【水利枢纽的围堰工程计算设计案例（论文）】

水利枢纽的围堰工程计算设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17365水利枢纽的围堰工程计算设计案例 171851.1围堰形式 1314491.2围堰尺寸设计 1142001.3围堰断面设计 621461.3.1上游围堰断面设计 631381.3.2下游围堰断面设计 6153521.4围堰拆除措施 71.1围堰形式围堰在确保主体工程干地施工的过程中发挥着重要作用。根据2.1.1中确定该工程为Ⅳ临时建筑物，参照隧洞泄流能力计算，围堰高度初步拟定为42.68m，在1.1.2中可知，砂石材料丰富且开采方便，在坝址上下游均有分布。在导流隧洞的开挖过程中也会产生大量的土石材料，同时导流方案为一次拦断河床形式，围堰不过水。因此，综合考虑施工可行性、经济条件等因素，本工程将采用土石围堰。本工程土石材料丰富且运输便利，选用塑性斜墙或者心墙更为合理，但坝区基本烈度为7度，对围堰抗震有一定要求，心墙的抗震性能比斜墙要好，因此，本工程中采用塑性心墙围堰。1.2围堰尺寸设计上游挡水围堰为满足航运、灌溉、发电以及防洪安全等功能，在确定堰顶高程时需要考虑整体效益，一般要考虑安全超高和风浪爬高等，可按下式进行计算：（1.1）式中：Hu——上游围堰高程，m；z——上下游水位差，m；ha——波浪爬高，m；δ——围堰的安全超高值，根据下表1.1确定，取0.5m。表1.1不过水围堰的安全超高下限值（单位：m）围堰型式围堰级别ⅢⅣ～Ⅴ土石围堰0.70.5混凝土、浆砌石围堰0.40.3当围堰需要拦蓄一部分水流时，围堰高程需要通过调洪进行计算ADDINNE.Ref.{C8C22589-2915-45E4-BBFC-8AA2072ABA00}[6]。此时上游围堰的高程可以根据下式确定。（1.2）式中：H0——上游最高水位，m；本文拟采用单辅助线法（又称半图解法）进行调洪演算的计算，选取时段T为一天，即86400s，计算辅助线计算表如下表1.1。表1.1调洪演算辅助线计算表水位Z（m）泄流量qm（m3/s）库容V（×104m3）q/2（m3/s）V/Δt（m3/s）q/2+V/Δt（m3/s）41829.370.0011.680.0011.68420111.77470.5957.3851.47111.85422251.74941.18125.87108.93231.80424435.391411.76217.69163.40381.09426660.641882.35330.32217.86548.19428922.412476.19461.20286.60747.804301215.593111.11607.80360.08967.884321535.183746.03767.59433.571201.164341876.284857.14938.14562.171500.314362231.086102.561117.04706.321823.364382635.726615.381317.86765.672083.534402946.827128.211473.41825.022298.434423228.087641.031611.04881.382498.424443486.7311428.571743.361322.753066.114463727.4714171.431863.731640.213503.944483953.5716592.591976.791920.443897.234504405.5119555.562202.752263.374466.134524601.0723469.392302.042716.365018.404544791.4227551.022397.213188.785585.984564977.4932285.712488.753736.776225.524585129.4538000.002561.734398.156962.88458.185130.0038502.132565.004456.267021.26根据上表计算结果绘制q~q/2+V/Δt辅助线图如下图1.1所示。图1.1调洪演算计算辅助线图通过单辅助线法进行调洪演算计算，廉江水库调洪计算表如表1.2所示。表1.2廉江水库调洪演算计算表日期入库流量Q（m3/s）时均流量（m3/s）泄流量qm（m3/s）q/2+V/Δt（m3/s）水位Z（m）9.12500297.65148.83422.59.2260025503091.322401.18441.039.3274026702475.791979.93437.29.4287028052961.882309.14440.119.5312229963009.882343.27440.459.632453183.53236.52516.89442.079.734203332.53280.242612.90442.49.83660354033992872.66443.329.9394038003600.963273.87441.959.10432441323900.53801.91446.799.11471845214290.384321.20449.189.1249974857.54537.894831.32451.619.1351305063.54739.895423.39453.719.14480049654831.235711.59451.699.15440046004786.235561.58451.29.16410042504631.475100.10452.579.17384039704419.944506.27450.439.18363037353947.393886.474479.19343035303635.473336.64445.249.20324033353473.083036.17443.899.213100317033352733.09442.83由上述计算结果可得，宋河河道内的最高水位H0为451.69m，隧洞最大下泄流量为4831.23m³/s，此时下游水位为最高水位426.90m。通过莆田实验站公式进行计算波浪的平均波高、波周期，如下式所示；（1.3）（1.4）式中：hm——平均波高，m；g——重力加速度，取9.8m2/s；Tm——平均波周期，s；Hm——为风区内水域平均水深，取河道最高水位时对应的河道水深41.69m；W——最大风速，根据设计资料取18m/s；D——风区长度，由于沿风向两侧的水域比较狭窄，可以选用等效风区长度，并按公式1.5进行计算。（1.5）式中：De——为等效风区长度；Di——计算点到水域边界的距离，本次设计中采用围堰纵轴线中点为计算点；αi——第i条射线和主射线的夹角度数，αi=Δα，α=7.5°。在枢纽布置图上通过CAD软件进行风区长度测量，最终可得风区长度为180m。经过公式计算可得平均波高hm=0.128m，平均波周期Tm=1.585s。该坝区属于深水坡，破浪的平均波长Lm可通过下式计算：（1.6）通过计算可得平均波长Lm=3.917m。由于本土石围堰上游坡度m=2.5，当m=1.5~5.0时，迎水坡上的平均爬高Rm可由下式确定：（1.7）式中：Rm——平均波浪爬高，m；KΔ——考虑坝面糙率、渗透等因素的系数，因选用砌石护坡，按照规范取0.8；Kw——经验系数，根据《水工建筑物（第二版）》表3-5来确定。由于本土石围堰为临时性挡水建筑物，属于四级建筑物，根据设计规范，应按照5%的累计的频率计算设计波浪爬高ha，如下表1.3所示。表1.3设计波浪爬高与波浪爬高比值表hm/Hm<0.10.1~0.3>0.3ha/Rm1.841.751.61根据上述计算，最终得破浪爬高ha为0.39m。因此上游围堰设计高度为456.69+0.39+0.5=457.58m，为便于施工修筑，取为458m，围堰高度为48m，基本满足围堰初步拟定40m的初估。在计算下游围堰的堰顶高程时山区河流一般可以不考虑波浪爬高的影响，因此下游围堰的堰顶高程可以按照下式确定：（1.6）式中：Hd——下游围堰高程，m；hd——下游水位高程，m，根据调洪演算可得相应的下游水位hd=426.90m；经过计算可得下游围堰高程为426.90+0.5=427.40m，为了便于施工，最终选择下游围堰高程428m，围堰高度为18m。1.3围堰断面设计1.3.1上游围堰断面设计在本次工程中，围堰高度为458m，因此心墙修建至457m高程处，上游围堰宽度拟定为10m。迎水面坝坡的坡度取为1：2.5，两坡面的马道均设置在436m高程处，宽度取为3.0m，背水坡马道上下围堰的坡度不同，上方为1：2.0，下方为1：2.5。上游护面设置在枯水位以下1m处，直至坝顶，采用30cm浆砌石层加40cm碎石层两层护面设计，下游护坡采用30cm砌石层护坡设计。根据坝址河床覆盖层厚度，在保证防渗效果的前提下，上游围堰堰基（河床覆盖层）防渗采用C20混凝土防渗墙ADDINNE.Ref.{6738D1C9-01D3-442F-B96E-700BCFB5A77D}[7]，防渗墙厚度选为lm，最大墙身高度约23.5m，防渗墙下部深入基岩1m处，上部深入心墙0.5m处，心墙中轴线处设置土工膜进行防渗。混凝土防渗墙下进行灌浆帷幕。如下图5.1所示。图5.1上游围堰剖面图1.3.2下游围堰断面设计由于下游围堰高度只有18m，堰顶宽度取为5m，心墙修建至427m，同样预留出1m来铺设坝顶路面，不修建马道。由于下游水位较低，且渗流量较小，不布置排水设施，坝面坡度取为1：2.0，心墙坡度取为1：0.2。上游护坡从隧洞出口高程以下410m处开始修建，直到坝顶，采用30cm浆砌石层加40cm碎石层两层护面设计；下游护坡从坝趾处修建，直到坝顶，采用30cm干砌石层护坡设计。反滤层设置在心墙处，采用从内至外采用30cm细砂层再加50cm碎石层的形式。下游防渗措施与上游围堰相同。图5.2下游围堰剖面图1.4围堰拆除措施挡水围堰作为保证基坑干地施工的重要工程，在完成既定任务后，也要进行拆除，以免影响后续工程的建设。围堰的拆除在工程上也有着比较严格的要求，要根据施工的特点进行具体分析，根据相关工程以及工程师的经验进行妥善处理，不然将会对工期以及工程安全造成很大影响ADDINNE.R