混凝土实体重力坝坝体断面设计大纲.docx
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1、 FJD31010 FJD水利水电工程 技术设计阶段混凝土实体重力坝坝体断面设 计 大 纲 范 本水利水电勘测设计标准化信息网 1997年4月 水电站技术设计阶段混凝土实体重力坝坝体断面大纲 主 编 单 位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员: 勘测设计研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 设计依据文件和规范 43. 设计基本资料 54. 设计原则与假定65. 设计工作内容与方法136. 应提供的设计成果18附录A 201 引 言1.1 适用范围本设计大纲适用于 工程 设计阶段的混凝土重力坝坝体断面设计。1.2
2、 工程概况 工程位于 省(市) 县(镇)境内的 江(河)上,距 市(镇) km。坝址控制流域面积 km2。本工程以 为主,兼有 等综合利用效益。总库容为 亿m3,装机容量 MW,保证出力 MW,年平均发电量 MWh。枢纽由混凝土重力坝、 等主要水工建筑物组成。拦河坝为实体混凝土重力坝,最大坝高 m。2. 设计依据文件和规范2.1 主要设计规范(1) SDJ 10-78水工建筑物抗震设计规范(试行);(2) SDJ 12-78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)及其补充规定;(3) SDJ 21-78混凝土重力坝设计规范及其补充规定(试行)。2.2 参考规范(1) SD
3、J 20-78水工钢筋混凝土结构设计规范(试行);(2) SDJ 341-89溢洪道设计规范(3) DL/T 5005-92碾压混凝土坝设计导则。2.3 工程有关的文件3. 基本资料3.1 工程等别及拦河坝级别本工程工程等别为 等,拦河坝为 级建筑物。3.2 水位和流量资料洪水标准及各运行工况的水位和流量资料见表1。表1 洪水标准及各运行工况水位、流量运行工况上游水位m下泄流量m3/s下游水位m备 注P= a包括发电与泄洪建筑物全部下泄流量P= a包括发电与泄洪建筑物全部下泄流量正常运行(1)正常蓄水位,机组满发正常运行(2)正常蓄水位,下游最低发电水位注:正常运行(2)时的下泄流量,可能为半
4、台机或1/3台机的最小流量。3.3 气象资料(1) 风 速多年平均最大风速 m/s;实测最大风速 m/s。(2) 气 温各月月平均气温见表2。表2 各 月 月 平 均 气 温 单位: 月 份123456789101112平均气温多年平均气温 ;极端最低气温 ;极端最高气温 。3.4 泥沙资料坝前淤沙高程为 m。3.5 基岩物理力学指标3.5.1 混凝土与基岩面的抗剪断参数(1) 新鲜基岩:f= ,c= kPa;(2) 微风化基岩:f= ,c= kPa;(3) 弱风化基岩:f= ,c= kPa;(4) 混凝土与基岩间摩擦系数f= 。提示:混凝土重力坝的基础,高坝(坝高70m以上)可建在新鲜、微风
5、化或弱风化下部基岩上;中坝(坝高3070m)可建在微风化至弱风化上部基岩上; 两岸地形较高部位的坝段,可适当放宽。本工程挡水坝建于 基岩上,溢流坝建于 基岩上。3.5.2 基岩极限抗压强度新鲜基岩 kPa;微风化岩石 kPa;弱风化岩石 kPa。3.6 地震烈度地震基本烈度为 度;地震设计烈度为 度。4. 设计原则与假定4.1 设计方法及控制指标混凝土重力坝需计算抗滑稳定及应力指标,并设计断面。4.1.1 抗滑稳定计算提示:(1) 坝基面和坝体内部一般均用抗剪断强度公式计算,但对于4、5级坝抗震稳定应按抗剪强度公式计算。 (2) 当按式(12)计算时,如应力计算中出现拉应力,则应将受拉部分面积
6、扣除。坝体抗滑稳定安全系数不应小于表3所列数据。表3 抗滑稳定安全系数表荷 载 组 合按抗剪强度公式计算K按抗剪断强度1级2.3级公式计算K基本组合1.101.053.0特殊校核洪水位情况1.051.002.5组合地震情况1.002.3注:深层抗滑稳定的安全系数应酌情提高,即基本组合3.0,特殊组合2.5。4.1.2 应力计算提示:(1) 对于中、低坝,可只按材料力学方法计算坝的应力,有时可只计算坝体边缘垂直正应力。 (2) 对于高坝,尤其当地质条件复杂时,除用材料力学方法计算外,宜同时进行模型试验或有限元法进行计算研究。用材料力学法计算时,应力应满足下列要求。4.1.2.1 坝基面上垂直正应
7、力(1) 运用期1) 在各种荷载组合情况下(地震荷载除外),坝基面所承受的最大垂直正应力sy,max应小于坝基容许压应力(计算时分别计入扬压力和不计入扬压力);最小垂直正应力sy,min应大于零(计算时应计入扬压力);2) 对于计算时考虑两个方向的弯矩和扭矩的坝段,可容许sy,min为 MPa的拉应力;3) 在地震情况下,坝体上游面容许出现 MPa的瞬时拉应力。提示:根据SDJ 10-78编制说明提供的实例,在坝基面的拉应力为: 新丰江(大头坝):8度地震,0.34MPa; 丰 满:7度地震,0.28MPa; 黄松峪:8度地震,0.31MPa; 西 峪:9度地震,0.04MPa。(2) 施工期
8、下游坝基面容许出现不大于0.10MPa的拉应力。4.1.2.2 坝体内部截面上应力(1) 运用期1) 坝体上游面最小主压应力(不计扬压力)应不小于0.25gH(H为坝面计算点的静水头);2) 坝体最大主压应力,应不大于混凝土的容许压应力;3) 在地震情况下,对于坝顶以下1/4坝高范围,需核算仅由地震荷载引起的拉应力,混凝土的抗拉安全系数不应小于2.5;4) 坝体内一般不容许出现主拉应力,但容许有以下例外:溢流坝堰顶部位;廊道及其它孔洞周边。当上述部位出现拉应力时,可考虑配置钢筋。5) 对于碾压混凝土坝,必须核算断面突变截面的应力,并遵循(1)的应力控制指标。(2) 施工期1) 坝体任何截面上的
9、主压应力应不大于混凝土的容许压应力;2) 在坝体的下游面,可容许有不大于0.20MPa的主拉应力。用模型试验或有限元法分析坝体应力时,可不受上述应力控制指标的限制。但如果局部应力数值超过控制指标较多时,应研究其原因,必要时应设法改善。本工程采用 法分析重力坝应力。4.2 混凝土标号选择及其性能指标4.2.1 混凝土分区及标号选择(1) 坝体混凝土在不同部位和不同条件下应采用分区标号,一般分成下列各区:区上、下游水位以上坝体外部表面混凝土;区上、下游水位变化区的坝体外部表面混凝土;区上、下游最低水位以下坝体外部表面混凝土;区基础混凝土;区坝体内部混凝土;区抗冲刷部位的混凝土(例如溢流面、泄水孔、
10、导墙和闸墩等)。混凝土分区标号的性能应符合表4的要求。同一浇筑块中标号不得超过两种。分区厚度尺寸至少为2m3m(对于碾压混凝土坝坝体内部混凝土的分区宽度一般不小于5m)。表4 混凝土分区标号的性能分强抗抗抗冲抗侵低最大水灰比选择各区厚度的区度渗冻刷蚀热严寒和寒冷地区温和地区主要因素+-+-+0.600.65施工和冰冻深度+-+0.500.55冰冻深度、抗渗和施工+-+0.550.60抗渗、抗裂和施工+-+0.550.60抗裂+-+0.700.70+-+0.500.50抗冲耐磨注:表中有“+”的项目为选择各区混凝土标号的主要控制因素;有“+”的项 目为需要提出要求的;有“-”的项目为不需提出要求
11、的。 坝体内部有大孔口(例如:导流底孔、坝内引水管和泄水孔等),孔壁周围的 混凝土强度及地震设计烈度在8度以上的坝体上部的混凝土强度均应适当 提高。 选择混凝土标号时,应注意由于温度、渗透压力及局部应力集中所造成的拉 应力、剪应力和过大的压应力。 严寒及寒冷地区施工期冰冻严重,应特别重视坝体及各种附属建筑物的混凝 土和钢筋混凝土的抗冻性要求(包括各种路面、栏杆、胸墙和闸门槽等)。严 寒地区,在水位变化频繁区,抗冻性应为D150D200(薄壁钢筋混凝土结构 抗冻性应为D200D250);温和地区为满足耐久性也应有抗冻性要求。 坝体内部混凝土标号不应低于100号(90天龄期)。 有抗裂要求的混凝土
12、见规范SDJ21-78第157条。 溢流面、泄水孔、护坦、消力墩和尾坎等部位有抗冲要求的混凝土标号,不 应低于200250号(90天龄期),严寒地区应满足D150D250。 在环境水有侵蚀性的情况下,应适当选择抗侵蚀性较好的水泥,外部水位变 化区及水下混凝土的水灰比应较表4减少0 .05。 坝体混凝土的分区根据具体情况可适当简化。(2) 混凝土抗冻标号应符合表5要求。表5混凝土抗冻标号的最小允许值气 候 条 件结构类别工 作 条 件水位涨落区的外部混凝土水位涨落区以上的外部混凝土冻融循环总次数5050严寒气候条件(最冷月月平均气温低于-10)钢筋混凝土D200D250D100混凝土D150D2
13、00寒冷气候条件(最冷月月平均气温在-3-10之间)钢筋混凝土D150D200D50混凝土D100D150 续上表注:(1)对于严寒和寒冷地区的1、2、3级建筑物,其水位涨落区的外部混凝土必须掺 加气剂。 (2)冻融循环总次数,是指一年内气温从+3以上降至-3以下,然后回升至+3 以上的交替次数;或一年中月平均气温低于-3的期间内,因水位涨落而产生的 冻融交替次数(此期间水位每涨落一次算一次冻融)。 (3)气温资料应根据连续五年以上的实测资料统计其平均值。一年中月平均气温低于-3期间的水位涨落次数,可根据设计时预定的运行条件估算。 (4)在无抗冻要求的地区,即在最冷月月平均气温高于-3的地区,
14、对1、2、3级 建筑物水位涨落区的外部混凝土,应根据具体情况提出D50或D100的要求,以 保证建筑物的耐久性。(3) 混凝土抗渗标号应符合表6要求。表6 混凝土抗渗标号的最小允许值项 次结构类型及运用条件抗渗标号1大体积混凝土结构的下游面及建筑物内部S2大体积混凝土结构的挡水面防渗层混凝土H70S8注:(1)表中H为水头(m) (2)承受侵蚀水作用的建筑物,其抗渗标号不得低于S4。 (3)采用抗渗标号大于S8时,应提出论证。4.2.2 混凝土性能指标(1) 混凝土的设计强度一般指90天龄期的强度,按表7采用。 表7 混凝土的设计强度 单位:MPa项次 强度种类符 号混凝土标号75100150
15、2002503001轴心抗压Ra4.205.508.511.014.517.52抗 拉R10.680.801.051.31.551.753抗 裂R10.851.001.31.61.92.1(2) 混凝土容许应力混凝土的容许应力按混凝土设计强度及相应的安全系数确定。坝体混凝土强度安全系数按表8规定采用。表8 坝体混凝土强度安全系数项 次受力特征基本组合特殊组合(地震情况除外)备 注1抗 压43.52抗 拉4注:(1)容许应力的采用首先应服从4.1.2条的规定。 (2)坝体的局部结构按SDJ 20-78计算时,其安全系数应符合该规范的要求。(3) 坝体混凝土容重本工程取为 kN/m3。(4) 混凝
16、土之间的抗剪断参数本工程取f= ,c= kPa。4.3 荷载及其组合4.3.1 荷 载(1) 基本荷载1) 坝体及其上永久设备的自重;2) 正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力;3) 相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力(包括渗透压力和浮托力,下同);4) 淤沙压力;5) 相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力;6) 冰压力;7) 土压力;8) 相应于设计洪水位时的动水压力;9) 其它出现机遇较多的荷载。(2) 特殊荷载10) 校核洪水位时的静水压力;11) 相应于校核洪水位时的扬压力;12) 相应于校核洪水位时的浪压力;13) 相应于校核洪水位时的动水压力;14) 地震荷载;15) 其它出现
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