混凝土重力坝毕业设计计算书

目录20230目录 13705第1章非溢流坝设计 282611.1坝基面高程de确定 2316071.2坝顶高程计算 2248481.2.1基本组合状况下： 240701.2.2特殊组合状况下： 3217461.3坝宽计算 4327291.4坝面坡度 412621.5坝基de防渗与排水设施确定 518558第二章非溢流坝段荷载计算 563562.1计算状况de选择 5236642.2荷载计算 588792.2.1自重 6204582.2.2静水压力及其推力 6283552.2.3扬压力de计算 7274622.2.4淤沙压力及其推力 10175412.2.5波浪压力 11324192.2.6土压力 1210278第3章坝体抗滑稳定性分析 13265503.2抗滑稳定计算 15270533.3抗剪断强度计算 16773第4章应力分析 17301344.1总则 17194914.1.1大坝垂直应力分析 17156944.1.2大坝垂直应力满足规定 18196224.2计算截面为建基面de状况 19300854.2.1荷载计算 19143144.2.2运用期（计入扬压力de状况） 20134774.2.3运用期（不计入扬压力de状况） 21168694.2.4施工期 2125150第5章溢流坝段设计 22290765.1泄流方式选择 22226235.2洪水原则de确定 23296385.3流量de确定 23183505.4单宽流量de选择 23228655.5孔口净宽de确定 23156865.6溢流坝段总长度de确定 24174055.7堰顶高程de确定 24247075.8闸门高度de确定 25244825.9定型水头de确定 25287045.10泄流能力de校核 26126165.11.1溢流坝段剖面图 263405.11.2溢流坝段稳定性分析 2721589（1）正常蓄水状况 2722740（2）设计洪水状况 2715874（3）校核洪水状况 2813538第6章消能防冲设计 2886306.1洪水原则和有关参数de选定 29227356.2反弧半径de确定 2994626.3坎顶水深de确定 30280626.4水舌抛距计算 31184366.5最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度 3210406第7章泄水孔de设计 33205937.1有压泄水孔de设计 34287797.11孔径Dde确定 34115547.12进水口体形设计 34145897.13闸门与门槽 35183317.14渐宽段 35237167.15出水口 3552637.15通气孔和平压管 356823参照文献 36毕业设计（论文）任务书题目车家坝河水利枢纽(碾压重力坝设计)（任务起止日期2023年3月29日~2023年6月18日）河海院水利水电专业03班学生姓名谢龙学号06150311指导教师张建梅教研室主任许光祥院领导周华君 第一章非溢流坝设计1.1坝基面高程de确定由《混凝土重力坝设计规范》可知，坝高100~50米时，重力坝可建在微风化至弱风化中部基岩上，本工程坝高为50~100m，由于本坝址岩层分布重要为石英砂岩，故可确定坝基面高程为832.0m。由水位—库容曲线查de该库容为0.03×108m3，故可知该工程等级为Ⅳ级。1.2坝顶高程计算基本组合状况下：1.2.1.1正常蓄水位时：坝顶高程分别按设计和校核两种状况，用如下公式进行计算：波浪要素按官厅公式计算。公式如下：库水位以上de超高：式中--波浪高度，m--波浪中心线超过静水位de高度，m--安全超高，m--计算风速。水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用对应洪水期数年平均最大风速de1.5~2.0倍；校核洪水位时，宜用对应洪水期数年平均最大风速，m/sD-风区长度；mL--波长；MH--坝前水深1.2.1.2设计洪水位时：根据水库总库容在之间可知，大坝工程安全级别为级计算风速取对应洪水期数年平均最大风速de1.8倍，即=47.7m/s根据公式，可知波浪高度=2.71m根据公式，可知波长L=23.19m根据公式，可知波浪中心线超静水位高度=0.994274m可知库水位超高=4.1m可知坝顶高程=890.00+4.1=894.1m1.2.1.2校核洪水位时：计算风速取对应洪水期数年平均最大风速，即=26.5m/s根据公式，可知波浪高度=1.30m根据公式，可知波长L=7.0034m根据公式，可知波浪中心线超静水位高度=0.7577m可知库水位超高=2.355m可知坝顶高程=890.00+2.355=892.355m1.2.2特殊组合状况下：Vo=26.5m/s故按莆田试验站公式计算：=6.43×10-3故hm=0.4603m=1.1146故Tm=3.011s综合（1）、（2），可知最大坝顶高程取894.1m1.3坝宽计算为了适应运用和施工de需要，坝顶必须有一定de宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高de8%~10%。，且不不不小于3m因此坝顶宽度=6m，并可算出坝底宽为78.5m1.4坝面坡度上游坝坡采用折线面，一般起坡点在坝高de2/3附近，建坝基面高程为832m，折坡点高程为873.4m，坡度为1：0.2；下游坡度为1：0.8。由于基本三角形de顶点与正常蓄水位齐平，故重力坝剖面de下游坡向上延伸应与正常蓄水位相交，详细尺寸见下图图1.1重力坝剖面图1.5坝基de防渗与排水设施确定由于防渗de需要，坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。据基础廊道de布置规定，初步确定防渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵5.5m。第二章非溢流坝段荷载计算2.1计算状况de选择作用在坝基面de荷载有：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力、土压力，常取坝长进行计算。2.2荷载计算自重自重在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位完全同样计算环节如下；坝体自重de计算公式：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坝体自重=55748.47KN静水压力及其推力①静水压力与作用水头有关，因此在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时静水压力各不相似，应分别计算；②静水压力是作用在上下游坝面de重要荷载，计算时常分解为水平压力和垂直压力两种。de计算公式为：式中：——计算点de作用水头，；——水de重度，常取；（1）基本组合：正常蓄水位状况：F1=0.59.81582=16500.42KNW1=0.5(58+28)69.81=2538.72KN设计洪水位状况：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）特殊组合：校核蓄水位状况：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扬压力de计算规范：当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游（坝踵）处de扬压力作用水头为，排水孔中心线处为（，下游（坝趾）处为，其间各段依次以直线连接,则：A坝踵处de扬压力强度为,坝址处de扬压力强度为,帷幕灌浆和排水孔处de渗透压力为（,de取值如表2-1所示）。B扬压力de大小等于扬压力分布图de面积。图2.1扬压力计算图示表2.1坝底面de渗透压力、扬压力强度系数坝型及部位坝基处理情况（A）设置防渗帷幕及排水孔（B）设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排部位坝型渗透压力强度系数α主排水孔前de扬压力强度系数α1残存扬压力强度系数α2河床坝段实体重力坝0.250.20.5宽缝重力坝0.20.150.5大头支墩坝0.20.150.5空腹重力坝0.25--岸坡实体重力坝0.35--宽缝重力坝0.3--则：帷幕灌浆处de，排水孔处de。（1）正常蓄水状况下：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设计洪水状况：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）校核洪水位状况：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淤沙压力及其推力图2.3淤沙压力计算图示（1）水平泥沙压力为：式中:，水平方向：（2）竖直方向：Psv=7.360.5(17.8+4)4=80.224KN2.2.5波浪压力波浪压力计算公式：式中：（1）基本组合（设计和正常状况）：Hz=0.7577m；Lm=7.0m；h1%=1.30m（2）特殊组合（校核）：Hz=0.05402m；Lm=2.488m；h1%=0.207m；2.2.6土压力（1）正常蓄水状况：（2）设计及校核洪水位状况：第三章坝体抗滑稳定性分析3.1总则A、按抗剪断强度de计算公式进行计算，按抗剪断强度公式计算de坝基面抗滑稳定安全系数值应不不不小于表3-1规范规定；B、它认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好，属于交界面；C、基础数据：；；A=178.5=78.5m2。此时其抗滑稳定安全系数de计算公式为：式中：表3.1坝面滑定全数K′荷载组合K′基本组合3特殊组合(1)2.5(2)2.3表3.2所有荷载计算成果荷载水平力垂直力正常工况设计工况校核工况正常工况设计工况校核工况自重144598.97144598.97144598.97水压力67144.5460426.660333.519025.2014775.915784.29扬压力-25586.66-57222.22-59984.09波浪力4.874.871.59淤沙力3614.423614.423614.42964.13964.13964.13土压力-805.0748.6448.646688.24511.194511.19总计69958.7664094.5363998.16135689.80107585.0105874.493.2抗滑稳定计算（1）正常蓄水状况∑W=51617.23KN∑P=16889.85KNK′=3.05611>3.0（2）设计洪水状况∑W=54067.9KN∑P=14953.2KNK′=3.615809>2.5（3）校核洪水状况∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.33.3抗剪断强度计算（1）正常蓄水状况∑W=51617.23KN∑P=16889.85KN>3.0（2）设计洪水状况∑W=54067.9KN∑P=14953.2KN>2.5（3）校核洪水状况∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.3>2.3故非溢流坝段抗滑稳定满足设计规范规定。第四章应力分析4.1总则4.1.1大坝垂直应力分析根据SL319-2023《混凝土重力坝设计规范》，按下列公式进行应力计算：图4.1应力计算图示(1)上游面垂直正应力：(2)下游面垂直正应力：式中：4.1.2大坝垂直应力满足规定由《混凝土重力坝设计规范》SL319—2023可知：重力坝坝基面：运用期：规定上游面垂直正应力不不不小于0，下游面垂直正应力应不不小于坝基容许压应力4.0Mpa=4000Kpa。；施工期：坝趾垂直应力可容许由不不小于0.1Mpa（100Kpa）de拉应力；重力坝坝体截面：运用期：坝体上游面不出现拉应力（计扬压力），下游面垂直正应力应不不小于混凝土压应力值，采用C15混凝土，故混凝土压应力值为15/4=3.75Mpa=3750Kpa。施工期：坝体任何截面上de主压应力应不不小于混凝土de容许压应力，下游面可容许有不不小于0.2Mpa（200Kpa）de主拉应力。4.2计算截面为建基面de状况4.2.1荷载计算（1）自重力矩自重如下图所示：图4.2自重力矩计算图示W1=2118.96KN；W2=8772.494KN；W3=44856.62KN自重力矩计算如下：M1=2118.9628.31=59987.76KNmM2=8772.49424.2=212294.4KNmM3=44856.622.03=91058.94KNmM=M1+M2+M3=363341.1KNm4.2.2运用期（计入扬压力de状况）(1)上游面垂直正应力：T=109.45(2)下游面垂直正应力：4.2.3运用期（不计入扬压力de状况）(1)上游面垂直正应力：T=109.45(2)下游面垂直正应力：4.2.4施工期(1)上游面垂直正应力：T=109.45(2)下游面垂直正应力：第五章溢流坝段设计5.1泄流方式选择为了使水库具有较大de超泄能力，采用开敞式孔口，WES实用堰。5.2洪水原则de确定洪水原则de确定：本次设计de重力坝是Ⅲ级建筑物，根据GB50201—94表6.2.1，采用50年一遇de洪水原则设计，523年一遇de洪水原则校核。5.3流量de确定流量de确定：根据基础资料可知，设计状况下，溢流坝de下泄流量为115.75m3/s；在校核状况下溢流坝de下泄流量为176m3/s。5.4单宽流量de选择坝址处基础节理裂隙发育，岩石软弱，综合枢纽de布置及下游de消能防冲规定，单宽流量取20m3/（s.m）。5.5孔口净宽de确定孔口净宽确定，分别计算设计和校核状况下溢洪道所需de孔口宽度，计算成果如下表：表5.1孔口净宽计算状况流量(m3/s)单宽流量q〔m3/(s.m)〕孔口净宽B（m）设计状况115.75205.79校核状况176208.8根据以上计算，溢流坝孔口净宽取B=16m，假设每孔宽度为b=8m，则孔数n为2。5.6溢流坝段总长度de确定溢流坝段总长度（溢流孔口de总宽度）de确定：根据工程经验，确定闸墩de厚度。初拟中墩厚d为2.5m，边墩厚t为3m，则溢流坝段de总长度B0为：B0=n×b+(n－1)×d+2×t=2×8+（2－1）×2.5+2×3=24.5(m)5.7堰顶高程de确定初拟侧收缩系数，流量系数m=0.463，由于过堰水流为自由出流，故由堰流公式计算堰上水头Hw,计算水位分别减去其对应de堰上水头即为堰顶高程。计算公式如下：计算成果见表：表5.2堰顶高程计算状况流量（m3/s）侧收缩系数流量系数孔口净宽（m）堰上水头（m）堰顶高程（m）设计状况115.750.920.463167.57883.52校核状况1760.920.463169.86882.47根据以上计算，取堰顶高程为882.47m。5.8闸门高度de确定门高=正常高水位－堰顶高程+安全超高=890.00－882.47+0.2=7.7（m）则按规范取门高7.8m。5.9定型水头de确定堰上最大水头Hmax=校核洪水位－堰顶高程=892.33－882.47=9.86（m）；定型设计水头Hd=（75%～95%）Hmax=7.4～9.4（m）；取Hd=8.4，Hd/Hmax=8.4/9.86=0.85,查表知坝面最大负压为：0.3Hd=2.8（m），不不小于规范de容许值（最大不超过3～6m水柱）5.10泄流能力de校核先由水力学公式计算侧收缩系数ε，然后计算不一样水头作用下de流量系数m，根据已知条件，运用堰流公式校核溢流堰de泄流能力。计算成果汇总如下表：表5.3泄流能力校核计算状况mB(m)H(m)Q(m3/s)Q`(m3/s)设计状况0.4630.92167.57142141.950.0352%校核状况0.4630.92169.86211208.331.2654%满足de规定，则符合规范设计de孔口规定。5.11.1溢流坝段剖面图图5.1溢流坝横剖面图5.11.2溢流坝段稳定性分析（1）正常蓄水状况∑W=51617.23KN∑P=16889.85KN>3.0（2）设计洪水状况∑W=54067.9KN∑P=14953.2KN>2.5（3）校核洪水状况∑W=54440.77KN∑P=17061.85KNK′=3.190789>2.3>2.3故溢流坝段抗滑稳定满足设计规范规定。第六章消能防冲设计通过溢流坝顶下泄de水流，具有很大de能量，必须采用有效地消能措施，保护下游河床免受冲刷。消能设计de原则是：消能效果好，构造可靠，防止空蚀和磨损，以保证坝体和有关建筑物de安全。设计时应根据坝址地形，地质条件，枢纽布置，坝高，下泄流量等综合考虑。6.1洪水原则和有关参数de选定本次设计de重力坝是3级水工建筑物，根据SL252—2023表3.2.4，消能防冲设计采用按50年洪水重现期原则设计。根据地形地质条件，选用挑流消能。根据已建工程经验，挑射=20°。6.2反弧半径de确定反弧半径R为：对于挑流消能，可按下式求得反弧段de半径—堰面流速系数，取0.95；H—设计洪水位至坎顶高差，H=891.09-851.0=40.09m(取坎顶高程为851.0m)故算出V=26.65m/sQ—校核洪水时溢流坝下泄流量，(211m3/s)；B—鼻坎处水面宽度，m，此处B=单孔净宽+2×边墩厚度；B=8+2×3=14mh1=5.65585(m)R=（4～10）hR=22.62～56.56（m）取R=32（m）6.3坎顶水深de确定坎顶水深计算公式为：坎顶水流流速v按下式计算：—堰面流速系数，取0.95；H—设计洪水位至坎顶高差，H=891.09-851.0=40.09m(取坎顶高程为851.0m)故算出V=26.65m/sQ—50年一遇洪水时溢流坝下泄流量，(105m3/s)；B—鼻坎处水面宽度，m，此处B=单孔净宽+2×边墩厚度；B=8+2×3=14m故坎顶平均水深：6.4水舌抛距计算根据SL253-2023《溢洪道设计规范》，计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度。计算公式：水舌抛距计算公式：L：水舌抛距：：鼻坎de挑角：：坎顶至河床面de高差：堰面流量系数，取0.95；将这些数据代入水舌抛距de公式得：6.5最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度最大冲坑水垫厚度公式：：水垫厚度，自水面算至坑底。：单宽流量，由前面de计算可得单宽流量为20；：上下游水位差，根据资料可得水位差为40.5m；：冲刷系数，（这里根据地质状况取1.5）；将数据代入公式得：因此最大冲坑水垫厚度为14.35m。最大冲坑厚度估算：图6.1冲坑厚度图示为了保证大坝de安全，挑距应有足够dede长度。一般当时，认为是安全de。计算成果为n=3.817，因此满足规范。故，其消能防冲设计符合规范设计规定。第七章泄水孔de设计7.1有压泄水孔de设计坝体在内水压力de作用下也许会出现拉应力，因此孔壁需要钢板衬砌。7.11孔径Dde确定孔径Dde确定可根据下式：式中：Q—每个发电孔引取de流量，m3/svp—孔内de容许流速，m/s，对于发电孔vp=5.0~6.