水工建筑物课程设计.docx
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水工建筑物课程设计
第一章基本资料………………………………………………………………1
第二章坝体坡面拟定…………………………………………………………7
第一节坝体坡面拟定……………………………………………………7
第二节荷载计算…………………………………………………………10
第三章抗滑稳定分析…………………………………………………………13
第四章应力分析………………………………………………………………15
第五章细部结构设计…………………………………………………………16
第六章地基处理与两岸连接…………………………………………………24
第一节地基处理…………………………………………………………24
第二节重力坝与两岸连接………………………………………………26
第一章基本资料
（一）工程概况
顺河水量丰沛，顺河中游与豫运河上游的礼河、还乡河分水岭均较单薄，并处于低山丘陵区，最窄处仅10余公里。
通过礼河、洲河及输水渠道，可通向唐山市；经还乡河、陡河可通秦皇岛市。
为解决唐山市、秦皇岛市两地区用水，国家决定修建顺河水库。
顺河水库位于河北省唐山、承德两地区交界处，坝址位于迁西县扬岔子村的顺河干流上，控制流域面积33700平方公里，总库容为25.5亿立方米。
水库距迁西县城35公里，有公路相通。
水库枢纽由主坝、电站及泄水底孔等组成，水库主要任务是调节水量，供天津市和唐山地区工农业及城市人民生活用水，结合引水发电，并兼顾防洪要求，尽可能使其工程提前竣工获得收益，尽早建成。
根据水库的工程规模及在国民经济中的作用，枢纽定为一等工程，主坝为I级建筑物，其他建筑物按II级建筑物考虑。
（二）水文分析
（1）.年径流：
顺河水量较充沛，顺河站多年平均年径流量为24.5亿立方米占全流域的53%，年内分配很不均匀，主要集中在汛期七、八月份。
丰水年时占全年50~60%，枯水年占30~40%，而且年际变化也很大。
（2）.洪水：
多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大，由红痕估算洪峰流量约为24400—27400m3/s,实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800m3/s。
（3）.泥沙：
本流域泥沙颗粒较粗，中值粒径0.0375毫米，全年泥沙大部分来自汛期七、八月份，主要产于一次或几次洪峰内且年际变化很大，由计算得，多年平均悬移质输沙量为1825万吨多年平均含沙量7.45公斤/立方米。
推移质缺乏观测资料。
可计入前者的10%，这样总入库沙量为2010万吨。
淤砂浮容量为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。
淤砂高程157.5米。
（三）气象
库区年平均气温为10℃左右，一月最低月平均产气温为零下6.8℃，绝对最低气温达零下21.7℃（1969年）7月份最高月平均气温25℃，绝对最高达39℃（1955年）,本流域无霜期较短（90—180天）冰冻期较长（120—200天），顺河站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约70—100天，冰厚0.4—0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大夏季常为东南风，多年平均最大风速为21.5米/秒，水库吹程D=3公里。
（四）工程地质
库区地质：
顺河水库、库区属于中高山区，河谷大都为峡谷地形，只西城至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现不对称，区域内无严重的坍岸及渗透问题。
第四大岩层（Arl4）为角闪斜长片麻岩。
具粗粒至中间细粒千状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本岩层体厚层块状、质地均一、岩性坚硬、抗风化力强、工程地质条件较好，总厚度185米左右。
岩石物理力学性质：
岩石容重2.68—2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微分化岩石均在650公斤/厘米2以上，有的可达1100公斤/厘米2以上，混凝土与岩石的摩擦系数微分化及弱风化化下部，可取f=1.10、c=7.5kg/cm²。
地震：
库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。
弱震任不断发生，其中1936年和1976年两年内发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地震地质大队对本区域地震问题作了鉴定，水库的基本烈度为6度，考虑到枢纽的重要性，和水库激发地震的可能性拦河坝设防烈度采用7度。
（五）枢纽建筑物特性指标
项目
单位
指标
备注
水
位
校核洪水位
米
227.2
设计洪水位
米
225.7
正常蓄水位
米
224.7
汛期限制水位
米
216.0
死水位（发电）
米
180.0
校核洪水位尾水位
米
156.8
设计洪水尾水位
米
152.0
正常尾水位
米
138.4
库
容
总库容
亿立米
25.5
计入十年淤积
调洪库容
亿立米
7.4
兴利库容
亿立米
19.5
共用库容
亿立米
5.6
死库容
亿立米
4.2
计入十年淤积
坝型
混凝土重力坝
坝顶溢孔数
孔
19
堰顶高程
米
闸墩的中墩厚度为3米
每孔净宽
米
15.0
工作闸门尺寸
米米
1515
弧形钢闸门
启闭机
（2）
台
19
固定式卷扬机
设计洪水下泄能力
32300
校核水位下泄量
42900
限泄275003
泄
水
孔
进口底高程
米
160.0
弧形闸门
底孔数目
孔
4
工作阀尺寸
米*米
5*7
启闭机
台
4
设计水位泄水能力
米^3/秒
4340
校核水位泄水能力
米^3/秒
4430
电站引水道
水管道进口高程
米
170.0
三条引水管道
管线长度
米
121.0
管径
米
5.0
最大引水流量
米³/秒
104
每条引水道
工作阀门
米*米
3-5*7
工作阀门启闭机
台
3
平板检修闸门
米*米
5*8.5
检修门启闭机
台
1
400/25吨门机
电
站
主厂房尺寸
长*米*米
72*19.1*39.0
机组间距
米
16
水轮发电机组
台
3
装机容量
万瓦
3*6=18
水轮机型号
HL·720
LT-330
额定出力
万瓦
6.18
主要变压器型号
SPL-80000
220
输电线电压
千伏
220
共3台
（六）坝型、坝址选择
（1）坝型选择
坝址地形地质条件，河谷断面比较宽浅，两岸不对称，坝址区域为花岗岩结构，岩体是厚层块状，质地均一，抗风化强，工程地质条件好，覆盖层及风化层较薄弱。
建筑材料：
经勘测，坝址附近有丰富的砂石料，但缺土料，只有很薄的表层堆积物。
根据以上情况进行综合分析如下：
拱坝方案：
河谷断面宽浅，不是V字型，两岸不对称，没有合适的地质条件，故该方案不可行。
土石坝方案：
坝址付近没有适宜的地形像溢洪道，若开挖溢洪道，则开挖量较大，并且当地土料比较缺乏，故也不可取。
重力坝方案：
混凝土重力坝和浆砌石重力坝都不能充分利用当地的自然条件，泄洪问题容易解决，施工容易。
浆砌石重力坝虽然节约水泥用量，但不能实现机械化施工、施工方便、速度快、缩短工期，故本工程采用混凝土重力坝。
（2）坝址选择：
经地形、地质勘测，综合考虑地质条件、施工条件、综合效益等情况，坝址位于迁西县杨岔村的顺河流上，控制流域面积33700平方公里，总库容25.5亿立方米，水库距迁西县城35公里，有公路相通。
（七）枢纽总体布置方案选择
水库枢纽由主坝、电站及泄水孔等组成
（1）溢流坝的布置：
溢流坝的位置应使下泄洪水、排水时能与下游平顺连接，不致冲刷坝基和其他建筑物，溢流孔孔数19孔，净宽15米，中墩厚3米。
（2）导流底孔布置：
导流底孔宣泄期的流量一般应考虑与永久建筑物相组合，做到一孔多用，导流底孔孔数为4，宽44米。
（3）电站坝段布置：
水电站厂房尽量布置在靠近用户的岸，且要布置在使出力最大的一岸，电站坝段48米，由3台水轮发电机组。
（4）挡水坝段布置：
非溢流坝一般布置在河岸部分与岸坡相连，非溢流坝与溢流坝或其他建筑物连接处，用导墙、变强隔开。
根据以上原则及尺寸，经分析1/2方案可选择，即：
方案一
挡水
坝溢流泄水溢流坝水电站挡水坝
坝坝
方案二
挡水溢流有孔坝坡挡水坝
坝坝
方案一、方案二比较
方案一：
泄水孔布置在中间，在水库建成以后，它将承担排沙、放空水库使用，不是频繁使用，且开挖量大。
方案二：
溢流坝在中间，下泄洪水时，可以与主河槽水平顺连接且开挖量不大，故可采用。
工程开挖量不大，且溢洪道泄水与主河槽平顺相连。
第二章坝体坡面拟定
第一节坝体坡面拟定
（一）坝体坡面拟定
从地形图可得拦水坝段的最底部高程为127.5米，故可据此确定最大坝高河坝顶高程。
（1）坝顶高程应高于交河洪水位，把顶上游防浪墙顶高程高于波浪高程，其与设计洪水位或校核洪水位的高差△h由下式确定：
△h=h1%+hz+hc
其中：
△h----防浪墙顶呈设计洪水位或校核洪水位高差m
h1%---累计频率为1%时波浪高度m
hz----------波浪中心线高出设计洪水位或校核洪水位高度m
hc----------安全超高
由设计枢纽工程为一等，主坝为Ⅰ级建筑物，故计算的非溢流坝为Ⅰ级建筑物，查《混凝土重力坝设计规范》得安全超高，设计洪水位时为0.7m，校核洪水位时为0.5m。
坝顶上游防浪墙顶高程=设计洪水位+△h设
坝顶或防浪墙顶高程=校核洪水位+△h校
a:
设计洪水情况
风区长度D=3公里，计算风速V0设计洪水情况下取的年平均风速的1.5倍，为V0=12.5*1.5=18.75m/s.
由于gh5%/V02=0.0076V0（1/-12）（gD/V02）1/3V02/g得
h5%=0.0076*18.75（1/-12）（9.81*3000/18.752）1/3=0.94m
由gl/V02=0.331V0-1/2.15（Gd/V02）1/3.75得
L=9.89m
波浪中心线呈计算水平的高度
h8=hl2/Lcth2H/L因H>Lcth2H/L≈1.0h1%=1.15m
h8=h/L=3.14*1/9.89=0.426m
因主坝为Ⅰ级建筑物，故取设计安全超高hc=0.7m
坝顶高程=225.7+2.29=227.99m
b校核洪水位情况
风区长度D=3公里，计算风速V0在校核洪水位情况的平均最大风速V0=12.5m/s
波高：
h5%=0.0076*12.55（1/-12）（9.81*3000/12.52）1/3=0.56m
波长：
L=0.331V0-1/2.15（Gd/V02）1/3.75*12.52/9.8=6.59m
波浪中心线至计算水位高度
h8=hl2/Lcth2H/L因H>Lcth2H/L=1.0h1%=1.24*0.563=0.698m
h8=hc2/L=3.14*0.6982/9.89=0.232m
因主坝为Ⅰ级建筑物，故取校核安全超高hc=0.5m
△h校=h1%+h8+hc=0.698+0.232+0.5=1.43m
取上述两种情况坝顶高程中的最大值，并取防浪墙高为1.2m，所以实际坝顶高程为228.63-1.2=227.43m取227.5m。
（二）坝顶宽度
坝顶宽度一般为坝高8%～10%，并考虑交通要求，坝顶宽度取10m，满足Ⅰ级建筑物坝顶宽度
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