混凝土壩設計與施工
專業：水利水電建築工程
班級：水工1105班
組別：第三組
組長：張鳳劍
指導老師：陳一華
混凝土壩設計與施工
組長： 張鳳劍
副組長： 韋倩婷張維
組員： 胡文學袁凱李志文
張洪江李齊彪
指導老師： 陳一華
班級：水工1105班
組別：第三組
前言本設計說明書是根據《水工建築物》、《混凝土重力壩設計規範》、《混凝土壩設計與施工實訓指導書》，在教師陳一華的指導下和全組人員的努力下完成的。
本設計說明書編寫人員及編寫分工如下：袁凱（第一章基本資料的整理，第二章中第
一、二節基本尺寸的分析及擬定）；胡文學（第二章中第三節荷載計算及其組合）；張鳳劍（第三章的溢流壩剖面設計）；張維（第二章中第四節穩定計算和書中所用**的繪畫）；李志文（第四章的編寫及第三章的部分細部構造）；張洪江、李齊彪（第三章的部分細部構造及審核）；韋倩婷（參與報告全部章節的編寫）。
本設計說明書在編寫過程中得到了第二組組長邱冬悅、第三組張鳳劍、第四組組長楊志偉、第五組組長王思翱和指導老師陳一華的熱情幫助，報告中還參考並引用了有關教材和技術文獻資料，除部分列出，其餘的還未一一註明。
由於編者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。
編者2023年10月
第一章基本資料 1
一、工程概況 1
二、水文分析 1
三、氣象 2
四、工程地質 2
五、樞紐建築物特性指標 3
第二章壩體基本剖面設計 5
一、確定樞紐等級及水利工程建築物的等級 5
二、壩體設計 5
三、荷載計算 8
四、穩定計算 11
第三章細部構造設計 13
一、 壩頂構造 13
二、 分縫止水 13
三、 混凝土標號分割槽 15
四、壩體排水 17
五、廊道系統 18
第4章溢流壩壩體設計 19
一、 洩水方式的選擇 19
二、 溢流壩剖面擬定 20
三、 消能防沖設計 26
第四章閘墩設計 30
一、閘墩布置 30
二、閘墩的尺寸 30
三、邊墩 30
順河水量豐沛，順河中游與豫運河上游的禮河、還鄉河分水嶺均較單薄，並處於低山丘陵區，最窄處僅10餘公里。通過禮河、洲河及輸水渠道，可通向唐山市；經還鄉河、陡河可通秦皇島市。為解決唐山市、秦皇島市兩地區用水，國家決定修建順河水庫。
順河水庫位於河北省唐山、承德兩地區交界處，壩址位於遷西縣揚岔子村的順河幹流上，控制流域面積33700平方公里，總庫容為25.5億立方公尺。水庫距遷西縣城35公里，有公路相通。
水庫樞紐由主壩、電站及洩水底孔等組成，水庫主要任務是調節水量，供天津市和唐山地區工農業及城市人民生活用水，結合引水發電，並兼顧防洪要求，盡可能使其工程提前竣工獲得收益，盡早建成。
根據水庫的工程規模及在國民經濟中的作用，樞紐定為一等工程，主壩為i級建築物，其他建築物按ii級建築物考慮。
（1）.年徑流：順河水量較充沛，順河站多年平均年徑流量為24.5億立方公尺占全流域的53%，年內分配很不均勻，主要集中在汛期
七、八月份。豐水年時佔全年50~60%，枯水年佔30~40%，而且年際變化也很大。
（2）.洪水：多發生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大漲落迅速的特點，據調查近一百年來有六次大水，其中2023年最大，由紅痕估算洪峰流量約為24400—27400m3s,實測的45年資料中最大洪峰流量發生在2023年為18800m3s
(3).泥沙：本流域泥沙顆粒較粗，中值粒徑0.0375公釐，全年泥沙大部分來自汛期
七、八月份，主要產於一次或幾次洪峰內且年際變化很大，由計算得，多年平均懸移質輸沙量為1825萬噸多年平均含沙量7.45公斤立方公尺。推移質缺乏觀測資料。
可計入前者的10%，這樣總入庫沙量為2010萬噸。淤砂浮容量為0.9噸立公尺，內摩擦角為12度。
淤砂高程157.5公尺。
庫區年平均氣溫為10℃左右，一月最低月平均產氣溫為零下6.8℃，絕對最低氣溫達零下21.7℃（2023年）7月份最高月平均氣溫25℃，絕對最高達39℃（2023年）,本流域無霜期較短（90—180天）冰凍期較長（120—200天），順河站附近河道一般12月封凍，次年3月上旬解凍，封凍期約70—100天，冰厚0.
4—0.6公尺，岸邊可達1公尺，流域內冬季盛行偏北風，風速可達七八級，有時更大些，春秋兩季風向變化較大夏季常為東南風，多年平均最大風速為21.5公尺秒，水庫吹程d=3公里。
庫區地質：順河水庫、庫區屬於中高山區，河谷大都為峽谷地形，只西城至北台子一帶較為寬闊沿河兩岸階地狹窄，斷續出現不對稱，區域內無嚴重的坍岸及滲透問題。第四大岩層（arl4）為角閃斜長片麻岩。
具粗粒至中間細粒千狀花崗變晶結構，主要礦物為斜長石、石英及角閃石，本岩層體厚層塊狀、質地均
一、岩性堅硬、抗風化力強、工程地質條件較好，總厚度185公尺左右。岩石物理力學性質：岩石容重2.
68—2.70噸立公尺，飽和抗壓強度，弱風化和微分化岩石均在650公斤厘公尺2以上，有的可達1100公斤厘公尺2以上，混凝土與岩石的摩擦係數微分化及弱風化化下部，可取f=1.10、c=7.
5kgcm。
**：庫區附近歷史**活動較為頻繁，近年來微繁。弱震任不斷發生，其中2023年和2023年兩年內發生6度左右**，2023年6月國家**局**地質大隊對本區域**問題作了鑑定，水庫的基本烈度為6度，考慮到樞紐的重要性，和水庫激發**的可能性攔河壩設防烈度採用7度
由該樞紐工程概況知該水庫總庫容為億m，並根據水庫的工程規模在國民經濟中的作用樞，屬於大（1）型，主壩為ⅰ級建築物，其他建築物為ⅱ級建築物。
㈠、 剖面擬定
1、 剖面設計原則
⑴設計斷面要滿足穩定和強度要求；
⑵力求剖面較小；
⑶外形輪廓簡單；
⑷工程量小，運用方便，便於施工。
（二）、 擬定基本剖面
重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚壓力三項主要荷載作用下，滿足穩定和強度要求，並使工程量最小的三角形剖面，如圖，在已知壩高h、水壓力p、抗剪強度引數f、c 和揚壓力u 的條件下，根據抗滑穩定和強度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根據工程經驗，一般情況下，上游壩坡坡率n=0～0.2，常做成鉛直或上鉛直下部傾向上游；下游壩坡坡率m=0.
6～0.8；底寬約為壩高的0.7～0.
9 倍。
（三）、確定基本尺寸
1、確定壩頂高程
圖1 壩基剖面圖
⑴超高值δ的計算
①基本公式
壩頂高程應高於校核洪水位，壩頂上游防浪牆頂高程應高於波浪頂高程，防浪牆頂至設計洪水位或校核洪水位的高差，可由式（3-1）計算。
3-1）
—防浪牆頂與設計洪水位或校核洪水位的高差，m；
—累計頻率的波浪高度，m；
—波浪中心線至設計洪水位或校核洪水位的高差，m；
—安全加高，按表3－1 採用,對於ⅰ級工程，設計情況＝0.7m，校核情況＝0.5m。
表1 壩的安全加高
（ ）⑵壩頂高程計
=0.6+0.1+0.7=1.4m
=0.6+0.1+0.5=1.2m
壩頂高程=+=225.7+1.4=227.1m
壩頂高程=+=227.2+1.2=228.4m
因為考慮安全性，則壩頂高程取大值
所以壩頂高程為228.4m
⑶壩頂寬度
壩高 =
則壩頂高程取7m
⑷壩底寬度
取n=0 ,m=0.7
混凝土重度水重度
自重（混凝土自重，）
圖2 重力壩荷載計算示意圖
水壓力上游
下游下游
揚壓力（浮托力和滲透壓力）
④淤沙壓力
⑤校核洪水位的水壓力
上游下游
下游⑥校核洪水位的揚壓力
基本抗滑穩定極限狀態
校核抗滑穩定極限狀態
壩頂路面應具有2～3％的橫向坡度，並設定混凝土排水溝(30×30cm)以排出壩頂雨水，壩頂上游的防浪牆（寬0.4m，高2.1m）要承受波浪和漂浮物的作用，因此牆身應有足夠的剛度、強度和穩定性，宜採用與壩體連成整體的鋼筋砼結構，而下游側則可設防護欄，為滿足運用要求和交通要求，在壩頂上布置照明設施，即在上游側每隔25m 設一對照明燈，乙隻朝向壩頂路面方向，乙隻朝向水庫方向。
根據大壩正常執行需要，在壩頂還要設定通向壩體內部各層廊道、電站的電梯井，便於觀測和維修人員快速進出。
（一）、壩體分縫
1、橫縫：減小溫度應力，適應地基不均勻變形和滿足施工要求；
2、縱縫：適應混凝土的澆築能力和減小施工期的溫度應力，在平行壩軸線方向設定。
一般情況下橫縫為永久縫，也有臨時縫，垂直壩軸線，用於將壩體分成為若干獨立的壩段；縱縫為臨時縫，可分為鉛直縱縫、斜縫和錯縫三種，縱縫縫面應設水平向鍵槽，鍵槽呈斜三角形，槽面大致沿主應力方向，在縫面上布置灌漿系統進行接縫灌漿，為了灌漿時不使漿液從峰內流出，必須在縫的四周設止漿片。
3、水平施工縫：是上、下層澆築塊之間的接合面。澆築塊厚度一般為1.
5～4.0m；在靠近基岩面附近用0.75～1.
0m 的薄層澆築，以利於散熱，減少溫公升，防止開裂。
（二）、止水設計
橫縫內需設止水，止水材料有金屬片、橡膠、塑料及瀝青等，對於高壩應採用兩道止水片，中間設瀝青井，金屬片止水一般採用1.0～1.6mm 後的紫銅片，第一道止水治上游面的距離應有利於改善壩體頭部應力，一般為0.
5～2.0m（本設計採用1.0m），每側埋入混凝土的長度約為20～25cm（本設計採用25cm），在止水片的安裝時要注意保證施工質量，瀝青井為方形或圓形（本設計採用方形），其一側可用預製砼塊，預製塊長1.
0～1.5m，厚5～10cm（本設計採用1m×10cm），瀝青井尺寸大致為15cm～15cm 至25cm～25cm（本設計採用20cm×20cm），井內灌注的填料由二號或三號是由瀝青，水泥和石棉粒組成，
井內設加熱裝置（通常採用電加熱的方法），將鋼筋埋入井中，並以絕緣體固定，從底部一直通到壩頂，在井底設定瀝青排出管，以便排除老化的瀝青，重填新料，管徑可為15～20cm。
圖3 止水設計
1—第一道止水銅片；2—瀝青井；3—第二道止水銅片；
4—預製塊；5—橫縫6—瀝青油氈；7—加熱電極
ⅰ區—上、下游水位以上壩體表層混凝土，其特點是受大氣影響；
ⅱ區—上、下游水位變化區壩體表層混凝土，既受水位的作用也受大氣影響；
ⅲ區—上、下游最低水位以下壩體表層混凝土；
ⅳ區—壩體基礎混凝土；
ⅴ區—把體內部混凝土；
ⅵ區—抗沖刷部分的混凝土。
止水片及瀝青井需伸入岩基一定深度，約30～50cm，井內填滿瀝青砂，止水片必須延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。
重力壩畢業課程設計
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