某混凝土重力坝施工导流施工组织设计方案.docx
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某混凝土重力坝施工导流施工组织设计方案
某混凝土重力坝施工导流设计
一、工程概况
本水库是该流域水利水电建设规划中的主体工程之一。
坝址位于某乡上游3km处，控制流域面积317km2，坝址处多年平均流量11.1m3/s，年径流总量3.5×108m3。
本工程是一座兼有防洪、灌溉、发电、水产养殖效益的综合开发的水利枢纽工程。
工程总库容为1.6×108m3，正常高水位130.0m，死水位112.0m，设计洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水库有效库容达1.0×108m3，为年调节性水库。
该工程拦河坝的坝型为砼重力坝，电站布置在河床右侧的非溢流坝段的后面，为坝后式布置，坝顶全长315m，坝顶高程135m，其中左非溢流坝坝段长度为100m，溢流坝段长度为48m，右非溢流坝段长度167m，溢流坝段布置在河床中部偏左岸，设有3孔6m×12m的弧形工作闸门，堰顶高程124m，坝底最大宽度为54m，消能方式为挑流消能，在坝后式厂房处，非溢流坝段的最大底度为46.6m，厂房最大宽度为13.7m，厂坝联结段为4m。
电站装机容量为2×3200KW。
引水压力钢管设在非溢流坝段内，进水口底板高程为95.0m，管径1.75m，采用单机供水的布置方式。
水轮机安装高程85.0m，设计工作水头36.0m，最大工作水头45.0m，最小工作水头27.0m。
工程枢纽处地形及工程布置见图1。
二、基本资料
1.工程水文资料
该水库库容在1×108m3以上，主坝工程为二级建筑物，坝址设计洪水过程线，是根据上游3km处水文观测站实测某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制进行放大而得。
现将各设计频率洪水过程线、施工设计洪水等水文资料列于表1～表5。
表1坝址设计洪水过程线单位：
m3/s
频率
时间
1%
2%
5%
10%
20%
频率
时间
1%
2%
5%
10%
20%
0
10
10
10
5
5
60
138
107
106
81
59
6
178
152
184
146
112
66
87
72
61
57
41
12
660
600
438
368
276
72
50
44
42
30
28
18
1160
1340
996
723
504
78
35
27
26
18
17
24
923
780
634
474
366
84
25
19
15
12
11
30
482
415
340
309
240
90
20
14
10
5
5
36
675
588
529
423
343
96
10
10
42
342
406
308
253
208
102
7
48
209
276
218
175
133
洪量
（亿m3）
1.26
1.09
0.87
0.69
0.53
54
211
180
163
118
88
表2施工设计洪水成果单位：
m3/s
频率（%）
分期
2
5
10
20
全年施工
1340
996
732
504
7月～次年4月
1150
860
600
400
9月～次年3月
316
235
175
119
10月～次年3月
263
186
133
86
10月～次年4月
319
252
206
157
表3水文站实测历年月平均流量单位：
m3/s
月
年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
合计
年
平均
1962
5.78
8.42
20.2
11.4
3.38
15.1
8.81
8.57
16.4
7.51
3.09
2.97
142.25
11.8
1963
4.73
5.87
18.8
11.6
1.87
24.6
11.2
6.76
12.3
12.5
19.4
8.02
154.48
12.9
1964
17.5
12.2
10.8
15.9
45.8
74.2
51.3
20.9
6.13
4.15
3.20
3.97
266.05
22.2
1965
3.05
4.19
8.40
16.8
21.6
59.3
11.1
11.2
5.79
3.30
3.07
2.72
150.49
12.5
1966
2.92
3.76
10.5
13.6
35.5
17.5
8.42
5.99
3.35
3.05
2.52
2.30
107.41
8.95
1967
4.30
5.62
7.28
19.2
30.8
10.3
8.12
14.8
3.92
5.15
3.71
3.46
114.66
9.55
1968
3.12
4.20
8.68
23.3
47.9
21.4
11.5
5.05
4.27
4.77
3.15
2.71
140.05
11.7
1969
3.07
16.3
6.91
7.55
12.0
27.7
8.42
5.21
2.58
2.30
4.68
3.40
100.2
8.34
1970
5.05
3.11
8.40
12.1
22.0
28.0
7.22
6.80
5.64
3.55
4.16
3.38
109.38
9.11
1971
3.36
9.05
15.9
15.2
12.8
27.0
8.32
10.8
16.0
4.98
6.26
4.30
131.97
11.0
1972
3.85
2.95
5.25
14.6
30.4
44.8
15.9
5.20
4.52
6.69
5.90
3.58
143.37
12.0
1973
2.75
2.62
2.68
4.21
21.3
12.8
11.0
7.08
3.62
3.27
5.36
3.33
80.02
6.67
1974
6.39
6.77
7.61
14.2
10.9
22.8
8.60
9.27
3.01
3.82
2.89
2.62
96.88
8.07
1975
2.24
3.26
4.35
15.6
8.79
13.3
8.11
6.91
6.42
5.78
5.84
6.39
86.89
7.24
1976
5.13
7.94
8.05
26.6
13.5
25.1
32.7
7.45
3.13
4.36
3.45
3.07
140.48
11.7
1977
2.52
4.75
10.3
13.8
50.0
36.2
16.8
13.0
5.10
4.06
5.19
3.37
165.09
13.8
1978
2.81
3.02
9.06
12.3
14.8
7.88
7.44
5.35
4.04
3.97
2.98
4.50
78.15
6.51
1979
6.90
6.70
10.8
17.8
26.5
29.6
31.9
22.1
9.25
7.63
5.59
3.86
178.63
14.9
1980
3.24
4.20
13.5
18.5
29.7
26.4
36.6
11.1
19.6
8.85
7.71
7.99
187.39
15.7
1981
4.61
6.56
7.50
9.71
21.9
38.2
8.59
7.62
4.60
3.34
2.35
2.33
115.79
9.65
1982
1.98
8.62
4.64
5.56
15.2
17.7
7.59
18.1
10.9
7.06
13.6
6.98
117.93
9.83
合计
95.0
130.11
200.06
299.53
523.89
579.88
309.54
209.29
150.57
110.09
114.07
85.25
2807.28
234.12
平均
4.52
6.20
9.52
14.3
24.94
27.61
14.74
9.59
7.17
5.24
5.44
4.06
133.68
11.14
表4坝址水位—流量关系曲线
水位（m）
84.3
84.6
85.0
86.0
87.0
88.0
89.0
90.0
91.0
92.0
93.0
流量（m3/s）
0
5
50
220
500
855
1280
1730
2370
2990
3630
表5水库容积曲线
高程（m）
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
面积（km2）
0.146
0.955
1.768
2.632
3.440
4.350
5.281
6.287
7.206
8.088
容积（万m3）
0
275
956
2060
3574
5522
7935
10830
14200
18020
2.坝址地形地质条件
（1）左岸：
地形自然坡度为1：
1.5~2.0，覆盖层2~3m，全风化带厚3~5m，强风化加弱风化带厚5m，微风化厚4m。
（2）河床：
岩面较平整。
冲积沙砾层厚约0~1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3~6m。
河床纵剖面地形中，迎水面坝踵处岩面高程约在86m左右，背水面坝趾处岩面高程约在83.5m左右。
距坝趾下游15m处有一深潭。
高程约81m，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。
（3）左岸：
地形自然坡度为1：
2左右，覆盖层4~6m，全风化带厚6~8m，强风化带厚2~4m，弱风化带厚2~4m，微风化厚1~12m。
（4）坝基开挖：
强风化层要全部挖除。
坝基的开挖范围应与建筑物的底部轮廓尺寸相适应，开挖的深度按坝底应力和坝基强度而定。
（5）坝后式厂房基础：
厂房设于坝后靠右岸的河床处，设计最低开挖高程为79~83m之间，全部处于微风化新鲜基岩内。
3.主要施工条件
（1）对外交通：
目前已有两条三级公路分别从两岸经过坝首和坝区。
（2）施工电源：
目前已有35KV输电线路有县城架至G镇，距坝址仅3km，施工用电可利用本县电网中的水电，电源充足，质量可靠。
（3）主要建筑材料：
本枢纽主坝为砼重力坝，坝体砼所需的卵石，在坝址上下游1~2km均可开采，河砂在距坝址10km处的下游采集。
库内盛产竹木，自给有余。
仅水泥、钢筋、机电设备等需要外购。
5.施工年限
本工程主体部分的大坝和电站厂房，施工工期为两年左右，准备工程在第一施工年度的4~7月份完成，水库在第三施工年度的汛后开始蓄水，并在10月1日并网发电。
三、施工导流设计过程
（一）施工导流设计标准选择
1.施工导流建筑物级别的选定
本工程根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），以及本工程的级别和围堰工程规模，选定施工导流建筑物为Ⅳ级。
2.施工导流设计洪水标准的选择
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），以及导流建筑物的级别，选定导流建筑物的洪水标准为：
20年一遇（P=5%）。
（二）施工导流时段选择
根据本工程的特征条件采用分段围堰法导流，中后期用临时底孔泄流来修建混凝土坝。
划分为三个时段：
第一时段，河水由束窄河床通过，进行第一期基坑内施工；第二时段，河水由导流底孔下泄，进行第二期基坑内施工；第三时段，坝体全面升高，可先由导流底孔下泄河水，底孔封堵以后，则河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全拦蓄在水库中，直到工程完建。
（三）施工导流设计流量及坝址处河床水位的选择
根据导流设计洪水标准和围堰施工分期，选定施工导流设计流量为Q=235m3/s。
根据坝址水位—流量关系曲线，采用内插法得到Q=235m3/s时的水位为86.09m，由于观测点距坝址有300m远，考虑到坡降，选择坝址处水位为86.39m。
（四）施工导流方案的选择
根据枢纽的自然条件及坝体的结构特点及工程的导流施工标准，选择采用分段围堰法施工，分为两段两期。
第一期先围左岸，包括左岸非溢流坝段和溢流坝段，进行一期基坑内施工；第二期围河床右岸部分，包括右非溢流坝段（含厂房坝段），进行二期基坑内施工。
本工程所在地，河流流量小，河床滩地宽，两岸坡度缓，采用两段两期的施工导流方式完全可以满足要求。
（五）第一期导流设计
1.河床水面宽度及束窄度
河床水面宽度由图2所示确定为64m，束窄度取K=60%。
图2单位（m）
2.水利计算
束窄度取K=60%，抗冲流速
。
（1）一期束窄段河床过流能力设计
则过水断面面积：
（2）过水断面为梯形：
假设边坡为1:
1，
，
，出口处渠底高程83.5m。
假定水深为2.5m
则：
假定水深为2.48m时，
。
束窄段河床平均流速：
（3）束窄河床段上游水位壅高：
（4）上、下游一期横向围堰堰顶高程：
3.纵向围堰长度的拟定及围堰轴线布置
根据施工要求及场地条件，拟定纵向围堰长度为150m。
纵向围堰轴线位置在河床中部偏右岸约29m处，如图2。
4.围堰断面设计
（1）纵向围堰断面构造及尺寸
图3单位：
mm
围堰主体采用块石、砂砾土料堆石体，防渗层为粘土斜墙，在粘土斜墙迎水位采用浆砌石护面。
（2）上、下游横向围堰断面尺寸
①上游横向围堰断面构造及尺寸
图4单位：
mm
堆石体采用块石、砂砾土石料堆砌，防渗层为粘土斜墙，防冲采用浆砌石护面。
②下游横向围堰断面构造及尺寸
图5单位：
mm
5.围堰工程量的估算
上游横向围堰长度：
36m
下游横向围堰长度：
68m
纵向围堰方量：
长150m
（六）第二期导流水力计算
本工程监理二期采用底孔导流，为了确保泄流能力，拟定采用2个底孔。
1.底孔的布置及断面尺寸的选择
根据水利水电工程设计规范选定：
底孔布置在主河床的溢流坝段中，底孔底板距基岩面的距离为2m。
底孔进口高程选定84.0m，出口高程83.9m，底孔全长57m。
由水利学原理，判定底孔出流为有压自由出流。
其泄流能力计算公式为：
，式中
，（D为引化直径）。
底孔进水口水头损失系数为
，闸门槽水头损失
，沿程水头损失
。
时，出口处下游水位高程为86.39m，糙率取
。
（m）
（m）
断面
尺寸
（m×m）
（m2）
（m）
（m）
（m）
（m）
（m）
（m3/S）
（m3/S）
90
6.1
4×4.5
16.28
15.28
1.065
4.554
72.18
0.182
0.848
3.871
2.229
91.297
185.59
4×4
14.28
14.28
1.0
4.265
71.43
0.207
0.840
3.625
2.475
83.586
167.18
3×4.5
12.53
13.71
0.914
3.995
70.37
0.218
0.835
3.396
2.704
76.206
152.41
3×3.5
9.53
11.71
0.814
3.484
69.02
0.260
0.870
2.961
3.139
61.327
122.65
93
9.1
4×4.5
16.28
15.28
1.065
4.554
72.18
0.182
0.848
3.871
5.229
139.833
279.67
4×4
14.28
14.28
1.0
4.265
71.43
0.207
0.840
3.625
5.475
124.322
248.64
3×4.5
12.53
13.71
0.914
3.995
70.37
0.218
0.835
3.396
5.704
110.682
221.36
3×3.5
9.53
11.71
0.814
3.484
69.02
0.260
0.870
2.961
6.139
85.764
171.53
96
12.1
4×4.5
16.28
15.28
1.065
4.554
72.18
0.182
0.848
3.871
8.229
175.418
350.836
4×4
14.28
14.28
1.0
4.265
71.43
0.207
0.840
3.625
8.475
154.677
309.35
3×4.5
12.53
13.71
0.914
3.995
70.37
0.218
0.835
3.396
8.704
136.725
273.45
3×3.5
9.53
11.71
0.814
3.484
69.02
0.260
0.870
2.961
9.139
104.642
209.28
99
15.1
4×4.5
16.28
15.28
1.065
4.554
72.18
0.182
0.848
3.871
11.229
204.913
409.83
4×4
14.28
14.28
1.0
4.265
71.43
0.207
0.840
3.625
11.475
179.984
359.97
3×4.5
12.53
13.71
0.914
3.995
70.37
0.218
0.835
3.396
11.704
158.546
317.09
3×3.5
9.53
11.71
0.814
3.484
69.02
0.260
0.870
2.961
12.139
120.600
241.20
则底孔泄流量曲线如图6（两个底孔）。
图6底孔泄流能力曲线图
考虑到施工强度及防洪要求，选定采用两个3×4.5的导流底孔。
这样既可以满足施工期间导流的要求，又适当减小混凝土的浇筑强度。
2.二期导流水力计算
（1）上游水位壅高值
（2）上下游堰顶高程
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3.二期纵向围堰的上、下纵段长度及围堰的轴线平面布置
根据施工布置要求，定出纵向围堰上纵段长54m。
纵向围堰下纵段主要靠一期工程时在溢流坝段右边导墙来承担，右导墙长38m，再在右导墙上接24m的土石围堰。
纵向围堰上纵段轴线布置在一期纵向围堰轴线左边14m处，纵向围堰下纵段轴线布置与右导墙轴线重合。
4.围堰断面的结构及尺寸
（1）纵向围堰上纵段剖面
图7单位（mm）
结构材料与一期一致。
（2）纵向围堰下纵段剖面
图8单位（mm）
结构材料与一期一致。
（3）上游横向围堰剖面
图9单位（mm）
二期上游横向围堰采用钢筋石笼护面，粘土斜墙铺盖防渗，围堰长62m。
（4）下游横向围堰剖面
图10单位（mm）
二期下游横向围堰结构材料与一期下游围堰相同，围堰长28m。
5.围堰工程量计算
纵向围堰上纵段：
纵向围堰上纵段：
上游横向围堰：
下游横向围堰：
二期围堰总方量：
四、截流设计
1.截流时间的选择
根据表3的水文资料及工程施工条件的要求，选定截流时间在第二施工年度的9月初。
此时河流水量逐渐变小，进入枯水期。
2.截流流量的确定
根据表3的水文资料，选取9月份的流量作多年经验频率曲线。
表7截流经验频率计算表
年份
流量
（m3/S）
序号
由大到小排列
（m3/S）
模比系数
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
1962
16.4
1
19.6
2.734
1.734
3.006756
4.5
1963
12.3
2
16.4
2.287
1.287
1.656369
9.1
1964
6.13
3
16.0
2.232
1.232
1.517824
13.6
1965
5.79
4
12.3
1.715
0.715
0.511225
18.2
1966
3.35
5
10.9
1.520
0.520
0.2704
22.7
1967
3.92
6
9.25
1.290
0.290
0.0841
27.3
1968
4.27
7
6.42
0.895
-0.105
0.011025
31.8
1969
2.58
8
6.13
0.855
-0.145
0.021025
36.4
1970
5.64
9
5.79
0.808
-0.192
0.036864
40.9
1971
16.0
10
5.64
0.787
-.0213
0.045369
45.5
1972
4.52
11
5.10
0.711
-0.289
0.083521
50
1973
3.62
12
4.60
0.642
-0.358
0.128164
54.5
1974
3.01
13
4.52
0.630
-0.370
0.1369
59.1
1975
6.42
14
4.27
0.596
-0.409
0.163216
63.6
1976
3.13
15
4.04
0.563
-0.437
0.190969
68.2
1977
5.10
16
3.92
0.547
-0.453
0.205209
72.7
1978
4.04
17
3.62
0.505
-0.495
0.245025
77.3
1979
9.25
18
3.35
0.467
-0.533
0.284089
81.8
1980
19.6
19
3.13
0.437
-0.563
0.316969
86.4
1981
4.60
20
3.01
0.420
-0.580
0.3364
90.9
1982
10.9
21
2.58
0.360
-0.640
0.4096
95.5
总计
150.57
150.57
21.473
+5.728
-5.771
9.661019
根据表7数
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