水工建筑物课程设计word.docx
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1、目录前 言- 2 -第一章 基本资料- 3 -1.1 工程概况- 3 -1.2 水文条件- 3 -1.3 气象条件- 3 -1.4 工程地质- 4 -1.5 工程特性表- 4 -第二章 坝型选择与枢纽总体布置- 6 -2.1 坝型的选择- 6 -2.2水工建筑物的布置- 7 -第三章 重力坝非溢流坝段设计- 8 -3.1 基本剖面的拟定- 8 -3.1.3设计洪水位计算- 10 -3.1.4坝顶宽度- 10 -3.1.5坝坡面的拟定- 11 -3.1.6坝基的防渗与排水设施拟定- 11 -3.2 非溢流坝坝体荷载- 11 -3.2.1自重w- 12 -3.2.2静水压力- 12 -2.2.3扬
2、压力- 13 -3.2.4泥沙压力- 14 -3.2.5浪压力- 15 -3.3重力坝抗滑稳定分析- 17 -3.3.1抗滑分析- 17 -第四章 细部构造- 18 -4.1坝体构造- 18 -4.1.1非溢流坝段坝顶构造- 18 -4.2坝体分缝和止水- 18 -4.2.1横缝- 18 -4.2.2纵缝- 19 -4.2.3水平施工缝- 19 -4.2.4坝体排水- 19 -4.3廊道系统- 20 -4.3.1基础廊道- 20 -4.3.2坝体廊道- 20 -第五章 地基处理- 21 -5.1地基的开挖和清理- 21 -5.2坝基的防渗处理- 21 -致谢- 22 -前 言通过本学期水工建筑
3、物系统的学习,我们已经掌握了水工设计的基础知识。为了进一步培养我们理论联系实际的能力,特别是为了能使我们尽快的适应即将面临的工作,成为一名合格的水利水电工程技术人员,我们进行了历时一个星期的课程设计。本次课程设计是设计者根据自己所学的知识、参考许多相关的教材、设计手册和规范,并在指导教师的指导下独立完成的。通过这次课程设计,我们提高了如下的几方面的能力: 综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力; 培养了我们的自学能力和科学研究能力,使我们逐步具有更新和丰富自己科学知识的能力和创新能力;提高了我们设计、计算、绘图的能力以及编写设计说明书和计算书的能力;培养了我们严谨的工作作风和正确的设计思
4、想。由于时间仓促,水平有限,本设计中难免有些不足之处,还希望各位老师批评指正,本设计者将不胜感激。设计者:xxx2011年6月3日第一章 基本资料1.1 工程概况顺河水量丰沛,顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄,并处于低山丘陵区,最窄处仅10余公里。通过礼河、洲河及输水渠道,可通向唐山市;经还乡河、陡河可通秦皇岛市。为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水,国家决定修建顺河水库。顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处,坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上,控制流域面积33700平方公里,总库容为25.5亿立方米。水库距迁西县城35公里,有公路相通。水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成,水
5、库主要任务是调节水量,供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水,结合引水发电,并兼顾防洪要求,尽可能使其工程提前竣工获得收益,尽早建成。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用,枢纽定为一等工程,主坝为I级建筑物,其它建筑物按II级建筑物考虑。1.2 水文条件1.年径流:顺河水量较充沛,顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%,年内分配很不均匀,主要集中在汛期七、八月份。丰水年时占全年5060%,枯水年占3040%,而且年际变化也很大。2.洪水:多发生在七月下旬至八月上旬,有峰高量大涨落迅速的特点,据调查近一百年来有六次大水,其中1883年最大,由红痕估算洪峰流量约为2440
6、027400m/s,实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m/s3.泥沙:本流域泥沙颗粒较粗,中值粒径0.0375毫米,全年泥沙大部分来自汛期七、八月份,主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大,由计算得,多年平均悬移质输沙量为1825万吨多年平均含沙量7.45公斤/立方米。推移质缺乏观测资料。可计入前者的10%,这样总入库沙量为2010万吨。淤砂浮容重为0.9吨/立米,内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。1.3 气象条件库区年平均气温为10左右,一月份最低月平均产气温为零下6.8,绝对最低气温达零下21.7(1969年)7月份最高月平均气温25,绝对最高达39(1955
7、年),本流域无霜期较短(90180天)冰冻期较长(120200天),顺河站附近河道一般12月封冻,次年3月上旬解冻,封冻期约70100天,冰厚0.40.6米,岸边可达1米,流域内冬季盛行偏北风,风速可达七、八级,有时更大些,春秋两季风向变化较大夏季常为东南风,多年平均最大风速为21.5米/秒,水库吹程D=3公里。1.4 工程地质库区地质:顺河水库、库区属于中高山区,河谷大都为峡谷地形,只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄,断续出现且不对称,区域内无严重的坍岸及渗漏问题。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构,主要矿物为斜长石、石英及角闪石,本层岩体
8、呈厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好,总厚度185米左右。岩石物理力学性质:岩石容重为2.682.70吨/立米,饱和抗压强度,弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上,有的可达1100公斤/厘米2,混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化化下部,可取f=1.10、c=7.5kg/cm2。地震:库区附近历史地震活动较为频繁,近年来微繁。弱震仍不断发生,其中1936年和1976年两次发生6度左右地震,1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定,水库的基本烈度为6度,考虑到枢纽的重要性,和水库激发地震的可能性拦河坝设防烈度采用7度。1.5 工程特性表项 目单
9、 位指 标备 注水位校核洪水位米227.5设计洪水位米226.0p=0.01%正常蓄水位米225.0p=0.1%汛期限制水位米216.0死水位(发电)米180.0校核洪水位尾水位米156.8设计洪水尾水位米152.0正常尾水位米138.4库容总库容亿立米25.5计入十年淤积调洪库容亿立米7.4兴利库容亿立米19.5共用库容亿立米5.6死库容亿立米4.2计入十年淤积坝 型混凝土重力坝坝顶溢孔数孔19堰顶高程米210.0闸墩的中墩厚度为3米每孔净宽米15.0(横缝设在闸墩中间)工作闸门尺寸米米1515弧形钢闸门启闭机(270吨)台19固定式卷扬机设计洪水下泄能力米3/秒32300校核水位下泄量42
10、900限泄275003泄水孔进口底高程米160.0底孔数目孔4工作闸门尺寸(宽高)米米57弧形钢闸门启闭机台4设计水位泄水能力米3/秒4340校核水位泄水能力米3/秒4430电站引水管道水管道进口底高程米170.0三条引水管管线长度米121.0管 径米5.0最大引水流量米3/秒104每条引水道工作闸门扇米米357平板钢闸门工作闸门启闭机台324070吨液压平板检修门米米58.5式共用一扇检修门启闭机台1400/25吨门机电站主厂房尺寸(长宽高)米米米7219.139.00机组间距米16水轮发电机组台3装机容量万瓦36=18水轮机型号HL702-LJ330额定出力万瓦6.18发电机型号TS-75
11、0/19036额定出力万瓦6.0主要压器型号SSPL-80000/220输电线电压千伏220共3台第二章 坝型选择与枢纽总体布置2.1 坝型的选择大坝一般分为重力坝,拱坝,土石坝。拱坝的工作条件好,超载能力强,抗震能力强,但修建拱坝对地形地质的要求较高。本枢纽的大坝坝址处地形不对称,故不考虑拱坝。土石坝能就地取材,还能适应地形地质,而且施工简单,但施工导流问题难以解决,雨期施工难。大樟溪流域地处中亚热带季风气候区,温湿多雨,气候条件不适合土石坝施工,且土石坝不允许坝顶漫流,而本枢纽工程大坝泄流能力要求较高,下泄流量较大,故不考虑土石坝。混凝土重力坝具有如下优点:重力坝设计和建造的经验比较丰富,
12、安全可靠,剖面尺寸大,应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争的能力较强,使用年限较长,养护费用较低;由于坝体作用于地基面上的压应力不高,对地形、地质条件适应性强,任何形状的河谷都可以修建重力坝;重力坝可以做成溢流的,也可以在坝内设置泄水孔,一般不需要另外设置溢洪道或泄水隧洞,枢纽布置紧凑,泄洪问题容易解决;便于施工导流,在施工期可以利用坝体导流,一般不需要另开导流隧洞;大体积混凝土可以采用机械化施工,在放样、立模和混凝土浇捣方面都比较简便;重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段,各坝段独立工作,结构作用明确,应力分析和稳定计算都比较简单;在严寒地区,与拱坝或支墩坝
13、相比,受到冻害的影响较小。但是由于依靠自身重力维持稳定,所以坝体的体积较大,要消耗大量的水泥;坝体应力较低,材料强度不能充分发挥;坝体与地基的接触面积大,因而坝底的扬压力较大,对稳定不利;由于坝体体积大,施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大,在施工期对混凝土温度控制的要求较高。故采用重力坝。而在重力坝中,按结构型式来分有实体重力坝,宽缝重力坝,空腹重力坝,预应力重力坝;按材料来分有混凝土重力坝,碾压混凝土重力坝,浆砌石重力坝。实体重力坝就是一般重力坝,沿坝轴线设置的横缝很窄。其结构作用清楚施工技术容易掌握;运行维护较简单。但是体积大,浪费材料,扬压力较大。宽缝重力坝是在实体重力坝的基础上,将横
14、缝扩宽成为空腔而成的。设置宽缝后,坝基的渗透水可从宽缝中排出,所以扬压力显著降低,作用面积也相应减小;由于宽缝重力坝所受的扬压力小,坝体混凝土方量可较实体重力坝节省1020,甚至更多;宽缝增加了坝体的侧向散热面,加快了坝体混凝土的散热过程。但是宽缝重力坝增加了摸板用量,尤其是倒坡部分更增加了立模的复杂性;在某些部为上存在局部的不利应力分布,温度应力问题也较多;施工比较复杂,需要的人工多,且施工进度慢。因此本工程可不考虑宽缝重力坝。空腹重力坝是在坝内布置大型空腔,空腔下面不设底板,坝底所受的荷载直接由所谓的前后腿传到地基上。空腹重力坝坝体内的空腔减小了坝基扬压力,因而混凝土方量可较实体重力坝节省
15、2030,并且可以节省坝基开挖量;上游坝踵的应力较大,扬压力可进一步得到降低;可以适应某些不利的地质条件(例如坝修建在具有软弱断层的地基上,可用空腹越过软弱层)同时尚可利用空腹布置水电站的厂房等。它的缺点是在空腹附近的应力分布较复杂,可能存在一定的拉应力,须配置较多的钢筋,应力分析及施工过程比较复杂在实际工程中很少采用。因此,本工程不选空腹重力坝方案。预应力重力坝利用受力钢筋或钢筋对重力坝施加预应力,能增加坝身稳定,并有效的改善坝身应力分布,从而减少坝体混凝土用量。这种坝同样存在施工复杂,钢筋用量多的缺点,目前仅在小型工程中采用。碾压混凝土重力坝是采用干硬性混凝土薄层摊铺碾压而成的,具有施工进
16、度快,工期短,造价低等优点。但是坝内要少设廊道和孔洞;层面多,易形成渗流通道,影响坝体稳定。综合以上内容,考虑到本工程的实际情况,最后选定坝型为混凝土实体重力坝。2.2水工建筑物的布置2.2.1布置原则本枢纽的主要任务是防洪发电,主要建筑物有挡水建筑物,泄水建筑物,放空建筑物和电站建筑物。水利枢纽布置需充分考虑地形、地质条件,使各种水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上,并能满足建筑物的尺寸和布置要求。以及施工的必须条件,枢纽布置必须使各个不同功能的建筑物在其位置上各得其所,在运行中互相协调,充分有效地发挥其所承担的任务;各个水工建筑物单独使用或联合使用的水流条件好,上下游的河道冲淤变化不影响货
17、少影响枢纽的安全运行,结构强度满足要求,即技术上安全可靠。泄水建筑物:常用的坝身泄水建筑物有坝身泄水道(包括溢流坝、中孔泄洪孔、深式泄水孔、坝下涵管等)和河岸泄水道(包括河岸溢洪道和泄水隧洞等)。电站建筑物:由于本枢纽处于河段峡谷出口处,坝宽相对狭窄,流量较小,为了便于摆放枢纽建筑物,此时可采用地下式厂房。2.2.2确定工程等别和水工建筑物级别根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用,根据总库容为22.5亿立方米,枢纽为等工程,主坝为1级建筑物,其他建筑物为2级建筑物考虑。第三章 重力坝非溢流坝段设计3.1 基本剖面的拟定重力坝承受的主要荷载是水压力,自重和扬压力,其基本剖面是一个三角形。实用
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