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1、土石坝施工组织设计一、工程概况工程地处我国华东钱塘江的支流上，为一发电为主兼顾灌溉，防洪的水利枢纽工程。在坝型比较阶段，比较了砼重力坝和粘土心墙砂壳坝两个方案。后者的枢纽布置如图 1-1 所示，坝高 81m，坝顶长度 370m，设计正常高水位为 100m，校核洪水位为 102m，大坝典型断面见图 II-II。大坝属于二级建筑物。溢洪道布置在坝址一公里的左岸凹口处（图中未示） ，为开敞正槽式，此顶高程为 92m，总宽度 64m，出口采用差动式鼻坎挑流效能。引水式电站布置在右岸，引水洞长 525m，直径 7m，厂房安装 50MW 机组两台。二、施工条件（一）施工工期主体工程工期暂定为 4 年，20
2、02 年准备，2003 年开工，2006 年年底发电（初始发电水位80m） 。（二）坝址地形、地质及当地材料坝址处流域面积 2160Km2，坝址以上河流全长 104Km；其中 50Km 为通航河道，常年有载重 5 至 10 吨的木船和竹木筏过坝。坝址两岸系高山，山坡较陡。坝址河谷宽度 200m，河底高程 25m。两岸覆盖层较薄，基岩为石英砂岩（ X 级） ；河床基岩较好，两岸岩石节理发育，风化教深。河床砂砾覆盖厚度 0-3m，平均 1.5m。坝址上下游均为宽阔冲积台地，在上下游 3-7Km 的台地和河滩上，有满足筑坝要求的大量砂砾料（III 类土） 。采用水上砂砾平均运距 5.5Km；如就近采
3、取水下砂砾，平均运距 3.5Km。粘土料（III 类土）在左岸下游7Km 的王家村，高程 40-50m，储量丰富，质量满足设计要求。（三）气象水文该工程位于华东，气温温和，雨量充沛，每年 510 月降雨较多，属温带多雨气候，按照水位规律分为枯水期和洪水期（包括梅雨期和台风期） ，其界限不明显。一般 11 月至次年4 月底为枯水期，5 月至 10 月为洪水期，其中 5、6 月的降雨量最大，占全年雨量的30%，该河流量属山区性河流，洪水暴涨暴落，最大流量高达 8290m3/s，最小流量 7-8m3/s，相差上千倍。根据设计需要，给出下列各种水文、气象资料：1、各月最大瞬时流量表 1 单位：m3/s
4、频率 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 全年1% 1860 1670 2440 3780 5530 8290 5060 7550 48402395 3065 2070 82902% 1680 1330 2190 3300 4920 7460 4350 6350 38402020 2500 1780 74603% 1500 1140 1920 2800 3250 6150 3380 4740 33501540 1770 1195 61504% 930 940 1250 2000 2700 4990 2660 3390 2710
5、11601230 823 4990频率标准：所谓百年一遇，指工程由于洪水的原因失败的概率是 1/100。为了适应工程需要，一般将某一典型洪水过程线加以放大，使其洪水特征等于频率计算解得的设计值，即以为所有的过程线是待求的设计洪水过程线。放大方法主要是：同倍比同频率2、各时段设计流量表 2 单位：m3/s时段 1% 2% 5% 10% 20%9.1-3.31 4740 4190 3450 2870 22609.1-4.30 5000 4460 3740 3160 251010.1-4.30 4620 3550 2950 2460 195011.1-3.31 3020 2660 2180 1810
6、 141011.1-4.30 4020 3560 2940 2450 19208.15-5.15 5150 4570 3880 3320 27403、典型年逐月平均流量表 3 单位：m3/s频率 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 全年平 50% 19.8 80 71.8 86.3 122.5 277 134.8 92.8 73.7 91.7 23.9 27.6 89.8丰 1% 28 75.4 89.9 134 489 529 276 103 182 91.8 40.7 32.7 172.6枯 80% 11.5 13.9 61
7、 81.7 114 163 102.4 88.9 72.9 71.8 17 15.3 67.84、设计洪水过程线见图 A5、坝址水位流量关系曲线见图 B6、水库水位与库容关系曲线见图 C7、坝区各种日平均降雨统计表表 4 单位：日日降雨 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 全年30 1 0 1 1 3 2 2 1 2 1 0 0 14合计 12 15 16 15 20 15 12 18 14 10 9 7 1588、坝区各种日平均气温统计表表 5 单位：日日平均气温 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月
8、 9 月 10 月 11 月 12 月30 度 0 0 0 0 0 3 10 4 1 0 0 00 度 12 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5-5 度 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1-20 度 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（四）施工力量及施工设备施工承包商的大坝砂壳最大施工能力 1 万 m3/d，技术设备限在施工单位已有的设备中选用，数量不限，三材由国家统一分配。（五）施工导流在坝型比较阶段，对该土石坝枢纽的施工导流方案建议采用隧洞导流，并考虑上游土石围堰与坝体结合，以节省导流工程费用。三、设计任务研究分析现有资料，计算有效工日；在此基础上，分以下
9、两部分进行。第一部分 施工导流计划（一）确定施工导流标准（二）确定施工导流方案，确定大坝施工分期和拦截流、拦洪、封孔、发电日期，初定大坝施工控制性进度（三）导流工程规划布置1、根据导流方案和初定的大坝拦洪高程，确定隧洞断面形式和尺寸，并进行平立面布置；2、汛期大坝（或）围堰拦洪校核；3、围堰形式、主要尺寸布置。第二部分 主体工程施工（四）土石坝施工1、施工强度计算；2、开采、运输、压实机械选择及数量计算；3、施工道路布置（五）导流隧洞开挖1、开挖方法的选择；2、施工作业组织及设备选择；3、开挖作业组织；4、绘制作业图表，计算施工工期和所需设备数量。（六）拟定施工控制进度计划四、设计成果（一）大
10、图一张，要求画出：1、导流建筑物及土、砂砾料上坝路线平面布置；2、导流建筑物纵横剖面图、隧洞开挖面的孔眼布置及开挖循环作业图表；3、大坝及主要隧洞施工机械汇总表。（二）说明书一份，包括：必要的插图、表格和枢纽工程施工总进度计划表，并附设计计算书一份。说明书1、工日分析月有效工日日历天数法定假日因雨雪、气温不能施工天数其他原因停工天数。计算过程中法定假日与因雨、气温停工日期重合未考虑；降雨次数不考虑，仅按连续降雨停工天数考虑；其他原因停工未考虑；星期六和星期天考虑正常施工。各工种月有效工日如下表：工种 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 1
11、2 月 合计石料开采、填筑 26 21 26 24 20 23 26 28 24 25 29 30 302砂石开采、填筑 26 21 26 24 20 23 26 28 24 25 29 30 302黏土开采 16 14 21 19 15 19 22 22 21 21 25 24 239黏土填筑 17 15 22 20 16 20 23 23 22 22 26 26 252隧洞开挖 29 25 30 29 28 28 29 30 28 27 30 31 344隧洞浇筑 12 12 30 29 25 25 19 26 27 27 30 25 2872、施工导流2.1 导流标准导流建筑物设计等级选
12、用 IV 级，并以 III 级控制。设计洪水重现期选用 10 月 1 日至次年4 月 30 日时段 20 年一遇洪水标准，设计流量 2950m3/s。坝体施工期临时挡水度汛洪水标准选用全年 100 年一遇洪水标准，设计流量 8290 m3/s。封堵的下闸设计流量采用时段 10 年一遇月平均流量。封堵工程按照 20 年一遇设计。封堵后坝体度汛标准 100 年一遇洪水，设计流量 8290 m3/s。水库蓄水采用典型枯水年 80%保证率作为水库蓄水标准，按照典型丰水年 1%月平均流量校核。2.2 导流方案、施工分期、控制进度一、导流方案导流方案选用全断面隧洞导流方式，上游土石围堰并结合坝体填筑，分三
13、期进行。第 I 期，完成导流隧洞工程，并做好截流准备，上下游围堰进占。计划 2003 年枯水期截流。第 II 期，截流、闭气，在围堰的保护下进行大坝基础工程施工，包括排水、基坑开挖、基础处理，然后进行大坝填筑，并考虑 2004 年汛期前将大坝填筑到拦洪水位。第 III 期，拦洪后，继续填筑大坝至坝顶。计划 2006 年洪水期，下闸蓄水，计划 10 月 1 日发电。二、拦洪度汛方案由于基础处理时间比较长，为满足度汛要求，为尽快达到拦洪高程，拟采用结合坝体填筑的围堰一次性拦洪度汛方案。三、截流和拦洪时间截流时间初拟 2003 年 10 月 1，拦洪时间 2004 年 4 月 30 日，根据施工单位
14、的砂壳施工能力，粗估 II 期大坝填筑高程为 53.5m，拦洪水位扣除 2m 的安全超高，为 51.5m，相应库容3.14 亿 m3。四、各期工程量、施工平均强度计算根据梯形河谷工程量计算公式计算砂壳最大施工强度，II 期 04 年 4 月 30 日完成，最大施工强度为 6639 m3/天；III 期 06 年 10 月底完成，最大施工强度为 6339 m3/天，小于施工单位最大施工强度 10000m3/天。五、确定封孔蓄水和发电日期根据要求，发电日期为 2006 年 10 月 1 日，发电水位 80m，相应库容 15 亿 m3，根据 80%典型枯水年个月平均流量推断封孔蓄水日期为 4 月 2
15、0 日六、大坝蓄水期间安全校核根据 1丰水年来水情况，按照 2006 年 4 月 20 日开始蓄水，计算每月末库水位，6 月底水位大于 92m 高程，要求 5 月底大坝填筑至坝顶并具备泄洪条件。由于工期调整砂壳最大施工强度为 7838 m3/天，仍然满足要求。七、大坝控制进度综上所述，大坝控制进度如下：工程截流：2003 年 11 月 1 日大坝拦洪时间：2004 年 4 月 30 日封孔日期：2006 年 4 月 20 日大坝填筑完工日期：2006 年 5 月 25 日发电日期：2006 年 10 月 1 日绘制大坝控制进度见附图。2.3 导流工程规划布置一、导流洞规划根据拦洪水位 51.5
16、m，库容 3.14 亿 m3，经调洪演算最大下泄流量 2160m3/s，相应下游水位 31.6m。按有压流公式计算洞内最大平均流速 V16.39m/s，过水断面积 W131.79m2，采用城门洞型，计算洞宽 B9.73m，实际取 B=9.8m，隧洞过水断面 133.74m2。隧洞布置在左岸，与上下游围堰保持不小于 40m 的距离，进口底板高程 25m，隧洞长度650m，出口底板高程 23.7m，纵坡 0.2%，进出口布置一定的直线段和明渠段，出口与原河床水流交角小于 30，见附图。二、汛期大坝拦洪校核根据已知的隧洞尺寸和泄流条件，经调洪演算确定上游拦洪水位，检查坝面高程是否能安全拦洪。绘制隧洞泄流能力 QH 曲线 L1。并绘制隧洞要求最大下泄能力 QH 曲线 L2。查图得Q 泄2160 m3/s，对应的拦洪高程 H 拦52.95m。根据施工进度控制，拦洪填筑高程为 55m，安全超高=55-52.95=2.0
