1某混凝土重力壩施工導流設計一、工程概況本水庫是該流域水利水電建設規(guī)劃中的主體工程之一。壩址位于某鄉(xiāng)上游3km處，控制流域面積317km2，壩址處多年平均流量11.1m3/s，年徑流總量3.5108m3。本工程是一座兼有防洪、灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖效益的綜合開發(fā)的水利樞紐工程。工程總庫容為1.6108m3，正常高水位130.0m，死水位112.0m，設計洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水庫有效庫容達1.0108m3，為年調(diào)節(jié)性水庫。該工程攔河壩的壩型為砼重力壩，電站布置在河床右側(cè)的非溢流壩段的后面，為壩后式布置，壩頂全長315m，壩頂高程135m，其中左非溢流壩壩段長度為100m，溢流壩段長度為48m，右非溢流壩段長度167m，溢流壩段布置在河床中部偏左岸，設有3孔6m12m的弧形工作閘門，堰頂高程124m，壩底最大寬度為54m，消能方式為挑流消能，在壩后式廠房處，非溢流壩段的最大底度為46.6m，廠房最大寬度為13.7m，廠壩聯(lián)結(jié)段為4m。電站裝機容量為23200KW。引水壓力鋼管設在非溢流壩段內(nèi)，進水口底板高程為95.0m，管徑1.75m，采用單機供水的布置方式。水輪機安裝高程85.0m，設計工作水頭36.0m，最大工作水頭45.0m，最小工作水頭27.0m。工程樞紐處地形及工程布置見圖1。二、基本資料1.工程水文資料該水庫庫容在1108m3以上，主壩工程為二級建筑物，壩址設計洪水過程線，是根據(jù)上游3km處水文觀測站實測某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制進行放大而得?，F(xiàn)將各設計頻率洪水過程線、施工設計洪水等水文資料列于表1表5。表1壩址設計洪水過程線單位：m3/s頻率時間1%2%5%10%20%頻率時間1%2%5%10%20%0101010556013810710681596178152184146112668772615741126606004383682767250444230281811601340996723504783527261817249237806344743668425191512113048241534030924090201410553667558852942334396101042342406308253208102748209276218175133洪量（億m3）1.261.090.870.690.535421118016311888表2施工設計洪水成果單位：m3/s頻率（%）分期251020全年施工13409967325047月次年4月11508606004009月次年3月31623517511910月次年3月2631861338610月次年4月3192522061572表3水文站實測歷年月平均流量單位：m3/s月年123456789101112合計年平均19625.788.4220.211.43.3815.18.818.5716.47.513.092.97142.2511.819634.735.8718.811.61.8724.611.26.7612.312.519.48.02154.4812.9196417.512.210.815.945.874.251.320.96.134.153.203.97266.0522.219653.054.198.4016.821.659.311.111.25.793.303.072.72150.4912.519662.923.7610.513.635.517.58.425.993.353.052.522.30107.418.9519674.305.627.2819.230.810.38.1214.83.925.153.713.46114.669.5519683.124.208.6823.347.921.411.55.054.274.773.152.71140.0511.719693.0716.36.917.5512.027.78.425.212.582.304.683.40100.28.3419705.053.118.4012.122.028.07.226.805.643.554.163.38109.389.1119713.369.0515.915.212.827.08.3210.816.04.986.264.30131.9711.019723.852.955.2514.630.444.815.95.204.526.695.903.58143.3712.019732.752.622.684.2121.312.811.07.083.623.275.363.3380.026.6719746.396.777.6114.210.922.88.609.273.013.822.892.6296.888.0719752.243.264.3515.68.7913.38.116.916.425.785.846.3986.897.2419765.137.948.0526.613.525.132.77.453.134.363.453.07140.4811.719772.524.7510.313.850.036.216.813.05.104.065.193.37165.0913.819782.813.029.0612.314.87.887.445.354.043.972.984.5078.156.5119796.906.7010.817.826.529.631.922.19.257.635.593.86178.6314.919803.244.2013.518.529.726.436.611.119.68.857.717.99187.3915.719814.616.567.509.7121.938.28.597.624.603.342.352.33115.799.651981.98.624.645.5615.217.77.5918.110.97.0613.66.98117.99.833283合計95.0130.11200.06299.53523.89579.88309.54209.29150.57110.09114.0785.252807.28234.12平均4.526.209.5214.324.9427.6114.749.597.175.245.444.06133.6811.14表4壩址水位流量關(guān)系曲線水位（m）84.384.685.086.087.088.089.090.091.092.093.0流量（m3/s）055022050085512801730237029903630表5水庫容積曲線高程（m）9095100105110115120125130135面積（km2）0.1460.9551.7682.6323.4404.3505.2816.2877.2068.088容積（萬m3）027595620603574552279351083014200180202.壩址地形地質(zhì)條件（1）左岸：地形自然坡度為1：1.52.0，覆蓋層23m，全風化帶厚35m，強風化加弱風化帶厚5m，微風化厚4m。（2）河床：巖面較平整。沖積沙礫層厚約01.5m，弱風化層厚1m左右，微風化層厚36m。河床縱剖面地形中，迎水面壩踵處巖面高程約在86m左右，背水面壩趾處巖面高程約在83.5m左右。距壩趾下游15m處有一深潭。高程約81m，整個河床皆為微、弱風化的花崗巖組成，致密堅硬，強度高，抗沖能力強。（3）左岸：地形自然坡度為1：2左右，覆蓋層46m，全風化帶厚68m，強風化帶厚24m，弱風化帶厚24m，微風化厚112m。（4）壩基開挖：強風化層要全部挖除。壩基的開挖范圍應與建筑物的底部輪廓尺寸相適應，開挖的深度按壩底應力和壩基強度而定。（5）壩后式廠房基礎：廠房設于壩后靠右岸的河床處，設計最低開挖高程為7983m之間，全部處于微風化新鮮基巖內(nèi)。3.主要施工條件（1）對外交通：目前已有兩條三級公路分別從兩岸經(jīng)過壩首和壩區(qū)。（2）施工電源：目前已有35KV輸電線路有縣城架至G鎮(zhèn)，距壩址僅3km，施工用電可利用本縣電網(wǎng)中的水電，電源充足，質(zhì)量可靠。（3）主要建筑材料：本樞紐主壩為砼重力壩，壩體砼所需的卵石，在壩址上下游12km均可開采，河砂在距壩址10km處的下游采集。庫內(nèi)盛產(chǎn)竹木，自給有余。僅水泥、鋼筋、機電設備等需要外購。5.施工年限本工程主體部分的大壩和電站廠房，施工工期為兩年左右，準備工程在第一施工年度的47月份完成，水庫在第三施工年度的汛后開始蓄水，并在10月1日并網(wǎng)發(fā)電。三、施工導流設計過程（一）施工導流設計標準選擇1.施工導流建筑物級別的選定本工程根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889），以及本工程的級別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導流建筑物為級。2.施工導流設計洪水標準的選擇根據(jù)水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SDJ33889），以及導流建筑物的級別，選定4導流建筑物的洪水標準為：20年一遇（P=5%）。（二）施工導流時段選擇根據(jù)本工程的特征條件采用分段圍堰法導流，中后期用臨時底孔泄流來修建混凝土壩。劃分為三個時段：第一時段，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑內(nèi)施工；第二時段，河水由導流底孔下泄，進行第二期基坑內(nèi)施工；第三時段，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄河水，底孔封堵以后，則河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫中，直到工程完建。（三）施工導流設計流量及壩址處河床水位的選擇根據(jù)導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為Q=235m3/s。根據(jù)壩址水位流量關(guān)系曲線，采用內(nèi)插法得到Q=235m3/s時的水位為86.09m，由于觀測點距壩址有300m遠，考慮到坡降，選擇壩址處水位為86.39m。（四）施工導流方案的選擇根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結(jié)構(gòu)特點及工程的導流施工標準，選擇采用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第一期先圍左岸，包括左岸非溢流壩段和溢流壩段，進行一期基坑內(nèi)施工；第二期圍河床右岸部分，包括右非溢流壩段（含廠房壩段），進行二期基坑內(nèi)施工。本工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，采用兩段兩期的施工導流方式完全可以滿足要求。（五）第一期導流設計1.河床水面寬度及束窄度河床水面寬度由圖2所示確定為64m，束窄度取K=60%。1:1.51:2左岸右岸縱向圍堰軸線圖2單位（m）2.水利計算束窄度取K=60%，抗沖流速smv/4。（1）一期束窄段河床過流能力設計則過水斷面面積：2423575.58mwvQ（2）過水斷面為梯形：假設邊坡為1:1，4i，03.0n，出口處渠底高程83.5m。假定水深為2.5m則：275.675.2)5.216.24()(mhmhbwmmhbx67.31115.226.241222mRxw14.267.3175.67smRcn/84.3714.221616103.011smRiwcQ/2.237414.284.3775.673假定水深為2.48m時，smQ/2353。束窄段河床平均流速：5smsmvAAQc/4/65.375.6795.0235)(21（3）束窄河床段上游水位壅高：mZgvgvc81.081.92)(81.9285.065.322296.1472352202（4）上、下游一期橫向圍堰堰頂高程：mdHHz68.8670.048.25.83下mzHHz54.8775.081.098.85上3.縱向圍堰長度的擬定及圍堰軸線布置根據(jù)施工要求及場地條件，擬定縱向圍堰長度為150m?？v向圍堰軸線位置在河床中部偏右岸約29m處，如圖2。4.圍堰斷面設計（1）縱向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸堆石體反濾層粘土斜墻塊石護面圖3單位：mm圍堰主體采用塊石、砂礫土料堆石體，防滲層為粘土斜墻，在粘土斜墻迎水位采用漿砌石護面。（2）上、下游橫向圍堰斷面尺寸上游橫向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸塊石護面粘土斜墻反濾層堆石體圖4單位：mm堆石體采用塊石、砂礫土石料堆砌，防滲層為粘土斜墻，防沖采用漿砌石護面。下游橫向圍堰斷面構(gòu)造及尺寸6堆石體反濾層粘土斜墻塊石護面圖5單位：mm5.圍堰工程量的估算上游橫向圍堰長度：36m32125.1370365.3)75.183(mV上下游橫向圍堰長度：68m3211989683)5.613(mV下縱向圍堰方量：長150m32152501505.3)173(mV縱325.86095250198925.1370mV一期（六）第二期導流水力計算本工程二期采用底孔導流，為了確保泄流能力，擬定采用2個底孔。1.底孔的布置及斷面尺寸的選擇根據(jù)水利水電工程設計規(guī)范選定：底孔布置在主河床的溢流壩段中，底孔底板距基巖面的距離為2m。底孔進口高程選定84.0m，出口高程83.9m，底孔全長57m。由水利學原理，判定底孔出流為有壓自由出流。其泄流能力計算公式為：)(2phTgwQ，式中Dhp85.0，（D為引化直徑）。底孔進水口水頭損失系數(shù)為1.0進，閘門槽水頭損失1.0槽，沿程水頭損失)/L()c/8g(2D沿。smQ/2353時，出口處下游水位高程為86.39m，糙率取014.0n。7則底孔泄流量曲線如圖6（兩個底孔）。圖6底孔泄流能力曲線圖考慮到施工強度及防洪要求，選定采用兩個34.5的導流底孔。這樣既可以滿足施工期間導流的要求，又適當減小混凝土的澆筑強度。2.二期導流水力計算（1）上游水位壅高值mDHZfcfc99.5995.35.1（2）上下游堰頂高程mdHHz68.8670.048.25.83下mzHHz70.9275.099.598.85上3.二期縱向圍堰的上、下縱段長度及圍堰的軸線平面布置根據(jù)施工布置要求，定出縱向圍堰上縱段長54m?？v向圍堰下縱段主要靠一期工程時在H(m)T(m)斷面尺寸(mm)W(m2)(m)R(m)D(m)Cph(m)phT(m)Q(m3/S)Q2(m3/S)906.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8712.22991.297185.594414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6252.47583.586167.1834.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3962.70476.206152.4133.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9613.13961.327122.65939.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8715.229139.833279.674414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6255.475124.322248.6434.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3965.704110.682221.3633.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9616.13985.764171.539612.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.8718.229175.418350.8364414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.6258.475154.677309.3534.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.3968.704136.725273.4533.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.9619.139104.642209.289915.144.516.2815.281.0654.55472.180.1820.8483.87111.229204.913409.834414.2814.281.04.26571.430.2070.8403.62511.475179.984359.9734.512.5313.710.9143.99570.370.2180.8353.39611.704158.546317.0933.59.5311.710.8143.48469.020.2600.8702.96112.139120.600241.208溢流壩段右邊導墻來承擔，右導墻長38m，再在右導墻上接24m的土石圍堰?？v向圍堰上縱段軸線布置在一期縱向圍堰軸線左邊14m處，縱向圍堰下縱段軸線布置與右導墻軸線重合。4.圍堰斷面的結(jié)構(gòu)及尺寸（1）縱向圍堰上縱段剖面堆石體粘土斜墻塊石護面反濾層圖7單位（mm）結(jié)構(gòu)材料與一期一致。（2）縱向圍堰下縱段剖面塊石護面粘土斜墻反濾層堆石體圖8單位（mm）結(jié)構(gòu)材料與一期一致。（3）上游橫向圍堰剖面粘土斜墻反濾層堆石