水工建筑物课程设计设计说明书

水工建筑物课程设计说明书姓名：学号：专业：日期：目 录第一章 设计依据-011.1 坝址水文条件-011.2坝址地质条件-01第二章 基本资料-022.1工程规模-022.2水库特性-04第三章枢纽总体布置-043.1坝轴线选择-043.2坝型确定-04第四章 工程布置与坝体构造-054.1非溢流坝结构与构造-054.2溢流坝结构与构造-06第一章 设计依据1.1坝址水文条件根据调洪演算，得到各种频率下的洪水成果表：时段P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%洪峰886.6843.2767.3689.8630.9582.8502.2420.1洪量33973221291726062371210518701580根据计算，得到坝址处悬移质多年平均输沙量61000t，相应含沙量0.21kg/m3。1.2坝址地质条件取水坝坝址河床宽14m，地形平缓，坝轴线下游20m ，河床由268转为307，河道变陡。河床堆积层为第四系砂砾卵石、漂石（最大块径长18m，宽11m，高8m），厚4.05.0m，属于松散堆积层。取水坝左岸坡出露基岩，岩性为黑云母花岗岩，强弱风化状，其中顺河左岸边坡稳定性较好。顺河右岸边坡稳定性较差，地形呈一圆弧洼地，于此洼地后部发育为一深冲沟，沟线走向154，与河流斜交，初步勘察表明，右岸坡受地表水冲蚀及河水的底蚀作用，右岸坡发生过表层坍滑（坍滑体长40m，宽23m，滑深约8m），总体坡度43，大部分松散堆积物已被冲蚀，最大残余深约4m，需要做相应护坡处理。建议坝址河床清基深度5.06.0m，基础应置于较为密实的全风化花岗岩上。建议物理力学指标：冲、洪积漂（卵）石：=1921kN/m3、E0=4060MPa c=0.010.02MPa、=1830，R=0.30.6 MPa、=0.150.20、k=312102cm/s。残、坡积含砾粉土及砾质土：=1015kN/m3，E0=1840MPa ， c=0.01MPa，=1530，R=0.20.4 MPa，=0.250.30。全风化花岗岩：=1520kN/m3，E0=1020MPa， c=0.01MPa、=1230，R=0.10.5 MPa，=0.350.40。强风化花岗岩：=1923kN/m3，E0=3060MPa，c=0.01MPa，=2230，R=0.61.0 MPa，=0.180.33。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），工程所在地地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。第二章 基本资料2.1工程规模根据水能计算结果，水电站装机容量为23200kW，设计引用流量Q=7.5m3/s，为保证发电水头，取水口底。板高程不得低于1681.20m。设取水口面积为A=1.21.2，u=0.6带入,h=3.85m取水板高程为1682.15m,溢流堰顶高程为1682.15+3.85=1686m该工程为五级，校核洪水位100年一遇，设计当p=1%,Q=767.3m/s;p=5%,Q=582.8m3/s m=0.502,=1,=1.B=25,当Q=582.8m3/s设计洪水位h=4.8m，Q=767.3m/s,校核洪水位h=5.8m则校核洪水位高程为1686+5.8=1691.86m,设计洪水位高程为1686.6+4.8=1690.8m，非溢流坝顶高程1686+5.8+0.2=1692m消能计算：该工程为5级工程，消能防冲为10年一遇，相应Q=502,.2m3/s，V=4.7m/s,h=4.3m. 其中取0.95经过试算得把h1=1.74m带入h2=6.1m 查规范得，护坦上不设辅助消能设施时溢流坝反弧半径R=(46)hc=4m.R1=0.5hd=5.80.50.7=4m。2.2.水库特性本方案电站坝址选在上轴线。按电站工程洪水计算规范，校核洪水取100年一遇，设计洪水取20年一遇进行计算。坝址下游无防洪要求，溢流坝堰顶不设闸门，故取正常蓄水位与堰顶高程一致。经计算，其特征水位及相应下泄流量见表1。表1水库特性表指标名称上游水位（m）下游水位（m）相应下泄流量（m3/s）校核洪水位（P =1 %） 1691.801691.80767.3设计洪水位（p=5%）1690.801690.80582.8正常蓄水位 1686.001681.5 0（堰顶高程）第三章 枢纽总体布置3.1坝轴线选择在坝址地形图上选两条坝轴线，即上坝轴与下坝轴进行比较。通过比较，上坝址基岩倾向上游，两岸基岩裸露，河床覆盖深在6米以内，渗漏问题不严重。根据钎探资料，河床覆盖层最厚6米，最薄0.3米，清基工程量不大。该坝址河流顺直，水流条件好，下泄水流离主河道左岸弯曲段远。综合上述地质、地形、水流等方面的条件，上坝轴线较下坝线条件优越，故采用上坝线作为本工程坝轴线。3.2坝型选择根据上述所提供的地形、地质条件及水文气象资料，进行综合分析如下：电站拟选坝址河谷呈“U”型，宽高比达3.1以上，拱的作用小，两岸山体稳定性较差，并因洪水流量大，泄洪建筑物较难布置，故放弃拱坝设计方案。电站附近，筑坝土料缺乏，同时坝址位置较窄，无法布置溢洪道，如布置溢洪道，还需对左坝肩进行大面积的开挖，有可能造成坝体稳定性差，工程量大，造价高，也是不可取的。若采用重力坝方案。其筑坝材料可用砼和浆砌石两种材料，能使该工程充分利用现有的自然条件，且泄洪建筑物容易布置，施工导流易于解决。居于浆砌石和纯混凝土两种坝型而言，浆砌石重力坝虽然水泥用量少，投资小，但不能实现机械化施工，人工砌筑，坝体质量难以控制，工期长，是不可取的；另外，随着改革的深入，施工质量和进度都将受到合同和国家法律的约束。因此，唯有混凝土重力坝才是较理想的坝型，它能满足由于施工工艺、组织管理和机械设备使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。重力坝按坝体的结构形式，可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝三种。实体重力坝的结构形式简单，设计施工方便，其问题是扬压力大，材料抗压强度不能充分发挥。空腹重力坝、宽缝重力坝则可以利用空腹和宽缝排除坝基的渗透水流，有效减少扬压力，较好地利用材料的抗压强度，可减少10%30的工程量，可降低工程造价，但其模板用量大，施工工艺复杂，需专业队伍进行施工。综合上述多方面因素，实体坝虽然工程量大，但由于其体型简单、施工方便、工期短，工程可提前发挥效益，从而使工程投资可以得到补偿，混凝土实体重力坝有利条件较多，故拟定为本工程的最优坝型。第四章 工程布置与坝体构造根据规范规定，大坝工程等级为五等，主要建筑物级别为五级，次要建筑物级别5级。大坝防洪标准按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。拦水坝为实体重力坝，坝顶总长41.15米，最大坝高13m，主要由非溢流坝段、溢流坝段组成，其建筑材料均为C15混凝土浇筑。4.1非溢流坝结构与构造根据前述，非溢流坝坝顶高程为1692m，拟定坝顶宽3m，上游坝坡为垂直面；下游坝坡在高程16921685段为坡度为1:0.8，1685m以下为垂直段。重力坝根据工程地形地质条件，未考虑设排水沟和防渗帷幕，坝顶不设防浪墙。工程不考虑地震及冰冻作用，其抗滑稳定计算按分项系数极限状态法计算；应力分析计算采用概率极限状态设计法。经计算，稳定及应力均满足规范要求。4.2溢流坝结构与构造溢流坝段位于河床中间，有利于泄洪时水流顺畅，主河槽基岩好，抗冲能力强。结合实际情况，本工程坝顶溢流采用不设闸门的坝面溢流形式，堰顶高程与正常蓄水位齐平，即堰顶高程为1692m，堰宽41.15米，堰上最大水头5.8m。溢流堰上游堰头曲线采用一圆弧形曲线，堰面曲线采用幂曲线，曲线末接1：0.8的直线段，其末端曲线半径为4m的反弧鼻坎。溢流坝最大堰高7m，最大底宽9.6m（基础）,堰顶最大下泄流量为767.3m3/s。坝体稳定承载能力极限状态计算 溢流坝段（一）、基本资料 坝顶高程：1686 m 校核洪水位（P =1 %）上游：1691.80m下游：1691.80 m 正常蓄水位上游：1686m下游：1681.5 m(1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算）A、正常蓄水位情况（上游水位1686m，下游水位1681.5m） 竖向力（自重）W1 = 2437 = 504KNW2 = 246.65.5 /2 = 435.6KNW =939.6 KNW1作用点至O点的力臂为： (9.6-3) /2 = 3.3 mW2作用点至O点的力臂为： 竖向力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）： MOW1 =5043.3 = 1663.2 KNm MOW2 = 435 .61.133= 493.53KNm MOW = 1169.67 KNm 静水压力（水平力）P1 = H12 /2 = 9.81(16861679)2 /2= 240.35 KNP2 =H22 /2 =9.81(1681.5-1679)2 /2 = 30.63KNP = -209.72 KNP1作用点至O点的力臂为： (16861679)/3 = 2.33mP2作用点至O点的力臂为： (1681.51679)/3 =0.83m静水压力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）： MOP1 = 240.35 2.33= 560. 02KNm MOP2 =30.630.83 = 25.42KNmMOP = 534.60KNm 扬压力 扬压力示意图请见下页附图：H1 = 16861679 = 7 mH2 = 1681.51679 =2.5 m(H1 H1) = 72.5 = 4.5m 计算扬压力如下：U1 = 9.819.62.5= 235.2 KNU2 = 9.81 9.67/2 = 329.62 KNU =564.82KNU1作用点至O点的力臂为： 0 mU2作用点至O点的力臂为：9.6 / 29.6 / 3 = 1.6m竖向力对O点的弯矩（顺时针为“”，逆时针为“+”）： MOU1 = 0 KNm MOU2 = 329.621.6= 527.4KNm MOU = 527.4KNm将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表1附表1 正常蓄水位情况各项作用力统计表 单位：KN、KNm序号荷载效应方向力标准值力矩标准值分项系数力设计值力矩M设计值1自重为正939.6 1169.67 1.0939.6 1169.67 2静水压力为正209.72 534.601.0209.72 534.603扬压力为正 564.82527.41.2677.78632.88