施工导流及水流控制施工方案.docx
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施工导流及水流控制施工方案
施工导流方案
编写:
校核:
批准:
2011年10月
施工导流方案
1.目的
为使整个工程能够顺利实施,协调施工且每个阶段处于受控状态,实现总进度要求,特制定本方案。
2.描述
2.1概述
毛里求斯位于热带气候带边缘以南20°,以东57°左右。
毛里求斯是一个孤岛,其气候属于热带海洋性气候。
整个岛屿的地形特征对降雨量有较大影响。
由于该岛地形和地理位置的因素,属于亚热带气候。
一般情况下,一年分两个不同的季节。
夏季从11月~次年4月,该季节温和多雨,会出现热带气旋;其中,2月是最潮湿的月份。
冬季从5月~10月,该季节凉爽干燥。
通常,10月是最干燥的月份。
然而,如果发生严重干旱,11月和12月,即雨季来临之前,将是一年中最干旱和干燥的月份。
GRNW集水区年均降雨量范围为:
沿海地区1200mm左右到中部高原地区3400mm。
2.2导流程序
根据坝址区地形、招标文件提供的地质条件、水文条件及枢纽布置等,本工程采用两期导流的施工方式。
一期导流为开挖右岸导流明渠过流,截断原河道,基坑全年施工。
二期导流为封堵导流明渠,利用溢流坝底孔泄流,在一个枯水期填筑土石坝段至高程379.00m以上;汛期利用溢流坝底孔和预留在5#坝块376.00m高程的缺口联合过流。
大坝施工导流程序及规划见表1。
表1施工导流程序表
施工分期
施工时段
导流标准
流量
(m³/s)
挡水建筑物
泄水建筑物
施工部位
一期导流
2011年12月~2012年4月
全年20%
30
导流明渠上下游预留土坎
原河道
导流明渠
2012年5月~2013年6月
全年5%
53
一期上、下游围堰
右岸导流明渠
溢流坝、土石坝段
二期导流
2013年7月~2013年11月
5月至11月时段5%
9.1
二期上、下游围堰
底孔
土石坝段、溢流坝段
2013年12月~2014年4月
全年5%
53
坝体
底孔和溢流坝段预留缺口
溢流坝段、土石坝段
2014年5月~2014年7月
5月至11月时段5%
9.1
坝体
底孔
大坝未完工部分
2.3导流建筑物设计洪水标准
2.3.1一期导流标准
根据招标文件提供的资料,导流明渠开挖计划安排在2011年12月~2012年4月进行,导流明渠施工期防护标准采用汛期20%(5年一遇),其相应流量为Q=30m³/s。
一期围堰采用河床全年土石围堰挡水,右岸导流明渠过流的方式。
围堰挡水标准为全年5%(二十年一遇洪水),相应洪水流量为Q=53m³/s。
2.3.2二期导流标准
(1)2013年5月~2013年11月,采用导流明渠枯期围堰挡水,溢流坝底孔过流的方式。
围堰挡水标准为枯期5%(二十年一遇洪水),相应洪水流量为Q=9.1m³/s。
(2)2013年12月~2014年4月利用土石坝和溢流坝挡水,溢流坝底孔和预留缺口联合过流。
挡水标准为全年5%(二十年一遇洪水),相应流量为Q=53m³/s。
2.4围堰设计
2.4.1一期围堰设计
一期围堰设计挡水标准为全年5%(二十年一遇洪水),相应流量为Q=53m³/s。
2.4.1.1导流明渠设计
根据现场地形条件,导流明渠进口高程取358.40m,出口高程取354.80m。
导流明渠临界水深计算:
式中:
——临界水深;
——设计流量,取53m³/s;
b——渠道底宽,b=10m;
m——渠道两岸坡度,均为1:
1.0;
i——设计渠底坡度,设计底坡为0.013;
n——渠道糙率,取n=0.03;
经计算,
=1.2m,导流明渠进口水位高程为359.60m。
2.4.1.2上游围堰设计
上游围堰距导流明渠较近,因此上游围堰堰前水位取导流明渠进口处水位;依据安全超高标准,堰顶高程取361.10m。
堰顶轴线长度为66.0m,堰顶宽度为9.0m;围堰坡比为迎水面1:
2.0,背水面1:
1.5。
上游迎水面护坡采用块石护坡,护坡厚度0.5m;块石粒径为0.1m~0.5m。
上游围堰布置单排帷幕灌浆,孔距1.5m,帷幕灌浆深入基岩1.0m。
2.4.1.3下游围堰设计
下游围堰堰前水位高程356.00m,依据安全超高标准,堰顶高程为357.50m,堰顶轴线长度为165.00m,堰顶宽度为9.0m;围堰坡比为迎水面1:
2.0,背水面1:
1.5。
迎水面采用块石护坡,厚度0.5m;块石粒径为0.1m~0.5m。
围堰布置单排帷幕灌浆,孔距1.5m,帷幕灌浆深入基岩1.0m。
2.4.1.4纵向围堰设计
纵向围堰为明渠开挖时预留的土坎,上、下游坎顶高程分别与上、下游围堰顶高程相同,纵坡为1.3%,堰顶宽度9.0m,两侧坡比为1:
1.0,迎水面采用块石护坡,背水面坡脚设截水沟。
一期围堰具体结构型式,详见《一期导流平面布置图》,《一期上游围堰剖面图》,《一期下游围堰剖面图》,《一期右岸导流明渠剖面图》。
2.4.2二期围堰设计
2.4.2.1二期围堰水力学计算
二期围堰布置在右岸导流明渠上下游、坝体以外,导流标准采用枯期5月至11月二十年一遇洪水,相应流量为Q=9.1m³/s。
设计采用溢流坝底孔过流。
底孔过流能力计算:
;
式中:
——设计过流流量,9.1m³/s;
——管道流量系数,取0.8;
A——管道断面面积,出流孔径为1.4m,则A=1.539m2;
——自由出流时为孔口中心处的作用水头。
经试算,上游水头H0=3.1m时,其过流能力为9.6m³/s,大于9.1m³/s,满足过流能力。
因此:
上游水位为358.6+3.1=361.7m。
2.4.2.1上游围堰
根据计算,确定上游水头为3.1m时,堰前水位高程为361.7m,依据安全超高标准,堰顶高程取363.00m。
围堰采用均质土石围堰结构形式,堰顶轴线长度为66.0m,堰顶宽度为9.0m;迎水面坡比为1:
2.0,背水面1:
1.5。
围堰上游迎水面采用块石护坡,护坡厚度为0.5m,块石粒径为0.1m~0.5m。
堰基采用粘土铺盖防渗。
2.4.2.2下游围堰设计
水流经底孔至下游护坦后,水流迅速扩散,水位降低,施工期间满足河床水位不倒灌回基坑即可满足要求,因此暂定下游围堰顶高程357.50m,具体高程根据施工期间测量下游水位后确定。
围堰采用均质土石围堰结构形式。
堰顶轴线长约65.00m,堰顶宽度9.0m。
围堰迎水面坡比为1:
2.0,背水面1:
1.5。
上游迎水面采用块石护坡,护坡厚度为0.5m,块石粒径为0.1m~0.5m。
堰基采用粘土铺盖防渗。
2.4.2.3纵向围堰设计
二期纵向围堰利用溢流坝右侧混凝土挡土墙。
为连接溢流坝混凝土挡土墙与上下游土石围堰,采用浆砌石挡墙分别向上下游延伸20.0m和10.0m。
浆砌石挡墙与混凝土挡土墙采用细石混凝土连接。
二期导流围堰布置,请详见附图《二期导流平面布置图》,《二期上游围堰剖面图》,《二期下游围堰剖面图》,《浆砌石挡墙及门机保护围堰剖面图》。
2.4.2.4联合过流设计
2013年12月至2014年4月,利用溢流坝底孔和溢流坝缺口联合过流。
挡水标准为全年5%(二十年一遇洪水),相应洪水流量为Q=53m³/s。
缺口预留在溢流坝桩号0+050~0+064坝段处,缺口宽度14.0m,缺口底部高程为376.00m;底孔中心高程为358.60m,管道直径1.4m。
联合过流能力计算:
式中:
——设计流量,53m³/s;
——底孔过流流量;
——管道系统流量系数,取
=0.8;
A——管道断面面积,孔径为1.4m,则A=1.539m2;
——自由出流时为孔口中心处的作用水头;
——预留缺口过流流量;
B——缺口过水宽度,取B=14.0m;
——缺口以上的上游水头;
——侧收系数,取
=0.32。
经计算,当预留缺口上游水头为1.5m时,即上游水位高程为377.50m时,底孔和缺口联合过流能力为54.3m³/s﹥53.0m³/s。
考虑到安全超高,此时溢流坝其他坝段的高程不低于378.5m;左右岸土石坝段的高程不低于379.0m。
2.4.2.5门机保护措施
2013年7月至2014年7月,此期间利用底孔和溢流坝预留缺口联合过流,设计最大流量为53m³/s。
此时段在护坦左侧布置环形围堰保护门机。
水流至护坦后水位迅速降低,水深约1.3m,因此设计门机保护围堰高2.0m。
围堰采用编织袋土围堰形式,内填粘土心墙防渗。
2.5截流施工
2.5.1一期截流施工
2.5.1.1截流时间与设计流量设计
根据招标文件水文资料,截流暂选择在2012年4月底,设计截流流量Q=5.1m³/s,具体施工日期根据当时实际水情变化进行调整。
2.5.1.2截流方式的选择
根据工程的实际地形条件和现有设备状况,截流方式选择单戗立堵单向进占方式
2.5.1.3截流施工
截流时右岸导流明渠负责分流,根据现场河床地形及水文条件推断,导流明渠进口处底板高程低于截流时河床水位高程,并且截流时水量较小,因此截流时利用戗堤进占即可实现截流。
截流时,首先从左岸进行上游围堰的进占,下游围堰随后跟进,采用液压反铲挖装、自卸汽车装运左岸坝肩开挖料运至围堰端头,推土机推平等方法进行戗堤填筑,在上游戗堤合龙后再完成下游截流施工。
2.5.1.4一期围堰施工
(1)施工程序
明渠开挖随坝体开挖同时进行,开挖时由设计渠道的中部,向上、下游方向进行施工。
施工程序为:
清表→土方开挖→渠道防护。
堰体填筑采用进占法施工,施工程序为:
覆盖层土方开挖→戗堤填筑→帷幕灌浆施工→围堰加高培厚→块石防护。
(2)填筑料源
围堰所需填筑料采自导流明渠和一期基坑水面以上的开挖合格料。
块石料选用坝体和导流明渠开挖中的孤石。
(3)施工方法
①施工道路:
利用一期基坑开挖施工道路,作为围堰填筑的主要运输线路,根据填筑需要及时调整进料方向,以减少对已经施工部位的破坏。
一期基坑开挖的合适料及时运至围堰进行填筑施工。
②开挖方法:
使用1.9m³液压挖掘机挖装20t自卸车,合格料运至围堰填筑或储料场储存,弃料运至弃渣场,表层腐植土堆存备用。
③填筑方法:
一期围堰填筑首先将水面以上的堰基进行清理,围堰所需的填筑料,采用液压挖掘机挖装自卸汽车运输至填筑工作面。
水面以下部分填筑采用进占法施工。
堰体加高培厚部分,采用液压挖掘机挖装自卸汽车运料,推土机辅助分层摊铺,使用16t振动碾碾压。
初步确定碾压密实度为93%,层厚按照30~50cm进行控制,现场根据实情情况进行调整。
(4)帷幕灌浆
上、下游围堰设置帷幕灌浆防渗。
水下堰体和堰基防渗采用单排帷幕灌浆形式,孔距1.5m。
帷幕灌浆深入基岩约1.0m左右。
制浆平台根据施工的需求搭设,以满足工程施工的需求。
灌浆所用水泥为硅酸盐水泥,灌浆水灰比采用1:
1。
(5)岸坡接头处理
围堰堰体与河岸结合处,将水面以上岸坡的植被清理干净,清除覆盖层,开挖深度视覆盖层厚度而定,开挖完成之后,回填并压实。
回填料与堰体料完整相接。
(6)围堰拆除
围堰土石方拆除采用液压反铲挖装自卸汽车运输至右岸弃渣场。
2.5.1.5施工资源配置
(1)设备资源配置
一期导流主要施工设备配置见表2.
表2一期导流施工主要机械设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
液压挖掘机
2.0m³
台
3
2
液压挖掘机
1.0m³
台
2
3
推土机
SD22
台
2
4
自卸汽车
20t
辆
10
5
振动碾
16t
台
2
6
灌浆泵
3SNS
台
8
7
地质钻机
XY-2
台
4
(2)主要人力资源
一期导流主要主要人力资源配置见表3。
表3人力资源配置表
序号
工种
单位
数量
备注
1
操作工
人
14
2
汽车司机
人
20
3
工长
人
2
4
技工
人
6
5
普工
人
20
合计
62
2.5.2二期截流施工
根据招标文件水文、气象资料和施工总进度安排,二期截流安排在2013年5月初进行,截流设计流量Q=5.1m³/s,具体施工日期根据当时实际水情变化进行调整。
2.5.2.1截流施工
(1)截流施工方案
二期截流为导流明渠截流,施工时采用单向立堵进占的方式施工。
(2)截流施工方法
截流料源为土料场料源。
明渠截流施工开始后,首先从右岸进行上游围堰的进占,下游围堰随后跟进,采用液压反铲挖装、自卸汽车装运石碴料至明渠右侧,推土机推平等方法进行填筑,在上游围堰合龙后再完成下游截流施工。
2.5.2.2二期围堰填筑
根据围堰设计及施工程序进行二期围堰填筑,施工中严格按照设计的分区尺寸和料物要求进行备料和装运,确保围堰截流成功。
(1)填筑料源
围堰所需填筑料采用土料场合格料源。
块石料选用坝体和溢流坝开挖中的孤石。
(2)填筑方法
二期围堰填筑方法同一期围堰,填筑。
(3)二期围堰拆除
二期上游围堰围堰拆除选择在2013年11月底,下游围堰计划在2014年8月底,门机保护围堰选择在2014年9月底。
围堰土石方拆除采用液压反铲挖装自卸汽车运输至右岸弃渣场。
2.5.2.3施工资源配置
(1)设备资源配置
二期导流主要施工设备配置见表4。
表4二期导流施工主要机械设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
液压挖掘机
2.0m³
台
2
2
液压挖掘机
1.0m³
台
1
3
推土机
SD22
台
2
4
自卸汽车
20t
辆
6
5
振动碾
16t
台
2
(2)人力资源配置
二期导流施工主要人力资源配置见表5。
表5人员配置表
序号
工种
单位
数量
备注
1
操作工
人
10
2
汽车司机
人
12
3
工长
人
1
4
技工
人
4
5
普工
人
15
合计
41
2.6基坑排水
(1)初期排水
①一期初期排水
一期初期排水主要排除基坑积水和围堰渗水。
坝址区河道内水潭较多,初期总排水量约为10000m³,依据围堰边坡稳定情况后,水泵配置按3天排干基坑内的积水进行设计,排水强度为150m³/h;依据到水泵的使用效率,排水设备配置如下:
S80-65-160(60m³/h)清水泵2台,辅助4PWA(108m³/h)污水泵1台,可满足使用要求。
②二期初期排水
二期初期排水主要为一期导流明渠内积水,排水量约1000m³,水泵配置按照1天排干基坑内积水,排水强度125m³/h;同时依据水泵效率,排水设备配置如下:
S80-65-160(50m³/h)清水泵2台,辅助4PWA(108m³/h)污水泵1台,可满足使用要求。
(2)经常性排水
①一期经常性排水
经常性排水为施工弃水,降雨及地基渗水等。
排水时段为2012年5月至2013年4月。
根据坝址区的自然条件,基坑排水按照400m³/h进行基坑排水设备配置;同时依据水泵效率,排水设备配置如下:
100-125-125(60m³/h)清水泵2台、IS150-125-250(200m³/h)清水泵1台,辅助4PWA(108m³/h)污水泵2台,可满足要求。
②二期经常性排水
经常性排水为施工弃水,降雨及地基渗水等。
排水时段为2013年5月至2013年11月。
根据坝址区的自然条件,基坑排水按照150m³/h进行基坑排水设备配置。
IS100-125-125(60m³/h)清水泵2台、辅助4PWA(108m³/h)污水泵1台可满足要求。
(3)泵坑布置
①一期上、下游围堰靠近纵向围堰的位置各布置一座固定泵站,初期设计排水能力为150m³/h,初期排水结束后调整排水能力至400m³/h,用于经常性排水。
在坝轴线上、下游结构线以外各设置2个300m³的集水坑,施工废水抽排至系统集水坑处理。
围堰渗水和雨水由基坑周围设置的排水沟引排至集水坑,经沉淀处理后,由水泵抽排至上下游设置的排水管路排至基坑以外。
泵站、排水沟及集水坑的具体位置进场后根据现场情况进行布置。
②二期上、下游围堰靠近纵向围堰的位置各布置一座固定泵站,初期设计排水能力为125m³/h,初期排水结束后调整排水能力至150m³/h,用于经常性排水。
在坝上、下游结构线以外各设置2个100m³的集水坑,施工废水抽排至系统集水坑处理。
围堰渗水和雨水由基坑周围设置的排水沟引排至集水坑,经沉淀处理后,由水泵抽排至上下游设置的排水管路排至基坑以外。
泵站、排水沟及集水坑的具体位置进场后根据现场情况进行布置。
(4)基坑排水特性
表6基坑排水特性表
排水时段
项目
大坝围堰基坑排水
一期初期排水
一期经常性排水
二期初期排水
二期经常性排水
排水强度(m³/h)
150
400
125
150
排水历时(d)
1.5
420
1
150
水泵型号
水泵数量
IS100-125-125
11KW,24m,60m³/h
2
2
2
2
IS150-125-250
18.5KW,20m,200m³/h
1
4PW
1
2
1
注:
除初期排水为一天3个台班外,其余均为2个台班,经常性排水为间断抽排。
(5)基坑排水布置设备表
基坑排水布置设备见表7
表7排水设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
一
一期初期排水
1
清水泵
IS100-125-125
台
2
11KW,24m,60m³/h
2
污水泵
4PW
台
1
108m³/h
二
一期经常性排水
1
清水泵
IS100-125-125
台
2
11KW,24m,60m³/h
2
清水泵
IS150-125-250
台
1
18.5KW,20m,200m³/h
3
污水泵
4PW
台
2
108m³/h
三
二期初期排水
1
清水泵
IS100-125-125
台
2
11KW,24m,60m³/h
2
污水泵
4PW
1
108m³/h
四
二期经常性排水
1
清水泵
IS100-125-125
台
2
11KW,24m,60m³/h
2
污水泵
4PW
1
108m³/h
3引水箱涵取水口导流
引水箱涵导流为在右岸开挖导流明渠过流,上、下游围堰截断原河道,基坑全段施工。
导流明渠布置在CascadeRiver右岸,施工时段为2013年6月,围堰布置在河道上下游,主要是保护引水堰在枯水期施工,其挡水时段为2013年5月~11月。
3.1导流建筑物设计洪水标准
导流标准采用枯期时段的5%(二十年一遇),相应流量为Q=8.3m³/s。
3.2导流设计
3.2.1第一时段
第一时段进行溢流堰及取水口等主体工程施工,采用导流明渠过流,引水堰上、下游围堰挡水,导流标准采用枯水时段20年一遇洪水,相应洪水流量为8.3m³/s。
右岸导流明渠:
渠底高程399.0m,底宽4.0m,明渠轴线全长约98.0m,两侧开挖边坡为岩石边坡,坡比1:
0.5。
经分析,导流明渠渠身适用明渠流水力学计算,进口适用无底坎宽顶堰流计算。
由于明渠采用平底设计,在此取hk进口堰流计算的下游水深进行堰流计算。
临界水深的计算:
式中:
——动能修正系数,取1;
——设计流量,8.3m³/s;
——重力加速度,9.81;
——渠道底宽,4.0m;
、
——渠道两侧坡度,均为0.5;
——临界水深。
经计算,得:
hk=0.72m
将hk=0.72m作为进口堰流的下游水深。
式中:
b——堰孔过水宽度,4.0m;
n――堰孔孔数,1;
H0——包括行近流速水头的堰前水头(堰顶以上水深,本计算书简称总水头),即
,v0为行近流速;
m——自由溢流的流量系数,在初步计算中保守取0.32;
——侧收缩系数,此处近似取1。
——淹没系数。
经计算,对于假定的上游水位Z=400.30m时,根据相应上游河道过流断面面积及上游平均水深,计算上游行近流速V0=0.071m/s,计算得H0=1.000m。
又由下游水深hs=0.72m,则hs/H0=0.630<0.8,因此淹没系数
=1。
经计算,上游水位为400.0m。
由渠底高程399.0m,渠身水深近似取hk=0.72m,则渠身水位约为399.7m。
因此,上游围堰设计挡水位400.0m,考虑安全超高,堰顶高程401.5m,最大堰高约4.0m,围堰采用均质土围堰,顶宽7.0m,堰顶轴线长约27.0m。
下游围堰设计挡水位399.0m,考虑安全超高,堰顶高程400.5m,最大堰高约3.5m,围堰采用均质土围堰,顶宽7.0m,堰顶轴线长约27.0m。
3.2.2第二时段
第二时段主要进行导流明渠回填施工,采用导流明渠进、出口土石围堰挡水,由建成的引水溢流堰过流,导流标准采用9~11月20年一遇洪水,相应洪水流量为3.39m³/s。
引水溢采用开敞式溢流堰泄流能力计算:
式中:
Q――流量,3.39m³/s;
B――溢流堰净宽,此处为溢流堰净宽之和,25m;
HW――堰顶以上作用水头,根据假定上游水位取400.6m时的试算,取0.21m;
g――重力加速度,9.81;
m――流量系数,此处近似取0.33;
C――上游面坡度影响修正系数,本工程中上游面为铅直面,故取1.0;
ε――侧收缩系数,取0.98;
――淹没系数,经试算为非淹没流,取1。
经计算,上游水位约为400.6m。
考虑安全超高,进口施工围堰堰顶高程402.1m,最大堰高约3.1m,围堰采用均质土围堰,堰顶高程顶宽7.0m,堰顶轴线长约5.5m。
详见《引水堰施工导流布置示意图》。
3.3围堰填筑施工
根据围堰设计及施工程序进行二期围堰填筑,施工中严格按照设计的分区尺寸和料物要求进行备料和装运,确保围堰截流成功。
(1)填筑料源
围堰所需填筑料采用土料场合格料源。
块石料选用导流明渠开挖中的孤石。
(2)填筑方法
围堰填筑方法同大坝围堰填筑方法。
(3)围堰拆除
围堰拆除选择在低水位较时段拆除。
围堰土石方拆除采用液压反铲挖装自卸汽车运输至右岸弃渣场。
(4)主要机械设备表
①主要施工设备配置见表8。
表8箱涵导流施工主要机械设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
液压挖掘机
1.0m³
台
2
2
液压挖掘机
SD22
台
1
3
推土机
20t
辆
4
4
自卸汽车
16t
台
1
②人力资源配置
箱涵导流施工主要人力资源配置见表9。
表9人员配置表
序号
工种
单位
数量
备注
1
操作工
人
6
2
汽车司机
人
8
3
工长
人
1
4
技工
人
4
5
普工
人
4
合计
23
3.4基坑排水
施工时段为枯水期,排水
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