水工建筑物課程設(shè)計(jì)

水工建筑物課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：司政水利水電工程系2014.6課程設(shè)計(jì)的目的、意義一

課程設(shè)計(jì)進(jìn)度控制三主要內(nèi)容具體設(shè)計(jì)內(nèi)容五四設(shè)計(jì)成果及其要求二課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的、意義課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，其主要目的和意義在于：使學(xué)生初步掌握樞紐布置和主要建筑物設(shè)計(jì)的一般思路、原則、方法和步驟，加深和鞏固基礎(chǔ)課以及水工建筑物課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的基本知識(shí)，獨(dú)立工作和分析、解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生正確設(shè)計(jì)思路、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、踏實(shí)肯干和求實(shí)奮進(jìn)的精神。提高學(xué)生在設(shè)計(jì)、計(jì)算、查閱參考文獻(xiàn)及資料、繪圖和編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等方面的能力。根據(jù)《水利水電工程學(xué)習(xí)指導(dǎo)》（上）給定的工程資料，進(jìn)行土石壩樞紐的布置；擬定溢洪道和排沙洞的進(jìn)口高程以及尺寸，計(jì)算出校核洪水位和設(shè)計(jì)洪水位，進(jìn)而確定土石壩的壩頂高程；對(duì)溢洪道和排沙洞進(jìn)行必要的水力計(jì)算；擬定大壩剖面，對(duì)大壩剖面進(jìn)行滲流和穩(wěn)定計(jì)算；二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行大壩細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)；繪制工程圖紙，編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。按照教學(xué)計(jì)劃的安排，水工建筑物課程設(shè)計(jì)一共為2周（10個(gè)工作日），具體進(jìn)度安排如下：6月23日：課程設(shè)計(jì)任務(wù)布置，借閱資料和熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)；三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度控制6月24日：進(jìn)行樞紐布置；確定各建筑物的位置，計(jì)算校核洪水位和設(shè)計(jì)洪水位；6月25日～6月26日：擬定主要建筑物的體形和基本尺寸；6月27日、6月30日：進(jìn)行大壩的滲流計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算；7月1日～7月2日：繪制樞紐平面布置圖和細(xì)部構(gòu)造圖；7月3日～7月4日：編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；4日下午4：30提交成果。要求提交的成果有：（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：必須手寫(xiě)，章節(jié)安排參見(jiàn)P227頁(yè)。（2）圖紙：四、設(shè)計(jì)成果及其要求要求圖紙為CAD繪制。樞紐平面布置圖兩個(gè)具有代表性的土石壩橫剖面圖上、下游立視圖細(xì)部構(gòu)造圖溢洪道縱、橫剖面圖1、解讀設(shè)計(jì)基本資料五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容2、進(jìn)行樞紐布置壩軸線的確定壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、地基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的施工條件等，經(jīng)過(guò)多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。另外，壩軸線宜采用直線，應(yīng)盡量避開(kāi)大斷層、軟粘土等不良地質(zhì)條件。泄水和引水建筑物泄水建筑物要能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的運(yùn)用要求和條件。其泄洪能力必須滿足宣泄設(shè)計(jì)洪水、校核洪水的要求，并應(yīng)同時(shí)滿足排沙要求。泄水建筑物的布置形式，應(yīng)根據(jù)地形和地質(zhì)條件、泄洪規(guī)模、水頭大小和防沙等綜合比較后選定?？蛇x用開(kāi)敞式溢洪道和隧洞，引水建筑物選用發(fā)電引水管。泄水和引水建筑物、進(jìn)出口附近的壩坡和岸坡，應(yīng)有可靠的防護(hù)措施，出口應(yīng)采取可靠的消能措施，應(yīng)使消能后水流離開(kāi)壩趾一定距離。地形對(duì)溢洪道開(kāi)挖量影響大，壩址附近有馬鞍形山口，適于正槽溢洪道；對(duì)于山高坡陡，可考慮側(cè)槽溢洪道。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩型選擇三種基本形式：均質(zhì)壩、土壩防滲體分區(qū)壩、非土質(zhì)材料防滲體壩。壩型選擇時(shí)主要主要考慮以下因素：五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容a.壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件、覆蓋層特征及地震烈度等；b.筑壩材料的種類、性質(zhì)、數(shù)量、位置和運(yùn)用條件；c.壩高：高壩多采用土質(zhì)防滲體分區(qū)壩，低壩多采用均質(zhì)壩，條件適宜時(shí)可采用混凝土面板堆石壩；d.氣候條件；e.大壩及樞紐的總工程量、總工期和總造價(jià)。3、大壩剖面設(shè)計(jì)對(duì)選定的壩型，擬定剖面尺寸、壩體構(gòu)造（壩體土料分區(qū)、排水及防滲設(shè)施的形式與尺寸、護(hù)坡的類型等）以及壩與地基、壩與河岸的連接方式。壩頂高程的確定設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全超高。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩頂高程按以下四種條件確定：正常水位已知，確定設(shè)計(jì)水位和校核水位首先根據(jù)庫(kù)水位為528m時(shí)，要求的排沙流量為20m3/s。無(wú)壓隧洞的泄流能力，對(duì)于深式短管形進(jìn)口：隧洞進(jìn)口高程不宜太低，否則面積較小，在確定斷面尺寸時(shí)，為了施工和維修方便，圓形斷面內(nèi)徑不小于1.8m，非圓形斷面不小于1.5X1.8m。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容3、大壩剖面設(shè)計(jì)溢洪道不設(shè)閘門(mén)時(shí)，正常水位560m，堰頂高程即正常蓄水位。計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，令Q溢洪道+Q排沙洞=1500m3/s（設(shè)計(jì)水位下泄流量）計(jì)算校核洪水位時(shí)，令Q溢洪道+Q排沙洞=2510m3/s（校核水位下泄流量）五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容3、大壩剖面設(shè)計(jì)溢洪道設(shè)閘門(mén)時(shí)，正常水位568m，假設(shè)Z設(shè)=Z正=568mZ校核：Q溢洪道+Q排沙洞=2510m3/s計(jì)算堰頂高程：Q溢洪道+Q排沙洞=1500m3/s五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)校核水位，確定水庫(kù)庫(kù)容（查圖1-4）。根據(jù)庫(kù)容確定工程等別、建筑物的級(jí)別。設(shè)與不設(shè)閘門(mén)情況下的設(shè)計(jì)水位和校核水位均可求得壩頂高程=水庫(kù)靜水位+壩頂超高五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容安全加高A見(jiàn)規(guī)范。R和e可按規(guī)范計(jì)算，對(duì)于中小型工程，R+e可按吹程近似計(jì)算見(jiàn)規(guī)范?？紤]壩上游側(cè)設(shè)防浪墻，墻高1.2m，因此：壩頂超高d=R+e+AR—波浪在壩坡上的設(shè)計(jì)爬高e—風(fēng)浪引起的壩前水位雍高A—安全加高但在正常運(yùn)用條件，壩頂高出靜水位0.5m；非常條件不低于靜水位。壩底建基面高程可結(jié)合圖1-2（壩軸線剖面確定），可考慮原地面線向下挖1～2m，再計(jì)算壩高。壩頂高程=水庫(kù)水位+超高-1.2m3、大壩剖面設(shè)計(jì)均質(zhì)壩：平均坡度1:3；土質(zhì)防滲體心墻壩：下游——堆石料：1:1.5～1:2.5，土料：1:2.0～1:3.0；上游——堆石料：1:1.7～1:2.7；土料：1:2.5～1:3.5；斜墻壩：上游可略緩，堆石料放緩0.2，土料放緩0.5；面板堆石壩：上游1:1.4～1:1.7，下游1:3～1:1.4。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩頂寬度根據(jù)規(guī)范：高壩10～15m，中、低壩5～10m。壩體坡度3、大壩剖面設(shè)計(jì)心墻壩：厚心墻底厚（0.3～0.5）H，心墻坡比：1:0.15～1:0.3，薄心墻底厚（0.15～0.2）H，心墻坡比：1:0.4～1:0.5，

頂厚不小于3m。壩頂保護(hù)層厚度：不小于凍土或干燥深度，且不小于1m。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩體防滲體設(shè)計(jì)墻頂高程：且不低于校核洪水位斜墻壩：頂厚3m，底厚：H/5坡比：內(nèi)坡不陡于1:2；外坡不陡于1:2.5壩頂保護(hù)層厚度：常用2～3m。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

馬道：設(shè)在變坡處，攔截雨水、交通、觀測(cè)、增加穩(wěn)定。上游除觀測(cè)要求外，趨向于不設(shè)馬道；下游壩坡盡量少設(shè)，寬度不小于1.5m。3、大壩剖面設(shè)計(jì)壩體防滲體設(shè)計(jì)墻頂高程：且不低于校核洪水位心墻上、下游均設(shè)置反濾層，水平反濾層最小厚度為0.3m；垂直或傾斜反濾層最小厚度為0.5m。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容3、大壩剖面設(shè)計(jì)反濾層設(shè)計(jì)：壩體排水壩體排水形式有：棱體排水、貼坡排水、壩內(nèi)排水、綜合式排水。棱體排水：頂寬不小于1.0m；頂面超出下游最高水位，對(duì)于1、2級(jí)壩超高1.0m，3～5級(jí)壩超高0.5m，而且要保證浸潤(rùn)線位于下游壩坡面凍層以下；棱體內(nèi)坡1:1～1:1.5，外坡1:1.5～1:2。4、滲流計(jì)算（1）確定壩體浸潤(rùn)線及下游逸出點(diǎn)位置，繪制壩體及壩基內(nèi)的等勢(shì)線分布圖和流網(wǎng)圖；（2）確定壩體和壩基滲流量；（3）確定滲流的流場(chǎng)與比降。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容上游正常蓄水位與下游相應(yīng)水位上游設(shè)計(jì)蓄水位與下游相應(yīng)水位上游校核蓄水位與下游相應(yīng)水位庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定的最不利情況滲流計(jì)算的目的和內(nèi)容：滲流計(jì)算水位組合：本次課程設(shè)計(jì)僅計(jì)算上、下游均為正常水位的穩(wěn)定滲流期，計(jì)算滲流量是否滿足滲流要求，是否會(huì)發(fā)生滲透破壞。5、穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定計(jì)算的目的是核算初擬的剖面在各種運(yùn)用情況下是否安全。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算內(nèi)容：施工期的上、下游壩坡穩(wěn)定穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡穩(wěn)定水庫(kù)水位降落期上游壩坡穩(wěn)定正常運(yùn)用時(shí)遇地震的上、下游壩坡穩(wěn)定本次課程設(shè)計(jì)僅計(jì)算穩(wěn)定滲流期（上、下游正常水位）下游壩坡穩(wěn)定。要求選3個(gè)滑動(dòng)面計(jì)算安全系數(shù)。均質(zhì)壩：瑞典圓弧法或簡(jiǎn)化畢肖普法心墻、斜墻壩：滑楔法6、構(gòu)造設(shè)計(jì)下游壩坡設(shè)縱、橫聯(lián)通的排水溝，壩與岸坡結(jié)合處也設(shè)排水溝。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩頂構(gòu)造包括上游防浪墻、下游欄桿、頂面坡度、排水溝、路燈等的設(shè)計(jì)。上游護(hù)坡：干砌石、碎石或礫石，厚約0.3m，范圍至壩頂或防浪墻至水庫(kù)最低水位以下一定距離，一般為1.5～2.5。下游護(hù)坡：干砌石、碎石或礫石，厚約0.3m，氣候適宜地區(qū)粘土均質(zhì)壩可采用草皮護(hù)坡，厚5～10cm，范圍延伸至壩腳，但排水棱體不需要護(hù)坡。上、下游護(hù)坡壩面排水7、地基處理巖石岸坡不陡于1:0.5，不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然變坡，防滲體與岸坡連接處附近應(yīng)擴(kuò)大防滲體斷面，加強(qiáng)反濾。五、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容壩基的開(kāi)挖與清理粘性土截水槽灌漿帷幕灌漿帷幕深入相對(duì)不透水層3～5m，心墻、斜墻壩設(shè)在防滲體底部，均質(zhì)壩可設(shè)于距上游壩腳1/3～1/2壩底處。壩體與岸坡連接8、泄水建筑物設(shè)計(jì)

引水渠設(shè)計(jì)：確定渠底高程，進(jìn)口多為喇叭口形狀，要求盡量直、短，可做成平底或逆坡，過(guò)水?dāng)嗝娲笥诳刂贫芜^(guò)水?dāng)嗝妗?/p>

控制段設(shè)計(jì)：確定堰型和堰面曲線，一般采用實(shí)用堰（按規(guī)范或水力學(xué)書(shū)設(shè)計(jì)）。對(duì)于W