水工建筑物课程设计资料.docx
《水工建筑物课程设计资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水工建筑物课程设计资料.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
水工建筑物课程设计资料
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
第一章基本资料1
第二章坝体坡面拟
定7
第一节坝体坡面拟定
7
第二节荷载计算……
10
第三章抗滑稳定分
析…………………………………………………………13
第四章应
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
析15
第五章细部结构设
计16
第六章地基处理与两岸连
接24
第一节地基处理24
第二节重力坝与两岸连接26
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
第一章基本资料
（一）工程概况
顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。
通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。
为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。
顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。
水库距迁西县城35公里，有公路相通。
水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。
根据水库的工程规模及在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为
I级建筑物，其他建筑物按II级建筑物考虑。
（二）水文分析
（1）.年径流：
顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。
丰水年时占全年50~60%，枯水年占30~40%，而且年际变化也很大。
（2）.洪水：
多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
24400—27400m3/s实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m3/s。
（3）.泥沙：
本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨多年平均含沙量7.45公斤/立方米。
推移质缺乏观测资料。
可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。
淤砂浮容量为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。
淤砂高程157.5米。
（三）气象
库区年平均气温为10C左右，一月最低月平均产气温为零下6.8C，绝对最低气温达零下217C（1969年）7月份最高月平均气温25C,绝对最高达39C（1955年）,本流域无霜期较短（90—180天）冰冻期较长（120—200天），顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。
（四）工程地质库区地质：
顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现不对称，区域内无严重的坍岸及渗透问题。
第四大岩层（Arl4）为角闪斜长片麻岩。
具粗粒至中间细粒千状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本岩层体厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。
岩石物理力学性质：
岩石容重2.68—2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2以上，混凝土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm2
地震：
库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。
弱震任不断发生，其中1936年和1976年两年内发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为6度，考虑到枢纽的重要
性，和水库激发地震的可能性拦河坝设防烈度采用7度。
（五）枢纽建筑物特性指标
项目
单位
指标
备注
校核洪水位
米
227.2
设计洪水位
米
225.7
水
正常畜水位
米
224.7
汛期限制水位
米
216.0
P=0.1%
死水位（发电）
米
180.0
位
校核洪水位尾水位
米
156.8
设计洪水尾水位
米
152.0
正常尾水位
米
138.4
总库容
亿立米
25.5
计入十年淤积
库
调洪库容
亿立米
7.4
兴利库容
亿立米
19.5
容
共用库容
亿立米
5.6
死库容
亿立米
4.2
计入十年淤积
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
坝型
混凝土重力坝
坝顶溢孔数
孔
19
堰顶咼程
米
闸墩的中墩厚度为
3米
每孔净宽
米
15.0
工作闸门尺寸
米X米
15<15
弧形钢闸门
启闭机（2X70吨）
台
19
固定式卷扬机
设计洪水下泄能力
米7
从32300
少
校核水位下泄量
42900
限泄275003
泄
水
孔
进口底咼程
米
160.0
弧形闸门
底孔数目
孔
4
工作阀尺寸
米*米
5*7
启闭机
台
4
设计水位泄水能力
米八3/秒
4340
校核水位泄水能力
米八3/秒
4430
电站
引水
道
水管道进口高程
米
170.0
三条引水管道
管线长度
米
121.0
管径
米
5.0
最大引水流量
米3秒
104
每条引水道
工作阀门
米*米
3-5*7
工作阀门启闭机
台
3
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
平板检修闸门
米*米
5*8.5
检修门启闭机
台
1
400/25吨门机
电
站
主厂房尺寸
长*米*米
72*19.1*39.0
机组间距
米
16
水轮发电机组
台
3
装机容量
万瓦
3*6=18
水轮机型号
HL•720
LT-330
额定出力
万瓦
6.18
主要变压器型号
SPL-80000
220
输电线电压
千伏
220
共3台
（6）坝型、坝址选择
（1）坝型选择
坝址地形地质条件，河谷断面比较宽浅，两岸不对称，坝址区域为花岗岩结构，岩体是厚层块状，质地均一，抗风化强，工程地质条件好，覆盖层及风化层较薄弱。
建筑材料：
经勘测，坝址附近有丰富的砂石料，但缺土料，只有很薄的表层堆积物。
根据以上情况进行综合分析如下：
拱坝方案：
河谷断面宽浅，不是V字型，两岸不对称，没有合适的地质条件，故该方案不可行。
土石坝方案：
坝址付近没有适宜的地形像溢洪道，若开挖溢洪道，则开挖量较大，并且当地土料比较缺乏，故也不可取。
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
重力坝方案：
混凝土重力坝和浆砌石重力坝都不能充分利用当地的自然条
件，泄洪问题容易解决，施工容易。
浆砌石重力坝虽然节约水泥用量，但不能实现机械化施工、施工方便、速度快、缩短工期，故本工程采用混凝土重力坝。
（2）坝址选择：
经地形、地质勘测，综合考虑地质条件、施工条件、综合效益等情况，坝址位于迁西县杨岔村的顺河流上，控制流域面积33700平方公里，总库容25.5亿立方米，水库距迁西县城35公里，有公路相通。
（七）枢纽总体布置方案选择
水库枢纽由主坝、电站及泄水孔等组成
（1）溢流坝的布置：
溢流坝的位置应使下泄洪水、排水时能与下游平顺连接，不致冲刷坝基和其他建筑物，溢流孔孔数19孔，净宽15米，中墩厚3米。
（2）导流底孔布置：
导流底孔宣泄期的流量一般应考虑与永久建筑物相组合，做到一孔多用，导流底孔孔数为4，宽44米。
（3）电站坝段布置：
水电站厂房尽量布置在靠近用户的岸，且要布置在使出力最大的一岸，电站坝段48米，由3台水轮发电机组。
（4）挡水坝段布置：
非溢流坝一般布置在河岸部分与岸坡相连，非溢流
坝与溢流坝或其他建筑物连接处，用导墙、变强隔开。
根据以上原则及尺寸，经分析1/2方案可选择，即：
方案一
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
方案一：
泄水孔布置在中间，在水库建成以后，它将承担排沙、放空水库使用，不是频繁使用，且开挖量大。
方案二：
溢流坝在中间，下泄洪水时，可以与主河槽水平顺连接且开挖量不大，故可采用。
工程开挖量不大，且溢洪道泄水与主河槽平顺相连。
第二章坝体坡面拟定
第一节坝体坡面拟定
（一）坝体坡面拟定
从地形图可得拦水坝段的最底部高程为127.5米，故可据此确定最大坝高
河坝顶高程。
（1）坝顶咼程应咼于交河洪水位，把顶上游防浪墙顶咼程咼于波浪咼
程，其与设计洪水位或校核洪水位的高差△h由下式确定：
△h=hi%+hz+hc
其中：
△h----防浪墙顶呈设计洪水位或校核洪水位高差m
hi%---累计频率为1%时波浪高度m
hz波浪中心线高出设计洪水位或校核洪水位高度m
hc――-安全超高
由设计枢纽工程为一等，主坝为I级建筑物，故计算的非溢流坝为I级建
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
筑物，查《混凝土重力坝设计规范》得安全超高，设计洪水位时为0.7m，校
核洪水位时为0.5m。
坝顶上游防浪墙顶高程二设计洪水位+△h设
坝顶或防浪墙顶高程二校核洪水位+△h校
a:
设计洪水情况
风区长度D=3公里，计算风速V。
设计洪水情况下取的年平均风速的1.5
倍，为Vo=12.5*1.5=18.75m/s.
由于gh5%/Vo2=O.OO76Vo（1/-12）（gD/Vo2）1/3Vo2/g得
h5%=0.0076*18.75（1/-12）（9.81*3000/18.752）1/3=0.94m
由gl/Vo2=O.331Vo-1/2.15（Gd/Vo2）1/3.75得
L=9.89m
波浪中心线呈计算水平的高度
h8=hl2/Lcth2H/L因H>Lcth2H/L〜1.0m%=1.15m
h8=h/L=3.14*1/9.89=0.426m
因主坝为I级建筑物，故取设计安全超高hc=0.7m
坝顶高程=225.7+2.29=227.99m
b校核洪水位情况
风区长度D=3公里，计算风速Vo在校核洪水位情况的平均最大风速
Vo=12.5m/s
波咼：
h5%=0.0076*12.55（1/-12）（9.81*3000/12.52）1/3=0.56m
波长：
L=0.331Vo-1/2.15（Gd/Vo2）1/3.75*12.52/9.8=6.59m
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
波浪中心线至计算水位高度
h8=hl2/Lcth2H/L因H>Lcth2H/L=1.0hi%=1.24*0.563=0.698m
h8=hc2/L=3.14*0.6982/9.89=0.232m
因主坝为I级建筑物，故取校核安全超高hc=0.5m
△h校=hi%+h8+hc=0.698+0.232+0.5=1.43m
取上述两种情况坝顶高程中的最大值，并取防浪墙高为1.2m，所以实际坝顶
高程为228.63-1.2=227.43m取227.5m。
（二）坝顶宽度
坝顶宽度一般为坝高8%-10%并考虑交通要求，坝顶宽度取10m满足I级建筑物坝顶宽度10〜15m要求。
（三）坝面坡度
考虑利用部分水重增加其抗滑稳定，据工程实践，上游边坡系数一般取n=0.2，下游坝坡m=0.75.
（四）上下游起坡点位置确定
上下游起坡点、位置综合应力控制标准和发电引水管、泄水孔等建筑物的进口高程来确定。
一般起坡点在坝高的1/3〜2/3附近，下游起坡点的位置距坝顶的实用剖面形式，坝顶宽度结合坝基本剖面得到。
根据实际情况，设计上游坝坡起点高程取185m,下游起坡点高程取
214.2m。
（五）坝体防身排水
据上述尺寸得坝最大宽度为86.5米，分析基本条件，要求防渗帷幕和排水廊道，灌浆廊道尺寸定为3m*2.5m，廊道底部高程为132.5m,距基岩面5m,帷幕中心线距上游坝7m,排水孔中心线距离防渗帷幕中心线3.5m,拟设廊道
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
系统、实体重力坝、剖面设计暂不计入廊道影响。
第二节荷载计算
（一）计算情况选择
在设计重力坝剖面时，按照承载力极限状态，计算荷载的基本组合与偶然组合。
基本组合荷载：
正常蓄水位情况、设计洪水位情况和冰冻情况。
荷载的偶然组合有：
校核洪水位情况、地震情况、设计时应对这种情况分别计算，在设计仅以设计洪水位情况进行荷载分析计算。
（二）计算截面选择
抗滑稳定的计算截面，一般应选择受力较大，抗剪强度低，容易产生滑动破坏的截面，一般情况下有几种：
坝基面、坝基面内软弱层、坝基面缓顺角结构面，不利地形、混凝土层等。
应力分析位置一般有坝基面、折坡处的截面、坝体削弱部位等，在设计仅以坝基面计算为例进行计算。
（三）荷载计算
首先据非溢流坝坡面的受力图算出荷载作用的标准值、设计值后，求出荷载所产生的力矩的标准设计值。
设计洪水位情况下，作用坝基面上的荷载有自重、静水压力、扬压力、淤泥压力、浪压力有关参数的选择。
混凝土重度为240Kn/m3，水的重度为9.81
Kn/m3，扬压力折减系数为0.25,泥沙的浮重度为8.83Kn/m3，内摩擦角为12°,荷载作用的分项系数值取1m坝长计算。
1自重W
坝体自重计算公式：
W=VrcV——坝体体积
rc――-坝体混凝图的重度，一般取23.5~24.0Kn/m3
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
坝体分成三块分别计算：
W1=1/2*11.5*57.5*24*1=7935KN
L=43.25-2/3*11.5=35.58m
W2=0*（227.5-127.5）*24*1=2400kn力臂L=43.25-（11.5+5）=26.75m
W3=1/2*（214.5-127.5）*65*24*1=6762knL=43.25-2/3*65=-0.08m
2、静水压力PH
静水压力PH=1/2rwH2H—计算点作用水头，m、
rw—水的重度，常取9.81Kn/m3
PW1=1/2*9.81*98.22*1=473000.1KNL=43.25-1/2*11.5=32.73m
Pw2=1/2*9.81*24.52*1=2944.23Kn
L=1/3*24.5=81.7m
3、自重
Pv1=9.81*11.5*40.7*1=4591.57kn
L=43.25-1/2*11.5=32.73m
Pv2=9.81*11.5*57.5*1=3243.43kn
L=43.25-1/3*11.5=39.42m
Pv1=9.81*24.5*18.375*1=4591.57knL=43.25-1/3*18.37=32.125m
4、泥沙压力
泥沙压力水平压力PskH=1/2Vsbhs2tg2（45°—&J2）
式中：
Vsb-泥沙的浮重度Kn/m3
Vsb=8.83Kn/m3
hs-坝前淤泥高度
&s-淤沙内摩擦角
PskH=1/2*8.83*302tg2（45°
—120/2）=2605.62knL=1/3*30=10m
竖直方向泥沙厚度L=11.5*30/57.5=6.0m
泥沙压力竖直压力Pspv按作用面上的泥沙重量按
Pspv=1/2*8.83*30*6*1=794.7knL=43.25-1/3*6=41.25m
5、浪压力
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
浪压力Pl为PL=1/4*9.81*9.89*（1.16+0.427）=38.49kn浪压力对坝底中心的力矩M：
M=1/4rw（1/2+hl+h8）ly1-1/2rw（1/2）2y2
y1=H1-1/2+1/3（1/2+hl+h8）y3=H1-H3
其中：
H1-坝前水深（m）
yi、y2-大小三角形的行心到坝基面中心的垂直距离y1=98.2-4.95+1/3（4.95+1.16+0.427）=95.43m
y2=98.2-1/3*9.89=94.9mM=1/4*9.81（4.989/2+1.16+0.427）9.89*95.43-1/2*9.81*（9.89*1/2）
2*94.9=3736.95m
6、扬压力扬压力包括：
渗透压力和浮托力两部分，扬压力大小等于扬压力分布的面积：
浮托力：
u=9.81*24.5*86.5*1=20789.84KN渗透压力：
u2=9.81*0.25*73.7*10.5=1897.86knL=43.25-5.25=38.0m
u3=1/2*9.81*0.25*73.7*76*1=6868.47kn
L=43.25-（10.5+1/3*76）=7.42mu4=1/2*（0.5*9.81*198.2-24.5—0.25*73.7）=2846.8KN
L=43.25-1/3*10.5=39.75m.
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
第三章抗滑稳定分析
混凝土重力坝常用的稳定分析方法有抗剪强度和抗剪断强度，计算式稳定极限状态计算：
1、稳定分析目的
稳定分析目的是按核算坝体沿坝面或基深层软弱结构面的抗滑稳定安全度。
2、滑动面选择
滑动面选择基本原则:
研究坝基地质条件和坝体剖面形式，选择受力较大抗剪强度，最易产生滑动的截面为计算截面。
一般有以下几种情况:
坝基面、坝基内柔弱层面、基岩缓倾结构构面、不利的地形、碾压混凝土层面等。
3、计算方式常用的方法如上述所说，采用抗剪强度公式或称单一安全系数法。
坝体混凝土与软基岩接触良好，抗滑稳定安全系数k's的计算如下：
k'=（f'（刀W-V）+C'）/刀p
其中k's抗滑稳定安全系数计算值f'---抗剪强度摩擦系数
C'---抗剪断凝聚力KpaA---计算截面m2
刀W---作用于接触面上竖直方向的合力KN
刀p---作用于接触面上水平向的合力KN、
4、抗滑稳定分析
k'二（f'刀W-V）+C'）/刀p=3.18>3.0
故;可以认为满足抗滑稳定要求。
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
第五章应力分析
1、应力分析目的目的是检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理，并为确定坝体材料分区及配筋提供依据。
2、应力计算
1）不计入扬压力时的应力计算
a.水平截面正应力厂yu二刀W/B+6刀M/B2
=110398.87/86.5+6*（-369553.45）/86.52=979.95Kpa
▽yd=刀W/B-6刀M/B2
=110398.87/86.5-6*（-369553.45）/86.52=1572.63Kpa
b.主应力
Pu=K0VsbHsk+rwH1
=（1-8m12°）*8.83*30+9.81*98.2
=1173.17kpa
Pd=rwH2=9.81*24.5=240.35kpa
▽1u=（1+n2）*▽yu-Pun2
=972.22kpa
▽1d=（1+m2）*▽ud-Pdm2
=2322.1kpa
▽2u=Pu=1173.17kpa
▽2d=Pd=240.35kpa
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
C.强度校核
岩石的抗压强度为650kg/m2=6370kpa取安全系数为20,则岩石的允许
抗压强度[Vc]=63700*1/20=3185kpa
▽1d=2322.1kpav[Vc]=3185kpa
▽1u=972.22kpa认为地基应力满足强度要求。
2、及入扬压力时的应力分析
a.水平截面上的正应力
▽yu=EW/B+6刀M/B2
=77995.9/86.5+6*（-605796.86）/86.52
=415.90Kpa
▽yd二刀W/B-6刀M/B2
=77995.9/86.5-6*（-605796.86）/86.52
=1387.48Kpa
b.主应力
设Puu为上游边缘扬压力强度
Puu=rwH1=9.81*98.2=963.34kpa
设Pud为下游边缘扬压力强度
Pud=rwH2=9.81*24.5=240.35kpa
▽1u=（1+n2）*▽yu-（Pu-Puu）*n2
=424.14kpa
▽1d=（1+m2）*▽yd-（Pd-Pud）*m2=2167.92kpa
▽2u=Pu-Puu=1173.17-963.34=209.83kpa
word可编辑
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
▽2d=Pd-Pud=0
C.强度校核
已知岩石的允许抗压强度[Vc]=3185kpa▽1d=2167.92kpa<[VC]=3185kpa▽1u=424.14kpa>0所以：
地基应力满足强度要求。
第五章细部结构设计
（一）、分缝止水
1、坝体分缝
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：
适应混凝土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。
3）、水平施工缝：
是上、下层浇筑块之间的接合面。
浇筑块厚度一般为1.54.0m;在靠近基岩面附近用0.75~1.0m的薄层浇筑，以利于散热，减少温升，防止开裂。
资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除
（二）、止水设计
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）,每侧埋入混凝土的长度约为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1mx10cm）,沥青井尺寸大致为15cm~15cm至25cm~25cm（本设计采用20cmx20cm）,井内灌注
升级会员 