水工建筑物课程设计.docx

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水工建筑物课程设计

设

计

说

明

书

课程名：

水工建筑物课程设计

姓名：

指导教师：

专业：

水利水电工程

学号：

1.基本资料及设计依据

1.1基本资料

1.1.1概况本项目为教学环节中的课程设计，所采用的资料数据纯属学生学习所用。

1.1.2枢纽任务本项目设计属于基本的首部枢纽设计，主要的目的是解决水电站进水口的合理设计。

做到取水、排沙、防洪、消能、等目的。

1.1.3地形、地质条件取水坝坝址河床宽14m，地形平缓，坝轴线下游20m，河床由268°转为307°，河道变陡。

1.1.4水文资料根据调洪演算，得到各种频率下的洪水成果表：

时段

P=0.33%

P=0.5%

P=1%

P=2%

P=3.33%

P=5%

P=10%

P=20%

洪峰

886.6

843.2

767.3

689.8

630.9

582.8

502.2

420.1

洪量

3397

3221

2917

2606

2371

2105

1870

1580

1.1.5泥沙：

根据计算，得到坝址处悬移质多年平均输沙量为61000t，相应含沙量0.21kg/m3。

1.2设计依据

1.2.1规范：

《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005

《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000

《水利水电工程进水口设计规范》SL285-2003

《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999

《水力计算手册》（第二版）武汉大学主编。

2工程总体布置

根据《水利工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，确定工程规模，工程等级及设计标准：

该电站的装机容量为6400KW,属于小

（2）型电站，属于5等工程，并且所设计的取水坝不涉及防洪及其他的功能，所以确定该取水坝的工程等级为5级。

设计洪水为20年一遇的洪水，相应的洪峰流量为582.8m3/s.校核洪水为100年校核，相应校核洪水流量为767.3m3/s。

采用重力坝方案。

其筑坝材料可用砼和浆砌石两种材料，能使该工程充分利用现有的自然条件，且泄洪建筑物容易布置，施工导流易于解决。

居于浆砌石和纯混凝土两种坝型而言，浆砌石重力坝虽然水泥用量少，投资小，但不能实现机械化施工，人工砌筑，坝体质量难以控制，工期长，是不可取的；另外，随着改革的深入，施工质量和进度都将受到合同和国家法律的约束。

因此，唯有混凝土重力坝才是较理想的坝型，它能满足由于施工工艺、组织管理和机械设备使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。

3溢流坝段的坝体设计

3.1剖面拟定

3.1.1剖面设计的原则

1.设计断面要满足稳定和强度的要求

2.力求剖面较小

3.外形轮廓简单

4.工程量小，运用方便，便于施工。

5.满足过流能力的要求。

3.1.2溢流坝的进水高程设计

根据工程要求，设计进水流量为7.5

/s,在有压流的条件下，初步拟定进水口的尺寸是b*h=1.5*1.5，则设计流速为v=3.3m/s.为了达到进水口不进气，故设计最下不进气水深为Sk=0.73×3.3×

=2.95m.取为3m.

由于要求进水口的进水高程为1681.2m,所以溢流坝段的高程为1681.2+1.5+3=1685.7m。

3.1.3溢流坝坝体设计

1.溢流坝段坝高设计

根据需要坝基面要清基5-6米，设计清基至高程为1673.7m全分化的花岗岩基面上。

所以坝高为1685.7-1673.7=12m。

2.溢流坝段的坝体宽度

试算结果：

由Q=ε×m×b×

×

=582.8

为简化计算

=1,m=0.50得：

当b=18m时，h=5.98m,显然太高。

当b=25m时，h=5.15m.

在一定条件下满足溢流坝段和非溢流坝段的比例，所以取坝的宽度为25米。

在上述前提下，当b=25m,计算校核洪水位：

Q=767.3m3/s时，Q=1×25×0.5×

×

反算h=6.19m.

通过上述的计算，得到相应的设计参数为：

正常蓄水位高程1685.7m

设计洪水位高程1690.1m

校核洪水位高程1691.9m

3.设计溢流坝段的剖面形状

坝高H=12m

坝底宽度为B=0.8*H=0.8*12=9.6m

坝高为12米，坝顶圆弧半径为满足过水平顺性，减少水头损失，采用半径为0.5Hd=0.5×5.15=2.57取为2.5米,坝底面的尺寸要是采用0.7-0.9倍坝高时，其下游的反狐半径需要很大，以至于整体尺寸偏大，故经过协调后得出以上的尺寸大小,反弧段结合水工消能设计，采用（4-10）h。

4.下游消能工设计

（1）消能设计洪水标准为10年一遇，其流量为502.2

/s。

（2）上游计算设计水头由公式Q=ε×m×b×

×

反求得：

Hd=

得Hd=3.7米。

在计算中若上游堰高p1/Hd

1.33,则称为高堰，计算中不需要计算行进流速水头。

经过计算能满足，故不计算流速水头。

（3）计算以收缩断面底部为基准面的坝前水流的总比能E0：

E0=P1+Hd=3.7+10=13.7m

（4）计算下游收缩断面处的断面水深hc:

由E0=hc+

，并且设宽度为25米，通过试算得到hc。

（5）假设下游某一断面处有一坡降为：

1:

4000的矩形断面，通过试算后求出下游水深H（下）即下游水深为1.84米.

并且下游水深已知的情况下，假设在反弧段的水深为临界水深.

试算消力池深度S

v

0.000

流速水头

0.000

消力池宽度

25.000

流量

502.200

单宽流量q

20.088

上下游高程差

0.000

上游水深

13.700

以下游河床为基准上游总水头E0

13.700

低堰流速系数φ

0.950

临界水深hk

3.453

E0/hk

3.243

hc0/hk

0.550

收缩水深hc0

1.707

跃后水深hc0''

6.097

求解得到上述跃后水深C=6.097米,保证发生淹没出流，其HT=

×hc0''=1.05*6=6.3m

=（0.7

-0.8）

=20-24米，故采用24米。

经上述计算假设的池深与计算的近似相同，故池深为2.6，及其池长24米。

其机构根据工程经验类比，采用C25钢筋混凝土机构，其强度满足要求不计算。

（5）消流池的侧墙高度设计：

以设计流量对应的水深加一定的安全超高0.4米，也就是h=1.84+0.4=2.24m。

为方便施工采用2.4米。

4非溢流坝段的设计

4.1设计原则

（1）坝体结构要根据坝的受力条件以及坝址处的地形地质、水文气象、建筑材料、施工工期，通过总体设计经济比较确定，本项目工程取水坝左岸坡出露基岩，岩性为黑云母花岗岩，强～弱风化状，其中顺河左岸边坡稳定性较好.故左岸布置小尺寸的非溢流坝段非常合适，其坝顶宽度在一定程度上比右岸小，较经济。

（2）坝段的上游面要协调一致，坝段两侧横缝上游面止水设施呈对称分布布置，需要调整时逐步过渡。

（3）坝段整体要满足稳定和强度的要求。

4.2基本剖面设计

4.2.1.坝顶高程设计

（1）超高值的计算坝顶高程要高于校核洪水位，坝顶上部防浪墙高程应高于波浪顶高程，防浪墙强顶至设计洪水位或校核洪水位的高差

=h1%+hz+hc,不考虑风浪的作用。

坝的超高值就等于安全超高值，设计状况下取0.4米，校核状况下取0.3米。

坝顶高程=设计洪水位+

坝顶高程=校核洪水位+

（2）根据以上两种情况时

计算结果，得出两种状况下的坝顶高程时取最大值。

设计洪水位高程1690.1m+0.4=1690.5m

校核洪水位高程1691.9m+0.3=1692.2m为保证大坝的安全所以取坝顶高程为

1692.2m.,相应坝高为1692.2-1673.7=18.5米。

4.2.2坝体坡比设计

（1）上游为铅直面，也就是m1=0，

（2）下游为1:

0.8

4.2.3坝顶宽度设计

设计检修的要求，本项目坝段（左岸）取为3米。

4.2.4基本剖面如图

上面的剖面尺寸说明，坝高为19.7m,由于该剖面是左岸的非溢流坝段与溢流坝段的连接处，随着向岸边靠近，由于岩基出露良好，故可利用基岩很好，故部分坝体可以直接浇于岩基上。

5.非溢流坝取水口段设计

5.1设计要求：

进水口位于输水系统的首部，其功用是按负荷要求引进发电用水。

进水口应满足下列基本要求；

（1）要有足够的进水能力。

（2）水质要符合要求。

进水口应能拦截有害的泥沙、冰块及各种污物。

（3）水头损失要小。

进水口应该位置合适、流道平顺、断面尺寸足够、流速较小，以合理的减小水头损失。

（4）可控制流量。

进水口要设置闸门，以便在事故中紧急关闭。

（5）满足水工建筑物的一般要求。

本设计采用有压设计，即采用坝式进水口。

5.2坝式进水口的位置、高程、及轮廓尺寸

5.2.1进水口的位置

进水口的位置应尽量使入流平顺、对称、不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物，泄流时仍能正常进水。

水流不平顺或不对称，容易出现漩涡。

本工程采用右岸非溢流坝段设置进水口，并且在一定程度上，开挖了原始河床，使河床过水断面增加至36米（溢流坝段宽度），而且雍高了水位，使过水流态更加平缓。

在右岸设置进水口，水流可以平顺的进入，但是本项目只有一个进水口，所以在一定程度上不采用单侧进水，设计中使进水口的位置尽量靠近主要溢流坝段，从设计CAD上，进水口的位置设置在离溢流坝7米处，这是为了考虑冲沙的需要，冲沙口的位置更靠近主河道。

5.2.3设计规范规定

有压进水口段体型布置要求与明流口进水口段基本相同，其后宜设置事故检修闸门门槽段，在接1:

10的缓坡或平坡段。

工作闸门则设在有压孔口出口端，出口端上游设一压坡段。

孔口断面可为矩形。

5.2.2有压进水口的高程

本设计采用规定的进水口的最低高程为1681.2m。

5.2.3有压进水口的尺寸设计

本设计结构简单。

设计流量较小7.5m/s，设计过水断面为1.5

1.5。

（1）进口段闸门段剖面1.5

×1.5㎡.长度为适应溢流坝段的整体性，并且要预留闸门的安装尺寸故和非溢流坝段的相应的坝体一致宽。

（2）出口段的设计

本设计采用非棱柱体明渠，一方面方便与下游的矩形明渠连接，以方面扩散段产生水跃，进行消能。

（3）消能工采用底流式消能设计流量7.5m/s.而设计水头采用10年一遇的洪水。

其设计水头为：

1690.1-1681.2=8.9米。

不考虑流速水头的作用则H0=7.9米。

计算如下：

（4）依照孔口出流公式，试算后的得到收缩水深

已知b=2,q=7.5,

=0.63H0=7.9,从而求出收缩水深为hc=0.48.

所以Fr=Vc/

=3.6,

=2.21m.

=

=0.78m

水跃长度为7米。

其构造详图见CAD上：

综上计算得，渐变段采用1.5米宽过渡至2米宽，高采用3米。

斜坡护坦采用1:

4的坡度，长度为4米，池深为1.2米，护坦全长19米。

6冲沙闸设计

6.1冲沙闸的高程：

有工程经验，冲沙闸底板高程小于进水口底板高程的1.2米。

进水口的底板高程为1681.2米，则冲沙闸的底板高程为1680.0米。

6.2冲沙闸的孔口尺寸设计

为方便设计，冲沙闸的尺寸与进水口的尺寸一致，皆采用1.5×1.5㎡的布局。

6.3冲沙闸的闸门

冲沙闸的闸门选用在满足设计要求的水头作用下，还要运行简单可靠。

7.右岸非溢流坝段设计

由于右岸边坡较缓，并且又有进水口和冲沙闸的需要。

其设计要求与左岸的非溢流坝段的尺寸大体一致，但是由于布置了进水闸和冲沙闸，在一定使用期限内要坝顶宽度要满足交通和检修的要求，坝顶宽度扩大至4米。

其他尺寸与左岸非溢流坝段一致，详见CAD图。