毕业设计论文重力坝设计.doc
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1、分类号 编 号 华北水利水电学院继续教育学院 North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 毕 业 设 计题目 重力坝设计 专 业 水利水电建筑工程 层 次 高职高专 姓 名 学 号 指导教师 二0一一年 四 月 十四 日设计题目:重力坝设计摘 要:为满足防洪、灌溉、发电、旅游等方面需要,拟在修建重力坝。本枢纽属中型水库三等工程,永久性重要建筑物为三级。坝体由非溢流重力坝段和溢流坝段组成,非溢流坝布置于左右两岸,右岸非溢流坝段,从右往左,1号5号坝段,共5个坝段,坝段长18.5m,8号15号坝段,每个坝段长
2、18m,沿坝轴线全长为136.5 m,坝顶高程381.5m,防浪墙顶高程为382.7m,重力坝最大坝高61.5m,最大坝宽47.2m。溢流坝布置在河床主流上,分为2坝段,每段长17m,沿坝轴线长34m,坝顶高程 372.9m,最大坝底宽 59m,为满足洪水的下泄要求,在溢流坝顶设3个泄水孔,每孔宽8 m,溢流面采用WES剖面曲线,采用挑流消能,同时为了满足工作桥与交通桥的要求,溢流坝设4个闸墩,其中2个中墩,每个长15m,宽3m,2个边墩,每个长15m,宽2m,为了防止坝面水流向西,侧溢流边墩向下游延伸为导水墙,长15m,高3m。本设计主要有基本资料及枢纽布置、非溢流坝设计、溢流坝设计、重力坝
3、构造及地基处理四部分组成。关 键 词: 重力坝 布置 溢流 荷载 计算。目 录1 基本资料及枢纽布置11.1 基本资料11.1.1 地形地质11.1.2 水文11.1.3 其他有关数据11.1.4 本枢纽选用混凝土重力坝21.2 枢纽布置21.2.1 坝址和坝型选择21.2.2 本枢纽的等级和拦和坝的级别确定21.2.3 枢纽的总体布置22 非溢重力流坝剖面设计32.1 坝体剖面尺寸拟定32.1.1 坝顶高程的确定32.1.2 坝顶宽度的确定62.1.3 坝坡的确定62.1.4 坝体防渗排水62.2 荷载作用及组合82.2.1 自重82.2.2 静水压力82.2.3 垂直压力92.2.4 泥沙
4、压力92.2.5 浪压力92.2.6 扬压力92.2.7 浮托力92.2.8 渗透力92.3 抗滑稳定分析102.4 应力分析102.4.1 坝址抗压强度极限状态计算102.4.2 坝体上下游面拉应力正常使用状态下及结论113 溢流重力坝设计123.1 溢流孔口设计123.1.1溢流形式123.1.2 洪水标准确定123.1.3 设计流量的选择123.1.4 单宽流量 的确定123.1.5 溢流孔口尺寸的确定133.1.6 闸门高度的确定133.1.7 定型设计水头的确定Hs143.1.8 泄流能力校核143.2 消能防冲设计153.2.1 根据地形地质条件,选用挑流效能153.2.2 挑流消
5、能计算153.3 溢流坝剖面设计183.3.1 WES曲线坐标计算183.3.2 绘制溢流坝剖面203.3.3 溢流坝顶布置214 重力坝的主要构造及地基处理224.1 重力坝构造224.1.1 坝顶构造224.1.2廊道的布置和尺寸224.1.3 横逢布置224.1.4 坝体止水224.2 地基处理224.2.1 基础开挖234.2.2 拟定帷幕渗度、方向、位置23参 考 文 献24附 录25华北水利水电学院继续教育学院毕业设计 重力坝设计1 基本资料及枢纽布置1.1 基本资料1.1.1 地形地质 地形情况见附图。河床高程325m。约有23m复盖层,岩石为磷状灰岩,较完整,节理不发育,风化层
6、厚l2m,无特殊不利地质构造。1.1.2 水文本枢纽属中型水库三等工程。永久性重要建筑物为三级,按规范要求,采用50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核。经水文水利计算,有关数据如下表特征水位上游水位(m)下游水位(m)库容(万m3)相应泄量溢流坝(m3/s)校核洪水位381.5330.011501560设计洪水位380.2332.11090990正常高水位377.3326.5850最低运用水位34138淤沙高程340301.1.3 其他有关数据多年平均最大风速15ms;水库吹程D=2.5公里;混凝土重度24kNm3;淤沙浮重度9.5KN/m3;内摩擦角120度;地震波计烈度6度;基岩允许抗压
7、强度3103kpa;混凝土与基岩之间抗剪断参数f=0.9; c=700kpa;岩石冲坑系数a=1.31.1.4 本枢纽选用混凝土重力坝由非溢流重力坝段和溢流坝段组成。1.2 枢纽布置1.2.1 坝址和坝型选择坝址、坝型的选择是水利枢纽布置的重要内容,二者相互联系。不同的坝址可选择不同的坝型。本设计中河谷宽阔,地址条件好,所以选择为重力坝。1.2.1.1 地质条件地质条件是坝址、坝型选择的重要条件,重力坝需建在岩基上,其重力坝枢纽布置关键因素是地质条件,所以在考虑地质条件时应注意,断层破碎带、软弱夹层,垂直水流的陡倾斜角断层,应尽量避开岩溶地区查明潜伏溶洞、暗河、溶沟和沟槽等对建筑物的影响,应对
8、不利影响作出研究和论证。1.2.1.2 地形条件不同的坝对地形的要求也不一样,在山谷地区布置水利枢纽时,应尽量少高边坡开挖,坝址选在河谷段,坝轴线断减小坝体工程量,但对泄水和发电不利。在坝址选择时,要注意坝址位置是否对取水防沙及漂木有利。1.2.1.3 建筑材料坝址附近有足够数量符合要求的建筑材料。采用混凝土时,要求可作骨料用的沙卵石或碎石料厂。1.2.1.4 施工要求要便于施工导流,坝址附近应有开阔的地形,便于布置施工场地,应从长远利益出发,正确对待施工条件问题。1.2.1.5 综合效益对不同的坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游等部门的经济效益对环境的影响。1.2.2 本枢纽的等级和
9、拦和坝的级别确定本枢纽库容1090万m3,其他资料没有给出,所以根据水利水电枢纽等级划分标准确定本枢纽为三等工程。根据工程的级别查得,拦河坝为三级建筑物。1.2.3 枢纽的总体布置1.2.3.1 非溢流坝非溢流坝主要起挡水作用,布置与左右两岸,右岸非溢流坝段,从右往左,1号5号坝段,共5个坝段,坝段长18.5m,8号15号坝段,每个坝段长18m,沿坝轴线全长为136.5 m,坝顶高程381.5m,防浪墙顶高程为382.7m,重力坝最大坝高61.5m,最大坝宽47.2m。1.2.3.2 河床溢流坝为使洪水下泄顺畅,溢流坝布置在河床主流上,分为2坝段,每段长17m,沿坝轴线长34m,坝顶高程 37
10、2.9m,最大坝底宽 59m,为满足洪水的下泄要求,在溢流坝顶设3个泄水孔,每孔宽8 m,溢流面采用WES剖面曲线,采用挑流消能,同时为了满足工作桥与交通桥的要求,溢流坝设4个闸墩,其中2个中墩,每个长15m,宽3m,2个边墩,每个长15m,宽2m,为了防止坝面水流向西,侧溢流边墩向下游延伸为导水墙,长15m,高3m。1.2.3.3 枢纽沿坝轴线全长270.5m,共分为15个坝段,枢纽详细布置见图纸。2 非溢重力流坝剖面设计2.1 坝体剖面尺寸拟定2.1.1 坝顶高程的确定坝顶高程分别把按设计洪水位计校核洪水位两种情况进行设计,取二者中的较大值,作为选定的坝顶高程为了交通和运用管理的安全,非溢
11、流重力坝的坝顶必须高出静水位。其高出的h为: h=hc+hz+hc其中:hc:波浪高程hz:波浪中心线高出静水位的高度cmhc:安全超高浪长、浪高的确定采用官厅公式,计算风速V0在设计洪水位时采用多年平均最大风速的2倍,在校核洪水位时采用多年平均最大风速,安全超高hc根据规范规定,设计时取0.5m。校核市取0.4m。 官厅公式: (m)式中:v0:计算风速D:风区长度hz:波浪中心线高出正常蓄水位的高度H:坝前水深(1)设计水位情况:风区长度D=2.5km,计算风速v0在设计洪水情况下取多年平均风速的2北纬30m/s。 波高: hc= = = =1.581m波长:L= = =15.084m波浪
12、中心线至计算水位的校核:hz= HL hz=坝顶高程=380.2+2.501=382.701m(2)校核洪水位情况,风区长度D=2500计算风速为平均年最大风速的1倍为15m/s。波高hc= = = =0.665m波长:L= = = =7.533m波浪中心线至计算静水位的高度: hz=坝顶高程=381.5+1.149=382.649m取防浪墙高度1.2m,则设计坝顶高程为382.701-1.2=381.5m,设计坝顶高381.5-320=61.5m,校核坝顶高程为382.649-1.2=381.4m,校核最大拔高为381.4-320=61.4列表计算坝顶高程计算项目v0(m/s)hc(m)L(
13、m)hz(m)hc(m)h(m)防浪墙顶高程(m)坝顶高程(m)设计301.58115.0840.5200.42.501382.701381.5校核150.6657.5330.1840.31.149382.649381.4取覆盖层为3cm,风化层为2cm,进行坝高计算。2.1.2 坝顶宽度的确定坝顶宽度在考虑交通要求按cm拟定,如图示坝宽为7-0.25-.05-0.25=6m2.1.3 坝坡的确定根据工程经验,考虑利用部分水增加坝体稳定,上游坝面采用折坡,起坡点,按要求为1/3-2/3坝高,该工程拟折坡点高程为361.0m,上部铅直,下部为1:0.2的斜坡,下游坝破取1:0.75,基本三角形顶
14、点高程为372.17372.2以上铅直坝面。2.1.4 坝体防渗排水 根据上述尺寸算得坝体最大宽度为54.3m,分析地基条件,要求设防渗灌浆帷幕和排水幕,灌浆帷幕中心线距上游坝距6.047,排水孔中心线距防渗帷幕中心线3.26m,拟设廊道系统,实体重力坝剖面设计暂不计入廊道的影响,廊道为2.5,底距地面5m,帷幕灌浆孔距廊道内壁0.5处,排水孔距廊道下游内壁0.5m处,采取排水孔与重线的斜角,倾角下游这样的排水孔距帷幕灌浆孔在坝基的水平距离为拟定的非溢流坝剖面如下所示2.2 荷载作用及组合以设计洪水位情况为例,进行稳定和应力的极限状态验算。根据荷载组合表2-8,设计洪水情况的荷载组合包含:自重
15、静水压力+淤沙压力+扬压力+浪压力。沿坝轴线取单位长度1m计算。2.2.1 自重将坝体剖面分成两个三角形和一个长方形计算其标准值,廊道的形状暂不计入。 2.2.2 静水压力按设计洪水时的上下游水平水压力和斜面上的垂直水压力分别计算其标准值。 2.2.3 垂直压力 2.2.4 泥沙压力 泥沙压力分水平方向和垂直方向计算。泥沙浮重度为9.5,内摩擦角,水平淤沙压力标准值为。2.2.5 浪压力坝前水深大于1/2,波长(采取下式计算浪压力标准值)。 2.2.6 扬压力扬压力强度在坝址处为,排水孔中心线上为,坝址处为 。2.2.7 浮托力:() 2.2.8 渗透力:(1.2) KN KN KN2.3
16、抗滑稳定分析本次采用抗滑稳定极限状态法,经验算,设计洪水位坝基面满足抗滑稳定要求。大坝以防洪为主, 3级建筑物对应可靠度设计中的结构安全级别为二级,结构重要系数,坝体上的荷载分为两种组合。基本组合取偶然状况对应的设计状况系数,结构系数为,偶然组合省略。坝址抗压强度极限状态的设计状况系数为=0.85,结构系数为。可靠度设计要求均采用作用设计值和强度设计值,作用标准值乘以作用分项系数后的值的作用设计值。材料强度标准值乘以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本社及有关作用分项系数查表2-9得,自重为1.0,静水压力为1.0,渗透压力1.2,浮托力为1.0,淤沙压力为1.2,浪压力为1.2,混凝土
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- 毕业设计 论文 重力坝 设计
