讲课大纲chapter109.docx

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讲课大纲chapter109

绪论

（一）本课程的性质与任务

.是一门理论与实践紧密结合的专业课。

.本课程的主要任务是：

使学生具有水利水电工程施工技术和施工组织的基本知识，了解水利水电枢纽工程主要水工建筑物的施工方法，了解施工学科的新技术和发展的新动向。

为今后从事大、中型水利水电工程的开发、施工、组织、管理、经营和科学研究等工作打下基础。

（二）施工的任务和特点

工程施工指的是合理组合资源，使设计兰图变为现实的一个生产过程；

.施工的任务包括：

施工组织设计：

施工机械;施工技术施工组织与管理;

规划设计阶段：

按规范要求编制施工组织设计报告和图件

施工阶段：

确定施工方案的可行性

实施中的组织及管理：

科研试验及施工反馈设计：

施工期的观测、试验、研究及经验教训

.水利工程施工的特点：

水流控制问题突出；

受自然条件影响大；

工程综合性要求全面规划，综合统筹；

工程质量的保证；

施工准备工程量大；

现场施工组织管理难度高；

应注意施工中的安全问题。

（三）施工组织管理的基本原则

.全面贯彻执行多快好省的施工原则；

.按基本建设程序办事；

.按系统工程的原理合理组织施工；

.实行科学管理；

.一切从实际出发遵从施工的科学规律；

其根本目的为：

做好人力物力的综合平衡，实现均衡、连续、有节奏的施工。

.体系（与一般施工程序有关）；

内容：

施工技术、施工机械、施工组织及施工管理；

水利工程施工的特点决定了本课程的特点

.它涉及到工程建设的各个阶段，并且是其中的一个关键环节；

.实践性强，综合性强，具有挑性；

.内容丰富，知识面宽，涉及到多个学科。

教学环节：

课堂讲授、教学录象；作业、课程设计；实习

注意：

以施工程序为线索；掌握基本概念；系统工程原则；

第一章施工导流

施工导流设计主要任务:

分析基本资料；导流设计流量；导流方案及导流建筑型式;导流建筑物的布置、构造及尺寸；导流建筑物施工；截流、拦洪度汛和基坑排水；

河水蓄泄与干地施工之间的矛盾---即：

解决水流与施工场地争河床空间的问题；并尽可能不（少）影响河流的综合利用；

采用的方法为，

导：

临时建筑物引导水流；

截：

截断原河床水流；

拦：

拦、挡水，形成干地施工条件；

蓄：

施工期间河水的贮蓄及水资源综合利用；

泄：

施工期间河水下泄和洪水渲泄。

施工水流控制－施工导流设计的主要任务

：

分析基本资料，选定导流标准，划分导流时段，确定导流设计流量；

：

选择导流方案及导流建筑型式；

：

确定导流建筑物的布置、构造及尺寸；

：

导流建筑物修建、拆除、堵塞等施工方法；

：

截流、拦洪度汛和基坑排水等环节的措施；

1.1导流方式与泄水建筑物

导流方法分为：

河床外：

利用河床以外空间引导水流,形成施工基坑。

即,全段围堰法导流；

河床内：

利用河床部分空间引导水流,形成施工基坑。

即,分段（分期）围堰法导流；

汛期过水：

汛期不在河床内施工，基坑过水。

即，淹没基坑法导流。

一、全段围堰法导流（河床外导流方法）

（一）特点及适用条件

利用一次断流围堰拦断河流，水流经旁侧的临时泄水建筑物下泄，基坑内全线施工。

适用于河床较狭窄，施工面较小的河流中。

按泄水建筑形式不同,全段围堰的导流方法可分为：

隧洞导流、明渠导流及其它形式导流。

（二）导流建筑物的组成

.临时挡水建筑物：

上游围堰、下游围堰；

.临时泄水建筑的形式：

导流隧洞、导流明渠、其它形式；

（三）泄水建筑物形式及布置

1.导流隧洞

适用于：

山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻。

（1）特点：

小挖方，高单价；永临结合；超泄能力较低；

（2）布置：

.布置中应注意改善隧洞的过流条件：

.平面布置上：

>洞内水力条件：

洞线宜直；转弯半径大于5D。

>进出口水流衔接：

与河流交角30；

>防冲刷：

距上下游围堰距离宜大于50m。

>隧洞衬砌及n值：

临时过水，光面爆破，降低n.

>地形和地质：

符合相应要求，与明渠比较。

立面布置上：

>防淤高程：

>消能防冲：

>水面衔接：

>永临结合的形式：

>洞进出口地形：

2.导流明渠

适用于：

河岸坡平缓，有河滩地利用的河流。

（1）特点：

大挖方，低单价;可与引水渠结合;超泄量大,易于实现河流综合利用；

（2）布置原则:

.保证良好的水力条件;

.尽量减少开挖量,选择合理轴线及宽度;

.保证边坡稳定性.

.具体布置中应注意：

.断面形式

：

矩形、梯形、复式断面

.平面布置上

>进出口水流衔接：

与河流交角30；

>防冲刷：

距上下游围堰距离50-100m。

>衬砌及n值：

临时过水，光面爆破，降低n值.

>地形和地质：

符合相应要求，与隧洞比较。

.立面布置上：

>减少向基坑内的入渗

>防淤高程：

>消能防冲：

>水面衔接：

>永临结合及封堵：

3.其它辅助泄水建筑物

适用于：

河流流量较小时。

（1）特点：

常用于枯期或施工初期导流;简便易行；

（2）形式：

期涵管，渡槽。

二、分段围堰法导流：

（河床内导流方法）

（一）特点及适用条件

即在空间上把待施工的建筑物横河流向分成几段;在时间上把整个工期划分为几个施工时期;

初期利用束窄河床导流，泄流通道与基坑各占部分河床空间；后期利用初期已建成的临时泄水建筑物导流，完成坝体施工。

适用于河床较宽，施工工程量较大及有综合利用的河流中。

（二）导流建筑物的组成（以两段两期为例）

按不同分期,不同分段,导流建筑物的组成不同

一期导流建筑物:

挡水：

一期上、下游横向围堰、纵向围堰；

泄水：

为束窄河床（部分河床）；

二期导流建筑物：

挡水：

二期上、下游横向围堰、纵向围堰；

泄水：

为一期预先建成的导流底孔、缺口及其它泄水建筑形式。

（三）泄水建筑形式及布置

1.束窄河床导流--用于分段围堰法的前期

特点：

泄流能力大，还可与导流明槽的布置相结合；

束窄河床水力学计算

2.底孔、缺口及联合导流—常用于后期

特点：

底孔引导枯期水流，缺口渲泻洪水

底孔与缺口联合水力学计算

3.其它泄水建筑形式

综上，分段围堰法导流建筑物的特点：

一、二期导流建筑物的不同体现为:

不同段\期,围堰位置不同,泄水空间不同；

不同段\期,建筑物高程不同，导流方式不同。

（四）确定分期和分段的原则

.

（1）段数和期数：

多为两期两段，段数与期数不一定相等。

影响因素：

施工强度、进度要求、河面宽度、综合要求等。

（2）分段位置：

（以两段两期为例）

可用河床束窄程度系数K来描述：

K=A1/A2×100%

即：

围堰和基坑所占过水面积的相对值。

K值通常取值为40-70%（详见表1-1）

影响因素：

河床通航等允许流速、围堰和河床的防冲流速、两期施工均衡性、地形、地质、水工建筑物特征、后期截流难度。

（3）分期施工顺序：

优先选择水电站、船闸等可提前受益的工程.

保证后期导流顺畅。

三、淹没围堰法导流

（河床内、外导流方法中均可采用）

（一）特点及适用条件

特点：

枯期围堰挡水，围护基坑，工程施工；汛期围堰过水，基坑过水，工程停工；

适用条件：

山区河流，水位变幅大；基坑淹没时间短；河流泥沙含量不高。

（二）关键问题

工期、淹没损失、导流费用

四、导流方法小结

着眼于工程整个施工期的水流控制

恰当组合，灵活应用

导流方法的合理组合

1.2围堰工程

围堰工程系临时挡水建筑物，用于围护基坑。

导流任务完成后，一般应予拆除。

一、概述

（一）围堰的分类

.

（1）按与水流相对关系分：

横向围堰、纵向围堰

.

（2）按构筑围堰的材料分：

土石围堰、砌石围堰、木围堰、草土围堰--当地材料

钢筋砼及砼围堰、钢板桩围

.（3）按围堰是否过水：

不过水围堰、过水围堰

（二）对围堰的的基本要求

（1）具有足的稳定性、防渗性、抗冲性和一定强度。

（2）就地取材造价便宜，构造简单，修建、拆除方便。

（3）围堰布置求水流平顺，不发生严重的局部冲刷。

（4）接头及联结可靠，不致因集中渗漏破坏引起失事。

（5）对过水围堰，沿须满足过水要求。

（6）在必要时，应设置抵抗冰凌、船筏冲击破坏的措施

二、围堰的基本型式及构造

土石围堰、过水土石围堰、混凝土围堰、钢板桩格型围堰、其它围堰形式

（一）土石围堰

（1）特点：

充分利用当地材料甚至开挖的废弃料，构造简单，施工方便，可在水流（深水）中施工，适应性广，可在岩基或软基上修建。

土石围堰的几种形式（重点在防渗措施）。

（2）具体形式，如图。

（3）土石围堰小结：

.坝壳填筑材料多用开挖料或任意料。

.堰体防渗多样化：

材料可用粘土、风化砂、砼、木板、土工膜，灌浆帷幕等。

形式包括心墙、厚心墙、斜墙，也可用灌浆或防渗墙形成。

.围堰基础防渗：

可用上游铺盖、帷幕、防渗墙。

.剖面形式：

多样化，常与施工方法有关。

（二）过水土石围堰：

1.过水土石围堰是一种特殊的土石围堰

（1）两种破坏作用：

泄流冲刷作用和渗透压力作用：

（2）采用的防护措施：

大块石护面、钢筋石笼护面、加筋护面及混凝土板护面；

2.形式及布置

（1）混凝土板护面过水围堰

A.几种形式施工方式；面板截面型式；面板连接方式；排水设施

B.工程实例江西上犹江水电站，如图。

（2）加筋土石过水围堰

一种简易过水围堰形式，如图。

（三）混凝土围堰：

1.特点:

断面紧凑,抗冲、防渗和整体性强,易于与永久砼建筑物相结合.但需在低围堰防护下的干地基坑条件施工。

可做纵向围和过水围堰。

2.形式及布置

（1）拱型混凝土围堰，如图。

（2）重力式围堰，如图。

（四）钢板桩格形围堰：

（1）围堰组成

钢板桩格形围堰采用机械化组成装，先在基础中打入桩板,呈闭合格形体,再向格体内填料,形成实体.如图。

（2）特点:

施工速度快,多数钢板桩可重复使用.堰体断面紧凑,整体性强,具有较强的抗滑和抗倾能力.

（3）钢板桩格形围堰的几组合形式及施工，如图。

（五）草土、竹笼、木笼等围堰

（1）围堰形式及施工

草土围堰：

图。

草捆与土层相间铺筑施工,可防渗。

竹、木笼围堰：

笼体整体沉水中，填以土石料形成混合体。

多采用面板防渗。

（2）围堰特点

历史悠久，就在取材，断面紧凑，有一定抗冲能力。

可在水中施工，便于拆除，施工速度快，常做纵向围堰。

但承受水头不大。

围堰型式小结

（1）围堰选型应满足围堰的基本要求；

（2）基坑不淹没时，不过水的上、下游围堰常采用土石围堰，以便水下施工和降低造价。

（3）纵向围堰常采用混凝土（或浆砌块石）围堰，已减小河床束窄程度，满足抗冲要求。

作用水头较小时可因地制宜采用竹笼类围堰。

（4）过水围堰可采用混凝土（或浆砌块石）围堰，在作用水头不高时也可采用过水土石围堰。

（5）围堰高程和布置由导流水力学计算确定。

三、围堰的布置与堰顶高程

包括围堰平面布置、立面布置和纵向围堰布置

1.平面布置

全段围堰法初期导流平面布置示意图。

应按导流方案、主体工程轮廓和对围堰的要求提出。

基坑坡趾与主体轮廓距离不应小于20～30m

（1）距离：

满足：

基坑内排水、交通道、堆放材料、开挖边坡。

见右图

（2）围堰平面形态

>分段围堰法导流时，上、下游围堰常呈梯形布置，已满足水流顺畅。

>全段围堰时，围堰常与河道垂直，以减少工程量。

>考虑与岸坡、基坑运输道路的布置和衔接。

（3）地形、永临结合及模型试验

>利用有利地形，如三峡、铜街子利用河心岛。

>结合泄水建筑物，如导墙做纵向围堰。

>重要的大、型工程的围堰布置通过模型试验确定。

2.立面布置，如图所示。

堰顶高程应高于堰前水位：

下游围堰堰顶高程Hd：

Hd=hd+ha+安全超高（安全超高查表）

上游围堰堰顶高程Hu：

Hu=hu+z+ha+安全超高

z为上下游水位差，m。

ha为吹程。

见右图。

3.纵向围堰高程及布置

上游段高程同上游围堰；

下游段高程同下游围堰；

见图。

四、围堰的防渗、接头和防冲

1.围堰的防渗

（1）防渗的基本要求

一般档水建筑要求，防止渗透破坏、减少渗漏量。

（2）防渗形式

因地制宜，多样化

（3）围堰的水中填筑

水中填筑防渗体的质量保证。

2.围堰接头处理

（1）接头位置，如图，

围堰与围堰；围堰与其它建筑物；围堰与岸坡

（2）防渗、绕渗，如图，

在接头处设剌墙。

3.围堰防冲，如图

>平面布置形态合理，

>与主流一致。

>并考虑与永久建筑物位置关系。

.五、围堰拆除：

导流任务完成后，应按设计要求拆除。

以免影响永久建筑物的施工及运行。

如图所示。

拆除方法：

机械开挖、人工拆除、爆破拆除。

拆除顺序：

从背水坡开始。

1.3导流设计流量

导流设计流量是进行导流方案选择、导流建筑物设计的基本依据。

确定方法：

在一定标准和时段下的流量;长期预报

一、导流标准

（一）导流标准的概念

选择导流进行施工导流设计的标准，包括初期导流标准、坝体拦洪度汛标准、孔洞封堵标准

确定方法：

规范（分级分类）标准；风险分析

按施工组织设计规范的规定的做法：

先确定导流建筑级别，再按级别和类型确定标准

（二）导流建筑物级别及标准

（1）导流建筑物级别划分：

几个因素:

保护对象\失事后果\使用年限\工程规模

Ⅲ　　特殊Ⅰ级重大>3h>50m,V>1亿m3

ⅣⅠⅡ级较大1.5-315-50m,0.1-1亿m3

ⅤⅢⅣ级较小<1.5h<15m,V<0.1亿m3

特殊情况尚应做特殊处理,如

三峡工程二期上游围堰水头70余米,定为Ⅱ级建筑物

三期碾压砼上游围堰水头115米,定为Ⅰ级建筑物

（2）导流标准的选择

按导流建筑物级别和围堰类型选择初期导流标准：

见表

采用洪水重现期T表示,T=1/P（P为洪水出现频率）

如何在表中给出的重现期范围内选取一个合理的T?

方案技术经济比较，一个实例。

（三）导流标准风险度分析

导流标准低，不能保证安全施工；

导流标准高，增加导流费用，施工期加长。

可结合风险度分析，选择经济合理导流标准。

（1）导流标准的风险度（率）R

风险度的概念:

T年标准的洪水在L年中可能出现的机率

对风险度R与最优洪水重现期的定性描述：

T↑,导流标准高,导流设计流量大,导流建筑物造价高,但R↓,风险损失小;

L↑,围堰失事可能性增加,R↑,风险损失大,L对风险度影响明显;

如何合理评价风险损失是其关键？

选择适当的风险度R,使导流建筑物的造价+风险损失费用→min

相应的T即为最优洪水重现期

引入---导流系统动态综合风险率R

导流系统动态综合风险率：

表达：

用堰前水位刻画。

影响因素：

施工洪水入库过程；导流建筑泄水过程；库容与水位的关系；起调水位。

（2）导流标准风险度的方法

（1）分析过程

首先，应计算导流系统的动态综合风险率；然后，综合考虑风险、投资与工期三者的关系;进行多目标决策。

（2）问题描述

风险率的表示：

R=f（Zu>Hu）

使用n年内：

R（n）=1-（1-R）n

分析模型：

多目标决策模型

如：

n年内风险损失与导流建筑价造最小；一定工期下风险与投资最少。

二、导流时段的划分

1.何谓导流时段

不同时期----不同导流方法,不同的挡泄水建筑物

这种不同导流方法的组合----导流程序

导流时段即按导流程序所划分的各施工时段的延续时间

不同导流时段，流量不同。

2.河流全年流量变化过程及时段划分

.影响导流时段划分的主要因素：

（1）河流水文特征：

几个典型分期

（2）水工建筑物型式和布置：

土石坝、重力坝、拱坝及布置特征

（3）导流方案：

不同时段，不同导流建筑物

（4）施工进度:

有效施工时间

三.导流设计流量的确定

概念：

某导流时段内的最大流量（按相应导流标准）

1.不过水围堰的导流设计流量

根据导流时段,即围堰挡水时段确定:

.挡全年洪水:

挡水与泄水建筑物相同;

.挡枯期来水:

挡水与泄水建筑物不同.

2.过水围堰的导流设计流量-允许基坑淹没.

.过水期标准:

标准同上,但用于过水措施设计;

.挡水期标准:

可参照上述标准,进行技术经济比较

若水文系列较长,由实测资料确定.

3.允许基坑淹没导流方案的技术经济比较

对导流时段的确定应进行技术经济比较。

.研究最优导流设计流量Qm

（合适的时段和标准）

以总费用最小确定：

导流建筑物费用+基坑淹没损失费用→min

相应的导流时段为最优导流时段

如图所示

某工程导流时段的选择实例略

复习与补充:

导流建筑物的水力计算

目的:

拟定泄水建筑物尺寸;确定围堰高程及高度;为计算导流方案工程量提供依据.

一、分段围堰法前期---束窄河床导流的水力计算

二、分段围堰法之后期---底孔与缺口导流的水力计算

三、全段围堰法的隧洞---隧洞导流的水力计算

四、全段围堰法的明渠---明渠导流的水力计算

一、分段围堰法之前期导流的水力计算

要求:

束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围堰的高程及长度。

1.上游水位计算（上游水位壅高）

（下游水位按实测水位流量关系确定）

绘出束窄河床导流水位计算简图如下：

图中z为上下游水位差,m;

v0为上游围堰前（原河床）水流的行近流速,m/s;

vc为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s;

图中z为上下游水位差,m;

v0为上游围堰前（原河床）水流的行近流速,m/s;

vc为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s;

（1）计算公式[教材公式（1-3）]

上述计算简图中，可近似假定hc=hd，按能量方程：

式中,河床束窄断面处流vc为：

（公式1-4）

QD为导流设计流量,m3/s.

设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为Au:

则v0为而Au与河床地形与z有关.

Au=f（z）

（2）试算法求z：

已知:

导流设计流量QD;河床水位-面积曲线H-A;

下游水位-流量关系曲线hd-Q；K及其它系数。

计算步骤:

step1:

由QD,K求vc,校核vc是否小于允许流速[vc]，

并选定各种系数值;

step2:

设z=zs,求hu,=hd+zs。

并查得Au;

step3:

求v0=QD/Au;

step4:

将vc和v0代入公式（1-3）,

求出z;

step5:

比较判定|z-zs|

e为计算控制精度,可取0.01m

计算至满足精度要求为止.

2.围堰剖面设计

>堰顶高程计算

>堰顶宽度拟定

>上、下游边坡拟定

>绘横剖面图

>上、下游围堰及纵向围堰布置

二、分段围堰法之后期导流的水力计算

枯期：

流量小，底孔引导水流，缺口上升。

汛期：

流量大，缺口与底孔联合渲泄洪水。

要求:

缺口、底孔的过流量及流速；

确定二期上、下游围堰的高程及长度；

确定二期纵向围堰的高程及长度。

流态：

底孔无压，底孔有压，

底孔+非淹没堰流，底孔+淹没堰流

1.上游水位计算（联合泄流计算工况）

假定：

几种建筑物泄水互不干扰。

（1）计算简图及公式

绘出底孔与缺口联合泄流计算简图如下：

计算公式:

略

水量平衡方程：

QD=Q1+Q2

QD为导流设计流量,m3/s.

可联解上面三个方程,求解.

2.图解计算法（联合泄流计算工况）

略

3.围堰高程计算

同前期导流计算方法

4.围堰布置及尺寸

与前期导流法布置类似;注意位置相互关系.

5.缺口设计

.缺口宽度B:

B=QD／[q]

[q]为临时缺口允许单宽流量,取60-80m3/s/m;

.缺口布置:

施工方便:

结构可靠:

6.底孔设计

.底孔面积:

ω=Q缺/[v]

.底孔数目:

N=ω/b/hb

.底孔布置:

结构要求:

封堵闸门设备:

底坎高程:

河流综合利用:

三、全段围堰法之隧洞导流的水力计算

要求:

隧洞的过流量及流速；

确定隧洞过水断面形式及面积；

确定上、下游围堰的高程及长度；

1.上游水位计算

（1）洞内流态:

明流:

按明渠水流计算;

明满交替流:

尽可能避免;

有压流:

按能量方程推导公式（计沿程损失）；

（2）有压流计算简图及公式

隧洞有压流计算公式：

略

2.围堰高程及布置

同前

3.导流隧洞洞径D选择（洞径优化）

D大,Q大,围堰高度低；D小,Q小,围堰高度高，

隧洞开挖衬砌费用+围堰费用→min

应结合导流隧洞临时支护形式,进行方案的技术经济比较

4.导流隧洞消能防冲

四、明渠导流的水力计算

要求:

明渠的过流量及流速；确定明渠过水断面形式及面积；确定上、下游围堰的高程及长度；

1.上游水位计算

明渠进水口可初估为堰流形式.

1.上游水位计算

明渠进水口可初估为堰流形式.

2.渠内水面曲线推求

用于确定明渠边墙高度

3.明渠断面选择

4.其余计算同前

1.4导流方案选择

从工程开工,到工程完建,按导流程序进行,各种导流方法的组合,即为导流方案.

导流方案贯穿于工程施工的始终.

一、导流方案举例

教材:

表1-4的12个工程的导流方案实例

表中Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.Ⅴ.为分期

二、影响导流方案选择的主要因素

1.水文条件

2.地形条件

3.地质及水文地质条件

4.水工建筑物形型及布置

5.施工期河流综合利用

6.施工进度、施工方法及施工场地布置

三、导流程序及控制性进度计划

导流程序一方面反映了不同时段采用不同的导流方式，另一方面反映了主体工程的整个施工过程。

即，导流程序决定工程控制性进度计划。

对河床内工期起控制作用的关键性时段：

导流建筑完工期限、截断河流时间、坝体栏洪期限、封堵临时泄水建筑物时间、水库蓄水发电时间等。

工程实例，略

第五节截流工程

截流工程即为截断原河床水流所进行的工作。

截流是导流程序中的一个重要环节。

一、截流方式

1.几种方法

戗提法、沉船法、打桩法、定向爆破法。

2.戗提法的基本形式

（1）立堵法

（2）平堵法

3.截流过程描述

戗提→进占→龙口→裹头→合龙→闭气

4.截流举例

略。

二、截流日期及截流设计流量

1.截流日期

既要把握截流时机,又要为后续工作留有余地

考虑以下要求

（1）河流水位显著下降时期（最枯期附近）

（2）截流后,基坑内后续工作的开展（抢渡汛形象）

（3）对航运影响较小的时段（对水位变幅的要求）

（4）北方河流避免开流冰期

2.截流设计流量

一般按P=10％－20％标准的旬或月平均流量．同时，根据实际情况和水文气象预报加以修正

三、龙口参数

1.龙口位置

选择龙口位置应考虑以下技术要求：

（1）水流顺畅：

龙口设在河床主流部分；

（2）河床耐冲：

校核及复底；

（3）场地开阔：

运输及材料堆放；

2.龙口宽度

原则：

在不引起龙口及其下游河床冲刷破坏的前提下，尽可能窄，以减少截流工程量．

3.戗