水工建筑物課程設(shè)計(jì)第組

1、1基本資料1.1興建緣由和工程效益溪源水庫位于A省境內(nèi)B江上游峽谷內(nèi)，下游灌區(qū)雖有些小型水利設(shè)施，但現(xiàn) 有保灌面積3843畝，尚有13217畝缺水，加上可開墾面積2792畝,共有受旱面積 15009畝，屬于重旱區(qū).溪源水庫建成后，將徹底解決該地區(qū)作物地灌溉問題.水庫 樞紐組成包括：重力壩；左.右灌溉輸水隧洞；壩后式水電站.1.2地形地質(zhì)概況壩址地形詳見地形圖河床覆蓋層為砂卵石及大孤石，庫巖多屬基巖，巖性為 砂巖和礫巖以及千枚頁巖，基巖強(qiáng)度堅(jiān)硬，地質(zhì)條件較好，無滑坡和大量滲水地可 能僅地質(zhì)構(gòu)造上裂隙節(jié)理比較發(fā)育，透水性較大1.3水庫特性及大壩設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（一）水庫特性1設(shè)計(jì)洪水位（P=2%）: 15

2、2.5 m,相應(yīng)下游水位103.5；2. 校核洪水位（P=0.2%）: 153.5 m,相應(yīng)下游水位104；3. 設(shè)計(jì)洪水下泄流量353m3/s；4. 校核洪水下泄流量400m3/s；5. 河底高程100 m；6. 死水位高程118.5m；7. 最終淤積高程115.5m.（二）.大壩計(jì)算數(shù)據(jù)一一31. 混凝土容重24KN/m ；2. 泥沙飽和容重16KN/m3；3. 泥沙內(nèi)摩擦角© =19o；34. 下游允許最大沖刷單寬流量：q=40m /s；5. 吧基面摩擦系數(shù)f=0.65；6. 滲透壓力系數(shù)：a =0.3；7. 風(fēng)速：多年平均最大風(fēng)速：13m/s；8. 吹程：D=2公里；9. 基

3、巖容許抗壓強(qiáng)度3.0MPa.2工程總體布置2.1工程等別及建筑物級(jí)別根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)，確定工程規(guī)模.工程等別防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)判斷出該水庫屬于3級(jí)水工建筑物.3非溢流壩壩體設(shè)計(jì)3.1剖面擬定剖面設(shè)計(jì)原則1. 設(shè)計(jì)斷面要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；2. 力求剖面較??；3. 外形輪廓簡單；4. 工程量小，運(yùn)用方便，便于施工.擬定基本剖面重力壩地基本剖面是指在自重.靜水壓力(水位與壩頂齊平)和揚(yáng)壓力三項(xiàng) 主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小地三角形剖面，如圖所示, 在已知壩高H .水壓力P.抗剪強(qiáng)度參數(shù)f .c和揚(yáng)壓力U地條件下,根據(jù)抗滑穩(wěn)定 和強(qiáng)度要

4、求，可以求得工程量最小地三角形剖面尺寸.根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下,上游壩坡坡率n =00.2,常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游；下游壩坡坡率0.60.8 ;底寬約為壩高地0.70.9倍.圖3-1重力壩地基本剖面圖示擬定實(shí)用剖面 3.131確定壩頂高程1.超高值A(chǔ)h地計(jì)算(1)基本公式壩頂咼程應(yīng)咼于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂咼程應(yīng)咼于波浪頂咼程，防 浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位地高差人h,可由以下公式計(jì)算.h = g% hz hc厶h 防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位地高差，m ；h1% 累計(jì)頻率為1%時(shí)地波浪高度,m；hz 波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位地高差，m ；九一安全加高按表采

5、用，對(duì)于川級(jí)工程.官廳水庫公式：h =O.O166V05/4D1/3L = 10.4(hi )0.8,2hlVo為計(jì)算風(fēng)速，m/ s，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位采用不同地計(jì)算風(fēng)速值.正 常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，采用多年平均風(fēng)速地1.8倍23.4 m/s ；校核洪水位 時(shí)，采用多年平均風(fēng)速13m/s.(1)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)Ah計(jì)算風(fēng)速采用采用多年平均風(fēng)速地1.8倍23.4 m/s,吹程D = 2 1.8 = 3.6km.5/4 1/3-、5/4 .,1/3hl=0.0166V° D =0.0166江(23.4)江(3.6) = 1.309m0.8 0.8L=10.4(hJ =10.4(1.30

6、9) = 12.9000m不妨取hzm2h2L，hzL4匚 0.417m12.9000gD NO = 9.8 x 3600/23.4 64.431, h% = 1.24 匯 1.0仁 1.25m.h= h,% hz h= =1.25 0.417 0.4 二 2.067m(2)校核洪水位時(shí)Ah計(jì)算風(fēng)速采用多年平均風(fēng)速13m/s,D=2km.h =0.0166V°5/4D1/3 =0.0166135/4 "2 * = 0.516m0.80.8L=10.4(h) =10.4 漢(0.516) = 6.128m不妨取hz : h：巧 _ 二 0.5162L 6.128二 0.137

7、m22gD/V0 = 9.8 2000/13 = 115.976,0% = 1.24 1.0V 1.25m.h =0% hz 此=1.25 0.137 0.3 = 1.687m2壩頂高程計(jì)算壩頂高程按下式計(jì)算，并選用其中較大值壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Ah設(shè)壩頂高程=校核洪水位+Ah根據(jù)以上兩種水位時(shí)Ah計(jì)算結(jié)果,得出兩種狀況下壩頂高程.(1) 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)地壩頂高程：壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+A h=152.5+2.067=154.567m(2) 校核洪水位時(shí)地壩頂高程：壩頂高程=校核洪水位+A h=153.5+1.687=155.187m為保證大壩地安全運(yùn)行，應(yīng)該選用其中地較大值壩頂高程為155.

8、187m且壩頂高程要高于校核洪水位，所以取壩頂高程為156m.3.132壩確定基高程河床高程100m,校核洪水位為153.5m,地基開挖時(shí)河床上地沖積砂夾石層.沖 積粘土夾碎石層必須清除.初步定出開挖深度3m,通過立式圖上確定地壩基開挖 線定出建基面最低開挖高程為 97m,因此，最大壩高為59m.擬定壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置.運(yùn)行.檢修.施工和交通等需要確定并應(yīng)滿足抗震， 特大洪水時(shí)維護(hù)等要求.因無特殊要求，根據(jù)規(guī)范地規(guī)定，壩頂寬度可采用壩高地 8%10%取值，且不 小于2m并應(yīng)滿足交通和運(yùn)行管理地需要.按壩高地10%計(jì)算，即為5.9米,考慮到 上游防浪墻.下游側(cè)護(hù)欄.排水溝槽及兩邊人行

9、道等，取壩頂寬為6m,以滿足大壩維 修作業(yè)通行需要.擬定剖面尺寸根據(jù)規(guī)范SL319-2005規(guī)定，非溢流壩段地基本斷面呈三角形，其頂點(diǎn)宜在壩 頂附近.基本斷面上部設(shè)壩頂結(jié)構(gòu).壩體地上游面可為鉛直面.斜面或折面.實(shí)體重 力壩上游壩坡宜采用1 : 01 : 0.2,壩坡采用折面時(shí)，折坡點(diǎn)高程應(yīng)結(jié)合電站進(jìn)水 口.泄水孔等布置，以及下游壩坡優(yōu)選確定.下游壩坡可采用一個(gè)或幾個(gè)坡度，應(yīng)根 據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求并結(jié)合上游壩坡同時(shí)選定.下游壩坡宜采用1 : 0.61 : 0.8;對(duì) 橫縫設(shè)有鍵槽進(jìn)行灌漿地整體式重力壩，可考慮相鄰壩段聯(lián)合受力地作用選擇壩 坡.擬定壩體形狀為基本三角形.壩地下游面為均一斜面，斜面地延

10、長線與上游壩 面相交于最高庫水位處，為了便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用一部分水重幫助壩 體維持穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜地形式.該形式為實(shí)際工 程中經(jīng)常采用地一種形式，具有比較豐富地工程經(jīng)驗(yàn).上游設(shè)置成折面可利用淤沙 增加壩體自重，折點(diǎn)設(shè)置壩高地三分之一處.即折點(diǎn)地高程為116.67m通過最優(yōu)方 案地比較，上游壩坡取1: 0.1,下游壩坡取1: 0.75.壩底寬度擬定壩底寬度約為壩高地0.70.9倍，本工程地壩高為59m,通過已經(jīng)確定地上下 游壩坡坡率，最終確定壩底寬度B=50m.基礎(chǔ)灌漿廊道尺寸擬定高.中壩內(nèi)必須設(shè)置基礎(chǔ)灌漿廊道，兼作灌漿.排水和檢查之用.基礎(chǔ)灌漿廊道 地?cái)?/p>

11、面尺寸，應(yīng)根據(jù)澆灌機(jī)具尺寸即工作要求確定，一般寬為2.53m,高為34m, 為了保證完成其功能且可以自由通行，本次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)灌漿廊道斷面取 3.0X 3.5m, 形狀采用城門洞型.廊道地上游壁離上游側(cè)面地距離應(yīng)滿足防滲要求，在壩踵附近 距上游壩面0.050.1倍作用水頭.且不小于45m處設(shè)置，本次設(shè)計(jì)取8.5m,為滿 足壓力灌漿，基礎(chǔ)灌漿廊道距基巖面不宜小于 1.5倍廊道寬度，取5m.初步擬定壩體形狀剖面如圖所示3.2荷載計(jì)算及其組合重力壩地主要荷載主要有：自重.靜水壓力.浪壓力.泥沙壓力.揚(yáng)壓力等，常取1 m壩長進(jìn)行計(jì)算.荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類.基本組合屬于設(shè)計(jì)情 況或正常情況，

12、由同時(shí)出現(xiàn)地基本荷載組成.特殊組合屬校核情況或非常情況，由 同時(shí)出現(xiàn)地基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從這兩類組合中選擇 幾種最不利地.起控制作用地組合情況進(jìn)行計(jì)算，使之滿足規(guī)范中規(guī)定地要求.本次設(shè)計(jì)考慮地基本荷載組合為設(shè)計(jì)洪水位；特殊組合為校核洪水位.自重W壩體自重地計(jì)算公式： W =V c KNV 壩體體積,m3;c 壩體材料地重度,KN/m3.由于取1m壩長,可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖所示地若干個(gè)簡單 地幾何圖形分別計(jì)算重力；其計(jì)算結(jié)果見附表.靜水壓力P靜水壓力是作用在上下游壩面地主要荷載,計(jì)算時(shí)常分解為水平水壓力 PH和垂直水壓力P,兩種.垂直水壓力計(jì)算公式:水平水

13、壓力計(jì)算公式：1 2Ph 冷 H2 ；水地重度,9.8KN/m3;H 上下游水位差,m；V水一計(jì)算范圍內(nèi)水地體積，m3同自重計(jì)算類似，可以用斷面面積代替，通常把它分成如圖3-3所示地若干個(gè) 簡單地幾何圖形分別計(jì)算靜水壓力；其計(jì)算結(jié)果見附表.323揚(yáng)壓力U根據(jù)規(guī)范，排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)：= 0.3,如圖3-3所示,將揚(yáng)壓力分成四 部分,Ui，U2，U3，U4.其計(jì)算結(jié)果見附表泥沙壓力PS-w =16-9.81 = 6.19KN/m3R=”bh；tg2 45 = -2 <f =lx6.19tg2(35.5)=538.94KN /m2丿2浪壓力P由前面地計(jì)算可知:設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：L = 12.9

14、000m, H = 152.5 - 103.5 = 9m, H 丄，為深水波.2校核洪水位時(shí)丄心2853."04“5占也為深水波.而深水波浪壓力地計(jì)算公式為 P =，L (h + hz).4L9 8仆 12 9設(shè)計(jì)洪水位：kJ 如-4. "1.309 +0.417)= 54.61KNL9 8112 9校核洪水位：Ph+h»=-1300.4154-61KN其他荷載在本次設(shè)計(jì)中忽略除了上述荷載外地其他荷載 荷載計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绺奖硭?3.3穩(wěn)定性分析 其他荷載重力壩地抗滑穩(wěn)定分析按單一安全系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算 其計(jì)算公式如下：Ks 二 f ' W - U 八 Pf

15、接觸面間地摩擦系數(shù)；W 接觸面以上地總鉛直力；U 作用在接觸面上面地?fù)P壓力；"P為接觸面以上地總水平力.設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：Ks二 f ' W-U I' P = 0.653848615 - 20093033/2561366= 1.16而查表知 K 1 = 1.05,顯然K l-Ksl滿足抗滑穩(wěn)定要求.校核洪水位時(shí)：Ks 二 f ' W-U /' P = 0.6550.10- 11.50 門7.40 = 1.44而查表知 «丄1 .00,顯然Ks Ks 1滿足抗滑穩(wěn)定要求.3.4應(yīng)力分析用材料力學(xué)法計(jì)算邊緣應(yīng)力.在一般情況下，壩體地最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在 壩面，應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求.當(dāng)采用材料力學(xué)法分析壩體應(yīng)力時(shí)，SL319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范 規(guī)定地強(qiáng)度指標(biāo)如下（本次設(shè)計(jì)只考慮運(yùn)用期）.重力壩壩基面壩踵.壩趾地垂直應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：1）在各種荷載組合下（地震荷載除外），壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩趾 垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力；2）在地震荷載作用下，壩踵.壩趾地垂直應(yīng)力應(yīng)符合水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（SL203-97）地要求；重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)符合下列要求：1）壩體上游面地垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）2）壩體最大主壓應(yīng)力，應(yīng)不大于混凝土地允許壓應(yīng)力值.3）在地震情況下，壩體上游面地應(yīng)力控制