水工建筑物课程设计.docx

1、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=

2、3.33%P=5%P=10%P=20%洪峰886.6843.2767.3689.8630.9582.8502.2420.1洪量339732212917260623712105187015801.1.5 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

3、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

4、，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

5、=0.733.3=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=mb=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

6、水位： Q=767.3m3/s时，Q=1250.5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 1691.9m3.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=0.55.15=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

7、）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=mb反求得：Hd=得 Hd=3.7米。在计算中若上游堰高p1/Hd1.33,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

8、水深为临界水深.试算消力池深度Sv0.000流速水头0.000消力池宽度25.000流量502.200单宽流量q20.088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E013.700低堰流速系数0.950临界水深hk3.453E0/hk3.243hc0/hk0.550收缩水深hc01.707跃后水深hc06.097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

9、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

10、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169

11、2.2-1673.7=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1:0.84.2.3 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

12、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

13、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

14、1.51.5。（1）进口段 闸门段剖面1.51.5.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, =0.63 H0=7.9,从而求出收缩水深为hc=0.48. 所以Fr=Vc/=3.6, =2.21m

15、.=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1.51.5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。