毕业设计（论文）-TL水库混凝土重力坝设计方案.doc

重力坝毕业设计 三门峡市电大毕业设计tl水库混凝土重力坝设计方案专业 水利水电工程（本科）年级 06级学员 姓名 二oo八年六月目 录设计说明书第一章 基本资料 3第一节 工程概况及工程目的3第二节 基本资料31.2.1区域地址31.2.2地质构造与地震41.2.3水文条件41.2.4气象条件51.2.5其它有关数据5第二章 枢纽布置6第三章 坝体剖面设计6第一节 坝顶高程的确定6第二节 非溢流坝剖面设计6第三节 溢流坝剖面设计8第四节 孔口设计 10设计计算书第四章 坝体结构设计与计算 13第一节作用及其组合 13第二节 抗滑稳定分析 13第五章 细部构造设计 17第一节 坝顶构造 175.1.非溢流坝 175.2溢流坝18第二节 闸门的布置185.3 坝体分缝与止水 185.4 廊道系统与坝体排水 185.5坝基的防渗与排水19第六章 泄水孔的消能设计 19消能防冲设计 20参考文献 22附表123附表224附图125附图226第一章 基本资料第一节 工程概况及工程目的tl水库位于ql河上，控制流域面积5060km2，占全流域的80%。ql河水量充沛，但年内及年际的水量分配极不均匀，必须兴建大型的控制工程进行调节，丰富的水资源方可得到充分的利用。水库主要任务是调节水量，为工业、农业和生活提供水量，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可以综合利用。供水原则是：在满足城市生活、工业用水的同时，对农业也给与一定的重视，特别是移民迁建灌区用水应优先保证。 枢纽工程在3个坝址选择了2条坝线，两种坝型。83坝线采用混凝土重力坝。“红层”坝线采用当地材料坝。枢纽建筑物包括主坝、泄水设施及电站等。枢纽工程的推荐方案为83坝线混凝土坝方案（见坝址位置图2-1）根据本工程的规模及其在国民经济中的作用，按设计规范规定，水库枢纽工程属大1型。主要建筑物按一级设计，辅助建筑物按三级设计，临时建筑为按四级设计。第二节 基本资料1.2.1区域地址该水库库区属中高山区，构造剥蚀地形。ql河在本区内河曲发育，侧蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，于堆积岸形成阶地，侵蚀岸形成陡岸。组成本区地层计有太古界、下元古界、震旦系、侏罗系及火成岩侵入体和第四纪等，其中分布最广的为震旦系地层。以太古界、震旦系、侏罗系三者与工程关系密切，为库区的主要岩层。1.2.2地质构造与地震本地区地质构造复杂，全区地震频繁，特别是坝址区南段尤为突出。库区及其周边控制性的断层有两条大断裂。第一条在坝址下游小暖泉村穿过ql河，沿线有泉群出现。从控制泉群、控制地貌及岩相作用分析，列为活动性断裂较合适。第二条向北东方向延伸，在距tl水库库区67km处尖灭，属第四纪以来活动性较强的断裂，沿该断层时有地震发生。这两条活动性断裂在三坝址以西5km处汇而不交是值得注意的。近期坝址地区未发生大于4级以上地震，邻区地震活动有一定影响。1983年8月经省地震局鉴定确定，一、二坝址位于北区，属相对稳定区，基本烈度为6度，三坝址位于区，基本烈度为7度。邻区强震的影响，烈度可高达67度。1.2.3水文条件ql河流域水量丰沛，年径流主要由年降雨产生。年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致。径流在年际间变化悬殊。根据实测资料，19561982年的27年中，丰水年1997年来水量达21.34108m3 ，枯水年1981年仅1.667108m3，相差19.37108m3，约合12.8倍，且丰、枯水年常连续发生。坝址处多年平均年径流量为9.6108m3 。本区域洪水多发生在7、8两月，出现在7月的占34%，8月的占66%。多年平均69月洪量占年径流量的70%左右，3天洪峰占6天洪峰的70%以上，大水年尤为集中。由频率分析法求得不同频率的洪水结果，见下表：项 目洪峰流量（m3s1）洪量m3（108）1d3d6d30d特征值均值2.0001.402.202.805.37cv1.351.351.351.251.00cscv2.502.502.502.502.50频率%0.0132 04022.4335.2439.9655.400.0229 60020.7532.6536.9051.500.122 48015.7424.7328.3440.500.219 68013.7821.6524.9236.200.516 00011.2317.6020.4130.40113 2809.3014.5017.1426.10210 6807.4811.7513.9221.7057 3605.158.109.8016.20105 0003.505.506.8312.10202 9202.043.214.178.18 1.2.4气象条件全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约700mm，且多集中在夏季7、8两月。流域多年平均气温为10度左右，且日温度变化较大。离坝址较近的气象站实测最高气温39度。全年无霜期约180d，结冰期约120d，河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，冰厚为0.40.6m，岸边可达1m。多年平均最大风速为23.7ms，水库吹程为3km。1.2.5其它有关数据河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤积高程345 m。淤沙的浮重度为，内摩擦角为12。第二章 枢纽布置坝体混凝土采用c10，抗压强度为9.8mpa, 重度采用。 根据地形、地质、天然建筑材料等因素的考虑，本工程选用混凝土重力坝方案，重力坝由非溢流坝段校核溢流坝段组成。第三章 坝体剖面设计第一节 坝顶高程的确定表21 防浪墙高程计算表基本情况水位高程防浪墙高程正常蓄水位377.330.003.001.58121.5512.250.3640.402.344382.544 校核洪水位381.515.003.000.64410.7640.950.1290.401.193382.693 经过比较可知防浪墙高程为388.13 m，因此坝顶高程为防浪墙高程减去防浪墙高度1.2 m，则坝顶高程为381.4 m。第二节 非溢流坝剖面设计2.1坝顶宽度考虑交通要求，坝顶宽度取7 m。2.2坝面坡度上游坝面采用上部铅直，下部倾斜，折点高程为350.7 m坡度为1：0.2；下游坡面采用基本三角形顶点与校核洪水位齐平的剖面形式；则折坡处向上延伸与校核洪水位相交。坡度为1：0.7，则下游折点高程为371.4 m。2.3坝底宽度 由上、下游折坡点的高程、坡度、坝顶宽度等几何关系可以求得坝底宽度为49.12 m，底宽与坝高比为0.8，在0.70.9之间。坝底宽度符合要求。2.4地基防渗与排水设施拟定由于防渗的需要，坝基面须设置防渗帷幕和排水孔，其中心线在坝基面处距离坝踵分别为6.9m、10m。初步拟定非溢流坝剖面图尺寸如图2-1所示。图2-1第三节 溢流坝剖面设计确定wes曲线，堰顶o点上游三圆弧的半径及其坐标值为o点上游的曲线方程为按上式算得的坐标值如下表 表3-6计算wes下游曲面坐标值表yx0.074 1.000 0.266 2.000 0.563 3.000 0.959 4.000 1.449 5.000 2.030 6.000 2.700 7.000 3.456 8.000 4.298 9.000 5.223 10.000 6.230 11.000 7.318 12.000 8.486 13.000 9.733 14.000 11.058 15.000 下游直线坡率m=0.7，wes下游曲线与直线相切于点c，c点坐标为（14.202，9.994）。反弧段与直线相切于点d，d的坐标为（29.701，33.014）。绘出其基本剖面，由于上游侧超出基本剖面，故需要将溢流坝做成堰顶突向上游以满足溢流曲线的要求，倒悬高度为6.00m。如下图所示。图3-1第四节 孔口设计3.4.1泄水方式的选择重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流，开敞式溢流除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物。设置闸门时，闸门顶高程大致与正常蓄水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，所以在这里采用开敞式溢流。3.4.2洪水标准的确定本枢纽属于中型等工程。永久性重要建筑物为3级，按规范要求，采用50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。3.4.3溢流前沿净宽l及单宽流量q的确定本工程地基岩石比较坚硬，单宽流量取。由确定净宽。列表如下： 表3-1孔口净宽计算表泄流量单宽流量净宽校核情况24527105115233.5213.2设计情况182768090228.4203.0由上面计算，溢流坝前沿净宽取225m，孔口数为15个，每个孔宽度为15m。3.4.4溢流前沿总长度的确定闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用圆弧曲线型。中墩厚度d取2.54m，则前沿总宽为l0=nb+（n-1）d=1515+143=267m3.4.5堰顶高程的确定 由堰流公式，初定，则忽略行进流速水头，即，则堰顶高程为计算水位减去相应的堰上水头。计算结果如下表： 表3-2堰顶高程计算表计算情况流量侧收缩系数流量系数孔口净宽对应上游水位堰上水头h0堰顶高程校核情况245270.950.502225156.313.77142.53设计情况182760.950.502225153.711.32142.38根据上表计算，取堰顶高程为376.38 m。 3.4.6闸门高度的确定由计算门的高度。h门=153.2-142.53+0.2=10.87取门高为11.00 m。3.4.7 定型设计水头的确定堰上最大水头；定型设计水头 取；由，及查表得；，符合要求。3.4.8泄流能力校核 由堰流公式校核堰的泄流能力。其中，堰流为自由出流则，侧收缩系数按经验公式计算：，其中，对于与混凝土非溢流坝段邻接的高溢流堰，边墩形状系数；对于闸墩形状系数由闸墩的头部型式、及闸墩头部与堰上游面的相对位置决定。流量系数决定于上游堰高与设计水头之比、堰顶全水头与设计水头之比以及上游面的坡度。计算结果如下表（）： 表3-3有关系数计算表校核水位5.201.091.0250.010.1设计水位5.200.950.9920.020.1 表3-4 泄流能力校核计算表流量系数侧收缩系数净宽堰上水头设计流量计算流量误差校核洪水位0.5150.9024.0010.321680.001625.62-3.34%设计洪水位0.4980.8924.009.021250.001282.592.54%由表可知误差小于5%，说明孔口设计符合要求。第四章 坝体结构设计与计算第一节作用及其组合荷载组合及计算选取两种荷载组合进行计算，分别为基本组合对应的是设计洪水位、偶然组合对应的是校核洪水位。荷载分布图如图2-2所示及计算表如附表1、2。第二节 抗滑稳定分析对于本工程，岩石较完整，节理不发育，可以仅分析沿坝基面的抗滑稳定。4.2.1设计洪水位情况（1）抗滑稳定极限状态取持久状况对应的设计状况系数；水工建筑物的级别为3级对应结构安全级别图2-2为级，则结构重要性系数；结构系数；抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为的材料性能分项系数分别为1.3，3.0；混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用c10混凝土，则标准值 ，设计值为 （2）坝址抗压强度极限状态设计状况系数，结构系数下游波度，坝底宽 对于坝址岩基：对于坝址混凝土：（3）正常使用极限状态（取用标准值）以坝踵不出现拉应力作为正常使用极限状态4.3、校核洪水位情况（1）抗滑稳定极限状态偶然状况对应的设计状况系数结构重要性系数；结构系数抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为的材料性能分项系数分别为1.3，3.0混凝土抗压强度材料性能分项系数为选用c10混凝土，则标准值 ，设计值为 （2）坝址抗压强度极限状态设计状况系数，结构系数下游波度，坝底宽 对于坝址岩基：对于坝址混凝土：（3）正常使用极限状态（取用标准值）以坝踵不出现拉应力作为正常使用极限状态第五章 细部构造设计第一节 坝顶构造5.1.非溢流坝坝顶上游设置防浪墙，高为1.2m，厚度为0.4m，其结构为钢筋混凝土结构。防浪墙在坝体横缝处留有伸缩缝，缝内设止水片。坝顶路面采用混凝土材料，由中心向两边倾斜，坡度为2%，两边设有集水管，汇集到上游，从上游排出到水库。两边设有行人道，宽度0.6m，高出坝顶0.3m。下游设有护栏，高为1.2m。坝顶总宽为7m。5.1.1溢流坝溢流坝的上部设有闸门、闸墩、门机、交通桥等机构和设备。5.1.2 闸门的布置工作闸门布置在溢流坝的顶部稍微偏下游0.08m，以防闸门部分开启时水舌脱离坝面而形成负压。采用平面钢闸门，门的尺寸为高宽=89m，工作闸门的上游设有检修闸门，两门之间的距离为2.759m。 5.1.3闸墩闸墩的墩头形状为上游采用半圆形，下游采用圆弧曲线型。中墩厚度为2.54m。长度为18.88m。两个门槽深为0.5m，宽为1.0m。5.1.4 门机和交通桥坝顶高程与非溢流坝顶同高。坝顶上设有门机，轨距为10.0m，高为10.0m。下游设有交通桥，宽6.0m。坝顶总宽18.88m。5.2 坝体分缝与止水5.2.1 横缝与止水垂直于坝轴线布置，内有止水。坝体设有两道止水片和一道防渗沥青井。止水片厚度为1.0mm的紫铜片，第一道距上游坝面1.0m，止水片的下部深入基岩30cm，并与混凝土紧密嵌固，上部伸到坝顶。中间设有直径为20cm的沥青井。第二道设在沥青井后面。在横缝止水之后，设置排水井。5.2.2 纵缝纵缝与坝面正交，纵缝为临时性缝，缝内设有键槽，待混凝土充分冷却后，水库蓄水前进行灌浆。5.3 廊道系统与坝体排水5.3.1 廊道系统5.3.2灌浆廊道廊道距坝底3.75m，上游侧面（中心点）距上游坝面6m。形状为城门洞形，宽为2.5，高为3.5m。内部上游侧设有排水沟、下游侧设有坝基排水孔幕及扬压力观测孔，并在最低处设置集水井。廊道随坝基面由河床向两岸逐渐升高，坡度为40。5.3.3坝体排水廊道自灌浆廊道沿坝高每隔20m设置一层廊道。共2层。形状为城门洞形，其上游侧（中心点）距上游坝面3m，底宽1.4m，高2.5m。排水管与廊道的连通方式为直通式。5.3.4 坝体排水距上游坝面3m出设置一排竖直排水管。管径为20cm。上端与校核洪水位同高，下端通至廊道。灌浆廊道与上一个排水廊道倾斜布置，其余为垂直布置。排水管采用多孔混凝土管。5.4坝基的防渗与排水5.4.1坝基的防渗处理 在灌浆廊道内设防渗帷幕核排水孔幕，其中心线距坝基面分别为6.9m和3.1m.。防渗帷幕在河床处的深度为20m。两岸逐渐变浅，灌浆孔直径取80mm，方向竖直，孔距取2m。设置一排。5.4.2坝基排水 坝基的排水孔幕在防渗帷幕的下游，向下游倾斜，与灌浆帷幕的夹角为15，孔距取3m，孔径为200mm。孔深为10m，沿坝轴线方向设置一排。 第六章 泄水孔的消能设计消能防冲设计表3-5计算挑坎有关数据表上游水位下游水位坝基高程上下游水位差泄流量未开挖地基高程下游水深坝基埋深校核洪水386.70335.20327.0051.501680.00332.003.205.00根据地形地质条件选用挑流消能，挑坎体形采用连续坎，取挑角，挑流鼻坎应高出下游最高水位12m，那么取鼻坎的高程为。3.2.1反弧段半径的确定挑坎顶的水流平均流速按公式计算：其中：按经验公式计算：计算得： 则 计算坎顶水深，由；其中，;反弧半径取3.2.2水舌的挑距及可能最大冲坑的深度估算 由估算公式计算；其中， 代入参数求得。 计算冲坑深度，由其中，则所以，则说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝的安全。参考文献：1、混凝土重力坝设计规范2、水工建筑物荷载设计规范3、水利水电工程等级划分及洪水标准4、水工建筑物抗震设计规范5、水工钢筋混凝土设计规范6、重力坝的设计和计算7、水工建筑物8、水工设计手册9、混凝土坝10、水工建筑物专题 page 251/17/2019.7附表1：设计洪水位情况下荷载计算表（力的单位：kn，力矩的单位：knm）作用标准值作用设计值作用力臂力矩标准值力矩设计值水平力垂直力水平力垂直力荷载分项系数坝体自重w11.002154.772154.7719.9042871.7142871.71w21.0010067.7810067.7814.40144962.35144962.35w31.0020748.7620748.76-0.70-14483.27-14483.27水压力（水平）pwh11.0016728.8016728.8019.47325653.91325653.91pwh21.00261.39261.392.43636.04636.04水压力（垂直）pwv11.001671.741671.7420.9034930.9134930.91pwv21.00880.76880.7621.8919283.2019283.20pwv31.00182.97182.9722.194059.774059.77浪压力pl11.20183.83220.5955.4410192.2712230.72pl21.20138.22165.8754.867582.999099.58泥沙压力psh1.201009.201211.046.006055.207266.24psv1.20307.80369.3622.696984.408381.28浮托力u11.003421.863421.860.00渗透压力u21.201253.231503.8718.8923675.1828410.21u31.201879.842255.8120.5638645.834637