水工设施工组织设计指导书.doc

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1、施工组织设计指导书(水工专升本专业毕业设计用)河海大学水利水电学院2015年9月施工组织设计任务书一、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，比较了混凝土重力坝与粘土心墙砂壳坝两个方案。后者的枢纽布置如图11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，大坝典型剖面见图。大坝属于2级建筑物。溢洪道布置在距坝1km的左岸凹口处（图中未示），为开敞正槽式，其顶高程为92m，总宽是64m，出口采用差动式鼻坎挑流消能。引水式电站布置在右岸，引水洞长525m，直径7m，厂房安装5万kW的机组两台。二、施工条件

2、（一）施工工期主体工程工期暂定为4年，2012年准备，2013年开工，2016年年底前发电（初始发电水位为80m）。（二）坝址地形、地质及当地材料坝址处流域面积2610km2，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吨木船与竹木筏过坝。坝址两岸系高山，山坡较陡。坝址河谷宽为200m，河底高程25m。两岸复盖层较薄，基岩为石英砂岩（X级）；河床岩基较好，两岸岩石节理发育，风化较深。河床砂砾复盖层厚为03m，平均1.5m。坝址上下游均为宽阔冲积台地，在上下游37km的台地与河滩上，有满足筑坝要求的大量砂砾料（类土）。采取水上砂砾平均运距5.5km；如就近采取水下砂砾，

3、平均运距为3.5km；粘土料（类土）在左岸下游7km的王家村，高程为4050m，储量丰富，质量满足设计要求。（三）气象与水文该工程位于华东，气候温与。雨量充沛，每年5月至10月降雨较多，属温带多雨气候，按水文规律分为枯水期与洪水期（包括梅雨期与台风期），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、6两个月的降雨量最大，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，最小流量只有78m3/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（m3/s）表1 月份频率123456789101112全年

4、1%18601670244037805530829050607550484023953065207082902%16801330219033004920746043506350384020202500178074605%150011401920280032506150338047403350154017701195615010%9309401250200027004990266033902710116012308234990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为1/100。为了适应工程需求，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，即以为所得的过

5、程线是待求的设计洪水过程线。放大方法主要有：同倍比同频率放大法。2、各时段设计流量（m3/s）表2时段1%2%5%10%20%4740419034502870226050004460374031602510462035502950246019503020266021801810141040203560294024501920515045703880332027403、典型年逐月平均流量（m3/s）表3月份123456789101112全年平水年(50%)277丰水年(1%)134489529276103182枯水年(80%)114163174、设计洪水过程线（图A）；5、坝址水位流量关系曲线（

6、图B）；6、水库水位与库容关系曲线（图C）；7、坝区各种日平均降雨量统计表（天）表4月份日降雨量(mm)123456789101112全年558869656755373510333322241233311030344565324211403010113221210014合计12151615201512181410971588、坝区各种日平均降雨量统计表（天）表5月份日平均气温123456789101112300000031041000012100000000005553000000000120000000000000（四）施工力量及施工设备施工承包商的大坝坝壳最大施工能力为10000m3/d，

7、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）在坝型比较阶段，对该土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，分以下两部分进行设计。第一部分 施工导流计划（一）确定导流标准（二）确定施工导流方案，确定大坝施工分期与截流、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、根据导流方案与粗定的大坝拦洪高程，确定隧洞的断面型式与尺寸，并进行平、立面布置；2、汛期大坝（或围堰）拦洪校核；3、围堰型式、主要尺寸及布置。第二部分 主体工程施工（四）土石坝施

8、工1、施工强度计算2、开采、运输、压实机械型号选择及数量计算；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，计算施工工期与所需设备数量。（六）拟定施工控制进度计划四、设计成果（一）大图（1号图）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、计算书一份。说明书中除设计说明外，还应包括必要的插图、表格与枢纽工程施工总进度计划表。土坝枢纽工程施工组织设计指示书一、熟悉设计资料全面了解给定的资料与设

9、计任务。l、水文资料：最大设计流量、坝址水位流量关系曲线、库容曲线等；2、气象资料：降雨、气温；3、地形地质条件与筑坝材料料场；4、水利枢纽组成建筑物的型式、尺寸；5、施工工期要求；6、施工机械与定额资料。二、工日分析工日分析是计算施工强度与论证施工进度的依据。如已论证施工强度过大而工期不能改变，可以采用雨季或冬夏季施工措施，增加施工天数，减小施工强度，以保证计划实现。l、工日分析按下式进行月有效工日日历天数因雨雪、气温不能施工天数其它原因停工天数2、依据：(1) 坝区各种降雨天数统计表(表4)；(2) 坝区各种气温天数统计表(表5)；(3) 法定假日：、1.1、春节及星期六、星期天；(4)

10、各种工作因雨、气温停工标准见表6与表7。3、本枢纽主要工程各月的有效工日计算按表8进行。表6 月因雨停工标准降水量（mm）5510103030石料开采停工停工填筑砂石开采停工停工填筑粘土开采停停+1天停+2天填筑停（盖）停（盖）停+1天隧洞开挖停浇混凝土 停停停表7 因气温停工标准日平均气温300520混凝土自然施工停停停停混凝土冬季施工停粘土停停砂砾停表8 工种施工天数统计表 月份天数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12日历天数31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31法定假日因雨停工因气温停工其他原因停工（本设计不考虑）有效工日注：粘土开采中若因

11、雨停工降雨量既有1030，又有30，则统计停加天数时，只统计降雨量大的一种情况。第一部分 施工导流计划一、导流标准导流标准是进行施工导流计算，确定导流建筑的尺寸与建筑设计的依据。导流标准的高低，关系到工程与下游人民生命财产及工农业生产的安全，也关系到工程造价与工期。水利水电施工组织设计规范明确了新的导流标准规范包括围堰挡水、坝体施工期临时挡水、导流泄水建筑物封堵与水库蓄水三个基本阶段。围堰挡水称初期导流，坝体挡水与封堵蓄水称为后期导流。一般初期导流失事只影响围堰与基坑工程施工，而后期导流失事，则危及大坝及下游城镇安全，造成的损失比初期导流的大得多。l、导流建筑物的级别导流建筑物的级别是确定洪水

12、标准与建筑物结构设计的依据。根据我国的实际情况，规范规定导流建筑物划分为3、4、5三级，一般为4级与5级，并以3级来控制：具体划分按表9所列各项指标确定，其中4、5级导流建筑物应按表列的四项指标中的最高级别确定，而3级导流建筑物要求有两项以上的指标满足该级要求。2、洪水标准表9 导流建筑物级别划分级别保护对象失 事 后 果使用年限导流建筑物规模(年)堰高(m)库容(108m3)3有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台(批)机组发电，造成重大灾害与损失35041级、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程总工期及第一台(批)机组发电

13、而造成较大经济损失315500.153级、4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台(批)机组发电影响不大，经济损失较小15hi+hi+1，即认为大坝是安全的；否则认为有漫顶危险。本设计中不考虑hi的影响。 表15蓄水时段末1来水量Vi逐月累计水量Vi库水位hi月初洪水引起库水位移坝面高程Hi4月V4V4h4h4H45月V5h5h5H56月V6h6h6H67月V7h7h7H78月V8h8h8H89月V9h9h9H9如果校核结果，安全度太大，可以考虑提早发电，如不能满足安全要求，可采取下列措施，以保证大坝安全。提高大坝上升速度；延迟封孔与发电；采用后期导流措施，利用永久或临时泄水建筑物控制

14、上游水位。（七）根据确定的截流、拦洪、封孔、发电日期与工程分期绘制大坝控制进度，如图2。图2 临时断面拦洪方案大坝施工控制进度三、导流工程规划布置需要决定的问题有：导流隧洞的断面形式、尺寸、进出口底坎高程，洞线布置及相应的围堰形式、尺寸与平面布置，本应先拟出几个隧洞断面尺寸、不同的底坎高程与不同的布置方案，进行技术经济比较，然后确定最优的隧洞断面与进出口底坎高程。限于时间，本设计要求完成一个方案的计算与分析，但应明确方案比较时应分析研究的问题：(1)隧洞尺寸大小，底坎高程对拦洪水位及大坝合龙段施工的影响；(2)隧洞尺寸、底坎高程对围堰及隧洞工程量的影响；(3)通航过筏条件对截流条件的影响。(一

15、)确定泄水建筑物断面型式与尺寸，并进行平面与立面布置。l、计算拦洪水位根据已定的拦洪坝高扣除安全超高23m，即为拦洪水位。2、确定隧洞断面尺寸(1)隧洞最大下泄流量计算在工程水文学中，我们已经知道水库对洪水的调节作用。按照隧洞的泄流条件与水库调节性能，根据洪峰过程线可以求得隧洞泄水过程线，其关系如图3所示，图中V为水库形成的最大库容，Q泄为相应于最大库容V时的隧洞最大下泄流量。在已知洪水过程线与上游拦洪水位的条件下，若求得隧洞泄水过程线，就得出相应于拦洪水位时的隧洞最大下泄流量。但泄水过程线需经调洪运算求得，计算工作量大。为简化计算，曲线AB以直线代替，就可方便地计算出阴影部分面积所代表的库容

16、V，并与拦洪水位相应库容V比较，如V=V，由AB直线段为所拟的隧洞泄水过程线，Q泄为所求隧洞的最大下泄流量。如VV，则另需假定AB线位置重算。 T 图 3 计算方法：如图3所示，在估计所求B点附近，任意选定Bl、B2、B3点，通过Bl、B2、B3向A点方向作三条直线，并与洪峰过程线相切。计算相应直接ABi与洪峰过程线所包围的面积 （即相应库容）与相应的隧洞最大下泄量，并绘制Qy关系曲线，如图4所示。 根据拦洪水位相应库容V，在QV曲线上，找出相应的隧洞最大下泄流量。(2)泄放最大流量时的隧洞流速计算。大坝拦洪时，隧洞泄放最大流量，一般为压力流，其流速按有压流公式计算： (3)式中：m；V为洞里

17、平均流速；H0为隧洞进口计算水深（在洞线布置之前用拦洪水位代之）；hp为隧洞出口底坎以上水深，在这里，可根据隧洞最大下泄量，从坝址水位流量关系曲线上查得。(3)隧洞过水断面面积计算 (4)3、隧洞断面型式、尺寸及布置(1)隧洞断面型式及尺寸导流隧洞的断面型式有圆形、马蹄形与城门洞形，其中城门洞形最普遍，这种型式开挖方便，有利于泄流与截流，本工程采用城门洞形，其尺寸如图5，根据公式W=确定隧洞断面尺寸。(2)隧洞布置隧洞路线应结合地形、地质条件选定，一般长度应尽可能短，但必须考虑进、出口与上、下游围堰之间保持2050m的距离（根据水深及河床覆盖层厚度确定），防止水流冲刷围堰。隧洞轴线尽可能布置成

18、直线，当转弯时，其转弯半径不少于5B。导流洞的底面高程一般布置在最低水位以下一定高程（通过方案比较确定），布置应注意：使截流方便低；航运过水要求吃水深，净空，流速小于36m/s；隧洞施工方便（出渣方便、排水容易）高；过流平顺，进、出口无明显跌落，水面衔接条件好，便于通航过木。隧洞底坡一般为%，也可以布置成平底坡，视河床纵坡而定。为了保证水流平顺，隧洞进出口各有一定长度的直线段与明渠段。在进口应设置喇叭段。封孔闸门布置于洞口，当洞口宽度超过6m时，应布置中墩，以减少封孔闸门跨度。出口明渠段可以扩大口门，反坡与原河道相接，其出口轴线与河床水流轴线交角最好小于30。隧洞进、出口顶部岩石覆盖层厚度一般

19、不小于倍隧洞净宽，视地质条件而定。(二)汛期大坝拦洪校核1、根据已定的隧洞尺寸与泄流条件，经过调洪演算确定上游拦洪水位，以检查此时的坝面高程是否能安全拦洪。计算方法：(1)明流按下式计算： （5）式中：为进口洞内水深；为出口洞内水深；为进口洞内流速；为出口洞内流速；=；为平均谢才系数；为平均水力半径；为隧洞长度。计算步骤：(a)判别出口流态淹没出流：；自由出流：；。其中：为出口下游水深；为临界水深，矩形过水断面时 （6）(b)确定后，假定用公式(5)列表试算表16 (c)进口落差近似按下式计算 (7)式中：为流速系数，取；为上游行进流速，当时，流速水头很小，式(7)中第二项可略去。(d)计算上

20、游水位() (8)(2)有压流按下式计算： (9)其中：为出口计算水深，自由出流时，淹没出流时：；为局部损失系数之与，进口采用喇叭口时=0.25；，谢才系数，采用混凝土衬砌时n，不衬砌时n；其它符号参阅相关水力学资料。上游水位：=进口坎高程+计算时，假定几个隧洞下泄流量，分别计算出相应的上游水位，画出无压与有压部分的泄流量与水位的关系曲线并以光滑曲线连接该段曲线，以代替半有压流曲线，如图6。2、 通过调洪运算，确定梅雨汛期拦洪水位。依据：库容曲线； 洪峰流量过程线； 坝址水位流量关系曲线； 隧洞泄水能力曲线。计算方法：列表数算法；简单图算法。A、列表数算法列表数算法也称双曲辅助线法，根据水量平

21、衡方程绘出双曲辅助线，然后列表计算。B、简易图算法计算原理及思路同本指示书的隧洞最大下泄量计算部分。计算步骤如下：假定三条隧洞泄水过程线ABl、AB2、AB3（如图3）；求出相应的库容V1、V2、V3与下泄流量Q1、Q2、Q3；根据V1、V2、V3在库容曲线上得出相应的上游水位Hl、H2、H3；在绘有隧洞泄流能力曲线Ll的QH坐标图上，绘出相应的点P1(Ql，H1)、P2 (Q2，H2)、P3(Q3，H3)；过P1、P2、P3点绘曲线L2交Ll于P点，则对应于P点的泄流量Q为拦洪时隧洞最大下泄流量，相应的水位H即为所求拦洪水位，见图7。3、大坝安全校核根据大坝施工控制进度所确定的梅雨汛前的大坝

22、高程与拦洪高程H进行比较，若，则安全，反之不安全，其中，为安全超高。如果校核结果为不安全，可改变进度或采用局部加高坝体拦洪等措施。(三)围堰主要尺寸、型式及布置 1、挡水时段的确定本设计采用枯水期挡水围堰围护基坑修筑大坝。围堰的任务在于保护基坑内工程施工，直到坑内坝体高出水面，所以围堰的挡水时段决定于基坑内基础处理工程量，坝体施工速度及水文变化情况。围堰的挡水时段可用图解法决定（略），为简化起见，设计者可选定一个适当的枯水期作为围堰的挡水时段。2、围堰顶高程的确定 在围堰挡水时段内，围堰应挡住可能发生的最大洪水，故以5频率该时段的最大洪峰为围堰的设计流量。围堰顶高程由该设计流量时的上游水位与安

23、全超高确定。发生设计洪水时的上游水位即为围堰拦洪水位，下游围堰的顶高程=下游水位+超高，下游水位是发生设计洪峰流量、隧洞下泄最大流量时的下游水位，根据流量水位关系曲线得出。3、围堰的型式围堰的型式参看教材，本设计建议上、下游都采用砂砾石粘土斜墙围堰，且上游围堰作为坝体的一部分。4、围堰的断面尺寸要求确定围堰顶宽，边坡尺寸，防渗结构尺寸及其与基础的连接型式。本工程河床覆盖层较薄，水深不大，应以防渗体与基岩直接连接较好。注意点：围堰的水下部分尺寸应加大；上游围堰粘土斜墙防渗体应在坝体以外，下游围堰在施工后期应予拆除。5、围堰的平面布置要求按比例在地形图上正确画出围堰的平面布置图，在大坝断面图上面出

24、围堰的剖面，以反映大坝与围堰的相互位置。第二部分 主体工程施工一、土石坝施工(一)施工强度计算列表计算表17施工分期I (围堰)说明位置高程（m）(m3/d)(m3/d)K工程量V（m3）有效工日T（日）平均施工强度Q平最大施工强度Q大(二)土方施工机械的选择及数量计算 1、常用土方施工机械的适用性及可供选择的型号规格，见表18。表18机械名称适用范围可供选择的型号及规格开挖机械正向铲用于开挖土、砂砾料、石渣并装车W100(1m3)、W200(2m3)、W400(4m3)索式挖土机用于开挖水下砂砾料无装载机开挖松散土料、砂、砾、石渣等并装车Z4，斗容3Z4，斗容3轮斗式挖土机开挖土料，砂砾料W

25、UD400/700，P理=400/700链斗式采砂船开挖水下砂砾料斗容150升 P理=120m3/h斗容400升 P理=250m3/h推土机用于料场集料，坝面平土移山80T2120运输机械自卸汽车牌号 载重量 容积黄河QD35 7t 3交通SH361 15t 6m3小松HD180 18t 3佩尔利尼T20 20t 3皮带机用于转运，运输土料砂砾料压实机械羊足辗压实粘土YT2重t加重t气胎辗压实粘土、壤土、砂砾等YZPl4自重t振动辗压实砂性土、砂砾、石渣等YZ350自重15t加重50t风动钻机手持气腿钻，钻孔直径=3443mm，钻进深度4m，重量28kg0l30手持风钻钻车导轨式钻车，装有YG

26、40凿岩机，钻孔直径=4080mmCGJl5-32、土石坝施工作业机械化方案选定根据工程量、施工强度、料场条件、运输道路、上坝条件、坝面作业等选择合理的机械化施工方案。本工程各种作业可供采用的机械化方案如下：表19粘土心墙施 工开挖推土机松土集料成堆；挖土机挖装运输皮带机运输上坝（辅以集料斗及汽车分送）；自卸汽车运输上坝压实推土机平土，羊足辗或气胎辗压实沙砾坝壳施工开挖正向铲或装载机挖装水上砂砾；索铲或采砂船采取水下砂砾运输皮带机运输上坝；自卸汽车运输压实推土机平土，气胎碾或振动辗，夯土机压实 设计者根据表19所列的机械化方案与施工单位拥有的机械选择一个粘土与砂砾的挖运填施工机械化方案。 3、

27、主要机械数量计算 A、确定机械的生产率 机械生产率可采用定额指标（机械生产定额列于附录中）或计算方法确定。本设计要 求粘土心墙施工机械生产率用查定额指标的方法确定；砂砾坝壳施工机械的生产率用计算 法确定。 (1)周期运行机械(单斗式挖掘机、自卸汽车等)生产率；生产率（以坝上压实方为 标准）计算式为： (10)式中：为土斗或车箱几何容积 (m3)；为土斗或车箱的充盈系数（表20）；为时间利用系数（见表21）；为体积换算系数（见表22）；为机械运行一次的循环时间。 (11)式中：、随运距或偏转角而变，可以用下式求得： (12)式中：L为转角或运距；V为转速或平均车速，对于自卸汽车采用2025kmh

28、。 、分别为装土与卸土时间，可以按经验确定，对于自卸汽车：式中：n为挖土机装满一车的斗数；t为挖土机循环工作时间（见表23）。t卸可取1分钟，包括调车、等待时间。表20 开挖机械的充盈系数表机械名称坚硬土一般土壤砂砾石渣石渣(含大石块)装载机推土机铲运机挖土机0.70.750.71.00.80.70.4注：如用公式(10)计算汽车生产率时，充盈系数近似取l。表21 施工机械时间利用系数表管理条件施工条件 优良良好中等较差优良良好中等较差0.8l0.6l0.760.7l0.650.70注：施工条件指地形、天气、施工工作面、地表排水、施工方法、程序、工程规模等。管理条件：计算管理好坏、操作人员水平

29、、机械化等情况等。本设计中的施工条件，管理水平均可选良好。 表22 土壤体积换算系数表土方类型计算条件自然方松散方压实方粘土普通土砂砾爆破石渣压实方压实方压实方压实方1.15表23 正向铲循环时问表 土斗容量(m3) l 2 3 4 时间(秒) 1628 1828 1828 2030 注：表中数据为理想作业条件下的循环时间（转角90，最优掌子高度）。选用时可根据实际情况选用并修正修正系数取。对易挖土取小值对难挖土取大值。(2)轮斗、链斗式挖掘机生产率（P） （m3/班） (13)式中：V为轮斗、链斗的移动速度；l为-土斗间距，m；其它符号意义同式(10)。(3)皮带运输机生产率（参看教材）。(

30、4)碾压机械生产率计算 （m3/班） (14)式中：V为碾压机械开行速度，m/h，按表24采用；B为滚筒长度，m，按表24选用；C为搭接宽度，羊足碾、振动碾用0.2m，气胎碾用；h为铺土厚度，m，按表24采用；n为压实遍数，按表24选用；Kt为时间利用系数，可取；Kp为体积换算系数。表24 压实参考表 计算参数 羊足碾 气胎碾 振动碾 夯 板 滚筒长度(m)碾压速度(mh) 辅土厚度(m) 碾压遍数 3000 16 2100 12 1500 6 m 817次分 6 B、机械数量计算 机械数量按下式计算 (15)式中：Q大为各期最大施工强度，m3/d；n为采用班制，采用12台班d；P为所选机械的

31、台班生产率，m3/台班。 C、配套机械数量计算 在机械化作业组织中，为充分发挥配套机械中主要机械的作用，必须使配备的次要机 械生产率略大于主要机械的生产率。例如，对于挖掘机自卸汽车挖运方案，就应使正向铲 在任何时间不致发生等待汽车的情况。为此应妥善选择与正向铲配合工作的自卸汽车容量与数量。 1、汽车容量 应复核挖掘机的装车斗数m。汽车容量太大，汽车停时太长；汽车容量太小，则调车频繁、挖土机效率低。m的合理范围为35（汽车运距为1km以内时）。 (16)式中：Q为自卸汽车的载重量，t；q为选定挖掘机的斗容量，m3；为料场土料的天然容重，kg/ m3；为土料的松散影响系数，表示挖土前原状土与挖土后松土体积的比值；为挖