水利工程施工課程設(shè)計(jì)--混凝土壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

1、<p>　　水利工程施工課程設(shè)計(jì)</p><p>　?。ɑ炷翂问┕?dǎo)流設(shè)計(jì)）</p><p><b>　　計(jì)算書(shū)</b></p><p>　　學(xué) 院 水電學(xué)院 </p><p>　　姓 名 </p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 10級(jí)水工本(2)班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>&l

3、t;b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)水工建筑物壩工設(shè)計(jì)選定的壩軸線及樞紐建筑物的布置，結(jié)合壩體斷面結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)要求完成以下任務(wù)：</p><p>　　對(duì)給定的有關(guān)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行分析整理；</p><p>　　進(jìn)行施工條件分析，選擇施工方案；</p><p>　　擬定導(dǎo)流泄水建筑物的有關(guān)尺寸；&l

4、t;/p><p><b>　　施工導(dǎo)流水力計(jì)算；</b></p><p>　　擬定圍堰的形式和尺寸。</p><p><b>　　基本要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，導(dǎo)流布置圖一幅（含上下游圍堰剖面圖）。</p><p>　　施工導(dǎo)流平面布置圖應(yīng)用虛實(shí)線的方式分

5、別繪出分期導(dǎo)流建筑物的布置位置；</p><p>　　設(shè)計(jì)中所繪制的簡(jiǎn)圖、曲線等，必須按順序附在設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)中。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)資料</b></p><p><b>　　工程概況</b></p><p>　　××水庫(kù)壩址位于某城鎮(zhèn)上游3km處，控制流域面積31

6、7km2，壩址多年平均流量11.1m3/s，年徑流總量3.5×108m3，本工程是兼有防洪、發(fā)電、灌溉的水利樞紐，是該流域水利水電建設(shè)規(guī)劃中的主體工程之一。工程總庫(kù)容1.6×108m3，死水位112.0m，設(shè)計(jì)洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水庫(kù)有效庫(kù)容1.0×108m3。</p><p>　　該工程攔河壩為混凝土重力壩，電站布置在河床右側(cè)的非溢流壩段后面，為壩后式，壩

7、頂全長(zhǎng)為315m，壩頂高程為135m，其中左非溢流壩段長(zhǎng)度為100m，溢流壩段長(zhǎng)48m，右非溢流壩段長(zhǎng)167m，溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設(shè)有三孔6m×12m的弧形工作閘門(mén)，堰頂高程124m，壩底最大寬度為54m，消能方式為挑流消能。非溢流壩段最大底寬為46.6m，廠房最大寬度為13.7m，廠壩聯(lián)結(jié)段為4m。</p><p>　　電站裝機(jī)容量為2×3200kw，引水壓力鋼管設(shè)在非溢流壩段內(nèi)

8、，進(jìn)水口底板高程為95.0m，管徑1.75m，采用單元供水的布置方式。水輪機(jī)安裝高程85.0m，設(shè)計(jì)工作水頭36.0m，最大工作水頭45.0m，最小工作水頭27.0m。工程樞紐處地形及工程布置見(jiàn)圖。</p><p><b>　　工程水文特性</b></p><p>　　該水庫(kù)混凝土壩為二級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)頻率洪水過(guò)程線、施工設(shè)計(jì)洪水等見(jiàn)表1-5。</p>&

9、lt;p>　　表1 壩址設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線 單位：m3/s</p><p>　　表2 施工設(shè)計(jì)洪水成果 單位：m3/s</p><p>　　表3 水文站實(shí)測(cè)歷年月平均流量 單位：m3/s</p><p>　　表4 壩址水位—流量關(guān)系曲線</p><p>　　表5 水庫(kù)水位容積關(guān)系曲線</p><p&g

10、t;<b>　　壩址地形地質(zhì)條件</b></p><p>　?。?）左岸：地形自然坡度為1：1.5~1：2.0，覆蓋層2~3m，全風(fēng)化帶厚3~5m，強(qiáng)風(fēng)化加弱 風(fēng)化帶厚5m，微風(fēng)化帶厚約4m。</p><p>　?。?）河床：巖面較平整，沖積砂礫層厚約0~1.5m，弱風(fēng)化層厚1m左右，微風(fēng)化層厚3~6m。河床縱剖面地形中，迎水面壩踵處巖面高程約在86m左右，背水面

11、壩趾處巖面高程約在83.5m左右。距壩趾下游15m處有一深潭，高程約為81m，整個(gè)河床皆為微、弱風(fēng)化的花崗巖組成，致密堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，抗沖刷能力強(qiáng)。</p><p>　?。?）右岸：地形自然坡度為1：2左右，覆蓋層4~6m，全風(fēng)化帶厚6~8m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚2~4m，弱風(fēng)化帶厚2~4m，微風(fēng)化帶厚1~12m。</p><p>　?。?）基巖利用線及壩基開(kāi)挖：強(qiáng)風(fēng)化層要全部挖除。壩基的開(kāi)挖范圍應(yīng)與

12、建筑物的底部輪廓尺寸相適應(yīng)，開(kāi)挖的深度按壩底應(yīng)力及壩基強(qiáng)度而定。</p><p>　　（5）壩后廠房基礎(chǔ)： 廠房設(shè)于壩后靠右岸的河床處，設(shè)計(jì)最低開(kāi)挖高程為79~83m之間，全部處于微風(fēng)化新鮮基巖內(nèi)。</p><p><b>　　主要施工條件</b></p><p>　　對(duì)外交通：目前已有兩條三級(jí)公路分別經(jīng)過(guò)壩首和壩區(qū)。</p>&

13、lt;p>　　施工電源：目前已有35KV輸電線路，電源充足可靠。</p><p>　　主要建筑材料：本樞紐主壩為混凝土重力壩，壩體混凝土所需的卵石，在壩址上、下游1~2km處均可開(kāi)采，河砂在距壩址10KM處的下游采集。庫(kù)內(nèi)盛產(chǎn)竹。</p><p><b>　　施工期限</b></p><p>　　本工程主體部分的大壩和電站廠房，施工工期為

14、兩年左右，準(zhǔn)備工程在第一施工年度的4~7月完成，水庫(kù)在第三施工年度的訊后開(kāi)始蓄水，并在10月1日并網(wǎng)發(fā)電。</p><p>　　三、施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　?。ㄒ唬┦┕?dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇</p><p>　　1.施工導(dǎo)流建筑物級(jí)別的選定</p><p>　　本工程根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ338—89），以及本工程

15、的級(jí)別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級(jí)。</p><p>　　2.施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的選擇</p><p>　　根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ338—89），以及導(dǎo)流建筑物的級(jí)別，選定導(dǎo)流建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為：20年一遇（P=5%）。</p><p>　?。ǘ┦┕?dǎo)流時(shí)段選擇</p><p>　　根據(jù)本工程的特征條件采

16、用分段圍堰法導(dǎo)流，中后期用臨時(shí)底孔泄流來(lái)修建混凝土壩。劃分為三個(gè)時(shí)段：第一時(shí)段，河水由束窄河床通過(guò)，進(jìn)行第一期基坑內(nèi)施工；第二時(shí)段，河水由導(dǎo)流底孔下泄，進(jìn)行第二期基坑內(nèi)施工；第三時(shí)段，壩體全面升高，可先由導(dǎo)流底孔下泄河水，底孔封堵以后，則河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫(kù)中，直到工程完建。</p><p>　?。ㄈ┦┕?dǎo)流設(shè)計(jì)流量及壩址處河床水位的選擇</p><p>　

17、　根據(jù)導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和圍堰施工分期，選定施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為Q=235 m3/s。根據(jù)壩址水位—流量關(guān)系曲線，采用內(nèi)插法得到Q=235 m3/s時(shí)的水位為86.09m，由于觀測(cè)點(diǎn)距壩址有300m遠(yuǎn)，考慮到坡降，選擇壩址處水位為86.39m。</p><p>　　（四）施工導(dǎo)流方案的選擇</p><p>　　根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工程的導(dǎo)流施工標(biāo)準(zhǔn)，選擇采用分段圍堰法施工，分為

18、兩段兩期。第一期先圍左岸，包括左岸非溢流壩段和溢流壩段，進(jìn)行一期基坑內(nèi)施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩段（含廠房壩段），進(jìn)行二期基坑內(nèi)施工。本工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，采用兩段兩期的施工導(dǎo)流方式完全可以滿足要求。</p><p>　?。ㄎ澹┑谝黄趯?dǎo)流設(shè)計(jì)</p><p>　　1.河床水面寬度及束窄度</p><p>　　河床水面寬度由

19、圖2所示確定為64m，束窄度取K=60%。</p><p><b>　　圖1 單位（m）</b></p><p><b>　　2.水利計(jì)算</b></p><p>　　束窄度取K=60%，抗沖流速。</p><p>　?。?）一期束窄段河床過(guò)流能力設(shè)計(jì)</p><p><

20、;b>　　則過(guò)水?dāng)嗝婷娣e： </b></p><p>　?。?）過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪危杭僭O(shè)邊坡為1:1，，，出口處渠底高程83.5m。</p><p><b>　　假定水深為2.5m</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　假定水深為2.48m時(shí)，。<

21、/p><p>　　束窄段河床平均流速：</p><p>　?。?）束窄河床段上游水位壅高：</p><p>　　（4）上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：</p><p>　　3.縱向圍堰長(zhǎng)度的擬定及圍堰軸線布置</p><p>　　根據(jù)施工要求及場(chǎng)地條件，擬定縱向圍堰長(zhǎng)度為150m。縱向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸約29m處，

22、如圖2。</p><p><b>　　4.圍堰斷面設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）縱向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸</p><p><b>　　圖2 單位：mm</b></p><p>　　圍堰主體采用塊石、砂礫土料堆石體，防滲層為粘土斜墻，在粘土斜墻迎水位采用漿砌石護(hù)面。</p>&

23、lt;p>　?。?）上、下游橫向圍堰斷面尺寸</p><p>　　①上游橫向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸</p><p><b>　　圖3 單位：mm</b></p><p>　　堆石體采用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜墻，防沖采用漿砌石護(hù)面。</p><p>　?、谙掠螜M向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸</p>

24、<p>　　圖4 單位：mm</p><p>　　5.圍堰工程量的估算</p><p>　　上游橫向圍堰長(zhǎng)度：36m</p><p>　　下游橫向圍堰長(zhǎng)度：68m</p><p>　　縱向圍堰方量：長(zhǎng)150m</p><p>　?。┑诙趯?dǎo)流水力計(jì)算</p><p>　　本工程

25、二期采用底孔導(dǎo)流，為了確保泄流能力，擬定采用2個(gè)底孔。</p><p>　　1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇</p><p>　　根據(jù)水利水電工程設(shè)計(jì)規(guī)范選定：底孔布置在主河床的溢流壩段中，底孔底板距基巖面的距離為2m。底孔進(jìn)口高程選定84.0m，出口高程83.9m，底孔全長(zhǎng)57m。</p><p>　　由水利學(xué)原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其泄流能力計(jì)算公式為：

26、，式中，（D為引化直徑）。底孔進(jìn)水口水頭損失系數(shù)為，閘門(mén)槽水頭損失，沿程水頭損失。時(shí)，出口處下游水位高程為86.39m，糙率取。</p><p>　　則底孔泄流量曲線如圖6（兩個(gè)底孔）。</p><p>　　圖5 底孔泄流能力曲線圖</p><p>　　考慮到施工強(qiáng)度及防洪要求，選定采用兩個(gè)3×4.5的導(dǎo)流底孔。這樣既可以滿足施工期間導(dǎo)流的要求，又適當(dāng)

27、減小混凝土的澆筑強(qiáng)度。</p><p>　　2.二期導(dǎo)流水力計(jì)算</p><p>　　（1）上游水位壅高值</p><p>　?。?）上下游堰頂高程</p><p>　　3.二期縱向圍堰的上、下縱段長(zhǎng)度及圍堰的軸線平面布置</p><p>　　根據(jù)施工布置要求，定出縱向圍堰上縱段長(zhǎng)54m?？v向圍堰下縱段主要靠一期工程時(shí)

28、在溢流壩段右邊導(dǎo)墻來(lái)承擔(dān)，右導(dǎo)墻長(zhǎng)38m，再在右導(dǎo)墻上接24m的土石圍堰。</p><p>　　縱向圍堰上縱段軸線布置在一期縱向圍堰軸線左邊14m處，縱向圍堰下縱段軸線布置與右導(dǎo)墻軸線重合。</p><p>　　4.圍堰斷面的結(jié)構(gòu)及尺寸</p><p>　?。?）縱向圍堰上縱段剖面</p><p>　　圖6 單位（mm）</p&g

29、t;<p>　　結(jié)構(gòu)材料與一期一致。</p><p>　?。?）縱向圍堰下縱段剖面</p><p>　　圖7 單位（mm）</p><p>　　結(jié)構(gòu)材料與一期一致。</p><p>　?。?）上游橫向圍堰剖面</p><p>　　圖8 單位（mm）</p><p>　　

30、二期上游橫向圍堰采用鋼筋石籠護(hù)面，粘土斜墻鋪蓋防滲，圍堰長(zhǎng)62m。</p><p>　?。?）下游橫向圍堰剖面</p><p>　　圖9 單位（mm）</p><p>　　二期下游橫向圍堰結(jié)構(gòu)材料與一期下游圍堰相同，圍堰長(zhǎng)28m。</p><p><b>　　5.圍堰工程量計(jì)算</b></p><

31、;p><b>　　縱向圍堰上縱段：</b></p><p><b>　　縱向圍堰上縱段：</b></p><p><b>　　上游橫向圍堰：</b></p><p><b>　　下游橫向圍堰：</b></p><p><b>　　二期圍堰總

32、方量： </b></p><p><b>　　四、截流設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.截流時(shí)間的選擇</b></p><p>　　根據(jù)表3的水文資料及工程施工條件的要求，選定截流時(shí)間在第二施工年度的9月初。此時(shí)河流水量逐漸變小，進(jìn)入枯水期。</p><p><b>

33、;　　2.截流流量的確定</b></p><p>　　根據(jù)表3的水文資料，選取9月份的流量作多年經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。</p><p>　　表7 截流經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表</p><p>　　根據(jù)表7數(shù)據(jù)繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。</p><p>　　圖10 截流流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線圖</p><p>　　從頻率曲線上看出，曲

34、線與大部分經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)配合較好，所以不用再進(jìn)矩法配線計(jì)算。從曲線上查得P=10%時(shí)，m3/S，即為截流設(shè)計(jì)流量。</p><p><b>　　3.截流過(guò)程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本工程一期施工截流可不做考慮，從一期圍堰的平面布置圖上可知，上游橫向圍堰工程量較小，且緊靠左岸的灘地，枯水期灘地處基本無(wú)水，縱向圍堰在灘地上順?biāo)鞣较蛱钪?，而下游橫向圍堰可在靜水中填筑。二

35、期施工截流時(shí)，戧堤軸線選在一期上游橫向圍堰與縱向圍堰相交的背水面坡腳處，龍口段設(shè)在主河槽偏右側(cè)。該處河床基巖出露，抗沖能力強(qiáng)，截留施工采用立堵法進(jìn)行。</p><p>　　河床右岸有一條三級(jí)公路，所以截流時(shí)從河床右岸向龍口進(jìn)占，逐步束窄龍口，直至龍口合龍、閉氣。然后再進(jìn)行加固，填筑二期上游橫向圍堰，最后填筑二期下游橫向圍堰。</p><p><b>　　五、施工渡汛</b&

36、gt;</p><p>　　為了確保工程能夠如期完成，并保證工程在施工期間能安全渡汛，須進(jìn)行施工調(diào)洪計(jì)算。求出一、二期壩體施工時(shí)渡汛高程，以便在施工中對(duì)壩體工程和施工進(jìn)度及施工強(qiáng)度實(shí)行嚴(yán)格控制。</p><p>　　1.壩體施工期臨時(shí)渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ338—89）規(guī)定，選擇渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，即P=

37、5%。</p><p><b>　　2.施工調(diào)洪計(jì)算</b></p><p>　　調(diào)洪計(jì)算方法采用單輔助線圖解法，設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的頻率P=5%,,起調(diào)水位為導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量m3/S時(shí)的水位。從表1中選出P=5%，，作設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖。</p><p>　　圖11 設(shè)計(jì)洪水位過(guò)程線（P=5%）</p><p>　?。?）第一

38、期施工渡汛，能滿足全年施工洪水m3/S的通過(guò)要求，第一期施工可不作調(diào)洪計(jì)算。</p><p>　?。?）第二期工程施工渡汛，查下游水位流量關(guān)系曲線，當(dāng)m3/S時(shí)，下游水位為89.93m。經(jīng)流態(tài)校核，此流量上，底孔泄流量按有壓淹沒(méi)出流計(jì)算。</p><p>　　圖12 下游水位與流量關(guān)系曲線圖</p><p><b>　　六、導(dǎo)流底孔封堵</b>

39、;</p><p>　　1.底孔封堵施工方案</p><p>　　本工程采用下閘封孔，澆筑混凝土封堵的方式進(jìn)行底孔封堵。當(dāng)大壩整體高程施工達(dá)到124m以上并能由溢流壩段泄水時(shí)，且廠房進(jìn)水口閘門(mén)已安裝完畢后，可進(jìn)行下閘。通過(guò)對(duì)制造成本、制作工藝、啟閉機(jī)械能力等方面的考慮后，決定采用鋼筋混凝土整體閘門(mén)作為封孔閘門(mén)。采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)沉放。臨時(shí)底孔是壩體的一部分，封堵時(shí)要全孔封堵，澆筑混凝土。為了確

40、保封堵混凝土與洞壁之間有足夠的抗剪力，采用鍵槽結(jié)合。</p><p>　　2.封堵時(shí)間及蓄水計(jì)劃</p><p><b>　?。?）封堵時(shí)間</b></p><p>　　導(dǎo)流底孔的封堵時(shí)間安排在枯水期。根據(jù)本工程的施工進(jìn)度要求在第三施工年度汛期后開(kāi)始蓄水，并在10月1日并網(wǎng)發(fā)電。所以本工程的封堵時(shí)間選在第三施工年度的8月份。</p>

41、<p><b>　?。?）蓄水計(jì)劃</b></p><p>　?、傩钏畾v時(shí)計(jì)算，按表3給出的多年各月來(lái)水量在保證率為85%時(shí)，將這些水量依次累計(jì)，對(duì)照水庫(kù)容積曲線與水位線關(guān)系圖及滿足發(fā)電要求，可確定臨時(shí)泄水建筑物的封堵時(shí)間，繪出圖14中的曲線1。</p><p>　?、谛：藥?kù)水位上升過(guò)程中大壩施工的安全渡汛及據(jù)此擬定大壩施工進(jìn)度。大壩施工渡汛校核洪水標(biāo)準(zhǔn)

42、選用20年一遇（P=5%）的月平均流量；核算時(shí)以導(dǎo)流臨時(shí)建筑物封堵日期為起點(diǎn)，用順推法繪制水庫(kù)蓄水曲線2。</p><p>　?、鄞髩稳€澆筑高程過(guò)程線，如圖14中的曲線3（應(yīng)包絡(luò)曲線2）。</p><p>　　圖14 水庫(kù)蓄水高程與歷時(shí)曲線圖</p><p>　　1—水庫(kù)蓄水高程與歷時(shí)關(guān)系曲線；</p><p>　　2—導(dǎo)流泄水建筑物封堵