重力坝课程设计.docx

重力坝课程设计 姓名：卜梦雅 班级：13水利水电工程3班学号：2013100215指导老师：王志强 一、总论（一）基本资料1、流域概况及枢纽任务某水库枢纽位于某河上游，全河流域面积3200km2，流向自北向南，干流的平均比降为2％~3％流域内多石山，小部分为丘陵，水土流失不严重本枢纽工程是以发电为主兼顾灌溉和供水的综合利用工程，水库的总库容为1200万m3，发电引水高程为357.5m，最大引水流量为74m3/s，发电装机容量4万kW灌溉下游左岸耕地2.5万hm2，灌溉最大引水流量40m3/s，引水高程352.5m2、地形地质坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石，微风化及覆盖层河槽高程为332.0m，河槽处为半风化的花岗岩，风化层厚度为2m，基岩具有足够的抗压强度，岩体较完整，无特殊不利地质构造。

两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，厚度一般2m~3m，风化层厚1m~2m，坝址两岸均为花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育坝基的力学参数：抗剪断系数（混凝土与基岩之间）为f，=0.9，c，=700kPa基岩的允许抗压强度3000kPa3、建筑材料砂料、卵石在坝址上、下游均有，坝址下游5km以内砂储丰富，可供建筑使用4、水文坝址以上控制集雨面积123.0km2，多年平均流量3.1m3/s,平均年径流量9776.2万m3水文水利规划成果如下：上游设计洪水位为385.4m，相应的下游水位334.3m库容为1140万m3，溢流坝相应的泄量为1250m3/s；上游校核洪水位为386.15m，相应的下游水位为335.2m，库容为1200万m3，溢流坝相应的泄量为1680m3/s上游正常高水位为383.15m，相应的下游水位为331.7m，库容为895万m3;死水位为350m，相应的库容为40万m3淤沙高程为345m，相应的库容为35万m35、气象本地区的洪水期多年平均最大风速14m/s，水库的风区间程度为2.15km6、其他有关资料河流泥沙计算年限采用50年，坝前淤沙高程为345,m，泥沙的浮重度为9.5kN/m3，内摩擦角为12°。

坝体混凝土中度采用24kN/m3二）工程综合说明根据成成的效益，库容确定本工程属于III等工程，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级枢纽布置：本工程是以发电为主的综合利用工程，溢流坝段应布置在主河槽处，冲沙孔应布置在电站进水口附近，另外电站布置应考虑地形，交通及电站附属建筑物布置条件本枢纽的主体工程由挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建筑物组成电站为坝后式，该重力坝由18个坝段组成，每个坝段的长度大约为15m，从右岸至左岸依次为：1~6号坝段为挡水坝段，7号、8号坝段为溢流坝段，9号、10号为底孔坝段，11号~18号为左岸挡水坝段，该坝的坝基面最低高程为327.0m，坝顶高程为386.85m，最大坝高59.85m，坝体总长277.5m非溢流坝段：右岸全场90m，左岸全长123.5m，其中18号坝段长18.5m，其他各坝段均为15m坝顶宽度为7m，坝顶两侧各设一人行道，人行道宽1m坝顶的上游侧设置钢筋混凝土结构的防浪墙，墙高1.2m，宽0.3m，下游设置栏杆，沿坝轴线方向每隔20m设置一个照明灯坝的其他尺寸为：上游面为折面，起坡点高程为347m，坡度为1:0.2；下游面坡度为1:0.7，折坡点的高程为376.15m。

溢流坝段：全长34m，分2个坝段，每个坝段长17m，共分3孔溢流堰顶高程为376.2m，堰顶安装工作闸门和检修闸门，闸门宽*高=8m*8m，工作闸门为平面钢闸门，采用坝顶门机启闭工作桥面高度与非溢流坝顶一致堰顶设有两个中墩，其厚度为3m，边墩厚2m，缝设在闸门中间，溢流堰面采用WES曲线，过堰水流采用连续式鼻坎挑流消能，坎顶高程为336.2m，反弧半径为18m，挑射角为25°边墩向下游延伸成导水墙，其高度为3.5m，断面为梯形，顶宽0.5m，底宽2.0m，需分缝，缝距15m电站坝段：电站的装机容量为2×2万kw，坝段高程为15m，坝顶高程为386.85m坝顶宽度为16m，坝顶人行道与挡水坝段一致，门机与溢流坝段一致，上游突出2m，为栏污栅槽，引水口中心线高程为348.5m，孔径为3.0m，进口为三向收缩的喇叭口，进口前紧贴坝面布置栏污栅，进口处设置事故闸门和工作闸门，均为平面闸门，在进口闸门后设置渐变段，渐变段为圆角过渡，长度为6m，电站厂房采用坝后式，位于左岸非溢流坝段后，由主厂房，副厂房等组成副厂房在主厂房的上游侧，厂房与坝之间用缝分开，主厂房宽15m，高22m内设两台2万kw的水轮发电机组，发电机层高程332m。

副厂房宽10m枢纽的主要技术指标见表2-10表2_l0 主要技术指标序号项目单位数量序号项目单位数量1流域面积Km23 200l0校核洪水位时最大泄量l6152装机容量万 kW41l项顶长度m277.53灌溉面积2.5l2最大坝高m59.854校核洪水位m386.1513坝顶高程m386.85 l5设计洪水位m385. 4l4溢流堰顶高程m376.16正常高水位m383.15l5电站进水口中心线高程m348.57死水位m35016坝段总数个188淤沙高程m345l7总库容万 m'l200 9设计洪水位时最大泄量m3/1s1250二，坝型，坝址选择 （一）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，完整性好覆盖层及风化层均较薄 建筑材料：经勘测，坝址附近5km以内有丰富的砂石料但缺乏土料，只有2-3m厚的表层风化坡积物 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字形两岸不对称，没有适宜的地形条件，故该方案不可取 土石坝方案：坝址附近没有适宜的地形修建洪道，若开挖溢洪道，则开挖工程量较大，并且当地土料比较匮乏，故该方案也不可取。

重力坝方案：混凝土重力坝和浆砌石重力坝都能充分利用当地的自然条件，泄洪问题容易解决，施工导流容易浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工速度慢，施工质量难以控制，故不可取混凝土重力坝可以采用机械化施工，施工方便，施工速度较快，缩短工期，故本工程适宜采用混凝土重力坝 （二）坝址选择 经地形地质勘测，坝址确定在峡谷出口处，峡谷上游是一巨大的山间盆地，建库后可以有较大的库容没并且坝轴线短主体工程量小峡谷出口后地形开阔，河岸边可以布生活区由以上分析可知，坝址处有上下两条坝轴线可供选择上游坝轴线：基岩裸露清基工程量可以减小，水流条件好，下泄水流与下游主流一致可以防止下游河床发生冲刷；下游坝轴线：覆盖层较厚清基工程量大，下泄水流与左岸弯曲段近，容易产生淤积两条坝轴线在地质，枢纽布置，施工条件，建筑材料等方面基本相似综上所述，上游坝轴线优于下游坝轴线，故应采用上游坝轴线 三、非溢流坝设计 （一）剖面尺寸拟定 1.坝顶高程的确定 按第一节中介绍的式（2-1）、式（2-2）分设计、校核两种情况分别计算，计算成果见表2-11表2_11坝顶高程计算成果计算情况风速 v波高波长风壅水面安全加高静水位以上坝顶高程(m/1s)(m)(m)高度(m)(m)的超高(rn)(m)设计情况281.3813.460.440.52.65388.05 校核情况140．586.730.150.41.27387.42 已知公式：ghl/v0=0.0076v0-1/12(gD/v0)1/3 gL/v0=0.331v0-1/2.15(gD/v0)1/3.75 hz=(πhl/L)cth(2πH/L) △h=hl+hc+hz 设计情况：已知：v0=28m/s D=2.15km 带入上式可得ghl/282=0.007*28-1/12x(g*2400/282)1/3hl=1.38mgL/282=0.331*28-1/2.15(g*2400/282)1/3.75 L=13.46mhz=[(π*1.432)/13.93]cth(2πH/L)hz=0.44m △h=2.65m校核情况：同理可得出hl=0.58m L=6.73m hz=0.15m△h=1.27m坝顶或防浪墙高程=静水位+相应的库水位以上的超高△h则设计情况坝顶高程=385.4m+2.65m=388.05m校核情况坝顶高程=386.15m+1.27m=387.42m 经比较可以得出坝顶或防浪墙墙顶高程为388.05m，并取防浪墙高为1.2,m， 则坝顶高程为： 388.05-1.2=386.85m 最大坝高为： 386.85-327=59.85m 2.坝顶宽度 考虑交通要求，坝顶宽度取7m。

3.坝面坡度 上游坝坡采用折线面，起坡点高程为347m，坡度为1:0.2；下游坡度为1:0.7 因为基本三角形的顶点与校核洪水位齐平，故重力坝剖面的下游坡向上延伸应与校核洪水位相交，则可以得出下游破的起坡点的高程为376.15m 4.坝基的防渗与排水设施拟定 由于防渗的需要，坝基需设置防渗帷幕和排水孔幕据基础廊道的布置要求，初步拟定防渗帷幕及排水孔中心线在坝基面处距离坝踵分别7m和9m 拟定的剖面尺寸如图2-26所示对初级的剖面修改一校核一再修改的重复计算过程略 （二）荷载计算 1.计算情况的选择在设计重力坝剖面时，应按照承载能力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合荷载基本组合有：正常蓄水位情况、设计洪水情况、冰冻情况；偶然组合有：校核洪水情况、地震情况设计时应对这五种情况分别进行计算，本次设计仅以设计洪水情况为例进行荷载分析计算坝顶宽度为7m坝基宽度为（347-327*0.2+7+（376.15-327）*0.7=45.41mW1=0.5*24*20*20*0.2=960kN力臂=0.5*45.41-2/3*4=20m力矩=960*20=19200kN·mW2=7*(386.85-327)*24=10054.8kN力臂=0.5*45.41-0.5*7-20*0.2=15.2m力矩=10054.8*15.2=152833kN·mW3=0.5*(376.15-327)^2*0.7*24=20292kN力臂=45.41*0.5-49.15*0.7*2/3=-0.23M力矩=20292*0.23=4667.16kN·m静水压力Ph1=0.5*9.81*(385.4-327)^2=16729kN。