水工建筑物重力壩課程設(shè)計(jì)

水工建筑物重力壩課程設(shè)計(jì)（交大水利2021級）水工建筑物課程設(shè)計(jì)第一章工程綜合說明1.1工程等別及建筑物級別水電站裝機(jī)容量20萬千瓦，平均發(fā)電量5.09億度。工程建成后，可增加保灌面積50萬畝。根據(jù)工程的效益、庫容、灌溉面積、防洪標(biāo)準(zhǔn)及重要程度等綜合因素確定本工程屬于III等工程，其主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時(shí)建筑為5級。1.2樞紐總體布置本樞紐河谷底寬100米左右，主廠房平面尺寸81X180，根據(jù)初步布置，溢流壩段與主廠房并列布置。廠房壩段布置在偏左岸。由于壩址上游30公里處有鐵路干線另有公路相通，所以進(jìn)廠公路布置在左岸便于運(yùn)送設(shè)備。開關(guān)站布置在進(jìn)廠公路一側(cè)。過木筏道布置在右岸，與廠方隔開，以防筏道運(yùn)行時(shí)木材滑落，影響進(jìn)廠交通。第二章壩型及主要建筑物的型式選擇2.1壩型選擇壩址地形地質(zhì)條件：河谷斷面比較寬淺，近似梯形。壩基為花崗斑巖，風(fēng)化較淺，巖性均一，巖層新鮮堅(jiān)硬完整。筑壩材料：壩區(qū)大部分為花崗斑巖，基巖埋深淺，極易開采，在壩址下游勘探有6個(gè)沙料場，儲量豐富,符合規(guī)范要求。但壩址處缺乏筑壩土料。根據(jù)以上情況分析如下：拱壩方案：此處河谷斷面呈梯形狀，不是v字形。沒有適宜的地形條件，故該方案不可取。土石壩方案：由于當(dāng)?shù)厝狈ν亮?，故該方案也不可取。重力壩方案：混凝土重力壩和漿砌石重力壩都能充分利用當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件，泄洪問題容易解決，施工導(dǎo)流容易。漿砌石重力壩雖可以節(jié)約水泥用量，但不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，施工速度慢，施工質(zhì)量難以控制，故此方案也不可取?；炷林亓尾捎脵C(jī)械化施工，施工方便，施工速度快，工期短。綜合以上方案：本工程壩型宜用混凝土重力壩。2.2樞紐組成建筑物（1）擋水建筑物：混凝土重力壩（2）泄水建筑物：壩身泄水（3）水電站建筑物：壩后式廠房、引水管道及開關(guān)站等（4）其他建筑物：過木筏道等第三章、非溢流壩面設(shè)計(jì)3.1剖面擬定3.1.1剖面設(shè)計(jì)原則1、設(shè)計(jì)斷面要滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；2、力求剖面較?。?、外形輪廓簡單；4、工程量小，運(yùn)用方便，便于施工。3.1.2擬定基本剖面重力壩的基本剖面是指在自重、靜水壓力(水位與壩頂齊平)和揚(yáng)壓力三項(xiàng)主要荷載作用下，滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如圖3-1，在已知壩高H、水壓力P、抗剪強(qiáng)度參數(shù)f、c和揚(yáng)壓力U的條件下，根-1-水工建筑物課程設(shè)計(jì)據(jù)抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，上游壩坡坡率n=0?0.2,常做成鉛直或上部鉛直下部傾向上游；下游壩坡坡率m=0.6?0.8；底寬約為壩高的0.7W3.1.3擬定實(shí)用剖面一、確定壩頂高程1、超高值A(chǔ)h的計(jì)算(1)基本公式壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程，防浪墻頂至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差A(yù)h，可由式(3-1)計(jì)算。Ah=h1%+hz+hc(3-1)Ah-防浪墻頂與設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；H1%—累計(jì)頻率為1%時(shí)的波浪高度，m；hz—波浪中心線至設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位的高差，m；hc—安全加高，按表3—1采用，對于111級工程，設(shè)計(jì)情況h=0.4m，校核情況hc=0.3m。-2-水工建筑物課程設(shè)計(jì)V為計(jì)算風(fēng)速，m/s，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位采用不同的計(jì)算風(fēng)速值。正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，采用重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速20m/s；校核洪水位時(shí)，采用多年平均風(fēng)速13m/soD為吹程，km，按回水長度計(jì)算：正常蓄水位時(shí)回水長度為4.50km，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)回水長度為4.50km，校核洪水位時(shí)回水長度為4.00km。波高h(yuǎn)l，當(dāng)gD/V2=20?250時(shí)，為累計(jì)頻率5%的波高h(yuǎn)5%；當(dāng)gD/V2=250?1000時(shí)，為累計(jì)頻率10%的波高h(yuǎn)10%規(guī)范規(guī)定應(yīng)采用累計(jì)頻率為1%時(shí)的波高，對應(yīng)于5%波高，應(yīng)乘以1.24；對應(yīng)于10%波高，應(yīng)乘以1.41。首先計(jì)算波浪高度hl和波浪長度L和波浪中心線超出靜水hzo(1)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)Ah計(jì)算風(fēng)速采用50年一遇的風(fēng)速17m/s，吹程D=4.5km。波浪三要素計(jì)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=0.28m-3-面的高度水工建筑物課程設(shè)計(jì)9.8X4500/17/17=1521.24X0.95=1.18m；hz=0.28m；hc=0.4mAh=h1%+hz+hc=1.18+0.28+0.4=1.86m(2)校核洪水位時(shí)Ah計(jì)算風(fēng)速采用多年平均風(fēng)速13m/s，D=4km。波浪三要素計(jì)算如下：0.0166X13(5/4)X4(1/3)=0.6510.4X0.65(0.8)=7.373.14X0.65X0.65/7.37=0.189.8X4000/13/13=231=1.24X0.65=0.806m；hz=0.18m；hc=0.3mAh=hl%+hz+hc=0.806+0.18+0.3=1.29m2、壩頂高程計(jì)算壩頂高程按式(3-5)計(jì)算，并選用其中較大值壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Ah設(shè)壩頂高程=校核洪水位+Ah校 (3-5)根據(jù)以上兩種水位時(shí)Ah計(jì)算結(jié)果，得出兩種狀況下壩頂高程。(1)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的防浪墻頂高程：防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Ah=186.64+1.86=188.5m(2)校核洪水位時(shí)的防浪墻頂高程：防浪墻頂高程=校核洪水位+Ah=189.6+1.29=190.89m為保證大壩的安全運(yùn)行，應(yīng)該選用其中的較大值g防浪墻頂=190.9m取防浪墻高1.2米。水庫壩頂高程190.9-1.2=189.7m 二、壩確定基高程河床高程100m,校核洪水位為189.60m,地基開挖時(shí)河床上的沖積砂夾石層、沖積粘土夾碎石層必須清除。弱風(fēng)化層厚5.5?6.5m，微風(fēng)化層厚6?7m，原則上應(yīng)考慮技術(shù)加固處理后，在滿足壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減少開挖。基礎(chǔ)中存在的局部工程地質(zhì)缺陷，例如表層夾泥裂縫、強(qiáng)風(fēng)化區(qū)、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶及巖溶充填物等均應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)開挖予以挖除。初步定出開挖深度6m，通過立式圖上確定的壩基開挖線定出建基面最低開挖高程為??94m，因此，最大壩高為95.7m，屬于中壩。三、擬定壩頂寬度壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置、運(yùn)行、檢修、施工和交通等需要確定并應(yīng)滿足抗震特大洪水時(shí)維護(hù)等要求。因無特殊要求，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，壩頂寬度可采用壩高的8%?10%取值，且不小于2m并應(yīng)滿足交通和運(yùn)行管理的需要。按壩高的10%計(jì)算，即為9.6-4-水工建筑物課程設(shè)計(jì)米，考慮到上游防浪墻、下游側(cè)護(hù)欄、排水溝槽及兩邊人行道等，取壩頂寬為10m，以滿足大壩維修作業(yè)通行需要。四、擬定剖面尺寸根據(jù)規(guī)范SL319-2021規(guī)定，非溢流壩段的基本斷面呈三角形，其頂點(diǎn)宜在壩頂附近?；緮嗝嫔喜吭O(shè)壩頂結(jié)構(gòu)。壩體的上游面可為鉛直面、斜面或折面。實(shí)體重力壩上游壩坡宜采用1：0?1：0.2,壩坡采用折面時(shí)，折坡點(diǎn)高程應(yīng)結(jié)合電站進(jìn)水口、泄水孔等布置，以及下游壩坡優(yōu)選確定。下游壩坡可采用一個(gè)或幾個(gè)坡度，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求并結(jié)合上游壩坡同時(shí)選定。下游壩坡宜采用1：0.6?1：0.8；對橫縫設(shè)有鍵槽進(jìn)行灌漿的整體式重力壩，可考慮相鄰壩段聯(lián)合受力的作用選擇壩坡。擬定壩體形狀為基本三角形。壩的下游面為均一斜面，斜面的延長線與上游壩面相交于最高庫水位處，為了便于布置進(jìn)口控制設(shè)備，又可利用一部分水重幫助壩體維持穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的形式。該形式為實(shí)際工程中經(jīng)常采用的一種形式，具有比較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。上游設(shè)置成折面可利用淤沙增加壩體自重，一般折點(diǎn)取在壩高1/3?2/3附近，取128米。通過最優(yōu)方案的比較，上游壩坡取1：0.2,下游壩坡取1：0.7。五、壩底寬度擬定壩底寬度約為壩高的0.7?0.9倍，本工程的壩高為95.7m，通過已經(jīng)確定的上下游壩坡坡率，最終確定壩底寬度B=73.72m。3.2荷載計(jì)算及其組合重力壩的主要荷載主要有：自重、靜水壓力、浪壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、地震荷載等，常取1m壩長進(jìn)行計(jì)算。荷載組合可分為基本組合與特殊組合兩類?；窘M合屬于設(shè)計(jì)情況或正常情