河海大学文天学院水运工程施工课程设计.docx
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河海大学文天学院水运工程施工课程设计
第2章工程设计分析
2.1设计总述
本工程为整个枢纽的一期工程，主要是为了保证整个枢纽的通航畅通。
根据地形图确定船闸位置，即从控制点开挖并以上下引河轴线为船闸上下引航道的对称轴线。
在工程施工过程中保证干地施工，首先开挖闸室、引航道，建设好船闸之后再沟通平湖与运河，进行船闸试运行。
在已知船闸设计情况下，现阶段工作主要进行船闸工程的施工设计，包括计算工程量（排水量、工程开挖回填土方量、混凝土工程量等），选择施工方案，选择设备、工作时间及人员数量，计算有效施工时间，进行施工进度安排，施工总平面布置。
在规定的工期内进行合理有效的施工安排，使施工在场地内可以顺利进行，并且尽量使费用较低。
2.2自然条件和施工条件分析
自然条件中有很多影响施工的因素，应考虑其对施工进度和施工质量的影响，合理安排。
对于降雨量较大的气候，无法进行施工必须停工，因此可将施工人员的正常休息时间调整至降雨天，以保证施工进度的顺利进行，节省时间。
对于温度较大或较小的天气，则应注意混凝土的养护、土方填筑工程的质量等。
同时地下水位、降雨量对施工排水有较大影响，应给予充分考虑。
工程施工过程中应保证良好的施工条件，除保证施工场地充分广阔，还应保证材料供应的充足与方便，施工机械与劳动力的实惠，水电供应顺畅。
在地形图上有运河与简易公路，因此运输应水运、陆运结合；建筑材料就近原则，由附近料石场供应和从县城运输；此外，施工设备和劳动力都可以从县城租赁、招聘。
总体上，施工条件足够保证工程的顺利进行。
第3章主要工程量计算
3.1计算前准备
主要工程量的计算包括土方开挖量计算、填方量计算、粘土铺盖量计算、浆砌石工程量计算、混凝土工程量计算、钢筋工程量计算、开挖面计算、渗流量计算等。
详细计算公式及过程请参见电子表格，在此仅只将主要数据和步骤列出。
计算工程量前，应首先根据船闸尺寸图将船闸放样到地形图上。
其中船闸闸室尺寸
米，上闸首尺寸为
，下闸首尺寸
，上、下引航道长分别为300米、320米，宽52米。
在地形图上现实如下图3-1：
图3-1船闸放样图
3.2土方量
3.2.1土方开挖量
为确保给定的船闸净尺寸，为方便进行施工，施工现场布置时基坑应以净尺寸为基础增宽。
增宽为：
纵向+3m，横向＋5m。
确定基坑边界之后，为保证边坡稳定，根据船闸所在地质条件确定开挖稳定边坡为1:
2，回填稳定边坡为1:
2.5。
结合地形图，根据等高线计算出船闸各部分开挖高度，并计算出开挖宽度，即确定开挖边界线，据此算出土方开挖工程量。
为计算方便将船闸分为1-23个截面，计算每个截面内开挖量然后汇总，化繁为简。
船闸工程开挖土如图3-2。
图3-2船闸开挖即截面划分图
注：
为计算方便，五人一小组以其中一个同学截面划分为计算标准。
在此选择学号0903010215邹志年同学的图为标准。
其划分为：
将整个船闸沿纵向分为 28（1-26、附1和附2）个截面，其中上游引河段为1-8截面，上游导航道为8-10截面，上闸首为10-11截面，闸室段为11-16截面，下闸首为16-17截面，下导航段为17-19截面，下引河段为19-26截面，为方面后面计算，又在截面9和截面10之间加入附1截面，同样截面17和截面18之间加入附2截面。
如图3-3：
图3-3工程量计算截面划分图
挖方计算分截面进行，根据所作挖方截面图可以在CAD中测量各个截面面积或者通过测量开挖截面上地面线三点高程，利用以下公式近似计算。
（式中：
h1、h2、h3分别表示基坑、中轴线三点高程，h4表示地面平均高度，h0表示底高程，h表示开挖高度，B表示开挖底宽，A表示截面面积，V表示开挖体积。
）
h4=（h1+h2+h3）/3h=h4-h0A=（B+2*h）*h
V=（A1+4A2+A3）*L13/6（其中A2为中间截面面积，V为截面A1、A3间块体体积）
按照此种方法计算出的挖方量间表3-1。
确定的开挖边界线如图3-2。
3.2.2填方量计算
为保持边坡稳定，回填边坡确定为1:
2.5。
根据船闸尺寸、地形图、截面线作出各船闸各界面开挖回填图。
在CAD中查询出回填截面回填土方面积，然后根据V=（A1+4A2+A3）*L13/6计算出回填土体积。
计算结果如表3-1。
部分土方回填截面图如下：
（1）上引河段1号回填截面
（2）上导航段10号回填土截面
（3）上闸首10号回填土截面
（2）闸室14号回填土截面
（5）下引河段21号回填土截面
图3-4回填土截面
3.3粘土铺盖工程量
粘土铺盖存在于上、下引河段，上、下导航段。
上、下引河段为规则长方体，利用粘土铺盖截面面积乘以长度计算得工程量。
上、下导航段截面面积为渐变形式，粘土铺盖厚度取平均值，在各段按照截面面积乘以各段长度算得。
计算结果如表3-1。
3.4混凝土及钢筋工程量
上、下导航段，上、下闸首以及闸室段为混凝土浇筑，在CAD中查询的各截面混凝土面积，由于形状规则，用截面面积乘以长度可得混凝土体积。
其中上、下闸首及闸室段为钢筋混凝土，含钢量以18kg/m3计算。
3.5浆砌石工程量
浆砌石工程包括引河及部分导航段，将工程量划分为侧墙以及粘土铺盖上层0.4米厚的底部两部分分别计算。
通过计算浆砌石截面面积再乘以长度得到工程量。
经过以上各个工程量计算，可得到整个船闸工程的各项工程量，汇总如下表2-1。
各工程量详细计算过程请参见计算表格。
表3-1工程量汇总表
第4章施工组织设计
4.1土石方开挖工程
4.1.1开挖方式
由于工程量较为巨大，为保证施工进度和节省费用，采用平行施工和流水施工结合的方式进行施工。
将开挖去划分区域进行施工：
施工段代号
施工段
1
上、下闸首，上引河段
2
闸室，上导航段
3
下引河段
4
下导航段
按照代号依次施工
，共组建三队开挖工程队。
考虑引河段的开挖工程量较大，因此开挖方案布置时在不影响紧后工作的前提下尽量使引河段提前开挖。
在1中三队分别负责一个施工段，完成上、下闸首段开挖后，两队施工队伍调到闸室及上导航段进行开挖。
上导航段开挖完成后施工队伍进行下引河段开挖，在闸室开挖完成后施工队伍进行下导航段开挖。
详细布置过程请参见施工进度计划横道图。
4.1.2堆土弃土区布置
挖土机械开行路线和运输工具运行路线参见施工总平面布置图。
4.1.3施工机械及数量
开工初期，先用推土机将场地进行初步整平，然后进行开挖，因此布置20辆T1－100推土机对各个施工段进行初步整平工作。
开挖方式利用W-100挖土机和8T自卸汽车搭配作业。
W-100挖土机工作效率为350-550m3/台班，取为450m3/台班；8T自卸汽车效率为85m3/台班。
每台套机械设备的机械工数量均为2。
开挖施工机械数量及配套人员数参见计算表格。
4.2混凝土工程
4.2.1初步施工方案
混凝土浇筑工程共组建三队施工队伍，整个工程从闸首开始，即闸首最先开挖，闸首开挖完之后，两队施工队伍分别对上、下闸首进行浇注；第三队施工队伍需开始上导航段的混凝土浇筑。
考虑闸室浇筑工期较长，在闸首浇筑完成后两队施工队伍从闸室上下游两侧共同开始浇筑。
而第三队施工队伍在完成上导航段浇筑后需进行下导航段的浇筑。
4.2.2主要机械选择及数量
混凝土施工选择J-800拌和机及HZ6P-70A振动器，混凝土泵效率为20m3/h，拌合机械效率为8m3/h，混凝土初凝时间选为4h，运输时间为0.5h，混凝土的延误系数取为0.85，并振动器振动深度为0.4m。
具体机械数量及配套人员数参见计算书。
4.2.3混凝土分层分块安排
船闸混凝土浇筑顺序应遵循“先深后浅、先高后低、先主后次”的原则进行安排。
“先深后浅”是在先浇筑基础深的工程部位，否则，在浅的部位施工完成后，再浇筑深的部位时，便会扰动邻近表浅部位工程的基础，造成已浇部分的混凝土发生沉降、移位和裂缝。
“先高后低”是在高度较大的结构物浇筑时，不致由于下层混凝土未浇而影响到上层结构物的浇筑或安装，这有利于后续工程施工的安排。
另外，先浇高大建筑的底下一部分，再浇邻近低矮建筑物，最后完成高大建筑物的上部，这样的施工安排也有利于地基的稳定。
“先主后次”是次要施工工程项目应服从主要项目，将次要项目穿插于主要项目之间进行。
船闸工程由于其空间尺寸庞大，同时受基础、结构、环境温度等因素的影响，容易产生不均匀沉降和裂缝，所以必须进行分块浇筑，并采取一系列温控措施，以保证船闸工程的质量。
而各块之间的变形缝，是永久性接缝。
由于结构块高度和平面尺寸仍然较大，如果按一次整体浇筑，在混凝土的拌和、起吊和运输等工序的力度上都难以满足要求，另外，受施工条件、施工机具等的限制一般还要分块浇筑，在结构上横向或竖向仍需要划分水平缝及垂直缝，这种临时性接缝称为施工缝。
施工缝必须在施工过程中专门处理，以免使临时缝成为“永久”缝。
考虑模板的厚度一般为3米，在浇注闸首的时候，上下分七块浇注，从下至上1-6层每层块为3米，剩余不足三米的部分为第7段，此外每一段还要分10层来浇注，即每一浇注层大约为0.3米。
闸室和上下导航段竖向分五段来浇注，其中底板为第一层，侧墙共分四层。
闸室纵向分7段，每段30米，这主要考虑了结构缝间距的影响。
由于考虑到工期，闸室段需要两对施工队伍从上下游两侧同时施工。
图4-1混凝土分层浇筑图（尺寸单位：
m）
4.3土方回填工程
4.3.1回填方法
回填工程共组建三队施工队伍，按照时间顺序，一施工队先进行上导航段的回填工作，在闸首浇筑工程完成后，该施工队和另一施工队伍分别进行上下闸首的回填工程。
闸首回填完成后一队进行闸室回填；另一队进行下引河段回填，第三个施工队伍依次进行下导航段与上引河段回填。
详见施工进度计划横道图。
4.3.2主要机械选择及数量
回填施工机械为T1-100推土机以及J15/18静碾光轮压路机，并配置适量的HW–20蛙式打夯机进行局部的压实。
T1-100推土机工作效率为300～500m3/台班，取为400m3/台班；J15/18静碾光轮压路机工作效率取为400m3/台班。
每台套机械设备的机械工数量均为2。
回填施工机械数量及配套人员数参见计算表格。
第5章施工进度计划
5.1有效工日分析
工程期限：
规定船闸工程于XX年三月动工，第二年元月完工，为期计11个月。
因此，根据降雨量、气温和节假日的影响综合得出工程限期内各项工程每月的有效工期。
在有效工期较少时，可适当将节假日调整为降雨天数或者采取一定的降温措施减少气温对工程施工的影响。
详细请参见计算表格。
5.2主要材料、机械设备和劳动力
主要材料、机械设备和劳动力汇总表参见计算书。
根据具体的人员强度估算及施工机械数量确定工期，对照施工进度计划根据该工程施工月份的有效工期天数按比例计算实际工期。
详细请参见计算表格。
5.3进度计划
本工程采用平行施工与流水施工结合的方式，详细请参见施工计划横道图。
图5-1施工计划横道图
第6章施工总平面布置
6.1供水系统计算
工地临时供水系统要为施工生产、生活和消防保证供应一定数量、质量和水压的用水。
工地用水组成：
生产用水＋生活用水＋消防用水，不应简单叠加。
施工供水应满足不同时期日高峰生产用水与生活用水，按消防用水量校核。
生产用水：
完成混凝土工程、土石方工程等所需用水量，以及起重运输机械、施工工程设施和动力设备等所消耗的水量。
生产需水量计算式：
Q1=r∑kq／（8X3600）
式中：
Q1—生产用水的需水量，L／s;q—各用水单位班均用水量，L／8h;
k—用水不均匀系数;r一考虑水量损失等的扩大系数，通常取1.2。
生活用水：
工地职工和家属在生活饮用、食堂、浴室和医疗机构等方面的需水量。
生活需水量计算式：
Q2＝k（Nlql+∑q3）／（8X3600）十k（N2q2+∑q3）／（24X3600）
式中：
Q2—生活用水总需水量，L／s;N1—施工人数;N2—居民人数;
ql—现场工人用水定额，3—5L／班;
q2—居民用水定额25～30L／d;
q3—学校、医院、食堂等需水量。
消防用水：
施工现场消防需水量与施工现场面积大小有关，当面积在30万m2以下取10L／s，面积在30～50万m2取20L/m2,以后每增加25万m2累加5L／s．居住区消防需水量，居民人数在一万人以下时按5L／s估算,1万人以上按10L/s估算。
灭火的延续时间按3h计算。
设计总需水量计算式：
Q=Q1+Q2由上式计算出的总需水量应大于或等于消防用水量，否则；应以消防用水量作为设计。
计算值尚应增加10％以补偿不可避免的管网漏水损失。
具体计算请参见计算书。
根据以上方法，相关参数选取参见设计资料中给出的表格，现需水量计算如下:
生产需水量计算式：
Q1=r∑kq／（8×3600）=30000L／s
生活需水量计算式：
Q2＝k（Nlql+∑q3）／（8X3600）十k（N2q2+∑q3）／（24×3600）=35L／s
消防用水：
Q3=10000L／s
设计总需水量计算式：
Q=Q1+Q2=30035L／s>Q3,总需水量取为30035*1.1=33038.5L/s
6.2供电系统计算
电量估算施工某阶段一个变电站的供电区域所需总功率P为
P=1.1（km∑kcPy/cosφ0+kcPx）
式中：
1.1为输电网络功率损失系数；
km为动力同时负荷系数，取0.75～0.85；kc为需电系数；
cosφ0功率因数平均计算值，以0.5～0.6估算；
Py为动力用电铭牌功率；Px为照明用电总功率。
计算如下：
P=1.1（km∑kcPy/cosφ0+kcPx）
=198500kw
6.3基坑排水计算
6.3.1渗流量计算
缺水文地质资料渗水量按下式计算：
Q=F1q1+F2q2
式中：
F1—基坑底面积，m2
q1—基坑每平方米底面积平均渗水量，m3/h
F2—基坑侧面积，m2
q2—基坑每平方米侧面积平均渗水量，m3/h
q1、q2根据土层性质在参考资料中所给的表格中查询。
在此砾质粗砂层q1取为1.18m3/h，砂壤土层q1取为0.018m3/h，粉质粘土层q1取为0.0072m3/h；q2按相应土层q1进行加权平均计算。
基坑底面积F1等于开挖平均底宽与开挖长度的乘积。
基坑侧面积F2等于斜坡上渗流平均长度与开挖长度的乘积。
详细请参见计算表格。
6.3.2降水量计算
降水量等于降雨面积与日降水量乘积。
降雨面积即为开挖面顶部面积，日降水量选取资料中所给的日最大降水量。
（将其单位转化为m3/h）详细请参见计算表格。
6.3.3排水设备布置
由于地下水位原因，渗流会导致基坑底土体含水量过高，导致土体隆起等不良现象。
因此需布置深水井进行排水作业。
同时可避免雨水在基坑内留存，影响正常施工。
如果由于措施不力或其他原因，造成地下水穿过薄弱土层向外流出形成泉眼，会影响施工。
工程中常根据泉眼产生的位置不同，采用不同的方法处置。
当泉眼位于建筑物的底部，则在泉眼处先挖一小坑铺填砂石滤层（滤层的作用是使水流出但不带走土粒，防止泉眼进一步扩大），并预埋灌浆管和排水管，用抽水泵不断抽水，先浇筑好混凝土，再向灌浆管内压注水泥砂浆，予以堵塞。
如果在其他部位则采取引流方法，使泉眼不致影响施工即可。
处理的方法通常是在泉眼上抛一层粗砂（滤层），再在其上铺一层小石子，并将泉水引流到排水沟即可。
本次设计，采用基坑四周用高压喷射灌浆至基岩形成封闭的防渗墙堵水；在基坑开挖至基岩时，设置排水沟导流；再根据工程施工部位的变化及时间差，分区用水泵排水，选择机械型号为B型离心式水泵6B20；抽水能力q取为设备平均流量155m3/h。
设备总排水量=1.5倍渗水量，据此计算水泵数量为15台，详细设备数量参见计算表格。
6.4材料堆场面积计算
工程施工中主要材料为水泥、石料、砂料和钢筋，按照下列表格5-1分别进行计算。
这里以钢筋堆场面积计算为例。
钢筋总量为558513kg,堆场面积为558.513m2。
换算成图上面积为5.585mm2。
表6-1材料储备堆积定额（/m2）
材料名称
单位
数量/m2
存放形式
保管形式
块石
m3
1
堆放
露天仓库
建筑用毛毡
t
0.3～0.7
捆包
库房
钉子
t
0.85~1.0
堆放/架板上
库房
砾石
m3
1.5~2.0
堆放
露天
普通铁皮
t
2~3
架板上
仓库
钢筋
t
1
架板上
露天
砖
块
500
笼篮
露天
圆木
m3
0.5~0.7
堆放
露天
成品材
m3
1.1
堆放
露天
砂
m3
1.5~2.0
堆放
露天
面用沥青油毡
卷
2.0
立放木板上
仓库
散装水泥
t
2.2
槽罐内
库房
袋装水泥
t
1.3
3层
库房
6.5用房面积计算
根据施工过程中的人员数量，依照下表5-2进行计算。
本次工程中后方面积较为充裕，不作详细计算。
表6-2临时用房人均面积定额（m2/人）
办公室
3.5～5.5
小商店
0.15～0.25
集体宿舍
3.5～5.0
消防用房
0.03～0.04
民工工房
2.2～3.2
浴室
0.05～0.07
食堂
0.3～0.35
理发室
0.006～0.012
俱乐部
0.23～0.29
厕所
0.01～0.04
6.6施工总平面布置
图中布置有供水供电系统，
交通系统，仓库堆场等设施；生产用水直接用水泵引用运河水（必须通过PH值检验，呈中性方可使用），就近建造一个水池用于储存和沉淀净化河水，满足生产用水要求，减少供水系统的压力，更经济方便。
为了方便对外联系和减少公路铺设，本次建筑物平面布置一般沿原有公路两旁建造，尽量利用原有公路。
在通往弃土区的路上修建临时工路若干条。
工地混凝土搅拌站的布置采用集中方式，仓库和库房也采用集中布置的方式；水路运输时，在码头附近设置转运仓库，以缩短船只在码头上的停留时间。
所以靠码头处建造木材、砂、砾石和块石堆场，考虑混凝土搅拌站方便使用水泥和砂石，在拌合站附近建骨料加工厂。
公路运输时，将仓库布置在工地中央或靠近使用的地方和布置在靠近外部交通连接处。
堆土场设置在开挖区的两侧，方便回填；另外，弃土区设置在地势较低处，铺填整平以填高地势，可在弃土区上建房和其他生产；供水中心和供电中心均设置在地势较高处。
办公室设在全工地入口处，以便对外联系和便于全工地管理。
工人用的福利设施和生活基地应设在场外，并避免设在低洼潮湿、有烟尘。
附录：
计算表格汇总
挖方量计算表
开挖量计算
截面
左
中
右
开挖面顶高程
基坑底高程
开挖高度
边坡与基坑距离
闸室基坑宽度
截面面积
开挖段体积（m3）
合计（m3）
分段总体积（m3）
上引河段
1
21.70
21.70
21.70
21.70
11.20
10.50
21.00
58.00
829.50
640405.72
249568.70
2
21.50
21.50
21.53
21.51
11.20
10.31
20.62
58.00
810.57
3
21.50
21.49
21.50
21.50
11.20
10.30
20.59
58.00
809.25
69893.6
4
21.00
20.98
21.00
20.99
11.20
9.79
19.59
58.00
759.83
5
20.70
20.48
21.00
20.73
11.20
9.53
19.05
58.00
734.06
68166.6
6
20.40
20.50
20.70
20.53
11.20
9.33
18.67
58.00
715.56
7
20.30
21.00
21.20
20.83
11.20
9.63
19.27
58.00
744.34
65049.3
8
20.40
21.10
21.00
20.83
11.20
9.63
19.27
58.00
744.34
46459.2
上游导航段
9
20.75
20.90
20.80
20.82
11.20
9.62
19.23
48.00
646.56
24005.04
附1
20.6
20.7
20.8
20.7
11.2
9.5
19.00
26.00
427.5
10
20.50
20.75
20.75
20.67
8.20
12.47
24.93
38.00
784.57
24005.04
上闸首
11左
20.30
20.40
20.40
20.37
8.20
12.17
24.33
38.00
758.39
23144.4
23144.40
闸室
11右
20.20
20.40
20.60
20.40
12.20
8.20
16.40
26.00
347.68
100097.99
12
20.10
19.80
20.10
20.00
12.20
7.80
15.60
26.00
324.48
27308.09
13
19.80
19.80
20.00
19.90
12.20
7.70
15.40
26.00
318.78
37769.11
14
20.20
20.20
20.20
20.20
12.20
8.00
16.00
26.00
336.00
9381.9
15
20.50
20.40
20.30
20.40
12.20
8.20
16.40
26.00
347.68
10637.31
16左
20.20
20.20
20.40
20.30
12.20
8.10
16.20
26.00
341.82
15001.58
下闸首
16右
20.30
20.30
20.20
20.27
8.20
12.07
24.13
26.00
604.94
18048.75
18048.75
下游导航段
17
19.80
19.90
20.10
19.93
9.70
10.23
20.47
38.00
598.31
12474.24
17501.80
附2
19.7
19.8
20.1
20.1
11.2
8.9
17.90
26.00
389.82
18
19.50
19.70
19.80
19.67
11.20
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