大工13秋《水工建筑物課程設計》

1、 網(wǎng)絡教育學院水工建筑物課程設計 題 目：某混凝土重力壩施工導流設計 學習中心： 奧鵬直屬學習中心 專 業(yè)： 水利水電工程 年 級： 2012年 秋 季 學 號： 學 生： 指導教師： 某混凝土重力壩施工導流設計1施工導流設計標準選擇1.1 施工導流建筑物級別的選定該工程施工工期為2年，工程總庫容為1.6，根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范SL303-2004，以及圍堰工程規(guī)模，選定施工導流建筑物為4級。1.2 施工導流設計洪水標準的選擇根據(jù)導流建筑物級別為4級和水利水電工程施工組織設計規(guī)范SL303-2004，選定導流建筑物的洪水標準為：20年一遇（P=5%）。1.3施工導流時段選擇根據(jù)本工程

2、的特征條件采用分段圍堰法導流，中后期用臨時底孔泄流來修建混凝土壩。由施工設計洪水成果表可得，當選定導流建筑物的洪水標準為20年一遇時，全年施工流量為996m/s,7月至次年4月施工時，流量為860m/s。9月至次年3月施工時，流量為235m/s。10月至次年3月施工時，流量為186m/s。10月至次年4月施工時，流量為252m/s。若采用全年施工，流量太大，導流建筑物的工程量大。7月至次年4月施工時，流量為860m/s，也過大，同時可能還在汛期，不利于施工，對導流建筑物要求也很高，同樣不經(jīng)濟。9月至次年3月施工時，流量為235m/s，施工期為7個月，流量小，對導流建筑物要求相對要低一些，且經(jīng)濟

3、。但是考慮到汛期的特點和壩基岸坡的開挖時間，在8月的時候有可能還在汛期，會影響施工進度。10月至次年3月的時段內(nèi)，流量雖然相比其他時段小，但是施工期過短，只有6個月，可能導致施工壩體工程不能按時達到渡汛高程，以至于影響整個工程的進度。10月至次年4月這一時段，流量為252m/s，有7個月的低流量施工時間。9月份時汛期基本已過，此時可進行壩基和岸坡的開挖和部分圍堰工程，10月初可下河截流，隨后進行壩體混凝土澆筑，汛前完成溢流壩段的土建工程，汛期及汛后進行非溢流壩段的混凝土澆筑。 次年9月進行左岸坡壩基開挖，并修筑二期圍堰工程，利用布置在一期工程壩體內(nèi)的底孔導流，9月下旬進行河床部分的基礎開挖，1

4、0月初進行二期工程的壩體和廠房的混凝土澆筑。因此，選定施工導流時段為10月至次年4月。由施工進度安排并考慮到工程特點，工程施工導流過程可分為：前期、后期、下閘蓄水三個階段。前期，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑內(nèi)施工；后期，河水由導流底孔下泄，進行第二期基坑內(nèi)施工；下閘蓄水后，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄河水，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中，直到工程完建。表13 施工設計洪水成果 單位：m/s分期 頻率 2 5 10 20 全年施工13409967325047月次年4月11508606004009月次年3月31623517511910月次年3月263

5、1831338610月次年4月3192522061571.4 施工導流設計流量根據(jù)導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為Q=252m3/s。根據(jù)壩址水位流量關系曲線，采用內(nèi)插法得到Q=252 m3/s時的水位為86.20m，考慮到坡降，選擇壩址處水位為86.50m。由下游水位流量關系曲線圖可得，下游水位為86.10m。由于廠房工程結構復雜，一期工程量大，施工期長，圍堰過水對工期及經(jīng)濟都影響較大，故一期導流標準選為洪水重現(xiàn)期10年；二期攔河壩結構相對較為簡單，工程規(guī)模小，在一個枯水期可完成，故二期導流標準選為洪水重現(xiàn)期5年。表1-4 壩址水位流量關系曲線水位84.384.685.

6、08687888990919293流量055022050085512801730237029903630圖1-11.5施工導流方案選擇由施工進度安排并考慮到工程特點，工程施工導流過程根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結構特點及工程的導流施工標準，選擇采用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第一期先圍右岸，包括非溢流壩段，進行一期基坑內(nèi)施工；第二期圍河床左岸部分，包括左岸左岸非溢流壩段和溢流壩段，進行二期基坑內(nèi)施工，導流方式為一期工程的底孔導流。本工程所選擇的施工期，流量為252m/s，河床巖面較平整，沖積砂爍層厚度約為01.5m，弱風化層厚度1m左右，整個河床巖體致密堅硬，強度高，抗沖刷能力強，左岸地形自然

7、坡度為1:1.51：2.0，右岸地形自然坡度為1:2左右，兩岸坡度均較緩，采用兩段兩期的施工導流方式可以滿足要求。采用先圍右岸的方式可以先滿足發(fā)電，提前產(chǎn)生經(jīng)濟效益。故才用先圍右岸，后圍左岸的方式施工。根據(jù)本工程自然條件及樞紐布置特點，本著就地取材、經(jīng)濟合理原則，一期上、下游及縱向圍堰結構形式均采用土石圍堰結構。圍堰堰體采用黏土心墻防滲，堰基利用黏土截水墻防滲，施工期輔助大功率水泵強排水施工。為保證施工期強排水不對排水溝邊坡造成細料流失形成管涌現(xiàn)象，將集水坑四周用土工布圍護，邊角部位用編織袋壓腳固定。2第一期導流設計2.1束窄河床水位雍高計算分期導流圍堰束窄河床后，使天然水流發(fā)生改變，在圍堰上

8、游產(chǎn)生水位雍高，其值可采用如下近似公式試算。以Z+tcp與所設H0比較 , 出口處渠底高程84 m。假定水深為2.5m。 Vc= Z雍高 V0 行進流速Y 流速系數(shù) Vc束窄河床平均流速 Q為計算流量 Wc收縮斷面有效過水斷面m2 Y取0.85 V0=0Wc=bc tcp=(30+30-1.8*2.5)/2 *2.5=70.31m2 bc=30m A1=70.31M2 A2=83.75 V0=Q/A=252/(30+30-1.8*2.5)*2.5/2+(36+36-2*2.5)*2.5/2=1.64M/SVc=252/70.31=3.58m/s，束窄河床段上游水位壅高： 上、下游一期橫向圍堰堰

9、頂高程：上游圍堰堰頂高程 下游圍堰堰頂高程 圖21 3縱向圍堰長度的擬定及圍堰軸線布置根據(jù)施工要求及場地條件，擬定縱向圍堰長度為150m。縱向圍堰軸線位置在河床中部偏左岸約30m處，如圖2-1。4圍堰斷面設計（1）縱向圍堰斷面構造及尺寸圖3 單位：mm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面。（2）上、下游橫向圍堰斷面尺寸上游橫向圍堰斷面構造及尺寸圖4 單位：mm 堆石體采用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜墻，防沖采用漿砌石護面。下游橫向圍堰斷面構造及尺寸圖5 單位：mm5圍堰工程量的估算上游橫向圍堰長度：36m下游橫向圍堰長度：68m 縱向圍堰方

10、量：長150m 6第二期導流水力計算本工程二期采用底孔導流，為了確保泄流能力，擬定采用2個底孔。1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇根據(jù)水利水電工程設計規(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。底孔進口高程選定84.0m，出口高程83.9m，底孔全長57m。由水利學原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其泄流能力計算公式為：，式中，（D為引化直徑）。底孔進水口水頭損失系數(shù)為，閘門槽水頭損失，沿程水頭損失。時，出口處下游水位高程為86.39m，糙率取。(m)(m)斷面尺寸(m×m)(m2)(m)(m)(m)(m)(m)(m3/S)(m3/S)906.14×4

11、.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.594×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.183×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3962.70476.206152.413×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9613.13961.327122.65939.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.182

12、0.8483.8715.229139.833279.674×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.643×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3965.704110.682221.363×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9616.13985.764171.539612.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.229175.418350.83

13、64×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6258.475154.677309.353×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3968.704136.725273.453×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9619.139104.642209.289915.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.87111.229204.913409.834×414.2814.281.04.26

14、571.430.2070.8403.62511.475179.984359.973×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39611.704158.546317.093×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96112.139120.600241.20則底孔泄流量曲線如圖6（兩個底孔）。圖6 底孔泄流能力曲線圖考慮到施工強度及防洪要求，選定采用兩個3×4.5的導流底孔。這樣既可以滿足施工期間導流的要求，又適當減小混凝土的澆筑強度。2.二期導流水力計算（1）上游水位壅高值（2）上下游堰

15、頂高程3.二期縱向圍堰的上、下縱段長度及圍堰的軸線平面布置根據(jù)施工布置要求，定出縱向圍堰上縱段長54m?？v向圍堰下縱段主要靠一期工程時在溢流壩段右邊導墻來承擔，右導墻長38m，再在右導墻上接24m的土石圍堰?？v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墻軸線重合。4.圍堰斷面的結構及尺寸（1）縱向圍堰上縱段剖面圖7 單位（mm）結構材料與一期一致。（2）縱向圍堰下縱段剖面圖8 單位（mm）結構材料與一期一致。（3）上游橫向圍堰剖面圖9 單位（mm）二期上游橫向圍堰采用鋼筋石籠護面，粘土斜墻鋪蓋防滲，圍堰長62m。（4）下游橫向圍堰剖面圖10 單位（mm）二

16、期下游橫向圍堰結構材料與一期下游圍堰相同，圍堰長28m。5.圍堰工程量計算縱向圍堰上縱段： 縱向圍堰上縱段： 上游橫向圍堰：下游橫向圍堰： 二期圍堰總方量： 四、截流設計1.截流時間的選擇根據(jù)表3的水文資料及工程施工條件的要求，選定截流時間在第二施工年度的9月初。此時河流水量逐漸變小，進入枯水期。2.截流流量的確定根據(jù)表3的水文資料，選取9月份的流量作多年經(jīng)驗頻率曲線。表7 截流經(jīng)驗頻率計算表年份流量(m3/S)序號由大到小排列(m3/S)模比系數(shù)（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）196216.4119.62.7341.7343.0067564.5196312.3216.42.2

17、871.2871.6563699.119646.13316.02.2321.2321.51782413.619655.79412.31.7150.7150.51122518.219663.35510.91.5200.5200.270422.719673.9269.251.2900.2900.084127.319684.2776.420.895-0.1050.01102531.819692.5886.130.855-0.1450.02102536.419705.6495.790.808-0.1920.03686440.9197116.0105.640.787-.02130.04536945.51

18、9724.52115.100.711-0.2890.0835215019733.62124.600.642-0.3580.12816454.519743.01134.520.630-0.3700.136959.119756.42144.270.596-0.4090.16321663.619763.13154.040.563-0.4370.19096968.219775.10163.920.547-0.4530.20520972.719784.04173.620.505-0.4950.24502577.319799.25183.350.467-0.5330.28408981.8198019.61

19、93.130.437-0.5630.31696986.419814.60203.010.420-0.5800.336490.9198210.9212.580.360-0.6400.409695.5總計150.57150.5721.473+5.728-5.7719.661019根據(jù)表7數(shù)據(jù)繪制經(jīng)驗頻率曲線。圖11 截流流量經(jīng)驗頻率曲線圖從頻率曲線上看出，曲線與大部分經(jīng)驗點配合較好，所以不用再進矩法配線計算。從曲線上查得P=10%時，m3/S，即為截流設計流量。3.截流過程設計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水

20、，縱向圍堰在灘地上順水流方向填筑，而下游橫向圍堰可在靜水中填筑。二期施工截流時，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，龍口段設在主河槽偏右側。該處河床基巖出露，抗沖能力強，截留施工采用立堵法進行。河床右岸有一條三級公路，所以截流時從河床右岸向龍口進占，逐步束窄龍口，直至龍口合龍、閉氣。然后再進行加固，填筑二期上游橫向圍堰，最后填筑二期下游橫向圍堰。五、施工渡汛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，須進行施工調(diào)洪計算。求出一、二期壩體施工時渡汛高程，以便在施工中對壩體工程和施工進度及施工強度實行嚴格控制。1.壩體施工期臨時渡汛洪水標準根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889）規(guī)定，選擇渡汛洪水標準為20年一遇，即P=5%。2.施工調(diào)洪計算調(diào)洪計算方法采用單輔助線圖解法，設計洪水過程線的頻率P=5%,起調(diào)水位為導流設計流量m3/S時的水位。從表1中選出P=5%，作設計洪水過程線圖。圖12 設計洪水位過程線（P=5%）（1）第一期施工渡汛，能滿足全年施工洪水m3/S的通過要求，第一期施工可不作調(diào)洪計算。