水利工程施工说明书

一、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，假设戗堤顶宽为20m。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

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

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=（300+3×学号最后两位） m3/s，即取=362 m3/s，计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。

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。

二、截流的水力计算

1、计算下游水位、戗堤高度、戗堤水深

由截流设计流量=362，根据表1，内插得天然条件下，相应下游水位=953.08m；截流完毕时，全部流量由导流隧洞流出，有，查表2得=957.58m； =2.08m+Z； ==7.58m，根据实际操作中选取的精度，取=8m，则戗堤高程为959m。

根据已知的泄流量与上游水位关系绘制~曲线，如下。

表3                              ～Z关系表

图4     ～Z关系曲线

2、绘制龙口泄水曲线

龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：

                                           （1）

式中，——龙口平均过水宽度；梯形断面：，三角形断面：；——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起），梯形断面：，三角形断面：；

     其中，—龙口上下游水位差；—戗堤高度；—龙口上游水位；

—戗堤端部边坡系数，取；—河道底板高程；

—流量系数，按下式计算：当，为淹没流， ；当，为非淹没流，。

分别以假设戗堤顶部、35m、30m、25m、20m、16m、10m时为例，演算关系的过程，河床底部无护底。结果见下表。

表4                            关系表

一般情况下，合龙中截流设计流量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。

若Qac、Qs不计算，则有：Q0= Q+ Qd    

曲线镞交点表如下：

表5                         Q～H～曲线簇交点表

图5     Q～H～曲线簇

4.判断流态，求水深

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

的计算按下列四种情况考虑：

（1）梯形断面淹没流，，由于进占过程中，龙口底部高程不变，为常数。

（2）梯形断面非淹没流，，按下式计算，

                                                    （3）

式中，——戗堤端部边坡系数；

——计算断面动能修正系数，常取计算。

按（3）式计算需要进行试算。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

                                                     （4） 

（3）三角形断面淹没流， 

                                                         （5）

（4）三角形断面非淹没流， 

                                                      （6）

5、按照计算合龙过程中的断面平均流速

由连续方程可得龙口流速计算公式为：

                           （7）

式中，—龙口计算断面平均流速；—龙口计算断面水深（从护底顶部算起）； 

6、列表计算截流过程中的诸水力参数

由Q～H～曲线簇，可知交点处相应的Q、Z，并判断流态和求水深h、流速v，并作Z~V、B~V图，结果如下：

表6                           水力参数计算表

图6       B～V关系图

图7       Z～V关系图

7、由式（8）确定块体粒径d

                  （8）

式中     V——石块的极限抗冲流速；

d——石块化引为球形时的粒径；

K——综合稳定系数，取0.9；

——水容重，取10；

——石块容重，取26。

具体计算结果如下表：

表7                             粒径d计算表

图8       B～d关系图

8、选择截流材料

当d<0.6m时，选用石渣（小于0.4m）与中石（0.4m～0.6m）混合料，为I区；

当0.6m当d<1.0m时，选用特大石（大于1.0m），为III区。

9、截流设计方案图

见附图。

10.小结

本工程截流设计流量为362m3/s，上游水位为957.58m,下游水位为953.08m，水面宽度为47m，戗堤端部边坡系数n=1，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5，假设戗堤顶宽为20m，戗堤坝顶高程为959m，戗堤高度为8m，戗堤顶宽为20m，各分区均取备料系数k=1.2。

采用双向立堵截流设计方案，施工方案分为三期。第一期左右岸分别进占6m，预计工程抛投量为3072m3；第二期在第一期基础上左右分别再进占10m,预计工程抛投量为5081m3；第三期合龙，预计工程抛投量为1575m3。预计总抛投量为11674m3。

进占过程最大流速为5.81m/s，截流终落差为4.50m。