施工课设-蒋金辉.doc

_水利工程施工课程设计（2011-2012学年）设计题目宁国社坞坑水电站工程施工导流设计专 业(班级)水利水电09-1班学生姓名(学号)蒋金辉（20094039）指导教师叶少有老师、张瑞刚老师李娴老师土木与水利工程学院 2011年12月目录1、 课程设计的目的22、 工程概况23、 水文、径流条件24、 导流方式24.1导流标准及导流时段的选择24.2导流方案的选择34.3导流流量的确定34.4导流明渠的设计345导流底孔的设计45、 围堰设计65.1围堰的布置65.2 一期围堰工程设计75.3 二期围堰设计85.4纵向围堰设计96、 心得体会97、 参考文献10 课程设计报告1、 课程设计的目的课程设计对于工科的学生，是个综合性的实践教学环节。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、创造性地工作的能力。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。2、 工程概况社坞坑水电站位于宁国市西津河支流浣汐河上。浣汐河在宁国市西南部，是水阳江主源西津河上游的一级支流，发源于旌德县石凫山（海跋1087m）、芦塘山（海跋982.7m）及坑南坞尖（海跋949.7m），在西津河胡乐司水文站下游约1.5km处的金溪桥汇入西津河干流。3、 水文、径流条件浣汐河流域面积约170km2，主河长约35km,河道平均坡度4.9，主河道宽约5060m，天然落差约150m，河床及河岸岩石多裸露，且岩性较好，可开发水力资源约1.4万kW。经计算社坞坑上、中、下坝址多年平均径流量分别为1.387亿m3、1.394亿m3、1.397亿m3；多年平均流量分别为4.4m3/s、4.42m3/s、4.43m3/s；多年平均径流深均为885mm。上、中、下坝址10%设计丰水年径流量分别为2.04亿m3、2.05亿m3、2.05亿m3；50%的平水年径流量分别为1.32亿m3、1.32亿m3、和1.33亿m3；90%的枯水年径流量均为0.83亿m3。依据坝址日平均流量计算相应逐日流量历时曲线，相应中坝址15%、50%、85%保证率的日平均流量分别是6.37m3/s、1.36m3/s和0.44m3/s。4、 导流方式4.1导流标准及导流时段的选择社坞坑水电站以发电为开发目的，无其它综合利用要求。根据国标防洪标准（GB50201-94）以及部颁标准水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定工程等别为等，其主要建筑物：大坝为4级建筑物，发电引水隧洞、发电厂房及变电站等为5级建筑物。根据水利水电工程施工组织设计规范（SL3032004），相应导流建筑物为级建筑物，导流建筑物设计标准选用相应时段重现期为5年的洪水。根据社坞坑水库历年（19582001年）逐月平均流量表资料分析显示10月至次年1月径流量较小，截流和导流施工都较易解决，工程量较小、造价较低。按具体施工布置要求，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。因此，初步选择11月到次年2月作为施工导流时段。4.2导流方案的选择水利水电枢纽工程的施工，从开工到完工往往不是采用单一的导流方式。而是几种导流方式的组合，以取得最佳的经济技术效果。导流方案的选择与当地的水文、地质、水工建筑物的型式及其布置、施工期间河流的综合利用以及施工进度、施工方法、施工场地的布置有关；充分利用当地中坝的地质条件，将导流时段分成两期；第一期导流时段为1112月，采用左岸的明渠导流；第二期导流时段为第二年12月，采用坝体预留的底孔导流。由于岸坡较缓，采用明渠导流可以保证水流顺畅、泄水安全、施工方便、缩短轴线、减小工程量；底孔导流，利用事先修建的永久导流底孔导流，保证工程继续施工。4.3导流流量的确定根据19582001年的流量历时资料，可以得到11月、12月、1月、2月的流量情况，11月的最大流量为8.07m3/s，12月的最大流量为3.87 m3/s,1月份的最大流量为8.29 m3/s，2月的最大流量为13.16 m3/s；社乌坑可研总报告中坝址施工时段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90.2 m3/s；因此，结合具体导流方案和导流时段的划分，取一期工程导流设计流量为20.7 m3/s，二期工程导流设计流量为35.9 m3/s。4.4导流明渠的设计一期明渠布置于河床左岸坡脚，中心线长140m，呈近似直线布置，底宽5.0m，进、出口明渠底高程分别为149.5m、149.1m，渠底纵坡为3，粗糙系数n查水力学教材取为0.035,渠道断面采用梯形断面，坡度m应为1.502.0。渠中最大水深由试算法得出，按明渠恒定均匀流计算，计算原理如下：；通过对坡度m和水深h的改变，试算处对应的流量，接近与导流设计流量的水深为所推求的水深。具体试算过程见附表，下表4-1为试算所求得的导流流量与导流设计流量相接近的计算过程:表4-1 明渠水深试算过程（m=1.6）坡度底宽粗糙系数n水深面积湿周水力半径R坡降i谢齐系数C导流流量Q0设计流量Q平均流速VcmbhA1.650.0351.17.44 9.15 0.813 0.00327.6 10.1 20.71.36 1.650.0351.28.30 9.53 0.872 0.00327.9 11.9 20.71.43 1.650.0351.39.20 9.91 0.929 0.00328.2 13.7 20.71.49 1.650.0351.410.14 10.28 0.986 0.00328.5 15.7 20.71.55 1.650.0351.511.10 10.66 1.041 0.00328.8 17.8 20.71.61 1.650.0351.612.10 11.04 1.096 0.00329.0 20.1 20.71.66 1.650.0351.713.12 11.42 1.150 0.00329.2 22.5 20.71.72 1.650.0351.814.18 11.79 1.203 0.00329.5 25.1 20.71.77 1.650.0351.915.28 12.17 1.255 0.00329.7 27.8 20.71.82 1.650.035216.40 12.55 1.307 0.00329.9 30.7 20.71.87 1.650.0352.117.56 12.92 1.358 0.00330.1 33.7 20.71.92 通过不同的坡度m试算，对比明渠中水深、水流及导流流量与设计导流量的差，得出当明渠坡度为1.6时，导流流量与导流设计流量最接近，此时的明渠水深为1.6m,平均流速为1.66m/s。45导流底孔的设计二期利用一期坝体内建成的3.0m3.0m城门洞型底孔导流，底孔进、出口底板高程分别为150.1m、150.0m，孔壁采用0.5m厚钢筋混凝土衬砌，底孔全长14.2m。底孔的最大水深由试算法推求：按有压恒定流淹没出流计算，行进流速水头较小，可以忽略，计算公式如下：； ; 为管道系统的流量系数约为0.78，假定不同的水深，推求与导流设计流量相接近的导流流量下对应的水深为所推求的水深。具体试算过程如表4-2所示：表4-2 底孔流量试算表流量系数uc底宽b水位差Z过水断面面积A湿周水力半径R导流流量Q导流设计流量Q0平均流速vc0.7831.13.35.20.63 12.0 35.93.62 0.7831.23.65.40.67 13.6 35.93.78 0.7831.33.95.60.70 15.4 35.93.94 0.7831.44.25.80.72 17.2 35.94.09 0.7831.54.560.75 19.0 35.94.23 0.7831.64.86.20.77 21.0 35.94.37 0.7831.75.16.40.80 23.0 35.94.50 0.7831.85.46.60.82 25.0 35.94.64 0.7831.95.76.80.84 27.1 35.94.76 0.7832670.86 29.3 35.94.89 0.7832.16.37.20.88 31.5 35.95.01 0.7832.26.67.40.89 33.8 35.95.12 0.7832.36.97.60.91 36.2 35.95.24 0.7832.47.27.80.92 38.5 35.95.35 0.7832.57.580.94 41.0 35.95.46 通过试算得出导流底孔的最大过水深度为2.3m,过水流速为5.24m/s。城门洞型的结构形式如下图1所示： 图表 1城门洞型结构 取直墙高度为2.5m，弧形高度为0.5m，城门洞的宽度为3m。5、 围堰设计5.1围堰的布置围堰是导流高程中的临时挡水建筑物，用来维护基坑，保证水工建筑物能够干地施工。在导流任务完成后，如果围堰对永久建筑物的运行有碍，或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予以拆除。选择围堰时，必须根据当地当时具体条件，在满足基本条件的前提下，通过技术经济比较加以选定。围堰的平面布置一般应按导流方案、主体工程轮廓和对围堰提出的要求而定。当采用全段围堰法导流时，基坑是由上下游横向围堰和两岸围成的。当采用分段围堰法导流时，维护基坑的还有纵向围堰。在上述两种情况下，上、下游横向围堰的布置都取决于主体工程的轮廓。通常，基坑坡趾与主体工程轮廓之间的距离，不应小于2030m，以便布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等，详见下图：图表 2围堰布置图5.2 一期围堰工程设计堰顶高程取决于导流设计流量及围堰的工作条件；一期围堰布置图见附图1，下游围堰的堰顶高程由下式决定 （5-1）式中：为下游围堰堰顶高程，m；为下游水位高程,m；为波浪爬高,m；为围堰的安全超高,m。根据一期工程导流设计流量和中坝址水位流量关系表表5-1：表5-1 导流设计流量和中坝址水位流量关系表 高程封闭断面面积A（m2）封闭断面周长（m）截线湿周水力断面平均流速（m/s）流量（m3/s）（m）线宽（m）半径H（m）（m）149.5500000001509.917261.891530.873331.01820.321.110.915142.322768.693433.937634.75581.2182.682113.515277.792475.495337.001938.49342.0213.76292.5根据一期工程导流设计流量值20.7m3/s，在表格中对应的水位高程应在150m到151m之间，因此采用内插法方程： x=102.6y-15379.1。故有（15379.1+20.7）/(15379.1+113.5)=y/151，解得：y=150.0955m，即取=150.1m。围堰安全超高依据水利水电工程施工组织设计规范（SL3032004）规定，对于不过水围堰，级别为5级的堰顶安全超高下限值为0.5m，考虑到地基沉降，取=0.8m。波浪爬高=0.3m。=150.1+0.8+0.3=151.2m。上游围堰的堰顶高程由下式确定： （5-2）式中：Hu为上游围堰堰顶高程；z为上下游水位差；其余符号意义同式（5-1）。 由于围堰将河床束窄，改变了河床内原来的水流状态，在束窄段前产生了水位壅高，即上下游水位差z，其值可用下式计算： （5-3）式中：z为壅高，m；为流速系数；v0为行近流速。考虑河床束窄引起的水流流速变化，行近流速取值为1.0m/s；vc在表中计算得1.66m/s；g为重力加速度，g=9.81m/s2；流速系数=0.80。则z=0.17m,取z=0.2m。 =150.1+0.2+0.3+0.8=151.40m剖面设计:上游围堰的两侧坡度取为1:2，堰顶的宽度取为1.5m，围堰的长度取为30m；下游围堰的两侧边坡取为1:1.5，堰顶的宽度取为1.5m，围堰的长度取为30m。围堰中心设置厚度为0.5m的垂直防渗墙，采取贯穿式布置。5.3 二期围堰设计下游围堰的堰顶高程由下式决定 （5-4）式中：为下游围堰堰顶高程，m；为下游水位高程,m；为波浪爬高,m；为围堰的安全超高,m。根据一期工程导流设计流量值35.90m3/s，在表5-1中对应的水位高程应在150m到151m之间，因此采用内插法得出对应的水位为150.3m；围堰为土石围堰5级建筑物，查规范得围堰堰顶安全超高不得低于0.5m，考虑到地基沉降取为0.6m；波浪爬高取为0.5m。 =150.3+ 0.5+0.6=151.4m上游围堰的堰顶高程由下式决定 （3-5）式中：Hu为上游围堰堰顶高程，m；z为上下游水位差，m；其余符号意义同式（3-4）。 由于围堰将河床束窄，改变了河床内原来的水流状态，在束窄段前产生了水位壅高，即上下游水位差z，其值可用下式计算： （3-6）式中：z为壅高，m；为流速系数；v0为行近流速。按有压恒定流计算导流底孔=5.24m3/s；取为0.8；取为1m3/s，得 Z=2.1m ，Z取2.2m。 =150.3+2.2+0.5+0.6=153.6m ，可取155m剖面设计:上游围堰的两侧坡度取为1:2，堰顶的宽度取为1.5m，围堰的长度取为36m；下游围堰的两侧边坡取为1:1.5，堰顶的宽度取为1.5m，围堰的长度取为36m。围堰中心设置厚度为0.5m的垂直防渗墙，采取贯穿式布置。5.4纵向围堰设计纵向围堰按修筑材料有很多的类型，在此结合中坝坝址的河床地质、施工工期和各类型围堰的施工速度、拆除及可利用程度的综合考虑，采用钢板桩格型围堰。中坝坝址处的覆盖层厚度很小，右岸滩地有厚约3.0m的冲洪积砂卵石覆盖层，左岸表面覆盖0.52.0m不等的第四系坡残积层，以下为岩石基层。钢板桩格型围堰适用于岩基或混凝土地基上，具有施工和拆除都具有高度机械化的操作，而且钢板桩的回收率很高，可达70%以上，再则就是它边坡垂直、断面小、占地少、安装可靠等优点。考虑到纵向围堰是一期、二期围堰工程都要用到，故其尺寸要满足两个时期的上下游水位高程和明渠的长度要求。通过计算和以往的工程经验，纵向围堰上下游高度要与横向围堰齐平，在水流流向上呈降低的布置。具体尺寸：圆筒形格体直径D一般取挡水高度H的0.91.4倍，平均宽度B为0.85D，即取H=155-150.1=4.9m，D=1.2*4.9=5.88m，B=0.85*5.88=5.0m。