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水工建筑物课程设计》
题目: 水库混凝土重力坝设计。
学习中心:浙江建设职业技术学院奥鹏学习中心
专业: 水利水电工程
年级: 2023年春季。
学号: 131213301898
学生: 陈莎莎。
指导教师。1 项目基本资料。
根据当地气象局50年统计资料,多年平均最大风速14 m/s,重现期为50年的年最大风速23m/s,吹程:设计洪水位 2.6 km,校核洪水位3.0 km 。
最大冻土深度为1.25m。
河流结冰期平均为150天左右,最大冰厚1.05m。
1)左岸:覆盖层2~3m,全风化带厚3~5m,强风化加弱风化带厚3m,微风化厚4m。
2)河床:岩面较平整。冲积沙砾层厚约0~1.
5m,弱风化层厚1m左右,微风化层厚3~6m。坝址处河床岩面高程约在38m左右,整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成,致密坚硬,强度高,抗冲能力强。
3)右岸:覆盖层3~5m,全风化带厚5~7m,强风化带厚1~3m,弱风化带厚1~3m,微风化厚1~4m。
粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采,储量足,***。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。
死水位:初步确定死库容0.30亿m3,死水位51m。
正常蓄水位: 80.0m。
注:本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。
表一。本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况:
基本组合(2)为设计洪水位情况,其荷载组合为:自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
特殊组合(1)为校核洪水位情况,其荷载组合为:自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。
2 设计及计算内容。
据大坝特性表资料,坝高h=坝顶高程-坝底高程=84.90-31.00=53.90m,为中坝。
坝顶宽度取8%~10%坝高,且不小于3m, 设计坝顶宽度取4.80m。
坝顶上游设置防浪墙,墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构,高度取1.35m(按设计洪水位计算),宽度取0.50m, 坝顶下游侧设拦杆。
根据大坝特性表资料,坝底宽度t=(84.90-31.00)×0.8=43.12m。
为了便于检查、观测和排除坝体渗水,在坝体高程65.00处设一检查兼作排水用的廊道,廊道断面采用城门洞形,宽度取1.5m,高度取2.
5m,其上游侧至上游坝面的距离取0.05~0.07倍作用水头,且不小于3m,设计取4.
00m。
为了减小坝体的渗透压力,靠近上游坝面设置排水管幕,排水管幕至上游坝面的距离取1/15~1/25倍作用水头,且不小于2m,设计取3.00m,间距取2.50m,管径取200mm,排水管幕做成铅直,与纵向排水检修廊道相通,渗入排水管的水可汇集到下层纵向廊道,排水管幕上端通至坝顶。
坝基灌浆排水设置在上游坝踵处,廊道上游侧距上游坝面的距离取0.05~0.1倍作用水头,且不小于4~5m,设计取4.
0m,廊道断面采用城门洞形,宽度取3.00m,高度取3.50m,廊道上游侧设排水沟,下游侧设排水孔及扬压力观测孔,廊道底面距离基岩面不小于1.
5倍廊道宽度,设计取4.00m。
为减少坝基渗漏,防止较大渗流对坝基产生渗透破坏,减小坝基底面的防渗扬压力,提高坝体的抗滑稳定性,在廊道上游侧布置一排帷幕灌浆,帷幕灌浆深度取0.05~0.07倍作用水头,帷幕灌浆深度设计取20.
00m。灌浆帷幕中心线距上游坝面4.50m。
帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行,灌浆压力表层不宜小于1.0~1.5倍坝前静水头,取60m*10kn/m3=600kpa;在孔低不宜小于2~3倍坝前静水头,取130m*10kn/m3=1300kpa。
为了充分降低坝底扬压力和排除基岩渗水,在廊道下游侧布置一排排水孔幕,排水孔深度为帷幕灌浆深度的0.4~0.6倍,且坝高50m以上的深度不小于10m,排水孔深度设计取10.
00m,孔距取2.50m,孔径取200mm,排水孔略向下游倾斜,与帷幕灌浆成10°交角。排水孔中心线距帷幕中心线2.
00m。
基岩开挖的边坡必须保持稳定,两岸岸坡尽量开挖成有足够宽度的台阶状,以确保坝体的侧向稳定。对于靠近坝基面的缓倾角软弱夹层,埋藏不深的溶洞、溶浊面应尽量挖除。开挖至距利用岩面0.
5~1.0m时,应采用手风钻钻孔,小药量爆破,以免产生裂隙或增大裂隙。遇到易风化的页岩、黏土岩时,应留0.
2~0.3m的保护层,待浇筑混凝土前再挖除。坝基应清到比较坚硬完整的完整的岩面,基面平整、水平即可,地基开挖后,在浇筑混凝土前,必须彻底清理、冲洗和修凿,风化、松动、软弱破碎的岩块都要清除干净,突出的尖角要打掉,光滑的岩面要凿毛,并用水冲洗干净,基岩表面不得残留有泥土、石渣、油渍等其它污物,排除基岩面上全部积水,基坑内原有的勘探钻孔、井、洞等均应回填封堵。
1)上、下游最高水位以上坝体表层采用c15、w4、f100厚3.00m的混凝土。
2)下游水位变化区的坝体表层采用c15、w8、f200厚3.00m的混凝土。
3)上、下游最低水位以下坝体表层采用c20、w10、f100厚3.00m的混凝土。
4)坝体靠近基础的底部采用c20、w10、f200厚8.00m的混凝土,满足强度要求。
5)坝体内部采用c10、w2低热混凝土。
本设计荷载仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况。
1)自重。坝体断面分为一个三角形和一个矩形分别计算,混凝土容重采用24kn/m3,因廊道尺寸较小,计算自重时不考虑。
2)静水压力。静水压力包括上下游的水平水压力和下游斜坡上的垂直水压力。
3)扬压力。坝踵处的扬压力强度为γωh1,排水孔线上为γωh2+γωh,坝址处为γωh2,其间均以直线连接,扬压力折减系数=0.25。
4)泥沙压力。大坝迎水面前泥沙的淤积高度计算至死水位51m,大坝迎水面前泥沙的淤积高度hs=51.0-31.
0=20.0m,水平泥沙压力在垂直方向上呈三角形分布,泥沙干重度γsd取13.5kn/m3,孔隙率n取0.
42,内摩擦角φs取18°,泥沙的浮重度γsb=γsd-(1-n) γ13.5-(1-0.42) ×10=7.
7 kn/m3。单位长度大坝迎水面上的水平泥沙压力值按公式psk=1/2γsbhs2tan2(45°-φs/2)。坝址处河床岩面高程约在38m左右,大坝背水面前泥沙的淤积高度hs=38.
00-31.00=7.00m,除计算水平泥沙压力外还应计算竖直泥沙压力,其值按泥沙浮重度与泥沙体积的乘积求得。
5)浪压力。计算风速取重现期为50年的年最大风速23m/s,风区长度取2600m,按鹤地水库试验公式gh2%/v02=0.00625v0(1/6)(gd/v02)(1/3)和glm/v02=0.
0386(gd/v02)(1/2)计算得累积频率为2%的波高h2%=2.07m,平均波长lm=14.45m,经查表求得h1%=2.
25m。
使波浪破碎的临界水hcr=lm/(4π)ln[(lm+2πh1%)/lm-2πh1%)]5.19m。
因为坝前水深h=82.50-31.00=51.50m,h>hcr和h>lm/2,发生深水波,单位长度大坝迎水面上的浪压力值按公式pwk=1/4γωlm(h1%+hz)计算。
波浪中心至计算静水位的高度hz=πh1%2/lmcth(πh/lm)=1.10m。
防浪墙顶高程为:82.50+h1%+hz+hc=82.5+2.25+1.10+0.40=86.25m。
上述荷载计算见计算表。
重力坝基本荷载组合计算表。
水工建筑物课程设计大纲
3 水闸。1 设计资料 由指导教师提供 a.水闸运用要求。b.水文水位资料。c.地质资料等。2 设计内容。a.确定水闸的孔口尺寸 包括闸孔型式 孔口尺寸 b.防渗排水设计。进行地下轮廓线设计 进行防渗设计。c.消能防冲设计 d.闸室的结构设计 闸室的布置与结构 闸室的稳定分析 闸室的结构计算 e.上...
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