水工建筑物课程设计任务和指导书

《水工建筑物》

课程设计任务书及指导书

（水利水电工程专业）华北水利水电学院继续教育学院郑州水校教学点二00九年十二月第一部分重力坝课程设计任务书一、目的要求本次课程设计的目的是为同学们创造一次全面运用所学重力坝的理论知识解决实际问题的训练机会，使学生对重力坝的设计内容、方法及步骤有系统的了解，培养和提高同学们的综合运算、绘图及编写设计报告的基本技能，为今后从事设计、施工、管理工作打基础。同时通过课程设计来进一步考察同学们的学习效果、综合能力和自学能力。二、基本资料某水库位于某地区主河道的上游，属高山峡谷地区。现根据当地的经济发展要求修建水库，其功用以发电、灌溉、防洪为主。水库总库容970万立方米，电站装机容量4000kw,年发电量1001万kw*h。现已经确定以下资料供选择参考：（1）水位、高程、流量校核水位（0.2%） 250.78m设计洪水位（2%） 247.12m正常蓄水位 247.12m淤积高程 215.00m河床高程 208.00m设计洪水下泄流量 350m3/s校核洪水下泄流量 400m3/s在河床部分的基岩设计高程约在202m,岸坡的弱风化基岩上的覆盖层厚度约为5m。相对不透水层距离地表约15m左右。（2） 水库库面吹程2公里，坝址多年平均风速15m/s（3） 水库淤沙：淤沙浮容重为8.5kN/m3，淤沙内摩擦角20。（4） 河床砂卵石：砂卵石浮容重为12kN/m3，淤沙内摩擦角260筑坝材料：砌石体容重22KN/m，混凝土容重24KN/m坝体混凝土与坝基面接触面的抗剪摩擦系数f=0.75砌石坝体与坝基面接触面的抗剪摩擦系数f=0.70枢纽位于地震区，地震烈度：7度考虑到库区岩石坚硬但完整性较差，水库下游冲坑系数选用a=1.2基岩倾角较陡，挑射距离与最大冲坑深度之比要求大于2.5重力坝泄水方式采用坝顶溢流式。设计单宽流量为30.3m3/s。坝顶有一般交通要求。根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕，帷幕灌浆中心线距上游坝踵5m，排水孔中心线据帷幕中心线1.5m。扬压力折减系数取0.65，折减位置距上游坝轴线6.5m。附录1：坝址地形图三、设计内容确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级。大坝的枢纽布置非溢流坝的断面尺寸拟定溢流坝剖面的设计重力坝的可靠度计算消能防冲设计大坝构造设计四、设计成果设计说明计算书一份(说明部分写在计算书前面)。要求详细列出所有计算过程，计算过程尽量列表计算，附计算草图；列出计算成果，分好章节，附有目录，不一定要打印稿；内容完整，语句通顺书写工整。有封面和目录，标明页码。设计图纸三张要求用CAD制图，图纸上写有图纸说明，堰面曲线要求画出局部详图，列出具体坐标。图中尺寸要求详细标注。其中：图一内容：溢流坝剖面图和非溢流坝剖面图，堰面曲线及坐标列表、止水详图。要求在剖面图上标出详细坝体构造布置情况、坝基处理情况。图二内容：坝体平面布置图。要求定出坝轴线的方位角、定出控制点，计算坐标；标出坝段桩号及分缝止水及排水廊道的布置。图三内容：大坝下游面立视图。具体要求同图二。成果说明一份。要求简要说明计算成果及合理性，或设计的不足和还可以进一步改进的地方，写出设计体会。附在计算书的后面。列出参考书目列出资料或采用计算公式的出处，写明参考书的书名，页码，标于成果说明的后面。五、参考资料[1]水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997[2]混凝土重力坝设计规范DL5108-1999[3]浆砌石重力坝设计规范[4]小型水电站上册天大水利系主编[5]水工建筑物教科书[6]重力坝设计图集第二部分重力坝课程设计指导书根据提供的水文、地质资料，在分析研究所提供的资料的基础上，完成水工建筑物重力坝的设计任务。一、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级枢纽等级根据库容及装机容量分别确定，以最高等级为标准，确定水利枢纽等。水工建筑物等级。根据最高的枢纽等级确定建筑物的级别，并考虑是否提级。二、大坝的枢纽布置根据给定的坝址地形图确定重力坝坝轴线位置。并且通过下面的计算成果、剖面和坝段等具体内容，在给出的地形图上绘制出大坝平面布置图。三、非溢流坝断面尺寸拟定大坝为重力坝,考虑工程量、工程造价，地形、地质及施工进度等情况进行坝型的选择(混凝土或浆砌石)。确定坝顶高程对于峡谷地区，按照官厅水库公式计算。非溢流坝坝顶在洪水位以上的超高为Ah。△h=2h+h+h10c波高： 2h=0.0166V5/4XDi/31v—平均风速D—吹程波长： 2L=10.4(2h)0.811波浪中心线在静水位以上的高度：h=2n(h)2/2L011安全超高h可根据大坝的级别查出。c坝顶高程按设计洪水位和校核洪水位两种情况计算，选定较大值。计算时相应的波长、波高计算可以参考课本或其他资料。确定坝顶宽度坝顶宽度可采用坝高的8%〜10%，并且不小于2m。确定坝底宽度根据稳定条件分析，坝基面的抗剪强度较高时，坝底宽度由应力条件控制，反之，坝基面抗剪强度较低时，坝底宽度由稳定条件控制。一般坝底宽度可取坝高的0.7〜0.9倍。也可以直接初拟下游边坡系数来确定坝底宽度。拟定并绘制实用剖面。可以参考稳定校核的结果，确定最终经济合理的实用断面型式。四、溢流坝剖面设计确定溢流面曲线溢流坝采用WES曲线。堰顶按方程x1.852.0H0.85y计算，坐标原点d在堰顶。列出溢流坝堰面曲线坐标表格，并绘制溢流坝面曲线图。溢流坝总长度溢流前缘总净宽L=Q溢/q（不含闸墩厚度）计算情况流量Qm3/s单宽流量qms/s.m孔口净宽Lm设计情况350校核情况400溢流孔数为n,单孔宽度为b,则L=nb根据计算，孔数n可考虑取1。初拟边墩厚d=2m,则溢流坝段总长度为B=nb+2d0溢流坝段堰顶高程Q=nbm2gH2溢 0侧收缩系数为£=0.95；流量系数m=0.502；H为堰上水头。0计算成果计算情况流量Qms/s侧收缩系数£流量系数m孔口宽度m堰上水头m堰顶高程m设计情况3500.950.502校核情况4000.950.502堰顶高程取计算结果中的大值。五、重力坝的可靠度计算本次设计只计算非溢流坝段抗滑稳定计算，采用分项系数极限系数设计方法。计算所有作用，列出重力坝作用计算表。确定基本组合正常蓄水位情况和偶然组合校核洪水位情况的作用组合，分别列表计算。按承载能力极限状态校核坝基面抗滑稳定作用效应函数S(*)及抗滑稳定抗力函数R(*)、各作用分项系数选取查资料［2］。若抗滑稳定计算不满足则修改断面尺寸。垂直水压力P二rAv水平水压力P=1田2v2浪压力P二r（L+h+h）L/2-rL2/2llz泥沙压力Ps=—rh2tg2（45o-）2sbs 2R—水的重度，取9.81KN/m3A面积；L—波长h—壅高zh—波高；lh—坝段前泥沙淤积厚度。s六、消能防冲设计采用挑流消能方式进行消能，根据设计资料和下游河床地质条件，选择挑流鼻坎的型式。1•挑射角为0=25。反弧半径的确定初拟流速系数©为0.96。流速v= 2gh坎顶水深 h=QBv反弧半径R=（4〜10）h挑坎高程挑坎高程高出下游水位2m。堰顶按方程x1.85=2.0H0.85y计算，坐标原点在堰顶。d挑距确定根据教材公式，确定挑距。为保证坝趾基岩的稳定，要求冲坑最低点距离坝趾的距离不小于2.5倍的坑深。冲刷坑深度按照教材公式计算。七、大坝构造坝顶构造（1）非溢流坝段坝顶上游设防浪墙，与坝体连成整体，结构为钢筋混凝土结构，防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水。墙咼1.2m，墙厚为30cm，以满足运用的要求，下游侧设防护栏，坝顶面有倾向两侧的横坡，并有排水管通向上游。（2）溢流坝段工作闸门布置在溢流坝顶稍偏向下游一些，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。采用平板闸门，确定闸门的尺寸。工作闸门上游设有检修闸门，检修门槽深0・5m，两门之间净距为2m。门高二正常高水位一堰顶高程+（0.1〜0.2）m闸敦闸敦的墩头形状：上游采用半圆形，下游采用流线型。其上游布置工作桥，顶部高程取非溢流坝堰顶高程，下游布置交通桥，桥面高程为非溢流坝顶高程。墩厚2m，溢流坝分缝设在闸孔之间。分缝与止水（1） 横缝垂直于坝轴线布置，缝距15m,缝宽2cm，内设止水。（2） 纵缝纵缝为临时性，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆。止水止水片采用1mm紫铜片，做成可伸缩””形,每侧埋入混凝土25cm。第一道止水片距上游坝面lm。两道止水之间lm,缝间帖沥青油毡，中间设有直径为20cm的沥青井。坝体廊道自基础廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道，共设两层。形状为城门洞形。其中，下侧廊道在施工期用做灌浆廊道，宽2.5m,高3m，底面距基岩面4m，其上游侧距上游坝面4.5m。上侧廊道为检查和坝体排水廊道，距上游坝面3m，宽1.5m,高2.5m。坝体防渗与排水(1)坝体防渗在坝的上游面，溢流面及下游面最高水位以下部分，采用一层厚2