土石坝施工组织设计.pdf

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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，

2、2002 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；如就近采取水

3、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/

4、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 1%1860 1670 2440 3780 5530 8290 5060 7550 4840 2395 3065 2070 8290 2%1680 1330 2190 3300 4920 7460 4350 6350 3840 2020 2500 1780 7460 3%1500 1140 1920 2800 3250 6150 3380 4740 3350 1540 1770 1195 6150 4%930 940 1250 2000 2700 4990 2660 3390

5、2710 1160 1230 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 2260 9.1-4.30 5000 4460 3740 3160 2510 10.1-4.30 4620 3550 2950 2460 1950 11.1-3.31 3020 2660

6、2180 1810 1410 11.1-4.30 4020 3560 2940 2450 1920 8.15-5.15 5150 4570 3880 3320 2740 3、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 8

7、0%11.5 13.9 61 81.7 114 163 102.4 88.9 72.9 71.8 17 15.3 67.8 4、设计洪水过程线 见图 A 5、坝址水位流量关系曲线 见图 B 6、水库水位与库容关系曲线 见图 C 7、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 7 158 8、坝区各种日平均气温统计表 表 5 单位：日 日平均气温 1 月

8、 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 30 度 0 0 0 0 0 3 10 4 1 0 0 0 0 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

9、。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。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

10、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

11、3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 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

12、19 26 27 27 30 25 287 2、施工导流 2.1 导流标准 导流建筑物设计等级选用 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

13、、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

14、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，

15、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 20 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

16、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 51.5m，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 3

17、0，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=2.05m，满足安全要求。三、围堰主要尺寸、型式及布置 1、上游围堰 为保证枯水期基坑施工，上游围堰应尽快达到枯水期度汛高程，根据 5频率洪水放大的过程线，通过调洪演算并绘制 QH 曲线 L2。根据隧洞泄洪曲线 L1，利用图解法查得围堰拦洪高程为 40.2m，

18、考虑 1.8m 的安全超高，上游围堰顶高程 42.0m。上游围堰作为坝体的一部分，围堰最终顶高程 55.0m，采用砂砾石黏土斜墙围堰，填筑质量要求同大坝。上游坡比 1:3，下游坡比 1:2.0，采用黏土斜墙防渗。2、下游围堰 下游围堰同样采用砂砾料黏土斜墙围堰，根据 1频率洪水最大下泄流量 1253 m3/s，下游河床水位为 30.5m，安全超高 1.5m，围堰顶设计高程 32.0m。上游设计坡比 1:2，下游设计坡比 1:2.5，围堰顶宽 10m，完成度汛后拆除。3、围堰布置 上下游围堰充分考虑与隧洞进出口距离、冲刷等因素，见布置图。3、主体工程施工 3.1 土石坝施工 一、施工强度 根据计

19、算黏土最大施工强度 1112m3/天，砂壳（含反滤料）最大施工强度 7598m3/天，小于施工单位的最大施工能力 10000m3/天。二、土石方施工机械配备 砂砾料采用水上开采，选用自卸汽车配合正向铲装土、运输；土料开采，选用自卸汽车配合正向铲装土、运输；黏土压实选用羊足碾；砂砾料选用振动碾。黏土心墙：2m3 挖土机挖装，15T 自卸汽车运输上坝，T-120 推土机推平，9T 羊足碾压实。运输距离 7Km。砂壳：4 m3 正向铲装水上沙石料，20 T 自卸汽车运输，T-120 推土机推平，13.5T 振动碾压实。运输距离 5.5Km。经计算主要设备配备见下表：序号 机械设备名称 技术规格或型号

20、 配备数量 1 挖土机 W200，2m3 2 台 2 挖土机 W400，4m3 4 台 3 推土机 T-120 12 台 4 自卸汽车 交通 SH361，15 吨 26 辆 5 自卸汽车 T20，20 吨 68 辆 6 振动碾 YZ-13.5，13.5 吨 4 个 7 羊足碾 9T 3 台 8 羊足碾 6T 2 台 三、施工道路布置 由于采用自卸汽车直接上坝，采用岸坡道路和坝坡道路相结合的原则布置施工道路。左岸 30 线：布置在左岸 30m 高程，是本工程的主要运输线路，从下游砂砾料沿 30m 高程接上下游围堰、导流隧洞进出口及上坝路。过导流隧洞时采用钢栈桥跨越。坝坡路：布置在下游，从左岸 3

21、0 线起坡，S 型道路接至坝顶 105m 高程，全长约 1100m，平均纵坡小于 7%。道路设计路面宽度 8m，最大纵坡控制在 7%以内，采用泥结石路面。3.2 导流洞开挖 一、概况 导流洞为城门洞型，开挖宽度 8.8m，高度 13.2m，开挖断面 84.72m2。隧洞长 650m，进口高程 25.0m，出口高程 23.7m。二、开挖方法 采用钻爆法全断面开挖，由于地质条件比较好，机械化程度高，拟采用全断面微差爆破一次成型，周边采用光面爆破。钻孔：采用钻孔台车，崩落孔和周边孔钻孔直径 40mm，掏槽孔钻孔直径 45mm。装药：采用装药台车 爆破：采用楔形掏槽，非电毫秒微差起爆网络，一次性爆破

22、散烟：采用轴流式双向通风机 安全检查处理：利用装药台车，人工排除危石、浮石，必要时进行喷锚支护 装渣：采用 1.7m3 装载机装 7.0T 自卸汽车运输 三、主要参数 1、炮孔布置 根据经验及公式计算。掏槽孔采用楔形掏槽，布置 8 个孔，孔径 45mm；周边孔布置间距50cm，根据周长共布置 80 个，线装药密度 300g/m；崩落孔布置 67 个。计算布孔 155 个 实际布孔：中心位置布置楔形掏槽孔 8 个；周边布置光爆孔 80 个;崩落孔间排距根据 1.31.5m 不等布置，实际布置炮孔 60 个。共布孔 148 个。2、循环作业 根据爆破孔布置，循环作业时间 12h，循环进尺 2.4m

23、。主要作业项目如下：装药：0.5h；爆破、散烟、安全检查：1.0h；装渣机械进出工作面：0.5h；钻车进出工作面：0.5h；钻孔：7.0h；出渣：2.5h。导流隧洞循环作业表 作业项目 循环时间（h）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 钻机进出 0.5 钻孔 7.0 装药 0.5 爆破散烟安检 1.0 出渣机械进出 0.5 出渣 2.5 合计 12 四、开挖工期 隧洞采用两头进，每天循环 2 次，经计算开挖工期为 68 天，考虑时间利用系数安排开挖工期 90 天。六、隧洞开挖主要机械汇总表（两个工作面）序号 机械设备名称 技术规格或型号 配备数量 1 钻孔台车 CGJ15-3

24、 2 套 2 凿岩机 YG40 30 台 3 轴流风机 28KW，可逆 2 台 4 通风管 直径 600mm，金属管 700m 5 吸底潜水泵 4”15 台 6 压风站 供风量 30m3/h 2 个 7 装载机 Z-3.5 2 台 8 自卸汽车 黄河 QD35 14 辆 4、施工控制性进度 4.1 节点控制工期 根据施工施工导流、发电目标等要求，节点控制工期如下：施工准备：2002 年度；工程开工：2003 年 1 月 1 日；隧洞完工日期：2003 年 10 月 2 日；工程截流：2003 年 11 月 1 日；大坝拦洪时间：2004 年 4 月 30 日；引水隧洞完工日期：2006 年 4

25、 月 10 日；溢洪道完工日期：2006 年 5 月 15 日；大坝填筑完工日期：2006 年 5 月 25 日；发电厂房完工日期：2006 年 8 月 10 日；机组安装完工日期：2006 年 9 月 11 日；开关站完工日期：2006 年 9 月 11 日；发电日期：2006 年 10 月 1 日；工程竣工日期：2006 年 11 月 18 日；4.2 横道图 见附图。土坝枢纽工程施工组织设计计算书 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

26、；星期六和星期天考虑正常施工。各工种月有效工日计算见下表：1.1、石料开采、填筑有效工日 表 1-1 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 4 4 5 6 9 7 5 3 6 3 1 1 因气温停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 26 21 26 24 20 23 26 28 24 25 29 30 1.2、砂

27、石开采、填筑有效工日 表 1-2 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 4 4 5 6 9 7 5 3 6 3 1 1 因气温停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 26 21 26 24 20 23 26 28 24 25 29 30 1.3、粘土开采有效工日 表 1-3 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月

28、4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 7+2 7+1 8+2 9+2 11+2 9+2 7+2 7+2 7+2 5+2 4+1 4+1 因气温停工 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 16 14 21 19 15 19 22 22 21 21 25 24 1.4、粘土填筑有效工日 表 1-4 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月

29、7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 7+1 7 8+1 9+1 11+1 9+1 7+1 7+1 7+1 5+1 4 4 因气温停工 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 17 15 22 20 16 20 23 23 22 22 26 26 1.5、隧洞开挖有效工日 表 1-5 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 1

30、1 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 1 0 1 1 3 2 2 1 2 1 0 0 因气温停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 29 25 30 29 28 28 29 30 28 27 30 31 1.6、隧洞浇筑有效工日 表 1-6 单位：日 天数 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 日历天数 31 28 31 30 31 30 31 31

31、 30 31 30 31 法定假日 1 3 3 3 因雨停工 1 0 1 1 3 2 2 1 2 1 0 0 因气温停工(考虑自然施工)17 13 0 0 0 3 10 4 1 0 0 6 其他原因停工 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 有效工日 12 12 30 29 25 25 19 26 27 27 30 25 1.7、各工种月有效工日 表 1-7 单位：日 工种 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 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 25 287