水工建筑物课程设计

水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921131第一章设计概况及基本参数1.1铁城沟水电站基本概况简介甘肃大通河铁城水电站工程位于大通河下游的甘肃省永登县境内，拟定开发的河段上起大通河甘青两省交界的米拉台桥，下至指南牌桥，河段全长约13.7km，落差约67m。电站距永登县城约103km，该河段右岸为省道301（民门公路）公路，交通十分便利，电站开发条件优越。铁城水电站工程主要任务是发电，采用混合式开发方案，在大通河301公路62km附近修建引水枢纽抬高大通河水位至2072.5m，再由有压隧洞引水至指南牌发电厂房发电。电站由引水枢纽、有压引水系统、发电厂房及升压站等建筑物组成，总装机容量47MW，近期设计水平年2015年多年平均年发电量21500万kW·h。铁城水电站的气象可以上游邻近的天堂寺气象站的气象资料为代表，根据气象站观测资料统计，多年平均气温3.0℃，年降水量483.4mm，年蒸发量1408.4mm，年日照时数2600小时，最多风向为西北和东南风，最大风力可达18～21m/s，最大积雪深度19cm，最大冻土深度1.48m，年绝对无霜期15天。1．1．1设计方案坝址地质条件与评价（1）地形地貌条件坝址区河流比较顺直，河流流向由西向东，该处河水面宽约60～70m，河床宽约80～100m，河床高程2041.6～2043.0m，左岸为一向西凸出的河曲山梁，高120～200m、宽300～400m，坡度45～600，下部有3～6m厚的崩坡积块碎石土覆盖（趾板线上下游10～30m范围内基岩裸露），在上部基岩裸露处，由于裂隙切割、风化等原因，使山体呈小山梁状，山顶高程2168～2244m；右岸河漫滩以上为修公路时人工堆积的块碎石土，路面高程2052.8～2054.6m，路面以上，Ⅳ#坝轴线上游为崩坡积块碎石土，地面坡度40～600，表层植被发育，其后缘基岩呈陡坎状出露；Ⅳ#坝轴线下游，基岩裸露，下部呈近直立陡坎，上部呈60～700的陡坡。河谷呈基本对称的“U”型谷。（2）地层岩性特征坝址区出露的地层岩性从老到新主要为前震旦系马卸山群（AnZ）花岗片麻岩和第四系不同成因类型的松散堆积物。（3）地质构造坝址区地质构造条件相对简单，在测绘过程中，未发现断层构造，仅在左坝肩下游侧溢洪道经过的山梁垭口处发现3～6m宽的节理裂隙密集带，延伸较远，约1.5～2Km，节理裂隙水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921132密集带内，岩体破碎，呈碎裂结构，裂隙之间挤压紧密或岩粉充填。但构造裂隙比较发育，坝址区主要有四组发育的裂隙。（4）水文地质条件坝址区地下水可分为基岩裂隙水和第四系孔隙性潜水两种。对普通硅酸盐水泥无侵蚀性。（5）不良物理地质现象在坝址区两岸岸坡下部分布着厚度不等的崩坡积块碎石，最厚处可达15m，特别在右岸各隧洞进口处，崩坡积块碎石土较厚，施工时需清除；在左右坝肩上部由于裂隙切割有少量危岩、危石存在，需清除，坝址区无其它不良物理地质现象。（6）坝线工程地质条件与评价在下坝址长约200长的河段共选择了4条坝线，从上至下游依此为Ⅱ#（面板坝轴线）、Ⅲ#（项目建议书阶段贵阳院选的重力坝轴线）、Ⅳ#（本次推荐的重力坝轴线）、Ⅴ#（本次重力坝比较轴线）坝轴线。各条坝线地质条件大致相同，越往下游两岸覆盖层越薄，Ⅴ#坝轴线两岸基岩裸露。对应以上坝线共选择了5个引水隧洞进口。Ⅳ#坝轴线作为推荐重力坝轴线勘察精度比较高。河谷为基本对称的“U”型谷，河谷宽约100m，河床近左岸，宽约45～70m，右岸发育有15m左右的河漫滩，其高程2043.0～2045.0m，高出河水面0.1～2.1m，河床及漫滩均为aLQ43冲积砂砾卵石层，厚度4～10m；右岸河漫滩以上堆积有公路开挖人工堆积块碎石土，厚5～8.5m，路面高程2054.0m左右，高出河床8.0～9.0m，路面以上基岩裸露，岩性为前震旦系（AnZ）花岗片麻岩，坡度60～750。左岸河床以上堆积有残留Ⅱ级阶地砂砾卵石层，厚度8～13m，堆积密实，呈直立陡坎状；上部为coL—dLQ43崩坡积块碎石土，坡度40～450，堆积厚度8～10m，表层植被较发育。高程2075.0m以上基岩裸露，岩性为前震旦系（AnZ）花岗片麻岩，岩石致密坚硬，无强风化带，弱风化带厚约2.0～3.0m，属中～弱透水岩体；裂隙较发育，表层岩体较破碎，坡度约50～550。河谷砂砾卵石层厚4～10m，基底基岩面基本平缓，无明显深槽。河床基底为前震旦系花岗片麻岩（AnZ），致密坚硬，一般无强风化层，仅为弱风化层，弱风化带厚度约2.0～3.0m，据钻孔压水试验资料，0～5m，岩层透水率在6～30Lu之间，属中～弱透水层，5～10m，岩层透水率在0.75～8.55Lu之间，透水性属弱～微透水，其下为新鲜岩体，透水率小于1.0Lu，可视为相对隔水层。岩体允许承载力为1.2～1.5MPa，变形模量E0：6～8Gpa，岩体抗剪(断)强度，c′：0.6～0.65Mpa，f′：0.6～0.75，混凝土与岩体抗剪(断)强度，c′：0.6～0.7Mpa，f′：0.75～0.8。基坑开挖边坡：覆盖层：水上1：1.25～1：1.5，深度小于5m时，取1：水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：70549211331.25，水下1：1.75～1：2，基岩1：0.3～1：0.5。1．1．2工程等别及建筑物级别该工程主要任务是发电，采用中坝混合式开发方案，装机容量为47MW，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定，本工程属Ⅳ等小型工程，主要建筑物按4级设计，次要建筑物及临时建筑物按5级设计。1.2基本设计参数洪水标准:根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL2S2—2000）及《防洪标准》（GB50201—94），各建筑物采用的洪水标准如下：泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准：设计洪水频率P=5%，Q=1400m3/s。特征水位:枢纽正常蓄水位：2072.5m；最低运行水位：2070.0m；枢纽设计洪水位：2072.5m；枢纽校核洪水位：2073.7m。厂房正常尾水位：2010.47m。厂房设计洪水位：2016.65m。厂房校核洪水位：2017.15m。厂房最低尾水位：2007.75m。第二章非溢流坝剖面设计本设计采用重力式溢流坝，基本剖面为三角形。坝轴线采用基本资料中的Ⅳ#（本次推荐的重力坝轴线）轴线，参见枢纽平面布置图。2.1确定坝顶高程H拦河坝为重力坝，分溢流段和非溢流段，为使泄流平顺，初步决定溢流段设在坝体中部。2.1.1坝顶超高值的计算计算公式：lzchhhhΔ=++式中：lh——波浪高度（m）；zh——波浪中心高于静水面的高度（m）；ch——安全超高（m），按下表选用。水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921134安全超高表ch坝的级别运用情况123、4、5设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.3（1）计算波浪高度lh和波长L：513400.0166lhVD=××0.810.4()lLh=×式中：0V——计算风速（m/s）,是指水面以上10m高处的风速，在正常运用条件下采用多年平均最大风速的1.5～2.0倍，在设计中，取1.5倍的最大风速；D——风作用于水域的长度（km），即为吹程。本设计中有库区地形图量得D=1.2km。设计情况：()5111.2533400.01660.0166181.50.50.811lhVD=××=×××=m0.80.810.4()10.4(0.811)8.795lLh=×=×=m校核情况：()5111.2533400.01660.0166211.50.50.983mlhVD=××=×××=0.80.810.4()10.4(0.983)10.258lLh=×=×=m（2）计算波浪中心高于静水面的高度hz：22lzhhhcthLLpp××=式中:h——坝前水深，以m计；cth——数学中对数曲线函数，xxxxeecthxee+=-值约等于1。设计情况：2223.140.8110.2308.975lzhhhcthLLpp×××===m校核情况：2223.140.9830.29610.258lzhhhcthLLpp×××===m（3）安全超高：ch水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921135根据本工程的建筑物级别4级，查《安全超高表》知：设计情况：ch=0.3m校核情况：ch=0.4m（4）计算坝顶超高值△h设计情况：lzchhhhΔ=++=0.811+0.230+0.3=1.341m校核情况：lzchhhhΔ=++=0.983+0.296+0.4=1.679m，取hΔ=1.70m2.1.2坝顶高程H的计算设计情况：H=设计洪水位+hΔ=2072.50+1.342=2073.842m校核情况：H=校核洪水位+hΔ=2073.70+1.70=2075.40m坝顶高程取值为2075.40m；设有1.2米的防浪墙，则防浪墙顶高程为2076.60米。坝前设计水深:Hr=2072.50-2037.20=35.30m坝前校核水深:Hr=2073.70-2037.20=36.50m2.1.3坝坡系数的确定根据工程经验，上游坝坡系数常采用n=0～0.2；下游坝坡系数常采用m=0.6～0.8；在此坝的设计中，采用上游坝坡系数n=0；经过m取各值的比较计算，采用下游坝坡系数m=0.8。2.2坝底高程的确定根据本工程所处地质条件及《混凝土重力坝设计规范》（SDJ21—78）要求：100~50m的中坝可建在微风化层至新鲜的基岩上；预估本坝的高度在此范围内，故地基开挖至新鲜基岩上，则坝底高程=2037.20m，因此，坝高=坝顶高程－坝底高程=2075.40－2037.20=38.2m。2.3坝顶及坝底宽度的确定因无特殊要求，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。本设计取坝顶宽度为7m，以满足交通等要求。坝底的宽度约为坝高的0.7～0.9倍，本设计取坝低宽度B=30m。参见附录一非溢流坝基本剖面图。2.4非溢流坝抗滑稳定分析因本设计坝基岩性良好，无不利的缓倾角软弱结构面，故不进行深层抗滑稳定分析，只进行沿坝基面的抗滑稳定分析。2.4.1荷载计算及组合水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921136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、冰压力、地震荷载等，常取单位坝长进行计算。非溢流坝体荷载分布图P2HP2VWPsU1U2P1HH1H2γH2γH0.3γH2γH1oB/2B/2471:0.8(1)自重：cWVg=（kN）式中：Ｖ——坝体体积，ｍ3；由于取1ｍ坝长，可以用断面面积代替：cg——坝体混凝土的重度（本设计中混凝土的重度为24kN/m3）；则5892414136cWVg==×=kN(2)静水压力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HP和垂直水压力VP两种，HP计算公式为：212HWPHg=（kN），VWWPVr=（kN）式中：H——计算点处的作用水头，ｍ；Wg——水的重度，常取9.81kN/ｍ3；WV——斜坡面上水体的体积，m3；则：设计情况：221119.835.36105.84122HWPHg==××=kN水工建筑物课程设计说明书联系方式QQ：7054921137222221111sin()sin()9.8sin(51)726.922sin()2sin(51)HWHPPqgqq⎛⎞⎛⎞===×××=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠ookN222221111cos()cos()9.8cos(51)671.802sin()2sin(51)VWHPPqgqq⎛⎞⎛⎞===×××=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠ookN校核情况：221119.836.56528.02522HWPHg==××=kN222221111sin()sin()9.8sin(51)726.922sin()2sin(51)HWHPPqgqq⎛⎞⎛⎞===×××=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠ook