水工建筑物课程设计设计名称：混凝土重力坝设计学院：土木工程学院专业：水利水电工程专业年级： 2012学号：1208070176学生姓名：杨林指导教师：邹爽老师2015年7月16日目录一、设计坝顶高程1.确定坝基开挖高程 (1)2.计算坝顶高程 (1)二、绘制坝基开挖线 (2)三、设计非溢流坝段1.设计实用剖面 (3)2.实用坝体剖面稳定及强度验算 (4)四、设计溢流坝段1.孔口形式及溢流坝前沿总长 (15)2.溢流面体型设计 (15)五、溢流坝段稳定验算1.溢流坝段剖面图 (18)2.设计洪水位状况 (19)3.校核洪水位情况 (21)六、设计消能工1.选择鼻坎形式 (24)2.确定挑角、鼻坎高程和反弧半径 (24)3.计算挑距和下游冲刷坑深度 (24)七、坝体细部构造拟定1.橫缝布置 (28)2.坝顶的布置 (28)3.廊道系统 (28)4.橫缝灌浆，固结灌浆，排水措施 (29)八、附录重力坝设计资料 (30)一、设计坝顶高程1.确定坝基开挖高程由相关水文、地质等资料初步估计坝高为50米左右，可建在微风化至弱风化上部基岩上，又下坝址河面高程1858.60m ，综合槽探、硐探、钻探和地表地质勘察资料，坝址区左右岸坡残坡积层厚度达3～5m ，局部地段深达10m ，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为8.8m 左右；结合风化线深度，初步拟定坝基最低开挖高程为1843.50m 。

大坝校核洪水为500年一遇，坝体级别为4级。

2.计算坝顶高程坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。

(1).相关资料(2). 计算h l 根据官厅公式计算： 当20gDV =20～250 时，为累计频率5%的波高h 5%; 当20V gD=250～1000 时，为累计频率10%的波高h 10%; 本设计20V gD=（9.8×0.6×103）/20.72=13.723 故取h l ≈h 5%.（3）.计算防浪墙顶高程及基本剖面坝高二、绘制坝基开挖线坝高超过100m时，坝可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；坝高在50～100m时，可建在微风化至弱风化上部基岩上；坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。

本设计坝高为50.454m，根据地质资料坝基建在弱风化层上部基岩上。

开挖线见CAD附图。

三、设计非溢流坝段1.设计实用剖面（1）.坝顶宽度一般取坝高的8%~10%，且不小于2m；此处坝高范围可取为：8%x50.454=4.036m、10%x50.454=5.045m。

综合取坝顶宽度为5m. （2）.上下游坝坡坡率根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率为n=0~0.2，常做成铅直、或上部铅直，下部倾斜；下游坝坡坡率为m=0.6~0.8。

考虑施工，枢纽布置，地质条件等因素，坝体上游面设计为上部铅直，下部倾斜，转折点取和淤沙高程等高，即为1876.25m，坡率为0.2；下游坝坡坡率取为0.8。

故可得坝体底宽：B=49x0.8+(1876.25-1843.50)x0.2=45.75m。

（3）.坝体实用剖面参数2．实用坝体剖面稳定及强度验算帷幕灌浆中心线取距坝踵8m，取单宽1m进行计算。

砼的容重:γC =2.4 t/m3,水的容重:γW=1t/m3。

(1).设计洪水位情况(正常蓄水位情况与此相同)a. 实用剖面图b. 计算简图：基本数据坝顶高程1893.954 m 上游水位1892.500 m 坝基高程1843.500 m 相应下游水位1861.290 m 三角形起点高程1892.500 m 泥沙高程1876.250 m 坝顶宽b 5.000 m f'抗剪断摩擦系数0.850下游坡率m 0.800 c'抗剪断凝聚力0.45MPa上游坡率n 0.200 r砼 2.400 t/m3扬压力折减系数0.25 r水 1.000 t/m3上游起坡高程1876.250 m 泥沙内摩擦角30o下游起坡高程1886.250 m r沙0.800 t/m3c.荷载计算取1延米计算，坝底宽B=45.75m。

则:坝体自重: W2=r坝A2=2.4x(1886.25-1843.5)x34.2x0.5=1754.46t W3=r坝A3=2.4x5x(1893.954-1843.5)=605.448tW4=r坝A4=2.4x(1876.25-1843.5)x6.55x0.5=576.240t水重：W1=r水A1=1.0x17.788x17.788x0.8x0.5=126.594tW5=r水A5=1.0x6.55x(1876.25-1843.5)x0.5=107.256tW6=r水A6=1.0x(1892.50-1876.25)x6.55=106.438t水压力：P1=0.5r水H12=0.5x1.0x(1892.50-1843.5)2=1200.5t P2= 0.5r水H22=-0.5x1.0x(1861.29-1843.5)2 =158.242t泥沙压力：P S=12r sb h S220tan(45)2ϕ-=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o=143.008t扬压力：U1=(1861.29-1843.5)x1.0x45.75=813.893t U2=(45.75-8)x(1892.5-1861.29)x1.0x0.25x0.5=147.27t U3=8x(1892.5-1861.29)x0.25x1.0=62.42tU4=8x(1892.5-1861.29)x0.5x1.0x(1-0.25)=93.63t则W ∑ = W 1+ W 2+ W 3+ W 4+ W 5+ W 6=1754.46+605.448+576.240+126.594+107.256+106.438 =3276.436tU ∑ =U 1+U 2+U 3+U 4=813.893+147.27+62.42+93.63=1117.213tP ∑ =P 1-P 2+ P S =1200.5-158.242+143.008=1185.266td.稳点判定 安全系数：'''()0.85(3276.4361117.213)4545.753.285 3.01185.266f W U c AK P-+-+*===>∑∑根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:满足稳点要求。

e.坝体应力计算 计算力矩:水平截面上的正应力：22621592.24627223.53393.9245.7545.75yu W M kpa B B σ•=+=-=∑∑ 22621592.24627223.53550.0045.7545.75yd WM kpa BB σ•=-=+=∑∑剪应力：()()21049832.75tan (30)1049393.920.261.32u u uu yu o p p nkpaτσ=--=•+••-•-•=-()()1017.791017.795500.8440d ud d yd p p mkpaτσ=-+=•-•+•= 水平正应力：()()()()2222832.75tan (30)1049832.75tan (30)1049393.920.299.6xu u uu u uu yu o o p p p p n kpaσσ=----=••-•+••-•-•=()()()221017.791017.795500.8352xd d ud ud d yd p p p p m kpaσσ=-+-+=•-•+•= 主应力：()()()221110.04393.9287.330.04406.184u yu u uu n p p n kpaσσ=+--=+•-•= ()()()221110.64393.9287.330.64590.138d yu d ud m p p m kpaσσ=+--=+•-•=()()221049832.75tan (30)104987.33o u u uu p p kpaσ=-=•+••-•=()0xd d ud p p kpa σ=-=由上计算可得：运用期：坝踵铅直应力393.92kpa>0kpa ，没有出现拉应力，满足强度要求。

坝址铅直应力较小，为550kpa ，远小于坝基容许压应力。

施工期：坝址铅直应力:22'6'29361.486189037.48'99.8845.7545.75yd W M kpa B B σ•=-=-=∑∑为压应力，即满足拉应力小于0.1Mpa ，满足强度要求。

(2).校核洪水位a.计算简图基本数据坝顶高程1893.954 m 上游水位1892.710m 坝基高程1843.500 相应下游水位1862.860m 三角形起点高程1892.500 m 泥沙高程1876.250 m 坝顶宽b 5.000 m f'抗剪断摩擦系数0.850下游坡率m 0.800 c'抗剪断凝聚力0.45Mpa 上游坡率n 0.200 r砼 2.400 t/m3扬压力折减系数 2.5 r水 1.000 t/m3上游起坡高程1876.250 m 泥沙内摩擦角30o下游起坡高程1886.250 m r沙0.800t/m3b.计算各荷载取1延米计算，坝底宽B=45.75m。

则:坝体自重: W2=r坝A2=2.4x(1886.25-1843.5)x34.2x0.5=1754.46t W3=r坝A3=2.4x5x(1893.954-1843.5)=605.448tW4=r坝A4=2.4x(1876.25-1843.5)x6.55x0.5=576.240t水重：W1=r水A1=1.0x19.36x19.36x0.8x0.5=149.92tW5=r水A5=1.0x6.55x(1876.25-1843.5)x0.5=107.256tW6=r水A6=1.0x(1892.71-1876.25)x6.55=107.813t水压力：P1=0.5r水H12=0.5x1.0x(1892.71-1843.5)2=1210.81t P2=0.5r水H22=0.5x1.0x(1862.86-1843.5)2 =187.40t泥沙压力：P S=12r sb h S220tan(45)2ϕ-=0.5x0.8x(1876.25-1843.5)2xtan230o=143.008t扬压力：U1=(1862.86-1843.5)x1.0x45.75=885.72t U2=(45.75-8)x(1892.71-1862.86)x1.0x0.25x0.5=140.855tU3=8x(1892.71-1862.86)x0.25x1.0=59.70tU4=8x(1892.71-1862.86)x0.5x1.0x(1-0.25)=89.55t则W ∑ = W 1+ W 2+ W 3+ W 4+ W 5+ W 6=1754.46+605.448+576.240+149.92+107.256+107.813 =3301.137tU ∑ =U 1+U 2+U 3+U 4=885.72+140.855+59.70+89.55=1175.825tP ∑ =P 1+P 2+ P S=1210.81-187.40+143.008=1166.418tc.稳定判定 安全系数：'''()0.85(3301.1371175.825)4545.753.314 2.51166.418f W U c AK P-+-+*===>∑∑根据 SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》规定:满足稳点要求。