大工15秋《水工建筑物课程设计》

大总W2大，我络教育学院

《水工建筑物课程设计》题目：混凝土重力坝设计学习中心：南京奥鹏学习中心专业：水利水电工程年级：年秋季学号：学生：指导教师：#项目基本资料1414m/s,重现期为50年2.6km,校核洪水位3.0km□1.05m。3口5m,强风化加弱风化带厚3m,0口1.5m,弱风化层厚1m左右，38m左右,整个河床皆为微、弱风5~7m,强风化带厚1口3m,弱风化2~3km均可开采,储量足,质量好。粘m3,死水位51m。气1候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速□□□□□□23m/s,吹口：设计洪水位最大冻土深度为1.25m。河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚.工2程地质与水文地质坝址地形地质条件1)左岸：覆盖层2口3m,全风化带厚微风化厚4m。2)河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约□□□□3口6m。坝址处河床岩面高程约在化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。(3)右岸：覆盖层3口5m,全风化带厚带厚1口3m,微风化厚1口4m。天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。水库水位及规模□□□□：□□□□□□□0.30亿②正常蓄水位：80.0m。注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。表一状况坝底高程(m)坝顶高程(m)上游水位(m)下游水位(m)上游坡口下游坡口设计情况3184.982.5045.5001：0.8校核情况3184.984.7246.4501：0.8本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况：基本组合(2)为设计洪水位情况,其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。1.大3坝设计概况工程等级□□□□□□0.3亿m3,最大库容未知，估算约为5亿m3□□□□□□□《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》□DL5180-2003),□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□2口型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。坝型确定坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。确定本水库大坝为混凝土重力坝。基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三□□,□□□□□□□,□□□□□□□43.29m(约为坝高的0.8倍),□□□□m=0.8,上游面为铅口。设计及计算内容坝高计算□□□□□□□□,□□H=坝顶高程-坝底高程=84.90-31.00=53.90m,□□坝。2.2挡水坝段剖面设计坝顶构造设计□□□□□8%口10%坝高，且不小于3m,□□□□□□□4.80m。坝顶上游设置防浪墙，墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，高度取1.35m（按设计口水位计算）,□□□0.50m,□□□□□□□□□坝底宽度计算□□□□□□□□□,□□□□T=（84.90-31.00口口0.8=43.12m。坝体检查排水廊道、排水管幕设计为了便于检查、观测和排除坝体渗水，在坝体高程65.00处设一检查兼作排□□□□,□□□□□□□□□□,□□□1.5m,高度取2.5m,其上游侧至上□□□□□□0.05D0.07□□□□□,□□□□3m,设计取4.00m。为了减小坝体的渗透压力,靠近上游坝面设置排水管幕,排水管幕至上游坝□□□□1/15口1/25倍作用水头，且不小于2m,设计取3.00m,间距取2.50m,管径取200mm，排水管幕做成铅直，与纵向排水检修廊道相通，渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道,排水管幕上端通至坝顶。坝基灌浆排水廊道设计□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□0.05D0.1□□□□□,且不小于4口5m,设计取4.0m,廊道断面采用城门洞形，宽度取3.00m,高度取3.50m,廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及口压力观测孔，廊道底面距离基岩面不小于1.5倍廊道宽度,设计取4.00m。为减少坝基渗漏,防止较大渗流对坝基产生渗透破坏,减小坝基底面的防渗扬压力,提高坝体的抗滑稳定性,在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆,帷幕灌浆深度取0.05D0.07□□□□□,□□□□□□□□□20.00m。灌浆帷幕中心线距上游坝面4.50m。帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行,灌浆压力表层不宜小于1.0口1.5口坝前静水头，取60m*10KN/nB=600KPM□□□□□□□2口3倍坝前静水头,取130m*10KN/m3=1300KPa。为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水,在廊道下游侧布置一排排水孔幕,

排水孔深度为帷幕灌浆深度的0.4口0.6倍，且坝高50m□□□□□□□□10m，排水孔深度为帷幕灌浆深度的0.4口0.6倍，且坝高50m□□□□□□□□10m，排水孔深度设计取10.00m,孔口取2.50m,孔径取200mm，排水孔略向下游倾斜，与帷幕灌浆成10°交角。排水孔中心线距帷幕中心线2.00m。2.2.5地基处理基岩开挖的边坡必须保持稳定,两岸岸坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状,以确保坝体的侧向稳定。对于靠近坝基面的缓倾角软弱夹层,埋藏不深的溶洞、溶浊面应尽量挖除。开挖至距利用岩面0.5口1.0m□,□□□□□□□□,□□量爆破,以免产生裂隙或增大裂隙。溶浊面应尽量挖除。开挖至距利用岩面0.5口1.0m□,□□□□□□□□,□□量爆破,以免产生裂隙或增大裂隙。遇到易风化的页岩、黏土岩时，应留0.2D0.3m2.2.62.2.6坝体材料分区(1)上、下游最高水位以上坝体表层采用(2)下游水位变化区的坝体表层采用(3)上、下游最低水位以下坝体表层采用(4)坝体靠近基础的底部采用的保护层,待浇筑混凝土前再挖除。坝基应清到比较坚硬完整的完整的岩面,基面平整、水平即可,地基开挖后,在浇筑混凝土前,必须彻底清理、冲洗和修凿风化、松动、软弱破碎的岩块都要清除干净,突出的尖角要打掉,光滑的岩面要凿毛,并用水冲洗干净,基岩表面不得残留有泥土、石渣、油渍等其它污物,排除基岩面上全部积水,基坑内原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。C15、W4、F100厚3.00m的混凝土。C15、W8、F200厚3.00m的混凝土。C20、W10、F100厚3.00m的混凝土。C20、W10、F200厚8.00m□□□□,□□□□□□□(5)坝体内部采用C10、W2□□□□□□挡水坝段荷载计算本设计荷载仅分析基本组合(2)本设计荷载仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况。荷1载基本组合(2为)设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。设计洪水位坝体尺寸与荷载m(1)自重。坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算，混凝土容重采用24KN/m3,因廊道尺寸较小，计算自重时不考虑。(2)静水压力。静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力。(3)口压力。坝口处的扬压力强度为Y3H1，排水孔线上为Y3H2+°Yw△H,坝址处为Y3H2,其间均以直线连接，口压力折减系数a=0.25。(4)泥沙压力。大坝口水面前泥沙的淤积高度计算至死水位51m,大坝口水面□□□□□□□h=51.0-31.0=20.0m,□□□□□□□□□□□□□□□□□□,s□□□□Ysd取13.5KN/m3,孔隙率n取0.42,内摩擦角①s取18°,泥沙的浮重度ysb=Ysd-(1-n)Y3=13.5-(1-0.42)□10=7.7KN/m3。单位长度大坝口水面上的水平泥沙压力值按公式Psk=1/2Ysbhs2tan2(45°ps/2)。□□□□□□□□□□水平泥沙压力值按公式在38m左右，□□□□□□□□□□□□□h=38.00-31.00=7.00m,□□□□□□s沙压力外还应计算竖直泥沙压力，其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得。⑸浪压力。□□□□□□□□□50□□□□□□□23m/s,□□□□□2600m,□□□□□□□□gh2%/v02=0.00625v0(i/6)(gD/v02)(i/3)和gLm/v02=0.0386(gD/v02)(i/2)□□□□□□□2%的波高h2%=2.07m,□□□□Lm=14.45m,□□□□□h=2.25m。i%□□□□□□□□Hcr=Lm/(4n)ln[(Lm+2nh1%)/(Lm-2nh1%)]=5.19m。□□□□□H=82.50-31.00=51.50m,HDH□H口Lm/2,发生深水波，单位□□□□□□□□□□□□□□□□PwkT*Y3Lm(h1%+hz)DDD□□□□□□□□□□□□□hz=nh1%2/Lmcth(nH/Lm)=1.10m。防浪墙顶高程为：82.50+h1%+hz+hc=82.5+2.25+1.10+0.40=86.25m。上述荷载计算见计算表。重力坝基本荷载组合计算表荷载计算式垂直力（kN）水平力（kN）对坝底截面形心力臂（m）力矩（kN.m）口口口口口+口-自重W14.8*53.9*24620921.56-2.4=19.16118964W21/2*47.9*38.32*24220262/3*38.32-21.56=3.9987884水压力P11/2*51.52*10132611/3*51.5=17.17227691P21/2*14.52*1010511/3*14.5=4.835076Q1/2*0.8*14.52*1084121.56-1/3*0.8*14.5=17.6914877口压力u114.5*43.12*106252000u21/2*36.62*0.25*37*1016942/3*36.62-21.56=2.854828u30.25*37*6.5*1060121.56-1/2*6.5=18.3111004u41/2(1-0.25)*37*6.5*1090221.56-1/3*6.5=19.3917490□□□□Psi1/2*7.7*20.02*tan2368131/3*20=6.675423Ps21/2*7.7*72*tam361001/3*7=2.33233Ps31/2*7.7*0.8*7215121.56-0.8*7/3=19.692973浪压力Pw1/4*10*14.45*(14.45/2+1.1+2.25)-1/8*10*14.45238226151.5-14.45/2+D14.45/2+1.1+2.25D/3=47.8051.5-2/3*14.45=41.871092818260合计94492922714456141222308530254619778口13044口79461口

2.3荷.载2特殊组合(1为)校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。校核洪水位坝体尺寸与荷载rmn(1)自重。坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算，混凝土容重采用24KN/m3,因廊道尺寸较小，计算自重时不考虑。(2)静水压力。静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力。(3)扬压力。坝踵处的扬压力强度为坝址处为校核洪水位坝体尺寸与荷载rmn(1)自重。坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算，混凝土容重采用24KN/m3,因廊道尺寸较小，计算自重时不考虑。(2)静水压力。静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力。(3)扬压力。坝踵处的扬压力强度为坝址处为Y3H2，其间均以直线连接，口压力折减系数(4)泥沙压力。大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位Y3H1,排水孔线上为Y3H2+aY3△H，a=0.25。51m,大坝口水面前泥沙的淤积高度分布，泥沙干重度h=51.00-31.00=20.00m,水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形sYsd取13.5KN/m3,孔隙率n取0.42,内摩擦角①s取18°,泥沙的浮重度面上的水平泥沙压力值按公式高程约在38m左右，P沙的浮重度面上的水平泥沙压力值按公式高程约在38m左右，Psk=1/2Ysbhs2t大坝背水面前泥沙的淤积高度an2(45°ps/2)。□□□□□□□h=38.00-31.00=7.00m,除计算sYsb=Ysd-(1-n)Y3=13.5-(1-0.42)□10=7.7KN/m3。单位长度大坝口水水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力,其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得。(5)浪压力。计算风速取多年平均最大风速14m/s(5)浪压力。计算风速取多年平均最大风速14m/s,□□□□□3000m，按鹤地□□□□□gh2%/v02=0.00625vo(i/6)(gD/v02)(i/3)和gLm/v02=0.0386(gD/v02)(i/2)计算得□□□□2%的波高h2%=1.03m,平均波长Lm=9.45m,经查表求得h1%=1.12m。□□□□□□□□Hr=Lm/(4n)ln[(Lm+2nh1%)/(Lm-2nh1%)]=1.45mD□□□□□H=84.72-31.00=53.72m,HDH□H口Lm/2,发生深水波，单位□□□□□□□□□□□□□□□PwkT*Y3Lm(h1%+hz)DDD□□□□□□□□□□□□hz=nh1%2/Lmcth(nH/Lm)=0.42m。□□□□□□：84.72+h1%+hz+hc=84.72+1.12+0.42+0.30=86.56mD大坝特性表资料提供的坝顶高程不足。上述荷载计算见计算表。重力坝特殊荷载组合计算表荷载计算式垂直力(kN)水平力(kN)对坝底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)口口口口口+口-自重W14.8*53.9*24620921.56-2.4=19.16118964W21/2*47.9*38.32*24220262/3*38.32-21.56=3.9987884水压力P11/2*53.722*10144291/3*53.72=17.91258423P21/2*15.452*1011941/3*15.45=5.156149Q1/2*0.8*15.452*1095521.56-1/3*0.8*15.45=17.4416655口压力u115.45*43.12*106662000u21/2*36.62*0.25*38.27*1017522/3*36.62-21.56=2.854993u30.25*38.27*6.5*1062221.56-1/2*6.5=18.3111389u41/2(1-0.25)*38.27*6.5*1093321.56-1/3*6.5=19.3918091□□□□Psi1/2*7.7*20.02*tan2368131/3*20=6.675423Ps21/2*7.7*72*tam361001/3*7=2.33233Ps31/2*7.7*0.8*7215121.56-0.8*7/3=19.692973浪压力Pw1/4*10*9.45*(9.45/2+0.42+1.12)-1/8*10*9.45214811253.72-9.45/2+D9.45/2+0.42+1.12D/3=51.0853.72-2/3*9.45=47.4253117560合计99692934115390140621854132550719372口13984口106966口挡.水3坝段荷载计算成果本设计荷载仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况，荷载组合作用计算成果见表二和表三。表二：坝体基本荷载组合作用计算成果

荷载垂直力(kN)水平力(kN)对口底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)口口口口口+口-自重W1620919.16118964W2220263.9987884水压力P11326117.17227691P210514.835076Q84117.6914877口压力u6252000u16942.854828u60118.3111004u90219.3917490泥沙压力P：8136.675423Ps21002.33233Ps315119.692973浪压力Pw38226147.8041.871092818260合计94492922714456141222308530254619778口13044口79461口表三：坝体特殊荷载组合作用计算成果表荷载垂直力(kN)水平力(kN)对口底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)口口口口口+口-自重W1620919.16118964W2220263.9987884水压力P11442917.91258423P211945.156149Q95517.4416655口压力u6662000u17522.854993u62218.3111389u93319.3918091泥沙压力P：8136.675423Ps21002.33233Ps315119.692973浪压力Pw14811251.0847.4253117560合计99692934115390140621854132550719372口13984口106966口挡水坝段建基面抗滑稳定计算□□□□□□□1m□□□□□□□□□□□□2.4.荷1载基本组合(2为)设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□f‘=0.85,C‘=0.65MPa,基岩允许抗压强度取1430KPa。□□□□□□□□□□□□□□□□□□□：K‘=(f‘口W+C'A)/口P二(0.85*19778+650*43.12)/13044=3.441[K‘]=3.0,□□□□□□□□□荷.载2特殊组合(1为)校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□f’=0.85,C‘=0.65MPa,基岩允许抗压强度取1430KPa。□□□□□□□□□□□□□□□□□□□：K‘=(f‘口W+C'A)/口P二(0.85*19372+650*43.12)/13984=3.1即[K‘]=2.5,□□□□□□□□□挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核2.5.荷1载基本组合(2为)设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。(1)当计入扬压力时,建基面上、下游边缘垂直正应力分别为：6uy=DW/B+6口M/B2=19778/43.12+6*(-79461)/43.122=202.27(KPa)10,满足要求。6dy二口W/B-60M/B2=19778/43.12-6*-794610/43.122=715.09(KPa)D1430Kpa,满足抗压强度要求。(2)当计入扬压力时,建基面上、下上游面剪应力分别为：Tu=(P-Puu-6uy)m1=(51.5*10-51.5*10-202.27)*0=0(KPa)。Td=(6dy+Pdu-P‘)m2=(715.09+14.5*10-14.5*10)*0.8=572.07(KPa),□□□□□(3)当计入扬压力时,建基面上、下游边缘水平正应力分别为：6ux=(P-Puu)-(P-Puu-6uy)m12=(51.5*10-51.5*10)-(51.5*10-51.5*10-202.27)*0=0(KPa)。6dx=(P'-Pdu)+(6dy+Pdu-P‘)m22=(14.5*10-14.5*10)+(715.09+14.5*10-14.5*10)*0.82=457.66(KPa),满足要求。(4)当计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为：6u1=(1+m12)6uy-(P-Puu)m12=(1+0)*202.27-(51.5*10-51.5*10)*0=202.27(KPa),满足要求。6u2=P-Puu=51.5*10-51.5*10=0(KPa)。6d1=(1+m22)6dy-(P‘-Pdu)m22=(1+0.82)*715.09-(14.5*10-14.5*10)*0.82二1172.75(KPa),满足要求。6d2=P'-Pdu=14.5*10-14.5*10=0(KPa)。(5)当不计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为：6uy=DW/B+6口M/B2=29227/43.12+6*(-46139)/43.122=528.92(KPa)口0,满足要求。6dy=DW/B-60M/B2=29227/43.12-6*-461390/43.122=826.69(KPa)D1430Kpa,满足抗压强度要求。(6)当不计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为：Tu=(Pu-6uy)m1=(51.5*10-528.92)*0=0(KPa)。Td=(6dy-Pd)m2=(826.69-14.5*10)*0.8=545.35(KPa),□□□□□(7)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为：6ux=Pu-(Pu-6uy)m12=51.5*10-(51.5*10-528.92)*0=515.00(KPa),□□□□□6dx=Pd+(6dy-Pd)m22=14.5*10+(826.69-14.5*10)*0.82=581.28(KPa)，满足要求。(8)当不计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为：6u1=(1+m12)6uy-Pu*m12=(1+0)*528.92-(51.5*10-51.5*10)*0=528.92(KPa)，满足要求。6u2=P=51.5*10=515.00(KPa),满足要求。6d1=(1+m22)6dy-Pd*m22=(1+0.82)*826.69-14.5*10*0.82=1262.97(KPa),满足要求。6d2=P'=14.5*10=145.00(KPa),满足要求。2.5荷.载2特殊组合(1为)校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。(1)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘垂直正应力分别为：6uy=DW/B+6口M/B2=19372/43.12+6*(-106966)/43.122=104.08(KPa)D0,满足要求。6dy=口W/B-6口M/B2=19372/43.12-6*□-106966□/43.122=794.43(KPa)□1430KPa,满足抗压强度要求。(2)当计入扬压力时，建基面上、下上游面剪应力分别为：Tu=(P-Puu-6uy)m1=(53.72*10-53.72*10-104.08)*0=0(KPa)。Td=(6dy+Pdu-P′)m2=(794.43+15.45*10-15.45*10)*0.8=635.54(KPa)，满足要求。(3)当计入扬压力时，建基面上、下游边缘水平正应力分别为：6ux=(P-Puu)-(P-Puu-6uy)m12=(53.72*10-53.72*10)-(53.72*10-53.72*10-104.08)*0=0(KPa)。6dx=(P'-Pdu)+(6dy+Pdu-P')m22=(15.45*10-15.45*10)+(794.43+15.45*10-15.45*10)*0.82=508.44(KPa),满足要求。(4)当计入扬压力时，建基面上、下游上游边缘主应力分别为：6u1=(1+m12)6uy-(P-Puu)m12=(1+0)*104.08-(53.72*10-53.72*10)*0=104.08(KPa),满足要求。6u2=P-Puu=53.72*10-53.72*10=0(KPa)。6d1=(1+m22)6dy-(P'-Pdu)m22=(1+0.82)*794.43-(15.45*10-15.45*10)*0.82二1302.87(KPa),满足要求。6d2=P'-Pdu=15.45*10-15.45*1