松涛水利枢纽课程设计资料.docx
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松涛水利枢纽课程设计资料
第1章设计基本资料
1.1基本情况
松涛水利枢纽位于柳河干流上的松涛峡,系一级建筑物,由河床混凝土重力坝、溢洪道、右岸土坝和坝后厂房等部分组成。
河床混凝土重力坝坝顶高程539m,河床坝段基础高程400m。
枢纽主要任务是发电,共装三台机组,每台机组150000kW,发电的最低水位为500米,相应库容19.5亿m³。
枢纽的右岸适当位置布置有排砂放空洞,可满足封孔蓄水期对下游供水100米3/秒流量的要求。
枢纽各组成建筑物的工程量见表1-1。
表1-1主要水工建筑物的组成和工程量表
序
号
工程项目
挖方(千米3)
填方(千米3)
混凝土钢筋混凝土
(千米3)
灌浆工程(百米)
土万
石方
合计
土方
堆砌石
反滤
层
合计
总计
固结
灌浆
1
河床坝
110
327
437
743
207
137
2
石力坝
240
35
275
118
85
46
3
溢洪道
1210
510
1720
24
24
150
4
土坝
1430
1
1431
700
205
110
1015
5
厂房
96
96
48
1.2施工场地及运输条件
1.2.1施工场地
坝址距下游的仙州市河道长约100公里,直线距离约50公里,坝址附近皆为高山峡谷地区。
松涛峡长约12公里,上下游均有比较平坦的山间盆地,可作为施工场地。
枢纽选定坝址位于峡谷尾部,距峡谷出口约1.7公里,坝区河床两岸山坡陡峻,成V字形。
左岸坡度45°~80°,陡缓相间;右岸坡度60°~85°,两岸山顶均为黄土覆盖。
坝址河床高程一般为410米,枯水季一般水位为418米,河面宽50~60米,深化偏右岸,最深约10米。
坝址左岸山峰起伏高出河面约150米以上。
右岸坝头附近为一狭小丘陵阶地,高出河面约110米左右。
与坝区阶地相连的就是地形平坦面积宽阔的李家台四级阶地,高程560~580米。
自峡谷出口起,两岸地势逐渐开阔,呈狭长的二级阶地,高程约430~440米,沿柳河右岸距坝址约8公里的旧镇,附近有宽阔平坦的二级阶地。
坝内河谷两岸有很多冲沟,左岸主要有坝址下游200米处的滑沟;右岸主要有坝址上游150米处的红柳沟,下游的刘家沟、金沟和银沟等。
这些冲沟切割既深且短,均系沿断层及节理裂隙发育而成,与河谷多成70°~80°的交角。
由于这些冲沟的切割,使坝区地形变得非常复杂,给施工场地布置造成一定困难。
坝区附近可供施工场地布置的地段,有右岸李家沟,峡谷出口下游右岸的明坝和左岸的易家湾等阶地,各地段特性如表1-2所示。
表1-2各地段特性表
顺序
名称
位置
距坝址离(公里)
可利用面积(平方公里)
高程(米)
1
李家沟
右岸坝址下游
1.5
1.2
565~580
2
明坝
右岸坝址下游
2.5
0.5
430~440
3
易家湾
左岸坝址下游
3.0
0.3
430~440
4
旧镇
右岸坝址下游
8.0
2.0
425~460
1.2.2运输条件
仙州到松涛的公路线为六级公路,已建成通车,路线全长约50公里。
对于水路交通,因柳河上游为峡谷,河窄水急,不能通行船只。
有国家铁路干线通过仙州市,可沿柳河岸边进工地。
1.3气候特征
1.3.1气温
本区为大陆性气候。
多年平均温度为9.6℃,月平均最高温度为22.9℃,最低为-6.5℃;绝对最高为39.1℃,绝对最低为-23.1℃,日最小变幅1.3℃。
1.3.2降雨
本地区雨量稀少,年平均降水量为330.1mm,最大达471.9毫米,其中60~70%集中在7~9月,最大日降雨量为71.8mm。
最长一次降水延续时间4昼,最大一次降雨量为21mm。
暴雨常在下午或晚间出现。
降雪一般于11月下旬开始,最大一次为20mm,积雪最大厚度为6cm,积雪日期一般从11月下旬到次年3月上旬,年平均积雪日数为21.6日,土壤冰结深度约1m。
坝区多年来降雨情况如下表1-2:
表1-2坝区1952-1988年各月降水量统计表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
平均
1.3
2.9
7.9
13.9
32.5
38.3
62.3
89.8
56.6
19.0
3.9
2.0
330.5
最大
16.9
9.0
23.4
27.7
63.8
103.2
126.7
218.4
108.9
50.6
13.6
9.1
471.9
最小
0
7
0
0.3
2.1
5.0
18.6
33.2
12.2
0.5
0
0
210.8
1.3.2冰期
每年11月底或12月初行凌,12月底封冻,次年2月底或3月初解冻。
冰冻期约2~3个月。
冬季行凌初期,多为针状,薄片状冰化闭。
流冰速度最大为1.45m/s,最小为0.95m/s。
春季流冰多为坚硬冰块,冰厚一般为0.2m,最厚可达1m。
流冰期一般无过大冰块下泄。
1.3.3风向及风速
本地区春季多风,最大风速为17m/s,风向多为东北向。
1.4水文气象资料
柳河的年最小流量多发生在1、2月份,3月份上游开始融雪化冰,流量渐增,6月份以后即进入汛期。
年最大流量一般发生在7~9月间。
坝址区实测最大流量为5640
,最小流量为205
,多年平均流量为830
;河水含沙量最大达5kg/m³(7~9月),最小为0.01kg/m³(1~2月)。
峡内流速最大为7m/s,最小为0.8m/s。
坝址水文站不同频率下的月平均流量见表1-3.
表1-3坝址水文站不同频率的月平均流量(米3/秒)
频率
月份
1%
5%
10%
20%
85%
1
348
327
322
265
218
2
345
338
327
269
229
3
469
432
410
300
240
4
586
499
458
327
332
5
959
569
480
425
354
6
1120
711
607
482
406
7
1890
1020
882
785
620
8
1250
1050
760
580
536
9
1140
870
695
541
480
10
959
630
547
413
385
11
692
579
489
400
328
12
430
421
406
378
285
全年
840
638
553
446
402
1.5工程地质条件
坝区为高山峡谷区。
狭谷由震旦纪变质岩构成,其上部为第四纪砾石岩,含砂砾石层及黄土。
柳河流向,在坝址附近转为S260°W,河谷呈弯曲形。
河谷两岸变质岩顶板出露标高,左岸约520米,右岸约515米。
在标高515米时,谷宽约135米,坝址左右岸基岩上直接为黄土覆盖。
坝址区及上下游河床覆盖层厚5-12米。
表面0.3米左右为黄土覆盖,以下均由卵砾石夹粗、中砂等物构成。
河床靠右岸有一深槽,顺河呈长条状分布,深槽处水深约10米,覆盖层厚10-12米,此深槽系河水沿构造裂隙侵蚀冲刷而成。
坝址河谷及两岸的变质岩主要由云母石英片岩和角闪岩组成,石质坚硬,相当于16级岩石分类中的第X级岩石,普氏系数f=8云母石英片岩极限抗压强度为1000~1200
,角闪片岩极限抗压强度为900~1200
。
坝址右岸距河边480米处,有一天然冲刷的鞍状地形,溢洪道即建此处,该处系古河道的遗址,两侧有大小冲沟数条,与它成70°~80°交角。
此坝址处水文地质情况,地下水属裂隙补给水,数量很少,主要在构造裂隙及局部破碎带内。
在坝区变质页岩中还有裂隙承压水,稳定水位432~446米,单宽涌水量一般为3
,最大为120
,随岩石裂隙发育程度、联通情况和深度而变化。
松涛是地震波及区,据上级主管部门提出的松涛水利枢纽地段的地震基本烈度为7度。
1.6工程材料
1.6.1当地建筑材料
坝址上、下游均有砂石材料。
特别是坝址下游藏量丰富,开采运输比较方便,质量一般皆符合要求,只有砂质土尚未找到理想的产地,必要时可以采用两岸的黄土代替。
1.6.2混凝土主要特征
坝体混凝土的设计龄期为90天,水工设计中内部混凝土用C10,外部混凝土用C15。
总混凝土用量比为0.75比0.25。
混凝土的容重为2400
。
混凝土采用600号纯熟料水泥。
1.7其他条件
地方工业、住宅、卫生福利和劳动力来源仙州市,有些地方工业可以利用,这些地方工业可考虑在施工期间委托进行部分加工和修配工作。
坝区附近村镇不多,且民房数量不多,只能在明坝村和李家台村用少量民房作为工人临时住宅。
而其它福利设施及住宅需要建设。
施工期间大批的生活物资和粮食、燃料、日用品等,均需从仙州市运来,当地只能解决副食品和部分粮食等供应。
施工期间施工队伍由公开招标选定。
施工用电:
初步估计仙州市可供应量最高负荷约1.2万千瓦。
坝址区地下水硫酸根(
)含量约2000~3000毫克/升,对一般水泥有硫酸盐侵蚀性。
因此基础混凝土有抗硫酸盐侵蚀的要求,铝酸三钙的含量应小于5%。
地下水不宜作为工程用水和生活用水。
河水除含沙外,无其它杂质,经沉淀处理后可作为工程和生活用水。
第2章施工项目与进度设计
2.1工程项目划分
松涛水利枢纽为堤坝式水利枢纽,由河床混凝土重力坝、溢洪道、右岸土坝和坝后厂房等部分组成。
河床混凝土重力坝的工程量大、施工工序以及工艺较为复杂,因此其关键工程一般位于河床。
施工总进度的安排应以导流和河床内工程为关键线路,即以施工导截流、大坝岩基开挖及处理、大坝混凝土浇筑、拦洪度汛、封堵蓄水、发电为主线,划分工程项目。
根据建筑物项目、施工阶段和施工项目等因素,可将松涛水利枢纽工程划分为以下37个工程项目。
其中准备工作(A)2个、施工导截流工程(B)6个、河床重力坝工程(C)8个、右岸重力坝工程(D)5个、溢洪道工程(E)3个、右岸土坝工程(F)3个、电站厂房工程(G)9个、收尾工作(H)1个。
考虑各个施工工序之间的逻辑关系、施工场地安排、合理的配置机械设备及施工强度等因素,确定各个施工项目的先后次序,得到以下的主要施工项目及其工期、组织关系,详见下表2-1。
表2-1工程施工项目划分及组织关系表单位:
月
代号
项目名称
紧前工序
紧后工序
工期
准备工作(A)
A1
准备工作1
/
B1、C1、A2
6
A2
准备工作2
A1
B2、D1、E1、F1
10
施工导流(B)
B1
隧洞开挖和衬砌
A1
B2
9
B2
截流(合龙、闭气)
A2、B1
B3
1
B3
基坑排水
B2
B4、C2、G1
1
B4
土石围堰加高倍厚
C3、B3
B5
4
B5
围堰拆除
C5、C6、E3、F3、D4、D5、B4
B6
1
B6
封堵蓄水
B5
G7、G8
4
河床重力坝(C)
C1
河床重力坝岸坡土石方开挖
A1
C2
2
C2
河床重力坝河床土石方开挖
B3、C1
C3
6
C3
河床重力坝基础段混凝土浇筑
C2
C4
2
C4
河床重力坝固结灌浆
C3
C5、C6
2
C5
河床重力坝上升至500m段、接缝灌浆
C4
C7、B5
14
C6
河床重力坝帷幕灌浆
C4
B5
4
C7
河床重力坝上升至520m段、接缝灌浆
C5
C8
3
C8
河床重力坝上部混凝土浇筑
C7
G7、G8
4
右岸重力坝(D)
D1
右岸重力坝土石方开挖
A2
D2
4
D2
右岸重力坝基础段混凝土浇筑
D1
D3
1
D3
右岸重力坝固结灌浆
D2
D4、D5
1
D4
右岸重力坝上部混凝土浇筑、接缝灌浆
D3
B5
5
D5
右岸重力坝帷幕灌浆
D3
B5
2
溢洪道(E)
E1
溢洪道土石方开挖
A2
E2
13
E2
溢洪道堆砌石填方施工
E1
E3
1
E3
溢洪道混凝土浇筑、接缝止水
E2
B5
7
右岸土坝(F)
F1
右岸土石坝土方开挖
A2
F2
11
F2
右岸土石坝填筑
F1
F3
8
F3
坝面处理
F2
B5
1
电站厂房(G)
G1
厂房基础石方开挖
B3
G2
2
G2
厂房基础一期混凝土浇筑
G1
G3、G4
16
G3
1#机组安装及二期混凝土浇筑
G2
G7、G8
8
G4
开关站土石方开挖
G2
G5
2
G5
开关站混凝土浇筑
G4
G6
2
G6
开关站设备安装
G5
G7、G8
3
G7
1#机组调试运行
G6、G3、B6、C8
H
1
G8
2#、3#机组安装
G6、G3、B6、C8
G9
4
G9
2#、3#机组调试
G8
/
1
收尾工作(H)
H
收尾工作
G7
/
7
2.2项目进度说明
2.2.1工程总工期
大中型水利水电工程建设,一般分为:
工程筹建期、工程准备期、主体工程施工期、工程完建期四个阶段,工程总工期为其加和。
施工总进度一般按指令性工期或合理性工期编制。
(1)工程筹建期:
业主单位负责筹建对外交通、用电、通讯、征地、移民、招投标等。
(2)工程准备期:
承包商进场之日,主体工程开工。
(3)主体工程施工期:
河床基础开挖、第一台机组开始发电。
(4)工程完建期:
第一台机组投入运行、工程竣工。
本工程可结合下表,对坝体方量进行估计,参照下表有关信息,得到最可能的准备工期以及总工期,并以此对本工程进行施工总进度安排。
表2-2大中型水利水电枢纽工程参考工期
坝型
坝体方量
(10000立方米)
总工期
(年)
准备工期
(年)
主要工期
(年)
完建工期
(年)
备注
混凝土坝
40~80
3~4
1~1.5
1.5~2.5
0.5~1
按分期导流方案拟定。
若采用隧洞导流,则准备工期加长,主体工程工期缩短
80~120
4~5
1~1.5
2.5~3
0.5~1
120~200
5~7
1~1.5
3~4
1~1.5
200~300
7~8
1~1.5
4~5
1~1.5
300~500
8~9
1.5~2
5~5.5
1.5~2
>500
9~11
2~3
5~6
2~2.5
根据表1-1中所示坝体各个部分的混凝土和钢筋混凝土共74.3+11.8+15.0+4.8=105.9完立方米,由上表可知,松涛水利枢纽施工总工期约为4~5年,准备工期大约为1~1.5年。
由后续工作得知本工程总工期为57个月,于第一年的7月开工,第六年的4月完工,与上表中的建议工期一致,因此在施工总进度的安排上有一定的合理性。
2.2.2关键项目进度控制
本工程的施工导截流以及封堵蓄水为关键项目,需进行一定的控制。
其中施工导截流在整个施工过程中占有重要地位,如果截流不能按时完成,就会延误河床部分建筑物的开工日期。
如果截流失败,失去了以水文年计算的良好截流时期,则会拖延工期。
在施工导流中,截流是影响施工进度的一个控制项目。
而封堵蓄水则影响到发电能否按时进行。
因此需要对导截流和封堵蓄水进行控制。
施工导截流:
由表1-2坝区1952-1988年各月降水量统计表可知,该地区11、12、1、2月降雨量较少,而7、8、9月降雨集中、雨量较多。
考虑到在截流以后,需要继续加高围堰,完成排水、清基、基础处理等大量基坑工作,应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上,因此应该将截流的日期尽量提前,控制在流量减少的枯水期,因此将截流选择在第二年的11月。
由于河床水面宽度50~60m,宽度较小,不需要提前安排戗堤预进占。
考虑到截流时间的不确定性,安排1个月的工期作为截流的工期。
封堵蓄水:
根据发电要求,需在6月初完成蓄水工程。
封堵前应当保证溢洪道的浇筑封顶同时渠底衬砌完工,蓄水水位为最低发电水位500米,开始蓄1水时对应水位:
420米左右,根据水位库容关系,所需库容19.56亿立方米,考虑蓄水期还要满足对下游供水100立方米每秒的流量要求。
采用85%的来流洪水频率进行计算,并要求在6月1号前将水库蓄满,则累计蓄水曲线计算如下:
(每月共2592000秒)
5月份(354-100)*3600*24*31=6.8亿立方米
4月份(332-100)*3600*24*30=6.01亿立方米
3月份(240-100)*3600*24*31=3.75亿立方米
2月份(229-100)*3600*24*28=3.12亿立方米
以上计算结果相加得,19.68亿立方米,从而可定在2月初开始蓄水,蓄水时间为4个月,到6月初可完成蓄水工程。
2.3工程工期确定
2.3.1准备工作
参照表2-2,松涛水利枢纽的准备工期大致为1~1.5年,开工时间定在第一年的7月初,为控制总工期满足要求,将准备工程进行划分。
准备工作1:
施工场地平整,工人生活房屋建筑,供水供电,通信系统安装;对外交通,对内交通修筑等,以便前期施工队伍进驻施工,计划耗时6个月。
准备工作2:
混凝土拌合楼,砂石料厂系统修建,缆机起重机平台的开挖及安装,计划耗时10个月。
各主要施工队伍进驻施工现场,同时协调场地,落实内外交通。
准备工作耗时16个月,满足要求。
在准备准备工作1完成后,可进行隧洞开挖和衬砌以及河床重力坝岸坡土石方开挖。
2.3.2施工导截流工程
(1)隧洞的衬砌和开挖
对本工程进行综合分析后,拟定采用隧洞导流的方案。
采用两条隧洞导流,隧洞长分别为600m和700m,施工中采用上下游4个开挖断面同时进行,考虑施工进度及施工准备工作的完成情况,隧洞开挖定在准备工程1完成之后。
根据现有的施工水平,洞口处理安排时间2个月,开挖历时4月,其后安排2个月的衬砌时间,由于混凝土需待28天强度后才可导流过水,故隧洞工期安排9个月。
(2)截流(合龙、闭气)
根据隧洞完成进度及截流要求,截流时间安排在枯水期11月。
由于河床水面宽度50-60m,宽度较小,不必提前安排戗堤预进占。
故具体截留日期可根据当时的水文资料,适时地选择截流时机,同时截流后迅速完成闭气等工作。
考虑到截流时间存在不确定性,故可安排1个月的工期作为截流的工期。
(3)基坑排水
截断河流之后,进行基坑排水,为实现干地施工做准备。
基坑排水一般可分为:
基坑开挖前的初期排水,包括基坑积水、基坑积水排除过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除;
基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水,包括围堰和基坑的渗水、降水、基岩冲洗及混凝土养护用废水的排除等。
因此安排工期1个月进行基坑排水的工作。
(4)土石围堰的加高培厚
施工上、下游土石围堰高40m、17.5m,土料采用隧洞开挖料,且围堰需在来年洪水来临之前填筑到相应的高度,安排工期4个月。
围堰加高倍厚的后续为围堰的挡水阶段,虽然对其他工程的工期不做控制性影响,但是其挡水最晚开始时间对整个工程却有重大意义,根据洪水资料围堰最晚必须在第三年的6月前完成,以实现挡水。
(5)围堰拆除
围堰加高培厚之后进行围堰挡水,但是在导流泄水建筑物完成导流任务后,在进行封堵之前,为了避免围堰对发电产生影响,需要对围堰进行拆除。
围堰的拆除工序较为简单,因此确定工期1个月。
(6)封堵蓄水
蓄水过程从隧洞封堵后开始,由上述发电要求可知,需在6月初完成蓄水工作。
发电要求的最低水位为500m,因此需要在6月初完成蓄水,根据水库库容以及历年来水资料,初步计算估计后定于2月初开始蓄水,蓄水时间为4个月。
2.3.3河床重力坝工程
(1)河床重力坝岸坡土石方开挖
在河床重力坝岸坡土石方开挖时,需要进行分层开挖。
由于岸坡开挖的方量不大,岸坡土石方的开挖可以与隧洞开挖同时进行,安排工期为2个月。
(2)河床重力坝坝基土石方开挖
安排在基坑排水之后进行坝基土石方开挖,由于在基础开挖时,为了满足坝基河床的整体性、抗渗性以及稳定性,在进行坝基的爆破开挖时,需要进行分层开挖,而且需要预留一定的保护层进行开挖。
因此工期较长,根据经验,安排工期6个月。
(3)河床重力坝基础段混凝土浇筑
为了提高固结灌浆的质量,增大固结灌浆的压力,防止在固结灌浆的过程中发生冒浆等,需要先对河床重力坝进行基础段混凝土浇筑,安排施工工期为2个月。
(4)河床重力坝固结灌浆
为了提高坝基的整体性、强度以及抗渗性,需要进行固结灌浆,安排工期为2个月。
(5)河床重力坝上升至500m段、接缝灌浆
河床重力坝坝顶高程539m,河床坝段基础高程400m。
混凝土浇筑量为74.3
m³,根据浇筑强度以及浇筑设备等影响因素,由于河床坝段的重力坝为大体积混凝土施工,在施工过程中,需要进行温度控制。
因此结合有关经验,按每月8~10m的施工进度,安排施工工期为14个月。
(6)河床重力坝帷幕灌浆
河床重力坝帷幕灌浆一般安排在水库蓄水前完成,这样有利于灌浆质量。
一般在廊道或灌浆洞内进行帷幕灌浆,基本上不受气候和洪水的影响,与大坝施工干扰较小,均可均衡安排其施工进度。
由于帷幕灌浆的工程量较大。
将帷幕灌浆安排在固结灌浆以后,在河床重力坝坝段上升的过程中,设置灌浆廊道,进行帷幕灌浆,施工工期为4个月。
(7)河床重力坝上升至520m段、接缝灌浆
在坝体上升到500m以后,在蓄水的过程中,同时继续进行坝体的上升。
在坝体上升到520m高程时,应该完成各坝段的接缝灌浆和接触灌浆,安排工程工期为3个月。
(8)河床重力坝上部混凝土浇筑
在河床重力坝上部混凝土浇筑时,该松涛水利枢纽的施工进入施工后期,设备和施工配置逐渐移除,因此施工强度降低,所以在河床重力坝上部混凝土浇筑的过程中,虽然浇筑方量并不是很大,但是工期较长,安排施工工期为4个月。
2.3.4右岸重力坝工程
施工开始时间安排在准备工程全部完成之后。
应确保能顺利避开主题坝段浇筑的高峰期,保证工程的进度。
施工过程与河床重力坝基本相似,根据工程量,土石方开挖工期4个月,坝体基础段混凝土浇筑1个月,固结灌浆1个月,上部混凝土浇筑及接缝灌浆安排5个月。
帷幕灌浆2个月,也在围堰拆除前完成。
2.3.5溢洪道工程
溢洪道可在全部的准备工作完成后再进行施工。
由设计资料,溢洪道的土石方量为172万m³,工程量较大,因此,安排溢洪道土石方开挖工期为13个月,在开挖的过程中,可均衡施工强度,在河床坝段坝体整体上升的过程中,合理安排施工强度,完成溢洪道的土石方开挖工程。
在溢洪道土石方开挖完成后,需要进行溢洪道堆砌石填方施工,填方量为2.4万m³,安排工期为1个月。
随后可以进行溢洪道混凝土浇筑、接缝止水,混凝土的浇筑工期较长,施工工期为7个月。
2.3.6右岸土石坝工程
右岸土石坝工程与溢洪道工程同时进行。
根据设计工程量,土石方量为143.1万m³,因此开挖工期11个月。
填方量为101.5万m³,填方工期8个月。
对土石坝进行坝面处理,工期为1个月。
由于右岸的土石坝工程并非关键线路上的工作,因此只需要在围堰拆除前,将土石坝上升到一定的
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