水利施工课程设计(编辑修改稿)

水利施工课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

1 日 ~2020 年 4 月 30 日，前期在最短的时间内完成截流施工，在围堰的保护下进行大坝基础工程施工（包括基坑排水及开挖，基础处理），然后进行大坝的填筑，在梅雨、台风汛期到来之前将大坝抢筑到拦洪水位以上。 第三阶段： 2020 年 5 月 1 日 ~2020 年 3 月 31 日，为大坝填筑期。 主要工作为大坝填筑。 第四阶段： 2020 年 4 月 1 日 ~2020 年 12 月 31 日，为封孔后大坝填筑期。 主要工作为大坝填筑到设计高程，并完成其它配套工程。 截流时间与拦洪时间的确定 根据本工程的水文特点，截流时间暂定于 2020 年 10 月初，拦洪时间定于 2020 年 4月底汛期之前。 为了保证在施工单位生产能力范围内顺利完成拦洪任务，根据以上的初定时间和估算的大坝工程量并结合施工单位的生产能力。 对大坝的分期填筑方案进行讨论，并且初步确定。 从 2020 年 10 月至 2020 年 4 月，粘土能填筑的高程（大坝可能达到的拦洪高程）计算：在此过程中的粘土有效工作时间需扣除排水时间 10 天、 基础开挖 10 天，基础处理时间 40天、其中考虑到工作与工作的搭接时间暂定为 8 天，则粘土填筑的有效工作日为： 7 20+22+22+15+15+19+17101040+8=78 天。 按粘土心墙填筑上升速度平均每天 米计算，粘土心墙可能达到的高程（大坝可能达到的拦洪高程）： 24+78 =。 即在汛期来之前的拦洪坝高为。 大坝各期工程量确定 相应的工程量计算见下计算书。 、计算大坝各期平均施工强度 相应的工程量计算见下计算书。 确定封孔蓄水及发电日期 根据要求，本工程发电日期为 2020年 10月 1日首台机组发电，发电的初始水位为 80m。 在确保大坝安全的前提下，尽可能提早发电。 封孔日期的确定 根据初始发电水位 80m，查水库库容曲线，相应库容为 1470 106 m3。 水库蓄水采用80%典型枯水年各月平均流量进行推算封孔日期：相应的工程量计算见下计算书。 由此确定上，封孔蓄水日期为 4 月 24 日。 从封孔开始，又每月的累计来水量，查库容曲线得相应的水位如下表： 蓄水时段 当期来水量 （ m3） 累计来水量 （ m3） 水 位 （ m） ～ 42353280 42353280 ～ 305337600 347690880 ～ 422496000 770186880 ～ 274268160 1044455040 ～ 238109760 1282564800 ～ 188956800 1471521600 大坝安全校核 大坝安全采用丰水年 1%流量进行校核： 蓄水 时段 末 1％来水量 （ m3/s） 当月来水量 （ m3） 累计来水量 （ m3） 库水位 （ m） 坝面高程 （ m） 4 月 134 69465600 69465600 88 5 月 489 1309737600 1379203200 92 6 月 529 1371168000 2750371200 92 ＞ 94 8 7 月 276 143078400 2893449600 92 ＞ 94 8 月 103 275875200 3169324800 92 ＞ 94 9 月 182 471744000 3641068800 92 ＞ 94 注：库水位根据累计来水量，由水库库容曲线查得，坝面高程根据进度来定。 故本工程应采用后期导流措施，利用永久溢洪道溢洪，以保证大坝安全。 要求在 5 月31 日前大坝达到 92 米高程，以利用永久溢洪道泄洪。 801004060（m）高程20月1 320发电时间10月1日封孔时间4月24日75 6 8 109 11 1280%水位 升高曲线初始发电水位1%水位 升高曲线4大坝填筑升高曲线大坝上升与水位上升关系曲线 导流工程规划布置 拦洪水位 根据前述，已定的拦洪坝高为 米，扣除安全超高 米后，即拦洪水位等于 － = 米。 隧洞断面尺寸的确定 隧洞最大下泄流量 根据汛期时水 库拦洪水位 米，查水库库容曲线，得此时的水库库容为 282 106m3，在 ～ 亿立方米之间，采用 100 年一遇洪水标准，频率 P=%，查各月最大瞬间流量（表一）得其设计洪水流量为 8290 m3/s。 根据洪水单位过程线，在估计所求 B 点附近，任意选定 B B B B4 点，通过B B B B4 向 A 点方向作四条直线，并与洪峰过程线相切。 如下图： 9 (,4145)(t ,8290)*4145Q(m /s)82903洪水单位过程线0 4 t(时 )8 2020 8 12424 16 20 2412Q1 Q2 Q3 Q4 根据上图，计算相应直线 ABi与洪峰过程所包围的面积（相应库容 Vi）和相 应的隧洞最大下泄流量 Qi，计算成果见下表： 库容 Vi（ 106 m3） 下泄流量 Qi（ m3/s） 根据上表，绘制 Q～ V关系曲线，如下图： 100 0Q( m /s )200 0400 0300 0600 0500 0336V(1 0 m )500 10 0 20 015 0 30 025 0Q～V图V1 V2 V3 V4Q1Q2Q3Q4 在拦洪水位为 ，水库的库容为 282 106m3，由上图查得，需导流洞的最大泄流量 m3/s。 隧洞流速计算 10 大坝拦洪时，隧洞为有压流，其流速按有压流公 式 V= )(2 0 phHgm  计算：其中 m=； H0=； hp=（由最大泄流量为 m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线上而得）   smV  过水断面面积 W 计算 3 1 6 7 mVQW  泄 隧洞断面型式 本工程隧洞断面采用城门洞，其底宽 B 与洞高 H 采用以下公式进行计算： B=)81( W =    ，取底宽 B 为 10m。  BBH 其断面如下： 导流洞标准断面图单位：m55R510 为了便于航运、施工方便，结合实际地形布置，导流系统全长 883 米，其中明渠长 148米，出口明渠长 285 米，隧洞长 450 米，并在桩号导 0+206 设转折角半径为 100 米的圆弧，进口高程定为 米，出口高程 米，其中进口明渠为平坡，隧洞底坡为 ％，出口明渠平坡，出口高程为 米。 洞轴线见图纸。 汛期大坝拦洪校核 11 根据已定的隧洞尺寸和泄流条件，经调洪演算确定上游拦洪水位，以检查此时的坝面高程是否安全拦洪。 ⑴明流计算（无压段） 假定 Q 分别为 300m3/s , 600m3/s, 900m3/s (a)判别出口流态 当 hk＜ h 下 时为淹没出流，则 h2＝ h 下 ；反之 hk≥ h 下 为自由出流，则 h2＝ hk。 h 下 由坝址处流量水位曲线查得。 由于过水断面为矩形，临界水深 hk，按公式 hk= 3 2gq计算。 其中α取 ； g 取 ；单宽流量 q=Q/B； B 为 10m，经以上公式计算，并判断流态，结果列表如下： Q（ m3/s） hk（ m） 下游水位 H（由流量水位关系曲线查得） h 下 （ m） h2（ m） 300 （属自由出流） 600 （属自由出流） 900 （属自由出流） (b)由上表所得的 h2 分别假定 h1，明流按下式计算： LiRcVgVgVhh )(22 2 2212221 ；式中： h1进口洞内水深； C 平均谢才系数，其中砼衬砌时 n=；不衬砌时 n= ；h2出口洞内水深； R 平均水力半径； V1进口洞内流速； L隧洞长度； i洞身坡降； V2出口洞内流速； V =（ V1+V2） /2。 列表如下：相应的计算表格计算见下计算书。 (c)在所假定的流量下，计算出相应的上游水位，见下表： 流量 Q（ m3/s） 进口洞内水深 h1（ m） 进口落差 Z，（ m） 上游水位 ▽ 上 （ m） 300 600 900 ⑵有压段计算 假定 Q 分别为 2500m3/s ， 2750m3/s ， 3000 m3/s 由于过水断面为矩形，临界水深 hk，按公式 hk= 3 2gq计算。 其中α取 ； g 取 ；单宽流量 q=Q/B； B 为 10m，经以上公式计算，并判断流态，结果列表如下： 12 流量 Q hk 下游水位 H（由流量水位关系曲线查得） H 下 h2 2500 （自由出流） 2750 （自由出流） 3000 （自由出流） 有压流按下式计算： LiRCVgVhH )()1(2 2 2220  ； 其中： h2— 出口计算水深。 自由出流时： h2=；淹没出流时： h2=h 下。 ε局部损失系数之和，进口采用喇叭口时 进 =； 611RnC 谢才系数，砼衬砌时 n=；不衬砌时 n=，本导流洞衬砌 n 取。 上游水位：▽ 上 =进口坎高程 +H0i。 计算见下表： 流量 Q h2 R C i ε L V H0i 进坎高 ▽ 上 i 2500 450 2750 450 3000 450 根据以上计算的结果，画出无压和有压部分的泄流量与水位的关系曲线并以光滑曲线连接该曲线，以代替半有压流曲线，如下图： H(米 )2500 30007570606555Q(立 方米/秒 )5000 1000 20202000302535405045隧洞泄水能力曲线 通过调洪演算确定梅雨汛期拦洪水位（采用简易图解法） (a)假定三条隧洞泄水过程线 A1B A2B A3B3； 13 (b)求出相应库容 V V V3和下泄流量 Q Q Q3； (c)根据 V V V3在库容曲线上得出相应的下面游水位 H H H3； (d)在绘有隧洞泄流能力曲线 L1的 Q～ H坐标图上，绘出相应的点 P1(Q1 ,H1)、 P2(Q2 ,H2)、P3(Q3 ,H3)； (e)过 P P P3点绘曲线 L2 交 L1于 P 对应于 P 点的水位 H 即是所求拦洪水位 ,图解计算结果列表如下： 泄水过程线 Q（ m3/s） V(m3) H(m) A1B1 2500 106 A2B2 2020 106 A3B3 1500 106 备 注 任意选定 Q 根据 Q 由洪水过程线 查得 根据 V 由库容曲线查得 H拦H(米 )45504035305565607075隧洞泄水能力曲线Q泄251500 202020000 500 Q(立 方米/ 秒)30002500P2P1P3 查上图得 H 拦 = 大坝安全校核 根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前大坝高程▽ 1= 安全超高△ h= ，拦洪高程 H= ∵▽ 1△ h=H= ∴应局部加高坝体拦洪 ,即汛期来临前修筑一子堰临时拦洪。 围堰主要尺寸、型式及布置 挡水时段确定 本工程采用枯水期挡水围堰围护基坑修筑大坝。 围堰的任务在于保护基坑内工程施 14 工，直到坑内坝体高出 水面，所以围堰的挡水时段决定于基坑内基础处理工程量，坝体施工速度及水文变化情况。 大坝第二期施工时间为 2020 年 10 月 1 日～ 2020 年 4 月 30 日，因此选择枯水期 10 月 1 日～ 4 月 30 日时段内 P＝ 5%的最大洪峰流量（查表 2） 2950m3/s 作为围堰的设计流量。 围堰顶高程确定 围堰顶高程由该设计流量时的上游水位和安全超高确定。 发生设计洪水时的上游水位即为围堰拦洪水位。 Q5%＝ 2950 m3/s，根据洪水单位过程线，作图法如下： 32950Q(m /s)1475洪水单位过程线12 2420204 128168t(时 )40(21. 5,14 75)B1B2B3B4Q4Q3Q2Q12420*(t , 2950 ) 根 据上图，计算相应直线 ABi与洪峰过程所包围的面积（相应库容 Vi）和相应的隧洞最大下泄流量 Qi，计算成果见下表： A1B1 A2B2 A3B3 A4B4 A5B5 库容 Vi（ 106 m3） 下泄流量 Qi（ m3/s） 1725 1369 1066 711 45。