某水利工程的二期導流設計計算案例某水利工程的二期導流設計計算案例 1 1 11.1.2確定底孔高程 1 11.1.4確定進水口曲線 2 21.1.6流態(tài)判別 2 4 5 71.2.1流態(tài)判別 81.2.2導流缺口的泄流能力計算 8 9 1.4.2圍堰布置原則 對于混凝土壩施工，底孔導流應用廣泛。在本工程中，由于洪水峰高且量大，為了保證泄水的能力，因此將底孔的位置選擇在非溢流壩段。1.1.1底孔布置原則綜合工程實際，在圍堰設置導流底孔時，應考慮設置在近河道的主流位置，便于泄流；病需要考慮經(jīng)濟成本，簡化施工，已達到經(jīng)濟有效，消能防沖的作用。1.1.2確定底孔高程由工程資料可知，本工程處于金沙江上游且金沙江枯水水位為266.50米，為了保證導流底孔能夠在枯水期同樣能夠保證泄水，綜合航運、灌溉、安全等各項因素的均衡考慮，擬定其底板高程為260米，頂部高程為278.97米。1.1.3底孔形式與孔口尺寸參考已建工程，可以知道導流底孔的寬高比一般在1.0~2.5之間選取。由于西江電站的施工周期長，工程規(guī)模較大，以及根據(jù)導流截流條件以及應力情況等尺寸定為10米*14米，其中底坡i取0。根據(jù)導流底孔的泄流能力，經(jīng)濟合理的設置進水口，且通過a/b的優(yōu)值表(見附件2)進行取值，最終算得曲線方程為：由上可知，進水口段與喇叭口段銜接處的孔高為21m,進口段與平直段相銜接的孔高為14m,整個進水口段的長度為14m。1.1.5底孔體形設計6#孔的導流底孔長度為206.35米。因此導流底孔的設計可以知道：(1)喇叭口段：孔口長度為11.5米；(2)矩形漸變段：孔口長度為14米，底孔高度為：21-14米；(3)平直段：孔口長度為4.5米，底孔高度為：14米；(4)方變圓漸變段：孔口長度為30.4米，底孔高度為：14-11米；(5)圓弧段：1-4#孔口長度為66.1米，底孔高度為：14米；5#孔口長度為137.25米，底孔高度為：14米；6#孔口長度為121.1米，底孔高度為：14米；(6)圓弧漸變段：1-4#孔口長度為24米，底孔高度為：14-12.5米；5#孔口長度為20.8米，底孔高度為：14-12.7米；6#孔口長度為36.95米，底孔高度為：1.1.6流態(tài)判別(1)根據(jù)《水利水電施工組織設計手冊》,當管道內(nèi)水流為半有壓流時，可式中：Tpc—為管道進口上的水深與管身高度的比值，(取1.15);Aa—一管道自身即導流底孔斷面面積，(取Ad=131.5),m2;d—一管道高度，(擬為14),m;8—一管道進水□的收縮系數(shù)(取0.72)。(2)根據(jù)《水力計算手冊》可知半有壓流與有壓流分界點的上游水位的臨式中：η—一底孔為有壓流時的孔口水頭比，(取0.7);TFc一管道分界點的上游臨界水深的壅高比，(取1.5);η—一有壓流出口水頭比，(取0.7)。由上述公式及原理可以得出1-6#底孔流量系數(shù)如下表：導流底孔(共6孔)μ臨界流量上限值5#-6#(2孔)導流底孔半有壓流量的下限泄流量：Qpc=900.36m3/s。根據(jù)計算所得可以知道：(1)1-4#時的明流區(qū)間為0.00-900.36m3/s,半有壓流區(qū)間為857.48-1772.91m3/s,有壓流區(qū)間為>1772.91m3/s;(2)5-6#時的明流區(qū)間為0.00~900.36m3/s,半有壓流區(qū)間為857.48-1742.11m3/s,有壓流區(qū)間為>1772.91m3/s;1.1.7底孔陡緩與長短管判別當設計時應考慮明渠水流的泄流能力，應充分考慮底孔進口形式、坡的坡率以及底孔的出流條件對明渠的泄流能力產(chǎn)生的影響，并根據(jù)底孔的陡緩以及長短管的情況進行設計，設計依據(jù)《明渠管道泄流影響-泄流因素的判別》,已知管道進口具有垂直的側墻，因此可以取m。=0.310則可以計算臨界水深h為：式中：q—一導流底孔的單寬流量，m3/s;b——過水斷面的過流寬度，(取10),m;α——水流的動能修正系數(shù)，(取1.1)。根據(jù)上述公式可以求得，各導流底孔的長度均小于1c長度，因此上述導流底孔均可按照短管計算。導流底孔(共6孔)底孔長度(m)1#-4#(4孔)5#-6#(2孔)1.1.8底孔泄流能力計算(1)當為無壓流管道時當導流底孔泄流為非淹沒流寬頂堰，其計算公式為：Q=mB√2gH?32式中：m——水流的流量系數(shù)，(取0.35);B——過水斷面平均寬度(臨界水深情況),m。其計算公式為： 式中：m—一水流的流量系數(shù)，(取0.35);σ—一水流的淹沒系數(shù)；B——過水斷面平均寬度(臨界水深情況),m。Z上(m)---(2)當為有壓流管道時根據(jù)工程實際，根據(jù)下游水位與導流底孔的相對高度，可以將水流分為淹沒流和自由出流。因此有壓流管道的泄流能力的計算公式為：當i不變時，計算公式可變?yōu)椋菏街校篽p—一導流出口底板以上的計算水深，(計算得9.8),m;Aa—一對應的管道斷面面積，m2。Z下μμQ總導流底孔流態(tài)Z上(m)半有壓-故根據(jù)表1.1.8-4所示，1-6#導流底孔聯(lián)合泄流能1.2導流缺口設計缺口導流時防洪度汛的主要措施，因此在進行截流施工時，應著重注意二期缺口導流，根據(jù)實際情況設置導流缺口，即6個高成為280米，寬115米的導流底孔，其中缺□導流的相關水力計算如下所示。根據(jù)《水力學計算手冊》可知，當2.5H<1<20H時，可以用寬頂堰計算導流缺口的泄流能力。1.2.1流態(tài)判別式中：hs——下游水深，m;m——流量系數(shù)(一般采用0.320.35),本工程取用0.34。自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流故根據(jù)上表，得出不同水位下缺口泄流曲線如下圖1.2.2-1所示：1.3泄水建筑物泄流能力計算得到本工程導流缺□-底孔聯(lián)合泄流的水位-流量關系如下：0故根據(jù)表1.3-1底孔、缺□聯(lián)合泄流水位~泄流流量關系表，得出底孔、缺□聯(lián)合泄流水位~泄流關系曲線如下圖1.3-1所示：1.4.1確定導流設計的標準根據(jù)規(guī)范要求，堰型綜合比較，二期橫向圍堰采用土石圍堰，同時，3級土石類導流擋水建筑物設計洪水期可在20-50年終選取。即選取五十年一遇洪水，對應的洪峰流量為32000m3/s,其上游水位約為299m。1.4.2圍堰布置原則根據(jù)規(guī)范及相關規(guī)定要求，參考已建工程的實際經(jīng)驗，在確定圍堰布置時，應遵循以下原則：(1)滿足圍護的建筑物地基開挖、施工機械及施工道路布置要求且需滿足基坑排水運行要求；(2)滿足堰體及防滲體與岸坡接頭、二期縱向圍堰的連接要求；(3)通過導截流整體水工模型試驗滿足水力學條件及防沖要求；(4)考慮堰基地質(zhì)條件以減少圍堰堰基處理工程量。根據(jù)工程資料可知，本工程二期橫向土石圍堰上游軸線位于壩軸線上游150-322米左右位置，大壩左側與二期上游混凝土縱向圍堰段相接，右側與地表裸露基巖的右岸相連。在枯水期期間河面寬度約170米，圍堰的最大水深為20.5米。堰軸線長度為378米，堰頂高程305米，最大高度59米。二期橫向土石圍堰的下游軸線位于下游壩軸線506-718米左右的位置，左側與二期下游段縱向混凝土圍堰相接，右側與右岸堆積物相接。在枯水期期間河面寬度為240米，最大水深11米。圍堰軸線長度為530米，堰頂高程291米，最大堰高45米。綜合以上數(shù)據(jù)及圍堰工程地質(zhì)條件，得到二期上、下游橫向圍堰基本特征如下表1.4.3-1所示：項目名稱下游圍堰堰頂長度(m)堰頂高程(m)堰頂寬度(m)最大堰高(m)擋水水位(m)覆蓋層最大深度(m)防滲墻施工平臺高程(m)防滲墻最大深度(m)防滲墻長度(m)1.4.3圍堰結構形式(1)二期橫向圍堰上游結構設計二期橫向土石圍堰上游的結構設計，主要由堆石、砂礫石過渡料、砂墊層料及砂卵石料填筑成圍堰堰體。二期橫向土石圍堰的上游以土工膜斜心墻型式為主，受二期縱向圍堰大壩上游柔性結構段制約，部分段調(diào)整為土工膜心墻型式，具體調(diào)整辦法如下表1.5.1-1所示：心墻型式二期上游橫向圍堰0+000.000m-二期上游橫向圍二期上游橫向圍堰0+070.000m-二期上游橫向圍心墻一斜心墻型式二期上游橫向圍堰0+081.000m-二期上游橫向圍同時，在二期上游橫向圍堰堰體上游坡面設置2級平臺，其中混凝土防滲墻軸線位于圍堰軸線上游側25米，墻厚0.8米，嵌入基巖0.5米。設置方案如下表平臺寬度(m)坡比----一下游坡面--根據(jù)工程需要沿防滲墻軸線在墻下布置單排孔幕的帷幕灌漿孔，孔距為2米。為減少岸坡對圍繞圍堰滲流的不利影響，可以設置一條河床向岸坡延伸42米形成一道完整的防滲帷幕。截流戧堤設置在圍堰的背水側，戧堤軸線與圍堰軸線平行，與圍堰軸線的距離大約為30米，與上游混凝土防滲墻軸線的距離大約為55米。為確保二期上游橫向土石圍堰及相連的二期縱向圍堰柔性結構段的整體穩(wěn)定，在二期上游橫向土石圍堰部分堰體內(nèi)鋪設鋼絲網(wǎng)加筋帶，隨堰體填筑上升而逐層鋪設。(