水库工程施工组织设计计算书.doc

目 录第一章 导流洞的水力算2第一节 洞身水力计算4第二节 上、下游水位计算.5第三节 进口过流流量校核.5第二章 围堰的水力计算8第一节 下游围堰8第二节 上游围堰9第三章 隧洞内力及配筋计算12第一节 山岩压力计算.第二节 隧洞内力及配筋13第四章 调洪演算12第一节 调洪演算的基本原理12第二节 调洪演算方法及计算12第三节 坝顶高程的复核计算13第一章 导流洞的水力计算第一节 洞身水力计算（1）、导流标准某水库工程是以供水为主兼顾农田灌溉和环境用水的综合利用工程，按水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，按供水规模应为等工程，根据水库总库容为532万m3，应属等工程，其主要建筑物大坝、溢洪道、取水口及输水洞为4级建筑物，根据颁部规范SDJ338-89的规定，相应的临时建筑物为五级建筑物，考虑到该工程规模较小，选取设频率P=20%，相应流量18m3/s。（2）、洞身水力计算从导流的布置情况来看，在枯水期一般设为无压隧洞，但为了考虑洪水期度汛时的过流能力，故采用纵坡i=1.5/100；经过多方案的比较，采用i=1.5/100比较合理，经济。导流隧洞按明渠均匀流设计，由明渠均匀流的流量公式：Q=AC(Ri)1/2=K i1/2式中 Q设计流量（m3/s） A洞身过水断面面积（m2） R水力半径（m），R=A/X，X为过水断面湿周； C谢才系数（m1/2/s），其值按曼宁公式计算，C=R1/6 /n，n为糙率。为了考虑在第一个洪水期的泄洪，假设隧洞洞身的断面尺寸如下图所示：洞宽b=3.8 m ，H=4.3 m 。流量模数：K=ACR1/2=Q/i1/2则 K=18/(1.5/100)1/2=146.97 m3/s 糙率n值表 衬 砌 材 料 n现浇混凝土衬砌 0.014 预制装配式混凝土衬砌 0.017 浆砌石衬砌 0.017 经过修整的不衬砌断面 0.030.035 未经过修整的不衬砌断面 0.040.045由施工组织设计规范，对现浇砼衬砌，n=0.014 则 b2.67/nK=3.82.67/（0.014146.97）=17.20采用高等教育出版社水力学上册附图，由b2.67/nK与h0/b的关系曲线，当b2.67/nK=17.2时，在m=0.0的曲线上查得h0/b=0.211，故导流洞中的实际水深为h0=0.2113.8=0.802m 根据假设的隧洞断面图与洞身水力计算结果，圆拱直墙式断面尺寸为：洞宽b =3.8 m ；直墙高3.197m；圆拱半径r=2.194m；洞内水深h=0.802m；水面以上净空高度3.498m。 净空面积=A总A=3.82.121.91.0971/2（12003.141.92）/36003.80.802=12.05 （m2） 则A/ A=（12.05/15.1）100%=79.81%故净空高度及净空面积均符合明渠规范要求，并且实际过水断面形状上为矩形，故假设隧洞为明渠是正确的。当Q=18.0m3/s时的相应临界水深hk及临界坡ik， =Q2/( gb2)1/3hk=1182/(9.83.82)1/3=1.32 m， h0=0.802 m，由h0hk时、Fr1为急流 。 临界断面面积Ak=bhk=3.8 1.32=5.016 m2 临界过水宽度Bk=b=3.8 m 临界湿周Xk=b2hk=3.821.32=6.44 m 临界水力半径Rk=Ak/Xk=5.016/6.44=0.78 m 临界谢才系数Ck=RK/6 1/n=0.781/61/0.014=68.52 则临界纵坡ik=gXk/(Ck2 Bk)=9.86.44/（168.5223.8）=0.0036由ik=0.35%i=1.5%，所以为陡坡。第二节 上、下游水位计算1）、下游水位 由基本资料岔河水库坝下水位流量关系曲线可知，当流量Q=18m3/s时相对应的水位为1423.01m，故下游水位为1423.01m ，下游设计洪水静水位为：1423.01 m。2）、上游水位 由ik=0. 35%i=1.5%，隧洞长L=184. 79m，取隧洞进口底板高程为：1426m，则隧洞出口高程为：1426-Li=1426-184. 791.5/100=1423.30 m因隧洞出口底板高程与下游水位高程之差大于零，即1423.15-1423.01=0.140。故泄流量为自由出流。采用中国城市出版社施工组织设计与施工规范实用全书上册，泄流量按短管自由出流，即按非淹没堰流计算。非淹没堰流公式 Q=mBK2g1/2H02/3 m流量系数 H0计入行近流速的上游水头 Bk临界水深下的平均过水宽度 H0=(Q2/2gm2Bk2)1/3=182/(29.80.323.82)1/3=2.33m则上游水位：1424.38+2.33+Z =1424.38+2.38+1.62 =1428.38 m Z为河底高程与进口底板之差。故上游设计洪水静水位为：1428.38m。第三节 进口过流流量校核采用中国城市出版社施工组织设计与施工规范实用全书上册以及SL2972002水工隧洞设计规范，进口过流流量按宽顶堰公式计算： Q=S1mnb(2g)1/2H03/2式中 m流量系数 m=0.32+0.01（3P1/H）/（0.46+0.75P1/H） =0.32+0.01（31.63/2.38）/（0.46+0.751.63/2.38） =0.34S淹没系数，自由出流时，S=11侧收缩系数 1=10/(0.2+p1/H)3（b/B）4（1b/B） =10.19/(0.2+1.63/2.38)3(3.7/4.22)4(13.7/4.22) =0.98故Q=10.980.3413.7（29.8）1/22.383/2 =20.00m3/s18m3/s 所以满足要求。 第二章 围堰的水力计算第一节 下游围堰计算考虑到下游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故下游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范DL/T 50871999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于级土石围堰，=0.5m。 表21 不过水围堰堰顶安全超高下限值围堰 形式围堰级别土石围堰0.70.5砼围堰0.40.3土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为0.80.6m；心墙式防渗体为0.60.3m。取防渗体超高值为0.3m。根据规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在610m时，堰顶宽度取34m，当堰高10m时堰顶宽度取5m。该工程围堰考虑工程自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.55m，取堰顶宽为4.5m。围堰采用塑性心墙围堰，填筑时做成梯形断面，坡度为1：0.21：0.6的陡坡。心墙的断面是梯形的，上部厚度不小于0.81.0m，下部厚度不小于1/10水头，且不能少于3m。由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。查坝址处水位流量关系曲线得：当Q=18m3/s时，其相应的水位高程为1423.01m，则下游围堰的堰顶高程为： Hd=hd+ha+hd-下游水位高程ha-波浪爬高（此处忽略不计）-安全超高，按表21选用 心墙式防渗体为0.60.3m，即取0.3m，则顶部高程为1423.31m。则下游围堰的堰顶高程 ：Hd=1423.01+0.5=1423.51m下游围堰高度为：h=Hd1419.34=1423.511419.34=4.17 m注：1419.34m为下游围堰的河底高程。下游围堰的底宽计算：B= 24.17+4.5+1.54.17 =19.095 m下游围堰心墙底宽计算： B=20.34.45+2=4.66 m第二节 上游围堰计算考虑到上游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故上游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范DL/T 50871999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于级土石围堰，=0.5m。 不过水围堰堰顶安全超高下限值围堰 形式围堰级别土石围堰0.70.5砼围堰0.40.3土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为0.80.6m；心墙式防渗体为0.60.3m。取防渗体超高值为0.3m。根据施工组织设计规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在610m时，堰顶宽度取34m，当堰高10m时堰顶宽度取5m，本工程考虑到自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.55m，堰顶宽取4.5m。取下游面坡度为1：2.0，上游面坡度为1：1.5；围堰心墙的断面是梯形，上部厚度不小于0.81.0m，或由施工要求决定，下部厚度不小于1/10水头，且不小于3m。塑性心墙围堰心墙围堰用的粘土及粘壤土，或砂和粘土按比例配合的土料，填筑时做成梯形断面，坡度为1：0.21：0.6的陡坡。因此，本工程的心墙顶宽取为1.5m，两边的坡度取为1：0.3。由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。由上游水位计算可知，导流隧洞进口底板高程为1426.00m，按规范要求，导流隧洞进、出口高程选择需要考虑截流、通航、放木要求，以及封堵条件，泥沙淤积或磨损，方便施工等。导流隧洞进高程通常取枯水位以下1.01.5m。上游的水位高程为：1428.33 m由i=1.5%，L=184. 79m, 所以上、下游导流隧洞的进、出口的高差为：h=iL=1.5%184. 79=2.77 m则导流隧洞的出口高程为：1426.002.77=1423.23 m故上游围堰的堰顶高程由下式决定： Hu=hdZha式中 Hu上游围堰堰顶高程，m； Z 上下游水位差，m； Hu=hdZha=1423.01(1428.331423.01)0.5 =1423.01+5.32+0.5 =1428.33 m上游围堰的河底高程为1423.57m，则上游围堰的高度为：1428.831423.57=5.26 m上游围堰的底宽计算：B= 25.26+4.5+1.55.26 = 20.28 m下游围堰心墙底宽计算：b=20.34.45+2=4.66 m第三章 隧洞内力及配筋计算第一节 山岩压力由于山岩压力是不压隧洞衬砌设计中起决定作用的荷载，因此山岩压力值的计算选定，直接关系到衬砌尺寸是否经济合理。采用水工隧洞设计规范建议的山岩压力计算，对于类围岩，可以按松动介质平衡理论估算三岩压力。考虑到进出口的地质条件不是很好，属于类围岩，不能形成压力拱，当洞室埋深度（由衬砌顶部至地面的垂直距离）H小于2倍压力拱高度或小于压力拱跨度的2.5倍。为了使用设计便于安全，对于不能形成压力拱的岩体，允许按全部岩柱重量（不考虑两侧磨阻力）来计算垂直压力，即采取q=H 。分别取隧洞进、出口往里15m所对应的覆盖层厚度分别为H1=15.45m，H2=12.49m。按水利电力出版社高昌侠、熊启钧编著隧洞表32岩石坚固系数及其它力学指标表查得：对于中等坚硬的岩石及坚硬的石灰岩，不坚硬的沙石和石灰岩，软砾岩相应的岩石坚固系数f=4，岩石容重=2428（KN/m3）,取岩石容重=26 KN/m3。所以进、出口垂直压力强度为：q1=H1=2615.45=401.70KN/m2；q2=H2=2612.49=324.74 KN/m2 。为了便于计算，取单位长度计算，则进、出口顶部垂直均布荷载Q1=401.70 KN/mQ2=324.74 KN/m 。为了便于计算，单位的换算关系近似采用Kg=10KN。故Q1=40.170T/m ，Q2=32.474 T/m 。第二节 隧洞衬砌内力及配筋计算采用张校正（新 疆 水 利 厅）改编，黄凯申（新疆兵团水利局）校核隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序。一、程序功能本程序采用屠规彰等提出的衬砌结构的非线性常微分方程组，应用初参数数值解法，解算隧洞衬砌在水压力、山岩压力及衬砌自重等荷载作用下弹性抗力分布，算出变位和内力，并按水工钢筋混凝土规范进行配筋计算。对于11种隧洞过水断面(参阅附图)，程序将衬砌（左半部）的底板、顶板、边墙、侧底拱、侧顶拱等每部分10等分段，输出每个计算点的轴向力、剪力、弯矩、受压钢筋面积、受拉钢筋面积、抗裂安全系数以及裂缝开展宽度。轴向力的单位：t ；剪力的单位：t弯矩的单位：t.m ；受压钢筋面积的单位:cm2 ；受拉钢筋面积的单位:cm2 ；裂缝开展宽度的单位:cm二、计算原理 参阅水工隧洞设计规范(SD13484)附录七。 配筋计算按照水工钢筋混凝土设计规范的公式计算偏心受压和偏心受拉构件。计算中不受最小配筋率的限制，实际采用时，可按照规范规定的最小配筋率或按少筋混凝土计算。三、使用方法 1、数据准备：参看附图。 A 工程名，如“SUANLI” A 断面形状编号，参阅附图。 Ky 钢筋砼偏心受压安全系数 K1 钢筋砼偏心受拉安全系数 R# 混凝土标号，如250#应为“250” Rg 钢筋强度（kg/cm2） Eg 钢筋弹性模量（kg/cm2） A 钢筋毛保护层（cm） D 钢筋直径（cm），用以计算裂缝开展宽度 L1 半跨底宽（m） H2 侧墙高度（m） R1 弧形底板半径（m） R2 侧底拱半径（m） R4 侧顶拱半径（m） a1 弧型底板半中心角（角度） a2 侧底拱中心角（或半中心角）（角度） a4 侧顶拱中心角（或半中心角）（角度） D1 底板厚度（m） D2 侧底拱厚度（第九类断面为侧底拱起点厚度） D3 侧墙厚度（m） D4 侧顶拱起点厚度（m）（第一类断面为侧顶拱厚度） D5 顶板厚度（m）（或侧顶拱终点厚度） Q4 顶部垂直均布荷载（t/m） Q3 侧向分布荷载上端点值（t/m） Q2 侧向分布茶载下端点值（t/m） Q1 底部垂直均布荷载（t/m） H0 水压荷载水头值（内压为正）（m） P 灌浆压力（各边均布法向荷载，外压为正）（m） Rh 衬砌容重（t/m3） Eh 衬砌弹性模量（t/m2） K1 底板、侧底拱部位围岩弹抗系数（t/m3） K2 侧墙部位围岩弹抗系数（t/m3） K3 顶板、侧顶拱部位围岩弹抗系数（t/m3） 注各类断面形状无某项数据时填0 2、内力符号规定如下： 面向基岩取微分段，图示内力为正四、算例及计算成果本程序的算例全部采用陕西省水电设计院马跃堂同志的算例资料，以便于成果比较。经比较误差很小，现计算进出口城门洞形的计算成果。隧洞进口数据文件为G-12.INT 1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，40.17，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000 计算结果文件为G-12.OUT* 隧洞进口内力及配筋计算书 G-12 * 一. 基 本 数 据 (A= 4 )Ky= 1.6 KL= 2.5 R#=250 Rg= 3100 Eg= 2000000 a= 5 d= 2.2 L1= 1.9 H2= 3.4 R1= 0 R2= 0 R4= 2.39 a1= 0 a2= 0 a4= 60 D1= .4 D2= 0 D3= .4 D4= .4 D5= .4 Q4= 40.17 Q3= 0 Q2= 0 Q1= 0 Ho= 0 P= 0 rh= 2.4 Eh= 2800000 K1= 50000 K2= 50000 K3= 50000 二. 计 算 结 果: 迭 代 计 算 第 1 次迭代 第 2 次迭代 第 3 次迭代 位 移 状 态 1111111111111111111110000000000- 底 板(M= 10 ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂K 裂缝宽 0 -30.925 0.000 21.382 0.000 26.939 0.456 0.01953 1 -30.925 1.751 21.220 0.000 26.635 0.459 0.01960 2 -30.925 3.991 20.686 0.000 25.642 0.471 0.01982 3 -30.925 7.202 19.641 0.000 23.717 0.495 0.02024 4 -30.925 11.846 17.858 0.000 20.481 0.544 0.02088 5 -30.925 18.355 15.021 0.000 15.460 0.650 0.02194 6 -30.925 27.105 10.741 0.000 8.148 0.941 0.02233 7 -30.925 38.393 4.560 0.000 0.000 3.143 0.00000 8 -30.925 52.394 -4.021 0.000 0.000 4.008 0.00000 9 -30.925 69.115 -15.523 0.000 16.337 0.628 0.02159 10 -30.925 88.331 -30.444 0.000 44.882 0.331 0.01619- 侧 墙(M= 10 ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂K 裂缝宽 0 -88.331 -30.925 -30.444 0.000 34.706 0.374 0.01549 1 -88.005 -29.229 -20.093 0.000 11.704 0.586 0.02193 2 -87.679 -24.341 -10.935 0.000 0.000 1.543 0.00000 3 -87.352 -18.301 -3.675 0.000 0.000 99.999 0.00000 4 -87.026 -12.069 1.486 0.000 0.000 99.999 0.00000 5 -86.700 -5.790 4.526 0.000 0.000 99.999 0.00000 6 -86.374 0.930 5.374 0.000 0.000 99.999 0.00000 7 -86.048 8.743 3.771 0.000 0.000 99.999 0.00000 8 -85.722 18.248 -0.760 0.000 0.000 99.999 0.00000 9 -85.396 29.643 -8.846 0.000 0.000 2.491 0.00000 10 -85.070 42.299 -21.052 0.000 14.287 0.549 0.02249 侧 顶 拱(M= 10 ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂K 裂缝宽 0 -94.822 -5.903 -21.052 0.000 12.309 0.568 0.02032 1 -88.935 -13.582 -18.432 0.000 8.134 0.656 0.02214 2 -82.144 -18.406 -14.387 0.000 1.793 0.891 0.21925 3 -74.848 -21.425 -9.358 0.000 0.000 1.798 0.00000 4 -67.461 -22.611 -3.802 0.000 0.000 99.999 0.00000 5 -60.389 -22.022 1.826 0.000 0.000 99.999 0.00000 6 -54.012 -19.804 7.098 0.000 0.000 2.245 0.00000 7 -48.669 -16.179 11.634 0.000 5.039 0.961 0.02565 8 -44.640 -11.436 15.113 0.000 12.172 0.686 0.02508 9 -42.136 -5.916 17.300 0.000 16.726 0.585 0.02300 10 -41.287 0.000 18.046 0.000 18.293 0.558 0.02213 隧洞出口数据文件为G-12.INT 1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，32.47，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000* 隧洞出口内力及配筋计算书 G-12 * 一. 基 本 数 据 算例(A= 4 )Ky= 1.6 KL= 2.5 R#=250 Rg= 3100 Eg= 2000000 a= 5 d= 2.2 L1= 1.9 H2= 3.4 R1= 0 R2= 0 R4= 2.39 a1= 0 a2= 0 a4= 60 D1= .4 D2= 0 D3= .4 D4= .4 D5= .4 Q4= 32.47 Q3= 0 Q2= 0 Q1= 0 Ho= 0 P= 0 rh= 2.4 Eh= 2800000 K1= 50000 K2= 50000 K3= 50000 二. 计 算 结 果: 迭 代 计 算 第 1 次迭代 第 2 次迭代 第 3 次迭代 位 移 状 态 1111111111111111111110000000000- 底 板(M= 10 ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂K 裂缝宽 0 -25.351 0.000 17.543 0.000 21.303 0.543 0.02117 1 -25.351 1.437 17.410 0.000 21.066 0.547 0.02121 2 -25.351 3.275 16.972 0.000 20.292 0.561 0.02136 3 -25.351 5.909 16.115 0.000 18.787 0.591 0.02158 4 -25.351 9.719 14.652 0.000 16.246 0.651 0.02165 5 -25.351 15.059 12.325 0.000 12.281 0.781 0.02080 6 -25.351 22.239 8.813 0.000 6.458 1.137 0.02846 7 -25.351 31.500 3.742 0.000 0.000 3.828 0.00000 8 -25.351 42.987 -3.299 0.000 0.000 4.881 0.00000 9 -25.351 56.706 -12.736 0.000 12.974 0.754 0.02091 10 -25.351 72.472 -24.978 0.000 35.060 0.389 0.01816- 侧 墙(M= 10 ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂K 裂缝宽 0 -72.472 -25.351 -24.978 0.000 25.059 0.437 0.01924 1 -72.146 -23.959 -16.493 0.000 8.100 0.701 0.02405 2 -71.820 -19.949 -8.987 0.000 0.000 1.870 0.00000 3 -71.494 -14.995 -3.037 0.000 0.000 99.999 0.00000 4 -71.168 -9.887 1.191 0.000 0.000 99.999 0.00000 5 -70.841 -4.749 3.682 0.000 0.000 99.999 0.00000 6 -70.515 0.740 4.381 0.000 0.000 99.999 0.00000 7 -70.189 7.109 3.080 0.000 0.000 99.999 0.00000 8 -69.863 14.849 -0.606 0.000 0.000 99.999 0.00000 9 -69.537 24.122 -7.186 0.000 0.000 3.079 0.00000 10 -69.211 34.417 -17.119 0.000 9.968 0.661 0.02485-