水工建筑物重力坝课程设计-不计扬压力(szc)

第一章 基本资料

1.1 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其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，其它建筑物按II级建筑物考虑。

1.2 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。淤砂浮容重为0.9吨/立米，内摩擦角为12度。淤砂高程157.5米。

1.3 气象条件

库区年平均气温为10℃左右，一月份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。

1.4 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，只西城峪至北台子一带较为宽阔沿河两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。第四大岩层(Ar I 4)为角闪斜长片麻岩。具粗粒至中间细粒纤状花岗变晶结构，主要矿物为斜长石、石英及角闪石，本层岩体呈厚层块状、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：岩石容重为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，混凝土与岩石的磨擦系数微分化及弱风化化下部，可取fˊ=1.10、cˊ=7.5kg/cm2。

地震：库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微繁。弱震仍不断发生，其中1936年和1976年两次发生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。

第二章 坝体剖面拟定

2.1 剖面拟定原则

1、设计断面要满足稳定和强度要求；

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。

重力坝的基本剖面是指在自重、静水压力和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图2—1所示，在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。

图2-1 重力坝的基本剖面图示

2.2 拟定实用剖面

2.2.1 确定坝顶高程

1、超高值Δh 的计算

坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程，防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh，可由式（2-1）计算。

Δh = h1% + hz + hc （2-1）

Δh—防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m；

H1% —累计频率为1%时的波浪高度，m；

hz —波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；

hc —安全加高，由于该工程的结构安全级别为Ⅰ级，故查得

设计洪水位情况hc＝0.7m；校核洪水位情况hc＝0.7m。

下面按官厅公式计算h1% ， hz。

V0 为计算风速，18m/s；

D 为吹程，3km；

波高hl：gD/V02=28 (20～250)，为累计频率5%的波高h5%

规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，应乘以1.24；

首先计算波浪高度hl 和波浪长度L 和波浪中心线超出静水面的高度hz。

（1） 设计洪水位时：

设计洪水位时Δh 计算

风速采用50 年一遇的风速1.8 V0 =1.8×18=32.4m/s，吹程D=3km。

波浪三要素计算如下：

波高hl=0.0166 V05/4 D1/3=2.22m

波长L=10.4(hl)0.8 =19.7m 壅高（一般峡谷水库因

由规范《SL319-2005》中波浪爬高公式

H ，所以：hz hl2L）； 取hz=πhl2/L=0.79m

计算得出h=h5% =1.86m

因gD/V02=28，h1%=1.24h5%=2.3m ； hz = 0.79m ； hc = 0.7m

Δh = h1% + hz + hc=3.79m

（2） 校核洪水位时：

计算方法同上，V0 取18 m/s

Δh = h1% + hz + hc=1.10+0.26+0.5=1.86m

2、坝顶高程计算

坝顶高程按下式计算，并选用其中较大值

坝顶高程=设计洪水位+Δh 设=225.7+3.79=229.49m

坝顶高程=校核洪水位+Δh 校=227.2+1.86=229.06m

取设计洪水位时的情况229.49m

为保证坝体运行安全，需设置防浪墙，取1.2m，考虑施工方便，坝顶高程取整，为▽228m。

2.2.2 确定坝高

1、枢纽布置方案拟定

枢纽布置是确定挡水坝段、溢流坝段、电站坝段、底孔坝段的相互位置，挡水坝段布置在河床两岸，河床中间为溢流坝段、电站坝段、底孔坝，而溢流坝段与电站坝段不宜建在一起，故枢纽布置方案有两种：

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