水工建筑物重力坝课程设计.docx

'《水工建筑物》课程设计第一章基本资料1.1工程概况该河流自西向东汇入东海，干流全长153公里，流域面积4860平方公里。罢职以上流域面积2761平方公里，流于境内为山区，平均海拔高度662米，最高峰达1921米，流域境内气候湿润，雨量充沛，属热带气候。径流主要来自降雨，小部分由地下水补给，每年4-9月份为汛期，其中5、6份为梅雨季节，河道坡道上上游陡下游缓，平均坡降6.32-0.97%，因河道陡，蓄水能力低，汇流快，有暴雨产生的洪水迅速涨落，一次洪水过程线尖瘦，属典型的山区性河流。流于境内，一以农林为主，森林繁茂，植被良好，水土流失不严重枢纽下游为谋省的主要农副业生产基地某平原。坝址下游约50公里有县级城市两座，在河流入海处有省辖市一座。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是防洪、发电、灌溉、渔业养殖。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为三等工程，主坝为3级建筑物，其它建筑物按4级建筑物考虑。1.2水文条件1.年径流：根据资料分析，坝址处的多年平均流量100m/s，多年平均总量为31.5m/s，年内分配很不均匀，主要集中在汛期4-9月份。丰水年时占全年80%，枯水年占20%。2.洪水：根据统计资料推算1000年一遇的浑水流量为11700m/s，5000年一遇的洪水14900m/s。施工期间各设计洪水频率流量见下表。频率时段10-4月9-6月10-3月11-6月11-2月12-2月备注5%208717721367136788482410%167314101072107265459620%127510457847844343323.固体流量及水库淤积：根据水文站实测资料分析，年固体径流量为331万吨，百年之后水库淤积高程115m。淤沙浮容重为8.5kn/m，内摩擦角10。4.其他;本坝址地震烈度为736 《水工建筑物》课程设计1.3气象条件(1)气温：坝址处的多年气温为17.3℃，月平均气温5℃（一月份）、最高29℃（七月份)。实测极端气温-8.2℃（一月份）、最高气温40.6℃（七月份）。(2)湿度：年平均相对湿度为79%左右，其中六月份87%为最大，一月份72%最小，日变化较大。(3)降雨量：坝址以上流域的年平均降雨量1860毫米，实测最大降雨量为2574毫米，最少降雨量1242毫米。雨量在年内分配不均，其中4-9月份占全年雨量的80%，5-6月份站全年雨量的1/3，往往形成起伏多峰的洪水。(4)蒸发量：坝址处多年平均蒸发量为1349毫米其中以七月份最大，月蒸发量为217毫米，二月份最少，月蒸发量为45.5毫米。(5)风向风力：实测最大风速为17米/分，风向西北偏西，吹程4.5公里，多年平均风速成为：汛期为12米/分，非汛期为13米/分。风行基本垂直坝轴线，吹程4公里。1.4工程地质1、坝址工程地质（1）地貌：坝址河床宽度约100米。河底高程约100米，水深1-3米。河床覆盖层，厚度为5-10米左右。河谷近似梯形，两岸约40-60。（2）岩性及工程地质：坝基为花岗斑岩，分化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达120-200MPa。坝址构造简单，无大的地质构造，缓倾角解理延伸短，整体滑动的可能行小。但陡倾角解理较发育，以构造解理为主，左右岸各有走向互相垂直的二组解理。解理的倾角约35-90度（3）岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质表岩性或地质构造容重（KN/m）孔隙率（%）抗压强度（MPa）弹性模量（MPa）摩擦系数粘着力（MPa）泊松比（u）抗剪系数抗剪短系数干湿干饱和混凝土与基岩基岩内部混凝土与基岩基岩内部花岗斑岩0.5（基36 《水工建筑物》课程设计27.328.12.3210190220000.700.750.751.20岩与混凝土0.2解理面0.650.751.0（基岩内）（4）库区工程地质：库区岩性以火山岩和沉积岩为主，褶皱规模不大，均为背斜，两翼底层平缓，切不对称。有较大的断层两条，这些褶皱和断层成北东走向，以压扭性为主，倾角较陡，延伸长度达几十公里，断层单宽一米左右，个别达十米以上。断层破碎都已胶结。库区水文地质较简单，一裂隙水为主，地下分别水岭高程均高出库水位以上。1.5建筑材料1、石料坝区大部分为花岗岩，基岩埋省深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石也可利用由此筑坝石料极易解决。2、砂料在坝下游勘探6个砂料场，最远料厂离坝约9公里，以石英带料场为主，估计砂料储量430万方。经质量检测，砂料符合规范规定。坝址处缺乏筑坝材料。1.6库区经济库区出有小片盆地外，其余多为高山峡谷地带。耕地主要分布在小片盆地上，高山森林茂密。在正常蓄水位时，需迁移21444人，拆迁房屋19240间，淹没耕地面积16804亩，淹没森林面积18450亩，淹没县乡建造的两座水电站（装机容量2210KW）共需赔偿费4120万元。本坝址上游左岸30公里处有铁路干线，车站，另有公路与坝址下游50公里的两座县城相连对外交通较方便。本电站主要供应坝下游某平原的农村生产生活用电，比担负某电网的调峰任务。36 《水工建筑物》课程设计第2章工程总体布置工程等别及建筑物级别根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》，确定工程规模、工程等别、防洪标准及设计标准。该水利枢纽水电站装机容量为20千万时；工程建成后，可增加保灌面积50万亩，可以列为中等，属于Ⅲ等中型工程。保护某城镇和某平原，属于一般，属于Ⅳ等小（1）型工程。根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：该水利枢纽水库工程等级为Ⅲ等中型工程。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》中“水库大坝提级指标”表中的规定，混凝土和浆砌石重力坝大坝高度超过了100m，按提高一级的规定，大坝的建筑物级别提高为1级。其余永久性水工建筑物中的主要建筑物为2级，次要建筑物和临时建筑物为3级，而洪水标准不提高。第3章非溢流坝坝体设计3.1剖面拟定3.1.1剖面设计原则1、设计断面要满足稳定和强度要求；2、力求剖面较小；3、外形轮廓简单；4、工程量小，运用方便，便于施工。3.1.2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3—1，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。36 《水工建筑物》课程设计图3-1重力坝的基本剖面图示3.1.3拟定实用剖面一、确定坝顶高程1、超高值Δh的计算（1）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Δh，可由式（3-1）计算。Δh=h1%+hz+hc（3-1）Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；H1%—累计频率为1%时的波浪高度，m；hz—波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hc—安全加高，按表3－1采用,对于Ⅲ级工程，设计情况hc＝0.5m，校核情况hc＝0.4m。表3－1坝的安全加高hc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）0.50.40.3下面按官厅公式计算h1%，hz。V0为计算风速，m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位和设计洪水位时，采用重现期为50年的最大风速17m/s；校核洪水位时，采用多年平均风速13m/s。D为吹程，km，按回水长度计算：正常蓄水位时为4.5km，设计洪水位时为4.5km，校核洪水位时为4km。波高hl，当gD/V02=20～250时，为累计频率5%的波高h5%；当gD/V02=250～36 《水工建筑物》课程设计1000时，为累计频率10%的波高h10%。规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41。首先计算波浪高度hl和波浪长度L和波浪中心线超出静水面的高度hz。（1）设计洪水位时Δh计算风速采用50年一遇的风速17m/s，吹程D=4.5km。波浪三要素计算如下：波高hl=0.0166V05/4D1/3=0.946m波长L=10.4(h1)0.8=9.48m壅高hz=πhl2/L=0.285mgD/V02=152.595h1%=1.24h5%=1.17m；hz=0.31m；hc=0.5mΔh=h1%+hz+hc=1.98m（2）校核洪水位时Δh计算风速采用多年平均风速13m/s，D=4km。波浪三要素计算如下：波高hl=0.0166V05/4D1/3=0.65m波长L=10.4(h1)0.8=7.37m壅高hz=πhl2/L=0.18mgD/V02=231.95；h1%=1.41h10%=0.915m；hz=0.02m；hc=0.4mΔh=h1%+hz+hc=1.3365m2、坝顶高程计算坝顶高程按式（3-5）计算，并选用其中较大值坝顶高程=设计洪水位+Δh设坝顶高程=校核洪水位+Δh校（3-5）根据以上两种水位时Δh计算结果，得出两种状况下坝顶高程。（1）设计洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=设计洪水位+Δh=186.64+1.98=188.62m36 《水工建筑物》课程设计（2）校核洪水位时的坝顶高程：▽坝顶=校核洪水位+Δh=189.60+1.3365=190.9365m为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝190.94m，且坝顶高程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为▽190.94m。二、确定坝基高程河床高程约100m，校核洪水位为189.60m，地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积粘土夹碎石层必须清除（由地质剖面图上量得大多在10m以上），所以开挖应按100m以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化至弱风化下部基岩上。弱风化层厚5.5～6.5m，微风化层厚6～7m，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初步定出开挖深度7.5m，通过立式图上确定的坝基开挖线定出建基面最低开挖高程为▽82.5m。因此，最大坝高为108.44m，属于高坝。三、拟定坝顶宽度坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且不小于2m并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的10%计算，即为10.8米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为11m，以满足大坝维修作业通行需要。四、拟定剖面尺寸根据规范SL319-2005规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同时选定。下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式，具有比较丰富的工程经验。上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由资料可知，百年后水库的淤积高程为115m，由于死水位为164m，折点取在高程为165m的位置。通过最优方案的比较，上游坝坡取1：0.1，下游坝坡取1：0.75。五、坝底宽度拟定36 《水工建筑物》课程设计坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本工程的坝高为108.44m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=87m。六、基础灌浆廊道尺寸拟定高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.5～3m，高为3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，取5m。初步拟定坝体形状剖面如图（3-2）所示。图3-2非溢流坝段剖面尺寸图3.2荷载计算及其组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、地震荷载等，常取1ｍ坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载如表3-2所示。表3-2荷载组合荷载荷载36 《水工建筑物》课程设计组合主要考虑情况自重静水压力扬压力泥沙压力浪压力地震荷载动水压力土压力基本组合（1）正常蓄水位情况√√√√√√（2）设计洪水位情况√√√√√√√特殊组合（1）校核洪水位情况√√√√√√√（2）地震情况√√√√√√√注：1.应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；2.分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。3.施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。4.根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。5.地震情况的静水压力、扬压力、浪压力按正常蓄水位计算。6.表中的“√”表示应考虑的荷载。下面就各种情况计算相应荷载，计算示意图如下W12W2’H1W2’W13W3PdH2b3U4γH2γH1U2U3αγH1U1图3-3重力坝荷载计算示意图（1）自重W36 《水工建筑物》课程设计坝体自重的计算公式：W=Vγc（kN）（3-6）式中V——坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替，通常把它分成如图3-3所示的若干个简单的几何图形分别计算重力；γc——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3）四种情况下自重相同。W11=24×0.5×8.25×82.5=8167.5kNW12=24×11×108.44=28628.16kNW13=24×0.5×89.593×67.75=72839.109kNW1=W11+W12+W13=109634.769kN（2）静水压力P静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂直水压力PV两种。计算各种情况下的上下游水深：根据水力学公式式中：根据相关规范，C=1，m=0.49，ε1=1，σs=1；溢流坝宽度10m，B=10m；H0为堰上水头，堰顶高程与正常蓄水位平齐。（地震情况按正常蓄水位考虑）所得结果列表如下：表3-3不同情况下上下游水深特征水位上游水深H1（m）下游水深H2（m）上下游水位差H(m)正常蓄水位101.7530.2171.54设计洪水位104.1431.6572.49校核洪水位107.133.074.1计算各种情况下静水压力：水平水压力PH计算公式为：（3-8）式中：Ｈ—计算点处的作用水头，ｍ；36 《水工建筑物》课程设计γw—水的重度，常取9.81kN／ｍ3；垂直水压力PV按水重计算。a.正常蓄水位：上游水平水压力：PH1=Pu=50781.77kN（→）下游水平水压力：PH2=Pd=4476.52kN（←）上游垂直水压力：PV1=W2’=1557.95kNPV2=W2”=3338.47kN下游垂直水压力：PV3=W3=3356.28kNb.设计洪水位：上游水平水压力：PH1=Pu=53195.4kN（→）下游水平水压力：PH2=Pd=4913.4kN（←）上游垂直水压力：PV1=W2’=1751.38kNPV2=W2”=3338.47kN下游垂直水压力：PV3=W3=3685.087kNc.校核洪水位：上游水平水压力：PH1=Pu=56262.36kN（→）下游水平水压力：PH2=Pd=5341.545kN（←）上游垂直水压力：PV1=W2’=1990.94kNPV2=W2”=3338.47kN下游垂直水压力：PV3=W3=4006.16kN地震情况按正常蓄水位情况考虑。(3)扬压力U根据规范，排水处扬压力折减系数：α=0.25,如图3-3所示，将扬压力分成四部分，U1，U2，U3，U4。a.正常蓄水位：36 《水工建筑物》课程设计U1=1/2×10×（71.54-0.25×71.54）×9.81=2631.78kNU2=9.81×0.25×71.54×10=1754.52kNU3=1/2×9.81×0.25×71.54×77=6754.896kNU4=9.81×30.21×87=25783.33kNU=U1+U2+U3+U4=36924.496kNb.设计洪水位：U1=1/2×10×（72.49-0.25×72.49）×9.81=2666.73kNU2=9.81×0.25×72.49×10=1777.82kNU3=1/2×9.81×0.25×72.49×77=6844.596kNU4=9.81×31.65×87=27012.33kNU=U1+U2+U3+U4=38301.476kNc.校核洪水位：U1=1/2×10×（74.1-0.25×74.1）×9.81=2725.95kNU2=9.81×0.25×74.1×10=1817.30kNU3=1/2×9.81×0.25×74.1×77=6996.61kNU4=9.81×33.0×87=28164.51kNU=U1+U2+U3+U4=39704.37kN地震情况按正常蓄水位计算。（4）泥沙压力Ps一般计算年限取50～100年，水平泥沙压力Ps为：式中：γsb——泥沙的浮容重，kN/m3；36 《水工建筑物》课程设计hs——坝前淤沙厚度，ｍ；Φs——淤沙的内摩擦角，(°)。黄河流域几座水库泥沙取样试验结果，浮容重为7.8～10.8kN/m3。淤沙以粉砂和砂粒为主时，φs在26°～30°之间。结合夕昌水库河流地质情况，本次设计取泥沙浮容重为8.8kN/m3，φs取28°。水库坝址处多年平均输沙量为4.38万t，按30年，全部淤积计算，总淤积量为4.38×30=131.4万t，约87.6万m3，由Z～V曲线查得泥沙水位2897.5m。淤沙厚度58m。故泥沙压力为Ps=1/2×8.5×32.52×tan2（45°-5°）=3160.696kN（5）浪压力1.基本数据表3-4浪压力计算基本数据表正常蓄水位设计洪水位校核洪水位计算风速V0(m/s)171713有效吹程D(m)450045004000重力加速度g(m/s2)9.89.89.8水位高程(m)184.25186.64189.60坝基高程(m)82.582.582.5安全超高hc(m)0.50.50.4迎水面深度H(m)101.75104.14107.12.波浪要素计算及波态判别根据规范SL319-2005，波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s及D<20km）：h——当gD/V02=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；当gD/V02=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%36 《水工建筑物》课程设计Lm——平均波长（m）；波浪中心线至水库静水位的高度hz按下式计算：平均波长按下式计算：a.正常蓄水位：Lm=0.331V0-1/2.15(gD/V02)1/3.75×V02/g=0.331×17-1/2.15(9.8×4500/172)1/3.75×172/9.8=10mhl=0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3×V02/g=0.0076×17-1/12(9.8×4500/172)1/3×172/9.8=0.945mh1%=1.24×h5%=1.172mhz=3.14×1.242/10.44=0.4313m因H>Lm/2，属于深水波。b.设计洪水位：Lm=0.331×17-1/2.15(9.8×4500/172)1/3.75×202/9.8=10mh1%=1.172mhz=0.4313m因H>Lm/2，属于深水波。c.校核洪水位Lm=0.331×13/2.15(9.8×40002)1/3.75×13/9.8=7.393mh1%=0.8067mhz=0.2764m因H>Lm/2，属于深水波。36 《水工建筑物》课程设计3.波浪压力计算各种情况均按深水波计算浪压力，如图3-4所示。图3-4深水波浪压力分布浪压力计算公式为a.正常蓄水位：Pl=γLm(h1%+hz)/4=39.28kNb.设计洪水位：Pl=γLm(h1%+hz)/4=39.28kNc.校核洪水位：Pl=γLm(h1%+hz)/4=19.62kN地震情况按正常蓄水位计算。（6）地震荷载工程区地震烈度为7度，设计时考虑水平向地震惯性力代表值Fi，按式（3-15）计算当设计烈度为7度时，αh取0.1g，ξ一般取0.25，αi为质点i的动态分布系数，按式（3-16）计算36 《水工建筑物》课程设计地震时，坝前、坝后的水也随着震动，形成作用在坝面上的激荡力。在水平地震作用下，单位宽度上的总地震动水压力F0为H1为坝前水深，m。作用点位于水面以下0.54H1处。因设计的重力坝迎水面有折坡，且水面以下直立部分的高度小于水深的一半，所以应取水面与坝面的交点和坡脚点的连线作为替代坡度。计算地震动水压力时，乘以折减系数θ/90°，θ为建筑物迎水面与水平面的夹角。经计算，θ=85.36°，故F0=85.36/90×0.65×0.1×9.8×0.25×1.0×101.752=15324.5kN（7）其它荷载冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。荷载计算结果汇总及相关荷载弯矩值参见附表（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）3.3稳定分析重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。u正常蓄水位情况和地震情况按单一安全系数法验算，设计洪水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算。图3－5坝体抗滑稳定计算简图1.单一安全系数法：因坝体混凝土与基岩接触良好，本次设计单一安全系数法采用抗剪断强度计算公式进行稳定分析，计算公式如下：式中：K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f′=1.236 《水工建筑物》课程设计c′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa，c′=120KPa；A——坝基接触面截面积，m2。ΣW——作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；ΣP——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；按抗剪断强度公式（3-18）计算的坝基面抗滑稳定安全系数K′值应不小于表3-6的规定。表3-5坝基面抗滑稳定安全系数K′荷载组合K′基本组合3.0特殊组合（1）2.5（2）2.32.分项系数极限状态设计法：承载能力极限状态设计式抗滑稳定极限状态作用效应函数为ΣP,坝基面上全部切向作用之和,即作用设计值水平方向的代数和。抗滑稳定极限状态抗力函数ΣW为坝基面上全部作用的法向作用设计值之和，既法向力设计值代数和。各基本变量及扬压力系数α应以设计值代入计算。各分项系数可查附录一附表。下面对不同荷载组合情况下大坝抗滑稳定进行分析。（1）基本组合a.正常蓄水位单一安全系数法：=[1.2(116673.39-28770)+1300×87]/55111.1=4.2＞3满足规范要求。b.设计洪水位：承载能力极限状态设计法：荷载设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数36 《水工建筑物》课程设计S(·)=ΣP=64829.73kN（2）抗滑稳定抗力函数查得f′的分项系数为1.3，C′的分项系数为3.0。坝基面抗剪断系数设计值f′=1.35/1.3=1.04坝基面抗剪断黏聚力设计值C′=1300/3.0=433.33kPa抗滑稳定抗力函数R(·)=f′ΣW+c′A=1.04×83596.688+433.33×87=124472kN（3）验算抗滑稳定性偶然状况（偶然组合）设计状况系数ψ=0.85；结构重要性参数γ0=1.0；根据《水工建筑物抗震设计规范》抗滑稳定结构系数γd=1.2。根据式γ0ψS(⋅)=1.0×0.85×61083=51920.6KN1γdR(⋅)=1/1.2×126228=124472KN51920.6<103727计算结果表明，重力坝在校核洪水位情况下满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。d.地震情况：单一安全系数法：KS’=[1.35×87903.388+1300×87]/61602=3.8＞2.3满足规范要求。3.4应力分析用材料力学法计算边缘应力。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。当采用材料力学法分析坝体应力时，SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定的强度指标如下（本次设计只考虑运用期）。重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：运用期1）在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力；2）在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）的要求；重力坝坝体应力应符合下列要求：运用期1）坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力）。2）坝体最大主压应力，应不大于混凝土的允许压应力值。3）36 《水工建筑物》课程设计在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）的要求。同样采用单一安全系数法和分项系数极限状态设计式对四种情况分别分析水平截面上的正应力。1.单一安全系数法因为假定σy按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力σyu和σyd。ΣW——作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；ΣM——作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN·m；B——计算截面的长度，m。坝体最大主应力按下游边缘最大主应力计算：2.分项系数极限状态设计法：（1）坝趾抗压强度承载能力极限状态：坝趾抗压强度计入扬压力情况下的极限状态作用效应函数为坝趾抗压强度极限状态抗力函数为式中：Ra为混凝土抗压强度。（2）坝踵应力约束条件的正常使用极限状态以坝踵铅直应力不出现拉应力作为正常使用极限状态。a.正常蓄水位：利用承载能力极限状态设计式和正常使用极限状态设计判别大坝是否满足强度要求。荷载及力矩设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数36 《水工建筑物》课程设计=[80926.97/87-6×(-736333)/872]×(1+0.752)=1606.1kN（2）验算抗压强度持久状况（基本组合）设计状况系数ψ=1.0；结构重要性参数γ0=1.0；抗压基本组合结构系数γd=1.8，混凝土性能分项系数1.5。根据式γ0ψS(⋅)=1.0×1.0×1606.1=1606.1KN1γdR(⋅)=1/1.8×9533=5296KN1606.1<5296（3）坝踵垂直应力不出现拉应力极限状态验算（正常使用极限状态）：=[1.0×(80926.97/87+6×(-661693)/872]=406>0计算结果表明，重力坝在正常蓄水位情况下应力满足规范要求。b.设计洪水位：采用单一安全系数法=80926.97/87+6×(-820214)/872=1648Kn>0坝踵铅直应力没有出现拉应力，符合规范要求。=80926.97820214)/872=1580.8kN坝趾铅直应力小于坝基容许压应力，符合规范要求。=(1+0.752)×1580.=2575kN小于混凝土的容许压应力。c.校核洪水位：36 《水工建筑物》课程设计偶然状况，只需采用承载能力极限状态法判别大坝是否满足强度要求。荷载及力矩设计值及相应计算结果见附表，由附录一附表查得各分项系数。（1）计算作用效应函数=[80926.97/87-6×(-1016450.82)/872]×(1+0.752)=2713kN（2）验算抗压强度偶然状况（特殊组合）设计状况系数ψ=0.85；结构重要性参数γ0=1.0；抗压基本组合结构系数γd=1.8。根据式γ0ψS(⋅)=1.0×1.0×2713=2713KN1γdR(⋅)=1/1.8×9533=5296KN2713<5296满足强度要求。d.地震情况：=87903.39/87-6×948376.76/872=258.60kN=87903.39/87+6×948376.76/872=1762.17kN地震荷载作用下，铅直应力符合SL203-97《水工建筑物抗震设计规范》的要求。经计算初拟的方案满足应力和稳定的要求，且其折点处的应力和稳定也均满足要求，初步符合要求。第4章溢流坝坝体设计36 《水工建筑物》课程设计4.1泄水方式的选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流，开敞溢流式的堰除了有较好的调节性能外,还便于设计和施工,同时这种形式的堰在我国应用广泛，有很多的工程实践经验。故本设计采用开敞溢流式孔口形式，堰顶设置门。4.2溢流坝剖面拟定溢流曲线由顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分组成。设计要求：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体形简单，造价低，便于施工。本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形。其上游面为折线面，其起坡点的高度和坡率与非溢流坝的保持一致，即取上游的坡率为n=0.1，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。定型设计水头的确定：堰顶最大水头Hmax=校核洪水位-堰顶高程即：Hmax=189.60-178.94=10.7m定型设计水头Hd为Hd=（75%～95%），取Hd=9m，由Hd/Hmax=9/10.7=0.84。（一）坝顶曲线段溢流坝顶部采用曲线形式，顶部曲线的形式很多，常用的有克—奥曲线和WES曲线。本工程选用WES曲线。首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点。WES型堰顶部曲线以堰顶为界分为上游段和下游段两部分。该设计上游段曲线采用三圆弧型曲线。堰顶O点上游三圆弧的半径及其坐标值为：R1=0.5Hd=4.5；x1=-0.175Hd=-1.575R2=0.2Hd=1.8；x2=-0.276Hd=-2.484R3=0.04Hd=0.36；x3=-0.282Hd=-2.538下游段的曲线方程为：x1.85=2.0Hd0.85y按上式算得的坐标值如下表表3-6计算WES下游曲面坐标值表xyxyxy10.07724462.1254116.522920.2784672.8268127.662136 《水工建筑物》课程设计30.589683.6189138.875541.00494.5001410.190651.51691105.46851511.5780（二）中间直线段中间直线段与坝顶部下游曲线和下部反弧段相切，坡度和挡水坝一致，取0.75。（三）反弧段（1）反弧半径：溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程措施。通常采用圆弧曲线，反弧半径R按经验公式（4-1）计算：R=23Fr3/2h（4-1）Fr=v/gh式中：Fr为反弧最低点处的弗劳德数。v=q/h(4-2)h=qΦ2g（E0-h）(4-3)式4-3为迭代公式，迭代初值取h=0。E0为上游最高水位与反弧段最低点的距离，反弧最低点与下游水位齐平。E0=2947.02-2859.87=87.15mΦ=0.9，Q=255m3/s，q=25.5m3/s初始令h=0，h0=1300.9×2×9.8×（74.1-0）=3.8h0=1300.9×2×9.8×（74.1-0）=3.8h1=1300.9×2×9.8×（74.1-3.8）=3.891h2=1300.9×2×9.8×（74.1-3.891）=3.894h3=1300.9×2×9.8×（74.1-3.894）=3.894故v=130/3.894=33.3847m/s36 《水工建筑物》课程设计Fr=v/gh=33.3847/9.8×3.894=5.404R=23Fr3/2h=23×5.4043/23.894=36.612故R=36.612（2）挑角挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角β也增大，水下射程减小。同时入水角增大后，冲刷坑深度增加。θ一般在20o～25o之间，在此取25o。（3）挑坎高度：挑坎应高出下游水位，一般以1～2m为宜。计算时按设计洪水位情况考虑。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高点与最低点间距离为R(1-cosθ)。故挑坎高度h2=115.50-114.15+32.612×（1-cos250）=4.4054m（4）反弧段坐标确定圆心O′距坝底距离yo′＝4.4054+32.612×cos25o=33.962m圆心O′距C点距离xo′=R1+m2＝32.612×1.25＝40.765m。根据以上数据，就可以确定溢流坝曲面了。下图就是本次设计的溢流坝曲面。（5）反弧段与非溢流坝下游面切点的坐标确定图4-1溢流坝剖面拟定图4.3消能防冲设计由于溢流坝下泄的水流具有很大的动能，常高达几百万甚至几千万KW36 《水工建筑物》课程设计，如此巨大的能量，如不妥善处理，势必导致下游河床被严重冲刷，甚至造成塌滑岸破和大坝失事。所以消能措施的合理选择和设计对枢纽布置、大坝安全及工程量具有重要意义。《水工建筑物》及《混凝土重力坝设计规范》可知消能的设计原则是：1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上；2）不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷；3）下泄水流平稳，不影响枢纽中其它建筑物的正常运转；4）结构简单，工作可靠，工程量小。4.3.1确定消能形式（1）挑流消能:挑流消能是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散,并掺入大量空气，然后跌入下游河床水垫后,形成强烈的旋滚,并冲刷河床形成冲坑,随着冲坑逐渐加深，水垫愈来愈厚,大部分能量消耗在水滚的摩擦中,冲坑逐渐趋于稳定.挑流消能的工程量小、投资省,结构简单、检修施工方便.但下游局部冲刷不可避免,一般适用于岩基比较坚固的高坝或中坝。（2）底流式消能:底流消能是在坝址下游设消力池,消力坎等,促使水流在限定范围内产生水跃,通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量.底流消能具有流态稳定，消能效果好,对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点。但工程量大，不宜排漂或排冰.底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道,高坝采用底流消能需经论证。（3）面流式消能:面流消能是在溢流坝下游面设低于下游水位、挑角不大的鼻坎，将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指向坝址，并使主流沿下游水面逐步扩散，减小对河床的冲刷，达到消能防冲的目的。面流消能适用与水头较小的中、低坝，要求下游水位稳定，尾水较深，河道顺直，河床和河岸在一定范围内有较高抗冲能力，可排漂和排冰。面流消能虽不需要做护坦，但因为高速水流在表面，并伴随着强烈的波动，流态复杂，使下游在很长距离内水流不平稳，可能影响电站的运行和下游航运，且宜冲刷两岸，因此也须采取一定的防护措施。（4）消力戽消能：消力戽消能是在溢流坝址设置一个半径较大的反弧戽斗，戽斗的挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋滚，经鼻坎将高速的主流挑至表面。戽内、外水流的旋滚可以消耗大量能量，因高速水流桃到表面，减轻了对河床的冲刷。消力戽适用于尾水较深，变幅较小，无航运要求且下游河床和两岸有一定抗冲刷能力的情况。消力戽的优点是：工程量较底流消能小；冲刷坑比挑流消能浅；不存在雾化问题。缺点是：下游水面波动大，绵延范围长，易冲刷岸坡，对航运不利，底部旋滚将泥沙带入戽内时，磨损戽面增加了维修费用。（5）最终确定消能型式分析比较以上消能工的优缺点，考虑到本次设计的重力坝属于高坝，下游地质条件比较好的情况，决定选用挑流消能。4.3.2挑流鼻坎设计（1）挑流鼻坎有连续式和差动式，该设计选用连续式鼻坎；（2）经计算，鼻坎高程2861.64m；（3）反弧半径R=25m；（4）根据实际工程情况，该设计挑射角取θ=25°；36 《水工建筑物》课程设计4.3.3水舌挑距L的估算水舌挑射距离按水舌外缘计算（图4-2），其估算公式为式中：L——水舌挑距，m；v1——坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速的1.1倍计算；θ——鼻坎的挑角；h1——坎顶平均水深h在铅直向的投影，h1=hcosθ；h2——坎顶至河床面高差，m；式（4-4）v1按下列公式计算：把数据带入式中，计算按设计洪水位情况考虑，得到：KE=1309.8×74.11.5=0.0651Φ1=31-0.0550.06510.5=0.92226V1=0.92226×2×9.8×[74.1-32.612×（1-cos25o）]=34.415m/sh1=3.894×cos25o=3.53mh2=115.50-114.15+32.612×(1-cos25o)=4.4054m代入各参数计算得L=19.8×[34.4152×sin25ocos25o+34.415×cos25o34.4152×sin25o+2×9.8×（3.53+4.4054）]=62.3234.3.4冲刷坑深度的估算36 《水工建筑物》课程设计冲刷坑深度工程上常按式（4-8）进行估算。式中：tk—水垫厚度，自水面算至坑底，m；q—单宽流量，m3/（s.m）；q=1130m3/（s.m）H—上下游水位差，m；H=74.1mα—冲坑系数，坚硬完整的基岩取0.9～1.2，坚硬但完整性较差的基岩取1.2～1.5，软弱破碎裂隙发育的基岩取1.5～2.0。该设计取0.9。tk=0.9×1300.5×74.10.25=30.1m；L/tk=62.323/30.1=2.0705，一般要求L/tk>2.5～5，满足要求。挑流消能抗冲击算图因非溢流坝段应力和稳定均满足要求，故溢流坝应力稳定不再做详细分析。考虑到溢流坝下泄水流会产生掺气现象，故需要在溢流坝两边设置导墙。初步估算导墙高出坝面2m。第5章细部构造设计5.1坝顶构造坝顶路面应具有2～3％的横向坡度，并设置砼排水沟(30×30cm)以排出坝顶雨水，坝顶上游的防浪墙（宽0.5m，高1.2m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此墙身应有足够的刚度、强度和稳定性，宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构，而下游侧则可设防护栏，为满足运用要求和交通要求，在坝顶上布置照明设施，即在上游侧每隔25m设一对照明灯，一只朝向坝顶路面方向，一只朝向水库方向。根据大坝正常运行需要，在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道、电站的电梯井，便于观测和维修人员快速进出。36 《水工建筑物》课程设计5.2分缝止水一、坝体分缝1、横缝：减小温度应力，适应地基不均匀变形和满足施工要求；2、纵缝：适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力，在平行坝轴线方向设置。一般情况下横缝为永久缝，也有临时缝，垂直坝轴线，用于将坝体分成为若干独立的坝段；纵缝为临时缝，可分为铅直纵缝、斜缝和错缝三种，纵缝缝面应设水平向键槽，键槽呈斜三角形，槽面大致沿主应力方向，在缝面上布置灌浆系统进行接缝灌浆，为了灌浆时不使浆液从峰内流出，必须在缝的四周设止浆片。3、水平施工缝：是上、下层浇筑块之间的接合面。浇筑块厚度一般为1.5～4.0m；在靠近基岩面附近用0.75～1.0m的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。二、止水设计横缝内需设止水，止水材料有金属片、橡胶、塑料及沥青等，对于高坝应采用两道止水片，中间设沥青井，金属片止水一般采用1.0～1.6mm后的紫铜片，第一道止水治上游面的距离应有利于改善坝体头部应力，一般为0.5～2.0m（本设计采用1.0m），每侧埋入砼的长度约为20～25cm（本设计采用25cm），在止水片的安装时要注意保证施工质量，沥青井为方形或圆形（本设计采用方形），其一侧可用预制砼块，预制块长1.0～1.5m，厚5～10cm（本设计采用1m×10cm），沥青井尺寸大致为15cm～15cm至25cm～25cm（本设计采用20cm×20cm），井内灌注的填料由二号或三号是由沥青，水泥和石棉粒组成，井内设加热设备（通常采用电加热的方法），将钢筋埋入井中，并以绝缘体固定，从底部一直通到坝顶，在井底设置沥青排出管，以便排除老化的沥青，重填新料，管径可为15～20cm。止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约30～50cm，井内填满沥青砂，止水片必须延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。图5-1止水设计1—第一道止水铜片；2—沥青井；3—第二道止水铜片；4—预制块；5—横缝6—沥青油毡；7—加热电极5.3混凝土标号分区36 《水工建筑物》课程设计砼重力坝坝体各部分的工作条件及受力条件不同,对砼材料性能指标的要求也不同,为了满足坝体各部分的不同要求,节省水泥用量及工程费用,把安全与经济统一起来，通常将坝体砼按不同工作条件进行分区,选用不同的强度等级和性能指标,一般分为6个区,见下图（5-2）。图5-2坝体混凝土分区示意图Ⅰ区—上、下游水位以上坝体表层砼，其特点是受大气影响；Ⅱ区—上、下游水位变化区坝体表层砼，既受水位的作用也受大气影响；Ⅲ区—上、下游最低水位以下坝体表层砼；Ⅳ区—坝体基础砼；Ⅴ区—把体内部砼；Ⅵ区—抗冲刷部分的砼。为了便于施工，选定各区域砼等级时，各类别应尽量少,相邻区的强度等级不得超过两级，分区的厚度一般不得小于2～5m，以便浇筑施工，分区对混凝土性能的要求见下表，表中“++”表示选择各区同等级的主要控制因素，有“+”的表示需要提出要求；有“-”的为不需要提出要求。表5-1坝体各区对混凝土性能的要求分区强度抗渗抗冻抗冲刷抗侵蚀低热最大水灰比选择各区厚度的主要因素严寒寒冷地区温和地区I+-++--+0.550.60抗冻II++++-++0.450.50抗冻、抗裂III+++++-++0.500.55抗渗、抗裂IV++++-+++0.500.55抗裂V++++--++0.650.65VI++-+++++++0.450.45抗冲、耐磨5.4坝体排水坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕，排水管应通至纵向排水管道，其上部应通至上层廊道或坝顶（溢流面以下），以便于检修管距可采用采用3m，排水管幕距上游坝面的距离，一段要求不小于坝前水深的1/10～1/1236 《水工建筑物》课程设计，且不少于2m，（1/10～1/12）（104.14～107.1）=（8.68～10.71）m故根据规定排水管设置在距上游面9m处，以使渗透坡降控制在允许范围内。排水管采用预制多孔混凝土管，内径可为15cm～25cm（取20cm），随着坝体混凝土的浇筑而加高。渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道，沿积水沟或集水管经横向廊道的排水沟汇入集水井，再用水泵或自流排水排向下游，排水沟断面常用30cm×30cm，低坡3%，排水管施工时必须防止被混凝土的杂物等堵塞。排水管与廊道的连通采用直通式，如图5-3所示。5.5廊道系统为了满足施工运用要求，如灌浆，排水，观测，检查和交通的需要，在坝体内设置各种廊道，这些廊道互相连通，构成廊道系统。5.5.1坝基灌浆廊道帷幕灌浆需要在坝体浇灌到一定高度后进行，以便利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量。本次设计基础灌浆廊道断面取3.0×3.5m，形状采用城门水洞型。廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面0.05～0.1倍作用水头、且不小于4～5m处设置，本次设计取10m，为满足压力灌浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于1.5倍廊道宽度，取5m。灌浆廊道兼有排水作用，并在其上游侧设排水沟，下游侧设坝基排水孔幕，在靠近廊道最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后经由水泵抽水排至下游坝外。5.5.2检查及坝体排水廊道为了检查巡视和排除渗水，常在靠近坝体上游面适当高度方向每隔15～30m设置检查和排水廊道，断面形式多采用城门洞形，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m36 《水工建筑物》课程设计，距上游面的距离应不少于0.05～0.07倍水头，且不小于3m,该重力坝选取7m，上游测设排水沟。各层廊道在左右两岸应各有一个出口，并用铅直的井使各层廊道连通。排水廊道断面尺寸统一拟定为2m×2.5m，城门洞形。第6章地基处理设计天然地基，由于经受长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷，有时还有断层、破碎带和软弱夹层，所有这些都需要采取适当的处理措施，地基处理的主要任务是：（1）防渗；（2）提高基岩的强度和整体性。6.1清基开挖6.1.1开挖原则地基开挖与清理的目的是使坝体坐落在稳定、坚固的地基上。开挖深度应根据坝基应力、岩石强度及完整性，结合上部结构对地基的要求和地基加固处理的效果、工期和费用等研究确定，原则上应考虑技术加固处理后，在满足坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。坝高超过100m时，可建在新鲜、微风化或弱风化下部的基岩上。6.1.2开挖设计靠近坝基面的缓倾角软弱夹层应尽可能清除。顺河流流向的基岩面尽可能略向上倾斜，以增强坝体的抗滑稳定性，基岩面应避免有高低悬殊的突变，以避免造成坝体内应力集中。在坝踵和坝址处可开挖齿坎以利稳定。采用爆破开挖时应避免放大炮，以避免造成新的裂隙或是原有裂隙张开。基岩开挖到最后0.5～1.0m，应采用受风钻钻孔，小药量爆破；遇有宜风化的页岩、粘土岩等，应留0.2～0.3m的保护岩层，待到浇筑混凝土前再挖除。对岸坡坝段，在平行坝轴线方向宜开挖成台阶状，但须避免尖角。6.1.3坝基清理基岩开挖后，在浇灌混凝土前，需要进行彻底的清理和冲洗，包括：清除松动的岩块，打掉突出的尖角。基坑中原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。6.2坝基加固固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以及节理裂隙发育和破碎带范围内。采用浅孔低压灌注法灌入水泥浆，以提高基岩的弹性模量、抗渗性和强度等。36 《水工建筑物》课程设计在坝踵、坝址附近灌注孔相对较密，呈梅花形布置，其他部位疏一些。孔距排距由灌浆试验确定，一般从10～20m开始，采用内插逐步加密的方法，最终约为3～4m，本设计取4m。孔深5～8m，必要时还可适当加深，帷幕上游区的孔深一般为8～15m。钻孔方向垂直于基岩面。当存在裂隙时，为了提高灌浆效果，钻孔方向尽可能正交于主要裂隙面，但倾角不能太大。6.3防渗排水6.3.1帷幕灌浆1、帷幕灌浆目的帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。灌浆材料最常用的是水泥浆，有时也采用化学灌浆，化学灌浆的优点是：可灌性好，抗渗性强，但较昂贵，且污染地下水质，使用时需慎重，本次设计从经济合理以及环保角度考虑，选用水泥浆作为灌浆材料。2、帷幕灌浆范围防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处也可在坝顶、岸坡或平洞内进行。平洞还可以起排水作用，有利于岸坡的稳定。钻孔方向一般为铅直，必要时也可有一定斜度，以便穿过主节理裂隙，但角度不宜太大，一般在100以下，以便施工。防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工程地质、水文地质情况确定。当地质内的不透水层厚度不大时，帷幕可穿过透水层深入相对隔水层3～5m。当相对隔水层埋藏较深，则帷幕深度可根据防渗要求确定，通常采用坝高的0.3～0.7倍。帷幕深入两岸的部分，原则上也应达到上述标准，并与河床部位的帷幕保持连续，形成连续的不透水的防渗墙。当相对隔水层距地面不远时，帷幕应深入岸坡与该层相衔接。当相对隔水层埋藏较深时，可深到原地下水位线与最高枯水位的交点B处，如图6-2，在BC′以上设置排水，以降低水库蓄水后库岸的地下水图6-2防渗帷幕沿坝轴线的布置1—灌浆廊道；2—山坡钻进；3—坝顶钻进；4—灌浆平洞；5—排水孔；6—最高库水位；7—原河水位；8—防渗帷幕底线；9—原地下水位线；10—蓄水后地下水位线3、帷幕灌浆设计36 《水工建筑物》课程设计防渗帷幕的厚度应当满足抗渗稳定要求，即帷幕的渗透坡降不能超过规定的容许值，见表6-1。表6-1防渗帷幕的容许渗透坡降帷幕区的透水率q（Lu）帷幕区的渗透系数k(cm/s)容许渗透坡降J＜5＜1×10-410＜3＜6×10-515＜1＜2×10-520灌浆所能到的帷幕厚度l与灌浆孔排数有关，如图所示，当由n排灌浆孔时，l=(n−1)c1+c"此处，c1为灌浆孔排距，一般c1=（0.6～0.7）c；c为孔距；c"为单排灌浆时的帷幕厚度，c"=（0.7～0.8）c。帷幕灌浆孔的排数，在一般情况下，高坝可设两排，对地质条件差的地段还可适当增加。当帷幕由n排灌浆孔组成时，一般仅其中一排孔钻灌至设计深度，区域各排的孔深可取设计深度的1/2～1/3。孔距一般为1.5～4.0m，排距宜比孔距略小。本次设计属高坝，所以帷幕设两排，孔距取3.0m。钻孔方向可以是铅直的，也可有一定的倾斜度，依工程地质情况而定，帷幕灌浆必须在浇灌一定后的坝体混凝土后施工。灌浆压力一般应通过实验确定，通常在帷幕表层段不宜小于1～1.5倍坝前静水头，在孔底段不宜小于2～3倍坝前静水头，但应以不破坏岩体为原则。6.3.2坝基排水为进一步降低坝底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕。根据规定要求，坝基的排水孔幕在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角为15°，孔距取3m，孔径为200mm。孔深为10m，沿坝轴线方向设置一排。6.4软弱带处理6.4.1断层破碎带的危害断层破碎带的强度低，压缩变形大，易于使坝基产生不均匀沉降，引起不利的应力分布，还会使坝至坝体开裂。如果破碎带与水库相同，还会使坝底的渗透压力加大，甚至产生机械或化学管涌，危及大坝安全。6.4.2断层破碎带处理措施对倾角较陡的走向近于顺河流流向的破碎带，可采用开挖回填混凝土的措施，做成混凝土塞，其高度可取断层厚度的1～1.5倍，且不小于1.0m，见图。如破碎带延伸至坝体上、下游边界线以外，则混凝土塞也应向外延伸，延伸长度取为1.5～2.0倍混凝土塞的高度。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的陡倾角断层破碎带，因为它将导致坝基渗透压力或坝体位移增大。如难以避开，也可用混凝土塞，但其开挖深度要比近于顺河流流向的大，约为1/10～1/4坝底宽度，如图6-3（b）。36 《水工建筑物》课程设计图6-3陡倾角断层破碎带的处理1—坝段；2—伸缩缝；3—断层破碎带；4—混凝土塞；5—基岩面；6—坝体；7—灌浆帷幕；8—排水孔幕对走向近于顺河流流向的缓倾角断层破碎带，埋藏较浅的应予挖出；埋藏较深的，除应在顶面作混凝土塞外，还要考虑深埋部分对坝体稳定的影响。必要时可在破碎带内开挖若干斜井和平洞，回填混凝土，形成有混凝土塞和水平塞组成的刚性骨架，封闭该范围内的破碎物，以阻止其产生积压变形和减少地下水产生的有害的作用。在选择坝址时，应尽量避开走向近于垂直河流流向的缓倾角断层破碎带。如不可避免，也可采用上述方法进行处理。6.4.3软弱夹层的处理具有软弱夹层的坝基，由于夹层的抗剪强度很低，遇水易软化或泥化，通常都须进行加固处理，以满足抗滑稳定要求。根据软弱夹层的埋深、产状、厚度、充填物的性质，结合工程的具体情况，为了阻止软弱夹层滑动，一般采用的处理措施有：（1）对于浅埋的夹层，多用明挖处理，将软弱夹层清除，回填混凝土或者在上游坝踵、下游坝趾设置深齿坎，切断软弱夹层直达完整基岩。当夹层埋藏较浅时，此方法施工方便，工程量小，采用的较多。（2）对于埋藏较深、较厚，倾角较缓的软弱夹层，可在夹层内设置混凝土洞塞。（3）采用大型钢筋混凝土抗滑桩。（4）若有两层以上的软弱夹层时，可采用预应力锚索，锚索可在水库正常运行的情况下施工，特别适合于已建工程的施工。36 《水工建筑物》课程设计×[34.4152×sin25ocos25o+9.8×3.8949.8×3.89436 《水工建筑物》课程设计36'