大坝截流设计计算书.docx

大坝截流设计计算书.docx

《大坝截流设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大坝截流设计计算书.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大坝截流设计计算书

第1章设计任务

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，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/m3。

该工程采用左右岸各布置一条导流洞导流，左、右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2和图3。

图1河床剖面图

表1坝址处天然水位~流量关系

1.1课程设计概要

1.1.1课程设计的目的与意义

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。

1.1.2课程设计的方法和步骤

1.2课程设计内容与要求

本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工截流设计。

第2章截流计算

2.1截流设计流量

截流设计流量Q=326m3/s。

设计流量下的下游水位：

设计流量下的上游水位：

由资料得到河床底部高程为951.00m，则由计算得戗堤高度为：

龙口初始宽度由资料得为48.2m，取48m。

计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。

截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，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，有多种设计方法。

其设计分为：

截流水力计算、截流水力分区和备料量设计。

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，采用该时段内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5%～10％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采用图解法计算。

2.2截流的水力计算（图解法）

2.2.1绘制分流曲线Qd～Z上

由资料得分流曲线图如下：

2.2.2绘制上游水位与龙口流量关系曲线

一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成

Q0=Q+Qd+Qs+Qac

（2）

式中Q——龙口流量；

Qd——分流量（分流建筑物中通过的流量）；

Qs——戗堤渗透流量；

Qac——上游河槽中的调蓄流量。

如QacQs不计算，则有：

Q0=Q+Qd（3）

由计算得：

表2.2.2-1上游水位与相应流量表

上游水位Z上（m）

落差Z（m）

设计流

（m3/s）

分流流量Q（m3/s）

龙口流量Q（m3/s）

953

0.22

326

0

326

953.8

1.02

326

50

276

954.6

1.82

326

100

226

955.4

2.62

326

150

176

955.94

3.16

326

200

126

956.49

3.71

326

250

76

957.03

4.25

326

300

26

957.26

4.48

326

326

0

由计算结果可得上游水位与龙口流量关系如下图：

等

图2.2.2-1上游水位与龙口流量关系曲线

2.2.3绘制龙口泄水曲线Q～f（B,Z）

龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：

------------（4）

式中，

——龙口平均过水宽度；

梯形断面：

三角形断面：

——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）；

式中，

——戗堤高度（8m）

——戗堤端部边坡系数，取

——龙口上游水位

——河道底板高程（951m）

——流量系数，按下式计算

当

，为淹没流，

当

，为非淹没流，

其中

——龙口上下游水位差；

因戗堤高度为8m，通过计算，得到当龙口宽度B>16m时，龙口断面为梯形断面，当B<16m时，龙口断面为三角形断面。

分别计算龙口宽度在B=48m、B=40m、B=35m、B=30m、B=25m、B=20m、B=16m、B=10m、B=5m时的上游水位与龙口泄流量的计算表（表1-10）如下：

（计算B=10m，采用的戗堤端部边坡系数n=0.625；计算B=5m时，采用的戗堤端部边坡系数n=0.3125）

表2.2-2

B=48m

上游

上下游

H0（m）

流态

流量

龙口平均过水宽度B'（m）

龙口流量

实际龙口

水位（m）

落差Z（m）

判断

系数m

Q（m3/s）

流量（m3/s）

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

34

125.67

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

34.8

277.91

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

35.6

414.47

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

36.4

572.62

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

36.94

691.32

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

37.49

821.98

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

38.03

959.82

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

38.26

1021.40

0.00

B=40

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

26

96.04

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

26.8

214.02

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

27.6

321.33

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

28.4

446.77

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

28.94

541.60

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

29.49

646.58

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

30.03

757.91

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

30.26

807.83

0.00

B=35

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

21

77.57

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

21.8

174.09

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

22.6

263.12

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

23.4

368.12

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

23.94

448.03

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

24.49

536.95

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

25.03

631.72

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

25.26

674.35

0.00

B=30

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

16

59.10

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

16.8

134.16

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

17.6

204.91

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

18.4

289.46

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

18.94

354.45

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

19.49

427.33

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

20.03

505.53

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

20.26

540.87

0.00

B=25

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

11

40.63

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

11.8

94.23

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

12.6

146.69

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

13.4

210.80

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

13.94

260.88

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

14.49

317.70

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

15.03

379.34

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

15.26

407.38

0.00

B=20

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

6

22.16

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

6.8

54.30

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

7.6

88.48

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

8.4

132.14

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

8.94

167.31

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

9.49

208.07

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

10.03

253.14

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

10.26

273.90

0.00

B=16

953.00

0.22

2.00

0.11

0.295

2

7.39

326.00

953.80

1.02

2.80

0.36

0.385

2.8

22.36

276.00

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

3.6

41.91

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

4.4

69.22

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

4.94

92.45

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

5.49

120.37

76.00

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

6.03

152.19

26.00

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

6.26

167.12

0.00

B=10

954.60

1.82

3.60

0.51

0.385

3.60

41.91

226.00

955.40

2.62

4.40

0.60

0.385

4.40

69.22

176.00

955.94

3.16

4.94

0.64

0.385

4.94

92.45

126.00

956.49

3.71

5.49

0.68

0.385

5.49

120.37

76.00

957.02

4.24

6.02

0.70

0.385

6.02

151.56

26.92

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

6.03

152.19

26.00

957.10

4.32

6.10

0.71

0.385

6.10

156.64

18.09

957.26

4.48

6.26

0.72

0.385

6.26

167.12

0.00

B=5

957.03

4.25

6.03

0.70

0.385

6.03

152.19

26.00

957.26

4.48

0.76

5.89

0.385

0.76

0.86

0.00

由以上所计算的不同龙口宽度下龙口泄流量可得

不同龙口宽度下上游水位与龙口流量关系曲线和实际的龙口泄流量与上游水位的关系曲线如坐标纸图三。

由连续方程可得龙口流速计算公式为：

（5）

式中，

——龙口计算断面平均流速；

——龙口计算断面水深（从护底顶部算起）；

在立堵截流中，常常规定：

当出现淹没流时，

，

为龙口底部（或护底）以上的下游水深（图4）；当出现非淹没流时，

，

为龙口断面的临界水深。

的计算按下列四种情况考虑：

（1）梯形断面淹没流，

，由于进占过程中，龙口底部高程不变，

为常数。

（2）梯形断面非淹没流，

，

按下式计算，

（6）

式中，

——戗堤端部边坡系数；

——计算断面动能修正系数，常取

计算。

按（6）式计算

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

（7）

（3）三角形断面淹没流，

（8）（4）三角形断面非淹没流，

具体计算如下表：

龙口宽度

龙口流量

对应上游

上下游

流态判断

临界水深

龙口流速

B（m）

Q（m³/s）

水位H（m）

落差Z（m）

h（m）

v（m/s）

48

276.63

953.79

1.01

梯形非淹没流

1.86

4.27

40

255.37

954.13

1.35

梯形非淹没流

2.08

4.52

35

239.12

954.39

1.61

梯形非淹没流

2.27

4.71

30

217.88

954.73

1.95

梯形非淹没流

2.49

4.94

25

191.00

955.16

2.38

梯形非淹没流

2.78

5.22

20

150.07

955.68

2.90

梯形非淹没流

3.12

5.53

16

104.18

956.18

3.40

梯形非淹没流

3.46

5.82

10

27.02

957.02

4.24

三角形非淹没流

2.72

3.29

5

0.86

957.26

4.48

三角形非淹没流

0.68

1.65

0

0

957.26

4.48

三角形非淹没流

0.00

0.00

由上表绘制

~B的关系曲线如下：

根据以上所求得的龙口流速，由伊兹巴什公式

选择截流材料分区

由资料查得：

（见《施工截流与基坑排水》）

?

型块石——<250kg;

?

型块石——250～500kg;

?

型块石——>500kg;

?

型块石——2～15t,最大至20t.计算如下：

龙口

宽度（m）

龙口流速（m/s）

分区

抛石粒径

重量（kN）

质量（kg）

块石

型号

48

4.27

一区

0.93

10.92

1114.05

Ⅲ

40

4.52

35

4.71

30

4.94

25

5.22

二区

1.29

29.24

2983.99

Ⅳ

20

5.53

16

5.82

10

3.29

三区

0.41

0.95

97.14

Ⅰ

5

1.65

0

0.00

由于该工程为双向进占，故把龙口的的宽度分为七个部分，材料分为三个区，如上表所示。

每个宽度段中取其最大流速，得到相应的材料粒径。

把材料近似的看作球形，通过球的计算公式得到材料的体积，再乘以容重，得到单个材料重量。

材料的储备量的计算：

首先求得各段戗堤体积，再乘以各区相对应的材料储备系数，就得相应的材料储备量，其中一区的材料储备系数为1.5，二区为2，三区为1.2。

戗堤的剖面为梯形，根据规范可得戗堤的宽度小于30m时采用单戗进占。

因为该工程采用单戗进占截流，故其宽度小于30m，现将其设计为10m。

具体计算成果如下：

分区

龙口水面宽度B（m）

最大流速V（m/s）

抛填粒径d（m）

材料最大重量（KN）

计算工程方量（方）

实际方量（方）

材料储备系数

一区

48—25

4.94

0.93

10.92

4048

6072

1.5

二区

25—10

5.82

1.29

29.24

2640

5280

2

三区

10—0

3.29

0.41

0.95

1760

2112

1.2

3、成果分析

把龙口的的宽度分成4个部分，材料分为三个区，如CAD图一所示。

每个宽度段中取其最大流速，得到相应的材料粒径。

把材料近似的看做为球形，通过球的计算公式得到材料的体积，再乘以容重，得到材料重量。

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，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。

一般地，多采用5%~10%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。

截流设计流量Q0由龙口流量Q、分流量Qd、戗堤渗透流量Qs和上游河槽中的调蓄流量Qac组成。

如Qac不计算，忽略Qs则可得到Q0=Q+Qd。

随着截流戗堤的进占，龙口逐渐被束窄，因此分流建筑物和龙口的泄流量是变化的，但二者之和恒等于截流设计流量。

其变化规律是：

截流开始时，大部分截流设计流量经由龙口泄流，随着截流戗堤的进占，龙口断面不断缩小，上游水位不断上升。

当上游水位高出泄水建筑物以后，经由龙口的泄流量越来越小，而经由分流建筑物的泄流量则越来越大。

龙口合龙闭气以后，截流设计流量全部由分流建筑物泄流。

关于截流的水力条件很复杂，上述计算只能作为初步依据，为了增加安全度，可做模型试验来进行进一步的分析。