拱坝课程设计计算
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拱坝课程设计计算指导老师：肖良锦老师 水 工 建 筑 物 课 程 设 计 设计题目：拱坝 学院：土木建筑工程学
院 班级：水电 061 姓名：徐 君 学号： 060807110296 第一章 工程概况 某工程位于排坡河中游河段，以发电为主。 电 站 装 机 2X630Kw ， 坝 址 以 上 流 域 面 积 151Km2。枢纽主要建筑物有混凝土拱坝，坝后 引水式厂房等。 大坝为五等 5 级建筑物。设计洪 水（三十年一遇） 367m3/s，校核洪水（二百年 一遇） 572m3/s。 坝址河床为较对称的 V 型河谷，两岸坡较陡。 河床及漫滩砂砾石层厚为 0~3m，弱风化层厚 2~2.5m。坝后冲刷坑范围以内河床为炉山组中至 厚层白云岩，其岩性坚硬致密，隐节理发育，抗 冲刷强度高。 上游坝址溢流堰顶高程 375.00m。 电站额定引用流量 2X2.69m3/s。 该电站位于我省东部多暴雨地区，洪水强度 大，流域坡度陡，汇流快，洪水陡涨陡落，枢纽 建筑物布置多集中于河床。 确定正常蓄水位与溢 流堰顶高程平齐。 课程设计任务 根据以上提供的基本情况及地形图，布置设 计混凝土拱坝。步骤如下： 1、拱坝布置的原则在地形图上布置双曲拱坝。选 择 7 层拱圈，坝肩及河床的开挖深度按 5m ，坝顶 无通行汽车要求。根据布置的尺寸进行拱坝应力 分析，直至满足应力要求为止。 （时间 2 天） 2、选择坝顶溢流方式及消能方式， 进行相应 水力学计算。确定；孔口尺寸、闸墩宽度、 上游设计水位、校核水位、下游设计水位、 校核水位、工作桥。 （时间 1 天） 3、根据布置及计算结果， 要求提供以下成果。 （时间 2 天） 拱坝平面布置图（建议比例 1：200） 溢流坝剖面图（建议比例 1：200） 非溢流坝剖面图（建议比例 1：200） 拱坝下游立视图或展视图（建议比例 1： 200） 设计计算书 1 份
第二章 拱坝的体形和布置 2.1 设计参数
坝体材料： C20混凝土，容重 2.4t/m 3, 弹模为
25.5 ×109(坝体弹模考虑徐变的影响，取为瞬时 弹性模量的 0.6--0.7) ，泊松比 0.167 ，线胀系 数 1×10-5/ ℃，导温系数 3m2/ 月。
坝基：白云岩，容重 2.5t/m 3, 弹模 29.82 ×
109，泊松比 0.17 ，线胀系数 1.4 ×10-5/ ℃，导 温系数 3m2/ 月。淤沙浮容重按 1.3t/m 3, 内摩擦角
14°。 温度荷载按规范 (SD145-85) 计算，封拱灌浆 温度取 8～12℃。 2.2 控制指标 大坝拱肩稳定及应力控制指标均严格按照 《混凝土拱坝设计规范》 ( SD145-85)执行，见 表 2-1 、2-2 。 表 2-1 抗滑稳定安全系数表 类别 荷载组合情况 安全系数 抗剪断强 度Ks'
基本组合 3
特殊组合 2.5
表 2-2 大坝允许应力表 类别 荷载组合情 允许应 况 力 允许拉应力 2 (kg/cm )
基本组合 12
特殊组合 15
允许压应力 2 (kg/cm )
基本组合 50
特殊组合 55
2.3 坝顶高程的拟定 2.3.1 设计洪水位计算：
Q溢 Q总 Q0 367 2 2.69 361.62 m3 /s , 取 单 宽 流 量 q=50m3 / s ，
L Q溢 /q 361.62 / 50 7.23m， 校核洪水位计算： Q溢 Q总 Q0 572 2 2.69 566.62 m3 /s ，
L Q溢 /q 566.62/ 50 11.33m ， 所以取 L=12m, n=3, b=4m 。 通过 EXCEL 计算， 设计水位 382.00，校核水位 386.00
设计洪水位的计算 水位 H 孔口数 n 流量系数 m
侧收缩系数 堰宽 b
流量Q
nbm2gH3/2
6 3 0.49 0.9 4 344.3299082 6.05 3 0.49 0.9 4 348.6429865 6.1 3 0.49 0.9 4 352.9739246 6.15 3 0.49 0.9 4 357.3226489 校核洪水位的计算 8 3 0.49 0.9 4 530.1305738 8.1 3 0.49 0.9 4 540.10152 8.2 3 0.49 0.9 4 550.1342068 8.3 3 0.49 0.9 4 560.2282565 8.4 3 0.49 0.9 4 570.3832984 8.41 3 0.49 0.9 4 571.4021431 8.42 3 0.49 0.9 4 572.4215937
所以取 H=9m，堰顶高程 375.00 ，校核水位 384.00.
2.3.2 坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。
顶超高值Δ h 按下式计算 ( 官厅水库公式 ) Δ h=hl% + h z + h
c
式中：Δ h⋯⋯⋯坝顶距水库静水位高度 (m) h l% ⋯⋯⋯累计频率为 1%时的浪高 (m)
hz⋯⋯⋯波浪中心线至水库静水位的高度 (m) h c⋯⋯⋯安全超高 (m) ：正常运用情况取 0.3m，非常运用情况取 0.2m 2.3.3 波浪要素按“官厅水库”公式计算：
V0⋯⋯⋯计算风速 (m/s) ，据资料取 15m/s
6.2 3 0.49 0.9 4 361.6890871 6.22 3 0.49 0.9 4 363.4406062 6.24 3 0.49 0.9 4 365.1949436 6.26 3 0.49 0.9 4 366.9520946
取 H=7m,河底高程 349.00 ，再往下开挖 5m, 坝底高程 344.00 堰顶高程 375.00 ，设计水位 382.00.
D ⋯ 长。
⋯⋯吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离 (km) , 取为 5 倍坝
hz
L = 10.4(h l ) 2 hl2 cth2 H LL
L
5/4 D1/3 0.8 hl = 0.0166 V 2.3.4 坝顶高程计算成果见下表： 计算情况 设计情况 校核情况 相应水位（ m） 382 384
V0（m/s） 15 15
D（km） 0.046 0.046
hc（m） 0.3 0.2 hl%（ m） 0.18 0.18
hz（m） 0.04 0.04 Δh（m）
0.52 0.042
坝顶高程（ m） 382.52 384.42
结论：综合考虑后，取坝顶高程为 385.0m 河床底部高程为 349.0m，按地质提供的基 本资料，开挖按 5.0m 计，则坝高为 41.0m，属 于中坝，在坝顶高程 385.0m 开挖后的河谷水平 宽度为 56.90m。
2.4 拱坝体型设计 根据美国垦务局的建议公式进行计算： 2.4.1 坝顶厚度 Tc
Tc =0.01 （H+1.2L1）
式中 T c —— 坝顶厚度（ m）
H —— 最大坝高（ m）= 43.7 L —— 顶拱弦长（ m）= 194.50
经 计 算 得 Tc = 0.01 × （41.0+1.2 × 56.90）=1.09m ，据工程经验，拱坝顶部宽度 Tc 不小于 3m,取 Tc =5m。 2.4.2 拱圈厚度1）、底拱厚度 TB
H —— 拱冠梁的高度（ m） = 41.0 L 1 —— 坝顶高程处拱端可利用岩基面 间的河谷宽度（ m）=56.90 L 2- ——坝底以上 0.15H，即 350.15 高程 处拱端可利用岩基面间的河谷宽度（ m）=11.12 经计算得 TB =2.78m。 综合考虑后，取坝底厚度为 TB = 7.0m （2）、0.45H 高度，即高程 362.45 处的厚度 T
0.45H
T0.45H=0.95T B
经计算得到
T0.45H=6.65m。
2.4.3 上游面曲线初拟 参考其他工程经验及规范要求进行设计：
Z0
1 H
DA
H
S1
Z1
般情况下有： β1 = 0.6 ~0.7 β 2 = 0.15~ 0.2
TB
3 0.0012HL1L2(
H H /122
122)
