某混凝土重力坝施工导流设计

某混凝土重力坝施工导流设计某混凝土重力坝施工导流设计 一 工程概况 本水库是该流域水利水电建设规划中的主体工程之一 坝址位于某乡上游 3km 处 控制流域面积 317km2 坝址处多年平均流量 11 1m3 s 年径流总量 3 5 108m3 本工程是一座兼有防洪 灌溉 发电 水产养殖效益的综合开发的水利枢纽工程 工程总库容为 1 6 108m3 正常高水位 130 0m 死水位 112 0m 设计洪水位 130 74m 校核洪水位 132 4m 水库有效库容达 1 0 108m3 为年调节性水库 该工程拦河坝的坝型为砼重力坝 电站布置在河床右侧的非溢流坝段的后面 为坝后式布置 坝顶 全长 315m 坝顶高程 135m 其中左非溢流坝坝段长度为 100m 溢流坝段长度为 48m 右非溢流坝段长度 167m 溢流坝段布置在河床中部偏左岸 设有 3 孔 6m 12m 的弧形工作闸门 堰顶高程 124m 坝底最大 宽度为 54m 消能方式为挑流消能 在坝后式厂房处 非溢流坝段的最大底度为 46 6m 厂房最大宽度为 13 7m 厂坝联结段为 4m 电站装机容量为 2 3200KW 引水压力钢管设在非溢流坝段内 进水口底板高程为 95 0m 管径 1 75m 采用单机供水的布置方式 水轮机安装高程 85 0m 设计工作水头 36 0m 最大工作水头 45 0m 最小工作水头 27 0m 工程枢纽处地形及工程布置见图 1 二 基本资料 1 工程水文资料 该水库库容在 1 108m3以上 主坝工程为二级建筑物 坝址设计洪水过程线 是根据上游 3km 处水 文观测站实测某年最大一次洪水典型加以修正 以洪峰 洪量控制进行放大而得 现将各设计频率洪水 过程线 施工设计洪水等水文资料列于表 1 表 5 表 1 坝址设计洪水过程线 单位 m3 s 频 率 时间 1 2 5 10 20 频率 时间 1 2 5 10 20 010101055601381071068159 6178152184146112668772615741 12660600438368276725044423028 1811601340996723504783527261817 24923780634474366842519151211 304824153403092409020141055 36675588529423343961010 423424063082532081027 48209276218175133 5421118016311888 洪 量 亿 m3 1 261 090 870 690 53 表 2 施工设计洪水成果 单位 m3 s 频率 分期 251020 全年施工 1340996732504 7 月 次年 4 月 1150860600400 9 月 次年 3 月 316235175119 10 月 次年 3 月 26318613386 10 月 次年 4 月 319252206157 表 3 水文站实测历年月平均流量 单位 m3 s 月 年 123456789101112 合计 年 平均 19625 788 4220 211 43 3815 18 818 5716 47 513 092 97142 2511 8 19634 735 8718 811 61 8724 611 26 7612 312 519 48 02154 4812 9 196417 512 210 815 945 874 251 320 96 134 153 203 97266 0522 2 19653 054 198 4016 821 659 311 111 25 793 303 072 72150 4912 5 19662 923 7610 513 635 517 58 425 993 353 052 522 30107 418 95 19674 305 627 2819 230 810 38 1214 83 925 153 713 46114 669 55 19683 124 208 6823 347 921 411 55 054 274 773 152 71140 0511 7 19693 0716 36 917 5512 027 78 425 212 582 304 683 40100 28 34 19705 053 118 4012 122 028 07 226 805 643 554 163 38109 389 11 19713 369 0515 915 212 827 08 3210 816 04 986 264 30131 9711 0 19723 852 955 2514 630 444 815 95 204 526 695 903 58143 3712 0 19732 752 622 684 2121 312 811 07 083 623 275 363 3380 026 67 19746 396 777 6114 210 922 88 609 273 013 822 892 6296 888 07 19752 243 264 3515 68 7913 38 116 916 425 785 846 3986 897 24 19765 137 948 0526 613 525 132 77 453 134 363 453 07140 4811 7 19772 524 7510 313 850 036 216 813 05 104 065 193 37165 0913 8 19782 813 029 0612 314 87 887 445 354 043 972 984 5078 156 51 19796 906 7010 817 826 529 631 922 19 257 635 593 86178 6314 9 19803 244 2013 518 529 726 436 611 119 68 857 717 99187 3915 7 19814 616 567 509 7121 938 28 597 624 603 342 352 33115 799 65 19821 988 624 645 5615 217 77 5918 110 97 0613 66 98117 939 83 合计 95 0130 11200 06299 53523 89579 88309 54209 29150 57110 09114 0785 252807 28234 12 平均 4 526 209 5214 324 9427 6114 749 597 175 245 444 06133 6811 14 表 4 坝址水位 流量关系曲线 水位 m 84 384 685 086 087 088 089 090 091 092 093 0 流量 m3 s 055022050085512801730237029903630 表 5 水库容积曲线 高程 m 9095100105110115120125130135 面积 km2 0 1460 9551 7682 6323 4404 3505 2816 2877 2068 088 容积 万 m3 02759562060357455227935108301420018020 2 坝址地形地质条件 1 左岸 地形自然坡度为 1 1 5 2 0 覆盖层 2 3m 全风化带厚 3 5m 强风化加弱风化带厚 5m 微风化厚 4m 2 河床 岩面较平整 冲积沙砾层厚约 0 1 5m 弱风化层厚 1m 左右 微风化层厚 3 6m 河床纵 剖面地形中 迎水面坝踵处岩面高程约在 86m 左右 背水面坝趾处岩面高程约在 83 5m 左右 距坝趾下 游 15m 处有一深潭 高程约 81m 整个河床皆为微 弱风化的花岗岩组成 致密坚硬 强度高 抗冲能力 强 3 左岸 地形自然坡度为 1 2 左右 覆盖层 4 6m 全风化带厚 6 8m 强风化带厚 2 4m 弱风 化带厚 2 4m 微风化厚 1 12m 4 坝基开挖 强风化层要全部挖除 坝基的开挖范围应与建筑物的底部轮廓尺寸相适应 开挖的 深度按坝底应力和坝基强度而定 5 坝后式厂房基础 厂房设于坝后靠右岸的河床处 设计最低开挖高程为 79 83m 之间 全部处 于微风化新鲜基岩内 3 主要施工条件 1 对外交通 目前已有两条三级公路分别从两岸经过坝首和坝区 2 施工电源 目前已有 35KV 输电线路有县城架至 G 镇 距坝址仅 3km 施工用电可利用本县电 网中的水电 电源充足 质量可靠 3 主要建筑材料 本枢纽主坝为砼重力坝 坝体砼所需的卵石 在坝址上下游 1 2km 均可开采 河砂在距坝址 10km 处的下游采集 库内盛产竹木 自给有余 仅水泥 钢筋 机电设备等需要外购 5 施工年限 本工程主体部分的大坝和电站厂房 施工工期为两年左右 准备工程在第一施工年度的 4 7 月份完 成 水库在第三施工年度的汛后开始蓄水 并在 10 月 1 日并网发电 三 施工导流设计过程 一 施工导流设计标准选择 1 施工导流建筑物级别的选定 本工程根据 水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 89 以及本工程的级别和围堰工程规模 选定施工导流建筑物为 级 2 施工导流设计洪水标准的选择 根据 水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 89 以及导流建筑物的级别 选定导流建筑物 的洪水标准为 20 年一遇 P 5 二 施工导流时段选择 根据本工程的特征条件采用分段围堰法导流 中后期用临时底孔泄流来修建混凝土坝 划分为三个 时段 第一时段 河水由束窄河床通过 进行第一期基坑内施工 第二时段 河水由导流底孔下泄 进 行第二期基坑内施工 第三时段 坝体全面升高 可先由导流底孔下泄河水 底孔封堵以后 则河水由 永久泄水建筑物下泄 也可部分或完全拦蓄在水库中 直到工程完建 三 施工导流设计流量及坝址处河床水位的选择 根据导流设计洪水标准和围堰施工分期 选定施工导流设计流量为 Q 235 m3 s 根据坝址水位 流 量关系曲线 采用内插法得到 Q 235 m3 s 时的水位为 86 09m 由于观测点距坝址有 300m 远 考虑到坡 降 选择坝址处水位为 86 39m 四 施工导流方案的选择 根据枢纽的自然条件及坝体的结构特点及工程的导流施工标准 选择采用分段围堰法施工 分为两 段两期 第一期先围左岸 包括左岸非溢流坝段和溢流坝段 进行一期基坑内施工 第二期围河床右岸 部分 包括右非溢流坝段 含厂房坝段 进行二期基坑内施工 本工程所在地 河流流量小 河床滩地 宽 两岸坡度缓 采用两段两期的施工导流方式完全可以满足要求 五 第一期导流设计 1 河床水面宽度及束窄度 河床水面宽度由图 2 所示确定为 64m 束窄度取 K 60 1 1 5 1 2 左岸右岸 纵向围堰轴线 图 2 单位 m 2 水利计算 束窄度取 K 60 抗冲流速 smv 4 1 一期束窄段河床过流能力设计 则过水断面面积 2 4 235 75 58mw v Q 2 过水断面为梯形 假设边坡为 1 1 出口处渠底高程 83 5m 4 i03 0 n 假定水深为 2 5m 则 2 75 675 2 5 21 6 24 mhmhbw mmhbx67 31115 22 6 2412 22 mR x w 14 2 67 31 75 67 smRc n 84 3714 2 2 1 6 1 6 1 03 0 11 smRiwcQ 2 237414 2 84 3775 67 3 假定水深为 2 48m 时 smQ 235 3 束窄段河床平均流速 smsmv AA Q c 4 65 3 75 6795 0 235 21 3 束窄河床段上游水位壅高 mZ g v g vc 81 0 81 9 2 81 9 285 0 65 3 22 2 96 147 235 2 2 0 2 4 上 下游一期横向围堰堰顶高程 mdHH z 68 8670 0 48 2 5 83 下 mzHH z 54 8775 0 81 098 85 上 3 纵向围堰长度的拟定及围堰轴线布置 根据施工要求及场地条件 拟定纵向围堰长度为 150m 纵向围堰轴线位置在河床中部偏右岸约 29m 处 如图 2 4 围堰断面设计 1 纵向围堰断面构造及尺寸 堆石体反滤层 粘土斜墙 块石护面 图 3 单位 mm 围堰主体采用块石 砂砾土料堆石体 防渗层为粘土斜墙 在粘土斜墙迎水位采用浆砌石护面 2 上 下游横向围堰断面尺寸 上游横向围堰断面构造及尺寸 块石护面 粘土斜墙 反滤层堆石体 图 4 单位 mm 堆石体采用块石 砂砾土石料堆砌 防渗层为粘土斜墙 防冲采用浆砌石护面 下游横向围堰断面构造及尺寸 堆石体 反滤层 粘土斜墙 块石护面 图 5 单位 mm 5 围堰工程量的估算 上游横向围堰长度 36m 3 2 1 25 1370365 3 75 183 mV 上 下游横向围堰长度 68m 3 2 1 1989683 5 613 mV 下 纵向围堰方量 长 150m 3 2 1 52501505 3 173 mV 纵 3 25 86095250198925 1370mV 一期 六 第二期导流水力计算 本工程二期采用底孔导流 为了确保泄流能力 拟定采用 2 个底孔 1 底孔的布置及断面尺寸的选择 根据水利水电工程设计规范选定 底孔布置在主河床的溢流坝段中 底孔底板距基岩面的距离为 2m 底孔进口高程选定 84 0m 出口高程 83 9m 底孔全长 57m 由水利学原理 判定底孔出流为有压自由出流 其泄流能力计算公式为 2 p hTgwQ 式中 D 为引化直径 底孔进水口水头损失系数为 闸门槽水头损失 Dhp85 0 1 0 进 1 0 槽 沿程水头损失 时 出口处下游水位高程为 86 39m 糙率取 L c 8g 2 D 沿 smQ 235 3 014 0 n 则底孔泄流量曲线如图 6 两个底孔 H m T m 断 面 尺 寸 m m W m2 m R m D m C m p h p hT m Q m3 S Q2 m3 S 4 4 5 16 2815 281 0654 55472 180 1820 8483 8712 22991 297185 59 4 4 14 2814 281 04 26571 430 2070 8403 6252 47583 586167 18 3 4 5 12 5313 710 9143 99570 370 2180 8353 3962 70476 206152 41 906 1 3 3 5 9 5311 710 8143 48469 020 2600 8702 9613 13961 327122 65 4 4 5 16 2815 281 0654 55472 180 1820 8483 8715 229139 833279 67 4 4 14 2814 281 04 26571 430 2070 8403 6255 475124 322248 64 3 4 5 12 5313 710 9143 99570 370 2180 8353 3965 704110 682221 36 939 1 3 3 5 9 5311 710 8143 48469 020 2600 8702 9616 13985 764171 53 4 4 5 16 2815 281 0654 55472 180 1820 8483 8718 229175 418350 836 4 4 14 2814 281 04 26571 430 2070 8403 6258 475154 677309 35 3 4 5 12 5313 710 9143 99570 370 2180 8353 3968 704136 725273 45 9612 1 3 3 5 9 5311 710 8143 48469 020 2600 8702 9619 139104 642209 28 4 4 5 16 2815 281 0654 55472 180 1820 8483 87111 229204 913409 83 4 4 14 2814 281 04 26571 430 2070 8403 62511 475179 984359 97 3 4 5 12 5313 710 9143 99570 370 2180 8353 39611 704158 546317 09 9915 1 3 3 5 9 5311 710 8143 48469 020 2600 8702 96112 139120 600241 20 图 6 底孔泄流能力曲线图 考虑到施工强度及防洪要求 选定采用两个 3 4 5 的导流底孔 这样既可以满足施工期间导流的要 求 又适当减小混凝土的浇筑强度 2 二期导流水力计算 1 上游水位壅高值 mDHZ fcfc 99 5 995 3 5 1 2 上下游堰顶高程 mdHH z 68 8670 0 48 2 5 83 下 mzHH z 70 9275 0 99 5 98 85 上 3 二期纵向围堰的上 下纵段长度及围堰的轴线平面布置 根据施工布置要求 定出纵向围堰上纵段长 54m 纵向围堰下纵段主要靠一期工程时在溢流坝段右 边导墙来承担 右导墙长 38m 再在右导墙上接 24m 的土石围堰 纵向围堰上纵段轴线布置在一期纵向围堰轴线左边 14m 处 纵向围堰下纵段轴线布置与右导墙轴线 重合 4 围堰断面的结构及尺寸 1 纵向围堰上纵段剖面 堆石体 粘土斜墙 块石护面 反滤层 图 7 单位 mm 结构材料与一期一致 2 纵向围堰下纵段剖面 块石护面 粘土斜墙 反滤层堆石体 图 8 单位 mm 结构材料与一期一致 3 上游横向围堰剖面 粘土斜墙 反滤层堆石体 笼钢筋石护面 图 9 单位 mm 二期上游横向围堰采用钢筋石笼护面 粘土斜墙铺盖防渗 围堰长 62m 4 下游横向围堰剖面 粘土斜墙 反滤层堆石体 笼钢筋石护面 图 10 单位 mm 二期下游横向围堰结构材料与一期下游围堰相同 围堰长 28m 5 围堰工程量计算 纵向围堰上纵段 3 2 1 2 9331540 9 4 353 mV 上纵 纵向围堰上纵段 3 2 1 2 781245 3 6 153 mV 下纵 上游横向围堰 3 2 1 5 12973620 9 5 433 mV 上横 下游横向围堰 3 2 1 7 1065285 3 5 7 183 mV 下横 二期围堰总方量 3 6 24151 7 1065 5 12973 2 781 2 9331mV 二期 四 截流设计 1 截流时间的选择 根据表 3 的水文资料及工程施工条件的要求 选定截流时间在第二施工年度的 9 月初 此时河流水 量逐渐变小 进入枯水期 2 截流流量的确定 根据表 3 的水文资料 选取 9 月份的流量作多年经验频率曲线 表 7 截流经验频率计算表 年份 流量 m3 S i Q 序号 由大到小排列 m3 S i Q 模比系数 i K1 i K 2 1 i K 100 1 n m P 1 2 3 4 5 6 7 8 196216 4119 62 7341 7343 4 5 196312 3216 42 2871 2871 9 1 19646 13316 02 2321 2321 13 6 19655 79412 31 7150 7150 18 2 19663 35510 91 5200 5200 270422 7 19673 9269 251 2900 2900 084127 3 19684 2776 420 895 0 1050 31 8 19692 5886 130 855 0 1450 36 4 19705 6495 790 808 0 1920 40 9 197116 0105 640 787 02130 45 5 19724 52115 100 711 0 2890 50 19733 62124 600 642 0 3580 54 5 19743 01134 520 630 0 3700 136959 1 19756 42144 270 596 0 4090 63 6 19763 13154 040 563 0 4370 68 2 19775 10163 920 547 0 4530 72 7 19784 04173 620 505 0 4950 77 3 19799 25183 350 467 0 5330 81 8 198019 6193 130 437 0 5630 86 4 19814 60203 010 420 0 5800 336490 9 198210 9212 580 360 0 6400 409695 5 总计 150 57150 5721 473 5 728 5 771 9 根据表 7 数据绘制经验频率曲线 流量 频率 图 11 截流流量经验频率曲线图 从频率曲线上看出 曲线与大部分经验点配合较好 所以不用再进矩法配线计算 从曲线上查得 P 10 时 m3 S 即为截流设计流量 1 15 p Q 3 截流过程设计 本工程一期施工截流可不做考虑 从一期围堰的平面布置图上可知 上游横向围堰工程量较小 且 紧靠左岸的滩地 枯水期滩地处基本无水 纵向围堰在滩地上顺水流方向填筑 而下游横向围堰可在静 水中填筑 二期施工截流时 戗堤轴线选在一期上游横向围堰与纵向围堰相交的背水面坡脚处 龙口段 设在主河槽偏右侧 该处河床基岩出露 抗冲能力强 截留施工采用立堵法进行 河床右岸有一条三级公路 所以截流时从河床右岸向龙口进占 逐步束窄龙口 直至龙口合龙 闭 气 然后再进行加固 填筑二期上游横向围堰 最后填筑二期下游横向围堰 五 施工渡汛 为了确保工程能够如期完成 并保证工程在施工期间能安全渡汛 须进行施工调洪计算 求出一 二期坝体施工时渡汛高程 以便在施工中对坝体工程和施工进度及施工强度实行严格控制 1 坝体施工期临时渡汛洪水标准 根据 水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 89 规定 选择渡汛洪水标准为 20 年一遇 即 P 5 2 施工调洪计算 调洪计算方法采用单辅助线图解法 设计洪水过程线的频率 P 5 起调水位为导流设计流ht6 量m3 S 时的水位 从表 1 中选出 P 5 作设计洪水过程线图 235 Qht6 流量 图 12 设计洪水位过程线 P 5 1 第一期施工渡汛 能满足全年施工洪水m3 S 的通过要求 第一期施工可不作调洪计996 Q 算 2 第二期工程施工渡汛 查下游水位流量关系曲线 当m3 S 时 下游水位为 9 1699