水利工程施工——導(dǎo)流

1、施工水力學(xué)施工水力學(xué) 干地工程施工程序、施工期間不同時段的導(dǎo)流方式以及與之相應(yīng)的各種擋水或泄水建筑物（圍堰、引渠、隧洞、底孔等）的設(shè)計。 束窄河床導(dǎo)流水力學(xué)計算束窄河床導(dǎo)流水力學(xué)計算 壩體缺口、過水圍堰水力學(xué)計算壩體缺口、過水圍堰水力學(xué)計算 導(dǎo)流明渠水力學(xué)計算導(dǎo)流明渠水力學(xué)計算 導(dǎo)流隧洞水力學(xué)計算導(dǎo)流隧洞水力學(xué)計算當(dāng)采用分當(dāng)采用分期導(dǎo)流方期導(dǎo)流方案時，河案時，河床被束窄床被束窄造成上游造成上游水位的壅水位的壅高。高。1 1、束窄河床導(dǎo)流水力學(xué)計算、束窄河床導(dǎo)流水力學(xué)計算表（表（1）分期導(dǎo)流的流態(tài)界限）分期導(dǎo)流的流態(tài)界限寬 頂 堰明 渠 流H0上游水頭 h0正常水深hk臨界水深L/H=2.520

2、L/H20自由出流淹沒出流緩流急流HS1.25HKHS1.25HKIIKHSHKk0hk分期導(dǎo)流的流態(tài)隨縱向圍堰的長度L及上游水深H而不同，可以分別按寬頂堰或明渠流處理。一般寬頂堰的極限長度為10倍水深H，對于臨時水工建筑物可以放寬至20倍水深H?；?qū)懗桑篻vgvZc222022對于矩形河槽，式 (1) 可寫成：)(20sshHgbhQAc過流斷面面積; v0、vc分別為行近流速和收縮斷面流速; H0上游水頭; H上游水深; hs下游水深; b矩形河槽寬度; Z上下游水位差。 gvHH2200(1) (1)對于淹沒堰流，通過束窄河床的泄水流量Q近似按下式計算：)(20schHgAQ (2) 對

3、于非淹沒堰流，計算公式為：kkkkkhABBgmQHHgBmQ21232220022m流量系數(shù)H0計及行近流速的上游水頭; Bk臨界水深下的平均過水寬度; hk臨界水深; Ak臨界水深下的過水面積。表（表（2）流速系數(shù)）流速系數(shù)和流量系數(shù)和流量系數(shù)M值值布置型式 流速系數(shù)流量系數(shù)M 備 注 矩矩 形形0.800.30梯形布置加挑流丁壩，其系數(shù)相同梯梯 形形 0.800.85 0.300.32 梯形布置加順流丁壩，其系數(shù)相同 梯形加翼堰梯形加翼堰 0.850.95 0.320.35 當(dāng)縱向圍堰的長度L與上游水深H之比大于20時，束窄河床泄流能力可按明渠泄流計算方法計算。束窄河床泄流水流流態(tài)一般為

4、非均勻流，而底坡又較平緩，可用分段累計法推算水面線。束窄河床的局部沖刷計算 分期導(dǎo)流的束窄河床，從圍堰轉(zhuǎn)角處起流速急劇增加，可能淘刷堰腳。沿縱向圍堰各點的最大流速vi可由下式計算：0001viihZavvv0上游行近流速; hv0行近流速水頭; Z0計入行近流速的水頭差; ai沿縱向圍堰不同部位的相對壓力差，根據(jù)試驗列表1。河槽最大底流速一般產(chǎn)生在上游圍堰轉(zhuǎn)角處，可由下式計算：0000max1vhZavv當(dāng)vmax超過河槽抗沖流速時，應(yīng)加以保護，表（3）、（4）為松散體河床和巖石及加固工程的平均抗沖流速。采用塊石保護時，護腳塊石尺寸由下估算：0ii16. 00002016. 1maxZb-Hh

5、222. 0hZagvdh0上游圍堰轉(zhuǎn)角處(x/L=0) 水深; bi沿縱向圍堰不同部位的相對自由水面降差，見下表; H上游水深。 表（表（3）ai與與bi試驗試驗值值表（表（3 3）松散體河床平均允許抗沖流速）松散體河床平均允許抗沖流速 m/s m/s項 目粒 徑 (mm)平 均 水 深1.0M3.0M10.0M細 砂0.050.250.300.30中 砂0.250.300.500.70粗 砂1.00.600.801.00細礫石2.50.801.001.20中礫石5.01.001.301.60粗礫石101.201.501.80細卵石151.501.802.20中卵石251.702.002.5

6、0粗卵石402.102.503.00細頑石752.402.803.50中頑石1002.803.304.00粗頑石1503.003.704.50細漂石2003.504.005.00中漂石3003.804.505.50粗漂石4004.005.006.00表（表（4 4）巖石及加固工程的平均抗沖流速）巖石及加固工程的平均抗沖流速 m/s m/s項 目平均水深 0.41.02.0巖石礫巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)板巖、頁巖2.12.53.03.5多孔石灰?guī)r、緊密礫巖、石灰質(zhì)砂巖、白云石灰?guī)r3.03.54.04.5白云砂巖、緊密的非成層石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、大理石4.05.06.06.5花崗巖、正長巖、輝長巖、斑巖、

7、安山巖、輝綠巖、玄武巖、石英巖16202325梢 籠梢捆褥墊，厚度2.02.5柴排護底，厚度2.53.03.5石籠，尺寸不小于4.25.05.76.2漿砌石低強度石料，強度3.03.54.04.5高強度石料，強度6.58.010.012.0混凝土1009.011.012.014.015012.015.017.019.020014.018.021.023.0指新鮮未風(fēng)化的巖石。指新鮮未風(fēng)化的巖石。2 、壩體缺口、過水圍堰水力學(xué)計算 壩體缺口泄流見圖 當(dāng)堰頂長度L和水頭H的關(guān)系在2.5HL20H時，按寬頂堰公式計算，如自由出流時 (堰頂?shù)南掠嗡頷s1.25hk或hs 0.8H0)，泄水流量按下式

8、 計算：2302 HgmBQB堰孔過水寬度；H0缺口底檻以上的上游水頭；側(cè)收縮系數(shù)；m流量系數(shù)。 對于銳緣進口、缺口下游面垂直時，m由下式計算：HPHPm/75. 046. 0/301. 032. 011適用范圍為03時，m=0.32。對于銳緣進口、缺口下游面為斜坡 (坡比約1：0.7) 時，原陜西機械學(xué)院水科所通過試驗求得以下流量系數(shù)計算式：HPHPm/24. 289. 0/401. 034. 011適用范圍為04時，m=0.34。 當(dāng)淹沒出流時 (hs1.25hk或hs0.8H)，按淹沒流公式計算： 淹沒系數(shù)2302 HgmBQ（5 5）寬頂堰淹沒系數(shù)）寬頂堰淹沒系數(shù)值值HS/H00.81

9、0.820.830.840.850.860.870.880.891.000.9950.990.980.970.960.950.930.900.87HS/H00.900.910.920.930.940.950.960.970.980.840.820.780.740.700.650.590.500.40缺口、梳齒泄流側(cè)收縮系數(shù)曲線 據(jù)日本車間試驗，提出三種流態(tài) (自由出流、過渡流態(tài)、淹沒出流) 的出流公式為：臺形堰臺形堰（土石過水圍堰通常屬于這種類型。）（土石過水圍堰通常屬于這種類型。）232 HgBmQp232 HgBmQpp)(2ssphHgBhQHhspmp臺形堰流量系數(shù)，見表（6）p過渡流

10、淹沒系數(shù)，見表（6）p淹沒出流的流量系數(shù)，見表（6）臺形堰有關(guān)系數(shù)臺形堰有關(guān)系數(shù)上游面坡度上游面坡度 m m1 1下游面坡度下游面坡度 m m2 2自由出流流量自由出流流量系數(shù)系數(shù)p p分界點分界點 h hs s/H/H過渡流過渡流分界點分界點 h hs s/H/H淹沒出流淹沒出流 p p/m/mp p0.60.60 00.31+0.23H/P10.31+0.23H/P10.600.601.0181.0180.0300.0300.70.72.62.60 00.29+0.32H/P10.29+0.32H/P10.450.451.0901.0900.2000.2000.80.82.62.60 00

11、.28+0.37H/P10.28+0.37H/P10.250.251.0321.0320.1240.1240.80.82.62.6 分期圍堰的縱向圍堰缺口過水屬于此種類型，直角分水的側(cè)堰泄水流量公式為：側(cè)堰側(cè)堰（側(cè)堰的軸線與水流方向平行）（側(cè)堰的軸線與水流方向平行）232 HgcbQ 側(cè)堰的分流量又可為： 21QQQP-h = HP-h = H2221121HHHc側(cè)堰流量系數(shù)，可取0.95m，m為正堰流量系數(shù); H側(cè)堰平均水頭; h1、h2分別為側(cè)堰進口首端和末端的水深。 如果變量流的斷面單位能量Es沿程不變，而且底坡為水平，則公式為：gvhgvhEs22222211v1、v2分別為變量流首

12、端和末端斷面的流速; P、b分別為側(cè)堰高度和寬度。 其泄水流量按下式計算：弧形堰弧形堰（拱壩或拱圍堰過水時為弧形堰）（拱壩或拱圍堰過水時為弧形堰）232 HgmbkQrm正堰的流量系數(shù)b沿弧長度kr修正系數(shù)PHkr1H、P分別為堰上水頭和堰坎高度形狀系數(shù)，見下表弧形堰形狀系數(shù)弧形堰形狀系數(shù)河槽形狀河槽形狀151530304545606075759090寬河槽寬河槽0.710.710.350.350.200.200.110.110.040.040 0窄河槽窄河槽0.830.830.480.480.280.280.130.130.040.040 0水流銜接與消能水流銜接與消能 河床上修建水工建筑物，將改變天然的水流特性。為了消減集中下泄水流造成的嚴重沖刷，應(yīng)處理好水流銜接和消能。底流消能底流消能其收縮水深hc 的計算式為：22202cchgqhEE0以下游河床為基準面的總能頭q收縮斷面處的單寬流量; 流速系數(shù)平底閘孔出流的hc為