发电为主兼顾灌溉防洪的水利枢纽工程计算书.docx

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发电为主兼顾灌溉防洪的水利枢纽工程计算书

水工专业施工毕业设计

计　算　书

一、工程概况

工程地处我国华东钱塘江的支流上，为一发电为主兼顾灌溉、防洪的水利枢纽工程。

枢纽工程为粘土芯墙砂壳坝，坝高81m，坝顶长度为370米。

设计正常高水位为100米，校核洪水位为102米。

大坝属二级建设物。

溢洪道布置在距坝1km的左岸凹口处，为开敞正槽式，此顶高程为92米，总宽是64米，出口采用差动式鼻坎挑流消能。

引水式电站布置在右岸，引水洞长525米，直径7米厂房安装5万千瓦的机组两台。

二、有效工日基分析

3.1工日分析

月有效工日=日历天数-因雨雪、气温等不能施工天数-其他原因停工天数

2.1.1粘土开采

月份

日平均气温

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日历天

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

法定假日

12

8

8

8

11

8

8

8

8

11

8

8

因雨原因

9

8

10

11

13

11

9

9

9

7

5

5

因气温原因

5

3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

有效工作日

5

9

13

11

7

11

14

14

13

13

17

17

调整后的有效工作日

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

17

17

2.1.2粘土填筑

月份

日平均气温

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日历天

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

法定假日

12

8

8

8

11

8

8

8

8

11

8

8

因雨原因

8

7

9

10

12

10

8

8

8

6

4

4

因气温原因

5

3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

有效工作日

6

10

14

12

8

12

15

15

14

14

18

18

调整后的有效工作日

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

18

18

2.1.3砂砾料开采与填筑

月份

日平均气温

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日历天

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

法定假日

12

8

8

8

11

8

8

8

8

11

8

8

因雨原因

4

4

5

6

9

7

5

3

6

3

1

1

因气温原因

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

有效工作日

15

16

18

16

11

15

18

20

16

17

21

22

调整后的有效工作日

15

16

18

16

15

15

18

20

16

17

21

22

2.1.4砼浇筑

月份

日平均气温

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日历天

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

法定假日

12

8

8

8

11

8

8

8

8

11

8

8

因雨原因

7

7

8

9

9

7

5

7

7

5

4

4

因气温原因

12

13

0

0

0

0

10

4

1

0

0

0

有效工作日

0

0

15

13

11

15

8

12

14

15

18

19

调整后的有效工作日

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

18

19

三、坝体工程量计算

用公式V=

进行计算。

坝体总方量

高程

H

L

b

M1

M2

l

V

顶

底

105

76

29

370

10

301

76

50

26

301

236

50

236

3

2.75

100

合计m3

3.2粘土总方量

高程

H

L

b

M1

M2

l

V

顶

底

105

76

29

370

8

301

76

50

26

301

236

50

236

100

合计m3

3.3砂砾料总方量

V=3

3.4H～V图

3.5下游围堰方量

V围堰下=

＝41286m3

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标准?

（SDJ338-89）的规定，相应导流建筑物为级别为级。

4.1.1洪水标准确定

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。

由于土石类导流建筑物属Ⅳ级，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，即导流标准为P＝5%。

4.1.2坝体临时挡水渡汛

由毕业指导书，围堰的设计标准为5%频率，查表2，其设计流量为2940m3/s，查坝址水位流量关系曲线图，对应的上游水位为32.5m，查水库库容曲线图，对应的库容为55×106m3，查表10，得坝体施工期临时渡汛洪水标准为100～50年，取P＝2%。

导流隧洞封堵与水库蓄水标准,隧洞封堵后，坝体渡汛按表10*标准查得，选用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%。

由于设计书中最高标准为百年一遇，取设计渡汛标准和校核标准为P=1%。

水库蓄水标准毕业设计指导书知，采用80%保证率作为水库的蓄水标准。

4．2施工导流方案

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拟，采用“土石围堰断流，隧洞导流〞方式进行。

根据本工程水文特性，非汛期天然来水由围堰挡水，导流洞过水，汛期天然来水那么有坝体挡水，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：

2003年1月~2004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。

第二阶段：

2004年10月1日~2005年4月30日，为大坝填筑期，主要完成的工作为截流、基坑排水及开挖、坝体填筑。

第三阶段：

2005年5月1日~2006年3月31日，为大坝填筑期。

主要工作为大坝填筑。

第四阶段：

2006年4月1日~2006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，并完成其他配套工程。

4.2.3截流时间与拦洪时间确实定

根据本工程的水文特点，截流时间暂定于2004年10月，拦洪时间定于2004年4月底。

大坝填筑时间：

扣除排水时间10天、根底开挖15天，根底处理时间15天后、搭加时间8天，其有效工作日为15+18+18+15+15+15+15-10-15-15+8=79天。

大坝可能到达的拦洪高程：

24+79×0.35=51.65m。

（为了平安起见，暂取为51.0m）

4.2.4大坝各期工程量确定

第一期：

为围堰，暂定为150000m3

第二期：

按填筑到51m全断面拦洪计算：

查图H~V得，其砂砾料的方量1530000m3，由于本工程施工单位最大施工能力为10000m3，填筑时间仅为124天，故不能满足施工要求，拦洪采用临时断面拦洪。

断面如下：

V1：

l=100mL=160mm1=-0.25m2=2.75b=178m

V1=

[160×（3××5）+100×（3×178+2××5）]

=119450m3

V2：

b=10mm1=-0.25m2=2.0L=236ml=170mH=21m

V2=

[236××21）+170×（30+2××21）]

=116718m3

V3：

b=112m1=-2m2=2.5L=236ml=170mH=21m

V3=

[236××21）+170×（3×112+2××21）]

=498624m3

V4：

b=26mL=234ml=160mm1=-2.5m2=2.75H=20m

V4=

[234×〔3××1〕+160×（3×6××1）]

=24102m3

V3+V4=498624+24102=5227256m3

V5：

b=160mm1=3m2=-0.2l=154mL=196mH=15m

V5=

[196×（3××15）+154（3×160+2××15）]

=472920

V6

V6=

[236××12）+196×（30+2××12）]

3

查图H~V：

51-24=27m时对应V砂=1530000m3

V7=1530000-V1-V2-V3-V4-V5-V6

=1530000-119450-116718

3

围堰体积

V围堰=

[192××15）+98x（30+2××15）]

=101888m3

临时断面修筑2003.10.1~2004..4.30有效工日124天

Q平=V/T

=（1530000-V3+4-V7）/124

=（1530000-522726-237600）/124

3/d

Q大平×3/d＜10000m3/d

满足施工要求，该临时断面满足要求

4.2.5、计算大坝各期平均施工强度

第一期围堰修筑：

方案在2003年8月开始，至2004年10月1日结束，总有效工日为37天

围堰体积L=1

V围堰上=

[192××15）+98x（30+2××15）]

=101888m3

Q平=〔V围堰上＋V围堰下〕/T=〔101888＋41286〕/37=3870m3

Q大平×3870=5804m3/d＜10000m3/d

第二期　临时断面修筑：

2003.10.1~2004..4.30有效工日124天

Q平=V/T

=（1530000-V3+4-V7）/124

=（1530000-522726-237600）/124

3/d

Q大平×3/d＜10000m3/d

满足施工要求，该临时断面满足要求

第三期：

方案在2004年5月1日至2006年3月31结束，共计有效工日402天。

根据本工程其他工程安排情况，第三期应到填筑到84.0m高程，此高程查图H~V图得相应的砂壳方量为3000000m3，那么：

V=（3000000-101888-769674）/402=5295m3

Q大平×5295=7942m3/d＜10000m3/d

第四期：

方案在2004年4月1日至2006年12月31结束，共计有效工日139天。

相应的剩余方量为297885m3，相应的平均强度为2143m3，最大强度为3215m3。

4.2.6确定封孔蓄水及发电日期

根据设计要求，本工程发电日期为2006年10月1日有一台机组发电，发电的初始水位为80m。

查水库库容曲线，相应库容为1550×106m3。

1、封孔日期

水库蓄水采用80%典型枯水年各月平均流量进行推算：

蓄水时间

80%来水量（m3/s）

当期来水量（m3）

累计来水量（m3）

差额（m3）

188956800

188956800

1361043200

238109760

427066560

1122933440

274268160

701334720

848665280

163

422496000

1123830720

426169280

114

305337600

1429168320

120831680

127059840

1556228160

-6228160

由此确定上，封孔蓄水日期为4月12日。

2、大坝平安校核

大坝平安采用丰水年1%流量进行校核：

蓄水时段未

1%来水量

累计水量

库水位

坝面高程

4

134

204055200

45

88

5

489

1486506600

78

92

6

529

2829108600

>92

>94

7

276

3552946200

>92

>94

8

103

3823074000

>92

>94

9

182

4284990000

>92

>94

故本工程应采用后期导流措施，利用永久溢洪道泄洪，以保证大坝平安。

即在5月31日之前到达92m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，拦洪坝高为51米，扣除拦洪水位2米后，拦洪水位为49米。

4.3.2隧洞断面确定

1、隧洞最大下泄流量

×106m3，即~之间，采用100年一遇洪水标准，其设计洪水流量为8290m3/s.

根据洪水过程线作图Q~V，查值得出，最大下泄流量2200m3/s

2、隧洞流速计算

V=m√2g（H0-hp）

其中m=0.85H0

3、过水断面面积计算

W=Q泄/V=2200/15.6=141m3

4、隧洞断面型式

本工程隧洞断面采用城门洞，其底宽

B=√W/（1+π≈10m

×10=15m

其断面如下：

图一　　导流隧洞标准断面图

为了便于航运、施工方便，全长820m，其中进口明渠长130m，出口明渠长240m，隧洞长450m，并在桩号0+430设一个173°转折角半径为1002%，出口明渠底坡为0.2%，出口高程为24.5m。

洞轴线见图纸。

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能平安拦洪。

〔1〕明流计算〔无压段〕

〔a〕假定Q分别为300m3/s,600m3/s,900m3/s

①hk

h下由坝址处流量水位曲线查得。

②

，

L=450Q=2200m3/s，

③列表如下：

Q〔m3/s〕

hk

h下

h2

300

4.48（自由出流）

600

7.15（自由出流）

900

9.29（自由出流）

〔b〕由上表所示的h2分别假定h1，列表计算如下

Q

h1

h2

A1

A2

V1

V2

X1

X2

R1

R2

C1

C2

300

19

5

6

20

21

20

600

900

31

11

32

〔2〕有压段计算

假定Q分别为2500m3/s2800m3/s3000m3/s

Q

hk

H下

h2

2500

7

18.55〔自由出流〕

2800

20

20

3000

明流按下式计算：

h1=h2+

式中：

h1-进口洞内水深；

-平均谢才系数

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

V2-出口洞内流速；

=〔V1+V2〕/2

有压流按下式计算：

Ho=h2+

淹没出流时：

h2=h下

ε局部损失系数之和，进口采用喇叭口时

C=

上游水位▽上=进口坎高程+H。

h2

R

C

i

C

L

V

Hoi

进坎高

▽上i

86

450

26

86

450

26

86

450

26

〔3〕确定半有压段端点

A·Km=0.85A+

Q2=2039m3/s

通过调洪演算确定霉雨汛期拦洪水位〔简易图解法〕

〔a〕假定三条隧洞泄水过程线A1B1、A2B2、A3B3

〔b〕求出相应库容V1V2V3和下泄流量Q1Q2Q3

〔c〕根据V1V2V3在库容曲线上得出相应的下面游水位H1H2H3

（d）在绘有隧洞泄流能力曲线L1的Q～H坐标图上，绘出相应的点P1P2P3

（e）过P1P2P3点绘曲线L2交L1于P0对应于P点的水位H即是所求拦洪水位,图解计算结果列表如下：

Q〔m3/s〕

V（m3）

H（m）

2460（P3）

274×106

4018

206×106

45

6478

140×106

2200（P2）

290×106

1500（p1）

345×106

52

查图H拦

（5）大坝平安校核

根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前大坝高程▽1=51m

平安超高△

▽1-△

所以应局部加高坝体拦洪,即汛期来临前修筑一子堰临时拦洪。

4.4围堰布置

　4.4.1　挡水时段确定

本设计采用枯水期挡水围堰围护基坑修筑大坝。

围堰的任务在于保护基坑内工程施工，直到坑内坝体高出水面，所以围堰的挡水时段决定于基坑内根底处理工程量，坝体施工速度及水文变化情况。

大坝二期施工期间为2003年10月1日～2004年4月30日，因此选择枯水期10月1日～4月30日时段内P＝5%的最大设计流量〔查表2〕2950m3/s作为围堰的设计流量。

4.4.2围堰顶高程确定

2.3.1.1围堰顶高程由该设计流量时的上游水位和平安超高确定。

发生设计洪水时的上游水位即为围堰拦洪水位。

Q5%＝2950m3/s，发生设计洪水时的上游水位即拦洪水位37.5m；由作图法，根据洪水单位过程线〔附图A〕，求得Q泄＝1000m3/s。

查坝址水位流量关系曲线〔附图C〕求得下游水位HP＝29.4m。

考虑平安超高0.7m，那么：

上游围堰顶高程：

▽上=上游水位+超高=37.5＋0.7＝38.2取39m。

下游围堰顶高程：

▽下m。

4.4.3围堰形型式确定

考虑经济与当地施材料原因，为了施工方便，围堰采用粘土斜墙围堰。

4.4.4围堰断面尺寸

考虑交通要求，根据经验，堰顶宽取10m。

围堰迎水面坡度1:

4.0,背水坡度1:

2.5，型式如下列图：

4.4.5围堰的平面布置

上游围堰作为大坝的一局部，因此该围堰与大坝坝趾重合，轴线与坝轴线平行。

见附图。

五、主体工程施工

5.1.1土石坝施工顺序

施工顺序见下列图。

施工分期

I（围堰）

Ⅱ粘

Ⅱ砂

Ⅲ粘

Ⅲ砂

Ⅳ粘

Ⅳ砂

位置高程

39

51

51

84

84

105

105

工程量V（m3）

143174

173434

769674

275000

2128438

38416

297885

有效工日T（日）

37

79

124

357

402

105

117

平均施工强度Q平

3870

2195

6207

770

5295

366

2546

最大施工强度Q大

5804

3293

9311

1155

7942

549

3819

说明：

Q平=V/T

Q大=Q平.k（m3

一般粘土施工强度可满足要求，砂砾石最大施工强度为9311m3/s，故施工强度满足。

5.1.3土方施工机械的选择及数量计算

（1）．常用土方施工机械的适用性及可供选择的型号规格见资料。

（2）．土石坝施工作业机械化方案选定

分项工程

粘土心墙施工

砂砾坝壳施工

开挖

挖土机挖装

正向铲挖装水上砂砾

运输

自卸汽车运输上坝

自卸汽车运输

压实

气胎碾压实〔或羊足碾〕

振动碾压实推土机平土

（3）．主要机械选择

分项工程

粘土心墙施工

砂砾坝壳施工

开挖

正向铲W2002m3

正向铲W2002m3

运输

自卸汽车T203

自卸汽车SH361、15t、6m3

压实

羊足碾YT加重

振动碾YH3-50，15t加6.5

（4）．确定机械的生产率

A粘土生产率确实定：

查表,运距1公里。

自卸汽车：

台班：

0.79～0.68（1km）

计算得P挖3/班

P运3/班

P碾=347m3/班

B．粘土心墙机械数量确定

由表可知Qmax=3293m3/d，n=1～2班/天

机械数量N控=Qk/nP控=4台〔挖掘机〕

N运=Qk/nP运=38台〔自卸汽车〕

N压=Qk/nP压=5台〔羊足碾〕

C．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，必须使配套和次要机械生产率略大于主要机械的生产率。

①汽车容量：

合理范围是3～6倍的挖土机斗容。

m=

m——土斗数

——车箱容积q——土斗容积

m=5.85<6满足要求

②一台挖土机正常工作时，配合的汽车数n由下式确定

t装=挖土机的循环时间×装满一车的装载次数

可得t装=168s，t卸=60s，n=14台

③配套机械数量4×14=56台

D．砂土生产率：

①P汽=

〔m3/班〕

q——土斗或车箱的几何容积〔m3〕

kv——土斗或车箱的充盈系数

kp——体积换算系数

t——机械运行一次的循环时间

t运=t空回=

=0.229h，t装=112s，t卸=60s，t=t装+t卸+t运+t回=38min

P汽=61m3/班

②振动碾生产率

P=8V〔B-C〕h·kt·kp/n=1464.4（m3/班）

其中：

V——碾压机运行速度，V=1500m/时

B——

C——搭接长度，取0.2m〔羊足碾〕

h——

n——压实遍数，取n=6

kt——时间利用系数，取kt

kp——体积换算系数，取kp

③3/班

E：

砂石施工机械数是选定：

Qmax=9311m3/d

挖掘机N控=Qmax/nP控=4台，自卸汽车N运=Qmax/nP运=88台，羊足碾N压=Qmax/nP压