2013水利工程施工课程设计指导书(水工)

1《水利工程施工》课程设计指导书（水利水电工程专业）1前言根据培养计划和《水利工程施工》教学大纲的规定，水利水电工程专业的学生有一周半的《水利工程施工》课程设计。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内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，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~流量关系流量（m3/s）2503174105001000水位（m）952.15952.71953.48954.00955.872图2坝址处天然水位~流量关系曲线表2上游水位~导流隧洞泄流量关系泄流流量（m3/s）01503004108001400上游水位（m）953.00955.40957.03958.00960.66964.12图3上游水位~导流隧洞泄流量关系曲线每位同学按不同的设计流量进行无护底情况下截流水力计算，并确定相应的截流设计方案。按以下公式确定截流设计流量Q=（300+2×学号的最后两位）m3/s，计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。951.5952952.5953953.5954954.5955955.5956956.5020040060080010001200流量（m3/s）高程（m）952954956958960962964966050010001500流量（m3/s)上游水位（m）3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一般采用图解法（详细见《水利工程施工》P39~42），以下对于图解法及图解法的量化法----三曲线法做如下介绍。3截流的水力计算3.1图解法抛石截流计算的主要任务是确定抛投体的尺寸和重量，而抛投块的稳定计算国内外广泛采用的是伊兹巴什公式，即dgkVs2---《水利工程施工》P41-----（1）符号意义说明见P41合龙中截流设计流量的组成：一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成Q0=Q+Qd+Qs+Qac(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Qac、Qs不计算，则有：Q0=Q+Qd-----------------------(3)龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：1.502QmBgH------------(4)式中，B——龙口平均过水宽度；0H——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）；m——流量系数，按下式计算4当310HZ，为淹没流，001ZZmHH当310HZ，为非淹没流，0.385m由连续方程可得龙口流速计算公式为：QBh(5)式中，v——龙口计算断面平均流速；h——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，shh，sh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，chh，ch为龙口断面的临界水深。h的计算按下列四种情况考虑：（1）梯形断面淹没流，shh，由于进占过程中，龙口底部高程不变，sh为常数。（2）梯形断面非淹没流，chh，ch按下式计算，1)(332cchBgnhBQ(6)式中，n——戗堤端部边坡系数；——计算断面动能修正系数，常取0.1计算。按（6）式计算ch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322BgQhc(7)（3）三角形断面淹没流，shhnBhs(8)（4）三角形断面非淹没流，chh55122)2(gnQhc(9)图4立堵截流示意图(a)截流平面布置图(b)沿河道中心线剖面图（淹没流）(c)沿河道中心线剖面图（非淹没流）(d)梯形断面时C-C剖面（ch为非淹没水深，sh为淹没水深）(e)三角形断面时C-C剖面（ch为非淹没水深，sh为淹没水深）1—导流隧洞；2—戗堤；3—护底图解法截流水力计算步骤：为绘制曲线方便，可不考虑上游河床调蓄流量和戗堤渗流量。计算按照如下步骤进行：（1）绘制分流曲线dQZ上。（2）绘制龙口泄水曲线gQZ上。（3）按照图解法求出几组相应的B，H，gQ和dQ值，并绘制曲线簇。（4）判断流态，求水深。6（5）按照QBh计算合龙过程中的断面平均流速。（6）列表计算截流过程中的诸水力参数，如上下游落差Z，龙口平均流速v等；确定抛投块最大粒径，计算出流速分区。图5立堵水力计算图解法（不计Qac和Qs）4计算成果截流设计方案成果要求：1.设计成果应提交：（1）设计说明书（包含计算过程）；（2）计算附图附表；（3）截流设计图和截流施工示意图，CAD大图至少两张，用A3纸打印，应有正规图框。内容参考所给资料图2.成果提交时间：第20周周五上午8点至12点。3.答辩方式：每位同学按规定时间到分组表中对应的指导教师办公室现场答辩，答辩顺序按表中顺序。每人答辩时间3－5分钟，答辩机会1次。没有按时到场答辩的按缺考处理。分组情况：见分组表