水利工程施工课程设计

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

XXX

指导老师:

2014 年09 月19 日

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------------------------------------------------------------------------------- 4

1.2.3 天然建筑材料------------------------------------------------------------------------------- 5 二，施工导流与围堰设计---------------------------------------------------------- 6

2.1 导流方案的选择与时段划分------------------------------------------------- 6

2.2 倒流建筑物级别划分表----------------------------------------------------- 7

2.3 施工设计洪水过程线------------------------------------------------------- 8

2.4 施工设计洪水分析与计算--------------------------------------------------- 9

2.4.1 确定围堰型式------------------------------------------------------ 9 三，截流设计与相关水力计算----------------------------------------------------- 18

3.1 、方式：立堵法--------------------------------------------------------- 18

3.2 、截流日期------------------------------------------------------------ 18

3.3 、进行龙口泄量计算---------------------------------------------------- 19 四，基坑排水------------------------------------------------------------------ 21 五，工程量计算---------------------------------------------------------------- 23

5.1 、围堰工程量计算------------------------------------------------------ 23

5.2 、坝体工程量计算------------------------------------------------------- 23 六，课程设计心得体会-----------------------------------------------------------25

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

20 年10 年 5 年

时段

汛期607 455 293

1～3 月份0.98 0.75 0.52 枯水期

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～容积关系曲线水位面积容积水位面积容积（m）（万m2）（万m3）（m）（万m2）（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

1.2.2 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。

走向倾向

表

倾角

4 左坝肩节理统计表

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

5距20cm 左右，节理面可见黄褐色锈染。

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 ／m im ·m·m，属于微透水。本次勘察地下水位埋深0.13 ～

1.6m ，高程49

2.64 ～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

使用年限

导流建筑物规模

级别

保护对象

失事 （年）

围堰高度 (m)

库容 (10 8m ３ )

后果

有特殊要求 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）

的 1

3

机组发

级永久性 ＞ ＞ ＞ 水工建 筑

电，造成重大灾害和损失

3

50

1.0

物

淹没一般城镇、 工矿企业、 或影响工

1 级、

2 级永

程 总工期及第一台 （批）机组发电 4

久性 水工 而造成 1.5 ～ 3

15 ～ 0.1 ～ 1.0

建筑物

较大经济损失

50

3 级、

4 级永久 淹没基坑、 但对总工期及第一台 （批）

5

性 机组发电影响不大，经济损失较小

＜1.5

＜ ＜ 水工建筑物

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；

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

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

3

3

注：导流设计流量 =293 m /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 m /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 H u =h u +δ+h a 上

=498.511+0.5+0.5=499.511m

Q mb 2g H （自由溢流）

1.5 1

Q u 2gH 2

（有压出流）

—底孔断面面积， m 2;

H 1——上游水位到底孔底高程水位差 (m)； H 2 ——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 H 1 ,底孔高 a

若 H 1/a >1.5 则为有压出流 ,流量公式用有压出流。

若 H 1/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）。 下游围堰堰顶高程 H d =h d +δ+h a 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：

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 1

2.17 498.4

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 0.3

5 37.18 500.5

4.3 0.35 41.44 500.8

4.6 0.35 4

5.86 501.1

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 0.75 94.91 502.4

6.2 0.75 98.28 502.7