水利工程施工截流课程设计报告说明书.pdf

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1、专业资料 大渡河截流 课程设计说明书 姓名：坏痞乖男 专业资料 日期：2017年2月19日 目录 1、课程设计目的 .3 2 基本资料 .3 3、截流的水力计算 .5 3.1 计算步骤 .5 3.1.1 计算下游水位H下.5 3.1.2 戗堤顶部高程的确定 .5 3.1.3 戗堤高度、顶长与顶宽 .5 3.2 截流过程分析与水力计算 .7 3.3 合龙设计流量组成 .8 3.4 图解法 .9 4.流态判别 .13 4.1 求水深 .13 4.2 求断面平均流速 .13 5 截流过程的水力参数及抛投料的计算 .15 5.1 计算截流过程水力参数 .15 5.2 抛投料的计算 .16 5.2 抛投

2、料尺寸的计算 .16 5.3 抛投量计算 .17专业资料 水利工程施工课程设计说明书 1 课程设计目的 课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学知识，培养学生运用本课程的知 识解决实际问题的能力。本次课程设计的主要容是水利水电工程施工截流设计。2 基本资料 大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图 1。戗堤处水位 流量关系见表1和图2。戗堤端部边坡系数n=1.2，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5 截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为 26kN/m 3。该工程坝址处天 然水位流量关系见表1,施工导流采用左、右岸各布置一条导流隧洞导流，左、右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系

3、见表 2和图3。表 1 坝址处天然水位流量关系 流量（m3/s）250 317 410 500 1000 水位（m）952.15 952.71 953.48 954.00 955.87 1 L 3 g S S 蜃 *爭如 X 图 1 河床剖面图 V 先 till 专业资料 图 2 坝址处天然水位 一流量关系曲线 表 2 上游水位一导流隧洞泄流量关系 泄流流量（m3/s）0 150 300 410 800 1400 上游水位（m）953.00 955.40 957.03 958.00 960.66 964.12 上游 水 68（On）500 流量（吊 1000 1500 图 3 上游水位一导流隧

4、洞泄流量关系曲线 3、截流的水力计算 截流设计是施工导流设计重要组成部分，目前我国水利水电工程截流多采用 立堵截流，本次设计按立堵截流设计。其设计容分为：截流水力计算、截流水力 分区和备料量设计。高程 952m）0 200 400 流量 603/s)800 1000 1200 专业资料 截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采 用该时段一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段 10%20%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法，截流水力计算如下。3.1 计算步骤 3.1.1 计算下游水位 H 下 截流设计流

5、量Qo(270 3*1)273m3/s，计算时不考虑戗堤渗透流量和 上游槽蓄流量。根据坝址处天然水位与流量关系曲线，由插法可知，H下952.34m 3.1.2 戗堤顶部高程的确定 截流设计流量为273m3/s，对上游水位导流隧洞泄流量关系曲线使用插 法，可得设计流量对应水位高程为 956.74m，故取戗基高程为 957m。3.1.3 戗堤高度、顶长与顶宽 截流戗堤处河床底部高程为 951m，可求得戗堤的设计高度为 7m。若取河 谷两侧坡比为 1:1，由河谷在高程 957m 处宽度为 46.9m，可求得戗堤顶部长为 48.9m，计算时按约为 49m 进行计算，戗堤宽度取 20m。通过对表 3 进

6、行表上 作业，可得分流流量与上游水位关系曲线与龙口泄水曲线如图 4和图 5 所示。专业资料 表 3 水位与下泄流量跟龙口流量的关系 上游水位（m）设计流量（m3/s）下泄流量（m3/s）Qd 龙口流量 Qg 953 273 0.00 273.00 953.5 273 31.25 241.75 954 273 62.50 210.50 954.5 273 93.75 179.25 955 273 125.00 148.00 955.4 273 150.00 123.00 955.5 273.20 113.80 956 273 205.21 67.79 956.5 273 251.23 21.77

7、 956.74 273 273.00 0.00 图 4 上游水位与下泄流量关系曲线 0 00 50.00 100.00 150 00 200.00 250 00 iOO.OO 下i出疣虽Cm3/s)7 6 5 4 5 5 5 5 5 5 0養亠专业资料 gsj 0 00 50 00 100 GO 150 OU 24)0.00 2SO.OO W.tlO 龙匚流量 上游水位一龙口流量关系曲线 3.2 截流过程分析与水力计算 随着戗堤进占，河床断面不断束窄，上下游落差亦逐渐增大，其断面及流态 变化过程如下：1）梯形淹没流2）梯形非淹没流3）三角形淹没流4）三角形 非淹没流 梯形断面与三角形断面的分界

8、点的确定：HB 958-951 7m，即当龙口 宽度大于14m时为梯形断面，当龙口宽度小于14m时为三角形断面。由龙口泄 水能力计算按照宽顶堰公式计算:Q mBi2gH0.5 式中 m 流量系数 B龙口平均过水宽度 梯形断面：B B 2nHB nH0 三角形断面：B nH0 Ho龙口上游水头 7 6 S 4 5 5 S 5.9999 也圣蹈-M 1，为淹没流，m 3 1 3，为非淹没流,0.385 Q 1H；专业资料 梯形断面:三角形断面：H。Z上 Z底 nHB 0.5B n 其中：Z 龙口上下游水位差 HB-戗堤高度 n-戗堤端部边坡系数，取 n 1.0 Z 上-龙口上游水位 Z底-河道底板

9、高程 由连续程可得龙口流速计算公式为：Q Bh 淹没流时：h hs 对三角形断面:II 非淹没出流时:对于梯形断面:3.3 合龙设计流量组成 一般情况下，截流设计流量 Q0由四部分组成:Q0 Q Qd Qs Qac 式中：hs 龙口底板以上的下游水深 非淹没流时：h he 式中：he龙口断面的临界水深 I 即淹没出流时:对于梯形断面:h hs 0.5B。he 对三角形断面:专业资料 式中，Q龙口流量;Qd 分流量（分流建筑物过的流量）；Qs 戗堤渗透流量；Qac 上游河槽中的调蓄流量。由于不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量，则有：Qo Q Qd。联立上述程：即可得到龙口处水力参数变化规律。3.4

10、 图解法 分别取定龙口宽度为 B=6.5m，11.5m,16.5m，21.5m，26.5m，31.5m，36.5m，41.5m，46.5m时不同上游水位下的龙口泄流量和隧洞分流量。由截流 设计流量358m3/s，坝址处天然水位一流量关系曲线插得设计流量下的坝址处天 然水位为952.34m，设计中截流设计流量为定值，故认为下游水位不变。龙口 泄流量计算结果见附录（附表 4到附表12）。表 4 B=46.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 46.5 0 1.34 0.00 0.000 31.308 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 31.308 131.33

11、 1 2.34 0.43 0.385 31.572 192.63 1.5 2.84 0.53 0.385 31.972 260.82 2 3.34 0.60 0.385 32.372 336.81 2.5 3.84 0.65 0.385 32.773 420.34 3 4.34 0.69 0.385 33.511.21 3.5 4.84 0.72 0.385 33.573 609.32 4 5.34 0.75 0.385 33.973 714.55 表 5 B=41.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 41.5 0 1.34 0 0.000 26.608 0.00 专业

12、资料 0.5 1.84 0.27 0.380 26.608 111.62 1 2.34 0.43 0.385 26.608.34 1.5 3.84 0.39 0.385 27.808 356.66 专业资料 2 3.34 0.60 0.385 26.608 276.83 2.5 3.84 0.65 0.385 26.608 341.27 3 4.34 0.69 0.385 26.608 410.05 3.5 4.84 0.72 0.385 26.608 482.91 4 5.34 0.75 0.385 26.608 559.65 表 6 B=36.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0

13、m B Qg 36.5 0 1.34 0.00 0 21.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.38 21.31 89.38 1 2.34 0.43 0.385 21.57 131.62 1.5 2.84 0.53 0.385 21.97 179.24 2 3.34 0.60 0.385 22.37 232.77 2.5 4.84 0.52 0.385 23.57 427.82 3 4.34 0.69 0.385 23.17 357.11 3.5 4.84 0.72 0.385 23.57 427.82 4 5.34 0.75 0.385 23.97 504.22 表 7 B=31.

14、5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 31.5 0 1.34 0.00 0.000 16.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 16.31 68.41 1 2.34 0.43 0.385 16.57 101.11 1.5 2.84 0.53 0.385 16.97.46 2 3.34 0.60 0.385 17.37.75 2.5 3.84 0.65 0.385 17.77 227.95 3 4.34 0.69 0.385 18.17 280.05 3.5 4.84 0.72 0.385 18.57 337.08 4 5.34 0.75 0.385 18

15、.97 399.05 表 8 B=26.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 26.5 0 1.34 0.00 0.000 11.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 11.31 47.44 1 2.34 0.43 0.385 11.57 70.60 1.5 2.84 0.53 0.385 11.97 97.67 2 3.34 0.60 0.385 12.37 128.73 2.5 3.84 0.65 0.385 12.77 163.82 专业资料 3 4.34 0.69 0.385 13.17 203.00 3.5 4.84 0.72 0.385 13

16、.57 246.33 4 5.34 0.75 0.385 13.97 293.89 表 9 B=21.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 21.5 0 1.34 0.00 0.000 6.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 6.31 26.46 1 2.34 0.43 0.385 6.57 40.10 1.5 2.84 0.53 0.385 6.97 56.88 2 3.34 0.60 0.385 7.37 76.70 2.5 3.84 0.65 0.385 7.77 99.69 3 4.34 0.69 0.385 8.17 125.95 3.5 4

17、.84 0.72 0.385 8.57 155.59 4 5.34 0.75 0.385 8.97.72 表 10 B=16.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 16.5 0 1.215 0.00 0.000 1.608 0.000 0.5 1.715 0.29 0.383 1.608 6.116 1 2.215 0.45 0.385 2.233 12.547 1.5 2.715 0.55 0.385 2.737 20.870 2 3.215 0.62 0.385 3.241 31.846 2.5 3.715 0.67 0.385 3.745 45.708 3 4.21

18、5 0.71 0.385 4.249 62.675 3.5 4.715 0.74 0.385 4.753 82.947 4 5.215 0.77 0.385 5.257 106.717 表 11 B=11.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 11.5 1 0.132 7.595 0.385 0.0.011 1.5 0.632 2.375 0.385 0.637 0.545 2 1.132 1.767 0.385 1.141 2.341 2.5 1.632 1.532 0.385 1.645 5.844 3 2.132 1.407 0.385 2.149 11.400 3

19、.5 2.632 1.330 0.385 2.653 19.305 4 3.132 1.277 0.385 3.157 29.822 4.5 3.632 1.239 0.385 3.661 43.专业资料 表 12 B=6.5m 流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 6.5 3 0.62.069 0.385 0.049 0.001 3.5 0.548 6.383 0.385 0.553 0.383 4 1.3.816 0.385 1.1.934 4.5 1.548 2.906 0.385 1.561 5.126 由计算结果绘制不同宽度时上游水位与龙口泄流量关系曲线和龙口泄流量

20、与上游水位关系曲线，曲线交点即为龙口在各宽度时的上游水位和泄流量,从上图可看出，当戗堤宽度较大时，上游水位较低，龙口泄流量较大。龙口宽度减小，上游水位逐渐增高，龙口泄流量逐渐减小。当龙口宽度为 上游来流全部经由导流隧洞泄流。根据图表数据求出各交点，结果见下表:龙口宽度 B 龙口泄流量 Qd 上游水位 H 46.5 233.5 953.63 41.5 222.3 953.81 36.5 204.8 954.09 31.5.8 954.4 26.5 160.5 954.8 如下:随着 0时,-11 一如 5 图 6:龙口流量与上游水位的关系 B-41.5 -B-21.5 1=11.5 E G.5

21、QZ v 专业资料 21.5 126.4 955.35 16.5 82.7 955.84 11.5 31 956.4 6.5 4.13 956.69 表 13 不同龙口宽度下的上游水位和龙口泄 出流量 由上表中可看出，当龙口宽度为 46.5m时，龙口泄流量小于设计流量，这 是因为在截流水力计算中没有考虑戗堤的渗流和上游河床的调蓄流量，实际情况 应当是龙口宽度为0时导流隧洞泄流量小于设计流量 358m3/s。4.流态判别 4.1 求水深 由表13中计算结果，判断不同宽度下水流流态及堰流类型，并求相应龙口 断面水深。计算表及结果见下表：表 14 不同宽度下的流态及水深 B Z H0 Z/H0 液态

22、 断面类型 h 46.5 1.29 2.63 0.49 非淹没流 梯形 1.754 41.5 1.47 2.81 0.52 非淹没流 梯形 1.874 36.5 1.75 3.09 0.57 非淹没流 梯形 2.060 31.5 2.06 3.4 0.61 非淹没流 梯形 2.267 26.5 2.46 3.8 0.65 非淹没流 梯形 2.534 21.5 3.01 4.35 0.69 非淹没流 梯形 2.901 16.5 3.5 4.72 0.74 非淹没流 三角形 3.961 11.5 4.06 3.19 1.27 非淹没流 三角形 2.681 6.5 4.35 1.40 3.11 非淹

23、没流 三角形 1.175 专业资料 4.2 求断面平均流速 导截流工程中确定材料用料及用量时首先要计算戗堤龙口处的断面流速，龙 口流速计算公式为:Q Bh 专业资料 式中，h为龙口计算断面水深，根据设计截流法、断面类型、出流类型根据 规求得。B为过水断面平均宽度，按如下法计算。当断面为梯形时，B B 2nHB nH。，Ho Z上Z堰 当断面为三角形是，B nH。，Ho Z上Z堰（nHB 0.5B）/n HB为戗堤高度（7m），n为戗堤端部边坡系数（n取1.0）。（1）梯形断面淹没流，h hs，由于进占过程中，龙口底部高程不变，hs为 常数。（2）梯形断面非淹没流，h hc，hc按下式计算,2

24、Q(B nhc)3 3 gB hc 式中，n戗堤端部边坡系数;计算断面动能修正系数，常取 1.0计算 按上式计算hc需要进行试算。有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深 代替梯形断面临界水深，此时 （3）三角形断面淹没流，h hs hs（4）三角形断面非淹没流，h hc 表 15 戗堤各宽度下龙口流速hc(啤 n g 1)5 专业资料 龙口宽度 B 龙口泄流量 c Qd h B V 46.5 233.5 1.754 31.804 4.41.5 222.3 1.874 26.948 4.403 36.5 204.8 2.060 22.172 4.483 31.5.8 2.267 17.420 4

25、.705 26.5 160.5 2.534 12.741 4.972 21.5 126.4 2.901 8.5.327 16.5 82.7 3.961 4.753 4.392 11.5 31 2.681 3.218 3.593 6.5 4.13 1.175 1.410 2.494 由上表中数据可知，龙口合拢过程中龙口流速变化先增大后减小。最大流速约 为 5.327m/s。5 截流过程的水力参数及抛投料的计算 5.1 计算截流过程水力参数 根据表18中结果列表计算龙口流速、单宽流量变化过程如下表所示:表 19 截流过程水力参数计算表 B 上下游落差 Z V 46.5 1.29 4.41.5 1.

26、47 4.403 36.5 1.75 4.483 31.5 2.06 4.705 26.5 2.46 4.972 21.5 3.01 5.327 16.5 3.5 4.392 11.5 4.06 3.593 6.5 4.35 2.494 由表19中数据可绘制龙口诸水力参数变化规律如下图:专业资料 图 7 龙口诸水力参数变化规律图 5.2 抛投料的计算 抛投料计算主要为抛投块尺寸的计算以及抛投量的计算。5.2 抛投料尺寸的计算 抛投料尺寸计算采用伊兹巴公式，即 式中，V为水流流速，m/s；k为综合稳定系数；0.9 2 g为重力加速度，m/s；s为块容重，kN/m 3；为水容重，kN/m 3；d为

27、块折算成球体的化引直径，m。其中v为水流流速，m/s;K为综合稳定系数；其中混凝土四体取0.68-0.72，混凝土立体取0.76-0.80，块取0.9；g为重力加速度，取9.8m/s2;1为块的容重，取26kN/m3；为水的容重，取9.8kN/m3；D为块折算成球体的化引直径，m。根据伊兹巴公式求得各流速下的抛投料尺寸如下表:表 20 各龙口宽度下抛投块粒径 B V 粒径 d fi.OW z 4.000 2.0CHJ 1.000 0 DOO 10 40 专业资料 46.5 4.0.668 41.5 4.403 0.739 36.5 4.483 0.766 31.5 4.705 0.843 26

28、.5 4.972 0.942 21.5 5.327 1.16.5 4.392 0.735 11.5 3.593 0.492 6.5 2.494 0.237 5.3 抛投量计算 由水利水电工程施工组织设计手册第 542 页，由上表中求得的截流过程流速 及相应的抛投料粒径，根据粒径进行将龙口分为龙口I区、龙口n区和龙口川区，材料备料 系数为 1.1,龙口流速系数为 1.3,立堵法截流材料数量计算如下:式中：W:戗堤体积,B:龙口平均宽度,:戗堤断面积,2 m2)H B bHB 式中：m1 m2:上下游边坡系数；HB：戗堤高度，m；0 600 U 200 图 8 戗堤顶部高程宽度与块体粒径的关系 专

29、业资料 b:戗堤顶宽，m 由以上公式计算得 W=31.804*（0.5*2.4*49+25*7）=7435.8 进占分区和预计抛投工程量如下表所示：区段 口门宽度 进占长度 平均流速 预计抛投工程 量（m3）储存备用工程 量（m3）龙口 1 区 31.5 46.5 15 4.483 4.2927.5 3513.0 龙口 2 区 16.5 31.5 15 4.392 5.327 2927.5 3513.0 龙口 3 区 0 16.5 16.5 0 4.392 1580.8 1896.9 合计 46.5 7435.8 8922.9 表 21 截流戗堤进占分区表 区段 口门宽度 进占长度 渣 中 大

30、 特大 人工抛投 体 合计 龙口 1 区 31.5 46.5 15 1024.6 731.88 878.25 146.38 146.38 2927.5 龙口 2 区 16.531.5 15 585.5 731.88 1024.6 292.75 292.75 2927.5 龙口 3 区 0 16.5 16.5 553.28 395.2 474.24 79.04 79.04 1580.8 表 22 截流戗堤所需抛投物料数量表 5 小结 本次施工截流采用单戗进占的式，从左岸开始施工，最大流速为 5.327m/s，总共分为三 个区，为满足可使 3 辆自卸汽车同时工作，自卸汽车宽度为 3.5m 左右，安全间距 1m,戗 堤宽度取 20m，预计抛投工程量为 7435.8m3，材料备料系数为 1.1,储存备用工程量位 8922.9（m3）