水工建筑物课程设计[优秀]

1、水工建筑物课程设计说明书 第一章 设计概况及基本参数1. 1 铁城沟水电站基本概况简介甘肃大通河铁城水电站工程位于大通河下游的甘肃省永登县境内，拟定开发的河段上起大通河甘青两省交界的米拉台桥，下至指南牌桥，河段全长约 13.7km，落差约 67m。电站距永登县城约 103km，该河段右岸为省道 301（民门公路）公路，交通十分便利，电站开发条件优越。铁城水电站工程主要任务是发电，采用混合式开发方案，在大通河 301 公路 62km 附近修建引水枢纽抬高大通河水位至 2072.5m，再由有压隧洞引水至指南牌发电厂房发电。 电站由引水枢纽、有压引水系统、发电厂房及升压站等建筑物组成，总装机容量 4

2、7MW，近期设计水平年 2015 年多年平均年发电量 21500 万kWh。 铁城水电站的气象可以上游邻近的天堂寺气象站的气象资料为代表，根据气象站观测资料统计，多年平均气温 3.0，年降水量 483.4mm，年蒸发量 1408.4mm，年日照时数 2600 小时，最多风向为西北和东南风，最大风力可达 1821m/s，最大积雪深度 19cm，最大冻土深度 1.48m，年绝对无霜期 15 天。 111 设计方案坝址地质条件与评价（1）地形地貌条件 坝址区河流比较顺直，河流流向由西向东，该处河水面宽约6070m，河床宽约80100m，河床高程 2041.62043.0m，左岸为一向西凸出的河曲山梁

3、，高 120200m、宽 300400m， 坡度 45600，下部有 36m 厚的崩坡积块碎石土覆盖（趾板线上下游 1030m 范围内基岩裸露），在上部基岩裸露处，由于裂隙切割、风化等原因，使山体呈小山梁状，山顶高程 21682244m；右岸河漫滩以上为修公路时人工堆积的块碎石土，路面高程 2052.82054.6m，路面以上，#坝轴线上游为崩坡积块碎石土，地面坡度 40600，表层植被发育，其后缘基岩呈陡坎状出露；#坝轴线下游，基岩裸露，下部呈近直立陡坎，上部呈 60700 的陡坡。河谷呈基本对称的“U”型谷。 （2）地层岩性特征 坝址区出露的地层岩性从老到新主要为前震旦系马卸山群（AnZ）

4、花岗片麻岩和第四系不同成因类型的松散堆积物。 （3）地质构造 坝址区地质构造条件相对简单，在测绘过程中，未发现断层构造，仅在左坝肩下游侧溢洪道经过的山梁垭口处发现 36m 宽的节理裂隙密集带，延伸较远，约 1.52Km，节理裂隙26联系方式 QQ：705492113密集带内，岩体破碎，呈碎裂结构，裂隙之间挤压紧密或岩粉充填。但构造裂隙比较发育，坝址区主要有四组发育的裂隙。 （4）水文地质条件 坝址区地下水可分为基岩裂隙水和第四系孔隙性潜水两种。对普通硅酸盐水泥无侵蚀性。 （5）不良物理地质现象 在坝址区两岸岸坡下部分布着厚度不等的崩坡积块碎石，最厚处可达 15m，特别在右岸各隧洞进口处，崩坡积

5、块碎石土较厚，施工时需清除；在左右坝肩上部由于裂隙切割有少量危岩、危石存在，需清除，坝址区无其它不良物理地质现象。 （6）坝线工程地质条件与评价 在下坝址长约 200 长的河段共选择了 4 条坝线，从上至下游依此为#（面板坝轴线）、#（项目建议书阶段贵阳院选的重力坝轴线）、#（本次推荐的重力坝轴线）、#（本次重力坝比较轴线）坝轴线。各条坝线地质条件大致相同，越往下游两岸覆盖层越薄，#坝轴线两岸基岩裸露。对应以上坝线共选择了 5 个引水隧洞进口。#坝轴线作为推荐重力坝轴线勘察精度比较高。 河谷为基本对称的“U”型谷，河谷宽约 100m，河床近左岸，宽约 4570m，右岸发育有15m 左右的河漫滩

6、，其高程 2043.02045.0m，高出河水面 0.12.1m，河床及漫滩均为 aLQ43冲积砂砾卵石层，厚度 410m；右岸河漫滩以上堆积有公路开挖人工堆积块碎石土，厚 58.5 m，路面高程 2054.0m 左右，高出河床 8.09.0m，路面以上基岩裸露，岩性为前震旦系（AnZ）花岗片麻岩，坡度 60750。左岸河床以上堆积有残留级阶地砂砾卵石层，厚度 813m，堆积密实，呈直立陡坎状；上部为 coLdLQ43 崩坡积块碎石土，坡度 40450，堆积厚度 810m，表层植被较发育。高程 2075.0m 以上基岩裸露，岩性为前震旦系（AnZ）花岗片麻岩，岩石致密坚硬，无强风化带，弱风化带

7、厚约 2.03.0m，属中弱透水岩体；裂隙较发育，表层岩体较破碎，坡度约 50550。 河谷砂砾卵石层厚 410m，基底基岩面基本平缓，无明显深槽。河床基底为前震旦系花岗片麻岩（AnZ），致密坚硬，一般无强风化层，仅为弱风化层，弱风化带厚度约 2.03.0m，据钻孔压水试验资料，05m，岩层透水率在 630Lu 之间，属中弱透水层，510m，岩层透水率在 0.758.55Lu 之间，透水性属弱微透水，其下为新鲜岩体，透水率小于 1.0Lu， 可视为相对隔水层。岩体允许承载力为 1.21.5MPa，变形模量E0：68Gpa，岩体抗剪(断) 强度， c：0.60.65Mpa，f：0.60.75，

8、混凝土与岩体抗剪(断)强度，c：0.60.7Mpa，f：0.750.8。基坑开挖边坡：覆盖层：水上 1：1.251：1.5，深度小于 5m 时，取 1：1.25，水下 1：1.751：2，基岩 1：0.31：0.5。 112 工程等别及建筑物级别该工程主要任务是发电，采用中坝混合式开发方案，装机容量为 47MW，根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)的规定，本工程属等小型工程，主要建筑物按 4 级设计，次要建筑物及临时建筑物按 5 级设计。 1. 2 基本设计参数洪水标准: 根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2S22000）及防洪标准（GB5020194），各建筑物采

9、用的洪水标准如下： 泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准：设计洪水频率 P=5%，Q=1400m3/s。 特征水位: 枢纽正常蓄水位：2072.5m； 最低运行水位： 2070.0m； 枢纽设计洪水位：2072.5m； 枢纽校核洪水位：2073.7m。 厂房正常尾水位：2010.47m。厂房设计洪水位：2016.65m。厂房校核洪水位：2017.15m。厂房最低尾水位：2007.75m。 第二章非溢流坝剖面设计本设计采用重力式溢流坝，基本剖面为三角形。坝轴线采用基本资料中的#（本次推荐的重力坝轴线）轴线，参见枢纽平面布置图。 2. 1 确定坝顶高程 H拦河坝为重力坝，分溢流段和非溢流段，为使泄流平

10、顺，初步决定溢流段设在坝体中部。 2. 1. 1 坝顶超高值的计算计算公式： Dh = hl + hz + hc式中： hl 波浪高度（m）； hz 波浪中心高于静水面的高度（m）； hc 安全超高（m），按下表选用。 安全超高表hc运用情况 坝的级别 1 2 3 、 4 、 5 设计情况（ 基本情况） 0.7 0.5 0.4 校核情况（ 特殊情况） 0.5 0.4 0.3 （ 1 ）计算波浪高度 hl 和波长 L ：hl = 0.0166 V0 4 D 3 l51L = 10.4 (h )0.8 式中：V0 计算风速（m/s）,是指水面以上 10m 高处的风速，在正常运用条件下 采用多年平均

11、最大风速的 1.52.0 倍，在设计中，取 1.5 倍的最大风速； D 风作用于水域的长度（km），即为吹程。本设计中有库区地形图量得 D =1.2km。 设计情况： 0511lh = 0.0166 V 4 D 3 = 0.0166 (181.5)1.25 0.5 3 = 0.811mlL = 10.4 (h )0.8 = 10.4 (0.811)0.8 = 8.795 m 校核情况： 0511lh = 0.0166 V 4 D 3 = 0.0166 (211.5)1.25 0.5 3 = 0.983mlL = 10.4 (h )0.8 = 10.4 (0.983)0.8 = 10.258 m

12、冗 h 22冗 h（ 2）计算波浪中心高于静水面的高度 hz： hz = l cthLL式中: h坝前水深，以 m 计； cth 数学中对数曲线函数， cthx =ex + exex - ex值约等于 1。 冗 h 22冗 h=3.14 0.8112L冗 h 2L2冗 h=8.9753.14 0.9832LL10.258设计情况： hz = l cth校核情况： hz = l cth（3）安全超高： hc = 0.230 m = 0.296 m 根据本工程的建筑物级别 4 级，查安全超高表知： 设计情况： hc =0.3m 校核情况： hc =0.4m （4）计算坝顶超高值h 设计情况： Dh

13、 = hl + hz + hc =0.811+0.230+0.3=1.341m 校核情况： Dh = hl + hz + hc =0.983+0.296+0.4=1.679m，取Dh =1.70m 2. 1. 2 坝顶高程 H 的计算设计情况：H =设计洪水位+ Dh =2072.50+1.342=2073.842m 校核情况：H =校核洪水位+ Dh =2073.70+1.70=2075.40m 坝顶高程取值为 2075.40m；设有 1.2 米的防浪墙，则防浪墙顶高程为 2076.60 米。 坝前设计水深:Hr =2072.50-2037.20=35.30m 坝前校核水深:Hr =2073

14、.70-2037.20=36.50m 2. 1. 3 坝坡系数的确定 根据工程经验，上游坝坡系数常采用 n=00.2；下游坝坡系数常采用 m=0.60.8； 在此坝的设计中，采用上游坝坡系数n=0；经过m 取各值的比较计算，采用下游坝坡系数m=0.8。2. 2 坝底高程的确定根据本工程所处地质条件及混凝土重力坝设计规范（SDJ2178）要求：10050m 的中坝可建在微风化层至新鲜的基岩上；预估本坝的高度在此范围内，故地基开挖至新鲜基岩上，则坝底高程=2037.20m，因此，坝高= 坝顶高程坝底高程= 2075.402037.20=38.2m。 2. 3 坝顶及坝底宽度的确定因无特殊要求，根据

15、规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的 8%10%取值，且不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要。本设计取坝顶宽度为 7m，以满足交通等要求。坝底的宽度约为坝高的 0.70.9 倍，本设计取坝低宽度 B=30m。参见附录一 非溢流坝基本剖面图。 2. 4 非溢流坝抗滑稳定分析因本设计坝基岩性良好，无不利的缓倾角软弱结构面，故不进行深层抗滑稳定分析，只进行沿坝基面的抗滑稳定分析。 2. 4. 1 荷载计算及组合重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震荷载等，常取单位坝长进行计算。 H 1非溢流坝体荷载分布图 7WP 2VP 1HP sP 2Ho 4B /2B

16、/2U 1U 2H 1H0. 3H 2H 2(1) 自重：W = V y c （kN） 式中：坝体体积，3；由于取 1坝长，可以用断面面积代替： 3y c 坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为 24kN/m ）；则 W = V y c = 589 24 = 14136 kN (2) 静水压力 静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力 PH 和垂直水压力PV 两种， PH 计算公式为： P = 1 yH 2 （kN），P = p V（kN） H2 WVW W式中：H 计算点处的作用水头，； 3y W 水的重度，常取 9.81 kN/ ； WV 斜坡面上水体的体积，m3；

17、 则： H 2设 计 情 况 ： P1H= 1 y2 WH 2 = 1 9.8 35.32 = 6105.841 kN 21H21112P= P sin(8 ) =y 2sin(8 ) = 9.8sin(51o ) = 726.92 kN2 H22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) 1H21112P= P cos(8 ) =y 2cos(8 ) = 9.8 cos(51o ) = 671.80kN 2V22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) 校 核 情 况 ： P1H= 1 y2 WH 2 = 1 9.8 36.52 = 6528.025 kN 21H21112P= P s

18、in(8 ) =y 2sin(8 ) = 9.8sin(51o ) = 726.92 kN2 H22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) 1H21112P= P cos(8 ) =y 2cos(8 ) = 9.8 cos(51o ) = 671.80kN 2V22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) （3）扬压力 扬压力包括上浮力U1 和渗透压力U2 ，计算参见应力分析图： U = U1 + U2 ，U1 = y W H2 B ，U2 = VU 2 ； 式中：B坝底宽度；VU 2 渗透压力强度图面积；则： 设计情况： U1 = y W H2 B = 9.811 30 = 323

19、4kN U2 = VU 2 = 349.396 +1214.514 = 1547.91kN 校核情况： U1 = y W H2 B = 9.811 30 = 3234kN U2 = VU 2 = 349.86 +1274.47 = 1624.35kN （4）泥沙压力 Ps 一般计算年限取 50100 年，水平泥沙压力为： P= 1h 2t g 2(45s ) (kN) ssb s - 223式中： y sb 泥沙的浮重度，kN/m ； hs 坝前淤沙厚度，； os 淤沙的内摩擦角，度；则： P = 1 y h2tg 2 (45 - os ) = 1 8 82 tg 2 (45 - 30) =

20、85.30 kNs（5）浪压力 2 sb s222当 HL/2 时，可假定浪顶及水深等于 L/2 处的浪压力为零，静水位处的浪压力最大，并呈三角形分布，如下图： 浪压力分布图因 H1=36.5L/2=10.258/2=5.129，波浪为深水波，则浪压力 Pl 为： P = y W L (h + h ) = 9.810.258 (0.983 + 0.296) = 32.14 kNl4lz4浪压力对坝底中点的力矩 M 为： M = 1 y ( L + h + h )Ly - 1 y ( L ) 2 yl42lz1222y = H - L + 1 ( L + h + h ) L1123 2lzy2

21、= H1 - 3式中： H1-坝前水深，m； y1、y2-分别是浪压力到坝底面形心的力臂，m； （波浪要素 L、hl 、hz 在前面已计算过，故在此省略） M = 1 y ( L + h + h )Ly- 1 y ( L )2 y = 1 9.8 10.258 + 0.983 + 0.296 10.258 33.51l4 W 2lz122242- 1 9.8(10.258)2 33.08 = 1132.57kN m22y = H - L + 1 ( L + h + h ) = 36.5 - 10.258 + 1 10.258 + 0.983 + 0.296) = 33.511123 2lz(2

22、32（6）其它荷载 y2 = H1- L = 36.5 - 10.258 = 33.0833地震荷载：一般地，当地震的设计烈度为 6 度及 6 度以下时，不考虑地震荷载。冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。 （7） 荷载组合可分为基本组合和偶然组合，它们分别考虑的荷载见下表： 荷载组合 荷载作用自重静水压力扬 压力泥 沙压力浪 压力冰 压力动 水压力土 压力地震力基本 组合正常蓄水情况+00+0设计洪水情况+0+0冰冻情况+0+0+0偶然 组合校核洪水情况+0+0地震情

23、况+00+注：1 应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合； 2 分期施工得坝应按相应的荷载组合分期进行计算。 3 施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。 4 根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。 5 表中的“+”表示应考虑的荷载，“0”表示不考虑的荷载。 2. 4. 2 抗滑稳定分析抗剪强度计算公式进行稳定分析，计算公式如下：f (W -U )KS = P抗剪断强度计算公式进行稳定分析，计算公式如下： K=f (W -U )+ c A S P式中： K 、 K 抗滑稳定安全系数，计算值应不小于规定值； S

24、SW -U 作用于接触面上竖直向下的合力，kN； P 作用于接触面上水平方向的合力，kN； f 混凝土与基岩接触面间的摩擦系数，取 f =0.75；f 抗剪断摩擦系数，取 f =0.65； c 抗剪断凝聚力，取c =0.65Mp。则： 设计情况： 荷载名称 垂直力（kN） 水平力（kN） 力矩（kNm） + - + - + - 自重 14136 76348.65 上游静水压力 6105.84 71845.40 下游静水压力 671.80 762.92 2665.37 8081.75 浪压力 32.14 1132.57 扬压力 4781.91 10436.49 泥沙压力 85.30 227.47

25、 总计 10025.89 5459.36 -12709.66 f (W -U ) 0.7510025.89计算结果：KS = P=5459.36= 1.3771.05 f (W -U )+ c A 0.6510025.89 + 650K = 1.3041.05 S P5459.36基本剖面满足设计情况下抗滑稳定要求。 校核情况： 荷载名称 垂直力（kN） 水平力（kN） 力矩（kNm） + - + - + - 自重 14136 76348.65 上游静水压力 6528.025 79424.30 下游静水压力 671.80 762.92 2665.37 8081.75 浪压力 32.14 113

26、2.57 扬压力 4858.35 4782.59 泥沙压力 85.30 227.47 总计 9949.45 5882.545 -14634.66 f (W -U ) 0.75 9949.45计 算 结 果 ： KS = P=5882.545= 1.2691.05f (W -U )+ c A 0.65 9949.45 + 650K = 1.2101.05 S P5882.545基本剖面满足校核情况下抗滑稳定要求。 2. 5 非溢流坝应力分析本设计分设计情况和校核情况两种情况分别分析上下游边缘应力。因为假定6 y 按直线分布，所以按偏心受压公式计算上、下游的边缘应力6 yu和6 yd 。 6= W

27、 + 6 MkPa）（yuBB26= W - 6 MkPa）（ydBB2式中：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截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，kN; B - -计算截面的长度，m。设计情况： 6= W + 6 M= 10025.89 - 6 12709.66 = 249.825kP yuBB230302a6= W - 6 M= 10025.89 + 6 12709.66 = 418.567kP ydBB230302a校核情况： 6= W + 6 M= 9949.45 - 6 14634.66 = 234.084kP yuBB230302

28、a6= W - 6 M= 9949.45 + 614634.66 = 428.76kP ydBB230302a在设计和校核情况下，边缘应力满足材料的强度要求，故得剖面设计满足应力强度要求。 第三章溢流坝设计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。 3. 1 泄水方式的选择选择有较好调节性能的孔口形式除能满足下游较高的防洪要求外,便能有效地调节水库水位和下泄流量。 开敞溢流式的堰除了有较好的调节性能外,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。在

29、堰顶设闸门，闸门顶略高于正常蓄水位，减少上游淹没损失和非溢流坝的工程量。故本设计采用开敞溢流式孔口形式同时在上面设置闸门。 3. 2 闸门及闸墩的设计 3. 2. 1 闸门尺寸的确定因该重力坝为中等高度坝,故其所需的启门力不是很大,所以本工程采用平面闸门，这样可以使工程结构简单,闸墩的受力条件较好，且平面闸门各孔口可共用一个活动式启闭机，从而减少了工程投资。 通常在堰顶处设置检修闸门和工作闸门。检修闸门通常只在检修工作闸门时才会使用， 故多个溢流孔可以共用一个检修闸门；而工作闸门是为了控制下泄流量而安装的,故每个溢流孔安装一个工作闸门。所选闸门的高度与堰顶高程之和应大于正常蓄水位，协调孔口尺寸

30、， 取闸门净宽为 8m，故闸门高可选为 6 米。闸门底缘切线与水平夹角为 30。 本设计采用的闸门尺寸为：8.6m6m（宽高）。 3. 2. 2 闸墩的设计根据闸墩的构造要求，初步拟定闸墩的尺寸，如下图示： 闸墩主要承受水压力和自重等荷载，可视悬臂结构用材料力学的方法进行计算。对于实体闸墩，除闸墩底部和门槽外，一般不会超过闸墩材料的容许应力，只需按构造配筋。本设计中闸门上游作用水头较小，且闸墩约束端面积较大，经结构力学求解器估算可知门槽及闸墩底部应力均不会超过材料的容许应力，故只按构造配筋，详见闸墩配筋图。 3. 3 孔口设计设有闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流段分为若干个等宽的孔口。 单宽流量是

31、确定孔口尺寸的重要依据。单宽流量大，溢流孔口的宽度可以缩短，有利于枢纽的布置，但增加了下游消能的困难，下游的局部冲刷可能更严重；反之，单宽流量小， 有利于下游消能，但溢流孔口的宽度增大，对枢纽的布置不利。因此，综合地质条件、下游河流水深、枢纽布置、消能等多种因素考虑后选定。工程实践证明：软弱岩石或裂隙发育岩石，q 2050m3 / (s m) ；较好的岩石，q 5070m3 / (s m) ；坚硬或完整岩石，q 100150 m3 / (s m)。 本设计根据消能要求及下游河床岩性采用单宽流量q =35 m3 / (s m)，则由总溢流量 Q 计算得溢流坝段净长度为 1400/35=40m。本

32、设计采用孔口尺寸为： 865（宽高孔数）， 孔高由后文计算求得。若孔口宽为 b，则孔口数为 n=L/b。令闸墩厚度为 d，则溢流坝前沿总长应为： L0 = nb + (n -1) d = 5 8 + 4 2 = 48m ，详情参见下图。闸孔布置图3. 4 溢流坝剖面设计本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形。其上游面与非溢流坝的保持一致，即取上游坝面为铅直面。溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。设计要求：有较高的流量系数，泄流能力大；水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；体形简单、造价低，便于施工等。 3. 4. 1 堰顶高程的确定2Q 3 溢开敞溢流时，采用右式计算堰顶水头：

33、 H0 = 2g nb m式中： Q溢 设计流量， m / s ； 闸墩侧收缩系数，查表取 1.0；3m 流量系数，查的为 0.8；n空口数目，为 5；b孔口宽度，为 8m。则： 2Q 321400 3 5 81.0 0.8 2 9.8 H = 溢= 4.6m 2g0 nb m堰顶高程为设计洪水位减去 H0 ：2072.5-4.6=2067.9m。 3. 4. 2 堰面曲线的设计(1) 顶部曲线段 溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，其形状多与锐缘堰流水舌下缘曲线相吻合，否则会导致流量小或堰面产生负压。由于 WES 坝面曲线流量系数较大且剖面较瘦，工程量较省， 坝面曲线由方程控制，故本设计采用

34、 WES 坝面曲线。 WES 型溢流堰顶部曲线以堰顶为界限分上游段和下游段两部分。上游段采用三圆弧曲线，对于下游段曲线，当上游坝面铅直时，可按右式计算：x1.85 = 2.0H 0.85 y ，其中H 为定型水头，dd一般为校核水位时堰顶水头的 75%到 95%。坐标原点在堰顶，参见下图： 经计算有： Hd =（4.6+1.2）（75%95%）=4.355.51，取 5.50 米。对于下游段曲线 上游段曲线计算： 0.282Hd = 0.282 5.5 = 1.551， 0.276Hd = 0.276 5.5 = 1.528 ， 0.175Hd = 0.175 5.5 = 0.9625 ，R1

35、 = 0.5Hd = 0.5 5.5 = 2.75 ， R2 = 0.2Hd = 0.2 5.5 = 1.10 ， R3 = 0.04Hd = 0.04 5.5 = 0.22 。参见下文图示。 下游段曲线计算： x （m） 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 x1.85y = 2.0H 0.85d0.0326 0.1174 0.4232 0.8961 1.5257 2.3055 3.2303 4.2963 5.5002 参见下图： 堰面曲线(2) 反弧段 溢流坝面反弧段是使溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线，反弧段半径应结合下游消能设施来确定。本设计采用经验公式确定反弧段半

36、径： q2gh3c23 2vR =Frh ， Fr = ghc3c式中：Fr 反弧段最低点弗劳德数；q 单宽流量；hc 临界断面水深，下文计算得hc =1.5m。 2q23 23gh3c22 353 2 39.81.532经计算： R =Fr3 2h =h =1.5 = 15.00 m。 3cc(3) 中间直线段 中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。(4) 剖面设计 溢流坝重力剖面要与非溢流重力坝基本剖面相适应。上游坝面一般设计成铅直的，当溢流重力坝剖面小于基本三角形剖面时，可适当调整堰顶曲线，使其与三角形斜边相切。本设计非溢流坝剖面图参见附录二图示。 第四章

37、消能防冲设计4. 1. 1 消能方式的选择由于溢流坝下泄水流具有较大的动能，必须进行妥善的处理，避免下游河床的冲刷，造成事故。所以，消能措施的合理选择和设计，对枢纽布置和大坝安全以及工程量都有重要意义。消能工设计的原则是：尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的稳动中，以及水流和空气的摩擦上；不产生危及坝体安全的河床和岸坡的冲刷；下泄水流平稳，不影响其他建筑物的正常运行；结构简单，工作可靠，工程量小。 常用的消能工形式有：底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽等。底流消能流态稳定、消能效果好、对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，多用与中、低水头。由此可见，本设计适合采用底流消能

38、工进行消能。本设计采用降低护坦高程，在下游形成消力池的工程措施来消能。 4. 2 底流消能的水力计算4. 2. 1 消力池深度的计算（1）判别下游水跃的连接形式因 P1 =30.7 1.33H=1.33 5.8=7.714m ，故可不计行进流速。即令 H0 = H =5.8 ， 则E0 = P2 + H = 27.70+5.8=32.5m。由水力学下册 P6 查的o =0.95。则： q23g3 9.8352E32.5kh = 5.00 m，0 = 0 = 6.50 hk5.0查水力学下册附图 I 得， =0.285，=2.38，则： cch = h = 0.2585.0=1.425 m， h

39、 = h= 2.385.0=11.90 m cc kcc k因h=11.90 h =7.0m，故下游产生远驱式水跃衔接。为使下游产生淹没水跃衔接，现拟定设ct计降低护坦高程的消能池。 （2）消力池深度的计算 取消力池的设计流量为设计单宽流量: q = 35 m3 / (s m) ,则可得： h = 5.00m, h =1.425m，dkch=11.9m, h =7.00m。 ct约估池深： d = 6h - hj ct= 1.0511.90 - 7.00 = 5.46m ，取d =5.10m。则： E = E + d = 32.50+5.10=37.60m, = E0 = 37.60 = 7.

40、52h000k5.0查水力学下册附图 I（本设计附录三）得， =2.48,则: h = h = 2.485.0=12.25m，ccc kq2 1135211则： DZ = -2g (o h )2(6 =h)2 2 9.8 (0.95 7)2- (1.0512.25)2 = 0.76tj cj ctd = 6h - (h + Dz ) = 1.0512.25 - (7 + 0.76) = 5.10m 与原假设相符合，故所求池深为d = 5.10 m。 4. 2. 2 消力池长度的计算消力池设计流量取最大设计流量： q= 35 m3 / (s m) ,则可得： h = 5.00m, h =1.42

41、5m，maxkch=11.9m。池长按下式计算： L = (0.70.8) L , L = 10.8h ( F -1)0.93 ，则ckjjcr0.933520.93Lk = (0.70.8)10.8hc (Fr -1)= (0.70.8)10.81.50 9.81.53 -1= 28.1232.14m 取 Lk =30m 。 4. 2. 3 护坦构造设计护坦用来保护河床免受高速水流的冲刷。对于底流消能，护坦长度应延伸至水跃跃尾， 本设计取 32m。护坦厚度应满足稳定要求，在外力作用下不被浮起，本社取厚为 2.0m。下面进行护坦稳定验算： 时均压强： p = ay w H2 = 0.5 9.8

42、11 = 53.90kPa y v29.8 23.332护坦上的平均脉动压强： A= a w c = 0.1= 27.21kPm 2g2 9.81a作用于护坦地面的扬压力强度： u = y w (H2 + o ) = 9.8(11+ 2) = 127.40kPa护坦抗浮起稳定安全系数： K =WU + A - P=24 2127.4 + 27.14 - 53.9= 0.51.2故需设锚筋，采用25 的刚筋，间距 2.0m，插入基岩深 1.5m。22锚筋实际长度： D = T + l 4 + 30d = 3 + 2 4 + 30 25 = 4.25 m。 锚筋的抗拔力： f= (y R -1)l

43、 T = (26.46 -1) 2 3 = 305.52 kN总抗拔力：F=305.5225/32=143.21(U + A - P )=110.64 kPa 故设置锚筋后，护坦满足抗浮稳定要求。 为了防止护坦混凝土受围岩约束产生裂缝，在护坦内应设置伸缩缝，顺河流向的缝一般与闸墩中心线对应，取横向缝间距为 10m。为了降低扬压力，应设置排水系统，排水够尺寸约为 20cm20cm。护坦分块间应做好止水。 护坦的构造设计详见细部构造图。 4. 2. 4 护坦下游河床保护因跃前流速 35/1.5=23.3315m/s,不易采用辅助消能工。水跃后段底部流速较大，紊动强度也比均匀紊流高，对河床仍具有较大

44、的冲刷能力。所以一般在护坦后还需设置较简易的河床保护段，称为海漫。海漫常用粗石料或表面凸凹不平的混凝土块铺砌而成，能够加速跃后水流紊动的衰减过程，其长度可由下式估算： Lp = (0.650.80) Ljj = (0.650.80)(2.53.0) Lj = (1.632.4) 40.17 = (65.4896.41)m取 Lp =66m。此为，离开海漫的水流还具有一定的冲刷能力，为保护海漫的基础免遭破坏，海漫后设置反冲槽。详见溢流坝剖面图。4. 3 溢流坝稳定分析4. 3. 1 荷载计算及组合溢流坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、动水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震荷载等，常取

45、单位坝长进行计算。 （1）自重：W = V y c = 564.334 24 = 13544.016kN （2）静水压力 设计情况： P1H= 1 y2 WH 2 = 1 9.8 35.32 = 6105.841 kN 21H21112P= P sin(8 ) =y 2sin(8 ) = 9.8sin(51o ) = 726.92 kN2 H22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) 1H21112P= P cos(8 ) =y 2cos(8 ) = 9.8 cos(51o ) = 671.80kN 2V22 W sin(8 ) 2 sin(51o ) 校核情况： P1H= 1 y2 W

46、H 2 = 1 9.8 36.52 = 6528.025 2（3）动水压力 P = y wq v(cosa- cosa ) = 9.8 35 23.33(cos 0o - cos 51o ) = 302.289kN Hgc219.8P = y wq v (sina+ sina ) 9.8 35 23.33(sin 51o + sin 0o ) = 634.579kN Vgc129.8（4）扬压力 设计情况：U1 = y W H2 B = 9.811 30 = 3234kN U2 = VU 2 = 349.396 +1214.514 = 1547.91kN 校核情况：U1 = y W H2 B = 9.811 30 = 3234kN U2 = VU 2 = 349.86 +1274.47 = 1624.35kN （5）泥沙压力： P = 1 y h2tg 2 (45 - os ) = 1 8 82 tg 2 (45 - 30) = 85.30kN s2 sb s222（6）浪压力： P = y W L (h + h ) = 9.810.258 (0.983 + 0.296) = 32.1