水利工程施工组织设计计算书(共21页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上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月专心-专注-专业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2940m³/s。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8290m³/s。导流建筑物级别划分依据级别保护对象失 事 后 果使用年限导流建筑物规模(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>1.041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1.5315500.11.053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。粘土心墙高度拦洪高程1.3. 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。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m³。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（m³/s）库容（亿m³）71100.865056.91.582901.52.512818.62.552155.42.881906.73.02根据下泄流量和库容的对应关系作出下泄流量与库容关系曲线，如图所示；图2 下泄流量库容关系曲线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，找出相应的隧洞最大下泄流量为=2750。2.2. 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 m=0.85；V为洞里平均流速；H0为隧洞进口计算水深（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。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，找出相应的隧洞最大下泄流量为=2750。泄放最大流量时隧洞流速的确定2.3. 隧洞过水断面面积的计算利用公式计算；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形。隧洞的布置形式如图所示；断面尺寸根据公式W=确定。B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 求解临界水深曲线当隧洞通过的水流为明渠流时；假定隧洞下泄流量为（200、 400 、 600 800）利用公式计算，可以在临界水深图形查出临界水深；表2 明渠泄流时假设流量与下游水位表流量（m³/s）临界水深（m）下游水深（m）2003.634005.53.66007.34.18008.94.5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。利用公式计算；为进口洞内水深； 为出口洞内水深；为进口洞内流速； 为出口洞内流速；=； 为平均谢才系数；，谢才系数，采用混凝土衬砌时n=0.014 为平均水力半径； 为隧洞长度，L=500m。利用公式计算进口落差；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。利用公式计算上游水位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（m³/s）水深h2（m）断面面积A（m2）流速V(m3/s)（m）Ch1（m）Z（m）上（m）2003.634.565.792.0680.554.852.3632.24005.552.87.582.5683.567.104.0536.26007.370.088.562.9085.289.045.1739.28008.985.449.363.1286.3410.796.1842.0当隧洞通过的水流为有压流时；假定隧洞下泄流量为（1600、 1800 、 2000 2200）表4 有压泄流时流量与对应下游水深关系表流量（m³/s）下游水位h下 (m)有压流水深h(m)160030.841.95180031.141.95200031.441.95220031.641.95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。利用公式计算为出口计算水深，自由出流时，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，谢才系数，采用混凝土衬砌时n=0.014； 利用=进口坎高程+计算综合上述公式得出计算结果如图所示；表 5有压泄流时上游水位计算表流量（m³/s)下游水位（m）计算水深h2(m)断面面积（m2)流速V(m/s)H0(m)上(m)160030.814.41177.839.00 21.87 46.9 180031.114.41177.8310.12 23.85 48.9 200031.414.41177.8311.25 26.07 51.1 220031.614.41177.8312.37 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（m³/s)2004006008001600180020002200上游水位(m)32.236.239.24246.948.951.153.5图4 下泄流量与上游水位关系曲线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8290m³/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。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（m³/s)381327362073库容（亿m³）2.422.752.95上游水位H（m）464950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H=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进行比较；有；大坝必须要加快施工进度达到52m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。表8 求解上游围堰时假设的隧洞下泄流量库容及对应上游水位表下泄流量Q（m³/s)1352970735库容（亿m³）0.860.981.05上游水位H（m）3536.537.5在绘有隧洞泄流能力曲线的QH坐标图上，绘出相应的三个点的坐标并连成一条线，如图所示；图6 求解围堰水位与下泄流量关系曲线上游水位H=39m, 下泄流量Q=580m³/s上游围堰高程上围 =39+2=41m下游围堰的顶高程=下游水位+超高，下游水位是发生设计洪峰流量、隧洞下泄最大流量时的下游水位。下泄流量Q=580m³/s时，下游水位H=29.1m=29.1+2=31.1m5. 大坝各期工程量计算根据大坝分期按公式计算（梯形河谷适用）各期工程量。为计算部分坝体工程量，m3； 为计算部分坝体顶部长度，m；为计算部分坝体高度，m； 为计算部分坝体顶宽，m；为计算部分坝体底部长度，m； m1、m2分别为计算部分坝体上、下游边坡。第期； 填筑围堰高程第期；时间为2011年11月至12月中旬进行坝基的排水、基础开挖及基础的处理。12月中旬至2012年4月末抢筑主体工程至拦洪水位。（由于按照正常施工不能满足拦洪水位的标准，采用调整后的有效工日计算，采用临时断面拦洪），拦洪高程取为安全值52m。调整后的有效工日为124天。第期；在拦洪期后至2013年12月末填筑坝体至80米的高程以保证发电的需要。第期； 2014年年末完成填筑坝体全部工程。填筑分期如图所示；图7 施工分期图6. 施工机械的生产率的计算砂砾坝壳施工机械的生产率用计算法确定。周期运行机械(正向铲挖、自卸汽车等)生产率；生产率（以坝上压实方为标准）利用公式计算 为土斗或车箱几何容积m3 每分钟循环次数土斗或车箱的充盈系数 石料松散影响系数为时间利用系数 考虑机械联合作业时间影响系数正向铲挖参数的选择如下； 取4 m3，取0.95， 取0.75，取0.9，自卸汽车参数的选择如下； 取11.7 m3，取1， 取0.75，取0.9， n为挖土机装满一车的斗数，取4；t为挖土机循环工作时间，取25s； L为转角或运距,5；V为转速或平均车速，对于自卸汽车采用2025kmh，取25kmh。利用公式计算碾压机械生产率；V为碾压机械开行速度，m/h，按表24采用；取1500B为滚筒长度，m，按表24选用；取2.0mC为搭接宽度，羊足碾、振动碾用0.2m；h为铺土厚度，m，按表24采用；取0.8mn为压实遍数，按表24选用；取6Kt为时间利用系数，可取0.50.7；取0.6Kp为体积换算系数， 砂石料施工机械台数的确定利用公式计算Q大为各期最大施工强度，m3/d； n为采用班制，采用12台班/d；取2P为所选机械的台班生产率，m3/h； 取2台； 取36台 取7台 取3台7. 配套机械数量计算在机械化作业组织中，为充分发挥配套机械中主要机械的作用，必须使配备的次要机械生产率略大于主要机械的生产率。汽车容量 应复核挖掘机的装车斗数m。汽车容量太大，汽车停时太长；汽车容量太小，则调车频繁、挖土机效率低。m的合理范围为35（汽车运距为1km以内时）。利用公式计算Q为自卸汽车的载重量，t；取20tq为选定挖掘机的斗容量，m3；取4为料场土料的天然容重，t/ m3；取1.9t/ m3为土料的松散影响系数，表示挖土前原状土与挖土后松土体积的比值；取0.95为挖掘机土斗充盈系数。取0.89在合理范围为35一台挖土机正常工作时，配合的汽车数n；利用公式计算确定 n为挖土机装满一车的斗数，取4；t为挖土机循环工作时间，取25s； L为转角或运距,5；V为转速或平均车速，对于自卸汽车采用2025kmh，取25kmh。 取17台8. 隧洞开挖计算8.1. 崩落孔参数的计算利用公式计算，为单位长度炮眼的装药量表9 单位长度装药量表(kgm)药卷直径炸药密度 32mm34mm40mm45mm 1.01.3(克毫升) 0.70.9 1.01.1 1.31.4 1.651.75为炮眼的装药系数；本设计中一般药孔=0.63，掏槽药孔=0.72；N1为掏槽孔的数量为炮眼利用系数，取0.9；K为单位挖方耗药量。K值与炸药种类、岩石性质、炮眼种类有关，可以根据定额或现场试验测定结果确定，本设计按表选用。查得k=90kg/100m³隧洞开挖炸药消耗定额表(平洞：kg100m3)岩石级别S=30-50(m2)S=50-100(m2)S>100(m2)81.875.268.l92.484.68lX10294.69011310599 取139炮孔的总数为8.2. 循环作业进尺计算 先选择循环作业时间（8-16h），减去循环中固定的作业时间，余下的即为钻孔，出渣时间：这段时间越长，钻孔总深度和出渣量越大，进尺也越大。但过深的钻孔深度往往会降低爆破效果。循环作业进尺利用公式计算t循为作业循环时间，本设计采取用12h；ti为循环中固定的作业时间之和；为出渣与钻孔顺序进行的时间搭接系数(01)，=0时，出渣与钻孔全部平行进行，=1时，出渣与钻孔顺序进行；本工程中出渣与钻孔顺序进行，取=1t钻为单位进尺的钻孔时间，利用公式计算n为工作面上钻机台数，视工作面的大小而定，一台钻机的合适工作面面积为35m2；工作面积取4， ，取52台V为钻孔速度，按表27选用；V取3.8m/h风钻钻进速度参考表f值891011钻速(m/h)64.53.83.0为炮眼利用系数，采用0.9；t出渣为单位进尺的出渣时间，利用公式计算S为开挖面积；P为装渣机械的生产率（实方小时）。 采用上述计算石料挖运设备生产率的公式计算； 8.3. 装载机生产率的计算取1.7 m3，取为2，取0.75，取0.75，取0.98.4. 自卸汽车生产率的计算取6m3， 取1，取0.75，取0.9隧洞的长度为500m,出洞口卸渣距洞口300m，两个断面开挖，因此取L=0.125km，自卸汽车的运输速度取为20km/h8.5. 总工期的计算利用公式计算为隧洞全长；500mL为每循环进尺；2.4为工作面数，本设计=2；为每天循环次数。=2考虑施工的不均匀影响应乘以1.5的系数。9. 附表附表1 各月最大瞬时流量（m3/s） 月份频率123456789101112全年1%18601670244037805530829050607550484023953065207082902%16801330219033004920746043506350384020202500178074605%150011401920280032506150338047403350154017701195615010%9309401250200027004990266033902710116012308234990附表2 各时段设计流量（m3/s）时段1%2%5%10%20%9.13.11474041903450287022609.14.305000446037403160251010.14.304620355029502460195011.13.313020266021801810141011.14.30402035602940245019203.155.1551504570388033202740附表3 典型年逐月平均流量（m3/s）月份123456789101112全年平水年(50%)19.880.071.886.3122.5277134.892.873.791.723.927.689.8丰水年(1%)28.075.489.913448952927610318291.840.732.7172.6枯水年(80%)11.513.961.081.7114163102.488.972.971.81715.367.8附表4 开挖机械的充盈系数表机械名称坚硬土一般土壤砂砾石渣石渣(含大石块)装载机推土机铲运机挖土机0.60.70.60.751.01.10.70.90.71.00.80.90.91.00.60.70.50.90.91.00.70.80.40.60.60.750.40.5注：如用公式(10)计算汽车生产率时，充盈系数近似取l。附表5 施工机械时间利用系数表管理条件施工条件 优良良好中等较差优良良好中等较差0.840.780.720.630.8l0.750.690.6l0.760.7l0.650.570.700.650.600.52施工条件指地形、天气、施工工作面、地表排水、施工方法、程序、工程规模等。管理条件：计算管理好坏、操作人员水平、机械化等情况等。本设计中的施工条件，管理水平均可选良好。 附表6 土壤体积换算系数表土方类型计算条件自然方松散方压实方粘土普通土砂砾爆破石渣压实方压实方压实方压实方1.111.111.050.771.411.391.181.151.001.001.001.00附表7 正向铲循环时问表土斗容量(m3)l234时间(秒)1628182818282030注：表中数据为理想作业条件下的循环时间（转角90°，最优掌子高度）。选用时可根据实际情况选用并修正修正系数取0.91.26。附表8 压实参考表计算参数羊足碾气胎碾振动碾夯 板滚筒长度(m)碾压速度(mh)辅土厚度(m)碾压遍数2.0930000.20163.021000.30122.015000.8061.5m×1.5m817次分0.806 1.挖掘机挖装土自卸汽车运输每增运一公里每增运一公里每增运一公里每增运一公里台班台班产量台班台班台班产量台班台班台班产量台班台班台班产量台班挖掘机0.2600.2843.763.520.1620.1586.176.310.1240.128.078.350.1050.109.5210.0推土机80马力0.130.1420.080.0790.060.060.0530.05自卸汽车25吨2652410.380.420.640.96自卸汽车5吨1.871.730.540.570.430.701.740.580.43自卸汽车65吨1.551.410.650.710.350.511.470.580.351.420.700.351.340.750.35自卸汽车8吨1.401.270.710.790.310.471.320.140.760.880.320.431.281.150.780.810.320.431.261.100.790.910.320.45自卸汽车10吨1.321.120.760.890.270.411.211.030.830.970.310.3851.871.000.851.000.270.411.160.970.8651.030.270.406自卸汽车12吨1.031.010.810.890.260.351.120.940.891.060.280.341.080.880.931.130.260.361.060.850.941.180.260.347自卸汽车15吨1.070.920.941.090.210.300.980.841.021.190.210.300.970.971.031.230.210.310.930.761.081.320.210.304自卸汽车20吨0.790.681.271.470.160.270.770.631.301.600.160.230.750.501.331.660.160.23自卸汽车32吨0.571.750.110.550.361.822.780.110.1670.540.3391.852.950.111.07台班台班产量0.1540.1256.508.00定额43.128.78.54119771979单位100m3(自然方)附表9运距一公里1M3项目2M33M34M3运距一公里运距一公里运距一公里注：1.本定额适用于三类土，挖装运-类土时，台班定额系数0.88，台班产量乘1.66，类土台班费定额乘1.15，台班产量乘0.87 2.自卸汽车只能选其中一种。斗轮挖掘机（400-700M3/时）项目-2.斗轮挖掘机挖土单位100m3(自然方)3.钻孔机械台班进尺统计表单位：米/台班项目170型潜孔钻150潜孔钻100型潜孔钻手风钻备注