UNIDUNITEDNATIONSINDUSTRIALDEVELOPMENTORGANIZATIONVVNSHPyNSHPySHP/TG002-5:2019小水電技術導則設計第5部分:工程布置及水工建筑物SHP/TG002-5:2019Kapwepwe,Mr.DeogratiⅠSHP/TG002-5:2019前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14防洪標準 14.1一般規(guī)定 14.2永久性水工建筑物 14.3臨時性水工建筑物 24.4建筑物安全加高 25工程總體布置 25.1一般規(guī)定 25.2壩址選擇 35.3閘址選擇 45.4水電站廠址選擇 45.5壩型選擇 55.6樞紐布置 56擋水建筑物 56.1重力壩 56.2拱壩 196.3混凝土面板堆石壩 246.4碾壓土石壩 306.5水力自控翻板閘壩 387泄水建筑物 417.1溢洪道 417.2水閘 468引水建筑物 55 558.2引水隧洞和調(diào)壓室 598.3引水渠道與壓力前池 648.4渠系建筑物 678.5壓力鋼管 708.6沉沙池 749發(fā)電廠房 779.1一般規(guī)定 779.2廠區(qū)布置 77ⅡSHP/TG002-5:20199.3廠房內(nèi)部布置 789.4地面廠房整體穩(wěn)定分析 819.5廠房結構設計 8410工程安全監(jiān)測 9110.1一般規(guī)定 9110.2安全監(jiān)測設計 9111混凝土強度、耐久性和鋼材性能 9511.1混凝土強度 9511.2混凝土耐久性 9611.3鋼筋 100附錄A(規(guī)范性附錄)波浪爬高計算 103SHP/TG002-5:2019Ⅲ聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織(UNIDO)是旨在促進全球包容和可持續(xù)工業(yè)發(fā)展(ISID)的聯(lián)合國專門機構。為聯(lián)合國和各國未來15年可持續(xù)發(fā)展提供框架的《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》和聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標,已將ISID列為其可持續(xù)發(fā)展的三大支柱之一。能源對經(jīng)濟、社會發(fā)展和提高生活質(zhì)量不可或缺,UNIDO的ISID任務明確將支持建立可持續(xù)能源體系。過去20年里,國際社會對能源的關注和討論越來越多,扶貧、環(huán)境風險和氣候變化等問題正成為焦點。國際小水電聯(lián)合會(INSHP)是一個協(xié)調(diào)和促進全球小水電發(fā)展的國際組織,各區(qū)域、次區(qū)域和國家對口單位、相關機構、公共單位和企業(yè)自愿加入,以社會效益為其主要目標。INSHP旨在通過發(fā)達國家、發(fā)展中國家和國際組織間的三方經(jīng)濟技術合作促進全球小水電發(fā)展,為廣大發(fā)展中國家的農(nóng)村提供環(huán)保、負擔得起、充足的能源,從而增加就業(yè)機會、改善生態(tài)環(huán)境、減少貧困、提高農(nóng)村生活文化水平和經(jīng)濟發(fā)展水平。UNIDO和INSHP自2010年起合作編制的《世界小水電發(fā)展報告》顯示,全球?qū)π∷姷男枨蠛推浒l(fā)展程度并不匹配,技術缺乏是大多數(shù)國家發(fā)展小水電的主要障礙之一。UNIDO和INSHP決定基于成功發(fā)展經(jīng)驗并通過全球?qū)＜液献?共同編制《小水電技術導則》(簡稱導則)以滿足各成員國的需求。本導則根據(jù)ISO/IEC指令第二部分(詳見/directives)的編制規(guī)則起草。提請注意,本導則中的一些內(nèi)容可能涉及專利權問題。UNIDO和INSHP不負責識別任何此類專利權問題。SHP/TG002-5:2019Ⅳ小水電是廣泛認可的解決偏遠農(nóng)村地區(qū)電氣化問題的重要可再生能源。盡管歐洲、北美、南美和中國等大多數(shù)國家都擁有很高的裝機容量,但許多發(fā)展中國家受到許多因素的阻礙(包括缺乏全球認可的小水電好案例或標準),仍有大量小水電資源未得到開發(fā)。本導則將通過應用全球現(xiàn)有的專門知識和最佳實踐,解決目前缺乏適用于小型水電站的技術導則的問題,讓各國利用這些達成共識的導則來支持他們目前的政策、技術和生態(tài)環(huán)境。對于機構和技術能力有限的國家,將夯實他們發(fā)展小水電的知識基礎,從而制定鼓勵小水電發(fā)展的優(yōu)惠政策和吸引更多的小水電投資,以促進國家經(jīng)濟發(fā)展。本導則對所有國家都是有益的,特別是在技術知識比較缺乏的國家中分享經(jīng)驗和最佳實踐。本導則適用于裝機容量30MW及以下的小型水電站,可作為小型水電站規(guī)劃、設計、建設和管理的技術性指導文件?！瘛缎∷娂夹g導則術語》給出了小型水電站常用的專業(yè)技術術語和定義。●《小水電技術導則設計》給出了小型水電站設計的基本技術要求、方法學和程序,專業(yè)涵蓋了●《小水電技術導則機組》對小型水電站水輪機、發(fā)電機、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、主閥和監(jiān)控保護及直流電源系統(tǒng)設備提出了具體的技術要求?！瘛缎∷娂夹g導則施工》對小型水電站施工技術提出了規(guī)范性指導意見。●《小水電技術導則管理》對小型水電站項目管理、運行維護、技術改造和工程驗收等技術方面提出了規(guī)范性指導意見。SHP/TG002-5:20191小水電技術導則設計第5部分:工程布置及水工建筑物1范圍本部分規(guī)定了小型水電站水工建筑物防洪設計標準,工程總體布置、擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、發(fā)電廠房、開關站等建筑物型式選擇和設計的具體要求,以及工程安全監(jiān)測、混凝土和鋼材性能等技術要求。本文件適用于以下高度的水庫大壩:a)碾壓式土石壩30m;b)混凝土面板堆石壩50m;c)混凝土(砌石)壩70m。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改)適用于本文件。SHP/TG001小水電技術導則術語和定義3術語和定義SHP/TG001界定的術語和定義適用于本文件。4防洪標準4.1一般規(guī)定4.1.1水電站工程的防洪標準應根據(jù)經(jīng)濟、社會、政治、環(huán)境等因素對防洪安全的要求,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)局部與整體、近期與遠期以及上下游、左右岸、干支流的關系,通過綜合分析論證確定。4.1.2防洪標準應以防御的洪水的重現(xiàn)期表示。防洪標準可根據(jù)不同防護對象的需要,采用設計、校核兩級洪水標準。4.2永久性水工建筑物不同庫容和裝機容量水電站水工建筑物防洪標準【重現(xiàn)期(年)】,可按表1確定。SHP/TG002-5:20192表1水工建筑物防洪標準【重現(xiàn)期(年)】水工建筑物≤10MW電站或水庫庫容≤1×106m3的建筑物10MW~30MW電站或水庫庫容(1~10)×106m3的建筑物設計標準校核標準設計標準校核標準混凝土(砌石)壩20~30100~20030~50200~500碾壓土壩、堆石壩20~30200~30030~50300~1000水閘(翻板閘)1020~5010~2050~100廠房(開關站)20~305030~50100引水建筑物10~2030~501020~30消能防沖建筑物10—20—渠系建筑物1020~3010~2030~504.3臨時性水工建筑物水電站施工期使用的臨時性擋水、泄水等建筑物的防洪標準應根據(jù)建筑物結構型式確定。當采用土石結構時,可采用5年~10年設計,當采用混凝土或砌石結構時,可采用3年~5年設計。4.4建筑物安全加高4.4.1水電站工程擋水建筑物壩頂(或防浪墻頂)高程,應按工程設計洪水情況和校核洪水情況時的靜水位加相對應的波浪爬高、風壅高度和安全加高確定,不應低于水庫正常蓄水位和校核洪水位。4.4.2水電站建筑物安全加高根據(jù)建筑物型式,可按表2確定。表2水工建筑物安全加高單位:m水工建筑物設計標準校核標準混凝土(砌石)壩0.40.3碾壓土壩、堆石壩0.50.3水閘(擋水時)0.3(正常蓄水)0.2(最高擋水)水閘(泄水時)0.50.4溢洪道0.4(擋水時)0.3(泄水時)5工程總體布置5.1一般規(guī)定5.1.1水電站按開發(fā)方式可分為壩后式、河床式、引水式和混合式水電站等基本類型。5.1.2小型水電站工程總體布置可包括首部樞紐(壩址、閘址)、引水系統(tǒng)(取水口、水道線路)、廠址(尾水渠、開關站)等選擇以及壩型選擇和樞紐工程布置等。5.1.3水電站進行樞紐布置時,可遵循以下原則:SHP/TG002-5:20193b)樞紐中各建筑物應緊湊布置,滿足功能及強度和穩(wěn)定性要求,保證各建筑物在任何工作條件下都能正常工作,樞紐布置應考慮降低工程總造價和年運行費用,減少工程投資,方便運行管理。c)一個建筑物發(fā)揮多種用途或臨時建筑物和永久建筑物相結合布置。d)應考慮施工導流的方式、主要建筑物的施工方法和施工進度計劃等要求,做到施工方便,工期短。e)樞紐的外觀應與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),與自然環(huán)境有機地結合。5.1.4擋水建筑物(拱壩除外)布置時,壩軸線宜短而直。根據(jù)實際情況,也可采用較長的直線或折線或部分曲線。5.1.5泄水建筑物的布置應根據(jù)擋水建筑物所采用的壩型和壩址附近的地形地質(zhì)條件確定。5.1.6引水取水口布置的宜滿足下列要求:a)在任何時期,都應根據(jù)引水要求不間斷地供水;b)在多泥沙河流上,應采取有效的防沙措施,防止泥沙入渠;c)對于綜合利用的渠首,應保證各建筑物正常工作且互相不干擾;d)應采取措施防止冰凌等漂浮物進入渠道;e)取水口附近的河道應進行必要的整治,使主流靠近取水口,保證引取所需水量;f)取水口建筑物布置應便于管理,易于采用現(xiàn)代化管理設施。5.1.7水電站廠房的布置應滿足下列要求:a)進水道、出水道盡量短、水流平順,水頭損失小,出水口不應被淤積或受到冰塊等沖擊;b)尾水渠應有足夠的深度和寬度,平面彎曲度不大,且深度逐漸變化,并與自然河道或渠道平順連接;c)泄水建筑物的出口水流或消能設施,應盡量避免抬高電站尾水位。5.1.8水工建筑物設計宜收集以下資料:a)地形資料:包括小比例(1∶10000~1∶50000)的區(qū)域地形圖和大比例(1∶200~1∶1000)的壩址區(qū)地形圖。b)地質(zhì)資料:壩址區(qū)地質(zhì)勘察成果,包括區(qū)域地質(zhì)狀況、覆蓋層分布,巖石巖性、構造、地下水位及相對隔水層埋深等。引水系統(tǒng)沿線的巖層性質(zhì)和地質(zhì)構造、水文地質(zhì)、邊坡的穩(wěn)定性、巖溶、滑坡體、有害氣體;高地應力地區(qū)尚應了解地應力及巖爆情況。c)水文和氣象資料:河流在壩址區(qū)的各種水文特性,如徑流、洪水、相應水位、泥沙含量等;工程所d)水利動能計算成果:包括水庫各特征水位(正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位、發(fā)電死水位等),泄洪建筑物的特征參數(shù)(孔口尺寸、控制高程、調(diào)度方式)等。e)建筑材料資料:壩址及附近地區(qū)的建筑材料分布,包括天然建筑材料(塊石、砂卵石、粘土等)的質(zhì)量、儲量、物理力學性質(zhì)等,人工材料(水泥、鋼筋等)的特性參數(shù)、運距、價格等。f)泥沙資料:多泥沙河流河道推移質(zhì)和懸移質(zhì)的含量、顆粒、硬度、容重及其運動規(guī)律。自水庫引水的進水口,還應收集庫區(qū)泥沙的淤積形態(tài)和淤積高程。g)污染物資料:多防污河道污物的來源、種類、數(shù)量和漂移規(guī)律。h)冰清資料:冰凍區(qū)河道冰期、流冰特征和流冰量;冰塊大小和冰層厚度;類似條件下電站進水口的冬季運行資料。5.2壩址選擇5.2.1應根據(jù)河段的地形地質(zhì)條件及開發(fā)利用要求,擬定可能成立的各比較壩址,通過研究比較確定各壩址的代表壩線、壩型及樞紐布置,經(jīng)過技術經(jīng)濟綜合比較后選定工程壩址。SHP/TG002-5:201945.2.2河段地形地質(zhì)條件及開發(fā)利用應滿足下列要求:a)河谷狹窄,地質(zhì)條件良好,適宜修建拱壩;b)河谷寬闊,地質(zhì)條件較好,可以選用重力壩;c)河谷寬闊、河床覆蓋層深厚或地質(zhì)條件較差,且土石、砂礫等當?shù)夭牧蟽α控S富,適于修建土石壩。5.2.3各種壩型的壩址應滿足下列要求:a)重力壩壩址,巖石應有足夠的強度及完整性、均勻性;b)混凝土拱壩壩址,對巖體的強度及完整性比重力壩要求更高,同時壩肩應具有良好的穩(wěn)定性。c)土石壩壩址應查清壩基覆蓋層厚度,并注意壩基是否存在可能液化的土層。5.2.4壩址選擇應考慮下列因素:a)便于施工導流;b)壩址附近應有較開闊的地形;c)應注意施工總布置和運行管理條件的差別,使樞紐運行管理方便;d)應考慮外部交通條件;e)應考慮不同建筑材料的種類、儲量、質(zhì)量、數(shù)量、分布及運距情況。5.2.5壩址比選時應滿足下列規(guī)定:a)宜選擇淹沒少,征地少,人口遷移少的優(yōu)良壩址;b)應考慮對環(huán)境的影響,宜避開敏感對象;c)應選擇技術可靠、經(jīng)濟合理的壩址水庫蓄水后,不會在庫區(qū)產(chǎn)生大規(guī)模崩塌、滑坡。在丘陵和平原地區(qū),應避免浸沒面積過大。5.2.6壩址區(qū)地震動峰值加速度大于等于0.1g(g=9.81m/s2)的地區(qū),建筑物應采取抗震措施。5.3閘址選擇5.3.1攔河閘壩應根據(jù)水閘的功能、特點和運用要求,綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、泥沙、凍土、冰情、施工、管理、周圍環(huán)境等因素,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后選定。5.3.2選擇閘址應考慮材料來源、對外交通、施工導流、場地布置、基坑排水、施工水電供應等條件,并滿足下列要求:a)水閘閘址宜選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定的天然地基上,并應考慮閘基及兩岸閘肩的滲漏、穩(wěn)定b)翻板閘壩或泄洪閘、沖沙閘閘址宜選擇在河道順直,河勢相對穩(wěn)定的河段。閘的軸線宜與河道中心線正交,其上、下游河道直線段長度不宜小于5倍水閘進口處水面寬度。位于彎曲河段的泄洪閘,宜布置在河道深泓部位。c)進水閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處。進水閘中心線與河(渠)道中心線的交角不宜超過30°,其上游引河(渠)長度不宜過長。5.3.3多泥沙河流上的水閘樞紐,應在進水閘進水口或其他取水建筑物取水口的相鄰位置設沖沙閘(排沙閘)或泄洪沖沙閘,并應采取有效措施避免進水閘進水口或其他取水建筑物取水口處產(chǎn)生的泥沙淤堵。5.4水電站廠址選擇5.4.1引水式電站的廠房應遠離大壩,廠址宜在高陡坡下,并宜在高陡坡上設置調(diào)壓室或壓力前池,廠房與調(diào)壓室或壓力前池之間山體應穩(wěn)定,滲水性小。SHP/TG002-5:201955.4.2河床式廠房進水口應避免泥砂的淤積和磨蝕、漂浮污物的堵塞和冰凌的壅阻。當廠房與溢流壩相鄰時,兩者之間宜設足夠長的導流墻,廠房、變電設備及開關站等應離泄洪射流一定距離。5.5壩型選擇5.5.1在筑壩地區(qū),若交通不便或缺乏鋼筋、水泥和混凝土骨料,而當?shù)赜钟谐渥氵m用的土石料,又有合宜的布置河岸式溢洪道的有利地形時,則可就地取材,優(yōu)先選用土石壩。5.5.2有較好的地質(zhì)條件,當?shù)赜写罅康纳笆橇匣蚴峡梢岳?交通又比較方便時,可修筑重力壩。重力壩可直接由壩頂溢洪。5.5.3當壩址地形為V形或U形狹窄河谷,且兩岸壩肩巖基良好時,則可考慮選用拱壩。拱壩一般造價較低,工期短,可從壩頂或壩體內(nèi)開孔泄洪。5.6樞紐布置5.6.1土石壩樞紐泄水建筑物宜布置在岸邊巖基上,可采用開敞式溢洪道和隧洞。若兩岸地勢陡峭,但有高程合適的馬鞍形埡口,或兩岸地勢平緩且有馬鞍形山脊,以及需要修建副壩擋水的地方,其后又有便于洪水歸河的通道,則宜布置河岸溢洪道。如果在這些位置上布置溢洪道進口,但其后的泄洪線路是通向另一河道的,應對另一河道的防洪問題進行處理。當壩址附近或其上游較遠的地方均無上述有利條件時,可常采用壩肩溢洪道的布置形式。5.6.2混凝土或漿砌石重力壩樞紐宜采用溢流壩段作為主要泄水建筑物,泄水建筑物的布置宜使下泄水流方向與原河流軸線方向一致。沿壩軸線上地質(zhì)情況不同時,溢流壩應布置在比較堅實的基礎上。5.6.3混凝土或漿砌石拱壩樞紐宜采用溢流壩段作為主要泄水建筑物,泄水建筑物的布置應使下泄水流方向盡量與原河流軸線方向一致。若兩岸有高程合適的馬鞍形埡口,其后又有便于洪水歸河的通道,可采用河岸溢洪道布置。5.6.4在含沙量大的河流上修建樞紐時,泄水及取水建筑物的布置應考慮水庫淤積和對下游河床沖刷的影響。在多泥沙河流上的樞紐中,宜設置大孔徑的底孔或隧洞。5.6.5樞紐布置應考慮下游生態(tài)環(huán)境用水等要求。6擋水建筑物6.1重力壩6.1.1重力壩設計主要內(nèi)容重力壩設計應包括下列主要內(nèi)容:a)壩址選擇及樞紐布置:選擇壩址和壩軸線,確定樞紐建筑物布置、壩體結構型式、壩體與兩岸或其他建筑物的連接方式等。壩體布置宜首先考慮泄洪建筑物的布置。b)壩體泄水建筑物設計:通過徑流調(diào)節(jié)計算,研究比較泄洪建筑物布置及尺寸,確定洪水位,進行泄洪建筑物消能防沖設施的設計。壩體溢流宜優(yōu)先考慮開敞式溢流孔,壩身泄洪孔和放水孔,可根據(jù)功能要求設置。c)壩體結構計算:確定壩體承受的荷載,分析荷載組合,進行壩體穩(wěn)定和應力分析(包括抗震計算)。d)壩體分區(qū)及材料設計:確定壩體選用的材料,進行壩體分區(qū),提出各區(qū)性能指標要求以及對原材料、混凝土水灰比、水泥用量及骨料級配等的要求。e)大壩建基面選擇和基礎處理設計:根據(jù)壩體穩(wěn)定和基底應力要求,明確對建基面、壩基承載力、SHP/TG002-5:20196防滲、排水及灌漿加固等要求。對基礎裂隙、斷層、破碎帶及軟弱夾層以及開挖邊坡等進行處理設計。f)壩體溫控設計:根據(jù)溫控防裂要求,確定壩體分縫、分塊、分層及溫控措施等。6.1.2壩體結構重力壩壩頂應高于校核洪水位,壩頂上游側(cè)設防浪墻,防浪墻頂高程應高于波浪頂高程。防浪墻頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差(壩頂超高),可由公式(1)計算,應選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為選定高程。Δh=hp+hz+hc…………(1)式中:Δh—防浪墻頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差,m;hz—波浪中心線至正?；蛐：撕樗坏母卟?按附錄A計算,m;hp—對應頻率hz—波浪中心線至正常或校核洪水位的高差,按附錄A計算,m;hc—安全超高,按表2選取,m。非溢流壩的壩頂寬度應根據(jù)剖面設計、運行管理確定,并不小于3m。壩頂上游宜采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土防浪墻,防浪墻應高1.2m;壩頂下游側(cè)應設欄桿。當壩頂布置移動式啟閉機時,壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求。6.1.2.3非溢流壩段斷面的確定宜符合以下要求:a)非溢流壩段的基本斷面呈三角形,其頂點宜在壩頂附近,基本斷面上部設壩頂結構。b)壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。實體重力壩上游壩坡宜采用1∶0~1∶0.2。壩坡采用折面時,折坡點高程應結合電站進水口、泄水孔等布置,以及下游壩坡優(yōu)選確定。c)下游壩坡可采用1∶0.6~1∶0.8,并應根據(jù)穩(wěn)定和應力要求,結合上游壩坡同時選定。對橫縫設有鍵槽進行灌漿的整體式重力壩,可考慮相鄰壩段聯(lián)合受力的作用選擇壩坡。溢流壩段斷面的確定宜符合以下要求:a)溢流壩段的堰面曲線,當設置開敞式溢流孔時可采用冪曲線;當設置有胸墻,且胸墻起擋水作用時,可采用孔口溢流的拋物線。經(jīng)過論證和試驗,也可采用其他堰面曲線。b)泄洪表孔溢流段的前沿長度、孔數(shù)、孔口型式、尺寸和堰頂高程,應考慮水庫運行和泄洪要求、下游河床及兩岸防沖消能、壩體與相鄰建筑物的關系等,綜合比較確定。c)泄洪下游消能防沖型式宜有挑流、底流、面流、消力戽和聯(lián)合消能等,應根據(jù)壩體高度、壩基下游河床及兩岸地形地質(zhì)條件、下游河道水深變化情況,結合排冰、排漂等要求合理選擇。d)在當?shù)卮髿鈮簵l件下,當宣泄常遇洪水閘門全開時,表孔和淺孔溢流堰頂附近不宜出現(xiàn)負壓;當閘門局部開啟時,經(jīng)論證可允許出現(xiàn)不大的負壓值;當宣泄設計洪水閘門全開時,負壓值不得超過0.03MPa,當宣泄校核洪水閘門全開時,負壓值不得超過0.06MPa。e)應選擇合理的閘門門槽型式,避免門槽處產(chǎn)生過大的負壓而引起空蝕破壞。f)溢流壩的反弧段應結合下游的消能型式選擇。g)閘墩的型式和尺寸應滿足結構布置和水流條件的要求。當采用平面閘門時,閘墩在門槽處應有足夠的厚度,滿足閘墩結構的強度要求。h)當溢流壩有排冰要求時,溢流孔尺寸還應結合冰情資料確定,堰上水深宜大于流冰期最大冰厚,冰塊應能自由下泄而不致破壞下游設施;下游應有導墻、護岸等設施;閘墩墩頭宜呈銳角形狀。i)砌石重力壩溢流宜采用開敞式。如有閘門控制,應對閘墩、閘室結構穩(wěn)定和應力分析研究。壩身泄水孔宜符合以下要求:SHP/TG002-5:20197a)壩身泄水孔可設在溢流壩段的下部或?qū)ＴO泄水孔壩段,并應有消能設施。b)壩身泄水孔可采用明流孔,也可采用有壓孔,孔內(nèi)應避免有壓流與無壓流交替出現(xiàn)。c)明流孔在平面上宜布置成直線形,如需布置成彎道時,應進行專題分析,并經(jīng)水工模型試驗驗證。d)壩身泄水孔的襯護,應根據(jù)水力條件、孔口尺寸、水流含沙特性、孔口運行條件等因素確定。內(nèi)水壓力較高的有壓孔和明流孔的有壓段,宜采用鋼襯或高性能混凝土,鋼襯應與外圍混凝土可靠結合。6.1.3壩體斷面設計6.1.3.1壩體斷面設計應符合以下原則:a)重力壩應以材料力學法和剛體極限平衡法計算成果作為確定壩體斷面的依據(jù)。b)重力壩的設計斷面應由基本荷載組合控制,并以特殊荷載組合復核。復核特殊荷載組合時,可考慮壩體的空間作用或采取其他適當措施,不宜由特殊荷載組合控制設計斷面。c)設置橫縫的重力壩,其強度和穩(wěn)定計算可按平面問題考慮,可取一個壩段或取單位寬度進行計算。橫縫灌漿的重力壩可考慮整體作用進行強度和穩(wěn)定計算。作用在重力壩上的荷載與荷載組合包括下列:a)荷載:1)壩體及其上永久設備重:壩體混凝土重度可采用23.5kN/m3~24.0kN/m3,塊石砌體重度可采用22.0kN/m3~24.0kN/m3。2)靜水壓力:上游靜水壓力應根據(jù)水庫功能和荷載組合規(guī)定的水位確定,下游靜水壓力應根據(jù)相應的不利下游水位確定。3)揚壓力:應按垂直作用于全部計算截面積上的分布力計算。當設有防滲帷幕和排水孔時,可按滲透壓力強度系數(shù)折減取值。4)泥沙壓力:應根據(jù)壩址處河流的水文泥沙特性、樞紐布置、水庫運行方式和泥沙沖淤計算等情況,確定壩前泥沙的淤積厚度。5)浪壓力:應根據(jù)波浪要素計算。不同的荷載組合宜采用不同的風速,基本組合可采用重現(xiàn)期為50年的年最大風速,特殊組合可采用多年平均年最大風速。6)冰壓力:嚴寒地區(qū)水庫表面形成較厚的冰層時,應計及冰壓力的作用。7)土壓力:回填土作用在壩體上的作用。8)動水壓力:采用壩頂或壩面溢流時,應計及過流面一定面積上的動水壓力。9)地震荷載:包括壩體地震慣性力和地震動水壓力;動峰值加速度≥0.1g時應進行抗震計算。10)其他可能出現(xiàn)的荷載。b)荷載組合:重力壩抗滑穩(wěn)定及壩體應力計算的荷載組合可分為基本組合和特殊組合兩種,按表3規(guī)定采用,必要時應考慮其他可能的不利組合。并滿足下列要求:1)應根據(jù)各種荷載同時作用的實際可能性,選擇計算中最不利的荷載組合。2)分期施工的壩應按相應的荷載組合分期進行計算。3)施工期的情況應作必要的核算,作為特殊組合。4)根據(jù)地質(zhì)和其他條件,如考慮運用時排水設備易于堵塞,須經(jīng)常維修時,應考慮排水失效的情況,作為特殊組合。SHP/TG002-5:20198表3荷載組合表荷載組合主要考慮情況荷載附注靜水壓力揚壓力淤沙壓力壓力壓力地震荷載動水壓力壓力其他荷載基本組合(1)正常蓄水位情況√√√√√———√√土壓力根據(jù)壩體外是否填有土石而定(下同)(2)設計洪水位情況√√√√√——√√√(3)冰凍情況√√√√—√——√√靜水壓力及揚壓力按相應冬季庫水位計算特殊組合(1)校核洪水情況√√√√√——√√√(2)地震情況√√√√√—√—√√靜水壓力、揚壓力和浪壓力按正常蓄水位計算,有論證時可另作規(guī)定注:地震情況,如按冬季計及冰壓力,則不計浪壓力。6.1.3.3壩的應力計算應符合下列規(guī)定:a)壩的應力計算可根據(jù)工程規(guī)模和壩體結構情況,計算下列部分或全部內(nèi)容,或另加其他內(nèi)容:1)計算壩體選定截面上的應力(應根據(jù)壩高選定計算截面,包括壩基面、折坡處的截面及其他需要計算的截面);2)計算壩體削弱部位(如孔洞、泄水管道、電站引水管道部位等)的局部應力;3)計算壩體個別部位的應力(如閘墩、胸墻、導墻、進水口支承結構等);4)需要時分析壩基內(nèi)部的應力。b)重力壩壩基面壩踵、壩趾的垂直正應力應符合下列要求:1)運用期:在各種荷載組合下,壩踵垂直正應力不應出現(xiàn)拉應力,壩趾垂直正應力應小于壩基允許壓應力;2)施工期:混凝土重力壩壩趾垂直正應力可允許不大于0.1MPa的拉應力。c)重力壩壩體應力應符合下列要求:1)運用期:壩體上游面的垂直正應力不應出現(xiàn)拉應力;壩體最大主壓應力應不大于材料的允許壓應力值;2)施工期:壩體任何截面上的主壓應力應不大于材料的允許壓應力;在壩體的下游面,混凝土重力壩可允許有不大于0.2MPa的主拉應力。d)混凝土的允許應力應符合下列規(guī)定:1)壩體混凝土的允許應力可按混凝土強度標準值除以安全系數(shù)確定?；炷翉姸葮藴手悼扇?0d齡期的150mm立方體強度,強度保證率為80%。2)壩體混凝土抗壓安全系數(shù),基本組合應不小于4.0;特殊組合(不含地震情況)應不小于3.5。當局部混凝土有抗拉要求時,抗拉安全系數(shù)應不小于4.0。3)計及地震荷載時,壩體混凝土抗壓安全系數(shù)4.1,抗拉安全系數(shù)可取2.4。e)重力壩壩基、壩體截面的垂直正應力應按公式(2)計算:…………(2)式中:σy—計算截面的垂直正應力,kPa;SHP/TG002-5:20199—作用于壩段上或1m壩長上全部荷載(包括揚壓力,下同)在計算截面上法向力的總和,kN;∑M—作用于壩段上或1m壩長上全部荷載對計算截面形心軸的力矩總和,kN·m;A—壩段或1m壩長的計算截面面積,m2;X—計算截面上計算點到形心軸的距離,m;J—壩段或者1m壩長的計算截面對形心軸的慣性矩,對矩形截面為h2/6,h為計算截面高度,m4。f)壩體抗滑穩(wěn)定計算應符合下列規(guī)定:1)壩體抗滑穩(wěn)定計算主要包括以下內(nèi)容:(1)計算壩體沿壩基面的抗滑穩(wěn)定;(2)壩基巖體內(nèi)存在軟弱結構面、緩傾角裂隙時,計算壩基深層抗滑穩(wěn)定。2)重力壩壩體抗滑穩(wěn)定可按抗剪斷強度公式(3)計算或抗剪強度公式(4)計算?！?3)式中:K'—按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);—作用于壩體上全部荷載(包括揚壓力,下同)對滑動平面的法向分值,kN;∑P—作用于壩體上全部荷載對滑動平面的切向分值,kN;f'—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù);C'—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力,KPa;A—壩基接觸面截面積,m2?！?4)式中:K—按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f—壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。3)深層抗滑穩(wěn)定計算應將滑移體分為兩塊,采用等安全系數(shù)法,分別令其處于極限平衡狀態(tài),如圖1所示。重力壩壩基深層抗滑穩(wěn)定可按抗剪斷強度公式(5)、(6)計算或抗剪強度公式(7)、(8)計算:圖1雙斜滑動面示意圖(1)考慮ABD塊的穩(wěn)定,則有:……(5)(2)考慮BCD塊的穩(wěn)定,則有:SHP/TG002-5:201910'fEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up0('),2)[G2cosβ+Qsin(φ+β)-U2+U3sinβ]'fEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up0('),2)[G2cosβ+Qsin(φ+β)-U2+U3sinβ]+cEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up0('),2)A2式中:KEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483646('),1)、K2'—按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全式中:KEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483646('),1)、K2'—按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);W—作用于壩體上全部荷載(不包括揚壓力,下同)的垂直分值,kN;H—作用于壩體上全部荷載的水平分值,kN;G12—巖體ABD、BCD重量的垂直作用力,kN;fEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483647('),1)fEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483647('),2)—AB、BC滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù);cEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483647('),1)、cEQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up2147483647('),2)—AB、BC滑動面的抗剪斷凝聚力,kPa;A12—AB、BC面的面積,m2;α、β—AB、BC面與水平面的夾角,°;U123—AB、BC、BD面上的揚壓力,kN;Q—BD面上的作用力,kN;φ—BD面上的作用力與水平面的夾角,需經(jīng)論證后選用,偏安全考慮可取0°。(3)考慮ABD塊的穩(wěn)定,則有:(4)考慮BCD塊的穩(wěn)定,則有:………(8)式中:K1、K2………(8)式中:K1、K2—按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f1、f2—AB、BC滑動面的抗剪摩擦系數(shù)。4)重力壩壩體抗滑穩(wěn)定計算應符合下列要求:(1)抗滑穩(wěn)定分析應采用抗剪斷強度公式計算,當壩基巖體較差時,如軟巖或存在軟弱結構面時,可采用抗剪強度公式計算。(2)壩基抗滑穩(wěn)定計算安全系數(shù)K'、K應不小于表4、5要求的數(shù)值。表4按抗剪斷公式計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K'荷載組合K'基本組合3.0特殊組合(1)校核洪水情況2.5(2)地震情況2.3表5按抗剪公式計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K荷載組合K基本組合1.05特殊組合(1)校核洪水情況1.00(2)地震情況1.00SHP/TG002-5:2019116.1.4壩體構造壩內(nèi)廊道及通道應符合下列規(guī)定:a)壩內(nèi)廊道和通道設置,應兼顧基礎灌漿、排水、安全監(jiān)測、檢查維修、運行操作、壩內(nèi)交通、施工期的需要等多種用途。在滿足運行和施工要求的前提下,應合并使用,盡可能減少廊道和通道的數(shù)目和尺寸。b)低壩宜不設廊道,當壩高高于30m或灌漿設備限制,應設置基礎灌漿廊道。廊道底板混凝土厚度不宜小于3m,距上游壩面混凝土厚度應滿足防滲要求(宜為0.05~0.1倍壩面作用水頭)且不小于3m,與其他泄水孔洞的距離不宜小于3m~5m?；A灌漿廊道的縱向坡度應小于45°,坡度大于45°的長廊道,應分段設置安全平臺及扶手,安全平臺高差宜為15m~20m。當兩岸坡度陡于45°時,基礎灌漿廊道可分層布置并用豎井連接。c)壩內(nèi)廊道斷面可采用城門洞形或矩形斷面?；A灌漿廊道的斷面尺寸,應根據(jù)鉆灌機具尺寸及工作要求確定,寬度可取2.5m~3.0m,高度可為3.0m~3.5m。其他廊道應有保證完成其功能且可以自由通行的尺寸,寬度應不小于1.2m,高度應不小于2.2m。d)廊道內(nèi)應設置足夠的照明設施和具備良好的通風條件,各種電器設備與線路應絕緣良好。廊道底面高于校核尾水位時,可采用自流排水;廊道底面低于校核尾水位時,應設集水井并由水泵抽排。e)下游高水位以上的下游壩面,宜設置壩后交通橋,并與壩身孔洞和廊道布置相協(xié)調(diào)。f)廊道、水泵室等部位應滿足消防安全要求。6.1.4.2壩體分縫應符合下列規(guī)定:a)縱橫縫的劃分應根據(jù)壩基地形地質(zhì)條件、壩體布置、壩體斷面尺寸、溫度應力和施工條件等因素綜合比較確定。橫縫間距宜為15m~20m,縱縫間距宜為15m~30m。b)橫縫作為伸縮縫或沉陷縫時,應做成永久縫,縫面不灌漿,在上游壩面附近設置止水措施。下列情況的橫縫宜采用臨時縫,全部或部分灌漿:1)河谷狹窄,為利于壩體的強度和穩(wěn)定,采用整體式重力壩;2)岸坡較陡,為改善岸坡壩體的穩(wěn)定性,將相鄰壩段連成整體;3)坐落在軟弱破碎帶上的各壩段,為增加壩體剛度,將相鄰壩段連成整體;4)地震動峰值加速度0.2g以上的強震區(qū),為提高壩體的抗震性能,將相鄰壩段連成整體。c)橫縫間距設置應與壩體構造適應,如壩內(nèi)埋管、泄水孔、導流底孔及壩頂溢流表孔等。岸坡壩段宜在地形突變或轉(zhuǎn)折處設置橫縫。d)中低壩宜不設縱縫,若由于澆筑能力限制或溫控要求,可考慮設縱縫?？v縫可在某個高程進行并縫,如延伸至壩面,應與壩面垂直相交?？v縫縫面應設置水平向鍵槽,并埋設灌漿系統(tǒng)進行灌漿。e)縱橫縫灌漿縫面應用止?jié){片分隔成若干區(qū)進行灌漿,每一灌漿區(qū)的面積可為200m2~400m2,其高度可為10m~15m,灌漿壓力可取0.1MPa~0.3MPa。灌漿時間宜在低溫季節(jié),灌漿溫度宜采用壩體穩(wěn)定溫度。f)水平施工縫澆筑塊厚度宜為1.5m~4.0m,靠近基巖面附近取小值。上層混凝土澆筑前應對水平施工縫進行沖洗、薄鋪20mm~30mm厚水泥砂漿或細骨料混凝土等處理,同一壩段相鄰澆筑塊水平施工縫應錯開。當水平施工縫與廊道頂拱相交時,廊道以上的水平施工縫離廊道頂不應小于1.5m。6.1.4.3壩體止水和排水應符合下列規(guī)定:a)重力壩橫縫的上游面(含防浪墻)、溢流面、下游面最高尾水位以下及壩內(nèi)廊道和孔洞穿過分縫處的四周等部位應布置止水設施。SHP/TG002-5:201912b)溢流面上的止水需與閘門底坎金屬結構埋件相焊接以形成封閉。防浪墻的止水設置應與壩體止水相連接。c)上游面附近的橫縫止水片應與壩基妥善連接,止水片埋入基巖內(nèi)的深度可為0.3m~0.5m。橫縫止水可采用一道厚1.0mm~1.2mm的銅片止水,止水片至上游壩面間橫縫內(nèi)可充填柔性填縫材料。銅止水片宜加工成“}”形,每一側(cè)埋入混凝土內(nèi)的長度不應小于0.2m~0.25m。壩高低于30m的重力壩可采用塑料或橡膠止水帶,應視工作水頭、氣候條件、所在部位和便于施工等因素選用合適的標準型號,并采取有效措施防止安裝時發(fā)生變形。d)壩體上游面防滲層下游應設置鉛直或近乎鉛直的排水管系。排水管下部應通至縱向排水廊道,上部應通至上層廊道或壩頂(或溢流面以下)。排水管可采用拔管、鉆孔或預制無砂混凝土管,管距應為2m~3m,內(nèi)徑應為0.15m~0.25m。e)滲入排水管的水應能夠匯集到縱向排水廊道,沿集水溝或集水管匯入集水井,再用水泵抽排或自流方式排向下游,排水溝斷面宜為0.3m×0.3m,底坡為3‰。排水管施工時應防止被混凝土和雜物等堵塞。f)砌石壩防滲設施可采用在壩體上游面設混凝土(鋼筋混凝土)防滲面板或在靠近上游面砌石體內(nèi)設置混凝土防滲心墻的形式。混凝土面板或心墻頂部厚度不宜小于300mm,底部厚度宜為最大水頭的1/30~1/60。6.1.4.4壩體材料分區(qū)應符合下列規(guī)定:a)大壩混凝土所用的水泥、骨料、水、摻合料、外加劑應符合當?shù)噩F(xiàn)行標準的規(guī)定。b)大壩混凝土應根據(jù)不同部位和不同條件分區(qū),見圖2。分區(qū)性能要求應按表6規(guī)定。1—上游最高水位;2—上游最低水位;3—下游最低水位;4—閘墩;5—導墻。Ⅰ區(qū)—上、下游水位以上壩體外部表面混凝土;Ⅱ區(qū)—上、下游水位變化區(qū)的壩體外部表面混凝土;Ⅲ區(qū)—上、下游最低水位以下壩體外部表面混凝土;Ⅳ區(qū)—壩體基礎混凝土;Ⅴ區(qū)—壩體內(nèi)部混凝土;Ⅵ區(qū)—抗沖刷部位的混凝土(例如溢流面、泄水孔、導墻和閘墩等)。圖2壩體混凝土分區(qū)圖SHP/TG002-5:201913表6大壩混凝土分區(qū)性能要求表分區(qū)強度抗?jié)B抗凍抗沖刷抗侵蝕低熱最大水灰比選擇分區(qū)的主要因素Ⅰ+-++--++抗凍Ⅱ++++-+++Ⅲ+++++-+++Ⅳ++++-++++抗裂Ⅴ++++--+++Ⅵ++-++++++++抗沖耐磨注:表中有“++”的項目為選擇各區(qū)混凝土等級的主要控制因素,有“+”的項目為需要提出要求的,有“-”的項目為不需提出要求的。c)同一澆筑塊中混凝土強度等級不宜超過兩種,等級差不宜超過兩級,分區(qū)厚度尺寸應不小于2m~3m。d)壩體內(nèi)部的導流底孔、引水管、泄水孔等大孔口孔壁周圍的混凝土以及地震動峰值加速度0.2g以上的壩體混凝土,其強度應適當提高。壩體內(nèi)部混凝土強度等級不應低于C9010(按標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件,在90d齡期用標準試驗辦法測得的具有80%保證率的抗壓強度,不低于10MPa);過流表面的混凝土強度等級不應低于C2825(按標準方法制作養(yǎng)護的邊長為150mm的立方體試件,在28d齡期用標準試驗辦法測得的具有95%保證率的抗壓強度,不低于25MPa)。e)大壩混凝土除應滿足設計上對強度的要求外,還應根據(jù)大壩的工作條件,地區(qū)氣候等具體情況,分別滿足抗?jié)B、抗凍、抗沖耐磨和抗腐蝕等耐久性以及低熱性的要求。f)大壩混凝土的抗?jié)B等級應根據(jù)所在部位和水力坡降,按表7采用。承受腐蝕水作用的建筑物、其抗?jié)B等級應進行專門的試驗研究,但不得低于W4;混凝土的抗?jié)B等級可根據(jù)壩體承受水壓力作用的時間采用90d齡期的試件測定抗?jié)B等級。表7大壩混凝土抗?jié)B等級的最小允許值項次部位水力坡降抗?jié)B等級1壩體內(nèi)部W22壩體其他部位按水力坡降考慮時i<10W410≤i<30W630≤i<50W8i≥50W10注:表中i為水力坡降。g)對于有抗凍要求的地區(qū),大壩混凝土應按表8根據(jù)氣候分區(qū)、凍融循環(huán)次數(shù)、表面局部小氣候條件、水分飽和程度、結構構件重要性和檢修的難易程度等綜合因素選用抗凍等級。最冷月平均氣溫低于-25℃地區(qū)的混凝土抗凍等級宜根據(jù)具體情況研究確定。SHP/TG002-5:201914表8大壩混凝土抗凍等級氣候分區(qū)嚴寒寒冷溫和年凍融循環(huán)次數(shù)(次)≥100<100≥100<100結構重要、受凍嚴重且難以檢修的部位:流速大于25m/s、過冰、多沙或多推移質(zhì)過壩的溢流壩、深孔或其他部位的過水面及二期混凝土F400F300F300F200F100受凍嚴重但有檢修條件部位:(a)重力壩上游面冬季水位變化區(qū);(b)流速小于25m/s的溢洪道、泄水孔的過水面。F300F250F200F150F50受凍較重部位:重力壩外露陰面部位F250F200F150F150F50受凍較輕部位:重力壩外露陽面部位;F200F150F100F100F50重力壩水下部位或內(nèi)部混凝土F50注1:年凍融循環(huán)次數(shù)分別按一年內(nèi)氣溫從+3℃以上降至-3℃以下,然后回升至+3℃以上的交替次數(shù)和一年中日平均氣溫低于-3℃期間設計預定水位的漲落次數(shù)統(tǒng)計,并取其中的大值。注2:氣候分區(qū)劃分標準為:嚴寒地區(qū):最冷月平均氣溫低于或等于-10℃的地區(qū);寒冷地區(qū):最冷月平均氣溫高于-10℃、低于或等于-3℃的地區(qū);溫和地區(qū):最冷月平均氣溫高于-3℃的地區(qū)。注3:陽面指冬季大多為晴天,平均每天有4h陽光照射,不受山體或建筑物遮擋的表面。否則均按陰面考慮。h)根據(jù)大壩混凝土耐久性要求,混凝土的水灰比不宜大于表9所列數(shù)值。表9混凝土最大水灰比氣候分區(qū)大壩混凝土分區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ嚴寒和寒冷地區(qū)0.550.450.500.500.650.45溫和地區(qū)0.600.500.550.550.650.45i)在環(huán)境水有侵蝕性情況下,應選擇抗侵蝕性能較好的水泥,外部水位變化區(qū)及水下混凝土的水灰比可較表9減少0.05。高速水流區(qū)的混凝土應采用具有抗沖耐磨性的低流態(tài)高強度混凝土或高強硅粉混凝土。6.1.4.5砌石壩體材料應符合下列規(guī)定:a)砌石料應新鮮、完整,質(zhì)地堅硬,不得有剝落層和裂紋。砌用塊石外形大致呈方形,上下兩面基本平行且大致平整,無尖角、薄邊,塊厚宜大于200mm。b)砌石體的膠凝材料有水泥砂漿和混凝土。砌石體泊松比μ宜采用0.2~0.25。c)砌石體的極限抗壓強度fcc可按表10選用。SHP/TG002-5:201915表10砌石體的極限軸心抗壓強度fcc值單位:MPa砌石體形態(tài)石料飽和抗壓強度膠凝材料強度混凝土水泥砂漿15.010.010.07.55.0塊石砌石體≥10024.018.818.816.08022.014.810.06014.814.812.810.88.85010.08.04011.811.810.08.87.23010.810.010.08.87.06.46.1.5壩基處理設計6.1.5.1壩基處理原則應符合下列規(guī)定:a)壩基處理設計應在查清壩址地質(zhì)條件及分析大壩對地基要求的基礎上,確定地基處理方案。壩基處理方案應滿足以下要求:壩基有足夠的強度,能滿足滲透穩(wěn)定要求,有足夠的整體性和均勻性,能滿足抗滑穩(wěn)定要求和減少不均勻沉降,有足夠的耐久性,能夠防止在水的長期作用下巖體性質(zhì)惡化。b)壩基處理設計包括壩基開挖、固結灌漿、防滲排水、斷層破碎帶和軟弱結構面處理、巖溶防滲處理。6.1.5.2壩基開挖設計應符合下列規(guī)定:a)建基面位置應根據(jù)壩體結構對基礎的要求、基礎加固處理效果及施工工藝、工期和費用等因素經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定?？赏ㄟ^基礎加固處理和調(diào)整上部結構的措施,在滿足壩基強度和穩(wěn)定的基礎上,減少開挖量。壩高大于50m時,可建在微風化至弱風化中部基巖上;壩高小于50m時,可建在弱風化中部至上部基巖上。兩岸地形較高部位的壩段,可適當放寬。b)重力壩的建基面形態(tài)應根據(jù)地形地質(zhì)條件及上部結構的要求確定,壩段的建基面上、下游高差不宜過大,并宜略向上游傾斜。若基礎面高差過大或向下游傾斜時,宜開挖成帶鈍角的大臺階狀。臺階的高差應與混凝土澆筑塊的尺寸和分縫的位置相協(xié)調(diào),并和壩趾處的壩體混凝土厚度相適應,不宜超過5m,且應以不大于1∶0.5的緩坡連接。對基礎高差懸殊的部位宜調(diào)整壩段的分縫或作必要的處理。c)兩岸岸坡壩段建基面在壩軸線方向應開挖成有足夠?qū)挾鹊呐_階狀,或采取其他結構措施,確保壩體側(cè)向穩(wěn)定。d)基礎中存在的表層夾泥裂隙、風化囊、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、巖溶充填物及淺埋的軟弱夾層等局部工程地質(zhì)缺陷,均應結合基礎開挖予以挖除,或局部挖除后再進行處理。e)壩基開挖設計中爆破方式應能夠保證壩基巖體不受破壞或產(chǎn)生不良后果。對易風化、泥化的巖體,應采取相應的保護措施。6.1.5.3壩基固結灌漿應符合下列規(guī)定:a)壩基固結灌漿的設計,應根據(jù)壩基工程地質(zhì)條件、壩高和灌漿試驗資料確定,并符合下列規(guī)定:1)宜在壩基上游和下游一定的范圍內(nèi)進行固結灌漿;當壩基巖體裂隙發(fā)育時,且具有可灌性時,可在全壩基范圍進行固結灌漿,并根據(jù)壩基應力及地質(zhì)條件,向壩基外適當擴大灌漿范圍;SHP/TG002-5:2019162)防滲帷幕上游的壩基宜進行固結灌漿。3)斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶或其他地質(zhì)缺陷應加強固結灌漿。灌漿。b)固結灌漿孔的孔距、排距可采用3m~4m,或根據(jù)灌漿試驗確定。固結灌漿深度應根據(jù)壩高和開挖以后的地質(zhì)條件確定,可采用5m~8m。c)固結灌漿孔宜布置成梅花形,對于較大的斷層和裂隙帶應專門布孔。灌漿孔方向應根據(jù)主要裂隙產(chǎn)狀結合施工條件確定,使其穿過較多的裂隙。d)帷幕上游區(qū)和地質(zhì)缺陷部位的壩基固結灌漿宜在有3m~4m混凝土蓋重情況下灌漿,其他部位的固結灌漿可根據(jù)地質(zhì)條件采用有混凝土蓋重方式灌漿,經(jīng)論證也可采用無混凝土蓋重或找平混凝土封閉方式灌漿。e)在不抬動基礎巖體和蓋重混凝土的原則下,固結灌漿壓力宜盡量提高。有混凝土蓋重時視其厚度可采用0.4MPa~0.7MPa。采用找平混凝土封閉灌漿時,其灌漿壓力宜通過灌漿試驗確定,可采用0.2MPa~0.4MPa。對緩傾角結構面發(fā)育的基巖及軟巖,其灌漿壓力應由灌漿試驗確定。壩基防滲排水設計應符合下列規(guī)定:a)壩基防滲和排水設計,應以壩基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和灌漿試驗資料為依據(jù),結合水庫功能、壩高,綜合考慮防滲和排水的相互關系來確定具體措施。b)壩基防滲宜采用帷幕灌漿。防滲帷幕應能夠滿足下列要求:1)減小壩基和繞壩滲漏,防止?jié)B漏水流對壩基及兩岸邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響;2)防止在壩基軟弱結構面、斷層破碎帶、巖體裂隙充填物以及抗?jié)B性能差的巖層中產(chǎn)生滲透破壞;3)在帷幕和壩基排水的共同作用下,使壩基揚壓力和壩基滲漏量降至允許值以內(nèi);4)具有可靠的連續(xù)性和足夠的抗?jié)B性、耐久性。c)灌漿帷幕中心線宜設置在離壩面1/10壩底寬處。d)帷幕灌漿的深度需根據(jù)巖基的水文地質(zhì)條件而定,應遵守下列規(guī)定:1)封閉式帷幕:當壩基下存在可靠的相對隔水層,并且埋深較淺時,防滲帷幕應伸入到該巖層內(nèi)3m~5m。相對隔水層的透水率q為5Lu。2)懸掛式帷幕:當壩基下相對隔水層埋藏較深或分布無規(guī)律時,帷幕深度應參照滲流計算,考慮工程地質(zhì)條件和壩基揚壓力等因素,結合工程經(jīng)驗研究確定,宜在0.3~0.7倍水頭范圍內(nèi)選擇。e)防滲帷幕伸入岸坡內(nèi)的長度及帷幕軸線方向,應根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件確定。宜延伸到相對隔水層處或正常蓄水位與地下水位相交處,并應與河床部位的帷幕保持連續(xù)。f)防滲帷幕可采用一排。對地質(zhì)條件較差、巖體裂隙特別發(fā)育或可能發(fā)生滲透變形的地段或研究認為有必要加強防滲帷幕時,可適當增加帷幕排數(shù)。當帷幕由多排灌漿孔組成時,應將其中的一排孔鉆灌至設計深度,其余各排孔的孔深可取設計深度的1/2~2/3。帷幕孔距可為1.5m~3m,排距宜小于孔距。鉆孔宜穿過巖體的主要裂隙和層理,可采用傾向上游0°~10°的斜孔。g)帷幕灌漿應在澆筑一定厚度的壩體混凝土作為蓋重后施工。灌漿壓力應通過試驗確定,宜在帷幕孔第1段取1.0~1.5倍壩前靜水頭,以下各段可逐漸增加,孔底段可取2倍~3倍壩前靜水頭,灌漿時不得抬動壩體混凝土和壩基巖體。SHP/TG002-5:201917h)如壩體設有基礎灌漿排水廊道,可在廊道內(nèi)防滲帷幕的下游設壩基主排水孔,在建基面上主排水孔與帷幕孔的距離不宜小于2m。壩高超過30m時,如有必要,可在主排水孔下游設置1~2排輔助排水孔。主排水孔的孔距可為2m~3m,輔助排水孔的孔距可為3m~5m。當基礎中存在相對隔水層和緩傾角巖層時,應根據(jù)其分布情況合理布置排水孔。i)壩高較低,基巖條件較好且為弱透水層(滲透系數(shù)小于1×10-5mm/s)時,也可不設帷幕而只設排水,但應在壩基面的上游部位進行固結灌漿。j)排水孔孔深應根據(jù)帷幕和固結灌漿的深度及基礎的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件確定:1)主排水孔深為帷幕深的0.4~0.6倍,并不小于10m;當壩基內(nèi)存在裂隙承壓水層、深層透水區(qū)時,除加強防滲措施外,主排水孔宜深入此部位。2)輔助排水孔深可為6m~12m。k)當高尾水位歷時較長或巖體透水性較大時,宜在壩趾增設封閉防滲帷幕。l)在岸坡壩段的壩基可設置專門的排水設施,必要時可在岸坡山體內(nèi)設置排水隧洞,并布設排水孔。m)當排水孔的孔壁有塌落危險或排水孔穿過軟弱結構面、夾泥裂隙時,應采取相應的保護措施。6.1.5.5斷層破碎帶和軟弱結構面等處理應滿足下列要求:a)壩基范圍內(nèi)出露的斷層破碎帶,其組成物質(zhì)主要為堅硬的構造巖,對基礎的強度和壓縮變形影響不大時,可將斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶巖體適當挖除。當其組成物質(zhì)以軟弱的構造巖為主,且對基礎的強度和壓縮變形有一定的影響時,可用混凝土塞加固,混凝土塞的深度可采用1.0倍~1.5倍斷層破碎帶的寬度或根據(jù)計算確定。貫穿壩基上下游的縱向斷層破碎帶的處理,宜向上下游壩基外適當延伸。b)軟弱結構面埋深不同可分別采用混凝土置換、混凝土深齒墻、混凝土洞塞等措施。必要時也可采用抗滑樁、預應力錨索、化學灌漿等措施。c)巖溶的防滲處理方式有防滲帷幕灌漿、防滲墻等,應根據(jù)巖溶的規(guī)模、發(fā)育規(guī)律、充填物性質(zhì)及透水性等條件選定。對存在巖溶洞穴或具有強透水性的溶蝕裂隙,可采取開挖回填混凝土或設置阻漿洞(井)等措施后再進行高壓灌漿處理。灌漿材料可根據(jù)巖溶洞穴和溶蝕裂隙規(guī)模及充填物選用純水泥漿、水泥砂漿、水泥粘土漿、水泥粉煤灰獎等,必要時可鉆大口徑鉆孔灌注高流態(tài)細骨料混凝土。6.1.6邊坡處理6.1.6.1邊坡的治理和加固設計應遵循下列原則,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后選定。a)應綜合考慮邊坡的地形、地質(zhì)條件、施工技術水平及難易程度等因素,與建筑物相關的邊坡還應考慮建筑物與邊坡的相互關系。b)若需要采用多種措施進行邊坡治理和加固,應綜合考慮各種措施的技術特點和用途,使其形成有機的治理和加固體系。c)應優(yōu)先考慮采用治理措施,若仍不能滿足要求或難以實施,再考慮采取加固措施。d)應根據(jù)施工期揭露的地質(zhì)條件變化和安全監(jiān)測信息完善和修正設計。與新建建筑物相關的邊坡,在滿足建筑物布置的前提下,開挖邊坡的走向、形狀應根據(jù)地形、地質(zhì)條件的特點,以及邊坡穩(wěn)定的需要確定。若開挖邊坡的走向、形狀與相關建筑物布置相矛盾,在建筑物布置允許的前提下,宜調(diào)整建筑物的布置。邊坡的治理和加固可采用下列一種或多種措施:a)減載、邊坡開挖和壓坡。SHP/TG002-5:201918b)排水和防滲,排水包括坡面、坡頂以上地面排水、截水和邊坡體排水。c)坡面防護,包括用于土坡的各種形式的護砌和人工植被,用于巖坡的噴混凝土、噴纖維混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土,以及柔性主動支護、土工合成材料防護等措施。d)邊坡錨固,包括各種錨桿、抗滑洞塞等。e)支擋結構,包括各種形式的擋土墻、抗滑樁、土釘、柔性被動支護措施等。進行邊坡治理和加固時,宜設置完善的地面截水、排水系統(tǒng),若邊坡的穩(wěn)定安全性狀對地表水下滲引起的巖、土體飽和和地下水升高敏感,還應做好坡面防滲和坡面附近的地面防滲。當需要采取錨固措施加固邊坡時,應研究以下幾種錨固與支擋結構組合的技術可行性和經(jīng)濟合理性:a)錨桿與擋土墻。b)錨桿與抗滑樁。c)錨桿與混凝土格構。d)錨桿與混凝土塞或混凝土板。邊坡的治理和加固應考慮環(huán)境保護,并應與周圍建筑物和環(huán)境相協(xié)調(diào)。6.1.7溫度控制及壩體防裂6.1.7.1溫度控制原則應符合下列規(guī)定:a)對壩高超過30m的中壩,應進行溫度控制設計,提出溫度控制標準及防止裂縫的措施。低壩可參照類似工程經(jīng)驗進行溫度控制及防裂設計。b)溫度控制設計,應收集壩址區(qū)年平均氣溫和變幅、多年月平均和旬平均氣溫、氣溫驟降的幅度和歷時及相應的頻率、河流水溫、壩基地溫、日照、類似水庫水溫等資料。c)溫度控制設計應研究基礎允許溫差、內(nèi)外溫差和壩內(nèi)最高溫度,并重視遇寒潮及冬季的保溫設計。d)當基礎約束區(qū)混凝土28d齡期的極限拉伸值不低于0.85×10-4,對施工質(zhì)量均勻、良好,基巖與混凝土的變形模量相近、短間歇均勻澆筑上升的澆筑塊,基礎允許溫差按表11的規(guī)定確定。表11混凝土基礎約束區(qū)混凝土允許溫差ΔT距基礎面高度(h)澆筑塊長邊長度(l)17m以下17m~21m21m~30m30m~40m40m至通倉0~0.2126~2424~2222~1919~1616~140.21~0.4128~2626~2525~2222~1919~17e)未滿28d齡期混凝土的暴露表面,應采取保溫措施;對基礎強約束區(qū)、上游壩面等重要部位應進行嚴格表面保護。長期暴露的基礎混凝土、上游壩面及其他重要部位,28d后的混凝土暴露表面也需考慮保溫措施。f)施工過程中各壩塊應盡量均勻上升,相鄰壩塊的高差不宜超過10m~12m,相鄰壩塊澆筑時間間隔宜小于30d。6.1.7.2溫度控制可采用下列措施:a)根據(jù)抗裂要求,壩體基礎部位混凝土強度等級不宜低于C9020,壩體內(nèi)部混凝土強度等級不應低于C9010。迎水面還應根據(jù)抗?jié)B、抗裂、抗凍要求和施工條件等綜合確定混凝土強度等級。b)合理安排全年混凝土施工程序及澆筑量,宜安排低溫季節(jié)澆筑基礎約束區(qū)混凝土,高溫季節(jié)宜SHP/TG002-5:201919利用夜間澆筑,嚴寒地區(qū)宜避免在冬季澆筑壩體混凝土。c)在不影響混凝土強度和耐久性的前提下,應采取下列措施減少發(fā)熱量:1)采用發(fā)熱量較低或氧化鎂含量較高的微膨脹水泥;2)澆筑低流態(tài)混凝土或干硬性混凝土;3)摻高效外加劑;4)改善混凝土級配、加摻合料等綜合措施。d)可采用下列措施,降低混凝土最高溫度,并滿足接縫灌漿要求:1)控制澆筑層厚度。夏季宜減少澆筑層厚度,但不宜小于1.0m,保證正常的間歇時間,并可在澆筑層頂積水、澆水或?qū)用鎳婌F。2)降低混凝土澆筑溫度。可采取在粗骨料堆上灑水、噴霧、料堆加高、地垅取料、冷卻水拌和、加冰拌和混凝土,并嚴格控制混凝土運輸時間和倉面澆筑坯覆蓋前的暴露時間。3)壩體內(nèi)埋設冷卻水管通水冷卻。通水時壩體混凝土與冷卻水間的溫差不宜超過25℃,壩體降溫速度不宜大于1℃/d。6.2拱壩6.2.1拱壩設計的主要內(nèi)容拱壩設計內(nèi)容除符合6.1.1要求外,應重視拱壩體形選擇、壩址拱座的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件。拱壩按其厚高比分為薄拱壩(厚高比小于0.2),中厚拱壩(厚高比為0.2~0.35),厚拱壩(厚高比大于0.35)。對于薄拱壩,應研究壩身泄洪產(chǎn)生的結構問題。拱壩應考慮降低或放空庫水的設施。地震區(qū)拱壩應進行抗震設計。6.2.2壩體結構6.2.2.1拱壩壩頂結構布置應符合、條規(guī)定。拱壩壩身泄流方式可有壩頂泄流、壩身孔口泄流等,宜優(yōu)先考慮采用壩頂泄流。壩身孔口的位置宜避開高應力區(qū)和基礎約束區(qū)。當采用拱壩壩身泄洪時,應符合下列要求:a)應使下泄水流平順歸槽,下泄水流與壩腳應保持足夠的安全距離,下游宜保持足夠的水墊深度,不得危及壩體、兩岸山體穩(wěn)定和其他建筑物的運行安全。b)泄洪量較大時,宜研究落水點縱向拉開、橫向擴散或采用對沖消能。c)應重視泄洪霧化對下游兩岸山體、電氣設備以及交通等的不利影響,必要時應采取相應的防護措施。d)當采用壩身孔口泄洪時,宜設置防污排污措施。6.2.3拱壩體形設計6.2.3.1拱壩體形選擇應滿足下列要求:a)拱壩體形應根據(jù)壩址河谷形狀(寬高比)、地質(zhì)條件、拱座穩(wěn)定、壩體應力、泄洪布置以及施工條件等因素進行選擇。b)根據(jù)壩址河谷形狀選擇拱壩體形時,應符合下列規(guī)定:1)V形河谷,可選用雙曲拱壩;2)U形河谷,可選用單曲拱壩或雙曲拱壩;SHP/TG002-5:2019203)當壩址河谷的對稱性較差時,壩體的水平拱可設計成不對稱的拱;4)當壩址河谷形狀不規(guī)則或河床有局部深槽時,宜設計成有墊座的拱壩。c)當?shù)刭|(zhì)、地形條件不利時,選擇拱壩體形應符合下列要求:1)可采用兩端拱圈呈扁平狀、拱端推力偏向山體深部的變曲率拱壩;2)可采用拱端逐漸加厚的變厚度拱或設墊座的拱壩;3)當壩址兩岸上部基巖較差或地形較開闊時,可設置重力墩或推力墩與拱壩連接。d)拱壩體形設計應符合下列要求:1)必要時采用壩體應力變化平緩的變厚度、變曲率拱,并符合壩體計算應力要求。2)水平拱圈最大中心角可選用75°~110°,拱端內(nèi)弧面的切線與利用巖面等高線的夾角不應小于30°。3)合理設計垂直懸臂梁斷面,懸臂梁的上游面倒懸度不宜大于0.3∶1。在滿足施工期自重拉應力控制標準及壩表孔布置的要求下,可選取較大的下游面倒懸度(水平比垂直)。e)根據(jù)壩體應力、拱座穩(wěn)定及工程具體條件,可采用拋物線、橢圓、雙曲線、多心圓、對數(shù)螺線等變曲率拱型。拱壩體形設計宜按照下列步驟:a)首先應擬定拱壩壩軸線曲線方程、中心角及其相應坐標位置。當壩軸線為圓弧時,需先擬定圓心位置、壩軸線半徑及半中心角。b)拱壩體形設計應先確定拱冠梁、水平拱圈和初擬拱壩體型,再進行體形優(yōu)化設計。c)拱冠梁位置宜取河谷可利用基巖剖面線的最低點,河谷底部較平坦時可取在谷底的中心部位。拱冠梁梁剖面設計包括頂拱和底部厚度,上游面曲線,下游面曲線等。頂拱厚度同壩頂厚度,宜大于3.0m,底部厚度可按經(jīng)驗初擬,再根據(jù)應力分析成果進一步調(diào)整。雙曲拱壩上游面曲線可選擇圓弧或圓弧組合、二次曲線、三次曲線及其他類型曲線,單曲拱壩上游面曲線可選擇直線或折線。當上、下游壩面為曲線時,壩面應平順連續(xù),以使壩體獲得較好的應力分布條件。d)水平拱圈應先確定拱圈高程,拱圈數(shù)量可采用5個~10個。拱圈線型可采用單心圓拱、多心圓拱、橢圓拱、拋物線拱、對數(shù)螺旋線拱等變曲率拱型,宜自拱冠向拱端曲率逐漸減小。水平拱圈可利用拱圈中心線和拱厚函數(shù)描述,拱圈中心線可采用以中心角為自變量的曲率半徑方程描述。e)通過確定拱冠梁和水平拱圈,可獲得拱壩初始體形。通過數(shù)值分析方法檢驗拱壩體形的合理性,宜數(shù)次迭代和優(yōu)化才能獲得合適的體形。宜采用拱梁分載法計算拱壩的應力分布和拱端作用力,采用剛體極限平衡法復核拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定。f)拱壩體形優(yōu)化設計應先設置若干約束條件,以拱壩體積作為優(yōu)化目標函數(shù),約束函數(shù)包括幾何約束、應力約束和穩(wěn)定約束,用數(shù)學規(guī)劃法求解拱壩體形。結構應力分析方法宜采用拱梁分載法。6.2.4應力及穩(wěn)定分析6.2.4.1作用在拱壩上的荷載與荷載組合應滿足下列要求:荷載,其他可能出現(xiàn)的荷載。b)拱壩設計荷載組合可分為基本組合和特殊組合兩種,按表12規(guī)定采用。SHP/TG002-5:201921表12作用效應組合表荷載組合主要考慮情況荷載類別溫度荷載設計正常溫升設計正常溫降基本組合1.正常蓄水位情況√√√—√√√√——2.正常蓄水位情況√√—√√√√———3.設計洪水位情況√√—√√√√———4.死水位(或運行最低水位)情況√√—√√√√———5.其他常遇的不利荷載組合特殊組合1.校核洪水情況√√—√√√√—√—2.地震情況1)基本組合1+地震荷載√√√—√√√√—√2)基本組合2+地震荷載√√—√√√√——√3)常遇低水位情況+地震荷載√√—√√√√——√3.施工期情況1)未灌漿√—————————2)未灌漿遭遇施工洪水√√————————3)灌漿√—√√——————4)未灌漿遭遇施工洪水√√—√——————4.其他稀遇的不利荷載組合注1:上述荷載組合中,根據(jù)工程的實際情況選擇控制性的荷載組合進行計算。注2:地震頻繁地區(qū),當施工期較長時,應采取措施及時封拱。必要時,荷載組合考慮地震荷載。注3:施工期情況3)灌漿,應作必要的核算,作為特殊組合。拱壩應力分析時,可根據(jù)工程規(guī)模、壩的具體情況和不同的設計階段,至少計算下列內(nèi)容的部分或全部:a)各計算截面上的應力分布(包括拱端、拱冠和其他需要計算應力的部位);b)壩體上下游面在各計算點上的主應力;c)壩體削弱部位(孔洞、泄水管道部位等)的局部應力;d)必要時尚需分析壩基(特別是軟弱夾層、斷層等部位)內(nèi)部應力。拱壩應力分析中應根據(jù)其重要程度和必要性,研究下列問題:a)不同體形和布置對壩體應力分布的影響;b)基礎變形對壩體應力的影響;c)壩體內(nèi)大孔洞對壩體應力的影響;d)分期蓄水、分期施工和施工程序?qū)误w應力的影響;e)封拱溫度對壩體應力的影響,并優(yōu)選對壩體應力有利的封拱溫度;f)混凝土徐變對壩體應力的影響;g)在壩體橫縫灌漿以前,應驗算各單獨壩段的壩體應力和抗傾覆穩(wěn)定性;h)拱壩設有重力墩、推力墩或周邊縫時對壩體應力的影響。拱壩應力分析方法應滿足下列要求:SHP/TG002-5:201922a)情況比較復雜的拱壩(如拱壩內(nèi)設有大的孔洞、基礎條件復雜等),除用拱梁分載法計算外,還應采用有限元法分析。b)用拱梁分載法進行應力分析時,應結合地形、地質(zhì)條件,合理布置拱梁網(wǎng)格體系,在應力梯度變化較大處,宜加密網(wǎng)格。c)用有限元法進行應力分析時,基礎計算范圍應不小于1.5倍壩高,應力計算成果應進行等效處理。單元的剖分應達到設計所要求的精度,單元的型式應結合拱壩體形合理選用,計算模型應接近于實際情況,計算壩體自重應計及施工過程。控制指標應滿足下列規(guī)定:a)用拱梁分載法計算時,壩體的主壓應力和主拉應力,應符合下列應力控制指標的規(guī)定:1)允許壓應力:壩體的允許