大工13秋《水工建筑物课程设计》.doc

网络教育学院水工建筑物课程设计 题 目：某混凝土重力坝施工导流设计 学习中心： 奥鹏直属学习中心 专 业： 水利水电工程 年 级： 2012年 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 某混凝土重力坝施工导流设计1施工导流设计标准选择1.1 施工导流建筑物级别的选定该工程施工工期为2年，工程总库容为1.6，根据水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，以及围堰工程规模，选定施工导流建筑物为4级。1.2 施工导流设计洪水标准的选择根据导流建筑物级别为4级和水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004，选定导流建筑物的洪水标准为：20年一遇（P=5%）。1.3施工导流时段选择根据本工程的特征条件采用分段围堰法导流，中后期用临时底孔泄流来修建混凝土坝。由施工设计洪水成果表可得，当选定导流建筑物的洪水标准为20年一遇时，全年施工流量为996m/s,7月至次年4月施工时，流量为860m/s。9月至次年3月施工时，流量为235m/s。10月至次年3月施工时，流量为186m/s。10月至次年4月施工时，流量为252m/s。若采用全年施工，流量太大，导流建筑物的工程量大。7月至次年4月施工时，流量为860m/s，也过大，同时可能还在汛期，不利于施工，对导流建筑物要求也很高，同样不经济。9月至次年3月施工时，流量为235m/s，施工期为7个月，流量小，对导流建筑物要求相对要低一些，且经济。但是考虑到汛期的特点和坝基岸坡的开挖时间，在8月的时候有可能还在汛期，会影响施工进度。10月至次年3月的时段内，流量虽然相比其他时段小，但是施工期过短，只有6个月，可能导致施工坝体工程不能按时达到渡汛高程，以至于影响整个工程的进度。10月至次年4月这一时段，流量为252m/s，有7个月的低流量施工时间。9月份时汛期基本已过，此时可进行坝基和岸坡的开挖和部分围堰工程，10月初可下河截流，随后进行坝体混凝土浇筑，汛前完成溢流坝段的土建工程，汛期及汛后进行非溢流坝段的混凝土浇筑。 次年9月进行左岸坡坝基开挖，并修筑二期围堰工程，利用布置在一期工程坝体内的底孔导流，9月下旬进行河床部分的基础开挖，10月初进行二期工程的坝体和厂房的混凝土浇筑。因此，选定施工导流时段为10月至次年4月。由施工进度安排并考虑到工程特点，工程施工导流过程可分为：前期、后期、下闸蓄水三个阶段。前期，河水由束窄河床通过，进行第一期基坑内施工；后期，河水由导流底孔下泄，进行第二期基坑内施工；下闸蓄水后，坝体全面升高，可先由导流底孔下泄河水，底孔封堵以后，则河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全拦蓄在水库中，直到工程完建。表13 施工设计洪水成果 单位：m/s分期 频率 2 5 10 20 全年施工13409967325047月次年4月11508606004009月次年3月31623517511910月次年3月2631831338610月次年4月3192522061571.4 施工导流设计流量根据导流设计洪水标准和围堰施工分期，选定施工导流设计流量为Q=252m3/s。根据坝址水位流量关系曲线，采用内插法得到Q=252 m3/s时的水位为86.20m，考虑到坡降，选择坝址处水位为86.50m。由下游水位流量关系曲线图可得，下游水位为86.10m。由于厂房工程结构复杂，一期工程量大，施工期长，围堰过水对工期及经济都影响较大，故一期导流标准选为洪水重现期10年；二期拦河坝结构相对较为简单，工程规模小，在一个枯水期可完成，故二期导流标准选为洪水重现期5年。表1-4 坝址水位流量关系曲线水位84.384.685.08687888990919293流量055022050085512801730237029903630图1-11.5施工导流方案选择由施工进度安排并考虑到工程特点，工程施工导流过程根据枢纽的自然条件及坝体的结构特点及工程的导流施工标准，选择采用分段围堰法施工，分为两段两期。第一期先围右岸，包括非溢流坝段，进行一期基坑内施工；第二期围河床左岸部分，包括左岸左岸非溢流坝段和溢流坝段，进行二期基坑内施工，导流方式为一期工程的底孔导流。本工程所选择的施工期，流量为252m/s，河床岩面较平整，冲积砂烁层厚度约为01.5m，弱风化层厚度1m左右，整个河床岩体致密坚硬，强度高，抗冲刷能力强，左岸地形自然坡度为1:1.51：2.0，右岸地形自然坡度为1:2左右，两岸坡度均较缓，采用两段两期的施工导流方式可以满足要求。采用先围右岸的方式可以先满足发电，提前产生经济效益。故才用先围右岸，后围左岸的方式施工。根据本工程自然条件及枢纽布置特点，本着就地取材、经济合理原则，一期上、下游及纵向围堰结构形式均采用土石围堰结构。围堰堰体采用黏土心墙防渗，堰基利用黏土截水墙防渗，施工期辅助大功率水泵强排水施工。为保证施工期强排水不对排水沟边坡造成细料流失形成管涌现象，将集水坑四周用土工布围护，边角部位用编织袋压脚固定。2第一期导流设计2.1束窄河床水位雍高计算分期导流围堰束窄河床后，使天然水流发生改变，在围堰上游产生水位雍高，其值可采用如下近似公式试算。以Z+tcp与所设H0比较 , 出口处渠底高程84 m。假定水深为2.5m。 Vc= Z雍高 V0 行进流速Y 流速系数 Vc束窄河床平均流速 Q为计算流量 Wc收缩断面有效过水断面m2 Y取0.85 V0=0Wc=bc tcp=(30+30-1.8*2.5)/2 *2.5=70.31m2 bc=30m A1=70.31M2 A2=83.75 V0=Q/A=252/(30+30-1.8*2.5)*2.5/2+(36+36-2*2.5)*2.5/2=1.64M/SVc=252/70.31=3.58m/s，束窄河床段上游水位壅高： 上、下游一期横向围堰堰顶高程：上游围堰堰顶高程 下游围堰堰顶高程 图21 3纵向围堰长度的拟定及围堰轴线布置根据施工要求及场地条件，拟定纵向围堰长度为150m。纵向围堰轴线位置在河床中部偏左岸约30m处，如图2-1。4围堰断面设计（1）纵向围堰断面构造及尺寸图3 单位：mm围堰主体采用块石、砂砾土料堆石体，防渗层为粘土斜墙，在粘土斜墙迎水位采用浆砌石护面。（2）上、下游横向围堰断面尺寸上游横向围堰断面构造及尺寸图4 单位：mm 堆石体采用块石、砂砾土石料堆砌，防渗层为粘土斜墙，防冲采用浆砌石护面。下游横向围堰断面构造及尺寸图5 单位：mm5围堰工程量的估算上游横向围堰长度：36m下游横向围堰长度：68m 纵向围堰方量：长150m 6第二期导流水力计算本工程二期采用底孔导流，为了确保泄流能力，拟定采用2个底孔。1.底孔的布置及断面尺寸的选择根据水利水电工程设计规范选定：底孔布置在主河床的溢流坝段中，底孔底板距基岩面的距离为2m。底孔进口高程选定84.0m，出口高程83.9m，底孔全长57m。由水利学原理，判定底孔出流为有压自由出流。其泄流能力计算公式为：，式中，（D为引化直径）。底孔进水口水头损失系数为，闸门槽水头损失，沿程水头损失。时，出口处下游水位高程为86.39m，糙率取。(m)(m)断面尺寸(mm)(m2)(m)(m)(m)(m)(m)(m3/S)(m3/S)906.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.594414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.1834.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3962.70476.206152.4133.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9613.13961.327122.65939.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8715.229139.833279.674414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.6434.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3965.704110.682221.3633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9616.13985.764171.539612.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.229175.418350.8364414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6258.475154.677309.3534.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3968.704136.725273.4533.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9619.139104.642209.289915.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.87111.229204.913409.834414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.62511.475179.984359.9734.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39611.704158.546317.0933.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96112.139120.600241.20则底孔泄流量曲线如图6（两个底孔）。图6 底孔泄流能力曲线图考虑到施工强度及防洪要求，选定采用两个34.5的导流底孔。这样既可以满足施工期间导流的要求，又适当减小混凝土的浇筑强度。2.二期导流水力计算（1）上游水位壅高值（2）上下游堰顶高程3.二期纵向围堰的上、下纵段长度及围堰的轴线平面布置根据施工布置要求，定出纵向围堰上纵段长54m。纵向围堰下纵段主要靠一期工程时在溢流坝段右边导墙来承担，右导墙长38m，再在右导墙上接24m的土石围堰。纵向围堰上纵段轴线布置在一期纵向围堰轴线左边14m处，纵向围堰下纵段轴线布置与右导墙轴线重合。4.围堰断面的结构及尺寸（1）纵向围堰上纵段剖面图7 单位（mm）结构材料与一期一致。（2）纵向围堰下纵段剖面图8 单位（mm）结构材料与一期一致。（3）上游横向围堰剖面图9 单位（mm）二期上游横向围堰采用钢筋石笼护面，粘土斜墙铺盖防渗，围堰长62m。（4）下游横向围堰剖面图10 单位（mm）二期下游横向围堰结构材料与一期下游围堰相同，围堰长28m。5.围堰工程量计算纵向围堰上纵段： 纵向围堰上纵段： 上游横向围堰：下游横向围堰： 二期围堰总方量： 四、截流设计1.截流时间的选择根据表3的水文资料及工程施工条件的要求，选定截流时间在第二施工年度的9月初。此时河流水量逐渐变小，进入枯水期。2.截流流量的确定根据表3的水文资料，选取9月份的流量作多年经验频率曲线。表7 截流经验频率计算表年份流量(m3/S)序号由大到小排列(m3/S)模比系数（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）196216.4119.62.7341.7343.0067564.5196312.3216.42.2871.2871.6563699.119646.13316.02.2321.2321.51782413.619655.79412.31.7150.7150.51122518.219663.35510.91.5200.5200.270422.719673.9269.251.2900.2900.084127.319684.2776.420.895-0.1050.01102531.819692.5886.130.855-0.1450.02102536.419705.6495.790.808-0.1920.03686440.9197116.0105.640.787-.02130.04536945.519724.52115.100.711-0.2890.0835215019733.62124.600.642-0.3580.12816454.519743.01134.520.630-0.3700.136959.119756.42144.270.596-0.4090.16321663.619763.13154.040.563-0.4370.19096968.219775.10163.920.547-0.4530.20520972.719784.04173.620.505-0.4950.24502577.319799.25183.350.467-0.5330.28408981.8198019.6193.130.437-0.5630.31696986.419814.60203.010.420-0.5800.336490.9198210.9212.580.360-0.6400.409695.5总计150.57150.5721.473+5.728-5.7719.661019根据表7数据绘制经验频率曲线。图11 截流流量经验频率曲线图从频率曲线上看出，曲线与大部分经验点配合较好，所以不用再进矩法配线计算。从曲线上查得P=10%时，m3/S，即为截流设计流量。3.截流过程设计本工程一期施工截流可不做考虑，从一期围堰的平面布置图上可知，上游横向围堰工程量较小，且紧靠左岸的滩地，枯水期滩地处基本无水，纵向围堰在滩地上顺水流方向填筑，而下游横向围堰可在静水中填筑。二期施工截流时，戗堤轴线选在一期上游横向围堰与纵向围堰相交的背水面坡脚处，龙口段设在主河槽偏右侧。该处河床基岩出露，抗冲能力强，截留施工采用立堵法进行。河床右岸有一条三级公路，所以截流时从河床右岸向龙口进占，逐步束窄龙口，直至龙口合龙、闭气。然后再进行加固，填筑二期上游横向围堰，最后填筑二期下游横向围堰。五、施工渡汛为了确保工程能够如期完成，并保证工程在施工期间能安全渡汛，须进行施工调洪计算。求出一、二期坝体施工时渡汛高程，以便在施工中对坝体工程和施工进度及施工强度实行严格控制。1.坝体施工期临时渡汛洪水标准根据水利水电工程施工组织设计规范（SDJ33889）规定，选择渡汛洪水标准为20年一遇，即P=5%。2.施工调洪计算调洪计算方法采用单辅助线图解法，设计洪水过程线的频率P=5%,起调水位为导流设计流量m3/S时的水位。从表1中选出P=5%，作设计洪水过程线图。图12 设计洪水位过程线（P=5%）（1）第一期施工渡汛，能满足全年施工洪水m3/S的通过要求，第一期施工可不作调洪计算。（2）第二期工程施工渡