水工建筑物课程设计任务书与指导书

水工建筑物课程设计任务书与指导书

（重力坝）

吴伟民 编写

福建水利电力职业技术学院

2006年8月

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福建水利电力职业技术学院 水工建筑物课程设计

重力坝课程设计基本资料

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950万立方米，电站装机容量4000kw，年发电量1065万kw·h。现已经确定以下资料供选择参考： （1）水位、高程

校核水位（0.2%） 250.78m 设计洪水位（2%） 247.12m 正常蓄水位 247.12m 溢流坝顶高程 242.00m 淤积高程 215.00m

河床高程 208.00m

本工程坝体在河床部分的基岩设计高程约在202m，岸坡的弱风化基岩上的覆盖层厚度约为5.5m。相对不透水层距离地表约16米左右。

（2）水库库面有效吹程1公里，坝址洪水期多年平均最大风速18m/s，洪水期50年重现期最大风速32m/s。

（3）水库淤沙：淤沙浮容重为8.5kN/m，淤沙内摩擦角20度。 （4）筑坝材料：砌石体容重22KN/m,混凝土容重24KN/m。

（5）力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f＇=0.9，粘结力系数c＇＝700kPa。 （7）坝址地震基本烈度：6度。

（8）考虑到库区岩石坚硬但完整性较差，水库下游冲坑系数选用α=1.2。 （9）基岩倾角较陡， 挑射距离与最大冲坑深度之比要求大于2.5。

此外，重力坝泄水方式采用坝顶溢流式。设计单宽流量为30.3 m/s。坝顶有一般交通要求。根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕，帷幕灌浆中心线距上游坝踵5m ，排水孔中心线据帷幕中心线1.5m。为简化计算起见，扬压力折减系数取0.25，折减位置距上游坝轴线6.5m。

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重力坝课程设计任务书与指导书

一、 目的要求

教学计划及教学大纲的要求，课程设计目的是为学生创造一次全面运用所学重力坝的理论知识解决实际问题的初步训练机会，使学生对水利枢纽及水工建筑物（重力坝）的设计内容、方法及步骤有系统的了解，培养和逐步提高学生的综合运算，绘图及编写设计报告的基本技能，为今后从事设计、施工、管理工作打下一定的基础。同时通过课程设计来进一步考察学生的学习质量，综合能力，自学资料能力，并发现存在的问题与不足，为进一步改进教学提供可靠依据。

本课程设计的重点是使同学掌握重力坝设计分项系数极限系数设计方法，并在此基础上进行相应的结构计算，水力计算，进行坝体体的剖面设计、构造设计。 二、 设计内容和时间安排

1、布置任务，熟悉指导书和基本资料 0.5天 2、坝区枢纽布置 1.0天 3、剖面尺寸拟定及重要的细部构造设计 1.0天 4、荷载组合与计算 1.0天 5、坝体的应力与稳定分析 1.5天 6、绘图与成果整理 3.0天 合计 8.0天

三、 课程设计内容

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。

主要设计内容：

1、 确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准。 2、 大坝的枢纽布置

根据给定的坝址地形图确定重力坝坝轴线位置。并且通过下面的计算成果、剖面和坝段等具体内容，在给出的地形图上绘制出大坝平面布置图，并且确定大坝若干个大坝的控制点，标出控制点的坐标。 3、 非溢流坝的断面尺寸拟定 ①确定坝顶高程

非溢流坝坝顶在洪水位以上的超高为△h

△h=h1%+ hz+ hc

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坝顶高程按设计洪水位和校核洪水位两种情况计算，选定较大值。计算时相应的波长、波高计算可以参考课本或其他资料。 ②确定坝顶宽度

由运用、交通要求及坝高情况确定。 ③确定坝底宽度

根据稳定条件分析，坝基面的抗剪强度较高时，坝底宽度由应力条件控制，反之，坝基面抗剪强度较低时，坝底宽度由稳定条件控制。一般坝底宽度可取坝高的0.7～0.9倍。 也可以直接初拟下游边坡系数来确定坝底宽度。 ④拟定并绘制实用剖面。

可以参考应力和稳定校核的结果，确定最终经济合理的实用断面型式。 4、 溢流坝剖面的设计 ①确定溢流面曲线

分别绘制WES曲线、克-奥堰堰面曲线详图，分析比较各自的利弊，选用经济合理溢流面曲线。

列出溢流坝堰面曲线坐标表格，并绘制溢流坝面曲线图。 ②校核最大泄流量

拟定溢流孔数，闸墩厚度，计算相应的侧收缩系数、流量系数，校核闸门全开时的最大泄流量。 ③闸门类型选择

结合对溢流坝段坝顶的具体要求,闸墩所需的厚度及长度进行工程量计算,以工程量的大小作为选型依据,选择闸门的类型,并粗略确定启闭力的大小。 ④溢流重力坝剖面布置

将拟定的重力坝溢流剖面与非溢流坝段的实用剖面相比较，经过布置要求、工程量的比较计算，修改并最终确定溢流坝段的实用剖面； ⑤溢流坝的消能防冲设计

溢流坝的消能防冲计算包括：挑流消能要素反弧半径、挑射角，挑流鼻坎高程的确定； 水力计算：确定挑距和冲刷坑深度，判断大坝安全性。 ⑥溢流坝段的结构布置

溢流坝段的结构布置主要是坝顶布置以及边墩和导墙的尺寸拟定。判断溢流是否高速水流，可按照能量方程计算几个断面的水深，以此确定导墙高度的主要依据。

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5、 重力坝的可靠度计算（分项系数极限系数设计方法） A.非溢流坝段抗滑稳定计算

（1） 计算所有作用，列出重力坝作用计算表。

（2） 确定基本组合正常蓄水位情况和偶然组合校核洪水位情况的作用组合，分别列表计算。

（3） 按承载能力极限状态校核坝基面抗滑稳定

作用效应函数S（·）及抗滑稳定抗力函数R（·）、各作用分项系数选取见教材或有关参考书。 若抗滑稳定计算不满足则修改断面。 B.非溢流坝段坝体应力校核

（1） 按承载能力极限状态验算坝址和坝体选定截面下游端点的抗压强度

选取偶然组合校核洪水情况、基本组合设计洪水情况两组作用组合。分别按承载能力极限状态校核坝趾和坝体1/2高度处抗压强度。 （2） 坝体上下游面拉应力正常使用极限状态计算 1）运用期坝体上游面垂直拉应力核算。

设计洪水情况和施工期临时挡水情况按正常作用极限状态（长期组合）校核坝体上游面抗拉强度。即运用期和施工期坝踵垂直应力（计入扬压力）不出现拉应力的校核。 2）偶然组合（短期组合）下游坝面拉应力核算

施工期属于短期状况，坝体下游面垂直拉应力不大于100kpa。 C.同上，进行溢流坝段的结构计算

6、 大坝的构造

A.拟定基础廊道尺寸及位置

拟定基础廊道的尺寸，廊道沿坝体纵横向的布置，并坝体平面布置图及下游立视图中标出。 B.分缝和止水

将坝体分成若干坝段，编号，定出各坝段的桩号；确定坝体纵缝及分布情况，在剖面图上标出；

说明各缝的止水材料及埋设。绘制止水详图。 C.排水

坝体和坝基排水方式的设计，并在剖面图上详细注明相应材料及尺寸。 D.泄洪孔的设计（略）

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7、 坝基处理（略） 8、 工程量的计算

估算工程的挖方量、混凝土方量。

四、 设计要求

A.计算书一份（说明部分简写在计算书前面）

要求详细列出所有计算过程，计算过程尽量列表计算，附计算草图；列出计算成果，并说明成果是否合理，如不合理叙述可做何改动的步骤。分好章节，附有目录，不一定要打印稿；内容说理清楚，语句通顺，字迹工整； B.设计图纸三张

要求用CAD制图，图纸上写有图纸说明，堰面曲线要求画出局部详图，列出具体坐标。图中尺寸要求详细标注。其中：

图一内容：溢流坝剖面图和非溢流坝剖面图，堰面曲线及坐标列表、止水详图。要求在剖面图上标出详细坝体构造布置情况、坝基处理情况。

图二内容：坝体平面布置图。要求定出坝轴线的方位角、定出控制点，计算坐标；标出坝段桩号及分缝止水及排水廊道的布置。

图三内容：大坝下游面立视图。具体要求同图二。

C.成果说明一份。

要求简要说明计算成果及合理性，或设计的不足和还可以进一步改进的地方。 D.列出参考书目

列出资料或采用计算公式的出处，写明参考书的书名，页码，标于计算书的末尾。

注： 附录1：坝址地形图

参考书：

[1] 水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997 [2] 混凝土重力坝设计规范DL5108-1999 [3] 浆砌石重力坝设计规范

[4] 小型水电站上册 天大水利系主编 [5] 水工建筑物 教科书 [6] 重力坝设计图集

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控制点坝址地形图控制点坐标道河

录1：坝址地形图 6