混凝土重力坝设计规范
主编单位国家电力公司华东勘测设计研究院批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号国经贸电力号前言
混凝土重力坝设计规范于年首次发布年作了局部修订本次根据原水利电力部水利水电规划设计院水规设字第号文的要求及水利水电工程结构可靠度设计统一标准简称水工统标规定的原则全面修订本规范对混凝土重力坝设计作出了规定通过本规范的实施在混凝土重力坝的设计中贯彻国家的有关技术经济政策做到安全实用经济合理技术先进确保质量本规范对混凝土重力坝设计规范及其年补充规定简称原规范在以下几方面作了重大修订结构设计采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状态设计表达式替代原规范采用的定值法的计算原则和方法修订了坝基岩体分类提供了岩体与混凝土接触面岩体坝基深层结构面混凝土层面的抗剪断强度参数值增加了坝基深层抗滑稳定分析方法和极限状态设计表达式对重力坝结构分析增加了有限元方法并提出了设计控制标准增补了多种消能型式设计和坝身泄水孔无压有压段的体型设计修订了坝基处理标准包括建基面和帷幕灌浆控制标准采用混凝土强度等级取代了混凝土标号增补防止坝体裂缝的措施增加了碾压混凝土重力坝设计内容本规范替代混凝土重力坝设计规范及其年补充规定并替代碾压混凝土坝设计导则本规范必须与按照水工统标制修订的其它规范配套使用 本规范中所列的附录都是标准的附录本规范由国家电力公司水电水利规划设计总院提出修订并归口本规范起草单位国家电力公司华东勘测设计研究院水利部国家电力公司上海勘测设计研究院本规范的主要起草人韩祖恒苗琴生聂广明黄东军曹泽生朱大钧柏宝忠本规范由水电水利规划设计总院负责解释目
前言范围引用标准总则术语符号重力坝布置坝体结构和泄水建筑物型式泄水建筑物的水力设计结构计算基本规定坝体断面设计坝基处理设计坝体构造坝体防裂及温度控制观测设计附录附录附录附录附录附录附录次
标准的附录堰面曲线堰面压力及反弧段半径标准的附录坝身泄水孔体型设计标准的附录水力设计计算公式标准的附录坝基坝体抗滑稳定抗剪断参数值标准的附录实体重力坝的应力计算公式标准的附录坝基深层抗滑稳定计算标准的附录坝体温度和温度应力计算范
和观测等技术要求围
本规范规定了重力坝的布置结构计算设计原则温度控制本规范适用于水利水电大中型工程岩基上的土重力坝的设计高大于级混凝土重力坝设计可参照使用的混凝土重力坝设计应作专门研究级混凝对于坝引用标准
所有标准都会被修下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成本标准的条文在标准出版时所示版本均为有效订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性水利水电工程结构可靠度设计统一标准防洪标准水利水电工程钢闸门设计规范水工混凝土结构设计规范水工建筑物抗震设计规范水工建筑物荷载设计规范水工建筑物抗冰冻设计规范水工混凝土试验规程水电站进水口设计规范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混凝土大坝安全监测技术规范试行水工碾压混凝土试验规程总
本规范是根据的设计规范则
规定的原则制定的在本规范中未涉及的部分应执行本行业或其它行业相应混凝土重力坝按其坝高分为低坝中坝和高坝以下为低坝坝高在坝为中坝坝高在坝高在以上为高术语符号术坝高建基面的最低点不包括局部深槽井或洞至坝顶的高度混凝土实体重力坝整个坝体除若干小空腔外均用混凝土填筑的重力坝碾压混凝土重力坝将干硬性的混凝土拌和料分薄层摊铺并经振动碾压密实而成的重力坝混凝土空腹重力坝在坝的腹部沿坝轴线方向布置有大尺度空腔的混凝土重力坝混凝土宽缝重力坝两个坝段之间的横缝中部扩宽成空腔的混凝土重力坝宽尾墩后段加宽成鱼尾状的溢流坝闸墩联合消能指宽尾墩与挑流鼻坎宽尾墩与底流消力池宽尾墩与戽式消力池等联合运用消能扭曲式挑坎底面扭曲坎顶不等高并与流向成一定夹角的挑坎窄缝式挑坎急流出口处的泄槽边墙急剧收缩形成窄缝的挑坎气温骤降日平均气温在寒潮基础温差指基础约束区范围内混凝土最高温度与该部位稳定温度之内连续下降超过者为气温骤降或语差符分项系数极限状态设计结构重要性系数设计状况系数作用效应函数结构抗力函数作用效应短期组合时的效应函数作用效应长期组合时的效应函数永久作用的标准值永久作用的分项系数可变作用的标准值可变作用的分项系数偶然作用的代表值几何参数的标准值材料性能的标准值材料性能的分项系数承载能力极限状态基本组合的结构系数承载能力极限状态偶然组合的结构系数正常使用极限状态短期组合的结构功能限值正常使用极限状态长期组合的结构功能限值可变作用的长期组合系数几何特征坝体计算截面沿上下游方向的长度分别为坝基面计算层面的长度上游坝坡下游坝坡号坝体计算水平截面的面积基面计算层面的面积分别为坝坝体计算水平截面对于其形心轴的惯性矩分别为坝基面计算层面对形心轴的惯性矩溢流堰净宽孔口高孔口出口处的面积反弧半径浇筑块高度浇筑块长边长度材料性能基岩变形模量混凝土的弹性模量混凝土泊松比岩石的重度水的重度混凝土的重度混凝土的比热水的比热混凝土的极限拉伸值混凝土的导热系数混凝土的导温系数混凝土的表面放热系数混凝土的温度膨胀系数混凝土强度等级符号混凝土抗压强度设计值坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数坝体混凝土层面的抗剪断摩擦系数坝基岩体结构面的抗剪断摩擦系数坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断黏聚力坝体混凝土层面的抗剪断黏聚力坝基岩体结构面的抗剪断黏聚力作用及作用效应计算截面上全部法向作用之和基岩法向作用计算截面上全部切向作用之和计算截面上全部作用包括法向和切向对计算截面形心轴的力矩之和水平正应力垂直正应力剪应力主应力计算截面上下游坝面所受的水压力扬压力计算参数上下游水位差上游水深下游水深坝顶距水库静水位的高度波高波浪中心线至水库静水位的高度超高流速流量单宽流量定型设计水头水深水舌挑距冲坑水垫厚度消力池长度波动或掺气后的水深基础允许温差混凝土的浇筑温度混凝土水化热温升坝体的稳定温度胶凝材料包括水泥和粉煤灰等混合材最终发热量水化热绝热温升计算系数空化数弗劳德数溢流堰的流量系数淹没系数流速系数基础约束系数由混凝土徐变引起的应力松弛系数重力坝布置
应根据坝址区的地形地质水文气象条件工程开发目的及规模施工条件等并结合枢纽布置通过技术经济全面比较选定常态或碾压混凝土重力坝坝体布置应结合枢纽布置全面考虑根据综合利用要求合理安排泄洪发电灌溉供水航运过木排沙过鱼等建筑物的布置避免相互干扰可首先考虑泄洪建筑物的布置使其下泄水流不致冲淘坝基其它建筑物的基础及岸坡碾压混凝土重力坝的枢纽布置宜采用引水式或地下式厂房若采用坝后式厂房时可根据坝高将引输水管道水平布置在坝体下部或上部的常态混凝土区内后者宜采用背管式布置位于洪水流量大而狭窄河道上高坝的枢纽布置可选用厂房顶溢流式厂前挑流式坝内式或地下式厂房等位于宽阔河道上可选用河床式或坝后式厂房两岸坝接头可通过技术经济比较选用混凝土坝或土石坝坝体溢流段的前沿长度孔数孔口型式尺寸和堰顶高程应考虑以下因素综合比较决定水库运行和泄洪以及排漂浮物的要求坝址地形地质条件下游河床及两岸抗冲性能下游水深及消能要求坝体分段情况与相邻建筑物的关系闸门型式工作条件及运行方式开敞式溢流孔具有较大泄洪潜力宜优先考虑坝体泄洪消能防冲设施应根据坝高坝基及下游河床和两岸地形地质条件下游河道水深变化情况结合过木排冰排漂等要求合理选择当采用挑流消能时挑流水舌应不影响其它建筑物的安全和运行必要时设置导墙或采取其它措施坝体泄水孔有泄洪孔和放水孔可根据功能要求设置泄洪孔设置条件经研究认为采用泄水孔泄洪有利有排沙要求放水孔的设置条件大型水库下游有重要城市重要粮棉或经济作物基地大型企业交通干线当地震设计烈度为时运行期检修期和施工蓄水期需向下游供水而由发电和其它取水设施不能满足要求时有检修或特殊要求需降低或放空库水泄水孔位置型式高程孔数和孔口尺寸的选择应考虑以下因素布置条件在狭窄河道泄水孔宜与溢流坝段结合其消能方式应与溢流坝统一考虑宽阔河道可考虑分设排沙孔应靠近发电或灌溉供水进水口船闸闸首等部位其流态不得影响这类建筑物的正常运行运行条件下泄流量放水期限检修条件排沙及排漂等施工条件泄水孔不同位置对施工进度和施工方法的影响施工期泄洪及下游供水等要求闸门工作条件启闭机和坝体结构强度等重力坝的施工导流建筑物如底孔缺口等应根据导流方案和地形地质水文等条件经比较确定其布置应符合下列要求能宣泄所承担的施工流量结合永久泄水建筑物的布置在通航河流上应考虑施工期通航要求或采取其它措施来满足当需要时能通过漂浮物或浮冰泄洪时应不致冲坏永久建筑物或影响施工进度度以上或坝基地质条件极为复杂施工方便运行可靠便于回填封堵导流建筑物的封堵应有妥善的设计和施工措施设于坝内的发电引水管道的进水口高程应根据水利动能设计要求和泥沙淤积等条件确定并符合量的要求必要时考虑水温和泥沙情况分层设置设置在坝上的过坝建筑物的进出口宜远离泄洪建筑物的进出口大型枢纽工程的重力坝布置应经水工模型试验验证运行期及施工期的流态与冲淤状况是否满足各项建筑物的运行需要中型工程宜进行水工模型试验的有关规定工农业及城市生活供水取水口应满足供水期的引水高程和流坝体结构和泄水建筑物型式
一般规定坝体结构应根据坝的受力条件以及坝址的地形地质水文气象建筑材料施工工期等条件通过整座坝的总体技术经济比较确定各个坝段上游面宜协调一致使坝段两侧横缝上游面止水设施呈对称布置廊道距上游面的距离也保持一致各溢流坝段和非溢流坝段下游面应分别保持一致但溢流坝段与非溢流坝段间用导墙分隔可采用不同的下游坝坡建在地震区的混凝土重力坝坝体结构的抗震设计应符合的规定建在寒冷地区的混凝土重力坝坝体结构的抗冰冻设计应符合的规定非溢流坝段非溢流坝段的基本断面呈三角形其顶点宜位于正常蓄水位或防洪高水位附近基本断面上部设坝顶结构坝顶高程应高于校核洪水位并符合本规范定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抢护等要求压力很大时还要核算断面的强度常态混凝土实体重力坝非溢流坝段的上游面可为铅直面斜面或折面上游坝坡宜采用当设置纵缝时应考虑其对纵缝灌浆前施工期坝体应力的影响坝坡不宜太缓采用折面时折坡点高程应结合坝内发电引水管泄水孔等建筑物的进水口一并考虑下游坝坡可采用一个或几个坡度并应根据稳定和应力要求结合上游坝坡同时选择下游坝坡宜采用在严寒地区当冰的规对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝坝坡可适当变陡碾压混凝土重力坝在体型上应力求简单便于施工上游坝坡应结合其防渗结构型式进行选择下游坝坡可按常态混凝土重力坝断面的选择原则进行优选但应考虑少设横缝不宜设纵缝的特点宽缝重力坝非溢流坝段的上游坝坡宜较实体重力坝放缓宽缝宽度可取坝段宽的当有引水管泄水孔导流底孔等大型孔洞横穿坝体时该部分坝体结构和宽缝布置应经论证确定宽缝重力坝头部尺寸的设计应考虑下列因素头部应力状态坝面防渗和止水系统的布置帷幕灌浆廊道和坝内交通系统的布置其它特殊要求迎水面头部最小厚度可取倍该高程处上游坝面作用水头并不得小于宽缝尾部最小厚度不得小于寒冷地区应适当加厚宽缝不宜贯穿坝顶宽缝的上下游及顶部与邻近的实体宽缝水平截面的渐变坡度部分连接处应有足够的渐变长度平行坝轴线长度与垂直坝轴线长度之比上游部位可用尾部可用顶部垂直截面渐变坡度垂直高度与水平长度之比可用宽缝顶部的高程应高于下游水位可根据稳定应力要求与上下游坝坡和宽缝宽度同时选定空腹重力坝上游坝面可为斜面铅直面呈倒坡或下部呈倒坡倒坡宜陡于空腹重力坝腹孔底部的位置可位于坝剖面中部的坝基面上空腹的形状和尺寸应根据应力分析确定腹孔总宽可占坝基总宽的左右腹孔高度在坝高的以内腹孔形状可采用长轴倾向下游倾角为近似于椭圆形的斜腹孔或顶部为双心圆弧上游面垂直或稍倾向下游下游面大体上与下游坝面平行的曲线形腹孔溢流坝段溢流坝段的堰面曲线当采用开敞式溢流孔时可采用幂曲线当设有胸墙时可采用孔口泄流的抛物线上述堰面曲线的确定可见附录经过数值模拟优化论证和试验验证也可采用其它堰面曲线选择溢流坝的堰面曲线时堰顶附近允许出现的经当地大气压修正的负压值应符合下列要求正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时后者以运行中较常出现的开度为准论证确定校核洪水位闸门全开时堰面出现的水压力不得低于当堰顶闸门槽产生过大负压足以引起严重空蚀破坏时应设法改善门槽的型式溢流坝的反弧段应结合下游消能型式选择见附录闸墩的型式和尺寸应满足布置水流条件和结构上的要求当采用平面闸门时闸墩在门槽处应有足够的厚度溢流坝的堰面曲线闸墩门槽坝面压力泄流能力和反弧半径等大型工程应经水工模型试验验证中型工程宜经水工模型试验验证水力条件较简单的中型工程则可参照类似工程的经验经计算确定当溢流坝有排冰要求时溢流孔口尺寸应根据冰情资料确定堰上水深宜大于流冰期最大冰厚冰块应能自由下泄而不致闸墩墩头宜呈锐角的要求破坏下游设施下游应有导墙护岸等设施形状必要时宜经调查研究和试验确定溢流坝设置的闸门应符合可允许有不大的负压值应在设计中经溢流坝断面设计还应符合本规范坝身泄的有关规定水孔泄水孔可设在溢流坝段的闸墩下部或专设的泄水孔坝段并应有消能设施使下泄水流不冲刷下游岸坡及相邻建筑物坝身泄水孔应避免孔内有压流无压流交替出现的现象无压孔在平面上宜布置成直线如需布置成弯道时应进行分析研究并经水工模型试验验证无压孔由有压段和无压段组成有压段包括进口段门槽段和压坡段三个部分该段体型的设计应使其在各种流量之下保持正压并要求断面变化均匀泄流能力大有压段末端设工作闸门其上游设一道事故检修门该段体型的设计见附录无压段的孔顶高度应留有余幅在直线段当孔身为矩形时顶部距水面当孔顶为圆拱当孔的高度可取最大流量时不掺气水深的形时其拱脚距水面的高度可取不掺气水深的顶为扁圆拱时可参照圆拱孔顶的要求略予增加并应保证泄流时不淹没无压段出口宜高出尾水位防止在无压段出现水跃无压段水流流速较大时应采取掺气减蚀设施无压孔无压段底缘线可布置成直线也可依次布置成直线段及其它曲线段并与下游消能设施平顺衔接有压孔进口段体型布置要求与无压孔进口段基本相同其下游接事故检修闸门门槽段其后接平坡或小于的缓坡段工作闸门设在出口端出口端上游设一压坡段孔口断面可为圆形或矩形有压孔的体型设计可见附录坝身泄水孔的闸门和启闭机的设计应符合下列要求无压孔的工作闸门可采用弧形闸门或平面闸门事故检修闸门为平面闸门弧形闸门的启闭机室一般设于坝内对于中坝也可设于坝顶平面闸门的启闭机室一般设于坝顶闭机室应考虑通风防潮采暖设施有压孔的工作闸门可采用弧形闸门平面闸门锥形阀或其它位于坝内的启型式的门阀事故检修闸门平时宜作挡水之用坝身泄水孔的通气孔设计应符合要时应进行减压箱模型试验验证坝身泄水孔包括导流底孔应作为坝体的一部分和坝身设计统一考虑宜避免导流底孔与其上部缺口同时宣泄洪水空蚀应采取措施防止导流底孔进口闸门槽顶部进水坝身泄水孔的衬护应根据水压力孔口尺寸受力条件孔内流速和泥沙含量粒径硬度及泄水的持续时间施工条件等因素确定内水压力较高的有压孔宜采用钢衬并与外围混凝土可靠结合无法避免的有关要求高坝坝身泄水孔水力条件复杂时应作水工模型试验必时应考虑底孔出口受水舌封堵的不利情况采取适当措施以避免泄水建筑物的水力设计
一般规定泄水建筑物的水力设计内容应包括泄流能力的计算下游水流衔接和消能防冲设施的设计与高速水流有关的水力设计其它有关的水力设计泄水建筑物的泄洪标准应根据和及其补充规定满足相应建筑物等级的设计要求消能防冲建筑物设计的洪水标准可低于大坝的泄洪标准一等工程消能防冲建筑物宜按程消能防冲建筑物宜按筑物宜按年一遇洪水设计年一遇洪水设计二等工年一遇洪水设计三等工程消能防冲建并需考虑在小于设计洪水时可能所列公式进行计的出现的不利情况保证安全运行泄水建筑物的水力设计计算可按附录算泄水建筑物的消能防冲设计除应符合本规范的要求外尚应满足下列要求消能设施应做到消能效果良好结构可靠防止空蚀和磨损防止淘刷坝基和岸坡保证坝体及有关建筑物的安全选定的消能型式应能在宣泄设计洪水及其以下各级洪水流量时尤其是常遇洪水流量时都具有良好的消能效果对超过消能防冲设计标准的洪水允许消能防冲建筑物出现不危及挡水建筑物安全不影响枢纽长期运行并易于修复的局部损坏淹没于水下的消能设施消力池消力戽等应为运行期的排水检修提供条件消能型式应根据地形地质条件枢纽布置运行条件下游水深及河床抗冲能力消能防冲要求下游水流衔接以及对其它建筑物的影响等综合考虑并经技术经济比较选定挑流消能适用于坚硬岩石上的高中坝低坝需经论证才能选用当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面可能被冲坑切断而形成临空面危及坝基稳定或岸坡可能被冲塌危及坝肩稳定时均不宜采用底流消能适用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但不宜用于排漂和排冰面流消能适用于水头较小的中低坝下游水位稳定尾水较深河床和两岸在一定范围内有较高抗冲能力的顺直河道可排漂和排冰消力戽消能适用于尾水较深大于跃后水深床和两岸有一定抗冲能力的河道联合消能适用于高中坝泄洪量大河床相对狭窄下游地质条件较差或单一消能型式经济合理性差的情况联合消能应经水工模型试验验证泄水建筑物的闸门宜同步对称均匀地启闭以控制流态稳定并由设计提出运行规划大型工程和高坝的泄水建筑物设计应经水工模型试验验证中型工程宜进行水工模型试验水力条件较简单的中型工程则可参照类似工程经验计算确定泄流能力及消能计算溢流坝和泄水孔的泄流能力可按照附录计算且下游河溢流坝水面线计算当弗劳德数时应考虑波动及掺气影响估算公式见附录边墩或导墙顶高程应根据计算水面线加的超高确定挑流消能设计应对各级下泄流量进行水力计算估算水舌挑射距离最大冲坑深度最大冲坑深度可按照附录挑流水舌挑射距离和跌入下游河床的计算底流消能设计应对各级下泄流量进行水力计算确定护坦高程长度厚度和尾水淹没度等护坦长度可根据其上是否设置辅助消能设施及水力特性按照附录计算当护坦上无辅助消能设施时尾水淹没度可取倍跃后水深护坦上的时均水压力分布可按下列规定取值当护坦面为水平时作用在其上的时均水压力可近似取计算断面上的水深当不设消力墩坎等辅助消能设施的护坦上发生水跃时可取跃首跃尾间水面连一直线作为近似水面线当护坦上设有消力墩时则墩下游可按跃后水深估算墩上游可按跃后水深的一半估算鼻坎溢流式厂房顶板护坦等部位的脉动压力和护坦上消力墩包括尾坎等所受的冲击力可按照高速水流区的防空蚀设计泄水建筑物的高速水流区应注意下列部位或区域发生空蚀破坏的可能性进口闸门槽弯曲段水流边界突变不连续或不规则处反弧段及其附近差动式鼻坎窄缝式鼻坎扭曲式鼻坎分流墩溢流坝面上和泄水孔流速大于在高速水流区各部位的水流空化数空化数其估算公式见附录对所列部位或区域不包括门槽采取以下防空蚀措施合理设计建筑物的体形和严格控制不平整度不平整度的控制标准见附录标准可适当放宽在设置掺气设施后溢流面的不平整度控制的区域宜大于该处的初生当时应的规定计算突体应处理成缓坡采用掺气设施可按照附录采用合理的运行方式采用抗蚀性能好的材料流速重要的工程和流速大于的泄水建筑物应采取掺气措施特殊的建筑物应通过减压箱模型试验确设置定防空蚀措施在多泥沙河流上泄水建筑物应考虑挟沙的高速水流磨损和空蚀的相互作用消能防冲设施的设计挑流鼻坎的型式一般有连续式差动式窄缝式和扭曲式等应经比较选定鼻坎最低高程宜高出宣泄按规定的洪采水标准时的下游水位但可略低于下游最高水位挑流鼻坎的挑角可采用应通过比较选定时应合理选择反弧段用差动式鼻坎鼻坎处平均流速大于半径挑角差高低坎宽度比和高低坎的高差并可考虑在鼻坎和反弧段间接入直线过渡段以改善流态差动式鼻坎的上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值以宜上齿宽度和下齿宽度之比宜大于齿高差以坎侧宜设通气孔高坎顶面的棱角宜做成圆弧状窄缝式挑坎适用于狭谷河道高水头的溢洪道和深孔口断面可呈矩形梯形比较选定形及底板的挑角宜取零度或为正负小挑角收缩比可为为为宜高出形等也可采用不对称型式应经长宽比在中深孔大流量低弗劳德数时宜取相应收缩比应取较大值在表孔高弗劳德数时长宽比宜取相应收缩比应取较小值扭曲式鼻坎应根据具体情况控制转向角度和入水落点挑流消能的安全挑距以不影响坝趾基岩稳定为原则坑最低点距坝趾的距离应大于冲倍坑深水舌入水宽度的选择应考虑不影响冲坑两侧岸坡或其它建筑物的稳定为宜挑流消能应研究雾化对枢纽其它建筑物运行安全及边坡稳定的影响尤其对干旱少雨地区更应重视坝下游的建筑物及露天设置的电气设备输电线路宜避开雾化区或采取保护措施底流消能应保证在消力池内形成稳定的水跃避免产生回流消力池内要清理干净其尾坎前后不允许堆积石渣消力池宜采用等宽矩形断面水跃前段地形许可时可设计成斜护坦跃前断面平均流速小于时护坦上可设置辅助消能设施消力墩的要求消力池两侧导墙顶的高程可根据跃后水深加超高决定设在池外侧的导墙墙外河床中如有一定水深可适当降低墙高允许墙顶有不大的漫溢水头面流消能戽流消能流态复杂且不稳定鼻坎下设置齿墙或短护坦两侧设置导墙防止横向回流下游设置护岸联合消能的防冲设施可按照的规定设计但对宽尾墩与消力池联合运用型式考虑其泄洪功率大等特点应加强消力池底板的强度自身以及与基础结合的整体性并应采取措施保证消力池底板止水的可靠性宽尾墩的体形见附录宜采取下列工程措施防止坝基和下游河床河岸的淘刷保证工程安全寒冷地区辅助消能设施应满足结构计算基本规定
一般规定本规范采用概率极限状态设计原则以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算混凝土重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和验算承载能力极限状态坝体断面结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算必要时进行抗浮抗倾验算对需抗震设防的坝进行验算及结构尚需按正常使用极限状态按材料力学方法进行坝体上下游面混凝土拉应力验算必要时进行坝体及结构变形计算复杂地基局部渗透稳定验算混凝土重力坝及坝上结构设计时应根据水工建筑物的级别采用不同的水工建筑物结构安全级别见表表水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别水工建筑物结构安全级别按承载能力极限状态设计时应考虑下列两种作用效应组合基本组合偶然组合持久状况或短暂状况下永久作用与可变作用的效应组合偶然状况下永久作用可变作用与一种偶然作用的效应组合按正常使用极限状态设计时应考虑下列两种作用效应组合短期组合持久状况或短暂状况下可变作用的短期效应与永久作用效应的组合长期组合持久状况下可变作用的长期效应与永久作用效应的组合坝体及结构的混凝土应按所处环境条件使用条件结构部位和结构型式及施工条件满足耐久性要求耐久性要求指标按规定承载能力极限状态计算规定对基本组合应采用下列极限状态设计表达式式中结构重要性系数对应于结构安全级别为级的结构及构件可分别取用设计状况系数对应于持久状况短暂状况偶然状况可分别取用作用效应函数结构及构件抗力函数永久作用分项系数见表可变作用分项系数见表永久作用标准值可变作用标准值几何参数的标准值可作为定值处理材料性能的标准值材料性能分项系数见表基本组合结构系数见表对偶然组合应采用下列极限状态设计表达式式中偶然作用代表值偶然组合结构系数见表表序号自重水压力静水压力作用类别作用分项系数分项系数动水压力时均压力离心力冲击力脉动压力扬压力渗透压力浮托力扬压力有抽排残余扬压力有抽排淤沙压力浪压力注其它作用分项系数见实体重力坝空腹重力坝主排水孔之前主排水孔之后宽缝表
序号材抗剪断强度混凝土基岩料性能材料性能分项系数
分项系数备注摩擦系数黏聚力摩擦系数黏聚力摩擦系数黏聚力摩擦系数黏聚力抗压强度包括常态混凝土和碾压混凝土层面混凝土混凝土基岩基岩软弱结构面混凝土强度表
序号项目结构系数
组合类型基本组合偶然组合基本组合偶然组合结构系数备注包括建基面层面深层滑动面抗滑稳定极限状态设计式混凝土抗压极限状态设计式正常使用极限状态计算规定正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式式中结构的功能限值作用效应的短期组合长期组合时的效应函数正常使用极限状态短期组合长期组合时的结构系数可变作用标准值的长期组合系数本规范取作用及材料性能标准值中永久作用可变作用标准值和偶然作用的代表值应按照的规定确定抗剪强度标准值大型工程可行性研究及招标设计阶段坝体混凝土与基岩接触面基岩坝基软弱结构面碾压混凝土层面的抗剪断强度的标准值按现场或室内试验测定成果概率分布的试验成果参照类似工程的试验成果分析确定大型工程可行性研究以前各设计阶段及中型工程的所有设计阶段可参考类似条件工程的试验成果或参考附录分析确定上述抗剪断摩擦系数概率分布模型取正态分布抗剪断凝聚所列标准值分位值确定当坝基地质条件简单时其抗剪断强度的标准值可根据少量现场力取对数正态分布抗压强度标准值混凝土的强度等级应按照标准方法制作养护的边长为的立方体试件在龄期用标准试验方法测得的具有表示龄期强度保证率保证率的立方体抗压强度来确定用符号大坝常态混凝土强度的标准值可采用按表表
强度种类符号轴心抗压注常态混凝土强度等级和标准值可内插使用采用大坝常态混凝土强度标准值大坝常态混凝土强度等级大坝碾压混凝土强度的标准值可采用按表采用表
强度种类符号轴心抗压注碾压混凝土强度等级和标准值可内插使用龄期强度保证率大坝碾压混凝土强度标准值大坝碾压混凝土强度等级当坝体常态混凝土开始承受荷载的时间早于混凝土开始承受荷载的时间早于调整强度等级或碾压时应进行核算必要时应坝体断面设计
主要设计原则混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据用材料力学法确定实体重力坝坝体上下游面的应力计算公式见附录高坝除用材料力学法计算坝体应力外尚宜采用有限元法进行计算分析必要时可采用结构模型地质力学模型等试验验证修建在复杂地基上的中坝必要时可进行有限元分析重力坝的断面原则上应由持久状况控制并以偶然状况复核此时可考虑坝体的空间作用或采用其它适当措施不宜由偶然状况控制设计断面地震作用组合下的偶然状况应符合算一期施工而分阶段投入运行的坝应研究施工期作用于坝上的作用坝的未完建断面临时运行断面的强度和稳定计算应按短暂状况计算设计规定的坝体及其构件的施工程序不宜使施工期产生的应力导致增加坝体断面宽缝重力坝可用材料力学法计算坝体应力局部区域如头部附近等部位也可用有限元法计算并允许在离上游面较远部位出现不超过坝体混凝土允许的拉应力空腹重力坝可用结构力学材料力学法和有限元法计算坝体应力并用模型试验验证力分布状态有横缝的重力坝其强度和稳定计算应按平面问题考虑可取一个坝段或取单位宽度进行计算所得应力成果应避免特别不利的应的有关规定分期施工投入运行的坝强度和稳定计算应按持久状况计不设横缝或横缝灌浆的整体式重力坝的稳定计算可按整体式进行其强度计算可用试载法在复杂空间受力条件下河谷断面作用和基础反力不对称等其应力状态可按空间问题用有限元法或试验确定厂坝连接的坝后式厂房在坝的稳定核算中可考虑厂坝联合的抗滑作用厂房作用于坝上的抗滑力可根据厂坝整体分析的应力状态确定作用及其组合按照承载能力极限状态设计坝体断面时应计算下列两种作用组合基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合建筑物的自重包括永久机械设备闸门起重设备及其它的自重发电为主的水库上游正常蓄水位或施工期临时挡水位按照功能运用要求建筑物泄放最小流量的下游水位而排水及防渗设施正常工作时的水荷载大坝上下游面的静水压力扬压力大坝上游淤沙压力大坝上下游侧土压力防洪为主的水库按防洪高水位及相应的下游水位的水荷载取代且排水及防渗设施正常工作大坝上下游面的静水压力扬压力相应泄洪时的动水压力浪压力取冰压力年一遇风速引起的浪压力多年平均最大风速引起的浪压力其它出现机会较多的作用偶然组合应在基本组合下计入下列的一个偶然作用建筑物泄放校核洪水偶然状况流量时上下游水位的水荷载取代或且排水及防渗设施正常工作坝上下游面的静水压力扬压力相应泄洪时动水压力地震作用其它出现机会很少的作用承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表规定进行计算持久状况下正常使用极限状态设计坝体断面时应按长期组合计入中的有关作用进行计算坝体在施工和检修情况下应按短暂状况承载能力极限状态的基本组合和正常使用极限状态的短期组合进行设计作用值大小及其组合应按照建筑物施工与检修具体条件确定坝体强度和稳定承载能力极限状态计算承载能力极限状态设计包括坝体及坝基强度计算坝体与坝基接触面抗滑稳定计算坝体层面抗滑稳定计算坝基深层软弱结构面抗滑稳定计算坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数抗压强度极限状态抗力函数或表设计作用主要考状况组合虑情况作用组合备注土压力根据作用类别自静水扬压淤沙浪压冰压动水土压地震重压力力压力力力压力力作用正常蓄水位情况持久基本防洪状况组合高水位情况坝体外是否有填土而定下同以发电为主的水库以防洪为主的水库正常蓄水位较低静水压力及冰冻情况施工期临时挡水情况校核洪水情况偶然偶然状况组合地震情况扬压力按相应冬季库水位计算短暂基本状况组合静水压力扬压力和浪压力按正常蓄水位计算有论证时可另作规定注应根据各种作用同时发生的概率选择计算中最不利的组合根据地质和其它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偶然组合式中坝基面上全部法向作用之和时针方向为正坝基面的面积坝基面对形心轴的惯性矩坝基面形心轴到下游面的距离坝体下游坡度混凝土抗压强度基岩抗压强度向下为正逆全部作用对坝基面形心的力矩之和核算坝趾抗压强度时根据规定应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合坝体选定截面下游端点的抗压强度承载能力极限状态作用效应函数抗压强度极限状态抗力函数式中计算截面上全部法向作用之和向下为正全部作用对计算截面形心的力矩之和逆时针方向为正计算截面的面积计算截面对形心轴的惯性矩计算截面形心轴到下游面的距离坝体下游坡度核算坝体选定计算截面下游端点抗压强度时根据规定应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态作用效应函数抗滑稳定抗力函数式中坝基面上全部切向作用之和坝基面抗剪断摩擦系数坝基面抗剪断黏聚力核算坝基面抗滑稳定极限状态时根据规定应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合坝体混凝土层面包括常态混凝土水平施工缝或碾压混凝土层面的抗滑稳定极限状态作用效应函数抗滑稳定抗力函数式中计算层面上全部切向作用之和计算层面上全部法向作用之和混凝土层面抗剪断摩擦系数混凝土层面抗剪断黏聚力计算层面截面积核算坝体混凝土层面的抗滑稳定极限状态时根据规定应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合当坝基岩体内存在软弱结构面缓倾角裂隙及坝下游经冲刷形成临空面等情况时需核算深层抗滑稳定根据滑动面临空面尾岩抗力条件综合分析基本地质结构模型后分单斜面双斜面和多斜面计算模式除用刚体极限平衡法见附录计算外必要时可辅以有限元法地质力学模型试验法等核算深层抗滑稳定并进行综合评定核算坝基深层抗滑稳定极限状态时根据合坝体上下游面拉应力正常使用极限状态计算坝踵垂直应力不出现拉应力计扬压力计算公式为规定应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组式中坝基面形心轴到上游面的距离规定应按作用的标准值分别计算计算公核算坝踵应力时根据作用的短期组合和长期组合坝体上游面的垂直应力不出现拉应力计扬压力式为式中计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和逆时针方向为正计算截面面积对形心轴的惯性矩计算截面形心轴到上游面的距离核算坝体上游面的垂直应力时根据规定应按作用的标准值计算作用的长期组合短期组合下游坝面的垂直拉应力计算公式为有限元法计算有限元法计算坝体应力坝基深层抗滑稳定时作用按的规定取标准值材料地基性能应根据试验结合工程类比取定值计算有限元法计算混凝土重力坝上游垂直应力时控制标准为坝基上游面计扬压力时拉应力区宽度宜小于坝底宽度的坝体上游面计扬压力时拉应力区宽度宜小于计算截面宽度的计算截面上游面至排水孔管中心线的距离有限元法分析坝基深层抗滑稳定的成果可作为坝基加固处理方案的评价和选择的依据坝内孔洞配筋可根据有限元法应力计算成果按执行溢流坝闸墩结构设计溢流坝上闸墩强度的设计计算包括闸墩承受最大纵向力相应侧向力竖向力及自重情况下核算其纵向强度闸墩承受最大不平衡侧向力相应纵向力竖向力及自重情况下核算其横向强度对闸门槽和弧形闸门铰支座等部位的强度进行核算必要时应核算闸墩的变位闸墩强度的计算应符合下列要求核算纵向强度时应使墩内不产生拉应力此时闸墩周边可按构造或其它条件配置钢筋心受压的混凝土构件设计如拉应力较难避免时应按小偏倍垂直拉应力分布宽度坝底面宽度或坝踵至帷幕中心线的距离倍或核算横向强度时应将闸墩视为固端的整体构件根据拉应力的大小按照小偏心受压的混凝土构件设计或按偏心受拉的钢筋混凝土构件设计弧门支座附近闸墩的局部受拉区的裂缝控制和支座截面的剪跨比应满足设计构造要求地震作用下闸墩强度应满足的规定大跨度弧形闸门的闸墩承受较大作用时可采用预应力结构闸墩结构设计计算应符合闸墩应力计算也可用有限元法的规定坝基处理设计
一般规定混凝土重力坝的基础经处理后应满足下列要求具有足够的强度以承受坝体的压力具有足够的整体性和均匀性以满足坝基抗滑稳定和减少不均匀沉陷具有足够的抗渗性以满足渗透稳定控制渗流量具有足够的耐久性以防止岩体性质在水的长期作用下发生恶化坝基处理设计应综合考虑基础与其上部结构之间的相互关系必要时可采取措施调整上部结构的型式使上部结构与其基础工作条件协调坝基处理设计时应同时考虑坝基和两岸坝接头部位的工程地质水文地质条件对建筑物运行的影响研究坝基变形渗透和坝肩边坡稳定情况尤应考虑施工或蓄水对稳定和渗透带来的变化必要时应采取相应的处理措施岩溶地区的坝基处理设计应认真查清其在坝区分布范围及特点水文地质条件及裂隙中充填物非岩溶岩石的封闭条件对岩溶发育情况复杂的基础应进行专门的处理设计坝基开挖混凝土重力坝的建基面应根据大坝稳定坝基应力岩体物理力学性质岩体类别基础变形和稳定性上部结构对基础的要求基础加固处理效果及施工工艺工期和费用等经技术经济比较确定原则上应在考虑基础加固处理后在满足坝的强度和稳定的基础上减少开挖量坝高超过上坝高时可建在新鲜微风化或弱风化下部基岩时可建在微风化至弱风化中部基岩上坝高小于时可建在弱风化中部上部基岩上两岸地形较高部位的坝段可适当放宽重力坝的基坑形状应根据地形地质条件及上部结构的要求确定坝段的基础面上下游高差不宜过大并略向上游倾斜若基础面高差过大或向下游倾斜时应开挖成带钝角的大台阶状台阶的高差应与混凝土浇筑块的尺寸和分缝的位置相协调并和坝趾处的坝体混凝土厚度相适应调整坝段的分缝对地形高差悬殊部位的坝体应两岸岸坡坝段基础的形状在平行坝轴线方向宜开挖成有一定宽度的台阶状或采取其它结构措施确保坝体侧向稳定基础中存在的局部工程地质缺陷例如表层夹泥裂隙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坝基开挖设计中可采用梯段爆破预裂爆破等方式保证坝基岩体不致受到破坏或产生不良后果对易风化泥化的岩体应采取相应的保护措施及时覆盖开挖面坝基固结灌浆坝基固结灌浆的设计应根据坝基工程地质条件坝高和灌浆试验资料确定坝基岩体裂隙发育且具有可灌性时应在坝基范围内进行固结灌浆并应根据坝基应力及地质条件向坝基外上下游及宽缝重力坝的宽缝部位适当扩大灌浆范围防渗帷幕上游的坝基宜进行固结灌浆断层破碎带及其两侧影响带应适当加强固结灌浆固结灌浆孔的孔距排距可采用或根据开挖以后的地质条件并参照灌浆试验确定固结灌浆孔的孔深应根据坝高和开挖以后的地质条件采用局部地区及坝基应力较大的高坝基础必要时可适当加深帷幕上游区宜根据帷幕深度采用固结灌浆孔通常布置成梅花形对于较大的断层和裂隙带应专门布孔灌浆孔方向应根据主要裂隙产状结合施工条件确定使穿过较多的裂隙帷幕上游区的固结灌浆应在基础部位混凝土浇筑后进行其它部位的固结灌浆也宜按这种方式进行灌浆压力在不抬动基础岩体的原则下经论证采用无混凝土有盖重时为盖重灌浆时其灌浆压力为对缓倾角结构面发育的基岩其灌浆压力应由试验确定坝基防渗帷幕和排水坝体基础的防渗帷幕和排水设计应以坝区的工程地质水文地质条件和灌浆试验资料为依据结合水库功能坝高综合考虑防渗和排水的相互作用经分析研究确定帷幕和排水的设置水文地质条件复杂的高坝应进行渗流计算防渗帷幕应符合下列要求减少坝基和绕坝渗漏防止其对坝基及两岸边坡稳定产生不利影响防止在坝基软弱结构面断层破碎带岩体裂隙充填物以及抗渗性能差的岩层中产生渗透破坏在帷幕和坝基排水的共同作用下使坝基面渗透压力和坝基渗漏量降至允许值以内具有连续性和耐久性坝基及两岸的防渗措施可采用水泥帷幕灌浆经研究论证坝基也可采用混凝土齿墙防渗墙或水平防渗铺盖两岸岸坡也可采用明挖或洞挖后回填混凝土形成的防渗墙多泥沙河流上经分析淤积物的渗透系数及上游的淤积厚度能起防渗作用时设计中可适当考虑其效果但应确保大坝初期运行的安全大中型工程或高坝应事先进行帷幕灌浆试验在施工过程中可根据钻孔资料补充修正防渗帷幕设计蓄水前完成岩体相对隔水层的透水率标准坝高在坝高在以上在之间在主帷幕应在水库根据不同坝高可采用下列坝高在以下为抽水蓄能电站或水源短缺水库值控制标准宜取小值防渗帷幕布置和深度应遵守下列规定当坝基下存在可靠的相对隔水层时防渗帷幕应伸入到该岩层内不同坝高的相对隔水层的值标准见当坝基下相对隔水层埋藏较深或分布无规律时帷幕深度应符合通常在的要求可参照渗流计算并考虑工程地质条件地层的透水性坝基扬压力排水等因素结合工程经验研究确定倍水头范围内选择两岸坝头部位防渗帷幕伸入岸坡内的范围深度以及帷幕轴线的方向应根据工程地质水文地质条件确定宜延伸到相对隔水层处或正常蓄水位与地下水位相交处并与河床部位的帷幕保持连续性坝基灌浆帷幕中心线距坝上游面的距离可取宽防渗帷幕的排数排距及孔距应根据工程地质条件水文地质条件作用水头以及灌浆试验资料选定帷幕排数在考虑帷幕上游区的固结灌浆对加强基础浅层的防渗作用后坝高以下的可采用一排对地质条件较差岩体裂隙特别发育或可能发生渗透变形的地段可采用两排但坝高以下的仍可采用一排当帷幕由两排灌浆孔组成时可将其中的一排孔钻灌至设计深度另一排孔深可取设计深度的左右倍左右坝底帷幕孔距可为排距宜比孔距略小钻孔宜穿过岩体的主要裂隙和层理倾向上游帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后施工灌浆压力应通过试验确定通常在帷幕孔顶段取倍坝前静水头在孔底段取体排水孔宜设置在基础灌浆廊道的帷幕下游侧以充分降低坝基渗透压力并排除渗水但应注意防止渗透变形尾水位较高的坝可在主排水幕下游坝基面上设置由纵横向廊道组成的副排水系统采取抽排措施较久尚宜在坝趾增设一道防渗帷幕主排水幕可设一排副排水幕视坝高可设当高尾水位历时排倍坝前静水头但不得抬动岩坝高较低基岩条件较好且为弱透水层渗透系数时也可不设帷幕而只设排水以降低坝基渗透压力但应在坝基面的上游部位进行固结灌浆主排水孔的孔距可为副排水孔的孔距可为排水孔孔深应根据帷幕和固结灌浆的深度及基础的工程地质水文地质条件确定主排水孔深为帷幕深的高以上的坝基主排水孔深不宜小于倍坝当坝基内存在裂隙承压水层深层透水区时除加强防渗措施外排水孔宜穿过此部位副排水孔深可为在岸坡坝段的坝体内应设置横向排水廊道并向岸坡内钻排水孔和设置专门的排水设施使渗水靠近基础面排出坝体外必要时可在岸坡山体内设置排水隧洞并钻设排水孔当排水孔的孔壁有塌落危险或排水孔穿过软弱结构面夹泥裂隙时应采取相应的保护措施如孔内设滤层等断层破碎带和软弱结构面处理坝基范围内的断层破碎带或软弱结构面应根据其所在部位埋藏深度产状宽度组成物性质以及有关试验资料研究其对上部结构的影响结合施工条件进行专门处理在地震设计烈度为度以上的区域其处理要求应适当提高低坝的断层破碎带处理要求可适当降低倾角较陡的断层破碎带可用下述方法处理坝基范围内单独出露的断层破碎带其组成物质主要为坚硬构造岩对基础的强度和压缩变形影响不大时可将断层破碎带及其两侧风化岩体适当挖除断层破碎带规模不大但其组成物质以软弱的构造岩为主且对基础的强度和压缩变形有一定影响时可用混凝土塞加倍断层破碎带的宽度或根据计算确定固塞深可采用贯穿坝基上下游的纵向断层破碎带的处理宜在上下游坝基外适当扩挖断层破碎带的规模较大或为断层交汇带影响范围较广且其组成物质主要是软弱构造岩并对基础的强度和压缩变形有较大的影响时必须进行专门的处理设计提高深层缓倾角软弱结构面稳定性处理方法有提高软弱结构面抗剪能力增加尾岩抗力提高软弱结构面抗剪能力与增加尾岩抗力相结合应根据软弱结构面产状埋深特性及其对坝体影响程度结合工程规模施工条件和工程进度进行综合分析比较后选定根据软弱结构面埋深不同可分别采用混凝土置换混凝土深齿墙混凝土塞等措施增加软弱结构面抗剪能力必要时也可采用抗滑桩预应力锚索化学灌浆等措施保证沿软弱结构面的抗滑稳定当采用规模较大的混凝土塞大齿墙或混凝土洞塞进行缓倾角软弱结构面的处理时应制定相应的温度控制等施工措施并进行接触灌浆伸入水库区内的断层破碎带或软弱结构面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处理当断层破碎带规模较大倾角较陡时可用防渗墙处理当断层破碎带或软弱结构面内微裂隙较多或蓄水运行后的坝基发现未处理好的断层破碎带或节理密集带发生泥化用水泥灌浆难以达到预期效果时可用超细水泥灌浆或化学灌浆断层破碎带或软弱结构面部位基础排水设施的设置应根据地质条件确定并应符合本规范的要求岩溶地区的防渗处理防渗处理的方式有防渗帷幕灌浆和防渗墙两类应根据溶洞的规模溶缝透水性程度等条件选定对存在岩溶洞穴或具有强透水性的溶缝可采用混凝土防渗墙或高压灌浆填塞等措施处理当坝基存在连通上下游的溶洞且埋藏不深或施工条件许可时也可采用开挖回填混凝土进行处理以满足强度和防渗要求防渗帷幕线在平面上的轮廓布置可根据两岸地形地质条件选定幕线应设在岩溶发育微弱地带如必须通过岩溶暗河或管道时幕线应力求与其垂直防渗帷幕线可采用直线式折线式前翼式或后翼式需经技术经济比较选定有条件时可采用后翼式岩溶地区河谷剖面上帷幕灌浆的型式有封闭式悬挂式及混合式等可根据相对隔水层的深度坝高坝基及两岸允许的渗漏量及幕后扬压力等因素在保证大坝安全的前提下通过技术经济比较选定帷幕线沿剖面上下层搭接的型式可采用斜接式直接式及错列式等应保证搭接部位连续封闭和密实岩溶地区防渗帷幕厚度可根据临界渗透坡降控制的允许水力梯度确定帷幕厚度由帷幕孔距和排数确定孔距和排距应根据地质构造和岩溶水文地质条件通过帷幕灌浆试验选定灌浆廊道的布设可根据灌浆钻孔条件幕与幕之间在空间的接头施工通风和排水等因素确定廊道层间高差和层数宜根据钻孔灌浆技术水平和地形地质条件确定高差可取灌浆材料可根据岩溶洞穴和溶蚀裂隙规模渗漏情况选用水泥或水泥与黏土膨润土等混合浆液当坝基帷幕轴线上存在连通上下游的岩溶洞穴或强透水性的溶缝且埋藏较深不宜明挖时可采取逐层洞挖逐个回填混凝土形成连续防渗墙也可采用槽式洞挖后回填混凝土形成防渗墙坝体
坝构造
顶坝顶应高于校核洪水位坝顶上游防浪墙顶的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差可由式计算应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程式中防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差波高波浪中心线至正常或校核洪水位的高差安全超高按表和按照表
相应水位正常蓄水位校核洪水位采用安全超高
规定的公式计算坝的安全级别防浪墙宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构墙身应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物的冲击在坝体横缝处应留伸缩缝并设止水墙身高度可取非溢流坝段的坝顶宽度可根据土坝坝顶最小宽度为大溢流坝顶应结合闸门启闭设备布置操作检修交通和碾压混凝土坝为坝顶下游侧应设置栏杆的要求确定必要常态混凝时可在坝的上下游面加做悬臂结构增加坝顶宽度坝顶路面应具有横向坡度并设置相应的排水设施严寒地区横向坡度应适当加观测等要求设置坝顶工作桥交通桥坝顶上的桥梁宜采用装配式钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构桥下应有足够的净空坝顶结构应经济适用注意美观坝顶用作公路时公路侧的人行道宜高出路面坝内廊道及通道坝内应根据下列要求设置廊道及竖井进行帷幕灌浆设置坝基排水孔集中与排除坝体和坝基的渗水监测坝体的工作状态安装观测设备并进行观测检查和维修坝身的排水管运行操作闸门操作廊道等管路施工中坝体冷却及纵横缝灌浆坝内交通运输及其它要求廊道设置应考虑兼作多种用途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坝内应设置纵向坝体排水及检查廊道廊道每隔左右高差设置一层并应与坝体接缝灌浆分区相适应对设引张线的廊道宜在同一高程上呈直线布置距离应满足防渗要求并不小于廊道的上游壁离上游坝面的纵向廊道与泄水孔导流底孔坝内通风及铺设风水电应通过应力分析确定防止开裂贯通净距离不宜小于严寒地区在坝顶附近设置检查廊道时离坝顶和坝面应保持足够的距离纵向坝体排水及检查廊道应沿不同高程分设自流式或专门的抽排设备当灌浆廊道的高程低于尾水位或采用抽排降压措施时抽排设备应经设计选择并应有备用设备和备用电源当设有多层廊道时应在两岸近岸坡部位将各层互相连通若廊道较长沿坝轴线方向每隔道间设置便梯大型工程的高坝应设置宜随地形设置人行走道坝内廊道可采用拱顶平底断面或矩形断面沿横缝设置的横向廊道可用三角形顶平底断面电梯井及集水井多采用矩形和正方形断面基础灌浆廊道的断面尺寸应根据钻灌机具尺寸及工作要求确定宽度可取高度可为其它廊道亦应具有保证完成其功能且可以自由通行的尺寸其最小尺寸宽度为高度为较长的基础灌浆廊道每隔宜设置横向灌浆机室基础灌浆廊道的纵向坡度应缓于道应分段设置安全平台及扶手坡度较陡的长廊时基础灌当两岸坡度陡于应在上下层廊座电梯中坝可视需要设置电梯闸门井及闸墩等处应设置爬梯两岸下游坝面附近浆廊道可分层布置并用竖井连接廊道内应有足够的照明设施和良好的通风条件各种电器设备与线路应保证绝缘良好并宜设置应急照明廊道通向坝外的进出口应设门寒冷地区宜设双重门宽缝重力坝的廊道宜与各坝段宽缝空腔连通并根据需要在空腔内设置检查平台或环形通道平台扶梯及其承重牛腿宜采用钢筋混凝土结构宽缝空腔底部下游面可视施工运输情况设置必要的通道完工后再视情况决定是否保留或封堵碾压混凝土坝低坝可设置一条廊道中高坝可根据需要适当增设基础廊道宜设在基础常态混凝土内的观测宜集中到坝外观测房内进行坝体分缝坝内埋设仪器坝体横缝纵缝斜缝以及水平施工缝的设置应满足的要求横缝可为伸缩缝或沉陷缝但在下列情况宜采用全部或部分灌浆缝的型式对横缝有很高防渗要求时位于陡坡上的坝段或坝体承受侧向荷载其侧向稳定或应力不能满足要求需将相邻坝段联结成整体时河谷狭窄经过技术经济比较后认为选用整体式重力坝有利时地震设计烈度在度以上或有其它特殊要求需将大坝联结成整体提高大坝的抗震性能时当坝内或坝后布置厂房坝内布置压力钢管泄水孔导流底孔以及坝顶布置溢流表孔时横缝间距应与其相适应岸坡坝段宜在地形突变或转折处设置横缝纵缝可采用竖缝型式缝面应设置键槽并埋设灌浆系统进行灌浆纵缝与坝面应垂直相交避免浇筑块出现尖角也可在某个高程加半圆管进行并缝纵横灌浆缝缝面需用止浆片分隔成若干区进行灌浆每一灌浆区的面积可为其高度可为纵缝灌浆时坝体温度应符合的要求纵缝灌浆完成后需待水泥浆结石达到预期强度水库才能蓄水纵横缝同一灌浆区的进出浆管口排气管出口等应集中于廊道或平台附近纵横缝的灌浆压力应根据应力及变形条件确定层顶压力可取当同一坝段有数条纵缝时各纵缝间灌浆进度宜相同或先灌下游纵缝进度也宜相同同一坝段相邻浇筑块水平施工缝应错开当水平施工缝与廊道顶拱相交时可以的坡度与拱座连接廊道以上的水平施工缝离廊道顶不应小于斜缝适用于中低坝可不灌浆用于高坝时应经论证碾压混凝土坝不宜设纵缝且少设横缝横缝可由切缝机压入金属片或用其它材料进行人工埋设造缝亦可采用钻孔切各横缝间灌浆纵缝缝预埋等方法设置非暴露平面的不连续诱导缝横缝间距与坝址地形地质条件布置方式坝体断面形状温度应力施工能力等因素有关应通过技术经济论证确定常态混凝土重力坝在上下游方向实现通仓长块浇筑而不设纵缝时应经论证并采取相应温控防裂措施坝体止水和排水重力坝横缝的上游面溢流面下游面最高尾水位以下及坝内廊道和孔洞穿过分缝处的四周等部位应布置止水设施高坝上游面附近的横缝止水应采用两道止水片其间设一道沥青井或经论证的其它措施第一道止水片至上游坝面间的横缝内可贴沥青油毡第二道止水片下游宜设排水或检查井当有特殊需要时可考虑在横缝的第二道止水片与检查井之间进行灌浆作为止水的辅助设施中低坝的横缝止水可适当简化高坝横缝的两道止水片应采用厚的止水铜片中坝的第一道止水片应为铜片止水铜片每一侧埋入混凝土内的长度可为止水带塑料止水带橡胶止水带或遇水膨胀型橡胶止水带应视工作水头气候条件所在部位和便于施工等因素选用合适的标准型号对塑料止水带及橡胶止水带的安装应采取措施防止变形横缝止水片必须与坝基岩石妥善连接内的深度可为基岩的结合接触灌浆止水片与基岩的连接要求和横缝止水片与基岩的连接方式相同止水片埋入基岩必要时插锚筋保证止水槽混凝土与止水片宜加工成形其接头和接缝应保证焊接质量采用橡胶或氯丁橡胶遇水膨胀型橡胶陡坡段坝体与边坡接触面的基础止水可采用以下方法基础止水片与横缝止水片相交处必须密封检查井截面尺寸可为梯休息平台并与检查廊道相通止水沥青井宜采用边长为为长宽井内设置爬的正方形或内径井内应设沥青井底部应的圆形沥青井底部也应埋入基岩内置加热设备可预埋钢筋通电或预埋管路通蒸气设置老化沥青排出管管径可为在上游面防渗层下游应设置铅直或近乎铅直的排水管系排水管应通至纵向排水廊道其上部应通至上层廊道或坝顶或溢流面以下以便于检修排水管可采用拔管钻孔或预制无内径可为砂混凝土管管距可为渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道沿集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混凝土和杂物等堵塞碾压混凝土重力坝设横缝并采用常态混凝土或富胶凝材料碾压混凝土作为上游防渗层时横缝内止水应设置在防渗层内采用其它类型材料作为上游坝面防渗层时应结合防渗布置考虑设置止水的方法并应由试验论证其可靠性碾压混凝土重力坝竖向排水系统的排水管可设在上游防渗层下游侧排水管可采用钻孔形成或预制无砂混凝土管管距可为内径采用其它类型的防渗材料时也应根据其抗渗性能和耐久性确定是否设置坝内排水系统大坝混凝土材料及分区大坝混凝土所用的水泥骨料水活性掺合料外加剂应符合现行的国家标准及有关行业标准的规定大坝混凝土除应满足设计上对强度的要求外还应根据大坝的工作条件地区气候等具体情况分别满足耐久性包括抗渗抗冻抗冲耐磨和抗侵蚀以及低热性等方面的要求底坡排水管施工时必须防止被有关大坝混凝土的试验应按图规定的方法进行常态混凝土重力坝应根据不同部位和不同条件分区见区区上下游水位以上坝体外部表面混凝土
区坝体基础混凝土区区上下游水位变化区区抗冲刷部的坝体外部表面混凝土上下游最低水位以下坝体外部表面混凝土
坝体内部混凝土位的混凝土例如溢流面泄水孔导墙和闸墩等图坝体混凝土分区图大坝混凝土分区特性
抗冻抗冲刷抗侵蚀低热最大水选择各分区灰比的主要因素抗冻抗冻抗裂抗渗抗裂抗裂抗冲耐磨分区性能见表表
分区强度抗渗注表中有的项目为选择各区混凝土等级的主要控制因素有的项目为不需提出要求的的项目为需要提出要求的有碾压混凝土重力坝的分区上游坝面分区应与防渗层结构相结合考虑当上游防渗层结构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及抗渗等级应满足坝体防渗要求当采用沥青材料合成橡胶聚氯乙烯薄膜等防渗层时其厚度应根据抗渗性耐久性变形特性及与混凝土面的结合情况由试验确定下游坝面应根据溢流与水位变幅情况按防渗防冲防蚀防冻等要求设置保护层坝体基础混凝土应采用常态混凝土其厚度可根据基础开挖起伏差温度控制及基础灌浆等要求确定可取为大坝混凝土的强度等级的确定见坝体内部大孔口包括导流孔引水管泄水孔孔壁周围的混凝土以及地震设计烈度应适当提高选择混凝土强度等级时应考虑承受由温度渗透压力及局部应力集中所产生的拉应力剪应力或主应力坝体内部常态混凝土的强度等级不应低于强度等级不应低于表
项次部坝体内部坝体其它部位按水力坡降考虑时注表中为水力坡降承受侵蚀水作用的建筑物其抗渗等级应进行专门的试验研究但不得低于混凝土的抗渗等级应按定的试件测定抗渗等级规定的试验方法确龄期根据坝体承受水压力作用的时间也可采用大坝混凝土抗渗等级的最小允许值
位水力坡降抗渗等级度以上的坝体上部混凝土其强度等级碾压混凝土大坝混凝土的抗渗等级应根据所在部位和水力坡降可按表采用大坝混凝土应根据气候分区冻融循环次数表面局部小气候条件水分饱和程度结构构件重要性和检修的难易程度等因素按表选用抗冻等级表气候分区年冻融循环次数次大坝混凝土抗冻等级严寒寒冷温和受冻严重且难于检修部位流速大于过冰多沙或多推移质过坝的溢流坝深孔或其它输水部位的过水面及二期混凝土受冻严重但有检修条件部位混凝土重力坝上游面冬季水位变化区流速小于的溢流坝泄水孔的过水面受冻较重部位混凝土重力坝外露阴面部位受冻较轻部位混凝土重力坝外露阳面部位混凝土重力坝水下部位或内部混凝土注混凝土的抗冻等级应按规定的快冻试验方法确定也可采用龄期的试件测定气候分区按最冷月平均气温作如下划分严寒最冷月份平均气温寒冷最冷月份平均气温但温和最冷月份平均气温年冻融循环次数分别按一年内气温从以上降至以下然后回升至以上的交替次数或一年中日平均气温低于期间设计预定水位的涨落次数统计并取其中的大值冬季水位变化区指运行期内可能遇到的冬季最低水位以下冬季最高水位以上阳面阴面水电站尾水区阳面指冬季大多为晴天平均每天有以上阳光照射不受山体或建筑物遮挡的表面否则均按阴面考虑最冷月份平均气温低于地区的混凝土抗冻等级宜根据具体情况研究确定抗冻混凝土必须掺加引气剂其水泥掺合料外加剂的品种和数量水灰比配合比及含气量应通过试验确定根据大坝混凝土耐久性要求混凝土的水灰比不宜大于表所列数值表气候分区严寒和寒冷地区温和地区混凝土最大水灰比大坝混凝土分区在环境水有侵蚀性情况下应选择抗侵蚀性能较好的水泥外部水位变化区及水下混凝土的水灰比可较表减少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凝土可靠结合同一浇筑块中混凝土强度等级不宜超过两种分区厚度尺寸最小为碾压混凝土坝所用的材料应满足应按的要求试验规定的方法进行胶凝材料中活性掺合料包括水内部混凝土中宜占总胶凝材料的碾压混凝土的总胶凝材料用量不宜低于有抗侵蚀性要求时水泥中的比宜在下采用并应进行试验论证含量应低于最低水泥水胶熟料用量应根据工程等级坝高并通过试验研究确定不宜低于在粉煤灰掺量较高的情况当采用耐磨材料衬护时应与混泥中的混合材所占的比例外部混凝土中不宜超过总胶凝材料的含量较高的水泥应由试验指标温控要求等因素确定碾压混凝土中宜掺用减水缓凝剂以满足可碾性和缓凝性要求有抗冻要求时可掺入引气剂碾压混凝土坝内部混凝土的强度等级宜采用一种对于高坝亦可按高程或部位采用不同的强度等级强度等级的分区不同分宽度根据坝体受力状态构造要求和施工条件确定不宜小于抗冲刷部位的碾压混凝土性能应经专门论证确定区的碾压混凝土宜采用同一品种的水泥碾压混凝土应经过论证有抗冻要求的部位的坝体防裂及温度控制
一般规定对于高中坝应进行防裂及温度控制设计提出防裂措施及温度控制标准大型工程应采用有限元法进行温度场温度应力分析计算方法见附录对于低坝可参照类似工程经验进行防裂及温度控制碾压混凝土坝应针对其通仓薄层连续升高等施工工艺特点进行防裂及温度控制设计应收集坝址区年平均气温和变幅多年月平均气温旬平均气温气温骤降的变幅历时和相应的频率坝基地温日照以及类似工程水库水温等资料大型工程的高中坝应进行混凝土力学热学极限拉伸徐变自生体积变形性能等试验其它工程可根据需要作必要的试验无试验资料时可按照取值混凝土重力坝的温度裂缝可分以下三类贯穿裂缝包括基础和老混凝土贯穿裂缝深层裂缝表面裂缝其深度不超过坝体混凝土温度控制标准常态混凝土容许温差可用表表
距基础面高度以下龄期的极限拉伸值不低于中规定的数值常态混凝土基础容许温差浇筑块长边长度至通仓基岩变形模量与混凝土弹性模量相近短间歇均匀上升时其基础对以下各种情况的基础混凝土容许温差应进行分析论证结构尺寸高长比小于在基础约束区范围内长期停歇或过水的浇筑块基岩变形模量和混凝土弹性模量相差较大者基础填塘混凝土混凝土塞及陡坡坝段采用含氧化镁较高的水泥和混凝土混凝土所用的骨料线膨胀系数与大者设计中应对深孔宽缝坝段闸底板等部位在施工期或运行期温度低于稳定温度的情况进行分析论证当碾压混凝土表距基础面高度相差较龄期极限拉伸值不低于碾压混凝土基础容许温差浇筑块长边长度以下以上时其碾压混凝土坝基础容许温差见表新老混凝土约束应力由分析计算确定其温控标准可较基础部分适当放宽在施工过程中各坝块应均匀上升相邻坝块的高差不宜超过满浇筑时间不宜间隔太久侧向暴露面应保温过冬表面混凝土温控标准应经温度应力计算分析确定龄期混凝土的暴露表面应采取保温措施必要时坝体纵缝灌浆温度宜采取稳定温度超冷灌浆应有专门论证坝体混凝土防裂及温度控制措施根据抗裂要求高坝基础部位混凝土强度等级不宜低于的混凝土暴露表面也需考虑保温措施提高灌浆温度或未后相应极限拉伸值为迎水面还应根据抗渗抗裂抗冻要求和施工条件等综合确定混凝土强度等级中低坝上述各部位混凝土强度等级及极限拉伸值可根据具体情况适当降低纵横缝的划分应根据坝基地形地质条件坝体布置坝体断面尺寸温度应力和施工条件等因素通过技术经济比较确定横缝间距可为超过或小于时应作论证碾压混凝土重力坝的横缝间距可较常态混凝土重力坝的横缝间距适当加大纵缝间距宜为应严格温度控制筑块长超过以后上游面产生深层裂缝位宜采用层厚采用连续均匀上升时以为宜但均不宜长期暴露条件允许时宜采用通仓浇通仓浇筑应注意防止蓄水浇筑层厚度应根据容许温差通过计算确定在基础部常态混凝土基础以上浇筑层厚度应为宜采用短间歇上升时以在满足温度控制要求的前提下适当放宽碾压混凝土浇筑层厚度在不影响混凝土强度和耐久性的前提下应积极地采取下列措施降低水泥用量减少发热量采用发热量较低或氧化镁含量较高的微膨胀水泥浇筑低流态混凝土或干硬性混凝土使用外加剂改善混凝土级配加掺合料等综合措施合理安排全年混凝土浇筑量利用低温季节浇筑基础混凝土采用下列措施降低混凝土最高温度并满足接缝灌浆要求利用浇筑层顶面散热削减水泥水化热温升可时夏季减少浇筑层厚度但常态混凝土不宜薄于在条件许应保证正常的间歇时间可在浇筑层顶积水浇水或层面喷雾以加速表面散热降低混凝土浇筑温度可采取在粗骨料堆上洒水喷雾料堆加高地垅取料冷却水拌和加冰拌和混凝土等措施必要时可采取骨料预冷并采取措施减少热量倒灌埋设冷却水管进行一期水管冷却坝体如设有纵缝可结合接缝灌浆前的二期冷却共用一套水管通水时控制水温避免温差过大常态混凝土碾压混凝土都应进行坝面层面侧面保温和保湿养护保温采用氧化镁延迟性微膨胀混凝土筑坝技术应进行坝体温度应力补偿设计应通过保温设计选定保温材料确定保温时间孔寒冷地区尤应重视冬季的表面口廊道等通风部位应及时封堵观测
一般设计
规定应根据坝的安全级别坝高地质条件和坝的结构型式等设置必要的观测项目进行系统观测并及时整理分析观测资料其目的是监测坝及其地基的工作性状以便及时采取应急或加固措施指导施工为设计反馈资料和科学研究提供依据观测项目测点布设的原则应全面反映大坝与坝基的实际工作性状目的明确重点突出做到少而精宜选地质结构复杂及有代表性的坝段观测项目测点布设宜集中观测方法宜简捷直观满足精度要求重点部位的观测值务求能相互校核应排除或避免影响精度的因素观测仪器及导线应有必要的保护装置观测项目测点布设应具有的工作条件应有良好的照明交通防潮防寒等作业条件应满足施工期的观测条件尤其应确保初期蓄水时基准期观测资料的完整性宽缝排水廊道及消能设施应配备抽水设施以便排干检查碾压混凝土重力坝应针对其特点提出观测设计的特殊要求观测项目大坝的原型观测可分为安全性观测与专门性观测两类安全性观测项目可根据坝的安全级别按实际需要参照表确定表坝的安全级别大坝安全性观测项目表安全性观测项目位移挠度倾斜接缝及裂缝渗漏量扬压力绕坝渗流混凝土温度坝基温度水位库水温度气温巡视检查冲刷坑状况位移挠度接缝及裂缝渗漏量扬压力绕坝渗流混凝土温度坝基温度水位库水温度气温巡视检查位移渗漏量扬压力水位气温巡视检查专门性观测项目应根据工程的安全级别结构型式及地质条件选设下列项目坝体坝基的应力应变观测局部结构孔洞应力应变观测水力学观测坝址区地下水位动态观测近坝区库岸稳定监测其它观测项目各项观测设计的要求见附录标准的附录堰面曲线堰面压力及反弧段半径开敞式溢流堰的堰面曲线堰顶下游段堰面曲线开敞式溢流堰在堰顶下游的堰面曲线可采用下式所示的幂曲线式中为定型设计水头按堰顶最大作用水头的计算与上游堰面的倾斜坡度有关的参数为以溢流堰顶点为坐标原点的坐标游为正以向下为正堰顶上游段堰面曲线上游坝面为铅直面时及以向下等参数见图图上游面为铅直面的堰顶上游段堰面曲线
上游坡为时堰顶上游段的堰面曲线如图圆弧半径上游坝坡及参数表等见表上游堰面为双圆曲线参数图上游面为堰顶上游段堰面曲线
时的上游坡为时堰面曲线如图中的堰面坐标线可采用表表上游堰面坐标
堰顶上游段堰面曲图上游坡为时的堰顶上游段堰面曲线当上游坡介于上述各种坡度之间时可利用图的曲线来近似地求得适用于中间坡度的的上游堰面形状则可由图和双圆弧曲线的坐标内插给出所示值至于中间坡度有胸墙溢流堰的堰面曲线设有胸墙溢流堰的堰面曲线头孔口中心线上与孔口高当校核洪水情况下最大作用水的比值时或闸门全开时仍属孔口泄流即可按下式计算式中定型设计水头一般取孔口中心线至水库校核水位的水头的孔口收缩断面上的流速系数一般取若孔前设有检修闸门槽时取其余符号参照图原点上游可用单圆复圆或椭圆曲线与胸墙底缘通盘考虑若时应通过试验确定图和值关系曲线图有胸墙溢流堰的堰面曲线示意图
堰面压力开敞式溢流堰堰面压力的分布对于溢流堰有闸墩的情况可由图及图中所示的堰面压力水头定型设计水头定型设计水头由于纵横与水平距离的关系曲线求得坐标均为无因次数便于内插求值图溢流堰闸孔中心线上的堰面压力分布负值为负压溢流堰反弧段半径溢流堰下游反弧段半径应结合下游消能设施来确定同的消能设施可选用不同的公式对于挑流消能可按下式求得反弧段半径对不图沿溢流堰闸墩处的堰面压力分布负值为负压式中为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深反弧段流速时可取下限流速越大反弧半径也宜选用较大值以致取上限对于戽流消能反弧段半径与流能比有关一般选择范围为为单宽流量关曲线如图所示为自戽底起算的总能头为重力加速度与的相对于底流消能反弧段半径可近似按下式求得式中不计行近流速的堰上水头坝趾处流速图与的相关曲线附录标准的附录坝身泄水孔体型设计无压坝身泄水孔的体型设计无压坝身泄水孔的典型布置如图包含有较短的压力段和较长的无压段压力段又分为进口段事故检修门槽段和压坡段三个部分压坡段下游侧设工作闸门检修闸门采用平板门工作闸门则多采用弧形门明流段自上游至下游按顺序布置直线段抛物线段和反弧段图无压坝身泄水孔的典型布置
进口段进口段各部分的体型可按如下方式进行设计进口段的顶部曲线可分为两段分述如下段顶曲线宜采用椭圆曲线椭圆的长半轴可取为进口段的孔高短半轴可取为长半轴的即段的曲线如图的方程式可表示为式中曲线的坐标轴进口段末端的孔高系数通常取数有时也可取但为了使椭圆长短半轴为整值稍大于图压力段布置图
段为可由下式求得段的椭圆在点的切线切点的位置式中为切线的坡度一般取椭圆曲线方程可取为侧面曲线侧面曲线可采用式中可取为为泄水孔的正常宽度底部形式可根据实际情况布置上游面切点以上的垂直面高度不宜小于倍进口段末端的孔高间为一条空口其宽度约为倍止水宽度点与点应位于同一高程事故检修门槽段事故检修门槽段应选择体型较优且初生空化数较低的门槽压坡段压坡段体型的选择应使压坡段不产生负压为准其顶坡宜取稍陡于段的顶坡可相应采用高水头的坝身泄可参照实际工程所选用的值水孔压坡段的顶坡宜取小值水头较低或次要泄水建筑物可取大值压坡段两端断面面积之比确定当事故检修的止水为下游止水时应注意在该段的首端设置通气孔明流段明流段竖曲线段常设计为抛物线抛物线方程一般可采用式中抛物线起点坐标起点断面平均流速的原点处切线与水平方向的夹角当起始段呈水平时则重力加速度为防止负压产生而采用的安全系数其值可在范围内选用一般可取明流段的反弧段一般采用单圆弧式末端为挑坎鼻坎高程应高于该处的下游水位以保证发生自由挑流但可略低于下游最高水位有压坝身泄水孔的体型设计有压坝身泄水孔的典型布置如图进口段形状与无压坝身泄水孔基本相同但工作门布置在出口端事故检修门仍设在进口段之后压坡段位于工作门上游事故检修门槽段与压坡段之间设有较长的有压平坡段图有压坝身泄水孔的典型布置
附录标准的附录水力设计计算公式开敞式溢流堰泄流能力计算公式式中流量溢流堰净宽堰顶以上作用水头重力加速度流量系数见表上游面坡度影响修正系数见表为铅直面时取淹没系数视泄流的淹没程度而定不淹没时表流量系数
值当上游面取侧收缩系数根据闸墩厚度及墩头形状而定可注为上游堰高水头的为定型设计水头计算按堰顶最大作用表
坡度上游面坡度影响修正系数值孔口泄流能力计算公式式中流量出口处的面积自由出流时为孔口中心处的作用水头淹没泄流时为上下游水位差孔口或管道流量系数初期设计时对设有胸墙的堰顶高孔当高时取当为有压流时局部水头损失后确定波动及掺气计算公式为孔口对深孔取必须计算沿程及式中不计入波动及掺气的水深计及波动及掺气的水深不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速修正系数一般为断面收缩情况而定当流速大于用较大值水舌抛距估算公式计算参见图视流速和时宜采式中冲坑最深点到坝下游垂直面的水平距离坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离水舌外缘与河床面交点到冲坑最深点的水平距离坎顶水面流速倍计即计为水库水位至坎顶的落差鼻坎的挑角坎顶垂直方向水深平均水深坎顶至河床面高差如冲坑已经形成作为计算冲坑进一步发展时可算至坑底堰面流速系数最大冲坑深度由河床面至坑底水舌外缘与下游水面的夹角为坎顶按鼻坎处平均流速的图挑流消能示意图
最大冲坑水垫厚度按下式估算式中参照图水垫厚度自水面算至坑底单宽流量上下游水位差冲刷系数其数值见表表
基岩冲刷系数
可冲值较易冲易冲可冲性类别间距难冲节理裂缝发育程度不发育节理隙组规则裂较发育节理隙组较规则形裂发育节理裂隙组以上不规则呈形或米字型块石碎石状镶嵌结构以构造很发育节理隙裂组以上杂乱岩性被切割呈碎石状碎石状碎裂结构完整程度结构类型基岩构造特征巨块状整体结构大块状砌体结构多为原裂隙性质生型或构造型多密闭延展不长以构造型为主多密闭部分微张少有充填胶结好或风化型为主大部分微张部分张开部分为黏土充填胶结较差以风化或构造型为主裂隙微张或张开部分为黏土充填胶结很差范围平均注适用范围水舌入水角护坦长度计算公式收缩断面的弗劳德数施时式中护坦消力池长度跃前共轭水深当跃后共轭水深池首断面平均流速大于护坦上可护坦上不设辅助消能设设梳流坎及尾坎但不设消力墩时其消力池长度当池首断面平均流速设梳流坎消力墩及尾坎时水流空化数估算公式小于护坦上可式中空化数无量纲计算断面处的动水压力水头水柱高计算断面处的大气压力水头水柱高不同高程按平面每增加高度对于估算即相对于海较标准大气压力水头为海平面以上的高程降低水的汽化压力水头水柱高对于不同的水温可参照表计算断面处的平均流速水头表
水温水柱高水的汽化压力水头与水温关系
水流边壁表面的不平整度指施工后的混凝土表面不符合设计体型的孤立突体或凹陷在施工时必须严格控制表面不平整选用度控制标准可参考表确定不平整度的控制标准时应充分考虑体型部位的重要性水流空化数结构材料和可能连续运行的历时等表
溢流落差以下不平整高度以下以下上游坡任意任意平整度控制标准
无空蚀坡度下游坡任意任意横向坡任意任意以下任意任意任意任意以下任意任意任意以下任意任意任意以下任意任意任意以下掺气减蚀设施掺气减蚀设施布置应满足下列要求在保护范围内应有足够的通气量临近保护面的掺气浓度不应低于要求特别高的部位不低于设施本身有足够的强度和可靠性在宣泄设计及以下各级流量时通气空腔应保持稳定并应防止通气孔掺气槽堵塞以保证通气顺畅掺气减蚀的形式可分为底部通气设施掺入空气一般都是过流面上设置挑坎跌坎或掺气槽使水流脱离底部边界形成空腔由空腔中的气水交界面对水流干扰小流态平顺使泄水建筑物的底板防蚀底侧又称突扩突跌通气设施这种设施底部边壁有突跌两侧边壁有突扩空气经三个面进入空腔与水流掺混可以同时使底板和边墙减免空蚀掺气减蚀设施的保护段长度根据国内外已运行工程的经验一个选型良好的掺气减蚀设施大约可以保护长的反弧段或的直线段并可根据工程布置和试验研究成果适当加长宽尾墩在堰面上位置一般应不影响泄流能力和水流掺气能力不妨碍弧门铰支座的布置宽尾墩闸孔收缩比宜取参见图图宽尾敦示意图
附录标准的附录坝基坝体抗滑稳表坝基岩体分类及岩体与混
岩体基本参数变化范围类比值具有各向同性的力学特性岩体工程分类坝基岩体特性致密坚硬的裂隙不发育的新鲜完整的厚及巨厚层结构的岩体裂隙间距大于无贯穿性的软弱结构面稳定性好如岩性较单一的岩浆岩及火山岩类深变质岩块状片麻岩混合岩等巨厚层沉积岩坚硬的裂隙较发育的微风化的块状厚层状及次块状结构的较完整岩体裂隙间距为具有各向同性的力学特性厚层砂岩砾岩未溶蚀的石灰岩白云岩石英岩火山碎屑岩等除局部地段外整体稳定性较好包括裂隙发育经过灌浆处理的岩体中等坚硬的完整性较差的裂隙发育的弱风化次块状镶嵌状岩体中厚层状结构岩体裂隙间距为面控制如风化的类岩石灰岩砂岩砾岩及均一性较差的熔结凝灰岩集块岩等作为坝基必须进行专门性地基处理完整性较差的裂隙发育强度较低的强风化的碎裂及互层状岩体中体裂隙间距小于薄层状结构岩岩体稳定性受结构力学特性不均一差异较大明显受结构面控制力学特性显著不均一砂岩泥灰岩粉砂岩凝灰岩云母片岩千枚岩等岩体整体强度和稳定性较低注表中所列岩石名称供参考同一岩石的分类主要由基本参数决定岩体面抗剪断参数变异系数参考混凝土接触面抗剪断参数变异系数取值饱和抗压强度声波法纵波速变形模量定抗剪断参数值凝土接触面和岩体抗剪断参数表
接触面抗剪断参数均值和标准值岩体抗剪断参数均值和标准值表坝基深层结构面抗剪断参数表定量分辩指标抗剪断参数均值和标准值分类名称成因类型及特征黏粒压扭性断层层间错动带砂砾黏泥型泥化结构面裂隙充填物风化或次生充填物具连续的黏泥层或全部为黏泥充填少量或无黏土类泥含粉粒软弱结构面碎屑型碎屑夹泥型多同上但黏泥中含粉粒较壤土类张扭性断层构造层间错动泥砾质壤土压扭岩成混杂状化不完全者夹泥断续分布或混杂层间剪切带断层破碎带构造分带不完全由软弱构造层透镜体碎屑局部夹泥风化物充填碎屑碎块型无硬性结构面充填物的胶结的少或无砂质土或碎屑土层面节理裂隙层面节理裂隙表混凝土层面抗剪断参数表抗剪断参数均值和标准值序号类别名称特征贫胶凝材料配比碾压混凝土层面黏结龄期富胶凝材料配比龄期常态混凝土层面黏结注胶凝材料小于材料在为贫胶凝材料大于之间为中等胶凝材料为富胶凝龄期附录标准的附录实体重力坝的应力计算公式计算实体重力坝坝面应力公式参见图上游面垂直正应力下游面垂直正应力上游面剪应力下游面剪应力上游面水平正应力下游面水平正应力上游面主应力下游面主应力图以上公式适用于无扬压力作用的情况当截面上有扬压力作用时应分别采用下列公式考虑地震荷载作用时按式中上游坝坡下游坝坡中有关规定计算坝体计算截面沿上下游方向的长度计算截面在上下游坝面所承受的水压力强度如有淤沙压力时应计入在内计算截面在上下游坝面处的扬压力强度计算截面上全部垂直力之和包括坝体自重水重淤沙重及计算的扬压力等以向下为正对于实体重力坝均切取单位宽度坝体为准下同计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和以使上游面产生压应力者为正附录标准的附录坝基深层抗滑稳定计算坝基深层存在缓倾角软弱结构面时具有单滑动面双滑动面和多滑动面可根据地质结构模型分析确定控制性滑动面进行极限状态抗滑稳定分析双斜滑动面为最常见情况如图图双斜滑动面示意图
双斜面的坝基深层抗滑稳定极限状态抗力函数式中垂直力之和分别为岩体分别为重量的垂直作用滑动面的抗剪断摩擦系数分别为分别为分别为分别为分别为滑动面的抗剪断黏聚力面的面积与水平面的夹角面上的扬压力面上的抗力或不平衡剩余推力及剩余推力作用方向与水平面的夹角作用效应函数式中作用于深层滑动面的全部切向包括滑动面以上岩体作用之和附录标准的附录坝体温度和温度应力计算混凝土温度计算稳定温度场坝体稳定温度是确定运行期温度荷载接缝灌浆时机以及施工期控制基础混凝土温差防止贯穿裂缝的重要依据稳定温度场满足拉普拉斯方程稳定温度场边界温度示意图见各边界温度按图稳定温度场边界温度示意图
的规定取值稳定温度场可用平面有限元或两向差分法计算必要时可用三维有限元计算不稳定温度场混凝土浇筑以后由于水泥水化热的散发和受边界温度的影响坝体各浇筑层块的温度随着时间不停地变化并产生温度应力因此需确定各时期坝块的温度分布不稳定温度场满足热传导方程混凝土与空气接触取第三类边界条件式中混凝土温度时间或或导温系数各向坐标水化热绝热温升混凝土导热系数表面放热系数空气温度不稳定温度场根据需要可按一维或二维问题求解求解不稳定温度场可用有限元法或差分法计算水化热绝热温升混凝土的绝热温升值式中混凝土最终绝热温升胶凝材料包括水泥和粉煤灰等混合材最终发热量每方混凝土胶凝材料包括水泥和粉煤灰等混合材用量混凝土比热混凝土容重混凝土的绝热温升过程可根据水泥水化热温升试验选用以下二式之一或其它公式拟合也可直接采用实测曲线式中时段时混凝土的绝热温升以以计水泥发热速率参数边界气温混凝土边界气温可根据工程所在地区气温资料分解为几项简谐温度变化的组合月平均气温的年变化过程见气温骤降日平均气温在以月平均气温过程线为基准上下变化可按工程部位防裂的重要性根据气温资料选取几种典型的气温骤降的降温幅度和历时作为设计依据日内气温变化以日平均气温过程线为基准的气温日内变化一般不作日内气温变化的分析基础混凝土温度场计算基础混凝土温度场可根据实际可能采取的浇筑分层尺寸和各层浇筑间歇时间逐层向上分时段计算直到基础约束区高度范围为止计算时段在开始阶段可取以后可取采用差分法计算时还需满足差分法稳定条件不稳定温度场的热传导方程符合线性迭加原理为了便于分析混凝土浇筑块的最高温度与坝体稳定温度场的差值可分解为水化热温升式中温度场和初始温差浇筑块施工期的温差水化热温升混凝土浇筑温度坝体的稳定温度水化热温升温度场水化热温升温度场计算是指混凝土浇筑开始没有水化热温度场为零随着混凝土龄期增加混凝土发热水化热逐渐升温同时由边界向外散热混凝土达到最高温度后逐渐降温直到水化热散尽混凝土温度场重归于零因此假定温度场之和混凝土初始温度各浇筑层和基础初始温度均假定为零或混凝土绝热温升可按混凝土绝热温升过程线式取相应时段间的增值混凝土和基岩界面的温升取岩石或老混凝土内部边界气温为零水化热温升温度场可用平面有限元计算取浇筑块中心部位垂直线上的温度分布进行分析由于浇筑层厚度和块长之比很小不考虑侧向散热块体中心部位的热量只向垂直方向传导从浇筑层顶面散热因此在大型工程的前期设计阶段或中小工程可采用单向差分法计算初始温差由浇筑温度温度场降到运行期基础混凝土的稳定温度的温差混凝土进行予冷浇筑温度低于月平均气温尚应考虑混凝土热量倒灌温度回升的问题表层混凝土温度场表层混凝土温度场可根据设计需要计算分析施工期浇筑块侧面顶面或水库蓄水时坝上游面的温度场时段划分表层温度场应根据计算气温变化的周期确定计算时段气温年变化时段可取月计算时程应取年以上气温骤降时段可取计算时程为一次气温骤降全过程计算边界的处理边界条件长周期气温变化或与水接触可取第一类边界条件即混凝土表面温度等于气温或水温短周期气温变化可取第三类边界条件见式表面保温混凝土表面与保温层间的放热系数为式中保温材料导热系数料的导热系数见表保温层外表面与空气间放热系数保温层厚度风速修正系数见表潮湿程度修正系数潮湿材料取料取表各种保温材料的导热系数
材料名称膨胀珍珠岩沥青干棉絮油毛毡干砂湿砂矿物棉麻毡普遍纸板表保温层透风性风速修正系数
风速各种保温材干燥材材料名称泡沫塑料玻璃棉毡木板木屑稻草或麦杆席炉渣甘蔗板石棉毡泡沫混凝土风速易透风保温层稻草锯末等不加隔层外面加不透风隔层内面加不透风隔层内外加不透风隔层不透风保温层冷却水管温度场可采用虚拟水温法此法既可考虑沿水管长度方向混凝土温度变化的影响亦可同时计算水管降温和浇筑层顶面散热其步骤如下边界绝热中间通水冷却圆柱体平均温度理论解为无热源混凝土水管冷却式中冷却水初温冷却前混凝土温度与冷却水初温之差温度残留比是导温系数通水时间有热源混凝土水管冷却的函数可取图冷却水管长度图埋置水管冷却从始点到
计算图
值的长的全部圆柱体平均温度式中混凝土绝热温升水管散热残留比和下列四个参数有关式中混凝土导温系数混凝土浇筑后历时冷却圆柱体的半径直径水泥水化热发散系数冷却水管的半径混凝土导热系数一套水管总长水的比热水的容重水管通水流量根据上述四个参数查图和图图虚拟水温法用有限元法在周边绝热的域节点见图内按设计要求布置冷却水管内混按时段调整水管节点温度通过计算使得凝土平均温度等于上述理论解混凝土相应时段的平均温度此水管节点温度即虚拟水温并整理各时段水管温度成虚拟水温过程线图在计算有冷却水管多层浇筑块温度场时按时段将虚拟水温作为冷却水管节点的温度进行不稳定温度场有限元计算即可等效热传导方程设混凝土绝热温升为采用下列考虑水管冷却效果的问题图等效热传导方程可用一般有限元网格计算层面和水管共同散热其中式中混凝土初温进口水温温度应力计算基础混凝土温度应力和表层混凝土温度应力计算可采用有限元法影响线法和约束系数法有限元法和影响线法计算的基本条件如浇筑层厚度间歇时间网格划分和计算时段等和温度场计算条件应一致为便于分析基础混凝土温度应力宜分为水化热温度应力初始温差浇筑温度和稳定温度之差温度应力水管冷却温度应力表层混凝土温度应力宜分为月平均气温年变化温度应力气温骤降温度应力水化热温度应力混凝土为弹性徐变体在计算温度应力时应考虑徐变为判断综合效应可将各项最不利因素叠加进行有限元仿真计算有限元法用有限元增量法求解混凝土温度应力整体平衡方程如下式中刚度矩阵结点位移增量列阵结点荷载增量列阵混凝土徐变引起的结点荷载增量温度应变产生的结点荷载增量混凝土自生体积膨胀变形产生的结点荷载增量相应的应力增量为式中等效弹性矩阵应变增量徐变应变增量温度应变增量自生体积应变增量影响线法不均匀温度场温度应力可用影响线法进行简化计算影响线法计算温度应力和差分法计算温度场配套使用基础混凝土水化热温度应力可根据基础块各层水化热最高温升包络图计算基础块中心垂直线上的水平方向应力图浇筑块温度应力影响线
式中混凝土松弛系数一般取混凝土弹性模量混凝土热膨胀系数混凝土泊松比应力计算点处的温差值两个计算点间的高度差浇筑块的长边长度在查取在处的温差值处加一单位荷载对各计算点和图处产生的正应力影响系数可由图图浇筑块温度应力影响线
表层温度应力可根据表层温度场各时段的温差值分影响线法计算表层应力公式同布图用有限元法或影响线法计算浇筑块水平剖面或浇筑块垂直剖面自表面向内部不同深度应力式其影响线可采用图和图温度场分布取自差分法各种单项荷载计算结果图矩形截面应力影响线
约束系数法基础混凝土均匀温度场降温的温度应力可使用约束系数法进行估算即式中约束系数当混凝土弹性模量和基岩相等时可的数值当不等时在混凝土与岩石的取表接触面上应取表中数值其余按此比例折算混凝土松弛系数一般近似取相应的基础温差表注浇注块长边长度计算点离基础面的高度表图方形截面应力影响线
温度应力控制基础混凝土温度应力按混凝土极限拉伸值控制式中各种温差所产生的温度应力之和混凝土极限拉伸值的标准值混凝土弹性模量标准值温度应力控制正常使用极限状态短期组合结构系数取
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