水工建筑物课程设计

水工建筑物课程设计指导教师：司政水利水电工程系2014.6课程设计的目的、意义一

课程设计进度控制三主要内容具体设计内容五四设计成果及其要求二课程设计任务书一、课程设计的目的、意义课程设计是一项重要的实践性环节，其主要目的和意义在于：使学生初步掌握枢纽布置和主要建筑物设计的一般思路、原则、方法和步骤，加深和巩固基础课以及水工建筑物课程的基础理论知识，培养学生利用所学的基本知识，独立工作和分析、解决实际工程问题的能力。培养学生正确设计思路、严谨的工作作风、踏实肯干和求实奋进的精神。提高学生在设计、计算、查阅参考文献及资料、绘图和编写设计说明书等方面的能力。根据《水利水电工程学习指导》（上）给定的工程资料，进行土石坝枢纽的布置；拟定溢洪道和排沙洞的进口高程以及尺寸，计算出校核洪水位和设计洪水位，进而确定土石坝的坝顶高程；对溢洪道和排沙洞进行必要的水力计算；拟定大坝剖面，对大坝剖面进行渗流和稳定计算；二、课程设计任务书进行大坝细部构造设计；绘制工程图纸，编制设计说明书。按照教学计划的安排，水工建筑物课程设计一共为2周（10个工作日），具体进度安排如下：6月23日：课程设计任务布置，借阅资料和熟悉设计任务；三、课程设计进度控制6月24日：进行枢纽布置；确定各建筑物的位置，计算校核洪水位和设计洪水位；6月25日～6月26日：拟定主要建筑物的体形和基本尺寸；6月27日、6月30日：进行大坝的渗流计算和稳定计算；7月1日～7月2日：绘制枢纽平面布置图和细部构造图；7月3日～7月4日：编写说明书；4日下午4：30提交成果。要求提交的成果有：（1）设计说明书：必须手写，章节安排参见P227页。（2）图纸：四、设计成果及其要求要求图纸为CAD绘制。枢纽平面布置图两个具有代表性的土石坝横剖面图上、下游立视图细部构造图溢洪道纵、横剖面图1、解读设计基本资料五、具体设计内容2、进行枢纽布置坝轴线的确定坝轴线应根据坝址区的地形地质条件、坝型、地基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的施工条件等，经过多方案的技术经济比较确定。另外，坝轴线宜采用直线，应尽量避开大断层、软粘土等不良地质条件。泄水和引水建筑物泄水建筑物要能满足设计规定的运用要求和条件。其泄洪能力必须满足宣泄设计洪水、校核洪水的要求，并应同时满足排沙要求。泄水建筑物的布置形式，应根据地形和地质条件、泄洪规模、水头大小和防沙等综合比较后选定。可选用开敞式溢洪道和隧洞，引水建筑物选用发电引水管。泄水和引水建筑物、进出口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施，出口应采取可靠的消能措施，应使消能后水流离开坝趾一定距离。地形对溢洪道开挖量影响大，坝址附近有马鞍形山口，适于正槽溢洪道；对于山高坡陡，可考虑侧槽溢洪道。五、具体设计内容坝型选择三种基本形式：均质坝、土坝防渗体分区坝、非土质材料防渗体坝。坝型选择时主要主要考虑以下因素：五、具体设计内容a.坝址区的地形、地质条件、覆盖层特征及地震烈度等；b.筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运用条件；c.坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件适宜时可采用混凝土面板堆石坝；d.气候条件；e.大坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。3、大坝剖面设计对选定的坝型，拟定剖面尺寸、坝体构造（坝体土料分区、排水及防渗设施的形式与尺寸、护坡的类型等）以及坝与地基、坝与河岸的连接方式。坝顶高程的确定设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。五、具体设计内容坝顶高程按以下四种条件确定：正常水位已知，确定设计水位和校核水位首先根据库水位为528m时，要求的排沙流量为20m3/s。无压隧洞的泄流能力，对于深式短管形进口：隧洞进口高程不宜太低，否则面积较小，在确定断面尺寸时，为了施工和维修方便，圆形断面内径不小于1.8m，非圆形断面不小于1.5X1.8m。五、具体设计内容3、大坝剖面设计溢洪道不设闸门时，正常水位560m，堰顶高程即正常蓄水位。计算设计洪水位时，令Q溢洪道+Q排沙洞=1500m3/s（设计水位下泄流量）计算校核洪水位时，令Q溢洪道+Q排沙洞=2510m3/s（校核水位下泄流量）五、具体设计内容3、大坝剖面设计溢洪道设闸门时，正常水位568m，假设Z设=Z正=568mZ校核：Q溢洪道+Q排沙洞=2510m3/s计算堰顶高程：Q溢洪道+Q排沙洞=1500m3/s五、具体设计内容根据校核水位，确定水库库容（查图1-4）。根据库容确定工程等别、建筑物的级别。设与不设闸门情况下的设计水位和校核水位均可求得坝顶高程=水库静水位+坝顶超高五、具体设计内容安全加高A见规范。R和e可按规范计算，对于中小型工程，R+e可按吹程近似计算见规范。考虑坝上游侧设防浪墙，墙高1.2m，因此：坝顶超高d=R+e+AR—波浪在坝坡上的设计爬高e—风浪引起的坝前水位雍高A—安全加高但在正常运用条件，坝顶高出静水位0.5m；非常条件不低于静水位。坝底建基面高程可结合图1-2（坝轴线剖面确定），可考虑原地面线向下挖1～2m，再计算坝高。坝顶高程=水库水位+超高-1.2m3、大坝剖面设计均质坝：平均坡度1:3；土质防渗体心墙坝：下游——堆石料：1:1.5～1:2.5，土料：1:2.0～1:3.0；上游——堆石料：1:1.7～1:2.7；土料：1:2.5～1:3.5；斜墙坝：上游可略缓，堆石料放缓0.2，土料放缓0.5；面板堆石坝：上游1:1.4～1:1.7，下游1:3～1:1.4。五、具体设计内容坝顶宽度根据规范：高坝10～15m，中、低坝5～10m。坝体坡度3、大坝剖面设计心墙坝：厚心墙底厚（0.3～0.5）H，心墙坡比：1:0.15～1:0.3，薄心墙底厚（0.15～0.2）H，心墙坡比：1:0.4～1:0.5，

顶厚不小于3m。坝顶保护层厚度：不小于冻土或干燥深度，且不小于1m。五、具体设计内容坝体防渗体设计墙顶高程：且不低于校核洪水位斜墙坝：顶厚3m，底厚：H/5坡比：内坡不陡于1:2；外坡不陡于1:2.5坝顶保护层厚度：常用2～3m。五、具体设计内容

马道：设在变坡处，拦截雨水、交通、观测、增加稳定。上游除观测要求外，趋向于不设马道；下游坝坡尽量少设，宽度不小于1.5m。3、大坝剖面设计坝体防渗体设计墙顶高程：且不低于校核洪水位心墙上、下游均设置反滤层，水平反滤层最小厚度为0.3m；垂直或倾斜反滤层最小厚度为0.5m。五、具体设计内容3、大坝剖面设计反滤层设计：坝体排水坝体排水形式有：棱体排水、贴坡排水、坝内排水、综合式排水。棱体排水：顶宽不小于1.0m；顶面超出下游最高水位，对于1、2级坝超高1.0m，3～5级坝超高0.5m，而且要保证浸润线位于下游坝坡面冻层以下；棱体内坡1:1～1:1.5，外坡1:1.5～1:2。4、渗流计算（1）确定坝体浸润线及下游逸出点位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图和流网图；（2）确定坝体和坝基渗流量；（3）确定渗流的流场与比降。五、具体设计内容上游正常蓄水位与下游相应水位上游设计蓄水位与下游相应水位上游校核蓄水位与下游相应水位库水位降落时上游坝坡稳定的最不利情况渗流计算的目的和内容：渗流计算水位组合：本次课程设计仅计算上、下游均为正常水位的稳定渗流期，计算渗流量是否满足渗流要求，是否会发生渗透破坏。5、稳定计算稳定计算的目的是核算初拟的剖面在各种运用情况下是否安全。五、具体设计内容计算内容：施工期的上、下游坝坡稳定稳定渗流期的上、下游坝坡稳定水库水位降落期上游坝坡稳定正常运用时遇地震的上、下游坝坡稳定本次课程设计仅计算稳定渗流期（上、下游正常水位）下游坝坡稳定。要求选3个滑动面计算安全系数。均质坝：瑞典圆弧法或简化毕肖普法心墙、斜墙坝：滑楔法6、构造设计下游坝坡设纵、横联通的排水沟，坝与岸坡结合处也设排水沟。五、具体设计内容坝顶构造包括上游防浪墙、下游栏杆、顶面坡度、排水沟、路灯等的设计。上游护坡：干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m，范围至坝顶或防浪墙至水库最低水位以下一定距离，一般为1.5～2.5。下游护坡：干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m，气候适宜地区粘土均质坝可采用草皮护坡，厚5～10cm，范围延伸至坝脚，但排水棱体不需要护坡。上、下游护坡坝面排水7、地基处理岩石岸坡不陡于1:0.5，不应成台阶状、反坡或突然变坡，防渗体与岸坡连接处附近应扩大防渗体断面，加强反滤。五、具体设计内容坝基的开挖与清理粘性土截水槽灌浆帷幕灌浆帷幕深入相对不透水层3～5m，心墙、斜墙坝设在防渗体底部，均质坝可设于距上游坝脚1/3～1/2坝底处。坝体与岸坡连接8、泄水建筑物设计

引水渠设计：确定渠底高程，进口多为喇叭口形状，要求尽量直、短，可做成平底或逆坡，过水断面大于控制段过水断面。

控制段设计：确定堰型和堰面曲线，一般采用实用堰（按规范或水力学书设计）。对于W