水工课程课程设计河道治理工程及建筑物设计文档格式.docx

1、根据山东省地震烈度区划，工程区地震基本烈度6，按照部颁SDJ1078水工建筑物抗震设计规范，不做抗震计算，仅采取构造措施。第四节 混凝土和钢筋设计强度1.混凝土设计指标工程部位强度等级抗渗标号抗冻标号备 注坝底板C25S4D200边墩C20控 制 室S62.钢筋的设计强度及弹性模量 级钢筋受拉设计强度：Rg=2100kg/cm2；级钢筋弹性模量：Eg=2.1102kg/cm2；级钢筋受拉设计强度：Rg=3100kg/cm2；级钢筋弹性模量：第五节 技术经济特性指标建筑物名称结构型式坝高（m）孔数（孔）长度底板高程坝顶高程橡胶坝1单袋式双锚固138.1121.421122.421橡胶坝2120.

2、821121.821第一节 地形地质条件梳洗河属于大汶河水系，农大新校区段位于梳洗河下游，从辛大铁路到与白家河交汇口，全长共计2220m，其中上高大街（现为南外环）以北为 1310.5m，上高大街以南为954.5m。根据山东省水利厅1999年批准的泰安城市防洪规划报告，该段50年一遇最大泄洪流量为703m3/s（上高大街处），规划河槽深5m，槽底宽55m，边坡1：2.5，顶宽80m，两侧各有10m宽防洪通路和20m宽绿化带，总宽140m。新校区规划建设已部分侵占了河道用地，根据新校区总体规划所留尺寸，河道底宽39m，顶宽55m，每边各留6m宽防洪通道，道路两侧各留有2m绿化带。新校区规划建设时

3、未考虑防洪规划要求，使该河段所留尺寸严重不足。如何采取措施，既满足50年一遇防洪规划的要求，又不拆除即将完工的建筑，是本次设计的重大任务。表1 工程区地层物理、力学指标地层号土层类别承载力fK（KPa）渗透系数（cm/s）第层杂 填 土第层粉质粘土801402.5910-5第层粉 土90140细 中 砂120180姜 石140200第层粘 土1602203.510-8150200第层4.83.1粘土混姜石220280240300第层1802602.3160200第层中 粗 砂200300第层强风化白云岩250350180220第层中等风化白云岩120020002002年3月山东农业大学委托山东

4、建工学院建筑设计院，对梳洗河枢纽进行了地质勘探，结果如下：经钻探揭露，枢纽区地层主要为第四系冲洪堆积之粘性土、粉土、砂土、姜石等，自上而下共分九层，其指标见表1。下伏基岩为奥陶纪沉积白云岩。地下水位在0.85.8 m。橡胶坝主要坐落在第四层粘土层上，该层承载力160220Kpa，渗透系数K= 3.510-8cm/s ,满足地基设计要求。两岸堤防土质主要为粉质粘土，渗透系数K=2.3510-5cm/s，满足防渗要求；橡胶坝蓄水高程为124.021m，右岸校区地面高程为 126.21127.20m，校区地面高于水面，因此蓄水不会对校区产生浸渍危害。第2节 气象水文条件项目所在泰安市东面，属北温带大

5、陆性季风气候，四季分明，春冬干冷多风、少雨雪，夏季湿热、雨水集中，秋长于春。年平均降雨654.3mm，降水量年内差异很大，多年平均69月份降水量为503.8mm，占年降水量的77，具有春旱、夏涝、晚秋又旱的特点。多年平均气温12.9，无霜期平均190天,最大冻土深50cm。主要风向为东南风，多年平均风速为3.5m/s。 梳洗河属黄河流域大汶河水系，河道平均比降为2.24，多年平均流量为3.5m3/s，最大洪峰流量为703m3s。梳洗河为行洪河道，汛期大量雨水集中下泄，易造成洪灾。1.根据原河道地形图，作出河道纵断面图，标出原河道中心地面线、校区地坪和河堤高程线等；2.在保证行洪要求的前提下，统

6、筹全河，侧重眼前，以解决“窄、损、淤、臭、费”问题的环境生态化为目标，拟定一组河道设计纵坡（i0.003）；3. 拟定可能的河道横断面，选取合适的糙率，进行河道过流能力验算；4.留足桥下净空，作出设计河底线；5.调整河道平面形状，使河道与跨河的四座桥梁正交；6.考虑回水距离、库容大小、投资多少、美化范围，选定橡胶坝位置（必须与河岸正交）、数量、挡水高度等布置。第一节 总体布置1.底板型式及尺寸、高程（见第五节 底板设计）2.坝袋型式及高度、高程（见第三节 坝袋设计）3.铺盖型式及尺寸、高程4.护坦型式及尺寸、排水5.边墩型式及尺寸、稳定（见第七节 边墩设计）第二节 水力计算1.河道过流验算按明

7、渠均匀流计算，其计算公式：式中：Q 河道过流量（m3/s）n 河道糙率（取n=0.015）A 过流断面面积（m2）R 水力半径（m）i河道比降（取i=0.0025）将河道正常水深h0计算结果列表汇总如下：正常水深h0试算表水深H过水面积A湿周X水力半径R系数K流量QA1，A3A2X1，X3X2R1，R3R2K1+K3K21.040.10.95 2454.83 122.74 1.557.1541.11.39 4746.51 237.33 2.076.242.11.81 7544.76 377.24 2.595.2543.12.21 10773.72 538.69 2.96112.844.02.5

8、6 14076.78 703.84 3.0114.344.12.59 14377.83 718.89 （注：河道断面为复式断面，分区计算流量）当Q=703.84m3/s时，水深H=2.96米，满足要求。2. 橡胶坝过流验算河道行洪时，橡胶坝要坍坝，以50年一遇洪水为控制情况，其过流能力按有坎宽顶堰计算。计算公式：m=0.36Ho=5.08m H=Ho-v2/2g=5.08-1.89=3.14m 侧向收缩系数淹没系数m流量系数B堰宽（m）Ho堰上总水头（m）橡胶坝过流能力计算表计算情况Q（m3/s）H（m）上游设计洪水位河堤顶高程1号坝2号坝50年一遇7033.14124.061124.6611

9、25.821126.421第三节 坝袋设计1.控制条件: 采用定型坝袋，坝袋型号为JBD1.0-60-1型，坝高1.0m，2.坝袋计算 坝袋环向单宽拉力： T=1/41021.51-1=5.0KN/m H0 = a H=1.51=1.5m-水的比重（kN/m3） H0-坝内压力水头（m） H1- 坝高（m） a-坝袋内外压比坝袋有效周长 L0=S1+S+n1+x=1.57+1.69+1.0+0.44=4.7m采用螺栓压板双锚固：锚固长度每侧取0.75m，则坝袋加工周长l1=s1+s+1.4=4.66m底板垫片加工长度：l2=n1+x0+1.4=1.0+0.44+1.4=2.84m上游坝袋圆弧半

10、径R1=（2H0H1H2）/4（H0-H1）=1.0m坝袋单位长度容积：V0=H0X0+（1/2）R1-a1（1/2）n1（R1H1）=1.44m3坝袋容积：V = V0 L=1.4438.1=54.86m3以上计算结果汇总列成坝袋设计指标表如下（要求坝袋强度设计安全系数k大于规范规定的安全系数k） 某充水式橡胶坝袋定型规格表坝高内压比内压水头H0计算强度T（KN/m）有效周长坝袋单宽容积（m3/m） 锦纶帆布坝袋型号型号经纬 15.04.71.44J6060160/60JBD1.0-60-1坝袋强度设计安全系数：k=60/5.0=12.0k 满足设计要求。第四节 充排水设计 据橡胶坝所处的地

11、形、水源以及运用等条件，橡胶坝充水采用河水充水方案，坝袋排水以抽排为主。在距坝上游10m处设集水井作为水泵的吸水池，充排共用一套管路系统，充排由闸阀控制，所有控制设备及观测设备都布置在控制室内。1、机泵型号选择根据国内已建橡胶坝工程的统计，橡胶坝的充坝时间一般为23小时，坍坝时间为12小时。根据本工程的引水需要和该橡胶坝运用情况，分别确定其充坝时间为2小时，坍坝时间为1小时。充水流量Q充=V/T=54.86/2=27.43 m3/h排水流量Q排=V/T=54.86/1=54.86 m3/h选用两台IS100-65J-200B型单级吸悬臂式离心泵，单泵流量为Q0=43.3m3/h，扬程H=9.5

12、m，转速n=1450r/min，配套电动机为Y100L1-4型电动机，功率为2.2Kw,进水管直径200mm，排水管直径400mm。2、集水井设计 集水井的容积要满足坝袋充水时的水量。集水井也可结合景观喷水池设置，并考虑管道自来水作为备用水源。3、超压溢流管的设置为确保坝袋在充水情况下不致超压破坏，在坝左端设置超压溢流管，1号、2号坝的溢流管入口高程分别为 120.821 米和 121.421 米，溢流管出水口的高程分别为 122.321 米和 122.921 米。超压管的设置，必须保证在超压下，超压管出水量大于或等于充水量，才能确保坝袋的安全。取溢流管d = 400mm，其出水流量：=10.

13、1256（20.3）=0.3077m3/s=1107m3/hQ 出水量（m3/s）； 管断面面积（m2）；c管道设计流量系数；H0 出水口水头（0.3m）；局部水头损失之和。沿程水头损失之和。Q Q充,则满足安全要求。4、排气管布置采取坝袋排气孔与坝内设排气管相结合的方法。除在两坝端袋壁上设排气孔外，在坝袋内设50胶管，与坝袋联在一起，通过底板内预埋的钢管将气排出，1号、2号坝的出气口高程分别为 120.821 米和 121.421 米。表3-5 充排水系统主要指标表项目单位1号橡胶坝2号橡胶坝袋内设计充水量m354.86坝袋充胀时间h2坝袋排空时间h 充水管内径mm300排水管内径溢流管内径

14、400闸阀个水泵台第五节 底板设计1.底板的尺寸拟定橡胶坝底板顺水流向的长度： =0.5（1.571.691.00.44）+1.0+1.0=4.35mL1,L2为交通道宽度，取L1=L2=1.0m Ld 底板长度。2.厚度与高程底板厚一般取0.60m，1号、2号坝的顶高程根据坝轴线处河底高程及坝高确定。3.底板的稳定计算3.1计算条件 1、2号橡胶坝均建在土基上，根据其运用条件，确定其小底板的计算条件为坝体充水到设计坝高，1、2号坝上游水位分别为 121.821 m和 122.421 m，下游无水。3.2荷载及荷载组合（1）荷载自重：250.638.14.35=2486.03KN静水压力：水平

15、的1.638.1=487.68KN 铅直的（袋内的、坝前的） =1.51.01.4438.1+1.01.410=1356.36KN 扬压力：1.64.3538.1=1325.88KN（2）荷载组合基本荷载组合：底板与充水坝体的自重、静水压力、扬压力及底板上水体重量。3.3稳定计算底板稳定计算表（对上游齿墙下端点取矩） 荷载名称垂直力（kN）水平力（kN）力矩（KN/m）抗倾抗覆底板上坝袋自重及水重1356.367785.271922.53底板自重2486.03水平水压力487.68扬压力1325.88合计3842.39抗滑稳定安全系数：=0.3（3842.391325.88）/487.69=1

16、.551.25K抗滑稳定安全系数 f0底板砼与土基接触面的摩擦系数（f0=0.3） w作用在底板上的全部垂直荷载之和（kN） P作用在底板全部水平荷载之和（kN） 代入公式计算得到可能最小抗滑稳定安全系数K，若K 规范规定的安全系数k，则抗滑稳定满足要求。4.底板应力计算4.1偏心距=0.54.355862.74/2516.51=0.15式中: L底板顺水流向的长度（m）各力对底板上游端点的力矩和（kNm）W作用在底板上的垂直力和（kN）4.2地基应力=2516.51/4.35160.154.35=698.20/458.824.3地基应力不均匀系数 :=max/min= 698.20/458.

17、82=1.52=2 =2，则满足规范要求。5底板结构计算5.1荷载计算取坝顶对应的底板两侧1.0米宽板条计算，板条垂直于水流方向的长度L1=4.5米（1）水压力： q1=14.0KN/m（2）水重： q2=21.60KN/m（3）底板重: q3=65.25KN/m（4）扬压力: q4=34.80KN/m 5.2强度计算视板条为弹性地基梁进行计算q=q1+ q2+ q3q4=66.05KN/m底板为C10砼，泊松比0.18，压缩模量Eh=2.85106kN/m2 ，基础的泊松比0.35，压缩模量Ed=6.1102kN/cm2，参照水闸闸室结构计算方法手算或利用水利水电工程PC1500程序集计算其

18、结果如下：弯矩 Mmax=1.5kNm反力 qmax=78.3kN剪力 Qmax=3.29kN不均匀沉陷量：0.03m5.3配筋计算由于底板内力较小，所以仅配构造筋。 垂直水流向底层筋：12200 顺水流向底层筋：10200 垂直水流向顶层筋：顺水流向顶层筋：第六节 锚固设计1、2号橡胶坝均采用螺栓压板双锚固，根据经验资料和橡胶坝厂出产的构造锚固配件，初步确定螺栓直径10mm，压板厚度10mm，宽度400mm,螺栓、压板均采用3号钢。1、螺栓直径d验算根据橡胶坝技术规范，螺栓间距取0.2m，其计算公式为T0=KT=35.0=15.0KN/m =15.01.755=5.25KN =41.35.2

19、53.140.01=86.94N/mm2Q0 每根螺栓承受的荷载（kN）T0 单位长度螺栓计算荷载（kN/m）k1 栓紧力及扭转力的影响系数（k1=1.75） n 单位长度内螺栓根数（n=5） d 螺栓直径（d=0.01m）经计算= 86.94N/mm2 钢结构设计规范3号钢的抗拉强度=215N/mm2，即螺栓厚度与直径满足要求。规范规定螺栓锚固深度不小于250mm且不小于25d，因底板500mm厚，螺栓埋置深度受到限制,应在螺栓底部做弯钩与基础底板下层钢筋牢固地焊接在一起。2、压板强度验算： =3.05.00.2/5=0.6kN =0.6/（1/60.4）=90.0 N/mm2坝袋拉力作用在

20、底板上产生的弯矩（kNL 螺栓中心至压板边缘的距离（m）K2安全系数（K2=3.0）WZ抗弯截面系数（m3）经计算：= 90.0 N/mm2 =215 N/mm2通过以上计算知：橡胶坝螺栓压板锚固采用直径0.02m螺栓，宽度0.19m,厚度0.01m的压板满足其强度要求。根据烟台力大水利配件有限公司生产的橡胶坝锚固配件可采用IM-150型号。第七节 边墩设计 橡胶坝处的边墩采用混凝土结构，墩顶厚度为0.8m，高3.5m，见图1。消能段的边墙采用浆砌石，外形尺寸与边墩相同。以完建期河道内未蓄水、墩后地下水位与墩顶齐平情况为计算条件，对边墩的抗滑、抗倾稳定和基底压力验算。一、边墩外形尺寸图1橡胶坝处边墩横断面图（单位:mm）二、稳定计算1、计算条件施工刚建成，河道内还没有蓄水或塌坝后墩后水位最高（与墩顶齐平）时，是边墩稳定最不利情况。边墩尺寸如图1所示，橡胶坝处的边墩取单宽1m计算。2、荷载计算水平土压力计算: 墙后填土选用优质粘土防渗，分层夯实回填，土压力按主动土压力计算，近似采用朗金公式:10.1320.