导流明渠设计大纲范本

1、 FCD 71020 FCD 水利水电工程 初步设计阶段导流明渠设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1995年7月 水电站初步设计阶段导流明渠设计大纲 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: 勘测设计研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 设计依据文件和规范 43. 基本资料 44. 径流分析计算内容和要求 65. 径流特性分析66. 径流还原计算77. 径流系列代表性分析108. 径流系列计算119. 径流频率分析计算1410. 径流年内分配1811. 应提供的设计成果191 引 言1.1 工

2、程概述 水电站工程位于 省 县(市)的 河干(支)流上, 是 河 河段梯级规划中的第 个水电站。该水电站上距 市(县) km, 下游距 市(县) km, 坝址处有 公路(铁路)通过, 对外交通方便。 水电站工程是一座以发电为主, 兼顾 、 等综合效益的大(中)(I、II)型水电工程, 其工程等级为 等, 主要永久建筑物为 级, 相应临时建筑物为 级。水电站枢纽主要由重力式(河床式)拦河坝, 坝后式(河床式)厂房及溢洪道、泄水底孔等建筑物组成。其拦河坝最大坝高 m, 坝顶长度 m, 水库总库容 亿m3。电站装有 台装机容量为 MW的机组, 总装机容量为 MW。设计水头 m, 保证出力 MW, 多

3、年平均发电量为 亿kWh。 水电站工程采用明渠导流方式分期施工方案。导流明渠布置在左(右)岸, 与永久溢洪道(泄洪闸, 表、中、底孔)相结合。1.2 适用范围(1) 本大纲是在施工导流方案综合比较的基础上, 按照 选用的明渠导流方案, 以导流明渠设计为主体, 结合明渠导流方式, 包括明渠施工期、运行期及完建期全过程的设计内容。(2) 本大纲适用于河床及岸边岩基上的导流明渠设计。按照 规划要求, 本工程计划于 年 月开工, 年第一台机组发电, 总工期为 年。2 设计依据文件和规范2.1 导流明渠设计的主要依据文件(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) 工程初步设计

4、任务书。2.2 主要设计规范(1) 水利水电工程初步设计报告编制规程(DL 502193);(2) 水利水电工程施工组织设计规范(SDJ 33889);(3) 水利水电工程设计工程量计算规定1据悉, 水规总院于1993年3月对本规定提出了修订送审稿, 并于1993年7月进行了审查, 后又于1994年3月提出了“预可行性研究阶段”阶段系数的意见, 其后一并报两部审批, 请各设计单位注意新规定的发布动向编者按。试行, (88)水规设字第8号文;(4) 溢洪道设计规范(SDJ34189);(5) 混凝土重力坝设计规范(SDJ2178)及补充说明;(6) 水闸设计规范(SDJ 13384)。3 基本资

5、料3.1 导流明渠设计标准根据导流方式研究的主要成果, 本工程施工期内, 导流明渠和永久溢洪道(泄洪闸、表、中、底孔)相结合, 在坝上 + 桩号以上明渠按 级建筑物设计; 坝上 + 桩号以下与永久建筑物结合部分, 按 级建筑物设计。导流明渠设计洪水标准采用 年一遇洪水, 明渠设计泄流流量为 m3/s。3.2 导流规划及其技术指标 水电站工程施工导流分三(四)期进行:一期: 在一期(纵向)围堰的围护下, 进行岸边导流明渠的开挖和混凝土浇筑(全年)施工, 河水经束窄后的河床下泄。二期: 以河床截流为标志, 形成以二期上、下游横向围堰保护下的河床大基坑, 进行主体工程的坝基开挖和混凝土浇筑施工; 河

6、水由导流明渠宣泄。三期: 以明渠断流为标志, 河水由永久底孔（临时底孔）或临时预留大坝缺口下泄, 主要进行溢洪道(泄洪闸)改建。整个工程施工分期导流技术特性详见表1。3.3 地形及地质资料3.3.1 地形图:(1) 平面地形图, 采用 年测1/1000地形图, 其座标系为 座标系;(2) 基岩等高线平面图, 采用 年1/1000比例尺的测图, 该图座标系与平面地形图一致。表1 施 工 导 流 技 术 特 性 表 项 目单位一 期二 期三 期导流时段月导流标准%设计流量m3/s泄水建筑物挡水建筑物上游水位m下游水位m3.3.2 有关的地质平、剖面图(1) 地质平面图, 采用坝址区1/1000比例

7、尺的地质填图，该图应为本设计阶段设计成果;(2) 地质横剖面图, 采用与明渠轴线垂直的1/500的地质剖面图, 其剖面间距应不大于20m;(3) 地质纵剖面图, 采用沿明渠轴线的1/1000的地质剖面图(及沿外导墙的地质纵剖面图)。3.3.3 有关的岩体物理力学指标。本工程导流明渠从进口到出口所分布的基岩主要为 系 岩(及 岩)。在导流明渠沿线的基岩中, 主要发育着 组断裂结构面, 尤以 组结构面最为发育, 是明渠开挖及稳定的主要控制结构面。基岩及结构面的岩石物理力学指标详见表2及表3。表2 基 岩 岩 石 物 理 力 学 指 标 表项目重度kN/m3抗压强度MPa泊桑比变形模量MPa允许压应

8、 力MPa混凝土(岩)抗剪强度抗剪抗剪断岩石名称岩石代号g干湿mEosff¢c¢表3 结 构 面 及 其 参 数 表 主要结构面产状要素发育程度裂隙地质特征结构面级别抗剪强度fc3.3.4 岩土开挖边坡稳定性及边坡建议值。导流明渠内边坡: 最大高度约 m, 其中基岩边坡高约 m, 产状走向 , 倾向 , 倾角 ，受 结构面影响, 表层(深层)局部形成不稳定块体, 是边坡处理的重点。导流明渠外边坡: 最大高度约 m, 其中基岩边坡高约 m, 其产状走向 , 倾向 , 倾角 , 受 断层(裂隙)影响, 是外导墙基础稳定的控制因素。地质建议的边坡开挖边坡参数见表4。表4 边坡开挖

9、参数表地 层 名 称岩 土 类 别永 久 边 坡临 时 边 坡 系 层覆盖层土 层水 上水 下 系 岩岩层全风化强风化弱风化微风化3.3.5 明渠出口下游的河床覆盖层指标:(1) 下游河床覆盖层的颗粒组成, 覆盖层地质剖面;(2) 下游河床基岩及覆盖层的不冲流速, 覆盖层渗透情况及明渠衬护的允许流速。3.4 水文及气象资料3.4.1 天然水文情况:(1) 站历年逐月平均流量, 见表5。 表5 站历年逐月平均流量表( 年至 年) 月 份123456789101112流量m3/s(2) 站天然洪水成果, 见表6。表6 站天然情况下设计洪水成果表 洪水重现期:年1251020洪峰流量, m3/s 天

10、洪量, 亿m3 天洪量, 亿m33.4.2 坝址施工洪水:(1) 坝址施工设计洪水构成流量, 见表7。表7 坝址施工洪水构成流量表 单位:m2/s洪水重现期:年 1251020 库下泄流量 区间流量入库洪水流量(2) 坝址分期最大流量, 见表8。表8 坝址施工分期流量表 单位:m3/s 项 目月 份123456789101112历年最大流量历年最小流量多年平均流量p=1%设计流量p=5%设计流量p=10%设计流量p=20%设计流量(3) 典型设计洪水过程线。3.4.3 坝址水位流量关系曲线坝址水位流量关系曲线, 采用 年 水尺测定的水位流量关系成果, 水尺位于坝线下游 m处, 水位流量关系详见

11、表9。表9 坝址水位流量关系曲线表 水 位: m流 量: m3/s3.4.4 库容水位曲线3.4.5 气象资料采用 气象资料进行统计计算, 求出各要素特征值, 见表10。 表10 站各气象要素统计表 项 目资料年限月 份年平均123456789101112平均气温, 绝对最高气温, 绝对最低气温, 平均降雨量, mm最大降雨量, mm最小降雨量, mm平均蒸发量, mm平均风速, m/s最大风速, m/s雨 日, d3.4.6 泥沙资料:(1) 天然多年平均输沙量(包括推移质和悬移质);(2) 天然多年平均含沙量;(3) 泥沙颗粒组成;(4) 泥沙物理力学特性指标。3.4.7 冰情资料:(1)

12、 坝址上、下游河段封冻期;(2) 坝址流冰持续期;(3) 坝址冻融循环次数统计。3.5 水工建筑物资料(1) 枢纽总平面布置图(1/10001/2000);(2) 枢纽布置立视图(1/10001/2000);(3) 与导流明渠相结合的泄水建筑物的平、剖面图(1/5001/1000);(4) 各主要泄水建筑物的泄量曲线;(5) 各主要泄水建筑物及坝段的剖面图;(6) 各种闸门及启闭机的设计参数;(7) 各单项建筑物分项工程量。3.6 建筑材料3.6.1 导流明渠各部位建材种类及标号, 见表11。表11 明渠各部位建材表 部 位建 筑 材 料 种 类混凝土钢 筋锚 筋喷混凝土(砂浆)龄期标号型号直

13、径型号直径龄期标号导 墙边 衬底 板尾 坎3.6.2 采用的新材料性质及指标3.7 其它有关资料3.7.1 坝址下游的供水要求, 见表12。表12 下 游 河 段 的 综 合 用 水 量 表 单位:m3/s 项 目年平均月 份123456789101112最大供水量最小供水量平均供水量3.7.2 坝址下游城镇的防洪能力。本坝址下游 km处是 市(镇), 该地洪水设防标准为 年一遇洪水重现期, 要求下泄流量不超过 m3/s。3.7.3 可能提供的施工机械化水平。3.7.4 临时或永久跨明渠的交通要求。3.7.5 施工期通航过木及过鱼要求。4. 设计任务及基本假定4.1 主要设计任务(1) 导流明

14、渠布置与体型设计;(2) 明渠导流水力设计, 及各施工分期的特征水位复核计算;(3) 明渠结构稳定分析;(4) 施工期内导流明渠进、出口及其下游防护工程设计;(5) 导流明渠施工设计; 1) 初拟明渠施工布置及施工方法; 2) 明渠施工围堰的设计。(6) 工程量计算。4.2 基本设计假定及原则4.2.1 导流明渠由引水渠段、坝体结合控制段、泄槽、消能防冲段以及出口防护段等几部分组成。其中引水渠段按临时建筑物设计, 其余几部分均结合永久溢洪道(泄水闸), 按永久建筑物设计。4.2.2 明渠设计包括明渠施工期、运行期以及工程完建期三种情况。4.2.3 无论按临时建筑物或按永久建筑物设计的明渠各部分

15、, 均须满足整个施工期的导流、通航及过木等要求。5 导流明渠布置及体型设计5.1 明渠布置的基本原则(1) 本工程采用左(右)岸大(小)明渠方案, 导流明渠与永久建筑物的溢洪道(泄洪洞)相结合, 通过体型设计选择水力条件良好, 施工、运行方便, 工程量较少, 与电站枢纽总布置相协调的方案作为推荐方案。(2) 导流明渠与永久工程相结合的部分在满足导流条件的同时, 应兼顾永久运用的要求;(3) 导流明渠设计应满足截流施工的要求及施工交通条件;(4) 明渠布置(不)考虑施工期通航、过木及过鱼要求;(5) 明渠布置应考虑兼顾主体工程施工的交通, 有利于后期明渠封堵及改建施工的要求;(6) 明渠布置及导

16、墙位置的选择应考虑明渠外侧的纵向围堰施工比较方便, 而另一侧又不致形成过高的开挖边坡或大量的挖方量。必要时, 应通过技术经济比较确定导流明渠的位置。提示: 对北方河流明渠设计应考虑设置冬季排冰的设施。5.2 明渠平面布置5.2.1 选择导流明渠进、出口位置。提示: (1) 导流明渠进、出口应选择有利的地形、地质条件, 保证施工及运行期的岸坡稳定;(2) 在选择明渠轴线时, 宜使其进口水流顺畅, 出口水流归槽性好, 注意避免出口水流对岸坡及其它建筑物的冲淤影响, 充分利用岸边沟溪、河湾、旧河道等, 力求线路最短, 工程量少, 有利于加快施工进度。(3) 导流明渠进、出口的选择应充分考虑河床基坑及

17、二期上、下游横向围堰的位置, 并留有一定的安全距离, 对明渠出口至下游围堰外坡脚的距离应不小于30m。(4) 明渠进、出口的选择应同时考虑明渠施工期上、下游围堰或预留岩坎的位置及其施工条件, 有条件时宜优先考虑采用易于拆除的围堰型式。5.2.2 确定明渠进、出口高程(1) 导流明渠进、出口底板高程的确定应满足截流分流的要求;(2) 导流明渠进、出口高程不宜高于原河床枯水期的常水位高程;(3) 导流明渠出口高程不宜低于河底, 并应结合出口消能与水面衔接方式确定。5.2.3 明渠弯道设计为使导流明渠内水流顺畅, 避免产生过大的横向折冲水流, 应使明渠弯道设计的转弯半径不小于46倍明渠底宽。提示:

18、有通航要求的明渠, 其弯道应满足航道转弯半径要求。5.2.4 外导墙的位置(1) 导流明渠外导墙位置应通过经济、技术比较确定, 并与枢纽布置相协调;(2) 明渠外导墙的基础应放在完整的岩基上, 并保证其基础的稳定, 不允许将导墙置于半挖半填的基础上;(3) 明渠导墙的断面型式应根据地质情况并考虑有利施工确定。提示: 对采用台阶型基础的导墙, 其台阶数不多于二个台阶。(4) 引水渠段的明渠外导墙高度在上游围堰轴线前不得低于导墙内侧及外侧的水位, 避免因导墙翻水恶化渠内流态及降低泄流能力。5.3 明渠的断面设计5.3.1 过水断面设计导流明渠过水断面设计应结合水工及地质要求, 并满足以下因素:(1

19、) 导流明渠的断面设计应满足导流设计泄量的基本要求;(2) 在设计流量条件下, 明渠过水断面的单宽流量以不大于250m3/s为宜, 结合下游消能防冲、通航过木要求统一考虑;(3) 导流明渠底宽设置应考虑满足河床截流要求的最小宽度;(4) 为满足施工期通航(过木)要求, 明渠断面设计应避免急剧的局部变化。5.3.2 导流明渠体形与衬砌(1) 导流明渠体型设计应结合水工建筑物通过技术经济比较确定;(2) 明渠断面为梯(矩)形, 左、右边墙坡比为1: 。提示: 明渠引渠段当渠内水流流速超过10m/s, 或其单宽流量大于125m3/s时, 则应考虑采用全断面混凝土衬砌(喷混凝土)。5.3.3 明渠控制

20、段的型式。(1) 导流明渠控制段与水工溢流坝(泄洪闸)相结合采用闸孔式(宽顶堰型), 在导流期按临时断面(永久断面)一次修建;(2) 控制段内闸墩的布置应考虑明渠封堵期的施工条件。提示: 大峡水电站导流明渠在溢洪道的坝轴线前布置三孔叠梁闸, 以便明渠断流后上游挡水。5.3.4 明渠出口消能的布置明渠出口的消能措施应尽可能与水工溢流坝(泄洪闸)的消能措施相结合。提示: 当明渠出口断面的水流流速大于10m/s, 或当明渠出口下游有防冲要求的建筑物及岸坡时, 均应考虑在明渠出口设置消能措施, 并在明渠末端为防止水流淘涮而设置防冲齿槽。5.3.5 明渠内闸墩及闸门的布置要求。(1) 明渠内闸墩的布置应

21、与水工建筑物结合考虑, 并应满足施工期交通桥布置的要求;(2) 明渠内闸墩的型式及尺寸应优先考虑结合水工闸门布置的要求;(3) 明渠内闸室及闸门的尺寸选择应考虑闸门或叠梁闸门的启闭及沉放设施的能力。6. 水力设计6.1 设计内容及基本假定6.1.1 设计内容(1) 明渠的泄流能力计算;(2) 设计流量的水面线计算;(3) 截流、通航、过木的水力设计;(4) 明渠施工期、运行期以及完建期的各级上游水位设计;(5) 消能防冲的水力设计。6.1.2 水力设计的基本假定:(1) 泄流能力计算, 应反映明渠进口上游水位与明渠泄量的关系, 计算方法及流量系数均采用本大纲中所列数值。(2) 明渠设计条件下的

22、水面线采用分段计算, 明渠导墙的墙高的估算亦按分段的最大水深考虑, 导墙的安全超高采用0.51.5m;(3) 应满足施工期通航(过木)要求, 当通航(过木)流量为 m3/s时, 明渠内水深不得小于 m, 流速不得大于 m/s, 并应保持各段明渠水流的平顺衔接。(4) 明渠水力计算的各种局部水头损失及渠道的糙率可采用水力模型试验值或采用本大纲给定数值, 参见表13。表13 明渠局部水头损失系数及分段糙率表 名 称计算条件x 或 h局部水头损失系数 x明渠进口圆弧进口渐变段收缩均匀流扩大均匀流明渠弯道a<90°x=(2.23b/R)sina渠道沿程糙率h混凝土衬砌岩 石注: b渠宽

23、; R转弯半径。(5) 为防止导流明渠出口及下游河道被冲刷, 应使明渠在宣泄设计流量的情况下, 其出口断面平均流速不大于 m/s;(6) 为使导流明渠增大泄流能力, 一般宜在设计条件下采用临界流的水力坡降。6.2 水力设计方法及设计参数6.2.1 泄流能力计算明渠泄流能力计算取明渠控制段或闸室段的过水断面, 按宽顶堰流进行计算。(1) 计算公式:式中: m 流量系数;sS 淹没系数;b 闸孔净宽;H0 包括行近水头的堰前水头。(2) 流量系数。提示: 流量系数可采用水力模型试验值, 无试验资料时, 按下表计算或直接取m=0.340.36明渠宽顶堰流量系数b/B00.20.40.60.81.0m

24、0.3490.3510.3550.3600.3800.385注: (1) B为引渠段宽度, b为闸孔净宽;(2) 此表适用于八字形翼墙进口平底堰流情况, 其口八字形收缩角为1:1。(3) 淹没系数。提示: 如明渠泄槽段按临界坡或陡坡设计, 则计算泄流能力时的淹没系数sS=1, 若泄槽段水流流态为缓流时, 其淹没系数取决于控制段末端的下游水深与上游水头的比值, 见下表。宽 顶 堰 淹 没 系 数 sS 值hS/H0£0.800.820.850.880.900.920.940.960.98ss1.00.990.960.900.840.780.700.590.4注: hS是从堰顶算起的下游

25、水深。6.2.2 水面线计算6.2.2.1 明渠引渠段的水面线。提示: 引渠段的水面线可按非均匀流或近似采用均匀流公式进行计算。(1) 当引渠流速v£3m/s时, 可用均匀流公式计算沿程水深;(2) 当引渠流速v>3m/s时, 一般可按非均匀流公式进行计算。可近似采用控制断面上游计算数据作为起始断面的水力要素。6.2.2.2 泄槽段的水面线提示: 泄槽水面线计算采用非均匀流公式进行, 在设计情况下, 泄槽底坡宜按陡坡或临界坡考虑, 以降低导墙高度。泄槽水面线可采用分段求和法进行计算, 其起始断面一般都在泄槽的起坡点, 起始断面水深可采用临界水深。6.2.3 掺气水深及边墙高度的

26、确定。6.2.3.1 掺气水深计算。掺气水深为泄槽流速v>5m/s时, 渠内水流因紊动掺气而增加的水深。提示: 设计中如无专门的试验资料时, 可采用以下经验公式计算:(1) 当不掺气水流平均流速v<20m/s时, hS=(1+v/100)h(2) 当v³20m/s时, hS=h+v2/200g式中: hS 掺气后的水深;v 渠内的平均流速;h渠内不掺气的水深。6.2.3.2 泄槽边墙高度的确定。根据明渠泄槽在设计情况时推求的水面线, 考虑掺气影响, 加上安全超高以确定泄槽边墙的最小高度:H墙=ha+D(2)以上确定的边墙高度应根据地形及施工条件进行修正。提示: 明渠外导墙

27、应考虑其下游外侧水位的影响, 在一般情况下, 泄槽导墙高度与下游围堰一致。6.2.4 出口消能段的设计。导流明渠出口消能防冲设施的形式, 应根据地形、地质条件, 明渠出口的泄流条件, 下游水深及河床抗冲能力, 下游水流衔接等情况以及结合永久泄水建筑物运行要求等通过技术经济比较确定。提示: (1) 底流消能水力设计 通过设计条件下底流消能的水力设计, 确定消力池底高程、池长、边墙高程等特征指标并应考虑下列各点:1) 护坦长度, 可根据是否设置辅助消能工及水力特性, 参照溢洪道设计规范(SDJ341-89)附录一公式估算;2) 消力池两侧边墙顶高程，可根据跃后水深加0.5m超高确定；3) 采用平面

28、扩散型或设置消力墩等消能工以及采用异型鼻坎时, 应经水工模型试验验证设计参数。(2) 挑流消能1) 挑流消能的适用范围:落差Z³ m;单宽流量q= m3/s;没有通航及过木要求。2) 应对各级流量条件下的水流挑距, 冲坑最大深度及范围进行估算, 并应考虑下列因素: 挑角选择:q=15°30° 反弧半径: R=(410)hC(hC为挑坎上反弧急流收缩水深); 挑距计算不考虑空气阻力: 冲坑系数:K= (一般K为0.92.0)。t=kq0.5H0.25式中: t 冲刷坑深度;q 单宽流量;H上、下游水位差。3) 挑流消能水力计算可参照溢洪道设计规范(SDJ341-89

29、)附录一公式计算。(3) 面流消能的水力衔接对于有通航、过木要求的明渠出口应使其在通航或过木流量条件下, 保持出口水流平稳、畅顺, 在设计流量条件下, 可考虑按面流消能估算。7 明渠结构设计7.1 明渠结构设计的任务(1) 明渠外导墙的稳定及应力分析;(2) 明渠边坡衬砌的内力及结构计算;(3) 明渠底板稳定及锚筋计算;(4) 明渠消能尾坎的稳定计算;(5) 明渠开挖边坡的稳定分析。7.2 基本假定7.2.1 设计情况。(1) 施工期: 河床或缩窄的河床过水, 泄水标准为p= %, Q= m3/s, 明渠外导流墙按墙外挡水, 墙外无水, 墙基有渗透压力; 明渠边衬按渠内无水, 渠外有渗透压力考

30、虑;(2) 明渠运行期: 导流明渠宣泄 年一遇洪水, Q= m3/s, 明渠外导墙内侧挡水, 墙外无水, 墙底有渗透压力; 明渠底板按承受内压力, 底板扬压力, 水流脉动压力及拖拽力考虑; 明渠边衬按渠内有水, 渠外有渗透压力考虑; 消力尾坎尚应考虑水流冲击力;(3) 完建期(明渠封堵期): 明渠断流后, 河水经永久(临时)底孔下泄, 下泄流量为Q= m3/s, 明渠外导墙按墙外有水, 墙内无水, 墙底有扬压力计; 明渠底板按渠外有水, 渠内无水, 底板有渗透压力考虑。7.2.2 设计情况的基本荷载及其组合。导流明渠承受的荷载因计算的部位不同而不尽相同, 但总的来说有以下基本荷载:(1) 自重

31、(按结构尺寸及重度计算);(2) 水重;(3) 外水压力: 河床侧水压力或岸坡侧地下水压力;(4) 内水压力: 明渠内水压力;(5) 渗透压力: 结构基础的渗透压力及浮托力;(6) 动水压力: 包括水流作用产生的动水压力及脉动水压力、拖拽力等;(7) 水流冲击力: 一般用于消力尾坎稳定计算;(8) 土压力。导流明渠结构设计的荷载组合, 一般只考虑正常情况的荷载组合, 其基本荷载组合如表14。表14 荷 载 组 合 表 部 位设计情况荷 载自重水重外水压力内水压力扬压力动水压力冲击力拖拽力土压力外导墙(1)*(2)*(3)*底 板(1)*(2)*(3)*内边衬(1)*(2)*(3)*消能尾坎(1

32、)*(2)*(3)*注: 设计情况(1)、(2)、(3)分别表示施工期、运行期、完建期的设计情况。7.2.3 结构物设计安全系数。导流明渠按临时建筑物设计, 其设计级别为 级, 与永久建筑物结合的部分除按永久建筑物的设计大纲要求计算外, 还应按本大纲要求进行各设计情况的复核计算, 计算应满足安全系数, 见表15。表15 明渠结构物设计安全系数表 项 目安 全 系 数抗滑稳定, K抗剪断抗 剪2.53.01.05抗倾稳定, Km1.3抗浮稳定, K¢1.2基底应力s, MPa0.10.2(拉应力)7.3 荷载的计算方法及计算参数7.3.1 水压力、冰压力、扬压力、土压力及自重的荷载计算

33、, 应按混凝土重力坝设计规范SDJ21-78(试行)等有关规程、规范和专著计算。7.3.2 底板的扬压力计算。明渠底板扬压力由于底板排水及止水条件不同而差异较大, 一般采用下式计算:U板=mh(3)式中: U板 板上的扬压力;h 板上计算水深;m 扬压力系数, m=0.20.5。7.3.3 其他荷载的计算。(1) 脉动压力(按不利方向计)Pm=amV2/2g(4)式中: Pm 脉动压力作用方向垂直板面;am 脉动压力系数, am=0.050.1;V 计算断面的平均流速。(2) 拖拽力(作用于板面)T=gRJS(5)式中: T 拖拽力;g 水的重度;R 计算板块的水力半径;J 板上水流的总水头坡

34、降, J=(1-j2)H/L;j 计算处的流速系数, j=0.90.95;H 计算段的水位差;L 计算板块长度;S 计算板块的过水表面积。(3) 尾坎的冲击力Pa=KaAaV2/2g(6)式中: Pa尾坎冲击力;Ka 阻力系数, Ka=1.22.0;V 尾坎上的流速;Aa 尾坎迎水面在流速方向上的投影面积。 7.4 结构稳定计算方法及计算参数7.4.1 导墙稳定及应力分析。7.4.1.1 抗滑稳定。明渠外围导墙在设计荷载的作用下, 沿其建基面的抗滑稳定计算。可按有控制性的代表断面取单宽计算, 计算公式如下:(1) 按抗剪断强度公式计算:K¢=(f¢SW+C¢A)/

35、SP(7)式中: K¢ 抗剪断安全系数;f¢ 混凝土/基岩面的抗剪断摩擦系数;C¢ 混凝土/基岩面的凝聚力;SW 导墙上全部垂直力总和;SP 导墙上全部水平力总和;A 导墙基础面面积。(2) 按抗剪强度公式计算K=fSW/SP(8)式中: K 抗剪安全系数;f 混凝土/基岩面的抗剪摩擦系数;其他符号同(7)式。7.4.1.2 抗倾稳定。导墙在设计荷载的作用下, 对其墙趾的倾覆核算, 取单宽断面按下式进行计算:km=SM抗/SM倾 (9)式中: Km抗倾稳定安全系数;SM抗 所有荷载对墙趾的抗倾力矩总和;SM倾 所有荷载对墙趾的倾覆力矩总和。7.4.1.3 基底正应

36、力计算。导墙基础面应力计算, 采用材料力学法, 取控制断面的单宽长度按下式进行计算:s=SW/L±6SM/L2(10)式中: s墙基的正应力;SW 导墙上所有垂直力之和;SM 导墙上所有力对墙底形心的力矩之和;L 墙底宽度。7.4.2 明渠底板设计。7.4.2.1 底板厚度估算。在本设计阶段, 明渠底板厚度估算可参照同类工程类比, 或考虑底板与锚筋共同作用来估算底板厚度, 一般底板厚度不小于0.3m, 或按下式估算:t=(Pa+Pm-hdg)K-(gr-1)T/gc(11)式中: t 明渠底板厚度;Pa 底板底面扬压力;Pm 脉动压力;g 水的重度;hd 渠内水深;K 安全系数, 取

37、K=1.11.2;gr 基础岩石的重度;gc 混凝土的重度;T 锚筋的计算长度。7.4.2.2 抗滑稳定计算。K=SWf/(SP-St)(12)式中: K 底板抗滑稳定安全系数;SW 所有板面法向力之和;SP 所有板面切向力之和;St 锚筋总抗剪力之和;f 底板混凝土与基岩摩擦系数。7.4.2.3 抗浮稳定计算。底板抗浮稳定的控制情况为不计板上水重, 其计算公式如下:K浮=Gcosa/(U-P)(13)式中: K浮 抗浮稳定安全系数;G 板的自重;a 底板与水平的夹角;U 底板扬压力；P 锚筋总抗拔力。7.4.2.4 底板锚筋计算。明渠底板设置填浆锚筋后, 可取一条单宽板条按多跨连续梁计算锚筋

38、的设计拉力, 然后以此计算锚筋的深度及锚筋的直径, 其计算公式如下:(1) 锚筋直径计算:(14)式中: d 锚筋直径;k 锚筋抗拉安全系数, K=1.5;q 板上的均布荷载;L 板的计算长度;Rg 钢筋设计强度, Rg=320N/mm2。(2) 锚筋深度:(15)式中: T 锚筋计算深度;h 砂浆与锚杆结合系数, h=2.0;d 锚筋直径;Rg 锚筋受拉设计强度;ta砂浆与锚筋的粘结力, 无资料时, 可按=0.019R估算(其中R砂浆标号)。(3) 锚筋长度:(16)式中: D 锚筋长度;L 锚筋间矩;d锚筋直径。7.4.3 边衬设计:(1) 导流明渠内边坡的边衬稳定计算, 水压力荷载按梯形

39、考虑, 其值由渠内水位确定, 边衬稳定主要考虑抗浮计算, 其计算方法与底板抗浮稳定公式一致;(2) 边衬的结构计算, 边坡衬砌可视作弹性地基梁, 按一端固定, 一端自由的半无限长梁, 承受三角形分布荷载作用, 其计算方法可参阅有关结构力学专著。7.4.4 边坡稳定分析7.4.4.1 边坡稳定的一般要求:(1) 明渠边坡应满足在其开挖施工及运行期内, 保持整体稳定;(2) 明渠边坡的防护设计应考虑施工期交通, 开挖施工方法及明渠运行等综合要求;(3) 对岸坡有多组发育的不稳定楔形岩体, 可采用刚体极限平衡法进行计算, 并提出工程处理措施。7.4.4.2 岸坡楔形岩体抗滑稳定安全系数。提示: 本表

40、所列安全系数是参照宝珠寺等工程永久建筑物边坡处理设计而选用的, 在实际应用中还应针对具体情况进一步分析确定。安 全 系 数项 目施 工 期运行期边坡开挖开挖+降雨正常运行纯 摩1.31.11.5剪 摩2.53.07.4.4.3 工程处理措施(1) 坡面喷混凝土于坡面喷混凝土及在喷混凝土中布设钢筋网是防止边坡局部冲切破坏的有效措施, 喷混凝土的防护能力：P=RLdL+RgAgL(17)式中: P 沿坡面每延米喷射混凝土所能承担的下滑力;d 喷射混凝土的厚度;RL 喷射混凝土的抗拉强度;Rg 钢筋抗拉强度;Ag 钢筋网每米周界的截面积;L 平均每延米坡面受剪结构面的周界长度。(2) 注浆锚杆锚杆结

41、合坡面喷混凝土联合作用, 是能迅速形成防护能力的有效措施。设计一般采用f28f36螺纹筋, 采用单孔单杆布置, 锚杆尾端可作鱼尾加楔型式。锚杆的锚固力:T=RjAW(18)式中: T 锚杆所能抵御的下滑力;AW 钢筋截面面积;Rj 钢筋的抗剪强度。一般的岸坡系统锚杆, 其锚固深度大于35d, 用于加固楔形岩体的锚杆锚固深度应大于2.5m, 锚杆的锚固倾角建议按锚杆垂直于开挖岩面设计。7.5 明渠交通设计跨明渠的桥梁设计应分别满足河床截流期交通要求和满足整个施工期沟通明渠两岸的主要交通干线要求, 从而确定:(1) 桥梁荷载;(2) 桥面宽度;(3) 桥梁型式。提示: (1) 载流时桥梁荷载应考虑

42、满足龙口合拢时的日平均运输强度, 及所用车辆最大荷载。(2) 施工期交通荷载应考虑以下因素;1) 基坑开挖出渣运载设备最大荷载;2) 混凝土进料线的运载设备最大荷载;3) 跨明渠的各种供水、供风等管线荷载。8 导流明渠施工设计8.1 明渠施工设计主要项目(1) 明渠土石方开挖施工方法及布置;(2) 明渠混凝土施工方法及布置;(3) 明渠施工围堰布置及施工设计;(4) 明渠进、出口岩坎拆除;(5) 明渠施工围堰拆除;(6) 明渠施工控制工期安排。8.2 明渠施工设计的原则及要求8.2.1 导流明渠施工设计应根据导流、截流的特点结合施工总进度的要求安排施工程序, 其施工方法及施工机械配套应体现国内

43、平均先进水平。8.2.2 明渠土石方开挖施工布置应结合本工程施工总体布置统一规划。明渠出碴线路及碴场位置应结合整个工程的土石方平衡及环保要求, 并考虑后期截流、封堵施工情况综合设计。提示: (1) 明渠高边坡开挖应采用由上至下, 分层开挖预裂爆破或光面爆破, 在有支护要求的高边坡, 每层开挖后宜立即锚喷或设置锚杆系统, 以保证边坡的稳定和安全。必要时应对高边坡开挖处理作专门设计和论证。(2) 尽可能地降低明渠混凝土施工强度及简化温控措施。明渠混凝土浇筑形象应优先考虑截流, 渡汛及导流的要求, 有条件时应优先考虑采用碾压混凝土施工。(3) 对于夏季、雨季及低温季节进行混凝土施工, 应采取有效的温

44、控、防雨及保温措施。(4) 明渠施工围堰布置应与明渠外导墙布置结合考虑, 对于座落在覆盖层上的纵向围堰, 应认真研究其堰基的渗透、稳定及变形条件, 并作好围堰基础处理设施。8.2.3 明渠施工中应妥善解决施工排水, 抽水设备应有一定备用和可靠电源。8.3 明渠进、出口预留岩坎问题8.3.1 导流明渠施工期间, 进口或出口采用预留岩坎挡水时, 应充分考虑其岩坎拆除时的施工条件。8.3.2 明渠预留岩坎的爆破拆除宜安排在枯水期河床水位较低时进行, 可采用分部开挖并尽量减少一次性水下控制爆破的工程量。8.3.3 明渠进口预留岩坎, 应在其下游设置集渣坑, 集渣坑的大小应通过爆破设计确定。8.3.4 在有条件时, 应优先考虑在明渠进、出口布置易于拆除的围堰代替预留岩坎。8.4 明渠施工控制工期安排8.4.1 明渠施工控制工期的主要项目:(1) 明渠施工围堰开工时间及进度要求;(2) 明渠土石方开挖进度安排;(3) 明渠混凝土施工进度安排及要求;(4) 明渠闸坝段(控制段)金属结构安装工期要求;(5) 河床截流及明渠分流时段及其条件;(6)