水利工程施工课程设计cai模板.doc

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第一部分

一、 基本资料
（一） 枢纽建筑物型式与组成
某水库挡水建筑物为粘土心墙坝, 坝体横断面见附图。坝顶长1400米, 坝高48米, 属一级建筑物。右岸山上设有溢洪道, 左岸布置有一个泄洪发电直线隧洞为圆形, 直径为8米, 长300米, 隧洞坡降1: 1000, 进口底坝高程为100米, 隧洞粗率系数n=0.012
（二） 地形资料
枢纽处河谷呈u形, 河床宽约400米, 右岸有宽达550米的台地, 河床比降为千分之一, 坝址处地形剖面图见附图。
（三） 地质及土壤资料
坝址处基岩为花岗片麻岩, 风化层厚10—20米, 河床砂砾覆盖层厚5—8米, 距址1.5km处有足够的土料司供上坝和修筑围堰。土料有关性质列于表1

表1
坝体设计干容重
( kg/)
自然湿容重
( kg/)
松散干容重
( kg/)
可松性系数
含水重
1980
1900
1650
1.15
0.15

表2 河流水文特征时段与流量
时段名称
水文特征时段
( 月、 日)
流量( /s)
5%频率最大流量
5%频率平均流量
春汛期
3.1~5.31
570
512
中水期
6.1~7.10
570
512
洪水期
7.11~9.10
4710
4210
枯水期
9.11~10.31
304
225
最枯水期
11.1~2.28
76
72

表3 坝址处原河道水位流量关系
水位( 米)
95
96
98
100
102
103
105
106
流量( /s)
0
62
198
294
376
482
560
1230
107
108
110
112
114
116
118

2400
3210
4700
5600
6500
7400
8260

表4 水库水位容积关系
水位( 米)
105
106
107
108
109
110
112
114
容积
( 亿)
0.1
0.2
0.4
0.7
1.0
1.4
1.8
2.1
116
118
120
122
124
126
128
130
133
137
2.6
3.0
3.5
4.0
4.8
5.3
6.0
6.4
7.2
10.0

表5 频率为5%洪水过程线( Q~T关系)
时间
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
流量
570
1410
2410
3710
6010
8270
5310
3010
1410
710
570

表6 频率为0.5%洪水过程线( Q~T关系)
时间
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
流量
570
810
1510
2610
3910
4710
3810
2510
1010
610
510

二、 设计要求
1、 分析基本资料, 选择导流方案。
2、 各期围堰的设计: 确定围堰型式, 堰顶高程和断面尺寸, 修建及拆除方法。
3、 确定坝体拦洪高程( 洪水频率f=0.5%) 。
4、 选择截流方法, 确定截流日期和截流设计流量。
5、 进行截流水力计算, 确定截流过程中龙口各水力参数变化规律和截流材料最大尺寸。

第二部分施工导流
一、 导流方案的选择与时段划分
选择导流方案时, 主要考虑水文条件、 地形条件、 工程及水文地质条件、 水工建筑物的型　式及其布置, 施工期河流的综合利用, 施工进度等。分析工程条件的水文资料可知: 河床较宽且流量大, 因此选择围堰法导流,
比较所给三种方案, 第一种和第三种龙口较宽, 在合龙睦增加合龙的工程量, 故不合理。故选择第二种方案。但又由于先围左岸, 进行左岸施工, 如果龙口的位置太靠近左岸, 则必然要分两段施工, 将影工期, 且工期变化复杂化。基于地质条件的施工强度和施工进度的综合考虑, 将合龙断向右岸移一定距离。具体如下页图所示

根据施工进度和实际情况, 将本枢纽分为两段两期。其中左岸坝段自成一段, 右岸坝段和河床( 即合龙) 坝段分为一段。
分期: 第一期4月到第二年9月, 进行隧洞和左岸坝段施工。第二期: 从第二年四月到第三年九月, 左右岸和合龙坝段同时进行施工。整体坝段进行施工全面提升坝段达到坝顶高程。
二、 各时期围堰设计
1、 确定围堰型式:
本枢纽属建筑物, 使用年限1.5~3年, 堰高15~30米, 故拟建级导流建筑物和级围堰。根据地质和土壤条件, 采用土石围堰。
2、 确定围堰堰顶高程和断面尺寸:
（1） 一期围堰堰顶高程。
导流设计流量=设计流量+学号x10=4700+1x10=4710/s, 查坝址处原河道水位流量关系曲线得知水位为: 110.1m.
由附图查图并计算得右岸坝段过水断面面积A=8000,总过水断面面积=16000
由单侧收缩时=0.95, 采用矩形围堰取=0.85,故束窄河床的平均流速为:
===0.654m/s
原河床行进流速为: ===0.294m/s
故水位壅高为: z=-==0.0258m
又已知下游波浪爬高, 查教材表知Ⅳ级土石围堰围堰安全超高为0.5m,
即=0.5 , 而且
故下游围堰堰顶高程为: =110.1+0.7+0.5=111.3m
又知上游波浪爬高=1.0m
故上游围堰堰顶高程: =110.1+0.0258+1.0=111.658m
纵向围堰采用挑流式布置, 利用丁坝将主流挑开, 使纵向围堰沿线附近形成四流区, 只要对回流程度加以适当控制, 就能够简化全线防冲措施。
（2） 二期围堰堰顶高程:
用列表试算法进行调洪演算
求泄流关系曲线:
D=8m R=D/4=2m C==93.538
=0.009
又进口水头损失系数 出口1.0
因此0.738
因此 单条隧洞泄量q=
其中
q=164.2
上游水位和隧洞总泄量关系表
水位(m)
105
106
107
108
109
110
112
114
116
(/s)
367
402
435
464
493
519
569
614
657
V( 亿)
0.
0.2
0.4
0.7
1.0
1.4
1.8
2.1
2.6
水位(m)
118
120
122
123
16
128
130
133
137
(/s)
697
734
770
804
837
869
899
943
999
V( 亿)
3.0
3.5
4.0
4.8
5.3
6.0
6.4
7.2
10.0
由上表绘制泄流量与库容的关系曲线
再根据双曲辅助线法进行调洪计算
具体列表如下表
曲线v/△t-q/2 和 v/△t+t/2　的计算
库水位
( m)
库容
( 亿)
流量
( /s)
q/2
(/s)
v/△t
(/s)
v/△t-q/2
(/s)
v/△t+q/2
(/s)
105
0.1
367
183.5
926
743
1110
106
0.2
402
201
1852
1651
2053
107
0.4
435
217.5
3704
3487
3922
108
0.7
464
232
6481
6249
6731
109
1.0
493
246.5
9259
9013
9506
110
1.4
519
259.5
12963
12704
13223
112
1.8
569
284.5
16667
16383
16952
114
2.1
614
307
19444
19137
19751
116
2.6
657
328.5
24074
23746
24403
118
3.0
697
348.5
27778
27430
28127
120
3.5
734
367
32407
32040
32774
122
4.0
770
385
37037
36652
37422
124
4.8
804
402
44444
44042
44846
126
5.3
837
418.5
49074
48654
49493
128
6.0
869
434.5
55556
55122
55991
130
6.4
899
449.5
59259
58810
59709
133
7.2
943
471.5
66667
66196
67139
137
10.0
999
499.5
92593
92094
93093

5%洪水过程线调洪计算半解图( 双辅助曲线图)
时间
( h)
入库流量 ( /s)
平均入库流量( /s)
水库水位
( m)
v/△t-q/2
( /s)
v/△t+q/2
( /s)
下泄流量( /s)
0

570
640
112
16383

570
3
710
112.1
16783
17023
575
1260
6
1810
112.7
17254
18043
585
2160
9
2510
113.8
18826
19414
612
3060
12
3610
115.1
21293
21886
638
4160
15
4710
116.5
24680
25453
668
3860
18
3070
118.1
27849
28540
705
2710
21
2410
119
29739
30559
720
1960
24
1510
119.4
30696
31699
727
1110
27
710
119.5
31754
31806
729
560
30
410
119.8

32314
732

由已知资料频率为5%的洪水过程线绘制成图。见图, 再由上表求流量q与时段t的关系绘制成曲线, 见图, 双曲线的交点的流量即为最大=730/s。查原河床水位流量关系曲线对应的下游水位=104.3m, 查泄流曲线的上游水位=119.7m则
上游围堰堰顶高程: =119.7+0.5+1.0=121.2m
下游围堰堰顶高程: =104.3+0.5+0.7=105.5m

( 3) 围堰的断面尺寸。
由水工建筑物围堰堰顶顶宽b=5~10m,考虑行车, 取b=8m, 下游背水面坡度为1:1.-~1:3.0, 取1:1.5.上游迎水面坡度为1:2.5~1:3.5;取1:3.0, 则围堰断面尺寸如图:

一期上游围堰断面图 二期上游围堰断面图

一期下游围堰断面图 二期下游围堰断面图

一、 二期围堰平面布置图

(4)围堰的修筑与拆除:
围堰是导流工程的临时挡水建筑物, 用来维护肌坑, 保护水工建筑物能在工地施工, 因此在修筑围堰时充分利用当地材料和废弃的土石方, 尽量简单构造, 方便施工, 其次, 围堰的防渗性能要高, 以挡水。
若没有能够的防渗材料问题时, 可采用垂直防渗墙式, 用混凝土防渗墙来解决基础防渗问题。
围堰在导流任务完成后, 按设计要求进行拆除, 以免影响永久建筑物的施工及时进行, 本工程围堰在施工期最后一次渡汛过后, 上游水位下降时, 在保证残留的断面能继续排水和维持稳定条件下, 用爆破和挖土相等方法, 从围堰的背水坡开始分层拆除, 如图

3, 确定拦洪高程
0.5%洪水过程线调洪计算半解图( 双辅助曲线图)
时间
( h)
入库流量 ( /s)
平均入库流量( /s)
水库水位
( /s)
v/△t-q/2
( /s)
v/△t+q/2
( /s)
下泄流量( /s)
0

570
990
112
16383

570
3
1410
112.2
16563
17373
575
1910
6
2410
113.1
17657
18473
595
3060
9
3710
114.5
19906
20717
625
4860
12
6010
116.1
23766
24766
660
7140
15
8270
119.2
29942
30906
723
6790
18
5130
121.7
35812
36732
765
4160
21
3010
122.7
38484
39972
783
2210
24
1410
122.9
39856
40694
787
1060
27
710
123
40796
40916
789
640
30
510
123.1

41436
790

由已知资料: 0.5%洪水过程线, 绘制成图, 见图五( ) 再由上表所求泄量与时段的关系见图两曲线交点处的泄量即为最大q=789/s查泄流曲线q~z得上游水位119.2m,查原河床水位流量关系曲线对应的下游水位104.5m
上游拦洪高程=119.2+0.5+1.0=120.7m
下游拦洪高程=104.5+0.5+0.7=105.7m

第三部分 施工截流
一、 选择截流方式
1、 方式: 由于流量较大。河面较宽, 因此用立堵法
2、 日期: 由于河流最大枯水期在11月1日—2月28晶, 枯水期在9月11日—10月31日, 原则上说应把握时机, 选择最小流量进行, 但又要为续基坑工作和主体建筑物施工留有余地, 不致影整个工期, 因此截流日期应尽量提前, 一般多选择在枯水期初, 流量已有显著下降时, 故将截流日期定于9月12日, 流量为225/s, 相应的河道水位为了98.8m

3、 确定隧洞的泄流量
H
( m)
A
( ㎡)

(m)
R
( m)
C
Q( /s)
101
3.63
5.78
0.63
77.16
22.23
102
1.45
4.19
0.35
69.83
5.99
103
17.22
10.54
1.63
90.4
198.75
104
25.13
12.57
2.0
93.53
332.41

4、 进行龙口泄量计算。
截流时下游水位98.6m, 流量系数m＝0.385, 根据公式Q＝mb, 计算数值如下表
宽度
水位 流量
5m
10m
15m
20m
25m
100
14.12
26.25
42.35
56.47
70.59
102
53.43
106.86
160.29
213.72
267.15
103
78.66
157.31
235.97
314.63
393.29
104
112.94
213.88
320.83
427.77
534.72
105
137.98
275.97
413.95
551.94
689.92
106
171.56
343.11
514.67
686.22
857.78
截流水力参数计算表
龙口宽度B( m)
q(/s)
Z(m)
V(m/s)
5
14.2
102.7
3.46
10
11.8
102.2
3.22
15
10.1
101.8
3.16
20
8.45
101.45
2.96
25
7.6
101.25
2.86

二、 确定龙口宽度
取截流材料的抗冲流速为3m/s, 此时, 龙口宽度为20m,取龙口宽度23m.

三、 确定截流材料的粒径
立堵截流材料抵抗水流冲动的流速V＝, 其中K取0.9, =1.0t/因此截流材料粒径D＝
当龙口宽度为25m时, V＝2.86m/s 截流材料粒径D＝0.37m
当龙口宽度为20m时, V＝2.96m/s 截流材料粒径D＝0.40m
当龙口宽度为15m时, V＝3.16m/s 截流材料粒径D＝0.45m
当龙口宽度为10m时, V＝3.22m/s 截流材料粒径D＝0.47m
当龙口宽度为5m时, V＝3.46m/s 截流材料粒径D＝0.54m
第四部分工程量计算及选择
一、 断面形式
由于坝址1.5米处有足够土石料可供上坝和修筑围堰, 因此选用土石围堰。河床沙砾覆盖层厚5~8米, 根据以往的工程经验采用混泥土防渗墙, 厚度为1.8米, 考虑堰顶双车道, 初拟堰顶宽4米。上游边坡采用1:3, 下游边坡采用1:1.5, 上下围堰与岸坡的夹角可取。
二、 计算工程量
1、 一期: 由河床断面图可查, 左岸河床高程97米, 右岸河床高程93米
上游围堰高程111.658米, 上游围堰高14.658米, 下游围堰高程111.3米, 下游围堰高14.3米, , L=605米将图上的面积等效为一个矩形, 则:
矩形高H为m
则围堰高度为13.8m围堰底宽( 1.5+3) 13.8+8=70.1m, 上游围堰断面积=( 8+70.1) 13.8/2=538.9查剖面图可的围堰长为605m.
则上游围堰的土方量为V==276713
一期下游
=7967 L=595m 将图上的的面积等效为一个矩形, 则
矩形高H==13.4m,则围堰高程为13.4m, 底宽( 1.5+3) 13.4+8=68.3m下游围堰断面积=511.2.
查剖面图可得围堰长为595m
则下游围堰的土方量为
二期:
上游, 下游
与岸坡的交角为120度, 、 L=525m将图上的面积等效为一个矩形, 则:
矩形高H为H==,则上游围堰高度17.3m,,底宽( 3+1.5)
上游围堰断面积
查剖面图可得围堰长为525m
则上游围堰的土方量为
=5798 L=500m将图上的面积等效为一个矩形, 则矩形高H为H==,则上游围堰高度11.6m, 底宽( 3+1.5) 下游围堰断面积
查剖面图可得围堰长为500m
则下游围堰的土方量为
基坑长330米, 上游围堰段宽59米, 上游围堰段宽47米, 导流墙长L=102=20m, 总长度, 参照以往的工程经验采用顶宽2米, 上游顶高121.2米, 下游顶高105.5米.
土方量V=