（混凝土壩施工導流設計）
計算書學院水電學院
姓名學號
專業班級 10級水工本(2)班
指導教師
一、設計任務及要求
1、 設計任務
根據水工建築物壩工設計選定的壩軸線及樞紐建築物的布置，結合壩體斷面結構形式，進行施工導流設計要求完成以下任務：
1） 對給定的有關設計資料進行分析整理；
2） 進行施工條件分析，選擇施工方案；
3） 擬定導流洩水建築物的有關尺寸；
4） 施工導流水力計算；
5） 擬定圍堰的形式和尺寸。
2、 基本要求
1） 設計說明書乙份，導流布置圖一幅（含上下游圍堰剖面圖）。
2） 施工導流平面布置圖應用虛實線的方式分別繪出分期導流建築物的布置位置；
3） 設計中所繪製的簡圖、曲線等，必須按順序附在設計計算書中。
二、設計資料
（一） 工程概況
××水庫壩址位於某城鎮上游3km處，控制流域面積317km2，壩址多年平均流量11.1m3/s，年徑流總量3.5×108m3，本工程是兼有防洪、發電、灌溉的水利樞紐，是該流域水利水電建設規劃中的主體工程之一。
工程總庫容1.6×108m3，死水位112.0m，設計洪水位130.
74m，校核洪水位132.4m，水庫有效庫容1.0×108m3。
該工程攔河壩為混凝土重力壩，電站布置在河床右側的非溢流壩段後面，為壩後式，壩頂全長為315m，壩頂高程為135m，其中左非溢流壩段長度為100m，溢流壩段長48m，右非溢流壩段長167m，溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設有三孔6m×12m的弧形工作閘門，堰頂高程124m，壩底最大寬度為54m，消能方式為挑流消能。非溢流壩段最大底寬為46.6m，廠房最大寬度為13.
7m，廠壩聯結段為4m。
電站裝機容量為2×3200kw，引水壓力鋼管設在非溢流壩段內，進水口底板高程為95.0m，管徑1.75m，採用單元供水的布置方式。
水輪機安裝高程85.0m，設計工作水頭36.0m，最大工作水頭45.
0m，最小工作水頭27.0m。工程樞紐處地形及工程布置見圖。
（二） 工程水文特性
該水庫混凝土壩為二級建築物，設計頻率洪水過程線、施工設計洪水等見表1-5。
表1 壩址設計洪水過程線單位：m3/s
表2 施工設計洪水成果單位：m3/s
表3 水文站實測歷年月平均流量單位：m3/s
表4 壩址水位—流量關係曲線
表5 水庫水位容積關係曲線
（三） 壩址地形地質條件
（1）左岸：地形自然坡度為1：1.5~1：2.0，覆蓋層2~3m，全風化帶厚3~5m，強風化加弱風化帶厚5m，微風化帶厚約4m。
（2）河床：岩面較平整，沖積砂礫層厚約0~1.5m，弱風化層厚1m左右，微風化層厚3~6m。
河床縱剖面地形中，迎水面壩踵處岩面高程約在86m左右，背水面壩趾處岩面高程約在83.5m左右。距壩趾下游15m處有一深潭，高程約為81m，整個河床皆為微、弱風化的花崗岩組成，緻密堅硬，強度高，抗沖刷能力強。
（3）右岸：地形自然坡度為1：2左右，覆蓋層4~6m，全風化帶厚6~8m，強風化帶厚2~4m，弱風化帶厚2~4m，微風化帶厚1~12m。
（4）基岩利用線及壩基開挖：強風化層要全部挖除。壩基的開挖範圍應與建築物的底部輪廓尺寸相適應，開挖的深度按壩底應力及壩基強度而定。
（5）壩後廠房基礎： 廠房設於壩後靠右岸的河床處，設計最低開挖高程為79~83m之間，全部處於微風化新鮮基岩內。
（四） 主要施工條件
（1） 對外交通：目前已有兩條**公路分別經過壩首和壩區。
（2） 施工電源：目前已有35kv輸電線路，電源充足可靠。
（3） 主要建築材料：本樞紐主壩為混凝土重力壩，壩體混凝土所需的卵石，在壩址上、下游1~2km處均可開採，河砂在距壩址10km處的下游採集。庫內盛產竹。
（五） 施工期限
本工程主體部分的大壩和電站廠房，施工工期為兩年左右，準備工程在第一施工年度的4~7月完成，水庫在第三施工年度的訊後開始蓄水，並在10月1日併網發電。
三、施工導流設計過程
（一）施工導流設計標準選擇
1.施工導流建築物級別的選定
本工程根據《水利水電工程施工組織設計規範》（sdj338—89），以及本工程的級別和圍堰工程規模，選定施工導流建築物為ⅳ級。
2.施工導流設計洪水標準的選擇
根據《水利水電工程施工組織設計規範》（sdj338—89），以及導流建築物的級別，選定導流建築物的洪水標準為：20年一遇（p=5%）。
（二）施工導流時段選擇
根據本工程的特徵條件採用分段圍堰法導流，中後期用臨時底孔洩流來修建混凝土壩。劃分為三個時段：第一時段，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑內施工；第二時段，河水由導流底孔下洩，進行第二期基坑內施工；第三時段，壩體全面公升高，可先由導流底孔下洩河水，底孔封堵以後，則河水由永久洩水建築物下洩，也可部分或完全攔蓄在水庫中，直到工程完建。
（三）施工導流設計流量及壩址處河床水位的選擇
根據導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為q=235 m3/s。根據壩址水位—流量關係曲線，採用內插法得到q=235 m3/s時的水位為86.09m，由於觀測點距壩址有300m遠，考慮到坡降，選擇壩址處水位為86.
39m。
（四）施工導流方案的選擇
根據樞紐的自然條件及壩體的結構特點及工程的導流施工標準，選擇採用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第一期先圍左岸，包括左岸非溢流壩段和溢流壩段，進行一期基坑內施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩段（含廠房壩段），進行二期基坑內施工。本工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，採用兩段兩期的施工導流方式完全可以滿足要求。
（五）第一期導流設計
1.河床水面寬度及束窄度
河床水面寬度由圖2所示確定為64m，束窄度取k=60%。
圖2 單位（m）
2.水利計算
束窄度取k=60%，抗衝流速。
（1）一期束窄段河床過流能力設計
則過水斷面面積：
（2）過水斷面為梯形：假設邊坡為1:1，，，出口處渠底高程83.5m。
假定水深為2.5m
則：假定水深為2.48m時，。
束窄段河床平均流速：
（3）束窄河床段上游水位壅高：
（4）上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：
3.縱向圍堰長度的擬定及圍堰軸線布置
根據施工要求及場地條件，擬定縱向圍堰長度為150m。縱向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸約29m處，如圖2。
4.圍堰斷面設計
（1）縱向圍堰斷面構造及尺寸
圖3 單位：mm
圍堰主體採用塊石、砂礫土料堆石體，防滲層為粘土斜牆，在粘土斜牆迎水位採用漿砌石護面。
（2）上、下游橫向圍堰斷面尺寸
①上游橫向圍堰斷面構造及尺寸
圖4 單位：mm
堆石體採用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜牆，防沖採用漿砌石護面。
②下游橫向圍堰斷面構造及尺寸
圖5 單位：mm
5.圍堰工程量的估算
上游橫向圍堰長度：36m
下游橫向圍堰長度：68m
縱向圍堰方量：長150m
（六）第二期導流水力計算
本工程二期採用底孔導流，為了確保洩流能力，擬定採用2個底孔。
1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇
根據水利水電工程設計規範選定：底孔布置在主河床的溢流壩段中，底孔底板距基岩面的距離為2m。底孔進口高程選定84.0m，出口高程83.9m，底孔全長57m。
由水利學原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其洩流能力計算公式為：，式中，（d為引化直徑）。
底孔進水口水頭損失係數為，閘門槽水頭損失，沿程水頭損失。時，出口處下游水位高程為86.39m，糙率取。
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