水利工程施工课程设计.doc

前言部分一.课程设计的目的:通过课程设计，使学生将在课堂所学的知识融会贯通，提高学生提出问题、分析问题并解决问题的能力。通过课程设计，培养学生利用所学知识，独立工作、创造性的工作的能力。通过课程设计，使学生熟悉现行水利水电工程建设项目实施的基本程序、基本规则和项目设计的基本要求与基本内容。通过课程设计培养学生应用技术规范与规程、查阅文献资料、体会协作共事的能力。二.课程设计的意义：课程设计是对水利水电工程专业的学生实现培养目标的综合性教学实践环节，学生必须按照本任务的要求独立完成设计任务。通过课程设计升华课程所学的知识，培养工程实践能力，激发学生的创新潜能。三.设计范围：本次课程设计只要求学生进行倒流施工的设计，不要求大坝的布置和引水发电隧洞的设计。四.应达到的技术要求：要求确定导流施工的设计流量、确定出导流标准、并设计出导流建筑物的各个尺寸和高程、进行倒流施工的布置。本论部分一.课程设计任务：1.根据所给地形、地质及水文资料，根据所给出的枢纽设计，依据现行规范选择导流方式，确定导流标准，计算导流设计流量，进行导流布置。2.设计导流建筑物。二.课程设计资料：1.社坞坑电站经济流量表。2.厂址水位流量表。3.电站工程特性表。4.历年逐月降水表。5.流量历时频率曲线。6.上中下坝逐月径流表。7.社坞坑可研总报告。8.社坞坑水电站中坝址设计洪水过程线表。9.中坝水位流量表。10.厂区布置平面图。11.发电洞平面图。12.发电洞纵剖面。13.社污坑厂房布置。14.社坞坑隧洞图。15.社坞坑中坝。16.枢纽布置图。17.调洪演算丰水期、枯水期、较枯水期、平水期相关资料。18.社污坑坝址地形图。三.选择导流方式：导流方式1.全段围堰导流法：河床主体工程上下游各建一道断流围堰，将施工期间的全部来水拦蓄于上游河道中，并在围堰上游修隧洞将水流直接导入下游河段中。如下图所示：图表 1导流方式2.分段围堰导流法：用围堰将主体工程分为前后两期进行施工，利用束窄明渠进行导流；后期将前期横向围堰拆除，保留纵向围堰并在其基础上修建后期横向围堰与之相接，构成后期围堰，而使用前期所建主体工程的坝身泄水孔进行导流。如下图所示：图表 2 前期施工导流 后期施工导流四.导流方式比较论证：由课程所学知识可知，分段围堰法一般适用于河床宽、流量大、工期较长的工程，虽然比全段围堰法施工复杂此种方法比较节省费用；全段围堰法可以用于河床较窄、流量较小、工期较短的工程，但是全段围堰法费用较分段围堰法高。故为节约费用，应采用分段围堰法。五.确定导流方式：采用分段围堰法导流施工。前期采用束窄河床导流施工，后期采用前期所建建筑物泄水孔导流，如导流能力不足则修建明渠，采用明渠和泄水孔结合导流的方式。经选择确定：前期围堰施工时段为当年11月初至12月低，相应五年一遇洪水为20.7 m3/s。后期围堰施工时段为次年1月初至2月低，相应五年一遇洪水为35.9m3/s。六.确定导流标准：根据水利水电工程施工组织设计规范，选择导流建筑物的级别为5级，拦河坝为4级建筑物，导流建筑物洪水标准划分选择洪水重现期应为5-3年，选为5年，发电引水隧洞、厂房及变电站等为5级建筑物。七.计算导流设计流量：通过调洪演算计算导流的设计流量，演算表格见附表。错误！未找到目录项。经计算，中坝址施工时段112月、1112月、12月及3月5年一遇洪峰流量分别为43.2 m3/s、20.7 m3/s、35.9 m3/s和90.2m3/s，厂址施工时段113月、114月、104月、3月5年一遇洪峰流量分别为376.8 m3/s、535.9 m3/s、570.1 m3/s和347.2m3/s。将洪峰流量确定为设计导流流量。八.选择导流建筑物：一期工程采用束窄后并开挖的明渠导流，二期工程采用所建坝体的坝身底孔导流，围堰采用袋装土纵向围堰上、下段一、二期共用，基坑上、下游设土石横向围堰，二期基坑在明渠进、出口填筑土石围堰，纵向围堰与已建好的坝体相接，其中坝体以外部分利用一期纵向围堰，并与一期施工的坝体间重新填筑袋装土围堰连接。九.导流建筑物布置：泄水建筑物：一期明渠布置于河床左岸坡脚，中心线长初定为120m，呈近似直线布置，渠底纵坡为3%。二期利用一期坝体内已建成的城门洞型底孔导流，孔壁采用0.5m厚钢筋混凝土衬砌。挡水建筑物：一期基坑左侧的袋装土纵向围堰上、下段一、二期共用，基坑上、下游设土石横向围堰。二期基坑在明渠进、出口填筑土石围堰，纵向围堰与已建好的坝体相接，其中坝体以外部分利用一期纵向围堰，一期纵向围堰与一期施工的坝体间需重新填筑袋装土围堰连接。其中，横向围堰距坝体距离取30+3+b/2，其中b为横向围堰宽度。则纵向围堰长度为2*（30+3）+2+b。横向围堰长度取为40m。十.导流建筑物设计：1.导流明渠设计：采用试算法进行导流明渠设计，明渠断面假定如图所示：图表 3所用水力学公式：a=（b+mh）*h；=b+2hsqrt(1+m2)；r=a/；c=r1/6 /n；q=acsqrt（r*i）；vc=q/a；由水力学教材查得粗糙系数为0.035；坡度应为1.5-2.0，选为1.8。假定一系列水深h进行试算，试算表格如下：图表 4坡度m底宽b粗糙系数n水深h断面面积a湿周水力半径r坡降i谢齐系数c导流流量q设计流量q0平均流速vc1.850.0351.06.809.120.7460.00327.218.7520.701.291.850.0351.17.689.530.8060.00327.5610.4020.701.351.850.0351.28.599.940.8640.00327.8812.2020.701.421.850.0351.39.5410.350.9220.00328.1914.1420.701.481.850.0351.410.5310.770.9780.00328.4716.2320.701.541.850.0351.511.5511.181.0330.00328.7318.4720.701.601.850.0351.612.6111.591.0880.00328.9820.8720.701.661.850.0351.713.7012.001.1420.00329.2123.4220.701.711.850.0351.814.8312.411.1950.00329.4326.1420.701.761.850.0351.916.0012.821.2470.00329.6429.0120.701.811.850.0352.017.2013.241.2990.00329.8532.0520.701.86由表格可以看出当水深为1.6m时，导流流量最接近设计流量，故可确定出导流明渠的断面尺寸，如下图所示：图表 5明渠长度取为120m，进口高程取为149.2m，开挖0.8m，出口高程149.2-0.003*120=148.84m，取为148.9m。明渠不能满足过水水深要求时可溢流。2.坝体底孔设计：假定底孔断面如图所示：图表 6采用试算法确定断面尺寸，按照简单有压管计算：所用水力学公式：导流流量q=ca*sqrt（2gh）；其中，c取为0.61；湿周=b+2h；过水断面面积a=bh；水力半径r=a/；假定底宽为3m，并假定一系列水深进行试算，试算过程如下表所示：图表 7流量系数uc底宽b水深h断面面积a湿周水力半径r导流流量q设计流量q0导流流速vc0.6131350.608.1135.911.966670.6131.13.35.20.639.3535.910.878790.6131.23.65.40.6710.6635.99.9722220.6131.33.95.60.7012.0135.99.2051280.6131.44.25.80.7213.4335.98.5476190.6131.54.560.7514.8935.97.9777780.6131.64.86.20.7716.4135.97.4791670.6131.75.16.40.8017.9735.97.0392160.6131.85.46.60.8219.5835.96.6481480.6131.95.76.80.8421.2335.96.2982460.6132670.8622.9335.95.9833330.6132.16.37.20.8824.6735.95.6984130.6132.26.67.40.8926.4535.95.4393940.6132.36.97.60.9128.2735.95.2028990.6132.47.27.80.9230.1435.94.9861110.6132.57.580.9432.0435.94.7866670.6132.67.88.20.9533.9835.94.6025640.6132.78.18.40.9635.9635.94.4320990.6132.88.48.60.9837.9835.94.273810.6132.98.78.80.9940.0335.94.126437由以上试算,选出与设计流量最接近的一组，则可确定出导流的水深为2.7m，为保证水流的顺畅通过，选择断面横纵尺寸都为3m。导流底孔的断面尺寸如下图所示：图表 8坝体趾部宽度约为12m，故导流底孔的长度也为12m，进出口高程都取为150m。3.一期施工围堰设计：3.1确定下游围堰:3.1.1高程确定：hd=hd+ha+。围堰超高：查教材25页表1-3得=0.5m。波浪爬高ha：本设计中可取为0.3。下游水位高程hd：由设计流量为20.7m3/s，可在下表中由内插法求得。图表 9高程(m)封闭断面面积(m2)封闭断面周长(m)截线线宽(m)湿周(m)水力半径（m）断面平均流速(m/s)流量(m3/s)149.5500000001509.917261.891530.873331.01820.3201.10010.915142.322768.693433.937634.75581.2182.682113.515277.792475.495337.001938.49342.0213.760292.5内插法方程：x=102.6y-15379.1。故有（15379.1+20.7）/(15379.1+113.5)=y/151，解得：y=150.0955m，取为150.1m。故下游围堰高程：hd=150.1+0.5+0.3=150.9m。3.1.2断面型式和构造确定：采用不过水土石围堰，梯形断面形式，坡度取为1:1.5，中间设混凝土垂直防渗墙，堰顶宽取1.5m。具体构造如下图所示：图表 103.2确定上游围堰:3.2.1高程确定：hu=hd+z+ha+。围堰超高：和下游时相同，取为0.5m。波浪爬高ha：本设计中可取为0.3m。下游水位高程hd：已在下游时算得，为150.1m。上下游水位差：z=vc2/2g2-v02/2g。式中，vc在表格2中算得，为1.66m/s；取为0.82；行进流速v0取为0.8m/s。则算得z=0.18m，取为0.3m。故上游围堰高程：hu=150.1+0.3+0.3+0.5=151.2m。3.2.2断面型式和构造确定：断面型式和构造同下游围堰相同，具体构造如下图所示：图表 113.3确定一期纵向围堰:为了与束窄河床宣泄导流设计流量时水面曲线相适应，纵向围堰的上游和下游分别与横向围堰的上下游围堰堰顶同高。堰顶作成倾斜状，堰顶宽取1.0m。如下图所示： 图表 12图表 134.二期施工围堰设计：4.1确定下游围堰:4.1.1高程确定：hd=hd+ha+。围堰超高：同上，取为0.5m。波浪爬高ha：同上，取为0.3。下游水位高程hd：由设计流量为35.9m3/s，同上可在表格3中由内插法求得。hd=150.244，取为150.3m。故下游围堰高程：hd=150.3+0.5+0.3=151.1m。4.1.2断面型式和构造确定：如下图所示：图表 144.2确定上游围堰:4.2.1高程确定：hu=hd+z+ha+。围堰超高：同上，取为0.5m。波浪爬高ha：同上，取为0.3m。下游水位高程hd：已在下游时算得，hd=150.244m。上下游水位差：z=vc2/2g2-v02/2g。式中，vc已在表格1中算得，为4.43m/s；取为0.82；行进流速v0取为0.8m/s。则算得z=1.455m，取为1.5m。故上游围堰高程：hu=150.3+1.5+0.3+0.5=152.544m，取为152.6m。4.2.2断面型式和构造确定：如下图所示：图表 154.3二期纵向围堰确定:确定原则同上,具体断面如下图所示:图表 16图表 175.围堰的长度和位置确定：横向围堰距坝体距离30+3+4.2/2=35.1m，取为36m；坝体处河床宽度约为60m，故一期横向围堰长度取为35m，二期横向围堰长度取为30m；则纵向围堰距河道距离也为35m；纵向围堰总长度为35.1*2+12=82.2m，取为85m。至此，导流建筑物设计完成。十一.参考文献:1.课程设计所给相关资料。2.水力学第四版上册 水力学与山区河流开