水工建筑物课程设计1

程要高于校核洪水位，所以取坝顶高程为▽191.09m。
2.2、确定坝基高程
河床高程100m，校核洪水位为191.09m，地基开挖时河床上的大块石、卵石必
须清除5-6 m，所以开挖应按100m 以上坝高标准要求考虑。根据规范，坝高超过
100m 时，可建在新鲜下部基岩上，故挖6m。
坝基为花岗斑岩，风化较浅，岩性均一新鲜完整坚硬。坝址的地质构造简单，
无大的地质构造，缓倾角节理延伸短，整体滑动可能性小。但倾角节理较发育，
以节理构造为主，应结合基础开挖予以挖除7m。通过立式图上确定的坝基开挖线
4
定出建基面最低开挖高程为▽87m，因此，最大坝高为104m，属于高坝。 2.3、拟定坝顶宽度
坝顶宽度应根据设备布置、运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗 震，特大洪水时维护等要求。
√√
水位情况
（1）校核洪 √ √ √ √ √
√√
特殊 水位情况
组合
√ √√√√√
√
（2）地震情
况
注：1.应根据各种作用同时发生的实际可能性，选择计算中的最不利的组合；
2.分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。
6
3.施工期的情况应作必要核算，作为特殊组合。 4.根据地质和其他条件，如考虑运用时排水设备，易于堵塞，须经常维修时，
首先计算波浪高度hl 和波浪长度L 和波浪中心线超出静水面的高度hz。 （1）设计洪水位时Δh 计算
风速采用的风速217m/s，吹程D=4.5km。
波浪三要素计算如下：
波高hl=0.0166
V 5/4 0
D1/3=0.0166×175/4×4.51/3=0.95m
波长L=10.4(h1)0.8 =10.4×0.950.8=9.98m
应考虑排水失效的情况，作为特殊组合。 5.地震情况的静水压力、扬压力、浪压力按正常蓄水位计算。 6.表中的“+”表示应考虑的荷载。 （1）自重W
坝体自重的计算公式：
W =Vγ c （kN）
式中 V——坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替
（3-6）
γc ——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3） 四种情况下自重相同。
186.64
114.15
72.49
校核洪水位
189.60
计算各种情况下静水压力：
水平水压力PH 计算公式为：
115.50
74.1
式中： Ｈ — 计算点处的作用水头，ｍ； γw —水的重度，常取9.81 kN／ｍ3；
（3-8）
垂直水压力PV 按水重计算。 a.正常蓄水位：
上游水平水压力：PH1=Pu=1/2×9.81×97.25×97.25=46389.34kN （→）
高、中坝内必须设置基础灌浆廊道，兼作灌浆、排水和检查之用。 基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为
5
2.5～3m，高为 3～4m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础 灌浆廊道断面取 3.0×3.5m，形状采用城门洞型。
廊道的上游壁离上游侧面的距离应满足防渗要求，在坝踵附近距上游坝面 0.05～0.1 倍作用水头、且不小于 4～5m 处设置，本次设计取 8m，为满足压力灌 浆，基础灌浆廊道距基岩面不宜小于 1.5 倍廊道宽度，取 5m。
《水工建筑物课程设计》
题 目： 某重力坝设计
专 业： 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师：
1 工程总体布置
工程等别及建筑物级别 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》，确定工程规模、 工程等别、防洪标准及设计标准。灌溉农田在 50 万亩以上，属于Ⅱ等中型工程。 发电在 20 万千瓦。根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：综合取水库工 程等级为Ⅱ等中型工程。 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》中“水库大坝提级 指标”表中的规定，混凝土和浆砌石重力坝大坝高度超过了 100m，按提高一级的 规定，大坝的建筑物级别提高为 1 级。其余永久性水工建筑物中的主要建筑物为 2 级，次要建筑物和临时建筑物为 2 级，而洪水标准不提高。
3. 荷载计算及其组合
重力坝的主要荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、 地震荷载等，常取1ｍ坝长进行计算。 荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况， 由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基 本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、 起控制作用的组合情况进行计算，使之满足规范中规定的要求。
下游水平水压力：PH2=Pd=1/2×9.81×16.5×16.5=1335.39kN （←）
上游垂直水压力：PV1=W2’=9.81×12×33.25=3914.19kN
PV2=W2” =9.81×1/2×12×64=3767.04kN
下游垂直水压力：PV3=W3=9.81×1/2×16.5×16.5×0.7=934.77kN b.设计洪水位：
2 非溢流坝坝体设计
2.1 剖面拟定 2.1.1 剖面设计原则 1、设计断面要满足稳定和强度要求； 2、力求剖面较小； 3、外形轮廓简单； 4、工程量小，运用方便，便于施工。 2.1.2 拟定基本剖面 重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项
主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图 3 —1，在已知坝高 H、水压力 P、抗剪强度参数 f、c 和扬压力 U 的条件下，根据 抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验， 一般情况下，上游坝坡坡率 n=0～0.2，常做成铅直或上铅直下部倾向上游；下游 坝坡坡率 m=0.6～0.8；底宽约为坝高的 0.7～0.9 倍。
D 为吹程，km，按回水长度计算：正常蓄水位时回水长度为4.5km，设计洪水 位时回水长度为4km，校核洪水位时回水长度为4km。
波高 hl，当 gD/V02=20～250 时，为累计频率 5%的波高 h5%；当 gD/V02=250～
1000 时，为累计频率 10%的波高 h10%。规范规定应采用累计频率为 1%时的波高，对 应于 5%波高，应乘以 1.24；对应于 10%波高，应乘以 1.41。
h1%=1.41h10%=1.41×0.59=0.83m ； hz = 0.16m ； hc = 0.5m Δh = h1% + hz + hc=0.83+0.16+0.5=1.49m 2、坝顶高程计算
坝顶高程按式（3-5）计算，并选用其中较大值
ห้องสมุดไป่ตู้
坝顶高程=设计洪水位+Δh 设
坝顶高程=校核洪水位+Δh 校
因无特殊要求，根据规范的规定，坝顶宽度可采用坝高的8%～10%取值，且 不小于 2m 并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的 10%计算，即为 10.4 米， 考虑到上游防浪墙、下游侧护栏、排水沟槽及两边人行道等，取坝顶宽为 12m，以 满足大坝维修作业通行需要。 2.4、拟定剖面尺寸
根据规范 SL319-2005 规定，非溢流坝段的基本断面呈三角形，其顶点宜在坝 顶附近。基本断面上部设坝顶结构。坝体的上游面可为铅直面、斜面或折面。
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2.1.3 拟定实用剖面
图 3-1 重力坝的基本剖面图示
一、确定坝顶高程
1、超高值Δh 的计算 （1）基本公式
坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防 浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh，可由式（3-1）计算。
Δh = h1% + hz + hc Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；
3
波浪三要素计算如下：
波高hl=0.0166
V 5/4 0
D1/3=0.0166×125/4×41/3=0.59m
波长L=10.4(h1)0.8 =10.4×0.590.8=6.86m
壅高hz=πhl2/L=3.14×0.592/6.86m=0.16m
gD/V02=9.8×4000/122=272.22>250；
W11=24×0.5×64×12=9216kN W12=24×12×104=29952kN W13=24×0.5×61×88.86=76089.36kN W1=W11+W12+W13=115257.36kN （2）静水压力P
静水压力是作用在上下游坝面的主要荷载，计算时常分解为水平水压力PH和垂 直水压力PV 两种。
实体重力坝上游坝坡宜采用 1∶0～1∶0.2，坝坡采用折面时，折坡点高程应 结合电站进水口、泄水孔等布置，以及下游坝坡优选确定。
下游坝坡可采用一个或几个坡度，应根据稳定和应力要求并结合上游坝坡同 时选定。下游坝坡宜采用 1∶0.6～1∶0.8；对横缝设有键槽进行灌浆的整体式重 力坝，可考虑相邻坝段联合受力的作用选择坝坡。拟定坝体形状为基本三角形。 坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，为了便 于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，本次设计采用上 游坝面上部铅直，下部倾斜的形式。该形式为实际工程中经常采用的一种形式， 具有比较丰富的工程经验。
上游水平水压力：PH1=Pu=1/2×9.81×99.64×99.64=48697.46kN （→） 下游水平水压力：PH2=Pd=1/2×9.81×27.15×27.15=3615.59kN （←） 上游垂直水压力：PV1=W2’=9.81×35.64×12=4195.54kN
本次设计考虑的基本荷载组合为正常蓄水位和设计洪水位；特殊组合为校核 洪水位和地震情况，它们分别考虑的荷载如表 3-1 所示。
表3-1
荷载组合
荷载 主要考虑情
荷载
组合 况
自重 静水 扬压 泥沙 浪压 地震 动水 土压
压力 力 压力 力 荷载 压力 力
（1）正常蓄 √ √ √ √ √
√
基本 水位情况
组合 （2）设计洪 √ √ √ √ √
1
2
0. 7 0. 5
0. 5 0. 4
3 0. 4 0. 3
2
下面按官厅公式计算 h1% ， hz。（适用于 V0 小于２０m/s，Ｄ小于２０km 的峡谷 水库）
V0 为计算风速，m/s，设计洪水位和校核洪水位采用不同的计算风速值。正 常蓄水位和设计洪水位时，采用的最大风速１７m/s，西北偏西；校核洪水位时， 采用多年平均最大风速１２m/s。
上游设置成折面可利用淤沙增加坝体自重，折点设置在淤沙水位以上，由资 料可知，淤沙高程为 115m，由于死水位为 164m，折点取在高程为 151m 的位置。 通过最优方案的比较，上游坝坡取 1：0.18，下游坝坡取 1：0.7。 2.5、坝底宽度拟定
坝底宽度约为坝高的 0.7～0.9 倍，本工程的坝高为 104m，通过已经确定的 上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度 B=12+73=85m。 2.6、基础灌浆廊道尺寸拟定
壅高hz=πhl2/L=3.14×0.952/9.98=0.28m
gD/V02=9.8×4500/172=152.60<250；
h1%=1.24h5%=1.24×0.95=1.18m ； hz = 0.28m ； hc = 0.7m
Δh = h1% + hz + hc=1.18+0.28+0.7=2.16m （2）校核洪水位时Δh 计算 风速采用多年平均风速12m/s，D=4km。
（3-5）
根据以上两种水位时Δh 计算结果，得出两种状况下坝顶高程。
（1） 设计洪水位时的坝顶高程：
▽坝顶=设计洪水位+Δh
=186.60+2.16 =188.76m
（2）校核洪水位时的坝顶高程：
▽坝顶=校核洪水位+Δh
=189.60+1.49=191.09m
为保证大坝的安全运行，应该选用其中的较大值▽坝顶＝191.09m，且坝顶高
（3-1）
H1% —累计频率为 1%时的波浪高度，m；
hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；
hc —安全加高，按表 3－1 采用,对于Ⅲ级工程，设计情况 hc＝0.4m，校核情
况 hc＝0.3m。
表 2－1
运用情况 设计情况（ 基本情况） 校核情况（ 特殊情况）
坝的安全加高 hc
坝的级别
计算各种情况下的上下游水深： 根据水力学公式
式中： 根据相关规范，C=1，m=0.49，ε1=1，σs=1； 溢流坝宽度10m，B=10m；
7
表 3-2
不同情况下上下游水深
特征水位
上游水深 H1 （m） 下游水深 H2（m） 上下游水位差 H(m)
正常蓄水位
184.25
103.5
80.75
设计洪水位