导截流设计及施工方案最终版.docx
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导截流设计及施工方案最终版
1、工程概况
1.1工程简介
葫芦河为黄河支流北洛河右岸的一大支流，发源于甘肃省华池县子午岭紫坊畔，源地海拔高程1680m，自西北流向东南，流经甘肃省华池县，由东华池进入合水县境内，在太白镇瓦岗川口出境进入陕西省，后经陕西省富县、黄陵县，于洛川县交口河附近汇入北洛河。
结合甘肃省庆阳市水资源中长期利用规划、庆阳市水资源综合规划和甘肃省庆阳市葫芦河流域水资源配置规划等，综合确定了莲花寺水库建设项目，其承担的主要任务是生产生活供水。
项目建成后，可解决合水工业集中区、合水西煤田、合水县城和驿马工业园区2020年的用水需求。
莲花寺水库设计总库容为698万m3，调节库容350万m3，最大坝高25.5m，死水位1140m，正常蓄水位1147m，水库回水7.05km，保证率96%时年供水量848万m3。
根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，莲花寺水库工程属Ⅳ等工程。
莲花寺水库枢纽建筑物从河床右侧到左侧依次为均质土坝、表孔泄洪闸、底孔泄洪排沙闸、混凝土重力式挡水坝段等建筑物组成。
1.2工程自然条件
1.2.1气象条件
该流域深居内陆，属北温带半湿润半干旱区，有明显的大陆性季风气候特点，四季分明。
根据合水县气象观测资料统计分析，该区域气象指标如下：
多年平均气温9.4℃，平均降水量557.7mm，多年平均蒸发量1470.1mm，多年平均日照数2446.3h，平均风速1.8m/s，最大风速14.0m/s，最大冻土层91cm。
重要的自然灾害有干旱、霜冻和冰雹等。
1.2.2水文条件
葫芦河的径流主要由降雨形成，水情随降水的变化而变化，河流水量汛期主要由降水补给，枯水季节主要由地下水补给，径流年际变化大，年内分配不均。
本次参考下游张村驿水文站历年各月来水比例及坝址与张村驿水文站多年平均径流量的比值，将张村驿水文站历年各月径流转换到坝址处，得坝址设计历年月径流过程。
本次利用51年的径流系列具有较好的代表性，以选取接近丰、平、枯设计值的年份为代表年，且该代表年的年内分配对供水不利为原则，统计出的该水库丰、平、枯及多年平均年径流量月分配见表1-1。
表1-1莲花寺水库设计径流年内分配成果表单位：
亿m3
典型年
项目
月份
年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
平均
0.014
0.017
0.026
0.027
0.024
0.020
0.038
0.050
0.048
0.040
0.026
0.018
0.349
1974年
95%
0.013
0.015
0.023
0.023
0.015
0.007
0.015
0.009
0.018
0.020
0.018
0.013
0.189
1979年
75%
0.017
0.020
0.027
0.026
0.015
0.011
0.036
0.035
0.026
0.019
0.014
0.013
0.258
1970年
50%
0.012
0.022
0.029
0.032
0.031
0.025
0.011
0.039
0.056
0.029
0.022
0.016
0.324
1967年
25%
0.017
0.022
0.041
0.061
0.058
0.023
0.029
0.026
0.052
0.035
0.031
0.016
0.412
葫芦河流域的洪水主要有暴雨形成，暴雨特性和流域下垫面决定了该河的洪水特性。
流域内暴雨最早发生在4月，最迟出现在10月，但量级或强调较大的一般发生在7月～8月。
暴雨一般分为锋面雨和雷暴雨两种，锋面雨历时长，强度均匀，笼罩面积大，雷暴雨笼罩面积小，强度大，历时短。
暴雨主要分布在葫芦河中上游地区，该区域植被条件好，流域对洪水有一定的调蓄作用，致使葫芦河洪峰不高，洪量较大。
根据实测洪水资料分析，洪水最早出现在5月，但洪峰流量较小，大洪水多出现在7月～8月，9月由于受霖雨的影响，也有洪水发生。
经分析计算，葫芦河莲花寺水库设计洪水成果见表1-2。
表1-2葫芦河莲花寺水库设计洪水成果表单位：
洪峰流量m3/s；洪量104m3
项目
频率为P（%）的设计值
0.01
0.02
0.05
0.1
0.2
0.33
0.5
1
2
3.33
5
10
20
洪峰流量
1410
1268
1082
943
808
711
633
507
386
303
240
146
72
24小时洪量
2176
1983
1730
1540
1352
1219
1109
928
753
627
530
374
233
3日洪量
2493
2292
2029
1831
1634
1492
1375
1182
991
853
744
563
390
根据葫芦河洪水特性及施工组织设计要求，非汛期施工期为10月至4月，由于施工洪水为汛期施工洪水控制，非汛期施工洪水不起控制作用，根据施工安排在非汛期内不再进行分期。
根据张村驿站月最大流量资料，选取非汛期10月至4月最大流量进行频率分析，并参考相似流域分析的面积指数，经分析本次采用面积指数为0.85，推算的施工洪水见表1-3。
表1-3葫芦河莲花寺水库施工洪水成果表
项目
频率为P（%）的设计值（m3/s）
2
3.33
5
10
20
非汛期洪峰流量
16.12
13.86
12.07
9.11
6.29
汛期洪峰流量
386
303
240
146
72
1.3工程地质条件
工程区在大地构造上属祁吕贺“山”字型构造体系脊柱东侧的伊陕盾地（鄂尔多斯盾地），为一相对稳定区域。
工程区内无活动性地震断裂带分布，地震活动相对较弱，主要受周边地震带的影响。
工程地区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。
工程区位于陇东黄土高原东部，主要的地貌类型有黄土梁、峁、阶地和沟谷。
地层主要由第四系黄土和白垩系下统碎屑岩组成，白垩系下统碎屑岩为平缓单斜地层，组成黄土梁峁的基座。
区内无区域性断裂通过，地质构造相对较简单。
莲花寺坝址位于合水县太白镇莲花寺行政村附近的葫芦河主河道上，坝址区属黄土梁茆丘陵地貌，河谷两岸呈不对称的“U”型谷。
坝址区地层主要由白垩系下统碎屑岩（K1h）和第四系松散堆积物（Q）组成。
白垩系下统碎屑岩（K1h）为区内第四系地层的基底，岩性为紫红色、棕红色中细砂岩夹同色泥岩。
岩层产状近于水平，为向北东微倾的单斜地层。
第四系（Q）地层在区内分布广泛，按其物质组成，结构特征和成因类型主要有：
（1）第四系上更新统萨拉乌苏组（Q3s）地层、
（2）上更新统风积马兰黄土（Q3m）层、（3）全新统冲、洪积（Q4al+pl）层。
坝址区无区域性断裂通过，地质构造相对较简单，构造运动规模较小，主要以局部小规模褶皱以及黄土区内垂直节理为主。
坝址区广泛分布有较厚的第四系黄土层，普遍存在黄土泥石流、滑坍、陷穴、崩塌等不良物理地质现象。
基岩表部存在风化现象。
坝址区地下水按赋存条件、含水层介质特征可分为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。
坝址区河水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋为微腐蚀，对钢结构具有弱腐蚀。
2、导、截流工程设计及编制依据
（1）本工程合同技术条款
（2）《防洪标准》（GB50201-2014）
（3）《水利水电建设工程验收规程》（SL223-2008）
（4）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303--2004）
（5）《水利计算手册》（第二册）中国水利水电出版社
（6）2016年3月11日《莲花寺水库导、截流工程设计及施工方案》讨论会
会议纪要
3、导流设计
3.1导流设计标准
本工程等别为Ⅳ等，规模为小
（1）型，其主要建筑物挡水大坝、泄洪建筑物、取水建筑物等，级别为4级，次要建筑物级别均为5级。
根据工程特性和《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定，相应的导流建筑物级别为5级，选择导流标准为5年一遇洪水重现期。
根据庆阳市莲花寺水库主体工程所处地形条件、实际征地移交情况、临时工程及永久建筑物布置特点，并结合我公司多年水利工程施工经验，本着“技术可行、经济合理”的原则，经计算分析，本项目确定采用分期围堰结合导流明渠导流的方式。
一期导流主要为上游围堰结合右坝肩纵向围堰，从右坝肩导流明渠导流，为混凝土结构的施工创造条件；二期导流在左侧混凝土坝段、泄洪表孔建筑物及泄洪排沙底孔建筑物施工到一定高程且泄洪排沙底孔具备过流条件时，通过1孔泄洪排沙底孔泄洪闸过流，满足导流要求。
按照本项目施工进度安排，一期主体工程计划在一个汛期内完成。
结合本区域内水文资料，在满足进度需要及截流难度不大的情况下，计划在2016年4月底进行一期截流。
截流设计标准采用截流时段5年一遇非汛期洪峰流量，截流流量以该时段实测流量为准。
导流时段为2016年5月至2016年11月，相应的汛期导流设计流量为72m³/s。
二期主体工程在一个枯水期及一个汛期内完成，导流时段为2016年11月至2017年11月，相应的导流设计流量为72m³/s。
由于二期导流经原河床通过泄洪底孔进行导流，故二期截流不再考虑。
具体各阶段导流标准及程序，见表3-1；
表3-1各阶段导流标准及程序表
时间
设计洪水标准（P=%）
设计
流量
（m3/s）
泄水
建筑物
水位
（m）
堰顶
高程
（m）
备注
2016年3月～4月底
非汛期20％
6.29
原河床
过流
右岸导流明渠开挖、防冲防渗处理
2016年4月30日
非汛期20％
6.29
右岸导流明渠
1133.2
1139.2
一期截流（根据实测流量确定戗堤填筑材料）
2016年5月～2016年10月30
汛期20％
72
右岸导流明渠
1135.7
1139.2
1137高程以下混凝土浇筑完成、底孔混凝土浇筑至1142、表孔右侧土方回填至1136高程
2016年11月1日
非汛期20％
6.29
1孔底孔泄洪闸
封堵导流明渠进口，底孔过流
2016年11月上旬～2017年4月下旬
非汛期20％
6.29
1孔底孔泄洪闸
土坝基础处理完成、剩余混凝土浇筑完成、土坝回填完成
2017年5月～2017年9月
汛期20％
72
底孔泄洪闸、表孔泄洪闸
金属结构安装、细部结构施工、重力坝段帷幕灌浆等完工
2017年10月上旬～2017年11月中旬
非汛期20％
6.29
底孔泄洪闸、表孔泄洪闸
均质土坝防渗面板施工、坝顶防浪墙、路面施工完成，具备蓄水条件
3.2导流明渠的设计与计算
3.2.1渠道过流计算
渠道全段设计为梯形断面，进口段0+000-0+008（沿明渠轴线8m）为开敞式并与原有河道顺接。
渠身段0+008-0+414.15段底宽B=6.0m、边坡系数m=2、设计纵坡i=1‰，渠道衬砌50mm厚混凝土。
上游原有河道底高程▽1132.8，渠道底高程▽1133.3、现有坝区地面高程▽1136.6，渠道深度3.3m。
（进口段示意图）
（1）进口段渠道过流验算
本段（0+000-0+008）段过流形式为进口斜坡式宽顶堰过流。
（见进口段示意图）
取堰上全水头为2.55m时渠道过流进行验算
宽顶堰水力计算公式Q=
a、流量系数
本项目为有0.5m高底坎的斜坡式进口宽顶堰P=0.5
Cotθ=8m/0.5m=16>2.5
P/H=0.5/2.55=0.196
查询水利计算手册表（2006第二版、下同）3.2.1流量系数为0.382
b、侧向收缩系数
取闸墩边墩形状系数为直角形
=1.0
H0为堰上全水头2.55m
下游水位为2.48时，梯形断面取一半水深处的渠道宽度10.96m
=1-0.2[1+0]×2.55/10.96=0.953
c、淹没系数
出水面高于下游水位，为自由出流
因此淹没系数
=1
Q=1×0.953×0.382×10.96×
×
=72.65m³/s
即上游河道水深2.55m时，渠道内过流72.65m³，渠道水深2.48m。
渠道安全超高
=2.48×0.25+0.2=0.82m
渠道深度h=2.48+0.82=3.3m（渠底▽1133.3-渠顶▽1136.6），满足过流需要。
（2）纵坡渐变段0+008-0+414.15
本段采用明渠均匀流进行验算：
纵坡渐变段断面图
渠道衬砌50mm厚混凝土，查询水力计算手册，不抹光的水泥抹面糙率为0.014
以过流水深2.3m计算：
R=A/pw=24.38/16.29=1.497
C=
=76.397
V=
=76.397×
×
=2.956m/s
Q=V×A=2.956×24.38㎡=72.06m³/s
安全超高h=1/4×h0+0.2=0.78m
渠深2.3m+0.78m=3.08m<3.3m满足过流需要。
且渠道左侧设有纵向围堰（围堰高度2.6m、顶高程▽1139.2）、右侧填有安全防护堤。
因此渠道满足汛期最大流量过流条件。
（3）出口段0+414.15-0+490.25
按照现场实际地形，本段高程低于上游原地形约1.5m，因此在此设置跌水一处。
为保证不影响跌水以前渠段水流流态（自由出流），该段拟定水深1.4m<1.5m（跌水处渠底高差）。
0+414.15-0+490.25段渠道设计，（保证低水位、低流速，扩大渠道尺寸）水深1.4m。
采用明渠均匀流计算：
底宽：
16.5mm=2i=5‰
渠道衬砌全断面干砌石作为防冲设计
查询干砌石护坡糙率n=0.029（参照干砌石0.025-0.033取0.029）
=2.73m/s
满足汛期
过流需要
渠道超高0.25×1.4+0.2=0.55
因此，渠道深为1.4+0.55=1.95m,取2m.
出口段断面图
0+414.15跌水处内侧设50cm厚浆砌石，防止跌坎处水流冲刷。
明渠出水口（0+490.25）与河床连接位置，设置抛石防冲，防止水流对河道的冲刷。
3.2.2导流明渠防冲设计
导流明渠全长490.25m，分为进口段、纵坡渐变段、出口段三部分。
进口段0+000-0+008为开敞式，渠底高程为顺水流方向1132.8-1133.3渐变。
纵坡渐变段为0+008-0+414.15，沿明渠轴线纵向坡比i=1‰，坡降0.41m。
明渠开挖设计断面底宽6m，两侧坡比为1:
2，渠深3.3m。
按照施工组织总设计规划，导流明渠的布置穿过大坝主体均质土坝段填筑区（坝上0-039-坝下0+037），与坝轴线交点位于大坝0+161.07处。
为防止明渠渗流对大坝主体施工区域的影响及明渠水流对渠道的冲刷，对纵坡渐变段全断面衬砌50mm厚C15混凝土防冲防渗。
查询水力计算手册表2-2-15，混凝土允许不冲流速<8m/s,本断渠道流速为2.956m/s，满足防冲标准。
如下图；
按照现场实际情况，导流明渠0+414.15处设置跌水一处，落差1.5m。
跌水出口处设500mm厚砌石挡墙。
0+414.15-0+490.25段（76.10m）为两侧渠堤填筑段，两侧渠堤的回填需按照均质土坝填筑标准进行控制，渠道衬砌采用600mm厚干砌石全断面防护。
渠道最大洪峰流量流速2.73m/s,查询水力计算手册，允许不冲流速参照干砌石
，满足防冲要求。
详见出口段断面图。
3.2.3边坡稳定性计算
导流明渠渠道边坡及纵向围堰填筑边坡坡比为1:
2，根据渠道汛期、非汛期过流特点及水位变化情况，对围堰及渠道边坡稳定性采用瑞典圆弧条分法计算如下：
天然放坡计算条件:
计算方法：
瑞典条分法
应力状态：
总应力法
渠道底面以下的截止计算深度:
0.00m
渠道底面以下滑裂面搜索步长:
5.00m
条分法中的土条宽度:
1.00m
天然放坡计算结果:
道号
整体稳定
半径
圆心坐标
圆心坐标
安全系数
R（m）
Xc（m）
Yc（m）
1
4.841
5.804
10.864
8.404
2
2.795
11.563
10.482
4.882
整体稳定安全系数大于《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）要求1.05-1.15,边坡稳定。
3.3一期上游围堰
一期上游围堰布置在大坝上游，垂直河道，与纵向围堰衔接。
根据本工程施工进度计划和合同技术条款第五章施工导流工程表5.2-1中的规定，上游围堰高程按照汛期5年一遇设计洪水流量时堰顶高程为1139.2m。
围堰最大高度6.4m，长度约110m，堰顶宽度8m，内外坡坡比1:
2，兼作为场内施工道路。
左岸填筑至地形同等高程。
围堰施工前，将填筑区域内的河道淤泥清理干净。
清理范围为围堰长度方向及上下游填筑边线向外各1m。
具体上游围堰采用壤土回填，压实度指标初步定为0.96，具体按照设计要求的压实度系数及碾压试验确定的压实参数进行控制。
围堰断面详见图3.3.1图。
3.3.1图（一期上游壤土围堰断面图）
3.4一期纵向围堰布置
根据导流明渠的计算结果、施工组织进度安排及现场条件，一期纵向围堰布置于大坝右岸、导流明渠左岸。
对原始基础面清理厚度50cm，并进行压实处理后，利用导流明渠开挖的可利用壤土填筑。
按照本工程施工进度计划和合同技术条款第五章施工导流工程表5.2-1中的规定，一期纵向围堰起点高程按照汛期5年一遇设计洪水流量时堰顶高程为1139.2m，满足防洪要求。
为保证均质土坝区基础处理、高压摆喷等工程提前施工，将场内施工道路布置在纵向围堰堰顶，堰顶宽度8m，内外坡坡比1:
2，围堰总长度376.19m，下游与现场原有土堤相接（见图3.4.1）。
压实度指标初步确定为0.92。
填筑完成后一期纵向围堰与上游围堰连接，共同作为场内1#施工道路，承担由施工现场至土料场、弃渣场的交通任务。
3.4.1图（一期纵向壤土围堰断面图）
为确保明渠右岸场地及拌合站的安全，并考虑到渠道边沿的安全防护设计，计划在明渠右侧填筑一条安全防护堤。
根据现场实际地形，防护堤上游与原有土坎（▽1137.2）相连接，下游至原有堤坝后陡坎处（明渠轴线0+241.32-0+414.15、长度172.83m）。
安全防护堤填筑高度1.5m，顶宽2m，两侧坡比1:
2。
渠顶高程纵坡变化与纵向围堰相同。
填筑压实控制指标与纵向围堰相同。
3.5一期下游围堰
导流明渠出口位于原有溢流坝下游、河道右岸，溢流坝坝顶高程为▽1133.88，出口处河床高程为▽1128.38（溢流坝上下游高差5.5m），坝后建筑物位于溢流坝上游，故不设下游围堰。
3.6二期导流
二期导流在混凝土坝段及泄洪底孔、表孔施工满足过流条件后，挖除上游围堰，封堵导流明渠进口段，河流经原河道从1孔底孔泄洪闸过流。
根据施工进度计划安排，二期底孔过流后在汛前均质土坝填筑完成，满足挡水条件。
因此，无需填筑二期围堰。
4、导截流主要工程量
表4-1主要工程量表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
1
上游围堰
1.1
清基
m3
900
1.2
壤土回填
m3
6807
2
纵向围堰
2.1
清基
m3
3500.0
2.2
壤土回填
m3
12910
3
导流明渠
3.1
壤土开挖
m3
18740
3.2
渠坡填筑
m3
1420
3.3
混凝土
m3
421.58
50mm厚
3.4
干砌石
m3
1230
600mm厚
3.5
浆砌石
m3
15
0+414.15
4
围堰拆除
4.1
壤土开挖
m3
19717
5
导流明渠进口段封堵及回填
5.1
壤土回填
m3
17220
5、导截流施工方案
5.1导流明渠施工
5.1.1导流明渠开挖
采用全站仪按照设计轴线测放出明渠开挖开口线，标记开挖深度，采用1m³反铲开挖，自明渠进口向出口开挖，一次开挖成型。
在开挖明渠之前，测放纵向围堰填筑边线，用1m³反铲清基，并整平基础面，用22t振动碾碾压基础面。
明渠开挖土料直接挖甩至纵向围堰回填区内，或用3m³装载机铲运至回填区，按照碾压试验确定的铺料厚度，采用220HP推土机整平，22t振动碾碾压，分层填筑围堰。
明渠开挖结束，纵向围堰也填筑结束。
5.1.2导流明渠衬砌
明渠开挖结束之后，人工配合反铲整平坡面及基础面，明渠底部整平后采用22t振动碾碾压密实，然后再进行渠底和渠坡C15混凝土浇筑，浇筑次序为先浇筑渠底，再浇筑左右渠坡。
混凝土采用0.35m3拌和机现场拌制，1t工程车运输至工作面，渠坡采用溜槽入仓，人工摊铺，人工木模拍压密实并抹面；渠底浇筑采用1t工程车运输混凝土至渠顶相应位置，卸料通过渠坡铺设的溜槽至渠底，人工摊铺，人工木模拍压密实并抹面。
为保证混凝土浇筑质量、预防混凝土表面裂缝，浇筑前洒水湿润基面，浇筑后及时洒水覆盖养护。
导流明渠混凝土衬砌考虑温度变形缝，缝宽设置1cm，渠坡、渠底沿水流方向每隔5m设置一道横缝，左右坡脚各设置一道纵缝，考虑导流明渠为临时工程，故缝间采用1cm厚木板条填充。
5.2截流及围堰施工
5.2.1截流施工
导流明渠、纵向围堰施工结束之后开始上游截流，填筑上游围堰，将葫芦河水流导入导流明渠。
根据2016年3月11日《莲花寺水库导、截流工程设计及施工方案》讨论会会议纪要相关要求，确定2016年4月底进行一期截流。
截流时根据实测河道流量、流速确定截流所需戗堤材料，截流前首先将导流明渠与原河床接头处预留部分开挖疏通，河水进入明渠，减小截流流量，再进行戗堤截断原河床水流，将葫芦河水流完全导入导流明渠。
根据合同技术条款相关要求，截流前另行上报截流措施计划。
5.2.2上游围堰施工
戗堤截流完成后，上游围堰填筑前，挖除上游围堰处原河床淤泥杂物，修整岸坡结合面，清理基础，基础清理范围为填筑边线外扩1m，再进行上游围堰填筑施工。
上游围堰填筑采用20t自卸汽车拉运土料至填筑工作面进占法卸料，220HP推土机整平，22t振动碾碾压，分层填筑，压实度控制指标0.96。
5.2.2纵向围堰施工
纵向围堰填筑前，首先对填筑范围内进行清表，清表厚度40cm，然后用22t振动碾静碾2遍，纵向围堰利用导流明渠开挖壤土填筑，ZL50装载机整平，22t振动碾碾压，按照碾压试验确定的碾压遍数和铺料厚度分层碾压，压实度控制指标为0.92。
5.3围堰拆除施工及二次导流
一期围堰内施工项目结束之后，拆除上游围堰、纵向围堰。
采用1m³反铲挖除围堰，多余土方用20t自卸汽车运输至弃渣场，3m³装载机整平弃渣场。
二次导流即在围堰拆除后，河流经原河床通过已建成的底孔泄洪闸过流。
为均质
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