水工建筑物重力壩設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、.一、 非溢流壩設(shè)計(jì)（一）、初步擬定壩型的輪廓尺寸(1)壩頂高程的確定校核洪水位情況下：波浪高度2hl5/4D1/35/4 1/3=0.98m=0.0166V=0.0166 18 4波浪長(zhǎng)度2Ll l0.80.8=10.4 (2h )=10.4 0.98=10.23m波浪中心線到靜水面的高度h0 l2/ 2Ll2=(2h)=3.14 0.98 /10.23=0.30m安全超高按級(jí)建筑物取值hc=0.3m壩頂高出水庫靜水位的高度h=2hl0c校+ h+ h =0.98+0.30+0.3=1.58m設(shè)計(jì)洪水位情況下：波浪高度2hl5/4D1/35/41/3=0.0166(1.5V)=0.0166

2、(1.518) 4=1.62m波浪長(zhǎng)度2Ll l0.80.8=10.4 (2h )=10.4 1.62=15.3m波浪中心線到靜水面的高度h0 l2/ 2Ll2=(2h)=3.14 1.62 /15.3=0.54m安全超高按級(jí)建筑物取值hc=0.4m壩頂高出水庫靜水位的高度h=2hl0c設(shè)+ h+ h =1.62+0.54+0.4=2.56m兩種情況下的壩頂高程分別如下：校核洪水位時(shí)： 225.3+1.58=226.9m設(shè)計(jì)洪水位時(shí)： 224.0+2.56=226.56m壩頂高程選兩種情況最大值226.9 m，可按 227.00m 設(shè)計(jì)，則壩高 227.00-174.5=52.5m。(2)壩頂

3、寬度的確定本工程按人行行道要求并設(shè)置有發(fā)電進(jìn)水口， 布置閘門設(shè)備， 應(yīng)適當(dāng)加寬以滿足閘門設(shè)備的布置，運(yùn)行和工作交通要求，故取 8 米。(3)壩坡的確定考慮到利用部分水重增加穩(wěn)定，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，上游坡采用1：0.2，下游坡按壩底寬度約為壩高的 0.7 0.9 倍，擋水壩段和廠房壩段均采用1：0.7。(4)上下游折坡點(diǎn)高程的確定理論分析和工程實(shí)驗(yàn)證明， 混凝土重力壩上游面可做成折坡， 折坡點(diǎn)一般位于 1/32/3 壩高處，以便利用上游壩面水重增加壩體的穩(wěn)定。根據(jù)壩高確定為 52.5m，則 1/3H=1/352.5=17.5m，折坡點(diǎn)高程 =174.5+17.5=192m； 2/3H=2/3 52.

4、5=35m ，折 坡 點(diǎn)高 程 =174.5+35=209.5m， 所 以折 坡 點(diǎn)高 程適 合位 于192m209.5m 之間，則取折坡點(diǎn)高程為 203.00m。擋水壩段和廠房壩段的下游折坡點(diǎn)在統(tǒng)一高程 216.5m 處。(5)壩底寬度的確定由幾何關(guān)系可得壩底寬度為T=（203-174.5） 0.2+8+(216.5-174.5) 0.7=43.1m.(6)廊道的確定壩內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)灌漿排水廊道，距上游壩面6.1m，廊道底距基巖面4m，尺寸2.5 3.0m（寬 高）。(7)非溢流壩段縱剖面示意圖（二）、基本組合荷載計(jì)算及穩(wěn)定分析由上述非溢流剖面設(shè)計(jì)計(jì)算得知校核洪水位情況下的波浪三要數(shù)：波浪中心線

5、到靜水面的高度h0=0.3m波浪高度 2hl=0.98m波浪長(zhǎng) 2L l=10.23m因?yàn)?gD/v2=9.81 4000/182 =121.11m ,在 20250m 之間所以波高應(yīng)安轉(zhuǎn)換為累計(jì)頻率1%時(shí)的波高： 2hl（ 1%） =0.98 1.24=1.22m 。又因?yàn)榘雮€(gè)波長(zhǎng)Ll =10.23/2=5.12H（壩前水深 H=50.8m），所以浪壓力 Pl 按深水波計(jì)算。式中：其中灌漿處及排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)取=0.25水重度 =9.81KN/m3混泥土等級(jí)強(qiáng)度C10混泥土重度 24KN/m 3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m 3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。.（1）正常洪水位

6、情況正常洪水位情況下荷載計(jì)算示意圖正常洪水位情況下的荷載計(jì)算過程見附表 1.附表 1- -非溢流重力壩基本荷載計(jì)算表上游水位： 217.00m- 下游水位 :180.00m- 壩高： 52.5m- - 計(jì)算情形： 正常洪水位 217.00m 情況荷載自重水平水壓力垂直水壓力揚(yáng)壓力浪壓力水平泥沙壓力垂直泥沙壓力合計(jì)總計(jì)符號(hào)W 1W 2W 3P1P2Q1Q2Q3U1U2U3U4P11P12Pn1Pn2垂直力 (KN)水平力 (KN)對(duì)壩底面中點(diǎn)力矩 (KNm)計(jì)算公式的偏心距 (m)正負(fù)1/2 5.7 28.5 241949.4017.7534601.85852.5 2410080.0011.85

7、119448.001/2 29.4 422414817.601.9528894.321/2 9.81 42.528859.6614.17125541.331/2 9.81 5.52148.381.83271.535.7 149.81782.8418.7014639.071/2 5.7 28.5 9.81796.8219.6515657.461/2 3.85 5.5 9.81103.8620.272105.3143.1 5.5 9.812325.460.000.001/2 36.15 9.25 9.811640.172.554182.446.95 9.25 9.81630.6618.081140

8、2.341/2 6.95 27.75 9.81945.9919.2318191.401/2 9.81 (5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.606603.471/2 9.81 5.122128.5839.095026.262 1002.946.676689.611/2 9.5 20 tg(45 -18 /2)1/2 4209.5380.0020.227683.6028910.525542.88276.9610029.35203610.21197327.76W=23368.24P=9752.39M=6282.45注：垂直力以為正， 為負(fù) ；水平力以 為正， 為負(fù)； 力矩以順時(shí)針

9、為正，逆時(shí)針為負(fù).抗滑穩(wěn)定分析f (W U) C AK s0.9 （23368.24-5542.）8870043.19752.39P4.743.0，滿足抗滑穩(wěn)定要求。（ 2）校核洪水位情況校核洪水位情況下荷載計(jì)算示意圖 校核洪水位情況下的荷載計(jì)算過程見附表2.附表 2- - 非溢流重力壩基本荷載計(jì)算表上游水位： 225.30m- 下游水位 :190.65m- 壩高： 52.5m-計(jì)算情形：校核洪水位225.30m 情況荷載符號(hào)W1自重W2W3水平水壓P1力2P垂直水壓Q1Q2力Q3U1揚(yáng)壓力U2U3U411浪壓力P12P水平泥沙Pn1壓力垂直泥沙2壓力Pn合計(jì)總計(jì)計(jì)算公式垂直力 (KN)水平力

10、 (KN)對(duì)壩底面中點(diǎn)的力矩 (KNm)偏心距 (m)正負(fù)1/2 5.7 28.5 241949.4017.7534601.85852.5 2410080.0011.85119448.001/2 29.4 422414817.601.9528894.321/2 9.81 50.8212658.0416.93214342.801/2 9.81 16.1521279.335.386887.085.7 22.3 9.811246.9518.7023317.951/2 5.7 28.5 9.81796.8219.6515657.461/2 11.31 16.15 9.81895.9317.781593

11、1.1343.1 16.15 9.816828.400.000.001/2 36.15 8.67 9.811537.332.553920.196.95 8.67 9.81591.1218.0810687.381/2 6.95 25.98 9.81885.6519.2317031.081/2 9.81 (5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.606603.471/2 9.81 5.122128.5839.095026.262 1002.946.676689.611/2 9.5 20 tg(45 -18 /2)9.5 1/2 420380.0020.227683.6030166.7

12、09842.491407.9213827.73304099.98212622.20W=20324.20P=12419.82M=91477.78注：垂直力以為正， 為負(fù) ；水平力以 為正， 為負(fù)； 力矩以順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。. 抗滑穩(wěn)定分析f (WU )C AK s0.9 （20324.20-9842）.4970043.112419.82P 3.192.5 ，滿足抗滑穩(wěn)定要求。四、應(yīng)力分析（運(yùn)行期）（一）正常洪水位情況下1、水平截面上的正應(yīng)力yuW6M22586.0466282.45562.48(kPa)BB 243.143.12W6M22586.0466282.45521.89(kPa)y

13、dBB243.143.122、剪應(yīng)力上游面水壓力強(qiáng)度：PrH1r H淤 tan2 (45) 9.81 42.59.5 19.8tan2 (4518 ) 516.22(kPa)uwsb22下游面水壓力強(qiáng)度：Pdrw H 29.815.553.96( kPa)剪應(yīng)力：u( Puyu ) n (516 .22 562 .48 ) 0.29.25 ( kPa )d ( yd Pd )m (521.89 53.96) 0.7 327.56(kPa)3、水平應(yīng)力xuPuu n516.22( 9.25)0.2518 .07(kPa )xdPdd m53 .96327 .560.7283 .25( kPa )

14、4、主應(yīng)力1u1d(1n2 )yuP n2(10.22 )562.48516.220.22564.33(kPa)u(1m2 ) ydPd m2(10.72 )521.8953.960.72751.18(kPa)2 uPu516 .22( kPa )2 dPd53 .96 ( kPa ).（二）校核洪水位情況下1、水平截面上的正應(yīng)力yuW6M20324.20691477.78767.03(kPa)BB243.143.12W6M20324.20691477.78176.09( kPa)ydBB 243.143.122、剪應(yīng)力上游面水壓力強(qiáng)度：PrwH1rH淤 tan2(45) 9.8150.89.

15、5 19.8tan2 (4518 ) 597.64(kPa)usb22下游面水壓力強(qiáng)度：Pdrw H 29.81 16.15158.43(kPa)剪應(yīng)力d(ydPd ) m(176 . 09158 . 43 )0 .7 12 .36 ( kPa )u( Puyu ) n( 597 .64767 .03 )0.233 .88 ( kPa )3、水平應(yīng)力xuPuu n597.64( 33.88)0.2604.42( kPa )xdPdd m158 .4312 .360.7167 .08( kPa )4、主應(yīng)力1d1u(1 m2 ) ydPd m2(1 0.72 )176.09 158.43 0.7

16、2184.74(kPa)(1 n2 ) yuPun2(1 0.22 )767.03 597.64 0.22773.80(kPa)2uPu597.64(kPa )2 dPd158 .43 ( kPa ).五、內(nèi)部應(yīng)力計(jì)算（一）正常洪水位情況下坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在下游壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a 和 b，如下W6M22586.04 66282.45521.89aB243.143.12B12M126282.450.52b343.13B具體壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算過程見附表3（二）校核洪水位情況下坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在下游壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a 和 b，如下W6M23368.24 691477.78176.09a

17、B243.143.12B12M1291477.7813.71b343.13B具體壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算過程見附表4.附表 3選取點(diǎn)距壩址距離Xa=W/B-6M/B2b=12M/B3水平截面正應(yīng)力y = a+bXa1=db1=(-1/B) （6P/B+2u+4d）c1=1/B2(6 P/B+3u+3d)壩內(nèi)剪應(yīng)力 =a1+b1X+c1 X2a2=xdb2=( xu-xd)/B壩內(nèi)水平正應(yīng)力x=a2 +b2X壩內(nèi)主應(yīng)力壩內(nèi)主應(yīng)力第一主應(yīng)力方向.非溢流壩壩內(nèi)應(yīng)力分析計(jì)算表正常洪水位情況下01020304043.1521.89512.89512.89512.89512.89512.890.940.940.940

18、.940.940.94521.89522.29531.69541.09550.49553.40327.56327.56327.56327.56327.56327.56-61.47-61.47-61.47-61.47-61.47-61.471.241.241.241.241.241.24327.56-163.14-405.84-400.54-147.24-18.36283.25283.25283.25283.25283.25283.254.474.474.474.474.474.47283.25327.95372.65417.35462.05475.91751.18615.01865.73884

19、.51660.01557.53539.37471.28596.64606.04493.78422.55 35029373927403636381235.附表 4非溢流壩壩內(nèi)應(yīng)力分析計(jì)算表選取點(diǎn)距壩址距離Xa=W/B-6M/B2b=12M/B3水平截面正應(yīng)力y = a+bXa1=db1=(-1/B) （6P/B+2u+4d）c1=1/B2(6 P/B+3u+3d)壩內(nèi)剪應(yīng)力 =a1+b1X+c1 X2a2=xdb2=( xu-xd)/B壩內(nèi)水平正應(yīng)力x=a2 +b2X2壩內(nèi)主應(yīng)力xyyx21222壩內(nèi)主應(yīng)力xyyx2222第一主應(yīng)力方向11 arctan(2)2yx校核洪水位情況下0102030

20、4043.1176.09176.09176.09176.09176.09176.0913.7113.7113.7113.7113.7113.71176.09313.19450.29587.39724.49766.9912.3612.3612.3612.3612.3612.36-39.69-39.69-39.69-39.69-39.69-39.690.900.900.900.900.900.9012.36-294.54-421.44-368.34-135.24-26.43167.08167.08167.08167.08167.08167.088.338.338.338.338.338.33167

21、.08250.38333.68416.98500.28526.10184.74577.99817.44880.25788.05769.86158.43295.18414.90446.31400.20391.1134584157410338282512612.六、壩內(nèi)應(yīng)力分析圖根據(jù)壩內(nèi)應(yīng)力分析計(jì)算成果，可做出壩內(nèi)應(yīng)力分布圖，如下所示：（1）正常洪水位情況下.（2）校核洪水位情況下.二、溢流壩設(shè)計(jì)一、孔口型式及尺寸擬定已知：校核洪水位時(shí)泄流量為3340 m3/s設(shè)計(jì)洪水位時(shí)泄流量2600 m3/s設(shè)：?jiǎn)螌捔髁繛閝=80 m3/s m閘門孔口數(shù)為 5 孔，每孔凈寬為8m。前緣凈寬校核洪水位時(shí)：L=Q

22、 溢/q=3340/80=41.75（m）設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：L=Q 溢 /q=2600/80=32.5（ m）綜上所述，取 L=40m 堰頂高程由資料可知，堰頂高程為213.00m。二、溢流壩的堰面曲線設(shè)計(jì)頂部曲線段開敞式溢流堰面曲線，采用冪曲線時(shí)按下式計(jì)算：xnkH d(n 1) yH d定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂最大作用水頭的75%-95%計(jì)算， m；n、 K 與上游壩面坡度有關(guān)的指數(shù)和系數(shù)；x、 y 溢流面曲線的坐標(biāo)，其原點(diǎn)設(shè)在顏面曲線的最高點(diǎn)。按 85%計(jì)算，則： H d0.85H max0.85(225.3213)10.46m上游壩面鉛直： k=2 , n=1.85x-y 關(guān)系如下表：x012

23、345678910y00.0680.2450.5190.8831.3351.872.4883.1853.964.812 原點(diǎn)上游曲線段R1=0.5Hd=0.5 10.46=5.23(m),0.175Hd=0.175 10.46=1.83(m)；R2=0.2Hd=0.2 10.46=2.09(m),0.276Hd=0.276 10.46=2.89(m)；R3=0.04Hd=0.04 10.46=0.42(m),0.282Hd=0.282 10.46=2.95(m)。 堰面曲線與直線段的切點(diǎn)坐標(biāo)上游坡度垂直： A=1.096 B=0.592a=1.1765 b=2.176直線段與溢流曲線的切點(diǎn)坐標(biāo)

24、：tan1111.43=arctan1.43=55 m0.71xT1 ) a1.431.1765AH d (tan1.09610.4617.46( m).yTBH d (tan 1 ) b0.59210.461.432. 17613.49( m)yT切點(diǎn)高程= 堰頂高程-= 213-13.49=199.51(m)取 =0.95 時(shí)，壩頂水面流速為 V 1H0=校核洪水位 -坎頂高程 =225.3-191.65=33.65(m)V11.142gH 01.140.9521033.6528.10(m3 / s)因?yàn)?q=80 m3/s m,則 q/V 1=80/28.1=2.85所以h=2.85m。

25、又因?yàn)?R=（410） h，所以取 R=6h=62.85=17.1(m)取挑射角2=20則：圓心高程 =坎頂高程 +Rcos2=191.65+17.1cos20 =207.72 (m)圓心縱坐標(biāo) y0=堰頂高程 -圓心高程 =213-207.72=5.25（m）反弧段和直線段的切點(diǎn)坐標(biāo)：xDxTyDyT15.06 13.49tan17.4618.56(m)11.43yDy0R cos1 5.2517.1 cos55 15.06(m)圓心坐標(biāo)：xo xD R sin yo yD R cos1118.5617.1sin 5532.57(m)15.0617.1cos555.25( m)E 點(diǎn)坐標(biāo)（坎

26、頂坐標(biāo)）：xExoR sin2yEyoR cos2離心力作用點(diǎn)坐標(biāo)：32.5717.1sin 2038.42(m)5.2517.1cos 2021.32(m)xxoR sin(yyoR cos(112 )32.5717.1sin(552055)27.43( m)22112 )5.2517.1cos(552055)21.56( m)22.溢流壩段縱剖面示意圖根據(jù)溢流壩的堰面曲線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)畫出溢流壩段的縱剖面示意圖，如下：溢流壩段縱剖面示意圖三、基本組合荷載計(jì)算及穩(wěn)定分析波浪三要數(shù)：波浪中心線到靜水面的高度h0=0.3m波浪高度2hl5/4D1/3 5/4 1/3=0.0166V=0.0166 18

27、4 =0.98m波浪長(zhǎng)度2L l l 0.80.8=10.4 (2h )=10.4 0.98 =10.23m因?yàn)?gD/v22在20250m 之間=9.81 4000/18 =121.11m ,所以波高應(yīng)安轉(zhuǎn)換為累計(jì)頻率1%時(shí)的波高： 2hl（）。又因?yàn)榘雮€(gè)波長(zhǎng) L l1%=0.98 1.24=1.22m（壩前水深H=50.8m），=10.23/2=5.12H所以浪壓力 Pl 按深水波計(jì)算。式中：灌漿處及排水處揚(yáng)壓力折減系數(shù)取=0.25水重度 =9.81KN/m3混泥土等級(jí)強(qiáng)度C10.混泥土重度 24KN/m 3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m 3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。（1）

28、基本組合荷載計(jì)算在 CAD 中繪制溢流壩段縱剖面圖， 并利用面域查出一個(gè)壩段壩體面積 A1=1179.90m2, 壩體重心距壩踵 X1=21.67m；一個(gè)閘墩面積 A2=181.75 m2，閘墩重心距壩踵 X2=11.93m。溢流壩段基本組合荷載計(jì)算過程見附表5，基本組合荷載示意圖如下：溢流壩段基本組合荷載計(jì)算示意圖.附表 5溢流重力壩基本荷載計(jì)算表上游水位： 225.30m下游水位 :190.65m溢流壩高： 38.5m計(jì)算情形：校核洪水位225.30m 情況垂直力 (KN)水平力 (KN)對(duì)壩底力矩 (KNm)荷 載符號(hào)計(jì)算公式面中點(diǎn)的偏心正負(fù)距 (m)自重水平水壓力垂直水壓力揚(yáng)壓力浪壓力

29、水平泥沙壓力垂直泥沙壓力合總W1119.27 242862.4812.1134658.91W21179.90 2428317.602.4669661.301212658.0416.93214342.80P1/2 9.81 50.8P21/2 9.81 16.1521279.335.386887.08Q15.7 22.3 9.811246.9521.1926416.62Q21/2 5.7 28.5 9.81796.8222.1417637.55U148.07 16.15 9.817615.800.000.00U21/2 41.12 8.67 9.811748.683.385907.05U36.95 8.67 9.81591.1220.561215