第05章施工导流与水流控制.docx
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第05章施工导流与水流控制
第五章施工导流与水流控制
5.1概述…………………………………………………..5-1
5.2导流程序及导流标准………………………………..5-4
5.3导流建筑物设计形式………………………………..5-5
5.4截流设计……………………………………………..5-8
5.5围堰施工……………………………………………..5-8
5.6施工期排水…………………………………………..5-14
5.7围堰维护措施………………………………………..5-16
5.8安全度汛措施………………………………………..5-16
5.9围堰拆除……………………………………………..5-18
5.10导流洞封堵………………………………………….5-19
5.11施工进度计划………………………………………..5-19
5.12资源配置……………………………………………..5-20
第五章施工导流与水流控制
5.1概述
本工程大坝采用全断面围堰,导流洞导流方式施工。
厂房采用全年围堰,束窄河床过流的导流方式。
5.1.1导流工程主要工程项目
5.1.1.1大坝上、下游围堰及厂房围堰的施工;
5.1.1.2大坝主河床截流设计与截流、闭气、抽水;
5.1.1.3基坑初期排水及经常性排水;
5.1.1.4施工导流及大坝、厂房安全度汛和防护;
5.1.1.5围堰运行期维护;
5.1.1.6遇超标洪水时,围堰过水前的基坑充水及基坑过水后的恢复及清淤;
5.1.1.7导流洞下闸和封堵;
5.1.1.8围堰拆除。
承包人负责本工程的截流设计及上述项目的施工、运行、管理和维护。
工程项目施工主要工程量见表5-1-1。
5.1.2施工导流和水流控制施工依据及原则
5.1.2.1招标文件中技术规范的规定和要求;
5.1.2.2有关的国家及行业标准和规范;
5.1.2.3本工程主体建筑物的布置型式;
5.1.2.4本工程现场的施工条件及类似工程的施工经验。
表5-1-1施工导流与水流控制主要工程量表
序号
项目名称
单位
项目部位及工程量
合计
大坝上游围堰
大坝下游围堰
厂房围堰
1
土石方开挖(包括粘土齿槽开挖)
m3
3450
1165
11520
16135
2
碎石粘土填筑
m3
86990
7839
11650
106479
3
石渣填筑
m3
5688
5200
13730
24618
4
堆石填筑
m3
0
0
2030
2030
5
过渡料填筑
m3
2320
691
4800
7811
6
块石护面
m3
2320
691
2390
5401
7
竹笼块石
m3
300
0
0
300
8
土石围堰拆除
m3
0
13256
15900
29156
9
高喷灌浆(孔距1.2m)
m
1016
0
2570
3586
5.1.3施工特点
5.1.3.1大坝围堰截流和围堰防渗施工是导截流工程的关键项目,确保这些项目的施工工期是保证本标施工总进度的前提;
5.1.3.2大坝基坑汛期需进水,围堰表面要采取防冲保护措施,围堰汛期过水后需要进行修复。
5.1.4控制性进度要求
根据发包人提供的施工总进度安排制定导流工程的进度控制期限,具体内容包括(但不限于下列内容):
(1)2006年10月1日主河床截流;
(2)2008年10月1日下闸蓄水。
5.1.5围堰工程施工条件
5.1.5.1气象条件
据流域内酉阳气象站1959年~2001年资料统计,多年平均降水量1355mm、多年平均蒸发量949.4mm。
实测最大24h暴雨量达220.6mm(1955年)。
5.1.5.2水文特性
本工程区年最大流量最早出现在4月下旬,最晚出现在10月下旬,一般11月~3月为枯水期;4月为汛前期;5月~9月为主汛期,10月为汛后过渡期。
按4月、11月~3月,5月~9月,10月四个时段划分分期洪水计算时段。
坝址及厂址分期洪水结果详见表5-1-2、5-1-3,坝址处施工期各时段不同频率月平均流量值见表5-1-4,坝址下游断面及厂址尾水水位~流量关系见表5-1-5、表5-1-6。
表5-1-2坝址分期洪水成果表
时段
施工期各时段不同频率洪峰流量值(m3/s)
p=2%
P=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
4月
1030
911
817
651
485
5月~9月
3130
2770
2490
2010
1540
10月
907
795
709
557
402
11月~3月
387
345
315
256
197
表5-1-3厂址分期洪水成果表
时段
施工期各时段不同频率洪峰流量值(m3/s)
p=2%
P=3.33%
p=5%
p=10%
p=20%
4月
1390
1230
1110
881
656
5月~9月
4230
3740
3370
2720
2090
10月
1230
1080
960
753
544
11月~3月
608
542
494
402
309
表5-1-4坝址月平均流量成果表
时间
施工期各时段不同频率月平均流量值(m3/s)
p=10%
p=20%
1月
8.72
6.96
2月
11.8
9.72
3月
28.2
21.7
4月
51.8
42.0
10月
51.2
38.9
11月
30.5
24.3
12月
13.5
10.5
表5-1-5坝址下游断面水位~流量关系
水位(m)
流量(m3/s)
水位(m)
流量(m3/s)
351.5
11.9
359
1730
352
22.1
360
2280
352.5
40.4
361
2840
353
70.5
362
3420
354
160
363
4060
355
302
364
4700
356
530
365
5370
357
873
366
6100
358
1220
表5-1-6厂址尾水水位~流量关系
水位(m)
流量(m3/s)
水位(m)
流量(m3/s)
323
2.7
328
940
323.5
11.8
329
1310
324
38.7
330
1900
324.5
86.7
331
2600
325
142
332
3550
326
342
333
4660
327
600
334
5950
5.1.5.3围堰工程地质条件
(1)大坝上游围堰
大坝上游围堰位于坝轴线上游205~271m,枯期常河水位时,河水面宽50~65m。
围堰处河床砂卵砾石覆盖层厚约4~7m,基岩为中等风化S11n2的粉砂质页岩,对砂卵砾石须采取防渗措施。
(2)大坝下游围堰
大坝下游围堰位于坝轴线下游270~292m,枯期常河水位时,河水面宽45~50m。
围堰处河床砂卵砾石覆盖层厚约2~5m,基岩为中等风化S21r1-3、S21r1-4、
S21r1-5的粉砂质页岩和泥质粉砂岩,对砂卵砾石须采取防渗措施。
(3)厂房围堰
厂房围堰位于坝址下游约6.5km(直线距离)的甘龙河左岸I级阶地与漫滩上,表部为粉土、粘土,下部厚的砂卵砾石,基岩为T2g钙质页岩夹泥质灰岩。
对中细砂和砂卵砾石须采取防渗措施。
5.1.5.4施工主要材料供应条件
(1)土料
本工程土料场位于坝址上游左岸阶地上,距离坝址0.8km,料场无用层厚0.5m,有用层厚2.03m。
另外,大坝滑塌体、边坡开挖和厂房开挖的含碎石粘土均可用于围堰填筑。
(2)块石料
本工程大坝围堰护坡用块石料主要利用大坝趾板开挖料,前期截流用大块石料由大坝边坡开挖直接上堰或利用金家坝石料场开采的风化石。
厂房围堰护坡用块石料主要利用厂房边坡开挖料和引水洞开挖石料,不足部分从6#弃渣场取用。
5.1.5.5施工交通及水电条件
见第一章“综合说明”有关内容。
5.2导流程序及导流标准
5.2.1导流程序
5.2.1.1大坝导、截流
本工程为引水式电站,大坝采用全断面围堰,导流洞泄流方式施工。
(1)2006年9月中旬开始大坝围堰戗堤施工,2006年10月1日主河床截流。
大坝截流后,由左岸导流洞泄流;2006年10月形成大坝基坑,2006年12月5日完成围堰填筑施工,在围堰的围护下,进行基坑内水面以下大坝基础开挖和土石方填筑施工。
至2007年4月30日坝体临时断面(I期)迎水面填筑至405.00m高程,背水面填筑至370.00m高程。
“一枯”施工结束。
(2)2007年5月至9月,由大坝临时断面挡水,左岸导流洞泄流。
大坝继续培厚加高,汛末大坝全面填筑至405.00m高程,“一汛”施工结束。
(3)2007年10月至2008年4月,汛后修复大坝上、下游受损围堰,对大坝基坑集中抽水清淤。
然后由围堰挡水,左岸导流洞泄流。
大坝(III期)填筑上升,“二枯”内,大坝全断面填筑至445.50m高程,坝体405.00m高程以下面
板混凝土浇筑完成。
(4)2008年5月至9月,由坝体挡水,左岸导流洞泄流。
大坝填筑至设计高程,坝体二期面板混凝土浇筑完成。
(5)2008年10月1日,导流洞下闸蓄水,2008年3月15日完成大坝下游围堰拆除、2008年10月13日完成厂房土石围堰拆除。
5.2.1.2厂房导流
厂房采用全年围堰,由束窄河床过流的导流方式施工。
导流程序及导流特性详见表5-2-1。
5.2.2导流标准
金家坝水电枢纽工程总库容为1.581X108m3,电站总装机容量为75MW,属二等大
(2)型工程,按照《防洪标准》(SL223-1999)和《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)规定,导流建筑物为4级,导流建筑物的设计标准如下:
2006年10月1日大坝截流,截流设计流量为5年一遇10月份月平均流量38.9m3/s。
2006年10月1日至2007年4月30日 大坝“一枯”导流标准采用枯水期10年一遇洪水标准,洪峰流量为651m3/s。
2007年5月1日2007年9月30日 大坝“一汛”导流标准采用汛期50年一遇洪水标准,导流流量为3130m3/s。
2007年10月1日至2008年4月30日 大坝“二枯”导流标准采用枯水期10年一遇洪水标准,导流流量为651m3/s。
2008年5月1日至2008年9月30日 大坝“二汛”导流标准采用汛期100年一遇洪水标准,导流流量为3610m3/s。
2008年10月1日导流洞下闸蓄水。
厂房导流标准采用全年10年一遇洪水标准,洪峰流量为2720m3/s。
5.3导流建筑物设计形式
5.3.1导流建筑物选型原则
5.3.1.1施工总进度安排及施工特点;
5.3.1.2堰体的稳定分析成果;
5.3.1.3围堰施工条件、应用功能和时段;
5.3.1.4类似工程围堰施工经验。
5.3.2围堰设计形式
本工程导流建筑物主要由大坝上、下游土石围堰、厂房土石围堰、导流洞等组成。
各期围堰均由承包人按监理人批准的施工图纸负责施工。
5.3.2.1大坝围堰
大坝上、下游围堰为过水土石围堰。
大坝上游围堰轴线长121.3m,堰顶高程369.9m,顶宽8.00m,最大堰高16.90m。
迎水面坡比为1:
3.0,围堰面层采用50cm厚干砌块石护面。
背水面坡比为1:
2.0。
围堰岸坡基础覆盖层防渗采用开挖齿槽回填粘土心墙防渗,粘土心墙底宽3米,齿槽开挖坡比为1:
1.75,河床部位砂卵砾石覆盖层采用高压摆喷灌浆防渗。
大坝下游围堰轴线长72.6m,堰顶高程357.50m,顶宽8.0m,最大堰高10.70m。
迎水面坡比为1:
2.0,堰面采用50cm厚干砌块石护坡。
背水面坡比为1:
2.0。
围堰基础覆盖层防渗采用粘土心墙防渗,粘土心墙底宽2米,齿槽开挖坡比为1:
1.75。
大坝围堰布置形式见图CIECCTC/05/05023/05-01~03。
5.3.2.2厂房围堰
厂房围堰分上游连接段、中间段和下游连接段三部分。
上连接段长132.74m,顶面高程333.13m;下连接段长59.90m,顶面高程332.13m。
中间段长59.3m,顶面高程333.13~332.13m;围堰顶宽为8.0m,迎水面坡比为1:
3.0,背水面坡比为1:
1.5。
在围堰迎水面设50cm厚干砌块石护坡、堆石护脚。
厂房围堰采用粘土斜墙下接高压摆喷灌浆防渗墙形式。
厂房围堰布置形式见图CIECCTC/05/05023/05-01~03。
5.3.2.3导流洞
在大坝的左岸设有一个导流洞。
按照设计图纸文件,导流洞尺寸为8.8m×11.4m(宽×高),城门洞形,进口底板高程352.30m,出口底板高程351.72m。
各期围堰工程量见表5-1-1,围堰特性见表5-2-1。
施工导流程序与特性表3
表5-2-1
导流时段
频率
(%)
流量
(m3/s)
泄流条件
水位(m)
堰顶高程或坝体
填筑高程(m)
挡水条件
上游
下游
上游
下游
大
坝
2006年10月1日截流
20
38.9
导流洞过流
357.5
352.4
358.0
352.9
戗堤
2006年10月~
2007年4月(一枯)
10
651
导流洞过流
368.9
356.4
369.9
357.5
大坝围堰挡水
2007年5月~
2007年9月(一汛)
2
3130
导流洞过流
401.74
361.50
405.00
370.00
坝体临时断面挡水
2007年10月~
2008年4月(二枯)
10
651
导流洞过流
368.9
356.4
369.9
357.5
大坝围堰挡水
2008年5月~
2008年9月(二汛)
1
3610
导流洞过流
425.0
362.30
445.50
坝体挡水(类推值)
2008年10月1日导流洞下闸蓄水
10
651
368.9
356.4
447.00
坝体挡水
厂
房
2006年10月~
2008年11月
10
2720
束窄河床过流
332.13
331.13
333.13
332.13
厂房围堰全年挡水
2008年11月20日发电系统具备发电条件
5.3.3围堰稳定边坡计算
假定围堰填筑含碎石粘土料的内摩擦角φ=17.5。
,凝聚力c=0.1kg/cm2,土容重γ=0.0018kg/cm3,围堰最大边坡高度H=16.9m,则N=c/γH=0.1/(0.0018X1690)=0.033根据《水利水电工程施工组织设计手册》第2卷中罗巴索夫图表,查得θ=28。
即堰体稳定边坡坡脚为28。
。
本标大坝围堰边坡坡比1:
2(θ=26.6。
),是稳定的。
厂房围堰背水面坡比按砂砾石稳定坡比设计。
5.4截流设计
本工程只是在大坝围堰施工时需截流。
(1)截流时间:
2006年10月1日。
戗堤预进占时间安排在2006年9月15日进行;龙口合拢时间安排在2006年10月1日,并在24h内完成。
(2)截流流量设计:
截流设计流量为5年一遇10月份月平均流量38.9m3/s。
(3)截流方式:
单戗堤立堵。
从左岸向右岸进占,上游截流戗堤领先下游戗堤15米左右。
上游截流戗堤顶高程358.0m,顶宽按10.00m,上、下游按自然坡比1:
1.5。
(4)龙口布置
龙口布置在河床右侧,宽度10米,共分三区,龙口分区见图5-4-1,其中Ⅰ区3.5米,Ⅱ区2.5米,Ⅲ区4.0米。
5.5围堰施工
5.5.1施工道路
5.5.1.1大坝围堰
大坝截流:
结合左岸滑塌体及边坡开挖修筑交通道路,至上游围堰截流工作面。
大坝上、下游土石围堰:
从左、右岸岸边交通路、结合基坑开挖道路至工作面。
必要时从导流洞进口架设临时交通桥。
5.5.1.2厂房围堰
厂房围堰:
从左岸下游修建临时至上、下游围堰堰体施工道路。
5.5.2施工风、水、电
5.5.2.1施工用风:
利用坝肩和基坑开挖系统风,用风管T接至工作面。
5.5.2.2施工用水:
前期从甘龙河中抽取,系统水形成后用系统水,用水管T接至工作面。
5.5.2.3施工用电:
从系统电源接至工作面。
5.5.3施工程序
见框图5-5-1。
施工程序框图
图5-5-1
5.5.4施工方法
5.5.4.1大坝截流
戗堤采用从左岸向右岸单向进占立堵截流方式,上游领先下游10~15m。
截流材料采用左岸边坡开挖石渣料和导流洞前期开挖备用料进行预进占,进占至10m(龙口宽度)时作好裹头,裹头厚度2.0m。
利用坝肩开挖的块石料和储料场的块石料进行龙口处抛石护底;并做好上游挑坎,进行龙口合龙。
由于截流流量小,导流洞的分流条件较好,大坝截流龙口流速不大。
龙口最大落差约2.0m,当龙口宽度小于4m时,采用粒径30~50cm的大块石或块石铅丝笼截流。
对于进占的护底块石和上下戗堤裹头的块石铅丝笼所需要的块石料,提前备至现场或在左岸土石料储料场堆放。
铅丝笼提前备好、备足。
为了尽快使截流戗堤闭气,上、下游围堰戗堤高程以下采用PC300型长臂反铲抛投由左岸滑塌体开挖的碎石粘土料,以延长渗径,减少渗流量。
截流戗堤进占时上下游围堰的迎水面土石料填筑、细石渣料和反滤料要同时跟进,细石渣料填筑滞后截流戗堤30~40m,迎水面碎石粘土料滞后细石渣料10~15m。
围堰戗堤高程以上全部采用碎石粘土填筑,它同时具备支撑和防渗作用。
抛投强度及资源配置:
大坝上、下游围堰预进占时间安排在2006年9月15日~09月30日,抛投时间为15天。
平均抛投强度R:
R=1.2W/T
=1.2×50000/15=4000m3/d
龙口合龙要求在24h内完成,抛投量4000m3,考虑损耗系数1.2,则龙口合龙的抛投强度为R=1.2×4000/1=4800m3/d=1600m3/台班。
根据龙口合龙抛投强度机械配置计算:
15t自卸汽车台班产量P=8Kt60/t×V
式中:
P——台班产量,m3/台班
Kt——时间利用系数,取0.75
V——每车装料容积,取8m3
t——一次工作循环时间,min,取20min。
t=t1+t2+t3,t1、t2分别为装、卸料时间,t3为运输时间。
代入上式P=144m3/台班。
15t自卸汽车数量N=R/P=1600/144=12(辆),考虑备用4台取16台。
配3台1~1.6m3的液压反铲,布置在左岸备料场和左坝肩,每台反铲配5辆15t自卸汽车。
上、下戗堤头各配置1台推土机摊铺、推运、压实,共计3台TY220型推土机推料,即可满足大坝截流要求。
5.5.4.2大坝上、下游围堰施工
围堰填筑料取自坝肩开挖和左岸滑塌体开挖的碎石粘土,用ZL50装载机装料,15t自卸汽车运输,ZL50型装载机配合TY220推土机平整,16t和14t振动碾碾压。
截流结束即开始进行粘土心墙和高喷防渗墙施工,在截流戗堤的背水面,用PC300型长臂反铲端推法对围堰粘土心墙砂卵砾石基础进行开挖,尽可能开挖清理至粉砂质泥岩与泥质粉砂岩层,并采用粘土置换,再进行围堰粘土心墙回填至设计高程。
上游围堰河床中部基础覆盖层厚度超过6米,长臂反铲挖不到基岩的部位增设高压旋喷防渗墙。
高喷防渗墙施工结束,即开始开始基坑抽水。
堰体填筑料主要利用左岸滑塌体和坝肩开挖料。
堰体填筑强度小于截流强度,上、下游围堰填筑用1台1.6m3液压反铲挖装料,5辆15t自卸汽车运输可满足配置,工作面上配置1台CAT330型反铲、2台TY220推土机和2台14t~16t振动碾。
施工顺序为:
高喷防渗墙施工结束,在干地工况下,先进行围堰与岸边结合部位的开挖、清理→粘土防渗墙填筑→反滤料填筑→混合料填筑→修整边坡→护面施工。
作业区为40m一段进行平整碾压,同时用反铲配合人工进行坡面修整拍打夯实。
粘土心墙填筑须连续进行,若中间有停歇,需将表面部分挖除再进行新土填筑。
粘土每30cm一层、土石料和过度料50cm一层碾压。
粘土心墙填筑领先两侧土石料10m~15m。
作业区内不同料填筑区设置醒目标志牌、专人指挥,防止混料。
5.5.4.3厂房围堰施工
施工顺序为:
厂房围堰建在左岸河漫滩上,为干地施工。
先进行围堰与岸边结合部位的开挖、清理→防渗体齿槽开挖→齿槽内含碎石粘土回填→反滤料填筑→堰体填筑(包括粘土斜墙)→高喷防渗墙施工→修整边坡→护面施工。
料源:
厂房围堰堆石体及迎水面干砌块石护坡料利用2#施工支洞及厂房开挖弃渣填筑,防渗料采自大坝滑塌体开挖的含碎石粘土和厂房开挖有用料。
施工方法与大坝围堰截流戗堤以上加高部位填筑相同。
5.5.4.4围堰表面防护施工
围堰表面防护为坡面50cm厚块石防护。
在堰体填筑过程中,护面块石跟进施工,由机械配合人工堆码。
护脚块石填筑跟随围堰堰体填筑进行,用自卸汽车运至工作面沿坡面倒卸,反铲削整。
大坝上、下游围堰顶均预留缺口及基坑充水渠,基坑充水渠表面防护采用在块石护面后浇50cm厚混凝土。
在施工期间,充水渠用砂袋、粘土及石碴填筑,充水前挖除,洪水退后立即恢复。
5.5.4.5围堰接合部位施工
大坝围堰与岸坡接合部位填筑前先清除岸坡杂物,然后用小型器具及人工进行填筑并夯实,较大粒径料不得填筑在接合部位。
5.5.4.6堰体施工技术要求
作业时严格按照图纸放线施工,用醒目标识牌标明填料区界,设专人指挥。
严格控制填料含水率,如土料的含水率达不到要求时,进行洒水或者翻晒,以确保达到最优含水率,满足碾压要求。
围堰护坡块石随堰体同时上升(可滞后2.0~3.0m),防止水流或雨水冲刷破坏。
要对填料及时碾压,粘土0.3m一层,土石混合料及过度料0.5m一层,每次叠碾20~30cm,工作区叠碾1.0~2.0m,防止漏碾。
填筑作业区40m为一段进行平整碾压,同时用反铲配合人工对坡面修整。
5.5.4.7围堰基础高喷灌浆处理
大坝上游围堰河床中部覆盖层厚度超过6米的部分和厂房围堰采用高喷灌浆进行基础防渗处理。
(1)高喷灌浆施工工艺流程:
施工场地平整→孔位放样→造孔→设备调试→下喷具→送高压水、高压空气、水泥浆→喷射灌浆→摆动提升。
(2)高压喷射灌浆浆液原则上采用纯水泥浆,但根据现场灌浆试验结果经监理人批准,可在水泥浆中掺入膨润土、粘性土及水玻璃等掺和料。
浆液的配制:
按施工图纸和监理人对浆液性能要求进行浆液配比,浆液水灰比为0.7:
1~1:
1,采用高速搅拌机制备浆液,搅拌时间不小于30s,制浆材料称量采用质量或体积计量法,其误差不大于5%,浆液过筛后使用,并定时检测其密度。
(3)喷
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- 第05章 施工导流与水流控制 05 施工 导流 水流 控制