《水工建築物》
課程設計任務書及指導書
（水利水電工程專業）
華北水利水電學院繼續教育學院鄭州水校教學點
二00九年十二月
第一部分重力壩課程設計任務書
一、目的要求
本次課程設計的目的是為同學們創造一次全面運用所學重力壩的理論知識解決實際問題的訓練機會，使學生對重力壩的設計內容、方法及步驟有系統的了解，培養和提高同學們的綜合運算、繪圖及編寫設計報告的基本技能，為今後從事設計、施工、管理工作打基礎。同時通過課程設計來進一步考察同學們的學習效果、綜合能力和自學能力。
二、基本資料
某水庫位於某地區主河道的上游，屬高山峽谷地區。現根據當地的經濟發展要求修建水庫，其功用以發電、灌溉、防洪為主。水庫總庫容970萬立方公尺，電站裝機容量4000kw，年發電量1001萬kw*h。
現已經確定以下資料供選擇參考：
（1）水位、高程、流量
校核水位（0.2250.78m
設計洪水位（2247.12m
正常蓄水位247.12m
淤積高程215.00m
河床高程208.00m
設計洪水下洩流量 350 m3/s
校核洪水下洩流量 400 m3/s
在河床部分的基岩設計高程約在202m，岸坡的弱風化基岩上的覆蓋層厚度約為5m。相對不透水層距離地表約15m左右。
（2）水庫庫面吹程2公里，壩址多年平均風速15m/s
（3）水庫淤沙：淤沙浮容重為8.5kn/m3，淤沙內摩擦角200
（4）河床砂卵石：砂卵石浮容重為12kn/m3，淤沙內摩擦角260
（5）築壩材料：砌石體容重22kn/m,混凝土容重24kn/m
（6）壩體混凝土與壩基面接觸面的抗剪摩擦係數f=0.75
砌石壩體與壩基面接觸面的抗剪摩擦係數f=0.70
（7）樞紐位於**區，**烈度：7度
（8）考慮到庫區岩石堅硬但完整性較差，水庫下游衝坑係數選用α=1.2
（9）基岩傾角較陡， 挑射距離與最大衝坑深度之比要求大於2.5
重力壩洩水方式採用壩頂溢流式。設計單寬流量為30.3 m3/s。壩頂有一般交通要求。
根據水庫地基情況，設定帷幕灌漿和排水孔幕，帷幕灌漿中心線距上游壩踵5m ，排水孔中心線據帷幕中心線1.5m。
揚壓力折減係數取0.65，折減位置距上游壩軸線6.5m。
附錄1：壩址地形圖
三、設計內容
1.確定水利樞紐工程和水工建築物的等級。
2.大壩的樞紐布置
3.非溢流壩的斷面尺寸擬定
4.溢流壩剖面的設計
5.重力壩的可靠度計算
6.消能防沖設計
7.大壩構造設計
四、設計成果
1.設計說明計算書乙份（說明部分寫在計算書前面）。
要求詳細列出所有計算過程，計算過程盡量列表計算，附計算草圖；列出計算成果，分好章節，附有目錄，不一定要列印稿；內容完整，語句通順，書寫工整。有封面和目錄，標明頁碼。
2.設計圖紙三張
要求用cad製圖，圖紙上寫有圖紙說明，堰面曲線要求畫出區域性詳圖，列出具體座標。圖中尺寸要求詳細標註。其中：
圖一內容：溢流壩剖面圖和非溢流壩剖面圖，堰面曲線及座標列表、止水詳圖。要求在剖面圖上標出詳細壩體構造布置情況、壩基處理情況。
圖二內容：壩體平面布置圖。要求定出壩軸線的方位角、定出控制點，計算座標；標出壩段樁號及分縫止水及排水廊道的布置。
圖三內容：大壩下游面立檢視。具體要求同圖二。
3.成果說明乙份。
要求簡要說明計算成果及合理性，或設計的不足和還可以進一步改進的地方，寫出設計體會。附在計算書的後面。
4.列出參考書目
列出資料或採用計算公式的出處，寫明參考書的書名，頁碼，標於成果說明的後面。
五、參考資料
[1] 水工建築物荷載設計規範dl5077-1997
[2] 混凝土重力壩設計規範dl5108-1999
[3] 漿砌石重力壩設計規範
[4] 小型水電站上冊天大水利系主編
[5] 水工建築物教科書
[6] 重力壩設計圖集
第二部分重力壩課程設計指導書
根據提供的水文、地質資料，在分析研究所提供的資料的基礎上，完成水工建築物重力壩的設計任務。
一、確定水利樞紐工程和水工建築物的等級
1.樞紐等級
根據庫容及裝機容量分別確定，以最高等級為標準，確定水利樞紐等。
2.水工建築物等級。
根據最高的樞紐等級確定建築物的級別，並考慮是否提級。
二、大壩的樞紐布置
根據給定的壩址地形圖確定重力壩壩軸線位置。並且通過下面的計算成果、剖面和壩段等具體內容，在給出的地形圖上繪製出大壩平面布置圖。
三、非溢流壩斷面尺寸擬定
大壩為重力壩,考慮工程量、工程造價，地形、地質及施工進度等情況進行壩型的選擇（混凝土或漿砌石）。
1.確定壩頂高程
對於峽谷地區，按照官廳水庫公式計算。
非溢流壩壩頂在洪水位以上的超高為△h 。
△h=2h1+ h0+ hc
波高： 2h1=0.0166v5/4×d1/3
v—平均風速
d—吹程
波長： 2l1=10.4(2h1)0.8
波浪中心線在靜水位以上的高度：
h0=2π(h1)2/2 l1
安全超高hc可根據大壩的級別查出。
壩頂高程按設計洪水位和校核洪水位兩種情況計算，選定較大值。計算時相應的波長、波高計算可以參考課本或其他資料。
2. 確定壩頂寬度
壩頂寬度可採用壩高的8％～10％，並且不小於2m。
3. 確定壩底寬度
根據穩定條件分析，壩基面的抗剪強度較高時，壩底寬度由應力條件控制，反之，壩基面抗剪強度較低時，壩底寬度由穩定條件控制。一般壩底寬度可取壩高的0.7～0.9倍。
也可以直接初擬下游邊坡係數來確定壩底寬度。
4.擬定並繪製實用剖面。
可以參考穩定校核的結果，確定最終經濟合理的實用斷面型式。
四、溢流壩剖面設計
1.確定溢流面曲線
溢流壩採用wes曲線。堰頂按方程計算，座標原點在堰頂。
列出溢流壩堰面曲線座標**，並繪製溢流壩面曲線圖。
2.溢流壩總長度
溢流前緣總淨寬l=q溢/ｑ （不含閘墩厚度）
溢流孔數為n,單孔寬度為b,則l=nb
根據計算，孔數ｎ可考慮取1。初擬邊墩厚d =2m，則溢流壩段總長度為= nb+2d
3.溢流壩段堰頂高程
側收縮係數為ε＝0.95；
流量係數m=0.502；
h0為堰上水頭。
計算成果
堰頂高程取計算結果中的大值。
五、重力壩的可靠度計算
本次設計只計算非溢流壩段抗滑穩定計算，採用分項係數極限係數設計方法。
1.計算所有作用，列出重力壩作用計算表。
確定基本組合正常蓄水位情況和偶然組合校核洪水位情況的作用組合，分別列表計算。
2.按承載能力極限狀態校核壩基面抗滑穩定
作用效應函式s（*）及抗滑穩定抗力函式r（*）、各作用分項係數選取查資料[2]。
若抗滑穩定計算不滿足則修改斷面尺寸。
垂直水壓力
水平水壓力
浪壓力泥沙壓力
r—水的重度，取9.81
a——面積；
l—波長
—壅高—波高；
—壩段前泥沙淤積厚度。
六、消能防沖設計
採用挑流消能方式進行消能，根據設計資料和下游河床地質條件，選擇挑流鼻坎的型式。
1.挑射角為 =
2.反弧半徑的確定
初擬流速係數為0.96。
流速 v=
坎頂水深 h=
反弧半徑 r=（4～10）h
3.挑坎高程
挑坎高程高出下游水位2m。
堰頂按方程計算，座標原點在堰頂。
4.挑距確定
根據教材公式，確定挑距。為保證壩趾基岩的穩定，要求衝坑最低點距離壩趾的距離不小於2.5倍的坑深。
5.沖刷坑深度
按照教材公式計算。
七、大壩構造
1.壩頂構造
（1）非溢流壩段
壩頂上游設防浪牆，與壩體連成整體，結構為鋼筋混凝土結構，防浪牆在壩體橫縫處留有伸縮縫，縫內設止水。牆高1.2m，牆厚為30cm，以滿足運用的要求，下游側設防護欄，壩頂面有傾向兩側的橫坡，並有排水管通向上游。
（2）溢流壩段
工作閘門布置在溢流壩頂稍偏向下游一些，以防閘門部分開啟時水舌脫離壩面而形成負壓。 採用平板閘門，確定閘門的尺寸。
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目錄前言 2 第一章基本資料 3 1.1 工程概況 3 1.2 水文條件 3 1.3 氣象條件 3 1.4 工程地質 4 1.5 工程特性表 4 第二章壩型選擇與樞紐總體布置 6 2.1 壩型的選擇 6 2.2水工建築物的布置 7 第三章重力壩非溢流壩段設計 8 3.1 基本剖面的擬定 8 3.1....
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姓名 學號 專業 日期 目錄第一章設計依據01 1.1 壩址水文條件01 1.2壩址地質條件01 第二章基本資料02 2.1工程規模02 2.2水庫特性04 第三章樞紐總體布置04 3.1壩軸線選擇04 3.2壩型確定04 第四章工程布置與壩體構造05 4.1非溢流壩結構與構造05 4.2溢流壩結構...