毕业设计指导书

毕业设计课题：某水电站大坝工程设计专题

一、水工建筑物设计：

1、设计标准选择和工程总体布置：

根据工程规模拟定工程设计等别和主要水工建筑物级别，根据确定的水能开发方式进行主要水工建筑物的总体布置。

2、拦河坝设计：

按重力坝方案进行设计。

重力坝设计

拟定坝轴线，计算坝址下游水位流量关系曲线，确定坝顶高程，进行非溢流坝剖面设计和溢流坝剖面、尺寸拟定，消能设计，稳定计算(施工完建期，正常蓄水位，设计洪水位和校核洪水位情况)和应力分析计算。

计算及坝体稳定承载能力极限状态计算

(一)基本资料

坝顶高程、校核洪水位、正常蓄水位、死水位、混凝土容重、淤沙高程、泥沙浮容重。

混凝土与基岩间抗剪断参数值、坝基基岩承载力、坝基垫层混凝土、 坝体混凝土、50年一遇最大风速、多年平均最大风速、吹程。

(二)坝体断面

1、 非溢流坝段标准剖面

(1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算)

A、正常蓄水位情况① 竖向力(自重)② 静水压力(水平力)③ 扬压力

④ 浪压力(直墙式)

波浪临界水深计算如下：

将数据代入上式中得到：

由判定条件可知，本计算符合⑴H≥Hcr和H≥Lm/2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算：

式中：γw ── 水的重度 = 9.81 KN/m3

其余计算参数已有计算结果。

⑤ 淤沙压力

淤沙水平作用力：

式中：γSb ── 淤沙浮容重 = 5 KN/m3

h S ── 挡水建筑物前泥沙淤积厚度 = 8.3m

ψSB ── 淤沙内摩擦角 =18°

B、校核洪水位情况

附表1  正常蓄水位情况各项作用力统计表    单位：KN、KN·m

附表2  校核洪水位情况各项作用力统计表    单位：KN、KN·m

按规范规定作用组合进行作用力的汇总如附表3：

附表3       各种工况下的∑↓、∑←、∑M统计表   单位：KN、KN·m

⑵由规范8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于1)承载能力极限状态，在计算时，其作用和材料性能均应以设计值代入。基本组合，以正常蓄水位对应的上、下游水位代入，偶然组合以校核洪水位时上、下游水位代入。

而坝体上、下游面混凝土拉应力验算属于2)正常使用极限状态，其各设计状态及各分项系数 = 1.0，即采用标准值输入计算。此时结构功能限值C = 0。

荷载各项标准值和设计值请见附表1。

① 坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定极限状态

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

式中左边=γ0ψS(·) =0.9×1.0×1195.23 = 1075.7 KN

对于抗滑稳定的作用效应函数S(·) = ∑P

对于抗滑稳定的抗力函数R(·) = fR`∑WR  + CR`AR

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

② 坝趾抗压强度极限状态

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

对于坝趾抗压的作用效应函数S(·) =

式中左边=γ0ψS(·) =0.9×1.0×

式中：  m2 ── 下游坝面坡比

TR ── 坝基面形心轴到下游面的距离

AR ──  bh

JR ──  bh3/12

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

③ 上游坝踵不出现拉应力极限状态验算(正常使用极限状态)

计算公式为：      

⑶．在上游面距坝基垂直距离为5m处取一截面进行坝体应力及稳定验算。

坝身材料采用C10砼，其fCK = 9.8MPa = 9800KPa ，材料分项系数γm=1.5，常态砼层面黏结采用90d龄期的C10砼。fCK `= 1.08~1.25，取fCK `=1.1；CCK `=1.16~1.45，取CCK `=1.3MPa，fCK `、CCK `的分项系数分别为1.3和3.0。

计算荷载简图请见下图：

1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算)

A、正常蓄水位情况

2)．坝体抗滑稳定极限状态(砼接触层)

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

3) 坝体选定截面下游端点的抗压强度承载力极限状态

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

4) 选定坝体截面上游面的垂直应力不出现拉应力极限状态验算

该验算属于正常使用极限状态长期组合效应。因按规范规定，正常使用极限状态的长期组合系数ρ＝1，故持久状态下短期组合与长期组合值相同。

计算公式为：      

2、 非溢流坝段标准剖面

(1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算)

因非溢流坝段标准剖面图形不规则，采用偏于安全的近似计算方法。

A、正常蓄水位情况

① 竖向力(自重)

② 静水压力(水平力)

③ 扬压力

④ 浪压力(直墙式)

⑤ 淤沙压力

B、校核洪水位情况

将计算的各荷载进行汇总整理。

⑵由规范8.结构计算基本规定中可知大坝坝体抗滑稳定和坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算属于1)承载能力极限状态，在计算时，其作用和材料性能均应以设计值代入。基本组合，以正常蓄水位对应的上、下游水位代入，偶然组合以校核洪水位时上、下游水位代入。

而坝体上、下游面混凝土拉应力验算属于2)正常使用极限状态，其各设计状态及各分项系数 = 1.0，即采用标准值输入计算。此时结构功能限值C = 0。

1) 坝体混凝土与基岩接触面抗滑稳定极限状态

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.2，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

2) 坝趾抗压强度极限状态

a、基本组合时，取持久状态对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd1=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

基本组合的极限状态设计表达式

对于坝趾抗压的作用效应函数S(·) =

b、偶然组合时，取偶然状态对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd2=1.8，结构重要性系数γ0 =0.9。

偶然组合的极限状态设计表达式

3) 上游坝踵不出现拉应力极限状态验算(正常使用极限状态)

计算公式为：      

(四)消能计算

计算冲刷坑和挑距，验算消能安全。

二、施工导流设计：

按频率法确定导流标准，选择导流设计流量，进行导流方法选择，计算上、下游水位，确定围堰型式，围堰高度。

三、施工组织设计

根据工程实际情况，编写施工组织设计文件。

要求写出施工组织设计文件的主要内容。

四、工程概算

通过计算出的大坝工程量，工程单价分析，计算大坝工程造价。

A建筑与安装工程单价

(一)工程单价由“量、价、费”三要素组成。

工程单价编制采用列表法，该表称为建筑安装工程单价表，是概预算文件附件的重要组成部分。

(二)建筑工程单价的编制步骤

(1)了解工程概况，熟悉设计图纸，收集基础资料，确定取费标准。

(2)根据工程特征和施工组织设计确定的施工条件、施工方法及设备配备情况，正确选用定额子目。

(3)按定额编号、工程名称、单位等分别填入单价表中相应位置。

(4)将定额中的各种消耗量以及相应的基础单价分别填入表中相应各栏。

(5)按“消耗量×基础单价”的方法，得出相应的人工费、材料费和机械使用费，相加求得直接费。

(6)根据规定的费率标准，计算直接工程费、间接费、计划利润、税金等，当存在材料价差时，再计人纳税后的调差，汇总得出该工程单位产品的价格。

(三)土方工程单价

1、土方挖运

使用定额编制单价时应注意：

(1)土的级别。(2)设计要求开挖的形状和尺寸。(3)施工条件。(4)运输距离。

(5)挖掘机械类型。

2、石方工程单价

(1)石方开挖

石方开挖按施工条件分明挖和暗挖两大类，按施工方法分人工、钻孔爆破法和掘进机开挖等几种，影响开挖的主要因素有岩石级别和设计对开挖形状及开挖面的要求。

(2)石方运输

石方运输中一般人力运输(挑抬、胶轮车、轻轨斗车)适用于工作面狭窄、运距短、施工强度低的工程；工程中采用自卸汽车运输较多；电瓶机车可供洞井出渣；内燃机车适用于较长距离运输。

(3)堆砌石工程

堆砌石工程包括堆石、砌石、抛石等，其中砌石包括干砌石和浆砌石两种。

(四)混凝土工程单价

1、现浇混凝土工程单价

现浇混凝土的主要生产工序有模板制作安装和拆除，混凝土的拌制、运输、人仓、浇筑、养护、凿毛等。

(1)混凝土材料单价

混凝土材料单价是指按级配计算的每立方米混凝土中的砂、石、水泥、水、掺合料及外加剂等的材料费用之和。不包括拌制、运输、浇筑等工序的人工、材料和机械费用等。其单价在混凝土工程单价中占有较大比重，编制概预算单价时，应按本工程的混凝土级配试验资料计算。如无试验资料，可参照定额附录混凝土级配表计算混凝土材料单价。

(2)混凝土拌制单价

混凝土拌制系统根据工程规模大小、工期长短、施工技术要求、设备拥有情况和地形地质条件分两大类，即混凝土拌和站和拌和楼。

(3)混凝土运输单价

混凝土运输是指混凝土自搅拌机(楼)出料口至浇筑现场工作面的运输，包括水平运输和垂直运输两部分。

(4)模板安装拆除单价

安装拆卸模板费工费时，工作量大，其费用较高，影响模板费用的主要因素有模板含量和模板摊销参数，两者主要与工程部位和结构有关。

(5)混凝土浇筑单价

常规混凝土浇筑的主要工序有：基础面清理、施工缝处理、入仓、平仓、振捣、养护、凿毛等。碾压混凝土的主要工序有：刷毛、冲洗、清仓、铺水泥砂浆、入仓、平仓、碾压、切缝、养护等。

2、预制混凝土工程单价

预制混凝土包括混凝土预制、构件运输、构件安装三个工序。

3、钢筋制作安装工程单价

钢筋是水利水电工程的主要材料，常用钢筋直径多为6～40mm。钢筋制作安装内容有：钢筋加工、绑扎、焊接、场内运输、现场安装等工序。

(五)基础处理工程单价

1、钻孔灌浆

钻孔灌浆分为惟幕灌浆、固结灌浆、回填灌浆、接触灌浆、接缝灌浆等。灌浆的工艺流程一般为：施工准备、钻孔、冲洗、表面处理、压水试验、灌浆、封孔和质量检查。按照灌浆顺序、灌浆方法有一次灌浆法和分段灌浆法之分，后者又可分为自上而下法、自下而上法和综合法灌浆，各种方法适用条件不同。

2、混凝土防渗墙

混凝土防渗墙包括造孔和浇筑混凝土两部分内容。

(六)安装工程单价编制

安装工程包括机电设备安装和金属结构设备安装，安装工程费与设备费是工程项目费用构成中的重要组成部分。安装工程单价的编制是设计概预算的基础工作，应充分收集设备型号、重量、价格等有关资料，正确使用安装定额编制单价。

B设计概算编制

(一)概算文件编制程序

1、准备工作

(1)了解工程概况，即了解工程位置、规模、枢纽布置、地质、水文情况、主要建筑物的结构型式和主要技术数据、施工总体布置、施工导流、对外交通条件、施工进度及主体工程施工方案等。

(2)拟定工作计划，确定编制原则和依据；确定计算基础单价的基本条件和参数；确定所采用的定额标准及有关数据；明确各专业提供的资料内容、深度要求和时间；落实编制进度及提交最后成果的时间；编制人员分工安排和提出计划工作量。

(3)调查研究、收集资料。主要了解施工砂、石、土料储量、级配、料场位置、料场内外交通运输条件、开挖运输方式等。•收集物资、材料、税务、交通及设备价格资料，调查新技术、新工艺、新材料的有关价格等。

2、计算基础单价

基础单价是建安工程单价计算的依据和基本要素之一。应根据收集到的各项资料，按工程所在地编制年价格水平，执行上级主管部门有关规定分析计算。

3、划分工程项目、计算工程且

按照水利水电基本建设项目划分的规定将项目进行划分并按水利水电工程量计算规定计算工程量。图纸工程量乘以阶段系数即是设计工程量，设计工程量就是编制概算的工程量。合理的超挖、超填和施工附加量及各种损耗和体积变化等均已按现行规范计入有关概算定额，设计工程量中不再另行计算。

4、套用定额计算工程单价

在上述工作的基础上，根据工程项目的施工组织设计、现行定额、费用标准和有关设备价格，分别编制工程单价。

5、编制工程概算

根据工程量、设备清单、工程单价和费用标准分别编制各部分概算。

6、进行工、料、机分析汇总

将各工程项目所需的人工工日和费用，主要材料数量和价格，使用机械总数及台班费，进行统计汇总。

7、汇总总概算

各部分概算投资计算完成后，即可进行总概算汇总，主要内容为：

(1)计算永久工程综合概算，即汇总建筑工程、机电设备及安装工程、金属结构及安装工程三大部分投资。

(2)编制总概算表，填写各部分投资之后，再依次计算基本预备费、价差预备费、建设期还贷利息，最终计算静态总投资和总投资。

8、编写编制说明及装订整理

最后编写编制说明并将校核、审定后的概算成果一同装订成册，形成设计概算文件。

(二)设计概算文件组成

1、编制说明

(1)工程概况；(2)主要投资指标；(3)编制依据和应说明的主要问题；(4)其他

2、设计概算表

设计概算包括如下表格：

(1)总概算表；

(2)永久工程综合概算表；

(3)建筑工程概算表；

(4)设备及安装工程概算表；

(5)临时工程概算表；

(6)其他费用概算表；

(7)分年度投资概算表；

(8)建筑工程单价汇总表；

(9)安装工程单价汇总表；

(10)主要材料预算价格汇总表；

(11)其他材料预算价格汇总表；

(12)施工机械台班费汇总表；

(13)主体工程主要工程量汇总表；

(14)主体工程主要材料量汇总表；

(15)主体工程工日数量汇总表；

(16)施工占地汇总表。,

(三)建筑工程概算编制

建筑工程概算采用"建筑工程概算表"的格式编制，包括主体建筑工程、交通工程、房屋建筑工程及其他工程等。

1、主要建筑工程概算编制

(1)主体工程：应按工程量乘以单价的方法计算工程投资。

(2)内部观测工程：主要指埋设在建筑物内部及固定于建筑物表面的观测仪表设备及安装，按建筑工程属性处理，列人相应的建筑工程项目内，根据设计资料计算设备购置费和安装费。施工期对设备的维护及观测费用已包括在工程单价的其他直接费中，不再另计投资。

(3)其他工程：指各主体建筑物的细部结构，如止水、伸缩缝、栏杆、爬梯、通气孔、排水管、照明等。编制概算时不可能提出具体的工程量，大多用建筑物本体的工程量乘经验指标估算，但在编制时要注意：一方面此经验指标通常只含直接费，应另计人其他各项费用；另一方面指标是定额编制年价格水平，要将指标调整到编制年份价格水平。

2.交通工程概算编制

交通工程指水利水电工程的永久对外公路、铁路、桥梁、码头等工程，其主要工程的投资应按设计提供的工程量乘以指标估算。

3.房屋建筑工程概算编制

房屋建筑工程指水利枢纽、水电站、水库等基本建设工程的永久辅助生产厂房、仓库、办公室、住宅等文化福利建筑，办公及生活区内的道路和室外给排水、照明等室外工程，包括在附属辅助设备安装工程内的基础工程等。其投资按设计提供的建筑面积和工程所在省、自治区、直辖市规定的单位建筑面积造价指标计算。室外工程按占房屋建筑工程投资的百分比计算。

4.其他工程

其他工程包括厂坝区动力线路工程，厂坝区照明线路及设施工程，通讯线路工程，厂坝区供水、供热、排水等公用设施工程，工程整理及环保工程等。其投资可按设计工程量乘扩大指标计算。

(四)总概算编制

在各部分概算完成后，合计计算总概算表进行总概算编制。

1、分年度投资

分年度投资是计算价差预备费、建设期还贷利息等动态费用的基础，根据施工组织设计总进度计划安排进行编制。

建安工程及临时工程按总进度计划安排中各单项工程分年度完成的工程量计算分年度投资，在此基础上将一定比例的预付款(材料预付款、工程预付款)提前和一定比例的质保金移后。其他费用根据其性质、用途及费用发生的先后与施工时段的关系，按相应施工年度分摊计算投资。建安工程、临时工程、其他费用在同一施工年度投资之和乘以基本预备费率即可计算出各年度的基本预备费。各年度建安工程投资、临时工程投资、其他费用投资及相应年度的基本预备费之和即为分年度静态投资，以此作为计算价差预备费的计算基础。

2、永久工程综合概算

永久工程综合概算表是第一至第三部分投资的综合汇总，该表填写至一级项目，它反映了各一级项目的建安工程费和设备费等完整的投资。因此，在表中应填写各一级项目的建筑工程、机电设备及安装工程、金属结构及安装工程的投资以及合计数。

3、总概算

总概算表是设计概算文件的总表，反映了整个工程项目的全部投资，现行总概算表中的内容包括枢纽工程(或引水工程、灌溉工程)、水库淹没处理补偿费及其两类投资的合计。

(1)预备费

指在初设阶段难以理料而在施工过程中又可能发生的规定范围内的工程和费用，以及工程建设期内发生的价差。

(2)建设期还贷利息

根据合理建设工期，按第一至第五部分分年度投资、基本预备费、价差预备费之和，按国家规定的贷款利率复利计算。

(3)静态总投资及总投资

在建设期还贷利息计算后，计算静态投资和总投资。

(4)水库淹没处理补偿费

编制原则和依据

一、国家与水利部以及福建省颁发的有关法令法规、制度、规程。

二、福建省水利厅闽水计财〔2011〕98号文颁发的《福建省水利水电工程设计概（估）算编制规定》(简称 “编制规定”)。

三、建筑工程：福建省水利厅闽水计财〔2011〕98号文颁发的《福建省水利水电建筑工程预算定额》，不足部分参照其他专业定额进行补充。

四、安装工程：福建省水利厅闽水计财〔2011〕98号文颁发的《福建省水利水电设备安装工程预算定额》。

五、施工机械台班费：福建省水利厅闽水计财〔2011〕98号文颁发的《福建省水利水电工程施工机械台班费定额》。

六、初步设计文件及图纸。

七、其他有关文件。

取费标准

1、措施费费率：

建筑工程： 3.7%

安装工程： 4.4%

2、间接费费率：

3、利润按7%计算。

4、税金根据闽建筑【2012】4号文《福建省住房和城乡建设厅关于调整建筑安装工程税率的通知》，按直接费、间接费、利润、主材价差及主材费之和的3.284%计算。

主要材料预算价格汇总表

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