混凝土重力壩畢業(yè)設計計算書

目錄20230目錄 13705第1章非溢流壩設計 282611.1壩基面高程de確定 2316071.2壩頂高程計算 2248481.2.1基本組合狀況下： 240701.2.2特殊組合狀況下： 3217461.3壩寬計算 4327291.4壩面坡度 412621.5壩基de防滲與排水設施確定 518558第二章非溢流壩段荷載計算 563562.1計算狀況de選擇 5236642.2荷載計算 588792.2.1自重 6204582.2.2靜水壓力及其推力 6283552.2.3揚壓力de計算 7274622.2.4淤沙壓力及其推力 10175412.2.5波浪壓力 11324192.2.6土壓力 1210278第3章壩體抗滑穩(wěn)定性分析 13265503.2抗滑穩(wěn)定計算 15270533.3抗剪斷強度計算 16773第4章應力分析 17301344.1總則 17194914.1.1大壩垂直應力分析 17156944.1.2大壩垂直應力滿足規(guī)定 18196224.2計算截面為建基面de狀況 19300854.2.1荷載計算 19143144.2.2運用期（計入揚壓力de狀況） 20134774.2.3運用期（不計入揚壓力de狀況） 21168694.2.4施工期 2125150第5章溢流壩段設計 22290765.1泄流方式選擇 22226235.2洪水原則de確定 23296385.3流量de確定 23183505.4單寬流量de選擇 23228655.5孔口凈寬de確定 23156865.6溢流壩段總長度de確定 24174055.7堰頂高程de確定 24247075.8閘門高度de確定 25244825.9定型水頭de確定 25287045.10泄流能力de校核 26126165.11.1溢流壩段剖面圖 263405.11.2溢流壩段穩(wěn)定性分析 2721589（1）正常蓄水狀況 2722740（2）設計洪水狀況 2715874（3）校核洪水狀況 2813538第6章消能防沖設計 2886306.1洪水原則和有關參數(shù)de選定 29227356.2反弧半徑de確定 2994626.3坎頂水深de確定 30280626.4水舌拋距計算 31184366.5最大沖坑水墊厚度及最大沖坑厚度 3210406第7章泄水孔de設計 33205937.1有壓泄水孔de設計 34287797.11孔徑Dde確定 34115547.12進水口體形設計 34145897.13閘門與門槽 35183317.14漸寬段 35237167.15出水口 3552637.15通氣孔和平壓管 356823參照文獻 36畢業(yè)設計（論文）任務書題目車家壩河水利樞紐(碾壓重力壩設計)（任務起止日期2023年3月29日~2023年6月18日）河海院水利水電專業(yè)03班學生姓名謝龍學號06150311指導教師張建梅教研室主任許光祥院領導周華君 第一章非溢流壩設計1.1壩基面高程de確定由《混凝土重力壩設計規(guī)范》可知，壩高100~50米時，重力壩可建在微風化至弱風化中部基巖上，本工程壩高為50~100m，由于本壩址巖層分布重要為石英砂巖，故可確定壩基面高程為832.0m。由水位—庫容曲線查de該庫容為0.03×108m3，故可知該工程等級為Ⅳ級。1.2壩頂高程計算基本組合狀況下：1.2.1.1正常蓄水位時：壩頂高程分別按設計和校核兩種狀況，用如下公式進行計算：波浪要素按官廳公式計算。公式如下：庫水位以上de超高：式中--波浪高度，m--波浪中心線超過靜水位de高度，m--安全超高，m--計算風速。水庫為正常蓄水位和設計洪水位時，宜用對應洪水期數(shù)年平均最大風速de1.5~2.0倍；校核洪水位時，宜用對應洪水期數(shù)年平均最大風速，m/sD-風區(qū)長度；mL--波長；MH--壩前水深1.2.1.2設計洪水位時：根據(jù)水庫總庫容在之間可知，大壩工程安全級別為級計算風速取對應洪水期數(shù)年平均最大風速de1.8倍，即=47.7m/s根據(jù)公式，可知波浪高度=2.71m根據(jù)公式，可知波長L=23.19m根據(jù)公式，可知波浪中心線超靜水位高度=0.994274m可知庫水位超高=4.1m可知壩頂高程=890.00+4.1=894.1m1.2.1.2校核洪水位時：計算風速取對應洪水期數(shù)年平均最大風速，即=26.5m/s根據(jù)公式，可知波浪高度=1.30m根據(jù)公式，可知波長L=7.0034m根據(jù)公式，可知波浪中心線超靜水位高度=0.7577m可知庫水位超高=2.355m可知壩頂高程=890.00+2.355=892.355m1.2.2特殊組合狀況下：Vo=26.5m/s故按莆田試驗站公式計算：=6.43×10-3故hm=0.4603m=1.1146故Tm=3.011s綜合（1）、（2），可知最大壩頂高程取894.1m1.3壩寬計算為了適應運用和施工de需要，壩頂必須有一定de寬度。一般地，壩頂寬度取最大壩高de8%~10%。，且不不不小于3m因此壩頂寬度=6m，并可算出壩底寬為78.5m1.4壩面坡度上游壩坡采用折線面，一般起坡點在壩高de2/3附近，建壩基面高程為832m，折坡點高程為873.4m，坡度為1：0.2；下游坡度為1：0.8。由于基本三角形de頂點與正常蓄水位齊平，故重力壩剖面de下游坡向上延伸應與正常蓄水位相交，詳細尺寸見下圖圖1.1重力壩剖面圖1.5壩基de防滲與排水設施確定由于防滲de需要，壩基須設置防滲帷幕和排水孔幕。據(jù)基礎廊道de布置規(guī)定，初步確定防滲帷幕及排水孔廊道中心線在壩基面處距離壩踵5.5m。第二章非溢流壩段荷載計算2.1計算狀況de選擇作用在壩基面de荷載有：自重、靜水壓力、揚壓力、淤沙壓力、浪壓力、土壓力，常取壩長進行計算。2.2荷載計算自重自重在正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位完全同樣計算環(huán)節(jié)如下；壩體自重de計算公式：式中：可知：W1=0.56302.49.81=2118.96KNW2=662.12.49.81=8772.494KNW3=0.566.557.32.49.81=44856.62KNW=W1+W2+W3=55748.47KN壩體自重=55748.47KN靜水壓力及其推力①靜水壓力與作用水頭有關，因此在正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位時靜水壓力各不相似，應分別計算；②靜水壓力是作用在上下游壩面de重要荷載，計算時常分解為水平壓力和垂直壓力兩種。de計算公式為：式中：——計算點de作用水頭，；——水de重度，常取；（1）基本組合：正常蓄水位狀況：F1=0.59.81582=16500.42KNW1=0.5(58+28)69.81=2538.72KN設計洪水位狀況：F1=0.59.8158.092=16551.67KNF2=－0.59.8121.72=-2309.715KNW1=0.5(58.09+28.09)69.81=2536.277KNW2=0.521.727.1259.81=2887.144KN（2）特殊組合：校核蓄水位狀況：F1=0.59.8160.332=17852.77KNF2=－0.59.8117.52=－1502.156KNW1=0.5(60.33+30.33)69.81=2668.124KNW2=0.523.6229.5259.81=3420.651KN2.2.3揚壓力de計算規(guī)范：當壩基設有防滲帷幕和排水孔時，壩底面上游（壩踵）處de揚壓力作用水頭為，排水孔中心線處為（，下游（壩趾）處為，其間各段依次以直線連接,則：A壩踵處de揚壓力強度為,壩址處de揚壓力強度為,帷幕灌漿和排水孔處de滲透壓力為（,de取值如表2-1所示）。B揚壓力de大小等于揚壓力分布圖de面積。圖2.1揚壓力計算圖示表2.1壩底面de滲透壓力、揚壓力強度系數(shù)壩型及部位壩基處理情況（A）設置防滲帷幕及排水孔（B）設置防滲帷幕及主、副排水孔并抽排部位壩型滲透壓力強度系數(shù)α主排水孔前de揚壓力強度系數(shù)α1殘存揚壓力強度系數(shù)α2河床壩段實體重力壩0.250.20.5寬縫重力壩0.20.150.5大頭支墩壩0.20.150.5空腹重力壩0.25--岸坡實體重力壩0.35--寬縫重力壩0.3--則：帷幕灌漿處de，排水孔處de。（1）正常蓄水狀況下：H1=890.0－832.0=58.0H2=0U1=γH2=0U2=-11.50.39.8158=-1962.981KNU3=-0.5670.39.8158=-5718.249KNU4=0Ucc=-（0+1962.981+5718.249+0）=-7681.23KN設計洪水狀況：H1=890.9－832.0=58.09H2=21.7U1=γH2=-212.877KNU2=-11.50.39.8158.09=-1966.027KNU3=-0.5670.39.8158.09=-5727.122KNU4=-0.511.536.39=-209.2425KNUcc=-（212.877+1966.027+5727.122+209.2425）=-8115.269KN（3）校核洪水位狀況：H1=60.33H2=17.5U1=γH2=-171.675KNU2=11.50.39.8160.33=-2041.839KNU3=-0.5670.39.8160.33=-5947.965KNU4=-0.511.542.83=-246.2725KNUcc=-（171.675+2041.839+5947.965+246.2725）=-8407.751KN2.2.4淤沙壓力及其推力圖2.3淤沙壓力計算圖示（1）水平泥沙壓力為：式中:，水平方向：（2）豎直方向：Psv=7.360.5(17.8+4)4=80.224KN2.2.5波浪壓力波浪壓力計算公式：式中：（1）基本組合（設計和正常狀況）：Hz=0.7577m；Lm=7.0m；h1%=1.30m（2）特殊組合（校核）：Hz=0.05402m；Lm=2.488m；h1%=0.207m；2.2.6土壓力（1）正常蓄水狀況：（2）設計及校核洪水位狀況：第三章壩體抗滑穩(wěn)定性分析3.1總則A、按抗剪斷強度de計算公式進行計算，按抗剪斷強度公式計算de壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值應不不不小于表3-1規(guī)范規(guī)定；B、它認為壩體混凝土與壩基基巖接觸良好，屬于交界面；C、基礎數(shù)據(jù)：；；A=178.5=78.5m2。此時其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)de計算公式為：式中：表3.1壩面滑定全數(shù)K′荷載組合K′基本組合3特殊組合(1)2.5(2)2.3表3.2所有荷載計算成果荷載水平力垂直力正常工況設計工況校核工況正常工況設計工況校核工況自重144598.97144598.97144598.97水壓力67144.5460426.660333.519025.2014775.915784.29揚壓力-25586.66-57222.22-59984.09波浪力4.874.871.59淤沙力3614.423614.423614.42964.13964.13964.13土壓力-805.0748.6448.646688.24511.194511.19總計69958.7664094.5363998.16135689.80107585.0105874.493.2抗滑穩(wěn)定計算（1）正常蓄水狀況∑W=51617.23KN∑P=16889.85KNK′=3.05611>3.0（2）設計洪水狀況∑W=54067.9KN∑P=14953.2KNK′=3.615809>2.5（3）校核洪水狀況∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.33.3抗剪斷強度計算（1）正常蓄水狀況∑W=51617.23KN∑P=16889.85KN>3.0（2）設計洪水狀況∑W=54067.9KN∑P=14953.2KN>2.5（3）校核洪水狀況∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.3>2.3故非溢流壩段抗滑穩(wěn)定滿足設計規(guī)范規(guī)定。第四章應力分析4.1總則4.1.1大壩垂直應力分析根據(jù)SL319-2023《混凝土重力壩設計規(guī)范》，按下列公式進行應力計算：圖4.1應力計算圖示(1)上游面垂直正應力：(2)下游面垂直正應力：式中：4.1.2大壩垂直應力滿足規(guī)定由《混凝土重力壩設計規(guī)范》SL319—2023可知：重力壩壩基面：運用期：規(guī)定上游面垂直正應力不不不小于0，下游面垂直正應力應不不小于壩基容許壓應力4.0Mpa=4000Kpa。；施工期：壩趾垂直應力可容許由不不小于0.1Mpa（100Kpa）de拉應力；重力壩壩體截面：運用期：壩體上游面不出現(xiàn)拉應力（計揚壓力），下游面垂直正應力應不不小于混凝土壓應力值，采用C15混凝土，故混凝土壓應力值為15/4=3.75Mpa=3750Kpa。施工期：壩體任何截面上de主壓應力應不不小于混凝土de容許壓應力，下游面可容許有不不小于0.2Mpa（200Kpa）de主拉應力。4.2計算截面為建基面de狀況4.2.1荷載計算（1）自重力矩自重如下圖所示：圖4.2自重力矩計算圖示W(wǎng)1=2118.96KN；W2=8772.494KN；W3=44856.62KN自重力矩計算如下：M1=2118.9628.31=59987.76KNmM2=8772.49424.2=212294.4KNmM3=44856.622.03=91058.94KNmM=M1+M2+M3=363341.1KNm4.2.2運用期（計入揚壓力de狀況）(1)上游面垂直正應力：T=109.45(2)下游面垂直正應力：4.2.3運用期（不計入揚壓力de狀況）(1)上游面垂直正應力：T=109.45(2)下游面垂直正應力：4.2.4施工期(1)上游面垂直正應力：T=109.45(2)下游面垂直正應力：第五章溢流壩段設計5.1泄流方式選擇為了使水庫具有較大de超泄能力，采用開敞式孔口，WES實用堰。5.2洪水原則de確定洪水原則de確定：本次設計de重力壩是Ⅲ級建筑物，根據(jù)GB50201—94表6.2.1，采用50年一遇de洪水原則設計，523年一遇de洪水原則校核。5.3流量de確定流量de確定：根據(jù)基礎資料可知，設計狀況下，溢流壩de下泄流量為115.75m3/s；在校核狀況下溢流壩de下泄流量為176m3/s。5.4單寬流量de選擇壩址處基礎節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石軟弱，綜合樞紐de布置及下游de消能防沖規(guī)定，單寬流量取20m3/（s.m）。5.5孔口凈寬de確定孔口凈寬確定，分別計算設計和校核狀況下溢洪道所需de孔口寬度，計算成果如下表：表5.1孔口凈寬計算狀況流量(m3/s)單寬流量q〔m3/(s.m)〕孔口凈寬B（m）設計狀況115.75205.79校核狀況176208.8根據(jù)以上計算，溢流壩孔口凈寬取B=16m，假設每孔寬度為b=8m，則孔數(shù)n為2。5.6溢流壩段總長度de確定溢流壩段總長度（溢流孔口de總寬度）de確定：根據(jù)工程經(jīng)驗，確定閘墩de厚度。初擬中墩厚d為2.5m，邊墩厚t為3m，則溢流壩段de總長度B0為：B0=n×b+(n－1)×d+2×t=2×8+（2－1）×2.5+2×3=24.5(m)5.7堰頂高程de確定初擬側收縮系數(shù)，流量系數(shù)m=0.463，由于過堰水流為自由出流，故由堰流公式計算堰上水頭Hw,計算水位分別減去其對應de堰上水頭即為堰頂高程。計算公式如下：計算成果見表：表5.2堰頂高程計算狀況流量（m3/s）側收縮系數(shù)流量系數(shù)孔口凈寬（m）堰上水頭（m）堰頂高程（m）設計狀況115.750.920.463167.57883.52校核狀況1760.920.463169.86882.47根據(jù)以上計算，取堰頂高程為882.47m。5.8閘門高度de確定門高=正常高水位－堰頂高程+安全超高=890.00－882.47+0.2=7.7（m）則按規(guī)范取門高7.8m。5.9定型水頭de確定堰上最大水頭Hmax=校核洪水位－堰頂高程=892.33－882.47=9.86（m）；定型設計水頭Hd=（75%～95%）Hmax=7.4～9.4（m）；取Hd=8.4，Hd/Hmax=8.4/9.86=0.85,查表知壩面最大負壓為：0.3Hd=2.8（m），不不小于規(guī)范de容許值（最大不超過3～6m水柱）5.10泄流能力de校核先由水力學公式計算側收縮系數(shù)ε，然后計算不一樣水頭作用下de流量系數(shù)m，根據(jù)已知條件，運用堰流公式校核溢流堰de泄流能力。計算成果匯總如下表：表5.3泄流能力校核計算狀況mB(m)H(m)Q(m3/s)Q`(m3/s)設計狀況0.4630.92167.57142141.950.0352%校核狀況0.4630.92169.86211208.331.2654%滿足de規(guī)定，則符合規(guī)范設計de孔口規(guī)定。5.11.1溢流壩段剖面圖圖5.1溢流壩橫剖面圖5.11.2溢流壩段穩(wěn)定性分析（1）正常蓄水狀況∑W=51617.23KN∑P=16889.85KN>3.0（2）設計洪水狀況∑W=54067.9KN∑P=14953.2KN>2.5（3）校核洪水狀況∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.3>2.3故溢流壩段抗滑穩(wěn)定滿足設計規(guī)范規(guī)定。第六章消能防沖設計通過溢流壩頂下泄de水流，具有很大de能量，必須采用有效地消能措施，保護下游河床免受沖刷。消能設計de原則是：消能效果好，構造可靠，防止空蝕和磨損，以保證壩體和有關建筑物de安全。設計時應根據(jù)壩址地形，地質條件，樞紐布置，壩高，下泄流量等綜合考慮。6.1洪水原則和有關參數(shù)de選定本次設計de重力壩是3級水工建筑物，根據(jù)SL252—2023表3.2.4，消能防沖設計采用按50年洪水重現(xiàn)期原則設計。根據(jù)地形地質條件，選用挑流消能。根據(jù)已建工程經(jīng)驗，挑射=20°。6.2反弧半徑de確定反弧半徑R為：對于挑流消能，可按下式求得反弧段de半徑—堰面流速系數(shù)，取0.95；H—設計洪水位至坎頂高差，H=891.09-851.0=40.09m(取坎頂高程為851.0m)故算出V=26.65m/sQ—校核洪水時溢流壩下泄流量，(211m3/s)；B—鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2×邊墩厚度；B=8+2×3=14mh1=5.65585(m)R=（4～10）hR=22.62～56.56（m）取R=32（m）6.3坎頂水深de確定坎頂水深計算公式為：坎頂水流流速v按下式計算：—堰面流速系數(shù)，取0.95；H—設計洪水位至坎頂高差，H=891.09-851.0=40.09m(取坎頂高程為851.0m)故算出V=26.65m/sQ—50年一遇洪水時溢流壩下泄流量，(105m3/s)；B—鼻坎處水面寬度，m，此處B=單孔凈寬+2×邊墩厚度；B=8+2×3=14m故坎頂平均水深：6.4水舌拋距計算根據(jù)SL253-2023《溢洪道設計規(guī)范》，計算水舌拋距和最大沖坑水墊厚度。計算公式：水舌拋距計算公式：L：水舌拋距：：鼻坎de挑角：：坎頂至河床面de高差：堰面流量系數(shù)，取0.95；將這些數(shù)據(jù)代入水舌拋距de公式得：6.5最大沖坑水墊厚度及最大沖坑厚度最大沖坑水墊厚度公式：：水墊厚度，自水面算至坑底。：單寬流量，由前面de計算可得單寬流量為20；：上下游水位差，根據(jù)資料可得水位差為40.5m；：沖刷系數(shù)，（這里根據(jù)地質狀況取1.5）；將數(shù)據(jù)代入公式得：因此最大沖坑水墊厚度為14.35m。最大沖坑厚度估算：圖6.1沖坑厚度圖示為了保證大壩de安全，挑距應有足夠dede長度。一般當時，認為是安全de。計算成果為n=3.817，因此滿足規(guī)范。故，其消能防沖設計符合規(guī)范設計規(guī)定。第七章泄水孔de設計7.1有壓泄水孔de設計壩體在內(nèi)水壓力de作用下也許會出現(xiàn)拉應力，因此孔壁需要鋼板襯砌。7.11孔徑Dde確定孔徑Dde確定可根據(jù)下式：式中：Q—每個發(fā)電孔引取de流量，m3/svp—孔內(nèi)de容許流速，m/s，對于發(fā)電孔vp=5.0~6.