1、p L 中华人民共和国电力行业标准混凝土重力坝设计规范条文说明主编单位：国家电力公司华东勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会命咆片也i锐、住2000北京目次3 总则.101 5 重力坝布置.102 6 坝体结构和世水建筑物型式.106 7 世水建筑物的水力设计.8 结构计算基本规定.120 9 坝体断面设计.124 10 坝基处理设计.133 11 坝体构造.142 12 坝体防裂及温度控制.148 13 观测设计.153 100 3总则3. O. I 本规范按照GB50199（简称（水工统标川的规定，对SDJ21 78混凝土重力坝设计规施及其1984年补充规定（简称原规范
2、）的设计原则进行了修订，并根据工程实践和科学研究等增加了有关内容。3.0.2 按本规范进行结构设计时，必须与按水工统标制订的DL5077、DL5073等各种水工建筑物设计规范、标准配套使用，不得与未按水工统标制订的水工建筑物设计规范、标准混用。当设计坝顶桥或通航建筑物时，可引用相应有关设计规范。3.0.3 关于坝高分类，原规范的规定仍然适用，因为我国现行SDJ218-84碾压式土石坝设计规范的坝高分类与此相同。到目前为止我国巳建成装机容量15MW、坝高70m以上的常态混凝土重力坝有26座；碾压泪凝土重力坝4座，在建7座。按已建成的坝统计，坝高70m以上的坝仅占13%左右。日本坝、工设计规范09
3、78年）规定：该规范对高度15m以上的混凝土重力坝、中空重力坝、拱坝和填筑坝的设计提供总的准则。对于特别高的坝或特殊情况的坝，必要时须作进一步的专门考虑。美国垦务局设计标准2号混凝土坝一一重力坝(1967年）对重力坝坝高分类：低坝30.49m (100英尺），中坝30.49m 91. 46m (100300英尺），高坝91.46m (300英尺）。经以上分析并考虑到为今后坝工设计规范留有余地，仍维持原规范规定。101 5重力坝布置s. 0.1 一般在坝型选定后考虑坝的布置。碾压混凝土重力坝与常态混凝土重力坝相比具有施工快、工期短、节省水泥等优点。但碾压混凝土重力坝层面多，处理不好易形成渗流通道
4、，影响坝体的抗滑稳定。因此，应经技术经济比较选定坝型。s.0.2 坝体是枢纽建筑物中的一部分，因此坝体布置应结合枢纽全面、合理地安排坝上各种建筑物的布置问题。泄洪建筑物往往是影响枢纽布置和其它建筑物安全的关键，若解决不好，会影响枢纽的正常运行，如发电、航运、过木等，冲刷其它建筑物及岸坡，甚至危及大坝安全。国内曾多次出现过这种情况。故本条规定，应首先考虑世洪建筑物布置。s.0.3 碾压混凝土重力坝枢纽布置以引水式或地下式厂房为佳，坝后式厂房次之。坝后式厂房坝内埋管采用水平布置可减少常态混凝土的提筑厚度，为上部或两侧的碾压混凝土铺筑创造条件。中、低坝以采用坝内底部埋管布置为宜，高坝以采用坝内上部埋
5、管下接坝后背管为宜，其进水口均宜布置在坝上游部分常态混凝土内与“金包银”常态混凝土防渗层相结合。s.0.4 主要根据国内外的设计运行经验总结。狭窄河道上的高坝，溢流坝与厂房重叠布置的工程实例见表10表1国内外水电站溢流坝与厂房重叠布置的工程实例电站建设或坝高装机最大泄洪厂顶单宽流量国家建成年坝型容量流量落差厂房型式名称份m 万kWm3/s 回3/(sm) m 上犹中国1955 空腹重67.5 4 1. 5 4940 32 82.3 溢流坝坝江1961 力坝内厂房枫树中国1970 宽缝重93.5 2 7. 5 8850 47 113. 5 溢流坝坝坝1983 力坝内厂房102 续表电站建设或坝高
6、装机最大泄洪厂顶单宽流量国家建成年坝型容量流量落差厂房型式名称份m 万kWm3/s m3/(s m) m 1976 空腹重溢流坝坝牛路岭中国90.5 4 2. 0 10845 45 148.0 1986 力坝内厂房5222 1970 拱形重（厂顶溢流）厂顶溢流乌江渡中国165 3 21. c 100.8 201 1983 力坝10444 厂前挑流（厂前挑流）1957 宽缝重4 7. 5 新安江中国105 13440 58.75 76 厂顶溢流1965 力坝自7.251976 宽缝重池潭中国78 Z 5.0 8520 43. 0 94. 7 厂顶溢流1980 力坝1986 漫湾中国重力坝132
7、1996 陆25.022000 262 厂前挑流托克托前苏1160 1978 重力坝215 陆30.0110. 9 58.0 厂顶溢流古尔联（设计洪水安东伊保加瓦诺1969 重力坝145 2060 98.5 60 厂顶溢流维奇利亚1 1.85 那格鲁法国重力坝llO 4000 60 83 厂顶溢流4 2.3 宽阔河道上的中、低坝用河床式厂房，高坝用坝后式厂房。溢流坝、过坝建筑物、冲沙闸等可分开布置，困难较少。两岸坝接头，如果当地有土石料，且地质条件较差时，宜选择土石坝接头；当地质条件较好时，可经混凝土坝与土石坝技术经济比较后选定。工程实例见表2o103 表2国内外若干宽阔河道上重力坝枢纽布置实
8、例电站名建设具帧高顶长装机容量称国家建成年坝理m 口1万kW枢纽其它建筑物份宽缝重力坝后厂房泄水底孔，升船1955 1121 丹江口中国坝两岸土84. 5 6 15 1973 (1353) 机，左、右岸土石坝折向上游石坝重力坝面板厂房，冲孔，船闸，左、右1985 1084 铜街子中国82 4 15 岸面板堆石坝左岸折向上1995 堆石坝(570) 游共长570mI黎、f河床式厂房，左、有1970 19 12. 5 葛洲坝中国混凝土闸坝53. 8 2606 岸土石坝接头，1、2、3#1991 2 17. 0 船闸，冲沙闸1958 宽缝重力坝2 5.72 河床式厂房，船闸，有岸土西津中国41 83
9、3 1966 有岸土石坝2 6.0 石坝接头1“、2厂房溢流坝，有岸委内堆石坝呈弧形，左岸堆石坝1963 10 29.5 古里重力坝162 1400 呈倒弧形，两岸堆石坝长共瑞拉1986 10 71. 2: lOkm，整个坝轴线呈倒“I，”型9 12. 5 1 U、2挝、俨厂房，蓄能厂1942 3 60.0 大古力美国重力坝168 1592 房，溢流坝，有坝肩坝轴线与1981 3 70.0 主坝轴线成64夹角6 5.0 5.0.5 开敞式溢流孔具有较大的世洪能力，且闸门开启方便，又便于排漂浮物，故推荐。泄洪设施设计应满足：能安全宣泄校核洪水；不影响下游建筑物的正常运行。坝址地形地质条件、水库淹
10、没对溢流坝的宽度和消能方案选择都是决定因素；溢流孔尺寸，应根据坝段分缝，选择统一宽度，简化设计。5.0.6 本条基本保留了原规范第9条的内容，并规定挑流消能的104 挑流水舌应不影响其它建筑物的安全和运行，必要时，应设置导墙是根据国内一些工程运行经验提出的。有的工程用挑流消能，存在冲刷岸坡影响坝肩稳定，或影响电厂运行、厂房交通和居民生活等问题。s. o.冗对原规范第11条，根据世水孔的功能作了泄洪孔和放水孔的分类，分别提出了设置条件。s.o.s s.o.9 基本保留原规范第12、13、14条的规定。s. 0.10 保留原规范第16条的规定外，并对过坝建筑物的进出口提出了要求。若船闸或升船机上游
11、引航道入口靠近泄洪建筑物或水电站的进口，当泄洪或发电时，水面会产生侧向流速影响船只的横向稳定。船只下游出口，靠近泄洪建筑物或厂房尾水出口时，船只会受到回流的影响。s. 0.11 本条基本保留了原规范第7条的内容，并规定了大、中型工程枢纽布置模型试验的要求。105 6 坝体结构和泄水建筑物型式6. 1一般规定6. 1. 1 原规范只提出按经济断面来确定坝体结构的布置，本规范则提出了根据整座大坝进一步总体优化的要求。近年来，不少重力坝已采用该方法，为优化奠定了基础。6. 1.2 本条强调各坝段的上游坝面应协调一致，主要是上游止水、廊道等布置的一致性，以便改善坝体的受力状态。下游面的外形，从外观的要
12、求也宜基本保持一致。6. 1.3 本条规定重力坝应根据DL5073进行抗震设计。6. 1.4 本条规定重力坝应根据DL/T5082进行抗冰冻设计。6.2 非溢流坝段6.2. 1 本条根据已建混凝土重力坝的剖面，规定了三角形基本剖面顶点的位置，使坝体剖面具有可比性。6.2.2 原规范第20条规定了坝顶高程应高于水库静水位，但未给出水库静水位的明确定义，为此，本规范作了坝顶高程应高于校核洪水位的规定。6.2.3 本条规定了确定非溢流坝段坝顶宽度应考虑的一些因素。我国一些已建、在建重力坝的坝顶宽度见表3。表3我国部分已建、在建重力坝坝顶宽度坝名坝高m坝顶宽度m坝名坝高m坝顶宽度m镜泊湖IO. 9 2
13、. I 新安江105 8. 5 石塘38.9 5,4 三门峡106 20. 2 黄坛口44.0 4, 5 大广坝份57 8. 5 参窝50.3 6.0 锦江骨62.65 7.0 丰满91. 7 9.0 江埋128 12. 0 106 续表坝名坝高m坝顶宽度m坝名坝高m坝顶宽度m纪衬22.0 4, 0 水丰106 8. 5 沙漠口40.0 1.1 湖南镇129 7. 0 富春江47,7 9.1 荣地幡57 s.o 古囚71. 0 6. 0 棉花滩钊111 7.0 水口101 18.0 五强溪85.83 8. 0 注2带“骨”者为碾压混凝土重力坝。常态混凝土非溢流坝段的坝顶宽度变化较大，而碾压棍凝
14、土重力坝的坝顶宽度变化起围较小，但最小宽度常态混凝土重力坝较碾压混凝土重力坝为小。6.2.4 常态混凝土重力坝非溢流坝段，当坝体内设有发电引水管、泄水孔等设施时，应充分考虑进水口闸门槽布置和启闭闸门的方便，因此规定游折坡点高程应结合这些设施进水口的布置一并考虑。对整体式重力坝，考虑到坝体横缝灌浆后上游的水荷载将由悬臂梁和水平梁共同承担，下游坝坡可稍陡，但需经计算分析后确定。实体重力坝的上游坝坡，不宜缓于1: o. 2，否则会在满库时，坝踵处的应力明显减小，有时达不到规定的设计要求。当坝体设置纵缝时，考虑纵缝的影响，上游坝踵会出现较大的拉应力，需在上游面加压重混凝土，才能消除，增加了工程量和投资
15、，所以考虑到上游坝坡对坝体应力的影响，坝坡不宜太缓。6.2.s 碾压混凝土重力坝采用干硬性混凝土、使用大型运输和摊铺机械连续挠筑、用振动碾碾压，为了更有效地发挥其优点，达到缩短工期、降低工程投资的要求，采用通仓浇筑，不设纵缝，横缝也是在平仓或碾压后用切缝机切割，体型上就应力求简单化，以方便施工。6.2.6 宽缝重力坝因形心偏向上游，应力条件较实体重力坝有利，因而在相同条件下，上游坝坡可稍缓。宽缝宽度根据我国已建宽缝重力坝的实践经验，宽缝过大时，迎水面将出现水平拉应107 力，以致形成劈头裂缝，故仍维持原规范规定，取坝段宽度的20%40%；对有引水管、泄水孔、导流底孔等大孔洞的宽缝重力坝段，其结
16、构受到削弱时，宽缝宽度应经过论证确定。6.2.1 本条保留原规范第23、24条的规定。6.2.8 基本保留原规范第25条的规定，并补充了有关宽缝顶部高程的要求。6.2.9 6.2. 10 根据已建工程的实践对空腹重力坝的体型作了规定。6.3溢流坝段6.J. 1 原规范推荐采用幕曲线，近年来修建的一些工程大多采用，该曲线具有堪面负压小，流量系数大的优点，特别是WES曲线具有与各种上游坝坡相衔接的特点，并通过一系列试验研究给出了大量成果，便于使用，因此，本规范推荐该曲线。除此而外，70年代以来，有限单元法也作为一种新的数值计算方法应用到流体力学领域，国内外已有许多学者致力于这方面的研究并取得了许多
17、成果。但目前已有的各种解法以二维理想势流的假设作为基础，将问题转化为拉普拉斯定解问题，通过选取某一相应的泛函，并应用固定区域或可变区域、可变流量的变分原理，进而转化为求解一系列线性方程组或一个非线性代数方程组。不过，实际溢流坝段溢流时，由于水的蒙古性、坝面糙率等的存在，必然要考虑边界层及沿程能头损失；此外，还要考虑实际滥流时闸墩等边界的影响，因而必须建立三维溢流计算模型。如美国陆军工程师团水道试验站的堪面负压试验成果就完全可看出（见附录A）实际堪面上的压力分布是不一致的，其最大的负压出现在靠近闸墩的埋顶部位，这就说明，目前的数值计算成果尚有待进一步研究，但今后一旦建立三维溢流计算模型，仍然是一
18、种好方法，因此，本规范也补充了这方面的内容。6.J.2 原规范中曾规定选择溢流坝的堪面曲线，应符合如下条件：1)常遇洪水位闸门全开时不得出现负压；108 2）校核洪水位闸门全开时出现的负压不得超过39.8lkPa 6 9.8lkPa; 3）正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时（以运行中较常出现的开度为准，可允许有不大的负压值，应在设计中经论证确定。鉴于我国东北勘测设计研究院在丰满溢流坝进行原体现测时发现负压值在79.8lkPa以内，未发生空蚀破坏，1976年出版的美国陆军工程师团水力设计准则中则明确规定：“溢流堪的定型设计水头的选定，应使在可能的最大水头时，垣顶最小水压力不低于一6.19.8l
19、kPa，以保证运行时不发生空蚀现象。”为此，本规范将原规范的前两个条件合并为校核洪水位闸门全开时堪面出现的水压力不得低于一69.8lkPa。至于正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时，因运行机会多，应避免空蚀影响，宜仍保留原规范第3条的规定。6.J.3 原规范第30条提出溢流坝的反弧段应结合下游消能设施统一考虑，但只给出相应于挑流消能衔接的反弧段半径范围，未涉及到底流、扉流消能衔接反弧半径的表达式。为此本规范对挑流仍维持原规范的规定；底流衔接时的反弧半径推荐周文德在明渠水力学中推荐的公式；扉流衔接时的反弧半径取自陕西省水利科学研究所推荐的选择范围，该范围是根据乌江渡、安康、石泉、宝珠寺、宝鸡峡、
20、板桥、潘家口、偏窗子、大黑汀，古阿伐博、城山、烟剃第一、大乌、佐久间、布格斯岛、中心山、克拉克山、大古力、绿斯博罗、首闸岩、穆尔多克、本思森林、斯图尔瓦尔特图、原野河、达维斯共27个工程实际尺寸或试验成果确定的，有充分的经验依据。6.J.4 6.J.s 保留原规范第31、32条的规定。6.J.6 按DL/T5082对原规范第33条作了修改。6.J.7 6.J.8 保留原规范第34、35条的规定。6.4坝身泄水孔6. 4. 1 本条对坝身泄水孔的布置原则作了一些综合性说明。109 6.4.2 坝身泄水孔按其设置的高程可分为中孔和深孔（包括底孔）两类。国内水利水电工程中采用无压孔和有压孔的都有。有
21、压孔水道中的压力与流态较稳定，一般不会出现空蚀破坏，但衬砌所需费用较大，工作门与检修门分设两处，运行管理也不方便，枫树坝和云峰等工程采用有压深孔。无压孔进口压力段很短，水头损失小，明流段水力条件明确，砌衬所需钢材较少，但进口段门槽处体型不连续，明流段不易稳定，易产生空蚀破坏。我国对短进水口无压孔作了许多研究工作，取得了明显成效，龚嘴、丹江口、刘家峡水电站右岸泄洪洞，八盘峡泄洪闸，石泉、宝珠寺水电站左底孔，葛洲坝水利枢纽三江冲沙闸等20多个工程均采用了元压孔，效果良好。两种坝身泄水孔各有优缺点，应通过技术经济比较选定，但不论选用哪种孔口，均应避免有压流与元压流交替出现，因为这会使孔内水流的动水压
22、力、流速与流量等水力因素产生周期性变化，对泄水孔的受力状态、泄流能力、出口消能等都将产生一系列不利的影响。6.4.3 本条强调无压孔在平面上应布置成直线，以力求水流的稳定，如果必须成弯道，应慎重布置并经水工模型试验论证。6.4.4 本条保留了原规范第38条中有关元压孔孔顶安全余幅的要求，此外也补充了我国近年来对元压孔体型尺寸的研究与工程实践上行之有效的成果。6.4.5 本条规定了有压孔的体型布置。6.4.6 649 保留原规范第3942条的规定。6.4. 10 坝内导流底孔和溢流坝面同时过流时，由于导流底孔出口闸门槽顶部进气不畅造成门槽下游孔顶部位空蚀，此外，导流底孔进口段因闸门门槽顶部进水，
23、也会导致底孔边墙空蚀。此种现象以往在丹江口、盐锅峡坝汛期导流运行时发生过，为了防止这种情况在今后设计中重现，仍保留原规范第67条的规定。6. 4.11 保留了原规范第43条的部分内容。110 7 泄水建筑物的水力设计7. I一般规定7. I. I 保留了原规范第44条规定。7, 1.2 规定了世洪建筑物等级应按SDJ12一78及补充规定确定，泄洪标准应按GB50201的规定确定。1. 1.3 保留了原规范1984年补充规定第2条的内容。7. 1.4 泄水建筑物的水力设计计算，保留了原规范附录一所列的大部分计算公式。对护坦、鼻坎上脉动压力估算公式及护坦上消力墩所受冲击力计算公式不列入本规范，应按
24、照DL5077的规定计算。在本规范附录C中未列面流、扉流计算公式，可参考有关经验公式计算。7, 1. 5 1)、3）款基本保留了原规范第46条的内容。2）款保留了补充规定第2条的部分内容。7. I.6 本条规定了选择消能型式应考虑的因素。1. 1. 7 在原规班第47条中规定，挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝。在调研中发现，国内外已建工程在坝高低于30m时，采用挑流消能的也不少，且有的工程已经运行了30年40年，运行情况良好，所以在本规范中把低坝也列入。但考虑到低坝水头低，挑射水舌挑距近，下游冲刷可能会影响坝脚，所以低坝采用挑流消能时需经论证才能选用。高坝采用挑流消能时，应考虑雾化对建筑物的
25、影响。1. 1.s 基本保留了原规范第49条的内容，补充了底流消能适用于中、低坝，高坝采用底流消能应经论证的规定。当高坝下游基岩软弱或挑流雾化对建筑物和设施运行影响大，且防护困难或工程量大时，经论证也可采用底流消能。1.1. 9 基本保留了原规范第51条的规定。但在调研中发现广西西津水电站（坝高41.Om）采用面流消能，坝脚被刷深2m，河床111 被刷深lOm以上，下游波浪爬高1.5m z. Om, 3km内岸坡被冲刷发生塌方。富春江水电站（坝高47.7m）采用面流消能，坝下游河床冲刷深7m，河岸岸坡冲刷塌方，波浪爬高约6.Om，发电尾水抬高1.Om。其它坝高超过40m50m的工程，坝下冲刷情
26、况类似。因此，本规范规定面流消能适用于水头较小的中、低坝。7. 1. 10 基本保留原规范第53条1的内容。1. 1. 11联合消能有宽尾墩一挑流、宽尾墩消力扉、宽尾墩消力池等型式。如潘家口、隔阿岩工程采用宽尾墩一挑流，安康、五强模工程采用宽尾墩一底流消力池，岩滩工程采用宽尾墩一辟式消力池。五强模水电站，下植校核洪水流量56100m3/s，设计洪水流量47800旷s，洪水流量大，坝址河床狭窄，地质条件较复杂，基岩抗冲能力较低（允许抗冲流速5m/s6m/s）。该工程先后比较了挑流、消力扉、底流消力池、周池结合等方案，初步选定了底流消能方案。但消能率较低，下游波浪较大，最大波高5m7m，消力池中收
27、缩断面处平均流速达29.Om/s 31. Om/s，不宜设置辅助消能设施，后经试验研究，采用了宽尾墩底孔（挑流）一消力池的联合消能。溢流前沿长度缩短24m，消力池长度缩短50m,开挖量减少109万m3，混凝土工程量减少4万m3，下游最大波高lm3m。岩滩水电站，下泄校核洪水流量34800m3/s，设计洪水流量30500m3/s，洪水流量大，坝址河床狭窄，河床基岩比较坚硬、完整性较好，允许抗冲流速6m/s8m/s。原设计方案为直尾墩扉式消力池消能方案，后经试验研究，采用了宽尾墩扉式消力池的联合消能，该型式比单一阵式消力池消能时扉底最大流速减少43%23%，尾水波浪高度削减59%73%，下游河道表
28、面流速削减44%。1. 1. 12 泄水建筑物的闸门，应同步、对称、均匀地启闭，也可设分区隔墙，采用分区同步、对称、均匀启闭，控制流态稳定，对下游减轻冲刷和流态稳定至关重要。如黄坛口水电站由于闸门运112 行不妥而加剧了回流淘刷。西津水电站由于闸门不规则间隔开启，产生回流淘刷基础。富春江水电站由于闸门经常间隔和相邻数孔开启，造成坝下冲刷与鼻坎空蚀，间隔开启，也易造成关闭孔与开启孔间的复杂立轴旋涡，卷起砂石撞击鼻坎与坎墙，后来闸门采用同步、均匀启闭的运行方式，改善了下游流态，鼻坎未见空蚀，下游冲坑亦未再加深。1.1.13 将原规范分散在各条款中有关进行模型试验的要求集中列出一条，减少重复。1.2
29、 泄流能力及消能计算1.2. 1 将原规范第28条的开敞式溢流孔和设有胸墙时采用孔口泄流的计算公式列入。1.2.2 保留了原规范第56条的内容。7.2.3 基本保留原规范第48条的部分内容。挑流水舌挑射距离的计算，按照原规范附录一的公式列于本规范附录C中。对原附录一附图中的挑距L修正为L。挑距L为坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与冲刷后河床面交点的水平距离。挑流水舌跌入下游河床的最大冲坑深度可按照附录C计算最大冲坑水垫厚度减去下游水深求得。与原规范附录一的估算公式相比，冲刷系数符号改为目前常用的是，是值变幅较大，选用不统一，原规范中冲刷系数分成三级，且较简单。因此，本规范根据东北勘测设
30、计研究院、长江科学研究院和清华大学等单位在大量的调查研究和试验基础上，将岩石分成四类，冲刷系数是值分四级，详见附录C。7.2.4 保留了原规范第50条的内容。1.2.s 基本保留了原规范第50条1的内容。关于尾水淹没度原规范第50条2中规定可按o.95 1. 05倍跃后水深选用，通常尾水深可略低于跃后水深。根据水工模型试验和工程实践经验，如消力池护坦上未设辅助消能设施，尾水淹没应为1.05 1. 10。淹113 没度若小于1.05易形成远驱水跃，若大于1.10易形成回复底流，二者均将引起消力池下游的冲刷。1.2.6 1.2.1 基本保留了原规范中第57条的内容。护坦、鼻坎、溢流式厂房顶板的脉动
31、压力和消力墩（包括尾坎等）所受冲击力的计算，应按照DL5077的规定计算。7,3 高速水流区的防空蚀设计7,3, I 保留了原规范第55条的内容，增加了高速水流流经差动式鼻坎、窄缝式鼻坎、扭曲式鼻坎和分流墩时，应防止空蚀破坏。如湖南拓漠水电站矩形差动式挑流鼻坎在1961年泄洪时发生了较严重的空蚀破坏。7.3.2 保留了原规范第55条水流空化数的估算公式。因目前常用的水流空化数的符号为，所以将原规范中估算公式中k改为旨。7,3,3 水流边壁表面的不平整度控制或处理标准是高速水流泄水建筑物普遍存在且应予重视的一个问题。在丰满溢流坝、拓溪溢流坝、新安江溢流坝、乌江渡溢流坝、以及刘家峡、碧口泄洪洞，都
32、先后进行了不平整突体（指的是跌坎、升坎或与水流方向成正交的施工缝）空蚀情况调查。并且在丰满水电站与乌江渡水电站都进行了人工不平整度突体试验，尤其是在乌江渡水电站比较系统地进行了不平整度试验。前苏联学者，通过系统地试验，根据不同的水头、不同突体高度，得出溢流坝面突体免遭空蚀的允许坡度。乌江搜大坝的原型试验资料和前苏联学者的系统试验资料参见附录C。在设置掺气设施后，溢流面的不平整度控制标准可以放宽。对易发生空蚀的部位或区域采用防空蚀性能好的材料，如采用高强混凝土、高强硅粉混凝土、高强硅粉钢纤维混凝土、环氧树脂砂浆混凝土、聚氨脂砂浆混凝土等，以及铜板、钢轨、条石、铸石板等材料。7,3,4 水流掺气是
33、泄水建筑物表面减免空蚀的重要措施，1960年美国首先在遭到空蚀破坏的大古力坝泄水孔中应用掺气槽取得114 成功。我国70年代开始研究并应用于冯家山和乌江搜等水电工程中的掺气减蚀措施，运行效果良好。国内几个泄水建筑物采用掺气减蚀设施的实例详见表4。表4国内几个泄水建筑物采用掺气减蚀设施的实例序号泄水建筑物名称最大流速掺气设施型式建成运行情况备注mis 年份1 冯家山泄洪洞29.6 上齿坎槽组1978 无空蚀合式，下跌坎在反弧前后运行2000h2 石头河泄洪洞40.6 均设坎槽组合1981 式掺气以上无空蚀运行126h元溢流坝42.0 坎槽组合式1982 空蚀，3.6cm垂掺气槽直升坎后有空3 乌
34、江疲蚀斜坡段末端无空蚀，高于左岸泄洪洞43. 1 设一道坎槽1982 2. lcm垂直升坎后有空蚀4 东江二级放空洞38.6 门后设一道1986 突扩跌掺气中孔40.0 三道挑坎与1986 跌坎组合式5 龙羊峡一道突跌三运行1583h,表面不平底孔大于40道坎槽组合式1986 底板与侧墙均整造成有破坏右岸泄洪洞34.0 两道掺气坎1990 6 鲁布革左岸溢洪道35. 0 两道坎槽组1990 1991年过水合式掺气Zh有局部麻丽7 白山溢流坝44. 0 一道掺气坎运行良好7.3.5 保留了原规范第55条的部分内容。7.4 消能防冲设施的设计7. 4.1 总结了目前国内外挑流消能采用的鼻坎型式。国
35、内多数采115 用连续式和差动式鼻坎，也有采用其它型式的鼻坎。1）挑流鼻坎采用差动式，根据近几年实践发现，若矩形坎设计得当，不定会发生空蚀，如丰满、狮子滩、梅山水电站等工程的溢洪道均采用矩形齿坎，而未遭空蚀破坏；若设计不当，就是体型较好的梯形齿坎也仍然会发生严重的空蚀破坏。另外古田一级、新安江、安砂、池潭等水电站溢洪道相继采用了带掺气孔的差动式鼻坎，虽然齿坎尺寸不同，且掺气孔布置型式略有差异，但经过多年高水位泄洪运行，均未发生空蚀破坏，防蚀效果甚好（见表5）。50年代南京水利水电科学研究院在选定狮子滩溢洪道差动式鼻坎挑角时，曾对上齿坎挑角和下齿坎挑角的差值进行了试验研究，认为挑角差值5。10。
36、较好。丰满、狮子滩、梅山溢洪道的矩形差动式挑流鼻坎的挑角小于10，上齿宽与下齿宽之比大于1，齿高差约1.Sm，这三个工程鼻坎虽然未设掺气孔，但齿坎均未受到空蚀破坏。古田一级、新安江溢洪道的矩形差动式挑流鼻坎的挑角差虽然较大0018。），但由于采用了掺气孔，未发生空蚀破坏。新安江溢洪道为了减少横向水流在高坎顶的棱角处分离，将棱角做成半径为0.12m的小圆弧，效果也较好。2) 70年代起窄缝式消能型式在东江、安康、东风、拉西瓦、龙羊峡、二道河子等水电工程相继进行了大量试验研究工作。如东江溢洪道采用了窄缝式消能型式，建成后原型观测表明，该消能型式使挑射水流在空中获得了良好的竖向和纵向扩散，减轻了对下
37、游河床的冲刷，对东江这类狭窄河谷和高水头溢洪道深孔）泄洪消能效果显著。根据东江等几个国内外水电站成功的经验（见表6），窄缝式挑流坎体型参数宜取收缩比o.15 o. 5；长宽比，在中、深孔大流量、低弗氏数时，取0.751.5，相应收缩比应取较大值；在表孔，高弗氏数时，长宽比宜取1.53.0，相应收缩比应取较小值；底板的挑角宜取0。或为正、负小挑角。3）扭曲式鼻坎是一种新型的挑流鼻坎，是在鼻坎侧墙和底板上增加“曲面贴角”而形成，采用该鼻坎的目的在于使高速水流急剧转向，水舌纵向拉开并与下游河道的水流平顺衔接，即控制116 转向角度和入水落点。它的特点是鼻坎短，适应的导向角大0。50。，水舌挑距远，水
38、舌内缘拉开较长，已在龙羊峡、安康和水口等水电站工程中应用，效果良好。表5几个差动式挑坎的设计参数序完建差动式运行挑角差齿宽比齿高反弧半径m号工程名称时间挑坎状况01 02=t.0 b,/b, 差a型式口】Ri R, 1 丰满溢1953 矩形未空40-30。101/1. 73= o. 58 洪道年蚀1. 5 12 12 2 狮子滩1956 矩形禾空1. 3/2=0. 65 溢洪道年蚀32。26。6。1. 5 15.045 17.225 3 梅山溢1959 矩形禾空44。40=4洪道年蚀7. 5 8. 9 拓溪溢1963 原矩形严重40。一13。273. 4/4. 6=0. 74 2. 75 ll
39、. 0 17.28 4 洪道年现为空蚀梯形40。一20=201. 6 11. 0 15.0 5 新安江1960 民巨形，有未空30。一12=18 2. 5/2. 5= 1. 0 20 47 溢洪道年掺气孔蚀1 6 古田一级1973 民E形，有未空40。一25。15。1. 6/2. 56= 10.23 6 溢洪道年掺气孔蚀0.63 2.5 8. 89 7 黄龙滩1976 梯形未空34-24= 10 溢洪道年蚀1. 8 22. ll 19.0 8 安砂溢1978 矩形，有未空25。一15=10。2. 8/3. 6=0. 78 22.38 25.05 洪道年掺气孔蚀3. 5 左三孔9 池潭溢1978
40、 矩形，有禾空38。18=201.5/2.5=0.60 2.25 29.85 30 洪道年掺气孔蚀右二孔2. 18 18.40 22 25。一18=7。117 续表:1工叫：1宫1:;10，：M窗宽比b,/b, 高“齿差m -, . ” ” . . 表6圈内外工程采用窄缝式挑坎的设计参鼓序号工程名称泄水建筑物坝离收缩比长宽比挑角国名第一台机出口m 发电年份断面左岸溢洪道“ V ” 1 阿尔门德拉202 2.5/5 10/5 O 西班牙1970 （两孔形2 伊斯摩拉达三孔溢洪道237 20/48 哥伦比亚1975 3 东江溢洪道157 2.5/10 30/10 O 中国1987 矩形4 东风中孔
41、162 3/6 4. 5/6 10 中国1994 矩形5 龙羊峡溢洪道二孔178 3/10 15. 5/10 30 中国1986 矩形6 二道河子底孔2.5/36.5 9.0/36.5 O 中国矩形7.4.2 保留原规范第48条的部分内容。7.4.3 从收集到几个已建工程挑流泄洪引起雾化的实际情况来看，当坝下游两岸山体潜在不稳定因素时，雾化还会导致两岸边坡的不稳定，引起滑坡。尤其对干旱少雨地区更应重视，例如1989年龙羊峡水电站底孔泄洪时，水头在80m85m，形成较强的水雾，水雾作用在虎头崖不稳定岩体上，引起岩体塌滑，总方量约达87万m3。枢纽布置得合理的工程，雾化影响就小，甚至没有影响，反之
42、就易发生事故，所以在枢纽泄水建筑物设计时，消能和118 防雾化两方面要统筹兼顾，下游的建筑物及露天设置的电气设备、输电线路，应避开雾化区。如无法彻底避开，应采取必要的保护措施。7.4.4 7.4.7 基本保留了原规范中第49条、第50条3、第51条2的内容。7.4.s 安康、五强溪大坝为宽尾墩和底流消力池结合的联合消能，岩滩大坝为宽尾墩和扉式消力池结合的联合消能，这些联合消能在实际运行中，下游水流衔接平稳。宽尾墩的收缩比对扼制人池水流起重要作用，它对闸室水流实行收缩，过墩后再行突扩过程中局部水流进行调整，收缩比越小，消能率越高，但对于中、低坝而言，收缩到一定程度将影响闸孔泄流能力，此时闸室将产
43、生淹没流，增加振动因素，这两点应作为选用收缩比的控制标准。如五强漠的收缩比1/3，潘家口的收缩比Z/3，安康的收缩比Q.4，建议收缩比为1/3Z/3。安康、五强澳大坝联合消能的消力池底板，在泄洪中遭到不同程度的破坏，除了不可抗拒的原因外，就其消力池底板的整体性存在水平施工缝、止水不可靠等因素。因此，联合消能应考虑其泄洪功率大的特点，加强结构的强度和刚度。119 8 结构计算基本规定s. 1一般规定s. 1. 1 本规范按水工统标规定采用概率统计理论的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，以分项系数极限状态设计法代替原规范规定采用的单一安全系数设计法。s. 1.2 s. t. 3 内
44、容均按水工统标规定结合原规范内容编写的。对坝体断面的计算和验算内容与原规范基本相同。例如承载能力极限状态，验算承载能力和抗滑稳定，对护坦等尚应验算抗潭，在地震区的坝应进行抗震验算p正常使用极限状态，验算满库时坝体上游面拉应力，空库时，下游坝面的拉应力；验算影响坝体正常使用的变形，为运行监测提供参考p验算坝基防棒体抗渗能力的局部稳定。s.1. 4 s.1. s 三种设计状况，两种作用效应组合及进行一种或两种极限状态设计均为原规革所规定的。s. t. 6 1990年以前，南京水利水电科学研究院等9个单位对全国70余座水工泪凝土建筑物进行了耐久性及病害情况调研，其中大坝有32座，归纳起来有以下六类病
45、害z1）混凝土的裂缝；2）冲刷磨损和空蚀破坏p3）渗漏和溶蚀；4）冻融破坏；5）水质侵蚀p6）混凝土的碳化和钢筋锈蚀。此外，其它如碱骨料、低强度而风化剥落等，以上绝大部分属耐久性问题，因此必须提出耐久性要求，具体规定见ll.5大坝棍凝土材料及分区。120 s.2 承载能力极限状态计算规定8. 2. I s.2.2 承载能力设计表达式是采用五类分项系数，即结构重要性系数凡，设计状况系数，作用分项系数凡，材料性能分项系数Ye和结构系数几及其各设计变量的标准值表示的。作用及材料性能分项系数是根据结构功能函数中基本变量的统计参数和概率分布模型，经分析并结合工程经验确定的。作用标准值的取值继承了原规范的
46、标准，分项系数考虑对标准值的不利变异，按水工统标的规定确定，是超载系数的概念。本规范作用分项系数引自DL5077o材料性能的标准值根据混凝土强度试验、基岩与混凝土接触面抗剪断试验成果统计分析而定，分项系数用来反映材料实际强度对所采用的材料强度标准值的不利变异而定出，类似强度的降低系数。用来反映结构不同状况有不同的目标可靠指标，对应于持久状况、短暂状况和偶然状况，应分别取用不同的设计状况系数，由水工统标规定。Y。用来考虑结构或构件的重要性和失事后果，对应于结构安全级别的不同，应分别取用不同的结构重要性系数，其值由水工统标规定。rd用来反映作用效应计算模式的不定性和材料抗力计算模式的不定性，以及考
47、虑上述作用分项系数和材料性能分项系数未能反映的其它不定性。本规范中所给出的结构系数是采用可靠度分析方法，按给定的目标可靠指标，以坝体断面在不同作用效应组合和不同材料抗力下最佳逼近目标可靠指标而所得到的结构系数。8.3 正常使用极限状态计算规定8.3. I 正常使用极限状态设计表达式系按水工统标的规定给出，由于坝体的坝面拉应力与作用持续期长短有关，故规定对正常使用极限状态的验算，应分别考虑作用效应的长期组合和短期121 组合两种情况。对持久状况应分别考虑长期组合和短期组合；对短暂状况则只需考虑短期组合。本规范长期组合系数取1.0，因水工统标规定作用标准值取用年极值的分布的某个不利分位值，且混凝土重力坝设计经验控制设计的水荷载不因为长期作用而减小。对正常使用极限状态验算时，作用分项系数、材料性能分项系数都取1.0，结构重要性系数仍保留不变。8.4 作用及材料性能标准值s. 4.1 永久作用、可变作用标准值和偶然作用代表值在DL5077已作出规
