1、水工建筑物课程设计,指导教师：李守义张晓飞水利水电工程系 2011.6,一 枢纽布置和坝型选择,1 坝轴线选择坝轴线应根据坝址区的地形地质条件、坝型、地基处理方式、枢纽中各建筑物（特别是泄洪建筑物）的施工条件等，经过多方案的技术经济比较确定。坝轴线宜采用直线，应尽量避开大断层、软粘土等不良地质条件。坝址地形图及地质剖面图见图1-1和图1-2。,2.坝型选择 （1）三种基本形式：均质坝：坝体断面不分防渗体和坝壳，绝大部 分由一种土料组成。土质防渗体分区坝:坝体断面由土质防渗体及若 干透水性不同的土石料分区构成，可分为心墙坝、 斜心墙坝、斜墙坝以及其他不同形式的土质防渗体 分区坝。非土质材料防渗体
2、坝：防渗体由混凝土、沥青 混凝土或土工膜组成，而其余部分由土石料构成的坝。 防渗体在上游面的称面板坝，在坝体中央的称心墙坝。,（2）坝型选择应考虑以下因素：a.坝址区的河势地形、坝址的基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质条件；b.筑坝材料的种类、性质、数量、位置和运用条件；c.坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件适宜时可采用混凝土面板堆石坝；d.枢纽布置，坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物的链接；e.大坝及枢纽的总工程量，总工期和总造价。,3.泄水建筑物枢纽中采用岸边溢洪道和泄水隧洞时，一般宜分别布置在两岸，便于施工和运行。泄水建筑物要能满足设计规定的运用要求和条件。其泄洪
3、能力必须满足宣泄设计洪水、校核洪水的要求，并应同时满足排沙要求。泄水建筑物的布置形式，应根据地形和地址条件、泄洪规模、水头大小和防沙等综合比较后选定。可选用开敞式溢洪道和隧洞。在地形有利的坝址，宜布设开敞式溢洪道。,3.泄水建筑物泄水进出口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施，出口应采取可靠的消能措施，应使消能后水流离开坝址一定距离。地形对溢洪道开挖量影响大，坝址附近有马鞍形山口，适于正槽溢洪道；对于山高坡陡，可考虑侧槽溢洪道。泄水建筑物宜布置在岸边基岩上。,从总体布置方面考虑，溢洪道进口与土石坝坝体之间宜有适当距离，以免泄洪时由于进口附近的水流冲刷上游坝坡，溢洪道溢流堰应靠近库岸，以缩短引水
4、渠长度，减少水头损失，要注意溢洪道下游出口的位置，出口距坝脚及其他建筑物有一定距离，以免水流冲刷影响建筑物安全。,二. 大 坝 设 计,对选定的坝型，拟定剖面尺寸、坝体构造（坝体土料分区、排水及防渗设备的形式与尺寸、护坡的类型等）以及坝与地基，坝与河岸的连接方式。 1.剖面设计（1）坝顶高程的确定.坝顶高程按以下四种条件确定： 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高； 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高； 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高； 正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。,首先根据库水位为528m时，要求的排沙流量为20m3/s。无压隧洞的泄流能力，对于深式短管形进口：,
5、正常水位已知，确定设计水位和校核水位。,隧洞进口高程不宜太低，否则面积较小，在确定断面尺寸时，为了施工和维修方便，圆形断面内径 1.8m，非圆形断面 1.5 1.8m。,确定设计和校核水位a.不设闸门情况，正常水位560m，堰顶高程即为正常蓄水位。,Q溢洪道+Q隧洞= Q 总=1500,设计洪水位时宣泄的洪水流量为1500m3/s：,(Z设-560) (Z设-Z隧洞),Z校 计算方法相同。,b.设闸门情况，正常水位568m，假设Z设=Z正=568m。计算溢流堰堰顶高程。,Q溢洪道+Q隧洞= Q 总=1500,设计洪水位时宣泄的洪水流量为1500m3/s：,(Z设-Z堰顶) (Z设-Z隧洞),Z
6、校 计算方法相同。,(568-Z堰顶) (568-Z隧洞),不论是否设置闸门，均可计算设计和校核水位。,根据校核水位，确定水库库容（查图1-4）。根据库容确定工程等别，建筑物的级别。坝顶高程=水库静水位+坝顶超高坝顶超高d=R+e+AR-波浪在坝坡上的设计爬高；e-风浪引起的坝前水位雍高；A-安全加高。依据碾压式土石坝设计规范进行计算。,考虑坝上游侧设防浪墙，墙高1.2m，坝顶高程=水库水位+超高-1.2m。但正常运用条件，坝顶高于静水位0.5m，非常条件不低于静水位。坝底高程可结合图1-2（坝轴线剖面确定），可考虑原地面线向下挖12m，再计算坝高，需预留沉降量，一般为坝高的1%。从而计算坝顶
7、高程。,2.坝顶宽度根据规范：高坝1015m，中、低坝510m。 3.坝体坡度均质坝：平均坡度1:3；土质防渗体心墙坝：下游为堆石1:1.51:2.5，采用土料1:2.01:3.0；上游采用堆石1:1.71:2.7，采用土料1:2.51:3.5；斜墙坝：上游可略缓，石质放缓0.2，土质放缓0.5；面板堆石坝：上游1:1.41:1.7，下游1:31:1.4马道：设在变坡处拦截雨水，防止冲刷坝面、交通、观测、增加稳定，上游除观测要求外，趋向不设马道，下游坝坡也不设或少设，宽度不小于1.5m。,4.坝体防渗体设计 心墙坝：厚心墙底厚（0.30.5)H，心墙坡比：1:0.151:0.3薄心墙（0.15
8、0.2）H，心墙坡比1:0.41:0.5，顶厚不小于3m 墙顶高程：且不小于校核洪水位。 坝顶保护层厚度：不小于冻土或干燥深度，且不小于1m。,斜墙坝：顶厚 3m，底厚 H/5 坡比：内坡不陡于1:2；外坡不陡于1:2.5且不小于校核洪水位。 坝顶保护层厚度：常用23m。,5.反滤层设计：心墙上下游均设置反滤层，水平反滤层最小厚度 为0.3m；垂直或倾斜反滤层最小厚度为0.5m。 6.坝体排水（棱体排水、贴坡排水、坝内排水、综合式排水）棱体排水：顶宽 1.0m；顶面超出下游最高水 位，对于1、2级坝 1.0m，35级坝 0.5m，而且要 保证浸润线位于下游坝坡面冻层以下；棱体内坡 1:11:1
9、.5，外坡1:1.51:2。,三.渗流计算,渗流计算的目的： (1) (2) (3) (4)内容：(1)确定坝体浸润线及下游逸出点位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图和流网图。(2)确定坝体和坝基渗流量。(3)确定渗流的流场与比降。,渗流计算包括以下水位组合：上游正常水位与下游相应水位上游设计水位与下游相应水位上游校核水位与下游相应水位库水位降落时上游坝坡稳定的最不利情况课程设计仅计算上下游均为正常水位的稳定渗流期，计算总渗流量是否满足渗流要求，是否会发生渗透破坏。教材上给出了渗流的计算方法（均质坝、心墙坝和斜墙坝）,四.稳定计算,稳定计算的目的是核算初拟的剖面在各种运用情 况下是否安全经济。
10、 计算内容：施工期的上下游坝坡稳定稳定渗流期的上下游坝坡稳定水库水位降落期上游坝坡正常运用遇地震的上、下游坝坡本次课程设计计算稳定渗流期（上下游正常水位）下游 坝坡稳定。要求选3个滑动面计算安全系数 均质坝： 采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法 心墙、斜墙坝：滑楔法,工况：施工期（包括竣工期）稳定渗流期水库水位降落期正常运用遇地震,五.构造设计,1.坝顶构造（上游防浪墙、下游栏杆、顶面设坡度、集雨水、设路灯） 2.马道和上下游护坡上游护坡：干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m， 范围至坝顶或防浪墙至水库最低水位以下一定距离， 一般为1.52.5。下游护坡：干砌石、碎石或砾石，厚约0.3m，气 候适宜地区
11、粘土均质坝可采用草皮护坡，厚510cm ，范围延伸至坝脚，但排水棱体不需要护坡。 3.坝面排水：下游坝坡设纵横联通的排水沟，坝与岸坡结合处也设排水沟。,六.地基处理,1.坝基的开挖与清理 2.粘性土截水槽 3.灌浆帷幕深入相对不透水层 5m心墙坝、斜墙坝设在防渗体底部，均质坝可设于 距上游坝脚1/31/2坝底处 4.坝体与岸坡连接，岩石岸坡不陡于1:0.5，不应成台阶状、反坡或突然变坡，防渗体与岸坡连接处附近应扩大防渗体断面，加强反滤。,七.泄水建筑物设计,1、溢洪道设计:（1）引水渠设计：确定渠底高程，进口多为喇叭 口形状，要求尽量直短，可做成平底或逆坡，过水断 面大于控制段过水断面）（2）
12、控制段设计：确定堰形和堰面曲线实用堰（按规范或水力学书设计）对于WES曲线，上游三段圆弧，下游曲线段，再 接反弧段与泄槽相连。,（3）泄槽设计规范规定泄槽坡度大于临界坡度泄槽衬砌、分缝、止水、排水、边墙高度。 （4）出口消能段确定消能方式对挑流消能计算冲坑和挑距2、 隧洞设计仅需要确定隧洞的断面尺寸，底高程和位置，不做具体设计，电站引水和隧洞结合起来。,八.设计成果,1.设计图平面布置图土坝横剖面图（最大剖面，左右各一剖面）上下游立视图细部构造图溢洪道纵剖面图，35横剖面图要求1#图12张，23#图34张，CAD制图 2.设计说明书要求手写，说明书内容及章节参见P227，设计成 果进度表P224页,
