某水库工程施工组织设计方案.docx

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某水库工程施工组织设计方案

第一节洞身水力计算…………………………………………………………………………4

第二节上、下游水位计算……………………………………………………………………...5

第三节进口过流流量校核……………………………………………………………………...5

第一节山岩压力计算………………………………………………………………………...

第一章导流洞的水力计算

第一节洞身水力计算

（1）、导流标准

某水库工程是以供水为主兼顾农田灌溉和环境用水的综合利用工程，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，按供水规模应为Ⅳ等工程，根据水库总库容为532万m3，应属Ⅳ等工程，其主要建筑物大坝、溢洪道、取水口及输水洞为4级建筑物，根据颁部规范SDJ338---89的规定，相应的临时建筑物为五级建筑物，考虑到该工程规模较小，选取设频率P=20%，相应流量18m3/s。

（2）、洞身水力计算

从导流的布置情况来看，在枯水期一般设为无压隧洞，但为了考虑洪水期度

汛时的过流能力，故采用纵坡i=1.5/100；经过多方案的比较，采用i=1.5/100比较合理，经济。

导流隧洞按明渠均匀流设计，由明渠均匀流的流量公式：

Q=AC（Ri）1/2=Ki1/2

式中Q——设计流量（m3/s）

A——洞身过水断面面积（m2）

R——水力半径（m），R=A/X，X为过水断面湿周；

C——谢才系数（m1/2/s），其值按曼宁公式计算，C=R1/6/n，n为糙率。

为了考虑在第一个洪水期的泄洪，假设隧洞洞身的断面尺寸如下图所示：

洞宽b=3.8m，H=4.3m。

流量模数：

K=ACR1/2=Q/i1/2

则K=18/（1.5/100）1/2=146.97m3/s

糙率n值表

衬砌材料

n

现浇混凝土衬砌

0.014

预制装配式混凝土衬砌

0.017

浆砌石衬砌

0.017

经过修整的不衬砌断面

0.03~0.035

未经过修整的不衬砌断面

0.04~0.045

由《施工组织设计规范》，对现浇砼衬砌，n=0.014则

b2.67/nK=

采用高等教育出版社《水力学》上册附图Ⅱ，由b2.67/nK与h0/b的关系曲线，当b2.67/nK=17.2时，在m=0.0的曲线上查得h0/b=0.211，故导流洞中的实际水深为h0=0.211×3.8=0.802m

根据假设的隧洞断面图与洞身水力计算结果，圆拱直墙式断面尺寸为：

洞宽b=3.8m；直墙高3.197m；圆拱半径r=2.194m；洞内水深h=0.802m；水面

以上净空高度3.498m。

净空面积=A总－A=3.8×2.1＋2×1.9×1.097×1/2＋（1200×3.14×1.92）/3600－3.8×0.802=12.05（m2）

则ΔA/A=（12.05/15.1）×100%=79.81%

故净空高度及净空面积均符合明渠规范要求，并且实际过水断面形状上为矩形，故假设隧洞为明渠是正确的。

当Q=18.0m3/s时的相应临界水深hk及临界坡ik，=[ΑQ2/（gb2）]1/3

hk=[1×182/（9.8×3.82）]1/3=1.32m，h0=0.802m，由h0＜hk时、Fr＞1为急流。

临界断面面积Ak=bhk=3.8×1.32=5.016m2

临界过水宽度Bk=b=3.8m

临界湿周Xk=b＋2hk=3.8＋2×1.32=6.44m

临界水力半径Rk=Ak/Xk=5.016/6.44=0.78m

临界谢才系数Ck=RK/61/n=0.781/6×1/0.014=68.52

则临界纵坡ik=gXk/（αCk2Bk）=9.8×6.44/（1×68.522×3.8）=0.0036

由ik=0.35%＜i=1.5%，所以为陡坡。

第二节上、下游水位计算

1）、下游水位

由基本资料—岔河水库坝下水位流量关系曲线可知，当流量Q=18m3/s时相对应的水位为1423.01m，故下游水位为1423.01m，下游设计洪水静水位为：

1423.01m。

2）、上游水位

由ik=0.35%＜i=1.5%，隧洞长L=184.79m，取隧洞进口底板高程为：

1426m，则隧洞出口高程为：

1426-Li=1426-184.79×1.5/100=1423.30m

因隧洞出口底板高程与下游水位高程之差大于零，即1423.15-1423.01=0.14＞0。

故泄流量为自由出流。

采用中国城市出版社《施工组织设计与施工规范实用全书》上册，泄流量按短管自由出流，即按非淹没堰流计算。

非淹没堰流公式Q=mBK2g1/2H02/3

m——流量系数

H0——计入行近流速的上游水头

Bk————临界水深下的平均过水宽度

H0=（Q2/2gm2Bk2）1/3=[182/（2×9.8×0.32×3.82）]1/3=2.33m

则上游水位：

1424.38+2.33+△Z

=1424.38+2.38+1.62

=1428.38m△Z为河底高程与进口底板之差。

故上游设计洪水静水位为：

1428.38m。

第三节进口过流流量校核

采用中国城市出版社《施工组织设计与施工规范实用全书》上册以及SL297—2002水工隧洞设计规范，进口过流流量按宽顶堰公式计算：

Q=σSε1mnb’（2g）1/2H03/2

式中

m——流量系数

m=0.32+0.01×（3－P1/H）/（0.46+0.75×P1/H）

=0.32+0.01×（3－1.63/2.38）/（0.46+0.75×1.63/2.38）

=0.34

σS——淹没系数，自由出流时，σS=1

ε1——侧收缩系数

ε1=1－[α0/（0.2+p1/H）3]（b/B）4（1－b/B）

=1―[0.19/（0.2+1.63/2.38）3]（3.7/4.22）4（1―3.7/4.22）

=0.98

故Q=1×0.98×0.34×1×3.7×（2×9.8）1/2×2.383/2

=20.00m3/s＞18m3/s

所以满足要求。

第二章围堰的水力计算

第一节下游围堰计算

考虑到下游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故下游围堰设计成不过水围堰。

查围堰设计规范DL/T5087—1999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于Ⅳ－Ⅴ级土石围堰，δ=0.5m。

表2—1不过水围堰堰顶安全超高下限值

围堰

形式

围堰级别

Ⅲ

Ⅳ

土石围堰

0.7

0.5

砼围堰

0.4

0..3

土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：

斜墙式防渗体为0.8~0.6m；心墙式防渗体为0.6~0.3m。

取防渗体超高值为0.3m。

根据规范规定：

无行车要求的堰顶宽度，当堰高在6~10m时，堰顶宽度取3~4m，当堰高>10m时堰顶宽度取5m。

该工程围堰考虑工程自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.5~5m，取堰顶宽为4.5m。

围堰采用塑性心墙围堰，填筑时做成梯形断面，坡度为1：

0.2~1：

0.6的陡坡。

心墙的断面是梯形的，上部厚度不小于0.8~1.0m，下部厚度不小于1/10水头，且不能少于3m。

由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。

查坝址处水位流量关系曲线得：

当Q=18m3/s时，其相应的水位高程为1423.01m，则下游围堰的堰顶高程为：

Hd=hd+ha+δ

hd------下游水位高程

ha------波浪爬高（此处忽略不计）

δ------安全超高，按表2—1选用

心墙式防渗体为0.6~0.3m，即取0.3m，则顶部高程为1423.31m。

则下游围堰的堰顶高程：

Hd=1423.01+0.5=1423.51m

下游围堰高度为：

h=Hd－1419.34=1423.51－1419.34=4.17m

注：

1419.34m为下游围堰的河底高程。

下游围堰的底宽计算：

B=2×4.17+4.5+1.5×4.17

=19.095m

下游围堰心墙底宽计算：

B=2×0.3×4.45+2=4.66m

第二节上游围堰计算

考虑到上游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故上游围堰设计成不过水围堰。

查围堰设计规范DL/T5087—1999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于Ⅳ－Ⅴ级土石围堰，δ=0.5m。

不过水围堰堰顶安全超高下限值

围堰

形式

围堰级别

Ⅲ

Ⅳ

土石围堰

0.7

0.5

砼围堰

0.4

0..3

土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：

斜墙式防渗体为0.8~0.6m；心墙式防渗体为0.6~0.3m。

取防渗体超高值为0.3m。

根据施工组织设计规范规定：

无行车要求的堰顶宽度，当堰高在6~10m时，堰顶宽度取3~4m，当堰高>10m时堰顶宽度取5m，本工程考虑到自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.5~5m，堰顶宽取4.5m。

取下游面坡度为1：

2.0，上游面坡度为1：

1.5；围堰心墙的断面是梯形，上部厚度不小于0.8~1.0m，或由施工要求决定，下部厚度不小于1/10水头，且不小于3m。

塑性心墙围堰心墙围堰用的粘土及粘壤土，或砂和粘土按比例配合的土料，填筑时做成梯形断面，坡度为1：

0.2~1：

0.6的陡坡。

因此，本工程的心墙顶宽取为1.5m，两边的坡度取为1：

0.3。

由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。

由上游水位计算可知，导流隧洞进口底板高程为1426.00m，按规范要求，导流隧洞进、出口高程选择需要考虑截流、通航、放木要求，以及封堵条件，泥沙淤积或磨损，方便施工等。

导流隧洞进高程通常取枯水位以下1.0~1.5m。

上游的水位高程为：

1428.33m

由i=1.5%，L=184.79m,所以上、下游导流隧洞的进、出口的高差为：

Δh=i×L=1.5%×184.79=2.77m

则导流隧洞的出口高程为：

1426.00－2.77=1423.23m

故上游围堰的堰顶高程由下式决定：

Hu=hd＋Z＋ha＋δ

式中Hu——上游围堰堰顶高程，m；

Z——上下游水位差，m；

Hu=hd＋Z＋ha＋δ=1423.01＋（1428.33－1423.01）＋0.5

=1423.01+5.32+0.5

=1428.33m

上游围堰的河底高程为1423.57m，则上游围堰的高度为：

1428.83－1423.57=5.26m

上游围堰的底宽计算：

B=2×5.26+4.5+1.5×5.26

=20.28m

下游围堰心墙底宽计算：

b=2×0.3×4.45+2=4.66m

第三章隧洞内力及配筋计算

第一节山岩压力

由于山岩压力是不压隧洞衬砌设计中起决定作用的荷载，因此山岩压力值的计算选定，直接关系到衬砌尺寸是否经济合理。

采用《水工隧洞设计规范》建议的山岩压力计算，对于Ⅲ~Ⅳ类围岩，可以按松动介质平衡理论估算三岩压力。

考虑到进出口的地质条件不是很好，属于Ⅲ~Ⅳ类围岩，不能形成压力拱，当洞室埋深度（由衬砌顶部至地面的垂直距离）H小于2倍压力拱高度或小于压力拱跨度的2.5倍。

为了使用设计便于安全，对于不能形成压力拱的岩体，允许按全部岩柱重量（不考虑两侧磨阻力）来计算垂直压力，即采取q=γH。

分别取隧洞进、出口往里15m所对应的覆盖层厚度分别为H1=15.45m，H2=12.49m。

按水利电力出版社高昌侠、熊启钧编著《隧洞》表3—2岩石坚固系数及其它力学指标表查得：

对于中等坚硬的岩石及坚