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1、摘 要设计背景：本设计的基本资料来源于我国西南部地区的已建水利工程。地点位于H河，H河是W江水系的中上游河段，流域属副热带气候区，气候温和多雨。坝址多年平均气温为20.1，历年平均湿度为80%，坝区多年平均降水量为1343.5 mm。径流主要由降水形成，多年平均径流量为1610 m3/s，多年平均径流总量为508亿m3，年际变化较为平稳，年变差系数为0.24。H江洪水主要由于暴雨形成。坝址位于相对稳定地块内，属于弱震环境，坝址地震基本烈度和水库可能诱发地震影响烈度均为7度。坝址河谷为较平坦“V”形谷，宽高比为3.5。坝址上游地层为三叠系下统罗楼组，以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥质灰岩为主，夹
2、少量粉砂岩互层岩组。坝址及其下游出露地层为三叠系中统板纳组，由厚层钙质砂岩、粉砂岩、泥板岩互层组成，属坚硬和中坚硬岩石。 设计方法：在调洪演算的基础上确定起调流量和下泄流量从而来进行溢洪道的设计。用材料力学法和稳定计算分别在正常蓄水位，设计洪水位，校核洪水位以及正常蓄水位地震效果下四个工况下验证和校核设计剖面的可行性。通过材料力学的方法对坝体内的应力进行计算与分析 设计内容：本次H江碾压混凝土重力坝设计的主要内容包括，坝址和坝型的选择、溢洪道的设计、非溢流坝段及溢流坝段的截面选取和分析计算、引水管道（压力钢管）的计算。本次设计我们掌握了碾压混凝土重力坝的设计方法，而且了解到碾压混凝土重力坝的一
3、些重要的特点和设计时应该注意的地方，并且我本人也在压力钢管的专题设计中，掌握了压力钢管截面选取、厚度选择和配筋的相关知识。完成了专业知识从理论学习到实际运用的过渡，体会到了作为一名水利工作者所肩负的责任。并对今后的工作打下了坚实的基础。关键词：碾压混凝土重力坝；材料力学法；RCCAbstractDesign Background: The design of the basic information from the southwestern region of Chinas water conservancy projects have been built. H River is loc
4、ated, H River is the Department of W upper and middle reaches of the river sections, river basin is a sub-tropical climate zone, climate is mild and rainy. Site for many years the average temperature of 20.1 , humidity of the calendar year average of 80 percent, the average precipitation for the dam
5、 over the years 1343.5 mm. Formed mainly by the rainfall runoff, the average runoff for the years 1610 m3 / s, multi-year average runoff for the 50.8 billion m3, interannual variability is relatively stable coefficient of variation was 0.24. H Jiang floods mainly due to the formation of rain. Dam si
6、te is located within a relatively stable block belonging to the weak shock environment, the basic earthquake intensity of dam and reservoir-induced earthquakes may affect the intensity of 7 degrees. For the relatively flat valley dam V-shaped valley, aspect ratio of 3.5. Dam upstream to Lower Triass
7、ic strata floor EC Law Group to thin, medium thick fender siliceous rocks, siliceous limestone-based clay, clip a small amount of interbedded siltstone rock group. And its downstream site for the Triassic strata exposed in the EC group board is satisfied by the thick layer of calcareous sandstone, s
8、iltstone, interbedded rock composed of clay tablets, which is hard and the hard rock. Design Method: In the flood determined on the basis of calculation from the flow and discharge flow adjusted so as to carry out the design of the spillway. Mechanics of materials used and the stability of the calcu
9、lation in the normal water level, the design flood level, flood checking, as well as the effect of normal water level under the four conditions seismic verification and checking the feasibility of the design section. Way through the material mechanics of stress on the body to carry out calculation a
10、nd analysis Design content: The H Jiang RCC gravity dam, including the main elements of the design, dam and dam-based selection, spillway design, the non-spillway section and the spillway section and analysis of selected cross-section, the water pipe ( pressure pipe) calculations. The design we have
11、 a roller compacted concrete gravity dam design method, roller compacted concrete gravity dam and that some of the important characteristics and the design of the place should be noted, and I am also the topics penstock design, master pressure pipe cross-section selected, the thickness of the select
12、ion and reinforcement of relevant knowledge. From the completion of the professional knowledge to the practical application of theoretical study of the transition, experienced workers, as a water responsibilities. Future work and laid a solid foundation. Key words: RCC gravity dam; material mechanic
13、s method; RCC目录摘 要- I -第一章 综合说明- 1 -第一节枢纽布置- 1 -一、发电- 1 -二、防洪- 1 -三、航运- 1 -第二节设计要求- 1 -第三节工程特性表- 2 -第二章设计基本资料- 4 -第一节自然地理- 4 -一、流域概况- 4 -二、气候特征- 4 -三、径流、洪水、泥沙- 5 -第二节工程地质- 8 -1、地震烈度- 8 -2、地形地貌- 8 -3、地层岩性- 9 -4、地质构造- 9 -5、岩体物理力学性质- 9 -第三节碾压混凝土层面和大坝建基面的抗剪强度指标- 10 -第四节各分区砼相应龄期的抗压强度指标- 11 -第五节筑坝材料- 15 -
14、第六节水库淹没处理及移民安置- 15 -1、LT水库淹没影响实物指标- 15 -2、移民安置规划- 15 -第七节施工组织- 15 -1、施工条件- 15 -2、对外交通- 16 -3、材料供应- 16 -第三章枢纽整体布置和坝型选择- 16 -第一节工程等别与建筑物级别- 16 -第二节枢纽布置- 17 -第三节坝型选择- 17 -1、面板堆石坝- 17 -2、土石坝- 17 -3、拱坝- 17 -4、重力坝- 18 -第四节洪水调洪演算- 18 -1、计算原理：- 18 -2、计算结果：- 19 -第五节坝顶高程的确定- 20 -第四章非溢流坝段剖面设计- 21 -第一节剖面尺寸拟定- 2
15、1 -第二节 坝体强度和稳定承载能力极限状态验算及应力计算- 22 -1、稳定的校核验算- 22 -2、坝体上游面的拉应力正常使用极限状态计算- 23 -3、坝趾抗压强度承载能力极限状态- 24 -4、确定计算截面- 24 -5、荷载计算- 24 -6、强度、校核验算和荷载成果表- 29 -第三节 应力结果- 52 -1、计算应力- 52 -2、应力成果表- 54 -3、应力分布图- 55 -第五章溢流坝段剖面设计- 70 -第一节孔口设计- 70 -1、泄水方式的选择- 70 -2、洪水标准的确定- 70 -3、单宽流量的选择- 70 -4、孔口净宽拟定- 70 -5、溢流坝段总长度的确定-
16、 70 -6、流量和堰顶高程的确定- 70 -7、定型水头的确定- 70 -第二节消能防冲- 71 -1、消能方式- 71 -2、挑流鼻坎设计- 71 -3、反弧半径的确定- 71 -4、挑距和冲坑的估算- 71 -第三节剖面设计- 72 -第四节四个不同截面在不同工况下坝体的强度和稳定验算- 73 -1、计算荷载- 73 -2、荷载计算成果表- 73 -第五节应力结果- 83 -1、应力计算- 83 -2、应力计算成果表- 83 -3、应力分布图- 86 -第六章第二建筑物（压力钢管）的设计- 89 -第一节引水管道的布置- 89 -1、压力钢管的形式- 89 -2、管道轴线布置- 89 -
17、3、进水口体形设计- 90 -4、拦污栅- 90 -5、闸门及启闭设备- 90 -6、细部构造- 90 -7、压力钢管结构计算- 91 -8、专题（引水管道结构计算）- 96 -第七章施工组织设计- 101 -第一节施工导流方案- 101 -一、导流标准- 101 -二、导流方案- 101 -三、导流建筑物- 101 -四、导流时段- 102 -第二节施工总进度安排- 102 -第三节导流工程参数- 103 -参考 文 献- 103 -第一章 综合说明第一节枢纽布置本工程同时兼有了防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用效益。一、 发电装机容量为7600 MW，正常蓄水位为376.6 m，死水位为33
18、0.30 m，台机组满发时的流量为7537 m3/s，尾水位为225.50m。厂房类型为全地下式厂房，主厂房尺寸为338.528.574.4(m m m)，机组间距为32.5m，安装间（主/副）长度为60/30m。主变室为地下式，尺寸为405.519.532.334.2(m m m)。开关站为地面户内式，平面尺寸为33517.5 (m m)。二、 防洪LT水库是W江防洪的战略性工程，承担W江中下游地区防洪任务，总防护人口达1200万人，保护耕地近700万亩。工程的兴建可将W江和W、N江三角洲防洪标准由约20年一遇提高到约400年一遇（400m提高到约50年一遇），遇DTX水库联合防洪，可使下游
19、的防洪标准由20年一遇提高到100年一遇；无论式从防洪效益还是替代防洪工程投资来说，其防洪作用均非常显著。在遇500年和10000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来27600 m3/s和35500 m3/s分别削减为24762 m3/s和28382 m3/s。要求校核洪水时最大下泄流量限制为28650 m3/s，校核洪水位不超过正常蓄水位4.2 m。三、 航运H河属于滩多、坡陡、流急的河流，全河大小滩险约有 300处。天然情况下，除O滩至SL镇（L江河口） 170 km河段为常年通航河段外，其余河段基本不能通航。LT水库建成后，会使库区干流以上250 km范围内形成深水航道，坝址下游
20、河道枯水流量得到了大幅度增加，为实现H河全面通航，并直达珠江三角洲出海奠定了基础，为西南有关省区物资外运提供了一条廉价的水上运输线，从而可带动沿河经济的发展，促使西部大开发战略的实施。第二节设计要求要求：1根据防洪要求，对水库进行洪水调节的计算，确定坝顶高程及溢洪道孔口尺寸；2通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物的型式、轮廓尺寸及水利枢纽的布置方案；3详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面和轮廓尺寸，拟定地基处理方案与坝身构造，进行水力,静力计算；4对碾压混凝土重力坝进行设计，选择建筑物的型式与轮廓尺寸，确定布置方案，拟定细部构造，进行水力和静力计算；5决定枢纽的施工导流方
21、案，安排工程施工控制进度。第三节工程特性表表1-1 工程特性表名称数量单位备注河流特性流域面积98500km2坝址控制面积多年平均径流总量508108 m3设计洪水流量27600m3/s洪峰校核洪水流量35500m3/s洪峰多年平均径流量1610m3/s水库特性正常蓄水位376.6m正常尾水位225.5m发电死水位330.3m设计洪水位376.75m校核洪水位379.85m库容160108 m3设计下泄流量24762m3/s设计下游水位257.16m校核下泄流量28382m3/s校核下游水位260.3m发电装机容量7600MW拦河大坝大坝等级一级大坝类型碾压砼重力坝坝顶高程379.5m放浪墙顶
22、高程380.7m坝高189.5m续表1-1坝顶宽度坝顶宽度16m上游坡度0.2下游坡度0.70坝基面高程190m上游折坡点高程290m泄水建筑物堰顶高程353.87m溢流面前缘净宽105m消能方式挑流消能鼻坎高程262m反弧半径50m挑射角25单宽流量270.3048m3/s校核第二章 设计基本资料第一节自然地理一、流域概况H河是W江水系中上游的河段。H河全长为1573 km，流域面积为138340 km2。流域属副热带气候区，气候温和雨量充沛，雨季为410月，降水量约占年降水量的89.5 %，雨日约占全年的71.2 %，流域各地多年平均降水量在760 1860 mm，总的趋势山东向西递减。径
23、流主要由降雨形成，径流年内分配为：5 10月份占年总量的82.9 %，11月 次年4月占年总量的17.1 %。LT水电站位于H江上游。坝址以上流域面积为98500 km2，占H河流流域面积的71 %。坝址以上流域，地形复杂，大支流多，汛期暴雨量级虽不大但却频繁发生，造成洪水连续、洪水总量较大。二、气候特征1、气温：坝址多年平均气温为20.1 ，月平均最低（1月份）气温为11.0 ，月平均最高气温（7月份）为27.1 ，实测最低值（1月份）为-2.9 ，实测的最高值（7月份）为38.9 。2、湿度：历年平均相对湿度为80 %，其中最高的是6、7、8月，历年平均值均为85 %；最低为2月，历年平均
24、值为74 %。3、降雨量：坝区多年平均降水量1343.5mm，雨季（410月份）降水量占年降水量的89.2%，其中59月份降水量占全年的76.0%，多年平均降雨日数为156d，雨季雨日占全年的69.7%。多年平均日雨量10mm（中雨及以上）日数为38.5d，日雨量25mm（大雨及以上）日数为15.0d，日雨量50mm（暴雨）日数为3.9d，日雨量100mm（大暴雨）日数为0.6d。 表2-1坝区历年（1972 1992年）各时段的最大降水量时段(min)10203060901201802403605407201440雨量(mm)25.240.258.899.9117.3125.8139.514
25、4.6155.6158.6159.4160.94、 蒸发量：历年水面蒸发量的平均值为1023.3 mm，历年的最大值为1218.7 mm，历年最小值为842.7 mm。5、风向风力：历年最大风速为24m/s，吹程为2km。三、径流、洪水、泥沙1、 径流：径流主要由降水形成，多年平均径流量 1610 m3/s，多年平均年径流总量为508 亿 m3，年际变化较为平稳，年变差系数是 0.24，实测的最大年平均径流量和最小的平均径流量分别为多年平均流量的1.42 倍和0.54 倍。实测的最大流量为16900 m3/s，实测最小流量为174 m3/s，各频率年径流成果见表 2 - 2。表2-2 年径流频
26、率成果表2、 洪水：H河流域洪水由暴雨形成。LT以上流域面积大，主流源远流长，大支流多，汛期暴雨量级虽不大，但是发生频繁，往往造成连续性洪水，单峰洪水甚少，复峰居多。设计洪水成果见表2-3。 表 设计洪水成果表项目P（%）洪峰流量7d洪量亿(m3/s)表 坝址处设计洪水过程线（）月日时流量月日时流量27300续表2-4续表2-43、 泥沙：H河泥沙以悬移质为主，悬沙颗粒较细。由实测资料统计，坝址处多年平均输沙率为1660kg/s，多年平均含沙量为1.05kg/m3 ，多年平均输沙量为5240万t 。第二节工程地质1、地震烈度坝址位于相对稳定的地块内，属弱震环境，无区域性活动断层穿过，不存在发生
27、地震的地质背景，区域地震危险性主要受外围地震影响，经过审定：坝址地震基本烈度和水库可能诱发地震影响烈度均为7度。2、地形地貌坝址河谷为较平坦“V”形谷，宽高比为3.5。河流流向为S 30 0 E，至坝址处转为S 80 0 E。枯水期河水面高程为219 m，水面宽90 100 m，水深13 19.5 m 。河床沙卵石厚0 6m ，局部达17 m。河床两侧均有基岩礁滩裸露，左岸宽10 m，右岸宽40 70 m 。左岸的地形整齐，山体宽厚。右岸受冲沟切割，地形的完整程度稍逊于左岸。两岸的山顶高程600 m，岸坡的坡度32 42，残坡积物厚0.5 2 m，局部厚8 25 m。3、地层岩性坝址的上游地层
28、为三叠系下统罗楼组，以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥质灰岩为主，夹少量粉砂岩互层岩组。坝址及其下游出露地层为三叠系中统板纳组，由厚层钙质砂岩、粉砂岩、泥板岩互层组成，属坚硬和中坚硬岩石。地下洞室布置区是坝区地质条件相对较好的地段之一，90 % 95 %以上的洞体位于质量较好和中等、类围岩内，围岩地层为板纳组；岩性以砂岩为主，或为砂岩和泥板岩互层岩组， 岩石强度较高。进水口的边坡蠕变岩体自然现状稳定，只要开挖后采取一定的工程措施，边坡整体稳定。4、地质构造坝址岩层为单斜构造，走向N50 200W，与河流向夹角约为70，倾向NE（下游偏左岸），倾角550 63。坝址的下游岩层倾角逐步变缓至约40左
29、右。断层依其走向，主要可分为四组。第一组：产状 N50200 W,NE 600，以层间错动为主，多达200余条，80 % 以上的破碎带宽度小于10 cm。第二组：产状N 30 0 60 0 W,NE 60 0 850，平均间距30 50m/条。第一组：产状N70 0 900 W,NE 70 0 85 0第一组：产状N65 0 80 0 W,NE 80 0，破碎带较宽。5、岩体物理力学性质表2-5 岩体力学参数表抗剪断强度变形模量泊桑比fc(Mpa)fc(Mpa)(GPa)砂岩强风化0.750.490.60.291.52.00.34中等风化1.21.480.90.7670.28微风化1.52.4
30、51.31.4815160.25弱结构面断层0.40.080.360.05层面0.450.10.40.08表2-6 物理力学试验成果表岩体密度(g/cm3)比重孔隙率饱和吸水率(%)单轴抗压强度(MPa)软化系数弹性模量(GPa)抗拉强度(MPa)抗折强度(MPa)干燥饱和静弹动弹强风化2.672.722.110.73128780.6155.9中等风化2.682.721.380.501681190.7167.4微风化2.732.740.350.171831550.8577.881.23.639.1第三节碾压混凝土层面和大坝建基面的抗剪强度指标表2-7 碾压混凝土层面抗剪断参数建议值坝高(m)建
31、议参数Cvf=0.20,Cvc=0.30Cvf=0.20,Cvc=0.35fc(MPa)fc(MPa)2101.072.091.071.971560.971.570.971.48表2-8 各分区砼相应龄期的抗压强度编号强度种类抗压强度（MPa）7d28d90dC25142634C20132229C1581923C25142633第四节各分区砼相应龄期的抗压强度指标表2-9 大坝各坝段建基面混凝土与岩体f、c建议值坝段编号面积建基面岩体特征工程岩体（BQ）分级坝基财体工程地质分类地质因素法建议值(BQ)均值级别混凝土与岩体类别混凝土与岩体混凝土与岩体混凝土与岩体f、c(Mpa)f、c(Mpa)f
32、、c(Mpa)f、c(Mpa)214弱风化岩体、有F60通过306IV0.70.80.40.5IV0.90.70.70.30.750.760.750.5660弱微风化岩体、有F60通过329IV0.80.90.50.7IV0.90.70.70.30.920.890.80.51790弱微风化岩体、有F60通过348IV0.90.7IVIII0.90.70.90.920.90.73230微风化岩体453II1.111.1IIIII11.11.11.121.21.051.11.13465微风化顶部岩体447III1.111.1III11.11.01.11.01.121.21.051.11.11835
33、弱微风化岩体416III10.91III1.11.01.10.91.081.18112110弱微风化岩体390III10.910.9III1.11.01.10.91.081.170.95112435弱风化底部岩体389III10.910.9III1.11.01.10.91.061.140.95112720弱微风化岩体393III10.910.9III1.11.01.10.91.061.140.95113000弱微风化岩体409III10.91III11.11.01.11.01.11.18113275弱风化底部岩体430III1.11.01III11.11.01.11.01.071.151.11
34、.011.14800弱风化底部岩体439III1.11.01IIIII11.11.11.11.161.11.011.13250弱风化底部岩体453II1.11.1IIIII11.11.11.21.11.161.11.13260弱风化底部岩体、局部有缓倾角节理密集带458II1.11.1IIIII11.11.11.21.081.131.11.13330大部分为微风化上部岩体局部有缓倾角节理密集带490II1.11.21.11.2II1.11.21.11.21.11.191.11.21.2续表2-93370大部分为微风化上部岩体519II1.11.21.2II1.11.21.11.21.151.2
35、41.11.21.23370大部分为微风化上部岩体508II1.11.21.11.2IIIII11.11.21.11.21.141.231.11.21.2续表2-9坝段编号面积建基面岩体特征工程岩体（BQ）分级坝基财体工程地质分类地质因素法建议值(BQ)均值级别混凝土与岩体类别混凝土与岩体混凝土与岩体混凝土与岩体f、c(Mpa)f、c(Mpa)f、c(Mpa)f、c(Mpa)3330大部分为微风化上部岩体，局部有缓倾角节理密集带508II1.11.21.11.2IIIII1.01.21.11.21.121.221.11.21.24860大部分为微风化上部岩体，局部有缓倾角节理密集带，11%为T
36、2b18泥板岩484II1.21.01.11.2IIIII1.01.21.01.21.091.171.11.13400弱微风化岩体、19%为T2b18泥板岩505II1.11.21.11.2IIIII1.01.21.01.21.11.21.11.11.23860弱风化底部岩体、小断裂发育、33%为T2b18泥板岩413III11III0.91.11.10.70.991.0310.91.12230弱风化底部岩体、有F4断层通过、坝趾有缓倾角节理密集带及15为T2b18泥板岩408III0.91.00.91.0III1.01.11.10.91.071.110.91.00.91.11870弱风化下部
37、岩体、有F4断层通过、43%为T2b18泥板岩360III0.90.90.7IVIII0.80.90.70.80.930.950.90.80.91600弱风化中下部岩体、46%为T2b18泥板岩366III0.90.90.7IVIII0.80.90.70.80.981.050.90.80.91338弱风化一部岩体、45%为T2b18泥板岩401III1.00.90.91.0IV1III0.91.00.70.91.031.131.00.90.91续表2-91188弱微风化岩体、26%为T2b18泥板岩462II1.11.11.2IIIII1.10.91.10.91.11.21.11.11.21060微风化岩体、19%为T2b18泥板岩501II 1.11.21.11.2IIIII1.11.01.20.91.131.221.11.11.2963微风化岩体、有F1断层通过32%为T2b18泥板岩449III1.01.11.01.1IIIII1.00.91.10.71.091.171.01.11.01.1963微风化岩体、49%为T2b18泥板岩465II 1.
