水工专升本毕设施工组织设计方案指导书

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2012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钞票塘江的支流上，为一发电为主兼顾灌溉、防洪的水利枢纽工程。在坝型比较时期，比较了混凝土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，大坝典型剖面见图Ⅱ－Ⅱ。 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，出口采纳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（一）施工工期主体工程工期暂定为 4年，2012年预备，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2坝址处流域面积 2610km，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吨木船和竹木筏过坝。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 0~3m，平均5m。坝址上下游均为宽敞冲积台地，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）。采取水上砂砾平均运距5.5km；如就近采取水下砂砾，平均运距为3.5km；粘土料（Ⅲ类土）在左岸下游7km的王家村，高程为40~50m，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，气候和气。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和洪水期（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3，最小流量只有3，相8290m/s7~8m/s差上千倍。依照设计需要，给出下列各种水文、气象资料：1、各月最大瞬时流量（3m/s）表1月份123456789101112全年频率1%18601670244037805530829050607550484023953065207082902%16801330219033004920746043506350384020202500178074605%150011401920280032506150338047403350154017701195615010%9309401250200027004990266033902710116012308234990频率标准：所谓百年一遇，指工程由于洪水的缘故失败的概率为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，即以为所得的过程线是待求的设计洪水过程线。放大方法要紧有：同倍比同频率放大法。32、各时段设计流量（ m/s）表2时段1%2%5%10%20%9.1~3.11474041903450287022609.1~4.305000446037403160251010.1~4.304620355029502460195011.1~3.313020266021801810141011.1~4.30402035602940245019203.15~5.15515045703880332027403、典型年逐月平均流量（ m3/s）表3月份123456789101112全年平水年(50%)19.880.071.886.3122.5277134.892.873.791.723.927.689.8丰水年(1%)28.075.489.913448952927610318291.840.732.7172.6枯水年(80%)11.513.961.081.7114163102.488.972.971.81715.367.84、设计洪水过程线（图 A）；5、坝址水位流量关系曲线（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123456789101112全年日降雨量(mm)＜5588696567553735~103333222412333110~3034456532421140＞3010113221210014合计12151615201512181410971588、坝区各种日平均降雨量统计表（天）表 5月份123456789101112日平均气温＞30℃0000031041000＜0℃12100000000005＜－5℃530000000001＜－20℃000000000000（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3，技术设10000m/d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）在坝型比较时期，对该土坝枢纽的施工导流方案建议采纳隧洞导流，并考虑上游土石围堰与坝体结合，以节约导流工程费用。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 施工导流打算（一）确定导流标准（二）确定施工导流方案，确定大坝施工分期和截流、拦洪、封孔、发电日期，初定大坝施工操纵性进度。（三）导流工程规划布置1、依照导流方案和粗定的大坝拦洪高程， 确定隧洞的断面型式和尺寸，并进行平、立面布置；2、汛期大坝（或围堰）拦洪校核；3、围堰型式、要紧尺寸及布置。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，计算施工工期和所需设备数量。（六）拟定施工操纵进度打算四、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、大坝及要紧隧洞施工机械汇总表。（二）讲明书一份、计算书一份。讲明书中除设计讲明外，还应包括必要的插图、表格和枢纽工程施工总进度打算表。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和设计任务。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、地形地质条件和筑坝材料料场；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和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，能够采纳雨季或冬夏季施工措施，增加施工天数，减小施工强度，以保证打算实现。、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－其它缘故停工天数2、依据：(1) 坝区各种降雨天数统计表 (表4)；坝区各种气温天数统计表(表5)；法定假日：5.1、5.2、5.3、10.1、10.2、10.3、1.1、春节及星期六、星期天；各种工作因雨、气温停工标准见表6和表7。3、本枢纽要紧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）＜55～1010～30＞30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＞30℃＜0℃＜－5℃＜－20℃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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12天数日历天数312831303130313130313031法定假日因雨停工因气温停工其他缘故停工 （本设计不考虑）有效工日注：粘土开采中若因雨停工降雨量既有 10~30，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 施工导流打算一、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和建筑设计的依据。导流标准的高低，关系到工程和下游人民生命财产及工农业生产的安全，也关系到工程造价和工期。《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和水库蓄水三个差不多时期。围堰挡水称初期导流，坝体挡水和封堵蓄水称为后期导流。一般初期导流失事只阻碍围堰和基坑工程施工，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。、导流建筑物的级不导流建筑物的级不是确定洪水标准和建筑物结构设计的依据。依照我国的实际情况，规范规定导流建筑物划分为 3、4、5三级，一般为4级和5级，并以3级来操纵：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不确定，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导流建筑物级不划分使用年限导流建筑物规模级不爱护对象失事后果库容(年)堰高(m)(1083m)3有专门要求的1级淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总>50>1.0>3永久性水工建筑物工期及第一台(批)机组发电，造成重大灾难和损失41级、2级永久性水淹没一般城镇、工矿企业、或阻碍工程总工期及第15～500.1～1.01.5～3工建筑物一台(批)机组发电而造成较大经济损失53级、4级永久性水淹没基坑，但对总工期及第一台(批)机组发电阻碍<15<0.1工建筑物不大，经济损失较小<1.5注：(1)导流建筑物包括挡水和泄水建筑物，两者级不相同；当导流建筑物依照表中指标分属不同级不时，应以其中最高级不为准。但列为3级导流建筑物时，至少应有两项指标符合要求；表列四项指标均按施工段划分；有、无专门要求的永久建筑物差不多上针对施工期而言，有专门要求的1级永久建筑物是指施工期不同意过水的土坝及其它有专门要求的永久建筑物；使用年限是指导流建筑物每一导流分期的工作年限，两个或两个以上导流分期共用的导流建筑物，如分期导流一、二期共用的纵向围堰，其使用年限不能叠加计算；导流建筑物规模一栏中，堰高指挡水围堰最大高度，库容指堰前设计水位所拦蓄的水量，两者应同时满足。导流建筑物的设计洪水标准是依照导流建筑物的级不和类型，依照表 10选定，该表适用于洪水期，也适用于枯水期。表10导流建筑物的洪水标准划分导流建筑物级不导流建筑物类型345洪水重现期（年）土石结构50~2020~1010~5混凝土、浆砌石结构20~1010~55~33、坝体临时挡水度汛洪水标准坝体施工期临时挡水度汛的洪水标准按表 11选定。表11坝体施工期临时度汛洪水标准[重现期（年）]拦洪库容(1083坝型m)≥1.01.0~0.1<0.1土石坝≥100100~5050~20混凝土坝、浆砌石坝≥5050~2020~104、导流泄水建筑物封堵与水库蓄水标准规范规定封堵的下闸设计流量采纳时段5~10年重现期的月或旬平均流量。封堵工程的设计标准为10~20年重现期。封堵后坝体度汛标准当导流建筑物封堵后，大坝进入施工运行期，这时，坝体度汛按表12规定的标准选择。表12 导流泄水建筑物封堵后坝体度汛洪水标准 [重现期（年）]坝型大坝级不123土石坝设计500~200200~100100~50校核1000~500500~200200~100混凝土坝、设计200~100100~5050~20浆砌石坝校核500~200200~100100~50水库蓄水标准建议采纳75％一85％保证率作为水库的蓄水标准。二、确定导流方案和大坝施工分期，依照施工单位能力，粗定大坝施工操纵进度(一)施工导流方案在选坝时期，对枢纽施工导流进行多方案比较，其中土石坝方案采纳隧洞导流方案，并建议上游土石围堰与坝体结合，以节约导流费用。(二)确定大坝施工分期，粗定截流、拦洪、封孔、发电日期。采纳隧洞导流方案，土石坝的施工一般分四期进行。第一期：截流前，要完成导流隧洞工程，并做好截流预备工作。第二期：截流后，在围堰的爱护下进行大坝基础工程施工（包括排水、基坑开挖及基础处理），然后进行大坝填筑，在梅雨、台风汛期到来之前将大坝抢筑到拦洪水位以上。第三期：拦洪以后接着填筑大坝到开始封孔蓄水。第四期：封孔后大坝接着升高直至坝顶设计高程。二期工程是工程成败的关键，这一期工程量往往专门大，要求较高的施工强度，以致超过施工单位的生产能力。为了保证在施工单位生产能力范围内顺利完成拦洪任务，能够采纳全断面、临时断面、围堰拦洪或采纳分期围堰填筑部分坝体等方法（如表13所示），以保证安全拦洪度汛。1、全断面坝体拦洪施工

表13 拦洪度汛方法Ⅳ能力足够时采纳

△

ⅢⅡ2、围堰拦洪坝基处理量大，时刻长，粘土心墙上升速度赶不上拦洪水位时采纳3、临时断面拦洪砂壳施工能力不足时采纳4、分期填筑拦洪河谷较宽，施工能力不足时采纳

Ⅳ△ⅢⅡⅣⅢⅡⅣⅠ△ⅢⅡⅣⅢⅠ ⅡⅠ对来水量大，库容小的工程，封孔以后，水库专门快被充满，宜在大坝建成后才能封孔蓄水，现在无第四期工程。(三)确定截流和拦洪时刻，然后依照截流到拦洪的天数扣除排水、基础开挖和处理时刻，按粘土心墙填筑上升速度每天0.2~0.4m确定大坝可能达到的拦洪高程。(四)大坝各期工程量计算依照大坝分期按下列公式计算（梯形河谷适用）各期工程量（V）HL3bmmHlbmmHV1232126(1)式中：V为计算部分坝体工程量， m3；L为计算部分坝体顶部长度，m；H为计算部分坝体高度， m；b为计算部分坝体顶宽， m；l为计算部分坝体底部长度， m；m1、m2分不为计算部分坝体上、下游边坡。(五)计算大坝各期平均施工强度（ Q）(粘土、砂砾料)Q(2)式中：T为该期实际有效施工天数。

VT按照各期施工强度大致均衡的原则，操纵不均衡系数不超过1.5～2.0，并在施工单位生产力同意的范围内， 修改分期方案和各期坝体尺寸，或各期的开挖完工日期，直到中意为止。(六)确定封孔蓄水及发电日期本电站的初始发电水位为 80m，蓄水保证率要求 75％以上，要求在2014年10月1日有一台机组发电。一般来讲，应在保证大坝安全的前提下，尽可能提早发电。1、封孔日期的确定依照初始发电水位，利用库容曲线求得相应的水库蓄水量，按照保证率的要求，用 80 ％典型枯水年各月平均流量推断出封孔日期。即现在封堵蓄水，能够保证到初定的发电日期，水库水位能够达到初始发电水位。例如：要求10.1发电，初始发电时库容发 V，推算封孔蓄水日期可按表 14进行。表14下游要求供水累计蓄水量(m3)80％来水量(m3)蓄水时刻量ViQiTZ(ViV'i)ViqiT9月V9V9V9V9V8月V8V88(ViVi)Vi977月6月

V7V7(ViVi)Vi9V6V66(ViVi)Vi955月V5V5(ViVi)Vi94月V4V44(ViVi)Vi9表中Vi为i月的来水总量、Vi为i月时下游要求的供水量。由表可知，蓄水6个月才能达到相应于初始发电水位的存蓄量。故推得封孔日期为 4月的某一天。本设计中，在封孔蓄水期内，下游用水由坝址下游支流汇入河道解决，下游来水全部蓄入水库。2、大坝安全校核封孔日期是以蓄枯水年水量保证如期发电来确定的，假如封孔以后所遇到的不是枯水年而是丰水年，则库内水位上升专门快，有利于发电，但势必威胁尚未修建到顶的大坝安全，因此，必须按丰水年来水量进行大坝安全校核。校核标准按库容及下游安全而定，可按表 15进行计算比较。表中 Vi为i月的来水总量，hi为i月底相应的库水位。△ hi为月初发生一次洪水（1％）所增高的水位， Hi为i 月底大坝修建到的高程。若Hi>hi+△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的阻碍。表15蓄水时段 1％来水 逐月累计 库水位 月初洪水 坝面末量水量hi引起库水高程HiV∑V位移ii4月VVh△hH444445月V55Vih5△h5H5i46月V6Vih△hH6666i47月V77Vih7△h7H7i48月V8Vih△hH8888i49月V99Vih9△h9H9i4假如校核结果，安全度太大，能够考虑提早发电，如不能满足安全要求，可采取下列措施，以保证大坝安全。①提高大坝上升速度；②延迟封孔和发电；③采纳后期导流措施，利用永久或临时泄水建筑物操纵上游水位。（七）依照确定的截流、拦洪、封孔、发电日期和工程分期绘制大坝操纵进度，如图 2。枯水期洪水期枯水期洪水期枯水期洪水期枯水期洪水期枯水期截流拦洪封发电隧道孔帷幕灌浆△坝基清理初始砼Ⅲ发电水位△△△△围堰Ⅱ△△△△原河床泄水隧洞导流断流发电尾水图2 临时断面拦洪方案大坝施工操纵进度三、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、尺寸和平面布置，本应先拟出几个隧洞断面尺寸、不同的底坎高程和不同的布置方案，进行技术经济比较，然后确定最优的隧洞断面和进出口底坎高程。限于时刻，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：隧洞尺寸大小，底坎高程对拦洪水位及大坝合龙段施工的阻碍；隧洞尺寸、底坎高程对围堰及隧洞工程量的阻碍；通航过筏条件对截流条件的阻碍。(一)确定泄水建筑物断面型式和尺寸，并进行平面和立面布置。、计算拦洪水位依照已定的拦洪坝高扣除安全超高 2~3m，即为拦洪水位。2、确定隧洞断面尺寸隧洞最大下泄流量计算在工程水文学中，我们差不多明白水库对洪水的调节作用。按照隧洞的泄流条件和水库调节性能，依照洪峰过程线能够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。在已知洪水过程线和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V′≠V，则另需假定 AB线位置重算。T图3计算方法：①如图3所示，在可能所求 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。②计算相应