施工导截流方案.doc

四川省毛滩水电站右岸闸坝工程（MT/SG-2011-06）施工导截流方案中国水利水电第四工程局毛滩项目部2011年10月 批准： 审核： 编制：目录1 工程概况11.1 概述11.2气象条件11.3水文特性21.4洪水21.5地形地质条件42 施工导流建筑物42.1 设计洪水标准52.2 导流时段53 主要工程量及工期安排53.1 主要工程量53.2工期安排64河床截流64.1截流时间、截流标准及截流方式64.2 截流水力计算64.2.1上游河床调蓄流量74.2.2戗堤渗流量74.2.3 绘制分流曲线74.2.3 绘制龙口泄水曲线族94.2.3 计算龙口水力参数104.3 龙口设计134.3.1龙口抛投料粒径计算134.4 截流戗堤设计144.5截流144.5.1截流前的施工准备144.5.2施工程序154.5.3施工方法154.6 资源配置计划175围堰填筑施工175.1围堰填筑施工布置175.1.1施工道路175.1.2施工用风175.1.3 施工用水175.1.4 施工用电185.1.5 料场185.2围堰设计185.2.1 围堰顶高程185.2.2 围堰顶宽185.2.3 围堰断面185.2.4 围堰建基面稳定复核195.2.5 围堰边坡稳定复核195.2.6 二期纵向砼围堰高程、稳定复核205.3围堰施工235.3.1填筑施工235.3.2钢筋铅丝笼护面施工245.3.3围堰填筑强度分析245.3.4资源配置计划246质量安全保证措施256.1施工质量技术措施256.2施工安全技术措施2526一、工程概况1.1 概述毛滩水电站工程位于青衣江干流夹江县顺河乡境内，是千佛岩下游青衣江汇口河段水电规划推荐的三级规划方案中的第一级电站。干流夹江县境内河段梯级开发的第2个梯级。工程区上游为千佛岩电站，下游尾水渠出口为牛头堰取水口。本工程开发的主要任务为发电、防洪、灌溉，兼顾城市景观用水，远期长征渠修建后，服从长征渠灌溉用水，余水发电。电站为混合式开发，水库正常蓄水位406.00m，电站装机容量（102+3）MW，水库总库容3000万m3，多年平均发电量（48853+1924）万kWh。毛滩电站采用低闸坝河床式长尾水渠开发方式，由闸坝和左、右岸防洪堤作为副坝形成水库。坝体座落在软基上，围堰及基础采用悬挂式防渗墙，厂坝工程布置在左岸。本标段主要建筑物包括：河床右侧12孔泄洪闸、右岸连接坝段、上游右岸近坝段防洪堤（右防新建0+000.00右防新建0+708.42）、混凝土防渗墙（允许专业分包）、环保水保等项目的土建工程施工和金属结构设备安装工程施工，以及防雷保护及接地系统预埋、原型观测工程。本合同的主体建筑物为闸坝工程、厂区工程等。主体建筑物为级，相应导流建筑物级别为级，相应设计洪水标准为105年一遇洪水。根据招标文件，本合同工程导流设计洪水标准为10年一遇。1.2气象条件青衣江流域属四川盆地亚热带湿润气候区，春季少雨干旱，盛夏暴雨洪涝，秋天阴雨连绵，冬季雨雪霜少。本流域由于受特殊地理位置、地形作用的影响(南有东西走向的大相岭、峨眉山，北有邛崃山脉环绕，西有南北走向的夹金山，形成马蹄形地形)，构成了青衣江暴雨区。该区雨量非常充沛，流域多年平均降雨量达1776.7mm。但在地区上变化较大，大致由西北向东南递增。流域内的气温与降雨在地区上的分布趋势较为一致，由西北向东南递增。域内多年平均气温大致介于1418之间。最高气温出现在7、8月份，其多年平均气温约2226，最低的1、2月份约4.68。极端最高气温36.6，极端最低气温-3.3。无霜期约300天。工程河段位于夹江县城附近，夹江县气象站观测资料可代表工程河段气象特征。根据夹江县气象站历年观测资料统计：多年平均气温17.0，极端最高气温36.6，极端最低气温-4.2，多年平均年蒸发量930.8mm(20cm蒸发皿)，多年平均相对湿度84%，多年平均年降水量1358.2mm，一日最大降水量273.2mm，多年平均风速1.2m/s，最大风速13.3m/s。1.3水文特性青衣江流域的径流主要由降水补给，融雪和地下水补给次之。由于流域年降雨量大，青衣江的径流十分丰沛。根据流域内的水文站分析计算，多年平均径流深在8002200mm之间。而设计依据夹江水文站多年平均径流量达167.5亿m3，径流深达1330mm。流域内径流的地区分布与降雨的地区分布一致。大致由上游向中游逐渐递增，至多营坪水文站以下分布则较为均匀。据推算，多营坪水文站径流深1290mm，径流模数0.041m3/s-km2，之下的梯子岩站径流深1324mm，径流模数0.042m3/s-km2，至靠近河口的夹江站为1330mm和0.042m3/s-km2，多营坪梯子岩夹江区间径流模数变化甚微。可见青衣江流域除上游外，中下游区间补给水量较为均匀。据工程设计依据夹江水文站19522005年资料统计，多年平均流量531m3/s，年径流量167.5亿m3。径流在年内的变化与降雨在年内的变化基本相应。径流在年际间的变化不大，最丰水年平均流量为723m3/s(19661967年)，最枯水年年平均流量为381m3/s(19971998年)，相差1.9倍。年最小流量一般出现在2、3月份，多数出现于2月，最小月平均流量108m3/s(1999年2月)，瞬时最小流量76.8m3/s(1994年)。毛滩水电站坝址多年平均流量531m3/s，多年平均径流量167.5亿m3，多年平均径流深1330mm。1.4洪水利用夹江站19522005年实测最大洪峰流量系列，加上1917年历史洪水(重现期110年)，并将1955年洪水(重现期55年)从实测系列中提出作为特大值处理，与实测系列组成不连续系列，进行频率计算，确定统计参数，推求夹江站的设计洪水。毛滩水电站与夹江水文站区间面积仅占夹江站的0.21%，其设计洪水直接采用夹江站设计洪水成果。毛滩水电站设计洪水成果见表1。毛滩水电站设计洪水成果表表1洪峰均值(m3/s)设 计 流 量(m3/s)0.1%0.2%1%2%3.3%5%10%20%50%900023500221001860017100159001490013200114008460毛滩水电站分期洪水标准，按临时建筑物等级要求，提供分期时段内p=5%，p=10%，p=20%，p=33.3%，p=50%各频率的分期设计洪水。毛滩水电站分期洪水成果见表2。毛滩电站月平均流量成果见表3。毛滩水电站分期洪水成果表表2时段均值(m3/s)CvCs/Cv设 计 流 量 (m3/s)p=5.0%p=10.0%p=20.0%p=33.3%p=50.0%1月1710.325.002782442081801572月2170.473.504183522852341903月4180.483.508136845514503654月12000.612.50263021801700134010205月16600.452.503080266022101850152069月90000.353.001490013200114009850846010月13600.463.002570220018001490122011月8390.883.5023201700114077754412月2950.404.50529450371311262104月17900.442.5032802850238020001650105月20800.352.0034003050266023202000毛滩水电站月平均流量成果表表3时段均值(m3/s)设 计 流 量 (m3/s)p=5.0%p=10.0%p=20.0%p=75.0%p=80.0%p=85.0%1月1471681631571381361342月1521891801701371341303月2253252992701851771684月3595535024452822672505月46870264257337435633569月126019901800158097091485210月54974169463947245543611月33645442439128927926712月1972372282171811771731.5地形地质条件本工程围堰布置于闸坝区青衣江河床右半部。围堰起点距下游坝2轴线桩号0+768.2处88.5m，桩号0+0000+468段为上游围堰，方向为S 8832E，长度468.0m；桩号0+4680+646.0段为纵向围堰，方向S334E，长度178m；桩号0+646.01+125.0段为下游围堰，方向S81247437W，长度479m。二期围堰区的地面高程395.0398.0m，枯水期河床水深0.51.0m。根据坝区钻孔揭露，围堰地基均为卵砾石夹砂，表层为Q4al（），厚度1724m，卵砾石粒径一般415cm，含量约占6070%，层中含砂不均，局部夹0.10.6m砂层透镜体，表层35m段结构松散稍密，下部结构中密密实，渗透系数K=3.910-2cm/s，属强透水层；下伏覆盖层为Q3al+pl卵砾石夹砂（层），厚度80m，结构紧密，局部具泥、钙质微胶结，渗透系数平均值K=7.410-3 cm/s，属中等透水层，局部为强透水层。综上所述，河床砂卵石层具有一定承载力，可作围堰地基持力层，但由于砂卵石层透水性较强，上部（层）为强透水层，下部（层）为以中等透水层为主，建议采取防渗处理措施，其垂直防渗深度应满足基坑排水和基坑边坡渗透稳定要求。二、施工导流建筑物2.1 设计洪水标准本工程导流建筑物设计洪水标准见表4。导流建筑物设计洪水标准表 4导流建筑物导流时段导流标准P(%)流量(m3/s)备注围堰挡水2011年10月2012年5月103050流道闸门下闸挡水2012年7月本工程结束10132002.2导流方式根据招标文件要求，导流方式采用已建成的4孔冲沙闸、4孔泄洪闸进行导流。2.3 导流时段第一阶段：2011年10月至2012年5月由围堰挡水，导流标准为10年一遇，本年10月次年5月时段的洪峰流量3050m3/s。利用左侧已建好的4孔冲砂闸和4孔泄洪闸过流，该时段施工河床右侧12孔泄洪闸、右岸储门槽坝段、上游右岸近坝段防洪堤（右防新建0+000.00右防新建0+708.42）等。第二阶段：2012年7月至本合同工程结束由闸门挡水，导流标准为10年一遇全年洪水，相应设计洪峰流量13200m3/s。厂房机组发电泄流，该时段施工交通桥以上剩余工程。三、主要工程量及工期安排3.1 主要工程量施工导流主要工程量详见表5。主要工程量表表5序号施工项目单位数量1砂卵石填筑万m317.472粘土填筑万m32.773钢筋铅丝笼m310004块石m31503.2工期安排 2011年10月15日2011年10月20日纵向围堰填筑； 2011年10月20日2011年10月27日截流戗堤预进占； 2011年11月1日12时开始截流2011年11月3日12时龙口合龙； 2011年11月3日2011年11月6日下游戗堤填筑； 2011年11月6日2011年11月15日围堰加高培厚，同时做黄土心墙；四、河床截流4.1截流时间、截流标准及截流方式 截流时间根据本标段节点工期的要求，截流时间选择在10月下旬，计划截流时间拟定为2011年10月27日。 截流标准按照招标文件，青衣江10月10年一遇平均流量Q=694m3/s，以此流量为截流流量。 截流方式根据现场勘察，结合现场实际地形情况，拟定本工程截流采用上游围堰下戗堤单戗堤单向立堵进占的方式截流。根据本标段工程围堰的布置情况以及两岸交通条件，截流戗堤先进行预进占填筑，预留龙口，再进行截流。4.2 截流水力计算截流过程中，河道来流可分四部分：Q=Qg+Qd+Qr+Qs 公式4-1式中 Q河道来流量（截流设计流量）；Qg龙口泄流量；Qd分流建筑物泄流量；Qr上游河床调蓄流量；Qs戗堤渗流量。4.2.1上游河床调蓄流量截流过程中上游河床调蓄流量公式：Qr=Wt=SHt 公式4-2式中 t截流过程中某一时段；H与t相应的上游水位变化值；W与t相应的库容变化值；S时段t始末的水库平均面积。t由工期安排2011年10月20日12时开始截流2011年10月21日12时龙口合龙。截留时间前后总计约24h，折算为86400s。H根据导流闸孔过流截流流量来算。Q取截流流量549m3/s，根据水位流量关系曲线图，一期束窄河床水位为EL397.427。截流后水位按宽顶堰泄流公式计算：Q=mB2gH032 公式4-3式中 侧收缩系数；取0.913m流量系数；取0.344B堰孔过水宽度；108mH0上游水头；忽略行进水头解得截流后闸前上游水深H=2.36m。水位为EL399.36。所以H=1.933m。水位为EL398.5m时水库面积约为44.05万m2。则Qr=12m3s，因该值很小所以忽略不计。4.2.2戗堤渗流量立堵截流，因戗堤顶宽较大，且所用填筑料为原河床砂卵石，所以Qs一般较小，通常在计算中可忽略不计。4.2.3 绘制分流曲线QdH。分流流量按堰流计算：Qd=scmnb2gH032 公式4-4式中 b每孔净宽；n闸孔孔数；H0堰前水头；m流量系数；s淹没系数(本工程取1.0)；c侧收缩系数。m=mmn-1+msn 公式4-5式中 mm中孔流量系数，查表时bB用b（b+d）代替，d为墩厚；ms边孔流量系数，查表时bB用b（b+b）代替，b为边墩边缘与上游引水渠水边线之间的距离。n=8，查表mm=0.365，ms=0.385。所以计算得m=0.368。单孔侧收缩系数公式：c=1-30.2+PH4bB1-bB 公式4-6式中 系数，取0.10；P上游堰高；对多孔闸过流时，c的确定取加权平均值cc=cmn-1+csn 公式4-7式中 cm中孔侧收缩系数，计算时bB用b（b+d）代替；cs边孔侧收缩系数，计算时bB用b（b+b）代替。P=0m，b=12m，d=3m，b=0m，化简上式得：c=0.972H0=H+v22g 公式4-8曼宁公示：v=R23ni 公式4-9式中 R水力半径；R=BHB+2Hn上游引水段河床糙率；取0.02i上游引水段河床底坡。0.003简化上式得：v=2.739120H120+2H23，带入公式4-8得：H0=H+0.38360H60+H43。将上述简化结果带入公式4-4得：Qd=152.024sH+0.38360H60+H4332式中的s与H0和hs有关。这就得到Qd=fh的方程，Qd的取值范围为0549。采用代入法，可绘出QdH曲线。计算结果见下图。4.2.3 绘制龙口泄水曲线族Qgf(HB)。龙口泄流量按下式计算：Qg=mB2gH032 公式4-9式中： B龙口平均过水宽度； H0龙口上游水头； m流量系数，一般采用0.300.32。计算结果见下图：4.2.3 计算龙口水力参数计算结果见下表：截流水力学计算成果表表6分流建筑物4孔冲砂闸、4孔泄洪闸（进口高程397.00 m）截流流量m3/s550龙口宽度m区区区龙口宽度m605040302520151050龙口流量m3/s264.500 234.200 199.400 158.900 136.200 111.500 84.900 56.200 26.400 0.000 分流量m3/s433.500 463.800 498.600 539.100 561.800 586.500 613.100 641.800 671.600 698.000 上游水深m1.540 1.605 1.678 1.759 1.804 1.852 1.903 1.957 2.012 2.060 下游水深m1.323 1.171 0.997 0.795 0.681 0.558 0.425 0.281 0.132 0.000 临界水深m1.256 1.308 1.364 1.420 1.447 1.469 1.484 1.477 1.417 0.000 龙口计算水深m1.323 1.308 1.364 1.420 1.447 1.469 1.484 1.477 1.417 0.000 龙口平均流速m/s3.333 3.581 3.656 3.730 3.765 3.795 3.814 3.805 3.726 0.000 4.3 龙口设计龙口位置位于左侧，根据本工程预进占填筑渣料特性及河床束窄程度，确定龙口宽度为60.0m，龙口进占分三个区：区：龙口宽度60m30m，龙口平均流速3.333m/s3.730m/s；区：龙口宽度30m10m，龙口平均流速3.765m/s3.805m/s；区：龙口宽度10m0m，龙口平均流速3.726m/s0m/s；当龙口合龙时，上游壅高水位为399.01m，龙口下游水位为397.00m，最大瞬时落差为1.88m。戗堤顶部高程定位400.50m。截流合龙后，围堰应继续加高至拦挡10月至5月10年一遇洪水流量高程，即405.00m高程。4.3.1龙口抛投料粒径计算按伊兹巴什公式计算v=K2gs-d 公式4-10式中： v流速；K稳定系数（取0.90）；s块石容重（取2.72）；水容重（取1.00）；d块石化引为球体的当量直径。计算结果见表7。截流龙口进占分区及抛投材料量表表7项目右岸预进占龙口进站区合计区区区进占长度（m）230302010290抛投材料石渣d0.2m石渣d0.2m块石0.457m钢筋铅丝笼1m1m2m石渣d0.2m块石0.525m钢筋铅丝笼1m1m2m石渣d0.2m钢筋铅丝笼1m1m2m石渣（d1.25所以基建面抗滑满足要求。5.2.5 围堰边坡稳定复核采用瑞典圆弧法计算边坡稳定，先利用费伦纽斯法确定最危险滑动面的圆心位置，计算结果见下图、下表。土坡稳定计算结果 表10土条编号土条宽度土条中心高土条重力sinacosaWsinaWcosaL10.60.050.566 0.10.995 0.057 0.563 220.8130.537 0.20.980 6.107 29.920 321.6261.074 0.30.954 18.322 58.261 422.2183.317 0.40.917 33.327 76.361 522.5395.381 0.50.866 47.691 82.602 622.5495.758 0.60.800 57.455 76.606 722.1681.432 0.70.714 57.002 58.154 81.81.1556.304 0.80.600 45.043 33.782 合计265.004 416.250 17.54通过试算确定半径R=20m时，有Kmin。K=MrMr=tanWicosi+cLWisini 式5-1得Kmin=1.34K=1.05所以，边坡稳定满足要求。5.2.6 二期纵向砼围堰高程、稳定复核1.围堰高程复核截流后过流情况为4孔冲砂闸、4孔泄洪闸，10月至5月十年一遇设计洪水流量为3050m3/s。则二期纵向围堰与3#导墙之间的过流量可考虑为上游来流量的一半，即设计过流量为1525 m3/s。闸孔上游按闸孔宽顶堰计算：Q=scmnb2gH032 式5-2计算结果水深为7.04m。闸孔下游按明渠均匀流计算：Q=AR23ni 式5-3计算结果水深为4.5m。考虑安全超高，纵向砼围堰闸室上游段堰顶最低高程取EL405.00m，下游取EL402.00m。现实际情况为，闸孔上游段EL405.70，下游坝纵0+20.5071.50段EL为403.50、坝纵0+71.500+142.50段EL为400.70m。所以需对二期纵向混凝土围堰0+71.500+142.50段加高至EL402.00m。2.围堰稳定复核纵向围堰为倒“T”型墙结构，具体结构见下图。(1)、纵向围堰抗倾覆计算上游水位比下游深，抗倾覆验算以上游纵向围堰断面进行计算。上游纵向围堰结构受力图如下：f=MyMx=11075152+3+4+248.731.5+4+2431261072273+3=9.15因此，纵向围堰抗倾覆稳定满足要求。（2）、抗剪强度计算抗剪强度计算以最大水深处的情况进行计算，闸室上游段处水深最大，为7.04m。受力图如下：从上面受力图可以看出，最大剪力发生在墙体与底板基础连接处，最大剪力等于最大水压力，最大水压力F=PH/2=242.85kN，及V最大剪力=242.85kN。单位米宽度的剪切强度为P剪切=V最大剪力/S=242.85/（13）=80.95kPa=0.081MPa。C15砼抗剪强度约为0.94 MPa，所以本C15二期混凝土围堰满足抗剪要求。（3）、抗弯强度计算纵向围堰最大弯矩发生在最大水深处，即闸前。Mmax=FH3=24573=571kNm 纵向围堰单位米宽度的弯矩抵抗矩W=bh2/6=1.5m3由于弯矩对纵向围堰墙体与基础接触部位的拉应力P抗拉=M/W=0.38MPaC15混凝土抗拉强度标准值为1.2MPa。因此，纵向围堰抗弯满足要求。5.3围堰施工5.3.1填筑施工上下游围堰填筑分水下填筑和水上填筑两部分，即戗堤顶面以下为水下填筑，顶面以上为水上填筑。上游围堰戗堤顶面高程为400.50m，下游围堰初次填筑高程为399.50m。围堰填筑时，先进行上游戗堤和下游水面以下填筑，随后边进行黄土心墙施工边加高围堰，直至填筑至设计高程。(1)、水下填筑水下填筑直接由自卸汽车运输至工作面向水下端抛，卸料后用装载机配合向水中推料，同时平整施工工作面，利用振动碾进行压实，以便于设备运行，靠近岸坡部位均以较细的石碴料铺筑，边坡坡比采用CAT320反铲修整至设计边坡。水下抛填时，为防止堤头坍塌，应采取以下预防措施： 填筑料堤头部位在进占过程中场地必须满足施工设备的正常运转需要，尽量采取全断面整体推进； 严格控制填料的质量，砂卵石料的大粒径料相对均匀； 在填筑堤头及其两侧各3.5m为安全警戒距离，在这些部位应设立明显的安全警示牌，此范围内不允许停放任何机械设备，堤头指挥人员也不允许在此范围内逗留； 指派经验丰富、认真负责的工程技术人员，24h对堤头部位进行严密的监控，一旦发现裂缝或滑动迹象立即报告，同时指挥所有机械设备迅速撤离危险范围。采取必要的措施进行处理，直到险情排除后方可恢复施工。、水上填筑围堰砂卵石料填筑铺料厚度控制在90cm以内，采用进占法大面积铺料，装载机摊铺平整。砂卵石料采用20t振动碾碾压，碾压遍数按照68遍控制，振动碾的行驶方向平行于堰轴线。对于靠近岸边的大型振动碾难于到达的部位，填筑细石渣料，采用打夯机夯实，减小铺料厚度，提高夯实遍数。5.3.2钢筋铅丝笼护面施工围堰迎水面接触部位水流冲刷较严重，为保证围堰安全，在该部位迎水面采用钢筋铅丝笼进行防护。钢筋铅丝笼规格为2m1m1m，钢筋笼在现场适当位置加工，预留一面待块石填满后封口。水下部分采用抛投方式码放。水上部分采用从坡面自下而上的顺序铺筑，在进行钢筋笼码放前首先将填筑坡面修整平整，然后挂线放置钢筋笼，人工进行填石装笼，卵石由机械配合人工从开挖石渣或渣场中选取。码放随着堰体上升逐层施工，封口网面钢筋连接采用电弧焊焊接方式连接，钢筋笼之间采用铅丝绑扎牢靠。5.3.3围堰填筑强度分析上下游围堰分两期填筑，即水下填筑和围堰加高。防渗平台以下除截流戗堤外，填筑量为12.11万m3，填筑工期为24天，则填筑强度为252.3m3/h；防渗平台以上填筑量为6.5万m3，填筑工期为20天，则填筑强度