1、 1 某混凝土重力坝施工导流设计 一、工程概况 本水库是该流域水利水电建设规划中的主体工程之一。 坝址位于某乡上游 3km处，控制流域面积 317km2， 坝址处多年平均流量 11.1m3/s，年径流总量 3.5 108m3。本工程是一座兼有防洪、灌溉、发电、水产养殖效益的综合开发的水利枢纽 工程 。 工程总库容为 1.6 108m3，正常高水位 130.0m，死水位 112.0m，设计洪水位 130.74m，校核洪水位 132.4m，水库有效库容达 1.0 108m3，为年调节性水库。 该工程拦河坝的坝型为砼重力坝，电站布置在河床右侧的非 溢流坝段的后面， 为坝后式布置，坝顶全长 315m，
2、坝顶高程 135m， 其中左非溢流坝坝段长度为 100m，溢流坝段长度为48m，右非溢流坝段长度 167m，溢流坝段布置在河床中部偏左岸，设有 3 孔 6m 12m 的弧形工作闸门， 堰顶高程 124m， 坝底最大宽度为 54m，消能方式为挑流消能，在坝后式厂房处，非溢流坝段的最大底度为 46.6m，厂房最大宽度为 13.7m， 厂坝联结段为 4m。 电站装机容量为 2 3200KW。引水压力钢管设在非溢流坝段内，进水口底板高程为 95.0m，管径 1.75m，采用单机供水的布置方式。水轮机安装高 程 85.0m，设计工作水头 36.0m，最大工作水头 45.0m，最小工作水头 27.0m。
3、工程枢纽处地形及工程布置见图 1。 二、 基本资料 1.工程水文资料 该水库库容在 1 108m3 以上，主坝工程为二级建筑物，坝址设计洪水过程线，是根据上游 3km 处水文观测站实测某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制进行放大而得。现将各设计频率洪水过程线、施工设计洪水等水文资料列于表 1表 5。 表 1 坝址设计洪水过程线 单位： m3/s 频率 时间 1% 2% 5% 10% 20% 频率 时间 1% 2% 5% 10% 20% 0 10 10 10 5 5 60 138 107 106 81 59 6 178 152 184 146 112 66 87 72 61 57 41
4、 12 660 600 438 368 276 72 50 44 42 30 28 18 1160 1340 996 723 504 78 35 27 26 18 17 24 923 780 634 474 366 84 25 19 15 12 11 30 482 415 340 309 240 90 20 14 10 5 5 36 675 588 529 423 343 96 10 10 42 342 406 308 253 208 102 7 48 209 276 218 175 133 洪 量 （亿 m3） 1.26 1.09 0.87 0.69 0.53 54 211 180 163
5、118 88 表 2 施工设计洪水成果 单位： m3/s 频率（ %） 分期 2 5 10 20 全年施工 1340 996 732 504 7 月次年 4 月 1150 860 600 400 9 月次年 3 月 316 235 175 119 10 月次年 3 月 263 186 133 86 10 月次年 4 月 319 252 206 157 2 表 3 水文站实测历年月平均流量 单位： m3/s 月 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计 年 平 均 1962 5.78 8.42 20.2 11.4 3.38 15.1 8.81 8.57 16.4 7.51
6、3.09 2.97 142.25 11.8 1963 4.73 5.87 18.8 11.6 1.87 24.6 11.2 6.76 12.3 12.5 19.4 8.02 154.48 12.9 1964 17.5 12.2 10.8 15.9 45.8 74.2 51.3 20.9 6.13 4.15 3.20 3.97 266.05 22.2 1965 3.05 4.19 8.40 16.8 21.6 59.3 11.1 11.2 5.79 3.30 3.07 2.72 150.49 12.5 1966 2.92 3.76 10.5 13.6 35.5 17.5 8.42 5.99 3.
7、35 3.05 2.52 2.30 107.41 8.95 1967 4.30 5.62 7.28 19.2 30.8 10.3 8.12 14.8 3.92 5.15 3.71 3.46 114.66 9.55 1968 3.12 4.20 8.68 23.3 47.9 21.4 11.5 5.05 4.27 4.77 3.15 2.71 140.05 11.7 1969 3.07 16.3 6.91 7.55 12.0 27.7 8.42 5.21 2.58 2.30 4.68 3.40 100.2 8.34 1970 5.05 3.11 8.40 12.1 22.0 28.0 7.22
8、6.80 5.64 3.55 4.16 3.38 109.38 9.11 1971 3.36 9.05 15.9 15.2 12.8 27.0 8.32 10.8 16.0 4.98 6.26 4.30 131.97 11.0 1972 3.85 2.95 5.25 14.6 30.4 44.8 15.9 5.20 4.52 6.69 5.90 3.58 143.37 12.0 1973 2.75 2.62 2.68 4.21 21.3 12.8 11.0 7.08 3.62 3.27 5.36 3.33 80.02 6.67 1974 6.39 6.77 7.61 14.2 10.9 22.
9、8 8.60 9.27 3.01 3.82 2.89 2.62 96.88 8.07 1975 2.24 3.26 4.35 15.6 8.79 13.3 8.11 6.91 6.42 5.78 5.84 6.39 86.89 7.24 1976 5.13 7.94 8.05 26.6 13.5 25.1 32.7 7.45 3.13 4.36 3.45 3.07 140.48 11.7 1977 2.52 4.75 10.3 13.8 50.0 36.2 16.8 13.0 5.10 4.06 5.19 3.37 165.09 13.8 1978 2.81 3.02 9.06 12.3 14
10、.8 7.88 7.44 5.35 4.04 3.97 2.98 4.50 78.15 6.51 1979 6.90 6.70 10.8 17.8 26.5 29.6 31.9 22.1 9.25 7.63 5.59 3.86 178.63 14.9 1980 3.24 4.20 13.5 18.5 29.7 26.4 36.6 11.1 19.6 8.85 7.71 7.99 187.39 15.7 1981 4.61 6.56 7.50 9.71 21.9 38.2 8.59 7.62 4.60 3.34 2.35 2.33 115.79 9.65 198 1.9 8.62 4.64 5.
11、56 15.2 17.7 7.59 18.1 10.9 7.06 13.6 6.98 117.9 9.83 3 2 8 3 合计 95.0 130.11 200.06 299.53 523.89 579.88 309.54 209.29 150.57 110.09 114.07 85.25 2807.28 234.12 平均 4.52 6.20 9.52 14.3 24.94 27.61 14.74 9.59 7.17 5.24 5.44 4.06 133.68 11.14 表 4 坝址水位 流量关系曲线 水位（ m） 84.3 84.6 85.0 86.0 87.0 88.0 89.0 90
12、.0 91.0 92.0 93.0 流量（ m3/s） 0 5 50 220 500 855 1280 1730 2370 2990 3630 表 5 水库容积曲线 高程（ m） 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 面积（ km2） 0.146 0.955 1.768 2.632 3.440 4.350 5.281 6.287 7.206 8.088 容积（万 m3） 0 275 956 2060 3574 5522 7935 10830 14200 18020 2.坝址地形地质条件 （ 1）左岸：地形自然坡度为 1： 1.52.0，覆盖层 23m，全风
13、化带厚 35m，强风化加弱风化带厚 5m，微风化厚 4m。 （ 2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约 01.5m， 弱风化层厚 1m 左右，微风化层厚36m。 河床纵剖面地形中，迎水面坝踵处岩面高程约在 86m左右，背水面坝趾处岩面高程约在 83.5m左右。 距坝趾下游 15m处有一深潭。高程 约 81m，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。 （ 3）左岸：地形自然坡度为 1： 2 左右，覆盖层 46m，全风化带厚 68m，强风化带厚24m，弱风化带厚 24m，微风化厚 112m。 （ 4）坝基开挖：强风化层要全部挖除。 坝基的开挖范围应与建筑物的底部轮廓尺寸相适
14、应，开挖的深度按坝底应力和坝基强度而定。 （ 5）坝后式厂房基础：厂房设于坝后靠右岸的河床处，设计最低开挖高程为 7983m之间，全部处于微风化新鲜基岩内。 3.主要施工条件 （ 1）对外交通：目前已有两条三级公路分别从两岸 经过坝首和坝区。 （ 2）施工电源：目前已有 35KV 输电线路有县城架至 G 镇，距坝址仅 3km，施工用电可利用本县电网中的水电，电源充足，质量可靠。 （ 3）主要建筑材料：本枢纽主坝为砼重力坝，坝体砼所需的卵石，在坝址上下游 12km均可开采，河砂在距坝址 10km 处的下游采集。库内盛产竹木，自给有余。仅水泥、钢筋、机电设备等需要外购。 5.施工年限 本工程主体部
15、分的大坝和电站厂房，施工工期为两年左右，准备工程在第一施工年度的47 月份完成，水库在第三施工年度的汛后开始蓄水，并在 10 月 1 日并网发电。 三、施工导流设 计过程 （一）施工导流设计标准选择 1.施工导流建筑物级别的选定 本工程根据水利水电工程施工组织设计规范（ SDJ338 89），以及本工程的级别和围堰工程规模，选定施工导流建筑物为级。 2.施工导流设计洪水标准的选择 根据水利水电工程施工组织设计规范（ SDJ338 89），以及导流建筑物的级别，选定4 导流建筑物的洪水标准为： 20 年一遇（ P=5%）。 （二）施工导流时段选择 根据本工程的特征条件采用分段围堰法导流，中后期用
16、临时底孔泄流来修建混凝土坝。划分为三个时段：第一时段，河水由束窄河床通过，进行第 一期基坑内施工； 第二时段，河水由导流底孔下泄，进行第二期基坑内施工； 第三时段，坝体全面升高，可先由导流底孔下泄河水，底孔封堵以后，则河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全拦蓄在水库中，直到工程完建。 （三）施工导流设计流量及坝址处河床水位的选择 根据导流设计洪水标准和围堰施工分期，选定施工导流设计流量为 Q=235 m3/s。根据坝址水位 流量关系曲线，采用内插法得到 Q=235 m3/s 时的水位为 86.09m，由于观测点距坝址有 300m远，考虑到坡降，选择坝址处水位为 86.39m。 （四）施工导流
17、方案的选择 根据枢纽的自然条件及坝体的结构特点及工程的导流施工标准，选择采用分段围堰法施工， 分为两段两期。 第一期先围左岸，包括左岸非溢流坝段和溢流坝段，进行一期基坑内施工； 第二期围河床右岸部分，包括右非溢流坝段（含厂房坝段），进行二期基坑内施工。 本工程所在地，河流流量小，河床滩地宽，两岸坡度缓，采用两段两期的施工导流方式完全可以满足要求。 （五）第一期导流设计 1.河床水面宽度及束窄度 河床 水面 宽度由图 2 所示确定为 64m，束窄度取 K=60%。 1:1.5 1:2左岸 右岸纵向围堰轴线图 2 单位 （ m） 2.水利计算 束窄度取 K=60%，抗冲流速 smv /4 。 （
18、1） 一期束窄段河床过流能力设计 则过水断面面积： 24235 75.58 mw vQ （ 2）过水断面为梯形：假设边坡为 1:1， 4i ， 03.0n ，出口处渠底高程 83.5m。 假定水深为 2.5m 则： 275.675.2)5.216.24()( mhmhbw mmhbx 67.31115.226.2412 22 mR xw 14.267.31 75.67 smRc n /84.3714.2 216161 03.0 11 smRiwcQ /2.2 3 7414.284.3775.67 3 假定水深为 2.48m时， smQ /235 3 。 束窄段河床平均流速： 5 smsmv A
19、A Qc /4/65.375.6795.0 235)( 21 （ 3）束窄河床段上游水位壅高： mZgvgv c 81.081.92 )(81.9285.0 65.322 296.147 2352 202 （ 4）上、下游一期横向围堰堰顶高程： mdHH z 68.8670.048.25.83 下 mzHH z 54.8775.081.098.85 上 3.纵 向围堰长度的拟定及围堰轴线布置 根据施工要求及场地条件，拟定纵向围堰长度为 150m。纵向围堰轴线位置在河床中部偏右岸约 29m处，如图 2。 4.围堰断面设计 （ 1）纵向围堰断面构造及尺寸 堆石体 反滤层粘土斜墙块石护面图 3 单位
20、： mm 围堰主体采用块石、砂砾土料堆石体，防渗层为粘土斜墙，在粘土斜墙迎水位采用浆砌石护面。 （ 2）上、下游横向围堰断面尺寸 上游横向围堰断面构造及尺寸 块石护面粘土斜墙反滤层 堆石体图 4 单位： mm 堆石体 采用块石、砂砾土石料堆砌，防渗层为粘土斜墙，防冲采用浆砌石护面。 下游横向围堰断面构造 及 尺寸 6 堆石体反滤层粘土斜墙块石护面图 5 单位： mm 5.围堰工程量的估算 上游横向围堰长度： 36m 321 25.1370365.3)75.183( mV 上 下游横向围堰长度： 68m 321 1 9 8 9683)5.613( mV 下 纵向围堰方量：长 150m 321 5
21、 2 5 01 5 05.3)173( mV 纵 325.8 6 0 95 2 5 01 9 8 925.1 3 7 0 mV 一期 （六）第二期导流 水力计算 本工程二期采用底孔导流，为了确保泄流能力，拟定采用 2 个底孔。 1.底孔的布置及断面尺寸的选择 根据水利水电工程设计规范选定：底孔布置在主河床的溢流坝段中，底孔底板距基岩面的距离为 2m。底孔进口高程选定 84.0m，出口高程 83.9m，底孔全长 57m。 由水利学原理， 判定底孔出流 为 有压自由 出流。其泄 流能力计算公 式为：)(2 phTgwQ ，式中 Dhp 85.0 ，（ D 为引化直径）。底孔进水口水头损失系数为1.
22、0进 ， 闸门槽水头损失 1.0槽 ， 沿程水头损失 )/L()c/8g( 2 D沿 。 smQ /235 3 时，出口处下游水位高程为 86.39m，糙率取 014.0n 。 7 则 底孔泄流量曲线如图 6（两 个底孔） 。 图 6 底孔泄流能力曲线图 考虑到施工强度及防洪要求，选定采用两个 3 4.5 的导流底孔。这样既可以满足施工期间导流的要求，又适当减小混凝土的浇筑强度。 2.二期导流水力计算 （ 1）上游水位壅高值 mDHZ fcfc 99.59 9 5.35.1 （ 2）上下游堰顶高程 mdHH z 68.8670.048.25.83 下 mzHH z 70.9275.099.59
23、8.85 上 3.二期纵向围堰的上、下纵段长度及围堰的轴线平 面布置 根据施工布置要求，定出纵向围堰上纵段长 54m。纵向围堰下纵段主要靠一期工程时在H (m) T (m) 断面 尺寸 (m m) W (m2) (m) R (m) D (m) C ph (m) phT(m) Q (m3/S) Q2 (m3/S) 90 6.1 4 4.5 16.28 15.28 1.065 4.554 72.18 0.182 0.848 3.871 2.229 91.297 185.59 4 4 14.28 14.28 1.0 4.265 71.43 0.207 0.840 3.625 2.475 83.586
24、 167.18 3 4.5 12.53 13.71 0.914 3.995 70.37 0.218 0.835 3.396 2.704 76.206 152.41 3 3.5 9.53 11.71 0.814 3.484 69.02 0.260 0.870 2.961 3.139 61.327 122.65 93 9.1 4 4.5 16.28 15.28 1.065 4.554 72.18 0.182 0.848 3.871 5.229 139.833 279.67 4 4 14.28 14.28 1.0 4.265 71.43 0.207 0.840 3.625 5.475 124.322
25、 248.64 3 4.5 12.53 13.71 0.914 3.995 70.37 0.218 0.835 3.396 5.704 110.682 221.36 3 3.5 9.53 11.71 0.814 3.484 69.02 0.260 0.870 2.961 6.139 85.764 171.53 96 12.1 4 4.5 16.28 15.28 1.065 4.554 72.18 0.182 0.848 3.871 8.229 175.418 350.836 4 4 14.28 14.28 1.0 4.265 71.43 0.207 0.840 3.625 8.475 154.
26、677 309.35 3 4.5 12.53 13.71 0.914 3.995 70.37 0.218 0.835 3.396 8.704 136.725 273.45 3 3.5 9.53 11.71 0.814 3.484 69.02 0.260 0.870 2.961 9.139 104.642 209.28 99 15.1 4 4.5 16.28 15.28 1.065 4.554 72.18 0.182 0.848 3.871 11.229 204.913 409.83 4 4 14.28 14.28 1.0 4.265 71.43 0.207 0.840 3.625 11.475
27、 179.984 359.97 3 4.5 12.53 13.71 0.914 3.995 70.37 0.218 0.835 3.396 11.704 158.546 317.09 3 3.5 9.53 11.71 0.814 3.484 69.02 0.260 0.870 2.961 12.139 120.600 241.20 8 溢流坝段右边导墙来承担，右导墙长 38m，再在右导墙上接 24m的土石围堰。 纵向围堰上纵段轴线布置在一期纵向围堰轴线左边 14m处，纵向围堰下纵段轴线布置与右导墙轴线重合。 4.围堰断面的结构及尺寸 （ 1）纵向围堰上纵段剖面 堆石体粘土斜墙块石护面反滤层图
28、7 单位（ mm） 结构材料与一期一致。 （ 2）纵向围堰下纵段剖面 块石护面粘土斜墙反滤层 堆石体图 8 单位（ mm） 结构材料与一期一致。 （ 3）上游横向围堰剖面 粘土斜墙反滤层 堆石体笼钢筋石护面图 9 单位（ mm） 二期上游横向围堰采用钢筋石笼护面，粘土斜墙铺盖防渗，围堰长 62m。 （ 4）下游横向围堰剖面 9 粘土斜墙反滤层 堆石体笼钢筋石护面图 10 单位（ mm） 二期下游横向围堰结构材料与一期下游围堰相同，围堰长 28m。 5.围堰工程量计算 纵向围堰上纵段： 321 2.9 3 3 1540.9)4.353( mV 上纵 纵向围堰上纵段 ： 321 2.781245.
29、3)6.153( mV 下纵 上游横向围堰： 321 5.1 2 9 7 3620.9)5.433( mV 上横 下游横向围堰： 321 7.1065285.3)57.183( mV 下横 二期 围堰 总 方量： 36.2 4 1 5 17.1 0 6 55.1 2 9 7 32.7 8 12.9 3 3 1 mV 二期 四、截流设计 1.截流时间的选择 根据表 3 的水文资料及工程施工条件的要求， 选定截流时间在第二施工年度的 9 月初。此时河流水量逐渐变小，进入枯水期。 2.截流流量的确定 根据表 3 的水文资料，选取 9 月份的流量作多年经验频率曲线。 表 7 截 流经验频率计算表 年份
30、 流量 iQ (m3/S) 序号 由大到小排列 iQ (m3/S) 模比系数 iK 1iK 2)1( iK %1001 nmP （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） 1962 16.4 1 19.6 2.734 1.734 3.006756 4.5 1963 12.3 2 16.4 2.287 1.287 1.656369 9.1 1964 6.13 3 16.0 2.232 1.232 1.517824 13.6 1965 5.79 4 12.3 1.715 0.715 0.511225 18.2 1966 3.35 5 10.9 1.520 0.5
31、20 0.2704 22.7 1967 3.92 6 9.25 1.290 0.290 0.0841 27.3 1968 4.27 7 6.42 0.895 -0.105 0.011025 31.8 1969 2.58 8 6.13 0.855 -0.145 0.021025 36.4 10 1970 5.64 9 5.79 0.808 -0.192 0.036864 40.9 1971 16.0 10 5.64 0.787 -.0213 0.045369 45.5 1972 4.52 11 5.10 0.711 -0.289 0.083521 50 1973 3.62 12 4.60 0.6
32、42 -0.358 0.128164 54.5 1974 3.01 13 4.52 0.630 -0.370 0.1369 59.1 1975 6.42 14 4.27 0.596 -0.409 0.163216 63.6 1976 3.13 15 4.04 0.563 -0.437 0.190969 68.2 1977 5.10 16 3.92 0.547 -0.453 0.205209 72.7 1978 4.04 17 3.62 0.505 -0.495 0.245025 77.3 1979 9.25 18 3.35 0.467 -0.533 0.284089 81.8 1980 19.
33、6 19 3.13 0.437 -0.563 0.316969 86.4 1981 4.60 20 3.01 0.420 -0.580 0.3364 90.9 1982 10.9 21 2.58 0.360 -0.640 0.4096 95.5 总计 150.57 150.57 21.473 +5.728 -5.771 9.661019 根据表 7 数据绘制经验频率曲线。 流量(频率 ( %)图 11 截流流量经验频率曲线图 从频率曲线上看出，曲 线与大部分经验点配合较好，所以不用再进矩法配线计算。从曲线上查得 P=10%时， 1.15pQ m3/S，即为截流设计流量。 3.截流过程设计 本工程一期施工截流可不做考虑，从一期围堰的平面布置图上可知，上游横向围堰工程量较小，且紧靠左岸的滩地，枯水期滩地处基本无水， 纵向围堰在滩地上顺水流方向填筑，而下游横向围堰可在静水中填筑。二期施工截流时，戗堤轴线选在 一期 上游横向围堰 与纵向围堰相交的背水面坡脚处，龙口段设在主河槽偏右侧。该处河床基岩出露，抗冲能力强，截留施工采用立堵法进行。 河床右岸有一条三级公路，所以截流时从河床右岸向龙口进占，逐步束窄龙口，直至龙口合龙、闭气。然后再进行加固，填筑二期上游横向围堰，最后填筑二期下游横向围堰。 五、施工渡汛 为了确保工程能够如期完成，并保证工程在施工期间能安全渡汛，须进行施工调洪计算。
