水利水电工程工程专业毕业设计

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第1章 坝体初步设计

1.1 重力初步设计

1.1.1 建基面高程的确定

由《混凝土重力坝设计规》确定将重力坝建在微风化的中部基岩上，初步拟定建基面的高程H=327.00m

1.1.2 坝顶高程的确定

坝顶应高于校核洪水位,坝顶的高程应高于波浪顶高程。坝顶至设计洪水位、正常蓄水位或校核洪水位的高差H ?计算如下：

c

z h h h H ++=?%1 (1-1)

31

2012

1

020)(0076.0V gD V V gh -= (2-2)

L H

cth

L

h h z ππ22

=

(2-3)

8

.0)(4.10l h L = (2-4)

式中：

H ?—— 防浪墙顶至设计洪水位、正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；

%1h —— 波高(m)；

z h —— 波浪中兴线至设计洪水位、正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)； c h —— 安全加高，按表1.1采用；

o V —— 计算风速，水库正常蓄水位时和设计洪水位时采用相应季节50年的最大风速，

校核洪水位采用相应洪水期最大风速(m/s)；

D —— 风区长度(m)；

h —— 当250~20/20=V gD 时，为累计频率5%的波高%5h ，当1000~250/20=V gD 时，为累计频率10%的波高%10h (m)； H —— 坝迎水面水深(m)； L —— 波长(m)。

表1.1 安全超高

(m)

坝顶高程H=max ??

?

???+?+?+校设蓄校核洪水位设计洪水位正常蓄水位h

h h

(1) 正常蓄水位时的计算

m B D 75.112635.22555=?==

m h V gD V V gh 468.08.9/14)14

75.11268.9(140076.0)(0076.0231

212

1

31

20121

020=???=?=-- 由于 561475.11268.92

20=?=V gD ，则m h h 468.0%5== 将%5h 转换为%1h ：

不同累计频率P(%)下的波高p h 可由平均波高与平均水深的比值和相应的累积频率按表1.2中规定的系数计算求得。

表1.2 不同累计频率下的波高与平均波高的比值(m p

h h /)

m h h h m m 29.095.1/%5=?= m h h h m 603.0249.042.242.2/%1%1=?=?=

m h L l 939.6603.04.10)(4.108.08.0=?==

m cth L H cth L h h z 165.0939

.654

14.32939.6603.014.3222

=???==ππ

坝顶高程H=m H H s 27.34327.1342=+=?+ 其余两种情况的计算同上。 坝顶高程计算的结果见表1.3

表1.3 坝顶高程计算结果

最终取定坝顶的高程为346.2m 。 1.1.3 坝顶宽度

考虑到交通的要求，取B=m 90.62.8608.0H %8=?=，为方便施工最终选定坝顶宽度为8m 。

1.1.4 坝底宽度

取上游坝坡坡率n=0,下游坝坡坡率m=0.7。则下游坝宽B=m 4.578208.0.7H 0=?=水,为方便施工最终选定坝底宽度为57.5m 。

1.2 土石坝初步设计

1.2.1 建基面高程的确定

由《碾压式土石坝设计规》确定在开挖过程中将现代河床的沙卵石挖除大部分，将坝体建在现代河床的下部，接近新鲜岩面。即建基面的最低高程H=280m 。

1.2.2 坝顶高程的确定

防浪墙顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和。坝顶超高的计算： 防浪墙在水库静水位以上的超高按下式计算

A e R y ++= (2-5)

βcos 2e 2m

gH D KW = (2-6)

m m w L h K K 2

m m

1R +=

? (2-7)

75.31

2

12

12)(311.0W

gD W W gL m -= (2-8) 式中：

ｙ—— 坝顶超高(m)；

R —— 最大波浪在坝坡上的爬高，(m)；

e —— 最大风壅水面高度 (m)；

A —— 安全加高(m)；按照表1.4确定；

W ——计算风速，正常运用条件下的3、4、5级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均最大风速；

K —— 综合摩阻系数，取-6103.6?;

β—— 计算风向与坝轴线法线的夹角(0)；

m H —— 水域平均水深(m)； m L —— 平均波长(m)；

m R —— 平均波浪爬高(m)；

m —— 单坡的坡度系数，若坡角为α，即等于αcot ；

?K ——斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型由表1.5确定； w K —— 经验系数；

其余未说明的与前面重力坝中所表示的相同。

表1.4 安全加高A 值(m)

表1.5 糙率及渗透系数?K

表1.6 经验系数w K

正常运用条件超高的计算：

m 002.024cos 27

28.975.1126)5.114(1016.3cos 2e 262=??????==-βm gH D KW

m h V gD V V gh 776.08.9/21)21

75.11268.9(210076.0)(0076.023

1

212

1

31

20121

020=???=?=--561475.11268.9220=?=V gD ，则m h h 468.0%5==查表1.2有m h h h m m

389.095.1%5=?= m L W

gD W W gL m m 531.8311.075

.31212

1

2=?=-）（

m

L h K K m m w 616.0531.8398.05

.210.19.0m

1R 2

2

m =?=+?=

+=

?

由于

1.0007.054

398

.0H h m <=，则查表1.7有：m R R R m 347.1616.023.223.2%1%1=?=?=

表1.7 不同累积频率下的爬高与平均爬高比值(m p R /R )

m A e R y 05.27.0002.035.1%1=++=++= 防浪墙计算的结果见表1.8：

表1.8 防浪墙顶高程计算结果

坝顶上游设防浪墙，墙顶应高于坝顶1.00~1.31yds 。最终选定坝顶的高程为Ｈ坝＝345.5m 1.2.3 坝顶宽度

根据构造、施工、运行等因素，而无其他特殊要求，最终确定坝顶宽度为8m 。 1.2.4 坝坡与马道

根据《水工建筑物》与《碾压式土石坝设计规》中的相关资料与规规定，土质防渗体的心墙坝，上游坝壳采用土料时，常用0.3:1~0.2:1,下游常用5.3:1~5.2:1。拟定本工程的上游边坡比为5.2:1，下游采用3.2:1。并在下游高程315m 处设置宽5m 的马道。

1.3 堆石坝初步设计

1.3.1 建基面高程的确定

由《碾压式土石坝设计规》确定在开挖过程中将现代河床的沙卵石层全部挖除掉，将坝体建在岩面上。确定建基面的最低高程H=277m。

1.3.2 坝顶高程的确定

由于堆石坝与土石坝都属于同一类坝型，所以坝顶高程与土石坝一致。坝高都为Ｈ

＝

坝345.5m。

1.3.3 坝顶宽度

根据构造、施工、运行等因素，而无其他特殊要求，最终确定坝顶宽度为8m。

1.3.4 坝坡与马道

根据《水工建筑物》与《碾压式土石坝设计规》中的相关规规定人工材料面板坝，采用优质石料分层碾压时，上游常用坡率为7.1:1

3.1:1，将上游坝坡取

~

~

4.1:1,下游采用4.1:1

为7.1:1，下游坝坡取为5.1:1。并在下游高层310m处设一宽5m的马道。