水利施工组织设计积石峡水电站方案第4章.docx
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水利施工组织设计积石峡水电站方案第4章
第四章施工导流及水流控制
**概况
**主要项目及施工方案说明
施工导截流及水流控制的主要施工项目为：
主河床截流工程；上、下游围堰填筑、维护、基坑内排水和施工期水流控制及度汛。
首先，在截流前完成截流备料的转运与制作、围堰两端水上部分覆盖层及石渣的清理和截流施工Ⅰ期道路填筑；其次在2007年3月20日至3月31日完成截流戗堤施工合龙；再进行截流戗堤闭气、戗堤加高至1802.0m高程及以下的防渗与护坡。
在上游围堰加高的同时进行下游围堰施工，下游围堰分两期施工，Ⅰ期填筑至1786.5m高程后进行高压旋喷防渗处理，高压旋喷完成后进行下游围堰Ⅱ期（1786.5m～1790.0m）填筑；完成上游围堰1802.m以下的闭气处理和下游围堰防渗墙施工后，进行基坑排水；基坑初期抽水完成后立即进行上游围堰防渗体和Ⅲ期填筑；最后在2007年6月30日前完成上游围堰Ⅲ期（1802m～1815m）填筑。
**上、下游围堰工程地质条件
**上游围堰工程地质条件
上游围堰位于面板堆石坝坝轴线上游约267m左右处，左岸岸坡陡立，右岸为Ⅱ级阶地平台，两岸极不对称。
河床覆盖层较薄，厚约1～5m，为砂卵砾石夹块石组成。
围堰左岸接头处岩性为中细砂岩、砾岩，上覆第四系坡积物，厚约3～5m。
围堰右岸接头处为Ⅱ级阶地平台，上部堆积层厚5～10m，基座岩性为弱风化泥质粉砂岩、中细砂岩、砾岩。
上围堰处总体地质条件较好，断层不发育，岩体透水性较弱，河床覆盖层薄，易于防渗处理，可满足围堰基础要求。
**下游围堰工程地质条件
下游围堰位于坝轴线下游585m，坝址下游吊桥上游210m处。
该处平水期河水位高程1779.65m，河面宽60m左右，水深10m。
河床呈宽缓的“Ｕ”字型，河床覆盖层薄，厚0～2.5m。
围堰左右岸接头处岩性为K13-2砾岩，属弱风化岩体，其上部均被较薄的第四系松散堆积物覆盖。
下游围堰处岩体中断裂不发育，基岩透水性较强，需做防渗处理，岩体较完整，可满足基础要求。
下游围堰左岸端头河床基础，存在JZ-4标开挖和低线路施工过程中滑落的石渣，有可能存在架空现象，对围堰闭气不利。
**水文资料
**积石峡水电站各种频率受上游水库调蓄后的洪水洪峰流量见表4-1。
表4-1受上游水库调蓄后的设计洪峰流量表流量：
m3/s
项目
各种频率设计值（%）
**
**
**
**
1
2
5
20
Qm
7550
6050
5850
5600
5400
4990
4280
3160
*此值为逐小时瞬时过程最大流量。
**积石峡分期施工洪水成果见表4-2。
表4-2积石峡分期施工洪水成果表流量：
m3/s
月份
洪水标准（%）
1
2
5
10
1～6
/
/
1460
1460
7～10
3260
2730
2530
2380
11～12
/
/
1460
1460
**原河床水位流量关系
积石峡水电站截流前上下游围堰处的水位流量关系曲线见图4-1。
**分流建筑物水位流量关系
截流施工期导流由导流洞和左岸泄洪排沙洞联合承担，导流洞进口高程为1790.0m。
上游水位～流量关系见图4-2，下游水位～流量关系保持不变。
**主要工程量
见表4-3。
表4-3主要工程量表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
上游围堰
**
清坡（含岸边石渣清理）
m3
17556
**
齿槽开挖
m3
2760
**
石渣填筑
m3
317375
**
1802m高程以上部分（直接上堰量）
m3
59605
**
1802m高程以下部分
m3
257770
**
砂砾石填筑
m3
31288
**
粘土填筑
m3
10190
**
过渡料填筑
m3
18750
**
铅丝笼护坡
m3
5762
**
块石护坡
m3
3523
2
下游围堰
**
清坡（含岸边石渣清理）
m3
2969
**
砂砾石填筑
m3
26567
**
粘土填筑
m3
1644
**
铅丝笼护坡
m3
1696
3
截流工程
**
混凝土四面体
m3
160
**
钢筋笼
m3
1000
**
块石抛填
m3
1000
4
围堰拆除
**
上游围堰拆除（1802m以上）
m3
59605
**
下游围堰拆除
m3
29907
5
围堰工程防渗工程
**
上游围堰
**
土工膜
m2
5294
**
砼截水墙
m3
950
**
下游围堰
**
旋喷灌浆
m2
765
**施工平面布置
根据总体工程布置情况，截流与围堰施工平面布置见《第三卷·图册》截流与围堰施工平面布置图（JSX5-TB-4-1）。
**截流储备料场
依据招标文件要求，截流工程施工所用材料堆存在右岸木场村堆料场，按照不同材料分区堆放。
截流备料场总体平整面积为25000m2，其石渣料堆存场占地面积为15000m2，块石料堆存场占地面积为3000m2，钢筋笼堆存场占地面积为3000m2，混凝土四面体堆存场占地面积为1000m2。
**施工道路
依据招标文件，左右岸主要道路均由业主提供和维护，承包人只需布置现场施工道路。
根据截流与上游围堰施工需要布置三条填筑料运输道路：
均自上游临时施工桥右岸连接道路向下游至围堰位置，高程分别为1793m（截流戗堤高程）、1802m（戗堤加高高程）、1815m（围堰堰顶高程），围堰顶高程道路与上游右岸出渣道路相连接。
下游围堰由业主提供的下游右岸4号施工道路引至1786.5m高程。
具体布置及工程量见《第三卷·图册》截流与围堰施工平面布置图（JSX5-TB-4-1）。
**施工用电与施工照明
主要用电设备有高喷防渗墙施工设备、基坑排水设备及施工区照明等施工用电，电源从本标段上、下游围堰右堰头供电设施点直接引至用电点。
截流施工照明电源从上下游围堰左右岸配电箱引至用电点，配置14盏3000w的管型氙灯照明，可满足施工照明的要求。
其中上游围堰左岸布置3盏，固定在1819m高程平台；上游围堰右岸布置4盏，固定在右岸山体1820.00m高程左右；上游右岸截流备料场固定3盏，固定在专用灯架上；下游围堰左右岸各布置2盏，布置在左右岸1810m高程左右。
**施工用水
主要为堰体高喷防渗墙施工用水，选用2台2”潜水泵从围堰处黄河直接取水，用DN50的焊接钢管将水引至施工作业面。
**施工通讯
依据发包方在循化县提供的施工通讯系统与移动电话公司网络，建立施工通讯系统，施工人员配置对讲机20部，并配手机若干部，现场调度室设置两部固定电话。
**水泥浆制浆站
本次施工制浆量大，制浆强度高，为满足高峰期施工用浆的要求，在下游围堰布置1个集中制浆站。
制浆系统布置见平面布置图，工艺流程见《第三卷·图册》灌浆站平面布置图（JSX5-TB-8-2）。
**高压旋喷施工平台及废浆处理与排放系统
高喷灌浆时，孔口必然冒出大量的浆液，此浆液主要由地层中的土砂粒和水泥成份及水混合而成。
采用三管法施工时，一部分回灌前面喷射的孔，另一部分浆液经自然沉淀除砂后可重新回收利用，不予回收的浆液作为废浆，及时处理排放到指定点。
废浆池的布置见《第三卷·图册》截流与围堰施工平面布置图（JSX5-TB-4-1）。
具体结构与钻孔灌浆工程中的废水处理池相同。
**围堰施工取料场
上游围堰粘土填料取自于上游土料场，位于坝址上游库区，运距约5km；护坡块石填料取自样板弯弃料场，运距约1.5km；砂砾石过渡料取自甘河滩砂砾石料场，运距约9.5km；石渣料取自左岸坝址上游的样板弯料场的3C料，运距约1.5km。
下游围堰堰体填筑料选用甘河滩料场的砂砾石混合料，距下游围堰约9.5Km，粘土填料取自于上游土料场，位于坝址上游库区，运距约5km。
**上、下游围堰与主河床截流的设计
**上游围堰设计
**断面的设计
依据招标文件，我局对上游围堰的体型设计进行了复核。
上游围堰轴线布置在坝轴线上游约267m处，围堰轴线处河床覆盖层厚约为1~5m。
围堰按Ⅳ级建筑物设计，围堰设计标准为20年一遇的洪峰流量，设计流量为2530m3/s，对应的上游水位为1813.5m高程，堰顶高程按规范取1.5m的安全超高，即堰顶高程设计为1815.0m，围堰最大堰高44m，堰顶长度202m，堰顶宽度10m。
围堰临时断面加高高程为1802.0m。
**防渗体设计
上游围堰为土石围堰，截流戗堤采用粘土闭气处理，围堰基础采用混凝土截水墙防渗，深入基岩0.2m，围堰堰体采用土工膜防渗的型式。
土工膜设置形式见《第三卷·图册》围堰施工断面图（JSX5-TB-4-2）。
工程量：
土工膜防渗面积为5294m2，混凝土截水墙950m3。
**围堰闭气与防护设计
围堰戗堤及围堰临时断面采用粘土闭气，粘土与戗堤间设砂砾石过渡料。
围堰上游坡面戗堤1793.0高程以下采用钢筋笼防护，1793m高程以上采用干砌块石防护。
**下游围堰设计
**断面设计
下游围堰布置在坝轴线下游约585m处，围堰轴线处河床覆盖层厚1m~3m，根据导流洞下泄20年一遇洪水流量2530m3/s，对应的下游水位为1789.06m，堰顶高程按照规范取0.5-1.0m的安全超高，堰顶高程设计为1790.0m，最大堰高14.5m，堰顶长度125m。
堰顶宽度考虑到安全度汛时的交通要求，确定为10m。
其断面结构设计尺寸见《第三卷·图册》围堰施工断面图（JSX5-TB-4-2）。
**防渗体设计
下游围堰为戗堤式堰体结构，其顶部设粘土心墙与1786.5m以下的高压旋喷板墙组成全封闭垂直的防渗体系。
高压旋喷防渗墙轴线长为125m，截水面积为765m2，防渗墙造孔间距为10m。
其断面结构设计尺寸见《第三卷·图册》围堰施工断面图（JSX5-TB-4-2）。
**围堰防护设计
下游围堰迎水面1790.0m高程以下设1.0m厚的铅丝笼防护。
**主河床截流设计
**截流的方式、截流时间和截流流量的设计
依据招标文件要求，积石峡水电站施工采用围堰全年挡水、导流隧洞和泄洪排沙底孔联合导流、基坑全年施工的导流方式。
（1）截流的方式的确定
经我局现场考察并结合我局的施工经验，通过对实际情况的分析和招标文件的要求，本工程在截流时左岸不具备交通条件，只能从右岸向左岸单向进占，选定本工程截流方式选用由右岸向左岸进占的单戗堤立堵截流方式。
（2）截流时间的确定
根据招标文件要求，截流开始预进占时间不迟于2007年3月20日，3月31日截流，具体时间按业主通知执行。
（3）截流流量的确定
依据招标文件要求，积石峡水电站截流流量暂定按公伯峡水电站两台机发电，同时考虑公～积区间10年一遇的3月下旬平均流量，截流流量为691m3/s。
**截流戗堤设计
依据招标文件进行截流戗堤断面的设计：
截流戗堤的顶高程为1793.0m，戗堤轴线距围堰轴线47.95m，堤顶宽为10m，堤顶轴线长约124m，戗堤上游坡比为1：
1.3，下游坡比为1：
1.5，龙口进占的坡比为1：
1.5。
最大填筑高度约22m。
为减少围堰的填筑量，截流戗堤设计为上游围堰的一部分，位于上游围堰迎水侧。
在保证戗堤自身稳定的前提下，由于原河床河面宽度较小，为满足截流抛投强度的施工交通要求和堤头稳定性要求，戗堤顶宽度按发包图要求采用10m。
**截流龙口水力特性计算
根据原河床及导流建筑物的水位～流量关系，依据我局以往同类截流工程的施工经验，采用图解法计算截流龙口水力特性，比较接近工程实际。
（1）截流设计流量在截流中分为四部分
Q=Qg+Qd+Qr+Qs（4-1）
其中：
Q——截流设计流量
Qg——龙口流量
Qd——分流建筑物泄流量
Qr——上游河道调蓄流量
Qs——截流基坑渗流量
截流时将Qr和Qs作为安全裕度不予考虑。
则Q=Qg+Qd
（2）不同龙口宽度水力学特性计算
龙口宽度根据不同流态采用不同公式分别计算。
计算基本假定：
视龙口为梯形或三角形过水的宽顶堰；槛顶水面是平的，忽略坡状水面影响；淹没流时上游水深等于下游水深，不计回弹落差；非淹没流时上游水深为临界水深。
淹没流时龙口泄流量用式4-2计算：
（4-2）
式中：
m———流量系数，采用0.30～0.32；本次计算m=0.31；
———淹没系数，龙口呈梯形断面时，hn/H≥0.7时为淹没流，
查巴浦洛夫斯基淹没系数表；龙口呈三角形断面时，hn/H≥0.8时为淹没流，
查别列津斯基淹没系数表
Bcp———龙口平均宽度，Bcp=Shn+b
b———龙口底部宽度（m）；
———龙口下游水位（m）；
———龙口上游水头（m）
非淹没流时龙口泄流量用式4-3计算：
（4-3）
式中：
m———流量系数，采用0.30～0.32，本次计算m=0.31；
———龙口断面平均宽度，Bcp=Shn+b
———临界水位（m）；
其它符号同式4-2
根据龙口流量判别流态，相应选取式4-2、4-3进行不同龙口水力特性计算。
（3）龙口平均流速计算
龙口平均流速按下式计算：
（4-4）
其中
———临界水位（m）；
（4）龙口抛投材料计算
龙口抛投材料块径按下式计算：
（4-5）
式中：
d———石块折算为球体的直径（m）；
vmax———最大流速，计算时取龙口最大平均流速，m/s
g———重力加速度，取9.81m/s2
———抛投体密度，
———水密度，取1t/m3
k———稳定系数，本次截流不护底，取k=0.72。
（5）水力特性计算成果
根据我局类似工程截流的成功经验，单戗立堵进占用流速计算抛投料的粒径比较符合实际。
从计算结果看，按照式4-5计算的块体粒径和以往资料比较接近。
立堵截流水计算图解法见图4-3。
截流水力特性计算结果见表4-4，截流水力特性变化曲线见图4-4。
**截流戗堤主要工程量
依据我局多年类似工程经验并参照国内外类似截流工程的经验及水力学计算成果，石渣料或砂砾石料抛填流失量为抛投料的20%，砂砾石、石渣的备料利用系数为0.98，四面体、钢筋笼、块石料的损失系数取为设计量的10%。
截流工程需准备的材料见表4-5。
表4-4截流水力参数计算表（主河床截流，截流流量Q=691m3/s）
龙口
顶宽
龙口水面宽
上游
水位
截流流量
流态
龙口
流量
龙口水深
龙口平均流速
单宽流量
落差
单宽功率
抛投粒径
抛投
材料
**
**
**
691
非淹没流
**
**
**
**
**
**
**
石渣料
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
块石料
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
四面体
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
四面体
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
四面体
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
块石料
**
**
**
691
淹
没
流
**
**
**
**
**
**
**
块石料
**
**
**
691
**
**
**
**
**
**
**
石渣料
表4-5截流工程备料工程量表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
混凝土四面体
m3
160
2
钢筋笼
m3
1100
3
块石
m3
1100
4
石渣
m3
77754
**主河床截流戗堤及上、下游围堰工程施工
**主河床截流戗堤施工
**主河床截流戗堤的准备工作
（1）主河床截流前需其它承包人完成的工作：
在主河床截流之前JSX-JZ-2标应该完成导流洞的施工和验收工作，满足截流要求。
截流开始施工时，导流洞与左岸排沙洞开始进行分流。
（2）本标段应完成任务
在主河床截流前，完成截流施工组织设计的组织准备、技术准备、岸坡清理、截流材料制备等，至2007年3月15日具备截流条件。
1）截流施工的组织准备
为确保截流施工的顺利进行，在截流前成立截流施工现场指挥部，并将组织机构的设计报监理人。
主要内容包括截流施工组织机构设置、成员分工和责任范围、信息交换方式等。
在截流施工前，由截流施工指挥部组织对截流施工的人员、材料、设备进行检查，达到要求后申请监理人验收。
截流施工现场指挥部负责保持与监理人、发包方的联系。
2）截流施工的技术准备
在2007年1月19日前完成截流施工方案的设计，并报监理人批复。
3）左右岸的岸坡清理
2007年3月15日前完成，左右岸岸坡清理，清理时采用EX210LC长壁反铲开挖，自卸车运至样板弯渣场。
4）截流材料的制备
a．混凝土四面体预制：
预制场地在右岸上游截流备料场。
采用发包方拌和系统供应的成品混凝土、6m3混凝土罐车运输至工作面人工入仓振捣。
2007年2月15日至2月20日计划完成预制混凝土四面体160m3，其中2.0m3的50个，3.0m3的20个。
b．钢筋笼加工：
钢筋由发包人供应，块石从样板弯料场捡集，采用反铲挖掘机装车、20t自卸汽车运至右岸上游截流备料场，在钢筋加工厂完成钢筋笼的制作，现场人工装石、封口。
2007年2月15日至3月15日计划完成加工611个的钢筋笼（尺寸为1.0m×1.2m×1.5m），钢筋笼合计1100m3。
c．块石备料：
从样板弯料场捡集，采用反铲挖掘机装车、20t自卸汽车运至右岸上游截流备料场。
2007年2月15日至3月15日计划完成工程量1100m3。
d．石渣料：
在样板弯料场采用挖掘机/装载机装车、20t自卸汽车运至右岸上游截流备料场。
2007年2月15日至3月15日计划完成工程量77754m3。
**截流戗堤施工方案
截流戗堤的顶高程为1793.0m，戗堤轴线距围堰轴线47.95m，顶宽为10m，堤顶轴线长约124m，戗堤上游坡比为1：
1.3，下游坡比为1：
1.5，龙口进占的坡比为1：
1.5。
最大填筑高度约22m。
截流戗堤位于上游围堰迎水侧。
在保证戗堤自身稳定的前提下，由于原河床河面宽度较小，为满足截流抛投强度的施工交通要求和堤头稳定性要求，戗堤顶宽度采用10m，可供一辆载重量44t的汽车卸料及其它辅助作业机械运行或2辆20t自卸汽车卸料。
依照截流水力特性计算，根据水力特性的变化规律及河床断面形式，截流戗堤共分为Ⅰ区（预进占区）、Ⅱ区（龙口1区）、Ⅲ区（龙口合龙区）三个区。
截流进占分区、截流施工戗堤平面布置见《第三卷·图册》上游围堰截流戗堤分区图（JSX5-TB-4-3）。
（1）I区
I区进占长度约40.48m，顶宽32.2m，顶部高程为1793.00m。
按照图解法计算，在此区段内最大平均流速为2.58m/s。
采用石渣料和块石料抛投至水面以上，水上部分至1793.0m高程按照坝体填筑工艺进行施工，薄层摊铺碾压，层厚80cm，18t自行式振动碾压实，碾压遍数为6～8遍，并按招标文件要求取样检测、以满足规范要求为准。
（2）Ⅱ区
Ⅱ区长度为40.76m，堤顶宽度为10m，堤顶高程1793.0m。
按照图解法计算，在此区段内最大平均流速为4.34m/s。
因此必须准备充足的石渣、块石、钢筋笼和混凝土四面体进行抛填。
Ⅱ区进占采用上、下游角凸出形进占方式，此时先在上游侧抛投大料，将水流挑离戗堤，再用大料抛投下游侧，将落差分担在上下游两侧，然后再用石渣在中间抛投。
经分析，认为此区段为截流的关键时期，最高施工平均强度达600m3/h。
（3）Ⅲ区-龙口合龙区
Ⅲ区为龙口合龙区，此区长度为42.69m，堤顶宽度为10m，堤顶高程1793.0m。
按照图解法计算，在此区段内最大平均流速为3.05m/s。
该区是截流进入最后时期，抛投事先备好的石渣、块石或钢筋笼。
采用端部上挑角抛投块石或钢筋笼，抛投料采用钢筋笼、块石；下游全面抛投齐头并进，最大限度的利用抛投前沿工作面，抛投料采用石渣，全断面填筑直至合龙。
（4）戗堤闭气施工
在完成截流戗堤后进行过度料、粘土闭气料施工，填筑宽度、坡度按照施工图控制。
采用挖掘机从甘河滩装过渡料、20t自卸汽车运至堤顶采用挖掘机从右岸土料场装土，采用后退法卸料。
过渡料完成30m后进行粘土闭气料施工，采用挖掘机从右岸土料场装土，20t自卸汽车运输至堤顶，采用后退法卸料。
**截流戗堤分区工程量及施工强度计算见表4-6。
**截流施工资源配置计划
（1）机械设备选型与配置
1）设备配置选型原则
所选的挖装运机械应能满足施工强度的需要，实际截流施工时石渣料每班10小时
的最高施工强度为Pmax=5998m3/班，混凝土四面体抛投最大施工强度为Pmax=83m3/班，块石抛投最大施工强度为Pmax=313m3/班，钢筋笼抛投最大施工强度为Pmax=234m3/班。
首先选择开挖回填工序中起主导、控制作用的挖装机械，其它机械随挖装机械而定，其生产能力应略大于挖装机械的生产能力。
依据施工实际情况，每天安排两班，每班工作时间按10小时计算。
表4-6截流戗堤工程量及施工强度计算表
分区
截流分区
单位
四面体
石渣料
块石料
钢筋笼
合计
备注
I区预进占
工程量
m3
11304
200
150
16525
预进占计划开始时间2007年3月20日，预进占堤顶宽度32.2m
m3
4871
计划施工时间
h
40
22
16
78
连前累计时间
h
40
62
78
平均施工强度
m3/h
410
9
9
最大施工强度
m3/h
512
11
12
最大班施工强度
m3/b
5123
114
117
Ⅱ区（龙口1区）
工程量
m3
160
38389
600
700
39849
进占时戗堤顶宽度10.0m
计划施工时间
h
24
80
24
36
164
连前累计时间
h
102
182
206
242
平均施工强度
m3/h
7
480
25
19
最大施工强度
m3/h
8
600
31
24
最大班施工强度
m3/b
83
5998
313
243
Ⅲ区（龙口2区）
工程量
m3
0
13320
200
150
13670
进占时戗堤顶宽度10.0m，计划于2007年3月31日合龙
计划施工时间
h
28
10
8
46
连前累计时间
h
270
280
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