水利工程施工课程设计教学文案

1、CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY水利工程施工组织课程设计学生姓名：傅元帅学院名称：水利工程与环境学院专业名称：水利水电工程班级名称：水电1243班学 号：1206411313指导教师：张鸿远长春工程学院水利与环境工程学院2015 年 10月 9 日目录.2、尸、前言一、设计目的.2二、施工基本资料概述.2三、施工导流设计.61、施工导流方案的选择 62、施工导流时段的划分 .73、施工导流设计流量的确定 .74、围堰计算 .8四、施工截流设计 .141、截流方法的选择 .142、截流材料粒径确定 .15五、基坑排水.16附表：施工进度计划表.17附图：上下游围

2、堰设计图.18前言：施工组织课程设计是一门基础课程，它对于一个水利水电专业的学生来说， 有特别重要的作用， 施工组织设计是学生在跨出校门， 走上工作岗位之前， 学校 安排的一次重要的设计课程。设计对于锻炼一个学生的动手能力至关重要。本次设计目的在于培养学生的动手能力以及具体问题具体分析的能力， 做设 计的同学都知道， 理论与实际并不完全一样。 设计过程中会遇到课本上没有包括 的情况，这就要求我们能够联合所学知识跟实际遇到的工程概况， 来对这其中的 建筑物做适合的设计调整，以适合实际工况。此次设计在张宏远老师和王忠诚老师的悉心指导下，在同学的互相帮助中， 施工设计得以较好的完成。设计中，由于我们

3、水平有限以及所借资料比较陈旧。 所以，设计中仍然存在 着很多不足之处，甚至还存在错误之处。这些，希望老师给予指正。我们一定虚 心学习，努力学习。 在今后的工作生涯中， 一定可以不断地完善自己， 充实自己。一、设计目的目的在于巩固所学的基础理论知识， 训练学生初步运用水利工程施工专业知 识，针对具体的水利水电工程， 全面分析水利水电工程的资料， 通过对各种施工 导流方案比较，选出最优方案，使工程达到既安全， 快速施工又节约投资的目的， 从而进一步了解水利水电工程施工导流设计的目的和任务， 综合掌握水利水电工 程施工的全貌，培养统筹全局的观念， 为今后施工组织设计工作打下良好的基础。（1）学生需掌

4、握结合设计任务分析基本资料，进行导流方案选择；（2）熟练运用参考书籍、设计手册及规范等辅助设计；（3）学生掌握用图表和文字表达设计意图；（4）了解国内外最新的施工技术参数和科学成果，适当应用到设计中，定出技术上可 行、经济上合理、 施工运用上安全可靠的施工导流方案并进行相应的导流建筑物设计、 截流 设计、拦洪度汛及基坑排水设计。二、工程基本资料概述选择长白站为参证站，点绘长白站历年逐月最大洪峰流量年内分布图，并描绘平顺的外包线，根据洪水成因和变化过程确定分期，春汛期为:4月1日5月20日;秋汛期为:9月20日10月30日。分期洪水过程线水库典型洪水过程线选择长白水文站 , 春汛典型年为 198

5、5年 4月 30日5月 2日; 秋汛典型年为 1987年9月 20日22日，洪水历时为 3 天，时段 t=3 小时。截流期洪水计算截流期洪水以水库坝址处历年月迳流资料进行统计， 用矩法公式按连序系列计算统计参数，采用P川型曲线适线，Cs与Cv的倍比为2.0。按适线最佳确定截流期洪水参数。计算出水库坝址处P%=10 2O的月平均流量。成果见表1.1横山水库坝址处截流期设计洪水表1.1单位：m3/s月份控制点F(km2)QCvCs/CvP(%)10.020.04坝址921.550.422.02.4212.0555坝址922.310.352.03.3882.9499坝址921.950.482.03.

6、2042.66310坝址921.160.262.01.5591.403水库坝下100米处HQ线根据测绘院1993年施测的水库纵横断面及平面图，比降采用6.87 %。，糙率根据河床组成主槽糙率采用0.045,边槽糙率采用0.06，用曼宁公式计算出水库 坝下100米处HQ线,与洪调成果较为接近，见附图 &青山水库库容曲线表附图8横山水库坝下100米处水位流量关系线1252.00H(黄)(m)1251.001250.001249.001248.00/010020030040050060070Q(m/s)800工程地质条件横山水利枢纽位于长白县东北部的二十三道沟内，有公路相通，交通较为便利横山

7、水利枢纽由土石坝、岸边溢洪道组成，工程有关技术指标见表3.1-1。工程主要技术指标一览表表 3.1-1序号指标名称单位数量备注1正常高水位m1 280土石坝为心墙坝与斜墙坝两个比选方案。2最大坝高m403坝顶长度m5004溢洪道闸底高程m1 272.55溢洪道挑坎底高程m1 264.5吉林省水利水电勘测设计研究院地质勘察岩土工程院受长白县水电局委托， 于1993年8月10月，对青山水库及双山梯级电站进行可行性阶段的工程地质 勘察和天然建造材料的初查工作。（1）熔岩台地（I）分布二十三道沟河两侧，面积巨大，台面高程10641316m微向南东倾斜， 坡度小于10。由第四系上更新统冰水堆积粘土、壤土

8、、卵砾石含粘性土及下更 新统玄武岩组成。其上林木繁茂，植被良好，部分发育有沼泽。（2）河谷谷坡（U）由于河流侧向侵蚀和切割，形成较大的谷坡地形，从上游至下游形成由窄变 宽，由浅至深，由陡变缓的特征。二十三道沟河流两岸（青山水利枢纽坝址以上）坡高3040m坡度10° 21°，斜坡大部由崩积块石及坡洪积碎块石含粘性土组成，玄武岩裸露很少。（3）一级阶地（川）分布二十三道沟河两岸，阶面高出河床510m微向河床倾斜，坡度3° 5°，由冲洪积堆积物组成，其下为坡积层。（4）河漫滩（W）分布二十三道沟河河床两侧，河漫滩高出河水面 0.53m河漫滩宽200 400 m

9、,地形平坦，由冲积卵砾石含粘性土组成，局部夹粗砂，表部有火山灰砾和植土，其上发育有沼泽32地层岩性设计需用的天然建材料别和设计需用量及调查的精度与储量列于表 4-1。采 用坑探为主，小手钻为辅的调查方法，储量计算主要采用平行断面法，部分为三 角形法。天然建筑材料设计用量与调查储量一览表表4-1项目料别、.设计需用量（万 m3）调查备注精度储 量（万m3）时间粘土料25初查95.01993 年1、粘土料场两处。2、砂砾料场三处， 坡洪积料一处。3、石料场三处。4、砼粗骨料需人工 粉碎，砼细骨料与 反滤料需外购。坝壳料53普查16 （砂砾料）50.4 （坡洪积料）石料9.5初查159.5（含坝壳料

10、与砼粗骨）砼骨料3 (粗)2（细）普查无，需外购反滤料6普查合计98.5A1 土料场防渗土料质量评价表表4-2规程规定SDJ17-78 （规程规定 SL251-2000）试验指标质量评价序号项目指标试验组数最大值最小值平均值1粘粒含量15-40%为宜1446.438.142.6偏高2塑性指数10-201415.111.613.3合格3渗透系数碾压后，<1 x 10-4cm/s （ <1 x10'5cm/s,并应小于坝壳透水料的50倍22.81 X10-72.68 X10-72.75 x 107合格4有机质含量<1% (<2%)20.530.410.47合格5易溶

11、盐含量<3%50.0840.0260.053合格6天然含水量最好与最优含水量或塑限近似1128.818.525.8略高7PH值>78紧密密度宜大于天然密度81.581.461.53偏低9SiO2/R203>2击实最大干密度/ g/cm381.581.461.53最优含水量/ %828.722.024.6注：1括号内为新规范 SL251-2000规定指标；2天然密度为1.56 g/cm3A2 土料场防渗土料质量评价表规程规定SDJ17-78 （规程规定SL251-2000）试验指标质量评价序号项目指标试验 组数最大值最小值平均值1粘粒含量15-40%为宜644.525.439.

12、6合格2塑性指数10-20612.08.410.0合格3渗透系数碾压后 <1 x 10-2m/s （<1 x 105cm/s,并应小于坝壳透水料的 50倍61.53 x 1O6不透水4.27X 1O7合格4有机质含量<1% (<2%)5易溶盐含量<3%30.0780.0580.070合格6天然含水量最好与最优含水量或塑限近似1127.520.323.1略高7PH值>78紧密密度宜大于天然密度61.641.521.59合格9SiO2/R20>2击实最大干密度/ g/cm361.641.521.59最优含水量/ %626.720.522.5三、施工导流设计

13、导流标准就是导流建筑物的设计洪水标准，导流标准即某一洪水重现期，他 是根据永久建筑物的级别确定，本次设计对象查水利水电施工组织设计规范 采用十年一遇的洪水标准。施工导流方案选择及导流标准确定（1）施工导流方案的选择选择导流方案时应考虑水文条件、地形条件、地质及水文地质条件、水工建筑 物的形式及布置、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、 施工期间河流的综合利用、施工进度、施工方法及施工场地的布置。由地形图可知，本工程坝区内河谷不对称，左岸平缓，右岸谷坡较陡、汛 期流量小、河漫滩宽200-400m.地形平坦，而且上游左岸有引水隧洞，所以设计 两种可行方案。方案一：采用全段围堰法

14、，在左岸开挖引水隧洞，截流时引水隧洞用作导流 隧洞。第一年进行左右岸坝体的基础开挖和基础处理，同时开挖引水隧洞，第二年修筑上游围堰进行全段围堰截流， 同时也进行溢洪道基础的施工， 第三年主要是 整体坝体加高和溢洪道修筑。方案二：两段两期施工， 一期右岸修建一期围堰利用束窄原河床导流， 二期 进行截流利用上游引水隧洞导流第一年四月份开始进行右岸上下游围堰的填筑，同时右岸坝体施工，利 用束窄河床泄流， 第二年四月份到九月份进行二期围堰的填筑和坝体施工， 利用 引水隧洞泄流， 且在九月份秋汛到来前坝体修筑到拦洪度汛高程以上， 第三年主 要修筑溢洪道和大坝观测设施。方案比选：如果选择方案一，会增加龙口

15、合龙的工程量，同时全段围堰法会 大大增大原材料的使用量， 经济上不合理，而且考虑到东北地区河流的冰凌现象， 方案一不适合。 同时考虑到经济问题、 东北河流冬季河流冰凌期、 河谷左岸地势 平缓，右岸谷坡陡峭，右岸岩层稳定，所以比较适合用分段围堰法，因此选择方 案二。（2）施工导流时段的划分 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，通常称为导流程序。导流时段就是按导流程序所划分的各施工阶段的延续时间，具有实际意义的 导流时段主要是围堰挡水而保证基坑干地施工的时间，所以也称为挡水时段。本次选定的方案为二段二期，一期为原河床导流并修筑引水隧洞，二

16、期利用 右岸引水隧洞导流。第一年四月份进行束窄河床上下游围堰填筑， 引水隧洞修建及左岸坝体修筑， 第二年九月份中旬进行截流，修筑二期围堰并将坝体修筑到拦洪度汛高程以上， 第三年进行填筑大坝观测设施，并修筑完成溢洪道。（3）导流设计流量的确定导流设计流量是选择导流方案、 设计导流建筑物的主要依据。 根据导流时段 来确定导流设计流量。一期围堰为不过水围堰，其导流设计流量就是选定导流标准的年最大流量 导流设计流量=158n3/s +13 >5=223 m3/s(4) 围堰设计一期围堰堰顶高程计算：根据基本资料知，本工程有两个土方料场，有充足的土料可供坝体和围堰的 修筑。采用土石围堰可以充分利用

17、当地材料或废弃的土石方，可就地取材，构造简单，施工方便。既可机械化施工又可以人工填筑，便于施工，易于拆除，并可 在任何岩基上修筑。该枢纽为川级建筑物，根据水利水电工程施工组织设计指 南表2-1可知，拟建W导流建筑物和围堰为W级，使用年限1.53年确定围堰的高程和断面尺寸导流设计流量=223n3/s根据附图8坝下一百米水位流量关系曲线图可知水位为1250.3m查附图可知，河床宽约为 98m水深约为h=1250.3-1248.6=1.7m过水断面面积为 A1=176.4 m2 A2=70.56 m2,A2 70.56 门 k 20.4设束窄度为 A1176.4束窄段河床平均流速为：QVc= (A

18、A2)2230.95 (176.4 70.56)2.4m/ s式中：Vc为束窄段河床平均流速Q为导流设计流量&为侧收缩系数，单侧收缩系数为 0.95，两侧收缩系数为0.9 由于Vc>2m/s,需对河床底部进行抗冲处理，如在河底铺设卵石、增大泄流断面 面积、对原河床进行开挖处理。Q原河床行进流速为：V°= A总=223=1.32m/s0.95 176.42222%V。2.42_ 1.3222故水位壅高为：z= 2g-2g=0.852 2 9.812 9.81 =0.26m 式中：z为水位壅高V0为原河床行进流速©为流速系数查教材表知W级土石围堰围堰安全超高为0.

19、5m,即=0.5上游围堰的堰顶高程为：H 上 hd z 1250.30.260.51251.06m下游围堰堰顶高程为：H 下 hd 1250.30.51250.8m纵向围堰采用挑流式布置，利用丁坝将主流挑开，使纵向围堰沿线附近形成 四流区，只要对回流程度加以适当控制，就可以简化全线防冲措施。二期围堰堰顶高程计算：泄流关系曲线：由基本资料知D=2.5mR=D/4=0.625m11 16C R60.6256 54.4n0.017又进口水头损失系数10.5 出口 21.0由于设计的导流隧洞为有压流，查水利水电工程施工组织设计指南0.3311 1 2 9.81 280054.424 0.62512g

20、L知,c2 4R式中：卩-流量系数-从进口到出口局部损失系数之和C-为谢才系数R-水力半径L-隧洞总长隧洞面积：106 2 3A= 3603.14 1.252 0.75 1 0.75 3.7m单条隧洞泄量：_cA2gz0 0.33 3.7 J2 9.81z）5.4jWq='、'其中Z。Hu 1248为计入行近流速时的上下游水位差。q 5.4 H 1248上游水位和隧洞总泄流量、水库库容关系表水位（m）1248125012521254125612581260126212641266q 总(m3/s)07.610.813.215.217.518.720.821.622.9V( X1

21、04m3)00.7623.9559.5112.4187.1283.6402.7551.0水位（m）12681270127212741276127812801282q 总(m3/s)24.125.326.527.528.629.620.531.5V( X04m3)731.4944.4118914681785214225452996采用10年一遇的洪水过程线进行调洪验算月 日9.20时3691215182124Q66.2166.4466.7167.1667.7069.2370.6671.79月 日9.21时3691215182124Q74.7071.8371.5272.0771.6271.2271

22、.0469.72月 日9.22时3691215182124Q69.5069.3269.0968.9668.7368.6468.6068.51调洪验算计算表时间入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)下泄流量q(m3/s)平均下泄流量(m3/s)水库存水量变 v水库库容v( X104m3)水库水位366.2113.0857.3861252.0066.3315.79666.4418.5051.7859.51256.0066.5818.75967.7120.9950.4659.81256.3066.4421.731267.1622.4748.271501259.3066.4323.031567

23、.7023.5847.652271261.0068.4724.031869.2324.4748.34283.61262.0069,9524.902170.6625.3348.963431263.0071.2325.752471.7926.1649.28472.91264.40时间入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)下泄流量q(m3 /s)平均下泄流量(m3/s)水库存水量变 v水库库容v( X04m3)水库水位374.7073.2526.7326.4551.814861264.7073.2727.05671.8327.3648.035101265.5071.6827.63971.52

24、27.9047.115631266.2020528.091272.0728.2847.296831266.7019528.511571.6228.7346.327051267.70185.528.921871.2229.1045.497101267.8017929.292171.0429.4744.907271267.90173.529.622469.7229.7643.167441268.30167.529.97369.5030.1842.477891268.7016330.33669.3230.4741.718351268.80158.530.61969.0930.7441.4292112

25、68.90154.530.881268.9631.0240.989841270.50150.531.091568.7331.1640.219961270.7014731.331868.6431.5040.1110561271.20145.531.672168.6031.8439.7010881271.7014431.942468.5132.0439.3911891272.00通过调洪验算出十年一遇洪水下最高水位为1272.0m则：二期围堰高程为H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m(5) 确定拦洪度汛标准水利水电枢纽施工过程中，中后期的施工导流，往往需要由坝体挡水或者 拦洪。坝体能否

26、可靠拦洪与安全度汛，将涉及工程的进度与成败。坝体拦洪标准：在主体工程为混凝土坝的枢纽中，若采用两段两期围堰法 导流，当第二期围堰失效后，未完成的混凝土建筑物，不仅要担负宣泄导流设计 流量的任务，而且还要起一定的挡水作用。 所以根据选定的洪水标准，通过调洪 计算，可确定相应坝体挡水或拦洪高程。混泥土坝是允许过水的，若坝身在汛前不可能浇筑到拦洪高程526.44m时，为了避免坝身过水时造成停止，可以在坝面上预留缺口度汛，待洪水过后， 水位回落，再封堵缺口，全面上升坝体。3有已知的资料可知道，该水库的库容为2996万m冷，查表可知道，混凝土坝度汛防洪标准可选择10-20年一遇。本次设计中选择10年一遇

27、。有计算结果可以知道拦洪度汛高程为：H 上 H 上游水位 H 安全 H 波浪 H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m围堰土石方计算一期围堰黏土心墙所需黏土量为5.16 X 39.2+5.16 x( 177.7+60) +4.66 X 39.2=1612.5m3一期围堰所需土石方量为(3.69 X 2.46+1.5 X 2.46 )X(39.2+177.7+60 ) + (2.94 X 1.96+1.5 X 1.95 )X 39.243=2.6 X 10m二期围堰黏土心墙所需土方量为(1273.0-1246.0 ) X( 98-39.2 ) +4.9 X( 98-39.2 ) =116

28、5.5m3二期围堰堰体所需的土石方量为11(X( 1273-1246.0 ) X 3X( 1273-1246.0 ) + X( 1273-1246.0 ) X 1.5 22X( 1273-1246.0 ) + (8X( 1273-1246.0 ) ) X 58.843=2.03 X 10 m所需土方量统计表一期围堰黏土心墙黏土量31612.5m二期围堰黏土心墙黏土量1165.5m3合计32778m一期围堰堰体土石方量432.6 x 10 m二期围堰堰体土石方量2.03 x 104m合计4.63 x 104m四、施工截流设计1、截流方法的选择1. 立堵法截流立堵法截流是将截流材料，从龙口的一端或

29、从两侧向中间抛投进占，逐渐 束窄龙口直至截流。立堵法截流不需要在龙口架设浮桥或栈桥，准备工作简单， 费用低，但截流是龙口的单宽流量较大，出现的最大流速较大，而且流速分布分 布均匀，需要单个重要较大的截流材料。 截流时工作前线较窄，抛投强度受到限 制，施工进度受到影响。立堵法一般适用于流量较大，岩基或覆盖层较薄的岩基 河床。2. 平堵法截流平堵法截流事先要在龙口出架设浮桥，用自卸汽车延龙口全线从浮桥或栈桥 上均匀，逐层抛填截流材料，直至高于水面为止。因此平堵法龙口单宽流量较小， 出现最大流量较低，且流速分布不叫均匀。截流时工作前线长，抛投强度大，施 工进度较快。评堵法截流适应在软基河床上。由材料

30、得河床覆盖层较薄，流量较大，立堵法较适合该河流截流。平堵法由 于要架设浮桥或栈桥，费用较大。2、截流水力计算龙口宽度计算：根据材料本工程选择9月份截流设计流量为18mVs河床底高程为1248.7m.利用图解法进行计算先计算龙口泄流量3Q2 Bm 2gH?式中：m为流量系数H o为龙口上游水位B为龙口宽度假设龙口宽度为5m 10m 15m进行各个高程是龙口流量的计算:B QH1248.71249.71250.71251.71252.71253.71254.7507.320.737.958.481.7107.410014.641.375.9116.8163.3214.715021.961.9113

31、.8175.3245.0322.1上游水位与隧洞泄流量关系表水位（m）1248125012521254125612581260126212641266q 总（m3/s）07.610.813.215.217.518.720.821.622.9水位（m）12681270127212741276127812801282q 总（m3/s）24.125.326.527.528.629.620.531.5由于河床抗冲流速为2m/s则龙口宽度取8m3把 Q=18m/s,B=8m 代入式 Q2 Bm._2gH（2得 H=1.3m18则流速 V= =1.7m/s<2m/s1.3 82截流材料粒径确定立堵法截流时截流材料抵抗水流冲动的流速公式为v K、2gD 1式中v为水流流速K为综合稳定系数为水的容重i为石块的容重D 为石块折算成球形的化引直径由上式的D (V )2(10.86yg1 72)2 0.102 9.8 287 11G=3.14/6 X 0.1 3 x 2.87=1.02kg则截流材料的化引直径为0.1m则截流材料粒径去0.75m五、基坑排水设计基坑