水工建筑物重力壩設計計算書

1、.一、 非溢流壩設計（一）、初步擬定壩型的輪廓尺寸(1)壩頂高程的確定校核洪水位情況下：波浪高度2hl5/4D1/35/4 1/3=0.98m=0.0166V=0.0166 18 4波浪長度2Ll l0.80.8=10.4 (2h )=10.4 0.98=10.23m波浪中心線到靜水面的高度h0 l2/ 2Ll2=(2h)=3.14 0.98 /10.23=0.30m安全超高按級建筑物取值hc=0.3m壩頂高出水庫靜水位的高度h=2hl0c校+ h+ h =0.98+0.30+0.3=1.58m設計洪水位情況下：波浪高度2hl5/4D1/35/41/3=0.0166(1.5V)=0.0166

2、(1.518) 4=1.62m波浪長度2Ll l0.80.8=10.4 (2h )=10.4 1.62=15.3m波浪中心線到靜水面的高度h0 l2/ 2Ll2=(2h)=3.14 1.62 /15.3=0.54m安全超高按級建筑物取值hc=0.4m壩頂高出水庫靜水位的高度h=2hl0c設+ h+ h =1.62+0.54+0.4=2.56m兩種情況下的壩頂高程分別如下：校核洪水位時： 225.3+1.58=226.9m設計洪水位時： 224.0+2.56=226.56m壩頂高程選兩種情況最大值226.9 m，可按 227.00m 設計，則壩高 227.00-174.5=52.5m。(2)壩頂

3、寬度的確定本工程按人行行道要求并設置有發(fā)電進水口， 布置閘門設備， 應適當加寬以滿足閘門設備的布置，運行和工作交通要求，故取 8 米。(3)壩坡的確定考慮到利用部分水重增加穩(wěn)定，根據(jù)工程經(jīng)驗，上游坡采用1：0.2，下游坡按壩底寬度約為壩高的 0.7 0.9 倍，擋水壩段和廠房壩段均采用1：0.7。(4)上下游折坡點高程的確定理論分析和工程實驗證明， 混凝土重力壩上游面可做成折坡， 折坡點一般位于 1/32/3 壩高處，以便利用上游壩面水重增加壩體的穩(wěn)定。根據(jù)壩高確定為 52.5m，則 1/3H=1/352.5=17.5m，折坡點高程 =174.5+17.5=192m； 2/3H=2/3 52.

4、5=35m ，折 坡 點高 程 =174.5+35=209.5m， 所 以折 坡 點高 程適 合位 于192m209.5m 之間，則取折坡點高程為 203.00m。擋水壩段和廠房壩段的下游折坡點在統(tǒng)一高程 216.5m 處。(5)壩底寬度的確定由幾何關系可得壩底寬度為T=（203-174.5） 0.2+8+(216.5-174.5) 0.7=43.1m.(6)廊道的確定壩內(nèi)設有基礎灌漿排水廊道，距上游壩面6.1m，廊道底距基巖面4m，尺寸2.5 3.0m（寬 高）。(7)非溢流壩段縱剖面示意圖（二）、基本組合荷載計算及穩(wěn)定分析由上述非溢流剖面設計計算得知校核洪水位情況下的波浪三要數(shù)：波浪中心線

5、到靜水面的高度h0=0.3m波浪高度 2hl=0.98m波浪長 2L l=10.23m因為 gD/v2=9.81 4000/182 =121.11m ,在 20250m 之間所以波高應安轉換為累計頻率1%時的波高： 2hl（ 1%） =0.98 1.24=1.22m 。又因為半個波長Ll =10.23/2=5.12H（壩前水深 H=50.8m），所以浪壓力 Pl 按深水波計算。式中：其中灌漿處及排水處揚壓力折減系數(shù)取=0.25水重度 =9.81KN/m3混泥土等級強度C10混泥土重度 24KN/m 3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m 3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。.（1）正常洪水位

6、情況正常洪水位情況下荷載計算示意圖正常洪水位情況下的荷載計算過程見附表 1.附表 1- -非溢流重力壩基本荷載計算表上游水位： 217.00m- 下游水位 :180.00m- 壩高： 52.5m- - 計算情形： 正常洪水位 217.00m 情況荷載自重水平水壓力垂直水壓力揚壓力浪壓力水平泥沙壓力垂直泥沙壓力合計總計符號W 1W 2W 3P1P2Q1Q2Q3U1U2U3U4P11P12Pn1Pn2垂直力 (KN)水平力 (KN)對壩底面中點力矩 (KNm)計算公式的偏心距 (m)正負1/2 5.7 28.5 241949.4017.7534601.85852.5 2410080.0011.85

7、119448.001/2 29.4 422414817.601.9528894.321/2 9.81 42.528859.6614.17125541.331/2 9.81 5.52148.381.83271.535.7 149.81782.8418.7014639.071/2 5.7 28.5 9.81796.8219.6515657.461/2 3.85 5.5 9.81103.8620.272105.3143.1 5.5 9.812325.460.000.001/2 36.15 9.25 9.811640.172.554182.446.95 9.25 9.81630.6618.081140

8、2.341/2 6.95 27.75 9.81945.9919.2318191.401/2 9.81 (5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.606603.471/2 9.81 5.122128.5839.095026.262 1002.946.676689.611/2 9.5 20 tg(45 -18 /2)1/2 4209.5380.0020.227683.6028910.525542.88276.9610029.35203610.21197327.76W=23368.24P=9752.39M=6282.45注：垂直力以為正， 為負 ；水平力以 為正， 為負； 力矩以順時針

9、為正，逆時針為負.抗滑穩(wěn)定分析f (W U) C AK s0.9 （23368.24-5542.）8870043.19752.39P4.743.0，滿足抗滑穩(wěn)定要求。（ 2）校核洪水位情況校核洪水位情況下荷載計算示意圖 校核洪水位情況下的荷載計算過程見附表2.附表 2- - 非溢流重力壩基本荷載計算表上游水位： 225.30m- 下游水位 :190.65m- 壩高： 52.5m-計算情形：校核洪水位225.30m 情況荷載符號W1自重W2W3水平水壓P1力2P垂直水壓Q1Q2力Q3U1揚壓力U2U3U411浪壓力P12P水平泥沙Pn1壓力垂直泥沙2壓力Pn合計總計計算公式垂直力 (KN)水平力

10、 (KN)對壩底面中點的力矩 (KNm)偏心距 (m)正負1/2 5.7 28.5 241949.4017.7534601.85852.5 2410080.0011.85119448.001/2 29.4 422414817.601.9528894.321/2 9.81 50.8212658.0416.93214342.801/2 9.81 16.1521279.335.386887.085.7 22.3 9.811246.9518.7023317.951/2 5.7 28.5 9.81796.8219.6515657.461/2 11.31 16.15 9.81895.9317.781593

11、1.1343.1 16.15 9.816828.400.000.001/2 36.15 8.67 9.811537.332.553920.196.95 8.67 9.81591.1218.0810687.381/2 6.95 25.98 9.81885.6519.2317031.081/2 9.81 (5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.606603.471/2 9.81 5.122128.5839.095026.262 1002.946.676689.611/2 9.5 20 tg(45 -18 /2)9.5 1/2 420380.0020.227683.6030166.7

12、09842.491407.9213827.73304099.98212622.20W=20324.20P=12419.82M=91477.78注：垂直力以為正， 為負 ；水平力以 為正， 為負； 力矩以順時針為正，逆時針為負。. 抗滑穩(wěn)定分析f (WU )C AK s0.9 （20324.20-9842）.4970043.112419.82P 3.192.5 ，滿足抗滑穩(wěn)定要求。四、應力分析（運行期）（一）正常洪水位情況下1、水平截面上的正應力yuW6M22586.0466282.45562.48(kPa)BB 243.143.12W6M22586.0466282.45521.89(kPa)y

13、dBB243.143.122、剪應力上游面水壓力強度：PrH1r H淤 tan2 (45) 9.81 42.59.5 19.8tan2 (4518 ) 516.22(kPa)uwsb22下游面水壓力強度：Pdrw H 29.815.553.96( kPa)剪應力：u( Puyu ) n (516 .22 562 .48 ) 0.29.25 ( kPa )d ( yd Pd )m (521.89 53.96) 0.7 327.56(kPa)3、水平應力xuPuu n516.22( 9.25)0.2518 .07(kPa )xdPdd m53 .96327 .560.7283 .25( kPa )

14、4、主應力1u1d(1n2 )yuP n2(10.22 )562.48516.220.22564.33(kPa)u(1m2 ) ydPd m2(10.72 )521.8953.960.72751.18(kPa)2 uPu516 .22( kPa )2 dPd53 .96 ( kPa ).（二）校核洪水位情況下1、水平截面上的正應力yuW6M20324.20691477.78767.03(kPa)BB243.143.12W6M20324.20691477.78176.09( kPa)ydBB 243.143.122、剪應力上游面水壓力強度：PrwH1rH淤 tan2(45) 9.8150.89.

15、5 19.8tan2 (4518 ) 597.64(kPa)usb22下游面水壓力強度：Pdrw H 29.81 16.15158.43(kPa)剪應力d(ydPd ) m(176 . 09158 . 43 )0 .7 12 .36 ( kPa )u( Puyu ) n( 597 .64767 .03 )0.233 .88 ( kPa )3、水平應力xuPuu n597.64( 33.88)0.2604.42( kPa )xdPdd m158 .4312 .360.7167 .08( kPa )4、主應力1d1u(1 m2 ) ydPd m2(1 0.72 )176.09 158.43 0.7

16、2184.74(kPa)(1 n2 ) yuPun2(1 0.22 )767.03 597.64 0.22773.80(kPa)2uPu597.64(kPa )2 dPd158 .43 ( kPa ).五、內(nèi)部應力計算（一）正常洪水位情況下坐標原點設在下游壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a 和 b，如下W6M22586.04 66282.45521.89aB243.143.12B12M126282.450.52b343.13B具體壩內(nèi)應力計算過程見附表3（二）校核洪水位情況下坐標原點設在下游壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a 和 b，如下W6M23368.24 691477.78176.09a

17、B243.143.12B12M1291477.7813.71b343.13B具體壩內(nèi)應力計算過程見附表4.附表 3選取點距壩址距離Xa=W/B-6M/B2b=12M/B3水平截面正應力y = a+bXa1=db1=(-1/B) （6P/B+2u+4d）c1=1/B2(6 P/B+3u+3d)壩內(nèi)剪應力 =a1+b1X+c1 X2a2=xdb2=( xu-xd)/B壩內(nèi)水平正應力x=a2 +b2X壩內(nèi)主應力壩內(nèi)主應力第一主應力方向.非溢流壩壩內(nèi)應力分析計算表正常洪水位情況下01020304043.1521.89512.89512.89512.89512.89512.890.940.940.940

18、.940.940.94521.89522.29531.69541.09550.49553.40327.56327.56327.56327.56327.56327.56-61.47-61.47-61.47-61.47-61.47-61.471.241.241.241.241.241.24327.56-163.14-405.84-400.54-147.24-18.36283.25283.25283.25283.25283.25283.254.474.474.474.474.474.47283.25327.95372.65417.35462.05475.91751.18615.01865.73884

19、.51660.01557.53539.37471.28596.64606.04493.78422.55 35029373927403636381235.附表 4非溢流壩壩內(nèi)應力分析計算表選取點距壩址距離Xa=W/B-6M/B2b=12M/B3水平截面正應力y = a+bXa1=db1=(-1/B) （6P/B+2u+4d）c1=1/B2(6 P/B+3u+3d)壩內(nèi)剪應力 =a1+b1X+c1 X2a2=xdb2=( xu-xd)/B壩內(nèi)水平正應力x=a2 +b2X2壩內(nèi)主應力xyyx21222壩內(nèi)主應力xyyx2222第一主應力方向11 arctan(2)2yx校核洪水位情況下0102030

20、4043.1176.09176.09176.09176.09176.09176.0913.7113.7113.7113.7113.7113.71176.09313.19450.29587.39724.49766.9912.3612.3612.3612.3612.3612.36-39.69-39.69-39.69-39.69-39.69-39.690.900.900.900.900.900.9012.36-294.54-421.44-368.34-135.24-26.43167.08167.08167.08167.08167.08167.088.338.338.338.338.338.33167

21、.08250.38333.68416.98500.28526.10184.74577.99817.44880.25788.05769.86158.43295.18414.90446.31400.20391.1134584157410338282512612.六、壩內(nèi)應力分析圖根據(jù)壩內(nèi)應力分析計算成果，可做出壩內(nèi)應力分布圖，如下所示：（1）正常洪水位情況下.（2）校核洪水位情況下.二、溢流壩設計一、孔口型式及尺寸擬定已知：校核洪水位時泄流量為3340 m3/s設計洪水位時泄流量2600 m3/s設：單寬流量為q=80 m3/s m閘門孔口數(shù)為 5 孔，每孔凈寬為8m。前緣凈寬校核洪水位時：L=Q

22、 溢/q=3340/80=41.75（m）設計洪水位時：L=Q 溢 /q=2600/80=32.5（ m）綜上所述，取 L=40m 堰頂高程由資料可知，堰頂高程為213.00m。二、溢流壩的堰面曲線設計頂部曲線段開敞式溢流堰面曲線，采用冪曲線時按下式計算：xnkH d(n 1) yH d定型設計水頭，按堰頂最大作用水頭的75%-95%計算， m；n、 K 與上游壩面坡度有關的指數(shù)和系數(shù)；x、 y 溢流面曲線的坐標，其原點設在顏面曲線的最高點。按 85%計算，則： H d0.85H max0.85(225.3213)10.46m上游壩面鉛直： k=2 , n=1.85x-y 關系如下表：x012

23、345678910y00.0680.2450.5190.8831.3351.872.4883.1853.964.812 原點上游曲線段R1=0.5Hd=0.5 10.46=5.23(m),0.175Hd=0.175 10.46=1.83(m)；R2=0.2Hd=0.2 10.46=2.09(m),0.276Hd=0.276 10.46=2.89(m)；R3=0.04Hd=0.04 10.46=0.42(m),0.282Hd=0.282 10.46=2.95(m)。 堰面曲線與直線段的切點坐標上游坡度垂直： A=1.096 B=0.592a=1.1765 b=2.176直線段與溢流曲線的切點坐標

24、：tan1111.43=arctan1.43=55 m0.71xT1 ) a1.431.1765AH d (tan1.09610.4617.46( m).yTBH d (tan 1 ) b0.59210.461.432. 17613.49( m)yT切點高程= 堰頂高程-= 213-13.49=199.51(m)取 =0.95 時，壩頂水面流速為 V 1H0=校核洪水位 -坎頂高程 =225.3-191.65=33.65(m)V11.142gH 01.140.9521033.6528.10(m3 / s)因為 q=80 m3/s m,則 q/V 1=80/28.1=2.85所以h=2.85m。

25、又因為 R=（410） h，所以取 R=6h=62.85=17.1(m)取挑射角2=20則：圓心高程 =坎頂高程 +Rcos2=191.65+17.1cos20 =207.72 (m)圓心縱坐標 y0=堰頂高程 -圓心高程 =213-207.72=5.25（m）反弧段和直線段的切點坐標：xDxTyDyT15.06 13.49tan17.4618.56(m)11.43yDy0R cos1 5.2517.1 cos55 15.06(m)圓心坐標：xo xD R sin yo yD R cos1118.5617.1sin 5532.57(m)15.0617.1cos555.25( m)E 點坐標（坎

26、頂坐標）：xExoR sin2yEyoR cos2離心力作用點坐標：32.5717.1sin 2038.42(m)5.2517.1cos 2021.32(m)xxoR sin(yyoR cos(112 )32.5717.1sin(552055)27.43( m)22112 )5.2517.1cos(552055)21.56( m)22.溢流壩段縱剖面示意圖根據(jù)溢流壩的堰面曲線設計數(shù)據(jù)畫出溢流壩段的縱剖面示意圖，如下：溢流壩段縱剖面示意圖三、基本組合荷載計算及穩(wěn)定分析波浪三要數(shù)：波浪中心線到靜水面的高度h0=0.3m波浪高度2hl5/4D1/3 5/4 1/3=0.0166V=0.0166 18

27、4 =0.98m波浪長度2L l l 0.80.8=10.4 (2h )=10.4 0.98 =10.23m因為 gD/v22在20250m 之間=9.81 4000/18 =121.11m ,所以波高應安轉換為累計頻率1%時的波高： 2hl（）。又因為半個波長 L l1%=0.98 1.24=1.22m（壩前水深H=50.8m），=10.23/2=5.12H所以浪壓力 Pl 按深水波計算。式中：灌漿處及排水處揚壓力折減系數(shù)取=0.25水重度 =9.81KN/m3混泥土等級強度C10.混泥土重度 24KN/m 3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m 3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。（1）

28、基本組合荷載計算在 CAD 中繪制溢流壩段縱剖面圖， 并利用面域查出一個壩段壩體面積 A1=1179.90m2, 壩體重心距壩踵 X1=21.67m；一個閘墩面積 A2=181.75 m2，閘墩重心距壩踵 X2=11.93m。溢流壩段基本組合荷載計算過程見附表5，基本組合荷載示意圖如下：溢流壩段基本組合荷載計算示意圖.附表 5溢流重力壩基本荷載計算表上游水位： 225.30m下游水位 :190.65m溢流壩高： 38.5m計算情形：校核洪水位225.30m 情況垂直力 (KN)水平力 (KN)對壩底力矩 (KNm)荷 載符號計算公式面中點的偏心正負距 (m)自重水平水壓力垂直水壓力揚壓力浪壓力

29、水平泥沙壓力垂直泥沙壓力合總W1119.27 242862.4812.1134658.91W21179.90 2428317.602.4669661.301212658.0416.93214342.80P1/2 9.81 50.8P21/2 9.81 16.1521279.335.386887.08Q15.7 22.3 9.811246.9521.1926416.62Q21/2 5.7 28.5 9.81796.8222.1417637.55U148.07 16.15 9.817615.800.000.00U21/2 41.12 8.67 9.811748.683.385907.05U36.95 8.67 9.81591.1220.561215