大工16春《水工建筑物課程設(shè)計》大作業(yè)完美答案

1、網(wǎng)絡教育學院水工建筑物課程設(shè)計題目：混凝土重力壩設(shè)計學習中心:專業(yè):*奧鵬學習中心水利水電工程級:2015年春季學學指導教師:生:11111111111111大連理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板1項目基本資料1.1 氣候特征根據(jù)當?shù)貧庀缶?0年統(tǒng)計資料，多年平均最大風速14m/s，重現(xiàn)期為50年的年最大風速23m/s，吹程：設(shè)計洪水位2.6km，校核洪水位3.0km。最大凍土深度為1.25m。河流結(jié)冰期平均為150天左右，最大冰厚1.05m。1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)1.2.1 壩址地形地質(zhì)條件(1) 左岸：覆蓋層23m，全風化帶厚35m，強風化加弱風化帶厚3m，微風化厚4m。(2)

2、河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約01.5m，弱風化層厚1m左右，微風化層厚36m。壩址處河床巖面高程約在38m左右，整個河床皆為微、弱風化的花崗巖組成，致密堅硬，強度高，抗沖能力強。(3) 右岸：覆蓋層35m，全風化帶厚57m，強風化帶厚13m，弱風化帶厚13m，微風化厚14m。1.2.2 天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在壩址上下游23km均可開采，儲量足，質(zhì)量好。粘土料各項指標均滿足土壩防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求。砂石料滿足砼重力壩要求。1.2.3 水庫水位及規(guī)模 死水位：初步確定死庫容0.30億m3，死水位51m。 正常蓄水位：80.0m。注：本次課程設(shè)計的荷載作用只需考慮壩體自重、靜水壓力

3、、浪壓力以及揚壓力。表狀況壩底咼程(m)壩頂咼程(m)上游水位(m)下游水位(m)上游坡率下游坡率設(shè)計情況3184.982.5045.5001:0.8校核情況3184.984.7246.4501:0.8本設(shè)計僅分析基本組合(2)及特殊組合(1)兩種情況：基本組合(2)為設(shè)計洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力。特殊組合（1）為校核洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力。1.3 大壩設(shè)計概況1.3.1 工程等級本水庫死庫容0.3億m3,最大庫容未知，估算約為5億m3左右。根據(jù)現(xiàn)行水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準（DL5180-2003）

4、,按水庫總庫容確定本工程等別為II等，工程規(guī)模為大（2）型水庫。樞紐主要建筑物擋水、泄水、引水系統(tǒng)進水口建筑物為2級建筑物，施工導流建筑物為3級建筑物。1.3.2 壩型確定壩型選擇與地形、地質(zhì)、建筑材料和施工條件等因素有關(guān)。確定本水庫大壩為混凝土重力壩。1.3.3 基本剖面的擬定重力壩承受的主要荷載是水壓和自重，控制剖面尺寸的主要指標是穩(wěn)定和強度要求。由于作用于上游面的水壓力呈三角形分部，所以重力壩的基本剖面是三角形，根據(jù)提供的資料，確定壩底寬度為43.29m（約為壩高的0.8倍），下游邊坡m=0.8,上游面為鉛直。32設(shè)計及計算內(nèi)容2.1 壩高計算據(jù)大壩特性表資料，壩高H=壩頂高程-壩底高程

5、=84.90-31.00=53.90m,為中壩。2.2 擋水壩段剖面設(shè)計2.2.1 壩頂構(gòu)造設(shè)計壩頂寬度取8%10%壩高，且不小于3m,設(shè)計壩頂寬度取4.80m。壩頂上游設(shè)置防浪墻，墻身采用與壩體連成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度取1.35m（按設(shè)計洪水位計算），寬度取0.50m,壩頂下游側(cè)設(shè)攔桿。2.2.2 壩底寬度計算根據(jù)大壩特性表資料，壩底寬度T=（84.90-31.00）X0.8=43.12m。2.2.3 壩體檢查排水廊道、排水管幕設(shè)計為了便于檢查、觀測和排除壩體滲水，在壩體高程65.00處設(shè)一檢查兼作排水用的廊道，廊道斷面采用城門洞形，寬度取1.5m，高度取2.5m，其上游側(cè)至上游壩面的

6、距離取0.050.07倍作用水頭，且不小于3m，設(shè)計取4.00m。為了減小壩體的滲透壓力，靠近上游壩面設(shè)置排水管幕，排水管幕至上游壩面的距離取1/151/25倍作用水頭，且不小于2m，設(shè)計取3.00m，間距取2.50m，管徑取200mm，排水管幕做成鉛直，與縱向排水檢修廊道相通，滲入排水管的水可匯集到下層縱向廊道，排水管幕上端通至壩頂。2.2.4 壩基灌漿排水廊道設(shè)計壩基灌漿排水設(shè)置在上游壩踵處，廊道上游側(cè)距上游壩面的距離取0.050.1倍作用水頭，且不小于45m,設(shè)計取4.0m，廊道斷面采用城門洞形，寬度取3.00m，高度取3.50m，廊道上游側(cè)設(shè)排水溝，下游側(cè)設(shè)排水孔及揚壓力觀測孔，廊道底

7、面距離基巖面不小于1.5倍廊道寬度，設(shè)計取4.00m。為減少壩基滲漏，防止較大滲流對壩基產(chǎn)生滲透破壞，減小壩基底面的防滲揚壓力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，在廊道上游側(cè)布置一排帷幕灌漿，帷幕灌漿深度取0.050.07倍作用水頭，帷幕灌漿深度設(shè)計取20.00m。灌漿帷幕中心線距上游壩面4.50m。帷幕灌漿必須在澆筑一定厚度的壩體混凝土后進行，灌漿壓力表層不宜小于1.01.5倍壩前靜水頭，取60m*10KN/m3=600KPa；在孔低不宜小于23倍壩前靜水頭，取130m*10KN/m3=1300KPa。為了充分降低壩底揚壓力和排除基巖滲水，在廊道下游側(cè)布置一排排水孔幕，大連理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文(

8、設(shè)計)模板排水孔深度為帷幕灌漿深度的0.40.6倍，且壩高50m以上的深度不小于10m,排水孔深度設(shè)計取10.00m，孔距取2.50m，孔徑取200mm，排水孔略向下游傾斜，與帷幕灌漿成10交角。排水孔中心線距帷幕中心線2.00m。2.2.5 地基處理基巖開挖的邊坡必須保持穩(wěn)定，兩岸岸坡盡量開挖成有足夠?qū)挾鹊呐_階狀，以確保壩體的側(cè)向穩(wěn)定。對于靠近壩基面的緩傾角軟弱夾層，埋藏不深的溶洞、溶濁面應盡量挖除。開挖至距利用巖面0.51.0m時，應采用手風鉆鉆孔，小藥量爆破，以免產(chǎn)生裂隙或增大裂隙。遇到易風化的頁巖、黏土巖時，應留0.20.3m的保護層，待澆筑混凝土前再挖除。壩基應清到比較堅硬完整的完整

9、的巖面，基面平整、水平即可，地基開挖后，在澆筑混凝土前，必須徹底清理、沖洗和修鑿,風化、松動、軟弱破碎的巖塊都要清除干凈，突出的尖角要打掉，光滑的巖面要鑿毛，并用水沖洗干凈，基巖表面不得殘留有泥土、石渣、油漬等其它污物，排除基巖面上全部積水，基坑內(nèi)原有的勘探鉆孔、井、洞等均應回填封堵。2.2.6 壩體材料分區(qū)(1) 上、下游最高水位以上壩體表層采用C、W、F厚3.00m的混凝土。154100(2) 下游水位變化區(qū)的壩體表層采用C、W、F厚3.00m的混凝土。158200(3) 上、下游最低水位以下壩體表層采用C、W、F厚3.00m的混凝土。2010100(4) 壩體靠近基礎(chǔ)的底部采用C、W、F

10、厚8.00m的混凝土，滿足強度要求。2010200(5) 壩體內(nèi)部采用C、W低熱混凝土。1022.3 擋水壩段荷載計算本設(shè)計荷載僅分析基本組合(2)及特殊組合(1)兩種情況。2.3.1 荷載基本組合(2)為設(shè)計洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚壓設(shè)計洪水位壩體尺寸與荷載tm)(1) 自重。壩體斷面分為一個三角形和一個矩形分別計算，混凝土容重采用24KN/m3，因廊道尺寸較小，計算自重時不考慮。(2) 靜水壓力。靜水壓力包括上下游的水平水壓力和下游斜坡上的垂直水壓力。(3) 揚壓力。壩踵處的揚壓力強度為YuH1,排水孔線上為YuH2+uYuAH,壩址處為YH2，其間均以直線連接，揚壓力

11、折減系數(shù)a=0.25。(4) 泥沙壓力。大壩迎水面前泥沙的淤積高度計算至死水位51m，大壩迎水面前泥沙的淤積高度hs=51.0-31.0=20.0m,水平泥沙壓力在垂直方向上呈三角形分布，泥沙干重度Ysd取13.5KN/m3，孔隙率n取0.42，內(nèi)摩擦角叭取18，泥沙的浮重度Ysb=Ysd-(1-n)Y3=13.5-(1-0.42)X10=7.7KN/m3。單位長度大壩迎水面上的水平泥沙壓力值按公式Psk=l/2Ysbhs2tan2(45-$/2)。壩址處河床巖面高程約在38m左右，大壩背水面前泥沙的淤積高度hs=38.00-31.00=7.00m,除計算水平泥沙壓力外還應計算豎直泥沙壓力，其

12、值按泥沙浮重度與泥沙體積的乘積求得。(5)浪壓力。計算風速取重現(xiàn)期為50年的年最大風速23m/s，風區(qū)長度取2600m,按鶴地水庫試驗公式gh2%/vo2=O.OO625vo(i/6)(gD/vo2)(i/3)和gLm/v02=0.0386(gD/v02)(i/2)計算得累積頻率為2%的波高h2%=2.07m，平均波長Lm=14.45m，經(jīng)查表求得hi%=2.25m。使波浪破碎的臨界水Hcr=Lm/(4n)ln(Lm+2nh1%)/(Lm-2nh1%)=5.19mo因為壩前水深H=82.50-31.00=51.50m，HH和HL/2，發(fā)生深水波，單位crm長度大壩迎水面上的浪壓力值按公式Pwk

13、=1/4YoLm(h1%+hz)計算。波浪中心至計算靜水位的高度hz=nh1%2/Lmcth(nH/Lm)=1.10m。z1%mm防浪墻頂高程為：82.50+h1%+h+h=82.5+2.25+1.10+0.40=86.25m。1%zc上述荷載計算見計算表。重力壩基本荷載組合計算表荷載計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)fJH和HL/2，發(fā)生深水波，單位crm長度大壩迎水面上的浪壓力值按公式Pwk=1/4YoLm(h1%+hz)計算。波浪中心至計算靜水位的高度hz=nh1%2/Lmcth(nH/Lm)=0.42m。z1%mm防浪墻頂高程為：84.72+hy

14、+h+hc=84.72+1.12+0.42+0.30=86.56m。大壩特1%zc性表資料提供的壩頂高程不足。上述荷載計算見計算表。重力壩特殊荷載組合計算表荷載計算式垂直力(kN)水平力(kN)對壩底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)fJ/+-自重W620919.16118964W2220263.9987884水壓力P1326117.17227691P”10514.835076Q84117.6914877揚壓力u6252000u16942.854828u60118.3111004u90219.3917490泥沙壓力P8136.675423P1002.33233p”15119.692973浪壓力

15、pw38226147.8041.871092818260合計94492922714456141222308530254619778J1304479461、表三：壩體特殊荷載組合作用計算成果表荷載垂直力(kN)水平力(kN)對壩底截面形心力臂(m)力矩(kN.m)fJ0,滿足要求。6dy=W/B-6工M/B2=19778/43.12-6*(-79461)/43.122=715.09(KPa)V1430Kpa,滿足抗壓強度要求。(2) 當計入揚壓力時，建基面上、下上游面剪應力分別為：tu=(P-Puu-5uy)m1=(51.5*10-51.5*10-202.27)*0=0(KPa)。td=(5dy

16、+Pdu-P，)m2=(715.09+14.5*10-14.5*10)*0.8=572.07(KPa)，滿足要求。(3) 當計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應力分別為：5ux=(P-Puu)-(P-Puu-5uy)m12=(51.5*10-51.5*10)-(51.5*10-51.5*10-202.27)*0=0(KPa)。5dx=(P，-Pdu)+(5dy+Pdu-P，)m22=(14.5*10-14.5*10)+(715.09+14.5*10-14.5*10)*0.82=457.66(KPa)，滿足要求。10大連理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設(shè)計）模板(4) 當計入揚壓力時，建基面上

17、、下游上游邊緣主應力分別為：5U=(l+mF)5Uy-(P-PUu)m2=(l+0)*202.27-(51.5*10-51.5*10)*0=202.27(KPa),滿足要求。5U2=P-PUU=51.5*10-51.5*10=0(KPa)。5d1=(1+m22)5dy-(P，-Pdu)m22=(1+0.82)*715.09-(14.5*10-14.5*10)*0.82=1172.75(KPa)，滿足要求。5d2=P，-PdU=14.5*10-14.5*10=0(KPa)。(5) 當不計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應力分別為：5uy=W/B+6工M/B2=29227/43.12+6*(-

18、46139)/43.122=528.92(KPa)0,滿足要求。5dy=W/B-6工M/B2=29227/43.12-6*(-46139)/43.122=826.69(KPa)V1430Kpa,滿足抗壓強度要求。(6) 當不計入揚壓力時,建基面上、下上游面剪應力分別為：tu=(Pu-5uy)m1=(51.5*10-528.92)*0=0(KPa)otd=(5dy-Pd)m2=(826.69-14.5*10)*0.8=545.35(KPa)，滿足要求。(7) 當計入揚壓力時,建基面上、下游邊緣水平正應力分別為：5ux=Pu-(Pu-5uy)m12=51.5*10-(51.5*10-528.92)

19、*0=515.00(KPa)，滿足要求。5d=Pd+(5d-Pd)叫2=14.5*10+(826.69-14.5*10)*0.82=581.28(KPa),滿足要求。xy2(8) 當不計入揚壓力時,建基面上、下游上游邊緣主應力分別為：5u1=(1+m12)5uy-Pu*m12=(1+0)*528.92-(51.5*10-51.5*10)*0=528.92(KPa),滿足要求。5u2=P=51.5*10=515.00(KPa)，滿足要求。5d1=(1+m22)5dy-Pd*m22=(1+0.82)*826.69-14.5*10*0.82=1262.97(KPa)，滿足要求。5d2=P，=14.5

20、*10=145.00(KPa)，滿足要求。2.5.2 荷載特殊組合(1)為校核洪水位情況，其荷載組合為：自重+靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力。(1) 當計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應力分別為：5uy=W/B+6工M/B2=19372/43.12+6*(-106966)/43.122=104.08(KPa)0,滿足要求。5dy=工W/B-6工M/B2=19372/43.12-6*(-106966)/43.122=794.43(KPa)V1430KPa，滿足抗壓強度要求。(2) 當計入揚壓力時，建基面上、下上游面剪應力分別為：tu=(P-Puu-5uy)m=(53.72*10-53.

21、72*10-104.08)*O=O(KPa)。td=(5dy+Pdu-P，)m2=(794.43+15.45*10-15.45*10)*0.8=635.54(KPa)，滿足要求。(3) 當計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應力分別為：5ux=(P-Puu)-(P-Puu-5uy)m12=(53.72*10-53.72*10)-(53.72*10-53.72*10-104.08)*0=0(KPa)。5dx=(P，-Pdu)+(5dy+Pdu-P，)m22=(15.45*10-15.45*10)+(794.43+15.45*10-15.45*10)*0.82=508.44(KPa)，滿足要求。

22、(4) 當計入揚壓力時，建基面上、下游上游邊緣主應力分別為：5u1=(1+m12)5uy-(P-Puu)m12=(1+0)*104.08-(53.72*10-53.72*10)*0=104.08(KPa)，滿足要求。5u2=P-Puu=53.72*10-53.72*10=0(KPa)。5d1=(1+m22)5dy-(P，-Pdu)m22=(1+0.82)*794.43-(15.45*10-15.45*10)*0.82=1302.87(KPa)，滿足要求。5d2=P，-Pdu=15.45*10-15.45*10=0(KPa)。(5) 當不計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣垂直正應力分別為：5uy=

23、W/B+6工M/B2=29341/43.12+6*(-72493)/43.122=446.52(KPa)0,滿足要求。5dy=W/B-6工M/B2=29341/43.12-6*(-72493)/43.122=914.38(KPa)V1430Kpa,滿足抗壓強度要求。(6) 當不計入揚壓力時，建基面上、下上游面剪應力分別為：tu=(Pu-5uy)m1=(53.72*10-446.52)*0=0(KPa)。td=(5dy-Pd)m2=(914.38-15.45*10)*0.8=607.90(KPa)，滿足要求。(7) 當計入揚壓力時，建基面上、下游邊緣水平正應力分別為：5ux=Pu-(Pu-5uy)m12=53.72*10-(53.72