水工建筑物课设

姚家河重力坝 课程设计说明书 姓名：杨康瑾 学号：2014158122 班级：20141581班 指导老师：彭云枫 日期：2017年9月6日 目录 1．设计目的    1 2．设计资料    1 3．水库及枢纽工程的勘测、规划成果    4 4．工程等级及洪水    5 5．非溢流坝的断面尺寸拟定    7 6．荷载计算    10 7.坝体应力分析    13 8重力坝的稳定校核计算    20 9.溢流坝剖面的设计    22 10溢流坝的结构布置    29 11大坝的构造    30 12.坝基处理    32 1．设计目的 课程设计是教学中一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学的基础理论、专业知识和基本技能，进行水利工程设计、建设管理的综合训练，是前面各个教学环节的继续、深化和拓宽，是学生综合素质和工程实践能力培养的重要阶段。 2．设计资料 2.1基本情况 姚家河水库位于湖北省大悟县境姚家河中上游。姚家河发源于本区王家店，是环水东支大悟河的一条支流，全长约40km，一在三里城处汇人大悟河。流域总面积46. 7km2，坝址以上控制面积27.6km2流域内四季气候鲜明，下游土壤肥沃，盛产水稻、小麦、棉花等作物。姚家河为一山区河流，河床较窄，水位变幅较大，因水量不足，又易引起旱灾。为此，每当山洪暴发根据流域规划下游即遭洪水淹没；而当缺雨季节，确定兴建姚家河水库，以达兴利除害的目的。 根据流域规划要求，确定本水库以灌溉为主，兼兴防洪、养鱼之利，其主要任务如下： (1)灌溉方面：灌溉面积共4万亩，均分布于水库右岸。 (2)防洪方面：根据下游防洪要求，最大下泄流量不得超过120m3/s。 2.2基本资料 2.2.1地形地质 本区没有大的高山附近都是堆积剥蚀低丘，一般地势比较平坦，相.对高程不超过200m，坡度为30度～50度，局部地势较陡，约为60度～80度。地貌特点是右岸山头岩石露头较明显，覆盖层厚0.2m，面岩右均已风化，风化层厚1. 0m，局部地区有崩塌现象；左岸岩石露头较少，覆盖层厚1.5m，风化层厚1. 0m。库区为一狭长带形，两岸群山连绵松树，山坡多植，植被良好。耕地主要分布于右岸下游平坦地区，沿河两岸分布有少量梯田。 本区岩石均为太古代泰山纪变质岩，大致可分为5种，分别为花岗片麻岩、闪长岩、石英岩和石岩云母片麻岩。其中以花岗片麻岩分布最广，整个库区均有，其抗压强度较高，但易风化。各种岩石在坝址附近分布情况如坝址地形地质图所示。岩层走向均与河流斜交，倾向库内，一般倾角较大，有的近于垂直。花岗片麻岩中裂隙和节理不是很发育。 坝址处河谷狭窄，上、下游较开阔，足以布置施工场地。坝址以上有足够的库容可以满足蓄水要求。坝址处河床高程103.00m，有3m厚的砂卵石覆盖层，工程地质条件良好。坝址左岸离坝轴线400m处有天然鞍部，略高于正常蓄水位，工程地质条件亦属良好，覆盖层为砂质粘土，平均厚约3m，可布置溢洪道，钻孔资料如坝址地形图所示。库区地质条件与坝址区大致相同，未发现坍塌、滑坡现象，节理裂隙不发达，渗漏问不严重。本区地震基本烈度小于6度。 2.2.2水文气象资料 流域内无径流资料。所需年、月设计径流量及洪水流量均由暴雨推求，并根据降雨系列延长。通过水文水利计算得出各特征值见后面调洪演算成果。本区风力按7级计，最大风速多年平均值15m/s，水库吹程1km。 2.2.3建筑材料 根据勘测，距坝轴线1 km以.内有比较丰富的土料，主要分布如下 (1)砂质粘土。分布于坝址以上肖家阪等处，最大运距1000 m，储量为12万m3，高程为106.00～110.00m。坝址以下两岸山坡有8万～9万m3，运距在800- 1000m范围之间。 (2)河床砂卵石。由于姚家河为一山区河流，河谷较窄，沙滩较少。因此，坝轴线附近，砂卵石储量不多，约有5.5万~5.9万m3，分布于坝轴线上、下游200m处。坝轴线下游有较多的砂卵石储量(约40万m3)，运距1000m左右。各种土料物理力学性质见表所示。 表1土料物理力学性质表 土壤名称 比重 孔隙率 含水量（%） 干容重（KN/m3） 天然容重（KN/m3） 饱和容重（KN/m3） 砂质黏土 2.70 0.37 19.0 16.7 19.9 20.5 河床砂卵石 2.76 0.50 30.0 20.0 22.0 24.5 土壤名称 粘聚力（KN/㎡） 内摩擦角 渗透系数（cm/s） η= 黏粒含量(%) 砂质黏土 3.0(水上) 2.0（水下） 23°(水上) 19°（水下） 1.48× 50 38 河床砂卵石 0 38° 6× 30                 2.2.4其他 坝顶无交通要求。对外交通不便，河流四季不能通航，县城至三里城小镇有20km公路，三里城至大坝仅有人行便道(长约5km)。 3．水库及枢纽工程的勘测、规划成果 3.1勘测成果 ⑴坝址地形地质图一张。 ⑵坝址河床高程:103.00m。 ⑶溢洪道出口河底高程:101.99m。 ⑷风化岩石允许流速:6m/s。 ⑸坝址及坝址卞游水位——流量关系。 3.2灌溉引水要求及渠首有关数据 ⑴设计引水流量：4.0m3。 (2)灌溉渠道进口控制水位:110.00m。 (3)渠首段渠道参数:底宽b=3.8m，边坡系数m=0.2，设计水深h=2.0m,糙率n=0. 03，渠道比降i=1/5000。 3.3水库规划设计成果 (1)正常蓄水位:123. 50m。 (2)兴利库容下限水位(相应垫底库容0.34×106m3的水位):110.85m。 (3)兴利库容5×106m3。 (4)淤沙高程107.00m。 3.4泄洪规划及调洪演算成果 (1)采用先闸门宽顶堰河岸式正槽溢洪道(不考虑其他建筑物参加泄洪)，宽顶堰堰顶高程等于正常蓄水位123.50m，控制段宽度B=11. 0m，流量系数m=0. 370，侧收缩系数=0. 95(堰顶进口为圆角，上游堰高2.0m，边墩头部为圆弧形) (2)设计洪水位126. 30m，设计洪水位时溢洪道下泄流量80m3 / s，相应下游水位103. 83m。 (3)校核洪水位127.06m。 表2 坝址上游水位——流量关系表 水位（m） 103.0 103.5 104.0 104.5 105.0 105.5 105.8 流量（m3/s） 0 7.5 17.0 30 50 100 120                 表3 坝址下游水位一流量关系表 水位（m） 101.84 102.62 103.15 103.54 103.83 104.03 104.10 流量（m3/s） 0 20 40 60 80 100 120                 4．工程等级及洪水标准 4.1工程等级的确定 根据已知条件：兴利库容0.05亿m3，推算总库容为0.05亿m3-0.1亿m3，由表4知工程等级为 级；灌溉面积共4万亩，确定水利枢纽工程等级为 级；则水利枢纽工程等级为 级，工程规模为小(1)型。 由于重力坝为永久性水工建筑物，由表5知水工建筑物的等级为4级。 表4 水利水电工程分等指标 工程等别 工程规模 分等指标 水库总库容 （亿米 ） 防洪 灌溉面积 （万亩） 保护城镇及工矿区 保护农田面积（万亩） Ⅰ 大（1）型 >=10 特别重要 >=500 >=150 Ⅱ 大（2）型 10～1 重要 500～100 150～50 Ⅲ 中型 1～0.1 中等 100～30 50～5 Ⅳ 小（1）型 0.1～0.01 一般 30～5 5～0.5 Ⅴ 小（2）型 0.01～0.001   <5 <0.5             表5永久性水工建筑物级别 工程等别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 主要建筑物 1 2 3 4 5 次要建筑物 3 3 4 5 5             4.2确定洪水标准 表6丘陵山区永久性水工建筑物的防洪标准 水工建筑物级别 洪水重现期（年） 设计 校核（重力坝） 1 1000~500 5000~2000 2 500~100 2000~1000 3 100~50 1000~500 4 50~30 500~200 5 30~20 200~100       据上表可知该重力坝为4级水工建筑物，防洪标准按30到50年一遇的洪水设计，200到500年一遇的洪水校核。 5．非溢流坝的断面尺寸拟定 5.1合理坝型 重力坝是主要依靠坝身自重保持稳定的坝，其基本剖面是直角三角形，混凝土重力坝的稳定性大于浆砌石重力坝的稳定性。由于水库拦水面积较大，根据姚家河重力坝坝址的地形、地质及洪水特点，故修建混凝土重力坝更为合适。 5.2、确定坝顶高程 非溢流坝坝顶在洪水位以上的超高为 其中波高：                波长：        波浪中心线在净水位以上的高度：  计算风速在水库设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核洪水位时宜采用相应洪水期多年平均最大风速。 表7两种工况下的吹程及计算风速表 计算情况 库水位Z 吹程D 最大风速 计算风速 设计工况 126.30 1 15 22.5 校核工况 127.06 1 15 15           设计工况 波高： =0.81m 波长： =8.79m 波浪中心线在净水位以上的高度： =0.12m 校核工况 波高： =0.49m 波长： =5.88m 波浪中心线在净水位以上的高度： =0.06m 表8永久性挡水建筑物安全加高 值 运用情况 永久性挡水建筑物级别 1 2 3 4或 5 设计工况 0.7 0.5 0.4 0.3 校核工况 0.5 0.4 0.3 0.2           从表8中查找出：对于4级建筑物设计工况 校核工况 设计工况: 校核工况: 设计洪水位时的坝顶高程： 设计洪水位+ =126.30m+1.23m=127.53m 校核洪水位时的坝顶高程： =校核洪水位+ =127.06m+0.75m=127.81m 计算汇总如表9： 表9坝顶高程计算汇总表 计算工况 （m） （m） （m） （m） 坝顶高程 （m） 设计工况 0.81 0.12 0.3 1.23 127.53 校核工况 0.49 0.06 0.2 0.75 127.81             由计算结果可得，设计工况下的坝顶高程小于校核工况下的坝顶高程，则取校核工况下的高程，取整数，坝顶高程为128m 5.3确定坝顶宽度 坝高=坝顶高程-坝址河床高程=128m-103m=25m。坝顶宽度应根据剖面设计丶施工及运行的要求确定，不宜小于3m，坝顶宽度可取为坝高8%—10%，则坝顶宽度可取3m。