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=3.82.67/（0.014×146.97）=17.20

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硬的石灰岩，不坚硬的沙石和石灰岩，软砾岩相应的岩石坚固系数f=4，岩石容重γ=24~28（KN/m3）,取岩石容重γ=26KN/m3。

所以进、出口垂直压力强度为：

q1=γH1=26×15.45=401.70KN/m2；

q2=γH2=26×12.49=324.74KN/m2。

为了便于计算，取单位长度计算，则进、出口顶部垂直均布荷载Q1=401.70KN/m

Q2=324.74KN/m。

为了便于计算，单位的换算关系近似采用Kg=10KN。

故Q1=40.170T/m，Q2=32.474T/m。

第二节隧洞衬砌内力及配筋计算

采用张校正（新疆水利厅）改编，黄凯申（新疆兵团水利局）校核Ｇ－１２隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序。

一、程序功能

本程序采用屠规彰等提出的衬砌结构的非线性常微分方程组，应用初参数数值解法，解算隧洞衬砌在水压力、山岩压力及衬砌自重等荷载作用下弹性抗力分布，算出变位和内力，并按水工钢筋混凝土规范进行配筋计算。

对于11种隧洞过水断面（参阅附图），程序将衬砌（左半部）的底板、顶板、边墙、侧底拱、侧顶拱等每部分10等分段，输出每个计算点的轴向力、剪力、弯矩、受压钢筋面积、受拉钢筋面积、抗裂安全系数以及裂缝开展宽度。

轴向力的单位：

t；剪力的单位：

t

弯矩的单位：

t.m；

受压钢筋面积的单位:

cm2；受拉钢筋面积的单位:

cm2；

裂缝开展宽度的单位:

cm

二、计算原理

参阅《水工隧洞设计规范（SD134－84）》附录七。

配筋计算按照《水工钢筋混凝土设计规范》的公式计算偏心受压和偏心受拉构件。

计算中不受最小配筋率的限制，实际采用时，可按照规范规定的最小配筋率或按少筋混凝土计算。

三、使用方法

1、数据准备：

参看附图。

A＄工程名，如“SUANLI”

A断面形状编号，参阅附图。

Ky钢筋砼偏心受压安全系数

K1钢筋砼偏心受拉安全系数

R#混凝土标号，如250#应为“250”

Rg钢筋强度（kg/cm2）

Eg钢筋弹性模量（kg/cm2）

A钢筋毛保护层（cm）

D钢筋直径（cm），用以计算裂缝开展宽度

L1半跨底宽（m）

H2侧墙高度（m）

R1弧形底板半径（m）

R2侧底拱半径（m）

R4侧顶拱半径（m）

a1弧型底板半中心角（角度）

a2侧底拱中心角（或半中心角）（角度）

a4侧顶拱中心角（或半中心角）（角度）

D1底板厚度（m）

D2侧底拱厚度（第九类断面为侧底拱起点厚度）

D3侧墙厚度（m）

D4侧顶拱起点厚度（m）（第一类断面为侧顶拱厚度）

D5顶板厚度（m）（或侧顶拱终点厚度）

Q4顶部垂直均布荷载（t/m）

Q3侧向分布荷载上端点值（t/m）

Q2侧向分布茶载下端点值（t/m）

Q1底部垂直均布荷载（t/m）

H0水压荷载水头值（内压为正）（m）

P灌浆压力（各边均布法向荷载，外压为正）（m）

Rh衬砌容重（t/m3）

Eh衬砌弹性模量（t/m2）

K1底板、侧底拱部位围岩弹抗系数（t/m3）

K2侧墙部位围岩弹抗系数（t/m3）

K3顶板、侧顶拱部位围岩弹抗系数（t/m3）

[注]各类断面形状无某项数据时填0

2、内力符号规定如下：

面向基岩取微分段，图示内力为正

四、算例及计算成果

本程序的算例全部采用陕西省水电设计院马跃堂同志的算例资料，以便于成果比较。

经比较误差很小，现计算进出口城门洞形的计算成果。

隧洞进口数据文件为G-12.INT

1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，

1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，40.17，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000

计算结果文件为G-12.OUT

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*****隧洞进口内力及配筋计算书G-12*****

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一.基本数据

（A=4）

Ky=1.6KL=2.5R#=250Rg=3100Eg=2000000

a=5d=2.2

L1=1.9H2=3.4R1=0R2=0R4=2.39

a1=0a2=0a4=60D1=.4D2=0

D3=.4D4=.4D5=.4Q4=40.17Q3=0

Q2=0Q1=0Ho=0P=0rh=2.4

Eh=2800000K1=50000K2=50000K3=50000

二.计算结果:

迭代计算

第1次迭代

第2次迭代

第3次迭代

位移状态

111111*********1111110000000000

--------------------------------------------------------------------------------

底板（M=10）

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

0-30.9250.00021.3820.00026.9390.4560.01953

1-30.9251.75121.2200.00026.6350.4590.01960

2-30.9253.99120.6860.00025.6420.4710.01982

3-30.9257.20219.6410.00023.7170.4950.02024

4-30.92511.84617.8580.00020.4810.5440.02088

5-30.92518.35515.0210.00015.4600.6500.02194

6-30.92527.10510.7410.0008.1480.9410.02233

7-30.92538.3934.5600.0000.0003.1430.00000

8-30.92552.394-4.0210.0000.0004.0080.00000

9-30.92569.115-15.5230.00016.3370.6280.02159

10-30.92588.331-30.4440.00044.8820.3310.01619

-------------------------------------------------------------------------------

侧墙（M=10）

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

0-88.331-30.925-30.4440.00034.7060.3740.01549

1-88.005-29.229-20.0930.00011.7040.5860.02193

2-87.679-24.341-10.9350.0000.0001.5430.00000

3-87.352-18.301-3.6750.0000.00099.9990.00000

4-87.026-12.0691.4860.0000.00099.9990.00000

5-86.700-5.7904.5260.0000.00099.9990.00000

6-86.3740.9305.3740.0000.00099.9990.00000

7-86.0488.7433.7710.0000.00099.9990.00000

8-85.72218.248-0.7600.0000.00099.9990.00000

9-85.39629.643-8.8460.0000.0002.4910.00000

10-85.07042.299-21.0520.00014.2870.5490.02249

侧顶拱（M=10）

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

0-94.822-5.903-21.0520.00012.3090.5680.02032

1-88.935-13.582-18.4320.0008.1340.6560.02214

2-82.144-18.406-14.3870.0001.7930.8910.21925

3-74.848-21.425-9.3580.0000.0001.7980.00000

4-67.461-22.611-3.8020.0000.00099.9990.00000

5-60.389-22.0221.8260.0000.00099.9990.00000

6-54.012-19.8047.0980.0000.0002.2450.00000

7-48.669-16.17911.6340.0005.0390.9610.02565

8-44.640-11.43615.1130.00012.1720.6860.02508

9-42.136-5.91617.3000.00016.7260.5850.02300

10-41.2870.00018.0460.00018.2930.5580.02213

隧洞出口数据文件为G-12.INT

1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，

1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，32.47，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000

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*****隧洞出口内力及配筋计算书G-12*****

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一.基本数据

算例（A=4）

Ky=1.6KL=2.5R#=250Rg=3100Eg=2000000

a=5d=2.2

L1=1.9H2=3.4R1=0R2=0R4=2.39

a1=0a2=0a4=60D1=.4D2=0

D3=.4D4=.4D5=.4Q4=32.47Q3=0

Q2=0Q1=0Ho=0P=0rh=2.4

Eh=2800000K1=50000K2=50000K3=50000

二.计算结果:

迭代计算

第1次迭代

第2