水工建筑物课程设计(重力坝)

重力坝设计《水工建筑物》课程设计

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基本资料

一、基本情况

本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m，坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。水库死水位51.0m，死库容0.3亿m3，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位

84.72m、下游水位46.45m。

二、气候特征

1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km；

2、最大冻土层深度为125m；

3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。

三、工程地质条件

1、坝址地形地质

（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m；

（2）、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m 左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；

（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。

2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km 均可开采，储量足。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。

大坝设计

一、工程等级

本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。

二、坝型确定

坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。本枢纽坝址区为较坚硬的砂岩，当地石料丰富，确定本水库大坝为浆砌块石重力坝。

三、基本剖面的拟定

重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游

面为铅直。

四、坝高计算

按《重力坝设计规范》中有关规定，本水库坝顶高程＝波浪高+浪高中心线高出静水位高度+安全超高

（1）最大波浪在坝坡上的爬高R计算：

①风浪要素的计算

A、风速ω：本水库多年平均最大风速14.0m/s，重现期最大风速

23.0m/s ：

B、风区吹程长度D：风作用于水域的长度；

D设计=2600m，D校核=3000m。

②风浪爬高计算：采用莆田试验站公式计算风浪各要素及波浪

爬高，计算得：h设计=2.05m，h校核=1.11m。

（2）浪高中心线高出静水位高度：h设计0=0.62m，h校核0=0.33m （3）安全加高值：A设计=0.5m，A校核=0.4m。

（4）坝体安全超高成果：设计坝顶高程=82.5+2.05+0.62+0.5=85.67m，校核坝顶高程=84.72+1.11+0.33+0.4=86.56m；

水库坝顶高程为84.9m，需设防浪墙高1.7m，即：防浪墙顶高程

为86 .6m。

四、挡水坝段剖面的设计

1、坝顶高度确定

根据资料提供，确定坝顶高程为84.90米。

2、坝顶宽度

坝顶宽度B=0.1H=0.1*(84.9-31)=5.39m

为适应施工和运用检修的需要，并考虑坝体各部分尺寸协调，坝顶宽度取坝高的10%左右，即5.5米。

结构计算

一、荷载及其组合

1、计算情况确定

荷载组合分二种

（1）、基本组合为设计洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力；

（2）、特珠组合为校核洪水位情况，其荷载组合：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。

设计洪水情况荷载计算表

校核洪水情况荷载计算表

二、挡水坝抗滑稳定分析计算

1、抗滑稳定计算

（一）荷载计算

1．荷载组合：

（1）基本荷载组合：

①坝体自重

②设计洪水位坝体上游静水压力

③设计洪水位扬压力

④设计洪水位泥沙压力

（2）特殊荷载组合：

①坝体自重

②校核洪水位上下游静水压力

③校核洪水位扬压力

④校核洪水位泥沙压力

2、抗滑稳定验算

1．按抗剪断公式计算

（Σf1W+C1A）

K1=

ΣP

K1——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数f1——滑动面上的抗剪断摩擦系数C——滑动面上的抗剪断凝聚力A——滑动面截面积

ΣP——计算截面上的所有切向力

ΣW——作用于计算截面上的所有法向力2．参数确定

按地质资料砼和微风化岩石的抗剪断系数为

C1=700Kpa f1=1.0

3.抗滑稳定计算见附表5

抗滑稳定按抗剪断公式计算抗滑稳定安全系数，计算过程见下表，

计算结果见下表。

满足规范要求。

4.抗滑稳定按承载力极限状态验算稳定安全系数，计算结果见下表，基本公式：γ0.φ.S(.)≤R(.)/γd

抗滑稳定验算

满足规范要求。