水工建筑物--第六章 重力坝剖面设计+构造+地基处理

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1、水工建筑物2021年6月15日赖国伟第五节重力坝剖面设计一、设计原则①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量最少；③外部形状简单，便于施工；④运行管理方便。二、基本剖面重力坝的主要荷载有静水压力、自重、扬压力。当上游水位与坝顶齐平时,静水压力P与H2成正比。此时，为维持坝体自身的稳定，重力坝的主要荷载自重W也应与H2成正比。因此重力坝的基本剖面为三角形，其中H为最高静水头。基本剖面定义：一般指坝体在自重、库水压力和扬压力三个主要荷载作用下，满足稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。三、实用剖面实用剖

2、面：考虑运行要求和其它荷载影响，对基本剖面进行修改之后的剖面。从理论上讲，基本剖面虽然经济，但不实用，因为：1°坝顶不能是一个尖顶，不便于施工、运行管理和交通。2°坝高不能刚好与水位齐平，必须有一定的超高。3°厂房坝段需设闸门和拦污栅，希望上部做成垂直的。非溢流重力坝实用剖面：常见的有三种形式，即上游面为铅直的、倾斜的或部分倾斜的。（1）铅直上游坝面（实用剖面（1））优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备。缺点：经济性不明显。适用：坝基fˊ、cˊ较大，剖面由应力条件控制。（2）上游坝面上部铅直、

3、下部倾斜（实用剖面（2））优点：利用部分水重增加坝的稳定性，上部仍能便于管道进口布置和操作。缺点：上游折坡点要结合应力和管道进口布置高程选定，要验算折坡点截面的强度和稳定。一般在坝高的1/3~2/3的范围内。（3）上游坝面略呈倾斜（实用剖面（3））优点：增加坝体自重，利用部分水重增加坝的稳定性，可避免库空时下游产生过大拉应力。缺点：不便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备适用：fˊ、cˊ较小情况。实用剖面（1）实用剖面（2）实用剖面（3）☞在通常情况下，上游边坡系数n=0～0.2，下游边坡系数m=0.

4、6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍，这些经验数据可作为拟定坝剖面时的参考。☞坝体实用剖面的基本三角形顶点：一般在上游最高水位附近。坝顶宽度满足设备布置、运行、交通及施工的要求，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8～10%，并不小于2米。若作交通要道，应按交通要求布置。有时在坝顶布置移动式起重机，坝顶宽度应满足安置起重机轨道以及其他运用上的要求。当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。坝顶高程坝顶或坝顶上游防浪墙顶高出水库静水面的高度可按下式计算：式中：h1——波浪高度

5、；h0——波浪中心线高出静水位的高度；hc——安全超高，按表6-2采用。注：在计算h1和h0时，设计和校核情况应采用不同的计算风速值。表6-2安全超高值（单位：m）坝的级别运用情况123设计情况（基本组合）0.70.50.4校核情况（特殊组合）0.50.40.3在计算h1和h0时，设计和校核情况应采用不同的计算风速值。坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程按下列两式计算，并从中选用较大值：Δh设、Δh校按（6-26）式分别计算。当坝顶设防浪墙时，对1、2级坝，在可能最大洪水情况下，坝顶高程不得低于相应的静水位

6、，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。图6-25为典型的坝顶结构图。由于布置上的要求，有时需将坝顶部分地伸出坝外(图6-25a)；当要求的坝顶较宽时，也可做成桥梁结构型式（图6-25c）。坝顶防浪墙的高度一般为1.2m，采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构。在坝体伸缩缝处，防浪墙也应留有伸缩缝，缝内设置止水。四、优化设计可采用优化方法，进行重力坝剖面优化设计。确定描述坝体体形的设计参数；建立目标函数：一般取结构的重量和造价，因重力坝的造价主要取决于坝体砼方量，故取坝体体积作为目标函数；确定约束条件：如稳定约

7、束、应力约束、几何约束等；优化计算：目标函数和约束条件都是设计参数的非线性函数，因此重力坝的优化设计是一个非线性规划问题。第六节重力坝的泄水与消能防冲（泄水重力坝设计）泄水重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；既要满足稳定和强度的要求，又要满足水力条件的要求。其中水力条件要求包括：要有足够的泄流能力；要使水流平顺地流过坝面，避免产生振动和空蚀；应使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷，不影响枢纽中其它建筑物的正常运行。一、孔口设计（一）孔口型式（枢纽泄水方式）根据泄水孔的位置以及坝顶是否有胸墙，

8、泄水重力坝孔口型式（泄水方式）可分为坝顶溢流式（或称表孔溢流）、大孔口溢流式和深式泄水孔三种。（1）坝顶溢流式（表孔溢流）特点：下泄流量Q与成H03/2正比（H0为表孔堰顶水头），超泄能力大。闸门承受水压力小，孔口尺寸可大些。闸门启闭操作、检修方便，工作安全可靠。能排泄冰凌和其它漂浮物。预泄洪水的能力低。（2）大孔口溢流式特点：可以提前预泄洪水，降低上游洪水位，降低坝高，减少工程量。大孔口溢流式由于有胸墙挡水可以减小闸门高度。当库水位低时，胸墙不影响泄流