水利工程施工截流施工设计

流量（m3/s)上游水位（m）图3上游水位位—导导流隧洞泄泄泄流量关关系曲曲线2、截流的水力力力计算截流设计是施工工工导流设设计重重要组成成部分分，目前前我国国水利水水电工工程截流流多采采用立堵堵截流流，本次次设计计按立堵堵截流流设计。其其设设计内容容分为为：截流流水力力计算、截截流流水力分分区和和备料量量设计计。截流设计流量的的的确定，通通常常按频率率法确确定，也也即根根据已选选定的的截流时时段，采采用该时时段内内一定频频率的的某种特特征流流量值作作为设设计流量量。一一般地，多多采采用截流流时段段10%～220％的月平平均或者者旬平平均流量量作为为设计标标准。截流的水力计算算算中龙口口流速速的确定定一般般采用图图解法法，截流流水力力计算如如下。2.1计算步骤骤骤2.1.1计算算算下游水水位截流设计流量，计计算时不不考虑虑戗堤渗渗透流流量和上上游槽槽蓄流量量。根根据坝址址处天天然水位位与流流量关系系曲线线，由内内插法法可知,2.1.2戗堤堤堤顶部高高程的的确定截流设计流量为为为，对上游游水水位~导流隧隧洞泄流流量关关系曲线线使用用内插法法，可可得设计计流量量对应水水位高高程为9566.744m，故故取戗基基高程程为957mm。2.1.3戗堤堤堤高度、顶顶长长与顶宽宽截流戗堤处河床床床底部高高程为为951m，可可求得戗戗堤的的设计高高度为为7m。若取取河谷两两侧坡坡比为1:11，由河谷谷在在高程9577m处宽度为为46.99mm，可求得得戗戗堤顶部部长为为48.99mm，计算时时按按约为49mm进行计算算，戗戗堤宽度度取220m。通过过对表3进行行表上作作业，可可得分流流流量量与上游游水位位关系曲曲线与与龙口泄泄水曲曲线如图4和和图5所示。表3水位与下下泄流流量跟龙龙口流量量的关关系上游水位（m）设计流量(m333/s))下泄流量（m333/s）Qdd龙口流量Qg9532730.00273.00953.527331.25241.7595427362.50210.50954.527393.75179.25955273125.00148.00955.4273150.00123.00955.5273159.20113.80956273205.2167.79956.5273251.2321.77956.74273273.000.00图4上游水位与与下下泄流量关关关系曲线线图5上游水位——龙龙口流量关关关系曲线线2.2截流过程程程分析与与水力力计算随着戗堤进占，河河床断面不断断束窄，上下下游落差亦逐逐渐增大，其其断面及流态态变化过程如如下：1）梯梯形淹没流2）梯形非非淹没流33）三角形淹淹没流4）三三角形非淹没没流梯形断面与三角角角形断面面的分分界点的的确定定：，即当当龙龙口宽度度大于于14m时为为梯形断断面，当当龙口宽宽度小小于14m时时为三角角形断断面。由由龙口口泄水能能力计计算按照照宽顶顶堰公式式计算算：式中——流量系系系数当，为淹没流，当，为非淹没流流流，——龙口平均过过水水宽度梯形断面：三角形断面：——龙口上游水水头头梯形断面：三角形断面：其中：——龙口口口上下游游水位位差——戗堤高度——戗堤端部边边坡坡系数，取取取——龙口上游水水位位——河道底板高高程程由连续方程可得得得龙口流流速计计算公式式为：：-淹没流时：式中：——龙口口口底板以以上的的下游水水深非淹没流时：式中：——龙口口口断面的的临界界水深=2\*ROMANI即淹没出流时时时：=1\*GB3①对于梯形断面面面：=2\*GB3②对三角形断面面面：。=2\*ROMANII非淹没出流流流时：=1\*GB3①对于梯形断面面面：=2\*GB3②对三角形断面面面：；2.3合龙设计计计流量组组成一般情况下，截截截流设计计流量量Q0由四部部分组成成：式中，Q——龙龙龙口流量量；Qd——分流量量（分流流建筑筑物中通通过的的流量）；；Qs——戗堤渗渗透流量量；Qac——上游游游河槽中中的调调蓄流量量。由于不考虑戗堤堤堤渗透流流量和和上游槽槽蓄流流量，则则有：：。联立上述方程：：：即可得得到龙龙口处水水力参参数变化化规律律。2.4图解法法法分别取定龙口宽宽宽度为B=66.5m，111.55m，116.55m，221.55m，226.55m，331.55m，336.55m，441.55m，446.55m时时不同上上游水水位下的的龙口口泄流量量和隧隧洞分流流量。由由截流设设计流流量358mm3/s，坝址址处天然然水位位—流量关系系曲曲线内插插得设设计流量量下的的坝址处处天然然水位为9552.334mm，设计中中截截流设计计流量量为定值值，故故认为下下游水水位不变变。龙龙口泄流流量计计算结果果见附附录（附附表44到附表122）。表4B=46..55m流量落差差计计算表BZH0Z/H0mBQg46.501.340.000.00031.3080.000.51.840.270.38031.308131.3312.340.430.38531.572192.631.52.840.530.38531.972260.8223.340.600.38532.372336.812.53.840.650.38532.773420.3434.340.690.38533.173511.213.54.840.720.38533.573609.3245.340.750.38533.973714.55表5B=41..55m流量落差差计计算表BZH0Z/H0mBQg41.501.3400.00026.6080.000.51.840.270.38026.608111.6212.340.430.38526.608162.341.53.840.390.38527.808356.6623.340.600.38526.608276.832.53.840.650.38526.608341.2734.340.690.38526.608410.053.54.840.720.38526.608482.9145.340.750.38526.608559.65表6B=36...5m流量落落差计算算表BZH0Z/H0mBQg36.501.340.00021.310.000.51.840.270.3821.3189.3812.340.430.38521.57131.621.52.840.530.38521.97179.2423.340.600.38522.37232.772.54.840.520.38523.57427.8234.340.690.38523.17357.113.54.840.720.38523.57427.8245.340.750.38523.97504.22表7B=31...5m流量落落差计算算表BZH0Z/H0mBQg31.501.340.000.00016.310.000.51.840.270.38016.3168.4112.340.430.38516.57101.111.52.840.530.38516.97138.4623.340.600.38517.37180.752.53.840.650.38517.77227.9534.340.690.38518.17280.053.54.840.720.38518.57337.0845.340.750.38518.97399.05表8B=26..55m流量落落差计算算表BZH0Z/H0mBQg26.501.340.000.00011.310.000.51.840.270.38011.3147.4412.340.430.38511.5770.601.52.840.530.38511.9797.6723.340.600.38512.37128.732.53.840.650.38512.77163.8234.340.690.38513.17203.003.54.840.720.38513.57246.3345.340.750.38513.97293.89表9B=21..55m流量落落差计算算表BZH0Z/H0mBQg21.501.340.000.0006.310.000.51.840.270.3806.3126.4612.340.430.3856.5740.101.52.840.530.3856.9756.8823.340.600.3857.3776.702.53.840.650.3857.7799.6934.340.690.3858.17125.953.54.840.720.3858.57155.5945.340.750.3858.97188.72表10B=1666.5m流量量落差计计算表表BZH0Z/H0mBQg16.501.2150.000.0001.6080.0000.51.7150.290.3831.6086.11612.2150.450.3852.23312.5471.52.7150.550.3852.73720.87023.2150.620.3853.24131.8462.53.7150.670.3853.74545.70834.2150.710.3854.24962.6753.54.7150.740.3854.75382.94745.2150.770.3855.257106.71777表11B=1111.5m流量量落差计计算表表BZH0Z/H0mBQg11.510.1327.5950.3850.1330.0111.50.6322.3750.3850.6370.54521.1321.7670.3851.1412.3412.51.6321.5320.3851.6455.84432.1321.4070.3852.14911.4003.52.6321.3300.3852.65319.30543.1321.2770.3853.15729.8224.53.6321.2390.3853.66143.188表12B=6...5m流量落落差计算算表BZH0Z/H0mBQg6.530.04862.0690.3850.0490.0013.50.5486.3830.3850.5530.38341.0483.8160.3851.0571.9344.51.5482.9060.3851.5615.126由计算结果绘制制制不同宽宽度时时上游水水位与与龙口泄泄流量量关系曲曲线和和龙口泄泄流量量与上游游水位位关系曲曲线，曲曲线交点点即为为龙口在在各宽宽度时的的上游游水位和和泄流流量，如如下：：图6:龙口流量量与上上游水位位的关系系从上图可看出，当当戗堤宽度较较大时，上游游水位较低，龙龙口泄流量较较大。随着龙龙口宽度减小小，上游水位位逐渐增高，龙龙口泄流量逐逐渐减小。当当龙口宽度为为0时，上游游来流全部经经由导流隧洞洞泄流。根据图表数据求求求出各交交点，结结果见下下表：：龙口宽度B龙口泄流量Qddd上游水位H46.5233.5953.6341.5222.3953.8136.5204.8954.0931.5185.8954.426.5160.5954.821.5126.4955.3516.582.7955.8411.531956.46.54.13956.69表13不同龙口口宽度度下的上上游水位位和龙龙口泄流流量由上表中可看出出出，当龙龙口宽宽度为46..5m时，龙龙口泄流流量小小于设计计流量量，这是是因为为在截流流水力力计算中中没有有考虑戗戗堤的的渗流和和上游游河床的的调蓄蓄流量，实实际际情况应应当是是龙口宽宽度为为0时导流隧隧洞泄流流量小小于设计计流量量358mm33/s。3.流态判别3.1求水深由表13中计算算结果，判判断断不同宽宽度下下水流流流态及及堰流类类型，并并求相应应龙口口断面水水深。计计算表及及结果果见下表表：表14不同宽度度下的的流态及及水深BZH0Z/H0液态断面类型h46.51.292.630.49非淹没流梯形1.75441.51.472.810.52非淹没流梯形1.87436.51.753.090.57非淹没流梯形2.06031.52.063.40.61非淹没流梯形2.26726.52.463.80.65非淹没流梯形2.53421.53.014.350.69非淹没流梯形2.90116.53.54.720.74非淹没流三角形3.96111.54.063.191.27非淹没流三角形2.6816.54.351.403.11非淹没流三角形1.1753.2求断面平平均流流速导截流工程中确确确定材料料用料料及用量量时首首先要计计算戗戗堤龙口口处的的断面流流速，龙龙口流速速计算算公式为为：式中，为龙口计计计算断面面水深深，根据据设计计截流方方法、断断面类型型、出出流类型型根据据规范求求得。为过水断面平均均均宽度，按按如如下方法法计算算。当断面为梯形时时时，，当断面为三角形形形是，，为戗堤高度（777m），为戗戗堤端部部边坡坡系数（取取11.0）。（1）梯形断面面淹淹没流，，由由于进占占过程程中，龙龙口底底部高程程不变变，为常数数。（2）梯形断面面非非淹没流，，按下式计算，式中，——戗堤堤堤端部边边坡系系数；——计算断面动动能能修正系数数数，常取取计算算。按上式计算需要要要进行试试算。有有时为了了简化化计算，常常用用矩形断断面临临界水深深代替替梯形断断面临临界水深深，此此时（3）三角形断断面面淹没流，（4）三角形断断面面非淹没流流流，表15戗堤各宽宽度下下龙口流流速龙口宽度B龙口泄流量hV46.5233.51.75431.8044.18741.5222.31.87426.9484.40336.5204.82.06022.1724.48331.5185.82.26717.4204.70526.5160.52.53412.7414.97221.5126.42.9018.1815.32716.582.73.9614.7534.39211.5312.6813.2183.5936.54.131.1751.4102.494由上表中数据可可可知，龙龙口合合拢过程程中龙龙口流速速变化化先增大大后减减小。最最大流流速约为5..3277m//s。4截流过程的水水水力参数及及抛抛投料的的计算算4.1计算截流流流过程水水力参参数根据表18中结结结果列表表计算算龙口流流速、单单宽流量量变化化过程如如下表表所示：：表19截流流流过程水力力参参数计算算表B上下游落差ZV46.51.294.18741.51.474.40336.51.754.48331.52.064.70526.52.464.97221.53.015.32716.53.54.39211.54.063.5936.54.352.494由表19中数据据可绘制制龙口口诸水力力参数数变化规规律如如下图：：图7龙口诸水力力参参数变化规规规律图4.2抛投料的的的计算抛投料计算主要要要为抛投投块尺尺寸的计计算以以及抛投投量的的计算。4.2抛投料尺尺尺寸的计计算抛投料尺寸计算算算采用伊伊兹巴巴公式，即即式中，为水流流流流速，m/ss；为综合稳定系数数数；0.9为重力加速度，mm/s2；为石块容重，kkkN/mm3；为水容重，kNNN/m3；为石块折算成球球球体的化化引直直径，m。其中v为水流流流速，m/ss;K为综综合稳定定系数数；其中中混凝凝土四方方体取取0.688--0.772，混混凝土立立方体体取0.766-0..800，块石取取00.9；g为为重力加加速度度，取;为石块的的容容重，取取；为水的容容重重，取；D为为石块折折算成成球体的的化引引直径，m。根据伊兹巴公式式式求得各各流速速下的抛抛投料料尺寸如如下表表：表20各龙龙龙口宽度下下抛抛投块粒粒径BV粒径d46.54.1870.66841.54.4030.73936.54.4830.76631.54.7050.84326.54.9720.94221.55.3271.08116.54.3920.73511.53.5930.4926.52.4940.237图8戗堤顶部高高程程宽度与块块块体粒径径的关关系4.3抛投量计计计算由《水利水电工工工程施工工组织织设计手手册》第第一卷5422页，由上上表表中求得得的截截流过程程流速速及相应应的抛抛投料粒粒径，根根据粒径径进行行将龙口口分为为龙口Ⅰ区、龙口Ⅱ区和龙口Ⅲ区，材料料备备料系数数为11.1，