堆石坝设计计算书

- 1 -目 录第一章 调洪演算 .- 1 -1.1 洪水调节计算 .- 1 -1.1.1 洪水调节计算方法 .- 1 -1.1.2 洪水调节具体计算 .- 1 -1.1.3 计算结果统计 .- 3 -1.2 防浪墙顶高确定 .- 4 -1.2.1 正常蓄水位和设计洪水位状况 .- 6 -1.2.2 校核状况 .- 6 -第二章 L 型挡墙计算 .- 7 -2.1 L 型挡墙尺寸设计 - 7 -2.2 荷载计算 .- 7 -2.2.1 土压力系数计算及荷载计算公式 .- 7 -2.2.2 不同工况下荷载计算 - 9 -2.3 最危险工况判定 - 14 -2.4 L 型挡墙的抗滑稳定计算 - 14 -2.4.1 工况一：正常蓄水位 - 14 -2.4.2 工况二：完建工况 - 14 -2.4.3 工况三：设计洪水位工况 - 14 -2.4.4 工况四：校核洪水位 - 15 -2.5 L 型挡墙的基底应力计算 - 15 -2.5.1 工况一：正常蓄水位 - 16 -2.5.2 工况二：完建工况 - 16 -2.5.3 工况三：设计洪水位工况 - 16 -2.5.4 工况四：校核洪水位 - 17 -2.6L 型挡墙抗倾覆稳定计算 - 17 -2.7L 型挡墙配筋计算 - 18 -2.7.1 墙身配筋计算 - 18 -2.7.2 底板配筋计算 .- 20 -第三章 复合土工膜设计中的相关计算 .- 23 -3.1 复合土工膜与垫层间的抗滑稳定计算 - 23 -3.1.1、混凝土护坡与复合土工膜间抗滑稳定计算 .- 23 -3.1.2 复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算 - 24 -3.2 复合土工膜的应力校核计算 - 25 -3.2.1 应力校核计算方法 - 25 -3.2.2 0.4mm 厚土工膜应力校核计算 - 26 -3.2.3 0.6mm 厚土工膜应力校核计算 - 27 -第四章 坝坡稳定计算 .- 28 -4.1 第一组滑动面 .- 28 - 2 -4.2 第二组滑动面 .- 29 -4.3 第三组滑动面 .- 30 -4.4 第四组滑动面 .- 31 -4.5 第五组滑动面 .- 32 -4.6 第六组滑动面 .- 33 -4.7 第七组滑动面（马道） .- 34 -4.8 第八组滑动面（马道） .- 35 -4.9 第九组滑动面（马道） .- 35 -4.10 第十组滑动面（马道） .- 37 -第五章 副坝设计 .- 38 -5.1 副坝的形式选择 - 38 -5.2 副坝的稳定验算 - 39 -5.2.1 工况一：正常蓄水位 .- 39 -5.5.2 工况二：完建工况 - 41 -5.2.3 工况三：设计洪水位 - 41 -5.2.4 工况四：校核洪水位. .- 42 -第六章 趾板空间布置 .- 43 -6.1 趾板分段 .- 43 -6.2 趾板剖面设计 .- 43 -6.2.1 确定 角 .- 43 -6.2.2 趾板宽度 .- 44 -6.3 垂直段趾板稳定验算 .486.4 配筋计算 .48第七章 溢洪道设计 507.1 堰型选择 507.2 引水渠段设计 .507.3 控制堰的结构设计 507.3.1 闸室布置与构造 .507.3.2 闸室稳定分析 527.4 泄槽段设计 537.4.1 泄槽水力计算 537.4.2 边墙设计及稳定分析 557.4.3 基底应力分析 577.5 防渗及排水措施 587.5 消能设计 59第八章 工程量清单计算 608.1 主坝工程量计算 .608.2 副坝工程量计算 .628.3 溢洪道工程量计算 628.4 工程量清单 .63- 3 -第九章 拦洪水位确定 649.1 洪水调节原理 .649.2 隧洞下泄能力曲线的确定 .65第十章 工程量计算 6710.1 堆石体施工 .6710.1.1 施工强度计算 .6710.2 施工机械选择及数量分析 .7010.2.1 机械选择 7010.2.2 机械生产率 7010.2.3.配套机械数量计算 .7210.3 混凝土工程量及机械数量计算 .7310.3.1 趾板 .7310.3.2 混凝土面板 .7310.3.3 防浪墙 .7410.3.4 副坝 .7510.3.5 溢洪道 .7510.3.6 混凝土工程机械选择数量计算 .75第十一章 导流洞施 工计算 7611.1 基本资料 .7611.2 开挖方法选择 .7611.3 钻机爆破循环作业项目及机械设备的选择 .7611.4 开挖循环作业组织 .7711.4.1 确定开挖断面面积 S .7711.4.2 炮眼数量的确定和布置 7711.4.3 循环作业进尺计算 7711.4.4 确定钻孔、出渣机械数量 7711.4.5 计算总工期 7811.4.6 隧洞开挖主要机械汇总表 78附图 79附图一 0.1%洪水过程线 .79附图二 2%洪水过程线 79附图三 堰顶高程 271 水位流量关系曲线 .80附图四 堰顶高程 272 水位流量关系曲线 .80附图五 堰顶高程 273 水位流量关系曲线 .81附图六 堰顶高程 273 水位流量关系曲线（校核） .81附图七 隧洞下泄能力曲线与拦洪水位关系曲线 .82附图八 0.4mm 复合土工膜厚度验算 .82附图九 0.6mm 复合土工膜厚度验算 .83- 4 -第一章 调洪演算1.1 洪水调节计算1.1.1 洪水调节计算方法利用瞬态法，结合水库特有条件，得出专用于水库调洪计算的实用公式如下：Q-q=v/t （1-1）式中：Q 计算时段中的平均入库流量（m 3/s） ；q 计算时段中的平均下泄流量（m 3/s） ；v 时段初末水库蓄水量之差(m 3)；t 计算时段，一般取 1-6 小时，本设计取 4 小时。即在一个计算时段内，入库水量与下泄水量之差为该时段中蓄水量的变化。1.1.2 洪水调节具体计算用三角形法（高切林法）拟出洪水过程线，如附图 3、4。根据本工程软弱岩基，选用单宽流量约为 2040 m3/s，允许设计洪水最大下泄流量 250 m3/s，故闸门宽度约为 6.25m12.5m，选择四种宽度进行比较，假定溢流前缘净宽分别为 7m、8m、9m 和 10m,并假定三个堰顶高程，绘制出 ZQ 曲线。并根据公式 求得的溢流堰的泄水能力曲线。23HgBQ设计时用 AutoCAD 作图计算，在设计和校核洪水过程线图中，每单位面积代表库容 360m3。正常蓄水位 276m，库容为 1910.0 万 m3；绘图（如附图，列表计算各曲线坐标点参数如下：表 1-1 设计洪水水位流量关系曲线堰高下泄流量（m 3/s）面积（m 2）增加库容 （m 3）初始库容（m 3）总库容（m 3）相应水位（m）100 15583.32 5609995 15996400 21606395 278.25150 12585.25 4530690 15996400 20527090 277.28200 10054.44 3619598 15996400 19615998 276.46271250 7705.84 2774102 15996400 18770502 275.47- 5 -表 1-2 下泄能力曲线闸门宽（m）堰上水头（m）侧收缩系数 下泄流量Q(m3/s)堰顶高程271m 时水位（m)堰顶高程272m 时水位（m)堰顶高程273m 时水位（m)0 1.00 0.00 271 272 2731 0.98 15.25 272 273 2742 0.96 42.26 273 274 2753 0.94 76.03 274 275 2764 0.92 114.56 275 276 2775 0.90 156.62 276 277 2786 0.88 201.31 277 278 2797 0.86 247.91 278 279 28078 0.86 302.89 279 280 2810 1.00 0.00 271 272 2731 0.98 17.48 272 273 2742 0.97 48.55 273 274 2753 0.95 87.58 274 275 2764 0.93 132.35 275 276 2775 0.91 181.48 276 277 2786 0.90 233.99 277 278 2797 0.88 289.09 278 279 28088 0.86 346.16 279 280 2810 1.00 0.00 271 272 2731 0.98 19.70 272 273 2742 0.97 54.84 273 274 2753 0.95 99.13 274 275 27694 0.94 150.14 275 276 277100 15583.32 5609995 16617140 22227135 278.81150 12585.25 4530690 16617140 21147830 277.84200 10054.44 3619598 16617140 20236738 277.02272250 7705.84 2774102 16617140 19391242 276.26100 15583.32 5609995 17237860 22847855 279.36150 12585.25 4530690 17237860 21768550 278.39200 10054.44 3619598 17237860 20857458 277.73273250 7705.84 2774102 17237860 20011962 276.99- 6 -5 0.92 206.34 276 277 2786 0.91 266.67 277 278 2797 0.89 330.27 278 279 2808 0.88 396.47 279 280 2810 1.00 0.00 271 272 2731 0.99 21.92 272 273 2742 0.97 61.13 273 274 2753 0.96 110.69 274 275 2764 0.94 167.92 275 276 2775 0.93 231.20 276 277 2786 0.92 299.35 277 278 2797 0.90 371.46 278 279 280108 0.89 446.79 279 280 281注：流量系数 m=0.502根据上表数据并在刚刚所绘的 HQ 图中绘出 P=0.1%时的水位下泄量曲线（见附图五、六、七）,两曲线的交点横坐标即为设计状况下最大下泄量,纵坐标即为设计状况下水库水位的最高值.1.1.3 计算结果统计表 1-3 方案比较表方案 堰顶高程(m) 堰顶宽（m） 设计洪水位(m) 设计下泄流量 (m3/s)1 271 7 276.69 187.002 271 8 276.41 202.503 271 9 276.16 215.504 271 10 275.96 226.005 272 7 277.41 174.506 272 8 277.18 190.007 272 9 276.96 204.508 272 10 276.77 216.509 273 7 278.18 164.0010 273 8 277.98 179.0011 273 9 277.79 191.0012 273 10 277.53 207.50注：发电引用最大流量 5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。- 7 -以上方案中，设计下泄流量均不大于允许最大下泄流量 250m3/s，因而方案的选择需通过经济技术比较选定。本设计对此只做定性分析。各个方案中应选择在满足最大下泄流量的情况下下泄能力较大的方案。方案 8 与方案 12 较好。但是方案 8 的溢洪道开挖量较大，而下泄能力变化不大，所以选择方案 12，即堰顶高程 273.0m，溢流孔口净宽 10m；表 1-4 校核洪水水位流量关系曲线：高程（m）流量（m 3/s)面积(m2)增加库容（ m3）初始库容（m3）最终库容（m3）水位（m）150 22663 8158527 17237860 25396387 281.65200 19346 6964495 17237860 24202355 280.58250 16677 6003705 17237860 23241565 279.72300 14307 5150542 17237860 22388402 278.95350 12105 4357939 17237860 21595799 278.24273400 9997 3598852 17237860 20836712 277.56根据上表数据并在刚刚所绘的 HQ 图中绘出 P=0.1%时的水位下泄量曲线（见附图八）,两曲线的交点横坐标即为校核状况下最大下泄量,纵坐标即为校核状况下水库水位的最高值.综上所述该方案设计洪水位 277.53m，设计下泄流量 207.50 m3/s，下游水位为 230.06m；校核洪水位 278.98m，校核泄洪量 297.50m3/s，下游水位为230.59m。1.2 防浪墙顶高确定根据碾压式土石坝设计规范,堰顶上游 L 型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： y=R+e+A （1-2）式中 y坝顶超高R最大波浪在坝坡上的爬高，按 h1%算E最大风雍水面高度，按 hz算A安全超高。库区多年平均最大风速 12.6 m/s，吹程 1.6Km。- 8 -表 1-5 土坝坝顶安全超高值(m)坝 的 级 别运用情况I II III IV、 V正常 1.5 1.0 0.7 0.5非常 0.7 0.5 0.4 0.3波浪要素采用鹤地水库公式：（1-3） 31208120%65.VgDVgh（1-4）20203.Lm（1-mzLHcth%15）式中 累积频率为 2%的波高(m)%2hLm平均波长(m) V0为水面以上 10m 处的风速，正常运用条件下 III 级坝，采用多年平均最大风速的 1.5 倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，3 级坝采用累积频率为 1%的爬高值 。按上述公%1h式算出的为 ，再根据频率法按下表可得出 。%2h%1h表 1-6 不同累积频率下的波高与平均波高比值(h p/hm)P%hm/Hm 0.01 0.1 1 2 4 5 10 14 20 50 900.1 3.42 2.97 2.42 2.23 2.02 1.95 1.71 1.6 1.43 0.94 0.370.13.25 2.82 2.3 2.13 1.93 1.87 1.64 1.54 1.38 0.95 0.43- 9 -0.21.2.1 正常蓄水位和设计洪水位状况V =1.512.6=18.9m/s.1/3 1/32 21/8 1/82% 29.608.90.650.65. 6gDVh mgLm 79.098.3. 22 查表 1-7，因为 hm/Hm接近于 0，故 ，mhm52.3.16.%则 h259.1.42.%1cthLHctmz 534.0317.437.2 A =0.7mh 正 =h 设 = R+e+A =1.259+0.534+0.7=2.493m 正 =Z 正 +h 正 =276+2.493=278.493m 顶 =Z 设 +h 设 =277.53+2.493=280.023m1.2.2 校核状况V =12.6m/s 1/3 1/32 21/8 1/82% 29.60.0.650.652. 0.6498gDVh mgLm 9.098.3. 22 查表 1-7，因为 hm/Hm接近于 0，故 ，mhm28.3.64.%则 h67.28.42.%1- 10 -mcthLHcthmz 246.01.6854321.6970432%1 A =0.4mh 校 = R+e+A =0.697+0.246+0.4=1.343m 校 =Z 校 +h 校 =278.98+1.343=280.323m综上，取 顶 =280.4m坝顶高 = 280.4-1.2=279.2m 防浪墙高为 280.4-276-0.2= 4.2 m第二章 L 型挡墙计算2.1 L 型挡墙尺寸设计由规范 sl_379-2007 可查得该工程的防浪墙属于三级水工建筑物，顶宽不小于 0.3 米，取 0.5 米（4.2.7，墙后填土不到顶时，墙顶宽度宜适当放宽） ，底板厚度不小于 0.3 米，取 0.5 米（4.2.10）底板长度取 4 米。 （见图 2-1）图 2-1 L 型挡墙尺寸- 11 -2.2 荷载计算2.2.1 土压力系数计算及荷载计算公式2.2.1.1 土压力：（2-1）KH21E式中 E土压力；土的容重；H土体厚度；K土压力系数。(1)主动土压力系数：= （2-aK245tn22）式中 内摩擦角，由于挡墙后坝顶路面，采用的是细堆石料，故试验参数选用 A 组， =38.58计算得 =0.232aK(2)被动土压力系数= （2-3）pK245tan2计算得 4.31p(3)静止土压力系数：（2-4）10式中 墙后填土的泊松比，取为 0.25计算得 K0=0.332.2.1.2 静水压力：（2-5） 21HPw式中 水的容重；wH 水深。- 12 -2.2.1.3 浪压力：坝前水深 H 大于 ，为深水波。105.32/mL（2-2/L/)h(LP0121%z26）式中 水的容重 0累积频率 1%的波高。%1h波浪中心线高出计算静水位zL1、L 2见图 2-2图 2-2 浪压力计算示意图 2.2.2 不同工况下荷载计算2.2.2.1 工况一：正常蓄水位由于挡墙底高程在正常蓄水位上，虽然浪压力会对挡墙产生作用，但较小故忽略，因此作用在挡墙上的力只有墙后填土压力。由于在墙后填土的作用下墙有背离填土移动的趋势，故墙后填土压力应为主动土压力。 墙底截面处以上的土压力： kN506.213.60.21KH2E2a1 其产生的弯矩： （逆时针） /m/5M- 13 -墙身截面以上的土压力： kN935.142.05.6.201KH2Ea 2.2.2.2 工况二：完建工况因为完建工况时没有蓄水至正常蓄水位，所以各部分力同正常蓄水位工况图 2-3 工况一下荷载示意图2.2.2.3 工况三：设计洪水位工况(1)底板截面处以上：图 2-4 工况三下荷载示意图一1）静止水压力： kNHPw67.83.19212产生的弯矩：M 0=8.6761.33/3=3.847 kNM（顺时针）2）浪压力： 2/)( 012%12 LLhzL - 14 -= 2/3.1892/5.031)79.31(8.9 =25.866 kN作用点距墙身底截面：m24.181.9/6.253373.125. 2e在墙身底截面产生的弯矩：M3=25.8661.24=32.112 kNM（顺时针）3）判断墙后填土压力是何种土压力：若是被动土压力，则=399.91 KN 远大于静止水压力与浪压力，故不可能是被动土压力。ppKHE25.0且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况下土压力近似为静止土压力。静止土压力： =30.59 KN 0205.产生的弯矩：M1=30.593/3=30.59 KNM(逆时针)（2）墙身底截面以上：图 2-5 工况三下荷载示意图二1）静止水压力： kNHPw38.212）浪压力： 2/)( 012%10 LLhzL = 2/83.01964.8379.83.9 =20.99 kN作用点距底板底截面：- 15 - me 97.081.9/.20318.03.237183.94.12 2在墙身底截面产生的弯矩：M3=20.990.97 =20.36 kNM（顺时针）3）静止土压力: =21.24 kN0205.KHEM= 21.240.833=5.8764 kNM（逆时针）2.2.2.4 工况四：校核洪水位（1）底板截面以上：图 2-6 工况四下荷载示意图一1）静止水压力： 2137.91wPHkN2)浪压力： 2/)( 012%120 LLhzL = 2/78.19/76.8.)697.4.789 =14.25 kN作用点距底板底截面： me 08.281.9/25.143178.2.3078.256.21 在底板底截面产生的弯矩 M3=14.252.077 = 29.60 kNM（顺时针）3）判断墙后填土压力是何种土压力：- 16 -若是被动土压力，则 =399.91 KN 远大于静止水压力与浪压力，故ppKHE25.0不可能是被动土压力。且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况下土压力近似为静止土压力。静止土压力: =30.59 kN0205.对底截面产生的弯矩：M1=30.593/3=30.59 KNM(逆时针)（2）墙身底截面处以上：图 2-7 工况二下荷载示意图1)静止水压力： kNHPw50.28.1.921对底板底截面产生的弯矩: 25.502.28/3 =19.38 kNM（顺时针）0M2)浪压力： 2/)( 012%120 LLhPzL = 2/8.19/.8.)697.4.89 = 13.58 kN作用点距墙身底截面：me 6.181.9/533284.028.47.212 在底板底截面产生的弯矩： 13.581.66 = 22.54 kNM（顺时针）M3）判断墙后填土压力是何种土压力：若是被动土压力，则 =277.71 KN 远大于静止水压力与浪压力，故ppKHE25.0- 17 -不可能是被动土压力。且静止水压力和浪压力之和亦大于主动土压力，故该工况下土压力近似为静止土压力。静止土压力： =21.24 KN 0205.KHE对底截面产生的弯矩： 21.242.28/3 =16.14 KNM(逆时针)1M2.3 最危险工况判定由于抗滑稳定验算和基底应力验算时不同工况下虽然荷载大小不同，但各种工况下的规范允许值也不同，故不宜判断何种工况为最危险工况，为避免判断错误，对四种工况均进行验算。挡墙配筋计算时的最危险工况判定具体见 2.7。2.4 L 型挡墙的抗滑稳定计算 摩擦公式：（2-7）HGfKc式中 KC 沿基底面的抗滑稳定安全系数，基本组合为 1.25，特殊组合为 1.1；f 摩擦系数，f=0.50.6,取 f=0.5； 作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN） ；G 作用在挡墙上全部平行于基底面的荷载（kN） 。H2.4.1 工况一：正常蓄水位 主动土压力： （）;KNEa506.21土盖重： ()； G35.1491挡墙自重： () KN475.900735.2则抗滑稳定系数 8.6.2135HfKcKK=1.25，满足要求。- 18 -2.4.2 工况二：完建工况 同正常蓄水位工况2.4.3 工况三：设计洪水位工况静止土压力： （） ； KNEa30.59静止水压力： （） ；Pw67.8浪压力： （ ） ； L25土盖重： ()； KNG3.149挡墙自重： () ； 75.02水重： ()89.4631893抗滑稳定系数： 92.305.86.27.490310HGfKcKK=1.1，满足要求。2.4.4 工况四：校核洪水位静止土压力： （） ； KNEa59.30静止水压力： （） ；Pw1.7浪压力： （） ； L425土盖重： ()； KNG3.19挡墙自重： () ； 475.02水重： ()KN42.138.61893- 19 -抗滑稳定系数： 87.59.3025.149.37475.0HGfKcKK=1.1，满足要求。2.5 L 型挡墙的基底应力计算（2-8）WMAGminax式中 挡墙基底应力的最大值或最小值；minax作用在挡墙上全部垂直于基底面的荷载（kN） ；G作用在挡墙上的全部荷载对于挡墙底板底部中点的力矩之和；MA 挡墙基底面的面积（A=14=4m 2） ；W 挡墙基底面对于基底面中点平行前墙方向的截面矩。2.5.1 工况一：正常蓄水位 KNG83.295.147.90墙身自重对底板底部中点的力矩 43.4751.15=50.00 （逆时针） ；1MMKN盖土重对底板底部中点的力矩 149.350.55=82.14 （顺时针） ；2主动土压力对底板底部中点的力矩 21.506 (逆时针)3(顺时针)64.105.0.14.82MKN计算得： MPamk25/972839minax 2.5.2 工况二：完建工况同正常蓄水位工况- 20 -2.5.3 工况三：设计洪水位工况 KNG715.2489.475.03.19墙身自重对底板底部中点的力矩 43.4751.15 50.00 （逆时针） ；MMKN盖土重对底板底部中点的力矩 149.350.55 82.14 （顺时针） ；2水重对底板底部中点的力矩 4.891.7 8.313 (逆时针)；3静止土压力对底板底部中点的 30.593/3 30.59 (逆时针)；4KN静止水压力对底板底部中点的 8.6761.33/3 3.846 (顺时针)；5MM浪压力对底板底部中点的力矩 25.8661.24 32.112 (顺时针)；6(顺时针)195.2.301.812.3846.1.2 MKN计算得： max 2in 74759/6PGkmPaAW2.5.4 工况四：校核洪水位 KNG245.3.1475.903.1墙身自重对底板底部中点的力矩 43.4751.15=50.00 （逆时针） ；1MMKN盖土重对底板底部中点的力矩 149.350.55=82.14 （顺时针） ；2水重对底板底部中点的力矩 13.421.7=22.814 (逆时针)；3静止土压力对底板底部中点的 30.593/3=30.59 (逆时针)；4 KN静止水压力对底板底部中点的 37.912.78/3=35.13 (顺时针)；5MM浪压力对底板底部中点的力矩 14.252.077=29.60 (顺时针)；6(顺时针)46.359.0814.202913.54.82 MKN- 21 -计算得： MPamkNWMAGP 25/01.4769.2345.minax 各种工况下挡墙平均基底应力均小于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的 1.2 倍；且挡墙基底应力的最大值与最小值之比为 1.7 小于规范允许的 2.5。所以基底应力满足要求。2.6L 型挡墙抗倾覆稳定计算根据水工挡土墙设计规范 （SL379-2007）6.4.3 规定，土质地基上的挡土墙，在同时满足以下 2 个规定的要求时，可不进行抗倾覆稳定计算。在各种计算情况下，挡土墙平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的 1.2 倍；挡土墙基地应力的最大值与最小值之比不大于 2.5（特殊组合） 。本设计挡土墙同时满足以上 2 个规定，故不进行抗倾覆稳定计算。2.7L 型挡墙配筋计算2.7.1 墙身配筋计算2.7.1.1 最危险工况判定工况一：正常蓄水位墙身底截面上只受到主动土压力产生的弯矩。其产生的弯矩 M114.9352.5/3=12.45 kNm（逆时针）工况二：完建工况 与正常蓄水位相同工况三：设计洪水位静止土压力产生的弯矩 =21.24 kNm（逆时针） 1静止水压力产生的弯矩 =3.38 kNm（顺时针） 2M浪压力产生的弯矩 =20.36 kNm（顺时针） 3工况四：校核洪水位静止土压力产生的弯矩 =16.142 kNm（逆时针） 1- 22 -静止水压力产生的弯矩 =19.38 kNm（顺时针） 2M浪压力产生的弯矩 =22.542 kNm（顺时针） 32.7.1.2 配筋计算（2-210 lqlgkQkG9）式中 安全级别，该防浪墙属 3 级，结构安全级别为 II 级， ；0 0.1 设计状况系数， ； 0.1、 永久、可变荷载分项系数，浪压力取 1.2；静止土压力和主GQ动土压力取 1.2 ；静水压力取 1.0 图 2-8012124549GkQkMglqlkNm正 常 01236.08.1423GkQkllk设 计 0121254.93.676GkQkMglqlkNm校 核工况四位最危险工况。根据水工挡土墙设计规范 SL_379-2007,墙身配筋可按固支在底板上的悬臂板按受弯构件计算。- 23 -由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚度c=30mm，a=35mm,取单位宽度 1m 进行计算，混凝土采用 C20，则轴心抗压强度设计值 。钢筋采用级钢筋，2/0.1mNfc 2/310mNfy截面抵抗矩系数： （2-10）20hbfMcds式中 结构系数，d2.1d05.2hbfMcs校 核，属于适筋破坏。 4.1.1bs钢筋面积： 20 5310465. mfhAycs 配筋率： %.4.6512min00 hbs故采用最小配筋率配筋： 200min .97.4As 选配 10110（ ） ，分布钢筋采用 10250。271As在下游侧采用构造对称配筋，配 10110，分布钢筋采用 10250。配筋图见细部构造图。2.7.2 底板配筋计算根据水工挡土墙设计规范 SL_379-2007,前趾和底板配筋可按固支在墙体上的悬臂板按受弯构件计算。2.7.2.1 最危险工况判定基底反力作用点距 2-2 截面 2.958.1623.941.73e m基底反力在 2-2 截面产生的弯矩： - 24 -图 2-9 基地反力图(逆时针)；12.958.63.941.7260.9MMkN盖土重在此截面产生的弯矩 =149.352.9/2=216.56 （顺时针） ；k自重在此截面产生的弯矩 （顺时针） ；41.92.5.3 MN各力在 2-2 截面产生的弯矩之和： 0121.0.216.549.06.7958GkQkMglqlkNm正 常 完 建 （ 顺 时 针 ）工况三：设计洪水位基底反力作用点距 2-2 截面2.956.327.16.50e m基底反力在 2-2 截面产生的弯矩： 图 2-10 基地反力图(逆时针)；12.956.372.16.50281.6MMkN各力在 2-2 截面产生的弯矩之和：工况四：校核洪水位 012128.6.0.561049.56GkQkglqlkNm设 计 逆 时 针- 25 -基底反力作用点距 2-2 截面 2.95.729.61.5343e m基底反力在 2-2 截面产生的弯矩： 图 2-11 基地反力图(逆时针)；12.95.79.61.53401.6MMkN各力在 2-2 截面产生的弯矩之和： 0121.85.3.60.561049.3GkQkglqlkNm校 核 逆 时 针故最危险工况为校核洪水位工况。图 2-12由于防浪墙处于水位变动区，故环境类级为三类，混凝土保护层厚度c=30mm，a=35mm,取单位宽度 1m 进行计算，混凝土采用 C20，则轴心抗压强度设计值 。钢筋采用级钢筋， 。 2/0.1mNfc 2/310mNfy截面抵抗矩系数： 20hbfMcds式中： 结构系数，d.1d- 26 -62201.300.175dscMfbh，属于适筋破坏。 1.7.4sb钢筋面积： 20110653csyfAm配筋率： 0min025%146sbh故采用最小配筋率配筋： 200min 5.97.5As 选配 10110（ ） ，分布钢筋采用 10 250。2714As第三章 复合土工膜设计中的相关计算3.1 复合土工膜与垫层间的抗滑稳定计算在本设计中，在坡面上浇筑一层10cm厚混凝土作为混凝土护坡后用10cm厚水泥砂浆粘结复合土工膜作为防渗体。3.1.1、混凝土护坡与复合土工膜间抗滑稳定计算现浇混凝土保护层厚10，设竖缝，缝距15m，缝内放沥青处理过的木条1m长，间断1，且在每块护坡混凝土板面设4排 =1 、孔距3m的排水孔，使其畅通排水。因此水库水位降落时，混凝土护坡与复合土工膜间的水与水库水位同步下降，对混凝土板不产生反压力。故竣工期、满蓄期以及水位下降期抗滑稳定分析相同。由水利水电土工合成材料应用技术规范（SL/T225-98） 可得：等厚度且透水性良好的防护层下土工膜防渗体的抗滑稳定安全系数计算公式为（3-1）tansF式中 上垫层土料与土工膜之间的摩擦角； 土工膜铺放坡角。- 27 -由受力平衡可得安全系数 为：sF（3-2）tansisfct公式推导为：（3-3）cosintansitansisfVAfclbfcFhh式中 摩擦系数；f坝坡与水平面夹角； 粘结力；c混凝土保护层厚度（取 10） ；t混凝土密度；受力分析时取的小块现浇混凝土的体积；V上述混凝土与复合土工膜的接触面积。A现浇混凝土与复合土工膜的摩擦系数采用0.6，粘结力按0.0、 分20.1/kgcm别计算稳定安全系数。当不考虑粘结力时 ，明显小于 35 的一般要求，所0.6.9tansfF1/5以在本设计中，采用考虑粘结力，且根据文献资料采用 0.1 kg/cm2，此时的公式变为：0.69.81.6tansi15230542sfcFh /显然，经过涂沥青处理和现浇混凝土护坡后，坝坡是稳定的。3.1.2 复合土工膜与下垫层间的抗滑稳定计算考虑不利运行情况，分竣工期未蓄水和水库满蓄运行两种情况。由于蓄水后水压力使复合土工膜对下垫层施加很大压力，使其安全系数更大，故只计算竣工期未蓄水情况。复合土工膜与垫层水泥浆之间摩擦系数根据文献资料采用 0.577，粘结力按0.0、 分别计算。20.1/kgcm- 28 -由受力平衡可得安全系数 为：sF（3-4）tansinsfctW膜（公式推导如前，只是加入了土工膜重量）式中：所有符号代表的意义如前， 为单位面积土工膜重量。膜当不考虑粘结力时 ，同样不满足0.57.86tant(39)sfF35 的一般要求，故也考虑粘结力为 时，公式变为：2.1/kgcm4330.570.19.88.23tantan(369)si24sin.69sfcFtW 膜满足抗滑稳定的系数要求。而实际情况是粘结力大于 0.1MPa，故复合土工膜满足抗滑稳定要求。3.2 复合土工膜的应力校核计算3.2.1 应力校核计算方法应用薄膜理论得到以下复合土工膜工作拉力与工作应变的关系式，考虑为长条缝边界 ： （3-5）bPT204.式中 b长条窄缝的宽度，取 b=0.01m。单宽拉力 T(KN/m)T (%)应变maxmaxT 曲线 1 曲线 2- 29 -图 3-1 曲线交汇法示意图采用曲线交会法：图 6-9 为曲线交会法计算简图，图中的曲线 1 是根据式(6-11)得到的某一压力 p 下复合土工膜的单宽拉力 T 与应变 的关系曲线。仅由此关系尚不能定出选用多厚的土工膜，配合土工膜拉伸曲线（图中曲线 2）即可使用。两曲线的交点即为所选复合土工膜在压力 p 作用时的工作拉力 T 及相应的工作应变 ，由此计算安全系数，选择满足要求的土工膜。 3.2.2 0.4mm 厚土工膜应力校核计算250 高程以上铺设 0.4mm 厚复合土工膜，故其所承受最大水压力：max9.8127.50.284.9PKPa拉应力为 ：（取 b=0.01m）0.401/.58Tb计算结果如下： 表 3-1 应变与拉应力关系应变（%）1 2 2.5 3 5 10 15 20拉应力t（kN/m）5.80 4.10 3.67 3.35 2.59 1.83 1.50 1.30表 3-2 土工膜拉伸实验曲线数据（纵向）纵向 （%）1 2 3 5 8 10拉应力（kN/m）T1.41 2.74 3.93 5.95 8.29 9.55注： ，mkN/3.0max%9.60ax- 30 -表 3-3 土工膜拉伸实验曲线数据 (横向)应变 （%）1 2 3 5 8 10拉应力 （kN/m ）T1.7 3.22 4.46 6.34 8.47 9.69注： ，mkN/69.3max%8.6ax取表（3-1 ） 、表（3-2 ） 、和表（3-3）分别与两条土工膜拉伸实验曲线相交，见附图八，得数据如下表： 表 3-4边界情况 T maxTaxK1 K2纵向 3.55 2.64 30.33 60.9 8.54 23.07长条缝横向 3.76 2.39 33.69 66.8 8.96 27.95注：T、 单位为 kN/m， 、 单位为% ；maxmaxK1 = /T，K 2= / ；ax根据经验，当 K1、K 2均大于 5 时，即认为所用土工膜强度满足要求。3.2.3 0.6mm 厚土工膜应力校核计算255 高程以下铺设 0.6mm 厚复合土工膜，故其所承受最大水压力：max9.8127.4.53.PKPa在垂直于长条方向，拉应力最大：（取 b=0.01m）0.4001.9Tb计算结果如下表表 3-5 应变与拉应力关系应变 （%）1 2 2.5 3 5 10 15 20拉应力 T（kN/m） 10.90 7.71 6.89 6.29 4.87 3.45 2.81 2.44 注：T=1.069/ 。表 3-2 土工膜拉伸实验曲线数据（纵向）应变 （% ）1 2 3 5 8 10拉应力 （kN/m）T2.21 4.38 6.44 10.04 13.74 15.4注： ，mkN/51.39max%.6ax