水利工程施工-课程设计本科学位论文.doc

水利工程施工课程设计说明书
（2014-2015年度第1学期）

学 院：________XXXXXX___
专 业： 农 业 水 利 工 程
班 级： 水利1142
姓 名： XX
学 号： 11064212XX
指导老师: XXX

2014年09月19日

22

目 录
一，基本资料 1
1.1工程条件 1
1.2水文、气象条件设计资料 2
1.2.1水文气象条件 2
1.2.2工程地质条件 3
1.2.3天然建筑材料 5
二，施工导流与围堰设计 5
2.1导流方案的选择与时段划分 5
2.2倒流建筑物级别划分表 6
2.3施工设计洪水过程线 7
2.4施工设计洪水分析与计算 8
2.4.1确定围堰型式 8
三，截流设计与相关水力计算 16
3.1、方式：立堵法 16
3.2、截流日期 16
3.3、 进行龙口泄量计算 17
四，基坑排水 18
五，工程量计算 20
5.1 围堰工程量计算 20
5.2、坝体工程量计算 20
六，课程设计心得体会 21

一，基本资料
1.1工程条件
鸽子洞水电站是以发电为主，结合防洪、工业及生活供水，兼顾灌溉等综合利用的小（1）型水利枢纽工程，枢纽建筑物包括蓄水池和电站。蓄水池拦河坝为浆砌石重力坝，坝顶长315.0m，最大坝高43.5m，总库容910万m3。电站布置在蓄水池拦河坝下游河床右侧，装机容量520kW，装有2台单机容量分别为200kW和320kW的机组，水电站年平均发电量65.59万kW.h，通过电站尾水每年可向下游提供270万m3水量。
主要工程量：坝基砂卵石等土石方开挖7.17万m3，石方明挖5.47万m3 ，洞挖石方0.04万m3，土石方回填6.09万m3，混凝土浇筑3.17万m3，平硐衬砌混凝土145m3，钢筋及钢材制安300t，C10混凝土砌块石11.94万m3，M10砂浆砌条石2.93万m3，砂浆砌块石385m3，坝基固结灌浆4598m，坝基帷幕灌浆4374m。金属结构设备安装各类型闸门7扇，启闭机7台，电站装设型号为HL160-WJ-50、HLA153-WJ-50的混流式机组各1台。
工程所在地对外交通条件较好，现有101国道从其下游通过，从坝址现有砂石路3.5km在三道河子村附近与其相接。坝址下游地势较开阔，有可供施工时使用的生产及生活设施的场地。
工程所用块石可由蓄水池上游的王土坊村块石场开采，储量丰富，完全可满足本工程之需，运距2.5km左右；混凝土粗骨料由王丈子村的人工料场供应，运距20km左右，砂子可由水库下游二道河子村附近河道的滩地开采筛分，运距10km左右。施工用电由城西变电站提供，可从该变电站511线路“T”接10kV高压线路，“T”接地点在王土坊乡三道河子村附近，距工地3.5km。
工期要求。根据建设单位意见及工程实际情况，初步拟定工程施工期为三年。
1.2水文、气象条件设计资料
1.2.1水文气象条件
鸽子洞水电站坝址区处于温湿带和寒温带过渡地带，属大陆性燕山山地气候，四季分明，春季干旱少雨，天气多变；夏季高温多雨，多雷雨天气；秋季天高气爽，昼暖夜凉；冬季干燥少雪，天气寒冷。据统计，年平均气温8.0℃，最高38℃，最低-23℃，全年无霜期110～170d，多年平均降雨量为560mm，降雨量年内分配极不均匀，年降雨量的70～80％集中在6～9月份。受降水不均影响，坝址处洪、枯流量相差悬殊（汛期为7、8两月，枯水期为9月1日至次年6月30日）。
表1坝址处天然河道洪峰流量表
重现期
时段
20年
10年
5年
汛 期
607
455
293
枯水期
1～3月份
0.98
0.75
0.52
4～6月份
92.9
64.1
23.9
9月份
42.9
28.9
16.5
10～12月份
3.73
2.71
1.76
9～5月份
101.3
58.1
25.0
表2拦河坝址下游100m处水位流量关系表
水位（m）
492
493
494
495
496
497
498
499
500
流量（m3/s）
14.8
68.9
282
532
1233
2227
3434
4758
6311
表3鸽子洞水电站水位～面积～容积关系曲线
水位
（m）
面积
（万m2）
容积
（万m3）
水位
（m）
面积
（万m2）
容积
（万m3）
495
0
0
514
33.8
222
496
0.6
0.3
515
35.8
257
497
1.4
1.3
516
38.2
294
498
2.2
3.1
517
40.6
334
499
3.2
5.8
518
42.6
375
500
3.8
9.3
519
44.6
419
501
4.6
13.5
520
46.4
464
502
5.4
18.5
521
48.4
512
503
6.2
24.3
522
50.8
561
504
7.3

31.1
523
52.4
613
505
8.4
38.9
524
54.2
666
506
9.8
48
525
56
721
507
12
58.9
526
57.8
778
508
14
71.9
527
59.8
837
509
18
87.9
528
61.2
898
510
22
108
529
63
960
511
26
132
530
64.4
1023
512
29
159
531
66
1089
513
31.6
190
532
67.6
1155
1.22工程地质条件
（1）鸽子洞水电站坝址区河谷两岸不对称，左岸较陡，基岩裸露，右侧有一、二级阶地存在，以缓坡形式分布于右岸。河床宽60m，覆盖层为砂卵石，一、二级阶地表层为砂壤土或含碎石壤土。
（2）河床覆盖层为砂卵石，厚6.3～7.9m，一、二级阶地表层为壤土，厚2～5m，下部为砂卵石层,厚5～7m。河床底部及左岸为中、粗花岗岩，岩石坚硬完整，全、强风化厚度0.5～3m。右坝肩表层为坡残积（dl+elQ2）的含碎石壤土，厚2～4m左右；其下为粗粒花岗岩，全强风化厚度约7.6m，主要分布在右坝肩部位；强风化厚度约2～3.8m，主要分布在坝址区及右坝肩。
（3）现坝址区地面高程494.9～493.4m,坝基的开挖基槽内，人工浆砌石厚度1.7～2.7m，层底高程492.04～491.33m，为弱风化花岗岩，较新鲜完整。其下部混凝土垫层厚度0.8～2.0m，层底高程490.84～488.0m。混凝土呈浅灰色，局部可见蜂窝，骨料成分为花岗岩，一般粒径1～4cm。混凝土垫层下为花岗岩，风化程度以弱风化为主，靠近右侧坝肩局部表层存在强风化岩，厚度约2.7m。钻孔揭露弱风化岩层厚度15.8～31.8m，未揭穿。
（4）库区有区域性的平顶山断层通过，最近处距右坝肩270m，断层长度7km，走向NE25°，倾向NW，倾角75°，断层胶结比较好，现阶段坝址区测绘及钻孔揭露岩体未发现受其影响现象左、右坝肩岩体节理发育情况如下：
左坝肩：基槽已开挖至弱风化花岗岩，表层可见风化裂隙，发育多组节理，节理面可见黄褐色锈染，节理面多呈闭合，局部张开，宽度1cm左右。节理统计见表3-1。
右坝肩：表层强风化花岗岩厚度较薄，节理发育，局部张开，宽度0.5～1cm，节理面见黄褐色锈染，主要发育3组节理，节理统计见表。
表 4左坝肩节理统计表
走向
倾向
倾角
描述
条数
NW305°
SW
45°
闭合，节理间距10～23cm
13
NE23°
SE
85°
闭合，节理间距20～30cm
7
近EW
N
80°
节理间距15cm左右
14
表5右坝肩节理统计表
走向
倾向
倾角
描 述
条数
近EW
S
72°
节理闭合，表面张开，宽度0.5～1cm,节理间距20cm左右，节理面可见黄褐色锈染。
5
近EW
N
65°
节理间距15～20cm
4
NE76°
NW
30°
节理间距15cm左右
14
（5）1976年钻孔基岩压水试验成果表明，单位吸水量ω值为0.035L／mim·m·m，属于微透水。本次勘察地下水位埋深0.13～1.6m，高程492.64～494.37m。压、注水试验结果说明虽然局部岩体节理较发育，但闭合性较好，连通性差。
1.2.3天然建筑材料
鸽子洞水电站蓄水池高山环绕皆为花岗岩，由于节理方向的影响，花岗岩大体呈方状，是很好的筑坝材料。70年代水库施工时，在蓄水池上游王土坊村设了7个采石场，目前平泉县所需石料皆由上述采石场供应，经调查，石料储量丰富，可满足本工程之需，石料运距约2.5km。
鸽子洞水电站蓄水池拦河坝坝址附近河滩较窄且河道纵坡较陡，河床覆盖层以砂卵石为主，并含有大卵石及漂石，中细骨料较少。在拦河坝坝下游20km左右有王丈子人工碎石料场，石子为石灰岩，其品质和储量满足要求，可作为工程的粗骨料场；在拦河坝坝下游10km有二道河子砂场，可作为工程的细骨料场。
二，施工导流与围堰设计
2.1导流方案的选择与时段划分
选择导流方案时，主要考虑水文条件、地形条件、工程及水文地质条件、水工建筑物的型　式及其布置，施工期河流的综合利用，施工进度等。分析工程条件的水文资料可知：河床较宽且流量大，所以选择围堰法导流。
经过课设资料及《水利水电工程施工组织设计指南》查询得出如下结论：该坝为4级永久性水工建筑物，则导流建筑物规模为围堰高度<15m，库容<0.1x108m3。再根据导流建筑物洪水标准，选择导流建筑物为5级临时水工建筑物，洪水标准为5年一遇。坝体施工期临时渡汛洪水标准为10年一遇。
选择导流方案时，主要考虑水文条件、地形条件、工程及水文地质条件、水工建筑物的型式及其布置，施工期河流的综合利用，施工进度等。分析工程条件的水文资料可知：坝址处汛期、枯水期流量相差悬殊，选择围堰法导流。
第一种方案：断流围堰加旁侧泄水建筑物组合的导流方式
第二种方案：采用分期围堰导流方式
第三种方案：明渠导流方式
比较所给三种方案，第一种和第三种龙口较宽，在合龙睦增加合龙的工程量，故不合理。故选择第二种方案。在枯水期先围右岸及溢流坝段河床，进行右岸施工，在汛期利用左岸坝段缺口进行泄流。
根据施工进度和实际情况（存在已在坝基），将本枢纽分为两段三期。其中左岸坝段自成一段，右岸坝段和河床坝段分为一段。
时段划分：第一期：4月到第二年8月，进行右岸及溢流坝段施工。第二期：从第二年4月到6月，左右岸和合龙坝段同时进行施工。第三期：从第二年7月到第三年4月整体坝段进行施工全面提升坝段达到坝顶高程。
2.2倒流建筑物级别划分表

级别

保护对象

失事后果
使用年限
（年）
导流建筑物规模
围堰高度(m)
库容 (108m３)

3
有特殊要求的1
级永久性水工建 筑物
淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或 推迟工程总工期及第一台（批）机组发
电，造成重大灾害和损失

＞3

＞50

＞1.0

4

1级、2级永久性 水工建筑物
淹没一般城镇、工矿企业、或影响工程 总工期及第一台（批）机组发电而造成
较大经济损失

1.5～3

15～50

0.1～1.0

5
3级、4级永久性
水工建筑物
淹没基坑、但对总工期及第一台（批）
机组发电影响不大，经济损失较小

＜1.5

＜15

＜0.1
注1:导流建筑物包括挡水和泄水建筑物，两者级别相同；

摘录：《水利水电工程施工组织设计指南》中国水利水电出版社

2.3施工设计洪水过程线
5年一遇 汛期洪水过程线（Q~T关系）
时间
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
流量
0
30
78
139
211
293
230
178
132
55
23
五年一遇汛期洪水过程线

5年一遇 枯水期洪水过程线（Q~T关系）
时间
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
流量
0
6
13
17
20
25
22
16
10
6
3

2.4施工设计洪水分析与计算

2.4.1确定围堰型式
本枢纽属4级水工建筑物，故拟建5级围堰。根据地质和土壤条件，采用土石围堰。
2.4.2确定围堰堰顶高程和断面尺寸：
（1）一期围堰堰顶高程
5年一遇汛期坝体缺口泄流洪水过程线调洪表

注：导流设计流量=293/s
上游水位高程为498.511m，根据不过水围堰堰顶安全加高下限
土石围堰加高下限为0.5m。上游围堰波浪爬高取0.5m。
当下泄流量达到291.2/s 时，由已知资料查原河道水位流量表知此时对应的下游原河道水位为494.035m，则
上游围堰堰顶高程Hu=hu+δ+ha上=498.511+0.5+0.5=499.511m
下游围堰堰顶高程Hd=hd+δ+ha下=494.035+0.5+0.5=495.035m
纵向围堰采用混凝土矩形断面，坝身段为永久建筑物
（2）二期围堰堰顶高程
二期围堰采用坝体底孔泄流。泄流公式为：
（自由溢流）
（有压出流）
—底孔断面面积，m2;
H1——上游水位到底孔底高程水位差(m)；
H2——上游水位到底孔中心高程水位差(m)；
a——底孔高（m）
m——流量系数（一般采用0.32-0.35）
u——流量系数（一般采用0.75估算，详细计算见有关手册）
b——底孔底宽（m）。
上游水位到底孔高程H1,底孔高a
若H1/a >1.5 则为有压出流,流量公式用有压出流。
若H1/a <1.5 则为无压出流，流量公式用自由溢流计算公式。
上游水位与底孔下泄流量关系（无压出流）
H孔底起算上游高程m
流量系数m
Q下泄流量（m³/s）
上游水位高程m
0.1
0.35
0.14
496.6
0.4
0.35
1.17
496.9
0.7
0.35
2.72
497.2
1
0.35
4.64
497.5
1.3
0.35
6.89
497.8
1.6
0.35
9.40
498.1
1.9
0.35
12.17
498.4
2.2
0.35
15.16
498.7
2.5
0.35
18.37
499
2.8
0.35
21.77
499.3
3.1
0.35
25.37
499.6
3.4
0.35
29.14
499.9
3.7
0.35
33.08
500.2
4
0.35
37.18
500.5
4.3
0.35
41.44
500.8
4.6
0.35
45.86
501.1
4.9
0.35
50.42
501.4
5.2
0.35
55.12
501.7
上游水位与底孔下泄流量关系（有压出流）。
H孔底起算上游高程m
流量系数
Q下泄流量（m³/s）
上游水位高程m
5.3
0.75
87.78
501.8
5.6
0.75
91.42
502.1
5.9
075
94.91
502.4
6.2
0.75
98.28
502.7
6.5
0.75
101.54
503
6.8
0.75
104.70
503.3
7.1
0.75
107.76
503.6
7.4
0.75
110.75
503.9
7.7
0.75
113.65
504.2
8
0.75
116.48
504.5
8.3
0.75
119.24
504.8
8.6
0.75
121.94
505.1
上游水位与底孔下泄流量关系（有压出流）。
H孔底起算上游高程m
流量系数
Q下泄流量（m³/s）
上游水位高程m
5.3
0.75
87.78
501.8
5.6
0.75
91.42
502.1
5.9
0.75
94.91
502.4
6.2
0.75
98.28
502.7
6.5
0.75
101.54
503
6.8
0.75
104.70
503.3
7.1
0.75
107.76
503.6
7.4
0.75
110.75
503.9
7.7
0.75
113.65
504.2
8
0.75
116.48
504.5
8.3
0.75
119.24
504.8
8.6
0.75
121.94
505.1

5年一遇枯水期底孔泄流洪水过程线调洪计算表

上游水位高程为499. 478m，根据不过水围堰堰顶安全加高下限
土石围堰加高下限为0.5m。上游围堰波浪爬高取0.5m。
当下泄流量达到23.6/s 时，由已知资料查原河道水位流量表知此时对应的下游原河道水位为492.02m，则
上游围堰堰顶高程Hu=hu+δ+ha上=499.478+0.5+0.5=500. 478m
下游围堰堰顶高程Hd=hd+δ+ha下=492.02+0.5+0.5=493.02m
（3） 围堰的断面尺寸
根据《水利水电工程施工组织设计手册》土石围堰堰顶宽度，5级围堰高度小于15m，上面试算得出的围堰高程得出围堰高度小于10m，围堰堰顶宽度为3.5m。
迎水面坡度为取1:1.5，背水面坡度为,取1:1.5，心墙顶宽度取0.8m。坡度为0.2～0.6，取0.2。
二期上游横向围堰最大断面尺寸如图：

纵向围堰：

一、二期围堰平面布置图:

3、确定拦洪高程
Q1
Q2
q1
q2
△V(万立米）
V
Z
0

0

0.8
496.5
12
7.5
4.86
24
15
5.66
498.6519
57
41.5
16.74
90
68
22.4
502.5345
125
86.5
41.58
160
105
63.98
507.3292
307.5
124.5
197.64
455
144
261.62
511.8911
402.5
155.5
266.76
350
167
528.38
515.1032
280
171.5
117.18
210
176
645.56
521.318
145
174.5
-31.86
80
173
613.7
523.5992
70
150
86.4
60
167
527.3
521.2959
50
160
-118.8
40
153
408.5
520.2221
34.5
76.5
-45.36
29

363.14
517.7176

上游拦洪高程：=523.5992+0.5+0.5=524.5992m
三，截流设计与相关水力计算
3.1、方式：立堵法
3.2、截流日期
由于河流枯水期在9月1日至次年6月30日，由于为续基坑工作和主体建筑物施工留有余地，不能影响整个工期，因此截流日期应尽量提前，一般多选择在枯水期初，流量已有显著下降时，故将截流日期定于9月1日，流量Q=16.5×0.8=13.2m³/s,相应的河道水位为了492.52m，龙口选在河床主流部分。
3.3、 进行龙口泄量计算
设计截流量为13.2/s 。查流量系数m＝0.32～0.35，取m＝0.34，根据公式，计算结果如下：
B
V
q
z
0.000
0.000
0.000
3.210
0.700
1.903
26.400
3.155
1.400
1.858
3.300
2.820
2.100
1.817
2.933
2.547
2.800
1.782
2.640
2.325
3.500
1.751
2.400
2.138
4.200
1.725
2.200
1.977
4.900
1.703
2.031
1.839
5.600
1.686
1.886
1.719
6.300
1.674
1.760
1.612
7.000
1.668
1.650
1.515
7.700
1.675
1.553
1.421
8.400
1.677
1.467
1.341
9.100
1.676
1.389
1.271
9.800
1.671
1.320

1.210
10.500
1.664
1.257
1.156
11.200
1.655
1.200
1.107
11.900
1.645
1.148
1.064
12.600
1.634
1.100
1.023
13.300
1.622
1.056
0.988
14.000
1.609
1.015
0.955

龙口诸水利参素变化规律图

龙口宽度
流速
截流材料
0
0
麻袋装土（0.7m*0.4m*0.2m）
0.7
1.902595957
1.4
1.85797433
2.1
1.816596675
2.8
1.781765948
3.5
1.751283064
4.2
1.724679208
4.9
1.703047203
5.6
1.686118858
6.3
1.673907184
7
1.667791615
7.7
1.675283384
8.4
1.677462754
9.1
1.675663112
9.8
1.670809816
10.5
1.663661376
11.2
1.654816491
11.9
1.644634717
12.6
1.633569679
13.3
1.621733274
14
1.609442642

四，基坑排水
截流戗堤合龙闭气后，要排除基坑的积水和渗水，以利于开展基坑施工工作。
基坑排水按排水时间及性质可分为：1、基坑开挖前初期排水，包括基坑积水、基坑给水排水过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除；2、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、岩基冲洗和混凝土养护用废水的排除。此处只对基坑进行初期排水，围堰渗水忽略不计。

根据多年平均降雨量为560mm，降雨量年内分配极不均匀，年降雨量的70～80％集中在6～9月份，选80%降雨量在7、8月份，其中10%在九月份故：9月降雨量为：560*80%*10%=44.8mm。基坑平面面积为836m2
初期排水流量一般根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程经验，按如下公式确定：

Q：初期排水流量/s；
V：基坑积水体积；
T：初期排水时间s.
土石围堰基坑水位允许下降速度0.5-1.5m/d，基坑排水时间不超过3-5d。
计算得：
每日排水量m³
基坑积水体积V=1136+44.8=1180.8m³
m/s
则一天排水量为：1180.8m3.排水装置为离心式水泵，根据6SA-6型水泵最小排水流量为126/s,即0.035/s。一天排水流量为1.41m/d基坑水深2.25m，需1.59d。按每天0.8m速度排水则须，故每天水泵只需工作4.72h。
五，工程量计算
5.1、 围堰工程量计算
围堰工程量计算
横向
纵向
一期围堰上游
一期围堰下游
一期围堰上游
一期围堰下游
5034.2384(m3)
96.58
1306.35
394
二期围堰上游
二期围堰下游
二期围堰上游
二期围堰下游
6843.469

1306.35
394

5.2、坝体工程量计算
桩号
面积
平均面积
桩距
工程量
0+092.7------0+122.7
544.256
528.02
30
15840.5
0+122.7------0+152.7
511.77
506.37
30
15191.01
0+152.7------0+182.7
500.95
473.89
30
14216.77
0+182.7------0+212.7
446.83
417.83
30
12535.05
0+212.7------0+242.7
388.84
342.83
30
10285.03
0+242.7------0+272.7
296.82
250.44
30
7513.095
0272.7------0+308.5
204.04
102.02
35.8
3652.39

0+0000-------0+037.7

13814.88
0+037.7------0+071.7

13109.04
0+071.7------0+092.7

8845.2

115002.6
大坝主体采用浆砌石结构，坝面采用条石护坡，部分位置采用混凝土施工。根据实际工程经验，浆砌石施工为人工施工，人工施工的施工强度为15m3/d.人。机械开挖的强度为1000m3/d台班。
六，课程设计心得体会
这次设计从资料的分析，X老师的指导下，我们进行了施工导流的方案选取，导流的设计及其相关数据的试算。我不懂的地方还很多，通过询问老师和学习好的同学我也学到了许多，肃然现在还有许多不明白的地方但是今后的学习生活中我会加强对这一方面的学习，通过这次课设，让我对书本上的内容有了更深刻的理解。同时也上网上查资料和上图书馆借阅有关设计的参考书，锻炼了自己的动手能力，在做课设过程中有太多的不明白，而且做到后边的时候有些数据不对，只能重新试算有些数据，不过重新试算的时候我比第一次认真仔细，不过多做一遍还是有好处的，让自己加深了记忆，知识掌握的就更牢固。
这次课设让我学习及熟悉了很多东西，通过计算机试算数据，修改ＣＡＤ图，编写课设报告等都让我对计算机的操作得到了锻炼，而且上图书馆查阅规范等也锻炼了我的动手动脑能力，以后我会加强对这些知识的学习。