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水利工程施工与施工组织计算题

第一章施工水流控制

四、计算题

1.大坝施工,用全段围堰、隧洞导流。

图示围堰为Ⅲ级。

设计导流流量为160m3/s,下游水位为129.25m。

有隧洞泄流与水力关系查得,160m3/s泄流量时上游水位为136.65m,此水位的波浪爬高为0.56m。

下游波浪爬高0.15m,求上下游围堰的堰顶高程。

[解]:

因采用波浪爬高,同时又是上下游围堰,所以考虑应是土石围堰;

查表得:

Ⅲ级土石围堰的安全超高为0.7m。

上游围堰堰顶高程:

HU=136.65+0.56+0.7=137.91m

下游围堰堰顶高程:

HL=129.25+0.15+0.7=130.10m

2.混凝土重力坝施工,初期导流采用分段围堰法,第一期先围右岸河床,左岸河床泄流。

设计洪水流量为13600m3/s,,相应的过水深度为50m,过水断面平均宽度为180m,行进流速为0.18m/s,验算河床束窄后的流速能否满足通航要求。

围堰属Ⅲ级,求纵向围堰近首、末段的高度。

上、下游波浪高度分别为1.0m,0.6m。

[解]:

平均流速v=13600/(180×50)=1.51<2m/s 满足通航要求。

Ⅲ级混凝土围堰的安全超高为0.4m。

流速系数取0.80.

进口处水位落差为1.512/(2g×0.80^2)-0.18^2/2g=0.18m

纵向围堰首端高度:

5.0+0.18+0.4+1.0=51.58m

纵向围堰末段高度:

50+0.4+0.6=51m

3.截流时抛掷10t重的混凝土四面体。

在立堵与平堵时,各能抵抗多大的水流流速。

[解]:

混凝土的容重取2.4t/m3。

四面体的体积V为:

10/2.4=4.17m3

    设化引球体半径为r,则4.17=4лr3/3

                     r=0.9985m

球体直径D=1.997m

立堵时,取K=1.05,

=7.78m/s

平堵时,取K1=0.9,

=6.67m/s

       取K2=1.2,

=8.89m/s

4.大坝施工的导流隧洞为3.5×3.5的城门洞形断面,封堵时隧洞断面重心上水头为45m。

求混凝土塞的最小长度。

[解]:

安全系数K取1.2,混凝土容重取2.4T/M3。

     隧洞断面面积W=3.5×1.75+3.14×3.5^2/8=10.94m2

水头推力P=45×1000×9.81×10.94=4829463N

隧洞周长=3.5+2×1.75+3.14×3.5/2=12.5m

混凝土与岩石(或混凝土塞)的摩阻系数取0.60,

混凝土与岩石(或混凝土)的粘结力取10×10^4N/m2。

所以,混凝土塞的最小长度为

l=

=4.13m

 

 

第二章爆破工程

四、计算题

1.—埋置深度为4m的药包,爆破后得到底直径为10m的爆破漏斗。

求:

(1)爆破作用指数,指出属何种类型的爆破?

如果炸药单耗为1.5kg/m3,爆破药量是多少?

(2)如果爆破漏斗直径不变,要求实现减弱抛掷爆破,其深度如何调整?

[解]:

(1)W=4m,r=10/2=5m

所以n=r/W=5/4=1.25>1,属加强抛掷爆破。

装药量Q=1.5×4^3×(0.4+0.6×1.25^3)=150.9kg 

(2)当n=1时,即5/W=1,所以W=5m

当n=0.75时,即5/W=0.75,所以W=6.67m

故减弱抛掷爆破的条件:

5

2.某项爆破工程拟采用集中药包洞室爆破,设计最小抵抗线长度为20米,取用爆破作用指数n=1.若要求增加爆破方量10000m3,在最小抵抗线不变的情况下,试近似计算爆破作用指数n值。

并指出数何种爆破类型?

[解]:

当n=1时,爆破漏斗底直径为2×20=40m,爆破方量V1=π/4×402×20/3=18377.6m3。

增加爆破方量10000m3时,总爆破方量变为18377.6m3。

此时设爆破作用指数为nx,爆破漏斗底直径为2×20nx=40nx,

则满足:

π/4×(40nx)^2×20/3=18377.6。

解得:

nx=1.48,故属加强抛掷爆破。

3.在边坡角度为50度的坚硬岩石坡上作爆破。

最小抵抗线10m,爆破作用指数用1.2,标准炸药单位耗药量为1.4kg/m3。

现用1号硝铵岩石炸药,求装药量、压缩圈半径、上破裂半径与下破裂半径。

[解]:

1号硝铵岩石炸药的爆力为350ml,故炸药换算系数e=320/350=0.914。

所以装药量Q=1.4×0.914×10^3×(0.4+0.6×1.2^3)=1838.53kg

坚硬岩石μ=10,装药密度△取1000kg/m3,

则压缩圈半径

m。

岩石系数KT取0.016,则岸坡坡度影响系数β=1+0.016(50/10)^3=3,

故上破裂半径R’=10

=23.07m,下破裂半径R=10

=15.62m。

4.在山坡上爆破处距地面一砖砌建筑物的距离为170.8m,爆破作用指数取1.0,求爆破飞石不致损害该建筑物的最小抵抗线的最大值。

如果采用标准炸药,该建筑物地基为粘土,校核爆破地震与空气冲击波对该建筑物有无损害。

[解]:

单位耗药量为1.4kg/m2。

飞石安全距离计算用的安全系数取1.5,设最小抵抗线的最大值为W,则:

170.8=1.5×20×1^2×W

W=5.69m

装药量Q=1.4×5.69^3×(0.4+0.6×1^3)=257.9(kg)

粘土地基,系数K取2.0。

α取2.0,β取1/3。

地基介质质点振动速度V=2(257.9^(1/3)/170.8)^2

 

第三章基础处理工程

四、计算题

1.坝基灌浆前作压水试验。

压水试验段长5m,不同压力水头下5min的注水量列入表1-A-2求灌浆的临界压力及在此压力时的单位吸水量。

表1-A-2     不同压力水头下的5min吸水量

绘制压力与注水量的关系曲线如图2-A-1。

图2-A-1

[解]:

由曲线可知,当水头达30m时,注水量突然增大,故临界压力为30m水头。

单位吸水量

2.砂砾石地基中颗粒的D15=0.35mm,欲灌水泥粘土浆。

已知水泥与粘土的颗粒组成如表1-A-3。

求可灌的水泥与粘土的比例。

[解]:

假定水泥:

粘土为1:

3,则混合后的颗粒组成如表2-A-1

(组成%

表2-A-1

由表2-A-1可知,颗粒累计含量接近85%的颗粒为0.03mm,故可灌比M=

,可灌,故所选1:

3的比例合适。

3.砾石地基中开挖槽孔深度10m。

地下水位低于槽口2m。

用泥浆固壁,泥浆面低于槽口0.5m。

砂砾石的内摩擦角为32°,干容重2.2t/m3,比重2.69。

求所需固壁泥浆的容重。

[解]:

泥浆深度H=10-0.5=9.5(m)。

地下水面距地表a=2m,槽中地下水深h=10-2=8(m)

砂砾地层的饱和容重

(t/m3)

,设泥浆容重为

,则

9.5

=8×1+[2.2×2+(2.38-1)×8]×0.3073

=1.34

 

第四章土石坝工程

四、计算题

1.已知砂砾开挖强度为4966.25m3/d。

用1m3正铲挖土,10t自卸汽车运土。

正铲挖装土的循环时间为26s,土斗的充盈系数为1,土的松散影响系数为0.75。

求所需挖掘机的台数。

[解]:

正铲每分钟循环作业次数

土斗的充盈系数取为KH=1,时间利用系数KB=0.85,联合作业延误系数Kt=0.9,土料的松散影响系数K’P=0.75。

故正铲的生产率为

P铲=60×1×2.3×2.3×1×0.75×0.85×0.9=79.18m3/h

每天按工作21h计,所需正铲台属为

,取3台

2.砂砾石的容重2.3t/m3,松散影响系数为0.75。

用1m3正铲开挖的循环时间为26s。

用10t自卸汽车运土。

运距1730m,运行平均速度18km/h,卸土时间1min,求每台正铲徐配几辆汽车。

[解]:

取土料充盈系数为1,则每辆斗装斗数

,取5,

则装车时间为26×5/60=2.16min,已知卸车时间为1min,来往运输时间为

每台正铲需配汽车辆数

,取7辆。

3.土坝施工,粘性土的上坝强度为4992m3/d。

已知设计干容重为1.65t/m3,料场土料干容重1.35t/m3,土料松散干容重为1.28t/m3。

土料开挖损失系数为0.95,运输损失系数为0.98,求开挖与运输强度。

[解]:

开挖强度

=6461.63m3/d

运输强度

=6474.25m3/d

4.粘性土上坝强度为4922m3/d。

用滚筒宽度为1.3m的5t羊足碾压实。

铺土厚度0.3m。

碾压遍数16次。

行速4.53km/h。

坝体设计干容重为1.65t/m3,松铺土料湿容重1.42t/m3,含水量18%。

求所需羊足碾台数。

[解]:

运输土料干容重

t/m3。

层压实厚度

m。

搭接宽度C取0.2m,时间利用系数取0.85,羊足碾的生产率为

=58.24m3/h

每日工作21h,需羊足碾台数为

 

第五章混凝土坝工程

四、计算题

1.混凝土坝最高浇筑强度为4×104m3。

混凝土的粗骨料为二级配,其中5~20mm占45%,20~40mm占55%。

天然骨料中5~20的含量为30%,20~40mm的含量为45%。

求砂砾石的最高月开采量(每方混凝土用粗骨料量为1476kg)。

 [解]:

混凝土出机以后损失系统取1.5%,则

5~20mm骨料的总需量q5~20=(1+1.5)×1476×45%×4×104=26966520kg

20~40mm骨料的总需量q20~40=(1+1.5)×1476×55%×4×104=32959080kg

骨料生产损耗系数小石用0.09,中石用0.07。

按5~20mm骨料求开采总量Q5~20=(1+0.09)×26966520/30%=97978356kg。

按20~40mm骨料求总采量Q20~40=(1+0.07)×32959080/45%=78369368kg。

故应开采97978356kg。

2.混凝土坝的高峰月浇筑强度为4×104m3/月。

用进料容量为2.4m3的拌合机。

进料时间为15s,拌合时间为150s,出料时间为15s,技术间歇时间为5s。

求所需拌合机台数。

 [解]:

不均匀系数取1.5,月工作25d,每日工作20h,要求拌合设备小时生产能力为

出料系数取0.65,时间利用系数0.85,混凝土拌合机的生产率为

需要拌合机台数

,取5台。

3.混凝土坝施工,高峰月浇筑强度为4×104m3/月。

用20t缆机吊运6m3吊罐运送混凝土。

吊运循环时间为6min。

时间利用系数取0.75,吊罐有效容积利用系数取0.98,综合作业影响系数取0.85,求缆机台数。

 [解]:

缆机月有效工作天数取25,每日有效工作时数取20,

浇筑月内,日、小时的不均匀系数分布取1.1、1.2。

缆机小时实际生产率

缆机小时浇筑强度

缆机需要数量 

台,取3台

4.某混凝土重力坝月浇筑强度为16530m3,坝段宽度为16m。

混泥土的初凝时间为2.5h,运输入仓时间为30min,浇筑层厚度为0.35m,求纵缝间距。

 [解]:

混凝土浇筑月、日、小时不均匀系数分别取1.1、1.1、1.2,

月工作日数取25d,工作小时数取20h,

则浇筑能力

运输延误系数取0.85,则纵缝间距L为

5.面积16×24m的坝块用碾压法施工。

混凝土初凝时间为2.5h。

用3×1.5m3一座拌合楼,生产率为79.8m3/h。

用BW—201振动碾碾压,碾宽2.032m。

碾压遍数为10,混凝土运输入仓时间为30min,求不出冷缝的碾压层厚度与震动碾台数及其生产能力的利用程度。

 [解]:

设碾压层厚度为h,运输延误系数取0.85,则

,求出h=0.35。

振动碾行速取1000m/h,叠压宽度取0.2m,时间利用系数取0.85,则振动碾的生产率为

所需振动碾台数

取2台。

 

第六章地下建筑工程

四、计算题

1.隧洞长度12000m,要求18个月内完成开挖工作。

已知隧洞开挖的综合进度指标为180m/月。

施工支洞的综合进度指标为270m/月。

最长支洞长度为300m,求所需支洞条数。

[解]:

设所需工作面数为N,则

,求得N=4。

支洞条数m=

 

2.4m×4m的城门洞形隧洞(上部为半径为2m的半圆)。

采用分部开挖法,先开挖上部半圆。

岩石属中等硬度岩石,单位耗药量为1.4kg/m3。

用光面爆破法,求光爆孔的个数与最小抵抗线。

[解]:

一次循环进尺需药量

3.用混凝土泵垂直封拱。

顶拱长度12m,初砌厚度0.8m。

混凝土泵的水平输送距离最大可达300m,生产率40m3/h。

输送管离洞底0.5m水平布置,到封拱段转90°角垂直上升。

隧洞开挖高度为4m。

求垂直管段长度、垂直管位置和混凝土泵到封拱段的距离(垂直管1m相当8m水平管,90°弯管相当于12m水平管)。

[解]:

 垂直管尾距洞顶0.2m,垂直管尾长度H=4-0.5-0.2=3.3m

 

4.隧洞顶有一块高2m、体积2m3、可能垂直下落的危石,用Φ20mm的锚杆作局部锚固。

岩石容重2.5t/m3。

钢筋的设计拉应力为310Mpa,求锚杆数与锚杆长。

[解]:

      锚杆根数

,取1根。

 

第七章施工总组织

四、计算题

1.某混凝土坝施工,拟用坝体临时断面拦洪渡汛。

坝底长度240m,坝两肩岩坡1:

1,临时断面高35m,宽26m。

需在6个月内完成。

现用生产能力为79.8m3/h的拌和楼一座,能否满足施工强度要求。

[解]:

临时断面的工程量V=(240+1×35)×35×26=250250m3。

   月工作日取25d,每日工作时间取20h,

则要求的浇注能力P=

×1.1×1.2×1.1=121.12m3/h(1.1,1.2,1.1分别为月、日、时不均匀系数)>79.8m3/h,

   故不满足。

2.土坝枢纽施工采用全段围堰、隧洞导流,坝高67.5m。

工程于1995年初开始,1996年6月底坝体应达42m起拦洪作用。

1997年初第一台机组发电。

各项工程的工程量及施工强度指标列入表1-A-7。

每月工作日数按25d计。

安排其施工进度。

表1-A-7     各项工程的工程量及施工强度参考资料

[解]:

各项工程的施工延续时间(月工作按25d计):

隧洞:

两个工作面,施工强度取2.5m/d工作面,则

=6月。

坝基开挖:

施工强度取750m3/d,

=1.3月,取1.5个月。

混凝土截水墙:

施工强度取150m3/d,

=0.37月,取0.5个月。

钻孔灌浆:

施工强度取45m/d,

=0.98月,取1.0个月。

拦河坝:

施工强度取0.3m/d,

=9月。

溢洪道:

施工强度取1500m3/d,

=5.3月,取6个月。

混凝土厂房:

施工强度取150m3/d,

=6月。

其他:

围堰0.5个月,机组安装3个月,蓄水3个月。

按施工程序,安排施工进度如下表2-A-3。

校核:

①1996年1~6月土坝上升高度为6×0.3×25=45m>42m,故满足拦洪要求;②1996年底蓄水3个

月,机组安装完毕,能保证1997年初第一台机组发电。

 

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