拱坝设计计算书

某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书

某拱坝设计计算书

一、 工程概况

某水利枢纽正常水位相应库容982万m3；设计水位675.09m；校核洪水位676.01m，相应库容1027万m3。拱坝以50一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。 二、拱坝坝高及体型设计 1. 1坝顶高程计算：

拱坝中间为溢流坝段，两端为挡水坝段。溢流坝段为2孔泄流，孔口尺寸为7×4m，采用弧形闸门，堰顶高程为▽671.00m。

校核洪水频率P=0.2%，坝前校核洪水位▽676.01m，坝下校核洪水位▽595.72m。

设计洪水频率P=2%，坝前校核洪水位▽676.01m，坝下设计洪水位▽595.31m。

坝顶高于静水位的超高值 △h=hl+hz+hc

hl——波浪高度（m）。

hz——波浪中心线至正常或校核洪水位的高差（m）。 hc——安全加高（m）。（《混凝土重力坝规范》P43）坝的安全级别为Ⅲ级，校核洪水位时hc=0.3m，设计洪水位hc=0.4m。

hl=0.0166V05/4D1/3 L=10.4（hl）0.8

V0——计算风速（m/s）

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D ——风作用于水域的长度（km），称为吹程。

相应季节50年重现期的最大风速为20m/s，相应洪水期最大风速的多年平均风速为9.90 m/s。吹程为0.4km。

hz=

?hl2Lcth2?H LH——坝前水深（m）,校核洪水位H=73.41m，设计洪水位H=72.49m。 1.2校核洪水位时：

hl=0.0166×9.9×0.43=0.215m

451L=10.4 ×（0.215）0.8=3.041m hz=

?0.21523.041cth2?73.41=0.048m 3.041△h=0.215+0.048+0.3=0.56m

校核洪水位坝顶防浪墙高：Z校坝=Z校核水位+△h Z校坝=676.01+0.563=676.57m 1.3设计洪水位时：

hl=0.0166×20×0.43=0.517m

451L=10.4 ×（0.517）0.8=6.135m hz=

?0.51726.135cth2?72.49=0.137m 6.135 △h=0.517+0.137+0.4=1.054m

设计洪水位坝顶防浪墙高：Z设坝=Z设计水位+△h Z设坝=675.09+1.0555=676.14m 坝顶高程取以上结果较大值676.60m。

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2、拱坝坝体尺寸的初步拟定

2.1坝顶宽度为5.00m，最大坝高H=80.6m，β1=0.65 ，凸度β2=0.18最大倒悬度S=0.25。

Z0=β1H=0.65×80.6=52.39m DA=β2H=0.18×80.6=14.51m 2.2拱冠梁厚度设计 TC=5m，T52.39=21m，TB=24m

拱坝体型剖面图轴线5.003.603.083.31（R下 =98游面.52圆弧半下676.60RU右=92.98RU左=98.00666.00RU右=85.60RU左=92.65右弧面中心轨迹线6.2510.3313.0614.4514.61656.00RU右=80.37RU左=88.39646.00RU右=75.24RU左=83.27636.00RU右=69.88RU左=77.65649.024.316.09径）629.7113.548.6811.2012.147.4616.5424.00.14R上=82半径）面圆弧游上(左弧面中心轨迹线626.00RU右=64.77RU左=70.71616.00RU右=59.00RU左=63.01606.00RU右=53.83RU左=55.84596.00RU右=48.23RU左=48.23

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拱 坝 体 型 平 面 布 置 图基准线59RU= RU=6RU=5.23=2450 RU=69 4.77 R.00 RdRU=48.23 Rd=24.23 596.00 6.003.832. Rd=3Rd.23=40.79 RU=7.88 d==36 Rd=RU=80.445.4 .8RdRU=85=5Rd.78.024 R30.4 RU.00596°12.5011.9°4°24.7024.01°56°.43626.00 R70U=6061.76.6.1 0000R R5d= RU=0.U=6301=4855.0 1 7 61RU=92.98 Rd37 Rd=6d1.62d.60 R=58.87 69 606.6.012 6360006.966306.0U= R77.65 5R=d8.89 =75.75.046.00=87.98 6 656.000 666.0041°.6140°47.05.6449.68°7.646 R.60U=83.27 66R=d.90 .98 80 76.607°656.RU00 =88.39 74R=d0333.1°4°660 6.0RU=92.6d=5 R82.549.56°1.71.67660 RU=98.Rd00 =93.00 5°53.48.16°47°5345.18°.52°51.98° 拱坝体型基本参数表高 程(m)676.60666.00656.00646.00636.00626.00616.00606.00596.00拱圈厚度T(m)5.009.8513.4116.3718.7620.7022.2223.3424.00拱圈外半径Ru(m)左拱圈98.0092.6588.3983.2777.6570.7163.0155.8448.23右拱圈92.9885.6080.3775.2469.8864.7759.0053.8348.23拱圈内半径Rd(m)左拱圈93.0082.8074.9866.9058.8950.0140.7932.5024.23右拱圈87.9875.7566.9658.8751.1244.0736.7830.4924.23半 中 心 角 φ左 拱 圈51.98°53.52°53.47°51.71°47.03°40.67°33.14°24.01°11.94°右 拱 圈45.18°48.16°49.56°49.68°47.05°41.61°34.56°24.70°12.50° 3、WES溢流堰剖面设计

采用WES实用堰，2表孔溢流，堰顶高程671.00m，空口尺寸为4×7（高×宽）。

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3.1堰顶O点上游三段圆弧的半径及其水平坐标值为： Hd=675.09－671.00=4.09m R1=0.50 Hd=0.50×4.09=2.045m X1=-0.175 Hd=-0.175×4.09=-0.716m R2=0.20 Hd=0.20×4.09=0.818m X2=-0.276 Hd=-0.276×4.09=-1.129m R2=0.04 Hd=0.04×4.09=0.164m X2=-0.282 Hd=-0.282×4.09=-1.153m

溢流堰剖面图80304903080375300501:0.3650500交通桥676.60674.5250R600671.00669.73668.30X44100671.001:0.6415.920031:0.1:1Y150060R=51°667.8525°664.35100400661.44658.68

3.2 O点下游的曲线方程

?y??H?d?x??0.5??H?d1.85 ?

y?0.151x1.85

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按上式算得的坐标值如下：

X（m） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 y（m） 0.151 0.544 1.153 1.962 2.965 4.155 5.526 7.074 8.797 3.3坡度m=0.7的下游直线段CD与曲线OC相切于C点。C点坐标XC，YC如下求得：

dy?0.279x0.85 dxdy11直线CD的坡度为 ??

dxm0.81故 0.279x0.85? XC=5.38m YC=3.396m

0.8对堰面曲线求一阶导数

2. 4鼻坎挑流的泄洪方式，

v?0.965?2?9.8?11.66=14.588m/s

挑流鼻坎水深

h1=q/v=21.423÷14.588=1.468m 为R=（4～10）h1

反弧半径R=6.00m，挑射角?=25° 二、拱坝水力学计算 1、挑流消能计算 1.1.1校核水位工况

校核水位工况挑流消能计算，校核水位676.01m,校核水位下游水位605.02，河床高程599.20。溢流堰顶宽度14m ，挑流鼻坎宽度15.24m。最大下泄流量326.5m，鼻坎单宽流量q=21.423m3/s.m。

L?12vsin?cos??v1cos?v2sin2??2g(h1cos??h2) g??L——自挑流鼻坎摸段末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m

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（°） ?——挑流水舌水面出射角，近视可取用鼻坎挑角，h1——挑流鼻坎末端法向水深，m h2——鼻坎坎顶至下游河床高差，m，

v——挑坎坎顶至水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。 关于鼻坎的平均流速。适用范围，S＜18q s=16.47m 18×21.4232/3=138.84m此公式使用

v??2gZ0

23?2?1?hfZ0?hjZ0

1.5hf?0.014S0.767Z0/q

v——鼻坎末端断面平均流速，m/s Z0——鼻坎末端断面水面以上的水头，m

?——流速系数

hf——泄槽沿程损失，m

hj——泄槽各项局部水头损失之和，m，可取hj/Z0为0.05 S——泄槽流程长度，m

Q——泄槽单宽流量，m3/（s.m） Z0=11.66m

hf?0.014?16.470.767?11.661.5/21.423=0.22m

?2?1?0.145?0.05=0.931 11.66v?0.965?2?9.8?11.66=14.588m/s

挑流鼻坎水深

h1=q/v=21.423÷14.588=1.468m

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2??14.588?sin25?cos25?1L=??? 229.8??14.588?cos25?14.588?sin25?2?9.8?(1.468?cos25?65.15)?? =57.72m

1.1.2冲刷坑最大水垫深度

T?kqZ

1214T——自下游水面至坑底最大水垫深度m q——鼻坎末端断面单宽流量m3/（s.m） Z——上下游水位差m K——综合冲刷系数

Z=70.99m k=1.2 q=21.423 m3/（s.m）

T?1.2?21.423?70.99

1214 =16.12m 冲坑深度：

T1=16.13-5.82=10.31m 1.2.1设计水位工况

设计水位工况挑流消能计算，设计水位675.09m，设计水位下游水位604.24m，河床高程599.20m。溢流堰顶宽度14m ，挑流鼻坎宽度15.24m。最大下泄流量264.8m，鼻坎单宽流量q=17.375m3/s.m。

L?12vsin?cos??v1cos?v2sin2??2g(h1cos??h2) g??L——自挑流鼻坎摸段末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m （°） ?——挑流水舌水面出射角，近视可取用鼻坎挑角，h1——挑流鼻坎末端法向水深，m

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h2——鼻坎坎顶至下游河床高差，m，

v——挑坎坎顶至水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。 5.2关于鼻坎的平均流速。适用范围，S＜18q s=16.47m 18×23.322/3=146.9m此公式使用

v??2gZ0

23??1?2hfZ0?hjZ0

1.5hf?0.014S0.767Z0/q

v——鼻坎末端断面平均流速，m/s Z0——鼻坎末端断面水面以上的水头，m

?——流速系数

hf——泄槽沿程损失，m

hj——泄槽各项局部水头损失之和，m，可取hj/Z0为0.05 S——泄槽流程长度，m

Q——泄槽单宽流量，m3/（s.m） h1=0.05m Z0=10.46m

hf?0.014?16.470.767?10.461.5/17.375=0.234m

?2?1?0.234?0.05=0.928 10.46v?0.963?2?9.8?10.46=13.789m/s

h1=q/v=17.375÷13.789=1.260m

2?1?13.789?sin25?cos25?L=??? 229.8??13.789?cos25?13.789?sin25?2?9.8?(1.26?cos25?65.15)?? =53.99m

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1.2.2冲刷坑最大水垫深度

T?kqZ

1214T——自下游水面至坑底最大水垫深度m q——鼻坎末端断面单宽流量m3/（s.m） Z——上下游水位差m K——综合冲刷系数

Z=70.85m k=1.2 q=17.375 m3/（s.m）

T?1.2?17.375?70.85

1214 =14.51m 冲坑深度：

T1=14.51-5.04=9.47m 三、荷载计算及表数 1静水压力

PW??wh

水的容重?w=1t/m3 2动水压力

溢流坝面的反弧段上的动水压力强度

Pr?rqv grd式中：Pr——垂直与反弧面的动水压力t/m2

q——泄洪单宽流量 m3/s.m g——重力加速度 9.81m/s2 rd——反弧段的曲率半径 m

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附表1

(T2/hr)1/2 (A′2+B′2)1/2 上游变幅A1 上游变幅A2 温度荷载计算

Qm 平均温 截面 高程（m） 拱厚（m） 水深（m） 年 中间 年 中间 年 中间 年 中间 年 中间 年 中间 度变化 1 676.60 5.00 0.00 0.707 4.272 0.94 0.180 10.700 8.20 10.70 8.20 10.700 8.20 10.058 1.476 11.534 2 666.00 9.85 9.00 1.393 8.415 0.71 0.080 9.425 0.00 10.70 8.20 10.062 4.10 7.144 0.328 7.472 3 656.00 13.41 19.00 1.896 11.457 0.46 0.065 8.007 0.00 10.70 8.20 9.354 4.10 4.303 0.267 4.569 4 646.00 16.37 29.00 2.315 13.986 0.34 0.055 6.590 0.00 10.70 8.20 8.645 4.10 2.939 0.226 3.165 5 636.00 18.76 39.00 2.653 16.028 0.30 0.050 5.173 0.00 10.70 8.20 7.936 4.10 2.381 0.205 2.586 6 626.00 20.70 49.00 2.927 17.685 0.26 0.048 3.756 0.00 10.70 8.20 7.228 4.10 1.879 0.197 2.076 7 616.00 22.22 59.00 3.142 18.984 0.24 0.040 2.338 0.00 10.70 8.20 6.519 4.10 1.565 0.164 1.729 8 606.00 23.34 69.00 3.301 19.941 0.23 0.035 0.921 0.00 10.70 8.20 5.811 4.10 1.336 0.144 1.480 9 596.00 24.00 79.00 3.394 20.505 0.22 0.032 0.000 0.00 10.70 8.20 5.350 4.10 1.177 0.131 1.308 （A1+A2）/2

石灰岩砌体热扩散系数h2=0.0057m2/h

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分20个开挖断面计算工程量，计算见下表1

开 挖 工 程 量 石方开挖量 H2 土方开挖量 纵向 横向 H1 H2 H1+H2/2 坝厚 工程量 H1 断面 宽度 宽度 （m） （m） （m3） （m） （m） （m） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 0 7.32 0.00 5.00 0.00 5.00 10.28 12.98 15.16 17.48 17.67 19.84 18.60 21.57 16.69 22.80 11.97 23.77 7.68 24.00 6.90 24.00 9.02 23.53 10.52 22.59 12.50 21.36 11.93 20.01 0 0 5.00 5.00 6.22 0.0 纵向 横向 H1+H2/2 工程量 宽度 宽度 （m） （m3） （m） （m） 6.35 26.81 8.18 1391.7

13.40 8.41 11.70 1317.7 14.83 8.58 14.86 1890.2 14.24 11.12 7.61 4.42 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.75 10 26.95 3836.0 10 33.14 3684.0 10 35.43 2695.8 10 36.18 1599.2 10 34.30 10 31.75 10 29.12 10 28.60 10 29.54 10 29.60 10 29.69 10 29.33 257.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 805.2

0 12.7 0.0 12.7 14.09 195.3 14.09 15.57 3.66 5.00 8.58 7.32 13.23 13.23 17.09 17.09 18.25 18.25 18.95 18.95 14.42 14.42 9.52 5.83 9.52 5.83 7.96 10 16.41 1685.6 15.57 12.9 10 22.53 3416.1 12.9 9.33 10 25.73 4546.5 9.33 5.89 10 27.77 5165.2 5.89 2.95 10 28.36 4732.1 10 27.76 3322.9 10 26.56 2038.4 10 26.30 1813.3 10 26.54 2393.6 10 26.10 2745.4 10 25.53 3189.3 10 23.99 2860.2 1.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7.96 10.08 10.08 10.96 10.96 14.03 14.03 9.82 0 5.49 第 17 页

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16 17 18 19 20 9.82 7.09 6.07 6.15 0 7.09 6.07 6.15 0 0 8.46 18.41 6.58 16.29 6.11 12.84 10 21.23 1794.9 5.49 10.41 10 18.48 1216.2 10.41 17.4 10 14.88 6.03 5.00 909.0 17.4 17.56 229.7 17.56 16.97 0.0 16.97 41045.7 0 7.95 13.91 17.48 10 28.02 2227.7 10 27.63 3841.8 10 25.65 4484.2

9.24 2227.2

33050.8

3.08 5.00 12.4 0.00 5.00 28.4 17.27 12.4 15.68 3357.4 8.49 28.4 合计 石方开挖工程量41045.7m3，土方开挖工程量33050.8 m3。

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某水利枢纽可行性研究推荐方案拱坝计算书

1.2拱坝坝体工程量

右中截高程 心角 面 (m) (度) 右外 半径 (m) S1 (m2) 右内 半径 (m) S1 (m2) 左中S1-S2 工程量 心角 (m2) (m3) (度) 356.6 51.98 5342.57 667.6 53.52 7589.11 854.0 53.47 9022.34 951.3 52.71 9414.08 931.5 47.03 8739.96 817.7 40.67 7278.29 641.5 33.14 5290.21 424.0 24.01 2990.42 189.6 11.94 55667.0 左外 半径 (m) S3 (m2) 右内 半径 (m) S4 (m2) S3-S4 工程量 (m2) (m3) 6468.6 92.65 4007.1 82.80 3200.4 806.74 9121.2 88.39 3643.7 74.98 2622.0 1021.7 10902.2 83.27 3187.9 66.90 2057.7 1130.2 9674.3 77.65 2473.4 58.98 1422.6 1050.7 9674.3 70.71 1773.6 50.01 887.19 886.44 7739.6 63.01 1147.6 40.79 480.9 6669.7 5450.1 55.94 653.0 32.50 221.2 431.79 2975.2 48.23 242.25 24.23 61.14 181.11 63086.3 1 676.6 45.18 92.98 3406.9 87.98 3050.3 2 666.0 48.16 85.60 3078.0 75.75 2410.3 3 656.0 49.56 80.37 2792.2 66.96 1938.2 4 646.0 49.68 75.24 2453.1 58.87 1501.8 5 636.0 47.05 69.88 2004.0 51.12 1075.4 6 626.0 41.61 64.770 1522.6 44.07 704.9 7 616.0 34.56 59.0 1049.3 36.78 407.8 98.00 4354.3 93.00 3921.3 432.98 8 606.0 24.70 53.83 624.3 30.49 200.3 9 596.0 12.50 48.23 253.6 24.23 64.01 10 合计 第 19 页

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1.3小石子混凝土工程量

拱坝面层C20三级配混凝土，596.00m高程厚度为500cm，676.60m高程厚度为30cm，从下至上逐渐变薄。。

截面 1 2 3 4 5 6 7 8 9 高程 右中心角 右外半径 右外弧 (m) (度) (m) (度) 676.60 45.18 666.00 48.16 656.00 49.56 646.00 49.68 636.00 47.05 626.00 41.61 616.00 34.56 606.00 24.70 596.00 12.50 92.98 85.60 80.37 75.24 69.88 64.77 59.00 53.83 48.23 73.28 71.91 69.48 65.21 57.35 47.01 35.57 23.19 10.52 宽度 (m) 0.30 1.08 1.68 2.22 2.74 3.25 3.77 4.34 5.00 面积 工程量 左中心角(m2) (m3) (度) 21.98 77.67 116.73 144.76 157.15 152.80 134.10 100.66 52.58 498.1 965.4 1304.9 1509.1 1549.7 1433.5 1169.8 753.3 51.98 53.52 53.47 52.71 47.03 40.67 33.14 24.01 11.94 左外半径 左外弧 (m) (度) 98.00 92.65 88.39 83.27 77.65 70.71 63.01 55.84 48.23 面积 (m2) 工程量 (m3) 600.61 88.86 26.66 86.50 93.42 82.45 138.51 1152.28 76.57 169.98 1539.75 63.71 174.55 1722.60 50.17 163.04 1687.63 36.43 137.33 1500.01 23.39 101.50 1189.66 10.05 50.23 743.79 10136.32

合计 9183.9 C10小石子混凝土总工程量19320.2

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