碾压式土石坝的毕业设计 - 图文

2.2.3 取水建筑物

该工程是以发电为主、灌溉为辅的工程，因此必须修建取水建筑物和厂房。引水隧洞的功用是集中落差，形成水头，并将水流输送到压力管道引入机组。引水管道可分为有压管道和无压管道，无压管道承受的水压不大，有压管道承受的水压较大，所以这里采用有压引水管道。

用于水力发电的引水道，除应满足一般水工引水道的要求外，应特别注意一下要求：①有符合要求的输水能力，②减少水头损失，③保证水质。

3 坝断面设计

3.1 坝顶高程确定

坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应该按照以下4种运用条件计算，取其最大值:

① 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高； ② 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高； ③ 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；

④ 正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全加高。 当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高是指水库静水位与防浪墙顶之间的高差，但在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m，在非常运用条件下，坝顶不得低于静水位。

坝顶超高可按照公式（3-1）、（3-2）计算：

y?R?e?A （3-1）

Kv02D e?cos? （3-2）

2gHm式中: y为坝顶超高，m；

R为最大风浪在坝坡上的安全爬高（图3-1），m；

e为最大风壅水面高度，即风壅水面超出原水库水位高度的最大值，m； Hm为坝前水域平均水深，m；

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K为综合摩阻系数，其值变化在1.5×10-6～5×10-6之间，计算时一般取K=3

×10-6；

A为安全加高，m，可通过表3.1查得； Β为风向与水域中线的夹角，°；

v0、D为库区多年平均最大风速和吹程，m3/s，m。

图3-1 坝顶超高计算图 表3.1 安全加高A 单位：m

坝的级别 设计 校核 山区丘陵区 平原滨海区 1 1.50 0.70 1.00 2 1.00 0.50 0.70 3 0.70 0.40 0.50 4、5 0.50 0.30 0.30 1.设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高

正常运用情况下计算坝顶的超高，对于III级坝，计算风速应该取多年平均年的最大风速的1.5倍，所以v0=32.85m3/s。

1） 最大风壅水面高度 由公式（3-2），可以求出：

3.6*10?6*32.852*1500cos25.8??0.004m e?2*9.81*63.9 12

2）设计爬高

波浪沿建筑物坡面爬升的垂直高度成为破浪爬高。它与坝前的波浪要素、坝坡坡度、坡面糙率、坝前水深、风速等因素有关。波浪爬高的计算，常常采用莆田试验站的公式。

莆田试验站的波高和波长计算： 平均波高hm用公式（3-3）计算

?0.450.7?0.0018??gD??? ghmv0.13th???0.7??gHm?????v2?0???2?2??th???0.7?0v0?????0.13th??0.7????gHm?2????????v0?????式中: hm ---平均波高(m)； v0 、D、Hm同 式（3-2）中。

经过计算可求出hm=0.64m。 求出平均波高后，通过式（3-4）

Tm=4.438hm0.5 (3-4)

则可以求出平均周期，即：

Tm=4.438*hm0.5=3.55s，

接着可求出平均波长Lm，但要分两种情况： 当Hm/Lm≥0.5时，称为深水泼，

LgTm2m?2? 当Hm/Lm<0.5时

Lm?gTm22?2?thHL (3-6) m式中：H为坝迎水面水深，m。

易知Hm/Lm≥0.5，所以

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3-3）3-5） （ （

gTm29.81*3.552Lm???19.7m

2?2*?又因为上游的坝坡系数m=2.5，为求出平均爬高Rm，需用公式（3-7）

K?KwRm?hmLm 21?m式中：KΔ为斜坡的糙率渗透性系数，可查表3.2； m为单坡的坡度系数； Kw为经验系数，可查表3.3； hm， Lm为平均波高和波长，m。

表3.2 糙率渗透性系数KΔ

（3-7）

护面类型 沥青混凝土 混凝土板护面 KΔ 1.0 0.9 护面类型 砌石护面 抛填两层块石（不透水基础） 抛填两层块石（透水基础） KΔ 0.75～0.80 0.60～0.65 草皮护面 0.85 0.50～0.55 表3.3 经验系数Kw

v0/(gHm)^? Kw ≤1 1 1.5 1.02 2.0 1.08 2.5 1.16 3.0 1.22 3.5 1.25 4.0 1.28 >5.0 1.33 又因为该处采用混沥青混凝土面板，因此糙率渗透性系数KΔ=1,此处的经验系数通过内插法可以得出Kw=1.01

求出各个系数之后，通过式（3-7），可以求出Rm, 即

Rm?0.8*1.011?2.52*0.64*19.7?1.06m

求出平均爬高后，要求出设计爬高。不同累计频率的爬高Rp与Rm的比。可根据爬高统计分布表3.4确定。设计爬高值按照建筑物的级别而定，对I、II、III级土石坝累计频率P=1%的爬高值R1%；对IV、V级坝P=5%的R5%。

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