明渠施工组织设计方案

1、龙潭嘴施工组织设计计算说明书第1章 导流的水力计算一 导流标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）和防洪标准（GB50201-94）和小型水力发电站设计规范GB50071-2002的规定：龙潭嘴 水库总库容大于0.1亿m3，属等中型工程，水工建筑物为3级。按水利水电工程组织设计规范（SL303-2004）(以下简称规范)规定，相应的施工导流建筑物为级建筑物。综合分析龙潭嘴的地形地质以及水文等资料，本工程采用全段围堰隧洞导流、围堰过水的方案。由于本河流水文实测资料系列较长，并且根据规范，导流建筑物洪水标准采用所要求洪水重现期上限值，即10年洪水重现期。因此导流建筑物的设计洪

2、水标准确定为10年重现期洪水，相应流量为1203m3/s，导流标准为10年重现期的分期分月施工洪水，即826m³/s(原水文资料为413m³/s，经导师修改为826m³/s）。二 导流建筑物的设计根据任务书的要求，导流方案选用导流明渠的方式。明渠的过水断面的选择取决于流量大小及其允许的抗冲流速。明渠断面面积与上游围堰高度的关系，应进行经济比较。比较时需拟定几个明渠的面尺寸，计算相应的明渠及上游围堰的工程量和造价，两者相加的总造价最小的断面既为经济断面。在渠底高程一定时，也就是明渠宽度和深度的比较。渠底高程不定时，在确定过水面积以后，还须进行宽深比的比较，对于傍山开

3、挖的明渠，窄深市断面有利于减少开挖。但如果过深，则形成较高边坡，对边坡稳定不利、并给施工造成困难。在地形条件许可的情况下，宽浅式断面往往是有利的。明渠断面尺寸的选择，除经济比较外，还需满足工期的要求，使明渠与围堰的工程量能在预定的时间内完成，同时，流速在允许的范围内。不然，应修改断面尺寸或采取其他保护措施。当有通航、放木等要求时，还需满足通航等综合利用的要求。隧洞断面尺寸，取决于通过流量的大小。在流量一定的情况下，隧洞经济断面的选择，需拟定几个隧洞尺寸，计算相应的围堰高度，并计算不同断面尺寸的隧洞与围堰的工程量造价。两者相加，总造价最小的断面尺寸即为经济断面。但由于隧洞开挖及衬砌单价高，围堰的

4、单价低，比较的结果往往是小隧洞配高围堰最经济。因此隧洞尺寸的选择不能单从经济上分析。经济合理的隧洞断面尺寸应体现以下的方面：尽量发挥隧洞效益的同时，务使围堰能在一个枯水期内建成，并保证围堰的安全及技术上的可靠性；洞内流速不能超过允许抗冲流速；满足通航、放木等综合利用的要求；施工方便；满足中后期施工度汛要求。隧洞经济断面分析，虽不能作为断面尺寸的唯一的依据，但从总的趋势来看，在围堰高度允许的情况下，尽量减少隧洞断面是经济的。（1）明渠的设计本工程采用的是明渠均匀流导流方式，其泄流能力由水利水电工程施工组织设计手册1-施工规划中的式（2-5-36）计算： （6-1-2） 上两式中 K流量模数，m2

5、/s； A过水断面面积，m2； 流速，m/s； R水力半径，m； C谢才系数，m1/2/s，按曼宁公式计算， n糙率，查表得； 正常水深，m。正常水位,对于矩形或梯形渠道，可用下式迭代计算，式中初值用1.0代入，通过2-3次迭代即可得结果。式中 正常水深比，； b渠道底宽 m断面边坡系数； 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本设计为简化计算过程，假设隧洞各处断面面积均相等，即，而且忽略局部能量损失；隧洞不分段，即流量系数的计算公式简化为式（6-1-3-1）

6、： （6-1-3-1）式中各符号含义与（6-1-3）中符号含义相同。为确定合理经济的隧洞尺寸和围堰高度，需要试算，试算过程如表1：表1：5.15.427.540 21.000 1.311 0.014 5.15.427.540 21.000 1.311 0.014 74.730 0.654 28.4 424.808 74.730 600 0.619 28.4 402.393 由于没有关于造价资料，所以通过比较试算的结果以及参考其他已建工程，且降低施工难度，双隧洞尺寸均选为5.1m×5.4m。（2）上游围堰的设计 堰顶高程的确定根据要求，本工程的上游围堰选用的型式是过水土石围堰。围堰的堰

7、顶高程由式（1-2-1）确定： （1-2-1）式中 上游围堰堰顶高程，m； 河底高程，m； 上游围堰高度，m；上游围堰高度由式（1-2-2）确定： (1-2-2)式中 上游水位高程，m； 河底高程，m; 破浪爬高，m；上游水位高程由式（1-2-3）确定： （1-2-3）式中 H表1中的高差，m； 下游水位，m； a隧洞高，m；本工程中由水文资料查得Q=826m³/s对应的下游水位为=608.67m。由表1查得H为28.4m，即28.4=-608.67-5.4，可求得=642.47m。破浪爬高由官厅水库公式确定： 式中 计算风速，m/s; D吹程，km； 上游水深，m；本工程中，=14

8、.3m/s,D=2km =-=642.47-604=38.47m 由（1-2-2）式 =642.47-604+0.58=39.05m，即堰高为39m。由（1-2-1）可求知=604+39=643m，即堰顶高程为643m。 堰顶宽度的确定堰顶宽度视围堰高度、结构形式及其材料组合等而定。高于10m的围堰，其最小宽度不小于3m；堰高超过2030m时，宽度一般为46m。如果堰顶需要通行汽车等大型车辆，其宽度应视交通要求而定。当需挡御超标准洪水时，还应考虑设置子堰或防汛抢险材料堆存要求。本工程的上游围堰高39m，没有交通要求，也不需挡御超标准洪水，所以选择的堰顶宽度为6m。 围堰底宽的确定围堰的底宽可由

9、式（1-2-4）确定： （1-2-4）式中 d堰底宽，m； 围堰高度，m； 上游边坡比； 下游边坡比； b堰顶宽，m；本工程中，围堰的上游边坡比为1:2.5，即=2.5；下游边坡比为1:2，即=2。由前面的计算可知，=39m；b=6m。所以可求： ，即上游围堰底宽为181.5m。（3) 下游围堰的设计由于导流期间允许基坑淹没，故下游围堰设计成过水土石围堰。虽然设计成过水围堰，但是根据下游围堰的作用，即下游围堰挡水保证基坑干地施工，所以为满足要求，任然要按照不过水围堰的要求设计，查围堰设计规范DL/T 50871999，围堰断面设计要求表7.7.1,不过水围堰堰顶安全超过下限值对土石围堰=0.5

10、m表2 不过水围堰堰顶安全超过下限值有坝址处水位流量关系曲线知，当Q=826m³/s时，其相应的水位高程为608.67m，则下游围堰堰顶高程由式（1-2-5）确定: （1-2-5）式中 下游围堰堰顶高程，m； 下游水位，m； 波浪爬高，m,； 安全超高，m，选用表2； =608.67+0.58+0.5=609.75，取609.8m。下游围堰的高为609.8-604=5.8m，即围堰高不超过10m，其堰顶宽取为3m，上游边坡比为1:2，下游边坡比为1:2.5，由式（1-2-4）可求知堰底宽： m，取堰顶宽为29m。第2章 截流的水力计算一 截流标准由规范可知，截流时段一般多选在枯水初期

11、，流量已有明显下降的时候，而不一定选在流量最小的时刻。一般可按工程的重要程度，设计时选用截流时期内重现期510年的旬或月平均流量。本工程的截流流量为重现期5年的12月月平均流量，即10.06m³/s（5.03m³/s×2）,因做此次设计的需要，经指导老师批准，改用108m³/s，即截流流量为108m³/s。二 戗堤的设计2.1 戗堤顶高程的确定当戗堤修筑完毕后，截流流量将全部通过导流隧洞导流，故戗堤顶高程可由式（2-2-1）确定： （2-2-1）式中 戗堤顶高程，m； 隧洞进口断面底板高程，606m； 以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头，m

12、； 安全超高，0.51.0m；由于截流流量较小，导流隧洞分流时其泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，所以以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头由宽顶堰流流量公式（2-2-2）反推确定，式（2-2-2）如下： （2-2-2）式中 Q堰流流量，m³/s； b矩形隧洞过水断面的宽度，当过水断面为非矩形时，； 临界水深，m； 相应于时的过水断面面积，m²； 淹没系数，当下有水位较高，已淹没进口的收缩断面，使该 处水深>0.75时，为淹没流，值与/有关，当 <0.75时，为自由出流，=1，当淹没时，可近似的 以下游水位减去进口底板高程而得； 进口断面处水深，m； m

13、流量系数，决定于进口翼墙的型式、上游水库或渠首的过水断 面面积与隧洞过水断面面积之比，一般取m=0.320.36，若进 口翼墙 较平顺，断面缩窄较小，应取较大的m值，反之应取 较小的 m值。本工程的截流流量为108m³/s，导流隧洞为双洞，所以Q=54m³/s；由隧洞尺寸知b=5.1m；水流为自由出流，即=1;取m=0.34。所以式（2-2-2）可化为： 108/2=0.34×1×5.1××求知 =3.67m所以根据式（2-2-1）可知： =606+3.67+（0.51.0）取整为610.5m，即戗堤顶高程为610.5m。戗堤的高度为

14、610.5-604=6.5m，即戗堤高位6.5m。2.2 戗堤的顶宽的确定堤顶宽度主要根据戗堤进占施工强度的需要及施工车辆行车等要求，经分析后确定。根据国内外立堵截流的实际经验，堤头有2个卸料点同时供10t级自卸车抛投，顶宽一般为10.0m15.0m；堤头有3个卸料点同时供自卸车（配合使用推土机）抛投，当用20.030.0t自卸汽车时，顶宽一般一般为15.020.0m；当用30t级以上自卸车时，为20.025.0m。根据本工程施工要求及工程特点，堤顶宽度取10m。2.3 戗堤边坡的确定戗堤边坡很大程度上取决于抛投材料与水流相互作用的结果。参考国内外实际工程，高度不超过20.0m的由石渣和块石抛

15、筑的戗堤，设计边坡一般可取上游为1:1.21:1.3，下游为1:1.41:1.5，堤头垂直流向的边坡为1:1.31:1.5.本工程设计边坡取上游为1:1.3，为8.45m，下游取1:1.4，为9.1m，堤头垂直流向边坡取1:1.4，为9.1m。2.4 戗堤底宽的确定戗堤底宽可由式（2-2-3）确定： （2-2-3）式中 d戗堤底宽，m； 戗堤高度，m； 上游边坡比； 下游边坡比； b戗堤顶宽，m；本工程中，戗堤的上游边坡比为1:1.3，即=1.3；下游边坡比为1:1.4，即=1.4。由前面的计算可知，=6.5m；b=10m。所以可求： ，取为27.6m，即戗堤底宽为27.6m。三 龙口段的水力

16、计算龙口段进占水力学计算求得合龙过程中不同口门宽度的水力学指标，据此计算不同施工区段的抛投材料。3.1 水力计算假定(1) 计算中视龙口为梯形或三角形断面的宽顶堰，计算基于简化的宽顶堰理论，假定龙口底部是水平的，忽略波状水面的影响，不计回弹落差。(2) 合龙过程中，不考虑龙口底部冲刷对过水断面的影响，不计水库调蓄对上游水位的影响；(3) 同一截流流量时，龙口上游水位与导流隧洞上游水位一致，不计横比降；(4) 计算龙口泄量时不计戗堤渗流量；截流计算的基本基本方法：截流设计流量由四部分组成： 式中Q龙口流量；分流建筑物中通过的分流量；戗堤渗流量；上游河槽中的调蓄流量。在截流过程中，上游来水量，也就

17、是截流设计流量，将分别经由龙口、分流建筑物及戗堤的渗流量下泄，并有以部分拦蓄在水库中。截流过程中，若库容不大，拦蓄在水库中的水量可以忽略不计。则有截流流量3.2 隧洞分流计算本工程截流时采用双隧洞分流，由于分流流量较小，其计算可用式（2-2-2）计算。计算结果如表3所示：表3 导流隧洞分流计算成果表 3.2.1 隧洞分流能力曲线3.2.2 分流总量与上游水位关系曲线3.3 单戗立堵截流3.3.1 龙口流量的计算将龙口过水断面概化为梯形或三角形断面的宽顶堰，并假定轴线断面的水面时水平的。龙口泄流量分别按式（3-3-1）和式（3-3-2）计算：非淹没流时： （3-3-1）淹没流时： （3-3-2）

18、式中 m流量系数，其值受戗堤头形状和抛投材料粗糙度影响， 实际计算中一般取0.300.32； 龙口轴线断面平均过水宽度，m； 龙口上游水头，m，如有护底，则从护底表面起算； 淹没系数，其值与淹没界限（即下雨水深和上游水深 H的比值）有关。一般认为梯形过水断面时，当 0.7为淹没水流，其值查巴甫洛夫淹没系数表；三角形 过水断面时，当0.8为 淹没水流，其值查别列 津斯基淹没系数表 ； ；参见表4和表5。 表 4 巴甫洛夫淹没系数表 表 5 别列津斯基淹没系数表 由式（3-3-1）和式（3-3-2）可知，龙口流量的计算是与水位密切相关的，而根据水力假设可知，在一个截流设计流量下，下游水位是保持不变

19、的，所以现在的问题就是确定上游水位，从而得到龙口轴线断面水深，求出龙口平均过水宽度。假定已知某一龙口宽度下的上游水位，一般都采用前苏联H.B.列别捷夫建议的试验曲线确定轴线处落差值（见图3.3.1），然后由式（3-3-3）求出轴线处水深h： （3-3-3） 式中 H和的含义见图3.3.1。图 3.3.1 立堵龙口/H=f(Z/H)曲线为方便理论上的计算，将图3.3.1中的数据拟合成函数/H=f(Z/H)之间的关系曲线，如下： （3-3-4）式中 H堰前水头，上游水位减去戗堤底部高程，m； h龙口轴线处水深，m； 下游水位高于戗堤底部高程时，为下游水位减去戗堤底部高 程；当下游水位低于戗堤底部高

20、程时，为0，m；式（3-3-4）应用于求龙口轴线处水深h。进而求出龙口平均过水宽度。可由式（3-3-5）求出： （3-3-5）式中 m戗堤头边坡比，本工程取m=1.4； 龙口底宽，m；图3.3.2 立堵截流水力计算简图3.3.2 龙口平均流速的计算龙口平均流速由式（3-3-6）确定： （3-3-6）式中 V龙口平均流速，m/s; Q龙口流量，m³/s; 龙口平均过水宽，m； h龙口轴线处水深，m；3.3.3 抛投料粒径的计算抛投料粒径可按式（3-3-7）计算： （3-3-7）式中 d抛投料化为球体的当量直径，m； g重力加速度，9.8m/s²； 抛投料容重，取2.3t/m&

21、#179;； 水的容重，取1.0t/m³； V计算流速，m/s； K稳定系数，按表6选用。表 6 几种计算情况的V和K注 按初期或汛期求得的d很小时，多按实际可能取用较大粒径。由于本工程采用立堵截流且公式选用伊兹巴什公式，用式（3-3-8）计算时，稳定系数K=0.9。3.3.4 截流计算成果截流水力计算的成果见表8： 表 8 续 表 8图3.3.3 QB关系曲线图3.3.4 VB关系曲线图3.3.5 ZB关系曲线3.4.1 抛投料的区段划分龙口合拢从右岸单向进占，为便于控制进占的抛投材料，根据口门流速、落差等水力学指标，将龙口分为三个区段：（1） 口门宽度为6030m，落差为0.21

22、.28m，口门平均流速为1.5693.031m³s，采用石渣料和中石全断面进占；（2） 口门宽度为3015m，落差为1.283.19m，口门平均流速为2.9753.755m³s，主要采用石渣料和中石全断面进占，堤头上角抛大石；（3） 口门宽度为150m，为合拢区段，这一阶段，随着抛投材料的进占，口门流量流速急剧减小，落差3.194.17m。采用石渣料和中石全断面进占。各种抛投材料所占百分比的确定龙口划分施工区并计算其抛投量的种类及组成比例。基于我国立堵截流实践，对于不同的流速，提出用料原则建议及各种抛投材料物所占百分比如表8。龙口段备用系数取1.5。表8 立堵截流龙口各类抛

23、投料用量百分率（参考值）口门平均流速（m/s）用料原则建议用量占抛投量（m3）的百分率（%）石渣料中石大石特大石人工抛投体3.0石渣料和中石全面进占901034石渣料和中石全面进占,堤头上角抛大石60301045石渣料和中石全断面进占,配用少量1020t级人工抛投体3525305556大石和中石为主,大石和特大石抛挑角进占, 配用1020t级人工抛投体20253510106大石及特大石为主,大石和特大石抛挑角进占, 配用1020t级人工抛投4.3 工程量的计算立堵截流 按设计断面计算工程量，计算式为：W=B×式中 W戗堤体积，m³； B龙口平均宽度

24、，m； 戗堤断面积，m²龙口段的工程量约为：W=122×（60-9.1）=6222m³。总工程量为：第(1)区段，口门宽度为6030m,进占30m： W=122×30=3660m3；第(2)区段，口门宽度为3015m，,进占15m： W=122×15=1830m3；第(3)区段，口门宽度为150m,进占15m； W=732m3表9 各区段抛投量的计算结果区段口门宽度B（m）进占长度（m）抛投工程量（m3）龙口段I区6030303660II 区3015151830III区15015732合 计6073203.4.4 各区段抛投材料的计算考虑到水流

25、条件下材料的损失，龙口段抛投考虑1.5的流失系数，根据所划各区段抛投料的种类及其组成比例，可以得到备用截流标准下戗堤所需抛投物料数量为：第(1)区段，口门宽度为6030m，进占30m，其进占所需材料见表10。表10 龙口段进占所需材料百分比备用系数抛投料备用料总抛投料石渣0.901.50329416474941中石0.101.50366183549第（2)区段，口门宽度为3015m，进占15m，其进占所需材料见表11。表11 龙口段进占所需材料百分比备用系数抛投料备用料总抛投料石渣0.601.5010985491647中石0.301.50549274.5823.5大石0.101.5018391

26、.5274.5第(3)区段，口门宽度为150m,进占15m, 其进占所需材料见表12。表12 龙口段区段所需材料百分比备用系数抛投料备用料总抛投料石渣0.901.50658.8329.4988.2中石0.101.5073.236.6109.8根据上面的计算可以得出导流明渠龙口段合拢抛投材料及备用材料见表13:表13 龙口段抛投材料及备用材料表第三章 主体工程施工计算3.1 混凝土最大月施工强度的计算经计算大坝的体积如表14所示：表14：根据施工进度的安排以及考虑到施工期间地形地质以及温度等各方面的影响因素，计算得到各个月的施工强度，其成果如表15所示：表15 坝体施工进度表混凝土月平均施工强度

27、可由式（3-1-1）求知： (3-1-1）式中 月平均施工强度，m³/月； T时间，月； T时间内浇筑的混凝土方量，m³；由进度表可知，第二年11月至第三年4月为施工高峰期，则施工高峰期月平均浇筑强度为：=（1.95+1.95+1.96+1.91+1.98+1.96）/6=1.95万m³/月从上表中可以看出，混凝土最大月施工强度为1.98万m³/月。施工高峰期月平均浇筑强度为1.95万m³/月。3.2 砂石原料的开采量为避免砂石料在天然料、松散料、混合料和分级料之间的反复的换算以及换算时所引起的误差，砂石料的计量应用重量单位。全工程所需砂石料的

28、开采量可按式（3-2-1）确定： （3-2-1） (3-2-2）上二式中 砂石原料的总开采量，t； 全工程混凝土总量，m³； A每立方米混凝土的骨料用量，无试验资料时，一般可取 2.152.2t/m³； 其他工程砂石用量，t； 包括级配不平衡在内的运输、堆存、加工、浇筑的总损 耗补偿系数，与原料的种类、采运加工工艺以及生产管 理水平等因素有关，可按表3-2-1所列数值依式（3-2-2） 逐项进行计算； 石粉或细砂流失补偿系数，对人工骨料：原料为灰岩的 人工砂，石粉含量较多时，可取较大值；花岗岩等火成 岩制成的人工砂，石粉较少取较小值；砂内允许含有 6%12%的石粉时可适当减

29、小值。对天然骨料：含泥 量大，砂料偏细，须废弃一部分细砂以改善级配时取较 大值；粗砂改细砂或制砂补充粗砂者取较小值； 均包括运输、堆储中的损耗； 骨料加工损耗，对人工骨料，系指有石屑回收利用设施 者；对天然骨料，原料较干净的取较小值，中等难洗的 或含泥量大、砂子偏细时取较大值； 无预洗工艺取1.0；有预洗时取较大值，但可适当减小 的取值； 级配不平衡的弃料补偿系数，视工程具体条件由级配平 衡计算确定，一般不应超过1.2；级配偏粗采取粒度调整 措施时可取1.0； 包括成品料的堆储和运输损耗补偿系数； 混凝土的运输、浇筑、废弃损耗补偿系数； 平均砂率，一小数计。一般大体积混凝土工程的平均砂率为0.

30、250.30，薄壁和地下工程时为0.300.35，表3-2-1值系按大体积混凝土考虑的。表3-2-1 砂石运输加工损耗补偿系数本工程水电站坝体混凝土总方量20.5万方，其中碾压混凝土15.32万方，约占坝体混凝土总方量的75%。其他混凝土为常态混凝土，约占总方量的25%。拱坝内部碾压混凝土配合比常态混凝土配合比根据上述资料可求知本工程所需：注：单位均为t根据上述资料，以及本工程不考虑其他工程砂石用量，故砂石开采量计算如下：碾压混凝土所用砂石原料开采量： =1.2×（2.105×15.32）=38.7万t普通混凝土所用砂石原料开采量： =1.2×（2.018

31、5;5.18）=12.54万t总开采量： =38.7+12.54=51.24万t3.3 采运能力和砂石储备量砂石料的设计采运能力取决于采场的工作制度和砂石的需要量。采场的计划月工作日、班、时数，可按表3-3-1选取。表3-3-1 采运工作制度3.3.1 采运能力（1） 月采运能力全年开采的原料的月采运能力，按式（3-3-1）计算：、 （3-3-1）式中 月采运能力，t； 高峰的月混凝土浇筑强度，m³；高峰时段持续期在3 个月或以上时，按高峰时段的平均月强度计算，持续期 只有12月时，按高峰月强度计算； A每立方混凝土的骨料用量，无试验时，可按2.152.20t选 取；本工程由碾压混凝

32、土和普通混凝土构成，但碾压混凝 土占总量的75%，故选取碾压混凝土的每立方骨料用量； 工程其他砂石料的月需用量，t；本工程部考虑； 不计开采抛（流）失的综合采运加工弃料损耗补偿系数， 见表3-2-1；本工程选=1.2。故本工程的月采运能力为： =1.95×2.105×1.2=4.72万t（2） 小时采运能力选择设备应按小时采运能力考虑。按高峰月平均折算小时采运能力时，一般按每天两班14h计算： （3-3-2）则本工程的小时采运能力为： =47200/350=134.86t3.3.2 砂石储备量砂石的储备量可按式（3-3-3）计算： （3-3-3）式中 堆料场总容量，t； T高峰时段的持续月数，月，超过6个月时，取6；本工程为6； K波动系数，K=0.050.08，时段短时取较大值，长时取较小 值，本工程取0.07； 系数，人工骨料或砂石混凝土系统共用堆料场时取0.2个月， 其他取0.3个月；本工程取0.2个月；所以本工程的砂石储备量为： =（0.07×60.2）×4.72=2.93万t3.4 砂石加工的规模计算加工厂和各工段生产规模，可用处理或生产能力表示（一般用处理能力表示）。处理能力系以单位时间进入的原料量计算；生产能力则按该工段所生产的产品数量