砌石重力坝设计

1FJD31160FJD水利水电工程技术设计阶段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1997年11月2水电站技术设计阶段砌石重力坝技术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3目次1引言42设计依据文件和规范43设计基本资料64设计原则及假定105设计工作内容与方法116专题研究187设计成果1841引言11任务来源枢纽工程由（甲方）委托本院（乙方）进行技术设计提示如属国家重点工程应予强调。12工程概况工程位于省市县境内，江河的支流河的游，距市县城KM。是一座以为主，结合等综合利用的枢纽工程。提示必要时，可简述工程在流域梯级中的位置和作用。该工程枢纽主要建筑物由大坝、输水道、电站厂房等组成，水库总库容亿M3。大坝为浆砌石实体（空腹、宽缝）重力坝，坝顶高程M，坝顶长M，最大坝高M。泄洪方式为式溢洪道，设有孔MM（宽高）的泄洪孔。条引水隧洞，洞径M，总长M。电站为式厂房，装机台，总容量MW。提示1对于引水系统置于坝内或通过坝体，厂房置于坝内或厂房置于溢流板下等布置形式，应特别强调。2简述坝址的地形地貌，主要地质构造，坝基岩石岩性、产状等情况。3简述水文气象情况。本工程初步设计已于年月经审查通过。13初步设计审查意见提示简述初步设计审查中有关大坝方面的审查意见，尤其是要求在技设中着重研究的问题。14业主对技术设计的要求提示主要简述以下内容1简述技设合同中设计方应承担的主要责任和义务（涉及水工专业的应着重叙述）；2业主要求提交设计文件的具体时间表及相应内容；3某些并非完全由设计方决定，而是根据业主的要求确定的问题（如主材的产地、生产厂家等问题）；4业主提出的其它合理建议和要求。2设计依据文件和规范21设计依据的文件1初步设计报告及附图；2初步设计审批文件；3水工模型试验专题报告；54地质勘查专题报告；5岩基试验专题报告；6其它专题报告；7技术设计合同及设计委托书。22主要设计规范1SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）及补充规定；2SDJ21787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）；3GB5020194防洪标准；4SDJ2178混凝土重力坝设计规范（试行）及补充规定；5SL2591浆砌石坝设计规范；6SD12084浆砌石坝施工技术规定（试行）；7SL6294水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；8SDJ1078水工建筑物抗震设计规范（试行）；9SDJ2078水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；10SL4794水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；11SDJ34189溢洪道设计规范；12SDJ33689混凝土大坝安全监测技术规范；13SD13484水工隧洞设计规范。23主要参考文件水利水电工程设计工程量计算规定（修改稿）24设计主要参考文献1水工设计手册18卷水利电力出版社，19822水工建筑物设计丛书重力坝潘家铮汝乃华水利电力出版社，19833中小型水库丛书砌石坝水利电力部水利调度研究所水利电力出版社，19774水力计算手册武汉水利电力学院水利电力出版社，19835水工结构分析文集潘家铮电力工业出版社，19816水工建筑物设计丛书坝内孔口和廊道潘家铮林可冀水利电力出版社，19867坝工丛书砌石坝设计华东水利学院四川省水利电力局广西大学水利出版社，198063设计基本资料31工程等别及建筑物级别1本工程属等工程；2本工程枢纽主要建筑物级别为级；次要建筑物级别为级；临时建筑物为级。32水文气象资料321水库区水温与气温见表1。表1水库区水温与气温单位月份123456789101112多年平均月平均气温月最高气温月最低气温月平均水温绝对最高气温；绝对最低气温；多年平均地温322风向、风速和砍程1风向；2风速多年平均最大风速M/S，实测最大风速M/S；3吹程KM。323冰情冬季封冻期月月，冰层最大厚度M，春季流冰持续时间D，流冰尺寸M，流冰速度M/S，流冰抗碎强度MPA。324坝址水位流量关系曲线见表2。表2坝址水位流量关系曲线表水位H，M流量Q，M3/S33洪水标准331大坝设计洪水标准与相应水位见表3。表3大坝设计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设计洪水P校核洪水P7332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导流下泄流量M3/S上游水位M下游水位M备注枯水时段P全年围堰汛期P过水围堰333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表运行方式引用流量，M3/S尾水位，M备注单机保证出力单机满发全部机组满发34泥沙与水库淤积1多年平均含沙率KG/M3；2多年平均悬移质输沙量万T；3多年平均推移质输沙量万T；4水库淤积标准A；5泥沙淤积高程M；6淤沙内摩擦角；7淤沙浮容重NKN/M3。35地形测量资料1库区地形图；2坝区地形图；3块石料场地形图；4坝区测量控制网资料。36工程地质与水文地质资料361地质报告及附图1初步设计阶段地质勘探报告；提示若初设后有补充地质工作，则还应包括补充地质报告。2坝址及建材料场地质图；3专题报告提示指有关地质方面的专题报告，如物探、地震、大的地质构造论证等。8362坝区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混凝土岩岩岩混凝土砌体摩擦系数F/F砌体砌体混凝土岩岩岩混凝土砌体凝聚力C或CMPA砌体砌体弹性模量E,MPA变形模量E0,MPA泊松比363地震资料1地震基本烈度度。2地震设防烈度度，本工程大坝设计按度考虑地震荷载。37特征水位1正常蓄水位汛前M，汛后M；2正常尾水位M；3死水位M。38建筑材料物理力学指标381主材指标1水泥主要指标见表7表7水泥主要指标表产地或厂家标号容重，KN/M3单位水化热,J/KG备注2块石料主要指标见表8。表8块石料主要指标表9料场岩石种类风化程度容重KN/M3弹模EMPA泊松比抗压强度MPA抗拉强度MPA新鲜微风化弱风化382坝体材料设计指标见表9。表9坝体材料设计指标材料标号容重KN/M3抗压强度MPA抗拉强度MPA弹模MPA泊松比线胀系数C1抗渗标号抗冻标号C15C20混凝土C25砂浆胶凝材料细石混凝土砌体注表中抗压及抗拉强度均指设计强度。39设计控制标准391防渗控制标准1相对隔水层控制线LU；2渗压折减系数帷幕1、排水2、3、。392抗滑稳定控制标准提示1安全系数参见SDJ2178表2。2SDJ2178表2中的特殊组合2为考虑地震荷载情况。393坝体应力控制标准1允许压应力见表10。表10允许压应力指标材料强度安全系数KI标号允许压应力，MPA备注基本组合混凝土特殊组合基本组合砌体特殊组合坝基2允许拉应力见表11。表11允许拉应力指标10坝体部位垂直正拉应力一MPA主拉应力一MPA备注坝基坝体310闸门资料1部位；2闸门形式；尺寸MM宽高；3闸门启闭力T；4启闭设备荷载T。311其它资料提示所有与设计有关的其它资料。4设计原则及假定41设计基本原则1本工程砌石重力坝的设计，除要符合有关规程、规范、标准的规定要求外，还应执行本大纲。2设计前应注重调查研究、深入现场、认真分析研究和掌握坝址区各项基本资料，使设计做到因地制宜、技术先进、经济合理、施工和运行安全可靠。3在初设方案基础上，遵照初设审查结论，对大坝作进一步的优化设计。4本阶段设计成果，应在施工过程中，根据现场实际情况，不断修改和完善。42设计基本假定1坝体设计计算断面应选取最大断面（建基面最低处）及有代表性断面。2坝体与岩基接触面作为平面考虑，不考虑坝基面的高低不平。3坝体应力分析按方法进行，且满足该方法的基本假定。提示一般坝体应力计算采用材料力学方法，特殊情况（如空腹坝、薄肋宽缝坝等也可采用平面、三维有限元计算方法。4大坝稳定分析时，坝体与坝基都假定为刚体，不考虑弹性变形，坝基面及坝体按抗剪断考虑，软弱面按抗剪考虑。5砌体内孔口应力分析时，可假定周边砌体为均质体。6作用于坝基及坝体上的水压力，其面积系数采用10。5设计工作内容和方法1151荷载与荷载组合511荷载计算参见SDJ2178附录二及SL2591附录二。考虑地震荷载时不进行地震动力分析。512计算工况1基本组合1工况一水库正常蓄水位M正常尾水位M自重扬压力泥沙压力浪压力或冰压力（二者取其中大者）2工况二水库设计洪水位M设计尾水位M自重扬压力泥沙压力浪压力动水压力。2特殊组合3工况三水库校核洪水位M校核尾水位M自重扬压力泥沙压力浪压力动水压力。4工况四工况一或工况二（取二者不利情况）地震荷载提示若不考虑地震设防，则工况四没有。5工况五工况一或工况二其它特殊荷载提示若没有其它特殊荷载，则工况五没有。52坝体布置1在初设选定的坝线及枢纽布置基础上进行坝体布置。应根据坝址地形、地质、水文等自然条件，结合泄洪、发电、灌溉、航运等枢纽建筑物的综合利用要求统筹考虑。还应重视冲淤、排沙及岸坡防护等问题。对初设选定的布置方案进一步进行优化。2泄洪建筑物是大坝设计重点。在初设及水工模型试验论证基础上，对溢流坝段位置、孔口、消能方式（包括消能工）进行进一步的复核、论证和优化。3进一步论证坝内开设廊道和孔洞的必要性。需要设时，其位置、尺寸、数目应结合运用要求、施工条件以及坝体结构应力状态合理确定，以求尽量简化。53坝体形状设计12531基本要求1坝体形状设计，必须满足稳定、应力及构造要求。2宜采用优化设计方法，尽可能节省工程量。3坝体断面形状力求简单、实用，既要考虑经济合理，同时也要考虑施工的可行性和方便。532非溢流坝断面设计1非溢流坝断面基本体型为三角形，顶点在坝顶上游点或其附近。2上、下游面可分别采用一个或几个坡度，上游坝坡可采用1，下游坝坡可采用1。上游折坡点高程应结合坝体开孔一并考虑，折坡点一般不与开孔断面重叠。3坝顶高程不得低于水库最高静水位。4坝顶最小宽度应满足构造、检修及交通等要求，为M。5空腹坝还应按下列要求进行断面设计（若非空腹坝，则此条不要）1外廓尺寸宜采用满足稳定和应力要求的、较经济的实体坝断面，其上下游坡比可酌予放缓。2空腹宜位于坝底中部，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1/41/3。3空腹断面形状宜采用应力状态较好的组合圆或经论证的其它形状；空腹下游面的倒悬度不宜大于031，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。533溢流坝断面设计1溢流孔口型式选用。2堰面曲线段堰面曲线采用曲线。定型设计水头HSM。曲线的设计参见SDJ2178附录一。3反弧段1反弧段采用曲线。2反弧段应与堰面曲线良好衔接。3反弧段应结合下游消能设施一并考虑。反弧半径R采用M。4工作闸门1采用闸门。2闸门置于位置。5检修闸门13在初设基础上，进一步论证设置检修闸门的必要性。检修闸门一般采用平面闸门，布置在工作闸门上游侧，两门距离应不小于M。6闸墩结构型式在初设基础上，在进一步论证闸门及其启闭系统和坝顶交通布置后，决定闸墩的结构型式、牛腿位置、闸墩尺寸等，并对其进行优化。7深式泄水孔（不考虑设深式泄水孔，则此条不要）。设深式泄水孔，其设计方法参见SDJ2178第三章第三节。54泄水建筑物水力设计541泄水能力计算1基本要求1根据初设成果和水工模型试验成果选择孔口。2泄流能力要满足库区移民淹没及库水位控制的要求。P时，库水位控制为M；P时，库水位控制为M。3安全下泄设计及校核标准洪水。2计算公式参见SDJ2178附录一及参考文献4第三篇。542消能设计1消能方式选定为。消能工设计洪水频率P，相应下泄流量QM3/S，下游水位M。2消能方式水力设计方法参见SDJ2178附录一及参考文献4第四篇。3消能设施的结构设计。1参见SDJ2178第三章及参考文献4第四篇。2结合水工模型试验成果修改。55坝体稳定应力分析551坝体稳定计算1坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面在各种工况下的滑动条件，包括1沿垫层混凝土与基岩接触面滑动；2沿砌石体与垫层混凝土接触面滑动；3砌石体之间滑动；4沿基岩中软弱面的深层滑动。2计算公式采用抗剪断公式或抗剪公式，公式参见SL2591第432条。3对于岸坡坝段，当纵坡较陡时（一般指水平向角大于45），应核算坝体侧向抗14滑稳定。552坝体应力计算1坝体应力计算内容主要包括1各计算截面上的应力；2坝体廊道、孔洞等消弱部位的局部应力。提示1空腹坝的腹拱周边、前后腿的应力。2必要时，尚应分析坝基内部的应力。2坝体应力计算方法1坝体应力以材料力学法为基本分析方法；当坝体设置混凝土防渗面板时，也可考虑坝体一个方向异性，按分层异弹模方法分析。计算方法参见SL2591附录三。2开孔处局部应力计算方法参见参考文献2、6。提示1对于处在复杂地基上的坝段，以及不能作为平面问题处理的坝体或坝段，还应进行三维有限元法计算或结构模型试验研究。2空腹坝宜采用有限元法计算。56温度控制设计1坝基垫层混凝土温度控制应按SDJ2178有关规定执行。2坝体浆砌石砌筑时的温度控制，应按SD12084的有关规定执行。57坝体防渗设计1防渗形式坝体防渗形式应结合大坝等级、当地建材、自然条件、施工工艺等因素确定。提示浆砌石坝防渗形式一般有1设置在坝体上游面的防渗面板；2设置在砌体内的防渗心墙；3坝体自身防渗；2防渗体设计提示防渗体设计包括防渗体自身及构造的设计，应按SL2591的有关要求进行。58坝基处理581砌石重力坝坝基处理设计应包括基础开挖、固结灌浆、防渗和排水、不良地质构造处理等。处理后的基础应满足强度、整体性、均匀性、抗渗和耐久性的要求。582基础开挖151本工程大坝建基面开挖深度要求；1河床部位挖至；2两岸挖至。2坝基开挖稳定边坡，根据地质资料和现场实际情况确定。永久边坡比为；临时边坡比为。3基础中存在的局部工程地质缺陷，应结合基础开挖予以处理。583坝基固结灌浆1坝基固结灌浆设计应包括1确定灌浆具体位置及范围，灌浆孔布置；2确定灌浆参数；3灌浆技术要求。2坝基固结灌浆部位应包括1压应力较大的坝趾部位；2不良基岩部位；3防渗帷幕上游侧。584坝基防渗设计1坝基防渗的主要措施是设置灌浆帷幕，帷幕灌浆设计应包括1确定帷幕位置和深度、厚度；2确定帷幕灌浆基本参数；3灌浆技术要求。2防渗帷幕设计应根据地质情况，参照SDJ2178和SL2591的有关规定和要求进行。585坝基排水设计1坝基排水孔布置位置。2坝基排水设计应按规范SDJ2178和SL2591的有关规定和要求进行。586断层破碎带和软弱层处理1对于坝基存在的断层破碎带和软弱夹层等不良地基应作处理。处理方法主要依据地质资料参照规范SDJ2178和SL2591有关规定及已建工程成功经验进行。2不良地基部位应加强固结灌浆。3伸入库内的断层或夹层，有可能造成渗漏通道并使地质条件恶化时，应进行专门的防渗设计（如增设防渗井或防渗墙等）。59坝体构造设计16591坝顶构造1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常运用的水库静水位加相应的超高H。H的计算参照规范SL2591第八章的规定进行。2坝顶结构应满足设备布置、检修、交通和观测等方面要求，注意安全、适用、经济、美观。3坝顶交通桥宽M，按荷载设计。592坝内廊道和开孔1坝内廊道根据布置需要设置。2砌石坝体内应尽量少开孔洞，必要设置时按运行要求布置，断面不宜过大。3应满足规范SDJ2178和SL2591的有关规定和要求。593坝体分缝和坝体排水1坝体横缝间距M。2坝体横缝应设可靠止水。3坝体内宜设置至少一排竖直排水管，排水管设在防渗体后砌体内。坝体应设置水平排水系统，并与竖直排水管连通。594坝体材料分区及标号1砌石重力坝坝基一般设置混凝土垫层，本大坝垫层厚为M，混凝土标号为。2坝体防渗体混凝土标号为。3溢流面设M厚混凝土面板，其标号为。4消能设施采用材料，标号为。5坝体廊道及开孔其周边设M厚混凝土，标号为。6坝体中部浆砌体采用材料砌筑，材料标号为。595关于坝体配筋设计除闸墩、导墙及启闭台等外，下列部位还应考虑配置钢筋1防渗面板应配置温度钢筋；2溢流面板配置