FCD71070
FCD
初步设计阶段水电建设项目 混凝土围堰设计大纲范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1995年2月
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水电站工程 混凝土围堰设计大纲
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. 设计的主要任务及工作内容 . .................................... 8 5. 设计原则与假定 . ............................................ 8 6. 围堰布置 . .................................................. 9 7. 围堰断面设计 . .............................................. 10 8. 堰体构造 . ................................................. 12 9. 基础处理 . ................................................... 13 10. 混凝土围堰施工 . .......................................... 14 11. 围堰布置 . ................................................ 15 12. 工程量计算 . ............................................... 16 13. 专题研究 . ................................................ 16 14. 设计成果 . ................................................ 16 附录A. 围堰抗滑稳定计算 ...................................... 17
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1 引 言
是以, 、 合利用的水利水电枢纽工程, 正常蓄水位 m, 最大坝高 m, 总库容
108m 3, 电站总装机容量年发电量4kW ·h, 灌溉面积104km 2。通航 t 级船队（舶）。
本工程可行性研究报告于 年 月审查通过, 选定坝址为 。
主要工程量:土方开挖 104m 3, 石方开挖4m 3, 混凝土浇筑4m 3。工程总投资 亿元, 施工总工期 年。
2 设计依据文件和规范
2.1 有关本工程文件
(1) 工程可行性研究报告；
(2) 工程可行性研究报告审批文件； (3) 初步设计任务书；
(4) 可行性研究阶段中间报告及审批文件； (5) 专题报告 2.2 主要设计规范
(1) 水利水电工程初步设计报告编制规程（DL 5021—93）；
(2) 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（SDJ 12—78）及（SDJ 217—87）（试行）及补充规定；
(3) 水利水电工程施工组织设计规范（SDJ 338—89）（试行）； (4) 混凝土重力坝设计规范（SDJ 21—78）（试行）及补充规定； (5) 混凝土拱坝设计规范（SD 145—85）（试行）； (6) 碾压混凝土坝设计导则（DL/T 5005—92）； (7) 水利水电工程施工导流设计导则： (8) 水利水电工程围堰设计导则;
(9) 水利水电工程设计工程量计算规定（修改稿）; (10) 水工碾压混凝土施工技术规范（SL 53—94）； (11) 内河通航标准（GBJ 139—90）。
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3 基本资料
3.1 坝址及坝线
可行性研究阶段选定的坝址为 , 坝线为 。 3.2 工程等级及建筑物级别
(1) 根据本枢纽工程的规模, 在可行性研究报告的审批意见和初步设计报告任务书中已审定, 本工程为 等工程；
(2) 根据SDJ 338—89（试行）表2.2.1确定围堰建筑物级别为级建筑物。 3.3 导流方式及设计洪水标准
导流方式 ；导流时段 ; 导流程序 。围堰型式 。围堰设计洪水重现期为 年，相应洪峰流量 m 3/s，相应上游水位为m, 下游水位为m, 纵向堰前水位 m 。 3.4 水文、气象资料
3.4.1坝址全年洪水和枯水时段洪水频率～流量关系, 如表1。
表1 坝址洪水频率～流量关系 单位: m3/s
3.4.2 坝址逐月流量特征，见表2。
表2 坝 址 逐 月 流 量 特 征 表 单位: m3/s
（ 年至 年）
3.4.3 历年典型年的洪水过程线。 3.4.4 坝址水位～流量关系曲线。
3.4.5 导流建筑物的水位～流量关系曲线。
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3.4.6 泥沙资料:
堰前泥沙设计淤积高程 m, 淤沙浮容重 kN/m3，内摩擦角 度。 3.4.7 坝址气温和水温, 如表3。
表3 坝 址 气 温 和 水 温 单位: ℃
（ 年至 年）
多年平均气温 ℃；极端最高气温 ℃；极端最低气温 ℃，气温骤降幅度 ℃，次数 次。
3.4.8 降雨量及冰冻期资料
表4 气象站 年降雨资料统计 单位:mm
多年平均降雨量 mm; 年最大降雨量 mm; 最大降雨强度 mm/d; 平均降雨天数 d 。
冰冻期为 月；结冰厚度 m; 流冰持续时间 d 。 3.4.9 坝址风速
相应于洪水期多年平均最大风速为 m/s; 风向为 ; 吹程 km 。
3.5 坝址区地形、地质资料
3.5.1 坝址区地形图（1/2000～1/500）。
3.5.2 坝址区地质平、剖面图（1/1000～1/500）。 3.5.3 围堰轴线地质纵、横剖面图（1/1000～1/500）。 3.5.4 堰基岩石与混凝土的物理力学指标：
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（1）堰基岩石为 岩石, 混凝土设计标号为 ；基岩容重 kN/m3，混凝土容重 kN/m3。
（2）允许抗压强度: 基岩 MPa; 混凝土 MPa 。
（3） 风化岩石变形模量 MPa, 弹性模量 MPa, 泊桑比 ；混凝土弹性模量 MPa, 泊桑比 。
（4）堰基岩石单位吸水量 L （min.m.m ）; 渗透系数 m/d。 （5）基岩及混凝土抗剪强度指标, 如表5。
表5 混凝土及基岩抗剪强度指标
3.5.5 本工程地震烈度为 3.6 水工建筑物设计资料
(1) 枢纽总平面布置图（1/1000～1.2000）。 (2) 各单项建筑物设计图及分项工程量统计数量。
(3) 溢流坝泄流能力曲线以及与导流有关的各孔、洞、缺口的泄流能力曲线。 3.7 其它与围堰设计有关和对围堰有要求的资料
(1) 砂、石料系数投产期为月; 生产能力t/h。 (2) 混凝土系统投产期为月; 生产能力m 3/h。 (3) 可能提供的施工机械设备的技术性能和数量。
(4) 围堰保护的永久建筑物型式、布置、施工程序和施工进度要求。 (5) 施工总进度及对围堰的施工期要求。
(6) 对施工期的通航、过木、水库淹没、移民等要求。 (7) 建筑材料及混凝土配合比试验成果资料。 (8) 水泥及混凝土等材料的热力学指标。
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4 设计的主要任务及工作内容
4.1 主要任务
本设计大纲的主要任务是在导流设计已完成, 导流方案和导流建筑物, 包括挡水建筑物和泄水建筑物已经通过技术经济比较, 同时已选定导流挡水建筑物为混凝土围堰或部分为混凝土围堰，在此基础上对混凝土围堰设计作原则性的指导。 4.2 设计主要工作内容
(1) 设计原则与假定; (2) 混凝土围堰布置; (3) 混凝土围堰结构设计; (4) 混凝土围堰基础处理设计; (5) 混凝土围堰施工; (6) 混凝土围堰观测与拆除。
5 设计原则与假定
5.1 设计原则
5.1.1 混凝土围堰设计除执行本《大纲》外, 还应符合有关规程、规范、标准的规定和要求。 5.1.2 围堰系围护水利水电枢纽工程永久建筑物施工的临时性挡水建筑物, 应充分考虑其运行时间短的特殊条件。
5.1.3 设计前应注重调查研究, 深入现场, 认真收集和分析研究有关水文、泥沙、地形地貌、地质、施工条件等设计资料。
5.2 设计假定
5.2.1 混凝土围堰断面设计一般情况按平面问题考虑, 并应以建基面的抗滑稳定及应力条件确定。如围堰深层基础有影响围堰稳定的软弱结构面, 应予复核其深层抗滑稳定性。 5.2.2 堰体断面一般由正常情况荷载组合控制。但要考虑采取防洪抢险措施后的围堰安全度。
5.2.3 混凝土围堰的抗滑稳定按刚体极限平衡法抗剪断强度或抗剪强度公式计算。断面应力按材料力学方法计算, 对于大型工程辅以有限元方法进行分析。
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6 围堰布置
6.1 围堰布置原则
6.1.1 围堰布置应根据枢纽布置、围堰型式、施工导流方案、施工总进度及地形、地质条件综合考虑。
6.1.2 围堰布置应满足被围护永久建筑物的施工要求；
(1) 基础开挖和混凝土浇筑施工机械及施工道路布置的要求； (2) 基坑抽水站布置及运行的要求；
(3) 上下游围堰背水坡距永久建筑物施工边线一般不宜小于10m; 纵向围堰不宜小于3m 。
6.1.3 围堰布置应考虑与左、右岸或其它建筑物连接的要求。
6.1.4 上、下游横向围堰通常呈直线布置（除拱式围堰外）, 但若为围护永久建筑物施工的需要, 也可呈折线布置。全线围堰的上、下游围堰轴线通常与河道水流方向垂直。 6.1.5 围堰布置应考虑水力条件。
6.1.6 围堰布置应避开两岸沟溪进入基坑, 并防止两岸沟溪水流对围堰坡脚的冲刷。 6.1.7 围堰布置应考虑交通条件, 尽量利用或兼顾两岸交通道路和满足施工期通航布置的要求。
6.1.8 围堰布置应考虑施工条件, 方便施工和拆除, 尽可能利用现有施工道路和施工设施。 6.1.9 围堰布置应考虑运用条件, 以便遇到超设计洪水时采取防洪抢险措施、基坑充水以及洪峰过后基坑排水平压。
6.1.10 围堰布置应符合工程量少、投资省的原则：
（1）尽可能与永久工程挡水或泄水建筑物相结合；
（2）围堰轴线应尽量短, 并应选择在覆盖层薄、基岩条件较好、地质构造简单的地段。
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6.1.11 混凝土围堰常用作纵向围堰和过水围堰。过水围堰的布置及断面型式应同时满足挡水和过水的运行要求。 6.2 围堰设计方案比较
6.2.1 围堰布置应进行多方案技术经济比较, 以选定最优方案为设计方案。
6.2.2 围堰设计应进行堰址和堰轴线方案比较, 以选定技术指标优、经济合理的方案。 6.2.3 混凝土围堰设计应进行断面结构型式方案比较, 以选定安全可靠、经济合理的方案。
7 围堰断面设计
7.1 荷载及其计算
7.1.1 作用在混凝土围堰的荷载
（1）堰体混凝土重。混凝土容重r= kN/m3;
（2）挡设计水位时的静水压力及水重。水容重r 03;
（3）淤沙压力或土压力。淤沙高程 m; 淤沙浮容重 kN/m3; 淤沙内摩擦角φn = 度。
（4）浪压力。计算风速 m/s; 吹程 km 。 （5）冰压力
（6）扬压力。计算断面排水孔距上游面距离L= m; 河床堰段扬压力折减系数α1岸坡堰段α2 扬压力计算图形如下:
7.1.2 荷载的计算, 应按《混凝土重力坝设计规范》SDJ 21—78（试行）、《混凝土拱坝设计规范》SD 145—85（试行）等有关规程、规范和专著计算。 7.2 荷载组合
7.2.1 围堰设计的荷载组合, 只考虑正常情况荷载组合, 即基本组合。 7.2.2 荷载组合, 见表6。
表6 荷 载 组 合 表
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注:(1)表中有*者为三种堰型均应考虑组合的项目；
(2)荷载(7)∆示为仅适用于混凝土拱围堰的项目；第(8)栏仅适用于过水围堰；
7.3 围堰抗滑稳定计算
7.3.1 混凝土重力式围堰沿堰基面的抗滑稳定计算, 应取代表性坝段或单宽进行计算。
7.3.2 常态混凝土重力式围堰沿堰基面的抗滑稳定计算, 应按抗剪断强度公式计算，主要核算建基面的抗滑稳定。计算公式如下：
K '=（f '·∑W+C'·A ）/∑P
（1）
式中: K'—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
∑W —作用于堰体上全部荷载对滑动面的法向分值, kN（包括扬压力）;
∑P —作用于堰体上全部荷载对滑动面的切向分值, kN（包括扬压力）;
f '—混凝土与基岩面的抗剪断摩擦系数; f'
。
C '—混凝土与基岩面的凝聚力, MPa;C'。
A —堰基面截面积, m2m 2。
7.4 围堰应力计算
7.4.1 混凝土重力式围堰（包括碾压混凝土围堰）的应力计算, 一般应包括堰基面、折坡处截面及堰体削弱部位的应力。
7.4.2 重力式围堰的应力计算, 采用材料力学方法计算, 并作为控制指标和设计断面。
7.4.3 重力式围堰在挡设计洪水及施工期情况下, 堰基面及堰体应力应符合下列要求：
（1）堰基面最大垂直正应力δmax 应小于堰基容许压应力; 围堰在设计洪水时, 迎水面允许有0.1～0.15MPa 以下的主拉应力, 堰体允许出现0.2MPa 以下的主拉应力。
（2）在施工期间, 下游堰趾垂直正应力允许有不大于0.1MPa 拉应力, 堰面可允许有不大于0.2MPa 主拉应力。
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7.4.4 围堰应力计算除正向挡水工况外, 还需复核反向挡水工况。
7.5 围堰断面体形设计
7.5.1 围堰断面体形设计应能满足规定的各种用途, 达到安全、经济, 便于施工, 特别是快速施工和便于拆除的目的。
7.5.2 围堰断面设计应力求体形简单, 堰体洞室尽量少, 迎水坡堰面尽可能采用直立面, 背水坡1:0.6～0.75。对于拱式围堰, 以采用单曲拱型为宜。不设纵缝, 尽量少设或不设横缝, 以便于施工和加快施工进度。
8 堰体构造
8.1 堰顶高程
8.1.1 堰顶高程应根据水力计算成果、施工、防洪、通航、发电等要求, 综合各种因素通盘考虑, 重要工程还应通过水工模型试验对比分析确定。
8.1.2 不过水围堰按水力计算确定的堰顶高程, 按下列公式计算：
（1）上游堰顶高程
H uc =Hu +hω+δ （2）
式中: Huc —上游堰顶高程, m；
H u —上游设计洪水静水位, m；
h ω—波浪高度, m; 按SDJ 21—78（试行）附录二公式计算。
δ—安全超高, m；
（2）下游堰顶高程
H bc =Hd +δ （3）
式中: Hbc —下游堰顶高程, m;
H d —下游设计洪水位, m;
δ—安全超高,m 。
安全超高δ值, 4、5级围堰采用δ≥0.3m 。
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8.1.3 过水围堰按水力计算确定的堰顶高程, 按下列公式计算:
（1）上游堰顶高程
H uc =Hu +hω （4）
（2）下游堰顶高程
H dc =Hd
（5）
上两式符号意义同式（4）、（5）。
8.2 堰体构造
8.2.1 堰顶宽度应满足防洪抢险和机械施工的要求, 一般不宜小于
3m 。
8.2.2 围堰体内的廊道应尽量少设, 但为了基础帷幕灌浆和排水之需, 一般仍需设置基础灌浆、排水廊道。
8.2.3 混凝土围堰应根据地形和地质条件的不同设置横缝（伸缩缝）, 以适应堰体温度变化
和不均匀沉陷的要求, 但不宜设置纵缝。横缝须设止水。
8.2.4 为保证围堰和基坑的安全, 根据洪水预报情况, 在围堰过水前一般应进行基坑充水, 使基坑形成一定水垫, 设计应考虑预充水设施。
8.2.5 根据其受力和应力情况选用, 围堰混凝土标号。
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9 基 础 处 理
9.1 基础处理的一般原则和要求
9.1.1 作为混凝土围堰的基础必须符合下列要求：
（1）具有足够的强度, 以承受堰体压力;
（2）具有足够的整体性和均匀性, 以满足堰基抗滑稳定要求和减少不均匀沉陷；
（3）具有足够的抗渗性, 以满足渗透稳定的要求。
9.1.2 混凝土围堰建基面高程, 应根据堰基应力及基岩的物理力学特性综合考虑确定。
9.1.3 围堰基础面的上、下游高差不宜过大, 并尽可能向挡水侧倾斜。若基础面高差过大或向背水侧倾斜, 宜开挖成大台阶状。
9.1.4 基础中若存在局部的工程地质缺陷, 如埋藏不深的溶洞、溶蚀面、断面破碎带、夹泥裂隙等应予挖除。如埋藏较深挖除困难或工程量太大时, 应进行专门研究采取有效的处理措施。
9.2 基础防渗灌浆及排水设计
堰基的固结灌浆、防渗帷幕灌浆及排水设计, 应根据基础的工程地质和水文地质条件, 并结合围堰的高度和工程的重要性决定。设计应尽量简化。
为降低堰基的渗透压力和排除渗水, 基础排水宜设1～2排排水孔。帷幕孔和排水孔孔距宜根据基础渗透情况和类似工程拟定, 一般为2～5m 。
9.3 基础固结灌浆及断层破碎带和软弱夹层的处理
10 混凝土围堰施工
10.1 围堰施工进度应满足工程施工总进度要求, 在保证围堰施工质量的前提下, 尽量加快施工进度, 为永久建筑物提前施工创造条件。
10.2 围堰施工设计需研究围堰的施工程序、施工方法、施工机械设备、劳动力、施工布置、施工进度以及先进施工技术的应用等问题。
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10.3 统筹考虑纵向围堰与上、下游围堰的施工程序及施工进度, 为提前进行基坑排水创造条件, 以加快永久建筑物施工。
10.4 混凝土围堰通常是在土石或草土围堰的围护下干地施工, 需研究分析土石（或草）围堰施工、基坑排水、混凝土围堰基础开挖和混凝土浇筑施工工期及控制性进度, 并采取措施在汛期将混凝土围堰浇筑至枯水位以上, 以满足渡汛要求。
10.5 混凝土围堰施工宜采用起重机起吊混凝土料罐入他。
11 混凝土围堰观测设计与拆除
11.1 混凝土围堰观测设计
11.2 混凝土围堰的拆除
11.2.1 围堰拆除范围及拆除断面（宽度及高程）除应满足永久建筑物运行的要求, 尽量减少拆除工程量外, 对分期导流的一期围堰拆除还需满足二期导流及截流泄水的要求。
11.2.2 围堰拆除需研究确定拆除程序、拆除方法、施工进度和施工机械设备数量。必须满足施工总进度要求。
11.2.3 围堰拆除通常安排在汛后进行, 为利用围堰挡水逐月下降的特点, 围堰拆除程序宜从上到下、从背水坡向迎水坡, 以使围堰继续起挡水作用, 尽量减少水下拆除方量。各月拆除高程及拆除部位应视各月挡水位而定。
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11.2.4 混凝土围堰拆除通常是采用爆破方法进行拆除, 应严格控制最大装药量, 以确保永久建筑物的安全, 同时使混凝土墙体爆块尽可能小, 以便于水下清除和运输。
12 工程量计算
12.1 混凝土围堰工程量计算的项目一般包括:
（1）土、石方开挖;
（2）混凝土；
（3）钢筋及钢材;
（4）固结灌浆;
（5）帷幕灌浆;
（6）基础排水孔;
（7）止水片;
（8）拆除工程量。
12.2 混凝土围堰工程量计算, 应按建筑物设计的几何轮廓尺寸进行计算, 据此算得的工程量再乘以相应的设计阶段系数。
12.3 初步设计阶段, 围堰工程量的阶段系数按其工程规模的不同采用不同的系数, 应参照1992年2月水利部能源部东北勘测设计院《水利水电工程设计工程量计算规定》（修改稿）选用。
12.4 围堰与坝体或永久水工建筑物相结合的部分应计入永久工程量中。
13. 专题研究（必要时）
14. 设计成果
14.1 报告计算书
（1）初步设计报告书;
（2）有关试验报告;
（3）专题研究报告;
（4）计算书。
14.2 混凝土围堰布置图（包括平面、部面图）;
14.3 围堰工程量汇总表。
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附录A
围堰抗滑稳定计算
A1 对于小型工程, 若无条件进行试验时, 也允许按抗剪强度公式计算:
K=f·∑W/∑P （A1）
式中: K —按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
f —混凝土与基岩面的抗剪摩擦系数。
∑W 、∑P —符号意义同（1）式。
K '和K 值的控制指标（不分工程等级）定为:K'≥3.0, K≥1.05。
A2 碾压混凝土重力式围堰的抗滑稳定计算, 应按抗剪断强度公式同时核算建基面和碾压混凝土层间面的抗滑稳定。
计算公式及其符号意义同式（A1）。
混凝土与建基面: f'= ；C '= MPa 。
碾压混凝土层间面: f'= ；C '= MPa 。
混凝土与基岩面的f '和C '宜经野外及室内试验测定。碾压混凝土层间面的f '和C C'值, 若无试验资料, 可参考类似工程采用。岩滩碾压混凝土围堰水泥用量为45kg/m3，混凝土层间试验值为: f'=1.05～1.36, C'=0.59～1.40MPa; 碾压混凝土大坝水泥用量为55kg/m3, 根据现场试验值, 设计采用混凝土层间面的f '=1.1, C'=0.8MPa。
A3 对于小型工程, 无条件试验时, 也允许按抗剪强度公式计算。
计算公式及其符号意义同式（A1）。
式中: f= 。
K '和K 值的控制指标（不分工程等级）为:K'≥3.0;K ≥1.05。
如岩滩碾压混凝土围堰设计, 经过专门论证和技术主管部门审批后, 基本组合采用K '≥2.5。 A4 混凝土拱围堰的抗滑稳定计算, 除核算坝肩拱座岩体的整体抗滑稳定外, 还应对分高程拱圈稳定进行计算, 采用刚体极限平衡法的抗剪断强度或抗剪强度公式计算：
K '=（f '．∑N+C'·A ）/∑T （A2）
K=f·∑N/∑T （A3）
或
式中: K'、K —分别为按抗剪断或抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
∑N —垂直于滑动方向的法向力, kN（包括扬压力）；
∑N —平行于滑动方向的滑动力, kN（包括扬压力）；
A —计算滑动面的面积, m2；
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f 'f —分别为滑裂面的抗剪断和抗剪摩擦系数;
C '—滑裂面的凝聚力, MPa。
f '，C 'MPa ；
f '。
A5 如拱围堰的堰长与堰高的比值≥5.0时, 尚宜按单宽核算其抗滑稳定K '或K 值。K '和K 值的控制指标, （不分工程等级）定为:K'≥3.0; K≥1.3。
对于大型工程或复杂情况, 可辅以有限元法进行分析。
A6当堰基内存在不利的软弱结构面时, 应核算堰体带动部分堰基的抗滑稳定性, 即进行深层抗滑稳定计算。
对于双斜面的深层抗滑稳定计算, 建议采用刚体极限平衡法等稳定安全系数公式计算。计算公式如下:
K '-1={f'-1[（∑W+G-1）·cos β-R ·sin （φ—β）—∑P ·sin β—U -1]
+A-1·C '-1}/[（∑W+G-1）·sin β—R ·cos （φ—β）+∑P ·cos β] (A4) K '-2={f'-2[G-2·cosT —U -2+R·sin （φ+γ）]
+A-2·C '-2}/[R·cos （φ+γ）—G -2·sin γ] (A5) 令K '-1=K'-2
式中: K'-1、K '-2—分别为滑动面ab 和滑裂面bc 按抗剪断强度计算的抗
稳定安全系数;
∑W —作用于堰体上垂直荷载之总和（不包括扬压力）,kN ；
G 1 —滑动面ab 以上岩体的重量, kN;
R —坡段垂直面上的抗力, kN;
∑P —作用于软弱滑动面以上堰体和堰基的水平荷载, kN;
A 1 —滑动面ab 的面积, m2；
u 1 —滑动面ab 上的扬压力, kN;
G 2 —滑动面bc 以上岩体的重量, kN;
A 2 —滑裂面bc 的面积, m2；
u 2 —滑裂面bc 上的扬压力, kN;
f '1、C '1—滑动面ab 的抗剪断摩擦系数和凝聚力, MPa;
f '2、C '2—滑裂面ab 的抗剪断摩擦系数和凝聚力, MPa;
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β—软弱滑动面与水平面的夹角, 度;
γ—产生最小抗力时, 尾岩抗力体的破裂角, 度;
φ—抗力R 作用方向与水平面的平（小于岩石的内摩擦角）, 度。 计算简图如下:
K '值的控制指标（不分工程等级）定为: K'≥3.0;
如采用抗剪强度指标计算, 则K 值控制值为:K≥1.1;
对于大型工程或地质构造复杂情况, 可辅以有限元法进行计算。
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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:
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目 次
1. 引 言 . .................................................... 4 2. 设计依据文件和规范 . ........................................ 4 3. 基本资料 . .................................................. 4 4. 设计的主要任务及工作内容 . .................................... 8 5. 设计原则与假定 . ............................................ 8 6. 围堰布置 . .................................................. 9 7. 围堰断面设计 . .............................................. 10 8. 堰体构造 . ................................................. 12 9. 基础处理 . ................................................... 13 10. 混凝土围堰施工 . .......................................... 14 11. 围堰布置 . ................................................ 15 12. 工程量计算 . ............................................... 16 13. 专题研究 . ................................................ 16 14. 设计成果 . ................................................ 16 附录A. 围堰抗滑稳定计算 ...................................... 17
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1 引 言
是以, 、 合利用的水利水电枢纽工程, 正常蓄水位 m, 最大坝高 m, 总库容
108m 3, 电站总装机容量年发电量4kW ·h, 灌溉面积104km 2。通航 t 级船队（舶）。
本工程可行性研究报告于 年 月审查通过, 选定坝址为 。
主要工程量:土方开挖 104m 3, 石方开挖4m 3, 混凝土浇筑4m 3。工程总投资 亿元, 施工总工期 年。
2 设计依据文件和规范
2.1 有关本工程文件
(1) 工程可行性研究报告；
(2) 工程可行性研究报告审批文件； (3) 初步设计任务书；
(4) 可行性研究阶段中间报告及审批文件； (5) 专题报告 2.2 主要设计规范
(1) 水利水电工程初步设计报告编制规程（DL 5021—93）；
(2) 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（SDJ 12—78）及（SDJ 217—87）（试行）及补充规定；
(3) 水利水电工程施工组织设计规范（SDJ 338—89）（试行）； (4) 混凝土重力坝设计规范（SDJ 21—78）（试行）及补充规定； (5) 混凝土拱坝设计规范（SD 145—85）（试行）； (6) 碾压混凝土坝设计导则（DL/T 5005—92）； (7) 水利水电工程施工导流设计导则： (8) 水利水电工程围堰设计导则;
(9) 水利水电工程设计工程量计算规定（修改稿）; (10) 水工碾压混凝土施工技术规范（SL 53—94）； (11) 内河通航标准（GBJ 139—90）。
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3 基本资料
3.1 坝址及坝线
可行性研究阶段选定的坝址为 , 坝线为 。 3.2 工程等级及建筑物级别
(1) 根据本枢纽工程的规模, 在可行性研究报告的审批意见和初步设计报告任务书中已审定, 本工程为 等工程；
(2) 根据SDJ 338—89（试行）表2.2.1确定围堰建筑物级别为级建筑物。 3.3 导流方式及设计洪水标准
导流方式 ；导流时段 ; 导流程序 。围堰型式 。围堰设计洪水重现期为 年，相应洪峰流量 m 3/s，相应上游水位为m, 下游水位为m, 纵向堰前水位 m 。 3.4 水文、气象资料
3.4.1坝址全年洪水和枯水时段洪水频率～流量关系, 如表1。
表1 坝址洪水频率～流量关系 单位: m3/s
3.4.2 坝址逐月流量特征，见表2。
表2 坝 址 逐 月 流 量 特 征 表 单位: m3/s
（ 年至 年）
3.4.3 历年典型年的洪水过程线。 3.4.4 坝址水位～流量关系曲线。
3.4.5 导流建筑物的水位～流量关系曲线。
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3.4.6 泥沙资料:
堰前泥沙设计淤积高程 m, 淤沙浮容重 kN/m3，内摩擦角 度。 3.4.7 坝址气温和水温, 如表3。
表3 坝 址 气 温 和 水 温 单位: ℃
（ 年至 年）
多年平均气温 ℃；极端最高气温 ℃；极端最低气温 ℃，气温骤降幅度 ℃，次数 次。
3.4.8 降雨量及冰冻期资料
表4 气象站 年降雨资料统计 单位:mm
多年平均降雨量 mm; 年最大降雨量 mm; 最大降雨强度 mm/d; 平均降雨天数 d 。
冰冻期为 月；结冰厚度 m; 流冰持续时间 d 。 3.4.9 坝址风速
相应于洪水期多年平均最大风速为 m/s; 风向为 ; 吹程 km 。
3.5 坝址区地形、地质资料
3.5.1 坝址区地形图（1/2000～1/500）。
3.5.2 坝址区地质平、剖面图（1/1000～1/500）。 3.5.3 围堰轴线地质纵、横剖面图（1/1000～1/500）。 3.5.4 堰基岩石与混凝土的物理力学指标：
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（1）堰基岩石为 岩石, 混凝土设计标号为 ；基岩容重 kN/m3，混凝土容重 kN/m3。
（2）允许抗压强度: 基岩 MPa; 混凝土 MPa 。
（3） 风化岩石变形模量 MPa, 弹性模量 MPa, 泊桑比 ；混凝土弹性模量 MPa, 泊桑比 。
（4）堰基岩石单位吸水量 L （min.m.m ）; 渗透系数 m/d。 （5）基岩及混凝土抗剪强度指标, 如表5。
表5 混凝土及基岩抗剪强度指标
3.5.5 本工程地震烈度为 3.6 水工建筑物设计资料
(1) 枢纽总平面布置图（1/1000～1.2000）。 (2) 各单项建筑物设计图及分项工程量统计数量。
(3) 溢流坝泄流能力曲线以及与导流有关的各孔、洞、缺口的泄流能力曲线。 3.7 其它与围堰设计有关和对围堰有要求的资料
(1) 砂、石料系数投产期为月; 生产能力t/h。 (2) 混凝土系统投产期为月; 生产能力m 3/h。 (3) 可能提供的施工机械设备的技术性能和数量。
(4) 围堰保护的永久建筑物型式、布置、施工程序和施工进度要求。 (5) 施工总进度及对围堰的施工期要求。
(6) 对施工期的通航、过木、水库淹没、移民等要求。 (7) 建筑材料及混凝土配合比试验成果资料。 (8) 水泥及混凝土等材料的热力学指标。
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4 设计的主要任务及工作内容
4.1 主要任务
本设计大纲的主要任务是在导流设计已完成, 导流方案和导流建筑物, 包括挡水建筑物和泄水建筑物已经通过技术经济比较, 同时已选定导流挡水建筑物为混凝土围堰或部分为混凝土围堰，在此基础上对混凝土围堰设计作原则性的指导。 4.2 设计主要工作内容
(1) 设计原则与假定; (2) 混凝土围堰布置; (3) 混凝土围堰结构设计; (4) 混凝土围堰基础处理设计; (5) 混凝土围堰施工; (6) 混凝土围堰观测与拆除。
5 设计原则与假定
5.1 设计原则
5.1.1 混凝土围堰设计除执行本《大纲》外, 还应符合有关规程、规范、标准的规定和要求。 5.1.2 围堰系围护水利水电枢纽工程永久建筑物施工的临时性挡水建筑物, 应充分考虑其运行时间短的特殊条件。
5.1.3 设计前应注重调查研究, 深入现场, 认真收集和分析研究有关水文、泥沙、地形地貌、地质、施工条件等设计资料。
5.2 设计假定
5.2.1 混凝土围堰断面设计一般情况按平面问题考虑, 并应以建基面的抗滑稳定及应力条件确定。如围堰深层基础有影响围堰稳定的软弱结构面, 应予复核其深层抗滑稳定性。 5.2.2 堰体断面一般由正常情况荷载组合控制。但要考虑采取防洪抢险措施后的围堰安全度。
5.2.3 混凝土围堰的抗滑稳定按刚体极限平衡法抗剪断强度或抗剪强度公式计算。断面应力按材料力学方法计算, 对于大型工程辅以有限元方法进行分析。
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6 围堰布置
6.1 围堰布置原则
6.1.1 围堰布置应根据枢纽布置、围堰型式、施工导流方案、施工总进度及地形、地质条件综合考虑。
6.1.2 围堰布置应满足被围护永久建筑物的施工要求；
(1) 基础开挖和混凝土浇筑施工机械及施工道路布置的要求； (2) 基坑抽水站布置及运行的要求；
(3) 上下游围堰背水坡距永久建筑物施工边线一般不宜小于10m; 纵向围堰不宜小于3m 。
6.1.3 围堰布置应考虑与左、右岸或其它建筑物连接的要求。
6.1.4 上、下游横向围堰通常呈直线布置（除拱式围堰外）, 但若为围护永久建筑物施工的需要, 也可呈折线布置。全线围堰的上、下游围堰轴线通常与河道水流方向垂直。 6.1.5 围堰布置应考虑水力条件。
6.1.6 围堰布置应避开两岸沟溪进入基坑, 并防止两岸沟溪水流对围堰坡脚的冲刷。 6.1.7 围堰布置应考虑交通条件, 尽量利用或兼顾两岸交通道路和满足施工期通航布置的要求。
6.1.8 围堰布置应考虑施工条件, 方便施工和拆除, 尽可能利用现有施工道路和施工设施。 6.1.9 围堰布置应考虑运用条件, 以便遇到超设计洪水时采取防洪抢险措施、基坑充水以及洪峰过后基坑排水平压。
6.1.10 围堰布置应符合工程量少、投资省的原则：
（1）尽可能与永久工程挡水或泄水建筑物相结合；
（2）围堰轴线应尽量短, 并应选择在覆盖层薄、基岩条件较好、地质构造简单的地段。
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6.1.11 混凝土围堰常用作纵向围堰和过水围堰。过水围堰的布置及断面型式应同时满足挡水和过水的运行要求。 6.2 围堰设计方案比较
6.2.1 围堰布置应进行多方案技术经济比较, 以选定最优方案为设计方案。
6.2.2 围堰设计应进行堰址和堰轴线方案比较, 以选定技术指标优、经济合理的方案。 6.2.3 混凝土围堰设计应进行断面结构型式方案比较, 以选定安全可靠、经济合理的方案。
7 围堰断面设计
7.1 荷载及其计算
7.1.1 作用在混凝土围堰的荷载
（1）堰体混凝土重。混凝土容重r= kN/m3;
（2）挡设计水位时的静水压力及水重。水容重r 03;
（3）淤沙压力或土压力。淤沙高程 m; 淤沙浮容重 kN/m3; 淤沙内摩擦角φn = 度。
（4）浪压力。计算风速 m/s; 吹程 km 。 （5）冰压力
（6）扬压力。计算断面排水孔距上游面距离L= m; 河床堰段扬压力折减系数α1岸坡堰段α2 扬压力计算图形如下:
7.1.2 荷载的计算, 应按《混凝土重力坝设计规范》SDJ 21—78（试行）、《混凝土拱坝设计规范》SD 145—85（试行）等有关规程、规范和专著计算。 7.2 荷载组合
7.2.1 围堰设计的荷载组合, 只考虑正常情况荷载组合, 即基本组合。 7.2.2 荷载组合, 见表6。
表6 荷 载 组 合 表
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注:(1)表中有*者为三种堰型均应考虑组合的项目；
(2)荷载(7)∆示为仅适用于混凝土拱围堰的项目；第(8)栏仅适用于过水围堰；
7.3 围堰抗滑稳定计算
7.3.1 混凝土重力式围堰沿堰基面的抗滑稳定计算, 应取代表性坝段或单宽进行计算。
7.3.2 常态混凝土重力式围堰沿堰基面的抗滑稳定计算, 应按抗剪断强度公式计算，主要核算建基面的抗滑稳定。计算公式如下：
K '=（f '·∑W+C'·A ）/∑P
（1）
式中: K'—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;
∑W —作用于堰体上全部荷载对滑动面的法向分值, kN（包括扬压力）;
∑P —作用于堰体上全部荷载对滑动面的切向分值, kN（包括扬压力）;
f '—混凝土与基岩面的抗剪断摩擦系数; f'
。
C '—混凝土与基岩面的凝聚力, MPa;C'。
A —堰基面截面积, m2m 2。
7.4 围堰应力计算
7.4.1 混凝土重力式围堰（包括碾压混凝土围堰）的应力计算, 一般应包括堰基面、折坡处截面及堰体削弱部位的应力。
7.4.2 重力式围堰的应力计算, 采用材料力学方法计算, 并作为控制指标和设计断面。
7.4.3 重力式围堰在挡设计洪水及施工期情况下, 堰基面及堰体应力应符合下列要求：
（1）堰基面最大垂直正应力δmax 应小于堰基容许压应力; 围堰在设计洪水时, 迎水面允许有0.1～0.15MPa 以下的主拉应力, 堰体允许出现0.2MPa 以下的主拉应力。
（2）在施工期间, 下游堰趾垂直正应力允许有不大于0.1MPa 拉应力, 堰面可允许有不大于0.2MPa 主拉应力。
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7.4.4 围堰应力计算除正向挡水工况外, 还需复核反向挡水工况。
7.5 围堰断面体形设计
7.5.1 围堰断面体形设计应能满足规定的各种用途, 达到安全、经济, 便于施工, 特别是快速施工和便于拆除的目的。
7.5.2 围堰断面设计应力求体形简单, 堰体洞室尽量少, 迎水坡堰面尽可能采用直立面, 背水坡1:0.6～0.75。对于拱式围堰, 以采用单曲拱型为宜。不设纵缝, 尽量少设或不设横缝, 以便于施工和加快施工进度。
8 堰体构造
8.1 堰顶高程
8.1.1 堰顶高程应根据水力计算成果、施工、防洪、通航、发电等要求, 综合各种因素通盘考虑, 重要工程还应通过水工模型试验对比分析确定。
8.1.2 不过水围堰按水力计算确定的堰顶高程, 按下列公式计算：
（1）上游堰顶高程
H uc =Hu +hω+δ （2）
式中: Huc —上游堰顶高程, m；
H u —上游设计洪水静水位, m；
h ω—波浪高度, m; 按SDJ 21—78（试行）附录二公式计算。
δ—安全超高, m；
（2）下游堰顶高程
H bc =Hd +δ （3）
式中: Hbc —下游堰顶高程, m;
H d —下游设计洪水位, m;
δ—安全超高,m 。
安全超高δ值, 4、5级围堰采用δ≥0.3m 。
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8.1.3 过水围堰按水力计算确定的堰顶高程, 按下列公式计算:
（1）上游堰顶高程
H uc =Hu +hω （4）
（2）下游堰顶高程
H dc =Hd
（5）
上两式符号意义同式（4）、（5）。
8.2 堰体构造
8.2.1 堰顶宽度应满足防洪抢险和机械施工的要求, 一般不宜小于
3m 。
8.2.2 围堰体内的廊道应尽量少设, 但为了基础帷幕灌浆和排水之需, 一般仍需设置基础灌浆、排水廊道。
8.2.3 混凝土围堰应根据地形和地质条件的不同设置横缝（伸缩缝）, 以适应堰体温度变化
和不均匀沉陷的要求, 但不宜设置纵缝。横缝须设止水。
8.2.4 为保证围堰和基坑的安全, 根据洪水预报情况, 在围堰过水前一般应进行基坑充水, 使基坑形成一定水垫, 设计应考虑预充水设施。
8.2.5 根据其受力和应力情况选用, 围堰混凝土标号。
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9 基 础 处 理
9.1 基础处理的一般原则和要求
9.1.1 作为混凝土围堰的基础必须符合下列要求：
（1）具有足够的强度, 以承受堰体压力;
（2）具有足够的整体性和均匀性, 以满足堰基抗滑稳定要求和减少不均匀沉陷；
（3）具有足够的抗渗性, 以满足渗透稳定的要求。
9.1.2 混凝土围堰建基面高程, 应根据堰基应力及基岩的物理力学特性综合考虑确定。
9.1.3 围堰基础面的上、下游高差不宜过大, 并尽可能向挡水侧倾斜。若基础面高差过大或向背水侧倾斜, 宜开挖成大台阶状。
9.1.4 基础中若存在局部的工程地质缺陷, 如埋藏不深的溶洞、溶蚀面、断面破碎带、夹泥裂隙等应予挖除。如埋藏较深挖除困难或工程量太大时, 应进行专门研究采取有效的处理措施。
9.2 基础防渗灌浆及排水设计
堰基的固结灌浆、防渗帷幕灌浆及排水设计, 应根据基础的工程地质和水文地质条件, 并结合围堰的高度和工程的重要性决定。设计应尽量简化。
为降低堰基的渗透压力和排除渗水, 基础排水宜设1～2排排水孔。帷幕孔和排水孔孔距宜根据基础渗透情况和类似工程拟定, 一般为2～5m 。
9.3 基础固结灌浆及断层破碎带和软弱夹层的处理
10 混凝土围堰施工
10.1 围堰施工进度应满足工程施工总进度要求, 在保证围堰施工质量的前提下, 尽量加快施工进度, 为永久建筑物提前施工创造条件。
10.2 围堰施工设计需研究围堰的施工程序、施工方法、施工机械设备、劳动力、施工布置、施工进度以及先进施工技术的应用等问题。
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10.3 统筹考虑纵向围堰与上、下游围堰的施工程序及施工进度, 为提前进行基坑排水创造条件, 以加快永久建筑物施工。
10.4 混凝土围堰通常是在土石或草土围堰的围护下干地施工, 需研究分析土石（或草）围堰施工、基坑排水、混凝土围堰基础开挖和混凝土浇筑施工工期及控制性进度, 并采取措施在汛期将混凝土围堰浇筑至枯水位以上, 以满足渡汛要求。
10.5 混凝土围堰施工宜采用起重机起吊混凝土料罐入他。
11 混凝土围堰观测设计与拆除
11.1 混凝土围堰观测设计
11.2 混凝土围堰的拆除
11.2.1 围堰拆除范围及拆除断面（宽度及高程）除应满足永久建筑物运行的要求, 尽量减少拆除工程量外, 对分期导流的一期围堰拆除还需满足二期导流及截流泄水的要求。
11.2.2 围堰拆除需研究确定拆除程序、拆除方法、施工进度和施工机械设备数量。必须满足施工总进度要求。
11.2.3 围堰拆除通常安排在汛后进行, 为利用围堰挡水逐月下降的特点, 围堰拆除程序宜从上到下、从背水坡向迎水坡, 以使围堰继续起挡水作用, 尽量减少水下拆除方量。各月拆除高程及拆除部位应视各月挡水位而定。
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11.2.4 混凝土围堰拆除通常是采用爆破方法进行拆除, 应严格控制最大装药量, 以确保永久建筑物的安全, 同时使混凝土墙体爆块尽可能小, 以便于水下清除和运输。
12 工程量计算
12.1 混凝土围堰工程量计算的项目一般包括:
（1）土、石方开挖;
（2）混凝土；
（3）钢筋及钢材;
（4）固结灌浆;
（5）帷幕灌浆;
（6）基础排水孔;
（7）止水片;
（8）拆除工程量。
12.2 混凝土围堰工程量计算, 应按建筑物设计的几何轮廓尺寸进行计算, 据此算得的工程量再乘以相应的设计阶段系数。
12.3 初步设计阶段, 围堰工程量的阶段系数按其工程规模的不同采用不同的系数, 应参照1992年2月水利部能源部东北勘测设计院《水利水电工程设计工程量计算规定》（修改稿）选用。
12.4 围堰与坝体或永久水工建筑物相结合的部分应计入永久工程量中。
13. 专题研究（必要时）
14. 设计成果
14.1 报告计算书
（1）初步设计报告书;
（2）有关试验报告;
（3）专题研究报告;
（4）计算书。
14.2 混凝土围堰布置图（包括平面、部面图）;
14.3 围堰工程量汇总表。
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附录A
围堰抗滑稳定计算
A1 对于小型工程, 若无条件进行试验时, 也允许按抗剪强度公式计算:
K=f·∑W/∑P （A1）
式中: K —按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
f —混凝土与基岩面的抗剪摩擦系数。
∑W 、∑P —符号意义同（1）式。
K '和K 值的控制指标（不分工程等级）定为:K'≥3.0, K≥1.05。
A2 碾压混凝土重力式围堰的抗滑稳定计算, 应按抗剪断强度公式同时核算建基面和碾压混凝土层间面的抗滑稳定。
计算公式及其符号意义同式（A1）。
混凝土与建基面: f'= ；C '= MPa 。
碾压混凝土层间面: f'= ；C '= MPa 。
混凝土与基岩面的f '和C '宜经野外及室内试验测定。碾压混凝土层间面的f '和C C'值, 若无试验资料, 可参考类似工程采用。岩滩碾压混凝土围堰水泥用量为45kg/m3，混凝土层间试验值为: f'=1.05～1.36, C'=0.59～1.40MPa; 碾压混凝土大坝水泥用量为55kg/m3, 根据现场试验值, 设计采用混凝土层间面的f '=1.1, C'=0.8MPa。
A3 对于小型工程, 无条件试验时, 也允许按抗剪强度公式计算。
计算公式及其符号意义同式（A1）。
式中: f= 。
K '和K 值的控制指标（不分工程等级）为:K'≥3.0;K ≥1.05。
如岩滩碾压混凝土围堰设计, 经过专门论证和技术主管部门审批后, 基本组合采用K '≥2.5。 A4 混凝土拱围堰的抗滑稳定计算, 除核算坝肩拱座岩体的整体抗滑稳定外, 还应对分高程拱圈稳定进行计算, 采用刚体极限平衡法的抗剪断强度或抗剪强度公式计算：
K '=（f '．∑N+C'·A ）/∑T （A2）
K=f·∑N/∑T （A3）
或
式中: K'、K —分别为按抗剪断或抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数;
∑N —垂直于滑动方向的法向力, kN（包括扬压力）；
∑N —平行于滑动方向的滑动力, kN（包括扬压力）；
A —计算滑动面的面积, m2；
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f 'f —分别为滑裂面的抗剪断和抗剪摩擦系数;
C '—滑裂面的凝聚力, MPa。
f '，C 'MPa ；
f '。
A5 如拱围堰的堰长与堰高的比值≥5.0时, 尚宜按单宽核算其抗滑稳定K '或K 值。K '和K 值的控制指标, （不分工程等级）定为:K'≥3.0; K≥1.3。
对于大型工程或复杂情况, 可辅以有限元法进行分析。
A6当堰基内存在不利的软弱结构面时, 应核算堰体带动部分堰基的抗滑稳定性, 即进行深层抗滑稳定计算。
对于双斜面的深层抗滑稳定计算, 建议采用刚体极限平衡法等稳定安全系数公式计算。计算公式如下:
K '-1={f'-1[（∑W+G-1）·cos β-R ·sin （φ—β）—∑P ·sin β—U -1]
+A-1·C '-1}/[（∑W+G-1）·sin β—R ·cos （φ—β）+∑P ·cos β] (A4) K '-2={f'-2[G-2·cosT —U -2+R·sin （φ+γ）]
+A-2·C '-2}/[R·cos （φ+γ）—G -2·sin γ] (A5) 令K '-1=K'-2
式中: K'-1、K '-2—分别为滑动面ab 和滑裂面bc 按抗剪断强度计算的抗
稳定安全系数;
∑W —作用于堰体上垂直荷载之总和（不包括扬压力）,kN ；
G 1 —滑动面ab 以上岩体的重量, kN;
R —坡段垂直面上的抗力, kN;
∑P —作用于软弱滑动面以上堰体和堰基的水平荷载, kN;
A 1 —滑动面ab 的面积, m2；
u 1 —滑动面ab 上的扬压力, kN;
G 2 —滑动面bc 以上岩体的重量, kN;
A 2 —滑裂面bc 的面积, m2；
u 2 —滑裂面bc 上的扬压力, kN;
f '1、C '1—滑动面ab 的抗剪断摩擦系数和凝聚力, MPa;
f '2、C '2—滑裂面ab 的抗剪断摩擦系数和凝聚力, MPa;
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β—软弱滑动面与水平面的夹角, 度;
γ—产生最小抗力时, 尾岩抗力体的破裂角, 度;
φ—抗力R 作用方向与水平面的平（小于岩石的内摩擦角）, 度。 计算简图如下:
K '值的控制指标（不分工程等级）定为: K'≥3.0;
如采用抗剪强度指标计算, 则K 值控制值为:K≥1.1;
对于大型工程或地质构造复杂情况, 可辅以有限元法进行计算。
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