水利工程施工组织设计计算书.doc
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水利工程施工课程设计
（计算书）
专业年级
学号
姓名
指导教师
2012年11月
19
1. 施工导流 1
1.1. 导流标准 1
1.2. 估算粘土心墙达到的高程 1
1.3. 拦洪水位的计算 2
1.4. 拦洪库容的计算 2
2. 导流隧洞的断面尺寸的计算 2
2.1. 最大下泄流量的确定 3
2.2. 泄放最大流量时隧洞流速的计算 3
2.3. 隧洞过水断面面积的计算 4
2.4. 隧洞断面型式、尺寸及布置 4
3. 汛期大坝拦洪校核计算 4
3.1. 梅雨汛期拦洪水位计算 7
3.2. 临时挡水期大坝安全校核 8
4. 围堰顶高程的计算 8
5. 大坝各期工程量计算 9
6. 施工机械的生产率的计算 10
7. 配套机械数量计算 12
8. 隧洞开挖计算 13
8.1. 崩落孔参数的计算 13
8.2. 循环作业进尺计算 14
8.3. 装载机生产率的计算 15
8.4. 自卸汽车生产率的计算 15
8.5. 总工期的计算 15
土石坝施工组织设计计算书
1.施工导流
1.1.导流标准
根据土石坝属于2级建筑物，按导流建筑物级别划分选择导流建筑物的级别为4；导流建筑物的设计洪水标准选定为洪水重现期20年，时间划分在2011年11月至2012年4月，洪水的设计流量查该时段的设计流量取为2940m³/s。
坝体施工期临时挡水标准选定为洪水重现期100年，洪水的设计流8290m³/s。
导流建筑物级别划分依据
级别
保护对象
失事后果
使用年限
导流建筑物规模
（年）
堰高（m）
库容（108m3）
3
有特殊要求的1级永久性水工建筑物
淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失
>3
>50
>1.0
4
1级、2级永久性水工建筑物
淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程总工期及第一台（批）机组发电而造成较大经济损失
1.5～3
15～50
0.1～1.0
5
3级、4级永久性水工建筑物
淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小
<1.5
<15
<0.1
1.2.估算粘土心墙达到的高程
根据粘土心墙的高程假设为拦洪高程。
粘土心墙填筑的时间为2011年12月下旬至2012年4月末。
有效工日=11+18+18+22+20=89d
粘土心墙填筑上升速度每天0.2~0.4m确定，取每天0.3米。
粘土心墙高度
拦洪高程
1.3.拦洪水位的计算
根据已定的拦洪坝高程扣除安全超高2~3m，即为拦洪水位。
1.4.拦洪库容的计算
根据拦洪水位，在水位库容关系曲线上查出49m水位对应的库容为2.6亿m³。
2.导流隧洞的断面尺寸的计算
在已知洪水过程线和上游拦洪水位的条件下，若求得隧洞泄水过程线，就得出相应于拦洪水位时的隧洞最大下泄流量。
为简化计算，曲线AB以直线代替，就可方便地计算出阴影部分面积所代表的库容V´，并与拦洪水位相应库容V比较，如V´=V，由AB直线段为所拟的隧洞泄水过程线，Q泄为所求隧洞的最大下泄流量。
图1水库库容与下泄流量关系曲线
根据上述方法，先设定6个下泄流量，作出向A点方向作三条直线，并与洪峰过程线相切，计算出相应的库容。
表1按1%频率曲线下泄流量与对应的库容
下泄流量（m³/s）
库容（亿m³）
7110
0.86
5056.9
1.58
2901.5
2.51
2818.6
2.55
2155.4
2.88
1906.7
3.02
根据下泄流量和库容的对应关系作出下泄流量与库容关系曲线，如图所示；
图2下泄流量库容关系曲线
2.1.最大下泄流量的确定
根据拦洪水位相应库容V=2.6亿，在Q～V曲线上，找出相应的隧洞最大下泄流量为=2750。
2.2.泄放最大流量时隧洞流速的计算
大坝拦洪时，隧洞泄放最大流量，一般为压力流，其流速按有压流公式计算：
利用公式计算
m=0.85；
V为洞里平均流速；
H0为隧洞进口计算水深（在洞线布置之前用拦洪水位代之）；H0=49m
hp为隧洞出口底坎以上水深，在这里，可根据隧洞最大下泄量，从坝址水位流量关系曲线上查得；hp=32.1m。
最大下泄流量的确定
根据拦洪水位相应库容V=2.6亿，在Q～V曲线上，找出相应的隧洞最大下泄流量为=2750。
泄放最大流量时隧洞流速的确定
2.3.隧洞过水断面面积的计算
利用公式计算；
2.4.隧洞断面型式、尺寸及布置
考虑到地质条件的影响，隧洞断面采用城门洞形。
隧洞的布置形式如图所示；
断面尺寸根据公式W=确定。
B取值11.3m。
3.汛期大坝拦洪校核计算
根据已定的隧洞尺寸和泄流条件，经过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安全拦洪。
先假定几个隧洞下泄流量，分别计算出相应的上游水位。
临界水深的计算通过作辅助图形，如图所示；
图3求解临界水深曲线
当隧洞通过的水流为明渠流时；假定隧洞下泄流量为（200、400、600800）
利用公式计算，可以在临界水深图形查出临界水深；
表2明渠泄流时假设流量与下游水位表
流量（m³/s）
临界水深（m）
下游水深（m）
200
3.6
3
400
5.5
3.6
600
7.3
4.1
800
8.9
4.5
判别出口流态，在假设的下泄流量条件下临界水深hc＞下游水深h下；出口为自由出流，取。
利用公式计算；
为进口洞内水深；为出口洞内水深；
为进口洞内流速；为出口洞内流速；
=；为平均谢才系数；
，谢才系数，采用混凝土衬砌时n=0.014
为平均水力半径；为隧洞长度，L=500m。
利用公式计算进口落差；
为流速系数，取0.8～0.9；本次计算取0.85
为上游行进流速，当时，流速水头很小，第二项可略去。
利用公式计算上游水位
综合上述三个公式得出计算结果如图所示；
表3明渠泄流时上游水位计算表
流量Q
（m³/s）
水深h2
（m）
断面面积A
（m2）
流速V
（m3/s）
（m）
C
h1
（m）
Z
（m）
▽上
（m）
200
3.6
34.56
5.79
2.06
80.55
4.85
2.36
32.2
400
5.5
52.8
7.58
2.56
83.56
7.10
4.05
36.2
600
7.3
70.08
8.56
2.90
85.28
9.04
5.17
39.2
800
8.9
85.44
9.36
3.12
86.34
10.79
6.18
42.0
当隧洞通过的水流为有压流时；假定隧洞下泄流量为（1600、1800、20002200）
表4有压泄流时流量与对应下游水深关系表
流量（m³/s）
下游水位h下（m）
有压流水深h（m）
1600
30.8
41.95
1800
31.1
41.95
2000
31.4
41.95
2200
31.6
41.95
判别出口流态，在假设的下泄流量条件有压流水深h＞下游水深h下；出口为自由出流。
利用公式计算
为出口计算水深，自由出流时，
为局部损失系数之和，进口采用喇叭口时=0.25；整个隧洞取=0.35
，谢才系数，采用混凝土衬砌时n=0.014
；
利用=进口坎高程+计算
综合上述公式得出计算结果如图所示；
表5有压泄流时上游水位计算表
流量
（m³/s）
下游水位
（m）
计算水深h2
（m）
断面面积
（m2）
流速V
（m/s）
H0
（m）
▽上
（m）
1600
30.8
14.41
177.83
9.00
21.87
46.9
1800
31.1
14.41
177.83
10.12
23.85
48.9
2000
31.4
14.41
177.83
11.25
26.07
51.1
2200
31.6
14.41
177.83
12.37
28.52
53.5
将假定几个隧洞下泄流量及与之相应的上游水位，画出无压和有压部分的泄流量与水位的关系曲线并以光滑曲线连接该段曲线，以代替半有压流曲线。
如图所示；
表6下泄流量与对应上游水位表
下泄流量
（m³/s）
200
400
600
800
1600
1800
2000
2200
上游水位
（m）
32.2
36.2
39.2
42
46.9
48.9
51.1
53.5
图4下泄流量与上游水位关系曲线
3.1.梅雨汛期拦洪水位计算
通过调洪运算，确定梅雨汛期拦洪水位
采用简单图算法计算确定，根据坝体施工期临时挡水标准选定为洪水重现期100年，洪水的设计流8290m³/s；假定三条隧洞泄水过程线，求出相应的库容和下泄流量，根据在库容曲线上得出相应的上游水位。
表7假设下泄流量库容与对应上游水位关系表
下泄流量Q（m³/s）
3813
2736
2073
库容（亿m³）
2.42
2.75
2.95
上游水位H（m）
46
49
50
在绘有隧洞泄流能力曲线的Q~H坐标图上，绘出相应的点P1（Ql，H1）、P2（Q2，H2）、P3（Q3，H3），过P1、P2、P3点绘曲线交隧洞泄流能力曲线于P点，则对应于P点的泄流量Q为拦洪时隧洞最大下泄流量，相应的水位H即为所求拦洪水位。
如图所示；
图5求解拦洪时隧洞最大下泄流量关系曲线
在关系曲线上可以查得拦洪时隧洞最大下泄流量=1900，拦洪水位H=50m.
3.2.临时挡水期大坝安全校核
根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前的大坝高程与拦洪高程H进行比较；有；大坝必须要加快施工进度达到52m的高程才是安全的。
4.围堰顶高程的计算
围堰顶高程由该设计流量时的上游水位和安全超高确定。
发生设计洪水时的上游水位即为围堰拦洪水位。
假定三条隧洞泄水过程线，求出相应的库容和下泄流量，根据在库容曲线上得出相应的上游水位。
表8求解上游围堰时假设的隧洞下泄流量库容及对应上游水位表
下泄流量Q（m³/s）
1352
970
735
库容（亿m³）
0.86
0.98
1.05
上游水位H（m）
35
36.5
37.5
在绘有隧洞泄流能力曲线的Q~H坐标图上，绘出相应的三个点的坐标并连成一条线，如图所示；
图6求解围堰水位与下泄流量关系曲线
上游水位H=39m,下泄流量Q=580m³/s
上游围堰高程▽上围=39+2=41m
下游围堰的顶高程=下游水位+超高，下游水位是发生设计洪峰流量、隧洞下泄最大流量时的下游水位。
下泄流量Q=580m³/s时，下游水位H=29.1m
=
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