西安理工大学 水工建筑物课程设计.ppt

1、水工建筑物课程设计,指导教师：李守义 张晓飞 水利水电工程系 2011.6,一 枢纽布置和坝型选择,1 坝轴线选择 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。 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。 坝址地形图及地质剖面图见图1-1和图1-2。,2.坝型选择 （1）三种基本形式： 均质坝：坝体断面不分防渗体和坝壳，绝大部 分由一种土料组成。 土质防渗体分区坝:坝体断面由土质防渗体及若 干透水性不同的土石料分区构成，可分为心墙坝、 斜心墙坝、斜墙坝以及其他不同形式的土质防渗体 分区坝。

2、非土质材料防渗体坝：防渗体由混凝土、沥青 混凝土或土工膜组成，而其余部分由土石料构成的坝。 防渗体在上游面的称面板坝，在坝体中央的称心墙坝。,（2）坝型选择应考虑以下因素： a.坝址区的河势地形、坝址的基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件； 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.枢纽布置，坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物的链接； e.大坝及枢纽的总工程量，总工期和总造价。,3.泄水建筑物 枢纽中采用岸边溢洪道和泄水隧洞时，一般宜分别布置在两岸，便于施工和运行。 泄水建筑物要能满足设

3、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，应根据地形和地址条件、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。在地形有利的坝址，宜布设开敞式溢洪道。,3.泄水建筑物 泄水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址一定距离。 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。 泄水建筑物宜布置在岸边基岩上。,从总体布置方面考虑，溢洪道进口与土石坝坝体之间宜有适当距离，以免泄洪时由于进口附近的水流冲刷上游坝

4、坡，溢洪道溢流堰应靠近库岸，以缩短引水渠长度，减少水头损失，要注意溢洪道下游出口的位置，出口距坝脚及其他建筑物有一定距离，以免水流冲刷影响建筑物安全。,二. 大 坝 设 计,对选定的坝型，拟定剖面尺寸、坝体构造（坝体土料分区、排水及防渗设备的形式与尺寸、护坡的类型等）以及坝与地基，坝与河岸的连接方式。 1.剖面设计 （1）坝顶高程的确定. 坝顶高程按以下四种条件确定： 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。,首先根据库水位为528m时，要求的排沙流量为20m3/s。

5、无压隧洞的泄流能力，对于深式短管形进口：,正常水位已知，确定设计水位和校核水位。,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 1.8m，非圆形断面 1.5 1.8m。,确定设计和校核水位 a.不设闸门情况，正常水位560m，堰顶高程即为正常蓄水位。,Q溢洪道+Q隧洞= Q 总=1500,设计洪水位时宣泄的洪水流量为1500m3/s：,(Z设-560) (Z设-Z隧洞),Z校 计算方法相同。,b.设闸门情况，正常水位568m，假设Z设=Z正=568m。计算溢流堰堰顶高程。,Q溢洪道+Q隧洞= Q 总=1500,设计洪水位时宣泄的洪水流量为1500m3/

6、s：,(Z设-Z堰顶) (Z设-Z隧洞),Z校 计算方法相同。,(568-Z堰顶) (568-Z隧洞),不论是否设置闸门，均可计算设计和校核水位。,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。 坝顶高程=水库静水位+坝顶超高 坝顶超高d=R+e+A R-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。 依据碾压式土石坝设计规范进行计算。,考虑坝上游侧设防浪墙，墙高1.2m，坝顶高程=水库水位+超高-1.2m。但正常运用条件，坝顶高于静水位0.5m，非常条件不低于静水位。坝底高程可结合图1-2（坝轴线剖面确定），可考虑原地面线向下挖12m

7、，再计算坝高，需预留沉降量，一般为坝高的1%。从而计算坝顶高程。,2.坝顶宽度 根据规范：高坝1015m，中、低坝510m。 3.坝体坡度 均质坝：平均坡度1:3； 土质防渗体心墙坝：下游为堆石1:1.51:2.5，采用土料1:2.01:3.0；上游采用堆石1:1.71:2.7，采用土料1:2.51:3.5； 斜墙坝：上游可略缓，石质放缓0.2，土质放缓0.5；面板堆石坝：上游1:1.41:1.7，下游1:31:1.4 马道：设在变坡处拦截雨水，防止冲刷坝面、交通、观测、增加稳定，上游除观测要求外，趋向不设马道，下游坝坡也不设或少设，宽度不小于1.5m。,4.坝体防渗体设计 心墙坝：厚心墙底厚

8、（0.30.5)H，心墙坡比：1:0.151:0.3 薄心墙（0.150.2）H，心墙坡比1:0.41:0.5，顶厚不小于3m 墙顶高程： 且不小于校核洪水位。 坝顶保护层厚度：不小于冻土或干燥深度，且不小于1m。,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 且不小于校核洪水位。 坝顶保护层厚度：常用23m。,5.反滤层设计： 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。 6.坝体排水（棱体排水、贴坡排水、坝内排水、综合式排水） 棱体排水：顶宽 1.0m；顶面超出下游最高水 位，对于1、2级坝 1.0m，35级

9、坝 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 1:11:1.5，外坡1:1.51:2。,三.渗流计算,渗流计算的目的： (1) (2) (3) (4) 内容： (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。,渗流计算包括以下水位组合： 上游正常水位与下游相应水位 上游设计水位与下游相应水位 上游校核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 课程设计仅计算上下游均为正常水位的稳定渗流期，计算总渗流量是否满足渗流要求，是否会发生渗透破坏。 教材上给出了渗流的计算方法（均质

10、坝、心墙坝和斜墙坝）,四.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 况下是否安全经济。 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 正常运用遇地震的上、下游坝坡 本次课程设计计算稳定渗流期（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： 采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法 心墙、斜墙坝：滑楔法,工况：施工期（包括竣工期） 稳定渗流期 水库水位降落期 正常运用遇地震,五.构造设计,1.坝顶构造（上游防浪墙、下游栏杆、顶面设坡度、集雨水、设路灯） 2.马道和上下游护坡 上游护坡：干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m， 范围至坝顶

11、或防浪墙至水库最低水位以下一定距离， 一般为1.52.5。 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510cm ，范围延伸至坝脚，但排水棱体不需要护坡。 3.坝面排水：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。,六.地基处理,1.坝基的开挖与清理 2.粘性土截水槽 3.灌浆帷幕深入相对不透水层 5m 心墙坝、斜墙坝设在防渗体底部，均质坝可设于 距上游坝脚1/31/2坝底处 4.坝体与岸坡连接，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。,七.泄水建筑物设计,1、溢洪道设计: （1）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） （2）控制段设计： 确定堰形和堰面曲线 实用堰（按规范或水力学书设计） 对于WES曲线，上游三段圆弧，下游曲线段，再 接反弧段与泄槽相连。,（3）泄槽设计 规范规定泄槽坡度大于临界坡度 泄槽衬砌、分缝、止水、排水、边墙高度。 （4）出口消能段 确定消能方式 对挑流消能计算冲坑