水利工程施工课程设计

立德立志善学善行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)班指导教师立德立志善学善行2一、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3.5×108m3，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1.6×108m3，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1.0×108m3。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，溢流坝段布置在河床中部偏左岸，设有三孔6m×12m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2×3200kw，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%20%0101010556013810710681596178152184146112668772615741126606004383682767250444230281811601340996723504783527261817249237806344743668425191512113048241534030924090201410553667558852942334396101042342406308253208102748209276218178133洪量（亿m3）1.261.090.870.690.535421118016311888立德立志善学善行3表1坝址设计洪水过程线单位：m3/s表2施工设计洪水成果单位：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19625.788.4220.211.43.3815.18.818.5716.47.513.092.97142.2511.819634.735.8718.811.61.8724.611.26.7612.312.519.48.02154.4812.9196417.512.210.815.945.874.251.320.96.134.153.203.97266.0522.219653.054.198.4016.821.659.311.111.25.793.303.072.72150.4912.519662.923.7610.513.635.517.58.425.993.353.052.522.30107.418.9519674.305.627.2819.230.810.38.1214.83.925.153.713.46114.669.5519683.124.208.6823.347.921.411.55.054.274.773.152.71140.0511.719693.0716.36.917.5512.027.78.425.212.582.304.683.40100.28.3419705.053.118.4012.122.028.07.226.805.643.554.163.38109.389.1119713.369.0515.915.212.827.08.3210.816.04.986.264.30131.9711.019723.582.955.2514.630.444.815.95.204.526.695.903.58143.3712.019732.752.622.684.2121.312.811.07.083.623.275.363.3380.026.6719746.396.777.6114.210.922.88.609.273.013.822.892.6296.888.0719752.243.264.3515.68.7913.38.116.916.425.785.846.3986.897.2419765.137.948.0526.613.525.132.77.453.134.363.453.07140.4811.719772.524.7510.313.850.036.216.813.05.104.065.193.37135.0913.819782.813.029.0612.614.87.887.445.354.043.972.984.5078.156.5119796.906.7010.817.826.529.631.922.19.257.635.593.86178.6314.919803.244.2013.518.529.726.436.611.119.68.857.717.99187.3915.719814.616.567.509.7121.938.28.597.624.603.342.352.33115.799.6519821.988.624.645.5615.217.77.5918.110.97.0613.66.98117.939.83合计95.0130.11200.06299.53523.89579.88309.54209.29150.57110.09114.0785.252807.28234.12平均4.526.209.5214.324.9427.6114.749.597.175.245.444.06133.6811.14立德立志善学善行4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）0.1460.9551.7682.6323.4424.3505.2816.2817.2068.088容积（万m3）02759562060357455227935108301420018020（三）坝址地形地质条件（1）左岸：地形自然坡度为1：1.5~1：2.0，覆盖层2~3m，全风化带厚3~5m，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0~1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3~6m。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左右，覆盖层4~6m，全风化带厚6~8m，强风化带厚2~4m，弱风化带厚2~4m，微风化带厚1~12m。（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79~83m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1~2km处均可开采，河砂在距坝址10KM处的下游采集。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4~7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。立德立志善学善行5三、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》（SDJ338—89），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Ⅳ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》（SDJ338—89），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=235m3/s。根据坝址水位—流量关系曲线，采用内插法得到Q=235m3/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%。1:1.51:2左岸右岸纵向围堰轴线图2单位（m）2.水利计算束窄度取K=60%，抗冲流速smv/4。（1）一期束窄段河床过流能力设计立德立志善学善行6则过水断面面积：2423575.58mwvQ（2）过水断面为梯形：假设边坡为1:1，4i，03.0n，出口处渠底高程83.5m。假定水深为2.5m则：275.675.2)5.216.24()(mhmhbwmmhbx67.31115.226.241222mRxw14.267.3175.67smRcn/84.3714.221616103.011smRiwcQ/2.237414.284.3775.673假定水深为2.48m时，smQ/2353。束窄段河床平均流速：smsmvAAQc/4/65.375.6795.0235)(21（3）束窄河床段上游水位壅高：mZgvgvc81.081.92)(81.9285.065.322296.1472352202（4）上、下游一期横向围堰堰顶高程：mdHHz68.8670.048.25.83下mzHHz54.8775.081.098.85上3.纵向围堰长度的拟定及围堰轴线布置根据施