土石坝水利工程施工组织设计计算书.doc

1、水利工程施工课程设计（计算书）专业年级 学 号 姓 名 指导教师 2012 年 11 月1. 施工导流 .11.1. 导流标准 .11.2. 估算粘土心墙达到的高程 .11.3. 拦洪水位的计算 .21.4. 拦洪库容的计算 .22. 导流隧洞的断面尺寸的计算 .22.1. 最大下泄流量的确定 .32.2. 泄放最大流量时隧洞流速的计算 .32.3. 隧洞过水断面面积的计算 .42.4. 隧洞断面型式、尺寸及布置 .43. 汛期大坝拦洪校核计算 .43.1. 梅雨汛期拦洪水位计算 .73.2. 临时挡水期大坝安全校核 .84. 围堰顶高程的计算 .85. 大坝各期工程量计算 .96. 施工机械

2、的生产率的计算 .107. 配套机械数量计算 .128. 隧洞开挖计算 .138.1. 崩落孔参数的计算 .138.2. 循环作业进尺计算 .148.3. 装载机生产率的计算 .158.4. 自卸汽车生产率的计算 .158.5. 总工期的计算 .151土石坝施工组织设计计算书1. 施工导流1.1. 导流标准根据土石坝属于 2 级建筑物，按导流建筑物级别划分选择导流建筑物的级别为 4；导流建筑物的设计洪水标准选定为洪水重现期 20 年，时间划分在 2011年 11 月至 2012 年 4 月，洪水的设计流量查该时段的设计流量取为 2940m/s。坝体施工期临时挡水标准选定为洪水重现期 100 年

3、，洪水的设计流 8290m/s。导流建筑物级别划分依据使用年限 导流建筑物规模级别 保护对象 失 事 后 果(年) 堰高 (m) 库容(108m3)3有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台(批)机组发电，造成重大灾害和损失3 50 1.04 1级、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程总工期及第一台(批)机组发电而造成较大经济损失1.53 1550 0.11.05 3级、4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台(批)机组发电影响不大，经济损失较小1.5 15 0.11.2. 估算粘土心墙达到的高程根据粘土心墙的高程假设为

4、拦洪高程。粘土心墙填筑的时间为 2011 年 12 月下旬至 2012 年 4 月末。有效工日=11+18+18+22+20=89d粘土心墙填筑上升速度每天 0.20.4m 确定，取每天 0.3 米。粘土心墙高度 0.38926.7hm拦洪高程 25H21.3. 拦洪水位的计算根据已定的拦洪坝高程扣除安全超高 23m，即为拦洪水位。=51.7-249mH拦 洪 水 位1.4. 拦洪库容的计算根据拦洪水位，在水位库容关系曲线上查出 49m 水位对应的库容为 2.6 亿 m。2. 导流隧洞的断面尺寸的计算在已知洪水过程线和上游拦洪水位的条件下，若求得隧洞泄水过程线，就得出相应于拦洪水位时的隧洞最大

5、下泄流量。为简化计算，曲线 AB 以直线代替，就可方便地计算出阴影部分面积所代表的库容 V，并与拦洪水位相应库容 V 比较，如 V=V，由 AB 直线段为所拟的隧洞泄水过程线，Q 泄 为所求隧洞的最大下泄流量。图 1 水库库容与下泄流量关系曲线根据上述方法，先设定 6 个下泄流量，作出向 A 点方向作三条直线，并与洪峰过程线相切，计算出相应的库容。表 1 按 1%频率曲线下泄流量与对应的库容下泄流量（m/s） 库容（亿 m）7110 0.865056.9 1.582901.5 2.512818.6 2.552155.4 2.881906.7 3.02根据下泄流量和库容的对应关系作出下泄流量与库

6、容关系曲线，如图所示；3图 2 下泄流量库容关系曲线下 泄 流 量 库 容 关 系 曲 线0100020003000400050006000700080000 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5库 容 （ 亿 m）下 泄 流 量 （ m/s)2.1. 最大下泄流量的确定根据拦洪水位相应库容 V=2.6 亿 ，在 QV 曲线上，找出相应的隧洞最3m大下泄流量为 =2750 。Q泄 3/s2.2. 泄放最大流量时隧洞流速的计算大坝拦洪时，隧洞泄放最大流量，一般为压力流，其流速按有压流公式计算：利用公式 计算 )(2)(2100pphHgmhgfVm=0.85；V 为洞里平均流速；H0为隧洞

7、进口计算水深（在洞线布置之前用拦洪水位代之） ； H0 =49mhp为隧洞出口底坎以上水深，在这里，可根据隧洞最大下泄量，从坝址水位流量关系曲线上查得； hp =32.1m。02().8529.1(432.)15./g ms最大下泄流量的确定根据拦洪水位相应库容 V=2.6 亿 ，在 QV 曲线上，找出相应的隧洞最3m大下泄流量为 =2750 。Q泄 3/s泄放最大流量时隧洞流速的确定 02().8529.1(42.)15./pVmgHhms42.3. 隧洞过水断面面积的计算利用公式 计算；VQW泄227501.4.m泄2.4. 隧洞断面型式、尺寸及布置考虑到地质条件的影响，隧洞断面采用城门洞

8、形。隧洞的布置形式如图所示；断面尺寸根据公式 W= 确定。28B217.41.98BmB 取值 11.3m。3. 汛期大坝拦洪校核计算根据已定的隧洞尺寸和泄流条件，经过调洪演算确定上游拦洪水位，以检查此时的坝面高程是否能安全拦洪。先假定几个隧洞下泄流量，分别计算出相应的上游水位。临界水深的计算通过作辅助图形，如图所示；图 3 求解临界水深曲线临 界 水 深0123456789100 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000A3/B水 深 h(m)5当隧洞通过的水流为明渠流时；假定隧洞下泄流量为（200 、 4003/sm、 600 800

9、）3/sm3/s3/sm利用公式 计算，可以在临界水深图形查出临界水深；2cAQgB表 2 明渠泄流时假设流量与下游水位表流量（m/s） 临界水深（m） 下游水深（m）200 3.6 3400 5.5 3.6600 7.3 4.1800 8.9 4.5判别出口流态，在假设的下泄流量条件下临界水深 hc下游水深 h 下 ；出口为自由出流，取 。2hc利用公式 计算；LiRCVg)(2121 为进口洞内水深； 为出口洞内水深；1h 2h为进口洞内流速； 为出口洞内流速；V V= ； 为平均谢才系数；2/)(1C，谢才系数，采用混凝土衬砌时 n=0.0146RnC为平均水力半径； 为隧洞长度，L=5

10、00m。L利用公式 计算进口落差；201VZg为流速系数，取 0.80.9 ；本次计算取 0.85为上游行进流速，当 时，流速水头很小，第二项可略去。0Vsm/0利用公式 计算上游水位1hZ上 进 口 坎 高 程 上综合上述三个公式得出计算结果如图所示；表 3 明渠泄流时上游水位计算表流量 Q（m/s）水深h2断面面积 A（m 2）流速 V(m3/s （m）RCh1（m）Z（m）上（m）6（m） )200 3.6 34.56 5.79 2.06 80.55 4.85 2.36 32.2400 5.5 52.8 7.58 2.56 83.56 7.10 4.05 36.2600 7.3 70.0

11、8 8.56 2.90 85.28 9.04 5.17 39.2800 8.9 85.44 9.36 3.12 86.34 10.79 6.18 42.0当隧洞通过的水流为有压流时；假定隧洞下泄流量为（1600 、 18003/sm、 2000 2200 ）3/sm3/s3/sm表 4 有压泄流时流量与对应下游水深关系表流量（m/s） 下游水位 h 下 (m) 有压流水深 h(m)1600 30.8 41.951800 31.1 41.952000 31.4 41.952200 31.6 41.95判别出口流态，在假设的下泄流量条件有压流水深 h下游水深 h 下 ；出口为自由出流。利用公式 计

12、算220(1)VHhiLgCR为出口计算水深，自由出流时 ，2h Dh85.020.85=.14.Dm为局部损失系数之和，进口采用喇叭口时 =0.25；整个隧洞取 =0.35 进，谢才系数，采用混凝土衬砌时 n=0.01461RnC； 2()9.68.313.A11662.9385.40CR利用 =进口坎高程+ 计算上0H综合上述公式得出计算结果如图所示；7表 5 有压泄流时上游水位计算表流量（m/s)下游水位（m）计算水深h2(m)断面面积（m 2)流速 V(m/s)H0(m) 上(m)1600 30.8 14.41 177.83 9.00 21.87 46.9 1800 31.1 14.4

13、1 177.83 10.12 23.85 48.9 2000 31.4 14.41 177.83 11.25 26.07 51.1 2200 31.6 14.41 177.83 12.37 28.52 53.5 将假定几个隧洞下泄流量及与之相应的上游水位，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段曲线，以代替半有压流曲线。如图所示；表 6 下泄流量与对应上游水位表下泄流量（m/s) 200 400 600 800 1600 1800 2000 2200上游水位(m) 32.2 36.2 39.2 42 46.9 48.9 51.1 53.5图 4 下泄流量与上游水位关系曲线

14、隧 洞 泄 水 能 力 曲 线0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.000 500 1000 1500 2000 2500下 泄 流 量 （ m/s)上 游 水 位 （ m)3.1. 梅雨汛期拦洪水位计算通过调洪运算，确定梅雨汛期拦洪水位采用简单图算法计算确定，根据坝体施工期临时挡水标准选定为洪水重现期 100 年，洪水的设计流 8290m/s；假定三条隧洞泄水过程线，求出相应的库容和下泄流量，根据在库容曲线上得出相应的上游水位。8表 7 假设下泄流量库容与对应上游水位关系表下泄流量 Q（m/s) 3813 2736 2073库容（亿 m） 2.42 2.75 2.9

15、5上游水位 H（m） 46 49 50在绘有隧洞泄流能力曲线的 QH 坐标图上，绘出相应的点 P1(Ql， H1)、 P2 (Q2， H2)、 P3(Q3， H3)，过 P1、 P2、 P3点绘曲线交隧洞泄流能力曲线于 P 点，则对应于 P 点的泄流量 Q 为拦洪时隧洞最大下泄流量，相应的水位 H 即为所求拦洪水位。如图所示；图 5 求解拦洪时隧洞最大下泄流量关系曲线上 游 水 位 与 下 泄 流 量 关 系 曲 线0.010.020.030.040.050.060.00 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500下 泄 流 量 （ m/s)上 游 水 位 （ m)在关系曲线上可以查得拦洪时隧洞最大下泄流量 =1900 ，拦洪水位maxQ3/sH=50m.3.2. 临时挡水期大坝安全校核根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前的大坝高程 与拦洪高程 H 进行1比较；有 ；大坝必须要加快施工进度达到 52m15.214850hH的高程才是安全的。4. 围堰顶高程的计算 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。假定三条隧洞泄水过程线，求出相应的库容和下泄流量，根据在库容曲线上得出相应的上游水位。