碾压混重力坝毕业设计

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碾压混重力坝设计

前言

某水库工程是河北省和水利部“八·五”重点工程建设项目之一。该工程是以供水、灌溉、养殖等综合利用为主的大型控制枢纽工程。青龙河流域水量充沛，控制流域面积6340km2，，多年平均径流量9.6亿m3，是滦河流域较大的一条支流。但由于降雨、径流的年际年内分配极不均匀，必须修建大型控制工程调节水量，丰富的水资源才能得以充分开发利用。

水库按满足秦皇岛市生活、工业用水和滦河中下游农业用水的需要设计，工程规模是：正常蓄水位141 m，调节库容7.09亿m3，水库库容系数0.77，水量利用系数为70%。坝后式电站装机容量20Mw。

根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SDJ12-78的规定，一期工程为二等工程，大坝为2级建筑物，正常应用洪水为100年一遇，非常运用洪水为1000年一遇。辅助建筑物按Ⅲ级设计，临时建筑物按Ⅳ级设计。

枢纽建筑物包括电站坝段，溢流坝段、两岸非溢流坝段。坝型为碾压混凝土重力坝坝。底孔坝块两个，孔口进口后接,深式压力管道，进口底高程90.0m,最大单孔泄流量900m3/s。溢流坝共5孔，孔宽20m，装设8x8m弧形钢闸门。溢流面采用WES曲线，堰顶高程130，最大泄量3200m3/s，下游防洪允许单宽流量160m3/s，泄水建筑物按100年一遇洪水设计，采用宽尾墩与消力池联合消能方式，枢纽工程总泄量5000m3/s。 水电站为3级建筑物，正常运用洪水为30年一遇，非常运用洪水为200年一遇，电站装机容量20MW，多年平均发电量为6275x104kwh.。

水库上游设计洪水位为142.0m，相应下游水位为92.0m，库容为8.32×108m3，溢流坝相应的泄量为15243m3/s；上游校核洪水位为143.3m，相应下游水位为92.4m，库容为8.70×108m3，溢流坝相应的泄量为19857 m3/s；上游正常蓄水位为141m（与汛限水位同高），相应下游水位为86.1m；死水位为90.0m，相应的库容为0.78×108m3。

1 水文与水利规划

1.1 气象

根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。多年平均气温约10℃，年绝对最低气温为-29.2℃，最高气温为38.7℃，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温39℃。多年平均降雨量为700mm，且多集中在夏季七、八月份。全年无霜期约180天，结冰期约120天，河道一般在12月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚0.4—0.6m，岸边可达1.0m。多年平均最大风速23.7m/s，水库吹程为3km。

1.2 水文分析

(Ⅰ)洪水

青龙河洪水由暴雨形成，据统计七～八月发生最大洪峰流量的机会占88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量为2200秒立米(1962年)，最小洪峰流量184秒立米(1965年)，相差12倍，流域洪水峰高、历时短，陡涨陡落。 一次洪水持续时间一般3—5天。 (Ⅱ)年来水量

青龙河流域年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致，但年际间变化悬殊，实测径流资料1929—1983年共35年资料中丰水年1961年达21.34×104m3，枯水年1965年仅16.77×104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量9.6×108m3。

实测径流资料如表1所示。考虑到流域内人类活动对产流的影响，分别对未来规划年2000年和2020年流域内耗水量进行了预测，得到个规划年的径流系列，如表1 所示。

根据径流年内和年际变化特征，分别选择1986年，2000年和2020年为设计水平

1

年， (Ⅲ)年输沙量

青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区分布和洪水分布上一致。主要是土门子与某之间，其间来沙量约占某以上总输沙量的95%以上，而汛期输沙量又集中在几次特大洪水上。年际间泥沙量的变化悬殊。由统计分析得知，某站多年平均淤沙量为389t,多年平均含沙量为4.0kg/m3，多年平均侵蚀模数为762.8t/km2。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为0.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3，内摩擦角为12度。 (Ⅳ)水文分析成果表

表1—1 水文分析成果表 序号

1 利用水文系列年限

2 代表性流量 多年平均流量

立米/秒

调查历史最大流量

立米/秒

设计洪水洪峰流

2

姓 名 单 数 位 量

35

备 注

30.5

3400

立360

量(P=1%) 米/秒

0

校核洪水洪峰流量(P=0.1%)

立米/秒

5200

保坝洪水洪峰流量(P=0.01%)

立米/秒

7600

3 洪量

设计洪水洪量(P=1%)

亿立米

6.5

五 天

校核洪水洪量(P=0.1%)

亿立米

8.2 五 天

4 多年平均年径流量

亿立

9.6

3

米

5 多年平均输沙量 吨 431

1.3 水文规划成果

(Ⅰ)死水位选择

为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当加高，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地。按二十年淤积高程，选定死水位104m。 (Ⅱ)调节性能的选定

灌溉保证率选取P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余水发电，从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高20%。故确定该水库为多年调节性能水库。

(Ⅲ)兴利水位的确定原则和指标

根据青龙河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定为140.5米。七、八月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪标准，以防洪兴利兼顾为原则，确定九、十月限制水位，提高为136.2米汛末可以多蓄水。但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为141米。

电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求，因此在保证灌区工农业用水的基础上，确定电站的运用原则是灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水年则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。 (Ⅳ)防洪运用原则及设计洪水的确定

某水库属一级工程。水库大坝建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作非常保坝标准对水工建筑物进行复核。

调洪运用原则：

入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下流量为2000秒立米。

当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70每秒立米控制泄流。

4

当入库洪水为万年一遇时，按上述原则操作，即库水位接近校核水位时，水库水位仍继续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开洪，允许溢洪道局部破坏。 (Ⅴ)水库排沙和淤沙计算

某水库回水长25公里，河道弯曲，河床比降为2.2%，河床宽300米左右，是个典型的河道型水库。

水库利用异重流排沙。在蓄水过程中，只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙，经计算，多年平均排沙量只占5.2%，94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容。淤沙高程为97.6m，堆沙库容为1.66×108m3。 (Ⅵ)水库工程特征值

A. 枢纽下泄流量及相应下游水位

水库上游设计洪水位为142.0m，相应下游水位为92.0m，库容为8.32×108m3，溢流坝相应的泄量为15243m3/s；上游校核洪水位为143.3m，相应下游水位为92.4m，库容为8.70×108m3，溢流坝相应的泄量为19857 m3/s；上游正常蓄水位为141m（与汛限水位同高），相应下游水位为86.1m；死水位为90.0m，相应的库容为0.78×108m3；

表1—2 水库技

术经济指标表 序号

名 称

单 位 数 量

5

备 注

1 2 序号

水库水位 校核洪水位(P=0.01%) 设计洪水位(P=1%)

兴利水位 汛限水位 死水位 水库容积 总库容 设计洪水位库容

名 称 防洪库容 兴利库容 其中共用库容

死库容

米 米 米 米 米 亿立米 亿立米

考虑淤积

20年 考虑淤积

20年 考虑淤积

20年 考虑淤积

20年 考虑淤积

20年

校核洪水

5.05

位 4.63

备 注

单 位 数 量 亿立米 亿立米 亿立米 亿立米

6

14.93

3 库容系数 4 调节特性

筑物尺寸

%

7

多年

表1—3

主要建

序号 2

名 称 导流泄洪洞

型式 隧洞内径

消能方式 最大泄量(P=0.01%) 最大流速 闸门型式

单 位 数 量 备 注 米

工作闸前

明流隧

为压力隧洞

洞

8×8 城门洞型

压力隧洞

8米

挑流

启闭机型式

检修门 进口底部高程 灌溉发电洞

型式

立米/

22000 秒 米/秒

?×? 11扇

弧形门 300吨油

压启闭机 15× 15.5

斜拉门 米 90.0

压力钢

管

8

隧洞

4 序号

内径 灌溉支洞内径 最大流量 进口底部高程 枢纽电站 名 称 型式

米 米 立米/秒

6 3 45 131.6

备 注

单 位 数 量

引水式 平方39×

厂房面积

米 16.2

装机容量 MW 3×10

立米/

每台机组过水能力 12.0

秒

2 工程地质

2.1 地形

见1:2000坝址地形图

2.2 库区工程地质条件

水库位于高山区，构造剥蚀地形。青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由

9

于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。

流域内地形北高南低，平均高程与500m，最高峰海拔1680m。河道蜿蜒曲折，河谷宽度400~100m不等，河道比降1/400~1/600。

库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。

青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区亦未发现重要矿产。

2.3 坝址区工程地质条件

基本裂度为六度，建筑物按七度设防。

位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两岸山体较厚。河床宽约300米，河床地面高程85m，河床砂卵石本区地震覆盖层平均厚度5—7米，渗透系数K=1×10-2厘米/秒。

水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出2条坝线，经过比较，确定第一坝线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、渗透性小。坝址区为剥蚀——中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。

坝线区河谷呈不对称“U”字形，较开阔。右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁，已查明的小段层有6-7条；左岸山坡平缓，覆盖着31m厚的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层40余条，其中相对较大的有10多条。

3 枢纽布置

3.1 坝址及坝型的选择

3.1.1 坝址

根据地形和地质剖面图，位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两

10

岸山体较厚。河床宽约300米，河床地面高程85m，河床砂卵石本区地震覆盖层平均厚度5—7米，渗透系数K=1×10-2厘米/秒。

水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出2条坝线，经过比较，确定第一坝线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性小。坝址区为剥蚀——中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。

坝线区河谷呈不对称“U”字形，较开阔。右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段层有6-7条，软弱夹层有13条；左岸山坡平缓，覆盖着31m厚的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层40余条，其中相对较大的有10多条。

坝址选择与地形地质条件、坝型枢纽布置及施工导流等因素有关，在满足枢纽布置和施工导流要求的前提下，坝轴线应尽可能短，以节省工程量。

碾压混凝土重力坝线选在靠近左岸分布河床深槽（深54～56 m）处，靠近深槽的岩体边坡近于直立，河谷两岸不对称。此处河床宽40～42 m。两岸岩石坚硬完整，耐分化，是坝址区比较理想的混凝土重力坝坝线。

根据坝址的地质、地形条件，通过定性分析确定坝轴线位置。这里主要考虑的地质条件有：

1、坝基全部坐落在第四大岩层上； 2、左岸与第三大岩层保持一定的距离； 3、河床部位使上游坝踵避开F2断层； 4、右岸离开陡岸的局部不稳定岩体。

3.1.2 坝型

从地形条件看，本坝址不适合建拱坝，可修建混凝土重力坝（包括实体重力坝和宽缝重力坝），大头坝和面板堆石坝。通过各种坝型的定性比较，综合考虑地质地形条件，建筑材料，施工条件，综合分析后认为混凝土重力坝结构作用明确，设计方法简单，安全可靠，对地形地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，不必另行布置河岸溢洪道等泄水建筑物，便于施工导流，施工方便，维护和管理方便，故本设计初步选定基本坝型为碾压混凝土重力坝。

3.2 枢纽主要建筑物

主要建筑物有：碾压混凝土重力坝（溢流坝段和非溢流坝段）。碾压混凝土重力坝设表

11

孔泄水孔。

3.3 枢纽建筑物布置

本枢纽正常蓄水位141m，坝顶高程144.54 m，最大坝高62.54m，最大坝底宽50m。 大坝由左岸挡水坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段组成。坝顶宽度为6m上游直立，下游坡为1:0.75，起坡点高程112m。坝段布置一泄洪中孔，用以泄洪和放空水库，后期可兼作排沙用。在坝后设弧形工作门，孔口尺寸为8×8 m（宽×高），由液压启闭机控制。进口设事故检修平板门一道，尺寸为8×8 m（宽×高），由坝顶固定卷扬式启闭机控制。

消能形式采用挑流鼻坎消能，鼻坎高程94m，挑角25°，出口采用收缩断面形式。三孔开敞式溢流堰顶设有弧形工作门。孔口尺寸为8×8 m（宽×高），采用液压式弧门启闭机操作。表孔检修闸门10×8.5，表孔工作闸门10×8.5。 详细布置见附图1。

12

4 非溢流重力坝的剖面设计

4.1 基本剖面拟定

重力坝是在巨大的水压力（静水压力和扬压力为主）的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗剪（滑）力来维持稳定（不移动，不倾倒，不浮起）。重力坝的主要荷载是自重，扬压力和静水压力。坝体挡水高度越大，需要用来维持稳定的自重应越大；自重越大，需要用来降低应力的剖面宽度应越大；因而三角形剖面最符合这个要求。三角形剖面的重心低，剖面宽度随水深的增加而加大，应力小，稳定性最好，还具有外形简单，易于施工等优点。所以重力坝的基本剖面是三角形,因为从坝体的承受荷载以及安全经济等诸多方面考虑，三角形剖面是比较合理的。

P

H

W

U

图4--1 重力坝基本剖面

如图所示，在已知坝高Ｈ，水压力Ｐ，抗剪强度ｆ，ｃ和扬压力Ｕ的条件根据抗滑稳定和强度要求，可以得到工程量最小的剖面尺寸。

重力坝基本剖面呈三角形，在平面上坝轴线通常呈直线。时为了适应地形地质

条件或为了枢纽布置上的要求，也可成折线或折率不大的拱向上游的拱形。 根据工程经验，一般情况下，上游坡率n = 0～0.2，常作成铅直或上部铅直下部向上游倾斜。此设计中上游取铅直（ψ＝0°）。下游坝坡坡率m =0.6～0.8，底宽约为坝

13

宽的0.7～0.9倍。初步拟定坝高H为60m,坝底宽为50m。

4.2 实用剖面设计

4.2.1 防浪墙顶高程计算

由基本资料可知，该水库上游设计洪水位为142.0 m，校核洪水位为143.3m，正常蓄水位为141.0 m（与汛限水位同高），《混凝土重力坝设计规范》[10]规定，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高度差由下式计算，取其高者作为选定高程。

Δh = 2hl + hz + hc （4—1）

式中： Δh——坝顶高于水库最高水位的高度，m；

2hl——波浪高度，m；

hz——波浪中心线至水库静水位的高度，m； hc——安全超高，m。

1设计情况 ○

波浪高度 2hl = 0.0166×V5/4×D1/3 （4—2）

式中： V——计算风速，本工程V校=23.7 m/s，取V设=1.5﹡23.7=35.6 m/s

D——水库吹程，本工程中D=3 km

代入数据得2hl = 0.0166×35.65/4×31/3 =2.08m 波长2L=10.4(2hl)0.8=11.70m

波浪中心线至水库静水位的高度hz的公式为：

4Π hlΠ H1 hz （4—3） cthLL式中： L——波长，m；

H1——坝前水深，m。

解得hz=1.16

由基本资料知，该大坝为2级建筑物，其设计和校核情况下的安全超高值hc如表1—1

214

所示，分别为0.5，0.4。

所以设计情况下Δh = 2hl + hz + hc =2.08+1.16+0.5=3.74m 即 防浪墙顶高程H设=设计洪水位+Δh=142.0+3.74=145.74m

表4—1 安全超高值

运用情别

况

设计情况（基本组合） 校核情况（特殊组合） 2校核情况 ○

波浪高度 2hl = 0.0166×V5/4×D1/3 （4—4）

式中： V——计算风速，本工程V校=23.7 m/s

D——水库吹程，本工程中D=3 km

代入数据得2hl = 0.0166×23.75/4×31/3 =1.25m

波长2L=10.4(2hl)0.8=12.43m

坝的级

1 0.7

2 0.5

3 0.4

0.5 0.4 0.3

4Π hlΠ H1=0.39m 此时的安全超高为0.4 hzcthLL215

所以校核情况下Δh = 2hl + hz + hc =1.25+0.39+0.4=2.04m 即 防浪墙顶高程H校=校核洪水位+Δh=143.3+2.04=145.44m

综合上述设计校核两种情况，取较大值，即防浪墙高程为145.74m,根据规范取1.2m的防浪墙高度，最终确定坝顶高程为144.54m。由已知资料可知，大坝坝基高程可定为82.0m，所以大坝高度为144.54-82.0=62.54m。

4.2.2 坝顶宽度确定

坝顶宽度一般取坝高的8%～10%，且不小于2 m，当在坝顶布置移动式起闭机时，坝顶宽度要满足安装门机轨道的要求。由于施工及运行要求，坝顶应有足够的宽度，考虑到本工程坝顶无交通要求，结合以上坝顶高程，坝顶高度H取144.54 m，则坝顶宽取值范围为：62.54×（8%～10%）=5.0～6.2m，所以初步定坝宽为6m。

4.2.3 坝底宽度确定

根据工程经验，下游坝坡坡率m=0.6～0.8；底宽约为坝高的0.7～0.9倍。 本工程中：下游坝坡坡率m取0.75，坝底宽度取值范围为：62.54×（0.7～0.9）=42.5～56.3 m，坝底宽初步选定为50 m。

综上初步选择，非溢流段剖面如图。

6m 1：0.75

62.54m

50.0m

图4--2 非溢流坝段剖面

4.2.4 非溢流坝荷载组合

根据工程实际情况，选择两种工况：

16

1． 正常工况（基本组合）：设计洪水位+对应荷载 2． 校核工况（特殊组合）：校核洪水位+对应荷载 4.2.5 非溢流坝消毒抗滑稳定计算

1.正常工况下坝基处2—2截面抗滑稳定验算 （1）计算方

根据荷载组合可知，正常工况下选择：设计洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算。 （2）荷载计算

荷载受力图：

L P

142.00m

2 P

1:0.7

1 P 1 P

s P 0:0.15

s

1

92.0m 4 P

3 P 2 588.6

147.15 2 82.0m 98.1

U

图4—3 非溢流坝荷载示意图

① 自重

取 =24.6 KN/m3

1W=V=24.6×[124.530662.544458.672]=42643.60KN

② 上游水平向静水压力

2211 P12oH129.816017658KN

③ 上游铅直向静水压力

21 P212oH229.81(31.4361.43)42295.7KN ④ 下游水平静水压力

2 P3129.8110490.5KN

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⑤ 下游铅直向静水压力

2 P4129.81100.75367.9KN ⑥ 水平向泥沙压力

2222112Ps12shstan(452)20.869.8115.6tan(452)673.2KN

⑦ 铅直向泥沙压力

Ps124.5(15.66.25)0.869.81414.8KN ⑧ 土压力

本工程地基开挖后回填土不厚，不考虑土压力影响。

⑨ 扬压力（取α=0.3）

1 U129(588.6147.15)245.5(147.1598.1)8890.3KN ⑩ 浪压力

在确定坝顶高程时已知：

L5.85m，2hlhz2.081.163.24m 浪压力：

PL0(L2hlhz)LL20L229.81(5.583.24)5.5829.815.5822

88.7KN

(3). 抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=3.0，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2。 K'f'(WU)C'A1.10(42643.642295.7367.9414.88890.3)54.5801.0 17658673.2490.588.7P4.96[K']3.0，满足稳定要求。

2. 校核工况下坝基处2—2截面抗滑稳定验算 （1）计算方法

根据荷载组合可知，校核工况下选择:校核洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算。 （2）荷载计算

① 自重

取 24.6KN/m3

1W=V=24.6×[124.530662.544458.672]=42643.60KN

② 上游水平向静水压力

2211H9.8161.318431.5KN P12o12③ 上游铅直向静水压力

221H9.81(61.331.3)42059.2KN P2122o218

④ 下游水平静水压力

2 P3129.8110.4530.5KN ⑤ 下游铅直向静水压力

2 P4129.8110.20.75382.7KN ⑥ 水平向泥沙压力

2222112Ps12shstan(452)20.869.8115.6tan(452)673.2KN

⑦ 铅直向泥沙压力

Ps124.5(15.66.25)0.869.81414.8KN ⑧ 土压力

本工程地基开挖后回填土不厚，不考虑土压力影响。

⑨ 扬压力（取α=0.3）

1U129(601.4149.8)245.5(149.8102.0)9108.9KN ⑩ 浪压力

在确定坝顶高程时已知：

L6.22m，2hlhz1.250.391.64m 浪压力：

PL0(L2hlhz)LL20L229.81(6.221.64)6.2229.816.2222

50.0KN

3. 抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=2.5，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2。

f'(K'WU)C'A1.10(42643.642059.2382.7414.89108.9)54.5801.0 18431.5673.2530.550.0P4.75[K']2.5

满足稳定要求。

4.2.6 设非溢流坝段应力验算（坝基2—2截面处）

1.正常工况下坝基处2—2截面边缘应力

19

WMP图4--4 坝基边缘

应力图

假定任一水平截面上的垂直正应力y呈直线分布。应用《材料力学》偏心受压公式计算：

W6MyBB2

W6MyBB2

各类荷载值已在稳定验算时全部算出。

M124.53024.625662.5424.619.75124458.6724.65.2542295.727.25490.53.33414.827.6(147.15922.7512441.5924.2598.145.54.51249.0545.53.08)1765820367.927.25673.25.288.758.71082438.4KNmW42643.642295.7367.9414.88890.376831.7KN

76831.761082438.43.5963MPa y54.554.5276831.761082438.40.7768MPa y54.554.52u。  有泥沙压力， PP1Pskh ， PP(PPuy)n(0.10653.5963)0.150.5235MPa

(PPuy)m(0.09810.09810.7768)0.750.7298MPa

22(PPu xu)(PPy)n0.1065(0.10653.5963)0.150.1850MPa2(PPu2xu)(PPy)m(0.09810.09810.7768)0.750.5473MPa20

u)n2(10.152)3.59630.10650.1523.6748MPa1(1n2)y(PPu)m2(10.752)0.77681.2137MPa 1(1m2)y(PP0.1479MPa 20 2

2.校核工况下坝基处2—2截面边缘应力

同正常工况下，各类校核洪水位时的荷载在稳定验算时全部算出。

M12124.53024.625662.5424.619.75124458.6724.65.2542059.227.25530.53.47414.827.6(12451.6924.25149.8922.7547.845.53.0945.5102.04.5)18431.520.43382.727.25637.215.288.7601050107.7KN.m

W42643.642059.2382.7414.89108.976391.4KN

76391.461050107.73.442MPa y54.554.5276391.461050107.70.7196MPa y54.554.52 有泥沙压力， PP1Pskh ， PPu。

(PPuy)n(0.10653.442)0.150.5003MPa

(PPuy)m(0.1020.1020.7196)0.750.6927MPa

22(PPuxu)(PPy)n0.1065(0.10653.442)0.150.1815MPa2(PPu2xu)(PPy)m(0.1020.1020.7196)0.750.5195MPa

u)n2(10.152)3.4420.10650.1523.517MPa1(1n2)y(PPu)m2(10.752)0.71961.124MPa 1(1m2)y(PP0.1479MPa 20 24.2.7 设坝基2—2截面处内部应力验算

1.正常工况下内部应力验算

选取正常工况下验算A、B两点的内部应力。

2 A B 2

18.2m 18.15m18.15m

图4—5 设计工况下坝基处内部应力图

21

（1）根据y在水平截面上直线分布的假定，有：

yabx

ay0.7768MPa

M121082438.4103b0.0802MPa B354.5312 A点：y0.7768(0.0802)36.33.6881MPa B点：y0.7768(0.0802)18.152.2324MPa （2）坝体内剪应力

求2—2截面的边缘应力时已求出， 0.5235MPa

0.7298MPa

P17658673.2490.588.717929.4KN a1b1xc1x2 a10.7298

10316P1b1B(B24)54.5[617929.42(0.5235)40.7298]54.50.07066Pc1(33)1B2

B154.5210[617929.43(0.5235)30.7298]54.53

0.00001A点：0.7298(0.0706)36.3(0.00001)36.321.846MPa B 点：0.7298(0.0706)18.15(0.00001)18.1520.554MPa （3）坝体水平正应力x

xa3b3x

0.5473 a3x b3xyB0.77680.54730.0243 54.5 A 点：x0.54730.024336.31.4294MPa B 点：x0.54730.024318.150.9883MPa （4）主应力1、2 A 点：

12xy2(xy)2421.42943.68812(1.42943.6881)24(1.846)2

B 点：

1.0348MPa

3.2935MPa22

12xy2(xy)2420.98832.23242(0.98832.2324)24(0.554)2 0.2044MPa1.4485MPa

2. 校核工况下坝基处2—2截面内部应力验算

选取校核工况下验算A、B两点的内部应力。

2 A B 2

18.2m 18.15m18.15m

图4—6 校核工况下坝基处内部应力图

（1）根据y在水平截面上直线分布的假定，有：

yabx

ay0.7196MPa

M121050107.71030.0778MPa bB354.5312 A点：y0.7196(0.0778)36.63.567MPa B点：y0.7196(0.0778)18.152.132MPa （2）坝体内剪应力

求2—2截面的边缘应力时已求出， 0.5003MPa

0.6927MPa

P18431.5673.2530.550.018624.2KN a1b1xc1x2 a10.6927

10316P1b1B(B24)54.5[618624.22(0.5003)40.6927]54.50.0701

23

6P618624.21031c1B12(33)[3(0.5003)30.6927]B54.554.52

0.0008A点：0.6927(0.0701)36.30.000836.322.906MPa

B 点：0.6927(0.0701)18.150.000818.1520.8431MPa （3）坝体水平正应力x

xa3b3x

0.5195 a3x b3xyB0.71960.18150.0165 54.5 A 点：x0.51950.016536.31.1185MPa B 点：x0.51950.016518.150.8190MPa （4）主应力1、2 A 点：

12xy2(xy)2421.11853.5672(1.11853.567)24(2.906)2 2.5757MPa 5.0242MPaB 点：

12xy2(xy)2420.81902.1322(0.81902.132)24(0.8431)2

1.7251MPa4.2.8 设非溢流坝段折坡处抗滑稳定验算（1—1截面）

0.4121MPa

1. 正常工况下折坡处1—1截面截面抗滑稳定验算 （1）计算方法

根据荷载组合可知，正常工况下选择：设计洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算。 （2）荷载计算

荷载受力图：

24

6m

8.0m

P

142.0mL

P

1

w 1

1 U

111.66.00m

图4—7 非溢流坝折坡处

荷载示意图

① 自重

取 24.6KN/m3

1W=V=24.6×[1232.5422.56(1.118)2]=9677.8KN

② 上游水平向静水压力

2211 P12oH129.81304414.5KN ③ 下游水平静水压力

2 P2129.8100KN ④ 下游铅直向静水压力

2 P4129.8100.750KN ⑤ 水平向泥沙压力

2222112Ps1htan(45)0.869.810tan(452ss222)0KN⑥ 浪压力

在确定坝顶高程时已知：

L5.85m，2hlhz2.081.163.24m 浪压力：

PL0(L2hlhz)LL20L223.24)5.589.815.589.81(5.58222

88.7KN

⑦ 扬压力（取α=0.3）

25

1 U12294.388.293219.588.291434.7KN（3）抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=3.0，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2。

f'(K'WU)C'A1.10(9677.81413.7)22.5801 4414.588.7P 3.14[K']3.0，满足稳定要求。

2. 校核工况下折坡处1—1截面截面抗滑稳定验算 （1）计算方法

根据荷载组合可知，校核工况下选择：校核洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算 （2）荷载计算

荷载受力图：

6m PL

1 P

143.3m 8.0m

W

1 1 111.66m

图4—8 校核工况下1—1截面的荷载示意图

① 自重

取 24.6KN/m3

1W=V=24.6×[1232.5422.56(1.118)2]=9677.8KN

U

② 上游水平向静水压力

2211 P12oH129.8131.34805.4KN ③下游水平静水压力

2 P2129.8100KN

26

④ 下游铅直向静水压力

2 P4129.8100.750KN ⑤ 水平向泥沙压力

22221Pskh1htan(45)0.869.810tan(45122ss222)0KN

⑥ 浪压力

在确定坝顶高程时已知：

L6.22m，2hlhz1.250.391.64m 浪压力：

PL0(L2hlhz)LL20L229.81(6.221.64)6.2229.816.2222

50.0KN

⑦ 扬压力（取α=0.3）

1 U123.0(307.0592.12)219.51372.4KN （3）抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=2.5，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2

f'(K'WU)C'A1.10(9677.81372.4)22.5801 4805.450.0P 2.6[K']2.5满足稳定要求。 4.2.9 设非溢流坝段折坡应力验算（1—1截面） 1.正常工况下折坡处1—1截面边缘应力

，

WPM

图4—9 正常工况下1—1截面边缘应力示意图

假定任一水平截面上的垂直正应力y呈直线分布。 应用《材料力学》偏心受压公式计算：

27

W6MyBB2W6M yBB2各类荷载值已在稳定验算时全部算出。

M(63024.68.25122216.524.65.25)4414.510088.728.71(88.2939.7512206.01310.25288.2919.51.25)006455.1KN.m W9677.81413.78264.1KN

8264.166455.10.4437MPa y22.522.58264.166455.10.2908MPa y22.522.522 无泥沙压力， PP1 PPu0

(PPuy)n(294.3294.30.4437)0.150.0666

(PPuy)m(0.2908)0.750.2181MPa

22(PPuxu)(PPy)n0.44370.150.0010MPa 2(PPu2xu)(PPy)m(0.2908)0.750.1636MPa

u)n2(10.152)0.44370.4537MPa 1(1n2)y(PPu)m2(10.752)0.29080.4544MPa 1(1m2)y(PP0.0311MPa 20 22.校核工况下坝基处1—1截面边缘应力

同正常工况下，各类校核洪水位时的荷载在稳定验算时全部算出。 M(63024.68.25122216.524.65.25)4805.410.43015030(12214.93310.2592.1239.75292.1219.51.75)0

780.5KNmW9677.81372.48305.4KN

8305.46780.5y22.522.50.3784MPa

28305.46780.50.3598MPa y22.522.52 无泥沙压力， PP1 PPu0

(PPuy)n(307.05307.050.3784)0.150.0568

(PPuy)m(0.3598)0.750.2699MPa

2(PPuxu)(PPy)n0.0085MPa

22(PPx)(PP)m(0.3598)0.750.2024MPa uuyu)n2(10.152)0.37840.3869MPa 1(1n2)y(PP221(1m2)(PP)m(10.75)0.35890.5622MPa yu0.0311MPa 20 228

29

5 溢流重力坝设计

5.1 溢流坝段设计

5.1.1 溢流坝段基本数据 1. 溢流坝段净宽度

确定溢流方式为表孔溢流，孔数为7孔，每孔净宽14m，则溢流坝段总宽度：

Bnb71498m。 2. 溢流堰顶高程

经试算确定溢流堰顶高程为：堰130m。 3. 闸门高度

闸门高度确定：门高=正常蓄水位-堰顶高程+（0.1～0.2） H=141-130+0.2=11.2m，按照《水工钢闸门设计规范》取为12m。 5.1.2 据溢流坝段实用剖面设计

溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧三部分组成。堰顶上半段做成椭圆曲线，下半段做成WES曲线，下游做成挑流鼻坎。 1.参数选择

最大作用水头：Hmax13.30m

x2 椭圆曲线方程： (aHd)2(bHdy)2(bHd)21

式中 a0.30，b0.1695。溢流面曲线坐标x、y的原点取在堰顶点O。

nn1WES曲线方程： xKHdy

由于上游面为铅直的，K2.0,n1.85，Hd91.59%Hmax91.59%13.3012.18m

则：aHd0.3012.183.65m，bHd0.169512.182.06m。

取 dbHd6.000m，则 d8.06mHmax213.3026.65m。

30

3.65m 2.06m 6.00m 6.32m A O x(x0,y0)1:0.75yB

图4—10 溢流

坝曲面参数图

AO段椭圆方程：

x2 3.652(2.06y)22.0621

BO段WES曲线方程：

1.851yx 212.180.85 则 yo1.85212.180.850.851xo0.75

xo18.73m

1.851yo212.1813.50m 0.8518.73 切点B的坐标为（18.73，13.50），经过计算O点与上游坝面在同一个平面。

5.1.3 设溢流坝段消能设施结构尺寸的确定

1. 校核洪水时，下游水深10.4m，故取鼻坎高程

鼻82.010.41.694m，挑角25，反弧段半径取R=8m。

堰上水深：H堰13.30m 由能量方程：

q222g2hc1cos)堰鼻Hhc R（ P8(1cos25)1309436.75m

36.75 10.015513.300.95

180.5 hc29.810.952h213.336.7550.05

c2

求得 hc0.82m，hcR80.829.76。

31

2.正常情况下的反弧段水深hc的确定

堰上水深：H堰11.0m 由能量方程：

R（1cos)堰q2鼻Hhc2g2hc2

P8(1cos25)1309436.75m

10.015536.7511.00.96

2 h138.57c29.810.962hc211.036.7547.75

求得 hc0.62m，

R8hc0.6212.90。

R=8.0m

O E B A F 25 92.0m C

16.0m 2 82.0m 12.0

D

2

图4—11 流坝剖面图

由解析法计算：

OB8cos257.25m OA8cos53.134.8m

ED16sin53.1320m AE8sin53.136.40m

BF8sin253.38m

5.1.4 溢流坝抗滑稳定验算（坝基2—2截面）

1.正常工况下坝基处2—2截面抗滑稳定验算 （1）计算方法

32

溢

根据荷载组合可知，正常工况下选择：设计洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算。 （2）荷载计算

荷载受力图：

P 2

R=8.0m

O

P 1 S P P x

P y

25 92.0m W

3 P

2

① 自重

取 =24.6 KN/m

221WV24.6[112168sin78.13-3.14878.132236011124.5301620226.672023.656.3263.65D

2 82.0m

图4—12 溢流坝荷载示意图

143.142.063.6518.7301212.180.85x1.85dx2026.67]55102.52KN② 上游水平向静水压力

211 P12oH129.81(1159)4816480.8KN

③ 上游铅直向静水压力

211P212oH229.81(1159)4.59.8123.65(69.94)1259.70KN ④水平向泥沙压力

22221Ps1htan(45)0.869.8115.6tan(45122ss222)673.2KN⑤ 铅直向泥沙压力

Ps124.5(15.66.25)0.869.81414.8KN

⑥下游水平静水压力

33

2 P3129.8110490.5KN

⑦动水压力

vhqc45.450.6273.31m/s

PxPy0qvg73.31(cos2cos1)9.81138.57(cos25cos53.13)3111.63KN 9.8173.31(sin2sin1)9.81138.57(sin25sin53.13)12389.54KN 9.810qvg ⑧ 扬压力（取α=0.3）

9

111.83 470.88 47.5

98.1

U

力示意图

图4—13 设计工况下坝基扬压

1U129(470.88111.83)247.5(111.8398.1)7608.03KN （3）抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=3.0，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2。

f'(K'WU)C'A1.10(55102.521259.70414.87608.03)56.580116480.8673.2490.5P

3.2[K']3.0，满足稳定要求。

2.校核工况下坝基处2—2截面抗滑稳定验算 （1）计算方法

根据荷载组合可知，校核工况下选择校核：校核洪水位+对应荷载，取沿坝轴线方向1m单位长度进行验算. （2）荷载计算

① 自重

取 =24.6 KN/m3

221WV24.6[112168sin78.13-3.14878.132236011124.5301620226.672023.656.3263.65

143.142.063.6518.7301212.180.85x1.85dx2026.67]55102.52KN34

② 上游水平向静水压力

211 P12oH129.8148(13.361.3)17563.8KN

③ 上游铅直向静水压力

211P212oH229.814.5(13.361.3)9.8123.65(69.94)1361.23KN ④水平向泥沙压力

2222112Ps12shstan(452)20.869.8115.6tan(452)673.2KN⑤铅直向泥沙压力

Ps124.5(15.66.25)0.869.81414.8KN ⑥下游水平静水压力

2 P3129.8110.4530.52KN ⑦动水压力 vqhc

180.50.82220.1m/s

PxPy0qvg0gvg220.1(cos2cos1)9.81180.5(cos25cos53.13)12170.2KN 9.81220.1(sin2sin1)9.81180.5(sin25sin53.13)48572.1KN 9.81⑧ 扬压力（取α=0.3）

9

110.66 470.88 47.5

102.02

U

图 4—14 校核工况下坝

基扬压力

1 U129(470.88110.66)247.5(110.66102.02)2853.36KN

（3）抗剪断强度验算

查表得，抗滑稳定安全系数[K']=2.5，查基本资料得f'1.10,c'8kg/cm2。

f'(K'WU)C'A1.10(55102.521361.23414.82853.36)56.5801 17563.8673.2530.52P35

3.4[K']2.5，满足稳定要求。

5.1.5 设溢流坝段应力验算（坝基处2—2截面）

1.正常工况下坝基处2—2截面边缘应力

假定任一水平截面上的垂直正应力y呈直线分布。应用《材料力学》偏心受压公式计算：

W6MyBB2W6MyBB2

W

图4—15 溢流坝坝基面边缘应力示意图

各类荷载值已在稳定验算时全部算出。

正常情况下放水对应力不利。

M55102.523.0491259.7028.253111.6313.30414.828.25490.52MP23.3316480.820.0012389.5422.25673.25.2(12359.05925.25111.83923.7547.598.14.51213.7347.512.4)443248.11KNm

W55102.521259.70414.87608.0349168.47KN

49168.47644328.110.7869MPa y56.556.5249168.47644328.11y56.556.520.9536MPa

 有泥沙压力， PP1Pskh ， PPu。

(PPuy)n(0.10650.7869)0.150.1021MPa

(PPuy)m(0.7574)0.750.5681MPa

22(PPu xu)(PPy)n0.1065(0.10650.7869)0.150.1218MPa22(PPx)(PP)m(0.7574)0.750.4260MPa uuyu)n2(10.152)0.78690.10650.1520.8022MPa1(1n2)y(PP22(1m2)1(PP)m(10.75)1.72662.6978MPa yu

0.1479MPa 20 236

2.校核工况下坝基处2—2截面边缘应力

同正常工况下，各类校核洪水位时的荷载在稳定验算时全部算出，放水对应力不利。

M55102.523.0491361.2328.2512170.213.30414.828.25530.523.4717563.82048572.122.25673.25.2(12360.22925.25110.6647.54.5110.66923.75128.6447.512.42)1123114.26KNm

55102.521361.23414.82853.3654025.19KN

54025.1961123114.26=1.155MPa y56.556.52254025.1961123114.26=3.067MPa y56.556.5 有泥沙压力， PP1Pskh ， PPu。

(PPuy)n(0.10651.155)0.150.1892MPa

(PPuy)m(2.863)0.752.147MPa

22(PPuxu)(PPy)n0.1065(0.10651.155)0.150.0781MPau)n2(10.152)(1.155)0.10650.1521.142MPa 1(1n2)y(PPu)m2(10.752)3.0674.792MPa 1(1m2)y(PP0.1479MPa 20 25.2 溢流挑射距离和冲坑深度计算

1.挑距计算

v2gH0.9229.81(6010)28.82m/s

v11.1v1.128.8231.70m/s h0.62m

h1hcos0.62cos250.56m

h210m

222L11h2)]g[v1sincosv1cosv1sin2g(h挑距：

96.82m2.冲坑深度

hk3q2g23138.579.8112.509m

H601050m

1.5，kr1.0，t10m。

冲坑深度：

37

tkq0.5H0.25t1.5138.570.5500.251026.9m

而此时下游水深为10m，因此挑流不会对下游造成冲坑。

6大坝基础处理

6.1一般开挖要求

修建在岩基上的重力坝，其坝址由于经受长期的地质作用，一般都有风化，节理，裂隙等缺陷，在地基处理时要综合考虑地基及其上部结构之间的关系，使其与地基工作条件相协调。重力坝对地基的要求介于拱坝与土石坝之间，要求有足够的强度和较小的压缩性外，还应有足够的不透水性及足够的抗滑能力。除少数较低的溢流重力坝可建在土基上外，一般均须建在岩基上。因此需要 对大坝基础进行处理。

由于重力坝地基受力大，要求地基要有足够的强度；又由于重力坝刚性较大，要求地基有较小的变形；坝蓄水后，库水会通过坝基向下游渗流，要求地基要有较高的抗渗性；由于坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，这对稳定不利，要求地基要有较高的抗滑能力。为了减小渗流对坝体稳定和应力的不利影响，在靠近坝体的上游面设排水管，靠近坝踵的地基内设防渗帷幕，帷幕后设排水孔。

坝基开挖的目的是为坝体提供一个稳定、坚固的地基和匀称的接触面。一般开挖时应坚持以下原则：

① 坝基范围内的冲积层、松散岩石和强风化破碎岩层必须清除； ② 靠近坝基面的水平软弱夹层，应尽可能清除；

③ 基岩面要均匀渐变，挖除高低悬殊犬牙状的棱角，以免造成应力集中，导致坝体开裂；

④ 岩基面尽可能倾向上游，不宜向下游倾斜，以免降低坝的稳定性；如果地形上或地层向下游倾斜时，则可以将地基开挖成分级平台；

38

⑤ 当需要增加坝的抗滑稳定时，可在坝基内开挖齿槽；

⑥ 采用爆破开挖时，应尽量避免放大炮，这种爆破会对岩体造成许多新的裂缝，并使原有节理裂隙张开，从而造成不利后果。采用欲裂爆破可以避免这些有害作用；

⑦ 对开挖后暴露在水中或大气中的易于开裂或强度迅速降低的岩石，应保留最后一层0.5～1.0 m岩石，在浇筑混凝土前分段开挖，并随即浇置混凝土，或者在开挖后立即喷以10 cm厚的喷浆保护；

⑧ 在混凝土浇筑前，应将岩基面用夹沙的高压水冲洗或者用钢刷洗刷干净，先交一层10 cm后的砂浆，然后再浇一层稠混凝土，以保证基岩与混凝土的粘结。

该大坝坝高62.54m，按照重力坝设计规范，坝基应建在新鲜、微风化或弱风化层下部的基岩上。由地质资料显示，大坝两岸基岩出露高程大部分在200m以上，没有沟通水库内外的大断层，库区外岩基抗风化作用强，库岸基本稳定。

大坝基础开挖主要包括大坝岸坡及河床土石方开挖。主要施工特点为高陡岸坡、河床深基础的开挖，施工工作面狭窄,作业交叉。根据以上特点，确定开挖程序为：先开挖右岸岸坡，后开挖左岸岸坡，截流后开挖河床部分基础。

6.2 坝基固结灌

固结灌浆是将水泥浆液或化学灌浆材料压入岩层裂隙中，硬化胶结，提高强度，抗渗性，弹性模量，改善整体的地基处理措施。通过固结灌浆可以减少基岩受力后的变形，提高岩石的抗压、抗剪强度，减少坝基的渗透性，同时帷幕灌浆旁的固结灌浆还可以提高帷幕的灌浆压力。固结灌浆在平面上缝补许多排，孔距和排距为3--4m,孔深一般为5—8m，灌浆孔采用梅花形或方块形的孔位平面布置，一般在混凝土浇筑一定的厚度作为压重后，进行固结灌浆，固结时应观测基岩变形，保证基岩不被破坏。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范围内。间排距3.m，孔深40m。

6.3 帷幕灌浆

帷幕灌浆是用灌浆充填地基中的缝隙形成阻水帷幕，以降低作用在建筑物底部的扬压力或减小渗流量的工程措施。处理方法是利用坝内灌浆廊道在基岩内钻成排的孔，由孔内将高压水泥灌浆入周围裂隙，充填起来胶结成整体，形成一道连续的地下水防渗帷

39

幕。帷幕的深度取坝高的0.3—0.7倍，此处取31m，帷幕由1—3排灌浆孔形成，一般仅将其中一排孔钻，灌至设计深度，其余各排孔深度可取设计深度的1/2—2/3倍，帷幕孔距一般为1.5—4m，排距宜比孔距略小，采用逐步加密法。灌浆材料一般多用普通硅酸盐水泥，标号在400号以上，水灰比一般在7—0.6，随着灌浆的的进程由稀变稠地灌入。在坝基灌浆廊道内设置防渗帷幕，在廊道内设主、副两排帷幕灌浆孔，设计孔深可根据渗流计算，并结合工程地质条件、地层透水性、扬压力、排水及工程经验，一般取坝高的0.3～0.7倍，孔深取40 m，孔距1.5～4.0 m，取3.0 m，排距取2.0 m。

6.4 断层及破碎带处理

坝基中常有断层破碎带存在、软弱夹层及软弱矿物富集带（统称软弱带）存在，一般采用挖填法挖除部分软弱带，再回填混凝土，具体的方法应视软弱带倾角的陡缓及大坝的相对位置及对稳定和防渗的程度而定。

对相对较大的断层破碎带按以下3种类型分别处理：

1破碎带宽度小于30 cm，当两侧岩石完整时按破碎带宽度开挖，挖深为50 cm。○

如果两侧岩石破碎，则每侧增加20 cm的开挖宽度；

2破碎带宽度在30-70 cm时，挖深100 cm，底槽宽度在断层两侧各增加50 cm，○

两边坡比为1：0.5；

3破碎带宽度在70-100 cm时，挖深150 cm，底槽宽度在断层两侧各增加50 cm，○

两边坡比为1:0.5。

缓倾角软弱带同时存在强度、渗漏和滑动问题，处理起来较为复杂，上部采用水平混凝土塞并加强固结灌浆，下部开挖斜井和平洞回填混凝土，并在周围加强灌浆。

40

7 大坝细部构造

7.1 大坝材料及混凝土分区

7.1.1 材料

碾压混凝土胶凝材料的用料少于常态混凝土，其中，粉煤灰在胶凝中所占的比重，一般为0.3—0.6，有的高达0.7。为防止骨料分离，骨料的最大粒径大多小于80mm,并需级配良好，砂率（砂与砂、石子的重量比）在0.3左右，水胶比一般在0.45—0.65之间，外加剂用量为凝胶材料的0.25左右，为保证混凝土的碾压质量，在施工现场，常以其长度作为控制指标，碾压混凝土的稠度以震动密实时间VC值表示（试件在震动台上从开始震动到混凝土全面翻浆所需的时间，以s计），通常采用15—20s. 7.1.2 坝体混凝土分区

碾压混凝土重力坝的材料的分区，上游坝面的分区应与防渗层结构相结合考虑。当上游防渗层采用常态混凝土防渗层、富胶凝材料碾压混凝土防渗层、加膨胀剂的补偿收缩混凝土防渗层时，其厚度和抗渗等级应满足坝体防渗要求（防渗层宜优先采用二级配碾压混凝土将碾压混凝土用于坝体内部，而在坝体上、上游面和靠近基岩面浇筑2—3mm常态混凝土作为防渗层、保护层和垫层，即所谓金包银式，建筑层厚0.5—0.75m,分2—3次铺筑。虽然碾压混凝土大坝的施工方式与常态混凝土大坝的施工方式区别较大，但是原有的筑坝材料分区方式在碾压混凝土重力坝中依然适用。

41

图7--1坝体混凝土分区图

Ⅰ区：上游库水位及下游库水位以上坝体表层混凝土，主要受大气的影响，要求该层要有较高的抗冻性，耐久性；

Ⅱ区：上、下游水位变化区的坝体表层混凝土，既受水的作用也受大气的影响，要求该层有较高的抗冻和抗裂性；

Ⅲ区：上、下游最低水为以下坝体表层混凝土，受水的作用，要求该层有较高的强度和抗冻、抗裂性；

Ⅳ区：与地基接触的底层混凝土，受上部坝体自重和渗透扬压力作用，要求该部位有较高的强度和抗裂性；

Ⅴ区：坝体内部混凝土，可以采用比坝基部位混凝土低一标号的混凝土，但要严格控制发热量，以避免温度应力造成坝体开裂；坝体内部混凝土的标号不应低于 R90100，

Ⅵ区：抗冲部位（如溢流面、泄水孔、闸墩、导墙等处）的混凝土，受高速水流的作用，要求该部位要有高强度，抗冻、抗冲刷、抗侵蚀性；高速水流区的混凝土应采用具有抗冲耐磨性的低流态高强度混凝土或高强硅粉混凝土，过流表面的混凝土标号不应低于 R28250。当采用耐磨材料衬护时，应与混凝土可靠结合。

碾压混凝土重力坝的溢流坝面，由于泄洪时流速较高，一般宜采用常态混凝土或钢筋混凝土防护。本设计选择钢筋混凝土防护。铺筑坝内碾压混凝土时，用预制块作为临时模板，采用阶梯状交界面，为溢流面施工提供条件。

7.2 坝内廊道设计

为减少施工干扰，增大施工作业面，碾压混凝土重力坝尽可能简化。廊道层数可适当减少，本坝属于100m以内的高坝，设两层，以满足灌溉、排水和交通的需求，廊道用混凝土预制件拼装而成，可设在常态混凝土之内，也可在预制件外侧用薄层砂浆与碾压混

42

凝土相接，本设计采用前一种方式。

7.2.1 廊道作用

为了进行坝基灌浆、汇集和排除坝身与坝基的渗水、检查与观察坝体的工作情况、布置工作闸门的启闭机室以及坝内交通等的需求，常在坝内设置廊道。

7.2.2 坝基灌浆廊道

沿坝底布置，尽量靠近基岩，距岩面2—5m，在两侧沿岸坡布置，相隔一定高程设一平台。坝基灌浆廊道的尺寸根据工作需要而定，最小为1.5m2.1m（宽高）。混凝土重力坝临时温度缝的灌浆廊道，一般设在灌浆区顶部，沿高程每隔15m设一道水平廊道。

7.2.3 坝基排水廊道

靠近地基布置，由坝基排水孔收集基岩排出的水，经过设在廊道底角的排水沟流入集水坑，然后排至下游。

7.2.4 设计布置要求

廊道的布置应满足便于灌溉和排水，一般均靠近上游坝面，廊道上游壁距坝面的距离约为该处坝面作用水头的0.07倍，且不小于2—2.5m。廊道的断面形式一般采用上圆下方的城门洞式，断面尺寸采用2.53m。

7.3 坝体分缝

碾压混凝土重力坝采用通仓浇筑，故不可设纵缝，也可减少或不设横缝。但为适

应温度伸缩和地基不均匀沉降，仍以设置横缝为宜。该坝体上游面设有常态混凝土防渗层，其横缝构造与常态混凝土重力坝相同。

由于地基不均匀沉降和温度变化、施工期温度应力以及施工浇筑能力等原因，一般要对坝体进行分缝。有些缝是永久性的，他们的存在不影响坝体的整体性，不妨碍坝的正常运行；有些缝是临时性的，只是在施工时设置，他们的存在将影响坝的整体性，使坝的正常工作受到影响，因而要对这种缝加以处理，使每个坝块结合成整体。

7.4 坝体止水和排水

7.4.1 坝体止水

重力坝的横缝是永久缝，缝中应设止水设施。每道横缝离上游面1.0 m处均设金属止水片两道，中间设沥青井，金属止水片采用1.5 m厚的紫铜片，做成“Ω”形，两端

43

插入混凝土的深度为20 cm。溢流坝段的溢流面至下游坝基均设置橡胶止水一道，止水深入基岩35 cm；廊道穿越横缝处沿廊道内表面20 cm设封闭止水一圈。

7.4.2 坝体排水

碾压混凝土重力坝一般需设置坝体排水，排水管设置于碾压混凝土区。为了便于碾压，可在建筑层面排水孔的位置上的用瓦楞纸做成与铺筑层厚度相同的沙柱，待混凝土铺好后一起碾压，孔内砂料可在一天后清除。为了减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需布设排水管幕，排水管幕至上游面的距离一般不小于坝前水深的1/10--1/12，且不小于2m，以便将渗流坡降控制在许可范围以内。排水管采用预制多孔混凝土管，间距2—3m，内径15—25m,管径不宜过小，否则宜被堵塞，渗水由排水管进入廊道，然后汇入集水井，经由横向排水管自流或用水泵抽水排向下游，排水管与廊道的联通采用直通式，方便清理。

7.5 坝体防渗

坝体上游面的常态混凝土可做防渗体。坝体设有横缝，所以在常态混凝土内也设置横缝，并设止水。

7.6 温度控制

从总体上讲，用碾压混凝土筑坝有利于温度控制，但其水热化增温过程缓慢，高温持续时间长，加之坝体快速升高，，不设纵缝，不设冷却水管等，对温控又将产生不利的影响，为防止产生温度裂缝，可采取以下措施：

（1） 减少水泥用量，选用低热水泥，合理确定混合材料的掺量； （2） 对原材料进行预冷却； （3） 用冰屑代替部分拌合水；

（4） 根据工程的具体条件（季节、气温和工程量等）合理安排施工等。

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