《水工建築物》系列課程設計
--------重力壩電算課程設計
指示書一、設計任務：漿砌石重力壩典型剖面設計
二、設計內容：根據提供的水文、水利計算成果，在分析研究所提供的資料的基礎上，進行水工建築物的設計工作，設計深度為初步設計。主要設計內容為：
1、確定水利樞紐工程和水工建築物的等級、洪水標準
2、通過穩定、強度分析，擬定壩體經濟斷面尺寸；
3、通過壩基水平截面處壩體內部應力分析，定出壩體混凝土分割槽方案；
4、壩體細部構造設計：廊道布置、壩體止水、壩體排水及基礎防滲和排水等。
三、設計作法
分析基本資料，根據課堂所學內容，參照規範[1～3]各相應部分進行設計，對設計引數進行選取、方案進行擬定等。
設計中所需基本資料，除已給定之外，還有自行研究確定的。
四、基本資料
(一)、設計標準：某水庫位於某河道的上游，庫區所在位置屬高山峽谷地區。根據當地的經濟發展要求需修建水庫，該工程以發電、灌溉、防洪為主。
擬建的水庫總庫容1.33億立方公尺，電站裝機容量9600kw。工程等級、建築物級別以及各項控制標準、指標按現行的國家規範規範[4]自行確定。
(二)、壩基地質條件
1、開挖標準：本工程壩體在河床部分的基岩設計高程原定在827.20m。
2、力學指標：壩體與壩基面接觸面的抗剪斷摩擦係數f＇=1.05，粘結力係數c＇＝900kpa。
3、基岩抗壓強度：1500
(三)、特徵水位
經水庫規劃計算，壩址上、下游特徵水位如下：
p=0.1%校核洪水位為909.92，相應下游水位為861.15；
p=1% 設計洪水位為907.32，相應下游水位為859.80；
正常擋水位為905.70；相應下游水位為855.70；
淤沙高程為842.20；
(四)、荷載及荷載組合
荷載組合根據實際情況並參照規範[1～3]要求。具體計算時選取了1種有代表性或估計其為控制性的組合進行設計計算。
有關荷載資料如下：
1、築壩材料：漿砌石容重。
2、壩基揚壓力、壩基防滲處理：根據水庫地基情況，設定帷幕灌漿和排水孔幕，揚壓力折減係數取0.3，折減位置距上游壩軸線8m。
3、風速與吹程：壩址洪水期多年平均最大風速18.1m/s，洪水期50年重現期最大風速25m/s，壩前吹程1公里。
4、水庫淤沙：淤沙浮容重為8.0，淤沙內摩擦角。
5、壩址**基本烈度：根據「中國**烈度區劃圖」壩址位於7度區，設防烈度按7度考慮。
6、壩頂有一般交通要求。
五、設計步驟
(一)、工程等級確定
由於擬建的水庫總庫容1.33億立方公尺，電站裝機容量9600kw。按現行的國家規範規範[4]如下表
由以上工程等級規範可得出，工程等級為ⅱ級。
(二)、初步擬定壩體斷面
1、基本剖面尺寸的確定：假定基本剖面為三角形，上游水位與壩頂齊平，揚壓力、靜水壓力均為三角形分布，確定滿足強度和穩定條件下的最小壩底寬度t。
用設計洪水位（p=1%）初步擬定壩體斷面，則有：
①按滿足強度條件確定壩底的最小寬度t
當庫滿時：
上游邊緣鉛直正應力 (1)
下游邊緣鉛直正應力2)
當庫空時，令式(1)、式(2)中=0，得：
上游邊緣鉛直正應力3)
下游邊緣鉛直正應力4)
強度控制條件是壩基面不允許出現拉應力。當庫空時，由式(3)可以看出：只要在0～1之間，即上游坡度取正坡，壩基面不出現拉應力。
當庫滿時要使上游不出現拉應力，可令式(2)中0，求得壩底寬度為：，由該式可知，當h為一定值時，值越小，則底寬也越小。考慮庫空時，下游壩面不出現拉應力，可取=0，求得上游壩面為鉛直面的三角形基本剖面的最小底寬。
②演算寬度t=55.35m時是否滿足穩定要求
由式k值大於3，滿足要求。所以取t=63m
2、壩頂高程、壩頂寬度的確定：根據已給的設計洪水位及校核洪水位，考慮風浪及安全加高等確定浪牆頂高程及壩頂高程。又由於壩頂需要行走門式起重機，門機軌距7.
0公尺。計算設計洪水位和校核洪水位情況下的h1%(m)和hz則由公式可求出安全超高。
計算過程如下表：
最後確定壩頂防浪牆高程為911.35m，防浪牆高為1.2m，所以壩高為82.95m。
一般壩頂寬度取壩高的百分之八到百分之十，且不小於3m，當在壩頂布置移動式啟閉機時，壩頂寬度要滿足安裝門機軌道的要求，由於壩頂需要行走門式起重機，門機軌距7.0公尺，，取壩頂寬度為9m。
3、擬定壩體基本斷面
①上游壩面坡度應與溢流壩段、放水孔壩段相協調，為照顧洩、放水需要，上游面宜採用直立布置。
②壩體基本三角形頂點，可放在校核洪水位，或略予提高；
③參考碧流河水庫設計成果擬定，將已擬定的斷面，按比例畫出圖如下：
圖**以標出單位外，其它資料單位均按mm計。
(三)確定荷載組合：
荷載組合表
(四)荷載計算
計算簡圖如下：
各荷載計算分別如下：
自重w1=23.5×9×82.95=17544kn
自重w2=0.5×23.5×（63-9）×68.67=43571kn
上游水壓力水平方向p1=0.5×9.81×80.12×80.12=31486kn
下游水壓力水平方向p2=0.5×9.81×32.6×41.47×=5225kn
下游水壓力垂直方向p2=4082kn
揚壓力u1=9.81×32.6×63=20160kn
揚壓力u2=140×0.5×(63-8)=3850kn
揚壓力u3=140×8=1120kn
揚壓力u4=(780-454) ×8×0.5=1304kn
淤沙壓力
上游浪壓力:
因為上游水位，所以計算浪壓力選取深水波公式：
荷載及力矩計算表
對幾種荷載組合情況分別進行穩定分析：按照規範規定的抗剪斷強度計算公式：
滿足要求。
式中：f』 為壩體混凝土與基岩接觸面的抗剪斷摩擦係數；c』 為壩體混凝土與基岩接觸面的抗剪斷凝聚力；為作用於壩體全部荷載對滑動平面的法向分值；為作用於壩體全部荷載對滑動平面的切向分值。
由以上得符合要求。
(五)、抗滑穩定計算電算過程
本計算遵循以下規範：
《混凝土重力壩設計規範 》 (dl 5108-1999)
《水工混凝土結構設計規範 》(dl/t5057-1996)
《水工建築物抗震設計規範 》(dl 5073-2000)
《水工建築物荷載設計規範 》(dl 5077-1997)
《水利水電工程結構可靠度設計統一標準》(gb50199-94)
重力壩斷面按單寬計算。
基本資料
重力壩建築物級別：2級，安全類別：ⅱ。
壩基截面高程為827.200m。
水平向設計**加速度代表值 αh＝0.10g，計**作用。
**動態分布係數採用擬靜力法計算。
上游**動水壓力折減角θ＝90.000°
下游**動水壓力折減角θ＝90.000°
重力壩為常態混凝土，強度等級：c10
混凝土重度 rc＝23.5kn/m^3
水重度 rw＝9.8kn/m^3
淤沙浮重度 rs＝8.0kn/m^3
淤沙內摩檫角 ψ＝12.000°
揚壓力圖形折減點離上游面距離lo＝8.000m
揚壓力圖形折減係數 α＝0.300
基岩抗剪斷摩檫係數 f'= 1.050
基岩抗剪斷凝聚力 c'(mpa) = 0.900
工況表│ i│設計狀況│**│上游水位│下游水位│淤沙高程│平均波長│波高 h1%│
重力壩畢業課程設計
混凝土壩設計與施工 專業 水利水電建築工程 班級 水工1105班 組別 第三組 組長 張鳳劍 指導老師 陳一華 混凝土壩設計與施工 組長 張鳳劍 副組長 韋倩婷張維 組員 胡文學袁凱李志文 張洪江李齊彪 指導老師 陳一華 班級 水工1105班 組別 第三組 前言本設計說明書是根據 水工建築物 混凝土...
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