混凝土拱坝设计规范

中华人民共和国水利行业标准混凝土拱坝设计规范发布实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国水利行业标准混凝土拱坝设计规范主编单位上海勘测设计研究院长江水利委员会长江勘测规划设计研究院批准部门中华人民共和国水利部施行日期年月日中华人民共和国水利部关于批准发布混凝土拱坝设计规范的通知水国科号部直属各单位各省自治区直辖市水利水务厅局各计划单列市水利水务局新疆生产建设兵团水利局经审查批准混凝土拱坝设计规范为水利行业标准并予发布标准编号为代替原本标准自年月日起实施标准文本由中国水利水电出版社出版发行二三年三月九日前言根据水利部年下达的技术标准制定修订计划水利水电规划设计管理局的水规局号文关于印发水利水电勘测设计技术标准工作会议有关文件的通知以及水利水电技术标准编写规定对混凝土拱坝设计规范进行修订规范修订的理论原则水利行业暂不按水利水电工程结构可靠度设计统一标准的规定修订仍按定值安全系数法修订水利部水利水电规划设计管理局又在水规局技号文关于印发水利水电工程设计可靠度理论应用研讨会会议纪要的函中重申了上述原则并认为对有条件的大型工程可在设计中用可靠度理论作分析研究通过工程设计实践积累经验待条件成熟后在规范再次修订时进行研究本次修订的混凝土拱坝设计规范主要章节内容有拱坝体形选择泄洪方式及拱坝布置泄洪消能及防冲的水力设计作用在拱坝上的荷载及其组合拱坝应力分析内容方法及其控制标准拱座抗滑稳定变形稳定及其安全指标坝基开挖灌浆防渗排水及断层和软弱结构岩体的处理坝顶布置分缝廊道止水及排水等构造设计坝体混凝土材料温控标准及温控措施安全监测设计原则监测项目及监测设施布置对规范修改补充的主要内容如下增加主要术语与符号一章取消原规范附录五增加拱坝泄洪布置宜首选坝身泄洪方式强调工程地质因素对拱坝布置的影响增加体型选择采用变厚度变曲率拱的几种拱型增述了合理设计拱冠梁断面与坝顶表孔布置的关系取消拱坝泄洪布置原规范正文中注的内容其余各注释内容列入条文说明中增补了应重视泄洪雾化造成的不利影响水力设计将洪水标准和泄流能力分别单列增加了泄洪采用多种泄水建筑物相结合的布置型式以及坝身泄水孔采用组合消能方式的要求增加消能防冲采用人工水垫塘的设计要求强调消能工下游河道被冲刷河段的护岸防冲问题增加了含设计正常温升的两组基本荷载组合和两组特殊荷载组合强调有限元法计算成果也应作为衡量拱坝强度安全的主要标准并增加有限元法计算的应力控制标准明确拱坝在正常工作状态下不存在沿建基面滑动的危险性淡化其作为设计控制工况的要求增加岩溶地区坝基处理的原则和防渗帷幕要求放宽建基面开挖对基岩风化深度的要求增加断层破碎带软弱夹层处理时宜将坝体与岩基连同一起研究的内容增补高压水泥灌浆高喷冲洗灌浆等断层破碎带的处理措施强调坝顶最低高程的要求放宽横缝和纵缝的设置间距提出圆弧形横缝键槽型式和塑料拔管的施工方法增加消防的要求增补了坝体和基础止水的要求取消对坝体混凝土的一般性能要求明确混凝土标号分区设计应以强度控制指标为主采用新的温度控制计算方法增加制定温控标准及温控措施的依据明确浇筑层厚度确定因素增补温控具体措施将原观测设计一章名称改为安全监测设计取消原规范附录四修正观测任务的性质划分明确规定工程监测范围增补安全监测设计遵循的原则调整专门监测项目的内容增加主要监测设施布置要求本规范的强制性条文有第款第款第款以黑体字标识本规范解释单位水利部水利水电规划设计总院本规范主编单位上海勘测设计研究院长江水利委员会长江勘测规划设计研究院本规范主要起草人钟源清张良骞刘世康廖仁强苗琴生柏宝忠曹去修张芝琪陈在敏范五一张志勇汤书明胡中平万学军目次总则主要术语与符号主要术语基本符号拱坝布置一般规定拱坝体形选择拱坝泄洪布置其他布置要求水力设计一般原则泄水建筑物水力设计消能防冲水力计算其他有关水力设计荷载与荷载组合荷载荷载组合拱坝应力分析分析内容分析方法控制指标及其他规定拱座稳定分析一般原则抗滑稳定变形稳定及其他坝基处理一般规定坝基开挖固结灌浆防渗帷幕坝基排水断层破碎带和软弱夹层处理拱坝构造坝顶布置横缝和纵缝坝内廊道及交通坝体止水和排水坝体混凝土和温度控制坝体混凝土温度控制安全监测设计一般原则监测项目与主要监测设施布置附录水力设计计算公式附录荷载计算公式附录施工期坝体温度和温度应力计算本规范的用词和用语说明总则为适应混凝土拱坝建设发展的需要规范混凝土拱坝设计要求对混凝土拱坝设计规范进行修订使工程设计做到安全适用经济合理技术先进质量保证特制定本规范混凝土拱坝的级别应符合水利水电工程等级划分及洪水标准的规定本规范适用于水利水电枢纽中级混凝土拱坝的设计级混凝土拱坝设计可参照使用坝高大于或有特殊情况的拱坝工程应进行专门研究混凝土拱坝按其坝高分为低坝中坝和高坝低坝高度为以下中坝高度为高坝高度为以上混凝土拱坝按其厚高比分为薄拱坝中厚拱坝和厚拱坝或称重力拱坝薄拱坝厚高比小于中厚拱坝厚高比为厚拱坝厚高比大于混凝土拱坝的设计应重视下列问题充分掌握建坝地区的气象水文泥沙地形地质地震建筑材料生态环保工业卫生河流规划施工及运用条件等基本资料特别是坝址拱座的工程地质和水文地质条件认真分析拱坝的稳定和应力合理选择拱坝体形做好坝体防洪安全设计和泄洪消能防冲设计并应研究薄拱坝的坝身泄洪产生的结构问题宜研究降低或放空库水的设施以及地震区拱坝的抗震设计研究施工导流和度汛浇筑设施及交通运输等施工条件提出对坝体混凝土质量和温度控制的要求并应研究坝体浇筑和接缝灌浆顺序施工蓄水过程中坝体自身的稳定和应力及其度汛问题合理布置安全监测系统认真做好安全监测设计混凝土拱坝设计除应符合本规范规定外尚应符合国家现行的有关标准的规定主要术语与符号主要术语拱坝在平面上拱向上游将荷载主要传递给两岸的曲线形坝厚高比拱坝最大坝高处的坝底厚度与坝高之比拱坝体形拱坝所采用的型式形状和尺寸它包括两方面的含义一是竖向拱冠梁截面形状二是水平拱圈截面形状即分别被称为梁型和拱型单曲拱坝水平截面呈曲线形而竖向悬臂梁截面不弯曲的拱坝双曲拱坝水平截面和竖向截面均呈曲线形的拱坝变曲率拱坝由抛物线椭圆双曲线多心圆对数螺线统一二次曲线或其他变曲率的水平拱圈所组成的拱坝拱圈中心角拱坝中心线与拱轴线在拱座交点处半径之间的角度为拱圈半中心角其左右半中心角之和即为拱圈中心角断面平均温度沿水平拱厚度方向的平均温度等效线性温差沿水平拱厚度方向将实际温度分布按分布图形面积矩相等的原则换算成直线温度分布时的上下游温差设计正常温降温升保证率为的年最低最高月平均气温与多年月平均气温的差值也可采用多年平均气温年变幅拱梁分载法将整个拱坝分为水平拱和悬臂梁两个系统根据拱系和梁系在其交点处变位相等的条件来确定拱梁荷载分配的分析方法有限元法用有限多个有限大小在有限多个连结点处相连接的单元组合而成的离散化模型去逼近由无限多个微小单元组成的连续介质建立平衡方程式基于计算机的一种数值分析方法有限元等效应力对有限元法分析所得的坝体有关应力分量沿坝体厚度方向进行积分求出截面相应内力再用材料力学方法求出的坝体应力为有限元等效应力刚体极限平衡法将可能滑动的岩体作为刚体采用极限平衡原理计算沿滑动面的抗滑稳定安全系数的分析方法拱座拱坝所座落的两岸岩体部分包括两岸坝体直接浇置的部位和上下游一定范围内的岩体拱座稳定包括拱座的抗滑稳定拱座的变形稳定和拱座的渗透稳定推力墩设置在坝体与基岩之间将拱端推力传至基岩的结构物在地形突然开阔或地质上有缺陷时采用拱坝垫座设置于拱坝坝体与基岩之间宽度大于该处坝体厚度的人工地基拱坝周边缝设置于拱坝与河床及岸边混凝土垫座之间的接触缝基本符号荷载垂直于滑裂面的合力沿滑裂面的合力溢流反弧段上离心力合力的水平分力溢流反弧段上离心力合力的垂直分力泥沙压力浪压力冰块撞击坝面的动冰压力脉动压力强度消力墩所受冲击力材料性能参数滑裂面的抗剪断摩擦系数滑裂面的抗剪断凝聚力滑裂面的抗剪摩擦系数混凝土导热系数混凝土比热混凝土导温系数混凝土表面放热系数混凝土弹性模量基岩变形模量混凝土重度混凝土密度混凝土泊松比混凝土线膨胀系数混凝土极限拉伸值水的重度水的密度水的比热泥沙的浮重度泥沙的干重度泥沙的内摩擦角几何特征计算滑裂面的面积孔口出口面积溢流孔净宽护坦消力池长度计算指标按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数混凝土抗裂安全系数计算参数防浪墙顶至水库静水位高差波高波浪中心线至水库静水位高差安全超高平均波长使波浪破碎的临界水深流量定型设计水头胶凝材料最终水化热混凝土最终绝热温升胶凝材料在龄期时的累积水化热混凝土的浇筑温度坝体稳定温度混凝土因水化热和其他原因产生的最高温升计算系数水流空化数弗氏数溢流堰的流量系数淹没系数基础约束系数由混凝土徐变引起的应力松弛系数拱坝布置一般规定拱坝宜修建在河谷较狭窄地质条件较好的坝址上拱坝坝轴线应选在河谷两岸较厚实的山体上拱坝布置应根据坝址地形地质水文等自然条件及枢纽的综合利用等要求进行全面技术经济比较选择最优方案拱坝布置应符合下列要求泄洪方式的选择应根据泄洪量大小结合工程具体情况确定除有明显合适的岸边泄洪通道外宜首先研究采用拱坝坝身泄洪的可行性与拱坝相邻的其他建筑物布置应分析研究其对拱坝应力及拱座稳定的影响应分析研究拱坝两岸山体存在不利结构面缓倾角节理软弱夹层和下游临空面等因素对拱坝布置的影响以及采用拱座加固措施的可行性应分析研究施工导流工程施工等对拱坝布置的影响最终选定的级拱坝布置方案应进行水工模型试验级拱坝必要时也应进行水工模型试验拱坝设计应进行优化在满足坝体应力拱座稳定的条件下选择最优体形拱坝体形选择拱坝体形应根据坝址河谷形状地质条件拱座稳定坝体应力泄洪布置以及施工条件等因素进行选择根据坝址河谷形状选择拱坝体形时应符合下列规定形河谷可选用双曲拱坝形河谷可选用单曲拱坝介于形与形之间的梯形河谷可选用单曲拱坝或者双曲拱坝当坝址河谷的对称性较差时坝体的水平拱可设计成不对称的拱或采用其他措施当坝址河谷形状不规则或河床有局部深槽时宜设计成有垫座的拱坝当地质地形条件不利时选择拱坝体形应符合下列要求可采用两端拱圈呈扁平状拱端推力偏向山体深部的变曲率拱坝可采用拱端逐渐加厚的变厚度拱或设垫座的拱坝当坝址两岸上部基岩较差或地形较开阔时可设置重力墩或推力墩与拱坝连接拱坝体形设计应符合下列要求必要时采用坝体应力变化平缓的变厚度变曲率拱并符合本规范和的规定水平拱圈最大中心角应根据稳定应力工程量等因素选为拱端内弧面的切线与利用岩面等高线的夹角不应小于若夹角小于时应专门研究拱座的稳定性调整坝体作用于拱座上的各种作用力的合力方向合理设计垂直悬臂梁断面在满足施工期自重拉应力控制标准及坝表孔布置的要求下可选取较大的下游面倒悬度水平比垂直悬臂梁的上游面倒悬度不宜大于根据坝体应力拱座稳定及工程具体条件可采用抛物线椭圆双曲线多心圆对数螺线统一二次曲线等变曲率拱型拱坝泄洪布置拱坝泄洪布置应根据体形坝高泄洪量大小电站厂房位置泄洪方式如溢洪道泄洪洞等坝址地形地质施工条件施工期导流及度汛的要求等经综合比较选定常用的拱坝泄流方式有坝顶泄流坝身孔口泄流坝面泄流坝肩滑雪道泄流坝后厂顶溢流厂前挑流等拱坝坝身泄洪其溢流段的长度孔数泄流孔尺寸位置等应根据泄洪量和水头大小对坝体应力及下游冲刷的影响与后果枢纽运行要求以及对相邻建筑物的影响等方面研究确定当采用拱坝坝身泄洪时应符合下列要求下泄水流与坝脚应保持足够的安全距离下游宜保持足够的水垫深度应重视泄洪水流挑入河床对两岸山体稳定和其他建筑物运行安全的影响泄洪量较大时宜研究落水点纵向拉开横向扩散或采用对冲消能应重视泄洪雾化对下游两岸山体电气设备以及交通等的不利影响必要时应采取相应的防护措施坝身设置的中部偏上的中孔中部偏下的深孔或底部附近的底孔应符合下列要求孔口的位置宜避开高应力区和基础约束区孔口尺寸应根据坝体厚度应力集中程度水头大小闸门允许尺寸等确定孔口数目应根据所承担的泄洪量大小坝体应力影响程度等确定孔口断面宜采用高宽比为的矩形当采用坝身孔口泄洪时宜设置拦清导泄等防污排污措施并参照水利水电工程进水口设计规范的规定执行其他布置要求当采用坝后式或坝内式厂房时拱坝坝内或坝面压力管道的布置应根据坝体厚度压力管道受力状况施工与运行条