FJD31060 FJD 水利水电工程技术设计阶段碾压混凝土拱坝设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年4月1水电站技术设计阶段碾压混凝土拱坝设计大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月2目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (4)4. 拱坝布置 (7)5.拱坝应力分析 (12)6.坝肩稳定分析 (15)7.坝基处理 (19)8.碾压混凝土拱坝温控及结构分析 (23)9.拱坝构造 (27)10.碾压混凝土拱坝观测 (29)11.专题研究 (30)12.工程量计算 (30)13.应提供的设计成果 (30)31 引言工程位于省市（县）境内；是河（江）支流河（江）上第梯级水电站。

本工程以为主，兼以等综合利用的水利水电枢纽工程。

挡水建筑物为碾压混凝土拱坝，最大坝高 m，水库正常蓄水位 m，总库容亿m3,电站机组台，总装机容量 MW，保证出力 MW，多年平均发电量MW h。

本工程初步设计于年月审查通过，选定坝址，坝型为碾压混凝土拱坝。

2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的主要文件(1) 工程初步设计报告；(2) 工程初步设计报告审批文件；(3) 工程初步设计研究专题报告；(4) 工程文件；(5) 工程纪要。

2.2 主要设计规范(1) SDJ12-78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区，丘陵区部分）（试行）及补充规定；(2) SD145-85 混凝土拱坝设计规范（试行）；(3) DL/T5005-92 碾压混凝土坝设计导则；(4) SDJ21-78 混凝土重力坝设计规范（试行）；(5) SDJ10-78 水工建筑物抗震设计规范（试行）；(6) SDJ336-89 混凝土大坝安全监测技术规范。

3 基本资料3.1 工程等别与建筑物级别(1) 工程等别工程的坝高 m，水库总库容亿m3。

工程建成后具有使下游 km的4城市防洪能力达到年一遇的设防标准，保护农田面积万亩，设计灌溉面积万亩，工程总装机容量 MW等效益。

根据SDJ12-78及其补充规定，本工程等别属等工程。

(2) 建筑物级别根据SDJ12-78的规定，确定工程碾压混凝土拱坝为级建筑物。

3.2 洪水标准3.2.1 洪水标准(1) 设计洪水重现期为 a；(2) 校核洪水重现期为 a；(3) 施工期坝体挡水洪水重现期为 a。

3.2.2 洪水流量(1) 设计洪水流量Q= m3/s；(2) 校核洪水流量Q= m3/s；(3) 施工期坝体挡水洪水流量Q= m3/s。

3.2.3 水库上下游防洪标准(1) 水库调洪时坝前限制最高水位 m；(2) 水库调洪时下泄设计洪水流量Q= m3/s；(3) 水库调洪时下泄校核洪水流量Q= m3/s。

3.3 水文水位与流量关系曲线3.4 泥沙(1) 年水库泥沙淤积高程m；(2) 泥沙的内摩擦角Φ= ︒；(3) 泥沙的浮容重γn= t/m3。

3.5 气象3.5.1 气温53.5.2 日照23.5.3 水温3.5.4 风速(1) 风向：(2) 风速：多年平均最大风速V max= m/s；= m/s；多年实测最大风速V实测max多年平均风速V m/s。

3.6 坝址区地形资料坝址区地形图。

3.7 坝区工程地质资料(1) 坝区工程地质报告。

(2) 坝区地质总平面图。

坝区地质平切面图。

坝区地质剖面图。

(3) 坝区的地质构造，断层破碎带、软弱带（层）、节理、裂隙的分布以及产状等。

(4) 坝区岩体物理力学参数。

3.8 地震烈度(1) 基本烈度根据国家地震局（或有关单位）鉴定本工程区地震基本烈度为度。

(2) 设防烈度根据SDJ10-78的规定，本工程大坝设防烈度为度。

3.9 碾压混凝土物理力学特性(1) 碾压混凝土按龄期天标号设计。

(2) 碾压混凝土弹性模量×104MPa、变形模量×104MPa。

(3) 碾压混凝土抗渗标号为。

67(4) 碾压混凝土容重 t/m 3。

(5) 碾压混凝土泊松比取 。

(6) 碾压混凝土热学性能：线胀系数 ×10—41/℃，导热系数 ，混凝土绝热温升 ℃，混凝土散热系数 。

4 拱坝布置4.1 坝轴线位置优化 4.1.1 主要原则(1) 在满足枢纽整体布置总要求的前提下，坝轴线位置选择要为简化枢纽总布置，减少各建筑物间相互干扰创造条件。

(2) 尽量避开不利的工程地质条件（如断层带影响），使拱坝坝基着落在较完整的基岩上。

(3) 要求两岸坝肩有足够的抗力体范围。

(4) 尽量使坝轴线选在河谷相对狭窄部位。

(5) 尽量避开坝基高边坡开挖的情况。

4.1.2坝轴线方案优化4.1.3 坝轴线位置优化程序图1 坝轴线位置优化程序4.2 拱坝布置4.2.1 拱坝坝型4.2.2 确定建基面4.2.3 拱坝体形优化设计4.2.3.1 一般原则(1) 力求拱坝体形简单，以利加快碾压混凝土施工速度，确保施工质量；(2) 在满足坝体强度要求的同时，最大限度地改善坝肩稳定条件；(3) 满足坝身泄洪建筑物布置的要求；(4) 充分考虑工程具体条件。

4.2.3.2 体形设计基本条件除有关基本资料和参数外，结合拱坝体形设计还应有以下设计条件：(1) 拱坝轴线位置选在位置；(2) 水库正常蓄水位 m，经计算分析确定坝顶高程 m，最大坝高m;(3) 根据河床部位的河谷形状，经初步设计论证确定在河床部位设置垫座，垫座顶部高程 m，拱坝体形设计中采用的计算坝高 m；(4) 按“U”型河谷进行拱坝体形设计。

4.2.3.3 拱坝体形优化(1) 拱冠剖面优化拱冠剖面的几何描述，见图2：8图2主要参数：T0−坝顶厚度，取T0= m；T B −拱冠剖面底厚，要求T B≥0.23H0，取T B= m； H1−上游坝面倒悬部分高度，取H1=(0.3～0.4)H0m； K1−上游坝面倒悬坡度，一般K1≤0.14，取K1= ； K2−下游坝面上段折线坡度，取K2= ；K3−下游坝面下段折线坡度，取K3= ；Z C−下游坝面上下段折线相交处高程，取Z C= m。

(2) 水平拱圈优化水平拱圈几何描述，见图3：图39主要参数：拱厚，mT C−拱冠处拱厚，由拱冠剖面形状确定；T1'−左半拱变曲率处拱厚，一般T1'=T C；T r'−右半拱变曲率处拱厚，一般T r'=T C；T1−左拱端拱厚，一般T1=T C；T r−右拱端拱厚，一般T r=T C。

水平拱圈上游面圆弧半径，mR Cu−中圆部分上游面圆弧半径，取R cu= ； R lu−左侧圆部分上游面圆弧半径，取R lu= ； R ru−右侧圆部分上游面圆弧半径，取R ru= 。

中圆中心角，（︒）Φcl−左中圆中心角，一般取Φcl=20︒～30︒；Φcr−右中圆中心角，一般取Φcr=20︒～30︒。

各计算高程拱端中心角，（︒）Φ1−左拱端中心角，取Φ1= （︒）；Φr−右拱端中心角，取Φr= （︒）。

(3) 拱坝中心线平面位置优化拱坝中心线平面位置描述（图4示）：图410主要参数：控制点A的大地坐标（A点为拱坝中心线与坝轴线的交点）拱坝中心线方位为N E。

(4) 拱坝体形优化设计(5) 选定体形几何参数特征值表4 选定体形几何参数特征表5 拱坝应力分析5.1 拱坝应力分析内容和分析方法5.1.1 拱坝应力分析内容5.1.1.1 拱坝应力分析的主要内容一般包括：(1) 计算坝体应力分布状态（包括坝体位移图、拱向应力、梁向应力、坝面主应力分布图）；(2) 坝体应力控制部位和应力控制值计算；(3) 坝体削弱部位（如孔洞、泄水管道部位等）的局部应力计算分析；(4) 需要时分析坝基内部应力。

5.1.1.2 拱坝应力分析中，要考虑下述问题：(1) 如坝体内设有大的孔洞，应考虑其对坝体应力的影响；(2) 基础变形对坝体应力的影响；11(3) 分期蓄水，分期施工和施工程序对坝体应力的影响；(4) 温度荷载对坝体应力的影响；(5) 混凝土徐变对坝体应力的影响；(6) 在施工期坝体自重作用对坝体应力的影响；(7) 当拱坝设有重力墩，推力墩，基础垫座或周边缝时对坝体应力的影响。

5.1.2 拱坝应力分析方法(1) 拱梁分载法根据拱坝设计规范规定，拱坝应力分析一般以拱梁分载法计算成果作为衡量强度安全的主要标准，故本工程的拱坝应力分析采用拱梁分载法为主。

(2) 有限元法(3) 结构模型试验5.2 基本设计参数5.2.1 拱坝体形参数5.2.2 物理力学参数(1) 坝体混凝土物理力学参数混凝土容重 t/m3，混凝土变形模量×104MPa，混凝土泊松比，混凝土线胀系数×10-4 1/℃.(2) 坝基岩体变形模量及泊松比表5 坝基岩体变形模量及泊松比(3) 坝基综合变形模量表6 坝基综合变形模量单位：×104MPa5.3 荷载及荷载组合125.3.1 荷载在一般情况下有：(1) 水压力：①正常蓄水位 m及相应的尾水位 m。

②上游设计洪水位 m及相应的尾水位 m。

③上游校核洪水位 m及相应的尾水位 m。

④施工期遭遇洪水位 m及相应的尾水位 m。

(2) 泥沙压力：淤沙高程 m。

淤沙浮容重 t/m3。

淤沙内摩擦角︒。

(3) 自重：坝体混凝土容重 t/m3。

(4) 温度荷载根据SD145-85附录二中“七、温度荷载”部分所提供的有关计算公式，经计算分析，用于拱坝应力常规分析的温度荷载见表7所列。

表7 温度荷载单位：℃(5) 地震荷载：地震设防烈度︒。

(6) 其它荷载：，……。

5.3.2 荷载组合在一般情况下有：(1) 基本组合①水库正常蓄水位及相应的尾水位，泥沙压力，自重，设计温降。

②上游设计洪水位及相应的尾水位，泥沙压力，自重，设计温升。

③坝体自重。

(2) 特殊组合①上游校核洪水位及相应的尾水位，泥沙压力，自重，设计温升。

②施工期遭遇洪水位及相应的尾水位，渡汛时坝体临时断面自重，设计温升。

③基本组合①+地震荷载。

135.4 坝体应力控制指标表8 坝体应力控制指标单位：MPa5.5 拱坝应力分析5.5.1 拱坝拱梁分载法应力分析(1) 单项荷载作用时应力分析。

①正常蓄水位时水荷载作用下坝体应力分析；②自重荷载作用下坝体自重应力分析；③温度荷载（设计温降与设计温升）作用下坝体温度应力分析。

(2) 各组合荷载工况时的坝体应力分析。

(3) 坝基变形模量对坝体应力影响的敏感性分析。

5.5.2 三维有限元分析5.5.3 拱坝结构模型试验14155.5.4 拱坝动力分析(1) 三维有限元动力分析。

(2) 动力模型试验。

6 坝 肩 稳 定 分 析6.1 坝区岩体地质结构特征及物理力学参数 6.1.1 坝区岩体地质结构特征 (1) 节理裂隙特征，见表9：表9 节 理 裂 隙 特 征 表(2) 断层特征，见表10：表10 断 层 特 征 表(3) 软弱岩带特征，见表11：表11 软 弱 岩 带 特 征 表(4) 坝区岩体各岩性的物理力学参数，见表12：表12 各 岩 性的 物 理 力 学 参 数6.1.2 抗剪强度设计值，见表13表13 抗 剪 强 度 设 计 值6.2 坝肩稳定分析方法6.2.1 坝肩抗滑稳定分析(1) 刚体极限平衡法；(2) 将坝和地基作为弹性或弹塑性的有限元法；(3) 地质力学模型试验。