华北水利水电大学施工组织课程设计.docx

1、华北水利水电大学施工组织课程设计水利工程施工组织设计课程设计土石坝施工组织设计华北水利水电学院二零一一年十二月十七日第一章 基本资料3第二章 施工组织设计7第一节 施工导流7第二节 施工进度计划9第三节 坝体填筑强度11第四节 开挖运输方案14第五节 机械配套计算16参考资料20第一章 基本资料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，

2、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kWh。枢纽属等大（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。2坝体设计 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

3、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

4、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。大坝横剖面见图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%。 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

5、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。 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。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300500。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

6、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520m。4气候特征：1）气温，多年实测资料分析，见表1，年平均气温9.6。表1月份123456789101112月平均-6.5-1.65.512.017.

7、421.022.921.516.410.11.8-5.32）降水，多年实测资料分析见表2。5料场分布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。表2月份123456789101112全年(天数)月平均天数5mm以下51

8、0mm1015mm1520mm2030mm30mm以上4.3000002.3000005.7000008.7000001510000171.70.30001230.70.70.30.3144210.309.7210.70.70.371.70.30002.700000600000104.312.34.32.31.70.7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

9、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、武家庄料场区、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。 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max(g/cm3)op(%)max(g/

10、cm3)op(%)狮子头1.70018.8荞麦窝1.72018.81.68020.2武1.70519.21.67921.0上黄池1.71419.31.67420.9钟楼山1.69719.01.67519.7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1.70017.62122凸块8遍，气胎4遍荞麦窝1.72618.82527凸块8遍，气胎4遍武1.72019.92530凸块8遍12遍后，局部剪切破坏上黄池1.69018.62325凸块8

11、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。 3）砂卵石设计干密度坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游0.56km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，D

12、r=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d (t/m3)粘性土砂砾料砂砾料反滤料16%5%5%5%1.451.651.651.650.860.710.730.711.682.332.242.336开竣工要求：1998年10月开工，2001年12月竣工。说明：在本次设计中要考虑准备工作、基础开挖与处理，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）。要求同学们编制施工进度计划及总布置。7水文资料可采用的水文资料如下：CV=0.63,Cs=3；Xp50=3557.69 m3/s，Xp100=4096.65 m3/s, Xp200=4628.03 m

13、3/s, Xp20=2846.66 m3/s。第二章 施工组织设计第一节 施工导流一、 初拟导流方案 选择导流方案时考虑的主要因素：水文条件、地形条件、地质及水文地质条件、水工建筑物的形式及施工期间河流的综合利用、施工进度、施工方法及施工场地布置等。 本次设计根据已有的枢纽布置图，分析其地形、地质及水工建筑物布置，考虑到左岸有泄洪洞，右岸有引水洞，初拟采用全断面围堰隧洞导流方案。二、 导流隧洞设计1、 确定初期导流设计标准 由基本资料知该枢纽等大（2）型工程，围堰高程在1550m之间，可确定导流建筑物为4级建筑物，查导流建筑物洪水标准，可知该土石围堰导流标准重现期为1020年，本次设计采用20

14、年一遇，由基本资料知导流流量为Q=2846.66m3/s。2、 导流隧洞半径的确定 由大坝标准断面图可知上游围堰挡水位高程为517m，下游围堰高程为493.5m，由围堰为4级建筑物，查表2-1可知围堰安全超高为0.5m。表2-1 不过水围堰堰顶安超高下限值（m）围堰型式围堰级别-土石围堰0.70.5砼围堰0.40.3下游围堰堰顶高程由（2-1）式确定Hd=hd+hn+式中 Hd下游围堰高程（m）hd 下游水位高程（m）hn 波浪爬高，本次设计不考虑安全超高，0.5m由（2-1）式可得hd = Hd hn=493.5-0.5=493m全段围堰隧洞导流，泄流量按有压流考虑，按（2-2）式计算，Q=

15、式中Q=导流流量 H上下游水位差，H= hnhd淹没系数，0.680.75本次设计取0.7导流隧洞断面面积，m2由（2-2）可得=187.4m2隧洞断面型式取决于地质条件，隧洞工作状况及施工条件，常用的有圆形、马蹄形、方圆形，本次设计采用圆形断面，则有=15.45m3.导流隧洞长度的确定导流隧洞的布置，取决于地形、地质枢纽布置以及水流条件等因素，应布置在地质条件良好的山体中，洞轴线宜按直线布置，如有转弯时，转弯半径不小于5倍洞径或洞宽，转角不宜大于60，弯道首尾应设直线段，长度不应小于35倍的洞径或洞宽，进出口引渠轴线与河流主流方向夹角宜小于30，隧洞进出口位置应保证水力学条件良好，力求水流顺

16、畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止冲刷，距离围堰应大于50m。本次设计隧洞在挡水时为导流隧洞，当坝体开始挡水时为泄洪隧洞，作为泄洪隧洞时采用龙抬头形式进水口，转弯半径取7.8b=7.815.45=121m。转角取55，进出口引渠轴线与河流主流方向夹角取35，隧洞由进口直线段，转弯段，出口直线段三部分组成，各部分长度如下：进口直线段L1=7.155=390.5m圆弧段L2=121=58.05m出口直线段L3=7.155=390.5m则隧洞总长L=L1+L2+L3=390.558.05390.5=839.05m隧洞开挖断面面积为187.4m2，查水利水电

17、工程施工组织设计指南可知水平隧洞掘进面砼衬砌进度为50100m3/月，本次设计采用四个断面掘进，取每个工作面的掘进速度为80m3/月，则隧洞开挖所需的天数为T=2.6个月。考虑到隧洞衬砌完，砼需要28天得养护，所以最终确定隧洞断面过水需4个月以后才可以。第二节 施工进度计划本工程从1998年10月开工，到2001年12月结束，总工期38个月。大中型水利水电工程建设，施工组织设计规范规定划分四个阶段，包括工程筹备期，工程准备期，主题工程施工期和工程完建期，但并非所有工程的四个阶段均能截然分开，某些工程的相邻两个阶段工作也可以交错进行。工程施工总工期为工程准备期，主体工程施工期及工程完建期三者之和

18、，工程筹建期不计入总工期。结合所给资料，初步拟定进度计划，1998年10月1999年3月为施工准备期，包括进坝公路的修筑，掘进设备的运输，临时设施的建造等；1998年11月份正式进行导流隧洞的开挖，导流隧洞开挖的出渣作为部分围堰填筑的材料，这样可以减少从料场运输石料作为浇筑围堰所需要的材料，减少了围堰材料的运输强度，隧洞开挖由计算知需2.6个月，隧洞养护与隧洞开挖同时进行，但养护时间要比隧洞开挖延长至少28天，初拟为4个月隧洞养护结束，此时泄水从导流隧洞下泄，围堰工程结束之后，开始进行基坑排水，基础处理，帷幕灌浆，主题工程施工等各项任务，其具体时间安排见附图1一、 围堰工程围堰是导流工程中的临

19、时挡水建筑物，用来维护基坑，保证水工建筑物能在干地施工，在导流任务完成后，该围堰将作为坝体的一部分，不需要拆除，而下游围堰将作为坝体棱体排水的棱体处理。本次设计采用不过水土石围堰，它能充分利用当地材料或废弃的土石方，构造简单，施工方便，可在覆盖层的河床上修建，采用砼防渗墙，高喷墙，自凝灰浆墙或帷幕灌浆来解决基础和堰身的防渗问题，计划安排4个半月。二、 基坑排水在截流戗堤合龙闭气以后，就要排除基坑的积水和渗水，以利开展基坑施工工作，一般包括基坑开挖前的初期排水和基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水，本设计计划安排3个月，到1999年7月底结束。三、 基础处理水工建筑物的基础有两类：岩基和软基，

20、其中软基包括土基和砂砾石地基，由于受地质构造变化及水文地质的影响，天然地基往往存在不同形式与程度的缺陷，需要经过人工处理才能作为土石坝的可靠地基。四、 主体工程施工本设计中，土石坝分为三期进行施工，即主题工程、主题工程、主题工程（见附表1）主体工程自1999年7月份开始施工，至2000年6月份结束，施工期为一年，此时围堰已建成挡水，导流隧洞泄水，在第一个汛期来临时围堰挡水，围堰已满足要求，即水位上升不超过围堰高程，洪水重现期为2050年，经计算满足要求，即主体工程施工至高程527。主体工程自2000年7月份开始施工，此时水位超过了围堰高程，坝体的临时断面开始挡水，拦洪库容选择1.00.1亿m3

21、，根据库容1亿m3，确定重现期为10050年，取50年重现期，依据已知资料，Qp50=3557.69m3/s。 表2-2 坝体施工期临时度汛坝型拦洪库容1.01.00.10.1土石坝洪水重现期砼坝1001005050205050202010由（2-2）式得H=37.5m重现期为50年时，上游水位高程为：493+37.5=530.5m当拦洪库容为1.0亿m3时的拦洪高程为：= 可得：X=554m则坝前水位高程530.5拦洪高程554m，即洪水来临时上游洪水总量小于拦洪库容，故满足要求。主体工程施工期为2001年7、8月份两个月，当坝体施工进行第期时，有效库容达到1.0亿m3以上，此时坝体进行挡水

22、，坝体填筑上升速度大于水位上升高度，满足要求。本次设计中，为了减少期的施工强度，使坝体均衡上升，满足坝体强度填筑的要求，此时要增大期的填筑量，将期施工到高程为590m处。第三节 坝体填筑强度坝体施工强度由多方因素确定，如机械配套设备的生产能力、道路铺设的好坏、雨季、温度、节假日的影响等。一、 施工天数的确定1、 依据（1） 坝区各种气温天数统计表：见资料表1（2） 坝区各种天气统计表：见资料表2（3） 法定节假日，其中包括元旦一天，五一、十一、春节各三天。（4） 各种因雨、气温停工标准：见水利水电工程施工组织规范（SL303-2004）（5） 其他有关资料2、 施工天数分析计算月有效施工天数=

23、日历天数因雨雪气温不能施工的天数法定节假日有效施工天数统计表2-3所示：表2-3项目 月份123456789101112合计土料翻晒252225211298510172725206粘土料填筑2522252111.585.538162725197反滤料填筑302531302829272726273031341石料填筑302531302830303129283031353二、 填筑强度计算1、 施工强度计算施工强度的计算是进行施工进度控制和施工机械设备数量、型号选择的重要基础，计算结果列表如下（见表2-4）表2-4项目 坝料反滤料心墙粘土料坝壳砂卵石料总填筑量上游围堰422131.26下游围堰18

24、454.78主体工程期110587.84958979.792461526.243531093.81主体工程期152530.565795993.532884543.553613067.64主体工程期26881.6045026.6859344.17131252.452、 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13万m3。高的达到10万m3左右，在施工组织设计中，一般依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强度和挖运强度，

25、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。（1）土坝强度Qb（m3/d）Qb=K式中V1分期完成的坝体设计方量m3，见表2-4Ka坝体沉陷影响系数，可取1.031.05，本设计取1.04K施工不均衡系数，1.21.3，取1.25K1为坝面作业土料损失系数，0.900.95，取0.93T施工分期时段的有效工作天数，见表2-3（2）运输强度QT（m3/d）QT=KC式中KC压实影响系数，KC=,为坝体设计干表观密度；为土料运输的松动表观密度（见基本资料表5）K2运输损失系数，0.950.99，取0.97（3）开挖强度（m3/d）=KC

26、式中压实系数，为坝体设计干表观密度与料场土料天然表观密度的比值（见基本资料表5）K3土料开挖损失系数，随土料特性和开挖方式而异，一般为0.920.97，取0.95。由（2-3）、（2-4）、（2-5）计算上坝强度，运输强度，开挖强度结果见表2-5。表2-5施工期高程坝体填筑工程量有效天数上坝强度QD运输强度QT开挖强度QC527反滤料110587.84341454.02931.44694.70心墙土料958979.791976815.099484.928578.95坝壳砂卵石2461526.243539762.4220028.0614937.61合计3531093.8717031.533044

27、4.4224211.26590反滤料152530.56341626.221284.72958.19心墙土料5795993.531974093.365696.945152.79坝壳砂卵石2884543.5535311440.1123469.9217504.67合计3613067.6416159.6930451.5823615.65600反滤料26881.6054696.931429.781066.38心墙土料45026.688.57416.1610321.469335.59坝壳砂卵石59344.17611362002794.212084.87合计131252.459475.0914545.4512487.84大中型工程上坝强度通常为1-3万m3/d，本次设计最大强度为1.7万m3/d，符合要求。第四节 开挖运输方案坝料的开挖与运输是保证上坝强度的重要环节之一。开挖运输方案主要根据坝体结构布置特点。坝料性质、填筑强度、料场特征、运距远、近、可供选择的机械设备型号等多种因素、综合分析比较确定。一、 常用的开挖运输方案（1） 正向铲开挖，自卸汽车运输上坝，正向铲开挖，装载，自卸