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1、水工建筑物重力坝课程设计（交大水利2021级）水工建筑物课程设计第一章工程综合说明1.1工程等别及建筑物级别水电站装机容量20万千瓦，平均发电量5.09亿度。工程建成后，可增加保灌面积50 万亩。根据工程的效益、库容、灌溉面积、防洪标准及重要程度等综合因素确定本工程属 于III等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑为5级。1.2枢纽总 体布置本枢纽河谷底宽100米左右，主厂房平面尺寸81X18 0，根据初步布置，溢流坝段 与主厂房并列布置。厂房坝段布置在偏左岸。由于坝址上游30公里处有铁路干线另有公 路相通，所以进厂公路布置在左岸便于运送设备。开关站布置在进厂公路一侧。过木筏道
2、 布置在右岸，与厂方隔开，以防筏道运行时木材滑落，影响进厂交通。第二章坝型及主要建筑物的型式选择2.1坝型选择坝址地形地质条件：河谷断面比较宽浅，近似梯形。坝基为花岗斑岩，风化较浅，岩 性均一，岩层新鲜坚硬完整。筑坝材料：坝区大部分为花岗斑岩，基岩埋深浅，极易开采，在坝址下游勘探有6个沙 料场，储量丰富,符合规范要求。但坝址处缺乏筑坝土料。根据以上情况分析如下：拱坝方案：此处河谷断面呈梯形状，不是v字形。没有适宜的地形条件，故该方案不 可取。土石坝方案：由于当地缺乏土料，故该方案也不可取。重力坝方案：混凝土重力坝 和浆砌石重力坝都能充分利用当地的地形地质条件，泄洪问题容易解决，施工导流容易。
3、浆砌石重力坝虽可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工速度慢，施工质量难以 控制，故此方案也不可取。混凝土重力坝采用机械化施工，施工方便，施工速度快，工期 短。综合以上方案：本工程坝型宜用混凝土重力坝。2.2枢纽组成建筑物（1）挡水建筑物：混凝土重力坝（2）泄水建筑物：坝身泄水（3）水电站建筑物：坝后式厂房、引水管道及开关站等（4）其他建筑物：过木筏 道等第三章、非溢流坝面设计3.1剖面拟定3.1.1剖面设计原则1、设计断面要满足稳定和强度要求；2、力求剖面较小；3、外形轮廓简单；4、工程量小，运用方便，便于施工。3.1.2拟定基本剖面重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力(水位与坝顶齐平)
4、和扬压力三项主要荷载 作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图3-1，在已知坝高H、 水压力P、抗剪强度参数f、c和扬压力U的条件下，根-1 -水工建筑物课程设计据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=00.2,常做成铅直或上部铅直下部 倾向上游；下游坝坡坡率m=0.60.8；底宽约为坝高的0.7W3.1.3拟定实用剖面一、确定坝顶高程1、超高值Ah的计算(1)基本公式坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差A h，可由式(3-1)计算。Ah = h 1
5、%+ h z + h c (3-1)Ah-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；h z 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采用，对于111级工程，设计情况h =0.4m，校核情况hc = 0.3m。-2 -水工建筑物课程设计V为计算风速，m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正常蓄水位 和设计洪水位时，采用重现期为50年的最大风速20m/s；校核洪水位时，采用多年平均 风速13m/s oD为吹程，km，按回水长度计算：正常蓄水位时回水长度为4.50km，设计洪水位时 回水长度为4.50km，校
6、核洪水位时回水长度为4.00km。波高hl，当gD/V2 =20250时，为累计频率5%的波高h5% ；当gD/V2 =250 1000时，为累计频率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，应乘以1.24 ；对应于10% 波高，应乘以1.41。首先计算波浪高度hl和波浪长度L和波浪中心线超出静水hz o(1)设计洪水位时Ah计算风速采用50年一遇的风速17m/s，吹程D=4.5km。波浪三要素计算如下：波高=0.0166X17 (5/4)X4.5 (1/3) =0.95m=10.4X0.95(0.8)=9.95m =3.14X0.95X0.95/9.98m=0
7、.28m-3 -面的高度水工建筑物课程设计9.8X4500/17/17=1521.24X0.95=1.18m ； hz = 0.28 m ； hc = 0.4mAh = h1% + hz + hc=1.18+0.28+0.4=1.86m (2)校核洪水位时 Ah 计算风速采用多年平均风速13m/s，D=4km。波浪三要素计算如下：0.0166X13(5/4) X4(1/3)=0.65 10.4X0.65(0.8)=7.37 3.14X0.65X0.65/7.37=0.189.8X4000/13/13=231=1.24X0.65=0.806m ； hz = 0.18m ； hc= 0.3mAh
8、= hl% + hz + hc= 0.806+0.18+0.3=1.29m 2、坝顶高程计算坝顶高程按式(3-5)计算，并选用其中较大值坝顶高程=设计洪水位+Ah设坝顶高程=校核洪水位+Ah校(3-5)根据以上两种水位时Ah计算结果，得出两种状况下坝顶高程。(1)设计洪水位 时的防浪墙顶高程：防浪墙顶高程=设计洪水位+Ah=186.64+1.86=188.5m(2)校核洪水位时的防浪墙顶高程：防浪墙顶高程=校核洪水位+Ah=189.6+1.29=190.89m为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值g防浪墙顶= 190.9m取防浪墙高 1.2米。水库坝顶高程190.9-1.2=189.7m二
9、、坝确定基高程河床高程100m,校核洪水位为189.60m,地基开挖时河床上的冲积砂夹石层、冲积 粘土夹碎石层必须清除。弱风化层厚5.56.5m，微风化层厚67m，原则上应考虑技术加固处理后，在满足 坝的强度和稳定的基础上，减少开挖。基础中存在的局部工程地质缺陷，例如表层夹泥裂 缝、强风化区、断层破碎带、节理密集带及岩溶充填物等均应结合基础开挖予以挖除。初 步定出开挖深度6m，通过立式图上确定的坝基开挖线定出建基面最低开挖高程为94m， 因此，最大坝高为95.7m，属于中坝。 三、拟定坝顶宽度坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震特大洪 水时维护等要求。因无特殊要
10、求，根据规范的规定，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。按坝高的10%计算，即为9.6-4 -水工建筑物课程设计米，考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为10m， 以满足大坝维修作业通行需要。四、拟定剖面尺寸根据规范SL319-2021规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝顶附近。 基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。实体重力坝上游坝坡宜采用1：01：0.2,坝坡采用折面时，折坡点高程应结合电站 进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并
11、结合上游坝坡同时选定。 下游坝坡宜采用1：0.61：0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重力坝，可考虑相邻 坝段联合受力的作用选择坝坡。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，为了便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定， 本次设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种 形式，具有比较丰富的工程经验。上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，一般折点取在坝高1/32/3附近，取128 米。通过最优方案的比较，上游坝坡取1： 0.2,下游坝坡取1： 0.7。五、坝底宽度拟 定坝底宽度约为坝高的0.7
12、0.9倍，本工程的坝高为95.7m，通过已经确定的上下游 坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=73.72m。3.2荷载计算及其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、地震荷载 等，常取1m坝长进行计算。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同 时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种 或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情 况进行计算，使之满足规范中规定的要求。本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核洪水位和 地震情况，它们分别考虑的荷载如表3-2所示。-5 -感谢您的阅读，祝您生活愉快。
