鸽子洞水电站施工导流设计说明书.doc

水利工程施工课程设计说明书（2014-2015年度第1学期） 学 院：_ 长 春 工 程 学 院_ 专 业： 农 业 水 利 工 程 班 级： 水利1142 姓 名： xxx 学 号： 小小小 指导老师: 闫雪莲 2014年09月19日第一部分（一）工程条件鸽子洞水电站是以发电为主，结合防洪、工业及生活供水，兼顾灌溉等综合利用的小（1）型水利枢纽工程，枢纽建筑物包括蓄水池和电站。蓄水池拦河坝为浆砌石重力坝，坝顶长315.0m，最大坝高43.5m，总库容910万m3。电站布置在蓄水池拦河坝下游河床右侧，装机容量520kW，装有2台单机容量分别为200kW和320kW的机组，水电站年平均发电量65.59万kW.h，通过电站尾水每年可向下游提供270万m3水量。主要工程量：坝基砂卵石等土石方开挖7.17万m3，石方明挖5.47万m3 ，洞挖石方0.04万m3，土石方回填6.09万m3，混凝土浇筑3.17万m3，平硐衬砌混凝土145m3，钢筋及钢材制安300t，C10混凝土砌块石11.94万m3，M10砂浆砌条石2.93万m3，砂浆砌块石385m3，坝基固结灌浆4598m，坝基帷幕灌浆4374m。金属结构设备安装各类型闸门7扇，启闭机7台，电站装设型号为HL160-WJ-50、HLA153-WJ-50的混流式机组各1台。工程所在地对外交通条件较好，现有101国道从其下游通过，从坝址现有砂石路3.5km在三道河子村附近与其相接。坝址下游地势较开阔，有可供施工时使用的生产及生活设施的场地。工程所用块石可由蓄水池上游的王土坊村块石场开采，储量丰富，完全可满足本工程之需，运距2.5km左右；混凝土粗骨料由王丈子村的人工料场供应，运距20km左右，砂子可由水库下游二道河子村附近河道的滩地开采筛分，运距10km左右。施工用电由城西变电站提供，可从该变电站511线路“T”接10kV高压线路，“T”接地点在王土坊乡三道河子村附近，距工地3.5km。 工期要求。根据建设单位意见及工程实际情况，初步拟定工程施工期为三年。（二）水文、气象条件设计资料1、水文气象条件鸽子洞水电站坝址区处于温湿带和寒温带过渡地带，属大陆性燕山山地气候，四季分明，春季干旱少雨，天气多变；夏季高温多雨，多雷雨天气；秋季天高气爽，昼暖夜凉；冬季干燥少雪，天气寒冷。据统计，年平均气温8.0，最高38，最低-23，全年无霜期110170d，多年平均降雨量为560mm，降雨量年内分配极不均匀，年降雨量的7080集中在69月份。受降水不均影响，坝址处洪、枯流量相差悬殊（汛期为7、8两月，枯水期为9月1日至次年6月30日）。表1坝址处天然河道洪峰流量表重现期 时段20年10年5年汛 期607455293枯水期13月份0.980.750.5246月份92.964.123.99月份42.928.916.51012月份3.732.711.7695月份101.358.125.0表2拦河坝址下游100m处水位流量关系表水位（m）492493494495496497498499500流量（m3/s）14.868.928253212332227343447586311表3鸽子洞水电站水位面积容积关系曲线水位（m）面积（万m2）容积（万m3）水位（m）面积（万m2）容积（万m3）4950051433.82224960.60.351535.82574971.41.351638.22944982.23.151740.63344993.25.851842.63755003.89.351944.64195014.613.552046.44645025.418.552148.45125036.224.352250.85615047.331.152352.46135058.438.952454.26665069.848525567215071258.952657.87785081471.952759.88375091887.952861.289851022108529639605112613253064.410235122915953166108951331.619053267.611552、工程地质条件（1）鸽子洞水电站坝址区河谷两岸不对称，左岸较陡，基岩裸露，右侧有一、二级阶地存在，以缓坡形式分布于右岸。河床宽60m，覆盖层为砂卵石，一、二级阶地表层为砂壤土或含碎石壤土。（2）河床覆盖层为砂卵石，厚6.37.9m，一、二级阶地表层为壤土，厚25m，下部为砂卵石层,厚57m。河床底部及左岸为中、粗花岗岩，岩石坚硬完整，全、强风化厚度0.53m。右坝肩表层为坡残积（dl+elQ2）的含碎石壤土，厚24m左右；其下为粗粒花岗岩，全强风化厚度约7.6m，主要分布在右坝肩部位；强风化厚度约23.8m，主要分布在坝址区及右坝肩。（3）现坝址区地面高程494.9493.4m,坝基的开挖基槽内，人工浆砌石厚度1.72.7m，层底高程492.04491.33m，为弱风化花岗岩，较新鲜完整。其下部混凝土垫层厚度0.82.0m，层底高程490.84488.0m。混凝土呈浅灰色，局部可见蜂窝，骨料成分为花岗岩，一般粒径14cm。混凝土垫层下为花岗岩，风化程度以弱风化为主，靠近右侧坝肩局部表层存在强风化岩，厚度约2.7m。钻孔揭露弱风化岩层厚度15.831.8m，未揭穿。（4）库区有区域性的平顶山断层通过，最近处距右坝肩270m，断层长度7km，走向NE25，倾向NW，倾角75，断层胶结比较好，现阶段坝址区测绘及钻孔揭露岩体未发现受其影响现象。左、右坝肩岩体节理发育情况如下：左坝肩：基槽已开挖至弱风化花岗岩，表层可见风化裂隙，发育多组节理，节理面可见黄褐色锈染，节理面多呈闭合，局部张开，宽度1cm左右。节理统计见表3-1。右坝肩：表层强风化花岗岩厚度较薄，节理发育，局部张开，宽度0.51cm，节理面见黄褐色锈染，主要发育3组节理，节理统计见表。表 4 左坝肩节理统计表走向倾向倾角描述条数NW305SW45闭合，节理间距1023cm13NE23SE85闭合，节理间距2030cm7近EWN80节理间距15cm左右14表5 右坝肩节理统计表走向倾向倾角描 述条数近EWS72节理闭合，表面张开，宽度0.51cm,节理间距20cm左右，节理面可见黄褐色锈染。5近EWN65节理间距1520cm4NE76NW30节理间距15cm左右14（5）1976年钻孔基岩压水试验成果表明，单位吸水量值为0.035Lmimmm，属于微透水。本次勘察地下水位埋深0.131.6m，高程492.64494.37m。压、注水试验结果说明虽然局部岩体节理较发育，但闭合性较好，连通性差。3、天然建筑材料鸽子洞水电站蓄水池高山环绕皆为花岗岩，由于节理方向的影响，花岗岩大体呈方状，是很好的筑坝材料。70年代水库施工时，在蓄水池上游王土坊村设了7个采石场，目前平泉县所需石料皆由上述采石场供应，经调查，石料储量丰富，可满足本工程之需，石料运距约2.5km。鸽子洞水电站蓄水池拦河坝坝址附近河滩较窄且河道纵坡较陡，河床覆盖层以砂卵石为主，并含有大卵石及漂石，中细骨料较少。在拦河坝坝下游20km左右有王丈子人工碎石料场，石子为石灰岩，其品质和储量满足要求，可作为工程的粗骨料场；在拦河坝坝下游10km有二道河子砂场，可作为工程的细骨料场。4、设计要求1.要明确课程设计的目的及其重要性，认真领会课程设计的题目，严格按照课程设计指导书的要求、基本方法与步骤，积极认真地做好准备工作。2.要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度。对有抄袭他人课程设计或找他人代画设计图纸、代做课程设计等弄虚作假者一律按成绩不及格处理。3.要敢于创新，勇于实践。掌握课程的基本理论和基本知识，做到概念清楚，计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书撰写规范，答辩中回答问题正确。4.设计期间，学生应主要在指定的教室或机房，学生作息时间同上课时间一致。要严格遵守学习纪律，遵守作息时间，不得迟到、早退和旷课。如因事、因病不能上课，则需请假。凡未请假或未获准假擅自不上课者，均按旷课处理。5.要爱护公物，搞好环境卫生，保持教室或实验室的整洁、卫生、安静。严禁将与设计无关的物品如小说、球类、收录机、耳机、游戏机等带入设计室或机房内。6.严格要求自己，谦虚好学。善于接受教师的指导和听取同学的意见，认真、独立完成课程设计图纸及说明书，并完成设计报告1份 (不少于2000字)。学生的设计作业（图纸）应使用计算机打印。 第二部分 施工导流一、 导流方案的选择与时段划分选择导流方案时，主要考虑水文条件、地形条件、工程及水文地质条件、水工建筑物的型式及其布置，施工期河流的综合利用，施工进度等。分析工程条件的水文资料可知: 坝址处洪、枯流量相差悬殊，故选用围堰法导流。方案：方案一，枯水期开工采用全段围堰法导流，汛期采用底孔泄流。 方案二，枯水期开工，采用分段分期导流。一期先修建右岸坝段，汛期利用左岸预留的坝体缺口泄水，一期修建泄水坝段、底孔坝段及其右边所有坝段，修建至坝体临时挡水高度。二期修建预留坝体段即左岸坝段，以及剩余的坝体上围工程。比较两种方案：第一种方案，枯水期开工全段围堰法施工。第二种方案，枯水期开工，采用分段围堰法。考虑右岸坝段有已建坝基，以及调洪计算结果，方案一围堰过高不给予采用，故采用方案二。方案二于右岸开始施工，右岸地势平坦且地势较高枯水期不用围堰也可以施工。汛期通过左岸预留缺口泄水。分期：第一期第一年4月1日到第二年8月31日，进行坝基基础开挖，一期围堰修建以及右岸坝段修建。第二期：从第二年9月1日到第三年10月31日，二期围堰施工，左岸坝段修建，以及全坝段上部建筑物的修建。二、 各时期围堰设计1、 确定围堰型式：因为该水坝属于四级建筑物，故围堰属于五级临时建筑物。根据地质和土壤条件，采用土石围堰。2、 确定围堰堰顶高程和断面尺寸：（1） 一期围堰堰顶高程。根据水利水电工程施工组织设计规范。一、二期上游导流围堰为五级建筑（表3.2.1）。导流建筑物洪水标准为5年一遇。导流设计流量为293/s.根据调洪计算： 5年一遇汛期坝体缺口泄流洪水过程线调洪计算表Q1Q平均q1q平均V(万立米）VZ000.03495.114.514.30.2162928.60.246495.824443.70.3245958.80.57496.276463.880.12966968.960.6996496.39968382.70.3249796.441.0236496.7263133131.9951.0854169167.552.109497.4494199.5198.5750.999230229.63.108498.003249.5248.7250.837269267.853.945498.313281280.50.54293293.154.485498.513261.5262.72-1.3176230232.293.1674498.03203203.845-0.9126176175.42.2548497.53149149.84-0.9072122124.281.3476497.0264112.5112.74-0.2592103101.21.0884496.7889696.115-0.12428991.030.9642496.6647676.335-0.36186361.640.6024496.30251.551.745-0.26464041.850.3378496.0382020.925-0.999上游水位高程为498.52m，根据不过水围堰堰顶安全加高下限（表3.4.10）土石围堰加高下限为0.5m。上游围堰波浪爬高取0.5m。上游围堰堰顶高程H上=H上游水位 +h安全+h波浪=498.52+0.5+0.5=499.52m根据下表可知：流量Q=293/s时。下游水位为494.05m下游围堰堰顶高程H下=H下游水位 +h安全+h波浪=494.05+0.5+0.5=495.52m表2拦河坝址下游100m处水位流量关系表水位（m）492493494495496497498499500流量（m3/s）14.868.9282532123322273434475863115年一遇汛期洪水过程线纵向围堰采用混凝土矩形断面，坝身段为永久建筑物。（2） 二期围堰堰顶高程： 二期围堰采用坝体底孔泄流。泄流公式为：（自由溢流） （有压出流）m：流量系数，取值0.32-0.35。u：流量系数，一般取0.75w：底孔过水面积(m3)。b：底孔底宽（m）。H1：上游水位到底孔底高程水位差(m)。H2：上游水位到底孔中心高程水位差(m)。上游水位到底孔高程H1,底孔高a若H1/a 1.5 则为有压出流,流量公式用有压出流。若H1/a 1.5 则为无压出流，流量公式用自由溢流计算公式。上游水位与底孔下泄流量关系（无压出流）。H孔底起算上游高程（m）流量系数mQ下泄流量（m3/s）上游水位高程m0.10.350.1470 496.60.40.351.1760 496.90.70.352.7225 497.210.354.6485 497.51.30.356.8902 497.81.60.359.4080 498.11.90.3512.1744 498.42.20.3515.1688 498.72.50.3518.3750 4992.80.3521.7798 499.33.10.3525.3723 499.63.40.3529.1431 499.93.70.3533.0841 500.240.3537.1884 500.54.30.3541.4496 500.84.60.3545.8621 501.14.90.3550.4210 501.45.20.3555.1217 501.7由上表确定水位-泄量曲线（无压出流）：上游水位与底孔下泄流量关系（有压出流）。有压出流流量系数Q下泄流量（m3/s）上游水位高程m5.30.7587.7879 501.85.60.7591.4221 502.15.90.7594.9172 502.46.20.7598.2880 502.76.50.75101.5471 5036.80.75104.7047 503.37.10.75107.7699 503.67.40.75110.7503 503.97.70.75113.6525 504.280.75116.4825 504.58.30.75119.2453 504.88.60.75121.9456 505.1由上表确定水位-泄量曲线（有压出流）：5年一遇枯水期底孔泄流洪水过程线调洪计算表Q1Q平均q1q平均V(万立米）VZ000.8496.510.620.410421.241.2104496.910443.0451.031464.852.2418497.523276.350.70287.852.9438497.913210.59.5750.9991311.33.9428498.31211413.150.91815154.8608498.651615.50.5417165.4008498.851917.5170.5418185.9408499.02861918.750.272019.56.2108499.117420.520.10.4322120.76.6428499.2421.521.350.16222226.8048499.287123.5230.5425247.3448499.44142423.850.1622323.77.5068499.48772222.6-0.6482121.56.8588499.30319.520.25-0.8118196.0488499.0691516.25-1.351213.54.6988498.59210.511.75-1.359103.3488498.0895年一遇枯水期洪水过程线上游水位高程为499.49m，根据不过水围堰堰顶安全加高下限（表3.4.10）土石围堰加高下限为0.5m。上游围堰波浪爬高取0.5m。上游围堰堰顶高程H上=H上游水位 +h安全+h波浪=499.49+0.5+0.5=500.49。根据表2可知枯水期下游水位高位492.19m.下游围堰堰顶高程H下=H下游水位 +h安全+h波浪=492.19+0.5+0.5=493.19m。（3）围堰的断面尺寸。 根据水利水电工程施工组织设计手册土石围堰堰顶宽度，五级围堰高度小于15m，上面试算得出的围堰高程得出围堰高度小于10m，故围堰堰顶宽度为3m。迎水面坡度为1:0.5 1:1.75，取1:1.5.背水面坡度为1:1.251:1.75;取1:1.5，心墙顶宽度0.6m1.0m,取0.6m。坡度为0.20.6，取0.2。则二期上游横向围堰断面尺寸如图：纵向围堰：一期二期上游围堰平面布置图，下游围堰轴线布置图。3、确定拦洪度汛高程十年一遇汛期底孔泄流调洪计算表Q1Q平均q1q平均V(万立米）VZ000.8496.514.59.55.429196.2499.114344359.72595115.92501.4846459.255.136967.521.05502.448374.758.91978229.96503.831339541.0416910871507.93199.5118.4587.534230128.9158.534511.98288.5138.95161.514347149320.048516.65401159.85260.442455170.7580.49522.3748327.5175.85163.782200181744.272525.4083188181.57.02176182751.292525.53149181-34.56122180716.732524.91112.5178-70.74103176645.992523.636296173-83.1689170562.832522.035276166.5-97.7463163465.092520.022851.5157.5-114.4840152350.612517.412076-60.48上游拦洪高程H上=H上游水位 +h安全+h波浪=525.53+0.5+0.5=526.53m。第三部分 施工截流一、选择截流方式1、 方式：由于流量小，采用立堵法2、 日期：由于河流枯水期在9月1日6月30日，原则上说应把握时机，选择最小流量进行，但又要为续基坑工作和主体建筑物施工留有余地，不致影整个工期，因此截流日期应尽量提前，一般多选择在枯水期初，流量已有显著下降时，故将截流日期定于9月1日，流量为13.2/s，相应的河道水位为了492m，龙口选在河床主流部分。3.进行龙口泄量计算设计截流量为13.2/s。查流量系数m0.320.35，取m0.32，根据公式Qmb。计算数值如下：龙口宽度龙口流量底孔流量上游高程上游水位差试算总流量实际流量龙口流速龙口单宽0.53.8512999.354053498.1923.09213.2053513.22.4911387.70259816.4888756.725877497.8582.75813.2147513.22.3527476.4888751.58.3597124.849905497.5922.49213.2096213.22.2364135.57314229.728963.48462497.3762.27613.2135813.22.1372934.864482.510.747442.467818497.1962.09613.2152613.22.0510384.298975311.519771.705288497.0441.94413.2250513.21.9752693.8399223.512.074351.115771496.911.8113.1901313.21.9059753.449816412.527390.687914496.7971.69713.2153113.21.8455213.1318494.512.854050.368794496.6961.59613.2228413.21.7897592.856455513.065310.142544496.6041.50413.2078613.21.7374082.6130625.513.198720.012934496.5211.42113.2116513.21.6887882.399767613.214720496.4421.34213.2147213.21.6411732.2024546.513.226170496.3731.27313.2261713.21.5984252.034795713.19940496.311.2113.199413.21.558371.8856287.513.206140496.2561.15613.2061413.21.52321.760819813.200470496.2071.10713.2004713.21.4905681.6500598.513.234920496.1651.06513.2349213.21.4620181.55705913.231420496.1251.02513.2314213.21.43431.4701579.513.217130496.0880.98813.2171313.21.4081751.3912761013.200810496.0540.95413.2008113.21.3837331.320081龙口诸水利参素变化规律图二 、 确定截流材料的尺寸龙口宽B龙口流速v截流材料尺寸0.52.4911378280.5m*2m装石竹笼12.3527465481.52.23641312822.1372933912.52.05103774731.975268529麻袋装土（0.7m*0.4m*0.2m）3.51.90597544641.8455207614.51.78975859851.7374084615.51.68878768461.6411726546.51.59842482571.5583704317.51.523281.49056810650-70kg重块石8.51.46201833191.4342998299.51.408174535101.383732691三、基坑排水。截流戗堤合龙闭气后，要排除基坑的积水和渗水。基坑排水可分为：1、基坑开挖前初期排水，包括基坑积水、基坑给水排水过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除；2、基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水，包括围堰和基坑的渗水、降水、岩基冲洗和混凝土养护用水的排除。此处只对基坑进行初期排水，围堰采用混凝土防渗故围堰渗水忽略不计。初期排水计算：1、 基坑积水，围堰采用上游截流，故围堰水深为过水坝段顶高程到原地面高程h如图所示。 上游围堰堰址距坝址为20m。V积水 =S*20+0.5*1.5*h2=970m3根据多年平均降雨量为560mm，降雨量年内分配极不均匀，年降雨量的7080集中在69月份，选80%降雨量在7、8月份，其中10%在九月份故：9月降雨量为：560*80%*10%=44.8mm。基坑平面面积为781m2 初期排水流量一般根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程经验，按如下公式确定：Q：初期排水流量，m3/s.V：基坑积水体积，m3.T：初期排水时间，s.土石围堰基坑水位允许下降速度0.5-1.5m/d ，土石围堰取0.75m/d.基坑排水时间不超过3-5d。基坑排水选择为3天，故T为3*24*3600=259200sV=970+2.7=972.7m3Q=3*972.7/T=0.0112m3/s则一天排水量为：972.7m3.排水装置为离心式水泵，根据6SA-6型水泵最小排水流量为126m3/h,即0.035m3/s。一天排水流量为1.24m/d基坑水深2.25m，需1.81d。按每天0.75m速度排水则须0.75*781/0.035/3600=4.64h故每天水泵只需工作4.64h。第四部分工程量计算一、 围堰工程量计算上游围堰采用就地取材堆石堰壳，粘土心墙。河床有大量卵石和沙砾石，故采用卵石为堰壳材料。围堰工程量计算（m3）一期围堰（上）一期围堰（下）注心墙（m3）堰壳（m3）心墙（m3）堰壳（m3）横向围堰405.294814.984894.85二期围堰（上）二期围堰（下）心墙（m3）堰壳（m3）心墙（m3）堰壳（m3）5593680.01一期围堰（上）一期围堰（下）纵向围堰1320.66414二、坝体工程量计算 桩号面积平均面积桩距工程量0+092.7-0+122.7544.2539806528.0166993015840.50+122.7-0+152.7511.7794175506.36699033015191.010+152.7-0+182.7500.9545631473.89242723014216.770+182.7-0+212.7446.8302913417.83514563012535.050+212.7-0+242.7388.84342.83436893010285.030+242.7-0+272.7296.8287379250.4365049307513.0950+272.7-0+30