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2设计依据文件和规范
2.1导流明渠设计的主要依据文件
(1)工程可行性研究报告;
(2)工程可行性研究报告审批文件;
(3)工程初步设计任务书。
2.2主要设计规范
(1)水利水电工程初步设计报告编制规程(DL5021—93);
(2)水利水电工程施工组织设计规范(SDJ338—89);
(3)水利水电工程设计工程量计算规定[试行,(88)水规设字第8号文];
(4)溢洪道设计规范(SDJ341—89);
(5)混凝土重力坝设计规范(SDJ21—78)及补充说明;
(6)水闸设计规范(SDJ133—84)。
3基本资料
3.1导流明渠设计标准
根据导流方式研究的主要成果,本工程施工期内,导流明渠和永久溢洪道(泄洪闸、表、中、底孔)相结合,在坝上+桩号以上明渠按级建筑物设计;
坝上+桩号以下与永久建筑物结合部分,按级建筑物设计。
导流明渠设计洪水标准采用年一遇洪水,明渠设计泄流流量为m3/s。
3.2导流规划及其技术指标
水电站工程施工导流分三(四)期进行:
一期:
在一期(纵向)围堰的围护下,进行岸边导流明渠的开挖和混凝土浇筑(全年)施工,河水经束窄后的河床下泄。
二期:
以河床截流为标志,形成以二期上、下游横向围堰保护下的河床大基坑,进行主体工程的坝基开挖和混凝土浇筑施工;
河水由导流明渠宣泄。
三期:
以明渠断流为标志,河水由永久底孔(临时底孔)或临时预留大坝缺口下泄,主要进行溢洪道(泄洪闸)改建。
整个工程施工分期导流技术特性详见表1。
3.3地形及地质资料
3.3.1地形图:
(1)平面地形图,采用年测1/1000地形图,其座标系为座标系;
(2)基岩等高线平面图,采用年1/1000比例尺的测图,该图座标系与平面地形图一致。
表1施工导流技术特性表
项目
单位
一期
二期
三期
导流时段
月
导流标准
%
设计流量
m3/s
泄水建筑物
—
挡水建筑物
上游水位
m
下游水位
3.3.2有关的地质平、剖面图
(1)地质平面图,采用坝址区1/1000比例尺的地质填图,该图应为本设计阶段设计成果;
(2)地质横剖面图,采用与明渠轴线垂直的1/500的地质剖面图,其剖面间距应不大于20m;
(3)地质纵剖面图,采用沿明渠轴线的1/1000的地质剖面图(及沿外导墙的地质纵剖面图)。
3.3.3有关的岩体物理力学指标。
本工程导流明渠从进口到出口所分布的基岩主要为系岩(及岩)。
在导流明渠沿线的基岩中,主要发育着组断裂结构面,尤以组结构面最为发育,是明渠开挖及稳定的主要控制结构面。
基岩及结构面的岩石物理力学指标详见表2及表3。
表2基岩岩石物理力学指标表
项目
重度
kN/m3
抗压强度
MPa
泊桑比
变形模量
允许压应力
混凝土(岩)
抗剪强度
抗剪
抗剪断
岩石名称
岩石代号
γ
干
湿
μ
Eo
σ
f
f'
c'
表3结构面及其参数表
主要结构面
产状要素
发育程度
裂隙地质特征
结构面级别
c
3.3.4岩土开挖边坡稳定性及边坡建议值。
导流明渠内边坡:
最大高度约m,其中基岩边坡高约m,产状走向,倾向,倾角,受结构面影响,表层(深层)局部形成不稳定块体,是边坡处理的重点。
导流明渠外边坡:
最大高度约m,其中基岩边坡高约m,其产状走向,倾向,倾角,受断层(裂隙)影响,是外导墙基础稳定的控制因素。
地质建议的边坡开挖边坡参数见表4。
表4边坡开挖参数表
地层名称
岩土类别
永久边坡
临时边坡
系层
覆
盖
层
土层
水上
水下
系岩
岩
全风化
强风化
弱风化
微风化
3.3.5明渠出口下游的河床覆盖层指标:
(1)下游河床覆盖层的颗粒组成,覆盖层地质剖面;
(2)下游河床基岩及覆盖层的不冲流速,覆盖层渗透情况及明渠衬护的允许流速。
3.4水文及气象资料
3.4.1天然水文情况:
(1)站历年逐月平均流量,见表5。
表5站历年逐月平均流量表
(年至年)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
流量m3/s
(2)站天然洪水成果,见表6。
表6站天然情况下设计洪水成果表
洪水重现期:
年
20
…
洪峰流量,m3/s
天洪量,亿m3
3.4.2坝址施工洪水:
(1)坝址施工设计洪水构成流量,见表7。
表7坝址施工洪水构成流量表单位:
m2/s
洪水重现期:
年
库下泄流量
区间流量
入库洪水流量
(2)坝址分期最大流量,见表8。
表8坝址施工分期流量表单位:
月份
历年最大流量
历年最小流量
多年平均流量
p=1%设计流量
p=5%设计流量
p=10%设计流量
p=20%设计流量
……
(3)典型设计洪水过程线。
3.4.3坝址水位~流量关系曲线
坝址水位~流量关系曲线,采用年水尺测定的水位~流量关系成果,水尺位于坝线下游m处,水位~流量关系详见表9。
表9坝址水位~流量关系曲线表
水位:
m
流量:
m3/s
3.4.4库容~水位曲线
3.4.5气象资料
采用气象资料进行统计计算,求出各要素特征值,见表10。
表10站各气象要素统计表
资料年限
年平均
平均气温,℃
绝对最高气温,℃
绝对最低气温,℃
平均降雨量,mm
[例题-2006年真题]下列关于建设项目环境影响评价实行分类管理的表述,正确的是( )
(3)评价单元划分应考虑安全预评价的特点,以自然条件、基本工艺条件、危险、有害因素分布及状况便于实施评价为原则进行。
1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定
以森林为例,木材、药品、休闲娱乐、植物基因、教育、人类住区等都是森林的直接使用价值。
新增加的六个内容是:
风险评价;
公众参与;
总量控制;
清洁生产和循环经济;
水土保持;
社会环境影响评价。
(2)建设项目周围环境的现状。
(1)安全预评价。
在可行性研究时应进行安全预评价的建设项目有:
《建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法》(国家安全生产监督管理总局令第36号)第四条规定建设项目安全设施必须与主体工程“同时设计、同时施工、同时投入生产和使用”。
安全设施投资应当纳入建设项目概算。
并规定在进行建设项目可行性研究时,应当分别对其安全生产条件进行论证并进行安全预评价。
最大降雨量,mm
对于不同的评价单元,可根据评价的需要和单元特征选择不同的评价方法。
最小降雨量,mm
平均蒸发量,mm
平均风速,m/s
最大风速,m/s
雨日,d
3.4.6泥沙资料:
(1)天然多年平均输沙量(包括推移质和悬移质);
(2)天然多年平均含沙量;
(3)泥沙颗粒组成;
(4)泥沙物理力学特性指标。
3.4.7冰情资料:
(1)坝址上、下游河段封冻期;
(2)坝址流冰持续期;
(3)坝址冻融循环次数统计。
3.5水工建筑物资料
(1)枢纽总平面布置图(1/1000~1/2000);
(2)枢纽布置立视图(1/1000~1/2000);
(3)与导流明渠相结合的泄水建筑物的平、剖面图(1/500~1/1000);
(4)各主要泄水建筑物的泄量曲线;
(5)各主要泄水建筑物及坝段的剖面图;
(6)各种闸门及启闭机的设计参数;
(7)各单项建筑物分项工程量。
3.6建筑材料
3.6.1导流明渠各部位建材种类及标号,见表11。
表11明渠各部位建材表
部位
建筑材料种类
混凝土
钢筋
锚筋
喷混凝土(砂浆)
龄期
标号
型号
直径
导墙
边衬
底板
尾坎
3.6.2采用的新材料性质及指标
3.7其它有关资料
3.7.1坝址下游的供水要求,见表12。
表12下游河段的综合用水量表单位:
最大供水量
最小供水量
平均供水量
3.7.2坝址下游城镇的防洪能力。
本坝址下游km处是市(镇),该地洪水设防标准为年一遇洪水重现期,要求下泄流量不超过m3/s。
3.7.3可能提供的施工机械化水平。
3.7.4临时或永久跨明渠的交通要求。
3.7.5施工期通航过木及过鱼要求。
4.设计任务及基本假定
4.1主要设计任务
(1)导流明渠布置与体型设计;
(2)明渠导流水力设计,及各施工分期的特征水位复核计算;
(3)明渠结构稳定分析;
(4)施工期内导流明渠进、出口及其下游防护工程设计;
(5)导流明渠施工设计;
1)初拟明渠施工布置及施工方法;
2)明渠施工围堰的设计。
(6)工程量计算。
4.2基本设计假定及原则
4.2.1导流明渠由引水渠段、坝体结合控制段、泄槽、消能防冲段以及出口防护段等几部分组成。
其中引水渠段按临时建筑物设计,其余几部分均结合永久溢洪道(泄水闸),按永久建筑物设计。
4.2.2明渠设计包括明渠施工期、运行期以及工程完建期三种情况。
4.2.3无论按临时建筑物或按永久建筑物设计的明渠各部分,均须满足整个施工期的导流、通航及过木等要求。
5导流明渠布置及体型设计
5.1明渠布置的基本原则
(1)本工程采用左(右)岸大(小)明渠方案,导流明渠与永久建筑物的溢洪道(泄洪洞)相结合,通过体型设计选择水力条件良好,施工、运行方便,工程量较少,与电站枢纽总布置相协调的方案作为推荐方案。
(2)导流明渠与永久工程相结合的部分在满足导流条件的同时,应兼顾永久运用的要求;
(3)导流明渠设计应满足截流施工的要求及施工交通条件;
(4)明渠布置(不)考虑施工期通航、过木及过鱼要求;
(5)明渠布置应考虑兼顾主体工程施工的交通,有利于后期明渠封堵及改建施工的要求;
(6)明渠布置及导墙位置的选择应考虑明渠外侧的纵向围堰施工比较方便,而另一侧又不致形成过高的开挖边坡或大量的挖方量。
必要时,应通过技术经济比较确定导流明渠的位置。
提示:
对北方河流明渠设计应考虑设置冬季排冰的设施。
5.2明渠平面布置
5.2.1选择导流明渠进、出口位置。
(1)导流明渠进、出口应选择有利的地形、地质条件,保证施工及运行期的岸坡稳定;
(2)在选择明渠轴线时,宜使其进口水流顺畅,出口水流归槽性好,注意避免出口水流对岸坡及其它建筑物的冲淤影响,充分利用岸边沟溪、河湾、旧河道等,力求线路最短,工程量少,有利于加快施工进度。
(3)导流明渠进、出口的选择应充分考虑河床基坑及二期上、下游横向围堰的位置,并留有一定的安全距离,对明渠出口至下游围堰外坡脚的距离应不小于30m。
(4)明渠进、出口的选择应同时考虑明渠施工期上、下游围堰或预留岩坎的位置及其施工条件,有条件时宜优先考虑采用易于拆除的围堰型式。
5.2.2确定明渠进、出口高程
(1)导流明渠进、出口底板高程的确定应满足截流分流的要求;
(2)导流明渠进、出口高程不宜高于原河床枯水期的常水位高程;
(3)导流明渠出口高程不宜低于河底,并应结合出口消能与水面衔接方式确定。
5.2.3明渠弯道设计
为使导流明渠内水流顺畅,避免产生过大的横向折冲水流,应使明渠弯道设计的转弯半径不小于4~6倍明渠底宽。
有通航要求的明渠,其弯道应满足航道转弯半径要求。
5.2.4外导墙的位置
(1)导流明渠外导墙位置应通过经济、技术比较确定,并与枢纽布置相协调;
(2)明渠外导墙的基础应放在完整的岩基上,并保证其基础的稳定,不允许将导墙置于半挖半填的基础上;
(3)明渠导墙的断面型式应根据地质情况并考虑有利施工确定。
对采用台阶型基础的导墙,其台阶数不多于二个台阶。
(4)引水渠段的明渠外导墙高度在上游围堰轴线前不得低于导墙内侧及外侧的水位,避免因导墙翻水恶化渠内流态及降低泄流能力。
5.3明渠的断面设计
5.3.1过水断面设计
导流明渠过水断面设计应结合水工及地质要求,并满足以下因素:
(1)导流明渠的断面设计应满足导流设计泄量的基本要求;
(2)在设计流量条件下,明渠过水断面的单宽流量以不大于250m3/s为宜,结合下游消能防冲、通航过木要求统一考虑;
(3)导流明渠底宽设置应考虑满足河床截流要求的最小宽度;
(4)为满足施工期通航(过木)要求,明渠断面设计应避免急剧的局部变化。
5.3.2导流明渠体形与衬砌
(1)导流明渠体型设计应结合水工建筑物通过技术经济比较确定;
(2)明渠断面为梯(矩)形,左、右边墙坡比为1:
。
明渠引渠段当渠内水流流速超过10m/s,或其单宽流量大于125m3/s时,则应考虑采用全断面混凝土衬砌(喷混凝土)。
5.3.3明渠控制段的型式。
(1)导流明渠控制段与水工溢流坝(泄洪闸)相结合采用闸孔式(宽顶堰型),在导流期按临时断面(永久断面)一次修建;
(2)控制段内闸墩的布置应考虑明渠封堵期的施工条件。
大峡水电站导流明渠在溢洪道的坝轴线前布置三孔叠梁闸,以便明渠断流后上游挡水。
5.3.4明渠出口消能的布置
明渠出口的消能措施应尽可能与水工溢流坝(泄洪闸)的消能措施相结合。
当明渠出口断面的水流流速大于10m/s,或当明渠出口下游有防冲要求的建筑物及岸坡时,均应考虑在明渠出口设置消能措施,并在明渠末端为防止水流淘涮而设置防冲齿槽。
5.3.5明渠内闸墩及闸门的布置要求。
(1)明渠内闸墩的布置应与水工建筑物结合考虑,并应满足施工期交通桥布置的要求;
(2)明渠内闸墩的型式及尺寸应优先考虑结合水工闸门布置的要求;
(3)明渠内闸室及闸门的尺寸选择应考虑闸门或叠梁闸门的启闭及沉放设施的能力。
6.水力设计
6.1设计内容及基本假定
6.1.1设计内容
(1)明渠的泄流能力计算;
(2)设计流量的水面线计算;
(3)截流、通航、过木的水力设计;
(4)明渠施工期、运行期以及完建期的各级上游水位设计;
(5)消能防冲的水力设计。
6.1.2水力设计的基本假定:
(1)泄流能力计算,应反映明渠进口上游水位与明渠泄量的关系,计算方法及流量系数均采用本大纲中所列数值。
(2)明渠设计条件下的水面线采用分段计算,明渠导墙的墙高的估算亦按分段的最大水深考虑,导墙的安全超高采用0.5~1.5m;
(3)应满足施工期通航(过木)要求,当通航(过木)流量为m3/s时,明渠内水深不得小于m,流速不得大于m/s,并应保持各段明渠水流的平顺衔接。
(4)明渠水力计算的各种局部水头损失及渠道的糙率可采用水力模型试验值或采用本大纲给定数值,参见表13。
表13明渠局部水头损失系数及分段糙率表
名称
计算条件
ξ或η
局部水头损失系数ξ
明渠进口
圆弧进口
渐变段
收缩
均匀流
扩大
明渠弯道
α<
90︒
ξ=(2.23b/R)sinα
渠道沿程糙率η
混凝土衬砌
岩石
注:
b——渠宽;
R——转弯半径。
(5)为防止导流明渠出口及下游河道被冲刷,应使明渠在宣泄设计流量的情况下,其出口断面平均流速不大于m/s;
(6)为使导流明渠增大泄流能力,一般宜在设计条件下采用临界流的水力坡降。
6.2水力设计方法及设计参数
6.2.1泄流能力计算
明渠泄流能力计算取明渠控制段或闸室段的过水断面,按宽顶堰流进行计算。
(1)计算公式:
式中:
m——流量系数;
σS——淹没系数;
b——闸孔净宽;
H0——包括行近水头的堰前水头。
(2)流量系数。
流量系数可采用水力模型试验值,无试验资料时,按下表计算或直接取m=0.34~0.36
明渠宽顶堰流量系数
b/B
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.349
0.351
0.355
0.360
0.380
0.385
(1)B为引渠段宽度,b为闸孔净宽;
(2)此表适用于八字形翼墙进口平底堰流情况,其口八字形收缩角为1:
1。
(3)淹没系数。
如明渠泄槽段按临界坡或陡坡设计,则计算泄流能力时的淹没系数σS=1,若泄槽段水流流态为缓流时,其淹没系数取决于控制段末端的下游水深与上游水头的比值,见下表。
宽顶堰淹没系数σS值
hS/H0
≤0.80
0.82
0.85
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.98
σs
0.99
0.84
0.78
0.70
0.59
hS是从堰顶算起的下游水深。
6.2.2水面线计算
6.2.2.1明渠引渠段的水面线。
引渠段的水面线可按非均匀流或近似采用均匀流公式进行计算。
(1)当引渠流速v≤3m/s时,可用均匀流公式计算沿程水深;
(2)当引渠流速v>
3m/s时,一般可按非均匀流公式进行计算。
可近似采用控制断面上游计算数据作为起始断面的水力要素。
6.2.2.2泄槽段的水面线
泄槽水面线计算采用非均匀流公式进行,在设计情况下,泄槽底坡宜按陡坡或临界坡考虑,以降低导墙高度。
泄槽水面线可采用分段求和法进行计算,
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