水工建筑物課程設(shè)計書

1、水工建筑物課程設(shè)計書姓名：羅慶抒班級：水利水電工程（）班學(xué)號：2008101522指導(dǎo)老師：牛景太老師完成時間：2011年6月15日目 錄設(shè)計說明書1基本資料及設(shè)計數(shù)據(jù)33331.1.3地形，地質(zhì)概況31.1.4水文，氣象概況342重力壩設(shè)計442.1.1壩頂寬度，壩底寬度44555566666777777777888888889999991010設(shè)計說明書1基本資料及設(shè)計數(shù)據(jù)1.1 基本資料 驛前河是撫河，源區(qū)支流，源出贛閩邊界武夷山脈西麓的廣昌驛前鎮(zhèn)梨木莊，流域面積474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段為撫河中上游段，稱為旴江，南城以下為撫河中下游主流，楊溪水庫壩址位于驛前河楊溪附近

2、，壩址以上流域面積為138平方公里，主河道長27.8公里，平均比降0.0082。 樞紐主要任務(wù)以灌溉發(fā)電為主，并結(jié)合防洪，航運，養(yǎng)魚及供水等任務(wù)進行開發(fā)。1.1.3地形，地質(zhì)概況 1）地形情況：庫區(qū)內(nèi)地形三面環(huán)山，地勢西南高，北部低，其中以西南部河流發(fā)源地靈花仙山山峰最高達(dá)991米（黃河標(biāo)高，后同）庫區(qū)河流大致為自西南向東再轉(zhuǎn)向北，流域面積范圍在東經(jīng)116º15至116º22，北緯26º31至26º36之間。 2）區(qū)域地質(zhì)情況：廣昌縣楊溪電站在大地構(gòu)造上處武夷山地背斜的西北翼，屬于我國東部地區(qū)新華廈構(gòu)造體系，構(gòu)造線大致呈北東方向，發(fā)育走向北北東的褶皺系和

3、斷裂帶。根據(jù)江西福建等震線圖，本區(qū)的地震烈度為六度。區(qū)內(nèi)出露的巖性主要有前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖及零星的第四紀(jì)覆蓋物。 3）庫區(qū)工程地質(zhì)條件：庫區(qū)出露地層為前震旦系的變粒巖和加里東期的混合花崗巖，此外零星分布的厚度很小的沖擊沙，卵，石層及坡亞粘沙土層。庫區(qū)僅見驛前大斷層通過，但遠(yuǎn)離壩區(qū)，此斷層為壓扭性斷裂，破碎帶擠壓緊密，且被第四紀(jì)坡殘土層覆蓋，因此不成為庫區(qū)滲漏通道。此外，庫區(qū)主要有變粒巖和混花崗巖組成，巖石滲透性小，四周山體雄厚，又無大的臨谷，故庫區(qū)無滲漏之慮。庫區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地質(zhì)現(xiàn)象，山坡是穩(wěn)定的。建壩不后不致產(chǎn)生大的邊岸再造問題。庫區(qū)植

4、被發(fā)育，水土保持良好，固體徑流來源不豐富，因此，庫區(qū)淤積問題不致嚴(yán)重。此外，庫區(qū)除了下陌村及部分田外，尚無有價值的礦產(chǎn)資源和文物古籍被淹沒，故淹沒損失小。1.1.4水文，氣象概況 1）降水量：每年平均降水量1720毫米，實測最大年降水量2336毫米（1957年），年最小降水量1140.2毫米（1971年），降水量年分配不均勻，主要集中在36月，約占全年降水量的62%。 2）氣溫：每年平均氣溫為18度,實測極端最高溫度40度（1983年8月），極端最低氣溫-9.8度（1955年1月），月平均最高氣溫30度（1983年7月），月平均最低氣溫2.3度（1977年1月）。 3）蒸發(fā)：多年平均蒸發(fā)量15

5、04.9毫米，月最大蒸發(fā)量309.7毫米（1956年7月），月最小蒸發(fā)量22.4毫米（1957年2月）。 4）濕度：多年平均相對濕度80%，月最小相對濕度8%。 5）風(fēng)速及風(fēng)向：多年平均風(fēng)速1.8米/秒，多年最大風(fēng)速20米/秒，相應(yīng)風(fēng)向為南風(fēng)。 6）日照：多年平均時數(shù)為1828.5小時，無霜期多年平均為273天。1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)1） 楊溪水庫的設(shè)計洪水位為236.26米，校核洪水位為237.17米，下游水位高分別為189.69、190.6米。2） 風(fēng)速及吹程：由基本資料可知，多年平均最大風(fēng)速為1.8米/秒，洪水期的多年平均最大風(fēng)速為20米/秒，吹程為1.2KM。3） 壩頂高程的確定：設(shè)計水位和

6、校核水位均進行計算，取其較大者，作為最后的壩頂高程。4） 基礎(chǔ)開挖：根據(jù)基本資料中河谷的地質(zhì)情況確定開挖高程為182.4米。5） 混凝土的彈性模量 Ec×106T/m26） 基巖的彈性模量 EF×106T/m27） 38） 淤沙內(nèi)摩擦角 14度9） 該種重力壩的洪峰流量比較大，校核洪水最大下泄流量1100m³/s，設(shè)計洪水下泄流量690m³/s10）11）12）13）14） 總庫容 2840萬米15） 電站總裝機容量Ng 2500*2千瓦16）17） 淤沙高程 203米18）19）2重力壩設(shè)計2.1.1壩頂寬度&壩底寬度 壩頂寬度一般取壩高的8%

7、10%，且不小于2m。當(dāng)在壩頂布置移動式啟閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求。 壩底寬度約為壩高的0.70.9倍。2.1.2壩頂高程（分別按照設(shè)計情況和校核情況計算） 壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱?，?yīng)高于波浪頂高程。防浪墻頂至設(shè)計洪水位或校核洪水位的高差，按下式計算：式中： 為波浪高度，m；為波浪中心線高于靜水位的高度，m；為安全加高，按下表選用。運 用 情 況壩 的 級 別123設(shè)計情況（基本情況）校核情況（特殊情況），在正常蓄水位和設(shè)計洪水位時，庫面風(fēng)速宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.5-2.0倍；在校核洪水位時，宜采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速。 壩頂高程

8、H（選用其中的較大值）：設(shè)計情況：H設(shè)=設(shè)計洪水位+校核情況：H校=校核洪水位+ 防浪墻高度設(shè)置為1.2米。壩底高程=開挖高程壩高=壩頂高程-壩底高程 根據(jù)工程經(jīng)驗，上游壩坡系數(shù)常采用n=0；下游壩坡系數(shù)常采用；在此壩的設(shè)計中，采用上游壩坡系數(shù)n=1:0.2；經(jīng)過m取各值的比較計算，采用下游壩坡系數(shù)m=1:0.71。 （1）抗剪強度公式，計算公式如下：式中：為接觸面以上的總鉛直力；為接觸面以上的總水平力；為作用在接觸面上的揚壓力；為接觸面間的摩擦系數(shù)。壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合壩的級別123基本組合特殊組合（1）（2） （2）抗剪斷公式，計算公式如下：式中：為接觸面面積，為抗剪斷摩擦系數(shù)，

9、為抗剪斷凝聚力。壩基巖體力學(xué)參數(shù)巖體 分類混凝土與壩基接觸面巖體變形模量(GPa)(MPa)(MPa) 因本設(shè)計壩基巖性良好，故不進行深層抗滑穩(wěn)定分析。 計算公式如下： 式中：為自重W 分解為對滑動面的法向分力；T 為自重W 分解為對滑動面的切向分力；S 為切向分力和水壓力的合力。 因為假定按直線分布，所以可按偏心受壓公式計算上、下游邊緣應(yīng)力和，計算公式如下：式中：為作用于計算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和，KN；為作用于計算截面以上全部荷載對截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，KN·m；B為計算截面的長度，m。 為了減少溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求，沿壩軸線方向設(shè)置橫

10、縫。橫縫間距一般為1520m。縫寬2cm，內(nèi)有止水。 壩體設(shè)有兩道止水片和一道防滲瀝青井。止水片采用1.0mm厚的紫銅片，第一道止水片距上游壩面1.0m。兩道止水片間距為1m，中間設(shè)有直徑為20cm的瀝青井，止水片的下部深入基巖30cm，并與混凝土緊密嵌固，上部伸到壩頂。 為了適應(yīng)混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度壓力，在平行壩軸線方向設(shè)鉛直縱縫?？v縫間距一般為1530m。 為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近壩體上游面需要設(shè)置排水管幕。排水管幕至上游面的距離，一般要求不小于壩前水深的1/101/12，且不小于2m。排水管間距23m,內(nèi)徑1525cm。 為了滿足灌漿、排水、觀測、檢查和交通等的要

11、求，需求在壩體內(nèi)設(shè)置各種不同用途的廊道，這些廊道互相連通，構(gòu)成廊道系統(tǒng)。其中包括：壩基灌漿廊道、檢查和壩體排水廊道。 廊道為城門洞形，寬度和高度應(yīng)能滿足灌漿作業(yè)的要求，一般寬為2.53m,高為34m，底面距基巖面不宜小于1.5倍廊道寬度。 廊道隨壩基面由河床向兩岸逐漸升高，坡度不宜陡于40°45°。在靠近壩體上游面沿高度每隔1530m設(shè)置檢查和排水廊道，斷面形式采用城門洞形，最小寬度1.2m，最小高度2.2m，至上游面的距離應(yīng)不小于0.050.07倍水頭，且不小于3m，上游側(cè)設(shè)排水溝。 壩頂上游設(shè)置防浪墻，與壩體連成整體，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻在壩體橫縫處留有伸縮縫

12、，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高為1.2m，厚度為30cm，以滿足運用安全的要求。壩頂采用混凝土路面，向兩側(cè)傾斜，坡度為2%，兩邊設(shè)有排水管，匯集路面的雨水，并排入水庫中。壩頂公路兩側(cè)設(shè)有寬1m的人行道，并高出壩頂路面20cm，壩頂總寬度為5m，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。 DL 51081999混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范要求：混凝土重力壩的建基面應(yīng)根據(jù)巖體物理性質(zhì)，大壩穩(wěn)定性，壩基應(yīng)力，地基變形和穩(wěn)定性，上部結(jié)構(gòu)對地基要求，地基加固處理效果及施工工藝、工期和費用等經(jīng)濟技術(shù)條件比較確定。原則上應(yīng)在考慮地基加固處理后，在滿足壩的強度和穩(wěn)定性的前提下減少開挖量。壩高超過100m時，可建在新鮮、微風(fēng)化的或弱風(fēng)化下部基巖上；壩

13、高在50100m時，可建在微風(fēng)化致弱風(fēng)化上部基巖上；壩高小于50m時，可建在弱風(fēng)化中部至上部基巖上；兩岸岸坡較高部位的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。 固結(jié)灌漿也一般布置在應(yīng)力較大的壩踵和壩址附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。灌漿也呈梅花狀或方格狀布置，孔距、排距和孔深取決于壩高和基巖的構(gòu)造情況?？拙嗪团啪嘁话銖?020m開始，采用內(nèi)插逐步加密的方法，最終約為34m?？咨?8m，必要時還可適當(dāng)加深，帷幕上游區(qū)的孔深一般為815m。 DL 51081999混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定：巖體相對隔水層的透水率q根據(jù)不同壩高可采用下列標(biāo)準(zhǔn)：壩高100m以上，q=13Lu1Lu=0.01L/(min

14、·m)；壩高在10050m之間，q=35Lu；壩高在50m以下，q=5Lu。 排水孔幕與防滲帷幕下游面的距離，在壩基面處不宜小于2m。排水孔幕一般略向下游傾斜，與帷幕成10°15°交角。排水孔孔距為23m，孔徑約為150200mm，不宜過小，以防堵塞?？咨钜话銥獒∧簧疃鹊?.40.6倍，高、中壩的排水孔深不宜小于10m。 選用表面溢流式，表面溢流孔泄流能力大，宣泄同樣的流量，表面溢流孔造價遠(yuǎn)小于深水泄水孔。 溢流壩的孔口設(shè)計涉及很多因素，如洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、下游防洪要求、庫水位壅高有無限制、是否利用洪水預(yù)報、泄水方式以及樞紐所在地段的地形、地質(zhì)條件等。 洪水標(biāo)準(zhǔn)包括洪

15、峰流量和洪水總量，是確定孔口尺寸、進行水庫調(diào)洪演算的重要依據(jù)，可根據(jù)SL 252-2000水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定，參照下表選用。山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期(年)項目水工建筑物級別12345設(shè)計10005005001001005050303020校核50002000200010001000500500200200100由水文計算可知：校核洪水最大下泄流量1100m3/s，設(shè)計洪水下泄流量690m3/s。選用開敞溢流式。這種型式的溢流孔除宣泄洪水外，還能用于排除冰凌和其他飄浮物。須設(shè)閘門，其閘門頂略高于正常蓄水位，堰頂高程較低，可以調(diào)節(jié)水庫水位和下泄流

16、量，減少上游淹沒損失和非溢流壩的工作量，且當(dāng)遭到意外洪水時可有較大的超泄能力。（1）單寬流量的確定 通過調(diào)洪演算，可得出樞紐的總下泄流量，通過溢流孔口的下泄流量應(yīng)為式中為經(jīng)過電站和泄水孔等下泄的流量；為系數(shù)，正常取用時取0.750.9，校核運用時取1.0。 設(shè)為溢流段凈寬（不包括閘墩的厚度），則通過溢流孔口的單寬流量為 對一般軟弱巖石或裂隙發(fā)育巖石，左右；對較好的巖石，；對堅硬或完整巖石，。 （2）孔口尺寸 有閘門的溢流壩，需用閘墩將溢流段分隔為若干個等寬的孔口。若孔口寬度為，則孔口數(shù),一般選用略大于計算值的整數(shù)。令閘墩厚度為，則溢流前沿總長應(yīng)為 再利用下式求堰頂水頭：式中：為閘墩側(cè)收縮系數(shù)，

17、與墩頭型式有關(guān)；為流量系數(shù)，與堰頂型式有關(guān)；為重力加速度，。設(shè)計洪水位減去即為堰頂高程。 工作閘門選用平面閘門，優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，各孔口可共用一個活動式啟門機。 啟閉機選用活動式啟閉機，可以兼用于啟吊工作閘門和檢修閘門。 閘墩形狀上游端采用半圓形，下游端采用方形。工作閘門槽深，寬，門槽處的厚度不得小于。 溢流面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。設(shè)計要求：有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；體形簡單、造價低、便于施工等。 選用WES型溢流堰頂部曲線，因為其流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制。 上游段曲線方程： 下游段曲線

18、方程：根據(jù)DL 5108-1999混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定：對于挑流消能，為校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深。也可采用經(jīng)驗公式： 中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同。 溢流重力壩剖面與其鄰近的非溢流重力壩的基本剖面相適應(yīng)。上游壩面設(shè)計成鉛直的，并與非溢流重力壩的上游壩面相一致。 由溢流壩下泄的水流具有巨大的能量，必須妥善進行處理，否則勢必導(dǎo)致下游河床被嚴(yán)重沖刷，甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。所以必須合理選擇和設(shè)計消能措施，對樞紐布置、大壩安全及工程量都有重要意義。 本設(shè)計選用挑流消能，能通過鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍和流量分布，對尾水變幅

19、適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)簡單，施工、維修方便，工程量小。 鼻坎挑射角度一般采用。鼻坎反弧半徑一般采用，為鼻坎上水深。鼻坎坎頂應(yīng)高出下游水位，一般12m為宜。 水舌挑射距離按水舌外緣計算，其估算公式為：式中：為水舌挑距，m；為重力加速度，；為坎頂水面流速，約為鼻坎處平均流速的1.1倍；為挑射角度；為坎頂平均水深在鉛直向的投影，；為坎頂至河床面的高差，m。 沖刷坑深度，工程上常按下式進行估算：式中：為水墊厚度，自水面至坑底的距離，m；為單寬流量；為上、下游水位差，m；為沖坑系數(shù)，對堅硬完整的基巖，堅硬但完整性較差的基巖，軟弱破碎、裂隙發(fā)育的基巖。目 錄設(shè)計計算書1重力壩設(shè)計12121212121213151

20、71717171718設(shè)計計算書1重力壩設(shè)計1.1.1壩頂寬度&壩底寬度由2.1.3算出壩高為56.03米，所以壩頂寬度為，取6m；壩底寬度為，取45m。1.1.2壩頂高程（分別按照設(shè)計情況和校核情況計算）根據(jù)規(guī)范計算，主要建筑物級別為3級：設(shè)計情況：校核情況：根據(jù)公式求出：設(shè)計情況：校核情況：所以：取其較大者，最后的壩頂高程為238.43m。在此壩的設(shè)計中，采用上游壩坡系數(shù)n=0.2；經(jīng)過m取各值的比較計算，采用下游壩坡系數(shù)m=0.71。非溢流壩體剖面圖如下：揚壓力計算簡圖：荷載及荷載組合剖面面積取單寬，壩底寬，壩體材料重度，水的容重，折減系數(shù)設(shè)計情況：上游水位下游水位壩體自重靜水壓力：上游水平 上游垂直 下游水平 下游垂直揚 壓 力：波浪壓力：此波為深水波泥沙壓力：已知浮容重 水平壓力： 垂直壓力：校核情況：上游水位下游水位壩體自重靜水壓力：上游水平 上游垂直 下游水平 下游垂直揚 壓 力：波浪壓力：此波為深水波泥沙壓力：已知浮容重 水平壓力： 垂直壓力