拱坝设计计算书

某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第1页某拱坝设计计算书一、工程概况某水利枢纽正常水位相应库容982万m3；设计水位675.09m；校核洪水位676.01m，相应库容1027万m3。拱坝以50一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。二、拱坝坝高及体型设计1.1坝顶高程计算：拱坝中间为溢流坝段，两端为挡水坝段。溢流坝段为2孔泄流，孔口尺寸为7×4m，采用弧形闸门，堰顶高程为▽671.00m。校核洪水频率P=0.2%，坝前校核洪水位▽676.01m，坝下校核洪水位▽595.72m。设计洪水频率P=2%，坝前校核洪水位▽676.01m，坝下设计洪水位▽595.31m。坝顶高于静水位的超高值△h=hl+hz+hchl——波浪高度（m）。hz——波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）。hc——安全加高（m）。（《混凝土重力坝规范》P43）坝的安全级别为Ⅲ级，校核洪水位时hc=0.3m，设计洪水位hc=0.4m。hl=0.0166V05/4D1/3L=10.4（hl）0.8V0——计算风速（m/s）某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第2页D——风作用于水域的长度（km），称为吹程。相应季节50年重现期的最大风速为20m/s，相应洪水期最大风速的多年平均风速为9.90m/s。吹程为0.4km。hz=LHcthLhl22H——坝前水深（m）,校核洪水位H=73.41m，设计洪水位H=72.49m。1.2校核洪水位时：hl=0.0166×9.945×0.431=0.215mL=10.4×（0.215）0.8=3.041mhz=041.341.732041.3215.02cth=0.048m△h=0.215+0.048+0.3=0.56m校核洪水位坝顶防浪墙高：Z校坝=Z校核水位+△hZ校坝=676.01+0.563=676.57m1.3设计洪水位时：hl=0.0166×2045×0.431=0.517mL=10.4×（0.517）0.8=6.135mhz=135.649.722135.6517.02cth=0.137m△h=0.517+0.137+0.4=1.054m设计洪水位坝顶防浪墙高：Z设坝=Z设计水位+△hZ设坝=675.09+1.0555=676.14m坝顶高程取以上结果较大值676.60m。某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第3页2、拱坝坝体尺寸的初步拟定2.1坝顶宽度为5.00m，最大坝高H=80.6m，β1=0.65，凸度β2=0.18最大倒悬度S=0.25。Z0=β1H=0.65×80.6=52.39mDA=β2H=0.18×80.6=14.51m2.2拱冠梁厚度设计TC=5m，T52.39=21m，TB=24mRU右=75.24RU右=80.37RU右=85.60RU右=92.98666.00676.60656.00646.00右弧面中心轨迹线轴线R=98.52下649.02RU右=48.23RU右=53.83RU右=59.00RU右=64.77RU右=69.88636.00626.00616.00606.00左弧面中心轨迹线596.00629.71(上游面圆弧半径）（下游面圆弧半径）RU左=77.65RU左=83.27RU左=88.39RU左=92.65RU左=98.00RU左=48.23RU左=55.84RU左=63.01RU左=70.715.006.253.6010.333.0813.063.3114.454.3114.616.0913.548.6811.2012.147.4616.5424.00R上=82.14拱坝体型剖面图某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第4页12.50°11.94°24.70°24.01°34.56°33.14°41.61°40.67°47.05°47.03°49.68°51.71°49.56°53.47°48.16°53.52°45.18°51.98°5RU=64.77Rd=44.07626.00RU=59.00Rd=36.78616.00RU=53.83Rd=30.49606.00606.00RU=55.84Rd=32.50596.00RU=48.23Rd=24.23RU=48.23Rd=24.23596.00616.00RU=63.01Rd=40.79626.00RU=70.71Rd=50.01RU=69.88Rd=51.12636.00636.00RU=77.65Rd=58.89676.60RU=98.00Rd=93.00646.60RU=83.27Rd=66.90656.00RU=88.39Rd=74.98666.00RU=92.65Rd=82.80RU=92.98Rd=87.98676.60RU=85.60Rd=75.75666.00RU=80.37Rd=66.96656.00RU=75.24Rd=58.87646.00基准线拱坝体型平面布置图596.0024.00606.0023.3422.2220.7018.7616.3713.41616.00626.00636.00646.00656.0011.94°48.2348.2324.2324.2312.50°32.5030.4955.8453.8324.01°24.70°49.56°49.68°47.05°41.61°34.56°33.14°40.67°47.03°51.71°53.47°80.3775.2469.8864.7759.0063.0170.7177.6583.2788.3966.9658.8751.1244.0736.7874.9866.9058.8950.0140.79拱圈厚度T9.855.00666.00676.60(m)(m)高程48.16°45.18°53.52°51.98°85.6092.9892.6598.0075.7587.9882.8093.00半中心角φ左拱圈右拱圈拱圈内半径Rd(m)左拱圈右拱圈右拱圈左拱圈拱圈外半径Ru(m)拱坝体型基本参数表3、WES溢流堰剖面设计采用WES实用堰，2表孔溢流，堰顶高程671.00m，空口尺寸为4×7（高×宽）。某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第5页3.1堰顶O点上游三段圆弧的半径及其水平坐标值为：Hd=675.09－671.00=4.09mR1=0.50Hd=0.50×4.09=2.045mX1=-0.175Hd=-0.175×4.09=-0.716mR2=0.20Hd=0.20×4.09=0.818mX2=-0.276Hd=-0.276×4.09=-1.129mR2=0.04Hd=0.04×4.09=0.164mX2=-0.282Hd=-0.282×4.09=-1.153m415.94001002001501:0.330037580803049030669.73668.30671.00Y1:11:0.34450X671.00R600674.52交通桥50065050676.60100658.68664.35661.44667.85R=6001:0.651°25°溢流堰剖面图3.2O点下游的曲线方程85.15.0ddHxHy85.1151.0xy某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第6页按上式算得的坐标值如下：X（m）123456789y（m）0.1510.5441.1531.9622.9654.1555.5267.0748.7973.3坡度m=0.7的下游直线段CD与曲线OC相切于C点。C点坐标XC，YC如下求得：对堰面曲线求一阶导数85.0279.0xdxdy直线CD的坡度为8.011mdxdy故8.01279.085.0xXC=5.38mYC=3.396m2.4鼻坎挑流的泄洪方式，66.118.92965.0v=14.588m/s挑流鼻坎水深h1=q/v=21.423÷14.588=1.468m为R=（4～10）h1反弧半径R=6.00m，挑射角=25°二、拱坝水力学计算1、挑流消能计算1.1.1校核水位工况校核水位工况挑流消能计算，校核水位676.01m,校核水位下游水位605.02，河床高程599.20。溢流堰顶宽度14m，挑流鼻坎宽度15.24m。最大下泄流量326.5m，鼻坎单宽流量q=21.423m3/s.m。)cos(2sincoscossin1212212hhgvvvgLL——自挑流鼻坎摸段末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第7页——挑流水舌水面出射角，近视可取用鼻坎挑角，（°）h1——挑流鼻坎末端法向水深，mh2——鼻坎坎顶至下游河床高差，m，v——挑坎坎顶至水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。关于鼻坎的平均流速。适用范围，S＜3218qs=16.47m18×21.4232/3=138.84m此公式使用02gZv0021ZhZhjfqZShf/014.05.10767.0v——鼻坎末端断面平均流速，m/sZ0——鼻坎末端断面水面以上的水头，m——流速系数hf——泄槽沿程损失，mhj——泄槽各项局部水头损失之和，m，可取hj/Z0为0.05S——泄槽流程长度，mQ——泄槽单宽流量，m3/（s.m）Z0=11.66m423.21/66.1147.16014.05.1767.0fh=0.22m05.066.11145.012=0.93166.118.92965.0v=14.588m/s挑流鼻坎水深h1=q/v=21.423÷14.588=1.468m某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第8页L=)15.6525cos468.1(8.9225sin588.1425cos588.1425cos25sin588.148.91222=57.72m1.1.2冲刷坑最大水垫深度4121ZkqTT——自下游水面至坑底最大水垫深度mq——鼻坎末端断面单宽流量m3/（s.m）Z——上下游水位差mK——综合冲刷系数Z=70.99mk=1.2q=21.423m3/（s.m）412199.70423.212.1T=16.12m冲坑深度：T1=16.13-5.82=10.31m1.2.1设计水位工况设计水位工况挑流消能计算，设计水位675.09m，设计水位下游水位604.24m，河床高程599.20m。溢流堰顶宽度14m，挑流鼻坎宽度15.24m。最大下泄流量264.8m，鼻坎单宽流量q=17.375m3/s.m。)cos(2sincoscossin1212212hhgvvvgLL——自挑流鼻坎摸段末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m——挑流水舌水面出射角，近视可取用鼻坎挑角，（°）h1——挑流鼻坎末端法向水深，m某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书第9页h2——鼻坎坎顶至下游河床高差，m，v——挑坎坎顶至水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。5.2关于鼻坎的平均流速。适用范围，S＜3218qs=16.47m18×23.322/3=146.9m此公式使用02gZv0021ZhZhjfqZShf/014.05.10767.0v——鼻坎末端断面平均流速，m/sZ0——鼻坎末端断面水面以上的水头，m——流速系数hf——泄槽沿程损失，mhj——泄槽各项局部水头损失之和，m，可取hj/Z0为0.05S——泄槽流程长度，mQ——泄槽单宽流量，m3/（s.m）h1=0.05mZ0=10.46m375.17/46.1047.16014.05.1767.0fh=0.234m05.046.10234.012=0.92846.108.92963.0v=13.789m/sh1=q/v=17.375÷13.789=1.260mL=)15.6525cos26.1(8.9225sin789.1325cos789.132