水利工程工程施工課程設(shè)計

來源于網(wǎng)絡(luò)來源于網(wǎng)絡(luò)來源于網(wǎng)絡(luò)CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY水利工程施工組織課程設(shè)計學(xué)生姓名：傅元帥學(xué)院名稱：水利工程與環(huán)境學(xué)院專業(yè)名稱：水利水電工程班級名稱：水電1243班學(xué)號：指導(dǎo)教師：張鴻遠長春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院2015年10月9日目錄前言……………………..2一、設(shè)計目的…………..2二、施工基本資料概述………………..2三、施工導(dǎo)流設(shè)計……………………..61、施工導(dǎo)流方案的選擇……………………62、施工導(dǎo)流時段的劃分…………………..73、施工導(dǎo)流設(shè)計流量的確定……………..74、圍堰計算………………..8四、施工截流設(shè)計…………………….141、截流方法的選擇………..142、截流材料粒徑確定……………………..15五、基坑排水………….16附表：施工進度計劃表……………….17附圖：上下游圍堰設(shè)計圖…………….18前言：施工組織課程設(shè)計是一門基礎(chǔ)課程，它對于一個水利水電專業(yè)的學(xué)生來說，有特別重要的作用，施工組織設(shè)計是學(xué)生在跨出校門，走上工作崗位之前，學(xué)校安排的一次重要的設(shè)計課程。設(shè)計對于鍛煉一個學(xué)生的動手能力至關(guān)重要。本次設(shè)計目的在于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及具體問題具體分析的能力，做設(shè)計的同學(xué)都知道，理論與實際并不完全一樣。設(shè)計過程中會遇到課本上沒有包括的情況，這就要求我們能夠聯(lián)合所學(xué)知識跟實際遇到的工程概況，來對這其中的建筑物做適合的設(shè)計調(diào)整，以適合實際工況。此次設(shè)計在張宏遠老師和王忠誠老師的悉心指導(dǎo)下，在同學(xué)的互相幫助中，施工設(shè)計得以較好的完成。設(shè)計中，由于我們水平有限以及所借資料比較陳舊。所以，設(shè)計中仍然存在著很多不足之處，甚至還存在錯誤之處。這些，希望老師給予指正。我們一定虛心學(xué)習，努力學(xué)習。在今后的工作生涯中，一定可以不斷地完善自己，充實自己。一、設(shè)計目的目的在于鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，訓(xùn)練學(xué)生初步運用水利工程施工專業(yè)知識，針對具體的水利水電工程，全面分析水利水電工程的資料，通過對各種施工導(dǎo)流方案比較，選出最優(yōu)方案，使工程達到既安全，快速施工又節(jié)約投資的目的，從而進一步了解水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計的目的和任務(wù)，綜合掌握水利水電工程施工的全貌，培養(yǎng)統(tǒng)籌全局的觀念，為今后施工組織設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。（1）學(xué)生需掌握結(jié)合設(shè)計任務(wù)分析基本資料，進行導(dǎo)流方案選擇；（2）熟練運用參考書籍、設(shè)計手冊及規(guī)范等輔助設(shè)計；（3）學(xué)生掌握用圖表和文字表達設(shè)計意圖；（4）了解國內(nèi)外最新的施工技術(shù)參數(shù)和科學(xué)成果，適當應(yīng)用到設(shè)計中，定出技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理、施工運用上安全可靠的施工導(dǎo)流方案并進行相應(yīng)的導(dǎo)流建筑物設(shè)計、截流設(shè)計、攔洪度汛及基坑排水設(shè)計。二、工程基本資料概述選擇長白站為參證站，點繪長白站歷年逐月最大洪峰流量年內(nèi)分布圖，并描繪平順的外包線，根據(jù)洪水成因和變化過程確定分期，春汛期為:4月1日～5月20日;秋汛期為:9月20日～10月30日。分期洪水過程線水庫典型洪水過程線選擇長白水文站,春汛典型年為1985年4月30日～5月2日;秋汛典型年為1987年9月20日～22日，洪水歷時為3天，時段△t=3小時。截流期洪水計算截流期洪水以水庫壩址處歷年月逕流資料進行統(tǒng)計，用矩法公式按連序系列計算統(tǒng)計參數(shù)，采用P—Ⅲ型曲線適線，Cs與Cv的倍比為2.0。按適線最佳確定截流期洪水參數(shù)。計算出水庫壩址處P%=10、20的月平均流量。成果見表1.1。橫山水庫壩址處截流期設(shè)計洪水表1.1單位：m3/s月份控制點F(km2)QCvCs/CvP(%)10.020.04壩址921.550.422.02.4212.0555壩址922.310.352.03.3882.9499壩址921.950.482.03.2042.66310壩址921.160.262.01.5591.403水庫壩下100米根據(jù)測繪院1993年施測的水庫縱橫斷面及平面圖，比降采用6.87‰，糙率根據(jù)河床組成主槽糙率采用0.045,邊槽糙率采用0.06，用曼寧公式計算出水庫壩下100米處H～Q線,與洪調(diào)成果較為接近，見附圖8。青山水庫庫容曲線表工程地質(zhì)條件橫山水利樞紐位于長白縣東北部的二十三道溝內(nèi)，有公路相通，交通較為便利。橫山水利樞紐由土石壩、岸邊溢洪道組成，工程有關(guān)技術(shù)指標見表3.1-1。工程主要技術(shù)指標一覽表表3.1-1序號指標名稱單位數(shù)量備注1正常高水位m1280土石壩為心墻壩與斜墻壩兩個比選方案。2最大壩高m403壩頂長度m5004溢洪道閘底高程m1272.55溢洪道挑坎底高程m1264.5吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察巖土工程院受長白縣水電局委托，于1993年8月～10月，對青山水庫及雙山梯級電站進行可行性階段的工程地質(zhì)勘察和天然建造材料的初查工作。（1）熔巖臺地（Ⅰ）分布二十三道溝河兩側(cè)，面積巨大，臺面高程1064～1316m，微向南東傾斜，坡度小于1o。由第四系上更新統(tǒng)冰水堆積粘土、壤土、卵礫石含粘性土及下更新統(tǒng)玄武巖組成。其上林木繁茂，植被良好，部分發(fā)育有沼澤。（2）河谷谷坡（Ⅱ）由于河流側(cè)向侵蝕和切割，形成較大的谷坡地形，從上游至下游形成由窄變寬，由淺至深，由陡變緩的特征。二十三道溝河流兩岸（青山水利樞紐壩址以上）坡高30～40m，坡度10°～21°，斜坡大部由崩積塊石及坡洪積碎塊石含粘性土組成，玄武巖裸露很少。（3）一級階地（Ⅲ）分布二十三道溝河兩岸，階面高出河床5～10m，微向河床傾斜，坡度3°～5°，由沖洪積堆積物組成，其下為坡積層。（4）河漫灘（Ⅳ）分布二十三道溝河河床兩側(cè)，河漫灘高出河水面0.5～3m，河漫灘寬200～400m，地形平坦，由沖積卵礫石含粘性土組成，局部夾粗砂，表部有火山灰礫和植土，其上發(fā)育有沼澤。3.2.地層巖性設(shè)計需用的天然建材料別和設(shè)計需用量及調(diào)查的精度與儲量列于表4-1。采用坑探為主，小手鉆為輔的調(diào)查方法，儲量計算主要采用平行斷面法，部分為三角形法。天然建筑材料設(shè)計用量與調(diào)查儲量一覽表表4-1項目料別設(shè)計需用量（萬m3）調(diào)查備注精度儲量（萬m3）時間粘土料25初查95.01993年1、粘土料場兩處。2、砂礫料場三處，坡洪積料一處。3、石料場三處。4、砼粗骨料需人工粉碎，砼細骨料與反濾料需外購。壩殼料53普查16（砂礫料）50.4（坡洪積料）石料9.5初查159.5（含壩殼料與砼粗骨）砼骨料3(粗)2(細)普查無，需外購反濾料6普查合計98.5A1土料場防滲土料質(zhì)量評價表表4-2規(guī)程規(guī)定SDJ17-78（規(guī)程規(guī)定SL251-2000）試驗指標質(zhì)量評價序號項目指標試驗最大值最小值平均值1粘粒含量15-40%為宜1446.438.142.6偏高2塑性指數(shù)10-201415.111.613.3合格3滲透系數(shù)22.812.682.75合格4有機質(zhì)含量<1%（<2%）20.530.410.47合格5易溶鹽含量<3%50.0840.0260.053合格6天然含水量最好與最優(yōu)含水量或塑限近似1128.818.525.8略高7PH值>78緊密密度宜大于天然密度81.581.461.53偏低9Sio2/R203>2擊實最大干密度/g/cm381.581.461.53最優(yōu)含水量/%828.722.024.6注：1括號內(nèi)為新規(guī)范SL251-2000規(guī)定指標；2天然密度為1.56g/cm3。A2土料場防滲土料質(zhì)量評價表規(guī)程規(guī)定SDJ17-78（規(guī)程規(guī)定SL251-2000）試驗指標質(zhì)量評價序號項目指標試驗最大值最小值平均值1粘粒含量15-40%為宜644.525.439.6合格2塑性指數(shù)10-20612.08.410.0合格3滲透系數(shù)61.53不透水4.27合格4有機質(zhì)含量<1%（<2%）5易溶鹽含量<3%30.0780.0580.070合格6天然含水量最好與最優(yōu)含水量或塑限近似1127.520.323.1略高7PH值>78緊密密度宜大于天然密度61.641.521.59合格9Sio2/R203>2擊實最大干密度/g/cm361.641.521.59最優(yōu)含水量/%626.720.522.5三、施工導(dǎo)流設(shè)計導(dǎo)流標準就是導(dǎo)流建筑物的設(shè)計洪水標準，導(dǎo)流標準即某一洪水重現(xiàn)期，他是根據(jù)永久建筑物的級別確定，本次設(shè)計對象查《水利水電施工組織設(shè)計規(guī)范》采用十年一遇的洪水標準。施工導(dǎo)流方案選擇及導(dǎo)流標準確定（1）施工導(dǎo)流方案的選擇選擇導(dǎo)流方案時應(yīng)考慮水文條件、地形條件、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、水工建筑物的形式及布置、施工期間河流的綜合利用、施工進度施工方法及施工場地布置、施工期間河流的綜合利用、施工進度、施工方法及施工場地的布置。由地形圖可知，本工程壩區(qū)內(nèi)河谷不對稱，左岸平緩，右岸谷坡較陡、汛期流量小、河漫灘寬200-400m.地形平坦，而且上游左岸有引水隧洞，所以設(shè)計兩種可行方案。方案一：采用全段圍堰法，在左岸開挖引水隧洞，截流時引水隧洞用作導(dǎo)流隧洞。第一年進行左右岸壩體的基礎(chǔ)開挖和基礎(chǔ)處理，同時開挖引水隧洞，第二年修筑上游圍堰進行全段圍堰截流，同時也進行溢洪道基礎(chǔ)的施工，第三年主要是整體壩體加高和溢洪道修筑。方案二：兩段兩期施工，一期右岸修建一期圍堰利用束窄原河床導(dǎo)流，二期進行截流利用上游引水隧洞導(dǎo)流第一年四月份開始進行右岸上下游圍堰的填筑，同時右岸壩體施工，利用束窄河床泄流，第二年四月份到九月份進行二期圍堰的填筑和壩體施工，利用引水隧洞泄流，且在九月份秋汛到來前壩體修筑到攔洪度汛高程以上，第三年主要修筑溢洪道和大壩觀測設(shè)施。方案比選：如果選擇方案一，會增加龍口合龍的工程量，同時全段圍堰法會大大增大原材料的使用量，經(jīng)濟上不合理，而且考慮到東北地區(qū)河流的冰凌現(xiàn)象，方案一不適合。同時考慮到經(jīng)濟問題、東北河流冬季河流冰凌期、河谷左岸地勢平緩，右岸谷坡陡峭，右岸巖層穩(wěn)定，所以比較適合用分段圍堰法，因此選擇方案二。（2）施工導(dǎo)流時段的劃分在工程施工過程中，不同階段可以采用不同的施工導(dǎo)流方法和擋水泄水建筑物，不同導(dǎo)流方法組合的順序，通常稱為導(dǎo)流程序。導(dǎo)流時段就是按導(dǎo)流程序所劃分的各施工階段的延續(xù)時間，具有實際意義的導(dǎo)流時段主要是圍堰擋水而保證基坑干地施工的時間，所以也稱為擋水時段。本次選定的方案為二段二期，一期為原河床導(dǎo)流并修筑引水隧洞，二期利用右岸引水隧洞導(dǎo)流。第一年四月份進行束窄河床上下游圍堰填筑，引水隧洞修建及左岸壩體修筑，第二年九月份中旬進行截流，修筑二期圍堰并將壩體修筑到攔洪度汛高程以上，第三年進行填筑大壩觀測設(shè)施，并修筑完成溢洪道。（3）導(dǎo)流設(shè)計流量的確定導(dǎo)流設(shè)計流量是選擇導(dǎo)流方案、設(shè)計導(dǎo)流建筑物的主要依據(jù)。根據(jù)導(dǎo)流時段來確定導(dǎo)流設(shè)計流量。一期圍堰為不過水圍堰，其導(dǎo)流設(shè)計流量就是選定導(dǎo)流標準的年最大流量導(dǎo)流設(shè)計流量=158m3/s+13×5=223m3/s（4）圍堰設(shè)計一期圍堰堰頂高程計算：根據(jù)基本資料知，本工程有兩個土方料場，有充足的土料可供壩體和圍堰的修筑。采用土石圍堰可以充分利用當?shù)夭牧匣驈U棄的土石方，可就地取材，構(gòu)造簡單，施工方便。既可機械化施工又可以人工填筑，便于施工，易于拆除，并可在任何巖基上修筑。該樞紐為Ⅲ級建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計指南》表2-1可知，擬建Ⅳ導(dǎo)流建筑物和圍堰為Ⅳ級，使用年限1.5~3年確定圍堰的高程和斷面尺寸導(dǎo)流設(shè)計流量=223m3/s根據(jù)附圖8壩下一百米水位流量關(guān)系曲線圖可知水位為1250.3m查附圖可知，河床寬約為98m，水深約為h=1250.3-1248.6=1.7m過水斷面面積為A1=176.4㎡A2=70.56㎡設(shè)束窄度為束窄段河床平均流速為：==式中：為束窄段河床平均流速Q(mào)為導(dǎo)流設(shè)計流量ε為側(cè)收縮系數(shù)，單側(cè)收縮系數(shù)為0.95，兩側(cè)收縮系數(shù)為0.9由于>2m/s,需對河床底部進行抗沖處理，如在河底鋪設(shè)卵石、增大泄流斷面面積、對原河床進行開挖處理。原河床行進流速為：===1.32m/s故水位壅高為：z=-==0.26m式中：z為水位壅高為原河床行進流速φ為流速系數(shù)查教材表知Ⅳ級土石圍堰圍堰安全超高為0.5m,即=0.5上游圍堰的堰頂高程為：下游圍堰堰頂高程為：縱向圍堰采用挑流式布置，利用丁壩將主流挑開，使縱向圍堰沿線附近形成四流區(qū)，只要對回流程度加以適當控制，就可以簡化全線防沖措施。二期圍堰堰頂高程計算：泄流關(guān)系曲線：由基本資料知D=2.5mR=D/4=0.625m又進口水頭損失系數(shù)出口1.0由于設(shè)計的導(dǎo)流隧洞為有壓流，查《水利水電工程施工組織設(shè)計指南》知，式中：μ-流量系數(shù)-從進口到出口局部損失系數(shù)之和C-為謝才系數(shù)R-水力半徑L-隧洞總長隧洞面積：A=單條隧洞泄量：q=其中為計入行近流速時的上下游水位差。上游水位和隧洞總泄流量、水庫庫容關(guān)系表水位（m）1248125012521254125612581260126212641266q總（m3/s)07.610.813.215.217.518.720.821.622.9V(×104m3)00.7623.9559.5112.4187.1283.6402.7551.0水位（m）12681270127212741276127812801282q總（m3/s)24.125.326.527.528.629.620.531.5V(×104m3)731.4944.4118914681785214225452996采用10年一遇的洪水過程線進行調(diào)洪驗算月日9.20時3691215182124Q66.2166.4466.7167.1667.7069.2370.6671.79月日9.21時3691215182124Q74.7071.8371.5272.0771.6271.2271.0469.72月日9.22時3691215182124Q69.5069.3269.0968.9668.7368.6468.6068.51調(diào)洪驗算計算表時間入庫流量Q（m3/s）平均入庫流量（m3/s）下泄流量q（m3/s）平均下泄流量（m3/s）水庫存水量變△v水庫庫容v(×104m3)水庫水位366.2113.0857.3861252.0066.3315.79666.4418.5051.7859.51256.0066.5818.75967.7120.9950.4659.81256.3066.4421.731267.1622.4748.271501259.3066.4323.031567.7023.5847.652271261.0068.4724.031869.2324.4748.34283.61262.0069,9524.902170.6625.3348.963431263.0071.2325.752471.7926.1649.28472.91264.40時間入庫流量Q（m3/s）平均入庫流量（m3/s）下泄流量q（m3/s）平均下泄流量（m3/s）水庫存水量變△v水庫庫容v(×104m3)水庫水位374.7073.2526.7326.4551.814861264.7073.2727.05671.8327.3648.035101265.5071.6827.63971.5227.9047.115631266.2020528.091272.0728.2847.296831266.7019528.511571.6228.7346.327051267.70185.528.921871.2229.1045.497101267.8017929.292171.0429.4744.907271267.90173.529.622469.7229.7643.167441268.30167.529.97369.5030.1842.477891268.7016330.33669.3230.4741.718351268.80158.530.61969.0930.7441.429211268.90154.530.881268.9631.0240.989841270.50150.531.091568.7331.1640.219961270.7014731.331868.6431.5040.1110561271.20145.531.672168.6031.8439.7010881271.7014431.942468.5132.0439.3911891272.00通過調(diào)洪驗算出十年一遇洪水下最高水位為1272.0m則：二期圍堰高程為H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m（5）確定攔洪度汛標準水利水電樞紐施工過程中，中后期的施工導(dǎo)流，往往需要由壩體擋水或者攔洪。壩體能否可靠攔洪與安全度汛，將涉及工程的進度與成敗。壩體攔洪標準：在主體工程為混凝土壩的樞紐中，若采用兩段兩期圍堰法導(dǎo)流，當?shù)诙趪呤Ш?，未完成的混凝土建筑物，不僅要擔負宣泄導(dǎo)流設(shè)計流量的任務(wù)，而且還要起一定的擋水作用。所以根據(jù)選定的洪水標準，通過調(diào)洪計算，可確定相應(yīng)壩體擋水或攔洪高程。混泥土壩是允許過水的，若壩身在汛前不可能澆筑到攔洪高程526.44m時，為了避免壩身過水時造成停止，可以在壩面上預(yù)留缺口度汛，待洪水過后，水位回落，再封堵缺口，全面上升壩體。有已知的資料可知道，該水庫的庫容為2996萬,查表可知道，混凝土壩度汛防洪標準可選擇10-20年一遇。本次設(shè)計中選擇10年一遇。有計算結(jié)果可以知道攔洪度汛高程為：H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m圍堰土石方計算一期圍堰黏土心墻所需黏土量為5.16×39.2+5.16×（177.7+60）+4.66×39.2=1612.5m3一期圍堰所需土石方量為（3.69×2.46+1.5×2.46）×（39.2+177.7+60）+（2.94×1.96+1.5×1.95）×39.2=2.6×104m3二期圍堰黏土心墻所需土方量為（1273.0-1246.0）×（98-39.2）+4.9×（98-39.2）=1165.5m3二期圍堰堰體所需的土石方量為（×（1273-1246.0）×3×（1273-1246.0）+×（1273-1246.0）×1.5×（1273-1246.0）+（8×（1273-1246.0））×58.8=2.03×104m3所需土方量統(tǒng)計表一期圍堰黏土心墻黏土量1612.5m3二期圍堰黏土心墻黏土量1165.5m3合計2778m3一期圍堰堰體土石方量2.6×104m3二期圍堰堰體土石方量2.03×104m3合計4.63×104m3四、施工截流設(shè)計1、截流方法的選擇1.立堵法截流立堵法截流是將截流材料，從龍口的一端或從兩側(cè)向中間拋投進占，逐漸束窄龍口直至截流。立堵法截流不需要在龍口架設(shè)浮橋或棧橋，準備工作簡單，費用低，但截流是龍口的單寬流量較大，出現(xiàn)的最大流速較大，而且流速分布分布均勻，需要單個重要較大的截流材料。截流時工作前線較窄，拋投強度受到限制，施工進度受到影響。立堵法一般適用于流量較大，巖基或覆蓋層較薄的巖基河床。平堵法截流平堵法截流事先要在龍口出架設(shè)浮橋，用自卸汽車延龍口全線從浮橋或棧橋上均勻，逐層拋填截流材料，直至高于水面為止。因此平堵法龍口單寬流量較小，出現(xiàn)最大流量較低，且流速分布不叫均勻。截流時工作前線長，拋投強度大，施工進度較快。評堵法截流適應(yīng)在軟基河床上。由材料得河床覆蓋層較薄，流量較大，立堵法較適合該河流截流。平堵法由于要架設(shè)浮橋或棧橋，費用較大。2、截流水力計算龍口寬度計算：根據(jù)材料本工程選擇9月份截流設(shè)計流量為18m3/s河床底高程為1248.7m.利用圖解法進行計算先計算龍口泄流量式中：m為流量系數(shù)為龍口上游水位B為龍口寬度假設(shè)龍口寬度為5m、10m、15m進行各個高程是龍口流量的計算：BQH1248.71249.71250.71251.71252.71253.71254.7507.320.737.958.481.7107.410014.641.375.9116.8163.3214.715021.961.9113.8175.3245.0322.1上游水位與隧洞泄流量關(guān)系表水位（m）1248125012521254125612581260126212641266q總（m3/s)07.610.813.215.217.518.720.821.622.9水位（m）12681270127212741276127812801282q總（m3/s)24.125.326.527.528.629.620.531.5由