水利工程施工课程设计
C H A N G C H U N I N S T I T U T E O F T E C H N O L O G Y
水利工程施工组织课程设计
学生姓名：傅元帅
学院名称：水利工程与环境学院
专业名称：水利水电工程
班级名称：水电1243班
学号：
指导教师：张鸿远
长春工程学院水利与环境工程学院
2015 年10月9日
目录
前言 (2)
一、设计目的 (2)
二、施工基本资料概述 (2)
三、施工导流设计 (6)
1、施工导流方案的选择 (6)
2、施工导流时段的划分 (7)
3、施工导流设计流量的确定 (7)
4、围堰计算 (8)
四、施工截流设计 (14)
1、截流方法的选择 (14)
2、截流材料粒径确定 (15)
五、基坑排水 (16)
附表：施工进度计划表 (17)
附图：上下游围堰设计图 (18)
前言：
施工组织课程设计是一门基础课程，它对于一个水利水电专业的学生来说，有特别重要的作用，施工组织设计是学生在跨出校门，走上工作岗位之前，学校安排的一次重要的设计课程。设计对于锻炼一个学生的动手能力至关重要。
本次设计目的在于培养学生的动手能力以及具体问题具体分析的能力，做设计的同学都知道，理论与实际并不完全一样。设计过程中会遇到课本上没有包括的情况，这就要求我们能够联合所学知识跟实际遇到的工程概况，来对这其中的建筑物做适合的设计调整，以适合实际工况。
此次设计在张宏远老师和王忠诚老师的悉心指导下，在同学的互相帮助中，施工设计得以较好的完成。
设计中，由于我们水平有限以及所借资料比较陈旧。所以，设计中仍然存在着很多不足之处，甚至还存在错误之处。这些，希望老师给予指正。我们一定虚心学习，努力学习。在今后的工作生涯中，一定可以不断地完善自己，充实自己。
一、设计目的
目的在于巩固所学的基础理论知识，训练学生初步运用水利工程施工专业知识，针对具体的水利水电工程，全面分析水利水电工程的资料，通过对各种施工导流方案比较，选出最优方案，使工程达到既安全，快速施工又节约投资的目的，从而进一步了解水利水电工程施工导流设计的目的和任务，综合掌握水利水电工程施工的全貌，培养统筹全局的观念，为今后施工组织设计工作打下良好的基础。
（1）学生需掌握结合设计任务分析基本资料，进行导流方案选择；
（2）熟练运用参考书籍、设计手册及规范等辅助设计；
（3）学生掌握用图表和文字表达设计意图；
（4）了解国内外最新的施工技术参数和科学成果，适当应用到设计中，定出技术上可行、经济上合理、施工运用上安全可靠的施工导流方案并进行相应的导流建筑物设计、截流设计、拦洪度汛及基坑排水设计。
二、工程基本资料概述
选择长白站为参证站，点绘长白站历年逐月最大洪峰流量年内分布图，并描绘平顺的
外包线，根据洪水成因和变化过程确定分期，春汛期为:4月1日～5月20日;秋汛期为:9
月20日～10月30日。
分期洪水过程线
水库典型洪水过程线选择长白水文站,春汛典型年为1985年4月30日～5月2日;
秋汛典型年为1987年9月20日～22日，洪水历时为3天，时段△t=3小时。
截流期洪水计算
截流期洪水以水库坝址处历年月迳流资料进行统计，用矩法公式按连序系列计算统计
参数，采用P—Ⅲ型曲线适线，Cs与Cv的倍比为2.0。按适线最佳确定截流期洪水参数。
计算出水库坝址处P%=10、20的月平均流量。成果见表1.1。
横山水库坝址处截流期设计洪水
表1.1 单位： m 3
/s
水库坝下
100米处H ～Q 线
根据测绘院1993年施测的水库纵横断面及平面图，比降采用6.87‰，糙率根据河床组成主槽糙率采用0.045,边槽糙率采用0.06，用曼宁公式计算出水库 坝下100米处H ～Q 线,与洪调成果较为接近，见附图8。
青山水库库容曲线表
工程地质条件
横山水利枢纽位于长白县东北部的二十三道沟内，有公路相通，交通较为便利。横山水利枢纽由土石坝、岸边溢洪道组成，工程有关技术指标见表3.1-1。
工程主要技术指标一览表
表3.1-1
吉林省水利水电勘测设计研究院地质勘察岩土工程院受长白县水电局委托，于1993年8月～10月，对青山水库及双山梯级电站进行可行性阶段的工程地质勘察和天然建造材料的初查工作。 （1） 熔岩台地（Ⅰ）
分布二十三道沟河两侧，面积巨大，台面高程1064～1316m ，微向南东倾斜，坡度小于1o 。由第四系上更新统冰水堆积粘土、壤土、卵砾石含粘性土及下更新统玄武岩组成。其上林木繁茂，植被良好，部分发育有沼泽。
（2）河谷谷坡（Ⅱ）
由于河流侧向侵蚀和切割，形成较大的谷坡地形，从上游至下游形成由窄变宽，由浅至深，由陡变缓的特征。
二十三道沟河流两岸（青山水利枢纽坝址以上）坡高30～40m，坡度10°～21°，斜坡大部由崩积块石及坡洪积碎块石含粘性土组成，玄武岩裸露很少。
（3）一级阶地（Ⅲ）
分布二十三道沟河两岸，阶面高出河床5～10m，微向河床倾斜，坡度3°～5°，由冲洪积堆积物组成，其下为坡积层。
（4）河漫滩（Ⅳ）
分布二十三道沟河河床两侧，河漫滩高出河水面0.5～3m，河漫滩宽200～400 m，地形平坦，由冲积卵砾石含粘性土组成，局部夹粗砂，表部有火山灰砾和植土，其上发育有沼泽。
3.2. 地层岩性
设计需用的天然建材料别和设计需用量及调查的精度与储量列于表4-1。采用坑探为主，小手钻为辅的调查方法，储量计算主要采用平行断面法，部分为三角形法。
天然建筑材料设计用量与调查储量一览表
表4-1
A1土料场防渗土料质量评价表
注：1 括号内为新规范SL251-2000规定指标； 2 天然密度为1.56 g/cm3。
A2土料场防渗土料质量评价表
三、施工导流设计
导流标准就是导流建筑物的设计洪水标准，导流标准即某一洪水重现期，他是根据永久建筑物的级别确定，本次设计对象查《水利水电施工组织设计规范》采用十年一遇的洪水标准。
施工导流方案选择及导流标准确定
（1）施工导流方案的选择
选择导流方案时应考虑水文条件、地形条件、地质及水文地质条件、水工建筑物的形式及布置、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、施工期间河流的综合利用、施工进度、施工方法及施工场地的布置。
由地形图可知，本工程坝区内河谷不对称，左岸平缓，右岸谷坡较陡、汛期流量小、河漫滩宽200-400m.地形平坦，而且上游左岸有引水隧洞，所以设计两种可行方案。
方案一：采用全段围堰法，在左岸开挖引水隧洞，截流时引水隧洞用作导流隧洞。
第一年进行左右岸坝体的基础开挖和基础处理，同时开挖引水隧洞，第二年修筑上游围堰进行全段围堰截流，同时也进行溢洪道基础的施工，第三年主要是整体坝体加高和溢洪道修筑。
方案二：两段两期施工，一期右岸修建一期围堰利用束窄原河床导流，二期进行截流利用上游引水隧洞导流
第一年四月份开始进行右岸上下游围堰的填筑，同时右岸坝体施工，利用束窄河床泄流，第二年四月份到九月份进行二期围堰的填筑和坝体施工，利用引水隧洞泄流，且在九月份秋汛到来前坝体修筑到拦洪度汛高程以上，第三年主要修筑溢洪道和大坝观测设施。
方案比选：如果选择方案一，会增加龙口合龙的工程量，同时全段围堰法会大大增大原材料的使用量，经济上不合理，而且考虑到东北地区河流的冰凌现象，方案一不适合。同时考虑到经济问题、东北河流冬季河流冰凌期、河谷左岸地势平缓，右岸谷坡陡峭，右岸岩层稳定，所以比较适合用分段围堰法，因此选择方案二。
（2）施工导流时段的划分
在工程施工过程中，不同阶段可以采用不同的施工导流方法和挡水泄水建筑物，不同导流方法组合的顺序，通常称为导流程序。
导流时段就是按导流程序所划分的各施工阶段的延续时间，具有实际意义的导流时段主要是围堰挡水而保证基坑干地施工的时间，所以也称为挡水时段。
本次选定的方案为二段二期，一期为原河床导流并修筑引水隧洞，二期利用右岸引水隧洞导流。
第一年四月份进行束窄河床上下游围堰填筑，引水隧洞修建及左岸坝体修筑，第二年九月份中旬进行截流，修筑二期围堰并将坝体修筑到拦洪度汛高程以上，第三年进行填筑大坝观测设施，并修筑完成溢洪道。
（3）导流设计流量的确定
导流设计流量是选择导流方案、设计导流建筑物的主要依据。根据导流时段来确定导流设计流量。
一期围堰为不过水围堰，其导流设计流量就是选定导流标准的年最大流量 导流设计流量=158m3/s +13×5 =223 m3/s
（4）围堰设计
一期围堰堰顶高程计算：
根据基本资料知，本工程有两个土方料场，有充足的土料可供坝体和围堰的修筑。采用土石围堰可以充分利用当地材料或废弃的土石方，可就地取材，构造简单，施工方便。既可机械化施工又可以人工填筑，便于施工，易于拆除，并可在任何岩基上修筑。该枢纽为Ⅲ级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计指南》
表2-1可知，拟建Ⅳ导流建筑物和围堰为Ⅳ级，使用年限1.5~3年 确定围堰的高程和断面尺寸 导流设计流量=223m3/s
根据附图8坝下一百米水位流量关系曲线图可知水位为1250.3m 查附图可知，河床宽约为98m ，水深约为h=1250.3-1248.6=1.7m 过水断面面积为A1=176.4㎡ A2=70.56㎡
设束窄度为4.04
.17656.70k 12===
A A
束窄段河床平均流速为：
C V ==s
m A A Q /4.2)56.704.176(95.0223
)(21=-?=-ε
式中：C V 为束窄段河床平均流速 Q 为导流设计流量
ε为侧收缩系数，单侧收缩系数为0.95，两侧收缩系数为0.9
由于C V >2m/s,需对河床底部进行抗冲处理，如在河底铺设卵石、增大泄流断面面积、对原河床进行开挖处理。
原河床行进流速为：0V =
Q
A ε总
=
4
.17695.0223
?=1.32m/s
故水位壅高为：z=222c v g ?-2
02v g =
81.9232.181.920.854.22
2
2???—=0.26m
式中：z 为水位壅高 0v 为原河床行进流速 φ 为流速系数
查教材表知Ⅳ级土石围堰围堰安全超高为0.5m,即δ=0.5 上游围堰的堰顶高程为： 下游围堰堰顶高程为：
纵向围堰采用挑流式布置，利用丁坝将主流挑开，使纵向围堰沿线附近形成四流区，只要对回流程度加以适当控制，就可以简化全线防冲措施。 二期围堰堰顶高程计算：
泄流关系曲线：由基本资料知 D=2.5m R=D/4=0.625m 又进口水头损失系数
10.5
ξ= 出口2ξ=1.0
由于设计的导流隧洞为有压流，查《水利水电工程施工组织设计指南》
知，
33
.0625.0428004.5481.92111
4g 211
22
=??
?++=
?+
+=∑R
L c ξμ
式中：μ-流量系数
∑ξ
-从进口到出口局部损失系数之和
C-为谢才系数 R-水力半径 L-隧洞总长 隧洞面积：
A=3
27.375.0175.0225.114.3360106
m =?+?+??
单条隧洞泄量： q=0
004.581.927.333.02z z gz A c =???=μ
其中
1248
u 0-=H Z 为计入行近流速时的上下游水位差。
上游水位和隧洞总泄流量、水库库容关系表
采
用
10
年
一
遇
的洪水过程线进行调洪验算 调洪验算计算表
通过调洪验算出十年一遇洪水下最高水位为1272.0m 则：二期围堰高程为
H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m
（5）确定拦洪度汛标准
水利水电枢纽施工过程中，中后期的施工导流，往往需要由坝体挡水或者拦洪。坝体能否可靠拦洪与安全度汛，将涉及工程的进度与成败。
坝体拦洪标准：在主体工程为混凝土坝的枢纽中，若采用两段两期围堰法导流，当第二期围堰失效后，未完成的混凝土建筑物，不仅要担负宣泄导流设计流量的任务，而且还要起一定的挡水作用。所以根据选定的洪水标准，通过调洪计算，可确定相应坝体挡水或拦洪高程。
混泥土坝是允许过水的 ，若坝身在汛前不可能浇筑到拦洪高程526.44m 时，为了避免坝身过水时造成停止，可以在坝面上预留缺口度汛，待洪水过后，水位回落，再封堵缺口，全面上升坝体。
有已知的资料可知道，该水库的库容为2996万s /m 3
,查表可知道，混凝土坝度汛防
洪标准可选择10-20年一遇。本次设计中选择10年一遇。
有计算结果可以知道拦洪度汛高程为：
=
++=波浪安全上游水位上H H H H H=1272.0+0.5+0.5=1273.0m
围堰土石方计算
一期围堰黏土心墙所需黏土量为
5.16×39.2+5.16×（177.7+60）+4.66×39.2=1612.5m 3 一期围堰所需土石方量为
（ 3.69×2.46+1.5×2.46）×（39.2+177.7+60）+（2.94×1.96+1.5×1.95）×39.2 =2.6×104m 3
二期围堰黏土心墙所需土方量为
（1273.0-1246.0）×（98-39.2）+4.9×（98-39.2）=1165.5m 3 二期围堰堰体所需的土石方量为
（21×（1273-1246.0）×3×（1273-1246.0）+2
1×（1273-1246.0）×1.5×（1273-1246.0）
+（8×（1273-1246.0））×58.8 =2.03×104m 3 所需土方量统计表
四、施工截流设计
1、截流方法的选择 1.立堵法截流
立堵法截流是将截流材料，从龙口的一端或从两侧向中间抛投进占，逐渐束窄龙口直至截流。立堵法截流不需要在龙口架设浮桥或栈桥，准备工作简单，费用低，但截流是龙口的单宽流量较大，出现的最大流速较大，而且流速分布分布均匀，需要单个重要较大的截流材料。截流时工作前线较窄，抛投强度受到限制，施工进度受到影响。立堵法一般适用于流量较大，岩基或覆盖层较薄的岩基河床。
2.平堵法截流
平堵法截流事先要在龙口出架设浮桥，用自卸汽车延龙口全线从浮桥或栈桥上均匀，逐层抛填截流材料，直至高于水面为止。因此平堵法龙口单宽流量较小，出现最大流量较低，且流速分布不叫均匀。截流时工作前线长，抛投强度大，施工进度较快。评堵法截流适应在软基河床上。
由材料得河床覆盖层较薄，流量较大，立堵法较适合该河流截流。平堵法由于要架设浮桥或栈桥，费用较大。 2、截流水力计算 龙口宽度计算：
根据材料本工程选择9月份截流设计流量为18m 3/s 河床底高程为1248.7m. 利用图解法进行计算先计算龙口泄流量 式中：m 为流量系数 0H 为龙口上游水位 B 为龙口宽度
假设龙口宽度为5m 、10m 、15m 进行各个高程是龙口流量的计算：
上游水位与隧洞泄流量关系表 由于河床抗
冲流速为2m/s 则龙口宽度取8m
把Q 2=18m/s,B=8m 代入式 230
22H g Bm Q = 得H 0=1.3m 则流速V=
8
3.118
?=1.7m/s<2m/s 2截流材料粒径确定
立堵法截流时截流材料抵抗水流冲动的流速公式为 式中v 为水流流速 K 为综合稳定系数
γ为水的容重 1γ为石块的容重
D 为石块折算成球形的化引直径 由上式的10.0)1
187.28.9286.07
.1(
)2(
221=-?
??=-=γ
γγg
K V D
G=3.14/6×0.13 ×2.87=1.02kg 则截流材料的化引直径为0.1m 则截流材料粒径去0.75m
五、基坑排水设计
基坑排水设计修建水利水电枢纽时，在围堰合龙闭气之后，就要排除基坑的积水和渗水，保持基坑干燥以利施工。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的围堰及基坑的渗水和降水的排除。初期基坑排水流量一般可根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程的经验公式
其中初期排水时间对于大型基坑可采用5-7d,中型基坑不超过3-5d 初期排水，河沟宽39.2m,河沟长度为240m 水量二期排水量
一期围堰： V 34104.22402.39)0.12460.1272(m ?=??-= 则选择水泵每小时出水量要大于400m 3/h 二期围堰：
V 341067.32408.58)0.12460.1272(m ?=??-= 则选择水泵每小时出水量要大于612m 3/h
控制性施工进度表如下：
横山水库春汛设计洪水过程线