某混凝土重力壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

1、某混凝土重力壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)一、工程概況本水庫(kù)是該流域水利水電建設(shè)規(guī)劃中的主體工程之一。壩址位于某鄉(xiāng)上游3km處，控制流域面積317km2,壩址處多年平均流量11.1m3/s,年徑流總量x 108m3。本工程是一座兼有防洪、 灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖效益的綜合開發(fā)的水利樞紐工程。工程總庫(kù)容為x 108m3,正常高水位130.0m,死水位112.0m,設(shè)計(jì)洪水位130.74m,校核洪 水位132.4m,水庫(kù)有效庫(kù)容達(dá)x 108m3,為年調(diào)節(jié)性水庫(kù)。該工程攔河壩的壩型為碎重力壩，電站布置在河床右側(cè)的非溢流壩段的后面，為壩后式布置，壩頂全長(zhǎng)315m,壩頂高程135m,其中左非溢流壩壩段長(zhǎng)度為100m,溢流

2、壩段長(zhǎng)度為48m, 右非溢流壩段長(zhǎng)度167m,溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設(shè)有 3孔6mx 12m的弧形工作 閘門，堰頂高程124m,壩底最大寬度為54m,消能方式為挑流消能，在壩后式廠房處，非溢 流壩段的最大底度為46.6m,廠房最大寬度為13.7m,廠壩聯(lián)結(jié)段為4m。電站裝機(jī)容量為2X3200KW。引水壓力鋼管設(shè)在非溢流壩段內(nèi)，進(jìn)水口底板高程為95.0m,管徑1.75m,采用單機(jī)供水的布置方式。水輪機(jī)安裝高程 85.0m,設(shè)計(jì)工作水頭36.0m,最大 工作水頭45.0m,最小工作水頭27.0m。工程樞紐處地形及工程布置見圖 1。二、基本資料1 .工程水文資料該水庫(kù)庫(kù)容在1X 108m3以

3、上，主壩工程為二級(jí)建筑物，壩址設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，是根據(jù)上游3km處水文觀測(cè)站實(shí)測(cè)某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制進(jìn)行放大而得?，F(xiàn)將各設(shè)計(jì)頻率洪水過(guò)程線、施工設(shè)計(jì)洪水等水文資料列于表1表5。單位：m3/s表1壩址設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線單位：m3/s頻率 時(shí)間，1%2%5%10%20%-7率 時(shí)間1%2%5%10%20%0101010556013810710681596178152184146112668772615741126606004383682767250444230281811601340996723504783527261817249237806344743668425191512

4、113048241534030924090201410553667558852942334396101042342406308253208102748209276218175133洪量（億 m3）5421118016311888表2施工設(shè)計(jì)洪水成果單位：m3/s-頻率（） 分期251020全年施工13409967325047月次年4月11508606004009月次年3月31623517511910月次年3月2631861338610月次年4月319252206157表3水文站實(shí)測(cè)歷年月平均流量年、123456789101112合計(jì)年平均1962196319641965196619671968

5、19691970197119721973197419751976197719781979198019811982合計(jì)平均表4壩址水位一流量關(guān)系曲線水位(m)流里(m3/s)055022050085512801730237029903630表5水庫(kù)容積曲線高程(m)9095100105110115120125130135面積(km2)容積(萬(wàn)m3)027595620603574552279351083014200180202 .壩址地形地質(zhì)條件(1)左岸：地形自然坡度為1: ,覆蓋層23m,全風(fēng)化帶厚35m,強(qiáng)風(fēng)化加弱風(fēng)化帶厚 5m,微風(fēng)化厚4m。(2)河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約01.5m

6、,弱風(fēng)化層厚1m左右，微風(fēng)化層厚36m。 河床縱剖面地形中，迎水面壩踵處巖面高程約在86m左右，背水面壩趾處巖面高程約在83.5m 左右。距壩趾下游15m處有一深潭。高程約81m,整個(gè)河床皆為微、弱風(fēng)化的花崗巖組成， 致密堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，抗沖能力強(qiáng)。(3)左岸：地形自然坡度為1: 2左右，覆蓋層46m,全風(fēng)化帶厚68m,強(qiáng)風(fēng)化帶厚24m, 弱風(fēng)化帶厚24m,微風(fēng)化厚112m。(4)壩基開挖：強(qiáng)風(fēng)化層要全部挖除。壩基的開挖范圍應(yīng)與建筑物的底部輪廓尺寸相適應(yīng)， 開挖的深度按壩底應(yīng)力和壩基強(qiáng)度而定。（ 5 ）壩后式廠房基礎(chǔ)：廠房設(shè)于壩后靠右岸的河床處，設(shè)計(jì)最低開挖高程為 7983m 之間，全部處于微風(fēng)

7、化新鮮基巖內(nèi)。3.主要施工條件（ 1 ）對(duì)外交通：目前已有兩條三級(jí)公路分別從兩岸經(jīng)過(guò)壩首和壩區(qū)。（2）施工電源：目前已有35KV輸電線路有縣城架至G鎮(zhèn)，距壩址僅3km,施工用電可利用 本縣電網(wǎng)中的水電，電源充足，質(zhì)量可靠。（3）主要建筑材料：本樞紐主壩為砼重力壩，壩體砼所需的卵石，在壩址上下游 12km 均可開采，河砂在距壩址10km 處的下游采集。庫(kù)內(nèi)盛產(chǎn)竹木，自給有余。僅水泥、鋼筋、機(jī)電設(shè)備等需要外購(gòu)。5.施工年限本工程主體部分的大壩和電站廠房，施工工期為兩年左右，準(zhǔn)備工程在第一施工年度的 47月份完成，水庫(kù)在第三施工年度的汛后開始蓄水，并在10 月 1 日并網(wǎng)發(fā)電。三、施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)過(guò)程（

8、一）施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇1 .施工導(dǎo)流建筑物級(jí)別的選定本工程根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ338 89），以及本工程的級(jí)別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導(dǎo)流建筑物為IV級(jí)。2 .施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的選擇根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ338 89），以及導(dǎo)流建筑物的級(jí)別，選定導(dǎo)流建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為： 20 年一遇（P=5%）。（二）施工導(dǎo)流時(shí)段選擇根據(jù)本工程的特征條件采用分段圍堰法導(dǎo)流，中后期用臨時(shí)底孔泄流來(lái)修建混凝土壩。劃分為三個(gè)時(shí)段：第一時(shí)段，河水由束窄河床通過(guò)，進(jìn)行第一期基坑內(nèi)施工；第二時(shí)段，河水由導(dǎo)流底孔下泄，進(jìn)行第二期基坑內(nèi)施工；第三時(shí)段，壩體全面升高，可先由導(dǎo)流底孔下

9、泄河水，底孔封堵以后，則河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫(kù)中，直到工程完建。（三）施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量及壩址處河床水位的選擇根據(jù)導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和圍堰施工分期，選定施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為Q=235 m3/s 。根據(jù)壩址水位一流量關(guān)系曲線，采用內(nèi)插法得到Q=235 m3/s時(shí)的水位為86.09m,由于觀測(cè)點(diǎn)距壩址有300m 遠(yuǎn)，考慮到坡降，選擇壩址處水位為 86.39m。（四）施工導(dǎo)流方案的選擇根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工程的導(dǎo)流施工標(biāo)準(zhǔn)，選擇采用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第一期先圍左岸，包括左岸非溢流壩段和溢流壩段，進(jìn)行一期基坑內(nèi)施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩

10、段（含廠房壩段），進(jìn)行二期基坑內(nèi)施工。本工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，采用兩段兩期的施工導(dǎo)流方式完全可以滿足要求。（五）第一期導(dǎo)流設(shè)計(jì)1.河床水面寬度及束窄度河床水面寬度由圖 2 所示確定為64m ，束窄度取K=60%?？v向圍堰軸線641.左岸 1.5.21 右岸圖2單位(m)2.水利計(jì)算束窄度取K=60% 抗沖流速v 4m/s。(1) 一期束窄段河床過(guò)流能力設(shè)計(jì)則過(guò)水?dāng)嗝婷娣e：w Q 竽 58.75m2 v 4(2)過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪危杭僭O(shè)邊坡為1:1, i 4/ , n 0.03,出口處渠底高程83.5m 假定水深為2.5m則：w (b mh)h (24.6 1 2.5) 2

11、.5 67.75mx b 2h 1 m224.6 2 2.51 1231.67mR w 6775 2.14m x 31.67c 1R16，2.141637.84m12/sn 0.03Q wc. Ri 67.75 37.842.14 4237.2m3/s假定水深為2.48m時(shí)，Q 235m3 / s束窄段河床平均流速：vc TAQJ 0957753.65m/s 4m/s(3)束窄河床段上游水位壅高：22352ZvcV03.65 (14796)22g 2g 0.852 2 9.812 9.81(4)上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：0.81mH 下 Hz d 83.5 2.48 0.70 86.68m

12、H 上 Hz z 85.98 0.81 0.75 87.54m3 .縱向圍堰長(zhǎng)度的擬定及圍堰軸線布置根據(jù)施工要求及場(chǎng)地條件，擬定縱向圍堰長(zhǎng)度為150m?？v向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸 約29m處，如圖2。4 .圍堰斷面設(shè)計(jì)(1)縱向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸反濾層反濾層圖4 單位：mm堆石體采用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜墻，防沖采用漿砌石護(hù)面 下游橫向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸堆石體粘土斜墻V塊石護(hù)面堆石體塊石護(hù)面粘土斜墻丁荏:，V下(3 16.5) 3 68 1989m3縱向圍堰方量：長(zhǎng)150mV縱 1 (3 17) 3.5 150 5250 m3圖3 單位：mm圍堰主體采用塊石、砂礫土料堆石體

13、，防滲層為粘土斜墻，在粘土斜墻迎水位采用漿砌石護(hù) 面。(2)上、下游橫向圍堰斷面尺寸上游橫向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸圖5 單位：mm5.圍堰工程量的估算 上游橫向圍堰長(zhǎng)度：36mV上2 (3 18.75)3.5 36 1370.25m3下游橫向圍堰長(zhǎng)度:68m加二c堆石體=-塊石護(hù)而粘土斜墻%不二;工一二I滲 工二, 反濾層H(m)T(m)斷面 尺寸(m x m)W(m2)(m)R(m)D(m)Chp(m)T hp(m)Q(m3/S)2Q(m3/S)904X4X 43X3X934X4X 43X3XV期 1370.25 1989 5250 8609.25m3(六)第二期導(dǎo)流水力計(jì)算本工程二期采用底孔導(dǎo)

14、流，為了確保泄流能力，擬定采用2個(gè)底孔。1 .底孔的布置及斷面尺寸的選擇根據(jù)水利水電工程設(shè)計(jì)規(guī)范選定：底孔布置在主河床的溢流壩段中，底孔底板距基巖面的距離為2m。底孔進(jìn)口高程選定84.0m,出口高程83.9m,底孔全長(zhǎng)57m。由水利學(xué)原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其泄流能力計(jì)算公式為：Qwq2g(T hp),式中hp 0.85D , (D為引化直徑)。底孔進(jìn)水口水頭損失系數(shù)為進(jìn)0.1，閘門槽水頭損p失 槽0.1,沿程水頭損失 沿(8g/c2) (L/D)。Q 235m3/s時(shí)，出口處下游水位高程為 86.39m,糙率取 n 0.014。964X4X 43X3X994X4X 43X3X則底孔

15、泄流量曲線如圖6 (兩個(gè)底孔)。3X3-3 3X4.3 4X日XUHg 小/ /r ：00r30 P35 332 僅二 口：凸十圖6底孔泄流能力曲線圖考慮到施工強(qiáng)度及防洪要求，選定采用兩個(gè)3X的導(dǎo)流底孔。這樣既可以滿足施工期間導(dǎo)流的要求，又適當(dāng)減小混凝土的澆筑強(qiáng)度。2 .二期導(dǎo)流水力計(jì)算(1)上游水位壅高值Z Hfc fcD 1.5 3.995 5.99m(2)上下游堰頂高程H 下Hz d83.5 2.48 0,70 86.68mH 上H z z85.98 5.99 0,75 92.70m3 .二期縱向圍堰的上、下縱段長(zhǎng)度及圍堰的軸線平面布置根據(jù)施工布置要求，定出縱向圍堰上縱段長(zhǎng)54m。縱向圍

16、堰下縱段主要靠一期工程時(shí)在溢流壩段右邊導(dǎo)墻來(lái)承擔(dān)，右導(dǎo)墻長(zhǎng) 38m,再在右導(dǎo)墻上接24m的土石圍堰?？v向圍堰上縱段軸線布置在一期縱向圍堰軸線左邊14m處，縱向圍堰下縱段軸線布置與右導(dǎo)墻軸線重合。4 .圍堰斷面的結(jié)構(gòu)及尺寸(1)縱向圍堰上縱段剖面反濾層反濾層塊石護(hù)面粘土斜墻堆石體反濾層?？?圖9單位(mm)二期上游橫向圍堰采用鋼筋石籠護(hù)面，粘土斜墻鋪蓋防滲，圍堰長(zhǎng) 62m(4)下游橫向圍堰剖面圖7 單位(mm)結(jié)構(gòu)材料與一期一致。(2)縱向圍堰下縱段剖面圖8 單位(mm)結(jié)構(gòu)材料與一期一致。(3)上游橫向圍堰剖面堆石體籠鋼筋石護(hù)面 落王斜墻籠鋼筋石護(hù)面 而前墻:二反濾層堆石體堆石體塊石護(hù)面 粘土

17、斜墻28m。圖10 單位(mm)二期下游橫向圍堰結(jié)構(gòu)材料與一期下游圍堰相同，圍堰長(zhǎng)5 .圍堰工程量計(jì)算縱向圍堰上縱段：V上縱2(335.4)9,0 549331.2m3縱向圍堰上縱段：V下縱2(315.6)3,5 24781.2m3上游橫向圍堰：V上橫2 (3 43.5) 9,0 62 12973.5m3下游橫向圍堰：V下橫2 (3 18.75) 3.5 28 1065.7m3二期圍堰總方量：V二期9331.2 781.2 12973.5 1065.7 24151.6m3四、截流設(shè)計(jì)1 .截流時(shí)間的選擇根據(jù)表3的水文資料及工程施工條件的要求，選定截流時(shí)間在第二施工年度的9月初。此時(shí)河流水量逐漸

18、變小，進(jìn)入枯水期。2 .截流流量的確定根據(jù)表3的水文資料，選取9月份的流量作多年經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。表7 截流經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表年份8M:Qi (m3/S)在舁 廳P由大到小排列Qi (m3/S)模比系數(shù)KiKi 12(Ki 1)2P - 100% n 1(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)19621196321964319654196651967619687196981970919711019721150197312197413197514197615197716197817197918198019198120198221總計(jì)+根據(jù)表7數(shù)據(jù)繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(-量流圖11截流流量經(jīng)驗(yàn)頻率曲線圖從頻

19、率曲線上看出，曲線與大部分經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)配合較好，所以不用再進(jìn)矩法配線計(jì)算。從曲線上查得P=10%寸，Qd 15.1m3/S,即為截流設(shè)計(jì)流量。 p3 .截流過(guò)程設(shè)計(jì)本工程一期施工截流可不做考慮，從一期圍堰的平面布置圖上可知，上游橫向圍堰工程量較 小，且緊靠左岸的灘地，枯水期灘地處基本無(wú)水，縱向圍堰在灘地上順?biāo)鞣较蛱钪?，而?游橫向圍堰可在靜水中填筑。二期施工截流時(shí)，倉(cāng)戈堤軸線選在一期上游橫向圍堰與縱向圍堰 相交的背水面坡腳處，龍口段設(shè)在主河槽偏右側(cè)。該處河床基巖出露，抗沖能力強(qiáng)，截留施 工采用立堵法進(jìn)行。河床右岸有一條三級(jí)公路，所以截流時(shí)從河床右岸向龍口進(jìn)占，逐步束窄龍口，直至龍口合 龍、閉氣。然

20、后再進(jìn)行加固，填筑二期上游橫向圍堰，最后填筑二期下游橫向圍堰。五、施工渡汛為了確保工程能夠如期完成，并保證工程在施工期間能安全渡汛，須進(jìn)行施工調(diào)洪計(jì)算。求 出一、二期壩體施工時(shí)渡汛高程，以便在施工中對(duì)壩體工程和施工進(jìn)度及施工強(qiáng)度實(shí)行嚴(yán)格 控制。1 .壩體施工期臨時(shí)渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范(SDJ338-89)規(guī)定，選擇渡汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一 遇，即P=5%2 .施工調(diào)洪計(jì)算調(diào)洪計(jì)算方法采用單輔助線圖解法， 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的頻率P=5%, t 6h,起調(diào)水位為導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量Q 235m3/S時(shí)的水位。從表1中選出P=5% t 6h ,作設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖0 6 1? IB P4

21、30 36 4P 4R 父 6C 66 72 7804 90 T I圖12設(shè)計(jì)洪水位過(guò)程線(P=5%(1)第一期施工渡汛，能滿足全年施工洪水 Q 996m3/S的通過(guò)要求，第一期施工可不作調(diào)洪計(jì)算(2)第二期工程施工渡汛，查下游水位流量關(guān)系曲線，當(dāng) Q 1699.9 m3/S時(shí)，下游水位為89.93m。經(jīng)流態(tài)校核，此流量上，底孔泄流量按有壓淹沒(méi)出流計(jì)算位水箱日53剽148軸C那|加C :己即：*即舞叩火cOOC 雙瑞,3076盹己即配叩M皓g流量. (二、圖13下游水位與流量關(guān)系曲線圖 六、導(dǎo)流底孔封堵1 .底孔封堵施工方案本工程采用下閘封孔，澆筑混凝土封堵的方式進(jìn)行底孔封堵。當(dāng)大壩整體高程施工達(dá)到124m以上并能由溢流壩段泄水時(shí)，且廠房進(jìn)水口閘門已安裝完畢后， 可進(jìn)行下閘。通過(guò)對(duì)制造成本、制作工藝、啟閉機(jī)械能力等方面的考慮后，決定采用鋼筋混凝土整體閘門作為封 孔閘門。采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)沉放。臨時(shí)底孔是壩體的一部分，封堵時(shí)要全孔封堵，澆筑混凝土。 為了確保封堵混凝土與洞壁之間有足夠的抗剪力，采用鍵槽結(jié)合。2 .封堵時(shí)間及蓄水計(jì)劃（1）封堵時(shí)間導(dǎo)流底孔的封堵時(shí)間安排在枯水期。根據(jù)本工程的施工進(jìn)度要求