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1、 施工组织设计计算书目 录第一章 导流洞的水力算第一节 洞身水力计算第二节 上、下游水位计算第三节 进口过流流量校核第二章 围堰的水力计算第一节 下游围堰第二节 上游围堰第三章 隧洞内力及配筋计算第一节 山岩压力计算.第二节 隧洞内力及配筋第四章 调洪演算第一节 调洪演算的基本原理第二节 调洪演算方法及计算第三节 坝顶高程的复核计算 第 7 页第一章 导流洞的水力计算第一节 洞身水力计算（）、导流标准某水库工程是以供水为主兼顾农田灌溉和环境用水的综合利用工程，按水利水电工程等级划分及洪水标准（）的规定，按供水规模应为等工程，根据水库总库容为万，应属等工程，其主要建筑物大坝、溢洪道、取水口及输水
2、洞为级建筑物，根据颁部规范的规定，相应的临时建筑物为五级建筑物，考虑到该工程规模较小，选取设频率，相应流量。（）、洞身水力计算从导流的布置情况来看，在枯水期一般设为无压隧洞，但为了考虑洪水期度汛时的过流能力，故采用纵坡；经过多方案的比较，采用比较合理，经济。导流隧洞按明渠均匀流设计，由明渠均匀流的流量公式：() 式中 设计流量（） 洞身过水断面面积（） 水力半径（），为过水断面湿周； 谢才系数（），其值按曼宁公式计算， ，为糙率。为了考虑在第一个洪水期的泄洪，假设隧洞洞身的断面尺寸如下图所示：洞宽 ， 。流量模数：则 () 糙率值表 衬 砌 材 料 现浇混凝土衬砌 预制装配式混凝土衬砌 浆砌石
3、衬砌 经过修整的不衬砌断面 未经过修整的不衬砌断面 由施工组织设计规范，对现浇砼衬砌， 则 （）采用高等教育出版社水力学上册附图，由与的关系曲线，当时，在的曲线上查得，故导流洞中的实际水深为 根据假设的隧洞断面图与洞身水力计算结果，圆拱直墙式断面尺寸为：洞宽 ；直墙高；圆拱半径；洞内水深；水面以上净空高度。 净空面积总（） （） 则 （）故净空高度及净空面积均符合明渠规范要求，并且实际过水断面形状上为矩形，故假设隧洞为明渠是正确的。当时的相应临界水深及临界坡， ( )() ， ，由时、为急流 。 临界断面面积 临界过水宽度 临界湿周 临界水力半径 临界谢才系数 则临界纵坡( )（）由，所以为陡
4、坡。第二节 上、下游水位计算）、下游水位 由基本资料岔河水库坝下水位流量关系曲线可知，当流量时相对应的水位为，故下游水位为 ，下游设计洪水静水位为： 。）、上游水位 由. ，隧洞长. ，取隧洞进口底板高程为：，则隧洞出口高程为：. 因隧洞出口底板高程与下游水位高程之差大于零，即。故泄流量为自由出流。采用中国城市出版社施工组织设计与施工规范实用全书上册，泄流量按短管自由出流，即按非淹没堰流计算。非淹没堰流公式 流量系数 计入行近流速的上游水头 临界水深下的平均过水宽度 ()()则上游水位： 为河底高程与进口底板之差。故上游设计洪水静水位为：。第三节 进口过流流量校核采用中国城市出版社施工组织设计
5、与施工规范实用全书上册以及水工隧洞设计规范，进口过流流量按宽顶堰公式计算： ()式中 流量系数 （）（） （）（） 淹没系数，自由出流时，侧收缩系数 ()（）（） ()()() 故（） 所以满足要求。 贵州大学毕业设计水利水电建筑工程级 施工组织设计第二章 围堰的水力计算第一节 下游围堰计算考虑到下游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故下游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范 ，围堰断面设计要求表，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于级土石围堰，。 表 不过水围堰堰顶安全超高下限值围堰 形式围堰级别土石围堰砼围堰土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜
6、墙式防渗体为；心墙式防渗体为。取防渗体超高值为。根据规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在时，堰顶宽度取，当堰高时堰顶宽度取。该工程围堰考虑工程自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为，取堰顶宽为。围堰采用塑性心墙围堰，填筑时做成梯形断面，坡度为：的陡坡。心墙的断面是梯形的，上部厚度不小于，下部厚度不小于水头，且不能少于。由资料可知，河床的覆盖层厚度取。查坝址处水位流量关系曲线得：当时，其相应的水位高程为，则下游围堰的堰顶高程为： 下游水位高程波浪爬高（此处忽略不计）安全超高，按表选用 心墙式防渗体为，即取，则顶部高程为。则下游围堰的堰顶高程 ：下游围堰高度为： 注：为下游围堰的河底高
7、程。下游围堰的底宽计算： 下游围堰心墙底宽计算： 第二节 上游围堰计算考虑到上游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故上游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范 ，围堰断面设计要求表，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于级土石围堰，。 不过水围堰堰顶安全超高下限值围堰 形式围堰级别土石围堰砼围堰土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为；心墙式防渗体为。取防渗体超高值为。根据施工组织设计规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在时，堰顶宽度取，当堰高时堰顶宽度取，本工程考虑到自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为，堰顶宽取。取下游面坡度为：
8、，上游面坡度为：；围堰心墙的断面是梯形，上部厚度不小于，或由施工要求决定，下部厚度不小于水头，且不小于。塑性心墙围堰心墙围堰用的粘土及粘壤土，或砂和粘土按比例配合的土料，填筑时做成梯形断面，坡度为：的陡坡。因此，本工程的心墙顶宽取为，两边的坡度取为：。由资料可知，河床的覆盖层厚度取。由上游水位计算可知，导流隧洞进口底板高程为，按规范要求，导流隧洞进、出口高程选择需要考虑截流、通航、放木要求，以及封堵条件，泥沙淤积或磨损，方便施工等。导流隧洞进高程通常取枯水位以下。上游的水位高程为： 由，. , 所以上、下游导流隧洞的进、出口的高差为：. 则导流隧洞的出口高程为： 故上游围堰的堰顶高程由下式决定
9、： 式中 上游围堰堰顶高程，； 上下游水位差，； () 上游围堰的河底高程为，则上游围堰的高度为： 上游围堰的底宽计算： 下游围堰心墙底宽计算： 第三章 隧洞内力及配筋计算第一节 山岩压力由于山岩压力是不压隧洞衬砌设计中起决定作用的荷载，因此山岩压力值的计算选定，直接关系到衬砌尺寸是否经济合理。采用水工隧洞设计规范建议的山岩压力计算，对于类围岩，可以按松动介质平衡理论估算三岩压力。考虑到进出口的地质条件不是很好，属于类围岩，不能形成压力拱，当洞室埋深度（由衬砌顶部至地面的垂直距离）小于倍压力拱高度或小于压力拱跨度的倍。为了使用设计便于安全，对于不能形成压力拱的岩体，允许按全部岩柱重量（不考虑两
10、侧磨阻力）来计算垂直压力，即采取 。分别取隧洞进、出口往里所对应的覆盖层厚度分别为，。按水利电力出版社高昌侠、熊启钧编著隧洞表岩石坚固系数及其它力学指标表查得：对于中等坚硬的岩石及坚硬的石灰岩，不坚硬的沙石和石灰岩，软砾岩相应的岩石坚固系数，岩石容重（）,取岩石容重 。所以进、出口垂直压力强度为：； 。为了便于计算，取单位长度计算，则进、出口顶部垂直均布荷载 。为了便于计算，单位的换算关系近似采用。故 ， 。第二节 隧洞衬砌内力及配筋计算采用张校正（新 疆 水 利 厅）改编，黄凯申（新疆兵团水利局）校核隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序。一、程序功能本程序采用屠规彰等提出的衬砌结构的非线性常微分方
11、程组，应用初参数数值解法，解算隧洞衬砌在水压力、山岩压力及衬砌自重等荷载作用下弹性抗力分布，算出变位和内力，并按水工钢筋混凝土规范进行配筋计算。对于种隧洞过水断面(参阅附图)，程序将衬砌（左半部）的底板、顶板、边墙、侧底拱、侧顶拱等每部分等分段，输出每个计算点的轴向力、剪力、弯矩、受压钢筋面积、受拉钢筋面积、抗裂安全系数以及裂缝开展宽度。轴向力的单位： ；剪力的单位：弯矩的单位： ；受压钢筋面积的单位 ；受拉钢筋面积的单位 ；裂缝开展宽度的单位贵州大学土木建筑工程学院 第 14 页 贵州大学毕业设计水利水电建筑工程级 施工组织设计计算书二、计算原理 参阅水工隧洞设计规范()附录七。 配筋计算按
12、照水工钢筋混凝土设计规范的公式计算偏心受压和偏心受拉构件。计算中不受最小配筋率的限制，实际采用时，可按照规范规定的最小配筋率或按少筋混凝土计算。三、使用方法 、数据准备：参看附图。 工程名，如“” 断面形状编号，参阅附图。 钢筋砼偏心受压安全系数 钢筋砼偏心受拉安全系数 混凝土标号，如应为“” 钢筋强度（） 钢筋弹性模量（） 钢筋毛保护层（） 钢筋直径（），用以计算裂缝开展宽度 半跨底宽（） 侧墙高度（） 弧形底板半径（） 侧底拱半径（） 侧顶拱半径（） 弧型底板半中心角（角度） 侧底拱中心角（或半中心角）（角度） 侧顶拱中心角（或半中心角）（角度） 底板厚度（） 侧底拱厚度（第九类断面为侧底
13、拱起点厚度） 侧墙厚度（） 侧顶拱起点厚度（）（第一类断面为侧顶拱厚度） 顶板厚度（）（或侧顶拱终点厚度） 顶部垂直均布荷载（） 侧向分布荷载上端点值（） 侧向分布茶载下端点值（） 底部垂直均布荷载（） 水压荷载水头值（内压为正）（） 灌浆压力（各边均布法向荷载，外压为正）（） 衬砌容重（） 衬砌弹性模量（） 底板、侧底拱部位围岩弹抗系数（） 侧墙部位围岩弹抗系数（） 顶板、侧顶拱部位围岩弹抗系数（） 注各类断面形状无某项数据时填 、内力符号规定如下： 面向基岩取微分段，图示内力为正四、算例及计算成果本程序的算例全部采用陕西省水电设计院马跃堂同志的算例资料，以便于成果比较。经比较误差很小，现计
14、算进出口城门洞形的计算成果。隧洞进口数据文件为 ， 计算结果文件为* 隧洞进口内力及配筋计算书 * 一. 基 本 数 据 ( ) 二. 计 算 结 果: 迭 代 计 算 第 次迭代 第 次迭代 第 次迭代 位 移 状 态 底 板( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 侧 墙( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 侧 顶 拱( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 隧洞出口数据文件为 ，* 隧洞出口内力及配筋计算书 * 一. 基 本 数 据 算例( ) 二. 计 算 结 果: 迭 代 计 算 第 次迭代 第 次迭代 第 次迭代 位
15、移 状 态 底 板( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 侧 墙( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 侧 顶 拱( ) 轴向力 剪力 弯矩 受压钢筋 受拉钢筋 抗裂 裂缝宽 第四章 调洪演算第一节 调洪演算的基本原理调洪演算的基本原理是水库水量平衡。在时段内，入库流量、出库流量和水库水量之间变化的关系，可用下列水量平衡方程式表示：式中，时段始末入库流量，； ，时段始末出库流量，； ，时段始末的水库蓄水量，； 时段长，取值的大小视水库流量的变幅而定。水量平衡方程式中，与由复核的设计洪水和校核洪水过程线中查取，可根据具体情况而定，小河库站一般取小时为一
16、个时段。与由起调条件确定，只有与是未知数，由于方程式有两个未知数，不能独立求解，还必须另外建立第二个方程，。即水库下泄与水库溢洪水位以上蓄水量的关系。因是水库水位的函数，而也是的函数，故是的函数，用下面等式表示： ()() （）上式称为水库蓄洪关系。式中是表示函数关系的符号。由式（）和式（）可建立联立方程： () 洪水调节计算，实际上就是联立求解，建立以上两个方程式，以求得两个待定的未知数和值。当本时段的和求得后，即作为下一时段的起始条件和，继续往前计算。因此，水库调洪计算从起始条件开始，通过逐时段的水量平衡计算，便可眼求出下泄流量过程和水库蓄水量变化过程 通过水库水位容积关系曲线换算得出。起
17、调水位与调洪最高水位之间的库容，称为调洪库容。 第二节 调洪演算方法及计算此次调洪演算的方法采用半图解法，将水量平衡方程式变换如下： （） （）令 则式（）变为 （）在式（）中右边均已知，计算前，先建立曲线，曲线即为解决调洪演算的辅助曲线，调洪演算按下列步骤进行。（1） 由已知起调条件确定查曲线得出 。（2） 由式（）计算 。（3） 由查曲线得出 .（4） 重复（）、（），直至计算时段末。（5） 求调洪库容和设计洪水位。、泄流能力计算，按有压自由出流计算：()底板以上的计算水深，自由出流时.由施工组织设计与施工组织规范实用全书对的取值 有压流出口值 泄流状态 大气中射流 出口有顶托，侧墙不约束
18、 出口有顶托，侧墙约束 计入行进流速水头在内的总水头流量系数，在自由出流且管道断面沿程不变时， ()管道总长（）进口及管内局部水头损失之和 谢才系数水力半径因行进流速水头() 一般很小，可以忽略不计。 隧洞洞长 则 () ()则下泄流量： ()（上）（上）故（上）水位库容关系曲线，见关系曲线图 、关系曲线的计算下泄流量按有压流自由出流公式：() （库）曲线的计算见表，表中 ， ； 表 关系曲线表库水位（）水库容积（万）进口底板以上的容积(万)出流量()()()()()()()()表中：第（）栏：库水位。计算曲线，要求库水位取隧洞进口底板高程至坝顶高程。第（）栏：相应水位的水库容积。第（）栏：隧
19、洞进口底板以上库容，其值等于水库容积减去进口底板以下高程。如在水位时，水库容积万，则该水位进口底板以上库容为： 万。第（）栏：（）栏第（）栏：出流量用式（库），将库水位：、代入分别得相应的值。第（）栏：（）栏（）栏、调洪演算：假定设计洪水来之前，库水位与隧洞进口底板水位平齐，此时起始条件，下泄过程线推求： 表 下泄洪水过程线推求序号时间()入流量（）（）出流量（）表第（）栏：入流量采用年一遇的设计洪水（已知）。第（）栏：是相邻两个时段的入流量之和。计算时由起始条件的，查曲线得，再根据 来计算，即 。再由查曲线得。由此类推，可求出整个下泄过程。绘下泄流量与时间的关系曲线见下图表、调洪库容调洪与设计水位设计的复核计算（1） 调洪库容计算由表与、关系曲线得：当出现时，一定是，此时、均达最大值。显然，将出现在第小时与第小时之间，由、关系曲线可知：在第小时分钟处，查曲线得 。由 得出() 调洪() 万(2) 复核洪水位计算复核洪水位的总库容为：调洪隧洞进口底板以下的库容 万 查曲线得调洪 说 明 图库网址 联系：电话：贵州大学土木建筑工程学院 第 30 页
