水利工程施工课程设计

1、CHANGCHUN IN ST I T U T E 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：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 TOC o 1-5 h z 前言 .2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 一、设计目的.2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 二、施工基本资料概述 .2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Docu

2、ment 三、施工导流设计 .61、施工导流方案的选择 6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2、施工导流时段的划分 .7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3、施工导流设计流量的确定 .74、围堰计算.8 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 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 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 五、基坑排水.16附表：施工进度计划表 .17

3、附图：上下游围堰设计图.18前言：.18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

4、于我们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)学生需掌握结合设计任务

5、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1985年4月30日5月2日;

6、 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田型曲线适线，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 20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921.950.482.03.2042.66310坝址921.16

7、0.262.01.5591.403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,边槽髓率采用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 8。青山水库库容曲线表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

8、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1o。由第四系上更新统冰水堆积粘土、壤土、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。河谷谷坡（H）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

9、以上）坡高3040m坡度1021 ,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。一级阶地（田）分布二十三道沟河两岸，阶面高出河床 510m微向河床彳K斜，坡度35 ,由 冲洪积堆积物组成，其下为坡积层。河漫滩（IV）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200400 m,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，具上发育有 沼泽。3.2. 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 o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

10、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、硅粗骨料需人 工粉碎，硅细骨料 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（含坝壳料与硅粗骨）碎骨料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）试验指标质重评价序号项目指 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

11、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 x105cm/s,并应小于坝壳透水料的50倍22.81 X10-72.68 X10-72.75 X 10；合格4有机质含量1% (2%)20.530.410.47合格5易溶盐含量78紧密密度宜大于天然密度81.581.461.53偏低9SiO2/R2032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/cm3。A2 土料场防渗土料质量评价表规程规定SDJ17-78 （

12、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644.525.439.6合格2塑性指数10-20612.08.410.0合格3渗透系数碾5后 1 x 10_4cm/s （1 x105cm/s,并应小于坝壳透水料的 50倍61.53 X 10-6不透水4.27X 10-7合格4有机质含量1% (2%)5易溶盐含量78紧密密度宜大于天然密度61.641.521.59合格9SiO2/R2032击实最大干密度/ g/cm361.641.521.59最优含水量/ %626.720.522.5三、施工导流设计导流标准就是导流建筑物的设计洪

13、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，在左岸开挖引水隧洞，截流时引

14、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，会增加龙口合龙的工程量，同时全段围堰法会大大增大 原材料

15、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

16、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=158m3/s +13X5=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

17、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m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IV导流建筑物和围堰为IV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=223m3/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 m222Vc222Vcv。2.41.322 c _ c _2一故水位壅高为：z= 2g-2g =0.852 9.812 9.81 =0.26mk a 源 0.4 设束窄度为 A1176.4束窄段河床平均

18、流速为:2.4m/ s2232.4m/ sVC(A1 A2)0.95 (176.4 70.56)式中：Vc为束窄段河床平均流速Q为导流设计流量e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Vc2m/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：V0= A = 223=1.32m/s0.95 176.4式中：z为水位壅高Vo为原河床行进流速小为流速系数查教材表知IV级土石围堰围堰安全超高为 0.5m,即=0.5上游围堰的堰顶高程为：下游围堰堰顶高程为：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

19、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=0.625m又进口水头损失系数1 0.5出口2 1.0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12g Lc2 4R12g Lc2 4R0.33.2 9.8128001 1 254.44 0.625式中：n -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：106233.14 1.25 2 0.75 1 0.75 3.7mA= 360单条隧洞泄量：cA、2g40.33 3.72 9.81z0 54、4

20、q=其中z Hu 1248为计入行近流速时的上下游水位差。上游水位和隧洞总泄流量、水库库容关系表月 日9.20时3691215182124Q66.2166.4466.7167.1667.7069.2370.6671.79月 日9.21时3691215182124Q74.7071.8371.5272.0771.6271.2271.0469.72月 日9.22时3691215182124Q69.5069.3269.0968.9668.7368.6468.6068.51遇的洪水过程线进行调洪验算水位(m)1248水位(m)124812501252125412561258126012621264126

21、6q 总(m3/s)07.610.813.215.217.518.720.821.622.9V(xi04m3)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(M04m3)731.4944.4118914681785214225452996采用10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(X04 m3)水库水位3

22、66.2113.0857.3861252.0066.3315.79666.4418.5051.7859.51256.0066.5818.75967.7120.9950.4659.81256.3066.4421.731267.1622.4748.271501259.3066.4323.031567.7023.5847.652271261.0068.4724.031869.2324.4748.34283.61262.0069,9524.902170.6625.3348.963431263.0071.2325.752471.7926.1649.28472.91264.40时间入库流量Q(m3/s)平

23、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(X104 m3)水库水位374.7073.2526.7326.4551.814861264.7073.2727.05671.8327.3648.035101265.5071.6827.63971.5227.9047.115631266.2020528.091272.0728.2847.296831266.7019528.511571.6228.7346.327051267.70185.528.921871.2229.1045.497101267.8017929.292171.0429.4744.

24、907271267.90173.529.622469.7229.7643.167441268.30167.529.97369.5030.1842.477891268.7016330.33669.3230.4741.718351268.80158.530.61969.0930.7441.429211268.90154.530.881268.9631.0240.989841270.50150.531.091568.7331.1640.219961270.7014731.331868.6431.5040.1110561271.20145.531.672168.6031.8439.7010881271

25、.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

26、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。有已知的资料可知道，该水库的库容为 2996万m3/s ,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。有计算结果可以知道拦洪度汛高程为：H上H上游水彳立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35.16 X 39.2+5.16 X ( 177.7+60) +4.66 X 39.2=1612.5m一期围堰所需土石方量为(3.69 X2

27、.46+1.5 X2.46)义( 39.2+177.7+60) + (2.94 X 1.96+1.5 X1.95) X 39.2=2.6 X104m二期围堰黏土心墙所需土方量为(1273.0-1246.0 ) 乂 ( 98-39.2 ) +4.9 X (98-39.2 ) =1165.5m3二期围堰堰体所需的土石方量为(1 X (1273-1246.0 ) X3X (1273-1246.0 )+1 X (1273-1246.0 ) X 1.5 X (1273-1246.0 ) 22+ (8X ( 1273-1246.0 ) ) 乂 58.8=2.03 X 104m所需土方量统计表一期围堰黏土心

28、墙黏土量1612.5m二期围堰黏土心墙黏土量31165.5m合计2778m一期围堰堰体土石方量2.6 X104吊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.立堵法截流立堵法截流是将截流材料，从龙口的一端或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。.平堵法截流平堵

29、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18n3/s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式中：m为流量系数水位（m）1248125012521254125612581260126212641266q

30、 总(m/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冲流速为2m/s则龙口宽度取8m冲流速为2m/s则龙口宽度取8mB QH1248.71249.71250.71251.71252.71253.71254.7507.320.737.958.481.7107.410014.641.375.9116.8163.3214.715021.961.9113.8175.3245.0322.1B为龙口宽度假设龙口宽度为5m 10m