水力工程混凝土重力坝设计计算书毕业论文.doc

摘要 陵江水利枢纽工程是位于陵江上的 级建筑物 由厂房段坝段 溢流坝段 大孔口溢 流坝段 深孔溢流坝和坝后厂房等组成 装机容量 90 万千瓦 6 15 万千瓦 它是一项 具有防洪 发电 灌溉 航运和养殖等综合效益的改革大自然的伟大工程 本次的设计的内容包括施工导流和基础处理设计 在设计中 我们充分在地分析论 证了枢纽处的地形地貌条件 水文地质情况 气象资料等 结合当地的施工条件 依据 各类水利工程规范 初步拟定导流方式采用分段围堰法导流 其导流时段为全年导流 根据基本资料选定了导流标准为 20 年一遇洪水标准 通过定量计算 进行了导流方案的 经济比较 选择导流方案为土石围堰 束窄的河床和导流底孔泄流 在导流建筑物的设 计中 导流底孔采用矩形 在导流建筑物的施工中 通过各建筑物工程量的计算 确定 了各类施工机械的类型及台数 在截流设计中通过截流水力计算 确定了在不同流速情 况下各截流材料的粒径大小及其数量 在基坑排水设计中 通过各期排水量的计算 确 定了各期的排水设备 在基础处理部分 运用钻孔爆破的方法开挖坝基 设计具体的爆破参数及其起爆网 络 为提高坝基整体性 增强基岩承载力 并增加基岩密实性 减少通过基础表层岩石渗 漏量 还需对坝基进行固结灌浆和帷幕灌浆 为此设计灌浆的布置方式和基本参数 关键词 水利枢纽 施工导流 基础处理 Abstract The Lingjiang Hydro junction Projects are at I level and located on the Lingjiang River And the projects are composed of the power plant dam the overflow dam the overflow dam with big orifices the overflow dam with deep orifices and the powerhouse behind dam The installed capacity is about 900 000 kilowatts 6 15 ten thousand kilowatts and it is an item with synthesis benefits such as the flood prevention electricity generation irrigation shipping and cultivation It is called to be a great project for nature reform This design includes the construction diversion and the design for foundation treatment In the design we have fully proven the key position terrain landform condition in the place analysis the hydrology geology situation and the meteorological data and so on Considering the local construction condition the rests on each kind of hydraulic engineering standard we draw up the conduction current way that is to use the partition coffer dam law conduction current initially and the conduction current time interval is perennial diversion The conduction current standard is 20 year frequency flood according to the basic document Through the quantitative terms and the conduction current plan economical comparison the programmer for diversion is embankment cofferdam contracted river and the bottom orifice for releases In the design we use the rectangle diversion orifice in the diversion In the construction we determined the various types of construction machinery and the number by the calculation of works of the buildings In the closure work design we determined the different particle size and number of river materials the current situation through the river hydro calculation In the reference pit drainage design we determined the period s drainage equipment through the displacement calculation in every period In basic processing component the use of blast by bore holes to excavate the dam foundation Blasting parameters and the specific professional network are the main task in this design To enhance the integrity of the dam foundation and the bedrock bear and increase the dense of the bedrock and reduce leakage through the basic surface rock we needed the consolidation grouting and the curtain grouting for the dam foundation Because of the reasons above this paper designed the layout and the basic parameters of the grouting Key words hydraulic engineering construction the construction diversion foundation treatment 前 言 为使我们能把理论联系实际 加深对所学知识的理解和掌握 为正式踏上工作岗位 投入实际水利工程的规划 勘测 设计 施工等 学校特意把大四下学期作为同学们毕 业设计时期 根据学校安排 此次我所作的是实际工程 陵江水利工程施工导流与基础 处理 水利工程施工是一门涉及面较广 学术性较强 内容组织结构联系较紧密的学科 通 过对这次毕业设计使我把大学生活所学到的零散理论知识得到融会贯通 把书本上的理 论知识用来解决实际问题 使自己的理论知识体系得到了升华 本次设计是在康迎宾和 路志强的精心指导下 我们设计组的成员共同努力 完成了这次的毕业设计 本次设计的主要研究方面主要有 施工导流和基础处理 综合运用了 和 等各学科知识 本说明书共分八大章节 其中包括 陵江水利枢纽概况 施工导流 导流建筑物设 计 导流建筑物施工 截流设计和基坑排水以及基础处理等内容 并对这几大方面分别 作了不同程度的介绍 由于自身水平有限 设计中难免有些疏漏和不足之处 还望老师和同学们給予指正 批评 编者 李坡 目 录 1 工程概况 1 1 1 枢纽地理概况 1 1 1 1 工场地及运输条件 1 1 2 水文气象 1 1 2 1 水文 1 1 2 2 气象 2 1 3 工程地质及水文地质 4 1 4 当地建筑材料 5 1 4 1 砂砾石料 5 1 4 2 粘性土料 6 1 4 3 块石料 6 1 4 4 木材 6 1 4 5 工程量 6 2 施工导流设计 9 2 1 导流方式选择和导流时段划分 9 2 1 1 导流方式选择 9 2 1 2 导流时段的划分 10 2 2 导流设计标准和导流设计流量 10 2 2 1 导流设计标准 10 2 2 2 导流设计流量 12 2 3 导流方案的拟定 12 2 4 围堰堰顶高程的确定 14 2 4 1 一期围堰高程的确定 14 2 4 2 二期围堰高程的确定 17 3 导流建筑物设计 19 3 1 导流底孔设计 19 3 2 围堰结构设计 19 3 2 1 一期围堰结构设计 19 3 2 2 二期围堰结构设计 20 4 截流设计 21 4 1 截流方案选择 21 4 1 1 截流方案的比较 21 4 1 2 截流方式的选择 21 4 1 3 龙口位置的选择 22 4 2 截流日期和截流设计流量 22 4 3 截流水力计算 23 4 3 1 流水力计算的原理 23 4 3 2 戗堤高程确定 24 4 3 2 立堵截流材料的确定 25 5 基坑排水 27 5 1 一期排水量的估算 27 5 1 1 初期排水 27 5 1 2 经常性排水 28 5 2 二期排水量的估算 31 5 2 1 初期排水 31 5 2 2 经常性排水 31 5 3 排水设备的选择 32 5 3 1 初期排水设备的选择 32 5 3 2 经常性排水设备的选择 32 6 围堰施工 34 6 1 一期围堰的施工 34 6 1 1 围堰工程量 34 6 1 2 围堰填料的选择 34 6 1 3 围堰工期 34 6 2 二期围堰的施工 35 6 2 1 围堰工程量 35 6 2 2 围堰填料的选择 35 6 3 围堰稳定分析 35 6 3 1 上游围堰的基本设计 36 6 3 2 稳定分析资料 36 6 3 3 渗流分析 36 6 3 4 稳定分析 36 6 4 围堰的拆除 37 6 4 1 上游围堰的拆除 37 6 4 2 下游围堰的拆除 38 7 拦洪渡汛与封堵蓄水 39 7 1 拦洪渡汛 39 7 1 1 坝体拦洪时的导流标准 39 7 1 2 坝体拦洪渡汛措施 40 7 2 封堵蓄水 41 7 2 1 导流泄水建筑物的封堵 41 7 2 2 初期蓄水 42 8 基础处理 44 8 1 基础开挖 44 8 1 1 开挖程序的选择 44 8 1 2 坝基开挖方式 44 8 1 3 左岸坝基的开挖 45 8 1 4 右岸坝基的开挖 49 8 1 5 土石料平衡 53 8 2 基础灌浆 53 8 2 1 固结灌浆的设计和施工 53 8 2 2 固结灌浆的施工 55 8 2 3 帷幕灌浆设计和施工 58 8 2 4 帷幕灌浆施工 60 8 3 排水孔设计和施工 64 8 3 1 排水孔的位置和布设 64 8 3 2 排水孔的孔径 孔距和深度 65 结束语 66 参考文献 67 附录 计算书 68 附录 外文资料及翻译 95 1 工程概况 1 1 枢纽地理概况 1 1 11 1 1 工场地及运输条件工场地及运输条件 1 1 1 1 施工场地 陵江是里江的交流发源与风岭南麓 于江口市注入里江 全长 1 700 公里 流 域面积 154 000 平方公里 年平均径流总量 600 亿立方米 陵江流域洪水灾害频繁而严重 受陵江洪水威胁的地区达 15 000 平公里 农 田 750 万亩 人口 400 陵江流域拥有耕地 6 000 万亩 其中可以发展大型灌溉的约 2 100 万亩 现尚 无现代化灌溉措施 农田用水无保证 作物产量低 陵江水力蕴藏丰富 仅干流部分即达 300 万千瓦 陵江航道在枯水期水深不 足 险滩多 迫切需要改善 陵江水利枢纽工程位于华城县上游 50 公里 距江口市 680 公里 正处于陵江 上 中游交界处 为河流出峡谷的末端 水库流域面积 97 000 平方公里 占 流域总面积的 63 陵江枢纽属一等水利工程 装机容量 90 万千瓦 6 15 万 千瓦 它是一项具有防洪 发电 灌溉 航运和养殖等综合效益的改革大自然 的伟大工程 1 1 1 2 运输条件 由坝址至华城 在勘探期间筑有 50 公里临时公路线 华城向东南至江口市 公路全长 420 公里 为单行线 设计行车强度 200 辆 昼夜 陵江水运由坝址至江 口市全程 687 公里 其中下游的 567 公里 可全年通行 200 吨以下的驳船 其余部 分由于浅滩阻塞 在枯水期运行能力微小 华城至江口市有全长 450 公里的国家 铁路干线 该线可于陵江左岸引入工地 1 2 水文气象 1 2 11 2 1 水文水文 根据枢纽附近测站较长时期观测资料统计的结果 坝址处多年平均流量为 1 210 立米 秒 年平均径流量约 382 亿立米 年径流分配不均匀 平均有 65 集 中在洪洪水期 7 10 月 最大达 75 洪水期平均流量为 2 300 立米 秒 中 低水期为 616 立米 秒 本流域径流主要由降雨形成 洪峰发生次数一般以 9 月份较多 最大洪峰 流量据推算为 50 000 立米 秒 出现在 1935 年 7 月 7 日 11 月 3 日为枯水期 最小流量一般出现在 1 2 两月 但也有些年份出现在夏季 市实施最小流量为 124 立米 秒 1958 年 3 月 12 日 洪枯流量比达 403 洪峰由暴雨形成 峰型一般高瘦 单峰突出 持续时间 7 9 天 1935 年型 也有数峰连续 持续时间为 40 50 天 如 1938 年和 1958 年 按照频率计算 坝址处全年最大瞬时流量值 千年一遇 63 800 立米 秒 二百年一遇为 52 000 立米 秒 百年一遇为 47 000 立米 秒 五十年一遇 41 600 立米 秒 二十年一遇为 34 500 立米 秒 十年一遇为 28 800 立米 秒 1 2 21 2 2 气象气象 1 2 2 11 2 2 1 气温气温 根据华城站 1959 1989 年的统计资料中知 多年平均气温为 15 2 极端最高 气温为 40 4 1959 年 6 月 极端最低气温为 14 3 1964 年 1 月 日平均气温在 0 以下的为 17 天 表 1 1 华城站月平均气温及极端气温表 项目 月份 月平均极端最高极端最低月平均最 高 月平均最 低 11 319 3 14 36 3 2 5 23 522 9 9 38 6 0 4 38 427 3 9 613 94 0 415 634 81 321 711 3 520 837 87 926 715 5 626 040 412 032 120 6 727 339 018 232 320 6 826 338 215 331 022 8 922 635 58 528 018 1 1016 533 32 522 511 1 119 927 8 5 215 85 2 123 821 8 7 99 20 2 全年15 240 4 14 320 710 7 表 1 2 华城站一年内各种日平均温度天数表 1 2 2 2 1 2 2 2 雨量雨量 陵江流域平均雨量为 700 1000 毫米 大部分集中在 7 8 9 三个月 坝址 下游华城站多年平均降雨量 860 1 毫米 发生在 1935 年 7 月 华城 7 9 月平均 降雨量占全年降雨总量 45 5 坝址下游 9 公蔡湾站 1954 年最急降雨量 60 毫 米 历时一小时 其它有关资料见表 3 表 4 和表 5 表 1 3 各月降雨量分配表 月份 项目 1234567 月平均29 153 233 147 488 275 2182 1 最大293 1275 5120 8189 0212 1147 5509 1 最小2 008 616 529 140 532 8 月份 项目 89101112全年 月平均141 267 739 043 133 8860 1 最大283 6148 379 5102 3105 0205 46 最小84 216 612 0011 0 温 度 30 20 5 0 5 平 均1214976174 最 高 23157923414 连续最长天数713153175 表 1 4 各月降雨强度 5 毫米 小时不能施工天数统计 表 1 5 晴 云 阴雨数统计表 月 项 目 123456789101112全年 晴 天 4 42 72 72 12 43 11 72 34 74 07 07 044 云 天 12 312 010 614 112 913 99 711 411 712 111 011 0142 7 阴 天 14 314 117 313 715 713 019 617 313 614 912 013 0178 4 雨 天 7 98 710 910 411 19 015 014 47 79 48 17 4120 1 1 2 2 3 1 2 2 3 风力与风向风力与风向 陵江流域多年平均风力为 8 级 年平均风力为 2 级以下 最多风向 上游 偏东 中游偏西北 下游偏东北 华城站最大风力为 7 级 平均为 1 7 级 1 3 工程地质及水文地质 坝址区露的地层有原古代付片岩系及火成岩系 震旦纪灰岩及千枚状页岩 月 项目 123456789101112全年 5m m 小 时 00123354320023 老第三纪红色岩系及第四纪沉积层 坝轴线右岸及河床部分为闪长岩及变质玢 岩 左岸为辉绿岩 左岸为片岩 岩石风化剧烈 山脊上风化层平均厚 20 米 河床右边部分有数座礁岛 左边部分有深槽 在坝基范围内 深槽沿水流方向 加深 加宽 最深处岩面高程为 360 米 河床沙砾石覆盖层深度为 4 10 米 局部深槽处最深达 31 米 覆盖层分为 两部分 上部细砂层的渗透系数为 30 米 昼夜 下部砂砾石层在坝轴线上游的 渗透系数为 90 米 昼夜 在坝轴线下游只有 10 米 昼夜 坝址附近地下水的埋藏深度一般为 2 20 米 地形较高处 埋藏较深 标高 自 400 470 米 地下水一般依山坡流向低地 地下水对各种水泥均无侵蚀性 陵江水利枢纽位于峡谷尾端 左岸岸坡较陡平均约为 34 度 右岸岸坡较平缓 平均约为 24 度 岸坡坡顶高程在 420 430 米 河谷两岸切割剧烈 一般深度 30 50 米 坝轴线下游 1 公里即为峡谷出口 河面逐渐展宽 两岸地势亦趋平坦 形成良好的施工场地 1 41 4 当地建筑材料当地建筑材料 1 4 11 4 1 砂砾石料砂砾石料 1 4 1 11 4 1 1 金沙滩产区金沙滩产区 本区位于陵江右岸坝址下游 1 5 6 公里处 有平均厚度为 3 54 米的粉沙覆 盖层 最厚为 8 米 粉沙细度模数平均为 1 18 覆盖层及以下的砂砾石合物中 砂子细度模数一般在 1 9 以下 10 厘米以上的砾石甚少 1 4 1 21 4 1 2 下游河床产区下游河床产区 本区位于陵江左岸河床中 上距坝轴线约 0 7 4 公里 高程在 390 米以下 枯水期露出水面 砂子细度模数平均 2 3 含泥量小于 2 每母含量一般小于 0 5 根据水文资料分析 在洪水期的 7 9 月 以上两产区附近的河床水流速大 于 2 5 米 秒 带有砂驳的拖船轮在这种流速情况下难以行驶 停靠码头也有困 难 这对料场开采是不利的 表 1 6 天然建筑材料主要产地及储藏量 编号产地与坝址距离 公里 材料类别储量 万立米 1金沙滩1 5 6砂砾石983 2下游河床0 7 4砂砾石1901 3蛇营1 4粘性土料141 4红岭0 5 2粘性土料111 5梅林0 6 3粘性土料161 6仙人山1 2 2块石料765 7溪河玉山5 7块石料4489 1 4 21 4 2 粘性土料粘性土料 蛇营土区位于坝址下游左岸 地形平坦宽阔 地面高程 399 408 米 土料 分布较有规律 土层厚度为 7 12 米 自西向东逐渐增厚 红岭土区位于坝址上游右岸 料场呈条形 平行于陵江 分布在二级侵蚀 型阶地上 上层自西向东由薄变厚 上层厚度 5 8 米 地面高程为 420 440 米 梅林土区位于坝址下游右岸 地层丘陵起伏 地面高程为 399 425 米 土 层厚度 5 10 米 1 4 31 4 3 块石料块石料 溪河玉山石料区 位于陵江支流榕江右岸 岩石为石灰岩 质坚而脆 抗 击力弱 岩石风化层厚 1 5 米 平均 3 米 剥离层厚小于 2 米 仙人山石料区 位于坝址上游 陵江右岸 岩石为辉绿岩 剥离层为强风 化辉绿岩 风化层厚在 20 米以上 剥离层远较溪河玉山料区为大 1 4 41 4 4 木材木材 陵江上游地区松木贮量约 206 万立方米 杉木 36 万立方米 但目前尚未大 量开伐 不能满足施工的大量需升船机的简述 1 4 5 1 4 5 工程量工程量 河床大坝基础固结灌浆 4 240 米 河床大坝帷幕灌浆 7 200 米 连接坝段基础固结灌浆 两岸各 2 020 米 连接坝段帷幕灌浆 两岸 1 920 米 连接坝段土石方填筑 两 岸各 50 万立米 上石坝清基 右岸 28 4 万立米 左岸 24 7 万立米 土石坝基础灌浆 右岸 4 950 米 左岸 6 690 米 土石坝回填 右岸 130 8 万立米 左岸 237 7 万立米 水电站厂房混凝土 14 1 万立米 开关站土石方开挖 6 万立米 开关站混凝土 1 万立米 通航建筑物土方开挖 31 万立米 石方开挖 88 万立米 混凝土 14 4 万立米 表 1 7 混凝土大坝基础土石方开挖工程量 部位右岸连 接段 深孔段大孔口段堰顶溢 流段 厂房段左岸连 接段 工程量 万立米 216 06 8143028 表 1 8 大坝混凝土工程量 高程 万立 米 右岸连 接段 深孔段大孔口 段 堰顶溢 流段 厂房段左岸连 接段 合计 4790000000 4695 063 103 200 903 302 2617 82 45910 206 206 201 807 004 6436 04 44916 959 808 504 8011 308 0259 37 43925 8114 2012 009 5016 5012 6490 65 42936 7817 4016 8015 3022 7018 49127 47 41948 3220 9021 1022 1029 3025 57167 29 40953 4328 4028 2031 7037 0029 50208 23 39953 8736 8035 9042 8047 0030 62246 99 38953 8744 4043 8053 9060 0031 32287 29 37953 8747 3050 6064 2073 7031 32320 99 37453 8749 1051 9066 9073 7031 32326 79 36953 8749 1051 9069 7073 7031 32329 50 36453 8749 1051 9071 2073 7031 32331 09 2 2 施工导流设计施工导流设计 施工导流的基本方法大体上可分为两类 一类是分段围堰法导流 水流可 通过束窄的河床 坝体底孔 缺口或明槽等往下游宣泄 另一类是全段围堰法 导流 水流通过河床外的临时或永久的隧洞 明渠或河床内的涵管等往下游宣 泄 2 1 导流方式选择和导流时段划分 2 1 12 1 1 导流方式选择导流方式选择 目前 大多数工程常用的导流方式主要有全段围堰法和分段围堰法 由于 全段围堰法是主河道被围堰一次拦断 水流被导向旁侧的泄水建筑物 分段围 堰法是将河床围成若干个干地施工基坑 分段进行施工 2 1 1 12 1 1 1 定性分析导流方式定性分析导流方式 本水利枢纽位于河流出峡谷的末端 左岸岸坡较陡平均约为 34 度 右岸岸 坡较平缓 平均约为 24 度 岸坡坡顶高程在 420 430m 河谷两岸切割剧烈 一般深度 30 50 米 坝轴线下游 1 公里即为峡谷出口 河面逐渐展宽 两岸地 势亦趋平坦 形成良好的施工场地 另陵江水利枢纽河床比较宽阔 区附近都 为峡谷地区且岩石分化节理差 河面宽 1211m 且该河流有通航要求 所以 宜采用分段围堰法 2 1 12 1 1 2 2 定量分析导流方式定量分析导流方式 河谷形状系数可在一定程度上综合反映地形 地质等因素 若该系数小 则表明河谷为窄深型 岸坡陡峻 一般来说 岩石是坚硬的 否则 岸坡不可 能是陡峻的 水文条件也在一定程度上与河谷形状系数有关 河谷形状系数作为地形条件的定量指标 其定义为坝体周边长度与最大坝 高之比 对于混凝土坝枢纽 当河谷形状系数小于 6 5 导流流量小于 5900m3 s 时 宜采用隧洞导流 否则 宜采用分期导流 影响导流方式选择 的因素很多 但坝型 水文及地形条件是主要因素 本工程通过坝体剖面的尺寸测量计算 其河谷形状系数大于 6 5 由于在较 宽河谷宜采用分期导流 因此可确定其导流方式为分段围堰导流 2 1 22 1 2 导流时段的划分导流时段的划分 导流时段的划分主要与河道水文特性 枢纽类型 导流方式 施工总进度 及工期等有关 从施工角度对全年流量变化过程线所划分出的水文时段 是划 分导流时段的基本依据 其目的是研究降低设计流量的可能性与合理性 对导流设计流量的确定而言 导流时段划分主要是指枯水期施工时段的选 择 或围堰挡水时段的选择 为了尽量减小导流建筑物的规模 又尽可能争取 较长的基坑干地施工时间 因此在导流时段的划分时 除了认真研究河道水文 特性外 还应着重分析围堰挡水期内的基坑工作量与施工控制性进度 一般来 说 枯水期应确保正常施工 中水期也是应当争取的 从施工角度划分的水文 时段 往往只有洪 枯之分 由于本工程工程量大 施工条件复杂 考虑到分 时段导流可能出现汛期基坑淹没影响整个工期 或导流建筑物标准定的太高 造成不必要的资源浪费 故导流时段采用以全年导流为标准 第一时段 一期围堰挡水 束窄河床导流 进行第一期基坑内的工程的施 工 第二时段 二期围堰挡水 底孔泄流和坝体缺口泄流 进行第二期基坑内 的工程的施工 第三时段 大坝挡水 坝体缺口上升 临时底孔封堵 大坝泄水孔泄流 2 2 导流设计标准和导流设计流量 2 2 12 2 1 导流设计标准导流设计标准 导流设计流量的大小 取决于导流设计洪水的频率标准 通常也简称为导 流设计标准 施工期可能遭遇的洪水 是一个随机事件 如果标准太低 不能保证施工 安全 反之 则使导流工程设计规模过大 不仅导流费用增加 而且可能因其 规模过大而无法按期完成 造成工程施工的被动局面 因此 导流设计洪水标 准的确定 实际上就是要在经济性与所冒风险大小之间加以抉择 本次设计采用的导流标准 按现行规范 水利水电工程施工组织设计规范 SL303 2004 根据导流建筑物的保护对象 失事后果 使用年限和工程规模等 指标 依据导流建筑物的级别划分确定本工程导流建筑物的级别为 级 根据 导流建筑物洪水标准划分确定其洪水重现期为 20 年一遇 频率为 P 5 表 2 1 导流建筑物级别划分 围堰工程规模级别保护对象失事后果使用年 限 年 堰高 m 库容 亿 m3 有特殊要求的 级永久建筑物 淹没重要城镇 工矿企 业 交通干线或推迟工 程总工期及第一台机组 发电 造成重大灾害和 损失 3 50 1 0 级永久建 筑物 淹没一般城镇 工矿企 业 或影响工程总工期 及第一台机组发电而造 成较大经济损失 1 5 315 500 1 1 0 级永久建 筑物 淹没基坑 但对总工期 及第一台机组发电影响 不大 经济损失较小 1 5 15 0 1 表 2 2 导流建筑物洪水标准划分 导流建筑物级级别导流建筑物 类型 洪水重现期 年 土石50 2020 1010 5 混凝土20 1010 55 3 一期导流建筑物 一期导流建筑物横向围堰和纵向围堰为土石围堰 由于 领奖地区土石料丰富 可以就地取材 本设计采用不过水土石堰 由于陵江水 利枢纽系一等工程 主要建筑物为一级建筑物 可确定围堰级别 级 初步设 计为 级导流建筑物 导流建筑物洪水标准为 20 10 采用 20 年一遇的洪水标 准 洪水流量为 34500m3 s 二期导流建筑物 二期导流建筑物包括横向石围堰 纵向混凝土围堰和导 流底孔 由于陵江水利枢纽系一等工程 主要建筑物为一级建筑物 同时为了 保证在二期工程结束之后电站可以仅早发电 不过水土石堰设计为 级导流建 筑物 导流建筑物洪水标准为 50 20 采用 20 年一遇的洪水标准 洪水流量为 34500m3 s 2 2 22 2 2 导流设计流量导流设计流量 根据导流时段及导流标准结合本水利枢纽流域水文资料 可确定其导流设计 流量为 一期导流设计流量 Q 34500m3 s 二期导流设计流量 Q 34500m3 s 2 3 导流方案的拟定 选择导流方案 必须根据工程的具体条件 拟定几个可行方案 进行全面 分析比较 不仅前期导流 对中 后期导流也要作全面的分析 由于施工导流 在整个过程中属于全局性和战略性的决策 分析导流方案时不能仅仅变化情况 枯水期的长短 汛期洪水的延续时间等均直接影响导流方案的选择 一般来说 对于河床宽 流量大的河流 宜采用分段围堰法导流 对于水位变化大的山区 河流 可采用允许基坑淹没的导流方法 在一定时期内通过过水围堰和基坑来 宣泄洪峰流量 在工程施工过程中 不同阶段可以采用不同的施工导流方法和 挡水泄水建筑物 不同导流方法组合的顺序 成为导流程序 导流时段的划分 与河流的水文特征 水工建筑物的布置和型式 导流方案 施工进度有关 这 种由不同导流时段不同导流方式的组合 成为导流方案 导流方案的选择 须根据工程的具体条件 拟定几个可行性的方案 进行 全面的分析比较 分析导流方案时不仅从导流工程造价来衡量 还须从施工进 度 交通和施工场地布置 主体工程量与造价及其它国民经济的要求等进行全 面的经济与技术比较 最优导流方案 一般体现在以下几个方面 整个枢纽工程施工进度快 工期短 造价低 尽量压缩前期投资 尽快 发挥投资效益 主体工程施工安全 施工强度均衡 干扰小 保证施工主动性 导流建筑物简单易行 工程量低 造价低 施工方便 满足国民经济各部门要求 陵江水利枢纽根据地形地质水文等条件初步拟定导流方案如下 方案一 分段围堰法 不过水土石围堰 一期围左岸 束窄河床导流 二 期围右岸 溢流坝段设导流底孔和缺口泄流 方案二 分段围堰法 不过水土石围堰 一期围左岸 束窄河床导流 二 期围右岸 明渠导流 各方案分析论证 方案一 分段围堰法 不过水土石围堰 一期围左岸 束窄河床导流 二 期围右岸 溢流坝段设导流底孔和缺口泄流 土石围堰便于就地取材 经济 围堰的拆除与兴建快捷 由导流底孔泄流 因此工程中采用的相对普遍 方案二 分段围堰法 不过水土石围堰 一期围左岸 束窄河床导流 二期 围右岸 明渠导流 在本设计中 由相应的地形图 陵江水利枢纽位于峡谷尾端 左岸岸坡较 陡平均约为 34 度 右岸岸坡较平缓 平均约为 24 度 岸坡坡顶高程在 420 430 米 可以看到不适宜开挖明渠导流 修筑不过水的土石围堰 它能充分利用当地材料 且可以在有覆盖层的 河床上修建 是水电工程中采用最为广泛的一种围堰形式 并且不过水土石围 堰堰高较高 汛期对主体工程的施工影响相对过水围堰来说较小 施工进度易 于控制 施工质量可达到设计要求 通过以上条件的比较 暂定采用方案一 分段围堰法 不过水土石围堰 一期围左岸 束窄河床导流 二期围右岸 溢流坝段设导流底孔和和坝体缺口 泄流 2 42 4 围堰堰顶高程的确定围堰堰顶高程的确定 2 4 1 2 4 1 一期围堰高程的确定一期围堰高程的确定 初期的导流标准选用的 20 年一遇 由水文气象资料知道 20 年一遇的洪水流 量为 34500m3 s 该流量下所对应的水位为 400 2m 在图纸上量的与此水位对应 的河床宽度为 B1 561m 本设计采取的思路是先利用围堰围住左岸 主要是对左岸的连接坝段 厂 房坝段和溢流坝段的施工 对左岸进行第一期的施工 利用此围堰所束窄的平 均河床宽度为 B2 344 m 2 4 1 1 河床束窄程度 选择纵向围堰位置 实际上就是要确定适宜的河床束窄度 束窄度就是天 然河流过水面积被围堰束窄的程度 一般可用下式表示 K 100 1 2 A A K 式中 K 河床束窄程度 简称束窄度 围堰和基坑所占据的过水面积 m2 2 A 天然河床的过水面积 m2 1 A 河床束窄度计算如下 A2 344 400 2 390 3590 4m2 A1 561 400 2 390 5722 2 m2 K 3590 4 5722 2 100 60 7 由经验知 河床的束窄度只要能够控制在 40 70 之间便符合要求 根 据计算结果可知该河床的束窄度在此范围内 2 4 1 2 2 4 1 2 束窄河床导流水力计算束窄河床导流水力计算 束窄河床的最大平均流速 vc 21 AA Q VC 式中 束窄段床的平均流速 m s C V Q 导流设计流量 m3 s 侧收缩系数 单侧收缩时采用 0 95 两侧收缩时采用 0 90 束窄河床的平均流速 Vc 计算如下 m3 s 7 15 100 4 3590 2 5722 95 0 34500 C V 水位壅高 z 计算 由于围堰将河床束窄 破坏了河流原来的水流状态 在束窄段前产生水位壅高 其壅高值可由下式估算 g o g Vc Z v 22 2 2 2 式中 Q 导流设计流量 A1 原河床的过水面积 Z 壅高 m 原河床断面平均流速 v0 束窄河床的最大平均流速 vc G 重力加速度 流速系数 随围堰的平面布置形式而定 当其平面布置为矩形时 为梯形时 0 80 0 85 有导流墙时 0 85 0 90 围堰束窄河床后 在束窄段前产生水位壅高 Z 计算如下 0 75 0 85 sm Q A v 8 5 2 5722 34500 1 0 g o g Vc Z v 22 2 2 2 15 972 0 82 2 9 81 5 972 2 9 81 18 5 m 堰顶高程的决定 取决于导流设计流量及围堰的工作条件 下游围堰的堰顶高程由下式决定 Hd d a 式中 Hd 下游围堰堰顶高程 m d 下游水位高程 m 可以直接由原河流水位流量关系曲线中找出 a 浪高 m 一 围堰的安全超高 m 一般对于不过水围堰可按表 1 3 确定 对于 过水围堰可不予考虑 上游围堰的堰顶高程 上游围堰的堰顶高程由下式决定 Hu d Z a 式中 Hu 上游围堰堰顶高程 m Z 上下游水位差 m 其余符号同式上式 必须指出当围堰要拦蓄部分水流时 则堰顶高程应通过水库调洪计算来确定 纵向围堰的堰顶高程 要与束窄河段宣泄导流设计流量时的水面曲线相适 应 因此 纵向围堰的顶面往往作成阶梯形或倾斜状 其上游部分与上游围堰 同高 下游部分与下游围堰同高 Hu hd ha z Hd hd ha 已知坝址处风向为东北风 本设计一期先围左岸 鼓无风区长度 由官厅水库公式计算 hc 0 0076 v 1 12 g vo 2 1 3 vo 2 2 g 0 l 0 331 v 1 2 15 gD vo 2 1 3 75 vo 2 2 g 0 hz hc 2 l 0 ha 0 其中 hd 下游水位高程 400 2m ha 波浪爬高 hc 波高 L 波长 hz 波浪中心线至计算静水位的高度 安全超高 取 0 5m 按 水利水电工程组织设计规范 SL303 2004 以下简称 规范 可 查得下表 表 2 2 不过水围堰堰顶安全超高下限值 m 围堰型式围堰级别 土石围堰0 70 5 混凝土围堰0 40 3 一期土石围堰为 安全超高取 0 5m 由此可知 Hd 400 2 0 5 400 7 m Hu 400 2 18 5 0 5 419 2 m 上游围堰高 34 2 m 下游围堰高 15 2 m 2 4 22 4 2 二期围堰高二期围堰高程的确定程的确定 2 4 2 1 上游围堰堰顶高程的确定上游围堰堰顶高程的确定 由调洪计算可知 详细过程见计算书 第 118 时水库水位 Z 421 25 m Q 28200m3 s q 26400 m3 s 第 124 时日水库水位 Z 421 1m Q 25550m3 s q 26150 m3 s 按水库调洪原理 当 qmax出现时 一定有 q Q 此时 Z V 均为最大值 显然 qmax出现在第 112 时与 118 时之间 经过绘图 知 洪峰出现在 117 时左右 有 q Q 26500 m3 s Z 422 3m 经调洪计算可确定上游最高水位为 Z 422 3 m 详细计算见计算书 堰顶 高程根据正常运行或非常运行时的静水位加上相应的安全超高值 d 来确定 即 Zu Z d 本设计二期围堰级别为 3 级 按 规范 可查得 安全超高值为 0 7m 则 由此可确定二期围堰高程如下 上游围堰高程 421 3 0 7 422m 上游围堰高 422 390 32m 2 4 2 22 4 2 2 下游围堰堰顶高程的确定下游围堰堰顶高程的确定 由坝体缺口和底孔的最大下流量 Q 26300m3 s 查下游水位 流量关系曲线 可有下游水位为 398 1m 可确定 下游围堰高程 398 1 0 7 398 8m 下游围堰高 398 8 390 8 8 3 3 导流建筑物设计导流建筑物设计 3 1 导流底孔设计 本设计底孔采用方形 孔口布置见下表 表 3 1 由水力计算可知 14 个底孔不能满足泄洪要求 需要在益流坝段留有二个缺口 高程为 400 米 宽度分别为 65 米 3 2 围堰结构设计 3 2 1 一期围堰结构设计一期围堰结构设计 上游土石围堰的结构形式为粘土心墙围堰 堰高 34 2 米 心墙顶宽 2 米 上游 迎水面坡比为 1 2 0 下游坡比为 1 2 0 心墙上 下侧坡比均为 1 0 3 围堰顶 宽 5m 心墙部分顶宽为 2 心墙底开挖深度为 10 0m 下游土石围堰的结构形式为粘土心墙围堰 堰高 15 2 米 上游迎水面坡比为 1 2 0 下游坡比为 1 2 0 心墙上 下侧坡比均为 1 0 3 围堰顶宽 5m 心墙 部分顶宽为 2 心墙底开挖深度为 10 0m 详细下 表 3 2 上游围堰下游围堰 堰顶高程 m419 2400 7 堰顶宽 m55 上下游坡面比1 21 2 堰前水深 m34 215 2 心墙顶高程 m418 7400 2 心墙顶宽 m22 心墙上下游面坡比1 0 31 0 3 坝段28293031323334 底孔尺寸 米 米 4 84 84 84 84 84 84 8 底孔数量 个 2222222 底孔高程 米 38838838838838 8388388 未完建坝面高程 米 400400400400400400400 3 2 2 二期围堰结构设计二期围堰结构设计 上游土石围堰的结构形式为粘土心墙围堰 堰顶高程 422 米 上游迎水面 坡比为 1 2 0 下游坡比为 1 2 0 心墙上 下侧坡比均为 1 0 3 戗堤上 下 游侧坡比均为 1 2 0 心墙部分顶宽为 2 米 心墙底开挖深度为 10 0m 下游土石围堰的结构形式为混凝土心墙围堰 下游围堰高程 398 8 米 上 游迎水面坡比为 1 2 0 下游坡比为 1 2 0 心墙部分顶宽为 2 米 3 3 控制性进度计划控制性进度计划 编制控制性施工进度 首先要选定关键性工程项目 根据工程特点和施工 条件 拟定关键性工程项目的施工程序 确定关键工程考虑当地的自然条件 主体建筑物的施工特点 主体建筑物的工程量等条件 控制性进度计划 应列 出施工进度指标的主要工程项目 应显示工程的开工 流 各项主界体工程的 施工程序和开工 完工日期从资料分析可知 陵江水利枢纽的关键性工程为导 流工程与河床坝段的浇筑工程 混凝土浇筑量为 368 万立方米 根据 水利水 电工程施工组织设计手册 1 施工规划 P641 2 1 当混凝土坝的坝体方量为 300 400 万 m3 时 总工期为 8 9 年 准备工期 1 5 1 2 主要工期 5 5 5 完建 期 1 5 2 本工程初步拟订工期为 8 5 年 准备工期 1 5 年 主要工期 5 5 年 完建期 1 5 年 根据经验以及大量查阅水利方面的资料 并结合此工程的实际 情况 得出控制性进度计划见下表 表 3 3 施工控进度表 工程项目工期历时 月 准备工作2007 5 1 2008 10 3118 一期围堰工程2008 11 1 2009 1 313 一期开挖工程2009 2 1 2009 4 303 一期混凝土坝段浇注2009 5 1 2011 8 3128 二期围堰工程2011 11 1 2012 1 303 二期开挖工程2012 2 1 2012 3 302 二期混凝土坝段浇注2012 4 1 2014 2 2923 结束工作2014 3 1 2015 8 3118 最终本工程的工期为 98 个月 4 4 截流设计截流设计 4 1 截流方案选择 在施工导流中 截断原河床水流 最终把河水引向导流泄水建筑物下泄 在河 床中全面开展主体建筑物的施工 这就是截流 一般说来截流施工的过程为 先在河床的一侧或两侧向河床中填筑截流戗堤 这种向水中筑堤的工作叫做进 占 戗堤填筑到一定程度 把河床束窄 形成了流速较大的龙口 封堵龙口的 工作称为合龙 在合龙开始以前 为了防止龙口河床或戗堤端部被冲毁 须采 取防冲措施对龙口加固 合龙以后 龙口部位的戗堤虽已高出水面 但其本身 依然漏水 因此须在其迎水面设置防渗设施 在戗堤全线上设置防渗设施的工 作叫闭气 所以 整个截流过程包括戗堤的进占 龙口范围的加固 合龙和闭 气等工作 截流以后 再在这个基础上 对戗堤进行加高培厚 修成围堰 4 1 14 1 1 截流方案的比较截流方案的比较 河道截流的基本方法有 立堵法 平堵法 立平堵法 平立堵法 下闸截流以 及定向爆破截流等多种方法 比较常用的方法是立堵法和平堵法 4 1 1 14 1 1 1 立堵法截流立堵法截流 立堵法截流是将截流材料 从龙口一端向另一端或从两端向中间抛投进占 逐渐束窄龙口 直至全部拦断 截流材料通常用自卸汽车在进占戗堤的端部直 接卸料入水 不需要在龙口架设浮桥或栈桥 准备工作比较简单 费用较低 4 1 1 24 1 1 2 平堵法截流平堵法截流 平堵法截流事先要在龙口架设浮桥或栈桥 用自卸汽车沿龙口全线从浮桥 或栈桥上均匀地逐层抛填截流材料 直至戗堤高出水面为止 但在通航河道上 龙口的浮桥或栈桥会碍航 4 1 24 1 2 截流方式的选择截流方式的