水工建筑物課程設(shè)計(jì)

水工建筑物課程設(shè)計(jì)水工建筑物課程設(shè)計(jì)水工建筑物課程設(shè)計(jì)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月水工建筑物課程設(shè)計(jì)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：課程設(shè)計(jì)：混凝土重力壩設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：12級(jí)水利水電工程卓越班姓名：饒宇學(xué)號(hào)：96指導(dǎo)教師：王志強(qiáng)南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院印制2015——2016學(xué)年第一學(xué)期第一章基本資料基本資料一、地質(zhì)河床高程332m。約有2～3m覆蓋層，巖石為石灰?guī)r，較完整，結(jié)理不發(fā)育，風(fēng)化層后1～2m無(wú)特殊不利地質(zhì)構(gòu)造。壩基的力學(xué)參數(shù)：抗剪斷系數(shù)（混凝土與基巖之間）為f'=,c'=700kPa。基巖的允許抗壓強(qiáng)度3000kPa。地震的設(shè)計(jì)烈度為6度。二、水文本樞紐屬中型Ⅲ等工程。永久性重要建筑物為3級(jí)，按規(guī)范要求，采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核。特征水位上游水位（m)下游水位（m)庫(kù)容（萬(wàn)m3）溢流壩泄量（m3/s)校核洪水位12001696設(shè)計(jì)洪水位11401250正常蓄水位895死水位40表1水文計(jì)算結(jié)果經(jīng)水文水利計(jì)算，有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示：三、氣象本地區(qū)多年平均最大風(fēng)速為14m/s，水庫(kù)吹程為。四、其它有關(guān)數(shù)據(jù)河流泥沙計(jì)算年限采用50年，據(jù)此求得壩前淤沙高程345m。淤沙的浮重度為m3，內(nèi)摩擦角為12°。壩體混凝土重度采用24kN/m3。五、樞紐總體布置根據(jù)地形、地質(zhì)、天然建筑材料等因素的考慮，本工程選用混凝土重力壩方案，重力壩由非溢流壩段和溢流壩段組成。第二章非溢流壩設(shè)計(jì)剖面設(shè)計(jì)重力壩剖面設(shè)計(jì)的原則是：①滿(mǎn)足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，保證大壩安全；②工程量小，造價(jià)低；③結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)用方便；④利于施工，方便維修；重力壩的基本剖面是指壩體在自重、靜水壓力（水位與壩頂齊平）和揚(yáng)壓力3項(xiàng)主要荷載作用下，滿(mǎn)足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面。在擬好的基本三角形基礎(chǔ)上，根據(jù)已確定的壩頂高程及寬度，初擬主要防滲，排水設(shè)施，即可得到重力壩實(shí)用剖面。剖面尺寸的初步似定主要內(nèi)容有：壩頂高程，壩頂寬度，壩頂及上、下游起坡點(diǎn)的位置。一、壩頂高程的確定波浪要素按官?gòu)d公式計(jì)算。公式如下：庫(kù)水位以上的超高對(duì)于安全級(jí)別為Ⅱ級(jí)的壩，查得安全超高設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為m，校核洪水位時(shí)為m。計(jì)算成果見(jiàn)下表2-1 風(fēng)速(m/s)波高(m)波長(zhǎng)(m)雍高(m)安全加高(m)超高(m)壩頂高程（m）2814表2-1壩頂高程計(jì)算成果表經(jīng)比較可以得出壩頂或防浪墻頂高程為，并取防浪墻高度，則壩頂高程為：最大壩高為：=二、壩頂寬度考慮交通要求，壩頂寬度取7m。三、壩面坡度考慮利用部分水重增加壩體穩(wěn)定，上游壩面采用折坡，起坡點(diǎn)按要求為壩高，該工程擬折坡點(diǎn)高程為，上部鉛直，下部為1：的斜坡，下游壩坡取1：，基本三角形頂點(diǎn)位于壩頂，以上為鉛直壩面。四、壩體防滲排水分析地基條件，要求設(shè)防滲灌漿帷幕和排水幕，灌漿帷幕中心線(xiàn)距上游壩踵7m，排水孔中心線(xiàn)距防滲帷幕中心線(xiàn)9m。擬設(shè)廊道系統(tǒng)，實(shí)體重力壩剖面設(shè)計(jì)時(shí)暫不計(jì)入廊道的影響。擬定的非溢流壩剖面如圖所示。確定剖面尺寸的過(guò)程歸納為：初擬尺寸——穩(wěn)定和應(yīng)力校核——修改尺寸——穩(wěn)定和應(yīng)力校核的重復(fù)計(jì)算過(guò)程。荷載計(jì)算一、計(jì)算情況的選擇在設(shè)計(jì)重力壩剖面時(shí)，應(yīng)按照承載力極限狀態(tài)計(jì)算荷載的基本組合和偶然組合?；窘M合有正常蓄水位情況和設(shè)計(jì)洪水情況，偶然組合有校核洪水情況和地震情況?？紤]的主要荷載有自重、水壓力、浪壓力、淤沙壓力及揚(yáng)壓力。從以上荷載組合中分別選一種基本組合（如設(shè)計(jì)洪水位情況）和一種偶然組合（如校核洪水位情況）計(jì)算。二、計(jì)算截面的選擇滑動(dòng)面一般有以下幾種情況：壩基面、壩基內(nèi)軟弱層面、基巖緩傾角結(jié)構(gòu)面等。對(duì)于本工程，巖石較完整，結(jié)理不發(fā)育，可僅分析沿壩基面的抗滑穩(wěn)定。荷載計(jì)算壩體自重計(jì)算壩頂寬度=7(m)壩基寬度=×+(347-327)×=(m)W1=1/2×24×20×20××1=960(kN)力臂=2－2/3×20×=(m)力矩=960×=(kN?m)W2=24×7××1=(kN)力臂=2－20×－2=(m)力矩=×=(kN?m)W3=1/2×24××××1=(kN)力臂=××2/3－2=(m)力矩=×=(kN?m)2.靜水壓力（校核洪水位）PH1=1/2××××1=(kN)力臂=1/3×=(m)力矩=×=(kN?m)PH2=-1/2××××1=(kN)力臂=1/3×=(m)力矩=×=(kN?m)PV1=××(347-327)×=(kN)力臂=2－20××1/2=(m)力矩=×=(kN?m)PV2=1/2××20×20×=(kN)力臂=2－20××1/3=(m)力矩=×=(kN?m)PV3=1/2××××=(kN)力臂=2－××1/3=(m)力矩=×=(kN?m)揚(yáng)壓力（校核洪水位）U1=－×（）××1=－(kN)力臂=0(m)力矩=0(kN?m)U2=－×××力臂=2－2=(m)力矩=－×=－(kN?m)U3=－×1/2×－××－=－(kN)力臂=2/3×－－2=(m)力矩=×=－(kN?m)U4=－×1/2××(1－×力臂=2－1/3×=(m)力矩=×=－(kN?m)4．泥沙壓力PSH=1/2××（345-327）×（345-327）×tan2(45°－12°/2)=(kN)力臂=1/3×18=6(m)力矩=×6=(kN?m)PSV=1/2××18×18×=(kN)力臂=2－18××1/3=(m)力矩=×=(kN?m)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN)力臂(m)力矩標(biāo)準(zhǔn)值（kN?m）垂直荷載水平荷載自重W1960（↓）19382W210013（↓）153796W320416（↓）306241靜水壓力水平水壓力PH117248(→)-341001PH2330(←)900垂直水壓力Pv11542（↓）32007PV2392（↓）8405Pv3231（↓）-4812泥沙壓力PSH1009(→)6-6055PSV308（↓）6635揚(yáng)壓力浮托力U13661(↑)0滲透壓力U21128(↑)-20590U32288(↑)-3626U41692(↑)-33423總計(jì)∑W=25093（↓）∑P=17942(→)∑M=-185314表2-3校核洪水位情況下荷載計(jì)算成果抗滑穩(wěn)定分析重力壩沿壩面失穩(wěn)的機(jī)理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松弛區(qū)，隨后在壩趾處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，進(jìn)而屈服范圍逐漸增大并向上游延伸，最后，形成滑動(dòng)通道，導(dǎo)致壩的整體失穩(wěn)。==f'=c'=700kPa校核洪水位情況∑W=(PV1+PV2+PV3)+(W1+W2+W3)-（U1+U2+U3）-PSV=25093（↓）∑P=PH1-PH2+PSH=17942(→)基本組合：由以上計(jì)算可知，在設(shè)計(jì)和校核洪水情況下壩基面均滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)要求。應(yīng)力分析一、分析目的應(yīng)力分析的目的是檢驗(yàn)所擬壩體斷面尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理，并為確定壩內(nèi)材料分區(qū)、某些部位配筋提供依據(jù)。二、分析的方法應(yīng)力分析的方法有理論理論計(jì)算和模型試驗(yàn)兩類(lèi)。設(shè)計(jì)時(shí)一般使用理論計(jì)算的方法，理論的計(jì)算方法有材料力學(xué)法、彈性理論和彈塑性理論的方法。三、材料力學(xué)法校核洪水位情況∑W==(PV1+PV2+PV3)+(W1+W2+W3)-（U1+U2+U3）-PSV=25093（↓）∑P=17942(→)∑M=∑M=W1+W2-W3+PV1+PV2+PV3-U1-U2-U3–U4=-185314基本組合對(duì)于壩踵處：對(duì)于壩趾處:由以上計(jì)算可知：設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位情況下，壩址和壩踵應(yīng)力符合強(qiáng)度要求。第三章溢流壩設(shè)計(jì)孔口設(shè)計(jì)泄水方式的選擇：為使水庫(kù)具有較大的超泄能力，采用開(kāi)敞式孔口。洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定。本次設(shè)計(jì)的重力壩是3級(jí)建筑物，根據(jù)相關(guān)規(guī)范可知：采用50年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，500年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。流量的確定。設(shè)計(jì)情況下溢流壩下泄流量為1250；校核情況下溢流壩下泄流量為1696。單寬流量的選擇。壩基處基巖比較堅(jiān)硬完整，綜合樞紐的布置及下游的防沖要求，單寬流量取50~100/s?？卓趦魧捤贫?。分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核情況下溢洪道所需的孔口寬度，計(jì)算成果如表3--1所示：計(jì)算情況流量Q（/s）單寬流量（/s）孔口凈寬B（m）設(shè)計(jì)情況125050~10025~校核情況169650~100~表3-1孔口凈寬計(jì)算根據(jù)以上計(jì)算，溢流壩孔口凈寬取24m，假設(shè)每孔凈寬為8m，則孔數(shù)n為3。溢流壩段總長(zhǎng)度的確定。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，似定閘墩的厚度。初擬中墩厚d為3m，邊墩厚為2m則溢流壩段的總長(zhǎng)度為：壩頂高程的確定。根據(jù)公式:初擬側(cè)收縮系數(shù)=流量系數(shù).設(shè)計(jì)情況：堰頂高程=（m）校核情況：堰頂高程=（m）計(jì)算情況流量Q（/s）側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬（m）堰上水頭（m）堰頂高程（m）設(shè)計(jì)情況125024校核情況169624表3-2堰頂高程計(jì)算根據(jù)以上計(jì)算，取堰頂高程為。閘門(mén)高度的確定。計(jì)算如下：門(mén)高=正常水位-堰頂高程+（~）=（m）按規(guī)范取門(mén)高為8m。定型設(shè)計(jì)水頭的確定。堰上最大水頭，=校核洪水位-堰頂高程，即：=（m）定型設(shè)計(jì)水頭為：=（75%~95%）=~（m）取=，=，查表知壩面最大負(fù)壓為：=，小于規(guī)定的允許值（最大不超過(guò)3~6m水柱）。十、泄流能力的校核。先由水力學(xué)公式計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，然后計(jì)算不同水頭作用下的流量系數(shù)，根據(jù)已知條件，運(yùn)用堰流公式校核溢流堰的泄流能力。由規(guī)范可得：閘墩用半圓形確定側(cè)收縮系數(shù)：確定流量系數(shù)m:綜上可知：設(shè)計(jì)的孔口符合要求。表3-3泄流能力校核計(jì)算計(jì)算情況側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬（m）堰上水頭（m）流量Q設(shè)計(jì)情況24%校核情況24%溢流壩剖面設(shè)計(jì)溢流堰面曲線(xiàn)常采用非真空剖面線(xiàn)，采用較為廣泛的非真空剖面曲線(xiàn)有克-奧曲線(xiàn)和WES曲線(xiàn)兩種，經(jīng)比較本工程采用WES曲線(xiàn)，溢流壩的基本剖面為三角形，一般其上游面為鉛直，溢流面由頂部的曲線(xiàn)，中間的直線(xiàn)，底部的反弧段三部分組成。上游堰面曲線(xiàn)，原點(diǎn)上又采用橢圓曲線(xiàn)，其方程為：根據(jù)計(jì)算則橢圓方程為：二、WES曲線(xiàn)設(shè)計(jì)其方程為：則：直線(xiàn)段與WES曲線(xiàn)相切時(shí)，切點(diǎn)C的橫坐標(biāo)為:反弧半徑的確定根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位（）1~2,鼻坎的高程為+1=（）。流能比壩面流速系數(shù)取R為10。反弧段的圓心求法：先畫(huà)一條平行于壩下游面且相距圓弧半徑R的直線(xiàn)，再畫(huà)一條與壩頂點(diǎn)相距為的水平線(xiàn)，兩線(xiàn)交點(diǎn)即為圓心。消能防沖設(shè)計(jì)根據(jù)地形地質(zhì)條件，選用挑流消能。根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)，挑射角θ=25°，挑流鼻坎應(yīng)高出下游最高水位（）1~2,鼻坎的高程為+1=（）。反弧半徑的確定坎頂水流流速v按下式確定:取R為10。水舌的挑距L及可能最大沖坑的深度估算挑距計(jì)算：沖坑深度計(jì)算：由此可知，挑流消能形成的沖坑不會(huì)影響大壩安全。另外，為了避免小流量時(shí)產(chǎn)生貼面流，掏刷壩腳，可在挑流鼻坎后面做一短段護(hù)坦，以保護(hù)壩腳安全。重力壩主要構(gòu)造壩頂構(gòu)造一、非溢流壩。壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高，厚度為30cm，以滿(mǎn)足運(yùn)用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為2%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫(kù)中。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有寬人行道，并高出壩頂路面20cm，壩頂總寬度為7m，下游設(shè)置欄桿及路燈。細(xì)部構(gòu)造圖略。二、溢流壩。溢流壩上部設(shè)有閘墩、閘門(mén)、門(mén)機(jī)、交通橋等結(jié)構(gòu)和設(shè)備。閘門(mén)的布置：工作閘門(mén)布置在溢流壩的頂稍偏下游一些，以防閘門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)水舌脫離壩面形成負(fù)壓。采用平面鋼閘門(mén)，門(mén)的尺寸：高×寬=8m×8m，工作閘門(mén)的上游設(shè)有檢修閘門(mén)，二門(mén)之間的間距為2m。閘墩：閘墩的墩頭形狀，上游采用半圓形，下游采用流線(xiàn)型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩壩頂高程，即；下游布置交通橋，橋面高程為非溢流壩壩頂高程。中墩的厚度為3m，邊墩的厚度為2m，溢流壩的分縫設(shè)在閘孔中間，故沒(méi)有縫墩。工作閘門(mén)槽深1m，寬1m，檢修閘門(mén)槽深，寬。導(dǎo)水墻：邊墩向下游延伸成導(dǎo)水墻。其長(zhǎng)度延伸到挑流鼻坎的末端；高度經(jīng)計(jì)算得。導(dǎo)水墻需分縫，間距為15m，其橫斷面為梯形，頂寬取。細(xì)部構(gòu)造圖略。分縫與止水橫縫。垂直于壩軸線(xiàn)布置，縫距為15m，縫寬為2cm，內(nèi)有止水。止水。設(shè)有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片用厚的紫銅片，第一道止水片距上游壩面。兩道止水片間距為，中間設(shè)有直徑為20cm的瀝青井，止水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂?？v縫?？v縫為臨時(shí)性縫，縫內(nèi)設(shè)有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫(kù)蓄水前進(jìn)行灌漿?？v縫與壩面正交，縫距為15m。水平縫?；炷翝仓K厚度為4m，縱縫兩側(cè)相鄰壩塊的水平縫錯(cuò)開(kāi)布置，上下層混凝土澆筑間歇為5d，上層混凝土澆筑前對(duì)下層混凝土鑿毛，并沖洗干凈，鋪2cm厚的水泥漿。廊道系統(tǒng)一、基礎(chǔ)廊道。位置：廊道底部距壩基面5m，上游側(cè)距上游壩面7