水工建筑物课程设计设计说明书毕业论文

'水工建筑物课程设计说明书姓名：学号：专业：日期： 目录第一章　设计依据-----------------------------------011.1坝址水文条件------------------------------------011.2坝址地质条件-------------------------------------01第二章基本资料-----------------------------------022.1工程规模-----------------------------------------022.2水库特性-----------------------------------------04第三章　枢纽总体布置--------------------------------043.1坝轴线选择---------------------------------------043.2坝型确定-----------------------------------------04第四章工程布置与坝体构造--------------------------054.1非溢流坝结构与构造-------------------------------054.2溢流坝结构与构造--------------------------------06 第一章设计依据1.1坝址水文条件根据调洪演算，得到各种频率下的洪水成果表：时段P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%洪峰886.6843.2767.3689.8630.9582.8502.2420.1洪量33973221291726062371210518701580根据计算，得到坝址处悬移质多年平均输沙量61000t，相应含沙量0.21kg/m3。1.2坝址地质条件取水坝坝址河床宽14m，地形平缓，坝轴线下游20m，河床由268°转为307°，河道变陡。河床堆积层为第四系砂砾卵石、漂石（最大块径长18m，宽11m，高8m），厚4.0～5.0m，属于松散堆积层。取水坝左岸坡出露基岩，岩性为黑云母花岗岩，强～弱风化状，其中顺河左岸边坡稳定性较好。顺河右岸边坡稳定性较差，地形呈一圆弧洼地，于此洼地后部发育为一深冲沟，沟线走向154°，与河流斜交，初步勘察表明，右岸坡受地表水冲蚀及河水的底蚀作用，右岸坡发生过表层坍滑（坍滑体长40m，宽23m，滑深约8m），总体坡度43°，大部分松散堆积物已被冲蚀，最大残余深约4m，需要做相应护坡处理。建议坝址河床清基深度5.0～6.0m，基础应置于较为密实的全风化花岗岩上。　　建议物理力学指标：①冲、洪积漂（卵）石：γ=19～21kN/m3、E0=40～60MPac=0.01～0.02MPa、φ=18°～30°，[R]=0.3～0.6MPa、μ=0.15～0.20、k=3～12×10－2cm/s。②残、坡积含砾粉土及砾质土：γ=10～15kN/m3，E0=18～40MPa，c=0.01MPa，φ=15°～30°，[R]=0.2～0.4MPa，μ=0.25～0.30。③全风化花岗岩：γ=15～20kN/m3，E0=10～20MPa，c=0.01MPa、φ=12°～30°，[R]=0.1～0.5MPa，μ=0.35～0.40。④强风化花岗岩：γ=19～23kN/m3，E0=30～60MPa，c=0.01MPa，φ=22°～30°，[R]=0.6～1.0MPa，μ=0.18～0.33。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程所在地地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。 第二章基本资料2.1工程规模根据水能计算结果，水电站装机容量为2×3200kW，设计引用流量Q=7.5m3/s，为保证发电水头，取水口底。板高程不得低于1681.20m。设取水口面积为A=1.2×1.2，u=0.6带入,h=3.85m取水板高程为1682.15m,溢流堰顶高程为1682.15+3.85=1686m 该工程为五级，校核洪水位100年一遇，设计当p=1%,Q=767.3m/s;p=5%,Q=582.8m3/sm=0.502,ε=1,σ=1.B=25,当Q=582.8m3/s设计洪水位h=4.8m，Q=767.3m/s,校核洪水位h=5.8m则校核洪水位高程为1686+5.8=1691.86m,设计洪水位高程为1686.6+4.8=1690.8m，非溢流坝顶高程1686+5.8+0.2=1692m消能计算：该工程为5级工程，消能防冲为10年一遇，相应Q=502,.2m3/s，，V=4.7m/s,,h=4.3m.其中φ取0.95 经过试算得把h1=1.74m带入h2=6.1m查规范得，护坦上不设辅助消能设施时溢流坝反弧半径R=(4~6)hc=4m.R1=0.5hd=5.8×0.5×0.7=4m。　　2.2.水库特性本方案电站坝址选在上轴线。按电站工程洪水计算规范，校核洪水取100年一遇，设计洪水取20年一遇进行计算。坝址下游无防洪要求，溢流坝堰顶不设闸门，故取正常蓄水位与堰顶高程一致。经计算，其特征水位及相应下泄流量见表1。表1水库特性表　　指标名称上游水位（m）下游水位（m）相应下泄流量（m3/s）校核洪水位（P=1%）1691.801691.80767.3设计洪水位（p=5%）1690.801690.80582.8正常蓄水位1686.001681.50（堰顶高程）第三章枢纽总体布置　　3.1坝轴线选择 　　在坝址地形图上选两条坝轴线，即上坝轴与下坝轴进行比较。通过比较，上坝址基岩倾向上游，两岸基岩裸露，河床覆盖深在6米以内，渗漏问题不严重。根据钎探资料，河床覆盖层最厚6米，最薄0.3米，清基工程量不大。该坝址河流顺直，水流条件好，下泄水流离主河道左岸弯曲段远。综合上述地质、地形、水流等方面的条件，上坝轴线较下坝线条件优越，故采用上坝线作为本工程坝轴线。　　3.2坝型选择根据上述所提供的地形、地质条件及水文气象资料，进行综合分析如下：电站拟选坝址河谷呈“U”型，宽高比达3.1以上，拱的作用小，两岸山体稳定性较差，并因洪水流量大，泄洪建筑物较难布置，故放弃拱坝设计方案。电站附近，筑坝土料缺乏，同时坝址位置较窄，无法布置溢洪道，如布置溢洪道，还需对左坝肩进行大面积的开挖，有可能造成坝体稳定性差，工程量大，造价高，也是不可取的。　　若采用重力坝方案。其筑坝材料可用砼和浆砌石两种材料，能使该工程充分利用现有的自然条件，且泄洪建筑物容易布置，施工导流易于解决。居于浆砌石和纯混凝土两种坝型而言，浆砌石重力坝虽然水泥用量少，投资小，但不能实现机械化施工，人工砌筑，坝体质量难以控制，工期长，是不可取的；另外，随着改革的深入，施工质量和进度都将受到合同和国家法律的约束。因此，唯有混凝土重力坝才是较理想的坝型，它能满足由于施工工艺、组织管理和机械设备使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。　　重力坝按坝体的结构形式，可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝三种。实体重力坝的结构形式简单，设计施工方便，其问题是扬压力大，材料抗压强度不能充分发挥。空腹重力坝、宽缝重力坝则可以利用空腹和宽缝排除坝基的渗透水流，有效减少扬压力，较好地利用材料的抗压强度，可减少10%～30％的工程量，可降低工程造价，但其模板用量大，施工工艺复杂，需专业队伍进行施工。　　综合上述多方面因素，实体坝虽然工程量大，但由于其体型简单、施工方便、工期短，工程可提前发挥效益，从而使工程投资可以得到补偿，混凝土实体重力坝有利条件较多，故拟定为本工程的最优坝型。第四章工程布置与坝体构造 　　根据规范规定，大坝工程等级为五等，主要建筑物级别为五级，次要建筑物级别5级。大坝防洪标准按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。拦水坝为实体重力坝，坝顶总长41.15米，最大坝高13m，主要由非溢流坝段、溢流坝段组成，其建筑材料均为C15混凝土浇筑。　　4.1非溢流坝结构与构造　　根据前述，非溢流坝坝顶高程为1692m，拟定坝顶宽3m，上游坝坡为垂直面；下游坝坡在高程1692—1685段为坡度为1:0.8，1685m以下为垂直段。重力坝根据工程地形地质条件，未考虑设排水沟和防渗帷幕，坝顶不设防浪墙。工程不考虑地震及冰冻作用，其抗滑稳定计算按分项系数极限状态法计算；应力分析计算采用概率极限状态设计法。经计算，稳定及应力均满足规范要求。　　4.2溢流坝结构与构造溢流坝段位于河床中间，有利于泄洪时水流顺畅，主河槽基岩好，抗冲能力强。结合实际情况，本工程坝顶溢流采用不设闸门的坝面溢流形式，堰顶高程与正常蓄水位齐平，即堰顶高程为1692m，堰宽41.15米，堰上最大水头5.8m。溢流堰上游堰头曲线采用一圆弧形曲线，堰面曲线采用幂曲线，曲线末接1：0.8的直线段，其末端曲线半径为4m的反弧鼻坎。溢流坝最大堰高7m，最大底宽9.6m（基础）,堰顶最大下泄流量为767.3m3/s。　坝体稳定承载能力极限状态计算溢流坝段（一）、基本资料坝顶高程：1686m校核洪水位（P=1%）上游：1691.80m下游：1691.80m正常蓄水位上游：1686m下游：1681.5m (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算）A、正常蓄水位情况（上游水位1686m，下游水位1681.5m）①竖向力（自重）W1=24×3×7=504KNW2=24×6.6×5.5/2=435.6KN∑W=939.6KNW1作用点至O点的力臂为：(9.6-3)/2=3.3mW2作用点至O点的力臂为：竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：MOW1=504×3.3=1663.2KN·mMOW2=－435.6×1.133=－493.53KN·m∑MOW=1169.67KN·m②静水压力（水平力）P1=γH12/2=9.81×(1686－1679)2/2=－240.35KNP2=γH22/2=9.81×(1681.5-－1679)2/2=30.63KN∑P=-209.72KNP1作用点至O点的力臂为：(1686－1679)/3=2.33m P2作用点至O点的力臂为：(1681.5－1679)/3=0.83m静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：MOP1=－240.35×2.33=－560.02KN·mMOP2=30.63×0.83=25.42KN·m∑MOP=－534.60KN·m③扬压力扬压力示意图请见下页附图：H1=1686－1679=7mH2=1681.5－1679=2.5m(H1－H1)=7－2.5=4.5m计算扬压力如下：U1=9.81×9.6×2.5=235.2KNU2=9.81×9.6×7/2=329.62KN∑U=564.82KNU1作用点至O点的力臂为：0mU2作用点至O点的力臂为：9.6/2－9.6/3=1.6m竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：MOU1=0KN·mMOU2=－329.62×1.6=527.4KN·m∑MOU=－527.4KN·m将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表1附表1正常蓄水位情况各项作用力统计表单位：KN、KN·m 序号荷载效应方向力标准值力矩标准值分项系数力设计值力矩M设计值1自重↓为正939.61169.671.0939.61169.672静水压力←为正－209.72－534.601.0－209.72－534.603扬压力↓为正－564.82－527.41.2－677.78－632.88袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈'