拱坝设计资料

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1、计算书目录：1、 设计参数及控制指标2、 拱坝体形3、 应力计算4、 拱坝稳定计算5、 消能计算6、 坝体细部及放空、取水孔设计1、 设计参数及控制指标1.1 坝体参数坝体材料：C15砼砌600毛石，坝体容重r=2.3t/m3，坝体弹模E9.0109Pa，坝体变模E5.0109Pa，泊松比0.25。线膨胀系数取0.8105/，导温系数取3m2/月。坝基：左坝基为灰岩，变形模量E=5.0109Pa，泊松比0.28。右坝基为泥灰岩，变形模量E=3.8109Pa，泊松比0.30，坝体底部为泥页岩，变形模量E=2.5109Pa，泊松比0.32。线膨胀系数取0.8105/，导温系数取3m2/月。水文及地

2、质资料见附件1。1.2 控制指标大坝坝肩稳定及应力控制指标按浆砌石坝设计规范（SL2591）执行，见表11、12。 表11 抗滑稳定安全系数表类别荷载组合情况安全系数抗剪断强度K基本组合3.00特殊组合2.50表12 大坝允许应力表类别位置允许应力允许压应力（104Pa）拱冠梁底部110其它部位100允许拉应力（104Pa）拱冠梁底部410其它部位4102、 拱坝体形拱坝体形为双曲拱坝，拱圈平面曲线采用圆弧。因两岸地形基本对称而采用相同半径的双曲拱坝。2.1 坝顶高程的拟定2.1.1 已知：校核洪水位（p=0.2%）:746.50m 设计洪水位（p2%）：744.00m 正常蓄水位：742.5

3、0m2.1.2 坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。坝顶超高值h按下式计算（浆砌石坝设计规范（SL2591）第八章坝体构造）h2h1+h0+hc 式中：h坝顶距水库静水位的高度，m 2h波浪高，m h0波浪中心线超出水库静水位的风壅高度，m hc安全超高，m：正常运用情况取0.4m，非常运用取0.3m。2.1.3波浪要素按浆砌石坝设计规范（SL25-91）附录二计算。波高、波长可按下式计算2h2=2LL=h0=式中：2h2浪高，m； 2LL波长，m； 计算风速，按瓮安县多年平均最大风速为11.1m/s； 计算吹程（km），=0.8km； h0波浪中心线超出水库静水位

4、的风雍高度，m； H1坝前上游水深，m。计算结果如表21：坝顶高程成果表表21计 算情 况上 游静水位（m）计 算风 速（m/s）吹 程（km）浪 高（m）安 全超 高（m）计算顶部高 程（m）设 计744.0011.100.800.790.4744.79校 核 746.5016.700.800.960.3747.46根据以上的计算结果，根据结构要求，确定坝顶防浪墙高度为0.8m，坝顶防浪墙高程则为747.50m，上游校核情况下静水位为746.50m，坝顶高程取746.70m，坝顶高程高于该水位0.20m。本方案属扩机工程，在该坝址已经修了一座底宽为10m，高19m的低坝，原设计方案的建基面为

5、689.0m，采用双曲拱坝的圆弧拱。扩机方案在原坝体加宽加高，坝体底部高程取原坝体底部高程，即建基面为689.0m。因基础为泥页岩，比较软弱，故采用2.0m厚的垫层。则坝高为57.70m，属中坝，在坝顶高程746.70m开挖后的河谷水平宽度为170.0m，则河谷的宽高比L/H170/57.52.946，属“U”型河谷。2.2、拱坝体形设计2.2.1坝顶厚度Tc（参见砌石坝设计P137）Tc=0.4+0.01(L+3H)式中：Tc坝顶厚度（m） H最大坝高（m）57.70mL顶拱弦长（m）170.0m经计算得Tc0.4+0.01（170+357.7）3.83m，考虑交通等要求，取Tc5m。2.2

6、.2 拱圈厚度（1）、坝底厚度Tb参见砌石坝设计P138的经验公式Tb0.132(L/H)0.269+(2H/1000)H式中：Tb坝底厚度（m） H最大坝高（m）57.70mL顶拱弦长（m）170.0m经计算得Tb0.132(170/57.7)0.269+(257.7/1000)57.716.84m。由美国肯务局的经验公式Tb式中：Tb坝底厚度（m） H最大坝高（m）57.70mL1顶拱弦长（m）170.0mL2顶底以上0.15H处弦长（m）71.8m经计算得Tb8.40m。综合考虑，取坝底厚度为Tb16.0m.。水平拱圈厚度按TTc+（TbTc）Y/H计算，即T5+（165）Y/57.75

7、+0.19064Y2.2.3 上游面曲面初拟由于该工程是扩建项目，为了不影响其电站的运行以及施工方便（不用重新修筑围堰），只在下游增加其厚度。所以其上游面曲线只有按原设计方案。设 1Hd/H 2Ad/H km/H 式中：H为坝高m；1凸点的相对高度，Hd为凸点D所对应该的高度。2凸度，Ad为凸点D到轴线的距离。 K上游曲线的平均倒悬度，m为坝踵B到铅垂线DF的距离。各项意义见下图21。图21根据原坝体的设计成果值为：Hd20.0m Ad7.32mM3.25m将地形图上可利用基岩线确定后，再确定每一层拱圈对应的水平弦长，定出半径后（用半中心角控制，顶拱的半中心角在80110之间，底拱的半中心角在

8、4080之间，半径的连线为一光滑的曲线）经过应力控制的优化后得到拱坝体形。该大坝为加高工程，在708.0m高程以下，只有用原坝体设计参数。拱坝体型设计、优化、应力分析及坝肩稳定计算，采用浙江大学拱坝应力计算程序ADAO进行（该程序通过电力部鉴定，并于95年被列入国家级科技成果重点推广计划，98年荣获国家科技进步奖），在计算机上完成。3、应力计算3.1 计算方法及荷载组合拱坝应力按多拱多梁混合法计算，采用浙江大学拱坝应力计算程序ADAO进行计算，初拟采用8层拱圈，其高程分别为：745.0、737.5、731.5、723.0、714.0、706.0、697.5、689.0m(拟合层为砼垫层687.

9、0m)。荷载组合情况分基本组合及特殊组合两类。基本组合为：（1）正常蓄水位相应尾水位设计正常温降自重扬压力泥沙压力浪压力。特殊组合为：（2）较核洪水位相应尾水位设计正常温升自重扬压力泥沙压力浪压力。地区地震烈度小于度，故不作动力计算。3.2 温度参数说明多年年平均气温13.6多年平均最低月（1月）气温3.8多年平均最高月（7月）气温24.7日照影响按2计温降变幅年平均气温年平均气温13.6-3.89.8考虑日照影响后，设计正常温降9.8211.8，计算时间取1.5温升变幅最高月平均气温年平均气温24.7-13.611.1考虑日照影响后，设计正常温升11.1213.1，计算时间取7.5库底水温因

10、无实测资料，按规范（SD145-85）附录规定，Tkd可近似按最低3个月平均气温计，Tkd（3.85.05.9）/34.9水表面年平均水温年平均气温日照影响13.6215.6表面水温年变幅气温年变幅的一半（24.7-3.8）/210.45温度计算的初相位取值为6.5（月）。3.3 计算成果经计算，拱坝最大拉应力为0.76MPa，发生在706.0m高程左拱端的下游面，计算工况为校核洪水位温升，最大压应力为2.76 MPa，发生在706.0m高程左拱端的下游面，计算工况为校核洪水位温升，均小于大纲中规定的允许应力。应力分布规律符合一般规律，较合理，计算原始数据和结果文件见附。4拱肩稳定计算4.1计

11、算方法拱肩抗滑稳定按刚体极限平衡法计算，并根据浆砌石坝设计规范（SL25-91）规定，拱肩稳定分析应按空间问题处理，确定其整体抗滑稳定安全系数。如情况简单且无复杂的滑裂面时，可按平面分层累计计算。计算步骤：（1）绘制各层拱肩抗滑岩体图。（2）根据地质专业提供的资料，列出几组不同侧滑面（裂隙或岩体），在抗滑岩体图中分别量出侧滑面与拱端径向的夹角、底滑面面积、侧滑面长度。（3）根据前面量出的参数，各层拱端高程，计算工况的水位，各侧滑面、底滑面分别对应的抗剪断参数，程序计算得到的各层拱端作用力，代入抗剪断公式，分别计算各层、各侧滑面的K值，取其中每层最小K值为该层安全系数K。4.2 已知条件4.2.

12、1 由拱坝应力计算得拱端力系计算结果如下表：拱端力系表（单位：t）工况拱端高程849.7843.0827.2811.4795.6779.8763.8正常蓄水位温降左拱端推力-428.7383.11290.11746.72153.12082.4934.8拱端剪力11.6-25.9184.3480.1860.41494.92117.0右拱端推力-138.0531.11119.31642.82157.32231.61084.2拱端剪力-6.4293.8907.31645.22368.82414.71243.5校核洪水位温升左拱端推力813.31137.81304.41699.22116.42007.

13、1876.2拱端剪力-33.7-395.5-106.5351.2751.91347.51915.2右拱端推力1653.21591.71105.71582.32131.62038.5835.2拱端剪力1581.51480.21158.01595.92270.12167.8959.84.2.2 水文：校核洪水位848.87m；4.2.3 地质：河谷呈“V”型，出露地质为T1薄至中厚层灰岩。坝址岩层产状平缓，层面（岩层产状）为：左岸N5E/6； 右岸N20W/10。 主要发育裂隙有：E0W/90； S0N/90； 断层主要有：f101: E0W/N2035、破碎带宽0.30.5m； f102: N5

14、0W/SW2035、破碎带宽0.30.5m；4.3 计算假定根据地质报告，坝肩两岸产状倾角较缓，陡倾角裂隙较发育，无其它大的结构面发育，拱肩稳定按平面分层抗滑计算，为简化计算，在计算中作如下假定：（1）地基为灰岩，因其产状倾角较缓（1020），故可近似假定岩体层面为水平底滑动面。（2）几组裂隙均为陡倾角（6080），故可假定裂隙面即为可能的侧滑面。（3）若在拱端处岩体无裂隙面或裂隙面对抗滑无不利影响时，则可根据地形条件假定几组侧滑面，按岩体非结构面参数取用。（4）底滑面扬压力按单位高度计，取1m。（5）侧滑面渗透压力按实际水头计，即侧滑面上游端水头实际H,下游面无水可视为0，侧滑面下游端水头为

15、0。但考虑到侧滑面较长时，下游岸坡裂隙发育，渗水一般在坝后很快渗出地表，即零压力垫不在侧滑面下游端与岸坡交点处。近似岸拱下游面后一定距离为零计，如5倍拱厚、1倍岸坡厚等，为方便计算，计算中不直接确定零压力点而采用取综合折减系数的方法，综合折减系数取0.5计算渗透压力。认为U3=0.（6）为方便计算，认为裂隙面与拱端面为同一平面。（7）缓倾面认定为层面，作用力为1/3面积。（8）当剪力向上游时，取其值为0。（9）为偏于安全，未计梁底压力。4.4 计算模型及公式两坝肩地基特点是层面倾角较缓、裂隙发育且倾角较陡，计算分层稳定时视层面为底滑面，裂隙面为侧滑面。计算参数请见附图计算时按抗剪断K值公式计算

16、，如下： K=2（WsWU2）ab/Q式中各符号意义如下：拱端作用力在侧裂面上的法向分力，Q：拱端作用力在侧裂面上的切向分力。Ws：梁自重。W ：抗滑岩体自重。：侧裂面渗透压力。2 ：底滑面扬压力。2 ：侧滑面抗剪系数。、：底滑面抗剪断系数。ab：底滑面有效面积。为提高计算速度，编制了gbwd.bas程序，按上述公式计算各分层K值。该程序需输入的参数有拱端作用力N、Q，底滑面面积S，侧裂面于拱端径向夹角及侧滑面长度L，以及底滑面、侧裂面的抗剪、抗剪断参数，各层拱高程及计算工况上游水位。为偏于安全计算，近似底滑面有效面积Lab等于底滑面面积S的1/3。按前假定规定折减。N,Q由ADASO程序计算

17、结果而得。每层K计算均假定不同的几组侧裂面，见附图，计算参数L、S、等均为从该图上直接量取而得。4.5 计算成果汇总如下表：（具体数据请见附件）安全系数成果表正常水位K校核水位K备注高程左岸右岸左岸右岸849.755.9225.87.793.2843.026.9166.210.585.9827.22063.52271811.417.135.118.439.4795.613.416.213.917.3779.833.524.136.125.3763.823.66.924.57.1 由上表可知，各层拱圈均满足规范要求。（3）冲坑深度tk的计算公式采用规范（SD14585）P46：tk=kq0.5z

18、0.25 式中：k 冲坑系数，由地质提供1.4（4）安全后坡一般采用1/31/4。5.1.6对下游的最近建筑物冲沙底孔进行安全后坡的验算（验算以校核洪水位情况为控制情况）： 冲坑底部最低点的高程为：790.6122.095768.515m 冲坑底部最低点至冲沙底孔的最近距离为29m， 按安全系数为1/31/4（取1/3.5为控制系数）计算得到768.51529（1/31/4）778.2775.8故满足安全要求。6、坝体细部及取水、冲沙底孔6.1坝体结构 坝体材料采用200砼，抗渗等级为W8（按水工混凝土结构设计规范（DL/T50571996）p30页表4.4.5，砼抗渗等级为W8）。6.2放空

19、底孔 进口底坎高程为802.00m。 进口为33m（bh）平板检修闸门。 出口为32.5m（bh）弧形工作闸门。6.2.1进口处设喇叭口，取1/4椭圆： 式中：a为椭圆的长半轴，取为闸门处孔口的高度，即a3000m; b为椭圆的短半轴，取为闸门处孔口的高度的1/31000，即b1000m；6.2.2通气孔：通气孔的面积由金结专业提供为8006.2.3计算出口流速 式中：流量系数 H上游水面与隧洞出口处底板高程差848.8780246.87m 式中：隧洞出口端面面积32.57.5m2; i某一局部损失系数； i隧洞对应i的面积。损失列表计算如下：备注：糙率n0.015（砼管身）故有结果为： 出口

20、流速为： 洞身中部流速为： V在1618m3/s之上故管身采用1.2m厚的C30混凝土（钢筋砼）作衬砌保护。6.2.4底孔放空时间计算 已知总库容为6180m3(对应水位848.87m)，死水位为813.00m。计算结果请见附表。放空需要3.5天。6.3取水孔 进口底孔高程为806.00m。设拦污栅5.54m（bh）。 进口处设喇叭口，取1/4椭圆： 式中：a为椭圆的长半轴，取为闸门处孔口的高度，即a2800m; b为椭圆的短半轴，取为闸门处孔口的高度的1/3933，即b933m； 管径为2800，进口为2.82.8m（bh）平板检修闸门。 通气孔的面积由金结专业提供为800 然后接矩形（28002800）渐变至圆形2800管。 渐变段长度应大于洞径的23倍，即L23=(23)2800=56008400 取L=6000mm。后接钢管。