河海大学水工建筑物课程设计说明书

河海大学水工建筑物课程设计1目录第一章工程参数及基本资料...........................................1一工程参数...............................................1二基本资料...............................................1第二章工程等级及设计标准...........................................3一确定工程等级...........................................3二设计标准...............................................3第三章枢纽布置.....................................................3一选择坝轴线和坝址.......................................3二结构布置...............................................3第四章剖面设计.....................................................4堰顶高程、校核洪水位及坝顶高程的确定...........................4一溢流坝下泄流量的确定...................................4二溢流空口尺寸的确定.....................................4三溢流坝堰顶高程确定.....................................4四校核洪水位的确定.......................................5五坝顶高程的确定.........................................5非溢流坝剖面设计...............................................5一剖面尺寸的确定.........................................6二确定实用剖面尺寸.......................................6非溢流坝段稳定和应力分析.......................................7一荷载组合及荷载计算.....................................7稳定验算..................................................8应力（强度）验算..........................................9第五章溢流坝剖面设计和应力稳定分析................................10一溢流坝剖面拟定........................................11二消能效果估算..........................................12第六章坝体细部构造及地基处理......................................13一坝顶结构..............................................13二坝体分缝..............................................13三坝内廊道..............................................14四坝的地基处理..........................................14河海大学水工建筑物课程设计1第一章工程参数及基本资料一工程参数坝底高程（m）正常蓄水位（m）设计洪水位发电死水位（m）工程效益防洪灌溉面积（万亩）装机（万千瓦）130227.7229.7183保证下游两库的抗洪保坝安全34.04.0二基本资料1.地形资料，见地形图，虚线为新鲜岩面的等高线。2.坝址处的水位流量关系曲线流量（m3/s）401202006001000200030004000500060007000水位（m）134.44134.78135.40136.20136.80137.80138.60139.20139.80140.30140.803.水库库容关系曲线高程（m）135145155165175185195205215225235245容积（106m3）0.011.758.3838.2044.22876.23120.97179.26254.00349.60466.10683.304.设计洪水由实测及历史调查资料，经频率分析，推得Q=1400m3/sec，Cv=1.0，Cz=3.5Cv，河海大学水工建筑物课程设计2其频率曲线为P（%）0.21251050Qp(m3/sec)1073073105920416029201850对应P=0.2%的Q0.2%=10730m3/sec，由调洪演算求得对应的设计洪水下泄流量Q=4450m3/sec,P=0.1%的Q0.1%=12000m3/sec，经调洪演算求得对应的下泄流量Q=5530m3/sec。5.气温与风速风向月份123456789101112最低气温（℃）-15.3-14.2-7.8-0.14.711.419.015.19.01.3-6.1-9.3最大风速（m/sec）10151213109111088109风向按基本垂直坝轴线考虑吹程（km）10.06.泥沙淤积：库区植被茂密可以不考虑泥沙淤积。7.地震按8度烈度计算。8.坝址地质：岩性为花岗岩，强度较高，两岸节理，裂隙发育，单位吸水率ω0.01升/分·米的相对不透水层的深度20米。岩石物理力学性质指标为：岩性比重容重吸水率饱和抗压强度（MPa）抗压强度（MPa）抗剪强度（MPa）砼与基岩的摩擦系数局砼与基岩抗剪断系数fC’（MPa）花岗岩2.72.71.7894.0114.049.80.721.21.2河海大学水工建筑物课程设计3第二章工程等级及设计标准一确定工程等级根据我国水利部颁发的现行规定——《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》根据工程规模效益及其重要性，将该工程划分等级。由灌溉面积为34.0万亩，装机容量为4.0万kw确定工程为三等。由设计洪水位229.7米查水库库容关系曲线得总库容为407.85×106m3确定该工程为二等。所以整个枢纽工程的等级为二等，大坝，厂房等水工建筑物等级为2级。二设计标准运用情况为正常运用时（即设计情况）P=0.2%运用情况为非正常运用时（即校核情况）P=0.1%所以水工建筑物设计标准为五百年设计，千年校核。第三章枢纽布置一选择坝轴线和坝址选择坝址时，原则上要避开有风化，节理，裂隙，破碎带的地带，是地基能更好的支承大坝，为了使砼重力坝的体积最小，地基能够承受坝轴线的位置如地图上所示。根据工程资料，河谷两岸不对称，两岸节理，裂隙发育，岩性为花岗岩，强度较高，故坝型采用重力坝。二结构布置该工程由重力坝的非溢流坝间的导墙，坝顶建筑物厂房等组成。为了有利于泄水和防止两岸冲刷，将溢流坝布置在主河床上，厂房布置为坝后式，河谷较宽。为保证各坝段外形协调一致，溢流坝和非溢流坝的上游面保持相平。河海大学水工建筑物课程设计4第四章剖面设计第一节堰顶高程、校核洪水位及坝顶高程的确定一溢流坝下泄流量的确定因该水库冬库结冰，有排冰要求，库区植被茂密无泥沙淤积且坝身处于8度的强震区，故而采用混凝土重力坝坝顶溢流，而不设置坝身泄水。由调洪演算级水位流量关系曲线得：设计洪水位对应的下泄流量Q=4450m3/s，下游水位为139.47m校核洪水位对应的下泄流量Q=5530m3/s，下游水位为140.065m二溢流空口尺寸的确定单宽流量是确定孔口尺寸的重要指标，在下泄流量一定的前提下，提高单宽流量q的值，可减小净宽L，从而降低溢流坝段，交通桥，工作桥等建筑物设施造价，但加大非溢流坝的高度，增加了闸门，闸墩的高度，对下游消能防冲要求提高。考虑到坝址岩性为花岗岩，强度较高，及闸门各形状地址构造，下游水深的等因素。综合以上各种情况，初步采用交大的单宽流量q=100m2/s。由于溢流坝采用坝顶装设闸门，则选取孔数n和每孔净宽b时，要考虑闸门型式和制造能力，闸门宽度与高度的合理比例，以及应用要求和坝的分缝要求，选取b=16m,n=3。三溢流坝堰顶高程确定将Q设代入下式Q设=εmLg2h0设2/3（1）其中：ε—侧收缩系数，与闸墩形状有关，取ε=0.9~0.95m—流量系数，与坝型有关，非真空使用堰，在设计水头下m=0.49~0.50L—孔口宽度h=0设—堰顶水头求得：堰顶水头h0设=12.80m河海大学水工建筑物课程设计5堰顶高程：▽堰顶=▽设-h0设=229.7-12.80=216.90m四校核洪水位的确定将Q校=5530m3/s带入（1）式得：h0校=14.95m校核洪水位H核=▽堰+h0核=216.90+14.95=231.85m五坝顶高程的确定坝顶高程=max｛设校设计洪水位校核洪水位hh超高Δh=2×h1%+h0+hc其中:2×h1%——波浪高度h0——波浪中心线高出静水位的高度hc——坝的级别对应的安全超高2×h1%由3/12012/1020)(0076.0ghvgDvv计算mmLHcthLh2h2%1zhc是根据中国水利水电出版社《水工建筑物》P188表知hc设=0.5m；hc校=0.4m0v——计算风速，设计情况采用洪水多年平均最大风速1.5~2.0倍D——库面吹程有资料得：洪水期多年平均最大风速11m/s，风向：按基本最大垂直坝轴线考虑，吹程：D=10.0kmΔh=2×h1%+h0+hc2×h1%（m）h0（m）hc（m）设计洪水位3.7510.8440.5校核洪水位2.0280.4040.4综上，取两者较大值，坝顶高程为234.68m第二节非溢流坝剖面设计河海大学水工建筑物课程设计6一剖面尺寸的确定以校核洪水位▽核=231.85m为基本剖面，三角形高程H=▽校-▽底=231.85-130=101.85m1.按应力条件确定坝底最小宽度10c--2)1(1）（HB（1）2.按稳定性条件确定坝底最小宽度）（10fcKHB（2）其中：c=24KN/m3,0=9.81KN/m3,=0α1——扬压力折减系数，α1=0.25，f——混凝土与基岩摩擦系数，f=0.72代入（1）得，B/H=0.68，代入（2）得B/H=0.65取较大值的：B=69.3m，上游坡度n=0，下游坡度m=0.68二确定实用剖面尺寸1.坝顶宽度非溢流坝的坝顶宽度一般取坝高的8%~10%，为满足设备布置，运行，交通及施工的需要，取坝顶宽度10.0m。2.剖面形态采用上游面上部垂直，下部倾斜，坡度取n=0.15，可利用部分水重来加大坝体稳定性，又可保留铅直的上部，便于管道进口布置设备和操作等优点，上游折坡点取在165m处。下游面的坡度m=0.7，则最终B=76.545m。则剖面形态如下：河海大学水工建筑物课程设计7第三节非溢流坝段稳定和应力分析一荷载组合及荷载计算作用在重力坝上的主要荷载有：坝体自重，上下游坝面水压力，坝基底部扬压力，浪压力及地震荷载。根据不同运行条件确定何在数值，并选用不同的荷载组合，分别验算坝体的稳定和强度（取单宽计算）。1.坝体自重W=c×V,c=24KN/m32,静水压力水平压力2021HPX,0=9.81KN/m3,H为水深垂直压力VP0y，V为折坡上水的体积3.坝基面扬压力重力坝当水后，由于上下游水位差的作用，库水将通过坝基面向下游渗透，扬压力对稳定不利，为降低扬压力，在坝踵附近坝基中进行灌浆，形成防渗帷幕，并在帷幕后设置排水孔。坝踵扬压力强度