西州水电站碾压混凝土大坝设计 - 图文

② 将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性。若基岩较为坚硬，也可将坝基面开挖成若干段倾向上游的斜面，形成锯齿状，以提高坝基面的抗剪刀能力。

③ 利用地形、地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定。

④ 采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力。 ⑤ 利用预加应力提高抗滑稳定性。

对于本工程，为便于施工，上游宜铅直，主要通过采取有效的防渗，降低扬压力来增强坝体的抗滑稳定。 4.4 应力分析

4.4.1 应力分析方法

根据《碾压混凝土设计规范》（314-2004）4.0.5规定，碾压混凝土重力坝应力分析主要包括以下内容：

坝体选定截面上的应力（包括坝基面、折坡处截面及其他需要计算的界面）。高坝应重视其碾压层（缝）面的剪力；

坝体廊道、孔洞、管道等坝体削弱部位的局部应力； 坝体上闸墩、导墙等部位的应力； 地质条件复杂时坝基内部的应力。

（对于本设计，限于时间关系，对上面规范注明的不可能一一进行分析，主要进行的坝基面的应力分析。）

应力分析方法：碾压混凝土重力坝除按材料力学法计算应力外，高坝尚宜采用有限元法进行计算。修复在复杂地基上的中坝，必要时才有有限元法进行计算。当不宜作为平面问题分析时，可采用三维有限元法或其他合适的方法进行应力分析。

西周水利枢纽工程属中坝，在本设计中采用理论计算中的材料力学法进行分析。用材料力学法计算坝体应力时，一般沿坝轴线切取单宽坝体作为固接于地基上的变截面悬臂梁，按平面问题进行计算。图4—6表示非溢流坝横断面的计算简图，并规定坐标方向，作用力及应力的正方向如图所示，即水平外力以指向上游为正，铅直外力以向下为正，力矩以反时针方向为正，正应力以压为正，剪应力以微分体的拉伸对角线在一、三象限为在正。 4.4.2 应力计算

坝体边缘应力的计算

坝体的最大和最小主应力一般都出现在上下游边缘

dssdydyABdd1:xd(b)x1:nmAB/2B/2BBpApdxd(a)图 4—6 坝体应力计算图

??水平截面上的边缘正应力yu和yd 假定任一水平截面上的垂直正应力计算。

x(c)

?y呈直线分布，可用材料力学偏心受压公式

假定任一水平截面上的垂直正应力y呈直线分布。

W6?M ?yu???BB2 W 6 M ( 4 — 14 )

???yd?B?B2

W式中 ?—作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和；

M ?—作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和； B—计算截面沿上下有方向的宽度。 结果应力满足要求，祥见计算书。 4.5 大坝设计

4.5.1 西周水电站碾压混凝土坝组成

西周水电站碾压混凝土坝由非溢流坝段、溢流坝段、和厂房坝段组成。 根据工程总体布置方案比较与坝型选择成果，坝顶高程337.3m，最大坝高63.3m。坝顶长257.6m，共设15个坝段，其中5，6，7，8，9坝段为溢流坝段，长76m；10，11，12坝段为引水坝段，长70.4m；13，14，15坝段为左岸非溢流坝段，长4508m；1，2，3，4坝段为右岸非溢流坝段，长65.4m。左右岸均设上坝公路，坝头设回车场，具体布置详见图。

4.5.2非溢流坝段剖面设计 1.基本资料

由工程水文资料中的，坝址水位—流量关系曲线查出：

? 设计洪水位时： 校核洪水位时：2.基本剖面的拟定

Z设?335.00m，H下?309.40m。 ，H下?313.16m。

Z校?337.26m图 4—8 重力坝基本剖面图

根据工程经验，一般上游坡n?0~0.2(碾压混凝土重力坝宜取n=0)，下游坡m?0.6~0.85，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。西周水电站大坝工程取，坝底宽度B?44.63m，上游坝坡率n?0，下游坡率m?0.75。 3.实用剖面的确定 （1）坝顶宽度

坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及设施的需要。非溢流坝 的坝顶宽度一般可取坝高的8%～10%，并不小于3米。如作交通要道或有启闭机设施时，应根据实际情况确定。

经过分析选取西周水利枢纽工程的坝顶宽度为6m。 （2）坝顶高程

坝顶防浪墙顶高程按正常蓄水位和校核洪水位加相应的高差?h确定，并取两者中最大值作为防浪墙墙顶高程，?h按下式计算： ?h?h1%?hz?hc （4—36） h

式中 1%累计频率为1%时的波浪高度，m； hz—波浪中心线高出静水位的高度，m；

—取决于坝的级别和计算情况的安全超高，查表4—3。

h表4—3 安全超高 c（m） 坝的级别 荷载组合（运用情况） 1 2 3 0.5 0.4 基本组合（正常情况） 0.7 0.4 0.3 特殊组合（校核情况） 0.5 坝顶防浪墙顶高程按下式计算，并选用其中的较大值。

hc4、5 0.3 0.2

??坝顶高程?设计洪水位??h设（4—37） ? ? ?坝顶高程?校核洪水位??h校?h?h式中，设和校分别按式（4—36）的要求考虑。对于1、2级的坝，如果按照可能最大洪水校核时，坝顶高程不得低于相应静水位，防浪墙顶不得低于波浪顶高程。西周水电站工程的坝顶高程为337.3，如防浪墙高度取1.2m，防浪墙顶高程算得为338.5m，高于校核洪水位337.26m。故考虑可以满足要求。 4. 非溢流坝实用剖面图

750.1：1：0.2 图 4—9 非溢流坝实用剖面图 5.非溢流坝稳定与应力计算成果分析 （1）稳定分析

西周水电站工程非溢流坝坝段的稳定分析采用剪断强度公式进行验算，计算结果见表4-4。

表 4—4 计算安全系数 工作状坝基截面 规范 是否 安全系数 况 计算值 要求值 符合要求 5.32 3.0 设计 是 K? 5.27 2.5 校核 是 全部满足要求，所以设计合理。 （2）应力分析

通过荷载计算，得到：

表4—5 坝基边缘应力数据表 单位：MPa 项目 工??ydyu 截况 面 坝基 校0.23 核 0.741

由以上数据可知，坝基截面在设计和校核情况下，稳定和强度均满足要求，各点的应力也满足规范要求。