水利工程施工课程设计

1、水利工程施工课程设计（混凝土坝施工导流设计）计算书学 院 水电学院 姓 名 学 号 专业班级 10级水工本(2)班 指导教师 一、设计任务及要求1、 设计任务根据水工建筑物坝工设计选定的坝轴线及枢纽建筑物的布置，结合坝体断面结构形式，进行施工导流设计要求完成以下任务：1） 对给定的有关设计资料进行分析整理；2） 进行施工条件分析，选择施工方案；3） 拟定导流泄水建筑物的有关尺寸；4） 施工导流水力计算；5） 拟定围堰的形式和尺寸。2、 基本要求1） 设计说明书一份，导流布置图一幅（含上下游围堰剖面图）。2） 施工导流平面布置图应用虚实线的方式分别绘出分期导流建筑物的布置位置；3） 设计中所绘制

2、的简图、曲线等，必须按顺序附在设计计算书中。二、设计资料（一） 工程概况水库坝址位于某城镇上游3km处，控制流域面积317km2，坝址多年平均流量11.1m3/s，年径流总量3.5108m3，本工程是兼有防洪、发电、灌溉的水利枢纽，是该流域水利水电建设规划中的主体工程之一。工程总库容1.6108m3，死水位112.0m，设计洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水库有效库容1.0108m3。该工程拦河坝为混凝土重力坝，电站布置在河床右侧的非溢流坝段后面，为坝后式，坝顶全长为315m，坝顶高程为135m，其中左非溢流坝段长度为100m，溢流坝段长48m，右非溢流坝段长167m，溢流坝段布

3、置在河床中部偏左岸，设有三孔6m12m的弧形工作闸门，堰顶高程124m，坝底最大宽度为54m，消能方式为挑流消能。非溢流坝段最大底宽为46.6m，厂房最大宽度为13.7m，厂坝联结段为4m。电站装机容量为23200kw，引水压力钢管设在非溢流坝段内，进水口底板高程为95.0m，管径1.75m，采用单元供水的布置方式。水轮机安装高程85.0m，设计工作水头36.0m，最大工作水头45.0m，最小工作水头27.0m。工程枢纽处地形及工程布置见图。（二） 工程水文特性该水库混凝土坝为二级建筑物，设计频率洪水过程线、施工设计洪水等见表1-5。频率时间1%2%5%10%20%频率时间1%2%5%10%2

4、0%0101010556013810710681596178152184146112668772615741126606004383682767250444230281811601340996723504783527261817249237806344743668425191512113048241534030924090201410553667558852942334396101042342406308253208102748209276218178133洪量（亿m3）1.261.090.870.690.535421118016311888表1 坝址设计洪水过程线 单位：m3/s表2 施工设

5、计洪水成果 单位：m3/s频率（%）分期251020全年施工13409967325047月至次年4月11508606004009月至次年3月31623517511910月至次年3月2631861338610月至次年4月319252206157表3 水文站实测历年月平均流量 单位：m3/s月年123456789101112合计年平均19625.788.4220.211.43.3815.18.818.5716.47.513.092.97142.2511.819634.735.8718.811.61.8724.611.26.7612.312.519.48.02154.4812.9196417.512

6、.210.815.945.874.251.320.96.134.153.203.97266.0522.219653.054.198.4016.821.659.311.111.25.793.303.072.72150.4912.519662.923.7610.513.635.517.58.425.993.353.052.522.30107.418.9519674.305.627.2819.230.810.38.1214.83.925.153.713.46114.669.5519683.124.208.6823.347.921.411.55.054.274.773.152.71140.0511.7

7、19693.0716.36.917.5512.027.78.425.212.582.304.683.40100.28.3419705.053.118.4012.122.028.07.226.805.643.554.163.38109.389.1119713.369.0515.915.212.827.08.3210.816.04.986.264.30131.9711.019723.582.955.2514.630.444.815.95.204.526.695.903.58143.3712.019732.752.622.684.2121.312.811.07.083.623.275.363.338

8、0.026.6719746.396.777.6114.210.922.88.609.273.013.822.892.6296.888.0719752.243.264.3515.68.7913.38.116.916.425.785.846.3986.897.2419765.137.948.0526.613.525.132.77.453.134.363.453.07140.4811.719772.524.7510.313.850.036.216.813.05.104.065.193.37135.0913.819782.813.029.0612.614.87.887.445.354.043.972.

9、984.5078.156.5119796.906.7010.817.826.529.631.922.19.257.635.593.86178.6314.919803.244.2013.518.529.726.436.611.119.68.857.717.99187.3915.719814.616.567.509.7121.938.28.597.624.603.342.352.33115.799.6519821.988.624.645.5615.217.77.5918.110.97.0613.66.98117.939.83合计95.0130.11200.06299.53523.89579.883

10、09.54209.29150.57110.09114.0785.252807.28234.12平均4.526.209.5214.324.9427.6114.749.597.175.245.444.06133.6811.14表4 坝址水位流量关系曲线水位（m）83.484.685.086.087.088.089.090.091.092.093.0流量（m3/s）055022050085512801730237029903630表5 水库水位容积关系曲线高程（m）9095100105110115120125130135面积（km2）0.1460.9551.7682.6323.4424.3505.2

11、816.2817.2068.088容积（万m3）02759562060357455227935108301420018020（三） 坝址地形地质条件（1）左岸：地形自然坡度为1：1.51：2.0，覆盖层23m，全风化带厚35m，强风化加弱 风化带厚5m，微风化带厚约4m。（2）河床：岩面较平整，冲积砂砾层厚约01.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚36m。河床纵剖面地形中，迎水面坝踵处岩面高程约在86m左右，背水面坝趾处岩面高程约在83.5m左右。距坝趾下游15m处有一深潭，高程约为81m，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲刷能力强。（3）右岸：地形自然坡度为1：2左

12、右，覆盖层46m，全风化带厚68m，强风化带厚24m，弱风化带厚24m，微风化带厚112m。（4）基岩利用线及坝基开挖：强风化层要全部挖除。坝基的开挖范围应与建筑物的底部轮廓尺寸相适应，开挖的深度按坝底应力及坝基强度而定。（5）坝后厂房基础： 厂房设于坝后靠右岸的河床处，设计最低开挖高程为7983m之间，全部处于微风化新鲜基岩内。（四） 主要施工条件（1） 对外交通：目前已有两条三级公路分别经过坝首和坝区。（2） 施工电源：目前已有35KV输电线路，电源充足可靠。（3） 主要建筑材料：本枢纽主坝为混凝土重力坝，坝体混凝土所需的卵石，在坝址上、下游12km处均可开采，河砂在距坝址10KM处的下游

13、采集。库内盛产竹。（五） 施工期限本工程主体部分的大坝和电站厂房，施工工期为两年左右，准备工程在第一施工年度的47月完成，水库在第三施工年度的讯后开始蓄水，并在10月1日并网发电。三、施工导流设计过程（一）施工导流设计标准选择1.施工导流建筑物级别的选定本工程根据水利水电工程施工组织设计规范（SDJ33889），以及本工程的级别和围堰工程规模，选定施工导流建筑物为级。2.施工导流设计洪水标准的选择根据水利水电工程施工组织设计规范（SDJ33889），以及导流建筑物的级别，选定导流建筑物的洪水标准为：20年一遇（P=5%）。（二）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

14、时底孔泄流来修建混凝土坝。划分为三个时段：第一时段，河水由束窄河床通过，进行第一期基坑内施工；第二时段，河水由导流底孔下泄，进行第二期基坑内施工；第三时段，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。（三）施工导流设计流量及坝址处河床水位的选择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=235 m3/s。根据坝址水位流量关系曲线，采用内插法得到Q=235 m3/s时的水位为86.09m，由于观测点距坝址有300m远，考虑到坡降，选择坝址处水位为86.39m。（四）施工导流方案的选择根据枢纽的自然条件

15、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。第一期先围左岸，包括左岸非溢流坝段和溢流坝段，进行一期基坑内施工；第二期围河床右岸部分，包括右非溢流坝段（含厂房坝段），进行二期基坑内施工。本工程所在地，河流流量小，河床滩地宽，两岸坡度缓，采用两段两期的施工导流方式完全可以满足要求。（五）第一期导流设计1.河床水面宽度及束窄度河床水面宽度由图2所示确定为64m，束窄度取K=60%。图2 单位（m）2.水利计算束窄度取K=60%，抗冲流速。（1）一期束窄段河床过流能力设计则过水断面面积： （2）过水断面为梯形：假设边坡为1:1，出口处渠底高程83.5m。假定水深为2.5

16、m则： 假定水深为2.48m时，。束窄段河床平均流速：（3）束窄河床段上游水位壅高： （4）上、下游一期横向围堰堰顶高程：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右岸约29m处，如图2。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

17、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 （六）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

18、)(m)(m)(m3/S)(m3/S)906.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.594414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.1834.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3962.70476.206152.4133.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9613.13961.327122.65939.144.516.2815.281.0654.55472.180.1

19、820.8483.8715.229139.833279.674414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.6434.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3965.704110.682221.3633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9616.13985.764171.539612.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.229175.418350.8364414.2814.281.04.2657

20、1.430.2070.8403.6258.475154.677309.3534.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3968.704136.725273.4533.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9619.139104.642209.289915.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.87111.229204.913409.834414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.62511.475179.984359.9734.512.5313.

21、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

22、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：

23、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）196216.4119.62.7341.7343.4.5196312.3216.42.2871.2871.9.119646.13316.02.2321.2321.13.619655.79412.31.7150.7150.18.219663.

24、35510.91.5200.5200.270422.719673.9269.251.2900.2900.084127.319684.2776.420.895-0.1050.31.819692.5886.130.855-0.1450.36.419705.6495.790.808-0.1920.40.9197116.0105.640.787-.02130.45.519724.52115.100.711-0.2890.5019733.62124.600.642-0.3580.54.519743.01134.520.630-0.3700.136959.119756.42144.270.596-0.40

25、90.63.619763.13154.040.563-0.4370.68.219775.10163.920.547-0.4530.72.719784.04173.620.505-0.4950.77.319799.25183.350.467-0.5330.81.8198019.6193.130.437-0.5630.86.419814.60203.010.420-0.5800.336490.9198210.9212.580.360-0.6400.409695.5总计150.57150.5721.473+5.728-5.7719.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

26、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