水利枢纽工程混凝土施工施工导流

8.2.1设计条件 18.2.2导流标准 18.2.3导流方式及导流规划 18.2.4导流建筑物设计 68.2.5导流工程施工 128.2.6截流与基坑排水 138.2.7下闸蓄水 148.2.1设计条件坝址区河道略弯曲，沟谷开阔，呈不对称的“V”型，右岸为基岩山坡，坡度较缓。左岸为Ⅰ级阶地，地表平坦；右岸为基岩岸坡，坡度40º～50°。经水文资料分析可知：每年的5～10月，水量相对较大，划为汛期，每年的11月～翌年4月，水量相对偏小，划分为枯水期。8.2.2导流标准本工程为Ⅳ等小（1）型工程，工程枢纽主要建筑物按4级建筑物设计，次要建筑物按5级建筑物设计。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303—2004）的规定，其导流建筑物级别为5级。根据本工程所处河流的水文特点、首部枢纽的布置及现场地形特点，本工程首部枢纽采用明渠导流方式。导流标准：选用5年一遇洪水重现期（全年），相应导流流量为Q20%=486m3/s。厂房导流标准选用5年一遇洪水重现期（全年），相应导流流量为Q20%=495m3/s。8.2.3导流方式及导流规划（1）导流方式=1\*GB3①枢纽导流方式根据坝址处地形、地质、水位等实际情况，本阶段对三种导流方案进行了比较，见表8.2.1。方案Ⅰ（推荐方案）：河床一次断流，明渠全年导流方式。导流标准：选用5年一遇洪水重现期（全年），相应导流流量为Q20%=486m3/s。方案Ⅱ（备用方案）：河床一次断流，明渠枯水期导流方式。导流标准：选用5年一遇洪水重现期（枯水期），相应导流流量为Q20%=188m3/s；度汛标准选用10年一遇洪水重现期（汛期），相应流量为Q10%=684m3/s。方案=3\*ROMANIII（比较方案）：明渠全年导流，汛期围堰过水导流方式。枯水期导流标准：选用5年一遇洪水重现期（枯水期），相应导流流量为Q20%=188m3/s。方案Ⅰ、方案Ⅱ与方案=3\*ROMANIII的布置、优、缺点、工程量及造价比较见表8.2.1、表8.2.2与表8.2.3。坝址处右岸有乡级公路通过，左岸有阶地存在。考虑到首部枢纽泄洪闸、冲砂泄洪闸及进水口的布置特点，以及冬季寒冷，混凝土无法浇筑，金属结构闸门与埋件安装的工期要求等因素，虽然方案Ⅰ比方案Ⅱ工程造价高28.91万元，但方案Ⅰ可为工序安排创造了条件，能够保证电站按期发电，所以本阶段推荐首部枢纽采用全年导流方案，主体工程分二阶段施工。第一阶段（全年）：施工泄洪闸、冲砂泄洪闸坝段、浆砌石副坝段、电站进水口等有关建筑物到坝顶2743.50m高程。第二阶段（枯水期）：导流明渠封堵，河水由完建的泄洪闸、冲砂泄洪闸渲泄，施工左岸副坝未完建部分等。=2\*GB3②厂房导流方式厂房导流根据岸坡地形、地质条件以及尾水渠等建筑物的布置方式采用全年导流方式。（2）导流规划=1\*GB3①枢纽导流规划根据首部枢纽建筑物布置特点，推荐方案主体工程施工分二阶段进行，施工期共经历两个汛期。表8.2.1首部枢纽各导流方案特性比较表序号项目名称单位方案Ⅰ（推荐方案）（全年明渠导流方案）方案=2\*ROMANII（备用方案）（枯水期明渠导流方案）方案=3\*ROMANIII（比较方案）（明渠导流，汛期围堰过水方案）一导流明渠流量m3/s486（全年）188（枯水期）684（度汛）188（枯水期）684（度汛）明渠底宽m1699渠底坡度0.0030.0030.003明渠边坡坡比1：1.51：1.51：1.5糙率（浆砌石面层）0.0320.030.03渠道水深m5.24.24.2流速m/s3.993.353.35渠道防渗彩条布彩条布土工膜二上游围堰高度m6.155顶宽m7.066上/下游坡比1：2.0/1：1.51：2.0/1：1.51：2.5/1：3.0围堰防渗粘土+彩条布粘土+彩条布土工膜基础防渗粘土+彩条布粘土+彩条布土工膜铺盖三下游围堰高度m6.055顶宽m7.066围堰防渗粘土+彩条布粘土+彩条布土工膜基础防渗粘土+彩条布粘土+彩条布土工膜铺盖第一阶段（全年，第1年12月～第2年11月）：基坑在上、下游横向围堰和纵向围堰围护下，河水由左岸导流明渠通过，进行泄洪闸、冲砂泄洪闸坝段、消力池、护坦、纵向导墙、左岸浆砌石副坝及电站进水口的施工。导流采用全年导流方式，导流流量为Q20%=486m3/s。第二阶段（枯水期，第2年11月～第3年3月）：导流明渠封堵，河水由完建的泄洪闸、冲砂泄洪闸渲泄，施工左岸副坝未完建部分等。导流流量为Q20%=94m3/s。第3年2月中旬，坝体挡水，永久泄洪建筑物泄洪，首台机运转发电。至第3年6月底，整个工程全部完工。首部枢纽导流特性见表8.2.4。表8.2.2枢纽导流工程各方案主要工程量比较表项目及名称方案Ⅰ（推荐方案）（全年明渠导流方案）方案Ⅱ（备用方案）（枯水期明渠导流方案）方案=3\*ROMANIII（比较方案）（明渠导流，汛期围堰过水方案）项目及名称单位数量项目及名称单位数量项目及名称单位数量导流明渠导流明渠开挖m320271砂砾石开挖m318201砂砾石开挖m314270干块石护坡（底）m31690干砌石护坡m31795干砌石护坡m31124防渗彩条布m25462防渗彩条布m28976粗砂垫层m3749粗沙垫层m31092抛填块石m3626复合土工膜m23746围堰填筑（渠堤顶）m31397明渠回填（碾压）m31161明渠回填（碾压）m39476渠堤顶拆除m31397渠堤顶拆除m311610渠堤顶拆除m39476抛填块石m3626导流明渠回填m32483上/下围堰砂砾石开挖m31722/1396砂砾石开挖m32036/867砂砾石开挖m31231/912砂砾石填筑m312067/10139砂砾石填筑m37564/5256砂砾石填筑m36508/6607粘土垫层m3269/266块石护坡m3590/245斜墙与地下粘土m33246/3243干砌块石护坡m3261/144堆石体m3714/304干砌块石护坡m3414/420堆石护脚m3458/576截流戗堤m3821C20砼护坡m31172/1176防渗彩条布m21659/1331防渗粘土m31073/452反滤料m3614/612围堰拆除m311332/9729防渗彩条布m21789/753复合土工膜m23538/3470围堰拆除m316106围堰拆除m322590表8.2.3导流方案方式比较表项目方案Ⅰ（推荐方案）(全年明渠导流方案)方案Ⅱ（备用方案）(枯水期明渠导流方案)方案=3\*ROMANIII（比较方案）(明渠导流，汛期围堰过水方案)平面布置图挡水建筑物上游横向围堰、下游横向围堰、纵向围堰上游横向围堰、下游横向围堰、纵向围堰上游横向围堰、下游横向围堰、纵向围堰泄水建筑物左岸导流明渠左岸导流明渠左岸导流明渠突出优点和缺点1．施工简单，泄水安全，运行方便，整个导流过程对主体工程的施工影响不大。2.金属结构安装时间充裕。3.工程造价较大。1．施工简单、方便。2．主体工程的施工必须在枯水期内完成度汛水位以下的部分。3.工程造价低。4.金属结构安装工期紧。1.度汛标准低，可全年施工。2.基坑淹没、抽排水及堰顶砼造价较高.3.适合多汛期。4.工程造价高工程投资(万元)139.39110.48227.31通过方案比较，结合中间成果审查会意见，选定方案Ⅰ为推荐方案，即河床一次断流，左岸明渠全年导流方案为推荐方案。表8.2.4首部枢纽导流推荐方案特性表项目单位分段第一阶段第二阶段导流时段年/月l/12～2/112/12～3/3导流标准重现期5年（全年）5年（枯水期）导流流量m3/s48694上游水位m2737.20下游水位m2736.80上游堰顶高程m2738.20下游堰顶高程m2737.50泄水建筑物／导流明渠泄洪闸﹑冲砂泄洪闸=2\*GB3②厂房导流规划厂房导流从第2年1月至第3年1月，施工期内经历1个汛期。厂房在全年围堰的围护下进行基坑开挖、砼浇筑、金属结构、厂房机组的安装等，河水由束窄河床渲泄。厂房导流采用全年导流方式，导流流量为Q20%=495m3/s。厂房导流特性见表8.2.5。表8.2.5厂房导流特性表项目及名称单位特性导流建筑物级别级5级导流标准（全年）P=20%导流时段第一年10月～第二年11月导流设计流量m³/s495挡水建筑物围堰泄水建筑物束窄河床上、下游水位m2725.7/2725.57围堰顶高程m2726.7围堰最大高度m5堰顶宽度m6堰顶长度m1178.2.4导流建筑物设计首部枢纽导流建筑物布置与泄洪闸﹑冲砂泄洪闸相结合，导流建筑物包括导流明渠、上、下游横向围堰。厂房导流建筑物包括厂房岸边围堰。首部枢纽导流建筑物布置见图8.1，厂房导流建筑物布置见图8.2。图8.1首部枢纽导流建筑物布置图图8.2厂房导流建筑物布置图（1）首部枢纽导流建筑物导流建筑物包括导流明渠、上游横向围堰、下游横向围堰。导流明渠在布置时尽量顺直，渠道断面沿程不变，假定明渠为均匀恒定流。相关计算公式如下，公式见«水工设计手册»第一册（由华东水利学院编写）：A=（b+my）yR=A/X式中：Q——流量，m3/s；A——过水断面面积，m2；C——谢才系数，m1/2/s；R——水力半径，m；i——渠道坡度；i=0.3%m——边坡系数；m=1.5b——渠道底宽，m；b=16my——水深，m；χ——湿周。渠底与边坡采用干砌石护坡，水泥浆灌缝，水泥砂浆勾缝，粗糙系数取0.032，初选三个边坡系数1、1.25、1.5分别计算水力最佳断面各水力要素，计算结果见表8.2.6。表8.2.6不同边坡系数水力最佳断面计算表流量（m3/s）渠道坡度边坡系数糙率hm（m）bm（m）vm（m/s）4860.0031.500.0327.484.534.134860.0031.250.0327.75.44.24860.0031.000.0327.896.544.27按所选边坡系数m=1.5时计算实用经济断面，以便根据枢纽地质、地形条件进行选择，计算结果见表8.2.7。表中α为经济实用断面过水面积与水力最佳断面过水面积的比值，h/hm与b/h可对应α查表求得。表8.2.7m=1.5时的一组实用经济断面计算表αh/hmb/hh（m）b（m）v（m/s）R（m）110.6067.484.534.133.741.010.8231.6426.1610.114.093.681.020.7612.2115.6912.584.053.631.030.7172.7175.3614.564.013.581.040.6833.1985.1116.343.973.53根据以上计算数据及水力学有关文献资料，导流明渠的不冲流速可以按4m/s控制，故从边坡系数1.5的计算结果选择，初选渠底宽16m进行各水位情况下的流量、流速计算，计算结果见表8.2.8。表8.2.8m=1.5底宽采用16米时渠道内水位、流量计算水深h过水面积A湿周χ水力半径R糙率n谢才系数C=R1/6/n流量Q流速v1.527.3821.411.280.03232.5655.242.0223823.211.640.03233.9490.462.382.549.3825.011.970.03234.99132.832.69361.526.822.290.03235.88182.92.973.574.3828.622.60.03236.64240.693.2448830.422.890.03237.3305.633.474.5102.3832.223.180.03237.9378.993.75117.534.033.450.03238.41459.153.915.2123.7634.753.560.03238.62493.943.995.5133.3835.833.720.03238.9548.124.11615037.633.990.03239.36645.944.31根据以上计算结果，渠内水深在5.2米以下时流速小于4.0m/s，且大于不淤流速0.5m/s，应能满足不冲不淤要求。根据首部枢纽布置特点，导流明渠布置在河床左岸，直线段长约83.9m。由以上计算结果，选定明渠断面采用梯形断面，底宽16m，渠身过水断面为16m×5.2m，两侧开挖边坡均为1：1.5，进口高程2732.20m，出口高程2731.90m，纵向坡降为i=0.3%，渠中最大流速为3.99m/s，明渠全段面铺设彩条布防渗，彩条布上铺设30cm厚的干砌石护坡，水泥浆灌缝，水泥砂浆勾缝。导流明渠剖面图见图8.3。图8.3导流明渠剖面图上下游横向、纵向围堰均采用土石围堰，堰体防渗采用堰体中间粘土+彩条布；基础防渗采用开挖深3m，底宽0.8m的槽埋设粘土+彩条布截水层。上游围堰堰顶总长136.09m，高6.1m，顶宽7m，迎水面边坡1：2.0，坡面采用块石护坡，防护厚度0.3m，背水面边坡1：1.5，堰顶高程2738.20m。为了防止导流时水流对围堰上游坡脚的淘刷，上游坡脚设底宽3.2m、高2.2m的堆石体护脚。下游围堰堰顶总长80.14m，高6.0m，顶宽7m，迎水面边坡1：2.0，背水面边坡1：1.5，迎水面坡脚设底宽3.4m、高3.3m的堆石体护脚。上、下游横向围堰剖面图分别见图8.4与图8.5。首部枢纽导流建筑物主要工程量见表8.2.2。图8.4上游横向围堰剖面图图8.5下游横向围堰剖面图（2）厂房导流建筑物厂房导流建筑物布置于厂房尾水渠段，在此围堰围护下进行厂房全年施工，尾水渠及其浆砌石护坡段待枯水期施工。围堰全长117m，最大高度5m，堰顶宽6m，堰顶高程2726.7m，堰体采用砂卵砾石填筑，背水面坡比1：1.5，迎水面坡比为1：2.0，堰脚采用0.5m厚、3m长钢筋铅丝笼块石防护。堰体及堰基防渗采用高压旋喷水泥灌浆防渗，旋喷体直径1.1m，孔距1m，孔顶高程2726m，孔底高程2710.3m。厂房围堰剖面图见图8.6。汛期前，根据需要在施工场地预备临时粘土袋，以便及时加高围堰。厂房导流工程主要工程量见表8.2.9。表8.2.9厂房导流工程主要工程量表项目及名称单位数量厂区围堰砂砾石填筑m36838高压旋喷防渗墙（水泥浆）m2057堆石护坡m3519铅丝笼块石m3195塑料防渗薄膜（彩条布）623粘土心墙1247围堰拆除m38799图8.6厂房围堰剖面图8.2.5导流工程施工8.2.5.l施工程序根据施工进度计划第一年11月底前完成首部枢纽左岸河床疏浚及导流明渠修筑工作，同年12月工程截流，并完成首部枢纽围堰填筑工作，第二年1月完成厂房围堰填筑工作。第三年2月工程下闸蓄水，至第三年6月底前两台机全部发电。8.2.5.2导流工程施工方法（1）首部枢纽导流工程施工=1\*GB3①导流明渠施工导流明渠开挖20271m3，开挖采用TY160马力推土机集碴，开挖碴料就近堆放，以供上下游围堰填筑所用。施工设备可通过临时公路1进入明渠施工。明渠两岸边坡、底板采用彩条布铺盖，彩条布上铺10cm～15cm厚砂砾保护层后设30cm厚的干砌石护坡，水泥浆灌缝，水泥砂浆勾缝。块石来自上游1.2km石料场，采用2m3装载机配10t自卸汽车装运至工作面，人工砌筑。导流明渠工程自第一年10月开工，至第一年12月中旬结束。=2\*GB3②围堰施工第一年12月中旬进行围堰的施工与截流。上、下游横向围堰及纵向围堰均设计为土石围堰，其主要工程量见表8.2.2中的方案=1\*ROMANI。围堰开挖方法同明渠，上下游围堰砂砾石填筑料由枢纽开挖碴料供应，挖掘机配10t自卸汽车运至上下游围堰所在处进行填筑，运距分别为至上游围堰处100m，下游围堰处80m。水下部分用自卸汽车直接抛填，水上部分分层摊铺，层厚50cm，TY160推土机推土平料，16t振动碾碾压4～6遍。石料从上游1.2km的料场运输至现场。开挖采用2m3反铲挖掘机开挖，2m3装载机从土料场装土，10t自卸汽车直接上堰，水下部分用自卸汽车直接抛填，水上部分分层摊铺，层厚50cm，TY160推土机推土平料，16t振动碾碾压4～6遍。开工后第二年8月，主坝体施工基本完毕，可进行围堰拆除。拆除采用2m3反铲配10t自卸汽车运碴用于库区2.3km公路改造。（2）厂房导流工程施工开工后第一年12月～第二年1月，进行厂房围堰施工。厂房围堰设计为土石围堰，其主要工程量见表8.2.6。厂房围堰施工方法同首部枢纽围堰。开工后第三年1月，电站厂房施工基本完毕，可进行厂房围堰拆除。拆除采用1m3反铲配10t自卸汽车运往上游临时碴场堆放，用于公路加高等。8.2.6截流与基坑排水8.2.6.1截流=1\*GB3①截流时间及流量根据施工总进度安排，首部枢纽截流宜选在汛后第一年枯水时段的12月初进行，截流标准采用坝址区12月份5年一遇月平均流量，Q20%=40.5m3/s。=2\*GB3②截流方式及备料根据截流水力计算成果，截流时水深较浅，因此采用土石围堰直接进占。导流明渠开挖料堆存于左岸阶地，该料可用于截流戗堤的进占料及围堰填筑料。为确保截流成功，需从上游石料场开挖料中拣集一定数量的大块石堆存于右岸阶地，另外尚需备置一部分钢筋笼和四面体作为截流备料。=3\*GB3③导流明渠封堵导流明渠封堵安排在第二年11月进行，此时流量为Q20%=94m3/s，水位为2734.06m，届时，河床3孔泄洪闸﹑1孔冲砂泄洪闸的施工已基本完毕，具备过水条件。封堵时水深为2.0m，因此采用土石填筑直接进占。首先用装载机在明渠进口上游堆积砂砾土石逼进河水由主河道泄洪闸泄流，使副坝缺口及坝