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1、一、工程概況某混凝土重力壩施工導流設計本水庫是該流域水利水電建設規(guī)劃中的主體工程之一。壩址位于某鄉(xiāng)上游 3km處，控制流域面積 317km2，壩址處多年平均流量 11.1m3/s，年徑流總量 3.5108m3。本工程是一座兼有防洪、灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖效益的綜合開發(fā)的水利樞紐工程。工程總庫容為 1.6108m3，正常高水位 130.0m，死水位 112.0m，設計洪水位 130.74m，校核洪水位 132.4m，水庫有效庫容達 1.0108m3，為年調節(jié)性水庫。該工程攔河壩的壩型為砼重力壩，電站布置在河床右側的非溢流壩段的后面，為壩后式布置，壩頂全長 315m，壩頂高程 135m，其中左非溢流2、壩壩段長度為 100m，溢流壩段長度為48m，右非溢流壩段長度 167m，溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設有 3 孔 6m12m 的弧形工作閘門，堰頂高程 124m，壩底最大寬度為 54m，消能方式為挑流消能，在壩后式廠房處，非溢流壩段的最大底度為 46.6m，廠房最大寬度為 13.7m，廠壩聯(lián)結段為 4m。電站裝機容量為 23200KW。引水壓力鋼管設在非溢流壩段內，進水口底板高程為 95.0m，管徑 1.75m，采用單機供水的布置方式。水輪機安裝高程 85.0m，設計工作水頭 36.0m，最大工作水頭 45.0m，最小工作水頭 27.0m。工程樞紐處地形及工程布置見圖 1。二、基本資料1.3、工程水文資料該水庫庫容在 1108m3以上，主壩工程為二級建筑物，壩址設計洪水過程線，是根據(jù)上游 3km處水文觀測站實測某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制進行放大而得。現(xiàn)將各設計頻率洪水過程線、施工設計洪水等水文資料列于表 1表 5。表 1 壩址設計洪水過程線 單位：m3/s時間頻率1%2%5%10%20%時間頻率1%2%5%10%20%01010105560138107106815961217866015260018443814636811227666728750724461425730412818116013409967235047835272618172430364292344、8267534278041558840663434052930847430942325336624034320884909610225201071914101510125115485420921127618021816317511813388洪量（億m3）1.26 1.09 0.87 0.69 0.53頻率（%）表 2 施工設計洪水成果單位：m3/s分期全年施工21340599610732205047 月次年 4 月9 月次年 3 月10 月次年 3 月10 月次年 4 月1150316263319860235186252600175133206400119861571年月123表 3 水文站5、實測歷年月平均流量4567891011單位：m3/s12合計年平均19625.788.4220.219634.735.8718.811.411.63.381.8715.18.8124.611.28.5716.46.7612.37.513.092.97142.2511.812.519.48.02154.4812.9196417.512.210.815.945.874.251.320.96.134.153.203.97266.0522.219653.054.198.4016.821.659.311.111.25.793.303.072.72150.4912.519662.923.7610.513.6、635.517.58.425.993.353.052.522.30107.418.9519674.305.627.2819683.124.208.6819.230.823.347.910.38.1221.411.514.83.925.054.275.153.713.46114.669.554.773.152.71140.0511.719693.0716.36.917.5512.027.78.425.212.582.304.683.40100.28.3419705.053.118.4012.122.028.07.226.805.643.554.163.38109.389.1119713.369.7、0515.919723.852.955.2515.212.814.630.427.08.3244.815.910.816.05.204.524.986.264.30131.9711.06.695.903.58143.3712.019732.752.622.6819746.396.777.6119752.243.264.354.2121.314.210.915.68.7912.811.022.88.6013.38.117.083.629.273.016.916.423.275.363.3380.023.822.892.6296.885.785.846.3986.896.678.077.241978、65.137.948.0519772.524.7510.326.613.513.850.025.132.736.216.87.453.1313.05.104.363.453.07140.4811.74.065.193.37165.0913.819782.813.029.0612.314.87.887.445.354.043.972.984.5078.156.5119796.906.7010.817.826.529.631.922.19.257.635.593.86178.6314.919803.244.2013.518.529.726.436.611.119.68.857.717.99187.9、3915.719814.616.567.5019821.988.624.649.7121.95.5615.238.28.5917.77.597.624.6018.110.93.342.352.33115.799.657.0613.66.98117.939.83合計 95.0 130.11 200.06 299.53 523.89 579.88 309.54 209.29 150.57 110.09 114.07 85.25 2807.28 234.12平均 4.526.209.5214.324.9427.6114.749.597.175.245.444.06133.6811.14表 4 壩址水10、位流量關系曲線水位（m）84.384.685.086.087.088.089.090.091.092.093.0流量（m3/s）055022050085512801730237029903630高程（m）9095表 5 水庫容積曲線100105110115120125130135面積（km2）0.1460.9551.7682.6323.4404.3505.2816.2877.2068.088容積（萬m3）027595620603574552279351083014200180202.壩址地形地質條件（1）左岸：地形自然坡度為 1：1.52.0，覆蓋層 23m，全風化帶厚 35m，強風化加弱風化11、帶厚 5m，微風化厚 4m。（2）河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約01.5m，弱風化層厚1m左右，微風化層厚36m。河床縱剖面地形中，迎水面壩踵處巖面高程約在 86m 左右，背水面壩趾處巖面高程約在 83.5m 左右。距壩趾下游 15m 處有一深潭。高程約 81m，整個河床皆為微、弱風化的花崗巖組成，致密堅硬，強度高，抗沖能力強。（3）左岸：地形自然坡度為 1：2 左右，覆蓋層 46m，全風化帶厚 68m，強風化帶厚24m，弱風化帶厚 24m，微風化厚 112m。2（4）壩基開挖：強風化層要全部挖除。壩基的開挖范圍應與建筑物的底部輪廓尺寸相適應，開挖的深度按壩底應力和壩基強度而定。（5）壩后式12、廠房基礎：廠房設于壩后靠右岸的河床處，設計最低開挖高程為 7983m 之間，全部處于微風化新鮮基巖內。3.主要施工條件（1）對外交通：目前已有兩條三級公路分別從兩岸經(jīng)過壩首和壩區(qū)。（2）施工電源：目前已有 35KV 輸電線路有縣城架至G 鎮(zhèn)，距壩址僅 3km，施工用電可利用本縣電網(wǎng)中的水電，電源充足，質量可靠。（3）主要建筑材料：本樞紐主壩為砼重力壩，壩體砼所需的卵石，在壩址上下游 12km均可開采，河砂在距壩址10km處的下游采集。庫內盛產(chǎn)竹木，自給有余。僅水泥、鋼筋、機電設備等需要外購。5.施工年限本工程主體部分的大壩和電站廠房，施工工期為兩年左右，準備工程在第一施工年度的47 月份完成，13、水庫在第三施工年度的汛后開始蓄水，并在 10 月 1 日并網(wǎng)發(fā)電。三、施工導流設計過程（一）施工導流設計標準選擇1.施工導流建筑物級別的選定本工程根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889），以及本工程的級別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導流建筑物為級。2.施工導流設計洪水標準的選擇根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889），以及導流建筑物的級別，選定導流建筑物的洪水標準為：20 年一遇（P=5%）。（二）施工導流時段選擇根據(jù)本工程的特征條件采用分段圍堰法導流，中后期用臨時底孔泄流來修建混凝土壩。劃分為三個時段：第一時段，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑內施工；第二時段，河水由導14、流底孔下泄，進行第二期基坑內施工；第三時段，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄河水，底孔封堵以后，則河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫中，直到工程完建。（三）施工導流設計流量及壩址處河床水位的選擇根據(jù)導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為Q=235 m3/s。根據(jù)壩址水位流量關系曲線，采用內插法得到Q=235 m3/s時的水位為 86.09m，由于觀測點距壩址有300m遠，考慮到坡降，選擇壩址處水位為 86.39m。（四）施工導流方案的選擇根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結構特點及工程的導流施工標準，選擇采用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第一期先圍左岸，包括左岸非溢流壩15、段和溢流壩段，進行一期基坑內施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩段（含廠房壩段），進行二期基坑內施工。本工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，采用兩段兩期的施工導流方式完全可以滿足要求。（五）第一期導流設計1.河床水面寬度及束窄度河床水面寬度由圖 2 所示確定為 64m，束窄度取 K=60%。32.水利計算左岸縱向圍堰軸線右岸圖 2 單位（m）束窄度取 K=60%，抗沖流速 v = 4m / s 。（1）一期束窄段河床過流能力設計Q=235=2則過水斷面面積： wv458.75m（2）過水斷面為梯形：假設邊坡為 1:1， i = 4 ， n = 0.03 ，出口處渠底高程 8316、.5m。假定水深為 2.5m 則：w = (b + mh)h =+ 21 +2=+(24.612.5) 2.5=67.75m2+=x = bhwm24.6 + 2 2.5 11231.67m= 6731.6775= 2.14Rxm11111=cnR6=0.032.146=/37.84m2sQ = wcRi=67.75 37.84 2.144=3/假定水深為 2.48m 時， Q =束窄段河床平均流速：235m3/ s 。237.2msvc=Q+( AA)=2350.9567.75=/3.65m / s 4ms12（3）束窄河床段上游水位壅高：vcv3.652(235)2Z = 0=22g2g017、.85229.81147 9629.81=0.81m（4）上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：H 下=H z+d + = 83.5 + 2.48 + 0.70 =86.68mH 上=H zz+ = 85.98 + 0.81 + 0.75 =87.54m3.縱向圍堰長度的擬定及圍堰軸線布置根據(jù)施工要求及場地條件，擬定縱向圍堰長度為 150m。縱向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸約 29m 處，如圖 2。4.圍堰斷面設計（1）縱向圍堰斷面構造及尺寸4 1: 1. 5 1: 2堆石體反濾層圖 3 單位：mm塊石護面粘土斜墻圍堰主體采用塊石、砂礫土料堆石體，防滲層為粘土斜墻，在粘土斜墻迎水位采用漿砌石護面。（218、）上、下游橫向圍堰斷面尺寸上游橫向圍堰斷面構造及尺寸塊石護面粘土斜墻反濾層堆石體圖 4 單位：mm 堆石體采用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜墻，防沖采用漿砌石護面。下游橫向圍堰斷面構造及尺寸塊石護面粘土斜墻堆石體反濾層圖 5 單位：mm5.圍堰工程量的估算上游橫向圍堰長度：36m1V上=+=m32(318.75) 3.5361370.25下游橫向圍堰長度：68m13V下=+=m2(316.5) 3 681989縱向圍堰方量：長 150m13V縱=+=m2V一期=(317) 3.5 1505250+=1370.25 + 198952508609.25m35（六）第二期導流水力計算HT斷面尺19、寸WRDChp(m)T hpQ2Q(m) (m) (mm) (m2)(m) (m) (m)(m) (m3/S)(m3/S)44.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.59906.14414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.1834.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96144.516.2815.281.0654.55472.1820、0.1820.8483.8712.70476.206152.413.13961.327122.655.229139.833279.67939.14414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.6434.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8715.704110.682221.366.13985.764171.538.2221、9175.418350.8369612.14414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6258.475154.677309.3534.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.704136.725273.459.139104.642209.2811.229204.913409.839915.14414.2814.281.04.26571.430.2022、70.8403.62511.475179.984359.9734.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96111.704158.546317.0912.139120.600241.20本工程二期采用底孔導流，為了確保泄流能力，擬定采用 2 個底孔。1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇根據(jù)水利水電工程設計規(guī)范選定：底孔布置在主河床的溢流壩段中，底孔底板距基巖面的距離為 2m。底孔進口高程選定 84.0m，出口高程 83.9m，底孔全長 57m。由 水 利 學 原 理 ， 判 定23、 底 孔 出 流 為 有 壓 自 由 出 流 。 其 泄 流 能 力 計 算 公 式 為 ：2()h p=0.85Q = wg T h p，式中D ，（D為引化直徑）。底孔進水口水頭損失系數(shù)為進=0.1，閘門槽水頭損失 槽=0.1 ，沿程水頭損失 沿=(8g / c2) (L / D)出口處下游水位高程為 86.39m，糙率取 n = 0.014。則底孔泄流量曲線如圖 6（兩個底孔）。圖 6 底孔泄流能力曲線圖Q =。3/235ms 時，考慮到施工強度及防洪要求，選定采用兩個 34.5 的導流底孔。這樣既可以滿足施工期6間導流的要求，又適當減小混凝土的澆筑強度。2.二期導流水力計算（1）上游水24、位壅高值=ZHfc= fcD= 1.5 3.995 = 5.99m（2）上下游堰頂高程H 下=Hz+ d + = 83.5 + 2.48 + 0.70 =86.68mH 上=Hzz+ = 85.98 + 5.99 + 0.75 =92.70m3.二期縱向圍堰的上、下縱段長度及圍堰的軸線平面布置根據(jù)施工布置要求，定出縱向圍堰上縱段長 54m。縱向圍堰下縱段主要靠一期工程時在溢流壩段右邊導墻來承擔，右導墻長 38m，再在右導墻上接 24m 的土石圍堰。縱向圍堰上縱段軸線布置在一期縱向圍堰軸線左邊 14m 處，縱向圍堰下縱段軸線布置與右導墻軸線重合。4.圍堰斷面的結構及尺寸（1）縱向圍堰上縱段剖面塊25、石護面粘土斜墻反濾層堆石體結構材料與一期一致。（2）縱向圍堰下縱段剖面塊石護面粘土斜墻結構材料與一期一致。（3）上游橫向圍堰剖面圖 7 單位（mm）反濾層堆石體圖 8 單位（mm）7籠鋼筋石護面粘土斜墻反濾層圖 9 單位（mm）堆石體二期上游橫向圍堰采用鋼筋石籠護面，粘土斜墻鋪蓋防滲，圍堰長 62m。（4）下游橫向圍堰剖面籠鋼筋石護面粘土斜墻反濾層圖 10 單位（mm）堆石體二期下游橫向圍堰結構材料與一期下游圍堰相同，圍堰長 28m。5.圍堰工程量計算縱向圍堰上縱段：1V上縱=+=m32(335.4) 9.0549331.2縱向圍堰上縱段：1V下縱=+=m32(315.6) 3.524781.26、2上游橫向圍堰：1V上橫= (3 +3m43.5) 9.0 62 = 12973.52下游橫向圍堰：1V下橫=+=m32(318.75) 3.5281065.7二期圍堰總方量：V二期=9331.2四、截流設計1.截流時間的選擇+781.2+12973.5+1065.7=24151.6m3根據(jù)表 3 的水文資料及工程施工條件的要求，選定截流時間在第二施工年度的 9 月初。此時河流水量逐漸變小，進入枯水期。2.截流流量的確定根據(jù)表 3 的水文資料，選取 9 月份的流量作多年經(jīng)驗頻率曲線。8年份流量序號表 7 截流經(jīng)驗頻率計算表由大到小排列模比系數(shù)KiKi11)2P =nm+1100%Qi (m3/27、S)（1）（2）（3）Qi (m3/S)（4）（5）（6）(Ki （7）（8）196219631964196516.412.36.135.79123419.616.416.012.32.7342.2872.2321.7151.7343.0067561.2871.6563691.2321.5178240.7150.5112254.59.113.618.2196619673.353.925610.99.251.5201.2900.5200.2900.27040.084122.727.31968196919701971197219734.272.585.6416.04.523.6278910111228、6.426.135.795.645.104.600.8950.8550.8080.7870.7110.642-0.1050.011025-0.1450.021025-0.1920.036864-.02130.045369-0.2890.083521-0.3580.12816431.836.440.945.55054.519743.01134.520.630-0.3700.136959.11975197619771978197919806.423.135.104.049.2519.61415161718194.274.043.923.623.353.130.5960.5630.5470.505029、.4670.437-0.4090.163216-0.4370.190969-0.4530.205209-0.4950.245025-0.5330.284089-0.5630.31696963.668.272.777.381.886.4198119824.6010.920213.012.580.4200.360-0.580-0.640+5.7280.33640.409690.995.5總計150.57150.5721.473-5.7719.661019根據(jù)表 7 數(shù)據(jù)繪制經(jīng)驗頻率曲線。圖 11 截流流量經(jīng)驗頻率曲線圖頻率 (%)從頻率曲線上看出，曲線與大部分經(jīng)驗點配合較好，所以不用再進矩法配線計30、算。從曲9 流量 (線上查得P=10%時， Qp= 15.1m3/S，即為截流設計流量。3.截流過程設計本工程一期施工截流可不做考慮，從一期圍堰的平面布置圖上可知，上游橫向圍堰工程量較小，且緊靠左岸的灘地，枯水期灘地處基本無水，縱向圍堰在灘地上順水流方向填筑，而下游橫向圍堰可在靜水中填筑。二期施工截流時，戧堤軸線選在一期上游橫向圍堰與縱向圍堰相交的背水面坡腳處，龍口段設在主河槽偏右側。該處河床基巖出露，抗沖能力強，截留施工采用立堵法進行。河床右岸有一條三級公路，所以截流時從河床右岸向龍口進占，逐步束窄龍口，直至龍口合龍、閉氣。然后再進行加固，填筑二期上游橫向圍堰，最后填筑二期下游橫向圍堰。五、31、施工渡汛為了確保工程能夠如期完成，并保證工程在施工期間能安全渡汛，須進行施工調洪計算。求出一、二期壩體施工時渡汛高程，以便在施工中對壩體工程和施工進度及施工強度實行嚴格控制。1.壩體施工期臨時渡汛洪水標準根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889）規(guī)定，選擇渡汛洪水標準為20年一遇，即 P=5%。2.施工調洪計算調洪計算方法采用單輔助線圖解法，設計洪水過程線的頻率P=5%,t = 6h ,起調水位為導流設計流量Q = 235 m3/S時的水位。從表 1 中選出P=5%，t = 6h ，作設計洪水過程線圖。圖 12 設計洪水位過程線（P=5%）（1）第一期施工渡汛，能滿足全年施工洪水 Q32、 = 996 m3/S的通過要求，第一期施工可不作調洪計算。（2）第二期工程施工渡汛，查下游水位流量關系曲線，當 Q = 1699.9 m3/S時，下游水位為 89.93m。經(jīng)流態(tài)校核，此流量上，底孔泄流量按有壓淹沒出流計算。10 流量 (六、導流底孔封堵 1.底孔封堵施工方案圖 13 下游水位與流量關系曲線圖流量 (本工程采用下閘封孔，澆筑混凝土封堵的方式進行底孔封堵。當大壩整體高程施工達到 124m 以上并能由溢流壩段泄水時，且廠房進水口閘門已安裝完畢后，可進行下閘。通過對制造成本、制作工藝、啟閉機械能力等方面的考慮后，決定采用鋼筋混凝土整體閘門作為封孔閘門。采用電動卷揚機沉放。臨時底孔是33、壩體的一部分，封堵時要全孔封堵，澆筑混凝土。為了確保封堵混凝土與洞壁之間有足夠的抗剪力，采用鍵槽結合。2.封堵時間及蓄水計劃（1）封堵時間導流底孔的封堵時間安排在枯水期。根據(jù)本工程的施工進度要求在第三施工年度汛期后開始蓄水，并在 10 月 1 日并網(wǎng)發(fā)電。所以本工程的封堵時間選在第三施工年度的 8 月份。（2）蓄水計劃蓄水歷時計算，按表 3 給出的多年各月來水量在保證率為 85%時，將這些水量依次累計，對照水庫容積曲線與水位線關系圖及滿足發(fā)電要求，可確定臨時泄水建筑物的封堵時間，繪出圖 14 中的曲線 1。校核庫水位上升過程中大壩施工的安全渡汛及據(jù)此擬定大壩施工進度。大壩施工渡汛校核洪水標準選34、用 20 年一遇（P=5%）的月平均流量；核算時以導流臨時建筑物封堵日期為起點，用順推法繪制水庫蓄水曲線 2。大壩全線澆筑高程過程線，如圖 14 中的曲線 3（應包絡曲線 2）。11 水位圖 14 水庫蓄水高程與歷時曲線圖歷時（月）發(fā)電水位1水庫蓄水高程與歷時關系曲線；2導流泄水建筑物封堵后壩體渡汛、水庫蓄水高程與歷時關系曲線；3壩體澆筑進度曲線。12 蓄水高程（序號1 2 3 4 工程項目前期準備一期圍堰填筑一期基坑開挖和排水左非溢流壩段澆筑單位工程量數(shù)量第一施工年度4 5 6 7 8 9表8 工程施工進度表101112 1 2 34 5 第二施工年度6 7 8 9101112 1 2 3 4 5 6 7 8第三施工年度9 10 11 12 5 溢流壩段和導流底孔澆筑6 二期縱向圍堰填筑7 二期截流和橫向圍堰填筑8 右非溢流壩段和廠房澆筑9 10 11 二期庫區(qū)清理底孔封堵及水庫蓄水機組發(fā)電及收尾工程13