华北水利水电大学施工组织课程设计

水利工程施工组织设计课程设计土石坝施工组织设计华北水利水电学院二零一一年十二月十七日2目录第一章基本资料………………………………………………………………3第二章施工组织设计…………………………………………………………7第一节施工导流………………………………………………………………7第二节施工进度计划…………………………………………………………9第三节坝体填筑强度…………………………………………………………11第四节开挖运输方案…………………………………………………………14第五节机械配套计算…………………………………………………………16参考资料………………………………………………………………………203第一章基本资料1．工程概况西安市黑河引水工程金盆水利枢纽位于西安市周至县黔江河干流峪口以上1.5km处，东距西安市约86km，北距周至县城约14km。枢纽是一项以向西安市供水为主、兼顾灌溉、结合发电、防洪等综合利用的大型水利工程。水库总库容为2亿m3，有效库容1.774亿m3。工程建成后每年可向城市供水3.05亿m3，提供农业灌溉用水1.23亿m3，灌溉农田37万亩。电站装机容量20MW，多年平均发电量7308万kW·h。枢纽属Ⅱ等大（2）型工程，由粘土心墙砂砾石坝、左岸泄洪洞、右岸溢洪洞及引水洞、坝后电站等建筑物组成。大坝为1级建筑物。枢纽设计洪水标准为500年一遇，相应洪峰流量为5100m3/s，校核洪水标准为5000年一遇，相应洪峰流量7400m3/s，保坝洪水为10000年一遇，相应洪峰流量为8000m3/s。枢纽区地震基本烈度为7度，大坝设计地震烈度为8度。2．坝体设计1）大坝坝顶及坝坡设计大坝坝顶高程600m，顶宽11m，坝顶长440m。设计坝基最低开挖高程466m，设计最大坝高134m。实际开挖高程472.5m，最大坝高127.5m。坝顶上游侧设置1.2m高的混凝土防浪墙，墙顶高程601.2m，防浪墙底部深入心墙。大坝上游坝坡坡比为1：2.2，高程在565m及515m各设一戗台，宽度分别为3m和5m，下游坝坡坡比为1：1.8，高程在570m、540m和510m各设一戗台，宽度依次分别为2m、3m、3m。在下游坝坡设置贴坡式上坝道路，道路宽12m，贴坡比为1：1.5。上游高水围堰和下游低水围堰采用与坝体结合方式布置。高水围堰堰顶高程527m，上游坡比为1：2.5，高程在517m处，设15m宽的马道，下游坡比为1：2。下游围堰兼作坝体排水棱体，堰顶高程493.5m，外坡比为1：1.8，内坡比为1：1.2。坝壳采用下游河床砂卵石填筑，排水棱体采用堆石填筑。大坝横剖面见图2。2）心墙设计心墙顶高程598m，顶宽7m。河床段心墙坡比为1：0.3，考虑到由于岸坡对心墙沉降的约束，在纵向心墙也会出现拱效应现象，给抗渗带来不利影响，为了提高岸坡段心墙的抗渗能力，将两岸坡段坡比由1：0.3变为1：0.6。为提高心墙在两岸坡适应变形的能力，在心墙底部铺设厚2m左右的高塑性土，采用粘粒含量较高的土填筑，填筑干密度为1.66g/cm3，填筑含水量为20.2%～23%。3）反滤层设计4从坝料的级配过渡及变形模量过渡考虑，在心墙上下游均设置两道反滤层，第一层为粒径小于5mm的砂反滤层，第二层为粒径小于80mm的混合砂砾料反滤层。下游的砂反滤层水平宽度为2m，混合料反滤层水平宽度为3m，上游的砂反滤层水平面宽度为1m，混合料反滤层水平宽度为2m。4）大坝填筑方量大坝总填筑方量为771.6万m3，其中心墙土料158万m3，反滤料29万m3，坝壳砂卵石料584.6万m3。3．坝址地形地质情况坝址位于金盆古河道出口至蔺家湾S形河道腰部，距峪口约1.5km。坝址地形为不对称的V形谷。右岸山体高程约823m，边坡为300～500。左岸是现代河谷与古河道间长约800m、正常水位处宽度为270m的单薄山梁，河道一侧山坡坡度在520左右。坝址区内出露的基岩为前震旦系宽平群大镇沟组变质岩。岩性主要为云母石英片岩、绿泥石片岩、钙质石英岩以及后期沿断层入侵的石英岩脉、云煌斑岩脉、斜长斑岩脉。在地形较平缓的山坡、河谷阶地广泛分布着第四系松散堆积物，岩性主要为碎块石、碎石质壤土、砂卵石等。坝址位于西骆峪～田峪背斜的南翼，岩层走向近东西向，倾向上游。由于主要受南北向压应力作用，东西向的构造断层裂隙发育。在坝址区的断层构造有80多条，主要为层间挤压的逆断层。坝址区以近南北向的裂隙构造发育。河床部位岩体全～强风化带较薄，一般厚5m左右。两岸全～强风化带较厚，一般厚5～20m。4．气候特征：1）气温，多年实测资料分析，见表1，年平均气温9.6℃。表1月份123456789101112月平均-6.5-1.65.512.017.421.022.921.516.410.11.8-5.32）降水，多年实测资料分析见表2。5．料场分布1）心墙土料场。在各设计阶段，对心墙土料的勘探试验进行了大量的工作，先后完成了金盆、武家庄、永泉、毛家湾、田家沟等料场的勘探工作，根据勘探试验成果选定了金盆、武家庄、永泉三个料场，对选定的三个料场在初查的基础上又进一步做了详查。金盆料场位于黑河左岸上金盆古河道内，属水库淹没区，武家庄料场位于金盆东北边缘的山坡上，永泉料场位于金盆西北周城公路之西的山坡上。三个料场土料普遍存在的问题是5天然含水量偏高，土料均需要翻晒后方可上坝。表2月份123456789101112全年(天数)月平均天数5mm以下5~10mm10~15mm15~20mm20~30mm30mm以上4.3000002.3000005.7000008.7000001510000171.70.30001230.70.70.30.3144210.309.7210.70.70.371.70.30002.700000600000104.312.34.32.31.70.7初设阶段在考虑土料的物理力学指标，特别是土料的击实性能及天然含水量、储量等因素后，本着尽量少占用耕地、减少征地、增加库容的原则，确定心墙填筑以金盆料场为主料场，武家庄料场作为辅助料场，永泉料场为备用料场。施工单位于截流前进行了金盆料场土料现场碾压试验。在试验中发现翻晒时，土料结块难以粉碎，土块外干内湿，在碾压后的土层中，发现夹有碎土块，土层在碾压过程中发生剪切破坏。经研究，决定将金盆料场转为备用料场，加紧对武家庄、永泉料场的复查和碾压试验工作，同时尽快寻找新的土料场。在综合考虑了土料性质、储量、运距、天然含水量等因素后，选择荞麦窝、猴子头、上黄池、钟楼山、武家庄料场Ⅰ区、Ⅱ区土料及金盆料场含砾土作为心墙土料，所选用的料场土料从颗分看，绝大部分为粉质粘土，少部分为重粉质壤土。上述料场存在的问题为天然含水量偏高需翻晒，储量均较小，场地面积小，土料翻晒强度低。2）土料的压实设计标准表3土料最大干密度和最优含水量土料干法制样湿法制样ρmax(g/cm3)ωop(%)ρmax(g/cm3)ωop(%)狮子头1.70018.8荞麦窝1.72018.81.68020.2武Ⅱ1.70519.21.67921.0上黄池1.71419.31.67420.9钟楼山1.69719.01.67519.7土料现场碾压试验采用英格索兰17.6t自行式凸块振动碾和气胎碾进行，四个料场的试验结果见表4。6表4土料现场碾压试验成果土料名称压实干密度（g/cm3）含水量（%）铺土厚度（cm）碾压方式及遍数备注狮子头1.70017.621～22凸块8遍，气胎4遍荞麦窝1.72618.825～27凸块8遍，气胎4遍武Ⅱ1.72019.925～30凸块8遍12遍后，局部剪切破坏上黄池1.69018.623～25凸块8遍8遍后，个别地方剪切破坏考虑到黑河大坝的坝高和重要性，以及土料压实性能的不均匀性和碾压机具压实功能较大，土料的设计干密度为1.68g/cm3，同时，规定土料的压实系数不小于0.99，这样可以避免压实性能好的土料得不到充分压实。3）砂卵石设计干密度坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游0.5～6km范围内的河床砂卵石。根据SDJ18-84《碾压式土石坝设计规范》及SDJ10-78《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，砂卵石水上部分的填筑相对密度为0.7，水下部分的填筑相对密度为0.8。在考虑了料场砂卵石料含砾量的分布范围后，确定砂卵石的设计干密度为2.33g/cm3，Dr=0.7，干密度为2.24g/cm3，Dr=0.8。项目料场含水量自然土干容重(t/m3)松土折自然土系数设计干容重γd(t/m3)粘性土砂砾料砂砾料反滤料16%5%5%5%1.451.651.651.650.860.710.730.711.682.332.242.336．开竣工要求：1998年10月开工，2001年12月竣工。说明：在本次设计中要考虑准备工作、基础开挖与处理，考虑导流时段对坝体上升的要求（即拦洪渡汛、施工进度计划安排）。要求同学们编制施工进度计划及总布置。7．水文资料可采用的水文资料如下：CV=0.63,Cs=3；Xp50=3557.69m3/s，Xp100=4096.65m3/s,Xp200=4628.03m3/s,Xp20=2846.66m3/s。7第二章施工组织设计第一节施工导流一、初拟导流方案选择导流方案时考虑的主要因素：水文条件、地形条件、地质及水文地质条件、水工建筑物的形式及施工期间河流的综合利用、施工进度、施工方法及施工场地布置等。本次设计根据已有的枢纽布置图，分析其地形、地质及水工建筑物布置，考虑到左岸有泄洪洞，右岸有引水洞，初拟采用全断面围堰隧洞导流方案。二、导流隧洞设计1、确定初期导流设计标准由基本资料知该枢纽Ⅱ等大（2）型工程，围堰高程在15~50m之间，可确定导流建筑物为4级建筑物，查导流建筑物洪水标准，可知该土石围堰导流标准重现期为10~20年，本次设计采用20年一遇，由基本资料知导流流量为Q=2846.66m3/s。2、导流隧洞半径的确定由大坝标准断面图可知上游围堰挡水位高程为517m，下游围堰高程为493.5m，由围堰为4级建筑物，查表2-1可知围堰安全超高为0.5m。表2-1不过水围堰堰顶安超高下限值（m）下游围堰堰顶高程由（2-1）式确定Hd=hd+hn+δ式中Hd－下游围堰高程（m）hd－下游水位高程（m）hn－波浪爬高，本次设计不考虑δ－安全超高，0.5m由（2-1）式可得hd=Hd–hn–δ=493.5-0.5=493m全段围堰隧洞导流，泄流量按有压流考虑，按（2-2）式计算，Q=μωHg2式中Q=导流流量△H上下游水位差，△H=hn－hdμ－淹没系数，0.68~0.75本次设计取0.7ω－导流隧洞断面面积，m2围堰型式围堰级别ⅢⅣ-Ⅴ土石围堰0.70.5砼围堰0.40.38由（2-2）可得ω=HgQ2=2481.9266.2846=187.4m2隧洞断面型式取决于地质条件，隧洞工作状况及施工条件，常用的有圆形、马蹄形、方圆形，本次设计采用圆形断面，则有ω=4=14.34.1874=15.45m3.导流隧洞长度的确定导流隧洞的布置，取决于地形、地质枢纽布置以及水流条件等因素，应布置在地质条件良好的山体中，洞轴线宜按直线布置，如有转弯时，转弯半径不小于5倍洞径或洞宽，转角不宜大于60°，弯道首尾应设直线段，长度不应小于3~5倍的洞径或洞宽，进出口引渠轴线与河流主流方向夹角宜小于30°，隧洞进出口位置应保证水力学条件良好，力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止冲刷，距离围堰应大于50m。本次设计隧洞在挡水时为导流隧洞，当坝体开始挡水时为泄洪隧洞，作为泄洪隧洞时采用龙抬头形式进水口，转弯半径取7.8b=7.8×15.45=121m。转角取55°，进出口引渠轴线与河流主流方向夹角取35°，隧洞由进口直线段，转弯段，出口直线段三部分组成，各部分长度如下：进口直线段L1=7.1×55=390.5m圆弧段L2=36055π×121=58.05m出口直线段L3=7.1×55=390.5m则隧