流洪水标准与相应水位见表4。
表4导流洪水标准与相应水位表
导流标准
洪峰流量,m3/s
导流流量,m3/s
上游水位,m
下游水位,m
备注
枯水时段(P=_____%)
汛期(P=_____%)
全年围堰
过水围堰
3.3.3发电流量与电站尾水位
发电流量与电站尾水位见表5。
表5发电流量与电站尾水位
运行方式
引用流量,m3/s
导流流量,m3/s
尾水位,m
坝后水位,m
备注
单机保证出力
单机满发
全部机组满发
提示:
如为引水式电站,则应将电站尾水位推算至坝址处;如无电站,则以其他建筑物尾水位确定大坝设计的下游正常水位及下游最低水位。
3.4水库特征水位
提示:
根据前设计阶段成果,初步确定水库特征水位。
(1)设计洪水位_____m;
(2)校核洪水位_____m;
(3)正常蓄水位_____m;
(4)防洪限制水位_____m;
(5)死水位_____m。
3.5泥沙与淤积
(1)坝址多年平均含沙率_____kg/m3;
(2)坝址多年平均悬移质输沙量_____万t;
(3)坝址多年平均推移质输沙量_____万t;
(4)水库淤积标准_____a;
(5)大坝淤积高程_____m;
(6)淤沙内摩擦角Φ=_____;
(7)淤沙浮容量γn=_____kN/m3。
3.6地形
提示:
说明坝址所处河床位置和地形特征,包括河床深槽和陡坎等位置及深度。
坝址地形图(1/1000~1/500)。
3.7地质
3.7.1工程地质
提示:
简述坝基岩层产状与坝轴线的相关关系,坝基岩体的主要构造形态及其发育特征。
重点说明坝基岩体不同风化带特征及各风化带下限埋深。
(1)工程地质图
①坝区工程地质平面图;
②坝址工程地质纵、横剖面图;
③坝区钻孔柱状图。
(2)各类岩石和不利结构面的物理力学性质
基岩物理力学指标见表6。
表6基岩物理力学指标表
基岩类型
新鲜岩石
微风化岩石
弱风化岩石
软弱夹层
断层
备注
容重,kN/m3
干抗压强度,MPa
饱和抗压强度,MPa
地基的承载强度,MPa
摩擦系数
f/f′
混凝土/岩
岩/岩
混凝土/砌体
砌体/砌体
凝聚力C′,MPa
混凝土/岩
岩/岩
混凝土/砌体
砌体/砌体
弹性模量E,MPa
变性模量E0,MPa
泊松比μ
(3)建议岩、土开挖边坡
建议岩、土开挖边坡见表7。
表7建议岩、土开挖边坡
风化程度
临时坡
永久
水上
水下
水上
水下
微风化
弱风化
强风化
全风化
土层
砂卵石
(4)河床岩体抗冲刷流速
河床岩体抗冲刷流速_____m/s。
3.7.2水文地质
提示:
简述坝基岩体的渗透特性,相对不透水层的分布位置、厚度和构造破坏部位的透水或阻水性,承压含水层的含水特性、埋藏条件和承压水头等。
(1)坝址渗透剖面图
(2)地下水水质
水的酸碱度_____;
pH值_____;
对水泥的侵蚀性_____。
(3)承压水特性
承压水特性见表8。
表8承压水特性表
层号
高程,m
分布范围
承压水头,MPa
补给来源
3.8地震烈度
(1)本坝区基本烈度_____度;
(2)按DL5073-1997的规定,大坝设防烈度为_____度。
3.9建筑材料力学指标
3.9.1块石料主要力学指标
块石料主要力学指标见表9。
表9块石料主要力学指标表
料场
岩石种类
风化程度
容重kN/m3
弹模
MPa
泊松比μ
抗压强度MPa
抗拉强度MPa
可供开采量m3
运距
km
新鲜
微风化
弱风化
新鲜
微风化
弱风化
推荐使用的料场为_____。
3.9.2坝址材料设计指标
坝址材料设计指标见表10。
表10坝体材料设计指标
材料
标号
容重kN/m3
抗压设计强度MPa
抗拉设计强度MPa
弹模MPa
泊松比
μ
线胀系数
C,℃-1
抗渗标号
抗冻标号
混凝土
C15
C20C25
毛石砌体
_____砂浆/混凝土
_____毛石
块石砌体
_____砂浆/混凝土
_____块石
粗石料砌体
_____砂浆/混凝土
_____粗石料
4大坝布置
4.1坝轴线的布置和选择
根据可行性研究阶段选定的坝址地形、地质、水文等自然条件,结合枢纽建筑物的综合利用要求和施工条件,统筹考虑布置数条坝轴线。
提示:
坝轴线一般布置成直线,当地形、地质条件不具备时,也可布置成折线。
对拟定的数条坝轴线进行经济技术方案比较,择优选定。
4.2坝型选定
提示:
一般应对实体重力坝和空腹重力坝进行比较。
4.3总体布置
提示:
(1)简述总体布置的原则。
(2)叙述各建筑物的布置。
一般情况下,溢流坝布置在河床中央或河床深槽处,非溢流坝布置在溢流坝两侧。
发电站厂房布置在_____。
(3)厂房布置在大坝空腹中时,应明确厂房布置的主要高程和控制尺寸。
5泄流消能方案的比较和确定
5.1泄流方案比较
提示:
拟定泄流方案时还需考虑以下方面:
(1)水库放空和排沙要求;
以汛期限制水位和安全下泄流量为条件拟定泄流方案,确定堰顶高程、堰面曲线和溢流前沿宽度(孔数和闸孔宽度)等。
(2)厂房段除外,能堤供泄流的河床宽度;
(3)下游河床地质条件对消能防冲的特殊要求;
(4)洪水特性和上游水位允许雍高幅度的大小;
(5)闸门型式和闸门调度要求;
(6)下游用水要求。
拟定满足条件的多个泄流方案,综合考虑择优选择二~三个方案参与总体布置方案比较。
5.2消能方案比较
结合下游水位和地质情况,分别对各泄流方案进行消能工设计,并相互进行比较。
提示:
有必要时消能方案还应考虑消能水雾对升压站和下游涌浪对电站、通航建筑物运行的影响。
5.3方案确定
对同时满足泄流和消能要求条件的方案进行比较,以运行安全、工程造价最低为原则,确定泄流、消能方案。
5.4水力计算
水力计算按SDJ341-89中附录一所列计算公式进行。
6坝体设计
6.1坝顶布置
6.1.1坝顶高程确定
非溢流坝坝顶不得低于水库最高静水位,防浪墙顶不得低于正常运用或非正常运用的水库静水位加相应的超高△h。
△h按SL25-91中第8.1.1条计算。
6.1.2防浪墙布置
防浪墙高度为_____m,采用_____结构,应与坝体连成整体,两端与坝肩基岩相接。
6.1.3非溢流坝坝顶布置
非溢流坝顶结构应满足设备布置、检修、交通和观测等方面的要求,兼顾安全、适用、经济、美观等。
选择坝顶宽度为_____m。
6.1.4溢流坝坝顶布置
溢流坝顶设置交通桥及工作桥,交通桥宽_____m,采用_____闸门;工作桥宽_____m,启闭机型式为_____,荷载_____。
提示:
简述坝顶结构布置原则和要求:
(1)非溢流坝顶宽度一般不小于3m;
(2)防浪墙高一般为1.2m,可采用浆砌石或钢筋混凝土结构;
(3)如闸门采用油压启闭,则需布置油管道和油压机房;
(4)弧形闸门可考虑在其下游支铰处设检修便桥。
6.2实体重力坝断面设计
6.2.1坝基岩层
非溢流坝坝基拟座落在_____岩层上_____m~_____m高程,溢流坝坝基拟座落在_____岩层上_____m~_____m高程。
6.2.2非溢流坝
(1)非溢流坝断面基本体形为三角形,其顶点在最高水位附近。
(2)根据地质参数及可行性研究阶段设计成果,初拟上游坝坡_____,下游坝坡_____。
按此初始断面进行优化,在满足稳定、应力等条件下,选择最佳断面。
6.2.3溢流坝
(1)坝顶及下游坝坡外型,应符合本大纲5.1及5.2节选定的堰型、消能工的形式及尺寸。
(2)溢流堰面宜采用混凝土,混凝土厚_____m,表面布置抗裂防冲钢筋网,纵向筋φ_____@_____,横向筋φ_____@_____。
(3)溢流坝上游面体形应与非溢流坝上游面一致。
提示:
(1)坝体设有引水管孔时,应确定上游折坡点高程。
(2)重力坝坝坡,上游一般为1∶0~1∶0.2,下游一般为1∶0.6~1∶0.8。
6.3空腹重力坝拟定或选择断面的要求
6.3.1坝体外廓断面
外廓尺寸采用满足稳定和应力要求的较经济的实体重力断面(其上游坝坡以1∶0为好)。
6.3.2空腹布置与尺寸
空腹宜置于坝底中部略偏下游,空腹底宽宜为坝底宽度的1/3左右,高度宜为坝高的1/4~1/3。
6.3.3空腹剖面形状
空腹剖面形状宜采用组合圆形状。
上游侧为小半径,下游侧为大半径,大小半径之比宜大于2。
空腹下游面的倒悬度不宜大于0.3∶1,空腹上游面宜倾向上游一定角度,使空腹断面轴线趋向于坝体合力作用线。
6.3.4空腹优化设计
采用优化设计方法,以满足稳定和应力要求为条件,空腹面积最大为目标,确定最佳空腹形状和空腹位置。
6.4溢流面曲线和闸墩设计
6.4.1溢流面曲线
由泄流和消能水力计算结果,确定泄流孔口型式、溢流堰面上游曲线、下游曲线和反弧段曲线。
6.4.2闸墩
(1)根据闸门及启闭机布置、水流条件以及结构要求,确定采用混凝土浆砌石闸墩:
中闸墩厚_____m,长_____m;
边闸墩厚_____m(可考虑与非溢流坝体连成一体);
闸墩采用_____型式的尾部形式。
(2)按设计规范(8)进行配筋计算,估算钢筋数量。
(3)应注意闸墩与浆砌石坝体之间的连接,并进行核算。
提示:
(1)由采用的工作闸门、检修闸门的型式和位置,决定闸墩的结构布置。
(2)闸墩布置应与消能型式、水流条件协调。
(3)应注意边闸墩的受力状态与中闸墩略为不同。
(4)当闸墩受力较大或体形复杂时,可通过三维有限元分析来确定其结构布置。
当弧
门推力大于1000t时,可考虑采用预应力闸墩。
6.5坝体防渗设计
提示:
浆砌石坝应有防渗设施,一般采用如下几种形式:
(1)设置在坝体上游面的混凝土防渗面板;
(2)设置在靠近迎水面砌石体内的混凝土防渗心墙;
(3)利用坝体自身防渗;
(4)其他形式(如喷涂化学防渗层等)。
6.5.1浆砌石坝防渗设施
6.5.2防渗面板或心墙厚度
防渗面板或心墙顶部厚度采用_____m,底部厚度采用_____m。
6.5.3混凝土面板分缝与止水
混凝土面板每隔_____m设伸缩缝,缝间埋设止水。
6.5.4面板混凝土标号
面板混凝土为C20,抗渗标号_____,抗冻标号_____。
6.5.5混凝土面板布筋
混凝土面板表层布置温度钢筋网,纵向筋φ_____、@_____,横向筋φ_____、@_____。
提示:
(1)混凝土防渗面板或心墙底部厚度一般为最大水头的1/30~1/60;
(2)面板伸缩缝间距一般为10m~20m;
(3)面板表层温度钢筋网应根据施工与自然条件,参照类似工程或通过温度计算确定。
6.6廊道和孔洞
6.6.1廊道和孔洞布置
廊道和孔洞应统一布置,并尽可能设在坝体应力较小的部位。
坝内廊道、孔洞有立体交叉时,其净距不宜小于3m。
6.6.2坝基灌浆廊道布置和尺寸坝基灌浆廊道底面至基岩面的距离不得小于1.5倍廊道宽度,其断面形状采用园顶直墙形,宽度宜为2.5m~3m,高度宜为3m~4m。
6.6.3坝基排水廊道布置和尺寸
按裂隙分布发育情况,坝基排水廊道宜在基岩面或靠近基岩面纵、横方向布置。
廊道宽度宜为1.2m~2.5m,高度宜为2.2m~3m。
6.6.4纵向廊道距上游坝面距离
纵向廊道的上游壁至上游坝面的距离宜为0.05~0.1倍坝面作用水头,且不得小于3m。
6.7坝体分缝和排水
6.7坝体分缝和排水
6.7.1坝体分缝
根据地形、地质、温度等因素,可设置沉降缝或温度缝。
一般在地形突变处设置沉降缝。
6.7.2坝体内排水管
坝体内宜设置一排竖直排水管。
排水管至坝上游面的距离不得小于3m。
管距宜为3m~5m。
6.8坝体标号分区
提示:
(1)坝基一般应设1m~2m厚的混凝土垫层。
(2)坝体标号分区应按坝体应力分布和施工方便确定。
7坝体稳定及应力分析
7.1荷载及组合
7.1.1荷载计算荷载计算按SL25-91附录二及DL5073-1997第三章进行。
7.1.2计算工况
(1)基本组合
工况一:
水库正常蓄水位_____m+正常坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力或冰压力(二者取其中大者)
工况二:
水库设计洪水位_____m+设计坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力
(2)特殊工况
工况三:
水库校核洪水位_____m+校核坝后水位_____m+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力
工况四:
工况一或工况二(取二者不利情况)+地震荷载
工况五:
工况一或工况二+其它特殊荷载
提示:
(1)若不考虑地震设防,则工况四没有。
(2)若没有其它特殊荷载,则工况五没有。
7.2稳定分析
7.2.1抗滑稳定计算情况
坝体抗滑稳定计算必须考虑下列几种情况:
(1)沿垫层混凝土与基岩接触面滑动;
(2)沿浆砌石体与垫层混凝土接触面滑动;
(3)浆砌石体之间滑动;
(4)沿坝基中软弱面的深层滑动。
7.2.2计算公式
计算采用抗剪断公式或抗剪公式,计算公式见SL25-91。
7.2.3侧向稳定
当库坡较陡时(大于1∶1.0)或平台段较窄时(小于坝段长度的1/3时),应根据地质条件核算坝体侧向抗滑稳定。
7.3应力计算
7.3.1坝体应力计算内容
(1)各计算截面上的应力分布(或上、下游面应力)。
(2)坝体廊道和孔洞等部位的局部应力。
7.3.2坝体应力计算方法
(1)材料力学法见SDJ21-78附录三。
(2)当坝体设置混凝土防渗面板时,可考虑坝体一个方向异性,按分层异弹模方法分析,见SL25-91附录三。
7.4有限元分析
7.4.1采用有限元分析的工程情况
空腹坝和坝基复杂的实体坝,应采用有限元进行分析。
7.4.2计算边界确定
采用有限元进行坝体应力分析时,应将坝体和坝基一同计算,坝基计算范围为深1~1.5倍坝高,上、下游宽各1~1.5倍坝高。
7.4.3网格形状与大小
有限单元的形状以类似正方形为好,其最长边与最短边的比应小于2~3;坝体有限单元的最长边应小于2%~5%的坝高,坝踵和孔洞边缘处的单元尺寸可适当小些,坝基计算边界处的单元尺寸可适当大些。
7.4.4应力控制
(1)坝踵部位坝基面以上3%~5%坝高处不出现主拉应力。
(2)坝址部位主压应力不超过容许压应力值。
8基础处理
8.1坝基开挖
(1)河床部位建基面要求开挖至_____风化层,两岸开挖至_____风化层。
(2)岸坡坝段应按其侧向稳定要求,开挖一定宽度的平台。
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