水工建筑物重力坝课程设计毕业论文.doc

水工建筑物水工建筑物 2011 2012 学年 第二学期 重力坝课程设计重力坝课程设计 目 录 第一章 基本资料 3 1 重力坝课程设计任务书 3 2 基本资料 5 第二章 计算书 7 1 确定校核洪水位 8 1 1 确定溢流坝段堰顶高程 8 1 2 确定校核洪水位 8 2 确定工程等级及坝型 8 3 确定坝顶高程 8 3 1 超高值 h 的计算 8 3 2 坝顶高程 10 4 非溢流坝实用剖面的设计和静力校核 11 4 1 非溢流坝实用剖面的拟定 11 4 2 确定设计水位和校核水位下的荷载组合及荷载计算 12 4 3 对两种工况进行非溢流坝的抗滑稳定计算 校核其安全性 14 4 4 对非溢流坝坝底水平截面的边缘应力以及底部截面的内部应力计算 校核其强度 15 4 4 1 用材料力学法计算边缘应力 15 4 4 2 坝基面应力计算 16 5 溢流坝剖面的拟定和消能设计 19 5 1 泄水方式的选择 19 5 2 溢流坝剖面拟定 19 5 3 消能防冲设计 23 6 细部构造设计 25 6 1 坝基的连接 灌浆和排水 25 6 1 1 坝基固结灌浆 26 2 6 1 2 坝基防渗帷幕灌浆 26 6 1 3 坝基排水 27 6 1 4 坝身廊道和排水 27 6 2 纵横缝构造及止水 28 6 3 坝顶布置 29 第一章第一章 基本资料基本资料 1 重力坝课程设计任务书 重力坝课程设计任务书 一 设计目的及要求 课程设计是为了加强和巩固学生对理论知识的掌握 培养学生运用理论知 识解决实际问题能力 是水工建筑物课程实践教学的必要环节 其目的和要求 是 1 巩固和加深学生的基本理论和专业知识 2 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力 3 培养学生计算 绘图等基本技能的训练 培养学生实事求是和刻苦钻研的工作作风 在指导教师的指导下 学生必须按计划独立完成设计 成果完整 并要答 辩 二 设计内容 1 确定工程等级 2 在已知设计洪水位 设计泄洪流量和校核泄洪流量的前提下 确定堰顶 高程 计算校核洪水位和坝顶高程 3 非溢流坝基本剖面的拟定 4 溢流坝剖面及消能方式的拟定 5 非溢流坝实用剖面的设计和静力计算 1 非溢流坝实用剖面设计 2 确定正常和非常情况的荷载组合及荷载计算 3 对以上两种情况进行非溢流坝的整体稳定计算 校核安全性 4 对以上两种情况的坝底面的边缘应力计算 校核其强度 若不满足稳 定和强度要求 原则上要修正剖面重新计算 6 消能设计 1 选择孔口尺寸和闸墩型式及尺寸 2 选择消能方式 确定消能结构的各部分尺寸 反弧半径 鼻坎高程 挑射角度等 3 计算挑距和冲坑深度 7 细部构造的选择和设计 参照规范和教材 选择 1 坝基的连接 灌浆和排水 2 坝身廊道和排水 3 横缝构造及止水 3 4 坝顶布置等 三 设计成果 1 设计说明书一份 设计说明书是课程设计的主要成果 要表达设计者的设计思想 方法和分 析计算能力 其要求是 1 设计主要成果的说明 2 对设计参数 理论依据的说明 采用的常用公式可直接列出 计算过 程要表格化 3 章节分明 简明扼要 文理通顺 字迹工整 既有计算成果又有分析 论证和明确结论 必须附目录页和基本资料 图纸统一附在设计说明书后 4 计算过程表格和插图应编号 插图按比例绘制于方格纸上 2 绘图 图纸 1 非溢流坝和溢流坝剖面图 CAD 绘制 2 枢纽平面布置 图 3 其他细部构造图选做 1 2 个 CAD 绘制 要求 制图准确 布局合理 主次分明 比例得当 尺寸全 采用 3 号图 纸 四 设计方法 1 课程设计在老师的指导下 由学生独立进行的 在设计过程中要培养学 生的独立思考能力 2 在学生与老师研究问题时 学生应在充分钻研的基础上 事先提出自己 的看法和意见 不能请老师代做 不能编造数据和抄袭 教师在回答问题时只 能提出启发性的意见 解决问题的途径和工作方法 介绍文献或提出建议等 3 为保证按时完成设计任务 学生应了解各阶段的设计内容和比重 结合 自己的实际情况 参考建议的时间安排 做出控制性的安排 五 时间安排 1 熟悉资料及布置 0 5 天 2 设计任务的 1 4 项 2 5 天 3 非溢流坝的剖面设计和静力校核 3 天 4 消能设计 0 5 天 5 细部构造选择设计 0 5 天 6 绘图及成果整理 2 天 7 答辩 1 天 8 合计 10 天 9 17 周末完成答辩 主要参考文献 1 水工建筑物 教材 陈德亮主编 2 水工建筑物 祁庆和主编 2 水力学 吴持恭主编 3 混凝土重力坝设计规范 SL319 2005 4 2 基本资料基本资料 某水利枢纽以防洪为主兼有灌溉 发电等效益的综合利用工程 该工程的 坝型为混凝土重力坝 根据课程设计的内容 该工程的工程参数和基本资料提供如下 一 工程参数 二 基本资料 1 地形资料 见地形图 虚线为新鲜岩面的等高线 2 坝址处水位流量关系曲线 流量 m3 s 401202006001000200030004000500060007000 水位 m 134 44134 78135 4136 2136 8137 8138 6139 2139 8140 3140 8 40 120 200 600 1000 20003000 4000 5000 6000 7000 134 4 134 78 135 4 136 2 136 8 137 8 138 6 139 2 139 8 140 2 140 8 Q H 库区水位 流量曲线 3 水库库容关系曲线 工程效益坝底高程 m 正常蓄水 位 m 设计洪水 位 m 发电死水 位 m 防洪灌溉面积 万亩 装机 万 kw 130229236183 保证下游 两水库的 抗洪保坝 安全 344 5 135 145 155 165 175 185 195 205 215 225 235 245 0 01 8 38 38 2 44 28 76 23 120 97 179 26 254 349 6 466 1 683 3 高程 m 135145155165175185195205215225235245 容积 106m3 0 011 758 3838 244 2876 23120 97179 26254349 6466 1683 3 4 设计洪水 6 由实测及历史洪水调查资料 经频率计算分析推得 多年平均流量 Q 1350m3 s Cv 1 1 Cs 3 5Cv 其频率曲线为 P 0 21251050 Qp m3 s 1073073105920416029201850 对应 P 0 2 的 Q0 2 10730 m3 s 由调洪演算求得相应的设计洪水下 泄流量 Q设 4378m3 s P 0 1 的 Q0 1 12000 m3 s 经调洪演算求得相应的 下泄流量 Q校 5400 m3 s 5 气温与风速 风向 月 份123456789101112 最低气 温 C 20 3 18 2 10 8 0 15 714 42423 12012 2 1 14 3 最大风 速 m s 10151213109111088109 风 向按基本垂直坝轴线考虑 吹程 km 10 6 泥沙淤积 库区植被茂密可以不考虑泥沙淤积 7 地震按 5 级烈度计算 8 坝址地质 岩性为花岗岩 强度高 两岸节理 裂隙发育 单位吸水率 W 0 01 升 分 米的相对不透水层的深度为 20m 岩石的物理力学性质指标为 岩性容重 KN m3 吸水率 抗压强度 MPa 抗剪强度 MPa 砼与基岩的 摩擦系数 砼与基岩 的粘结力 花岗岩27 0111248 80 720 7 第二章第二章 计算书计算书 1 确定校核洪水位 确定校核洪水位 1 1 确定溢流坝段堰顶高程确定溢流坝段堰顶高程 坝址地质 岩性为花岗岩 强度高 两岸节理 裂隙发育 暂取泄流单宽 流量 q单宽 60m3 s 由设计洪水下泄流量 Q设 4378m3 s 可得溢流前缘净宽为 m73 60 4378 q 单宽 设 Q 取孔数 孔宽 8 9 5m 故有泄流前缘净宽 B实 76m 于是 q实 57 6 m3 s 又由堰流公式 2 3 0 2gmHq 其中 取 1 0 取 0 92 取 0 5 m 于是得 9 27m 取 9 5m o H 则溢流堰堰顶高程 m 5 226 0 HH设计 堰 1 2 确定校核洪水位确定校核洪水位 由校核洪水位时相应的下泄流量 Q校 5400 m3 s 可得 s m05 71q 3 单宽 m 7 10 0 校核 HmHH 2 237 0 校核堰校核 2 确定工程等级及坝型 确定工程等级及坝型 由校核洪水位 237 2 m 查水库水位 容积曲线读出库容为 4 6 亿 属于大 3 m 2 型 永久性水工建筑物中的主要建筑物为 级 次要建筑物和临时建筑物为 3 级 3 确定坝顶高程 确定坝顶高程 3 1 超高值超高值 h 的计算的计算 h h1 hz hc h 防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差 m H1 累计频率为1 时的波浪高度 m hz 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差 m hc 安全加高 按表 3 1 采 表3 1 坝的安全加高hc 运用情况坝的级别 8 123 设计情况 基本情况 0 70 50 4 校核情况 特殊情况 0 50 40 3 内陆峡谷水库 宜按官厅水库公式计算 适用于 20m s 及 D 20km 0 V 下面按官厅公式计算h1 hz 1 1 3 12 0 22 00 0 0076 ghgD v vv 1 1 3 75 2 15 0 22 00 0 331 m gLgD v vv 2 2 l z hH hcth LL 式中 D 吹程 km 按垂直坝轴线计 波长 m m L 壅高 m z h V0 计算风速 h 当 时 为累积频率5 的波高h5 当 2 0 20250 gD v 2 0 2501000 gD v 时 为累积频率10 的波高h10 规范规定应采用累计频率为1 时的波高 对应于5 波高 应由累积频率为P 的波 高hp 与平均波高的关系可按表B 6 3 1 进行换算 超高值 h 的计算的基本数据 设计洪水位校核洪水位 吹程D m 1000010000 风速 m 0 v 10 410 4 9 安全加高 m c h 0 40 3 设计洪水位和校核洪水位时 采用观测年内平均风速 本次设计V0 10 4 m s a 设计洪水位时 h 计算 波浪三要素计算如下 波高 3 1 2 12 1 2 4 10 1000081 9 4 100076 0 4 10 81 9 h h 0 665m 波长 75 3 1 2 15 2 1 2 4 10 1000081 9 4 10331 0 4 10 81 9 m L 6 21m m L 壅高 m L h h m z 224 0 21 6 665 0 14 3 22 故按累计频率为计算99 906 4 10 1000081 9 22 0 v gD 10 由表B 6 3 1查表换算 故m155 1 97 2 71 1 665 0 h 1 mhc5 0 1 zc h h h h m879 1 5 0224 0 155 1 b 校核洪水位时 h 计算 4 0 c h 1 zc h h h h m779 1 4 0224 0 155 1 3 23 2 坝顶高程坝顶高程 a 设计洪水位的坝顶高程 h 设设 设计洪水位 m879 237 879 1 236 10 b 校核洪水位的坝顶高程 h 校校 校核洪水位 m979 238 779 1 2 237 为了保证大坝的安全 选取较大值 所以选取坝顶高程为 239m 4 4 非溢流坝实用剖面的设计和静力校核非溢流坝实用剖面的设计和静力校核 4 14 1 非溢流坝实用剖面的拟定非溢流坝实用剖面的拟定 拟定坝体形状为基本三角形 坝的下游面为均一斜面 斜面的延长线与上游坝面相交 于最高库水位处 本次设计采用上游坝面铅直 下下游面倾斜的形式 坡度为1 0 75 折 点设在高程为224 5m 坝底高程 m130 底 a 坝高取 239 130 109m b 坝顶宽度 坝顶宽度取坝高的即为 10 9m 取 11m 00 10 c 坝底宽度 75 0 1 B 底校 B 82m d 基础灌浆廊道尺寸拟定 基础灌浆廊道的断面尺寸 应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定 一般宽为2 5 3m 高为3 4m 为了保证完成其功能且可以自由通行 本次设计基础灌浆廊道断面取 3 0 3 5m 形状采用城门洞型 e 廊道的位置 廊道的上游避距离上游面 10 5m 廊道底部距离坝底面 6m 11 初步拟定坝体形状剖面如图 12 4 24 2 确定设计水位和校核水位下的荷载组合及荷载计算确定设计水位和校核水位下的荷载组合及荷载计算 1 0 75 Ps Pu w1 w2 w3 Pd U1 U3 U2 U4 B1 B1B1 B4 H2H3 H1 mB82 mB11 1 m71 12 BBBm12 4 B 1 自重 3 24 C KN m 3 10 KN m 坝身自重 C WV KNW287762410911 1 KNHBW c 84 806582467 9471 2 1 2 1 322 下游水自重 a 设计洪水位时 m05 7 4 975 0 75 0 23 HB 13 KNHBW35 331104 905 7 2 1 2 1 233 123 WWWW KN19 109766 35 33184 8065828776 b 校核洪水位时 5 71075 0 75 0 23 HB KNHBW37510105 7 2 1 2 1 233 123 WWWW 2 静水压力 不同情况下上下游水深及水位差 特征水位 上游水深 1 H下游水深 2 H 上下游水位差 H 设计洪水位1069 496 6 校核洪水位107 21097 2 a 设计洪水位时 KNHP wu 5618010610 2 1 2 1 2 2 1 KNHP wd 8 44142 9 10 2 1 2 1 2 2 b 校核洪水位时 KNHP KNHP d wu 5001010 2 1 2 1 2 57459 2 10710 2 1 2 1 2 2 2w 2 2 1 3 扬压力 扬压力折减系数0 25 a 设计洪水位时 14 KNHBU KNBHU w w 289812 6 961025 0 7708824 910 42 21 KNBBHU 5 845270 6 961025 0 2 1 2 1 4w3 KN UUUUU KNBHHHU w 5 23405 4347 5 845228987708 43471215 24 6 9610 2 1 2 1 4321 4214 b 校核洪水位时 KNBBHU KNHBU KNBHU w w 850570 2 971025 0 2 1 2 1 291612 2 971025 0 8200821010 43 42 2w1 KNBHHHU w 437412 2 9725 0 2 9710 2 1 2 1 4214 KNUUUUU239954374850529168200 4321 4 地震荷载 本工程按 5 级地震烈度计算 设计烈度在 6 度以下不考略地震 作用 5 浪压力 00 1 4 wm lz L Phh a 设计洪水位时 KNP 4 21224 0 155 1 4 21 6 10 l b 校核洪水位时 4 21224 0 155 1 4 21 6 10 l P 4 34 3 对两种工况进行非溢流坝的抗滑稳定计算 校核其安全性对两种工况进行非溢流坝的抗滑稳定计算 校核其安全性 重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法进行计算和验算 设计洪水位情况和校核洪 水位情况按承载能力极限状态验算 基本公式 P Wf K 其中 按抗滑稳定计算的抗滑稳定系数 K 坝体混凝土与坝基接触面的抗滑摩擦系数 f 作用于坝体上全部荷载 包括扬压力 对滑动平面的法向分值 W 15 KN 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值 KN P 按上式抗滑稳定公式计算的坝基面抗滑稳定安全系数K值应不小于下表的规定 坝基面抗滑稳定安全系数坝基面抗滑稳定安全系数 K K 坝的级别 荷载组合 123 基本组合 1 11 051 05 11 0511 特殊组合 2111 1 设计洪水位时 55 1 4 21 8 44156180 5 2340519 10976672 0 1 K 满足要求 1 KK 2 校核洪水位时 08 1 4 21500 2 57459 2399584 10980972 0 2 K 满足要求 2 KK 4 44 4 对非溢流坝坝底水平截面的边缘应力以及底部截面的内部应力计算 对非溢流坝坝底水平截面的边缘应力以及底部截面的内部应力计算 校核其强度校核其强度 4 4 14 4 1 用材料力学法计算边缘应力用材料力学法计算边缘应力 在一般情况下 坝体的最大和最小应力都出现在坝面 应校核坝体边缘应力是否满足 强度要求 在各种荷载组合下 地震荷载除外 坝踵垂直应力不应出现拉应力 坝趾垂 直应力应小于坝基岩体容许压应力112MPa 基本公式 2 6 u y WM BB 2 6 d y WM BB W 作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和 kN M 作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和 kN m B 计算截面的长度 m a 设计洪水位 5 6 5 8452 5 35289865 3835 3313 684 80658 5 3528776M KNm3115 786888 106 4 1321 3 8 441 3 355618033 374347 2 6 u y WM BB 002 351 82 3115 786888 6 82 5 23405 19 109766 2 16 坝踵铅直应力没有出现拉应力 符合规范要求 2 6 d y WM BB 34 1755 82 3115 786888 6 82 5 23405 19 109766 2 坝趾铅直应力小于坝基容许压应力 符合规范要求 b 校核洪水位 33 374374 5 352916 5 383753 684 80658 5 3528776M m024 860467 2 107 4 21 33 3 50073 35 2 57459 5 68505 KN 2 6 d y WM BB MpaKpa M 11229 2106 82 6 82 84 109809 2 坝趾铅直应力小于坝基容许压应力 符合规范要求 2 6 u y WM BB oKpa 32 571 坝踵铅直应力没有出现拉应力 符合规范要求 4 4 24 4 2 坝基面应力计算坝基面应力计算 基本公式 上 下游坝面垂直正应力 2 6 u y WM BB 2 6 d y WM BB 上 下游面剪应力 1u mpp yuvuu 2 mpp vddydd 上 下游面水平正应力 2 1 mpppp yuvuuvuu u x 2 2 mpppp vddydvdd d x 上 下游面主应力 vuu u y ppmm 2 1 2 1 u 1 1 17 vuu u pp 2 vdd d y d ppmm 2 2 2 21 1 vdd d pp 2 W 作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和 kN M 作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩 总和 kN m B 计算截面的长度 m 上游坝坡 1 m 下游坝坡 2 m 计算截面在上 下游坝面所承受的水压力强度 如有泥沙压 u p d p 力时 应 计入在内 计算截面在上 下游坝面处的扬压力强度 vu p vd p a 设计洪水位 上 下游坝面垂直正应力 上游坝面垂直正应力 2 6 u y WM BB pa02 351K 下游坝面垂直正应力 2 6 d y WM BB Kpa34 1755 上 下游面剪应力 上游面剪应力 1u mpp yuvuu pa0K 下游面剪应力 2 mpp vddydd Kpa51 1316 上 下游面水平正应力 上游面水平正应力 2 1 mpppp yuvuuvuu u x Kpa0 18 下游面水平正应力 2 2 mpppp vddydvdd d x Kpa38 987 上 下游面主应力 上游面主应力 vuu u y ppmm 2 1 2 1 u 1 1 Kpa02 351 vuu u pp 2 Kpa0 下游面主应力 vdd d y d ppmm 2 2 2 21 1 Kpa72 2742 vdd d pp 2 Kpa0 b 校核洪水位 上 下游坝面垂直正应力 上游坝面垂直正应力 2 6 u y WM BB pa32 571K 下游坝面垂直正应力 2 6 d y WM BB Kpa29 2106 上 下游面剪应力 上游面剪应力 1u mpp yuvuu pa0K 下游面剪应力 2 mpp vddydd Kpa72 1579 上 下游面水平正应力 上游面水平正应力 2 1 mpppp yuvuuvuu u x Kpa0 19 下游面水平正应力 2 2 mpppp vddydvdd d x Kpa79 1184 上 下游面主应力 上游面主应力 vuu u y ppmm 2 1 2 1 u 1 1 Kpa32 571 vuu u pp 2 Kpa0 下游面主应力 vdd d y d ppmm 2 2 2 21 1 Kpa08 3291 vdd d pp 2 Kpa0 应力计算结果 坝堹处坝趾处计算 情况 u y u u x 1 u 2 u d y d d x 1 d 2 d 基本 组合 设 计洪水位 351 0200351 0201755 341316 51987 382742 720 特殊 组合 校 核洪水位 571 3200571 3202106 291579 72976 283291 080 表中数据单位都是 KPa 由上表应力都小于混凝土抗压强度 所以满足要求 5 5 溢流坝剖面的拟定和消能设计 溢流坝剖面的拟定和消能设计 5 15 1 泄水方式的选择泄水方式的选择 溢流重力坝既要挡水又要泄水 不仅要满足稳定和强度要求 还要满足泄水要求 因 此需要有足够的孔口尺寸 较好体型的堰型 以满足泄水的要求 且使水流平顺 不产生 空蚀破坏 重力坝的泄水主要方式有开敞式和孔口式溢流 开敞溢流式的堰除了有较好的 20 调节性能外 还便于设计和施工 同时这种形式的堰在我国应用广泛 有很多的工程实践经验 故本设计采用开敞溢流式孔口形式 堰顶设闸门 5 25 2 溢流坝剖面拟定溢流坝剖面拟定 溢流曲线由顶部曲线段 中间直线段和底部反弧段三部分组成 设计要求 a 有较高的流量系数 泄流能力大 b 水流平顺 不产生不利的负压和空蚀破坏 c 体形简单 造价低 便于施工 本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形 其上游面铅直 溢流面由顶部的曲线 中 间的直线 底部的反弧三部分组成 定型设计水头的确定 堰顶最大水头Hmax 校核洪水位 堰顶高程即 Hmax 237 2 226 5 10 7m 定型设计水头Hd 为Hd 75 95 Hmax 取Hd 8m 由Hd Hmax 0 75 1 坝顶曲线段 溢流坝顶部采用曲线形式 顶部曲线的形式很多 常用的有克 奥曲线和 WES 曲线 本工程选用WES 曲线 首先绘出坝顶部的曲线 取堰顶部最高点为坐标原点 WES 型堰顶部曲线 以堰顶为界分为上游段和下游段两部分 该设计上游段曲线采用椭圆型曲线 椭圆方程为 0 1 aH x 2 2 2 d 2 d d bH ybH 式中 椭圆曲线的长短半轴 当时 d aH d bH d HP 1 2 28 0 a 当时 当3 0aba387 0 d HP 1 2 215 0 a28 0 127 0 b163 0 小时 a于b取小值 其中 为堰高 为堰上水头 d HP 11 P d H 本次设计取a 0 3 b 0 17 故有 mHd4 2a mbHd36 1 开敞式堰面堰顶下游堰面采用WES 幂曲线 可按下式计算 1nn d xkHy 式中 堰面曲线定型设计水头 m 可根据容许负压的大小按堰顶最 d H 大作用水头 的75 95 计算 max H x y 原点下游堰面曲线横 纵坐标 k 当P1 Hd 1 0 时 k 值见下表 当P1 Hd 1 0 时 取k 2 0 2 2 为 1 P 上游相对堰高 n 与上游堰坡有关的指数 见下表 21 堰面曲线参数 上游面为铅直面由上表可查的n 1 85 k 2 0 故原点下游堰面曲线方程 为 1 85 1 85 1 2 0 d xHy y 7 11x 85 1 按上式计算的坐标值入下表所示 计算WES 下游曲面坐标值表 X0481216 67 y01 114 008 4816 15 于是有堰面曲线如图 0 1 36 1 36 1 4 2 2 2 2 2 yx yx 85 1 085 0 2 中间直线段 中间直线段与坝顶部下游曲线和下部反弧段相切 坡度和挡水坝一致 取 1 0 75 3 反弧段 a 溢流堰下游反弧段半径 应结合下游消能设施来确定 本次设计选用挑 流消能 对于挑流消能 可按下式求得反弧段半径 R 4 10 h 式中 h 为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深 m 反弧段流速 v 16m s 时 可取下限 流速越大 反弧半径也宜选用较大值 以致取上限 22 0 2 q h g Eh 上式为迭代公式 迭代初值取h 0 单宽流量 本次设计按校核洪水位取71 05 q3 ms 上游最高水位与反弧段最低点的距离 反弧最低点与下游水位齐平 0 E m 2 9710 2 107 0 E 初始令h 0 此时77 1 2 978 9292 0 05 71 0 h 79 1 43 958 9292 0 05 71 77 1 h 79 1 41 958 9292 0 05 71 79 1 h 此时取 又由 故取 取80 1 hsmsm h q V 16 47 39 33 mhR 4 148 mR14 b 挑角 挑角越大 射程越大 但挑角增大 入水角 也增大 水下射程减小 同时入水角增大后 冲刷坑深度增加 一般在 之间 在此取20 30 0 30 c 挑坎高度 挑坎应高出下游水位 一般以1 2m 为宜 计算时按设计洪水位情况考 虑 取挑坎最低高程等于下游水位 挑坎最高点与最低点间距离为R 1 cos 故挑坎高度 mRh88 11cos 110 2 d 反弧段坐标确定 圆心O 距坝底距离mRy2410 0 圆心O 距C点距离mx 5 1725 1 14 0 根据以上数据 就可以确定溢流坝曲面了 下图就是本次设计的溢流坝曲 面 23 X Y 5 35 3 消能防冲设计消能防冲设计 1 选择孔口尺寸 本次设计选用平板闸门 闸门厚度最小为 1 5 2 0m 取 d 2m 因为本 次设计属于大中型坝 故由 1 中初拟取孔口宽度取为 b 9 5m 孔口宽高比 1 0 2 0 本次取 1 5 所以孔高 6m H b 本次设计闸墩选用上游段为圆弧形 下游段为方形的半圆形 2 确定消能方式 水工建筑物 及 混凝土重力坝设计规范 可知消能的设计原则是 a 尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中 以及水流与空 气的摩擦上 b 不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷 c 下泄水流平稳 不影响枢纽中其它建筑物的正常运转 d 结构简单 工作可靠 工程量小 分析比较各种消能工的优缺点 考虑到本次设计的重力坝属于高坝 下游 地质条件比较好的情况 决定选用挑流消能 挑流鼻坎设计 a 挑流鼻坎有连续式和差动式 该设计选用连续式鼻坎 b 鼻坎高程 m 9 14188 11130 c 反弧半径R 14m 24 d 根据实际工程情况 该设计挑射角取 30 水舌挑距L 的估算 根据规范 水舌挑距L可按下式计算 222 11112 1 sincoscossin2 Lvvvg hh g 式中 水舌抛距 m 如有水流向心集中影响者 则抛距还应乘以L 0 90 0 95 的折减系数 坎顶水面流速 m s 按鼻坎处平均流速 的1 1倍计 即 1 1 1 v 1 vv 为水库水位至坎顶的落差 237 2 141 9 95 3m 0 1 12gH 0 H 鼻坎的挑角 坎顶垂直方向水深 m h为坎顶平均水深 m 1 h 1 coshh 坎顶至河床面高差 m 如冲坑已经形成 可算至坑底 2 h 堰面流速系数 可按下式计算 3 0 5 0 055 1 E K 1 5 E q K gZ 按校核洪水位计算 0245 0 13 958 9 05 71 5 1 E K 25 865 0 0245 0 055 0 1 3 5 0 sm 13 4113 958 92865 0 1 1v1 mh56 1 30cos8 1 0 1 mh88 11 2 m L 71 169 88 1156 1 81 9 230cos12 4130cos12 4130cos30sin12 41 81 9 1 022 0 002 最大冲坑水垫厚度的计算 根据规范 最大冲坑水垫厚度可按下式计算 0 50 25 k tkqH 式中 水垫厚度 自水面算至坑底 m k t 单宽流量 m3 s m q 上下游水位差 m H 冲刷系数 其数值见下表k 本次设计取 0 8 则可计算得 k mtk18 21 2 9705 718 0 25 0 5 0 6 6 细部构造设计 细部构造设计 26 6 16 1 坝基的连接 灌浆和排水坝基的连接 灌浆和排水 6 1 16 1 1 坝基固结灌浆坝基固结灌浆 天然地基 由于经受长期的地质作用 一般都有风化 节理 裂隙等缺陷 有时还有 断层 破碎带和软弱夹层 所有这些都需要采取适当的处理措施 地基处理的主要任务是 1 防渗 2 提高基岩的强度和整体性 基岩开挖后 在浇灌混凝土前 需要进行彻 底的清理和冲洗 包括 清除松动的岩块 打掉突出的尖角 基坑中原有的勘探钻孔 井 洞等均应回填封堵 本设计坝基基岩整体性好 强度高 故只需在两岸节理 裂隙发育带 范围内进行固结灌浆 固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近 以及节理裂隙 发育和破碎带范围内 采用浅孔低压灌注法灌入水泥浆 以提高基岩的弹性模量 抗渗性 和强度等 在坝踵 坝趾附近灌注孔相对较密 呈梅花形布置 其他部位疏一些 孔距排 距一般为3 4m 本设计取4m 孔深5 8m 必要时还可适当加深 帷幕上游区的孔深一般 为8 15m 本设计取7 5m 固结灌浆示意图如下 坝体 7 5m 岩基 4m 6m 固结灌浆孔 6 1 26 1 2 坝基防渗帷幕灌浆坝基防渗帷幕灌浆 防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近 自河床向两岸延伸 钻孔和灌浆常在坝体内 特设的廊道内进行 靠近岸坡处也可在坝顶 岸坡或平洞内进行 平洞还可以起排水作用 有利于岸坡的稳定 钻孔方向一般为铅直 必要时也可有一定斜度 以便穿过主节理裂隙 但角度不宜太大 一般在10 以下 以便施工 防渗帷幕的深度根据作用水头和基岩的工 程地质 水文地质情况确定 当地质内的不透水层厚度不大时 帷幕可穿过透水层深入相 对隔水层3 5m 当相对隔水层埋藏较深 则帷幕深度可根据防渗要求确定 通常采用坝高 的0 3 0 7倍 帷幕深入两岸的部分 原则上也应达到上述标准 并与河床部位的帷幕保持连续 形 成连续的不透水的防渗墙 当相对隔水层距地面不远时 帷幕应深入岸坡与该层相衔接 当相对隔水层埋藏较深时 可深到原地下水位线与最高枯水位的交点B 处 如图在BC 以 上设置排水 以降低水库蓄水后库岸的地下水位 27 1 灌浆廊道 2 山坡钻进 3 坝顶钻进 4 灌浆平洞 5 排水孔 6 最高库水 位 7 原河水位 8 防渗帷幕底线 9 原地下水位线 10 蓄水后地下水位线 6 1 36 1 3 坝基排水坝基排水 为进一步降低坝底面的扬压力 应在防渗帷幕后设置排水孔幕 根据规定要求 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 基础排水系统如图 1 5 4 32 基础排水系统 1 坝基排水廊道 2 半圆形排水管 3 主要排水孔 4 辅助排水孔 5 灌浆廊道 6 1 46 1 4 坝身廊道和排水坝身廊道和排水 坝体排水为了减小渗水对坝体的不利影响 在靠近坝体上游面需要设置排 水管幕 排水管应通至纵向排水管道 其上部应通至上层廊道或坝顶 溢流面 以下 以便于检修管距可采用采用3m 排水管幕距上游坝面的距离 一段要 求不小于坝前水深的1 10 1 12 且不少于2m 故根据规定排水管设置在距上 游面9m 处 以使渗透坡降控制在允许范围内 28 排水管采用预制多孔混凝土管 内径可为15cm 25cm 取15cm 随着坝 体混凝土的浇筑而加高 渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道 沿积水沟或 集水管经横向廊道的排水沟汇入集水井 再用水泵或自流排水排向下游 排水 沟断面常用30cm 30cm 低坡3 排水管施工时必须防止被混凝土的杂物等堵 塞 排水管与廊道的连通采用直通式 为了满足施工运用要求 如灌浆 排水 观测 检查和交通的需要 在坝 体内设置各种廊道 这些廊道互相连通 构成廊道系统 帷幕灌浆需要在坝体 浇灌到一定高度后进行 以便利用混凝土压重提高灌浆压力 保证灌浆质量 本次设计基础灌浆廊道断面取3 0 3 5m 形状采用城门洞型 灌浆廊道兼有排 水作用 并在其上游侧设排水沟 下游侧设坝基排水孔幕 在靠近廊道最低处 设置集水井 汇集从坝基和坝体的渗水 然后经由水泵抽水排至下游坝外 15 15 1 3 3 1 1 2 1 6 4 5 坝体排水管及其与廊道的连接 1 预制多孔混凝土排水管 2 铸铁管 3 廊道 4 灌浆帷幕 5 坝基排水管 6 集水沟 6 26 2 纵横缝构造及止水纵横缝构造及止水 1 横缝 减小温度应力 适应地基不均匀变形和满足施工要求 2 纵缝 适应砼的浇筑能力和减小施工期的温度应力 在平行坝轴线方向 设置 一般情况下横缝为永久缝 也有临时缝 垂直坝轴线 用于将坝体分成为 若干独立的坝段 纵缝为临时缝 可分为铅直纵缝 斜缝和错缝三种 纵缝缝 面应设水平向键槽 键槽呈斜三角形 槽面大致沿主应力方向 在缝面上布置 灌浆系统进行接缝灌浆 为了灌浆时不使浆液从峰内流出 必须在缝的四周设 止浆片 29 横缝内需设止水 止水材料有金属片 橡胶 塑料及沥青等 对于高坝应 采用两道止水片 中间设沥青井 金属片止水一般采用1 0 1 6mm 后的紫铜片 第一道止水治上游面的距离应有利于改善坝体头部应力 一般为0 5 2 0m 本 设计采用1 0m 每侧埋入砼的长度约为20 25cm 本设计采用25cm 在止 水片的安装时要注意保证施工质量 沥青井为方形或圆形 本设计采用方形 其一侧可用预制砼块 预制块长1 0 1 5m 厚5 10cm 本设计采用 1m 10cm 沥青井尺寸大致为15cm 15cm 至25cm 25cm 本设计采用 20cm 20cm 井内灌注的填料由二号或三号是由沥青 水泥和石棉粒组成 井内设加热设备 通常采用电加热的方法 将钢筋埋入井中 并以绝缘体固 定 从底部一直通到坝顶 在井底设置沥青排出管 以便排除老化的沥青 重 填新料 管径可为15 20cm 止水片及沥青井需伸入岩基一定深度 约 30 50cm 井内填满沥青砂 止水片必须延伸到最高水位以上 沥青井需延伸 到坝顶 1 7 2 3 4 6 止水设置大样图 1 第一道止水铜片 2 沥青井 3 第二道止水铜片 4 预制块 5 横缝 6 沥青油毡 7 加热电极 6 36 3 坝顶布置坝顶布置 坝顶路面应具有 2 3 的横向坡度 并设置砼排水沟 30 30cm 以排出坝顶雨 水 坝顶上游的防浪墙要承受波浪和漂浮物的作用 因此墙身应有足够的刚度 强度和稳定性 宜采用与坝体连成整体的钢筋砼结构 而下游侧则可设防护栏 为满足运用要求和交通要求 在坝顶上布置照明设施 即在上游侧每隔 25m 设 一对照明灯 一只朝向坝顶路面方向 一只朝向水库方向 根据大坝正常运行 需要 在坝顶还要设置通向坝体内部各层廊道 电站的电梯井 便于观测和维 修人员快速进出 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿 肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈 葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈