水工建筑物課程設計任務和指導書

《水工建筑物》

課程設計任務書及指導書

（水利水電工程專業(yè)）華北水利水電學院繼續(xù)教育學院鄭州水校教學點二00九年十二月第一部分重力壩課程設計任務書一、目的要求本次課程設計的目的是為同學們創(chuàng)造一次全面運用所學重力壩的理論知識解決實際問題的訓練機會，使學生對重力壩的設計內容、方法及步驟有系統(tǒng)的了解，培養(yǎng)和提高同學們的綜合運算、繪圖及編寫設計報告的基本技能，為今后從事設計、施工、管理工作打基礎。同時通過課程設計來進一步考察同學們的學習效果、綜合能力和自學能力。二、基本資料某水庫位于某地區(qū)主河道的上游，屬高山峽谷地區(qū)。現根據當地的經濟發(fā)展要求修建水庫，其功用以發(fā)電、灌溉、防洪為主。水庫總庫容970萬立方米，電站裝機容量4000kw,年發(fā)電量1001萬kw*h?，F已經確定以下資料供選擇參考：（1）水位、高程、流量校核水位（0.2%） 250.78m設計洪水位（2%） 247.12m正常蓄水位 247.12m淤積高程 215.00m河床高程 208.00m設計洪水下泄流量 350m3/s校核洪水下泄流量 400m3/s在河床部分的基巖設計高程約在202m,岸坡的弱風化基巖上的覆蓋層厚度約為5m。相對不透水層距離地表約15m左右。（2） 水庫庫面吹程2公里，壩址多年平均風速15m/s（3） 水庫淤沙：淤沙浮容重為8.5kN/m3，淤沙內摩擦角20。（4） 河床砂卵石：砂卵石浮容重為12kN/m3，淤沙內摩擦角260筑壩材料：砌石體容重22KN/m，混凝土容重24KN/m壩體混凝土與壩基面接觸面的抗剪摩擦系數f=0.75砌石壩體與壩基面接觸面的抗剪摩擦系數f=0.70樞紐位于地震區(qū)，地震烈度：7度考慮到庫區(qū)巖石堅硬但完整性較差，水庫下游沖坑系數選用a=1.2基巖傾角較陡，挑射距離與最大沖坑深度之比要求大于2.5重力壩泄水方式采用壩頂溢流式。設計單寬流量為30.3m3/s。壩頂有一般交通要求。根據水庫地基情況，設置帷幕灌漿和排水孔幕，帷幕灌漿中心線距上游壩踵5m，排水孔中心線據帷幕中心線1.5m。揚壓力折減系數取0.65，折減位置距上游壩軸線6.5m。附錄1：壩址地形圖三、設計內容確定水利樞紐工程和水工建筑物的等級。大壩的樞紐布置非溢流壩的斷面尺寸擬定溢流壩剖面的設計重力壩的可靠度計算消能防沖設計大壩構造設計四、設計成果設計說明計算書一份(說明部分寫在計算書前面)。要求詳細列出所有計算過程，計算過程盡量列表計算，附計算草圖；列出計算成果，分好章節(jié)，附有目錄，不一定要打印稿；內容完整，語句通順書寫工整。有封面和目錄，標明頁碼。設計圖紙三張要求用CAD制圖，圖紙上寫有圖紙說明，堰面曲線要求畫出局部詳圖，列出具體坐標。圖中尺寸要求詳細標注。其中：圖一內容：溢流壩剖面圖和非溢流壩剖面圖，堰面曲線及坐標列表、止水詳圖。要求在剖面圖上標出詳細壩體構造布置情況、壩基處理情況。圖二內容：壩體平面布置圖。要求定出壩軸線的方位角、定出控制點，計算坐標；標出壩段樁號及分縫止水及排水廊道的布置。圖三內容：大壩下游面立視圖。具體要求同圖二。成果說明一份。要求簡要說明計算成果及合理性，或設計的不足和還可以進一步改進的地方，寫出設計體會。附在計算書的后面。列出參考書目列出資料或采用計算公式的出處，寫明參考書的書名，頁碼，標于成果說明的后面。五、參考資料[1]水工建筑物荷載設計規(guī)范DL5077-1997[2]混凝土重力壩設計規(guī)范DL5108-1999[3]漿砌石重力壩設計規(guī)范[4]小型水電站上冊天大水利系主編[5]水工建筑物教科書[6]重力壩設計圖集第二部分重力壩課程設計指導書根據提供的水文、地質資料，在分析研究所提供的資料的基礎上，完成水工建筑物重力壩的設計任務。一、確定水利樞紐工程和水工建筑物的等級樞紐等級根據庫容及裝機容量分別確定，以最高等級為標準，確定水利樞紐等。水工建筑物等級。根據最高的樞紐等級確定建筑物的級別，并考慮是否提級。二、大壩的樞紐布置根據給定的壩址地形圖確定重力壩壩軸線位置。并且通過下面的計算成果、剖面和壩段等具體內容，在給出的地形圖上繪制出大壩平面布置圖。三、非溢流壩斷面尺寸擬定大壩為重力壩,考慮工程量、工程造價，地形、地質及施工進度等情況進行壩型的選擇(混凝土或漿砌石)。確定壩頂高程對于峽谷地區(qū)，按照官廳水庫公式計算。非溢流壩壩頂在洪水位以上的超高為Ah?！鱤=2h+h+h10c波高： 2h=0.0166V5/4XDi/31v—平均風速D—吹程波長： 2L=10.4(2h)0.811波浪中心線在靜水位以上的高度：h=2n(h)2/2L011安全超高h可根據大壩的級別查出。c壩頂高程按設計洪水位和校核洪水位兩種情況計算，選定較大值。計算時相應的波長、波高計算可以參考課本或其他資料。確定壩頂寬度壩頂寬度可采用壩高的8%?10%，并且不小于2m。確定壩底寬度根據穩(wěn)定條件分析，壩基面的抗剪強度較高時，壩底寬度由應力條件控制，反之，壩基面抗剪強度較低時，壩底寬度由穩(wěn)定條件控制。一般壩底寬度可取壩高的0.7?0.9倍。也可以直接初擬下游邊坡系數來確定壩底寬度。擬定并繪制實用剖面。可以參考穩(wěn)定校核的結果，確定最終經濟合理的實用斷面型式。四、溢流壩剖面設計確定溢流面曲線溢流壩采用WES曲線。堰頂按方程x1.852.0H0.85y計算，坐標原點d在堰頂。列出溢流壩堰面曲線坐標表格，并繪制溢流壩面曲線圖。溢流壩總長度溢流前緣總凈寬L=Q溢/q（不含閘墩厚度）計算情況流量Qm3/s單寬流量qms/s.m孔口凈寬Lm設計情況350校核情況400溢流孔數為n,單孔寬度為b,則L=nb根據計算，孔數n可考慮取1。初擬邊墩厚d=2m,則溢流壩段總長度為B=nb+2d0溢流壩段堰頂高程Q=nbm2gH2溢 0側收縮系數為￡=0.95；流量系數m=0.502；H為堰上水頭。0計算成果計算情況流量Qms/s側收縮系數￡流量系數m孔口寬度m堰上水頭m堰頂高程m設計情況3500.950.502校核情況4000.950.502堰頂高程取計算結果中的大值。五、重力壩的可靠度計算本次設計只計算非溢流壩段抗滑穩(wěn)定計算，采用分項系數極限系數設計方法。計算所有作用，列出重力壩作用計算表。確定基本組合正常蓄水位情況和偶然組合校核洪水位情況的作用組合，分別列表計算。按承載能力極限狀態(tài)校核壩基面抗滑穩(wěn)定作用效應函數S(*)及抗滑穩(wěn)定抗力函數R(*)、各作用分項系數選取查資料［2］。若抗滑穩(wěn)定計算不滿足則修改斷面尺寸。垂直水壓力P二rAv水平水壓力P=1田2v2浪壓力P二r（L+h+h）L/2-rL2/2llz泥沙壓力Ps=—rh2tg2（45o-）2sbs 2R—水的重度，取9.81KN/m3A面積；L—波長h—壅高zh—波高；lh—壩段前泥沙淤積厚度。s六、消能防沖設計采用挑流消能方式進行消能，根據設計資料和下游河床地質條件，選擇挑流鼻坎的型式。1?挑射角為0=25。反弧半徑的確定初擬流速系數?為0.96。流速v= 2gh坎頂水深 h=QBv反弧半徑R=（4?10）h挑坎高程挑坎高程高出下游水位2m。堰頂按方程x1.85=2.0H0.85y計算，坐標原點在堰頂。d挑距確定根據教材公式，確定挑距。為保證壩趾基巖的穩(wěn)定，要求沖坑最低點距離壩趾的距離不小于2.5倍的坑深。沖刷坑深度按照教材公式計算。七、大壩構造壩頂構造（1）非溢流壩段壩頂上游設防浪墻，與壩體連成整體，結構為鋼筋混凝土結構，防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內設止水。墻咼1.2m，墻厚為30cm，以滿足運用的要求，下游側設防護欄，壩頂面有傾向兩側的橫坡，并有排水管通向上游。（2）溢流壩段工作閘門布置在溢流壩頂稍偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負壓。采用平板閘門，確定閘門的尺寸。工作閘門上游設有檢修閘門，檢修門槽深0?5m，兩門之間凈距為2m。門高二正常高水位一堰頂高程+（0.1?0.2）m閘敦閘敦的墩頭形狀：上游采用半圓形，下游采用流線型。其上游布置工作橋，頂部高程取非溢流壩堰頂高程，下游布置交通橋，橋面高程為非溢流壩頂高程。墩厚2m，溢流壩分縫設在閘孔之間。分縫與止水（1） 橫縫垂直于壩軸線布置，縫距15m,縫寬2cm，內設止水。（2） 縱縫縱縫為臨時性，縫內設有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫蓄水前進行灌漿。止水止水片采用1mm紫銅片，做成可伸縮””形,每側埋入混凝土25cm。第一道止水片距上游壩面lm。兩道止水之間lm,縫間帖瀝青油氈，中間設有直徑為20cm的瀝青井。壩體廊道自基礎廊道沿壩高每隔20m設置一層廊道，共設兩層。形狀為城門洞形。其中，下側廊道在施工期用做灌漿廊道，寬2.5m,高3m，底面距基巖面4m，其上游側距上游壩面4.5m。上側廊道為檢查和壩體排水廊道，距上游壩面3m，寬1.5m,高2.5m。壩體防滲與排水(1)壩體防滲在壩的上游面，溢流面及下游面最高水位以下部分，采用一層厚2