某江水利枢纽拱坝设计（说明书）

水利水电工程专业毕业设计

c.上游坝坡斜率：0.15 d.下游坝坡斜率：0.731

e. 重力坝的混凝土方量：604262.49m3

3.4.2.3 拱坝方案

拱坝的坝体尺寸： a.坝顶厚度：Tc=8.50米 b.坝底厚度：TB=25.50米 c.上游面曲线方程：

-40.16(y/H)+31.88(y/H)2

d.下游面曲线方程：各高程的厚度Ti由Tc，TB内插求得

Ti?Tc?TB?Tcyi He.拱坝的混凝土方量：343746.14m3 ,比重力坝节省43.11%的方量。

3.4.3 坝体形态选择

拱坝按坝体形态可分为单曲拱坝和双曲拱坝。 1. 单曲拱坝

单曲拱坝只在水平截面上呈拱形，而铅直悬臂梁断面不弯曲或曲率很小。定圆心定外半径拱坝设计施工简单，但工程量大，且河谷上宽下窄时，坝底部圆心角过小，使拱的作用减小，而定中心角变半径拱坝虽然比较经济，但两岸坝段剖面有倒悬，在施工和库空运行时会产生拉应力。

2. 双曲拱坝

双曲拱坝又称穹形拱坝，在水平和垂直截面内都呈拱形，在V形河谷或其它上宽下窄的河谷，若采用定半径式拱坝，其底部会因中心角过小而不能满足应力的要求，此时宜将水平拱圈的半径从上到下逐渐减小，以使上下各层拱圈的中心角基本相等，并在铅直向设计成一定曲率，形成变半径等中心角双曲拱坝，而做到上下层拱圈的中心角相等很困难，故广泛采用变半径变中心角的双曲拱坝，这种拱坝各层拱圈的中心角，外弧面和内弧面的半径从上到下都是变化的，而各层拱圈内外弧的圆心联线均为光滑的曲线，变半径等中心角双曲拱坝更能适应河谷形状的变化。

双曲拱坝比单曲拱坝更具特殊的优点：①由于其梁系也呈弯曲形状，兼有垂

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直拱的作用，它在承受水平向荷载后，在产生水平位移的同时还有向上位移的倾向，使梁的弯矩有所减少，而轴向力加大，对降低坝体拉应力有利；②在水压力作用下，双曲拱坝中部的垂直梁应力是上游面受压而下游面受拉，这同自重产生的梁应力正好相反。

3.5 泄水建筑物型式选择

泄水建筑物采用两个浅孔和两个中孔相结合的方案：浅孔位于两岸，孔口

宽9m，高8m，进口底高程为164m，出口底高程为158m；中孔位于水电站进水口两侧，孔口宽7.5m，高7m，进口底高程为135m，出口底高程为130m。泄槽支撑结构采用框架式结构。坎顶高程为118m,浅孔反弧半径为40m,中孔反弧半径为55m。泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一致,挑射角θ=20?,导墙厚度为1m, 浅孔导墙高度为6.7m,中孔导墙高度为8m

3.6 厂房及引水系统布置

坝后式厂房装有4台5万kw的发电机组，主厂房长81m，宽18m，副厂房长66m，宽10m，安装场长21m，宽18m。压力管道的直径为4.6m，进水口底高程为152.4m。

3.7 枢纽总体布置

双曲拱坝的最大坝高为99.14m，坝顶宽8.5m，坝顶弧长约354m，坝底宽26m。坝后式厂房，主厂房长81m，宽18m，副厂房长66m，宽10m，安装场长21m，宽18m。压力管道的直径为4.5m，进水口底高程为152.3m。浅孔位于两岸，孔口宽8.5m，高8m，进口底高程为163m，出口底高程为153m；中孔位于水电站进水口两侧，孔口宽8.0m，高7m，进口底高程为134m，出口底高程为129m。在坝身泄水孔的上下游侧分别布置检修闸门和工作闸门，检修闸门采用平板门，工作闸门采用弧形闸门，在每一个工作闸门的上方有启闭机房，浅孔启闭机房高程为173.5m，中孔启闭机房高程为146m。泄槽支撑结构采用框架式结构,坎顶高程为118m,浅孔反弧半径为40m,中孔反弧半径为55m。泄槽直线段的坡度与孔身底部坡度一致,挑射角θ=20 o,导墙厚度为1m, 浅孔导墙高度为6.7m,中孔导墙高度为8m。过木筏道位于右岸。开关站长75m，宽20m，位于左岸。

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第四章 拱坝设计

4.1 拱坝型式及布置

4.1.1 拱坝剖面设计

拱冠梁剖面的主要尺寸包括坝顶厚度、坝底厚度和拱冠梁上游曲线参数。 1． 坝顶厚度（TC）：根据结构、人防、运用等要求并考虑改善坝体应力，初步设计，采用下列经验公式：

TC?0.01?H?2.4b1? Tmin=3～5m 式中 H——坝高（m）

b1——坝顶高程处两拱端新鲜基岩之间的直线距离（m）。

需要指出：顶部拱圈的厚度，对顶部拱圈和坝下游面上部的应力影响十分明显，而且顶拱钢度的大小对调整整个坝体的应力，特别是河床部位的梁底（坝踵）应力也有相当的影响，加大顶拱厚度将有利于减小梁底上游面的垂直拉应力值；相反，如顶拱两端的岩石较为软弱或坝下游面上部的垂直向拉应力较为显著，顶拱的厚度取得薄些较为有利。 综合以上取Tc=8.5米。

2. 底部厚度（TB）：拱坝的底部厚度是控制拱坝断面尺寸的一个重要特征数据，其影响因素较多，其中最主要的是坝高和河谷形状。通常可参照已建成的坝高和河谷形状大致相近的拱坝来初步拟定其尺寸，再通过反复的修改布置和试算，定出合适的尺寸

本设计采用我国朱伯芳等建议，作为拱坝的优选初始方案：

TB=K（b1+bn-1）H/〔σa〕

式中 K——经验系数，一般可取K=0.0035

b1、bn-1——第一层和倒数第二层拱圈两拱端新鲜基岩面之间的直线距离（m） 〔σa〕——拱的允许压应力（t/m3） H ——坝高

将A江拱坝数据代入得TB=25.5米。

双曲拱坝上游面曲线：用黎展眉高级工程师推荐的方程式定出：

z= -x1(y/H)+x2(y/H)2

式中 x1=2β1x2 x2=β2TB/(2β1-1) β1=0.6～0.65 β2=0.3～0.6 取β1=0.62 β2=0.3 经计算得：

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y?y? 上游面的曲线方程为 Z??40.16??31.88???

99.14?99.14? 下游面的曲线按Tc，TB沿高程线性内插。设第i层拱圈的厚度为Ti 则

Ti?TC?(TB?TC)yi H2表4-1 拱冠梁端面的几层典型拱圈的几何尺寸

截面 1 2 3 4 5

y 0 24.785 49.57 74.355 99.14 H 99.14 99.14 99.14 99.14 99.14 Z上 0.00 -8.05 -12.11 -12.19 -8.28 Z下 8.50 4.70 4.89 9.06 17.22 厚 8.50 12.75 17.00 21.25 25.50 高程 191.14 166.355 141.57 116.785 92 4.1.2 拱坝的布置

(一) 根据初步拟订的拱坝断面尺寸进行平面布置，确定各高程拱圈中心角、半径、圆心位置等参数，然后按拟订的方案进行应力和稳定分析。拱坝布置按下列程序进行：

1. 根据地形地质等基本资料，找出坝址可利用岩石等高线。

2. 在已定坝址处，选定拱坝在平面上的坝轴线，在坝址可利用岩面的等高线上，定出顶拱的中心角和顶拱厚位置。

3. 结合地形特点，初定拱冠悬臂梁的剖面形态及尺寸，以各层拱圈的拱冠断面与悬臂梁剖面尺寸相重合为准，从上往下，每24.785m为一层，试画出各层拱圈的水平拱圈线。

4. 按试画的拱圈线，切出几个垂直剖面，检查垂直方向是否扭曲，倒悬度是否满足要求。

5. 根据上述初步选定的拱坝形式和尺寸，按拱冠梁法求出分配荷载后，计算拱梁上下游坝面应力及两岸坝肩的稳定。 (二) 拱坝布置的原则： 1. 坝面力求平顺； 2. 坝轴线布置处应使下游有足够的支撑岩体； 3. 剖面的倒悬度小于1/3；

4. 各层拱圈，拱端的内弧面的切线与利用的岩面等高线的夹角不小于30o； 5. 顶部中心角取70°～110°之间，对各层中心角，左右半中心角相差小于

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