水工建筑物課程設(shè)計(jì)水庫(kù)及大壩設(shè)計(jì)

1、水工建筑物課程設(shè)計(jì)目 錄1基本資料11.1概況11.2地形地質(zhì)概況11.3水庫(kù)及大壩設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)11.3.1水庫(kù)特性11.3.2大壩設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)12壩體實(shí)用剖面尺寸的確定及抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度驗(yàn)算22.1初擬重力壩的基本剖面22.1.1重力壩壩高22.1.2重力壩壩面坡度22.1.3重力壩壩底寬32.2壩頂高程的確定32.3壩頂寬度42.4剖面尺寸及形狀42.5抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算和強(qiáng)度校核52.5.1設(shè)計(jì)洪水位荷載計(jì)算52.5.2抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算62.5.3壩基面強(qiáng)度驗(yàn)算73細(xì)部構(gòu)造73.1壩頂構(gòu)造73.2壩體結(jié)構(gòu)83.2.1橫縫83.2.2縱縫83.3廊道設(shè)計(jì)83.3.1壩基灌漿廊道83.3.2壩體排水廊道83.4

2、壩體防滲與排水83.4.1壩體防滲83.4.2壩體排水93.5壩體混凝土的強(qiáng)度等級(jí)94地基處理104.1壩基的防滲處理104.2壩基排水處理105設(shè)計(jì)成果圖10參考文獻(xiàn)1011博學(xué)慎思 參天盡物1基本資料1.1概況溪源水庫(kù)位于a省境內(nèi)b江上游峽谷內(nèi)，下游灌區(qū)雖有小型水利設(shè)施，但現(xiàn)有保灌面積3843畝，尚有13217畝缺水，加上可開(kāi)墾面積2792畝，共有受旱面積15009畝，屬重旱區(qū)。溪源水庫(kù)建成后，將徹底解決該地區(qū)作物灌溉問(wèn)題。水庫(kù)樞紐組成包括：重力壩；左右灌溉輸水隧洞；壩后式水電站。1.2地形地質(zhì)概況壩址地形詳見(jiàn)地形圖。河床覆蓋為砂、卵石及大孤石，庫(kù)巖多屬基巖，巖性為砂巖和礫巖以及千枚巖，基

3、巖強(qiáng)度堅(jiān)硬，地質(zhì)條件較好，無(wú)滑坡和大量滲水的可能。僅地質(zhì)構(gòu)造上裂隙節(jié)理比較發(fā)育，透水性較大。1.3水庫(kù)及大壩設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1.3.1水庫(kù)特性設(shè)計(jì)洪水位（p=2%）:145m,相應(yīng)下游水位101校核洪水位（p=0.2%）：148.5m，相應(yīng)下游水位 102設(shè)計(jì)洪水下瀉流量：350校核洪水下瀉流量：400河床底部高程：100m死水位高程：118.5m最終泥沙淤積高程：115.5m1.3.2大壩設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1.混凝土容重：242.泥沙飽和容重：163.泥沙內(nèi)摩擦角：4.下游巖基允許最大沖刷單寬流量：5.壩基面摩擦系數(shù)：f=0.656.滲透壓力系數(shù)：7.風(fēng)速：多年平均最大風(fēng)速13m/s8.吹程：d=2公里9.巖

4、基容許抗壓強(qiáng)度 3.0 mpa2壩體實(shí)用剖面尺寸的確定及抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度驗(yàn)算2.1初擬重力壩的基本剖面2.1.1重力壩壩高壩高=設(shè)計(jì)洪水位-河床底部高程=145m-100m=45m2.1.2重力壩壩面坡度上游壩坡采用折線面，坡度為1：0.2；下游壩坡采用基本三角形破面形式，坡度為1：0.7。如圖2-1所示。圖2-1重力壩坡面尺寸坡面圖2.1.3重力壩壩底寬由上下游起坡點(diǎn)高程、坡度、邊坡系數(shù)等條件通過(guò)幾何關(guān)系可得壩底寬度為38.9m，在（0.70.9）壩高=31.5m40.5m范圍內(nèi)，壩低寬度滿足要求。2.2壩頂高程的確定波浪要素按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算： l波長(zhǎng)，m； d風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，km；h壩前水深，m

5、； hl波浪高度，m；hz波浪中心線高于靜水面的高度，m；vo計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52.0倍,此處取1.5即風(fēng)速為19.5m/s；校核洪水位時(shí)宜用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速為13m/s。壩頂或防浪墻高程設(shè)計(jì)洪水位壩頂或防浪墻高程設(shè)計(jì)洪水位。壩頂高于靜水位的超高值 壩頂安全超高（查非溢流壩壩頂安全超高表）。壩體按三級(jí)建筑物考慮取安全超高分別為：設(shè)計(jì)情況0.4m,校核情況0.3m。壩頂高程如表2-1所示。表2-1 壩頂高程計(jì)算成果表計(jì)算情況風(fēng)速（m/s）波浪高度（m）波浪長(zhǎng)度l（m）風(fēng)壅水高（m）安全加高（m）靜水超高（m）壩頂高程（m）設(shè)計(jì)情況19.50.8

6、59.130.250.41.5145.5校核情況130.526.160.140.30.96146.46經(jīng)過(guò)比較可以得出壩頂或防浪墻頂高程為146.46m，考慮水庫(kù)綜合利用情況取150m，并取防浪墻高1.2m,則壩頂高程為150-1.2=148.8m。則帶有防浪墻的壩高為148.8-100=48.8m。2.3壩頂寬度按壩高的8%計(jì)算，8%×58.8=4.78m。考慮交通要求，壩頂寬度取4.5m。2.4剖面尺寸及形狀初步擬定非溢流壩剖面簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。圖2-2 重力壩剖面尺寸2.5抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算和強(qiáng)度校核2.5.1設(shè)計(jì)洪水位荷載計(jì)算計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-2。表2-2 設(shè)計(jì)洪水位荷載計(jì)算結(jié)果荷

7、載計(jì)算式垂直力水平力對(duì)壩底中點(diǎn)的力臂力矩逆時(shí)針+順時(shí)針-自重w124×50×4.5540019.52-6.5-4.5×0.5=10.7758158w20.5×32.5×6.5×24253519.52-6.5×2/3=15.1938506.65w30.5×40.06×28.04×2413479.3928.04x2/3-21.3=1.511187.89水壓力p10.5×10×562156801/3×56=18.667292693.33p20.5×10×

8、;3.5261.251/3×3.5=1.16771.47水重q133.33×6.5×102166.4519.52-1/2×6.5=16.2735248.14q20.5×6.5×22.67×10736.7819.52-1/3×6.5=17.3512783.13q30.5×3.5×3.5×0.7×1042.87521.3-1/3×3.5×0.7=18771.75浪壓力pl9.8×（9.13×0.5+0.85+0.25)×0.25&

9、#215;9.13126.7256-9.13×0.5×1/3（9.13×0.5+0.85+0.25）=47.386003.969.8×0.5×（9.13×0.5）2102.1156-2/3×0.5×9.13=52.965407.41泥沙壓力ps(16-10)×15.52×0.5tan 2（45-19/2）366.711/3×15.5=5.171894.67ps(16-10)×0.5×0.15×15.52108.1121.3-1/3*0.15×15

10、.5=20.532219.55小計(jì)24468.6116173.43163.36152394.35312551.6揚(yáng)壓力u14×42.6×10170400u20.3×52×（5+3.4）×101310.419.52-1/2×8.4=15.3220075.33u30.5×34.2×52×0.3×102667.619.32-34.2×2/3=-3.288749.73u40.5×8.4×0.7×52×101528.819.52-1/3×8.4=

11、16.7225561.54小計(jì)7210.854692.04合計(jì)22635.8716010.07109078.642.5.2抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算上游校核洪水位為146m，相應(yīng)下游洪水位為104m。根據(jù)重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求抗滑安全系數(shù)ks1.0?？够€(wěn)定系數(shù)按公式 （2-1）計(jì)算；式中：w總鉛直力； p總水平力； m對(duì)壩截面形心的總力矩。校核洪水位時(shí)抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算：由（2-1）式得0.65×109078.64/16010.07=4.41.0 滿足穩(wěn)定要求。2.5.3壩基面強(qiáng)度驗(yàn)算上游邊緣正應(yīng)力按公式 （2-2）計(jì)算；下游邊緣正應(yīng)力按公式 （2-3）計(jì)算。 b壩底寬度；由（2-2）式得上游邊緣正應(yīng)力2

12、5819.17/39.04-6×121691.25/39.042=215.74kpa0由（2-3）式得下游邊緣正應(yīng)力，不計(jì)揚(yáng)壓力時(shí)：32366.76/39.04+6×86505.37/39.042=953.35kpa4.3mpa；計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)：25819.17/39.04+6×121691.25/39.042=910.99kpa4.3mpa綜上可知，剖面尺寸滿足抗滑穩(wěn)定和強(qiáng)度要求。3細(xì)部構(gòu)造3.1壩頂構(gòu)造壩頂上游設(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，縫內(nèi)設(shè)止水。墻高為1.2m，厚度為30cm，以滿足運(yùn)用安全的要求。壩頂采

13、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(kù)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4.5m，下游側(cè)設(shè)置欄桿及路燈。3.2壩體結(jié)構(gòu)3.2.1橫縫垂直于壩軸線布置，縫距為20m，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。3.2.2縱縫縱縫為臨時(shí)性，縫內(nèi)設(shè)有鍵槽，待混凝土充分冷卻后，水庫(kù)蓄水前進(jìn)行灌漿。3.3廊道設(shè)計(jì)3.3.1壩基灌漿廊

14、道位置：廊道底部距壩基面5m，廊道底部形狀：城門洞形，底寬3m，高3.5m。高程為145m，上游側(cè)（中心點(diǎn)）距上游壩面4m;部上游側(cè)設(shè)排水溝，并在最低處設(shè)集水井。平行高，坡度不大于40o。3.3.2壩體排水廊道自基礎(chǔ)廊道沿壩高每隔20m設(shè)置一層廊道，共設(shè)3層。底部高程分別為165m，185m，205m，形狀為城門洞形，其上游側(cè)（中心點(diǎn)）距上游壩面4m，底寬2m，高3m，左右岸各有一個(gè)出口。3.4壩體防滲與排水3.4.1壩體防滲在壩的上游面、溢流面及下游面的最高水位以下部分，采用一層厚2m具有防滲性能的混凝土作為壩體的防滲設(shè)施。3.4.2壩體排水據(jù)壩的上游面3m沿壩軸線方向設(shè)一排豎向排水管幕。

15、管內(nèi)徑為20cm，間距為3m， 上端通至壩頂，下端通至廊道，垂直布置。排水管采用無(wú)砂混凝土管3.5壩體混凝土的強(qiáng)度等級(jí)壩體混凝土應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷、低熱、抗裂、硬化時(shí)體積變小等性能的要求。為了合理使用材料，壩體混凝土可按不同部位、不同的工作條件采用不同強(qiáng)度等級(jí)，通?？煞譃橄铝袇^(qū)域：區(qū)：上下游最高水位以上壩體外部表層混凝土；區(qū)：上下游水位變化范圍內(nèi)壩體外部表層混凝土；區(qū)：上下游最低水位以下壩體外部表層混凝土；區(qū)：壩體基礎(chǔ)混凝土；區(qū)：壩體內(nèi)部混凝土；區(qū)：抗沖刷部位混凝土?；炷练謪^(qū)的尺寸：一般外部（、區(qū)）混凝土各區(qū)厚度最小23m，上游面的厚度比下游面大，基礎(chǔ)混凝土（區(qū)）厚度為0

16、.1b（b為壩體底寬），并不小于3m，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土之間要有良好的接觸帶。壩體分區(qū)圖如圖3-1所示：4地基處理4.1壩基的防滲處理在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)鉆設(shè)防滲帷幕和排水孔幕，其中心線距壩基處壩面分別為12m和15m。防滲帷幕采用膨脹水泥漿做灌漿材料，其位置布置在靠近上游壩面的壩基及兩岸。帷幕的深度取15m，河床部位深，兩岸逐漸變淺，灌漿孔直徑取80mm，方向豎直，孔距取2m，設(shè)置一排。4.2壩基排水處理壩基的排水孔幕在防滲帷幕的下游，向下游傾斜，與灌漿帷幕的夾角為10o，孔距取3m，孔徑為130mm，孔深為1015m，沿壩軸線方向設(shè)置一排。5設(shè)計(jì)成果圖重力壩全長(zhǎng)370m，最大壩高46.46m。壩頂寬度4.5m。工程修建期間該重力壩在放空水庫(kù)、沖沙、施工導(dǎo)流等環(huán)節(jié)發(fā)揮了重大作用，為整個(gè)工程的順利進(jìn)行提供了有利條件。它的建成將有效減免附近1.5萬(wàn)畝