长江工程职业技术学院水工建筑物实习

'一、设计任务1、进行重力坝挡水坝段的剖面设计。内容包括：拟定挡水坝剖面，验算坝体强度和稳定等，并绘制设计图纸。2、进行细部构造设计。包括：混凝土标号分区及廊道布置。3、画出基本组合或偶然组合的扬压力分布图。最终设计成果包括：设计说明与计算数1份，图纸一张。二、基本资料根据本工程的规模及其在国名经济中的作用，按水利部制定的SI.252—2000设计标准，水库枢纽工程属大（一）型。此挡水坝段按一级要求设计，安全级别为Ⅰ级，坝段选择C10混凝土且容重为24KN/m³。项目单位指标参数校核洪水位m156.30设计洪水位m153.70正常蓄水位m153.20死水位m110.00校核尾水位m99.10设计尾水位m97.00正常尾水位m84.10坝底高程m80.0011 （一）气象全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约700mm，且多集中在夏季7、8两月。流域多年平均气温为1Ose左右，日温度变化较大。离坝址较近的气象站实测最高气温39ºC。全年无霜期约为120d，河道一般12约封冻，次年3月上旬解冻，冰厚0.4-0.6m,岸边可达1m。浪压力大小为：80KN.（二）水文分析泥沙高程为97.6m，泥沙淤沙浮重度为9KN/m³，内摩擦角为60º。（三）工程地质此挡水坝段的抗剪断摩擦系数为0.75，抗剪断粘聚力为0.6Mpa;此挡水坝段基本烈度为7度。三、坝体断面设计内容要求坝体剖面设计要求作非溢流最大最高坝段的设计。设计的内容和步骤如下：（一）初步拟定坝顶高程、坝顶宽度、上、下游边坡及起点和坝段长度等。坝顶高程一般说来应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，由公式（3-1）计算，应选择两者之中防浪墙顶高程的较大值作为选定高程。11 Δh=h1%+hz+he(3-1)式中Δh——防浪墙顶与正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；h1%——波高(m)取0.2m;hz——波浪中心线与正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)取0.4m；he——安全超高，按下表计算。安全超高he（单位：m）相应水位坝的安全级别ⅠⅡⅢ正常蓄水位0.70.50.4校核蓄水位0.50.40.3防浪墙的高度一般可取1.2m。无特殊要求是可取坝高的1/8-1/10，但不应小于3m。坝体上游面取铅直面，下游坝坡根据稳定和应力要求确定，一般在1：0.6——1：0.8之间。坝段长度一般为15-20m，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置和浇筑能力等。（二）、坝体强度验算和坝基接触面的抗滑稳定验算。1、计算原理和控制标准。重力坝的应力计算建议采用材料力学法，抗滑稳定验算暗概率极限状态设计原则进行。对稳定和应力的计算原理，要求论述计算方法的基本假设和所采用的公式，说明公式来源和符号意义，控制标准则根据工程等级和计算情况暗有关规范规定指标选取。11 2、荷载及荷载组合基本组合：正常蓄水位的静水压力，扬压力，浪压力，自重及泥沙压力。偶然组合：校核洪水位是静水压力、扬压力、浪压力、自重、泥沙压力及冰压力。3、稳定应力计算。分别计算坝基截面歌组合情况的荷载，校核抗滑稳定是否满足要求，并计算坝基水平截面的边缘应力，校核其安全性。4、成果分析。根据以上计算结果，分析所拟定断面是否安全可靠、经济合理，是否要修改断面，最后确定坝体剖面。四、坝体细部构造设计（一）、标号分区设计根据应力计算成果和大坝各部位的工作条件的不同对其强度、抗冻、抗渗、抗热、抗冲磨等各种性能提出不同要求，并确定个区位的位置、尺寸，这里应注意：（1）把体内部混凝土应不低于C5.（2）有抗冲磨要求的混凝土不低于C15.（3）分区的最小厚度不小于2-3m。廊道廊道为城门洞型，其断面尺寸为1.2×1.2及顶部为半圆型。廊道距坝段上游距离为2.5m或2m。五、坝体剖面尺寸的初步拟定坝顶高程：11 Δh正=h1%+hz+he=0.2+0.4+0.7=1.3mΔh校=h1%+hz+he=0.2+0.4+0.5=1.1mh正=正常蓄水位+Δh正=153.2+1.3=154.5mh校=校核洪水位+Δh校156.3+1.1=157.4m坝顶高程取较大值，所以坝顶高程为157.4m坝顶宽度：b=（157.4-80）×1/8=9.675mb=（157.4-80）×1/10=7.74m初步拟定坝顶宽度尺寸为8m防浪墙：1.2m上游坡度：铅直下游坡度：1：0.8坝底宽度：B=77.4×0.7=54.18mB=77.4×0.9=69.66m初步拟定坝底宽度尺寸为62m廊道：S=1.2×1.2+1/2×3.14×0.6=2.328m²坝体剖面尺寸防浪墙廊道11 坝顶高程坝顶宽度上游坡度下游坡度坝底宽度157.4m8m1.2铅直1：0.862m2.328m²一、基本组合：1、自重：V梯=(14.1+4.1)×8×1/2=72.8m²V三=73.2×62×1/2=2269.2m²G=(2269.2+72.8)×24=56208knG廊道=ρv=24×(1.2×1.2+3.14×0.36×1/2)=61.68knG自重=G-G廊道=56208−61.68=56146.32kn2、静水压力：上游：P=1/2γH1²=1/2×9.81×73.2²=26282.17kn下游：P=1/2γH2²=1/2×9.81×4.1²=82.45kn3、泥沙压力：Psk=1/2γsbhs²tan²(45º−φs/2)11 =1/2×9×97.6²×tan²(45º−30º)=31.53knPsk——淤沙压力标准值，kn/mγsb——淤沙的浮重度，kn/m³hs——坝前泥沙淤积厚度，mφs——淤沙内摩擦角，（º）3、扬压力：（1）正常蓄水位：H1=73.2mH2=4.1mH=H1−H2=69.1maH=69.1×0.35=24.19mB=1A1=(H2+H2+aH)×58.9×1/2=(4.1+4.1+24.19)×58.9×1/2=648.49mA2=(aH+H2+H1)×3.1×1/2=141.24mA=A1+A2=648.49+141.24=789.73m²U正常=γAB=9.81×789.73×1=7739.31kn（2）校核洪水位：H1=76.3mH2=19.1mH=H1−H2=57.2m11 aH=20.02mA1=(H2+H2+aH)×58.9×1/2=1461.9mA2=(aH+H2+H1)×3.1×1/2=165.6mA=A1+A2=1627.5mU校核=γAB=9.81×11627.5×1=15949.5kn4、浪压力Pn=80kn二、偶然组合：1、地震惯性力：Fi=ahζGEiai/g=0.1g×0.25×0.4×56146.32/g=561.46knFi——作用在质点i的水平向的证惯性力代表值ah——水平向设计地震加速度代表值，为0.1gζ——地震作用的效应折减系数，一般取0.25Gei——集中在质点i的重力作用标准值，取56146.32knai——质点i的动态分布系数，取0.4g——重力加速度，g=9.81m/s2、静冰压力：Fp1=mfibdib=0.64×0.6×0.48×1=0.184Mn=184knFp1——作用于独立墩柱上的静冰压力，MNm——与墩柱水平截面形状有关的系数，取0.64di——计算冰厚度，取0.48m11 fib——冰的抗挤压强度，Mpa，取0.6Mpab——建筑物在冰作用高程处的前沿宽度，取1m因为经验公式算得的静冰压力标准值与实测值比较，误差在10%左右，故对静冰压力的作用分项系数采用1.1所以Fp1=1.1×184=202.4kn稳定应力计算：结构安全级别为Ⅰ级，相应机构重要性系数γo=1.1。水压力、浪压力、泥沙压力及重度的分项系数均取1.0.抗剪强度去其分布的0.2分位值作为标准值，则摩擦系数标准值f΄Rk=0.75，粘聚力标准值C΄Rk=600kpa。摩擦系数f΄Rk、粘聚力C΄Rk的材料性能分项系数分别为1.3、3.0。相应的设计值为摩擦系数f΄R=0.75/1.3=0.577粘聚力C΄R=600/3=200kpa选C10，抗压强度材料性能分项系数为1.5，债务设计值为Fc=10000/1.5=6666.7kpa浪压力P1=80kn。水平泥沙压力Pn=31.53kn。静冰压力Fp1=202.4kn。地震惯性里Fi=561.46kn1.抗滑稳定极限状态（1）基本组合时，取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd=1.2。γoψS(·)=γoψ(1/2γH1²−1/2γH2²+P1+Pn)=1.1×1.0×(1/2×9.81×73.2²−1/2×9.81×4.1²+31.53+80)11 =28942.36kn1/γdR(·)=1/γd(f΄RΣW+C΄R)=(0.577×48407+200×62)/1.2=33609.04kn所以γoψS(·)＜1/γdR(·)即基本组合时满足设计要求。（2）偶然组合时，取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd=1.2。γoψS(·)=γoψ(1/2γH1²−1/2γH2²+P1+Pn+Fp1+Fi)=1.1×0.85×(1/2×9.81×73.2²−1/2×9.81×4.1²+31.35+80+202+516.46)=25843.76kn1/γdR(·)=1/γd(f΄RΣW+C΄R)=(0.577×40196.82+200×62)/1.2=29661.34kn所以γoψS(·)＜1/γdR(·)2.坝趾抗压强度极限状态（1）基本组合时。设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd=1.8.γoψS(·)=1.1×1.0×[48407/62−6×(−600246.8)/62²](1+0.8²)=3.09Mpa1/γdR(·)=(1/1.8)×6666.7=3703.7kpa=3.704Mpa所以γoψS(·)＜1/γdR(·)（2）偶然组合。取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γ11 d=1.8.γoψS(·)=2.63Mpa1/γdR(·)=3.704Mpa所以γoψS(·)＜1/γdR(·)由以上计算结果可见，所有断面全部满足设计规定要求。11'