水利工程施工课程设计

目录1.课程设计目的 (2)2.课程设计题目描述和要求 (2)2.1设计题目 (2)2.2设计任务 (2)2.3工程基本概况 (2)2.4水文地质资料 (2)3.设计报告内容 (3)3.1导流方案的选择 (3)3.2确定导流标准及导流时段 (3)3.3确定导流设计流量 (4)3.4导流建筑物平面布置设计 (4)3.5导流建筑物的具体设计 (5)4.结论 (6)4.1成果评价 (6)4.2课设感受 (7)1.课程设计目的课程设计安排在“水利工程施工”课程内容学习完成之后进行，课程设计作为综合性实践环节，是对平时作业的一个补充，课程设计包括施工导流设计的主要理论与计算问题。

通过课程设计可以达到综合训练的目的。

课程设计的目的，是使学生融会贯通“水利工程施工”课程所学专业理论知识，完成施工导流的设计计算过程，以加深对所学理论的理解与运用。

培养综合运用已学的基础理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题的初步技能，全面分析考虑问题的方法。

培养设计计算、绘图、编写设计文件、使用规范手册和运用计算机的能力，提高查阅和应用参考文献和资料的能力。

2.课程设计题目描述和要求2.1设计题目宁国社坞坑水电站工程施工导流设计2.2设计任务1.根据所给地形、地质及水文资料，根据给出的枢纽设计，依据规范选择导流方式，确定导流标准，计算导流设计流量，进行导流布置。

2.设计导流建筑物2.3工程基本概况浣汐河流域面积约170km2，主河道长约35km，河道平均坡降4.9‰，主河道宽约50～60m，天然落差约150m，河床及河岸岩石多裸露，且岩性较好，可开发水力资源约1.4万kW。

在二十世纪九十年代初，浣汐河上游旌德县兴建了丁家山水库，装机800kW，宁国市辖区的浣汐河水力资源开发程度较低。

根据《宁国市水电农村电气化规划》，浣汐河采取五级开发方式，除上游旌德县丁家山水库已装机800kW以外，中间各级均是装机不超过300kW 的坝后式径流电站，下游社坞坑站是第五级开发，拟建装机约2×800kW的长隧洞引水发电站，坝址初步选定在河口以上约3～4km处黄金山弯道附近。

社坞坑水电站枢纽由拦河坝、发电引水隧洞、厂房及变电站组成。

拦河坝为细石混凝土砌块石重力坝，坝顶长127m，其中非溢流段长37.0m，溢流段长90.0m，溢流堰顶高程为161.0m，最大坝高16m；发电引水系统包括进水口、平洞段、调压井及压力钢管，全长776m，进水口位于左坝头上游约300m处，底板高程152.6m，主洞断面为2.9m×3.2m（宽×高）的圆拱直墙式；发电厂房位于西津河左岸霞乡村下游，为地面式，主、副厂房按“一”字形布置，厂房总平面尺寸为28.15m×11.4m（长×宽），发电尾水直接注入西津河；变电站紧邻副厂房左侧布置，平面尺寸为17.15m×15.0m（长×宽）。

主厂房内装设2台HLTF38-LJ-98型混流式立轴水轮机，单机容量1000KW，总装机2000KW，配套发电机型号为SF1000-16/2150。

机组间距根据发电机风罩尺寸等确定为7.0m。

2.4水文地质资料工程区位于皖南山区，地处天目山北麓，属北亚热带湿润季风气候区，四季分明，气候温暖，雨量充沛。

多年平均气温约16℃，极端最高气温41.1℃，极端最低气温-14.5℃，年日照时数约1955h，降水日年平均157d，年均无霜期约245d。

西津河及浣汐河均属山区河流，源短流急，暴雨时河流陡涨陡落，洪水过程呈单峰型，区内春末夏初受低涡切变形气流影响降水较集中，秋冬受大陆性高压控制，冬季降雨相对较少，多年平均降雨量1535mm左右，年最大降雨量2438.1mm，年最小降雨量862.0mm。

汛期主要发生在5～9月份，降雨一般占全年降雨的58.8%，10月至次年3月为枯水期。

坝址所在的浣溪河为水阳江水系西津河一级支流，发源于旌德县仕川附近，先由南向北再由西向东流入西津河，全长35km。

区内地势呈南高北低、西高东低，坝址以上芦塘山一带为构造剥蚀中低山区。

河流迂迴曲折，冲沟深切，山体植被茂盛，沿河断断续续见有阶地及漫滩，多有基岩出露。

溢流坝坝址处河床宽约60m，两岸地形不对称，左陡右缓，左岸坡角为50～60°，右岸坡角为20°左右。

工程地质条件属构造侵蚀低山地貌，坝址处河谷较狭窄，呈“U”型，宽约60m。

河床中部基岩出露，滩地有冲洪积砂卵石覆盖层。

坝址基岩为志留系石英细砂岩，硅质、泥质胶结，主要矿物为石英，含量约占85%左右，其它矿物为长石和绢云母。

坝址区域位于绩溪复背斜西北翼，构造形迹主要表现为断层和裂隙。

断层不发育，但节理十分发育，相互切割形成渗透通道。

3.设计报告内容3.1导流方案的选择本工程拦河坝施工采用明渠—底孔的方式分二期进行导流。

厂房处地面高程在145.0m 左右，高于施工期西津河水位，厂房施工时，可在尾水渠出口处预留一土埂挡水，待厂房主体工程基本结束时再与尾水渠开挖一并清除土埂。

发电隧洞在大坝底孔导流前完成进口闸门安装，在水位高于进水口底板高程时利用闸门挡水。

根据坝址处地形、地质、水文条件及浆砌石重力坝的特点，施工导流方案主要对新开隧洞导流、利用发电隧洞导流及明渠加底孔分期导流三种方式进行比较。

方案一：新开隧洞导流。

隧洞布置于左岸，洞长200m，断面为3.0m×3.0m城门洞型，上下游采用围堰挡水，上游围堰高度5.5m，下游围堰高度 1.5m，导流工程可比投资约50万元，总工期11个月。

方案二：利用发电隧洞导流。

第一个枯水期施工发电隧洞和厂房，第二个枯水期施工溢流坝，坝址上游来水利用已建好的发电隧洞导流，整个工程跨三年，导流工程可比投资约10万元，总工期约为24个月。

方案三：明渠—底孔的方式分期导流。

一期（第一年11～12月）施工采用布置于左岸的明渠导流，导流明渠右侧填筑纵横向围堰形成一期施工基坑，二期（第二年1～2月）在导流明渠位置填筑纵横向围堰形成二期基坑，并部分拆除一期上、下游横向围堰，坝址上游来水改由一期施工时在坝体中预留的3.0m×3.0m城门洞型底孔导流，导流工程可比投资约27万元，总工期约11个月。

根据比较，方案一导流工程可比投资大，方案二导流工程可比投资小，但工期太长，方案三具有导流工程可比投资较低、工期较短及施工难度小等优点，因此拦河坝施工导流方式选用方案三。

3.2 确定导流标准及导流时段根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程等别为Ⅳ等，拦河坝为4级建筑物，发电引水隧洞、厂房及变电站等为5级建筑物，相应导流建筑物为Ⅴ级建筑物，导流建筑物设计标准选用相应时段重现期为5年的洪水。

根据各时段来水资料分析，11月至次年2月流量较小，导流较易解决，工程量较小、造价较低。

因此，导流时段选为11月至次年2月。

3.3确定导流设计流量采用不过水围堰，导流设计流量根据导流时段来确定。

围堰只挡该时段洪水，按该挡水时段内同频率洪水作为围堰和该时段泄水建筑物的设计流量。

导流方案为两期，一期是11～12月，二期是1～2月。

取重现期5年，即p=20%，经过洪水演算求得一期（11～12月）最大流量Q max=20.7m3/s，二期（1～2月）最大流量Q max=35.9m3/s。

所以导流设计流量一期为20.7m3/s，二期为35.9m3/s。

3.4导流建筑物平面布置设计围堰的平面布置一般应按导流方案、主体工程轮廓和对围堰提出的要求而定。

采用分段围堰法导流，基坑是由上、下游横向围堰、纵向围堰和两岸围成的。

上、下游横向围堰的布置都取决于主体工程的轮廓。

通常，基坑坡趾与主体工程轮廓之间的距离，不应小于20-30m，以便布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。

至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。

分段围堰法导流，上、下游横向围堰一般不与河床中心线垂直，其平面布置常呈梯形，以保证水流顺畅，同时也便于运输道路的布置和衔接。

当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时，基坑纵向坡趾距离主体工程轮廓的距离，一般不大于2m，以供布置排水系统和堆放模板。

如果无此要求，只需留0.4-0.6m就足够了。

此外，布置围堰时，应尽量利用有利地形，减小围堰的高度与长度，从而减小围堰的工程量。

导流建筑物平面布置如图3-1和图3-2所示。

3.5导流建筑物的具体设计3.5.1一期导流建筑物设计（导流设计流量20.7m3/s）1.一期导流明渠设计一期明渠布置于河床左岸坡脚，中心线长140m，呈近似直线布置，底宽5.0m，进、出口渠底高程分别为149.5m、149.1m，渠底纵坡为3‰，渠中最大水深1.5m。

导流明渠计算过程见表3-1。

导流明渠断面图见图3-3。

表3-1 导流明渠计算表格2.一期横向围堰设计下游围堰堰顶高程表3-2 坝址处流量水位关系表流量10.9 113.5 292.5 497.5 758.4(m3/s)水位150 151 152 153 154 （m）下游围堰的堰顶高程由下式决定：H d=h d+h a+δh d——下游水位，m；查H-Q曲线，Q导=20.7m3/s，查得H=150.1m。

h a——波浪爬高，m取0.4m。

δ——安全超高，m；本设计取0.5m。

H d=150.1+0.4+0.5=151.0m。

则围堰高为：151.0-149.0=2.0m。

上游围堰堰顶高程上游围堰的堰顶高程由下式决定：H u=h d+z+h a+δ或Hu=H d+z。

Z——上下游水位差，取1.0m。

H u=151.0+1.0=152.0m。

则围堰高为152.0-149.0=3.0m。

3.5.2二期导流建筑物设计（导流设计流量35.9m3/s）1.二期导流底孔设计导流底孔的尺寸、数目和布置应通过相应的水力学计算决定。

其中底孔的尺寸在很大程度上取决于其担负的任务，以及水工建筑物的结构特点和封堵闸门设备的类型。

底孔的断面多采用矩形。

经过计算，采用尺寸为3.0m×3.0m的城门洞型底孔导流，底孔进、出口底板高程分别为150.1m、150.0m，孔壁采用0.5m厚钢筋混凝土衬砌，底孔全长14.2m。

底孔试算过程见表3-3。

表3-3 二期导流底孔试算过程2.二期横向围堰设计下游围堰堰顶高程下游围堰的堰顶高程由下式决定：H d=h d+h a+δh d——下游水位，m；查H-Q曲线，Q导=35.9m3/s，查得H=150.3m。

h a——波浪爬高，m取0.5m。

δ——安全超高，m；本设计取0.7m。

H d=150.1+0.5+0.7=151.5m。

则围堰高为：151.5-149.0=2.5m。

上游围堰堰顶高程上游围堰的堰顶高程由下式决定：H u=h d+z+h a+δ或Hu=H d+z。