2013水利工程施工课程设计指导书（水工）

《水利工程施工》课程设计指导书

（水利水电工程专业）

1 前言

根据培养计划和《水利工程施工》教学大纲的规定，水利水电工程专业的学生有一周半的《水利工程施工》课程设计。课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学知识，培养学生运用本课程的知识解决实际问题的能力。本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工截流设计。

2 基本资料

大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图1。戗堤处水位~流量关系见表1和图2。戗堤端部边坡系数n=1，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为26kN/m3。该工程采用左右岸各布置一条导流洞导流，左、右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2和图3。

图1 河床剖面图

表1 坝址处天然水位~流量关系

流 量（m3/s） 水位（m） 250 952.15 317 952.71 410 953.48 500 954.00 1000 955.87 1

956.5 956 955.5 955 954.5 954 高程（m） 953.5 953 952.5 952 951.5 0 200 400 600 流量（m3/s） 800 1000 1200

图2 坝址处天然水位~流量关系曲线

表2 上游水位~导流隧洞泄流量关系

泄流流量（m3/s） 上游水位（m） 0 953.00 150 955.40 300 957.03 410 958.00 800 960.66 1400 964.12 966 964 962 960 上游水位（m） 958 956 954 952 0 500 31000 1500 流量（m/s) 图3 上游水位~导流隧洞泄流量关系曲线

每位同学按不同的设计流量进行无护底情况下截流水力计算，并确定相应的截流设计方案。按以下公式确定截流设计流量Q=（300+2×学号的最后两位）m3/s，356计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。

2

截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，目前我国水利水电工程截流多采用立堵截流，本次设计按立堵截流设计，有多种设计方法。其设计分为：截流水力计算、截流水力分区和备料量设计。

截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段5%～10％的月平均或者旬平均流量作为设计标准。

截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法（详细见《水利工程施工》P39~42），以下对于图解法及图解法的量化法----三曲线法做如下介绍。

3 截流的水力计算

3.1图解法

抛石截流计算的主要任务是确定抛投体的尺寸和重量，而抛投块的稳定计算国内外广泛采用的是伊兹巴什公式，即

V?k2g?? 符号意义说明见P41 合龙中截流设计流量的组成：

一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成

Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac (2)

式中 Q——龙口流量；

Qd——分流量（分流建筑物中通过的流量）； Qs——戗堤渗透流量；

Qac——上游河槽中的调蓄流量。

如Qac、Qs不计算，则有：

Q0= Q+ Qd (3)

龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：

1.5Q?mB2gH0 (4)

??s??????d ---《水利工程施工》P41-----（1） ???式中，B——龙口平均过水宽度；

； H0——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）

m——流量系数，按下式计算

3

当

?Z1Z?Z ?，为淹没流，m??1??H03?H0?H0Z1?，为非淹没流，m?0.385 H03当

由连续方程可得龙口流速计算公式为：

??Q (5) Bh式中，v——龙口计算断面平均流速；

h——龙口计算断面水深（从护底顶部算起）；

在立堵截流中，常常规定：当出现淹没流时，h?hs，hs为龙口底部（或护底）以上的下游水深（图4）；当出现非淹没流时，h?hc，hc为龙口断面的临界水深。

h的计算按下列四种情况考虑：

（1）梯形断面淹没流，h?hs，由于进占过程中，龙口底部高程不变，hs为常数。 （2）梯形断面非淹没流，h?hc，hc按下式计算，

?Q2(B?nhc)gBh33c?1 (6)

式中，n——戗堤端部边坡系数；

?——计算断面动能修正系数，常取??1.0计算。

按（6）式计算hc需要进行试算。有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，此时

hc?3（3）三角形断面淹没流，h?hs hs?（4）三角形断面非淹没流，h?hc

?Q2gB2 (7)

B (8) n4

2?Q25 hc?(2) (9)

ng1图4 立堵截流示意图

(a)截流平面布置图 (b)沿河道中心线剖面图（淹没流） (c) 沿河道中心线剖面图（非淹没流）

(d)梯形断面时C-C剖面（hc为非淹没水深，hs为淹没水深） (e)三角形断面时C-C剖面（hc为非淹没水深，hs为淹没水深）

1—导流隧洞； 2—戗堤； 3—护底

图解法截流水力计算步骤：

为绘制曲线方便，可不考虑上游河床调蓄流量和戗堤渗流量。计算按照如下步骤进行： （1）绘制分流曲线Qd?Z上。 （2）绘制龙口泄水曲线Qg?Z上。

（3）按照图解法求出几组相应的B，?H，Qg和Qd值，并绘制曲线簇。 （4）判断流态，求水深。

5

（5）按照??Q计算合龙过程中的断面平均流速。 Bh（6）列表计算截流过程中的诸水力参数，如上下游落差Z，龙口平均流速v等； 确定抛投块最大粒径，计算出流速分区。

图5 立堵水力计算图解法（不计Qac和Qs）

4计算成果截流设计方案 成果要求：

1.设计成果应提交：

（1）设计说明书（包含计算过程）； （2）计算附图附表；

（3）截流设计图和截流施工示意图，CAD大图至少两张，用A3纸打印，应有正规图框。内容参考所给资料图

2.成果提交时间：

第20周周五（2014.1.17）上午8点至12点。 3.答辩方式：

每位同学按规定时间到分组表中对应的指导教师办公室现场答辩，答辩顺序按表中顺序。每人答辩时间3－5分钟，答辩机会1次。没有按时到场答辩的按缺考处理。

分组情况：见分组表

6

（5）按照??Q计算合龙过程中的断面平均流速。 Bh（6）列表计算截流过程中的诸水力参数，如上下游落差Z，龙口平均流速v等； 确定抛投块最大粒径，计算出流速分区。

图5 立堵水力计算图解法（不计Qac和Qs）

4计算成果截流设计方案 成果要求：

1.设计成果应提交：

（1）设计说明书（包含计算过程）； （2）计算附图附表；

（3）截流设计图和截流施工示意图，CAD大图至少两张，用A3纸打印，应有正规图框。内容参考所给资料图

2.成果提交时间：

第20周周五（2014.1.17）上午8点至12点。 3.答辩方式：

每位同学按规定时间到分组表中对应的指导教师办公室现场答辩，答辩顺序按表中顺序。每人答辩时间3－5分钟，答辩机会1次。没有按时到场答辩的按缺考处理。

分组情况：见分组表

6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c9rg.html