河南省中原拦河水闸工程施工组织设计方案书.docx

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河南省中原拦河水闸工程施工组织设计方案书

河南省中原拦河水闸施工组织设计书

第一章施工条件分析

1.1基本资料

中原拦河闸位于河南省某县境内，闸址位于淮河某支流上。

流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。

农作物以种植小麦、棉花和其他经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。

本工程属二级建筑物。

本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立方米，灌溉45万亩农田。

上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。

闸上游开南北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万亩农田。

该闸拦蓄水源充沛可靠，效益巨大。

1、地质资料

⑴根据地质钻探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：

土壤湿重度r=20.2KN/m

土壤湿重度r=16.0KN/m

土壤饱和重度r=22.2KN/m

土壤浮重度r=12.2KN/m

自然含水量状态下土壤内摩檫角Φ=23°

饱和含水量状态下土壤内摩檫角Φ=20°

土壤的凝聚力C=0.1KN/m

地基允许承载力[σ]=150Kpa

混凝土、砌石与土基摩檫系数f=0.36

地基应力的不均匀系数[η]=1.5～2.0

渗透系数K=9.29×10cm/s

⑵本地区地震设防烈度为Ⅵ度。

3.水文气象

⑴气温:

本地区年最高气温42C,最底气温为-18C。

⑵风速:

最大风速V=20m/s,吹程D=0.6Km。

⑶降雨量：

非汛期（1～6月及10～12月）九个月份颖河平均最大流量Q=10m/s；汛期（7～9月）三个月最大流量为130m/s；年平均最大流量Q=36.1m/s，最大年径流总量为9.25亿m。

年平均最小流量Q=15.6m/s，最小年径流总量为0.42亿m。

⑷冰冻：

颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。

4.建筑材料

本工程位于平原地区，山丘少，石料需从外地供给、距京广线很近，交通条件较好；经调查，本地区附近有较丰富的粘土材料；闸址处有足够多的砂料。

5.批准的规划成果

⑴灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72m，下游无水。

⑵洪水标准

①设计洪水为50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m/s，闸上游的洪水位59.5m，相应的下游水位59.35m。

②校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量1642.89m/s，闸上游的洪水位61m，相应的下游水位60.82m。

③施工导流采用20年一遇洪水，相应的洪峰为169m/s。

⑶河道断面。

河道横断面为梯形，边坡为1:

2，马道宽取6.00m,横断面形状如图所示。

6.施工条件

⑴工期：

要求两年内完成

⑵电源：

由电网供电、工地距电网10Km。

⑶材料供应：

三材统一安排，本地区无石料及水泥，主要从外地用铁路运至工程所属城市，共350Km，再用汽车转运到工地，运距40Km。

第二章施工导流

2.1导流方法

2.1.1施工导流方法及适用条件总结：

方法

分类

适用条件

全段围堰法

明渠导流

坝址河床较窄，或河床覆盖层较深，分期导流困难；河床周围有较宽的台地、垭口或古河道；导流流量大，地质条件不适于开挖导隧洞；施工期有通航、排冰、过木要求；总工期紧，不具备挖洞经验和设备。

隧洞导流

导流流量不大，坝址河床狭窄，两岸地形陡峻，如一岸或两岸地形条件良好，可以考虑隧洞导流。

涵管导流

一般在修建土坝、堆石坝工程中采用。

分段围堰法

底孔

优点：

挡水建筑物上部的施工可以不受水流的干扰，有利于均衡连续施工，对修建高坝特别有利。

缺点：

由于坝体内设置了底孔，是钢材用量增加，如果封堵不好，会削弱坝体的整体性，还有可能漏水，在导流过程中底孔有被漂浮物堵塞的危险，封堵时由于水头较高，安防闸门及止水等较困难。

缺口

在修建混凝土坝特别是大体积混凝土坝时，这种导流方法比较简单，常被采用。

2.1.2本工程导流方法分析选择：

本工程修建在平原河道上，其岸坡平缓，有宽广滩地，故采用全段面围堰法明渠导流较为经济。

①水文条件

根据水文资料可知，全年径流变化不大，可采用围堰截流。

②地形条件

两岸平坦，地形开阔，属于平原河道，可采用明渠导流。

③地质及水文地质

河床为中粉质壤土，若采用分段围堰法截流，会造成河床冲刷，故采用全段围堰法截流，明渠导流，施工方便，利于掌握，明渠开挖量用以填筑围堰，降低工程造价。

综上所述：

本工程采用全段围堰，明渠导流。

2.2导流设计流量确定

本工程属Ⅱ级枢纽工程，永久建筑物为2级，其导流建筑物失事后将淹没一般城镇、工矿企业，影响工程总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失，使用年限2年，围堰高度15~50m，查《水利水电工程施工组织设计规范》（SL—303—2004）可知，导流建筑物为4级，若采用土石围堰，则洪水重现期为20~10年，为了安全，施工导流采用20年一遇洪水，相应的洪峰为Q洪水=169m3/s，即导流设计流量Q导=169m3/s。

2.3导流建筑设计

2.3.1导流明渠

1、导流明渠设计

①基本资料。

由Q导=169m3/s，查Q—H曲线得下游水面高程为54.42米。

水深为：

54.42-51.92=2.5m，边坡系数有土质确定，查《水利学》采用m=2.0，糙率N=0.03，渠底比降I=1/3000—1/3500。

按明渠均匀流公式列表计算。

②明渠设计采用经济断面进行设计，在渠道设计中，一旦设计流量确定下来，我们总希望设计出来的渠道断面最小，即开挖的工程量最少，而过水断面面积，底坡及糙率确定下来以后，我们希望渠道所能通过的流量最大，以这个设计思想出发，设计出来的渠道断面叫水力最佳断面，但在实际施工过程中，这种断面不易做到，同时也可能提高工程造价，故采用经济断面进行设计。

③确定明渠底宽

明渠过水断面尺寸取决于导流设计流量大小及其容许不冲流速，明渠断面尺寸与上游围堰高度的确定应通过技术经济比较确定，比较时拟定几个明渠断面计算相应的明渠与上游围堰的造价，两者相加，造价较小的断面既为经济断面。

第一种方案：

按I=1/3000，n=0.03，m=2.0，h=2.5m，Q=169m3/s，求底宽b，计算结果见表3—1。

表3—1第一种明渠底宽试算结果

第二种方案：

按I=1/3000，n=0.03，m=2.0，h=3m，Q=169m3/s，求底宽b，计算结果见表3—2。

表3—2第二种明渠底宽试算结果

第三种方案：

按I=1/3500，n=0.03，m=2.0，h=4m，Q=169m3/s，求底宽b，计算结果见表3—3。

表3—3第三种明渠底宽试算结果

由表3—1可知明渠深为2.5m时，b=60m,由表3—2可知明渠深为2.5m时，b=60m,由表3—3可知渠中水深为4m时b=27m，设明渠长400米，则开挖方量分别为6.5万m3、5.88万m3、5.76万m3，第三种明显比第一、二种小，但第三种方案明渠内水流与下游连接段较差，可能引起冲刷必须采取防护措施。

经比较，第三种方案优于第一、二种方案，所以采取第三种方案导流。

校核不冲流速和不淤流速。

不冲流速由土壤性质决定，闸址处为中粉质壤土，其不冲流速为当R=1时，V=0.85m/s，不淤流速为V=0.45m/s。

本工程的不冲流速为V=0.85R1/3=0.853.121/3=1.24m/s，明渠内水流为V=Q/A=168.38/140=1.20m/s，满足[V]

渠道典型断面图（如图3-1）：

图3-1渠道典型断面图

2、导流明渠布置

为了方便施工，明渠布置在右岸，进出口的布置应有利于进口和出口的流水衔接，尽量消除回流涡流的不利影响。

取出口的高程与下游河道同高程▽=51.92m。

进出口和河道主流夹角不大于30°。

进出口与上下游的围堰体坡脚距离不小于50m，转弯半径大于5倍的渠底宽，明渠与基坑水面距离大于两者水面高差的2.5~3.0倍。

进口高程为，其中l为导流明渠长度。

明渠平面布置图：

图3-2明渠平面布置图

2.3.2围堰

1、围堰设计

本地区附近有较丰富的粘土材料，可采用均质土围堰，以便就地取材，利用基坑或明渠的弃土，同时构造简单，便于快速施工和易于拆除，所以本工程采用均质土围堰。

⑴下游围堰高程的确定

由施工导流流量查上下游Q—H曲线知H=54.42m,围堰安全超高为1m,则:

H下堰=54.42+1.0=55.42m。

⑵上游围堰高程的确定

H上堰=H下堰+H+Z+1

H+Z=IL+=0.11+0.12=0.23m

H上堰=54.42+0.23+1.0=55.65m取H上堰=55.92m。

其中Φ—流量系数取0.8

V—明渠内平均流量,m/s取1.20m/s

V0—河床内行进流速,m/s

⑶围堰边坡系数

临水边坡m=3,背水边坡m=2.5。

⑷围堰顶宽取3m

最后取上游堰高程为：

55.92米；下游堰高程为：

55.42米。

⑸上下游围堰断面示意图

图3-3上游围堰断面示意图

图3-4下游围堰断面示意图

2.4截流

1.截流时期

根据河流水文特征、气候条件、围堰施工条件以及通航等因素综合分析选在枯水期初,流量有明显下降,但不一定选在流量最小时刻,本工程选在10月中旬截流。

2.截流设计流量

根据水文实测资料取截流设计流量为10m/s,该流量对施工较有利。

3.截流方法

截流方法

分类

方式

优缺点及适用条件

戗堤法截流

立堵法

将截流材料从龙口一端向中间抛投进占逐渐束窄河床直至全部拦断

不需架设浮桥，准备工作比较简单，造价较低。

但是截流时水利条件较为不利，龙口单宽流量较大，同时水流绕截流戗堤端部使水流产生剧烈的立轴漩涡，在水流分离线附近造成紊流，易造成河床冲刷，且流速分布很不均匀，需抛投单个重量较大的截流材料。

截流时由于工作前线狭窄，抛投强度受到限制。

适用于大流量、岩基或覆盖层较薄的岩基河床，对于软基河床应采用护底措施后才能实施。

平堵法

沿整个龙口宽度全线抛投，抛投料堆筑体全面上升，直至露出水面

合拢前必须在龙口架设浮桥，由于它是沿龙口全宽均匀地抛投，所以其单宽流量小，出现的流速也较小，需要的单个材料重量也较轻，抛投强度较大，施工速度快，但有碍于通航，适用于软基河床，河流架桥方便切对通航影响不大的河流。

立平堵

先立堵，再在栈桥上平堵的方式

充分发挥平堵水力条件较好的优点，同时又降低架桥的费用

平立堵

先平抛护底，再立堵合拢的方式

适用于单纯立堵易造成冲刷的软基河床

无戗堤法截流

建闸截流

在泄水道中预先建闸墩，并建截流闸分流，降低戗堤的水头，待抛石截流后，再下闸截流。

可克服7-8m以上的截流落差，但是需要具备建闸条件的地形地质条件

水力充填

利用水流的挟沙能力，当水流的含沙量远大于挟沙能力时，粗颗粒沉淀河底进行充填

截流材料单个重量小，但是用量大，损失量大

定向爆破

利用定向爆破瞬间截断水流

工程地处深山峡谷，岸坡陡峻、交通不便的情况

浮远结构

将旧的驳船、钢筋混凝土等箱型结构拖至龙口，在埽捆、柴排护底的情况下，装载土砂充水使其沉没水中截流

方便实用，效果好，但是造价较高

综合分析各种截流方法的优缺点及本工程的特点,采用立堵法截流。

第三章基坑排水

3.1排水方案的选择

基坑排水工作按排水方法可分为明沟排水和人工降低地下水位（暗式排水）本水闸修建在平原河道上，故排水方法可采用人工降低地下水位。

方法

方式级适用条件

管井法排水

单纯利用重力作用排水，抽水设备有离心泵、潜水泵和深井泵等。

适用于渗透系数较大（K=10~250m/d）、地下水埋藏较浅（基坑低于地下水位）、颗粒较粗的沙砾