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1、. . 1 / 16 FCD71050 FCD 初步设计阶段水电建设项目截 流 设 计 大 纲本水利水电勘测设计标准化信息网1995年 2 月初步设计阶段水电建设项目. . 2 / 16 截 流 设 计 大 纲主 编 单 位: 主编单位总工程师 : 参 编 单 位: 主要编写人员: 软件开发单位: 软件编写人员: 水利水电勘测设计标准化信息网1995 年 2 月. . 3 / 16 目次1. 引言 4 2. 设计依据文件和规4 3. 设计基本资料 4 4. 截流时段选择 5 5. 截流流量的选择 6 6. 截流方式与方案的选择6 7. 截流戗堤和龙口选择7 8. 截流水力计算 8 9. 截流材
2、料的选择、尺寸和数量11 10. 截流闭气 12 11. 确保顺利截流的常用技术措施12 12. 截流施工 12 13. 截流水文观测 13 14. 应提供的设计成果13 附录 A 截流水力计算 15 附录 B 确保顺利截流的常用技术措施16 . . 4 / 16 1. 引言工程位于 , 是以为主 , 等综合利用的水利水电枢纽工程。正常蓄水位m, 最大坝高m, 总库容 m3, 电站总装机容量MW, 年发电量kW.h, 灌溉面积km2。通航 t 级船队 ( 舶) 。本工程可行性研究报告于年月审查通过, 选定坝址为。本工程采用截流方式。2. 设计依据文件和规2.1 有关工程文件有关本工程主要文件有
3、: (1) 工程可行性研究报告; (2) 工程可行性研究报告审批文件; (3) 初步设计任务书; (4) 施工导流和截流模型试验报告。2.2 主要设计规有关的设计规主要有: (1) 水利水电工程施工组织设计规(SDJ338-89) 试行 ; (2) 水利水电工程设计工程量计算规定( 修改稿 ); (3) 水利水电工程初步设计报告编制规程(DL 5021-93)。3. 设计基本资料3.1 工程等级本工程为等工程; 主要永久建筑物闸( 坝) 按级设计 ; 厂房按级设计; 临时导流建筑物按级设计。3.2 地形地貌坝址区地形图(1/1000 1/2000) 。3.3 地质河床基础覆盖层、厚度、岩土物理
4、力学性质, 钻孔柱状图 , 基岩等高线 , 地质纵、横剖面图, 平面图 ( 附地下水位线)。3.4 水文资料 (1) 枯水期各月或旬(P=5% 、10% 、20%)的平均流量 ; . . 5 / 16 (2) 河流流速m/s 与水位 m; (3) 河流水位流量关系曲线, 河道沿程水面线, 河道糙率资料。3.5 冰情 (1) 坝址附近河道开始流水、封冻至解冻时间; (2) 冰块尺寸与厚度m 。3.6 施工条件 (1) 当地材料供应情况; (2) 本工程施工机械供应情况; (3) 劳动力供应情况; (4) 交通条件。3.7 截流时有关通航、灌溉、供水、过木等要求3.8 导流建筑物 (1) 导流建筑
5、物布置图; (2) 导流建筑物过水能力。3.9 工程工期3.10 提供围堰的布置图4. 截流时段选择4.1 一般原则 (1) 分析水文特征: 尽量在较小流量时截流; (2) 对有通航、过木、灌溉供水要求的, 应全面兼顾 , 使截流对河道综合利用影响较小; (3) 有冰情河道 , 尽量避开流冰期截流; (4) 工程进度要求必须满足, 在满足工期要求的前提下选择截流时段。4.2 截流时段选择4.2.1 枯水期的时段划分。提示 : 一般河道的枯水期, 按水文特征可分为: 汛后退水期 , 稳定平水期和汛前迎水期。4.2.2 截流日期的确定。提示 : 综合分析枯水期各时段与权衡分流建筑物, 合龙与围堰施
6、工难度, 以期获得合理的截流日期。 (1)截流在汛前迎水期时, 应充分分析可能出现的问题, 以便采取切实可行的措施; (2)枯水期长 , 截流后至汛前围堰填筑量不大时, 应尽量利用平水期截流; . . 6 / 16 (3)当围堰工程量很大, 可在汛后退水期截流。5. 截流流量的选择提示 : 混凝土坝可选用(5 10) 年一遇月或旬的平均流量, 土石坝可选用 (10 20)年一遇月或旬的平均流量。5.1 根据河流水文特性与施工条件进行选择。5.2 可根据施工期可靠的水文预报资料, 适当地修正截流设计。6. 截流方式与方案选择提示 : 截流方法一般有平堵、立堵两种类型和平、立堵组合型, 另外还有爆
7、破截流、下闸截流等。目前已有大吨位自卸与装载设计的情况下应优先使用立堵截流方法。 (1) 平堵截流法 1) 平堵截流龙口较宽, 单宽泄量小 , 流速小 ; 2) 戗堤不作交通运输, 戗堤窄 , 工程量小 ; 3) 对龙口河床要求相对不高, 适于软基河床截流; 4) 平堵需要架桥 , 随着自卸卡车吨位和抛投块体增大, 对桥的承载力要求不断提高, 使桥结构复杂 , 成本提高 ; 5) 架桥也受水位、流速与气象等影响, 一般架桥流速低于3m/s; 6) 需要设备较多 , 使施工准备工作困难。 (2) 立堵截流方法 1) 立堵是从龙口一端向对岸或两端向河中心进占, 使之龙口宽度随着进占愈来愈束窄, 水
8、流因急剧约束 , 流速与落差也急剧增长; 2) 龙口单宽流量较大, 且分布很不均匀, 需要单个重量较大的截流材料; 3) 立堵不需架桥 , 准备工作简单 , 造价较低 , 施工较灵活 , 对航运影响较小; 4) 立堵龙口单宽流量大, 合龙最困难区段, 高落差 , 流速大 , 且分布不均匀, 一般适用于岩基河床 , 但在软基河床上应用也有成功。随着大型施工设备的广泛使用, 立堵方法由于施工准备时间少、工效快, 它得到普遍应用, 一般情况下优先使用立堵方法截流。只有在极特殊情况下, 才考虑平堵方法截流。 (3) 爆破法截流除对爆破技术的论证外, 还需着重论证大量料物突然入水, 所激起的波浪传播与突
9、然断流对下游的影响。 (4) 下闸截流应论证闸门下沉条件和方法可靠性。6.1 截流方案选择6.1.1 根据水文、地质特征、施工机械设备和截流材料供应情况, 与导流建筑布置泄流能力, 综合考虑拟定各种不同截流方案。. . 7 / 16 6.1.2 对拟定方案 , 进行全面分析, 比较参照国、外类似工程的截流实践经验, 选择最优截流方案。6.1.3 截流水力大模型试验提示 : 截流过程中水力条件是非常复杂, 所有计算只能作为参数, 对大中型水利水电工程、水力模型试验是必须。7. 截流戗堤和龙口选择7.1 截流戗堤位置选择提示 :(1) 根据工程地形、地质条件、枢纽布置、围堰布置、堰型、截流方式、料
10、场布置、交通条件等进行综合比较选择。 (2)当截流戗堤作为永久土坝的一部分, 而且使用大块石较多时, 通常布置在背水坡脚坝址排水棱体。 (3)当截流戗堤是临时困难的一部分, 戗堤布置在上游围堰或下游围堰中非防渗体的位置。7.1.1 选择戗堤位置时, 应与龙口位置选择相结合, 全面考虑各种因素, 通过综合比较而定。7.1.2 截流、闭气和修筑围堰互相关联, 其选择应利于迅速闭气并进行基坑抽水, 还应权衡截流前后的围堰施工强度。一般单戗堤布置在上游围堰是有利的。7.1.3 平堵截流戗堤轴线的选择, 主要根据地形条件考虑, 便于架桥 , 使之工作量小。如采用栈桥 , 还要研究地质条件和水流条件等。7
11、.1.4 截流戗堤位置与围堰结构型式有关, 其位置布置不合适, 造成闭气和围堰施工问题复杂性 , 甚至可能留有隐患。7.1.5 要考虑与防渗体的关系, 防止合龙时的流失料进入防渗体部位, 在戗堤与防渗体之间要留足够闭气料或过渡带厚度。7.1.6 双戗堤或多戗堤截流, 戗堤间距需满足一定要求。提示 :(1) 当围堰底宽不太大, 上下游围堰间距不太大时, 可将两个戗堤分别布置在两个围堰; (2)当围堰底宽比较大, 上下游围堰间距也很大, 可将双戗 , 布置在一个围堰。若采用多戗堤时 , 一个围堰需布置两条戗堤, 两戗堤间距应有适当间距; (3)当戗堤不与围堰相结合, 必须经过专门论证, 方可布置
12、; (4)采用双戗或多戗, 因围堰底宽和间距不能满足布置要求, 也可将戗堤布置在基坑。7.2 龙口位置选择7.2.1 龙口尽量选在抗冲刷能力的河床基岩裸露或覆盖层薄之处, 避免冲刷 , 防止戗堤突然坍方。. . 8 / 16 7.2.2 龙口选在基岩石粗糙河底, 不宜有顺水流陡坡和深坑的地方, 有利于抛投料物的稳定。7.2.3 龙口周围应有比较宽阔的场地, 距各地料场近, 便于布置交通道路。7.2.4 龙口的水流条件应顺直流畅, 使之戗堤前缘抛投料的稳定, 避免水流冲刷河床河岸。5.2.5 通过模型试验另以充分论证。提示 : 有通航要求的河流, 预留龙口一般布置在深槽主航道外。7.3 预留龙口
13、宽度提示 : 主要取决河床缩窄后造成的水力条件, 宜以一般石渣能够顺利进占且有利于减少合龙工程量控制。7.4 戗堤设计7.4.1 戗堤顶高戗堤顶高一般由合龙后戗堤挡水时段的挡水流量( 一般比截流流量大得多)与防渗墙施工时的超高确定。7.4.2 戗堤顶宽应综合权衡合龙工程量与施工强度。7.4.3 戗堤边坡一般由抛投料场的特性以与戗堤与水流关系确定。8 截流水力计算提示 : (1)截流水力计算是不稳定流, 因来流变化较小, 可近似按稳定流计算, 在截流过程中, 分流量、龙口流量、龙口宽度和形状是变化的。 (2)截流水力计算容, 包括截流过程中立堵预进占的龙口水力特性( 流速、水位变化 ) 合龙过程
14、中随着龙口宽度与戗堤高度的变化, 上、下游水位落差, 泄水建筑物的分流量、龙口泄流量、龙口单宽流量、单宽功率与龙口流速的变化。8.1 河道来流量 ( 截流设计流量 ) 截流过程中 , 河道来流量分配按下式计算: QQQQQriacs (1) 式中 : Qr河道来流量 ( 截流设计流量); Q龙口流量 ; Qi分流建筑物过的流量( 分流量 ); Qac上游河床中的调蓄流量; Qs戗堤渗流量。. . 9 / 16 通常当Qac和Qs可以不计时 , 则有Qr=Q + Qi。联合泄流 , 宜用图解法。8.2 分流建筑物的泄流计算提示 : 通常分流建筑物有明渠、隧洞、永久泄水闸孔与附属消能设施, 混凝土
15、坝坝体缺口和底孔, 未完全拆除的前期围堰处的缺口和遗留堰坝等。水流为压力流或堰流。多为联合泄流。对于截流计算一般不要沿程的详细水面线, 只按一些特征点, 计算出分段落差。8.3 几种典型水流计算提示 : (1)明渠流通常明渠是缓流, 已知下游断面水深、渠长与断面形状、底宽、底坡和水力要求, 求其上游断面的水深和落差。 (2)堰流泄水闸孔与消力坎, 明渠或底孔 , 未完全拆除的前期围堰等处按堰流计算。 1)淹没堰流计算 : 一般按堰流公式考虑淹没系数, 用试算法由下游水位推求上游水位; 2)非淹没堰流 : 其流量系数的值可按水力学手册中的资料取用。只因堰上水头较小, 未完全拆除围堰缺口的堰流 ,
16、 m 值可按实用堰流取用, 消力坎等处可按折线型实用堰流取用, 见下表。 (3)压力流 : 可按水力学手册有关压力计算8.4 截流过程中上游河槽调蓄流量计算提示 : 截流过程中调蓄流量是变化的。如果它很大, 需要认真研究 , 一般情况下可以不考虑。 (1)立堵截流 , 按下式计算 : QsuWdHdBac(/)(/ (1) 式中 : s上游水库平均面积, m2W戗体的平均横断面m2. . 10 / 16 Qac调蓄流量u戗堤的抛投强度一般合拢过程中的H=f(B) 曲线较近于直线, 故可将 dH/dB 近似当作常数 , 并取dH/dBZmax/B 。(B0为起始龙口宽度) 。S、W和 u 均可当作常数 , 则 Qac也可近似当作常数。 (2)平堵截流按下式计算: QS Um pdHdPack() / () (/)21 (2) 同样 , 将 dH/dP 视为常数 , 并取 dH/dP=Zmax/(hr+Zmax) 可得QS UmmhZPackr() / () () /max12 (3) 式中 : Qac调蓄流量 : S上游水库平均面积, m2; Uk戗堤单宽抛石强度; hr天然河道水深 ,
