重力坝课程设计
1.课程设计目的
课程设计包括重力坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。
学会融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成重力坝较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。
培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规手册和应用计算机的能力。提高查阅和应用参考文献和资料的能力。
2.课程设计题目描述和要求
2.1设计任务、容及作法
一、设计任务：重力坝典型剖面设计
二、设计容
根据提供的水文、水利计算成果，在分析研究所提供的资料的基础上，进行水工建筑物的设计工作，设计深度为初步设计。主要设计容为：
1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准
2、通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；
3、通过坝基水平截面处坝体部应力分析，定出坝体混凝土分区方案；
4、坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。
要求成果：
1、设计计算说明书一份；
2、A3设计图纸两。
三、设计作法
从分析基本资料做起，复习消化课堂容，参照规[1～3]各相应部分进行设计，对设计参数的选取、方案的拟定等要多加思考。
设计所需基本资料，除已给定之外，要自行研究确定。
2.2基本资料
一、设计标准：某水库位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量9600kw。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准、指标按现行的国家规规[4]自行确定。
二、坝基地质条件
1、开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在827.2m。
2、力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f＇=1.04，粘结力系数c＇＝900kPa。
3、基岩抗压强度：15002
kg
/cm
三、特征水位
经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：
P=0.1%校核洪水位为909.92m，相应下游水位为861.15m；
P=1% 设计洪水位为907.32m，相应下游水位为859.80m；
正常挡水位为905.70m；相应下游水位为855.70m；
淤沙高程为842.20m；
四、荷载及荷载组合
荷载应按实际情况进行分析，决定计算容。荷载组合根据实际情况参照规[1～
3]要求。具体计算时每人选取
1种有代表性或估计其为控制性的组合进行设计计
算。
有关荷载资料如下，未经列出者由设计者自行拟定。 1、筑坝材料：混凝土容重24=c γ3/m kN 。
2、坝基扬压力、坝基防渗处理：根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕。为简化计算起见，扬压力折减系数取0.3。
3、风速与吹程：坝址洪水期多年平均最大风速18.1m/s ，洪水期50年重现期最大风速25m/s ，坝前吹程1公里。
4、水库淤沙：淤沙浮容重为8.03/m kN ，淤沙摩擦角 12=?。
5、坝址地震基本烈度：根据“中国地震烈度区划图”坝址位于7度区，设防烈度按7度考虑。
6、坝顶有一般交通要求。 3.课程设计报告容
3.1工程等别及建筑物级别确定
水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等，见表2-1-1
表3-1-1 水利水电工程分等指标
本设计中，水库总库容为1.33亿3m，由表3-1-1可知，工程等别为Ⅱ级；电站装机容量为9600kW，由表3-1-1可知，工程等别为Ⅴ级。
故确定该工程等别为Ⅱ级。
水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五等和三等，见表3-1-2。
表3-1-2 永久性水工建筑物的级别
由于确定了水利工程等别为Ⅱ级，查表3-2可知，主要建筑物级别确定为2级，次要建筑物级别确定为3级。
本设计未设计临时性水工建筑物。
3.2初步拟定坝体断面
3.2.1基本剖面尺寸的确定
假定基本剖面为三角形，上游水位与坝顶齐平，扬压力、静水压力均为三角形分布，确定满足强度和稳定条件下的最小坝底宽度T。
一、按满足强度条件确定坝底的最小宽度T 当库满时：()∑-+=
-+=w w c TH
U W W W αγβγγ2
21 ∑???? ??---+-=w w w w c c T H H T M αγγβγβγβγγ222
2223212 上游边缘铅直正应力()()???
???---+-=2221T H H w w w c yu γαγββγβγσ (1)
下游边缘铅直正应力()???
??
?+--=221T H H w w c yd
γββγβγσ (2)
当库空时，令式(1)、式(2)中w γ=0，得：
上游边缘铅直正应力()βγσ-=1H c yu (3) 下游边缘铅直正应力βγσH c yd = (4)
强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。当库空时，由式(3)可以看出：只要β在0～1之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。当库满时要使上游不出现拉应力，可令式(2)中=yu σ0，求得坝底宽度为：
()()αβββγγ--+-=
21w
c
H
T ，由该式可知，当H 为一定值时，β值越小，则底
宽也越小。考虑库空时，下游坝面不出现拉应力，可取β=0，求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽αγγ-=
w
c
H
T 。
本设计中取坝顶水位为校核洪水位，则
m m H 8372.822.82792.909≈=-=
m H
T w
c
573.081
.924
83
=--
-=
αγγ
kN P H
w
55.337902
121
8381.92
2
=??==∑γ
kN W HT c 567725783242
1
21=???==
∑γ kN U HT w 67.6961578381.93.02
1
21=????==γα
二、按满足稳定条件确定坝底的最小宽度T 将求得的
∑P
、
∑W
、U 及由强度要求得出的T 代入
()∑∑+-=
P
A
c U W f K ''，若满足要求，则由强度条件确定的最小坝底宽T 就是坝
底的最小宽度。若不满足要求则将坝底宽T 增大，直到满足抗滑稳定要求为止。
()5.219.355
.337901
57980)67.696156772(04.1'' =??+-=
+-=∑∑P
A
c U W f K ，满足要
求。
综上：m T m H 57,83==
3.2.2 坝顶高程、坝顶宽度的确定 一、坝顶高程
坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶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，可由式3-2-1计算，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。
)123(%1--++=?h h h c
z h
式中： △h —防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m ）; h1%—波高（m ）;
hz —波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m ）; hc —安全超高，按表8.1.1 采用。 计算h %1和h z 时选用官厅水库公式，公式如下
L
H cth
L
l L h
h h D
V h l
z l ππ24.100
0166.02
8
.03
1
4
5
)
(=
==
式中：V 0为计算风速，s m /，是指水面以上10m 处10min 的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；D 为风作用于水域的长度，km ，称为吹程或风区长度；H 为坝前水深，m 。 表3-2-2-1 安全超高h c
1、设计洪水位时
m m cth L H cth L m
l L m
m
H h h h D
V h l
z
l 28.081
.912.80281.9281.94.1093.00
0166.012.802.82732.90793.093.04.10)(1250166.02
28.08.031
453
1
4
5
=??===?===??===-=ππππ m h h h
l 15.193.024.124.124.1%5%
1=?===
由表3-2-1得m h c 5.0=
所以h ?=1.15+0.28+0.5=1.93m Z =907.32+1.93=909.25m
2、校核洪水位时
m m cth L H cth L m
l L m
m
H h h h D
V h l
z
l 12.081
.972.82281.9209.74.1062.00
0166.072.822.82792.90962.062.04.10)(11.180166.02
28.08.031
453
1
4
5
=??===?===??===-=ππππ m h h h
l 77.062.024.124.124.1%5%
1=?===
由表3-2-1得m h c 4.0=
所以h ?=0.77+0.12+0.4=1.29m Z =909.92+1.29=911.21m
综上，防浪墙顶高程Z=911.21m ，防浪墙高取1.2m,则坝顶高程Z=911.21-1.2=910.01m
当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶应高出设计洪水位0.5m 且不低于校核洪水位，Z=910.01m 满足要求。 所以坝顶高程为910.01m 二、坝顶宽度
坝顶宽度一般取坝高的8%~10%,且不小于3m,又坝顶需要行走门式起重机，门机轨距7.0m ，所以坝顶宽度定为8m 。
3.2.3 拟定坝体基本断面
上游坝面坡度应与溢流坝段、放水孔坝段相协调，为照顾泄、放水需要，上游面宜采用直立或部分折坡坝面；坝体基本三角形顶点，可放在校核洪水位，或略予提高。