重力坝设计内容

重力坝设计内容、方法与步骤

一重力坝设计所需基本资料

<一>地形

库区与坝址的地形地貌及高程，河流流向及河谷型状，地物与已成建筑物，村庄集中分布及内外交通、水电线路布置，显附有库区、坝址的地形图。

<二>地质

包括库区及坝址地质情况。

坝址地质应已包括环境地质、地基岩石结构、岩层产状工程地质及水文地质情况，如断层破碎带分布、节理裂隙发育状况、地下水位与济量，透水带分布岸坡稳定性及崩坡积物分布、分化层深度。

建筑材料分布，储量及物力性

坝轴线处基？的主要物理力学性质、钻孔柱状？

<三>水文与气象

1.水文水利计算成果：水库设计标准及相应的特征水位与库容，淤沙高程。

2.气象

库区气候、降雨量、风速、冰冻情况。

<四>计算参数

基岩抗剪或抗剪断指标，极限承载力或承载力标准值。淤沙的抗剪指数及自重，地震烈度，水库吹程及冲坝系数、扬压力折减系数。

二总体布置

确定重力坝位置，选定坝型及结构以及与两岸或？？建筑物的连接方式

<一>坝型选择

根据地址的地形、地质、建筑材料、施工条件及？？利用要求，选择适宜的重力坝结构形式；如当地地质较差，坝高不大，？当地具有足够的石料，可优先选择浆砌石宽？重力坝。

<二>坝轴线位置

根据提供的坝址地形图，？？工程量，施工要求及其他建筑物布置特性，确定坝轴线。

<三>溢流坝段与非溢流坝段的位置

通过水力计算确定溢流坝长度再？？？消能要求确定在大坝中具体位置，其余部分为非溢流坝段。

三坝面拟定

初拟确定重力坝挡水坝段与溢流坝段横纵剖面的形状与尺寸。

<一>基本剖面——三角形

根据上游最高水位与坝基地质条件，？依类此法，初拟基本三角形顶点位置，底边位置及上下游的坝坡系数。

1.顶点：通常是顶点位置？？最高水位附近，当地质条件较差，剖面尺寸挖

到？？？条件时，顶点高程应适当高些。

2.底边：根据地形图反映的最大坝段地面高程，？出开挖深度的坝基高程？

为三角形底边位置。

3. 上游坝坡：当地基条件较差，上游坡可设为倾斜<一般边坡系数n=0~0.3>

或折坡，折坡高度一般为坝高的1/2~1/3，？应？？坝体放小？布置等要求时，折坡点尽量往？放小？底高程以下，以利？闸门布置。

4. 下游坝坡：一般可用类比法，即根据？坝高、地质条件、坝体结构与？？？

的已建工程来初拟下游坝坡系数m ，一般为0.6~0.9。

<二>实用坡剖面

重力坝的实用剖面为基本剖面+坝顶

1. 挡水坝段实用剖面

① 坝顶超高

1%z c h h h h ?=++

其中 1%h ——概率1%的浪爬高，根据水库所在地的地形条件 ，利用？？公式或蒲

田公式计算，最终确定1%h ，计算中在设计情况，共计算风速0V ？

1.5~

2.0，最大平均风速max v ,校核？？0max 1.0v v =，吹程不变。

z h -------风浪雍高，一般说来库水位的水源较大，公式按1%0.305z h h =计

算确定。

c h --------安全超高，根据计算情况（该公式校核水位）及建筑物级别查有关表格确

定，为三级建筑物，设计水位时，0.5c h m =。

②坝顶高程 ?坝顶=静水位h +? 分别计算设计水位与校核水位时坝顶超高值

h ?设、h ?校并根据已知水位表示：

?坝顶=设计水位h +?设

?坝顶=校核水位h +?校

取其大值，即为最终？自定的坝顶高程（或防浪墙顶高程），实际坝顶高程=防浪墙顶高程—墙高，并不？？？？上游最高水位，若低于上游实际坝顶高程可与最高水位（校核洪水位）齐平，？？1.2m 高的防浪墙，确定相应墙顶高程。

2. 溢流坝实用剖面

① 上游坝面同非溢流坝

② 坝顶高程：与水库防洪限制水位齐平，若溢洪道为自由溢流式，则与正常水位齐平。

③ 堰顶形状：为满足水位条件上中大泄流能力，防止？空气？等不利现象，堰顶？？曲线形。常用施工方法，流量较大的WES 曲线，相应曲线方程为

1y

n d

x y kH -=，n 、k 当上游？？？取 1.85, 1.2n k ==。？？水头max (0.750.95)d H H =-，max H 为堰上水头。

④ 下游坝面：？？基本三角形为1：m 直线，直线两端应与堰顶曲线及末端反弧曲线相切。

⑤反弧段：对于挑流消能，反弧段系数如下：

坝顶高程应高于下游最高水位1~2m ，挑射角—取15~35度 反弧径取（4~10）反弧水深hc ，hc 可利用解能量方程计算可得， 挑坎以下剖面为直立形，

四 结构计算

通过结构计算的稳定与强度校核，以最终确定使用剖面形状、尺寸。

（一） 荷载组合及其计算

1、 荷载组合：重力坝上作用荷载？？有自重，水压力、扬压力、泥沙压力、液压力及地震荷载等，设计中，应考虑不同组合，按重力坝设计规范一般应考虑基本组合的正常水位，设计水位两种情况。特殊组合的校核水位及正常运用下地震情况。

2、 荷载计算：针对不同坝段的计算截面进行计算，一般应计算非溢流坝段及溢流坝段的坝基切面或坝体内需要计算的大地切面。利用相应的荷载计算公式，列表进行荷载计算，要求？？相应计入与不计入扬压力时的水平力总和，垂直力总和及力————总和的标准值与设计值（附荷载计算表）

（二） 稳定分析与校核

1、 稳定分析方法

①单一安全系数法：分抗剪公式与抗剪断公式计算相应安全系数

1、 抗剪公式

f w

k p =∑∑

2、 抗剪断公式

f w c A k p ''+'=

∑∑ 式中：

..f f c ''——抗剪摩擦系数。抗剪断摩擦系数及凝聚力， w p

∑∑——计入扬压力时。计算载体上的垂直力，水平力总和 ,k k '——抗剪，抗剪断稳定安全系数。

① 抗滑稳定性校核

不同荷载组合下抗滑稳定安全系数K(k)应不小于相应规定值 [k](k ’)

即[]k k ≥ 或[]k k ''≥

规定值可根基建筑物级别及荷载组合查有关规范，教材

3、 极限状态设计法——按水压力极限状态设计

基本公式 0()

()d R s γ?γ??≤

式中相应0,,d γ?γ可查有关规范活教材

()s ?及()R ?为作用系数及抗力函数，其中荷载应采用设计值 荷载设计值=荷载标准值*分项系数——

()R s P ?=∑

()R R R R f W C A ''?=+∑ 不同荷载组合下，均应进行相应设计校核。

（三） 应力分析与强度校核

1应力分析方法——材料力学法，

利用偏心受压基本公式，求上下游边缘垂直正应力yu σ yd σ

--利用主应力公式，求——上下游边缘第一，第二主应力1u σ,，2u σ及

1d σ,2d σ.

应力计算时，应分不同荷载组合，要分别考虑计入，不计入扬压力两种情况进

行,_计算成果列成表格。

2 强度校核

①定值法（1）坝基强度校核：计或不计入扬压力时，

max []y σσ≤地基

min 0y σ≥ （2）坝体强度校核

计入扬压力时max []σσ≤地质

min 0σ≥

不计入扬压力时max []σσ≤地质

min 00.25h σγ≥

② 极限状态设计法

（1） 抗压强度：按水压力极限状态设计

22

6()()(1)R

R W M s m T T ?=-+∑∑ ()R R f ?=

(2)抗拉强度：按正常实用极限状态设计。 260R R

W M T T +≥∑∑

正常使用极限状态设计时，荷载应用标准值，若经

校核，在各种荷载组合下，相应的抗滑稳定性及抗压，抗拉强度均满足

要求，——为原拟定的重力坝使用剖面是满足安全可行性要求的。

五、细部构造

为保证重力坝满足运用要求，还应对已确定的重力坝剖面进行细部构造设计，以确定每一项细部构造型式，布置及构造要求。

（一） 坝顶

1、非溢流坝段：坝顶上游侧应设贯穿全坝的砼或浆砌石防浪墙，墙高一般约

1.2m ，厚0.4m ，与坝体连成整体，底部每5~10m 可设一排小孔。

坝顶下游侧应设贯穿全坝的安全栏杆及灯柱，栏杆高约 1.2m ，——坝顶路面

应设做向上游的单侧横向排水或做成——拱型，——设纵向排水沟。

2、 溢流坝段：对于无闸门的自由溢流式溢流坝顶，应设交通桥。交通桥主————

应在上有最高水位以上0.5m ，桥面两侧设安全栏杆与灯柱。对有闸门控制的溢流坝顶，应设工作桥与交通桥，桥底面应高于上游水位0.5m 以上

（二） 分缝

重力坝一般为满足适应不均匀沉降与温度要求，应设永久横缝，其位置可根据坝段布置及地质条件，强度变化等要求确定，通常溢流坝与非溢流坝之间应设横缝，另从适应温度要求，缝路15~20m ，横缝中应设上水

（三） 廊道系统

对于中低坝为满足灌浆排水，观测及交通要求，应设置基础廊道及相应交通廊道，进出口不得少于两个。

基础廊道，底高及至坝上游面距离均不得小于4~5m ，其型式宜采用标准廊道，相应半径——1.25m 。

（四）防渗与排水

砼重力坝上游宜采抗渗标号较高的砼，厚度至少不小于2m ，而——浆砌石坝，——应设——钢筋——防渗面板。

坝体防渗下游侧距坝面不小于2m 处设一排间距为2~3m 的竖向排水——，其上部应高于上游最高水位，下部自廊道上游侧通入廊道集水沟

坝体横向排水间距约100米，相应出口高于下游水位，以便自廊道集水沟将渗水经此排入下游河道，横向排水断面可为矩形或直墙圆拱型，最小边长不小于0..3m ，边坡1/25~1/100。

（五）溢流坝挑流消能

对于中高坝，溢流坝下游消能宜采用挑流消能，鼻坎宜用砼修建，并配置构造钢筋或锚筋。

溢流坝在设计水位或校核水位情况下，应分别进行堰顶真空度与泄流能力校核，计算相应挑距与重坎深度，并进行校核。

（六）重力坝地基处理

为了使地基能满足重力坝对其“四——”的要求，重力坝应进行地基处理。

（一）加固处理措施

1.坝基开挖，对于中低坝（坝高50m以下），可建于弱风化层中部的基岩上，以上的

风化层宜挖深。

开挖时，纵向（顺水流）开挖或略做向上游的大平小不平的形状，两岸坡开挖时，在——坝面轴线找方向，平台与斜坡相同的台阶状，平台总宽度不小于坝段宽度1/3，

2.固结灌浆，在坝基开挖后，上下游——底宽下的1/4范围内应进行固结灌浆，其孔

排距可采用3~4m，或梅花状布置，上游第一排孔——位于坝体以外。

3.特殊处理，对于断层破碎带，根据其密度不同，一般按<1m，1~3m及>3m，分别采

用砼塞，砼——及砼拱处理。

（二）防渗与排水

1．齿墙，为提高坝体——及抗渗要求，坝基在游坝趾处，可设深为1~3m的砼齿墙，与坝体砼连成一体。

2．帷幕灌浆：对中低坝，在坝基——上游面，可布置一排帷幕灌浆，并在基础——内进行，帷幕灌浆通常为（0.3~0.7）倍水头，并应伸入地基相对防水层3~5m，孔距

为1.5~3m,帷幕应伸入两岸至正常水位与地下水位相交点上。

3．坝基排水孔，宜设——帷幕——下——，2m外出，主排小孔孔距2~3m，深度约为帷幕深（0.4~0.6）倍，一般不小于10m

七编写设计报告及绘制图纸

（一）设计报告

可参考下列提纲编写。

第一节工程概况及设计资料

一水库所在地的概况

（一）地理位置，流域情况受益区及边社区的社会经济状况等

（二）水库工程的主要——及开发条件等

（三）重力坝工程概况

二设计资料

（一）地形资料

包括地形，地——及坝址上地形——。

（二）地质条件

包括——.坝址，地址工程，地质条件，水文地质条件，地基岩石的物理——性

能，岩层产状，地震——，天然建筑物材料分布——性能

（三）水文气象资料

包括水文水力计算成里，水利特征表，——水位流量曲线，气温，冰冻，降水。

风速等。

（四）计算主要参数

包括特征水位——扬压力——等

三设计依据

包括有关教材，资料，设计情况等方法主要的

第二节重力坝平面布置

一坝型及坝轴线

根据坝址的地形，地质，建筑物材料，施工层及——为——坝轴线及相应的坝体结构形式。

二坝段布置

（一）溪流坝段

（二）非溢流坝坝段

第三节重力坝剖面拟定

一基本剖面

1.三角形顶点

2 三角形底边

（二）三角形的上下游边坡

1 上游边坡

2 下游边坡

二使用剖面

（一）非溢流坝段

1 坝顶超高

2 坝顶高程

3 坝顶宽度

（二）溢流坝段

1 坝顶高程及堰顶曲线

2 挑流鼻坎

第四节重力坝荷载及其组合

一计算剖面及荷载组合

（一）计算剖面

（二）荷载组合及相应荷载种类

二荷载计算（通常列表进行）及成果

第五节稳定分析及校核

一计算剖面与稳定计算方法

二稳定安面系数及其校核。

第六节应力分析与强度校核

一计算剖面及应力计算方法

二应力计算及成果表

三强度校核（方法、结果）

第七节细部构造设计

一坝顶构造（包括型式、布置、及构造要求，为防浪墙，安全系数，路面）

二坝体分缝（类型、作用、布置构造、为永久横缝）

三防渗与排水

（一）防渗

（二）排水（竖向，横向，排水）

四廊道系统

（一）基础廊道

（二）交通廊道（进出口）

五消能计算与校核

（一）挑距计算

（二）——计算及校核

第八节地基处理设计

一坝基开挖

（一）开挖深度

（二）开挖线型式

二固结灌浆（布置分为。孔距排孔压力水深）

三齿墙

四帷幕灌浆（位置，孔距、深度。范围）

五地基排水孔（位置，深度，孔距）

（二）设计图纸

1 设计图类型：重力坝平面图，下游平面图，主要剖面图。细部构造图，地基处理图

2 图纸要求

①布置：图幅略图布置匀称，比例恰当。

②内容：完整，正确，规范，符合制图规范要求。

为平面个应表达的内容有：

1）建筑物所在地地形，地质，水流及南北向。

2）建筑物位置

3）建筑物平面形状，大小(高程，尺寸)

结构图应表达内容

1)建筑物形状，大小，结构，构造及材料。

2)建筑物地基的地质情况，建筑物于地基的连接方式。

3)建筑物————主要排水条件

4)建筑物————内部结构，构造及尺寸，材料等