混凝土重力壩施工導流施工組織設計方案

一、工程概況本水庫是該流域水利水電建設規(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3.5×108m工程總庫容為1.6×108m3，正常高水位130.0m，死水位112.0m，設計洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水庫有效庫容達1.0該工程攔河壩的壩型為砼重力壩，電站布置在河床右側的非溢流壩段的后面，為壩后式布置，壩頂全長315m，壩頂高程135m，其中左非溢流壩壩段長度為100m，溢流壩段長度為48m，右非溢流壩段長度167m，溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設有3孔6m×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)結段為4m。電站裝機容量為2×3200KW。引水壓力鋼管設在非溢流壩段，進水口底板高程為95.0m，管徑1.75m，采用單機供水的布置方式。水輪機安裝高程85.0m，設計工作水頭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庫容在1×108m3表1壩址設計洪水過程線單位：m3/s頻率時間1%2%5%10%20%頻率時間1%2%5%10%20%0101010556013810710681596178152184146112668772615741126606004383682767250444230281811601340996723504783527261817249237806344743668425191512113048241534030924090201410553667558852942334396101042342406308253208102748209276218175133洪量（億m3）1.261.090.870.690.535421118016311888表2施工設計洪水成果單位：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水文站實測歷年月平均流量單位：m3/s月年123456789101112合計年平均19625.788.4220.211.43.3815.18.818.5716.47.513.092.97142.2511.819634.735.8718.811.61.8724.611.26.7612.312.519.48.02154.4812.9196417.512.210.815.945.874.251.320.96.134.153.203.97266.0522.219653.054.198.4016.821.659.311.111.25.793.303.072.72150.4912.519662.923.7610.513.635.517.58.425.993.353.052.522.30107.418.9519674.305.627.2819.230.810.38.1214.83.925.153.713.46114.669.5519683.124.208.6823.347.921.411.55.054.274.773.152.71140.0511.719693.0716.36.917.5512.027.78.425.212.582.304.683.40100.28.3419705.053.118.4012.122.028.07.226.805.643.554.163.38109.389.1119713.369.0515.915.212.827.08.3210.816.04.986.264.30131.9711.019723.852.955.2514.630.444.815.95.204.526.695.903.58143.3712.019732.752.622.684.2121.312.811.07.083.623.275.363.3380.026.6719746.396.777.6114.210.922.88.609.273.013.822.892.6296.888.0719752.243.264.3515.68.7913.38.116.916.425.785.846.3986.897.2419765.137.948.0526.613.525.132.77.453.134.363.453.07140.4811.719772.524.7510.313.850.036.216.813.05.104.065.193.37165.0913.819782.813.029.0612.314.87.887.445.354.043.972.984.5078.156.5119796.906.7010.817.826.529.631.922.19.257.635.593.86178.6314.919803.244.2013.518.529.726.436.611.119.68.857.717.99187.3915.719814.616.567.509.7121.938.28.597.624.603.342.352.33115.799.6519821.988.624.645.5615.217.77.5918.110.97.0613.66.98117.939.83合計95.0130.11200.06299.53523.89579.88309.54209.29150.57110.09114.0785.252807.28234.12平均4.526.209.5214.324.9427.6114.749.597.175.245.444.06133.6811.14表4壩址水位—流量關系曲線水位（m）84.384.685.086.087.088.089.090.091.092.093.0流量（m3/s）055022050085512801730237029903630表5水庫容積曲線高程（m）9095100105110115120125130135面積（km2）0.1460.9551.7682.6323.4404.3505.2816.2877.2068.088容積（萬m3）027595620603574552279351083014200180202.壩址地形地質條件（1）左岸：地形自然坡度為1：1.5~2.0，覆蓋層2~3m，全風化帶厚3~5m，強風化加弱風化帶厚5m，微風化厚4m。（2）河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約0~1.5m，弱風化層厚1m左右，微風化層厚3~6m。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，整個河床皆為微、弱風化的花崗巖組成，致密堅硬，強度高，抗沖能力強。（3）左岸：地形自然坡度為1：2左右，覆蓋層4~6m，全風化帶厚6~8m，強風化帶厚2~4m，弱風化帶厚2~4m，微風化厚1~12m。（4）壩基開挖：強風化層要全部挖除。壩基的開挖圍應與建筑物的底部輪廓尺寸相適應，開挖的深度按壩底應力和壩基強度而定。（5）壩后式廠房基礎：廠房設于壩后靠右岸的河床處，設計最低開挖高程為79~83m之間，全部處于微風化新鮮基巖。3.主要施工條件（1）對外交通：目前已有兩條三級公路分別從兩岸經(jīng)過壩首和壩區(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1~2km均可開采，河砂在距壩址10km處的下游采集。庫盛產(chǎn)竹木，自給有余。僅水泥、鋼筋、機電設備等需要外購。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，準備工程在第一施工年度的4~7月份完成，水庫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、施工導流設計過程（一）施工導流設計標準選擇1.施工導流建筑物級別的選定本工程根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)》（SDJ338—89），以及本工程的級別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導流建筑物為Ⅳ級。2.施工導流設計洪水標準的選擇根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)》（SDJ338—89），以及導流建筑物的級別，選定導流建筑物的洪水標準為：20年一遇（P=5%）。（二）施工導流時段選擇根據(jù)本工程的特征條件采用分段圍堰法導流，中后期用臨時底孔泄流來修建混凝土壩。劃分為三個時段：第一時段，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑施工；第二時段，河水由導流底孔下泄，進行第二期基坑施工；第三時段，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄河水，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中，直到工程完建。（三）施工導流設計流量及壩址處河床水位的選擇根據(jù)導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為Q=235m3/s。根據(jù)壩址水位—流量關系曲線，采用插法得到Q=235m3/s時的水位為86.09m，由于觀測點距壩址有300m遠，考慮到坡降，選擇壩址處水位為（四）施工導流方案的選擇根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結構特點及工程的導流施工標準，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，進行一期基坑施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩段（含廠房壩段），進行二期基坑施工。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流方式完全可以滿足要求。（五）第一期導流設計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%。圖2單位（m）2.水利計算束窄度取K=60%，抗沖流速。（1）一期束窄段河床過流能力設計則過水斷面面積：（2）過水斷面為梯形：假設邊坡為1:1，，，出口處渠底高程83.5m。假定水深為2.5m則：假定水深為2.48m時，。束窄段河床平均流速：（3）束窄河床段上游水位壅高：（4）上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：3.縱向圍堰長度的擬定及圍堰軸線布置根據(jù)施工要求及場地條件，擬定縱向圍堰長度為150m?？v向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸約29m處，如圖2。4.圍堰斷面設計（1）縱向圍堰斷面構造及尺寸圖3單位：mm圍堰主體采用塊石、砂礫土料堆石體，防滲層為粘土斜墻，在粘土斜墻迎水位采用漿砌石護面。（2）上、下游橫向圍堰斷面尺寸①上游橫向圍堰斷面構造及尺寸圖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，防沖采用漿砌石護面。②下游橫向圍堰斷面構造及尺寸圖5單位：mm5.圍堰工程量的估算上游橫向圍堰長度：36m下游橫向圍堰長度：68m縱向圍堰方量：長150m（六）第二期導流水力計算本工程二期采用底孔導流，為了確保泄流能力，擬定采用2個底孔。1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇根據(jù)水利水電工程設計規(guī)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。底孔進口高程選定84.0m，出口高程83.9m，底孔全長57m。由水利學原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其泄流能力計算公式為：，式中，（D為引化直徑）。底孔進水口水頭損失系數(shù)為，閘門槽水頭損失，沿程水頭損失。時，出口處下游水位高程為86.39m，糙率取。(m)(m)斷面尺寸(m×m)(m2)(m)(m)(m)(m)(m)(m3/S)(m3/S)906.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.594×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.183×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3962.70476.206152.413×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9613.13961.327122.65939.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8715.229139.833279.674×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.643×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3965.704110.682221.363×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9616.13985.764171.539612.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.229175.418350.8364×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6258.475154.677309.353×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3968.704136.725273.453×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9619.139104.642209.289915.14×4.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.87111.229204.913409.834×414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.62511.475179.984359.973×4.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39611.704158.546317.093×3.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96112.139120.600241.20則底孔泄流量曲線如圖6（兩個底孔）。圖6底孔泄流能力曲線圖考慮到施工強度及防洪要求，選定采用兩個3×4.5的導流底孔。這樣既可以滿足施工期間導流的要求，又適當減小混凝土的澆筑強度。2.二期導流水力計算（1）上游水位壅高值（2）上下游堰頂高程3.二期縱向圍堰的上、下縱段長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54m?？v向圍堰下縱段主要靠一期工程時在溢流壩段右邊導墻來承擔，右導墻長38m，再在右導墻上接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墻軸線重合。4.圍堰斷面的結構及尺寸（1）縱向圍堰上縱段剖面圖7單位（mm）結構材料與一期一致。（2）縱向圍堰下縱段剖面圖8單位（mm）結構材料與一期一致。（3）上游橫向圍堰剖面圖9單位（mm）二期上游橫向圍堰采用鋼筋石籠護面，粘土斜墻鋪蓋防滲，圍堰長62m。（4）下游橫向圍堰剖面圖10單位（mm）二期下游橫向圍堰結構材料與一期下游圍堰相同，圍堰長28m。5.圍堰工程量計算縱向圍堰上縱段：縱向圍堰上縱段：上游橫向圍堰：下游橫向圍堰：二期圍堰總方量：四、截流設計1.截流時間的選擇根據(jù)表3的水文資料及工程施工條件的要求，選定截流時間在第二施工年度的9月初。此時河流水量逐漸變小，進入枯水期。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)驗頻率曲線。表7截流經(jīng)驗頻率計算表年份流量(m3/S)序號由大到小排列(m3/S)模比系數(shù)（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）196216.4119.62.7341.7343.0067564.5196312.3216.42.2871.2871.6563699.119646.13316.02.2321.2321.51782413.619655.79412.31.7150.7150.51122518.219663.35510.91.5200.5200.270422.719673.9269.251.2900.2900.084127.319684.2776.420.895-0.1050.01102531.819692.5886.130.855-0.1450.02102536.419705.6495.790.808-0.1920.03686440.9197116.0105.640.787-.02130.04536945.519724.52115.100.711-0.2890.0835215019733.62124.600.642-0.3580.12816454.519743.01134.520.630-0.3700.136959.119756.42144.270.596-0.4090.16321663.619763.13154.040.563-0.4370.19096968.219775.10163.920.547-0.4530.20520972.719784.04173.620.505-0.4950.24502577.319799.25183.350.467-0.5330.28408981.8198019.6193.130.437-0.5630.31696986.419814.60203.010.420-0.5800.336490.9198210.9212.580.360-0.6400.409695.5總計150.57150.5721.473+5.728-5.7719.661019根據(jù)表7數(shù)據(jù)繪制經(jīng)驗頻率曲線。圖11截流流量經(jīng)驗頻率曲線圖從頻率曲線上看出，曲線與大部分經(jīng)驗點配合較好，所以不用再進矩法配線計算。從曲線上查得P=10%時，m3/S，即為截流設計流量。3.截流過程設計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水，縱向圍堰在灘地上順水流方向填筑，而下游橫向圍堰可在靜水中填筑。二期施工截流時，戧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，龍口段設在主河槽偏右側。該處河床基巖出露，抗沖能力強，截留施工采用立堵法進行。河床右岸有一條三級公路，所以截流時從河床右岸向龍口進占，逐步束窄龍口，直至龍口合龍、閉氣。然后再進行加固，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，須進行施工調洪計算。求出一、二期壩體施工時渡汛高程，以便在施工中對壩體工程和施工進度及施工強度實行嚴格控制。1.壩體施工期臨時渡汛洪水標準根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)》（SDJ338—89）規(guī)定，選擇渡汛洪水標準為20年一遇，即P=5%。2.施工調洪計算調洪計算方法采用單輔助線圖解法，設計洪水過程線的頻率P=5%,,起調水位為導流設計流量m3/S時的水位。從表1中選出P=5%，，作設計洪水過程線圖。圖12設計洪水位過程線（P=5%）（1）第一期施工渡汛，能滿足全年施工洪水m3/S的通過要求，第一