1、崔凯 水利工程施工课程设计目 录1 基本资料-3 1.1 工程概况-3 1.2 水文分析-3 1.2.1大坝坝顶及坝坡设计-3 1.2.2 心墙设计-3 1.2.3 反滤料设计-4 1.3 坝址地形地质情况-4 1.4 气候特征-4 1.5料场分布-5 1.5.1心墙土料场-5 1.5.2 土料的压实设计标准-6 1.5.3 砂卵石设计干密度-7 1.6 开竣工要求-8 1.7 水文资料-82 确定施工导流阶段-9 2.1确定施工导流阶段-9 2.2施工导流阶段-9 2.3坝体施工阶段-10 2.3.1坝体施工第阶段-10 2.3.2坝体施工第阶段-10 2.3.3坝体施工第阶段-10 2.3
2、.4坝体施工第阶段-10 3 确定形象进度-11 3.1 第一期工程量确定-11 3.2第二期工程量确定-12 3.3第三期工程量确定-12 3.4完建期工程量确定-12 3.5初拟施工方案的形象进度-12 4 确定各期的强度-13 4.1 确定有效施工期-13 4.2 挖运强度的确定-13 4.2.1 确定上坝强度-13 4.2.2 确定运输强度-14 4.2.3 确定开挖强度-15 5 确定挖运方案-17 5.1确定开挖机械的生产能力-17 5.2确定运输机械-17 5.3确定粘性土、反滤料、砂性土汽车装载有效方量-17 5.4确定运输工具周转一次的时间-17 5.5循环式运输机械数量n的
3、确定-185.5.1确定粘土料运输机械数量-18 5.5.2确定砂石料运输机械数量-18 5.5.3确定反滤料运输机械数量-19 5.6复核挖运机械的参数-19 6 确定填筑方案-20 装订线1.基本资料1.1 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
4、7308万kWh。枢纽属等大（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。其工程特性见附表。1.2 坝体设计1.2.1 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.
5、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
6、用堆石填筑。1.2.2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%。1.2.3 反滤层设计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
7、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。1.2.4 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。1.3 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300500。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
8、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520m。1.4 气候特征气温，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
9、.3 降水，多年实测资料分析见表2。表2月份123456789101112全年(天数)月平均天数5mm以下510mm1015mm1520mm2030mm30mm以上4.3000002.3000005.7000008.7000001510000171.70.30001230.70.70.30.3144210.309.7210.70.70.371.70.30002.700000600000104.312.34.32.31.70.71.5 料场分布1.5.1 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
10、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天然含水量偏高，土料均需要翻晒后方可上坝。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，
11、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、武家庄料场区、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。1.5.2 土料的压实设计标准土料干法制样湿法制样max(g/cm3)op(%)max(g/cm3)op(%)狮子头1.70018.8荞麦窝1.72018.81.
12、68020.2武1.70519.21.67921.0上黄池1.71419.31.67420.9钟楼山1.69719.01.67519.7表3 土料最大干密度和最优含水量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。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1.70017.62122凸块8遍，气胎4遍荞麦窝1.72618.82527凸块8遍，气胎4遍武1.72019.92530凸块8遍12遍后，局部剪切破坏上黄池1.69018.62325凸块8遍8遍后，个别地方剪切破坏表4 土料现场碾压试验成果考虑到黑河大
13、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。1.5.3 砂卵石设计干密度坝壳砂卵石料采用黑河大桥下游0.56km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
14、干容重(t/m3)松土折自然土系数设计干容重d (t/m3)粘性土砂砾料砂砾料反滤料16%5%5%5%1.451.651.651.650.860.710.730.711.682.332.242.331.6 开竣工要求1998年10月开工，2001年12月竣工。说明：在本次设计中可不考虑基础开挖与处理事宜，但应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）。要求同学们初拟施工进度计划。1.7 水文资料可采用的水文资料如下：CV=0.63,Cs=3；Xp50=3557.69 m3/s，Xp100=4096.65 m3/s, Xp200=4628.03 m3/s, Xp20=2846.
15、66 m3/s。2 确定施工导流阶段2.1 计算坝前水深工程于1998年10月开工，2001年12月竣工，工程总历时39个月，在整个施工期共经历了3个汛期，综合各方面考虑，进行施工分期。 根据有压流计算公式 Q=(2gz)1/2，可推算出工程正常运行时的流域面积=Q/(2gz)1/2=Xp500/(2gz)1/2=5100/0.75（29.8（594-493.5）1/2 =153.2m2 当遇到20年一遇洪水时，在坝前水位： p20=X2p20/222g +493.5 =2846.662/0.752153.2229.8+493.5=524.8m 同理可知 当遇到50年一遇洪水时，在坝前水位：p
16、50=542.4m 当遇到100年一遇洪水时，在坝前水位：p100= 558.4m 当遇到200年一遇洪水时，在坝前水位：p200=576.3m2.2 施工导流阶段 本工程采用全段围堰法和隧洞导流相结合的导流方案。2.3 坝体施工阶段2.3.1 坝体施工第阶段 第一次汛期来临前可归为坝体施工阶段共九个月即1998年10月至1999年6月，由于作业面宽，这一段为施工高峰期，根据坝体剖面尺寸，可估算出汛期来临时即1999年6月底，坝体施工高度达到517m。 第一次拦洪度汛（1999年7月-1999年9月），根据拦洪标准第一次拦洪度汛应能拦截50-20年一遇洪水，此阶段为施工期，坝体继续上升，根据水
17、文计算可知在围堰作用下，20年一遇洪水可拦截，50年一遇洪水无法拦截，为确保坝体安全，用围堰挡水隧洞泄水。 2.3.2 坝体施工第阶段 第一次拦洪度汛至第二次拦洪度汛期来临可作为坝体施工第阶段，即1999年7至2000年6月，共12个月，作业面较第一次施工窄，根据填筑方量估计到2000年6月底，坝体施工高度达到577m。第二次拦洪度汛即2000年7月至9月，根据拦洪标准第二次拦洪度汛应能拦截200年一遇洪水，已知水库总库容为2亿m3,有效库容1.774亿m3,校核水位598.04m，死水位520m，直线内插可得坝前水位577m时拦洪库容1.52亿m3,能拦截200年一遇洪水。 2.3.3 坝体
18、施工第阶段此施工期共经历12个月，作业面继续变窄，施工强度低， 2001年6月坝体施工高度594m，累计施工高度17m。 第三次拦洪度汛2001年7月至2001年9月，此时坝体高度达594m，直线内插可得拦洪库容为1.91亿m3，能拦蓄500年一遇洪水。 2.3.4 坝体施工第阶段2001年7月至2001年12月此阶段为完建期，施工作业面减小，施工强度最小，2001年12月底工程基本完工，此阶段累计高度6m。3 确定形象进度3.1 第一期工程量确定 初步估计第一期土体方量V=253.79万m3,V粘=71.22万m3, V反=9.99万m3,V石=172.57万m3 517 4 510 3 4
19、93.5 2 484 475.2 1由图上比例3.6/80.2=4/L475.2可测得L475.2=89.1m,L484=120.3 m,L493.5=289.6m,L510=289.6m,L510=285.16m,L517=289.6mS=S1+S2+S3 +S4 =(120.3+89.1)(484-475.2)0.5+(289.6+120.3) (493.5-484)0.5+289.6(510-493.5)+(289.6+285.16) (517-510)0.5=9658.45m2B484=440-(600-484)ctg45o-(600-484)ctg52o=233.37m B517=4
20、40-(600-517)ctg45o-(600-517)ctg52o=292.15m B= (B484+ B51)/2=262.76mV=BS=262.769658.45=253.8104m3S粘=(55.7+77.97) (517-475.2) /2=2793.7m2B粘=(B517+B475.2)/2=254.9mV粘=S粘B粘=712177.76m3S反=49.01（3+5）=392.09m2V反=392.09254.9=99943.7m3V石=V-V粘-V反=1725732.84m3同理可得第二期、第三期、完建期工程量如下。3.2 第二期工程量确定 估计第二期土体方量V=458.94万
21、m3,V粘=78.19万m3,V反=18.95万m3,V石=361.79万m3。3.3 第三期工程量确定 估计第三期土体方量V=47.84万m3,V粘=9.49万m3, V反=2.95万m3, V石=35.49万m33.4 完建期工程量确定估计完建期土体方量V=6.01万m3, V粘=1.35万m3, V反=1.55万m3,V石=3.18万m3,S=139.92m2,B=434.61m3.5 初拟施工方案的形象进度 项目工作量(m3)日期坝体一期253.81998年10月1999年6月平均强度28.2 (m3/月)坝体二期458.941999年7月2000年6月平均强度38.25 (m3/月)
22、坝体三期47.842000年7月2001年6月平均强度3.99 (m3/月)完建期6.012001年7月2001年12月平均强度1.0 (m3/月)施工形象进度计划4 确定各期的强度4.1 确定有效施工期根据规范，法定节假日和各月因雨天停工天数如下表： 一月元旦1天，二月春节3天，五月劳动节3天，十月国庆节3天。施工工作日分析表123456789101112一期二期三期完建期粘土2522252113853817272518319919985反滤料302531303029272726283031264344344169石料3025313030303031292930312663563561804.2 挖运强度的确定土石坝施工的挖运强
