橡膠壩設(shè)計(jì)計(jì)算書精選Word版

1、1 / 23陂頭設(shè)計(jì)計(jì)算書目錄目錄1工程概況.11.1 陂頭布置.11.2 水文資料.21.3 地質(zhì)資料.21.4 等級(jí)及安全系數(shù).21.5 地震烈度.22 主要計(jì)算公式及工況.32.1 主要計(jì)算公式.32.1.1 防滲計(jì)算.32.1.2 整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算公式.32.1.3 消能防沖計(jì)算.42.2 計(jì)算工況.62.2.1 防滲計(jì)算工況.62.2.2 整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算工況.62.2.3 消能防沖計(jì)算.73 梅崗橡膠壩計(jì)算.93.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算.93.2 橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算.93.3 消能計(jì)算.114 雙孖橡膠壩計(jì)算.134.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算.134.2 橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算.13

2、4.3 消能計(jì)算.161 工程概況工程概況1.1 陂頭布置陂頭布置本工程攔河陂頭有 2 座，分別是位于肋下河的梅崗陂和甲子河的雙孖陂，主要作用是壅水灌溉。（1）梅崗陂梅崗陂采用橡膠壩形式，橡膠壩底板高程為 5.60m，壩袋凈高4.10m，壩袋長 20.82m，設(shè)計(jì)正常擋水位 9.70m。壩底板順?biāo)鞣较蜷L度 18.00m，底板厚 2.00m，上、下游兩端設(shè)齒槽，壩體段基面大部高程 3.60m，齒槽底高程為 3.00m，建筑物基礎(chǔ)均坐落在殘積土。兩側(cè)邊墻墻頂高程為 10.50m，為滿足壩袋錨固要求，邊墻迎水坡坡比為 1:0.5，底板與兩側(cè)邊墻采用 U 型 C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)。（2）雙孖陂雙孖陂采

3、用橡膠壩形式，橡膠壩底板高程為 8.50m，壩袋凈高3.50m，壩袋長 26.0m，設(shè)計(jì)正常擋水位 12.00m。壩底板順?biāo)鞣较蜷L度 15.00m，底板厚 2.00m，上、下游兩端設(shè)齒槽，壩體段基面大部高程 6.70m，齒槽底高程為 6.20m，建筑物基礎(chǔ)均坐落在全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。左側(cè)邊墻墻頂高程為 14.00m，右側(cè)邊墻墻頂高程為12.50m，為滿足壩袋錨固要求，邊墻迎水坡坡比為 1:0.5，底板與兩側(cè)邊墻采用 U 型 C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)。1.2 水文資料水文資料根據(jù)水文計(jì)算成果，可知陂頭的水位資料，詳見陂頭特征水位表 1.2-1。表表 1.2-1 陂頭特征水位表陂頭特征水位表 名稱名稱灌

4、溉蓄水位灌溉蓄水位（m m）P=5%P=5%上游水位上游水位（m m）P=5%P=5%下游水位下游水位（m m）P=5%P=5%設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)流量（m m3 3/s/s）梅崗陂9.710.3910.35132.36雙孖陂1211.3310.82173.651.3 地質(zhì)資料地質(zhì)資料根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，陂頭地基主要物理指標(biāo)見表 1.3-1。表表 1.3-1 陂頭地基地質(zhì)主要物理指標(biāo)表陂頭地基地質(zhì)主要物理指標(biāo)表名稱名稱底板底高底板底高程（程（m）地基土質(zhì)地基土質(zhì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)滲透情況滲透情況 地基土質(zhì)地基土質(zhì)梅崗陂3.60殘積土1401600.300.35弱透水層 中等堅(jiān)

5、實(shí)雙孖陂6.70全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖2003000.400.45弱透水層 中等堅(jiān)實(shí)1.4 等級(jí)及安全系數(shù)等級(jí)及安全系數(shù)陂頭為三級(jí)建筑物，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL265-2001） ，水閘整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：基本組合 Kc1.25，特殊組合Kc1.10。土基上閘室基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值：基本組合為 2.0，特殊組合為 2.5。1.5 地震烈度地震烈度惠州市基本地震烈度為 VI，按水閘設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL265-2001） ，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮地震作用。2 主要計(jì)算公式及工況主要計(jì)算公式及工況2.1 主要計(jì)算公式主要計(jì)算公式2.1.1 防滲計(jì)算2.1.1.1 滲徑長度計(jì)算橡膠壩閘基防滲長度可按水閘

6、設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL265-2001）公式計(jì)算： HCL式中 防滲長度（m） ； 上下游水位差（m） ；LH 滲徑系數(shù)，參照規(guī)范表 4.3.2。C2.1.2 整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算公式由于該橡膠壩在垂直水流方向的結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL2652001） ，壩體段地基承受單向偏心荷載的作用，假定壩體基底壓力呈線性分布，可按偏心受壓公式來計(jì)算。 （7.3.41）WMAGPmaxmin式中：閘室基底應(yīng)力的最大值或最小值（kPa） ；maxminP作用在閘室上的全部豎向荷載（包括閘室基礎(chǔ)底面上的G揚(yáng)壓力在內(nèi)，kN） ；作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂M直水流方向的形心軸

7、的力矩（kNm） ；A 閘室基底面的面積（m2） ；W閘室基底面對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3） 。閘室抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算按下式計(jì)算： （7.3.6-1）CCKHGfK式中：沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；cK閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；f作用在閘室上的全部水平向荷載（kN） 。H抗浮穩(wěn)定計(jì)算公式如下： （7.3.16）fVKU式中：閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；fK作用在閘室上全部向下的鉛直力之和（kN） ；V作用在閘室基底面上的揚(yáng)壓力（kN） 。U不論水閘級(jí)別和地基條件，在基本荷載組合條件下，閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于 1.10；在特殊荷載組合條件下，閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于

8、1.05。2.1.3 消能防沖計(jì)算先根據(jù)水力計(jì)算手冊(cè) （武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室編）判別是否需要建立消力池：如躍后水深出池河床水深，則不chsh需建立消力池；如躍后水深出池河床水深，則需建立消力池，chsh根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL2652001）附錄 B，消力池深度可按公式（B.1.1-1B.1.1-4）計(jì)算： Zhhdsc0（B.1.1-1） 25. 02132)(181(2bbghqhhccc（B.1.1-2） 0222203gqhThcc（B.1.1-3） 222 2222csghqggqZ（B.1.1-4）式中：d消力池深度（m） ；0水躍淹沒系數(shù)，可采用 1.051.10，取 0

9、1.1；孔流流量系數(shù)，可采用 0.951.0，取 1.0；躍后水深（m） ；chhc收縮水深（m） ；水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用 1.01.05，取 1.05；q過閘單寬流量（m2/s） ，qQ/B0； b1消力池首端寬度（m） ；b2消力池末端寬度（m） ；T0由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能（m） ，這里，不計(jì)行近流速；Z出池落差（m） ；出池河床水深（m） 。sh2.2 計(jì)算工況計(jì)算工況2.2.1 防滲計(jì)算工況a、梅崗陂上游正常蓄水位 9.70m，對(duì)應(yīng)下游無水（即護(hù)坦高程 5.40m） 。b、雙孖陂上游正常蓄水位 12.00m，對(duì)應(yīng)下游無水（即水位為 6.70m） 。2.2.2 整體穩(wěn)定及應(yīng)力

10、計(jì)算工況（1）基本資料根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范 （SL265-2001）規(guī)定，土基上的閘室穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)滿足下列要求：在各種計(jì)算情況下，壩體段基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的 1.2 倍。壩體段基底應(yīng)力的最大值與最小值之比不大于水閘設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.5 條規(guī)定的允許值。根據(jù)地質(zhì)資料，地基為中等堅(jiān)實(shí)，查表 7.3.5知壩體段基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值為：基本荷載組合時(shí)為 2.0，特殊荷載組合時(shí)為 2.5。沿壩體段基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于水閘設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.13 條規(guī)定的允許值。橡膠壩為三級(jí)建筑物，查表 7.3.13 知沿壩體段基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值為：基本

11、組合 Kc1.25，特殊組合 Kc1.10。（2）計(jì)算工況a、梅崗陂基本工況：1）完建情況，橡膠壩上下游無水，以確定地基應(yīng)力。2）設(shè)計(jì)工況，上游為正常蓄水位 9.70m，下游無水（即底板止水高程 5.10m） 。b、雙孖陂基本工況：1）完建情況，陂頭上下游無水，以確定地基應(yīng)力。2）設(shè)計(jì)工況，上游為正常蓄水位 12.00m，下游無水（即底板止水高程 8.00m） 。2.2.3 消能防沖計(jì)算根據(jù)橡膠壩實(shí)際運(yùn)行情況：a、梅崗陂（1）設(shè)計(jì)洪水期工況，橡膠壩塌壩運(yùn)行，上下游基本無水頭差。（2）正常運(yùn)行工況，橡膠壩上過水深度較小，一般情況下不大于 0.20m。（3）正常運(yùn)行期間塌壩檢修工況，此時(shí)上游為正常

12、蓄水位9.70m，下游無水（下游護(hù)坦高程 5.40m） ，橡膠壩上下游水頭差為4.30m。因此，本次設(shè)計(jì)選取上下游水頭差最大的塌壩檢修工況進(jìn)行消能防沖計(jì)算。b、雙孖陂（1）設(shè)計(jì)洪水期工況，橡膠壩塌壩運(yùn)行，上下游基本無水頭差。（2）正常運(yùn)行工況，橡膠壩上過水深度較小，一般情況下不大于 0.20m。（3）正常運(yùn)行期間塌壩檢修工況，此時(shí)上游為正常蓄水位12.00m，下游無水（下游護(hù)坦高程 6.42m） ，橡膠壩上下游水頭差為5.58m。因此，本次設(shè)計(jì)選取上下游水頭差最大的塌壩檢修工況進(jìn)行消能防沖計(jì)算。3 梅崗橡膠壩計(jì)算梅崗橡膠壩計(jì)算3.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算滲流穩(wěn)定計(jì)算上游正常蓄水位 9.70m，下游無水

13、，即 5.40m。經(jīng)計(jì)算，上下游水位差H4.30m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告得知橡膠壩建基面以下為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其容許滲徑系數(shù) C=35，偏安全考慮，查規(guī)范表 4.3.2 取 C5。則初擬壩基防滲長度為：L=54.3=21.50m。橡膠壩底板水平投影長度為 29.00m，其中進(jìn)口段長 7.00m，壩體段長 18.00m，斜坡段 4.00m。因此，擬定的橡膠壩基礎(chǔ)防滲長度滿足防滲要求。3.2 橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算根據(jù)地質(zhì)資料顯示，地基為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，容許承載力【R】140160Kpa，f 值取 0.3 進(jìn)行計(jì)算。橡膠壩壩體段穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算見計(jì)算簡圖及表 3.2-12O點(diǎn)G

14、圖 3.2-1 工況一：完建工況完建工況：上下游均無水完建工況：上下游均無水下游水位0.00 閘底板底高程0.00 上游水位0.00 底板止水高程0.00 荷載名稱荷載名稱重力重力(kN)水平力水平力(kN)力臂力臂(m)力矩力矩(kN.m)結(jié)構(gòu)總重G=19068.84 0.00 0.00 浮托力 Pf10.00 0.00 0.00 滲透壓力 Pf20.00 3.00 0.00 上游水重 W10.00 6.45 0.00 下游水重 W20.00 壩袋水重 W30.00 0.53 0.00 上游水壓力 P110.00 0.00 0.00 下游水壓力 P210.00 0.00 0.00 合計(jì)G:H

15、:M19068.84 0.00 0.00 閘室長L18.00 閘室寬B21.62 基底應(yīng)力 Pmin(Pmax)=G/AM/W49.00 49.00 基底平均應(yīng)力（Pmin+Pmax）/249.00 滿足140，地基應(yīng)力要求不均勻系數(shù) =Pmax/Pmin1.00 滿足1.10，基本組合要求抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KcfG/H滿足1.25，基本組合要求說明：受力向下（左）為正、向上（右）為負(fù)；力矩逆時(shí)針為正、順時(shí)針為負(fù)。W3W2P2P1Pf1Pf2O點(diǎn)G圖 3.2-2 工況二：設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況：上游正常蓄水位設(shè)計(jì)工況：上游正常蓄水位 9.70m9.70m，下游無水（底板止水高程，下游無水（底板止水高程

16、 5.10m5.10m）下游水位5.10 閘底板底高程3.60 上游水位9.70 底板止水高程5.10 荷載名稱荷載名稱重力重力(kN)水平力水平力(kN)力臂力臂(m)力矩力矩(kN.m)結(jié)構(gòu)總重G=19068.84 0.00 0.00 浮托力 Pf1-5837.40 0.00 0.00 滲透壓力 Pf2-8950.68 3.00 -26852.04 上游水重 W12955.45 6.45 19062.68 下游水重 W20.00 壩袋水重 W36658.96 0.53 3549.23 上游水壓力 P11-4022.40 2.03 -8178.88 下游水壓力 P21-243.23 0.50

17、 -121.61 合計(jì)G:H:M13895.17 -4265.63 -12540.63 閘室長 L18.00 閘室寬 B21.62 基底應(yīng)力 Pmin(Pmax)=G/AM/W24.96 46.45 基底平均應(yīng)力（Pmin+Pmax）/235.71 滿足140，地基應(yīng)力要求不均勻系數(shù) =Pmax/Pmin1.86 滿足1.10，基本組合要求抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) KcfG/H1.30滿足1.25，基本組合要求說明：受力向下（左）為正、向上（右）為負(fù)；力矩逆時(shí)針為正、順時(shí)針為負(fù)。3.3 消能計(jì)算消能計(jì)算根據(jù)雙孖橡膠壩的實(shí)際運(yùn)行情況，選取上下游水頭差最大的工況進(jìn)行計(jì)算，即塌壩檢修工況，此時(shí)上游為正常蓄水

18、位 9.70m，下游常水位 6.60m（下游水深 1.20m） ，橡膠壩上下游水頭差為3.10m。利用 PC1500 程序集中“D-25”進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得：取消力池長度為 14.00m，深度為 0.80m。計(jì)算附稿：* * 底流式消能工水力計(jì)算程序 D-25 * * 工程名:梅崗 一.基本資料 1.消能結(jié)構(gòu)類型: 挖深式消力池 2.消力池平面型式: 等寬消力池 3.以下游河床為基準(zhǔn)面的上游總能頭 E0: 4.3 (米) 4.下泄流量 Q: 132.36 (立方米/秒) 5.下游水深 Ht: 1.2 (米) 6.泄水建筑物的流速系數(shù) f1: 0.95 7.消力池出口流速系數(shù) f2: 0.95 8

19、.消力坎流速系數(shù) f3: .9 9.消力坎流量系數(shù) m: .42 10.消力池寬度 B: 20.82 (米) 二.計(jì)算中采用的基本公式 1.收縮水深hc的基本算式 E01=Hc+q*q/(2*g*f12*Hc2) 式中 q收縮斷面的單寬流量; E01-以消力池底面為基準(zhǔn)面的上游總能頭. 2.共軛水深Hc A.等寬消力池 Hc=Hc*(SQR(1+8*Fr)-1)/2 式中 Fr收縮斷面的弗汝德數(shù) Frc=Vc*Vc/(g*Hc),Vc為收縮斷面流速. B.擴(kuò)散消力池 按下列關(guān)系式計(jì)算 (Hc2-Hc2)*(B+Bk)=4*Q*Q*(1/Bk/Hc-1/B/Hc)/g 3.水躍長度Lj A.等寬

20、消力池 Lj=6.9*(Hc-Hc) B.擴(kuò)散消力池 Fr=6時(shí), Lj=4.6*Hc Fr17時(shí), Lj=B*L/(B+.1*L*tg) 式中L等寬矩形明渠中水躍長度,L=10.3*Hc(SQR(Fr)-1).81. 4.消力池長度Lk Lk=(0.70.8)*Lj (采用0.75Lj) 5.消力池深度S S=1.05*HcHtq1*q1*(1/(f2*Ht)2-1/(1.05*Hc)2)/(2*g) 式中q1消力池出口斷面的單寬流量. 三.計(jì)算結(jié)果 1.收縮水深Hc: 0.7467 (米) 2.收縮斷面的弗汝德數(shù)Fr: 9.9074 3.共軛水深Hc: 2.9712 (米) 4.水躍長度L

21、j: 15.3496 (米) 5.消力池深度S: 0.7119 (米)6.消力池長度Lk: 13.5122 (米)7.消力池寬度B: 20.8200 (米)4 雙孖橡膠壩計(jì)算雙孖橡膠壩計(jì)算4.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算滲流穩(wěn)定計(jì)算上游正常蓄水位 12.00m，下游無水，即 6.70m。經(jīng)計(jì)算，上下游水位差H5.30m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告得知橡膠壩建基面以下為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其容許滲徑系數(shù) C=35，偏安全考慮，查規(guī)范表 4.3.2 取 C5。則初擬壩基防滲長度為：L=55.3=26.50m。橡膠壩底板水平投影長度為 36.52m，其中進(jìn)口段長 10.00m，壩體段長 15.00m，斜坡段 11.52m。因此

22、，擬定的橡膠壩基礎(chǔ)防滲長度滿足防滲要求。4.2 橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算橡膠壩整體穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算根據(jù)地質(zhì)資料顯示，地基為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，容許承載力【R】200300Kpa，f 值取 0.4 進(jìn)行計(jì)算。橡膠壩壩體段穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算見計(jì)算簡圖及表 4.2-12GO點(diǎn)圖 4.2-1 工況一：完建工況完建工況：上下游均無水完建工況：上下游均無水下游水位閘底板底高程8.5 上游水位底板止水高程8.00荷載名稱荷載名稱重力重力(kN)水平力水平力(kN)力臂力臂(m)力矩力矩(kN.m)結(jié)構(gòu)總重G=19110.00 0.00 0.00 浮托力 Pf10.00 0.00 0.00 滲透壓力 Pf20.00

23、2.50 0.00 上游水重 W10.00 5.38 0.00 下游水重 W20.00 壩袋水重 W30.00 0.46 0.00 上游水壓力 P110.00 0.00 0.00 下游水壓力 P210.00 0.00 0.00 合計(jì)G:H:M19110.00 0.00 0.00 閘室長 L15.00 閘室寬B26.00 基底應(yīng)力 Pmin(Pmax)=G/AM/W49.00 49.00 基底平均應(yīng)力（Pmin+Pmax）/249.00 滿足200，地基應(yīng)力要求不均勻系數(shù) =Pmax/Pmin1.00 滿足1.10，基本組合要求抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) KcfG/H滿足1.25，基本組合要求說明：受力向

24、下（左）為正、向上（右）為負(fù)；力矩逆時(shí)針為正、順時(shí)針為負(fù)。P1O點(diǎn)P2Pf1GPf2W2W3圖 4.2-2 工況二：設(shè)計(jì)工況設(shè)計(jì)工況：上游正常蓄水位設(shè)計(jì)工況：上游正常蓄水位 12.00m，下游無水（底板止水高程，下游無水（底板止水高程 8.00m）下游水位8.00閘底板底高程6.70上游水位12.00底板止水高程8.00荷載名稱荷載名稱重力重力(kN)水平力水平力(kN)力臂力臂(m)力矩力矩(kN.m)結(jié)構(gòu)總重 G=19110.000.000.00浮托力 Pf1-5070.000.000.00滲透壓力 Pf2-7800.002.50-19500.00上游水重 W13554.205.38191

25、21.60下游水重 W20.00壩袋水重 W35834.400.462683.82上游水壓力 P11-3651.701.77-6451.34下游水壓力 P21-219.700.43-95.20合計(jì)G:H:M15628.60-3871.40-4241.12閘室長 L15.00閘室寬 B26.00基底應(yīng)力Pmin(Pmax)=G/AM/W35.7244.42基底平均應(yīng)力（Pmin+Pmax）/240.07滿足200，地基應(yīng)力要求不均勻系數(shù) =Pmax/Pmin1.24滿足1.10，基本組合要求抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)KcfG/H1.61滿足1.25，基本組合要求說明：受力向下（左）為正、向上（右）為負(fù)；力矩逆時(shí)針為正、順時(shí)針為負(fù)。4.3 消能計(jì)算消能計(jì)算根據(jù)雙孖橡膠壩的實(shí)際運(yùn)行情況，選取上下游水頭差最大的工況進(jìn)行計(jì)算，即塌壩檢修工況，此時(shí)上游為正常蓄水位 12.00m，下游常水位 7.62m（下游水深 1.20m） ，橡膠壩上下游水頭差為4.38m。利用 PC1500 程序集中“D-25”進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得：取消力池長度為 14.00m，深度為 0.80m。計(jì)算附稿：* * 底流式消能工水力計(jì)算程序 D-25 * * 工程名:雙孖 一.基本資料 1.消能結(jié)構(gòu)類型: 挖深式消力池 2.消力池平