毕业设计水利综合枢纽工程计算书secretWord文件下载.docx
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18
20
2.1.2粘土填筑
19
16
22
2.1.3砂砾料开采与填筑
日历天
21
24
2.1.4混凝土浇筑
2.1.5隧洞开挖
23
25
三、坝体工程量计算
用公式V=
进行计算。
式中:
V—计算部分坝体工程量(m3);
L—计算部分坝体顶部长度(m);
顶部宽度L由坝体平面布置图相应高程丈量平均而得;
H—计算部分坝体高度(m);
b—计算部分坝体宽度(m);
计算部分顶部宽度b由坝体剖面图中顶宽、边坡、马道计算而得(上、下游的马道宽度取2.5m);
l—计算部分坝体底部长度(m);
计算部分底部宽度l由坝体平面布置图相应高程丈量平均而得。
m1、m2—分别为计算部分坝体上、下边坡。
相应的工程量计算见下表。
3.1坝体相应层的总方量
高程
H
L
B
m1
m2
l
V(m3)
顶
底
105
76
29
370
2.5
2.25
302
745921.08
50
26
152.75
2.75
236
1526154.50
24.5
25.5
294.25
100
1532263.13
合计(m3)
3804338.71
注:
基岩底面高程为24.5m是根据剖面图中上游底高程24.0m与下游底面高程25.0m的平均值。
3.2粘土相应层方量
b
0.2
0.25
139387.05
21.05
186465.50
32.75
161564.18
合计(m3)
487416.73
3.3砂砾料相应层方量
每层砂石料方量等于相应的坝体总方量减去粘土方量,见下表。
高程
坝体总方量(m3)
粘土方量(m3)
砂砾料方量(m3)
745921.08
139387.05
606534.03
1526154.50
186465.50
1339689.00
1532263.13
161564.18
1370698.95
合计
3804338.71
486342.28
3317996.43
3.4H~V图
四、施工导流计算
4.1导流标准
本工程大坝属二级建筑物,根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ338-89)的规定,查(表9)导流建筑物级别的划分得,相应导流建筑物为级别为Ⅳ级。
4.1.1洪水标准确定
综合考虑经济及工期因素,拟定导流建筑物为隧洞导流,土石围堰挡水。
由于导流建筑物的设计洪水标准是根据导流建筑物的级别(属Ⅳ级)和类型,查导流建筑物的洪水划分(表9*)标准表,洪水重现期为20~10年,取洪水重现期为20年,即导流的洪水频率P=5%。
4.1.2坝体临时挡水渡汛
由毕业指导书已知条件,经确定围堰的设计标准为5%频率,并考虑施工时段为10.1~4.30,查表2得,其设计流量为2950m3/s,由设计流量为2950m3/s查坝址水位流量关系曲线图,对应的上游水位为32.45m;
再查水库库容曲线图,对应的库容为54.1×
106m3,根据坝型及拦洪库容查表10,得坝体施工期临时渡汛洪水标准为100~50年,为了安全起见,取渡汛洪水标准为100年,P=1%。
4.1.3隧洞封堵后,大坝进入施工运行期,坝体渡汛按表10*标准查得,大坝级别为Ⅱ级。
该土石坝的设计渡汛标准为P=1%~0.5%,校核标准为P=0.2%~0.5%。
取设计渡汛标准和校核标准为P=0.5%。
4.1.4水库蓄水标准:
采用80%保证率作为水库的蓄水标准。
4.2施工导流方案和大坝施工分期,根据施工单位能力,粗定大坝施工控制进度
4.2.1施工导流方式
坝址处河床狭窄,根据选坝阶段,对枢纽施工导流进行多方案比较,采用“土石围堰断流,隧洞导流”方式进行。
并从经济方面考虑,上、下游围堰与坝体相结合。
根据本工程水文特性,非汛期由围堰挡水,导流洞过水,汛期将围堰加高至一定高程作为坝体,由坝体挡水,导流隧洞导流。
4.2.2大坝导流方案
根据导流形式,结合施工控制性进度安排,大坝工程导流方案及施工期临时渡汛方案可分以下几个阶段:
第一阶段:
XX年1月~XX年9月31日为导流洞及准备施工阶段,主要进行导流隧洞工程施工,并做好截流准备工作。
此阶段主要由原河道过流。
第二阶段:
XX年10月1日~XX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:
XX年5月1日~XX年3月31日,为大坝填筑期。
主要工作为大坝填筑。
第四阶段:
XX年4月1日~XX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。
4.2.3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XX年10月初,拦洪时间定于XX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XX年10月至XX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:
20+22+22+15+15+19+17-10-10-40+8=78天。
按粘土心墙填筑上升速度平均每天0.35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×
0.35=51.3m。
即在汛期来之前的拦洪坝高为51.3m。
4.2.4大坝各期工程量确定
第一期:
导流洞工程;
部分围堰方量暂定为150000m3
第二期:
若按填筑到51.3m全断面拦洪,进行校核,查图H~V得,其砂砾料的方量约为1550000m3,由于本工程施工单位最大施工能力为10000m3,砂砾料填筑的有效工日仅为:
22+24+24+18+18+20+18=144天,故不能满足全断面填筑施工要求,故拦洪采用临时断面拦洪。
断面如下:
上游围堰V1部分:
底边长度l=100m顶边长度L=210m;
m1=2.5;
m2=3.5;
砂砾料断面面积S=788.52m2,粘土断面面积S'=75.48m2,(面积有CAD求得)
砂砾料方量V1=1/2(210+100)×
788.52=122221m3;
(其中约50000在截流后施工,属于第二期工程)
粘土方量V1'=1/2(210+100)×
75.48=11699m3;
(其中约5000在截流后施工,属于第二期工程)
V2部分:
底边长度l=100m顶边长度L=240m砂砾料断面面积S=4820.6m2,粘土断面面积S'=1020.6m2,(面积有CAD求得)
砂砾料方量V2=1/2(240+100)×
4820.6=819502m3;
粘土方量V2'=1/2(240+100)×
1020.6=173502m3;
临时断面修筑时间在XX年10月1~XX年4月30日有效工日144天
平均施工强度Q平=V/T。
其中此段时间需完成的砂砾料方量:
V=819502+50000=869502m3;
∴Q平=869502/144=6038.2m3/d
Q大=1.5Q平=1.5×
6038.2=9057.3m3/d<10000m3/d
因此满足施工要求,按该临时断面在XX年4月30日前,能将大坝施工至51.3m高程满足拦洪要求。
4.2.5、计算大坝各期平均施工强度
第一期围堰修筑:
计划在XX年8月开始,至XX年9月31日结束,总有效工日为22+20=42天。
上游围堰V1=122221m3;
下游围堰V=1/2(210+100)×
176=27280
Q平=(上游围堰V1+下游围堰V-50000)/T=(122221+27280-50000)/42=2369.1m3
2369.1=3553.6m3/d<10000m3/d
粘土方量约为V1'=1/2(210+100)×
75.48-5000+4000=10699m3;
(下游围堰的粘土估算为4000m3)
第二期 临时断面修筑:
XX年10月1日~XX年4月30日,有效工日144天,平均施工强度Q平=V/T。
因此,满足施工要求。
1020.6+5000=173502+5000=178502m3;
第三期:
计划在XX年5月1日至XX年3月31结束,共计有效工日474天。
根据本工程其它工程安排情况,第三期应到填筑到86.0m高程,此高程查图H~V图得相应的砂壳方量为2952300m3,则:
V=(2954200-122221-819502)/474=4245.7m3
4245.7=6368.6m3/d<10000m3/d
粘土方量V3'=1/2(240+320)×
843.5=236180m3;
第四期:
计划在XX年4月1日至XX年12月31结束,共计有效工日190天。
相应的剩余方量为3317996-2954200=363796m3。
V=363796/190=1914.7m3
1914.7=2872.1m3/d<10000m3/d
粘土方量V4'=486342.28-236180-173502=76660m3;
4.2.6确定封孔蓄水及发电日期
根据要求,本工程发电日期为XX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。
1、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×
106m3。
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:
蓄水时段
80%来水量
(m3/s)
当期来水量
(m3)
累计来水量
差额
9.30~9.1
72.9
188956800
1281043200
8.31~8.1
88.9
238109760
427066560
1042933440
7.31~7.1
102.4
274268160
701334720
768665280
6.30~6.1
163
422496000
1123830720
346169280
5.31~5.1
114
305337600
1429168320
40831680
4.30~4.24
81.7
42353280
1471521600
-1521600
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:
水位
(m)
4.24~4.30
32.92
5.1~5.31
347690880
52.35
6.1~6.30
770186880
65.70
7.1~7.31
1044455040
71.98
8.1~8.31
1282564800
76.66
9.1~9.30
80.00
2、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
当月来水量
库水位
坝面高程
4月
134
69465600
34.6
88
5月
489
1309737600
1379203200
78.4
92
6月
529
1371168000
2750371200
>94
7月
276
143078400
2893449600
8月
103
275875200
3169324800
9月
182
471744000
3641068800
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。
4.3导流工程规划布置
4.3.1拦洪水位
根据前述,已定的拦洪坝高为51.3米,扣除安全超高2.0米后,即拦洪水位等于51.3-2.0=49.3米。
4.3.2隧洞断面尺寸的确定
1、隧洞最大下泄流量
根据汛期时水库拦洪水位49.3米,查水库库容曲线,得此时的水库库容为282×
106m3,在0.1~1.0亿立方米之间,采用100年一遇洪水标准,频率P=0.1%,查各月最大瞬间流量(表一)得其设计洪水流量为8290m3/s。
根据洪水单位过程线,在估计所求B点附近,任意选定B1、B2、B3、B4点,通过B1、B2、B3、B4向A点方向作四条直线,并与洪峰过程线相切。
如下图:
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(106m3)
164.19
204.55
241.76
290.47
下泄流量Qi(m3/s)
4845.75
3847.39
2995.18
1998.72
根据上表,绘制Q~V关系曲线,如下图:
在拦洪水位为49.3m时,水库的库容为282×
106m3,由上图查得,需导流洞的最大泄流量2167.2m3/s。
2、隧洞流速计算
大坝拦洪时,隧洞为有压流,其流速按有压流公式V=
计算:
其中m=0.85;
H0=49.3m;
hp=31.65m(由最大泄流量为2167.2m3/s时,查坝址水位流量关系曲线上而得)
V=0.85×
√2×
9.8×
(49.3-31.65)=15.8m/s
3、过水断面面积W计算
W=Q泄/V=2167.2/15.8=137.2m3
4、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=
=√137.2÷
(1+3.1416÷
8)=9.93m,取底宽B为10m。
H=B+1/2B=1.5×
10=15m。
其断面如下:
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26.0米,出口高程24.65米,其中进口明渠为平坡,隧洞底坡为0.30%,出口明渠平坡,出口高程为24.65米。
4.3.3汛期大坝拦洪校核
1、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=
计算。
其中α取1.0;
g取9.8;
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
4.51
28.11
3.46
4.51(属自由出流)
600
7.16
29.21
4.56
7.16(属自由出流)
900
9.38
29.88
5.23
9.38(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:
;
h1-进口洞内水深;
-平均谢才系数,其中砼衬砌时n=0.014;
不衬砌时n=0.035;
h2-出口洞内水深;
-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;
=(V1+V2)/2。
列表如下:
Q
h1
h2
V1
V2
h
5.00
6.000
6.652
6.326
2.4356
82.8526
1.8367
2.2575
0.0024
4.66
4.50
6.667
6.659
2.3698
82.4753
2.2676
0.0028
4.39
4.20
7.143
6.897
2.3269
82.2246
2.6031
0.0030
4.18
4.08
7.353
7.002
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