大工16春《水工建筑物课程设计》答案概要资料Word文档下载推荐.docx
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1.2.1坝址地形地质条件
(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。
1.2.2天然建筑材料
粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采,储量足,质量好。
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。
1.2.3水库水位及规模
①死水位:
初步确定死库容0.30亿m3,死水位51m。
②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
状况
坝底高程(m)
坝顶高程(m)
上游水位(m)
下游水位(m)
上游坡率
下游坡率
设计情况
31
84.9
82.50
45.50
1∶0.8
校核情况
31
84.72
46.45
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:
1.3大坝设计概况
1.3.1工程等级
本水库死库容0.3亿m3,最大库容未知,估算约为5亿m3左右。
根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003),按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等,工程规模为大
(2)型水库。
枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物,施工导流建筑物为3级建筑物。
1.3.2坝型确定
坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。
确定本水库大坝为混凝土重力坝。
1.3.3基本剖面的拟定
重力坝承受的主要荷载是水压和自重,控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。
由于作用于上游面的水压力呈三角形分部,所以重力坝的基本剖面是三角形,根据提供的资料,确定坝底宽度为43.29m(约为坝高的0.8倍),下游边坡m=0.8,上游面为铅直。
2设计及计算内容
2.1坝高计算
按照所给基本资料进行坝高计算,详细写明计算过程和最终结果。
答:
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。
2.2挡水坝段剖面设计
按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计,详细写明计算过程和最终结果。
2.2.1坝顶构造设计
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。
2.2.2坝底宽度计算
根据大坝特性表资料,坝底宽度T=(84.90-31.00)×
0.8=43.12m。
2.2.3坝体检查排水廊道、排水管幕设计
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。
2.2.4坝基灌浆排水廊道设计
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。
2.2.5地基处理
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。
2.2.6坝体材料分区
(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。
2.3挡水坝段荷载计算
按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算,详细写明计算过程和最终结果。
本设计荷载仅分析基本组合
(2)及特殊组合
(1)两种情况。
3.1荷载基本组合
(2)为设计洪水位情况,其荷载组合为:
(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+γω△H,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)γω=13.5-(1-0.42)×
10=7.7KN/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
荷载
计算式
垂直力(kN)
水平力(kN)
对坝底截面形心力臂(m)
力矩(kN.m)
↑
↓
→
←
↙+
↘-
自重
W1
4.8*53.9*24
6209
21.56-2.4=19.16
118964
W2
1/2*47.9*38.32*24
22026
2/3*38.32-21.56=3.99
87884
水压力
P1
1/2*51.52*10
13261
1/3*51.5=17.17
227691
P2
1/2*14.52*10
1051
1/3*14.5=4.83
5076
Q
1/2*0.8*14.52*10
841
21.56-1/3*0.8*14.5=17.69
14877
扬压力
u1
14.5*43.12*10
6252
u2
1/2*36.62*0.25*37*10
1694
2/3*36.62-21.56=2.85
4828
u3
0.25*37*6.5*10
601
21.56-1/2*6.5=18.31
11004
u4
1/2(1-0.25)*37*6.5*10
902
21.56-1/3*6.5=19.39
17490
泥沙压力
Ps1
1/2*7.7*20.02*tan236
813
1/3*20=6.67
5423
Ps2
1/2*7.7*72*tan236
100
1/3*7=2.33
233
Ps3
1/2*7.7*0.8*72
151
21.56-0.8*7/3=19.69
2973
浪压力
Pw
1/4*10*14.45*(14.45/2+1.1+2.25)
-1/8*10*14.452
382
261
51.5-14.45/2+(14.45/2
+1.1+2.25)/3=
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