重力坝课程设计

1.课程设计目的

课程设计包括重力坝设计的主要理论与计算问题，通过课程设计可以达到综合训练的目的。　　

学会融会贯通“水工建筑物”课程所学专业理论知识，完成重力坝较完整的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与应用。培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的思想方法、工作方法。

培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和应用计算机的能力。

提高查阅和应用参考文献和资料的能力。

2.课程设计题目描述和要求

2.1设计任务、内容及作法

    一、设计任务：重力坝典型剖面设计

    二、设计内容

根据提供的水文、水利计算成果，在分析研究所提供的资料的基础上，进行水工建筑物的设计工作，设计深度为初步设计。主要设计内容为：

1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准

2、通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；

3、通过坝基水平截面处坝体内部应力分析，定出坝体混凝土分区方案；

4、坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。

要求成果：

1、设计计算说明书一份；

    2、A3设计图纸两张。

    三、设计作法

从分析基本资料做起，复习消化课堂内容，参照规范[1～3]各相应部分进行设计，对设计参数的选取、方案的拟定等要多加思考。

设计所需基本资料，除已给定之外，要自行研究确定。

2.2基本资料

一、设计标准：某水库位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量9600kw。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准、指标按现行的国家规范规范[4]自行确定。

二、坝基地质条件

1、开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在827.2m。

2、力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f＇=1.04，粘结力系数c＇＝900kPa。

3、基岩抗压强度：1500

三、特征水位

经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：

    P=0.1%校核洪水位为909.92，相应下游水位为861.15；

P=1% 设计洪水位为907.32，相应下游水位为859.80；

          正常挡水位为905.70；相应下游水位为855.70；

          淤沙高程为842.20；

四、荷载及荷载组合

荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容。荷载组合根据实际情况参照规范[1～3]要求。具体计算时每人选取1种有代表性或估计其为控制性的组合进行设计计算。

有关荷载资料如下，未经列出者由设计者自行拟定。

1、筑坝材料：混凝土容重。

2、坝基扬压力、坝基防渗处理：根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕。为简化计算起见，扬压力折减系数取0.3。

3、风速与吹程：坝址洪水期多年平均最大风速18.1m/s，洪水期50年重现期最大风速25m/s，坝前吹程1公里。

4、水库淤沙：淤沙浮容重为8.0，淤沙内摩擦角。

5、坝址地震基本烈度：根据“中国地震烈度区划图”坝址位于7度区，设防烈度按7度考虑。

6、坝顶有一般交通要求。

3.课程设计报告内容

3.1工程等别及建筑物级别确定

水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，将水利水电工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等，见表2-1-1

表3-1-1          水利水电工程分等指标

工程等别	工程 规模	水库总 库容 (10）	防  洪		治 涝	灌 溉	供 水	发 电
			保护城镇及工矿企业的重要性	保护 农田 (10亩)	治涝 面积 (10亩)	灌溉 面积 (10亩)	供水对象重要性	装机 容量 (10KW)
Ⅰ	大（1）型	≥10	特别重要	≥500	≥200	≥150	特别重要	≥120
Ⅱ	大（2）型	10～1.0	重要	500～100	200～60	150～50	重要	120～30
Ⅲ	中型	1.0～0.10	中等	100～30	60～15	50～5	中等	30～5
Ⅳ	小（1）型	0.10～0.01	一般	30～5	15～3	5～0.5	一般	5～1
Ⅴ	小（2）型	0.01～0.001		<5	<3	<0.5		<1

本设计中，水库总库容为1.33亿，由表3-1-1可知，工程等别为Ⅱ级；电站装机容量为9600kW，由表3-1-1可知，工程等别为Ⅴ级。

故确定该工程等别为Ⅱ级。

水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及在工程中的作用和重要性划分为五等和三等，见表3-1-2。

表3-1-2            永久性水工建筑物的级别

工程等别	永久性建筑物级别		临时性建筑物级别
	主要建筑物	次要建筑物
Ⅰ	1	3	3
Ⅱ	2	3	4
Ⅲ	3	4	5
Ⅳ	4	5	5
Ⅴ	5	5	5

由于确定了水利工程等别为Ⅱ级，查表3-2可知，主要建筑物级别确定为2级，次要建筑物级别确定为3级。

本设计未设计临时性水工建筑物。

3.2初步拟定坝体断面

3.2.1基本剖面尺寸的确定

    假定基本剖面为三角形，上游水位与坝顶齐平，扬压力、静水压力均为三角形分布，确定满足强度和稳定条件下的最小坝底宽度T。

一、按满足强度条件确定坝底的最小宽度T

当库满时：

          

上游边缘铅直正应力    (1)

下游边缘铅直正应力              (2)

当库空时，令式(1)、式(2)中=0，得：

上游边缘铅直正应力                              (3)

    下游边缘铅直正应力                                  (4)

强度控制条件是坝基面不允许出现拉应力。当库空时，由式(3)可以看出：只要在0～1之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。当库满时要使上游不出现拉应力，可令式(2)中0，求得坝底宽度为：，由该式可知，当H为一定值时，值越小，则底宽也越小。考虑库空时，下游坝面不出现拉应力，可取=0，求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽。

本设计中取坝顶水位为校核洪水位，则

二、按满足稳定条件确定坝底的最小宽度T

将求得的、、及由强度要求得出的T代入，若满足要求，则由强度条件确定的最小坝底宽T就是坝底的最小宽度。若不满足要求则将坝底宽T增大，直到满足抗滑稳定要求为止。

，满足要求。

综上：

3.2.2 坝顶高程、坝顶宽度的确定

    一、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，可由式3-2-1计算，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。

式中： △h—防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）;

h1%—波高（m）;

hz—波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）;

hc—安全超高，按表8.1.1 采用。    

计算和时选用官厅水库公式，公式如下

式中：为计算风速，，是指水面以上10m处10min的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大风速，校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；D为风作用于水域的长度，km，称为吹程或风区长度；H为坝前水深，m。

表3-2-2-1   安全超高

相应水位	坝的安全级别
	1	2	3
正常蓄水位	0.7	0.5	0.4
校核洪水位	0.5	0.4	0.3

1、设计洪水位时

由表3-2-1得

所以=1.15+0.28+0.5=1.93m 

    =907.32+1.93=909.25m

2、校核洪水位时

由表3-2-1得

所以=0.77+0.12+0.4=1.29m 

    =909.92+1.29=911.21m

     综上，防浪墙顶高程Z=911.21m，防浪墙高取1.2m,则坝顶高程Z=911.21-1.2=910.01m

    当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶应高出设计洪水位0.5m且不低于校核洪水位，Z=910.01m满足要求。

     所以坝顶高程为910.01m

     二、坝顶宽度

坝顶宽度一般取坝高的8%~10%,且不小于3m,又坝顶需要行走门式起重机，门机轨距7.0m，所以坝顶宽度定为8m。

3.2.3 拟定坝体基本断面

上游坝面坡度应与溢流坝段、放水孔坝段相协调，为照顾泄、放水需要，上游面宜采用直立或部分折坡坝面；坝体基本三角形顶点，可放在校核洪水位，或略予提高。

1、上游面铅直，适用于混泥土与基岩接触面间的f、c值较大或坝体内设有泄水孔或引水管道、有进口控制设备的情况；

2、上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进口控制设备，又可利用一部分水重帮助坝体维持稳定，是实际工程中经常采用的一种形式；

3、上游坝面略向上游倾斜，适用于混泥土与基岩接触面间的f、c值较低的情况。

    本设计中f、c值较低，故采用上游坝面略向上游倾斜，坡率取为1:0.1。基本剖面如图一：

3.3荷载计算及抗滑稳定分析(手算）

     一、确定荷载组合

    表3-3-1                  荷载组合表

荷载组合	主要考虑情况	荷载作用力
		自重	水压力	扬压力	淤沙压力	浪压力	冰压力	地震力	动水压力	其他
基本组合	(1)正常蓄水位情况	√	√	√	√	√				√
	(2)设计洪水位	√	√	√	√	√			√	√
特殊组合	(1)校核洪水位	√	√	√	√	√			√	√
	(2)地震情况	√	√	√	√	√		√		√

    二、荷载计算

1、基本组合（设计洪水位）

H1=907.32-827.2=80.12m,H2=859.80-827.2=32.6m 

表3-3-2                    荷载及力矩计算表

序号	荷载名称	计算式	荷载(每m坝长)		力臂(m)	力矩(kN-m)
			水平(kN)	垂直(kN)		+	-
1	自重			8228.00	27.12	223143.4
				159.52	20.36	323714.2
				41953.80	0.03	1258.61
2	水压力		31486.25		26.71		8402.7
				3148.62	29.97	943.3
			-5212.84		10.87	566.2
				3579.66	25.18		90135.7
3	扬压力			-2987.77	29.39		87810.6
				-2515.66	30.47		76652.1
				-187.20	3.26	61282.1
				-4110.23	6.55		26922.0
4	淤沙压力			110.36	31.14	3436.6
			590.18		5.00		2950.9
5	浪压力		34.40		78.97		27624.5
			267.99	44517.10		-3143.2

2、特殊组合（校核洪水位）

H1=909.92-827.2=82.72m,H2=861.15-827.2=33.95m

表3-3-3                   荷载及力矩计算表

序号	荷载名称	计算式	荷载(每m坝长)		力臂(m)	力矩(kN-m)
			水平(kN)	垂直(kN)		+	-
1	自重			8228.00	27.12	223143.4
				159.52	20.36	323714.2
				41953.80	0.03	1258.6
2	水压力		33562.95		27.57		925442.3
				3356.29	29.88	100286.1
			-5656.85		11.32	035.5
				3884.56	24.98		97036.2
3	扬压力			-3098.21	29.39		92056.5
				-2604.04	30.47		79344.9
				-19582.42	3.26	63838.7
				-4217.48	6.55		27624.5
4	淤沙压力			110.36	31.14	3436.6
			590.18		5.00		2950.9
5	浪压力		15.48		81.84		1266.9
			28511.76	43930.38		-446009.1

3、地震力计算

水平向地震惯性力

上游地震动水压力

下游动水压力

地震力方向都沿水平方向指向下游。

三、坝体抗滑稳定分析

对几种荷载组合情况分别进行稳定分析：按照规范规定的抗剪断强度计算公式计算。式中：f’ 为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；c’ 为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力；为作用于坝体全部荷载对滑动平面的法向分值；为作用于坝体全部荷载对滑动平面的切向分值。

表3-3-4      抗滑稳定计算及成果分析表（）

荷载组合、计算方法			计算式	计算K	要求K	结论
基本组合（设计洪水位）	44517.10	267.99		4.1	3.0	满足抗滑稳定要求
特殊组合（校核洪水位）	43930.38	28511.76		3.9	2.5	满足抗滑稳定要求

3.4校核洪水位下坝体应力分析（手算）

对坝基截面，上、下游边缘应力及内部应力用材料力学法计算。

    重力坝坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应符合下列要求：

运用期：

1） 在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力；

2） 在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203）的要求；

施工期：坝趾垂直应力可允许有小于0.1MPa 的拉应力。

    一、计算边缘应力，判定坝基、坝体强度是否满足要求

1、依次计算、、、、、及主应力、、、； 

2、判断坝基截面上、下游边缘处是否满足强度要求。

基岩容许应力

坝基截面上、下游边缘处满足强度要求。

    二、计算坝基截面处坝体内部应力

1、选取坝基水平截面处6个计算点，对、、、、分别进行计算；

2、选坐标，作计算简图表明计算点如下：

3、计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上垂直正应力

列分布表达式：

边界条件代入表达式解得

所以

列表计算各计算点的值

       表3-4-1                    计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标  ()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
()	1300.92	1049.65	798.56	547.29	296.21	44.99

Ⅰ—Ⅰ截面分布图如下

4、计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上剪应力

列分布表达式：

边界条件代入表达式得

查规范得将代入表达式得

由（1）（2）（3）解得

所以

列表计算各计算点的值

   表3-3-2                    计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标  ()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
()	910.	708.63	516.99	335.43	1.24	3.37

画出Ⅰ—Ⅰ截面分布图

5、计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上水平正应力

列分布表达式：

边界条件代入表达式解得

所以

列表计算各计算点的值

    表3-3-3                   计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标  ()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
()	637.45	525.66	413.95	302.15	190.45	78.35

画出Ⅰ—Ⅰ截面分布图

6、计算各点主应力、

=

将各点的、、代入公式计算、，将计算成果列表如下；

  表3-3-4   主应力、计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标  ()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
()	637.45	525.66	413.95	302.15	190.45	78.35
()	1300.92	1049.65	798.56	547.29	296.21	44.99
()	910.	708.63	516.99	335.43	1.24	3.37
()	1938.37	1543.17	1157.85	781.84	415.87	78.69
()	0.00	32.14	54.66	67.60	70.79	44.65

计算主应力方向

从铅直线到主应力的夹角

，即

将值列表计算如下：

表3-3-5                    值计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
2 ()	1821.28	1417.26	1033.98	670.86	328.48	6.74
- ()	663.47	523.99	384.61	245.14	105.76	-33.36
	-2.75	-2.70	-2.69	-2.74	-3.11	0.20
(rad)	-1.22	-1.22	-1.21	-1.22	-1.26	0.20
(度)	-34.99	-34.85	-34.80	-34.96	-36.08	5.71

绘制Ⅰ—Ⅰ截面各点主应力图如下，以矢量表示其大小和方向。

6、计算主剪应力：，所在平面与主应力面成45°。

计算表

计算点编号	0	1	2	3	4	5
坐标()	0	13.06	26.11	39.17	52.22	65.28
()	1938.37	1543.17	1157.85	781.84	415.87	78.69
()	0.00	32.14	54.66	67.60	70.79	44.65
()	969.18	755.51	551.6	357.12	172.54	17.02

3.5荷载计算及抗滑稳定分析(电算）

    一 、基本资料

重力坝建筑物级别：2级  安全类别：Ⅱ

坝基截面高程 827.200m

水平向设计地震加速度代表值 αh＝0.10g，计地震作用。

地震动态分布系数采用拟静力法计算。

上游地震动水压力折减角   θ ＝90.000°

下游地震动水压力折减角   θ ＝90.000°

重力坝为常态混凝土，强度等级：C20

混凝土重度     Rc ＝24.0kN/m^3

水重度         Rw ＝9.8kN/m^3

淤沙浮重度     Rs ＝8.0kN/m^3

淤沙内摩檫角   ψ ＝12.000°

扬压力图形折减点离上游面距离 Lo＝8.000m

扬压力图形折减系数 α＝0.300

二、本计算有如下规定：

坝轴线与基础面交点为坐标轴原点，Ｘ轴指向下游为正，Ｙ轴向上为正。

垂直力向下为正，水平力指向上游为正，力矩绕坝基面形心逆时针转为正。

应力受压为正，受拉为负。

  

工况一：基本组合（正常蓄水位）

上游水位：905.700m  下游水位：855.700m   淤沙高程：842.200m  

序号	荷载名称	垂直力(kN)	水平力(kN)	M(kN·m)
1	坝体自重	66082.3	0.0	547973.1
2	上游水平水压力	0.0	-30225.8	-790909.4
3	上游垂直水压力	3022.6	0.0	90749.5
4	下游水平水压力	0.0	3984.1	37848.8
5	下游垂直水压力	2736.1	0.0	-71456.7
6	水平淤沙压力	0.0	-590.2	-2950.9
7	垂直淤沙压力	90.0	0.0	22.6
8	浮托力	-18251.6	0.0	0.0
9	渗透压力	-6397.2	0.0	-90430.5
10	浪压力	0.0	-29.0	-2287.6
		47282.2	-26861.0	=-278571.0

工况二：基本组合（设计洪水位） 

上游水位：907.320m  下游水位：859.800m   淤沙高程;842.200m  

序号	荷载名称	垂直力(kN)	水平力(kN)	M(kN·m)
1	坝体自重	66082.3	0.0	547973.1
2	上游水平水压力	0.0	-31486.2	-8402.7
3	上游垂直水压力	3148.6	0.0	94363.8
4	下游水平水压力	0.0	5212.8	566.2
5	下游垂直水压力	3579.9	0.0	-90135.0
6	水平淤沙压力	0.0	-590.2	-2950.9
7	垂直淤沙压力	90.0	0.0	22.6
8	浮托力	-20877.3	0.0	0.0
9	渗透压力	-6079.9	0.0	-85945.1
10	浪压力	0.0	-29.0	-2334.7
		45943.8	-262.6	=-320382.7

工况三：特殊组合（校核洪水位）

上游水位:909.920m  下游水位:861.150m   淤沙高程:842.200m  

序号	荷载名称	垂直力(kN)	水平力(kN)	M(kN·m)
1	坝体自重	66082.3	0.0	547973.1
2	上游水平水压力	0.0	-33562.9	-925442.3
3	上游垂直水压力	3356.3	0.0	100296.7
4	下游水平水压力	0.0	5653.5	63978.9
5	下游垂直水压力	3882.6	0.0	-96554.8
6	水平淤沙压力	0.0	-590.2	-2950.9
7	垂直淤沙压力	90.0	0.0	22.6
8	浮托力	-21741.8	0.0	0.0
9	渗透压力	-6239.8	0.0	-88205.9
10	浪压力	0.0	-13.7	-1139.1
		45429.6	-28513.3	=-399151.6

工况四：特殊组合（正常蓄水位+地震） 

上游水位:905.700m  下游水位:855.700m  淤沙高程:842.200m  计地震

序号	荷载名称	垂直力(kN)	水平力(kN)	M(kN·m)
1	坝体自重	66082.3	0.0	547973.1
2	上游水平水压力	0.0	-30225.8	-790909.4
3	上游垂直水压力	3022.6	0.0	90749.5
4	下游水平水压力	0.0	3984.1	37848.8
5	下游垂直水压力	2736.1	0.0	-71456.7
6	水平淤沙压力	0.0	-590.2	-2950.9
7	垂直淤沙压力	90.0	0.0	22.6
8	浮托力	-18251.6	0.0	0.0
9	渗透压力	-6397.2	0.0	-90430.5
10	浪压力	0.0	-29.0	-2287.6
11	水平地震惯性力	0.0	-2312.9	-2312.9
12	垂直地震惯性力	0.0	0.0	0.0
13	上游地震动水压力	0.0	-982.3	-35472.3
14	下游地震动水压力	0.0	-129.5	-1697.5
		47282.2	-30285.7	=-3912.7

抗滑稳定分析成果表

荷载组合、计算方法				计算K	要求K	结论
基本组合（正常高水位）	47282.2	-26861.0	-278571.0	4.212	3.0	满足要求
基本组合（设计洪水位）	45943.8	-262.6	-320382.7	4.156	3.0	满足要求
特殊组合（校核洪水位）	45429.6	-28513.3	-399151.6	3.901	2.5	满足要求
特殊组合（正常高水位+地震）	47282.2	-30285.7	-3912.7	3.736	2.3	满足要求

3.6坝体应力分析（电算）

本计算按作用的标准值计算，并作如下规定：

坝轴线与基础面交点为坐标轴原点，Ｘ轴指向下游为正，Ｙ轴向上为正。

垂直力向下为正，水平力指向上游为正，力矩绕坝基面形心逆时针转为正。

应力受压为正，受拉为负。

当垂直正应力大于水平正应力时，夹角为第Ⅰ主应力与铅垂线夹角；

当垂直正应力小于水平正应力时，夹角为第Ⅱ主应力与铅垂线夹角；

夹角正负号规定：从铅垂线转向相应的主应力，顺时针转为正。

Ｕ代表用边界条件计算上游面应力，检验计算的正确性。

 

   工况一：基本组合（正常高水位下坝基应力）

    点号 到下游面距离 垂直正应力   剪应力   水平正应力 第Ⅰ主应力 第Ⅱ主应力    夹角

       1       0.000     1.1165     0.7668     0.5266     1.31     0.0000    -34.480

   2       4.776     1.0591     0.7246     0.5245     1.51     0.0195    -34.875

   3      17.832     0.9022     0.5969     0.5034     1.3322     0.0734    -35.7

   4      30.888     0.7453     0.4512     0.4695     1.0792     0.1356    -36.500

   5      43.944     0.5885     0.2873     0.4347     0.8090     0.2142    -37.510

   6      57.000     0.4316     0.1053     0.4113     0.5272     0.3156    -42.246

   7      58.781     0.4102     0.0791     0.4096     0.40     0.3308    -44.7

   8      65.281     0.3321    -0.0206     0.0818     0.3338     0.0801      4.668

   U      65.281     0.3321    -0.0212     0.0808     0.3339     0.0790      4.791

    工况二：基本组合（设计洪水位下坝基应力）

点号 到下游面距离 垂直正应力   剪应力   水平正应力 第Ⅰ主应力 第Ⅱ主应力    夹角

    1       0.000     1.1549     0.7931     0.5447     1.6995     0.0000    -34.480

    2       4.776     1.08     0.7428     0.5362     1.6051     0.0200    -34.798

    3      17.832     0.9084     0.5985     0.5026     1.3375     0.0736    -35.636

    4      30.888     0.7280     0.4440     0.4616     1.0583     0.1313    -36.650

    5      43.944     0.5476     0.2793     0.4229     0.7714     0.1991    -38.708

    6      57.000     0.3672     0.1045     0.3963     0.4872     0.2762    -48.975

    7      58.781     0.3425     0.0798     0.3942     0.4523     0.2845    -53.962

    8      65.281     0.2527    -0.0127     0.0804     0.2536     0.0795      4.182

U      65.281     0.2527    -0.0133     0.0800     0.2537     0.0790      4.369

工况三：特殊组合（校核洪水位下坝基应力）

点号 到下游面距离 垂直正应力   剪应力   水平正应力 第Ⅰ主应力 第Ⅱ主应力    夹角

    1       0.000     1.2579     0.8639     0.5933     1.8511     0.0000    -34.480

    2       4.776     1.1757     0.8026     0.5768     1.7328     0.0196    -34.770

    3      17.832     0.9509     0.6335     0.5275     1.4071     0.0712    -35.762

    4      30.888     0.7261     0.4622     0.4776     1.0804     0.1232    -37.476

    5      43.944     0.5013     0.2886     0.4343     0.7584     0.1772    -41.690

    6      57.000     0.2765     0.1128     0.4050     0.4706     0.2109    -59.827

    7      58.781     0.2458     0.0887     0.4025     0.4425     0.2059    -65.725

    8      65.281     0.1339    -0.0008     0.0790     0.1339     0.0790      0.884

    U      65.281     0.1339    -0.0014     0.0788     0.1340     0.0788      1.448

工况四：特殊组合（校核洪水位+地震情况下坝基应力）

点号 到下游面距离 垂直正应力   剪应力   水平正应力 第Ⅰ主应力 第Ⅱ主应力    夹角

    1       0.000     1.25     0.8678     0.5913     1.8548    -0.0046    -34.480

    2       4.776     1.1807     0.8155     0.5817     1.7500     0.0124    -34.917

    3      17.832     0.9670     0.6635     0.5448     1.4521     0.0597    -36.175

    4      30.888     0.7533     0.4977     0.5000     1.1402     0.1130    -37.862

    5      43.944     0.5395     0.3184     0.4574     0.8195     0.1775    -41.325

    6      57.000     0.3258     0.1253     0.4272     0.5117     0.2413    -56.010

    7      58.781     0.2966     0.0980     0.4246     0.4776     0.2436    -61.573

    8      65.281     0.1902    -0.0052     0.0930     0.1905     0.0928      3.051

    U      65.281     0.1902    -0.0057     0.0921     0.1906     0.0917      3.337

坝基强度分析成果表(强度单位：)

荷载组合	主要考虑情况	上游坝踵处					下游坝址处
基本组合	正常高水位	332.1	-21.2	80.8	333.9	79	1116.5	766.8	526.6	13.1	0
	设计洪水位	252.7	-13.3	80	253.7	79	1154.9	793.1	544.7	1699.5	0
特殊组合	校核洪水位	133.9	-1.4	78.8	134	78.8	1257.9	863.9	593.3	1851.1	0
	正常高水位＋地震	190.2	-5.7	92.1	190.6	91.7	1258.9	867.8	591.3	1854.8	-4.6

各种组合下均大于0，均小于容许应力147150，所以坝基截面上、下游边缘处满足强度要求。

  

3.7 校核洪水位下手算与电算成果比较

表3-7-1                   荷载及稳定系数比较

手算	-28511.8	43930.4	-446009.1	3.9
电算	-28513.3	45429.6	-399151.6	3.9

表3-7-2                   坝踵、坝址应力比较

手算	45.0	3.4	78.4	44.7	78.7	1300.9	910.6	637.5	1938.4	0
电算	133.9	-1.4	78.8	134	78.8	1257.9	863.9	593.3	1851.1	0

    通过比较可以看出，水平向荷载误差较小，铅直向荷载和力矩相差都较大，从而导致应力值相差也较大。通过检查发现电算部分数据输入无误，那问题很可能出在铅直向荷载的计算或者力臂计算上。但是一旦铅直荷载或者力矩改动了，本次报告手算部分就要全部改变，由于时间问题在此就不做改动了。但是我深知在实际工程中是不能这样的。

3.8 坝体混凝土分区设计

根据坝体各部位不同的工作特点，考虑防渗、抗冻等耐久性及低热性要求，并适当参考坝底截面处应力分析成果，定出混凝土分区及其相应的强度、抗渗、抗冻标号。为了便宜施工，坝体混凝土采用的强度等级种类应尽量减小，并与枢纽中其他建筑物的混凝土强度等级一致。同一浇筑块中的强度等级不得超过两种，相邻区的强度等级不得超过两级，以免引起应力集中或产生温度裂缝。分区宽度一般不小于2~3米，以便浇筑施工。

本设计中靠近地基的混凝土分区宽度为3米，其他分区宽度为2.5米，具体分区见A2图纸。

坝体各区对混凝土的要求见下表：

分区	强度	抗渗	抗冻	抗冲刷	抗侵蚀	低热	最大水灰比
							寒冷地区	温和地区
Ⅰ	+	-	++	-	-	+	0.55	0.6  0
Ⅱ	+	+	++	-	+	+	0.45	0.50
Ⅲ	++	++	+	-	+	+	0.50	0.55
Ⅳ	++	+	+	-	+	++	0.50	0.55
Ⅴ	++	+	+	-	-	++	0.65	0.65

注 表中有“++”的项目均为选择各区混凝土的主要控制因素，有“+”的项目为需要提出要求的，有“—”的项目为不需要提出要求的。

3.9 坝体细部构造设计

   一、坝顶构造

在非溢流坝段，只需设置交通桥。因本工程需要行走门式起重机，门机轨距7米，故将路面宽取为7m，两旁设人行道各1m，人行道上设栏杆。用坡率i＝3％的路面将积水排向两侧,并用排水管将水排向上游水库。具体构造见A2图纸坝顶构造详图。

   二、坝缝止水

为满足混凝土的浇注能力和温度控制的需要，沿坝轴线方向设置横缝，横缝间距一般为15~20米，本设计取18米。本设计坝高82.81米，属于高坝，上游设两道止水片，中间设沥青井，下游设一道止水片。具体构造见A2图纸横缝构造详图。

    三、坝体排水和廊道系统

为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近坝体上游面需要设置排水管幕。排水管幕至上游面的距离，一般要求不小于坝前水深的1/10~1/12，且不小于2米。排水管常用预制多孔混凝土管，间距2~3米，内径15~25厘米。

坝内廊道包括基础灌浆廊道和检查和坝体排水廊道，其设计按规范要求确定。为利用混凝土压重提高灌浆压力，保证灌浆质量，须在坝踵附近距上游面0.05-0.1倍作用水头、且不小于4~5米处设置灌浆廊道。断面多为城门洞形，宽度和高度应能满足灌浆作业的要求，一般宽为2.5~3米，高为3~4米。底面距基岩不宜小于1.5倍廊道宽度。灌浆廊道兼有排水作用，需要在其上游侧设排水沟，下游侧设排水孔幕，下游侧设坝基排水孔幕及扬压力观测孔，在靠近廊道最低处设置集水井，汇集从坝基和坝体的渗水，然后经由水泵抽水派之下游坝外。 

为检查、观测和排除坝体渗水，还应在靠近坝体上游面沿高程每隔15~30米设置检查和排水廊道，断面为城门洞形，最小宽度1.2米，最小高度2.2米，至上游面的距离不宜小于0.05-0.07倍作用水头，且不小于3米，上游侧设排水沟。

综上，本次设计的灌浆廊道设在底面距基岩4米处，采用城门洞形，宽2.5米，高3.5米；检查和排水廊道每隔28米高程设置一个，距上游面距离一个为4米，一个为3米，宽1.5米，高2.5米。排水管与廊道采用直接式连接，排水管在坝顶处距上游面2米，在灌浆廊道底部距上游面7米，间距3米，内径20厘米。具体构造见A2图纸灌浆廊道详图、检查和排水廊道详图、排水管详图、坝体典型剖面图。

    四、帷幕灌浆和坝基排水

为降低坝底渗流压力，防止坝基内产生化学管涌，减小坝基渗流量，需要帷幕灌浆。灌浆深度采用坝高的0.3~0.7倍，本设计中取为25米。本设计坝为高坝，需设两排灌浆孔。为进一步降低底面的扬压力，应在防渗帷幕后设置排水孔幕，排水孔中心距上游面的距离为8米。具体构造见A2图纸坝体典型剖面图和防渗帷幕厚度详图。

4.课设心得

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

通过这次课程设计，我学到了不少东西。提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相关的规范和标准，同时对相关的知识有了全面的复习，思考的能力也有了提高。体会了学以致用、看到自己劳动成果的喜悦心情，也从中发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢老师的指导，感谢同学们的帮助，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。    

参考文献：

[1] 中华人民共和国水利部. SL319-2005混凝土重力坝设计规范. 北京：中国水利水电出版社，2005

[2]中华人民共和国水利部. SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准. 北京：中国水利水电出版社，2000

[3]林继镛. 水工建筑物(第四版). 北京：中国水利水电出版社，2006