水利工程施工课程设计.docx

资源描述

水利工程施工课程设计.docx

《水利工程施工课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利工程施工课程设计.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

水利工程施工课程设计.docx

水利工程施工课程设计

1基本资料

1.1工程概况

西安市黑河引水工程金盆水利枢纽位于西安市周至县黔江河干流峪口以上1.5km处，东距西安市约86km，北距周至县城约14km。

枢纽是一项以向西安市供水为主、兼顾灌溉、结合发电、防洪等综合利用的大型水利工程。

水库总库容为2亿m3，有效库容1.774亿m3。

工程建成后每年可向城市供水3.05亿m3，提供农业灌溉用水1.23亿m3，灌溉农田37万亩。

电站装机容量20MW，多年平均发电量7308万kW·h。

枢纽属Ⅱ等大

（2）型工程，由粘土心墙砂砾石坝、左岸泄洪洞、右岸溢洪洞及引水洞、坝后电站等建筑物组成。

大坝为1级建筑物。

枢纽设计洪水标准为500年一遇，相应洪峰流量为5100m3/s，校核洪水标准为5000年一遇，相应洪峰流量7400m3/s，保坝洪水为10000年一遇，相应洪峰流量为8000m3/s。

枢纽区地震基本烈度为7度，大坝设计地震烈度为8度。

其工程特性见附表。

1.2坝体设计

1.2.1大坝坝顶及坝坡设计

大坝坝顶高程600m，顶宽11m，坝顶长440m。

设计坝基最低开挖高程466m，设计最大坝高134m。

实际开挖高程472.5m，最大坝高127.5m。

坝顶上游侧设置1.2m高的混凝土防浪墙，墙顶高程601.2m，防浪墙底部深入心墙。

大坝上游坝坡坡比为1：

2.2，高程在565m及515m各设一戗台，宽度分别为3m和5m，下游坝坡坡比为1：

1.8，高程在570m、540m和510m各设一戗台，宽度依次分别为2m、3m、3m。

在下游坝坡设置贴坡式上坝道路，道路宽12m，贴坡比为1：

1.5。

上游高水围堰和下游低水围堰采用与坝体结合方式布置。

高水围堰堰顶高程527m，上游坡比为1：

2.5，高程在517m处，设15m宽的马道，下游坡比为1：

2。

下游围堰兼作坝体排水棱体，堰顶高程493.5m，外坡比为1：

1.8，内坡比为1：

1.2。

坝壳采用下游河床砂卵石填筑，排水棱体采用堆石填筑。

1.2.2心墙设计

心墙顶高程598m，顶宽7m。

河床段心墙坡比为1：

0.3，考虑到由于岸坡对心墙沉降的约束，在纵向心墙也会出现拱效应现象，给抗渗带来不利影响，为了提高岸坡段心墙的抗渗能力，将两岸坡段坡比由1：

0.3变为1：

0.6。

为提高心墙在两岸坡适应变形的能力，在心墙底部铺设厚2m左右的高塑性土，采用粘粒含量较高的土填筑，填筑干密度为1.66g/cm3，填筑含水量为20.2%～23%。

1.2.3反滤层设计

从坝料的级配过渡及变形模量过渡考虑，在心墙上下游均设置两道反滤层，第一层为粒径小于5mm的砂反滤层，第二层为粒径小于80mm的混合砂砾料反滤层。

下游的砂反滤层水平宽度为2m，混合料反滤层水平宽度为3m，上游的砂反滤层水平面宽度为1m，混合料反滤层水平宽度为2m。

1.2.4大坝填筑方量

大坝总填筑方量为771.6万m3，其中心墙土料158万m3，反滤料29万m3，坝壳砂卵石料584.6万m3。

1.3坝址地形地质情况

坝址位于金盆古河道出口至蔺家湾S形河道腰部，距峪口约1.5km。

坝址地形为不对称的V形谷。

右岸山体高程约823m，边坡为300～500。

左岸是现代河谷与古河道间长约800m、正常水位处宽度为270m的单薄山梁，河道一侧山坡坡度在520左右。

坝址区内出露的基岩为前震旦系宽平群大镇沟组变质岩。

岩性主要为云母石英片岩、绿泥石片岩、钙质石英岩以及后期沿断层入侵的石英岩脉、云煌斑岩脉、斜长斑岩脉。

在地形较平缓的山坡、河谷阶地广泛分布着第四系松散堆积物，岩性主要为碎块石、碎石质壤土、砂卵石等。

坝址位于西骆峪～田峪背斜的南翼，岩层走向近东西向，倾向上游。

由于主要受南北向压应力作用，东西向的构造断层裂隙发育。

在坝址区的断层构造有80多条，主要为层间挤压的逆断层。

坝址区以近南北向的裂隙构造发育。

河床部位岩体全～强风化带较薄，一般厚5m左右。

两岸全～强风化带较厚，一般厚5～20m。

1.4气候特征

气温，多年实测资料分析，见表1，年平均气温9.6℃。

表1

月份

月平均

-6.5

-1.6

5.5

12.0

17.4

21.0

22.9

21.5

16.4

10.1

1.8

-5.3

降水，多年实测资料分析见表2。

表2

月份

全年（天数）

月平均天数

5mm以下

5~10mm

10~15mm

15~20mm

20~30mm

30mm以上

4.3

2.3

5.7

8.7

1.7

0.3

0.7

0.3

9.7

0.7

0.3

1.7

0.3

2.7

104.3

12.3

4.3

2.3

1.7

0.7

1.5料场分布

1.5.1心墙土料场

在各设计阶段，对心墙土料的勘探试验进行了大量的工作，先后完成了金盆、武家庄、永泉、毛家湾、田家沟等料场的勘探工作，根据勘探试验成果选定了金盆、武家庄、永泉三个料场，对选定的三个料场在初查的基础上又进一步做了详查。

金盆料场位于黑河左岸上金盆古河道内，属水库淹没区，武家庄料场位于金盆东北边缘的山坡上，永泉料场位于金盆西北周城公路之西的山坡上。

三个料场土料普遍存在的问题是天然含水量偏高，土料均需要翻晒后方可上坝。

初设阶段在考虑土料的物理力学指标，特别是土料的击实性能及天然含水量、储量等因素后，本着尽量少占用耕地、减少征地、增加库容的原则，确定心墙填筑以金盆料场为主料场，武家庄料场作为辅助料场，永泉料场为备用料场。

施工单位于截流前进行了金盆料场土料现场碾压试验。

在试验中发现翻晒时，土料结块难以粉碎，土块外干内湿，在碾压后的土层中，发现夹有碎土块，土层在碾压过程中发生剪切破坏。

经研究，决定将金盆料场转为备用料场，加紧对武家庄、永泉料场的复查和碾压试验工作，同时尽快寻找新的土料场。

在综合考虑了土料性质、储量、运距、天然含水量等因素后，选择荞麦窝、猴子头、上黄池、钟楼山、武家庄料场Ⅰ区、Ⅱ区土料及金盆料场含砾土作为心墙土料，所选用的料场土料从颗分看，绝大部分为粉质粘土，少部分为重粉质壤土。

上述料场存在的问题为天然含水量偏高需翻晒，储量均较小，场地面积小，土料翻晒强度低。

1.5.2土料的压实设计标准

表3土料最大干密度和最优含水量

土料

干法制样

湿法制样

ρmax（g/cm3）

ωop（%）

ρmax（g/cm3）

ωop（%）

狮子头

1.700

18.8

荞麦窝

1.720

18.8

1.680

20.2

武Ⅱ

1.705

19.2

1.679

21.0

上黄池

1.714

19.3

1.674

20.9

钟楼山

1.697

19.0

1.675

19.7

土料现场碾压试验采用英格索兰17.6t自行式凸块振动碾和气胎碾进行，四个料场的试验结果见表4。

表4土料现场碾压试验成果

土料名称

压实干密度（g/cm3）

含水量（%）

铺土厚度（cm）

碾压方式及遍数

备注

狮子头

1.700

17.6

21～22

凸块8遍，气胎4遍

荞麦窝

1.726

18.8

25～27

凸块8遍，气胎4遍

武Ⅱ

1.720

19.9

25～30

凸块8遍

12遍后，局部剪切破坏

上黄池

1.690

18.6

23～25

凸块8遍

8遍后，个别地方剪切破坏

考虑到黑河大坝的坝高和重要性，以及土料压实性能的不均匀性和碾压机具压实功能较大，土料的设计干密度为1.68g/cm3，同时，规定土料的压实系数不小于0.99，这样可以避免压实性能好的土料得不到充分压实。

1.5.3砂卵石设计干密度

坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游0.5～6km范围内的河床砂卵石。

根据SDJ18-84《碾压式土石坝设计规范》及SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，砂卵石水上部分的填筑相对密度为0.7，水下部分的填筑相对密度为0.8。

在考虑了料场砂卵石料含砾量的分布范围后，确定砂卵石的设计干密度为2.33g/cm3，Dr=0.7，干密度为2.24g/cm3，Dr=0.8。

项目

料场

含水量

自然土干容重（t/m3）

松土折自然土系数

设计干容重γd（t/m3）

粘性土

砂砾料

反滤料

16%

1.45

1.65

0.86

0.71

0.73

0.71

1.68

2.33

2.24

2.33

1.6开竣工要求

1998年10月开工，2001年12月竣工。

说明：

在本次设计中可不考虑基础开挖与处理事宜，但应考虑导流时段对坝体上升的要求（即拦洪渡汛、施工进度计划安排）。

要求同学们初拟施工进度计划。

1.7水文资料

可采用的水文资料如下：

CV=0.63,Cs=3；Xp50=3557.69m3/s，Xp100=4096.65m3/s,Xp200=4628.03m3/s,Xp20=2846.66m3/s。

2确定施工导流阶段

2.1计算坝前水深

工程于1998年10月开工，2001年12月竣工，工程总历时39个月，在整个施工期共经历了3个汛期，综合各方面考虑，进行施工分期。

根据有压流计算公式Q=ωμ（2gz）1/2，可推算出工程正常运行时的流域面积

ω=Q/μ（2gz）1/2=Xp500/μ（2gz）1/2

=5100/0.75×（2×9.8×（594-493.5）1/2=153.2m2

当遇到20年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p20=X2p20/μ2ω22g+493.5

=2846.662/0.752×153.22×2×9.8+493.5=524.8m

同理可知

当遇到50年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p50=542.4m

当遇到100年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p100=558.4m

当遇到200年一遇洪水时，在坝前水位：

▽p200=576.3m

2.2施工导流阶段

本工程采用全段围堰法和隧洞导流相结合的导流方案。

2.3坝体施工阶段

2.3.1坝体施工第Ⅰ阶段

第一次汛期来临前可归为坝体施工Ⅰ阶段共九个月即1998年10月至1999年6月，由于作业面宽，这一段为施工高峰期，根据坝体剖面尺寸，可估算出汛期来临时即1999年6月底，坝体施工高度达到517m。

第一次拦洪度汛（1999年7月-1999年9月），根据拦洪标准第一次拦洪度汛应能拦截50-20年一遇洪水，此阶段为施工期，坝体继续上升，根据水文计算可知在围堰作用下，20年一遇洪水可拦截，50年一遇洪水无法拦截，为确保坝体安全，用围堰挡水隧洞泄水。

2.3.2坝体施工第Ⅱ阶段

第一次拦洪度汛至第二次拦洪度汛期来临可作为坝体施工第Ⅱ阶段，即1999年7至2000年6月，共12个月，作业面较第一次施工窄，根据填筑方量估计到2000年6月底，坝体施工高度达到577m。

第二次拦洪度汛即2000年7月至9月，根据拦洪标准第二次拦洪度汛应能拦截200年一遇洪水，已知水库总库容为2亿m3,有效库容1.774亿m3,校核水位598.04m，死水位520m，直线内插可得坝前水位577m时拦洪库容1.52亿m3,能拦截200年一遇洪水。

2.3.3坝体施工第Ⅲ阶段

此施工期共经历12个月，作业面继续变窄，施工强度低，2001年6月坝体施工高度594m，累计施工高度17m。

第三次拦洪度汛2001年7月至2001年9月，此时坝体高度达594m，直线内插可得拦洪库容为1.91亿m3，能拦蓄500年一遇洪水。

2.3.4坝体施工第Ⅳ阶段

2001年7月至2001年12月此阶段为完建期，施工作业面减小，施工强度最小，2001年12月底工程基本完工，此阶段累计高度6m。

3确定形象进度

3.1第一期工程量确定

初步估计第一期土体方量V=253.79万m3,V粘=71.22万m3,V反=9.99万m3,V石=172.57万m3

517

4510

3493.5

2484

475.2

由图上比例3.6/80.2=4/L475.2可测得L475.2=89.1m,L484=120.3m,L493.5=289.6m,L510=289.6m,L510=285.16m,L517=289.6m

S=S1+S2+S3+S4=（120.3+89.1）×（484-475.2）×0.5+（289.6+120.3）×（493.5-484）×0.5+289.6×（510-493.5）+（289.6+285.16）×（517-510）×0.5=9658.45m2

B484=440-（600-484）ctg45o-（600-484）ctg52o=233.37m

B517=440-（600-517）ctg45o-（600-517）ctg52o=292.15m

B=（B484+B51）/2=262.76m

V=BS=262.76×9658.45=253.8×104m3

S粘=（55.7+77.97）×（517-475.2）/2=2793.7m2

B粘=（B517+B475.2）/2=254.9m

V粘=S粘B粘=712177.76m3

S反=49.01×（3+5）=392.09m2

V反=392.09×254.9=99943.7m3

V石=V-V粘-V反=1725732.84m3

同理可得第二期、第三期、完建期工程量如下。

3.2第二期工程量确定

估计第二期土体方量V=458.94万m3,V粘=78.19万m3,V反=18.95万m3,V石=361.79万m3。

3.3第三期工程量确定

估计第三期土体方量V=47.84万m3,V粘=9.49万m3,V反=2.95万m3,V石=35.49万m3

3.4完建期工程量确定

估计完建期土体方量V=6.01万m3,V粘=1.35万m3,V反=1.55万m3,V石=3.18万m3,S=139.92m2,B=434.61m

3.5初拟施工方案的形象进度

施工形象进度计划

项目

工作量（m3）

日期

坝体一期

253.8

1998年10月—1999年6月

平均强度28.2（m3/月）

坝体二期

458.94

1999年7月—2000年6月

平均强度38.25（m3/月）

坝体三期

47.84

2000年7月—2001年6月

平均强度3.99（m3/月）

完建期

6.01

2001年7月—2001年12月

平均强度1.0（m3/月）

4确定各期的强度

4.1确定有效施工期

根据规范，法定节假日和各月因雨天停工天数如下表：

一月元旦1天，二月春节3天，五月劳动节3天，十月国庆节3天。

施工工作日分析表

一

期

二

期

三

期

完建期

粘土

183

199

反滤料

264

344

169

石料

266

356

180

4.2挖运强度的确定

土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的上坝强度，上坝强度又取决于施工中的气象水文条件、施工导流方式、施工分期、工作面的大小、劳动力、机械设备、燃料动力供应情况等因素。

对于大中型工程，平均日上坝强度通常为1至3万m3,高的达到10万m3左右。

在施工组织设计中，一般根据施工进度计划各个阶段要求完成的坝体方量来确定上坝和挖运强度。

合理的施工组织管理应有利于实现均衡生产，避免生产大起大落，使人力、机械设备不能充分利用，造成不必要的浪费。

4.2.1确定上坝强度

上坝强度QD（m3/d）按下式计算：

QD=V＇KaK/TK1

式中V＇--分期完成的坝体设计方量（m3）,以压实方计；

Ka――坝体沉陷影响系数，可取1.03～1.05；取1.05

K――施工不均匀系数，可取1.2～1.3；取1.3

K1――坝面作业土料损失系数，可取0.9～0.95；取0.95

T――施工分期时段的有效工作日数，d，等于该时段的总日数扣除法定节假日和因雨停工的日数，后者取决于降雨强度、上坝土料性质等因素；

一期QD=QD粘+QD反+QD石=15457.49m3/d

QD粘=V粘＇KaK/T粘K1=712178×1.05×1.3/183/0.95=55910.73m3/d

QD反=V反＇KaK/T反K1=99944×1.05×1.3/264/0.95=543.95m3/d

QD石=V石＇KaK/T石K1=1725732×1.05×1.3/266/0.95=9321.81m3/d

二期QD=QD粘+QD反+QD石=21360.02m3/d

QD粘=V粘＇KaK/T粘K1=781909×1.05×1.3/199/0.95=5645.6m3/d

QD反=V反＇KaK/T反K1=189539.3×1.05×1.3/344/0.95=791.68m3/d

QD石=V石＇KaK/T石K1=3617880×1.05×1.3/356/0.95=14922.74m3/d

三期QD=QD粘+QD反+QD石=2234.41m3/d

QD粘=V粘＇KaK/T粘K1=94035×1.05×1.3/199/0.95=678.96m3/d

QD反=V反＇KaK/T反K1=29489×1.05×1.3/344/0.95=123.17m3/d

QD石=V石＇KaK/T石K1=354869×1.05×1.3/356/0.95=1432.28m3/d

完建期QD=QD粘+QD反+QD石=384.36m3/d

QD粘=V粘＇KaK/T粘K1=13545×1.05×1.3/85/0.95=228.97m3/d

QD反=V反＇KaK/T反K1=15491×1.05×1.3/169/0.95=131.71m3/d

QD石=V石＇KaK/T石K1=31780×1.05×1.3/180/0.95=253.68m3/d

4.2.2确定运输强度

运输强度QT（m3/d）根据上坝强度QD确定：

QT=QDKc/K2

式中Kc――压实影响系数，Kc＝γ0/γT，γ0为坝体设计干容重，t/m3，γT为土料运输的松散容重，t/m3；

K2――运输损失系数，可取0.95～0.99，因土料性质及运输方式而异。

取0.95。

项目

料场

含水量

自然土干容重（t/m3）

松土折自然土系数

设计干容重γd（t/m3）

K＇c

粘性土

砂砾料

反滤料

16%

1.45

1.65

0.86

0.71

1.68

2.33

1.34

1.99

1.16

1.41

一期QT=QT粘+QT反+QT石=28553.45m3/d

QT粘=QD粘Kc/K2=55910.73×1.34/0.95=7887.28m3/d

QT反=QD反Kc/K2=543.95×1.99/0.95=1139.43m3/d

QT石=QD石Kc/K2=9321.81×1.99/0.95=19526.74m3/d

二期QT=QT粘+QT反+QT石=40880.84m3/d

QT粘=QD粘Kc/K2=5645.6×1.34/0.95=7963.27m3/d

QT反=QD反Kc/K2=791.68×1.99/0.95=1658.36m3/d

QT石=QD石Kc/K2=14922.74×1.99/0.95=31259.21m3/d

三期QT=QT粘+QT反+QT石=4215.95m3/d

QT粘=QD粘Kc/K2=678.96×1.34/0.95=957.69m3/d

QT反=QD反Kc/K2=123.17×1.99/0.95=258.01m3/d

QT石=QD石Kc/K2=1432.28×1.99/0.95=3000.25m3/d

完建期QT=QT粘+QT反+QT石=1130.26m3/d

QT粘=QD粘Kc/K2=228.97×1.34/0.95=322.97m3/d

QT反=QD反Kc/K2=131.71×1.99/0.95=275.90m3/d

QT石=QD石Kc/K2=253.68×1.99/0.95=531.39m3/d

4.2.3确定开挖强度

开挖强度Qc（m3/d）仍根据上坝强度QD确定：

Qc=QDK＇c/（K2K3）

式中K＇c――压实系数，为坝体设计干容重γ0与料场天然容重γc的比值；见上表

K3――土料开挖损失系数，随土料特性和开挖方式而异，一般取K3=0.92～0.97。

本设计取0.95去

一期QT=QT粘+QT反+QT石=22600.69m3/d

Qc粘=QD粘K＇c/（K2K3）=55910.73×1.16/0.95/0.95=7187.15m3/d

Qc反=QD反K＇c/（K2K3）=543.95×1.41/0.95/0.95=849.83m3/d

Qc石=QD石K＇c/（K2K3）=9321.81×1.41/0.95/0.95=14563.71m3/d

二期QT=QT粘+QT反+QT石=31807.45m3/d

Qc粘=QD粘K＇c/（K2K3）=5645.6×1.16/0.95/0.95=7526.39m3/d

Qc反=QD反K＇c/（K2K3）=791.68×1.41/0.95/0.95=1236.86m3/d

Qc石=QD石K＇c/（K2K3）=14922.74×1.41/0.95/0.95=23314.20m3/d

三期QT=QT粘+QT反+QT石=3302.8m3/d

Qc粘=QD粘K＇c/（K2K3）=678.96×1.16/0.95/0.95=872.68m3/d

Qc反=QD反K＇c/（K2K3）=123.17×1.41/0.95/0.95=192.43m3/d

Qc石=QD石K＇c/（K2K3）=1432.28×1.41/0.95/0.95=2237.69m3/d

完建期QT=QT粘+QT反+QT石=896.

展开阅读全文