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1、水工建筑物宁村水库重力坝计算书班级：水利水电工程12学生： 戎艳指导教师：张小飞完成时间：2016.1.9广西大学土木建筑工程学院第一章 工程资料- 1 -一工程概况- 1 -第二章 枢纽布置- 3 -一.确定工程等别和建筑物级别- 3 -1）坝线选择- 3 -2）坝型选择- 3 -3）枢纽组成- 4 -第三章 挡水坝的设计- 6 -一 坝顶高程Z顶确定- 6 -（1）基本公式和参数的确定- 6 -2）具体分析和计算- 6 -二建基面高程确定Z基- 8 -三坝顶宽度b- 8 -四上下游坝坡的确定- 8 -五坝体强度及稳定性校核计算- 9 - 1）荷载组合：- 9 -2）计算参数- 10 -3）
2、计算结果：- 11 -第四章 溢流坝段的设计- 13 -一拟定堰面曲线- 13 - 1）上游直线段- 13 -2）WES上游剖面堰顶曲线坐标点计算- 13 -3）溢流坝顶部下游面曲线段（见图4）- 13 -4）反弧段设计（见图4）- 14 -5）下游直线段（见图4）- 14 -二泄流能力校核- 15 -三消能防冲设计- 16 -计算挑距和下游冲刷坑深度- 16 -四导墙设计- 17 -五溢流坝强度和稳定性校核；- 17 - 1）计算过程及结果- 17 -第五章 坝基处理- 19 -1、基础开挖及清理- 19 -第六章 细部构造设计- 20 -1、坝顶布置- 20 -2、坝内廊道- 20 -4、
3、坝体防渗与排水- 21 -第七章 工程量计算- 22 -详参照宁村水库重力坝设计第一章 工程资料一工程概况宁村水库位于南宁盆地北缘，高峰山南麓，南宁市明秀乡宁村和下游，宁村河发源于高峰山脉南部燕尾岭，流经安吉河至心圩河后汇入邕江。水库集雨面积10.39平方公里，坝址以上河长9.4公里，河道平均坡降为0.96%，河道平均水深约2米。兴建宁村水库的主要目的是保证南宁市的环境用水，并兼灌溉之用。二基本资料（一） 地形资料：1、1：500坝址地形图，另附；2、1：2000库区地形图（略）（二） 地质资料：根据地勘队提供的地质报告及地质图摘要如下：1、库区工程地质宁村水库库区为砂岩、页岩、泥岩组成的碎屑
4、岩系，库盘出露的岩层以泥岩为主，岩石渗透性微弱，岩层产状稍平缓，交错层理发育。其断层均为铁锰质胶接良好，无集中渗漏地段，库周山峦起伏，无主要邻谷，且库外一般谷底高程均高于正常蓄水位，因此不存在库区向库外渗漏的可能性，具备建库的条件。2、坝址工程地质及水文地质坝址岩层以砂岩为主，夹泥岩和页岩，砂岩抗压强度较高，但泥岩、页岩抗压强度稍低，其允许承载能力为0.60.7Mpa，岩层倾向上游，岩石节理、裂隙发育，整体性稍差，并假有薄层，抗滑能力较低，岩石受风化深度为46m，河床地段强风化深度35米，基础开挖和清基工作量较大，坝址河床及两岸岩石的渗透性较大，一般渗透系数0.10.7m/d，因此存在地基渗漏
5、和绕坝渗漏的可能性，必需进行帷幕灌浆处理，总之坝址地质具备建坝条件，但不是很理想，河谷两岸不对称，风化深，而河床地段岩石较好，因此不宜作轻型坝，可考虑选择其他坝型。3、坝址岩石物理力学性质：在钻取岩芯作物理力学性质实验，将不同深度，不同风化强度的砂岩、泥岩、页岩分五组进坝址行实验，成果如表示： 岩石名称风化程度重度（KN/）比重吸水率抗压强度标准值（MPa）干重度饱和重度（%）干饱和（Rb）砂岩强风化23.524.22.635.63014砂岩弱风化2525.62.682.0351.642砂岩微风化26.226.62.70.615849.8泥岩新鲜23.724.52.747.243212.9页岩
6、新鲜25.125.92.763.0239.414.8由于某些原因，未作岩石抗剪断实验，现在将砼和弱风化岩石的抗剪断摩擦系数和抗剪断凝聚力提供如下，供设计参考。岩石名称摩擦系数f凝聚力c（KPa）砂岩/砼 1500泥岩（页岩）/砼 0.854004、当地建筑材料坝址上下游5Km范围内，有大量适合建坝的砂岩可供开采，河谷地带有少量中细砂，卵石不多，而离坝址89Km范围的邕江两岸有足够数量河沙和河卵石可提供。坝址附近缺乏适宜筑坝的土料。附：宁村水库坝址1/500地质剖面图。三水文资料根据水文计算结果，为枢纽建筑物设计提供以下资料：1、下泄洪水流量（经调节）：设计洪水（2%）Q=450/s；校核洪水（
7、0.2%）Q=588/s； 可能最大洪水Q=722/s；2、特征水位正常蓄水位：126.50m； 死水位：106.00m。3、 水库水位容积关系曲线（见表1）水位（m）90100110120125130135库容（万）040110260370520840表1：4、 下游水位流量关系曲线（见表2）表2：宁村水库下游水位流量关系流量（/s）10100200300400450588下游水位（m）092.793.693.793.893.9945、 最大引用流量 ：1.0/s6、 淤沙高程：92.00m。四 其他资料 材料容重： 浆砌石重度：22KN/； 砼重度：24KN/；淤沙特性：淤沙浮重：7KN/
8、； 淤沙内摩擦角：20；浪高计算：水库吹程D=3km，多年平均最大风速v=15m/s； 下游渠首底部高程97.00m； 地震烈度6度（设计不考虑） 枢纽布置一.确定工程等别和建筑物级别由于工程的等别是由六个指标（总库容，防洪，灌溉，发电，供水，治涝）中最大的指标来确定，由于该枢纽的开发目的为供水和灌溉，而其最大引用流量才1.0/s，所以工程等别最终由总库容V总确定。由于V总 =V校 即校核洪水位所对应的库容，故需求出校核洪水位H校 ，再根据水位库容关系（表一）确定库容。1）坝线选择坝线选择如宁村水位平面布置（附图1）所示，由地形图资料可知该坝线上游山体陡，坡降大，成库容易，下游坝线地形开阔，平
9、坦，便于施工系统布置，且坝线选址在山脊位置，可以缩短坝线，节省造价；由于该工程为中小型工程，坝高不大，对承载力要求不高，该处岩石满足承载力要求，对于砂岩通过帷幕灌浆进行防渗；该枢纽与周边城镇相邻，交通便利“三通”容易满足，就地取材砂岩可作为粗骨料。综合地形，地质，枢纽布置，施工，建材和经济投资等因素考虑可确定坝线布置合理。2）坝型选择挡水坝有重力坝，土石坝，拱坝等，该库区右岸陡峭左岸右岸平坦，且岩基存在软弱夹层，不完整，不适合修建拱坝；如果修建土石坝，只能采用隧洞导流，而存在破碎带，不利于隧洞的稳定，对土石坝的施工导流不利，坝址岩层以砂岩为，土石坝的筑坝材料得不到满足，故排除土石坝。通过对比分
10、析，重力坝符合地形地质要求，故坝型选择为重力坝合理。重力坝分为浆砌石重力坝，常态混凝土重力坝，碾压砼重力坝。浆砌石重力坝施工质量不能保证而且施工速度慢，对工期影响大，造成经济投资大，不合适；碾压混凝土重力坝常用于大规模的工程，对于前面分析可知该工程为中小型规模，故选用常态混凝土重力坝更合适。3）枢纽组成 由开发目的可知该枢纽无需用于发电，故不需要水电站厂房，因为需要供环境用水和灌溉，所以需要取（引）水建筑物，故该枢纽组成：泄水建筑物，挡水建筑物，引（取）水建筑物。其中泄水建筑物和挡水建筑物为主要建筑物，故因进一步确定其尺寸，形式和等级。4）泄水建筑物的形式及孔口尺寸的拟定(1)泄水建筑物形式的
11、选择由前面地形分析知道其坝线不长，故不适合岸边溢洪道；坝址的地质条件限制不能用隧洞泄水（具体理由见坝型选择土石坝部分）；所以只能选择坝身泄水。坝身泄水分表孔泄水，中孔泄水和底孔泄水。由前面分析已经确定该重力坝的坝高不大，故不宜采用底孔泄水方式；中孔泄水一般作降低水位用，本工程可用取水孔兼做水库放空用，故无需设中孔。且表孔具有最好的超泄能力，综合分析比确定采用表孔泄流。表孔泄流分为开敞式，带闸门，带胸墙三种，根据工程概况中的要求可知不需要进行防洪，故无需设闸门等，同时，对淹没要求也不大，考虑结构简单，经济投资小，便于管理等因素优选开敞式，最终确定泄流建筑物形式：开敞式表孔泄流。(2）孔口尺寸拟定
12、由于为开敞式表孔泄流，故堰顶高程和正常蓄水位高程相等，即Z堰顶=Z正=126.5m。 单宽流量q和溢流前沿宽度L拟定 前面已经分析该工程属于中小型工程，可直接根据地质条件来确定q。根据规范： 1、对于破碎的岩石：q=（2050）/（sm）2、 对于中等坚硬岩石：q=（5070）/（sm） 3、对于坚硬岩石：q=（70200）/（sm） 坝址岩层以砂岩为，主夹泥岩和页岩，且岩石节理、裂隙发育，整体性差，风化强，故应对应规范中的破碎岩石：q=（2050）/s，由于河床的风化深度达（35）m，为一般的弱岩，考虑下游河床的消能防冲，根据q=Q校/B可知，溢流前沿宽度B越大，q越小，则越安全，综上：取q
13、=28/（sm）。根据B=Q校/q=588/28=21m，故B=21m。由于选择开敞式表孔泄流，故无需设闸门，即n=1，则孔口尺寸就是溢流前沿宽度B=21m。(3）特征水位计算堰型选择WES WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分。溢流堰的具体的设计见第三章。根据下游堰面曲线函数关系式：当上游坝面为直立时，取n=1.85，K=2。Hd：设计定型水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%95%，即：Hd=（0.750.95）H校特征水位确定(1)校核洪水位Z校：由Hd=(0.70.95)H校，Hd越小堰越薄，工程量越小，考虑到气蚀对堰面的影响，最后取：Hd=0.8H校 ,则H校/H
14、d=1/0.8=1.25，此时H校 就是堰上水头HW，则H校/Hd=Hw/Hd=1.25，由于可根据下表三内插得：m=0.512表三：当P11.33Hd时，流量系数m的值Hw/Hd0.40.50.60.70.80.911.11.21.3m0.4360.4510.4640.4760.4860.4940.5010.5070.510.513 注：P1：上游堰高根据公式:Q=mBH3/2：侧收缩系数，一般在0.90.95，本设计取=0.92 ：淹没系数，为自由出流=1m：流量系数，由计算得出m=0.512B：堰顶宽，由计算得出B=28mg取9.8m2/s得到H校的计算公式：将数据带入上式得： H校=Q/(mB)2/3=588/()2/3=5.65m； Hd=0.
