施工导流标准及方式设计大纲

初步设计阶段水电建设项目

施工导流标准及方式设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1995年2月

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水电站初步设计阶段 施工导流标准及方式设计大纲

主 编 单 位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员:

勘测设计研究院

年 月

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目 次

1. 引 言 ..................................................... 4 2. 设计依据文件和规范 ......................................... 4 3. 设计基本资料 ............................................... 4 4. 设计基本资料分析 ............................................ 10 5. 施工导流设计标准及导流时段划分 ............................ 12 6. 导流方式的选择 ............................................ 13 7. 应提供的设计成果 .......................................... 15

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1 引 言

工程位于 , 是以 为主, 等综合利用的水利水电枢纽工程。正常蓄水位 m, 最大坝高 m, 总库容 m3, 电站总装机容量 MW, 年发电量 kW·h, 灌溉面积 km2。通航 t级船队(舶)。

本工程可行性研究报告于 年 月审查通过, 选定坝址为 。

2 设计依据文件和规范

2.1 有关本工程主要文件

(1) 工程可行性研究报告;

(2) 工程可行性研究报告审批文件; (3) 初步设计任务书;

(4) 施工导流和截流模型试验报告。 2.2 主要设计规范

(1) 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(SDJ12-78)(试行)及补充规定;

(2) 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(SDJ217-87); (3) 水利水电工程施工组织设计规范(SDJ338-)(试行); (4) 水利水电工程设计工程量计算规定(修改稿); (5) 水利水电工程初步设计报告编制规程(DL 5021-93)。

3 设计基本资料

3.1 工程等级和建筑物级别

本工程为 等工程; 永久建筑物按 级设计; 临时建筑物按 级设计。 3.2 水 文

(1) 本坝址区历年实测逐月最大、最小及瞬时平均流量;

提示: 要求具有每日瞬时最大流量。 (2) 全年及各月不同频率最大流量, 见表1。

表1 全年及各月不同频率最大流量表

( 年至 年) 单位: m3/s 频 率 33 1 2 3 4 5 月 份 6 7 8 9 10 11 12 全年 4

20 10 5 2 1 (3) 各种不同施工期内各种频率最大流量见表2。

表2 各种不同施工期内各种频率最大流量表 单位: m3/s 施工期间 枯水期10.1～5.31 ……～…… 11.1～5.31 …… 春 汛 汛 期 1 2 频 率 P% 5 10 20 33

提示: 不同分期包括汛期、春汛及枯水期。 (4) 本坝址各种频率最大洪峰流量及典型年洪峰过程曲线; (5) 坝址水位流量关系曲线;

(6) 导流泄水建筑物上、下游水位––––流量关系曲线。见表3。 提示: 若泄水建筑物进出口距水尺处较远, 则需推算有关的水位流量关系曲线, 必要时可另立水尺测得。 表3 水 位 流 量 关 系 曲 线 水 位 m 流 量 m3/s (7) 水库库容曲线见表4。

表4 库 水 位 m 库 容 万m3 (8) 本坝址以上干流与主要支流流量分配和河床糙率。 3.3 气 象

(1) 历年各月气温统计, 见表5。

表5 历 年 各 月 气 温 统 计 表

( 年至 ) 单位: ℃ 项 目 月平均气温 最高气温 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 5

最低气温 绝对最高 绝对最低 (2) 历年逐月降雨量统计, 见表6。

表6 历 年 逐 月 降 雨 量 统 计 表 单位: mm

年 份 多年平均 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年 降 雨 量 年降雨 天 数 日最大 降雨量 (3) 历年各月不同降雨强度出现天数统计; 见表7。

表7 历年各月不同降雨强度出现天数统计表

( 年至 ) 单位: d 降雨强度 5mm 10mm 15mm 20mm 25mm 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 降雨天数 d (4) 常见暴雨中心、降雨强度时间和空间分布, 一次暴雨历时等暴雨特性； (5) 降霜、雪及冰雹特性; 降霜、雪日期统计见表8。

表8 降 霜 、雪 日 期 统 计 表 年 期 间 降 霜 初霜 月 日 最早 月 日 终霜 月 日 最迟 月 日 初雪 月 日 最早 月 日 降 雪 终雪 月 日 最迟 月 日 (6) 冰凌: 冰冻期 月, 冰层厚度 m, 冰块融化时间 月, 流冰时间 月, 冰块尺寸 m×m, 流冰量 m3, 历时 月 日～月 日, 冰凌期水位变化情况。

(7) 泥沙 多年平均输水量 t; 多年平均汛期含沙量 kg/m3; 悬移质平均粒径 mm。 (8) 湿度 最大相对湿度 %。 多年月平均相对湿度 %。

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(9) 蒸发量 mm。 历年各月蒸发量统计, 见表9。

表9 历 年 各 月 蒸 发 量 统 计 表 单位: mm

年 份 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 (10) 风

主风风向 ;

最大风速 m/s, 平均风速 m/s。

提示: 风示与挡水建筑物汛期和枯水期风示不同时, 应另提供挡水建筑物挡水期的风的要求。 (11) 冻土深度

最大冻土深度 m。 (12) 水 温

多年平均水温 ℃。 3.4 地形、地貌及自然条件

提示: 施工导流方案选择有关坝址、施工区、河床内外及两岸地形、地貌及自然条件。 3.5 地形图

(1) 水库库区地形图一般采用(1/10000～1/50000), 重点研究地段可补充测量(1/2000～1/5000)地形图。

(2) 坝址地形图

对于山区河流采用比例尺(1/200～1/500); 对于平原河流采用比例尺(1/1000～1/2000)。 (3) 库区河床纵断面图

对于山区河流: 水平比例尺采用(1/25000～1/50000); 垂直比例尺采用(1/200～1/1000)。 对于平源河流: 水平比例尺(1/50000～1/100000); 垂直比例尺(1/200～1/1000)。 (4) 工程所在地段横断面图 水平比例尺(1/2000～1/5000); 垂直比例尺(1/200～1/500);

垂直地段如围堰地区剖面图, 宜提出精度更高要求, 水平比例尺(1/200～1/2000)。 3.6 工程地质

(1) 坝址工程地质图;

(2) 坝址区工程地质纵横剖面图;

(3) 坝址岩盘、风化带及覆盖层等高线图;

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(4) 围堰堰址工程地质纵横剖面图; (5) 导流泄水建筑物工程地质纵横剖面图; (6) 钻孔柱状图;

(7) 建议岩、土水上及水下开挖边坡; (8) 岩、土物理力学性质; 见表10。 (9) 河床覆盖层物理力学性质；见表11。

(10) 软基颗粒组成、可灌性、渗透系数, 各种岩层的变化, 单层、夹层淤泥及透镜体层位、连续性及与基岩接触带情况;

(11) 喀斯特岩溶洞特性。 3.7 水文地质

(1) 坝区及坝址水文地质特征 ;

(2) 地下水的分层、埋深、水源补给以及水的化学性质;

(3) 透水岩层或岩带的分布、厚度、承压水的可能高程及渗透系数; (4) 河床的冲淤变迁资料。 3.8 建筑材料

(1) 主要建筑材料; 提示: 水泥、钢材、木材、油料、炸药等供应情况、来源、交通运输条件、运距等。 (2) 当地砂石、土料、产地、储量、性质及开采运输条件; (3) 各种材料物理力学性质及骨料碱活性测定; 粗骨料(砾石)物理力学性质, 见表12。 细骨料(砂)物理力学性质见表13。 土料物理力学性质见表14。

表10 岩 、土 物 理 力 学 性 质 表 岩 土 名 称 极限抗压容许 强度 MPa 承压 MPa 质 量 密 度 kg/m3 空隙率 % 干容重 kN/m3 弹性 模量 MPa 泊 桑 比 压 缩 系 数 MPa-1 混凝土与岩面 摩擦系数 抗 剪 抗剪断 凝聚力 MPa 渗 透 系 数 m/d 饱和容重 kN/m3 允许冲刷流速m/s 渗透系数 cm/s 表11 河 床 覆 盖 层 物 理力 学 性 质 表 项 目 承载能力 MPa 渗透破坏允许渗透破坡降 坏坡降 内 摩 擦 角 与混凝土 摩擦系数 表12 粗 骨 料 ( 砾 石 ) 物 理 力 学 性 质 表 项 天然级配% 分级松散容重kN/m3 容 重 质 量 吸 针片含 软弱有机粒 8

目 5～20 mm 20～40 mm 40～80 mm 80～100 mm 5～20 mm 20～40～40 mm 80 mm 80～100 mm 密 度 水 率 % 状含 泥 量 % 量 % 颗粒质含 度 含量% 量 % 模 数 kN/m3 kg/m3 表 13 细 骨 料 ( 砂 ) 物 理 力 学 性 质 表 天 然 级 配 % 项 目 5 ～ 20 mm 2.5 ～ 1.2 mm 1.2 ～ 0.6 0.6 ～ 0.3 0.3 ～ 0.16 mm <0.15 mm 容重 质量 密度 吸 水 率 % 含 泥 量 % SO3 含 量 % 云母含量 % 水溶有机膨 盐含质含胀 量 % 量 % 率 % 粒 度 模 数 平均粒径mm mm mm kn/m3 kg/m3 表 14土 料 物 理 力 学 性 质 表 土 壤 名 称 天然 含水量 % 粘粒 含量 % 容 重 天然 kN/m3 最大干 kN/m3 最优 含水量 % 塑限 指数 液性 指数 -1渗透 压缩系数 MPa 抗剪强度 MPa 系数 cm/s 水 上 水 下 水 上 水 下 3.9 水、电及通讯状况

3.10 工程所在地现有对内、外交通条件

提示: 包括铁路、公路、水运等。 3.11 施工设备、劳动力来源 3.12 水工布置及结构图

3.12.1 拟定导流方案时, 尽可能利用水利枢纽中永久引水及泄水建筑物(如隧洞、明渠、底孔等)。

3.12.2 挡水、泄水、引水建筑物等的地基处理要求, 开挖深度范围与岸坡连接的方式等有关资料。

3.12.3 所需水工图纸: (1) 水工枢纽总布置图; (2) 水工建筑物结构图;

(3) 水工建筑物典型纵、横剖面图。 3.12.4 水工建筑物工程量。 3.13 施工期限及发电日期要求

3.13.1 国家对工程总工期、开工和完建期限的要求。 3.13.2 工程蓄水及第一台机组发电日期要求等。 3.14 施工期通航、筏道及工农业、城市用水资料

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3.14.1 航运: 施工期通航的航运量、通航季节、船舶及筏运吨位、尺寸、吃水深度、船及木筏编队型式数量及运行的情况、行船允许流速、坡降等。 3.14.2 施工期工农业城市用水。

施工导流前期、后期选择导流方式时, 临时泄水孔封堵, 满足蓄水发电等同时, 应兼顾考虑用水部门要求。 3.14.3 需要的供水量

年内各季、各月的分配量; 据此纳入泄水建筑物设计、断面尺寸、高程及封堵孔洞的顺序及时间安排。

3.14.4 施工期过鱼、过木的要求。

4 设计基本资料分析

4.1 水文资料分析

4.1.1 根据河流的水文特征(有时根据流冰封冻, 解冻来划分)分期、分月的求出可能出现的不同频率各种最大流量, 以便确定施工期, 控制各期工程进度和各期导流措施。 4.1.2 有时某些河流上考虑采用淹没式围堰的导流方式, 围堰和基坑过水次数, 将直接影响施工强度及施工总进度, 需要统计施工期内超过各种设计最大流量的次数。见表15。

表 15 施工期内超过各种设计最大流量的次数统计表 施 工 期 频 率 P % 1 2 5 10 20 30 最大设计流量 m3/s 4.2 气象资料分析

4.2.1 一定强度的降雨量将不同程度的影响导流建筑物的施工, 尤其是修建土堰, 超过某种降雨强度堰体就要停工, 或采取防雨措施, 来维持施工, 因此对不同强度的降雨应进行分析。见表16。

表 16 施工期间超过各种降雨强度的天数统计 月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 降 雨 量 mm 10 15 20 25 10

10 11 12

4.2.2 考虑高、低温度、降雨、大风等气象因素, 确定导流工程施工工作日天数; 而对过水围堰又要考虑施工期过水对实际施工工作日的影响, 最后统一各月计算工作日天数。见表17。

表 17 施 工 总 工 日 统 计 表

设 计 流 量 m3/s 月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

提示: 水文气象资料占施工导流规划的主导地位, 根据水文变化流量过程线的特征, 洪水流量的延续时间等, 应仔细研究和分析。

4.3 测量资料分析

导流方案, 导流工程平面布置, 水面线计算等, 需要1/2000精度的地形图, 挡水、泄水建筑物工程布置要求(1/200～1/500)精度的地形图以及水下地形。图幅视具体工程情况而定, 必须满足导流工程布置及计算要求。 4.4 地质和水文地质资料分析

了解河床、河滩及两岸覆盖层的特性, 掌握河床覆盖层及岩石的物理力学性质和抗冲刷能力及地下水产状, 应拟定导流方案及布置导流建筑物。 4.5 水力枢纽的布置与结构分析

水力枢纽布置和建筑物结构型式对施工导流方案选择有密切关系。

提示: 如枢纽布置有溢洪道、泄洪隧洞和底孔、排沙洞、船闸、厂房等, 对导流布置是有利的, 因为设置临时导流洞和底孔不仅增加导流工程投资而且给工程后期封堵造成困难。所以在考虑导流泄水建筑物时, 应与永久泄水建筑物统盘考虑。 坝型或闸体型式对导流布置方式影响较大。对于混凝土重力坝、施工期可允许过水, 导流布置简单。对于土坝和当地材料坝, 不允许过水, 使导流工程量增大, 造价提11

高。水力枢纽布置和结构, 往往要经过导流方案验证, 方能认为是否现实和经济。

5 施工导流设计标准及导流时段划分

5.1 施工导流设计标准

5.1.1 导流建筑物级别应从3至5级中选择, 对于特殊重大工程要有充分论证, 经主管部门批准, 才可采用2级标准设计。

5.1.2 导流工程设计应结合不同施工阶段, 分别确定各自的导流阶段标准。 5.1.3 影响导流建筑物级别划分的主要因素:

(1) 保护对象 按重要性划分四类: 特别重要、重要、中等、一般; (2) 失事后果 划分三种类型: 重大、较大、较小;

(3) 运用年限 一般按三年分界, 三年以上可列3级, 三年以下可列入4～5级; (4) 导流工程规模 堰高>50m, 库容大于1亿m3都满足时可列3级, 否则应列入4～5级。

提示: 上述指标只达一项时一般列入4级。要严格控制3级标准的使用, 必需采用3 级标准时要有充分论证。

5.2 导流时段划分

从逐月水量较大的月份及各月的分配出发, 结合其他水文、气象资料, 绘制出月平均流量分配表, 见表18。再根据南北方河流特性不同及施工工期要求, 确定导流时段的划分。

表 18 依据水文气象分析绘制月平均流量分配表 项 目 m3/s % m3/s % m3/s % m3/s % m3/s % m3/s 多年最小 % 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全 年 多年平均 丰水年 枯水年 平水年 多年最大 提示: (1) 北方河流流量变幅较大, 同时枯水时段亦较长, 可充分利用此特性划分枯水期、凌汛期及汛期。并在枯水时段内施工, 完成施工渡汛进度形象, 以减少导流工程量及难度, 降低工程投资; (2) 南方河流, 枯水时段较短, 一般需要考虑全年的洪水设计时段。亦按不同设计时段确定该段内某一频率的洪水流量; 12

(3) 采用枯水期设计时段进行设计的导流挡水建筑物, 一般不宜使用过水围堰。(尤其是北方河流由于枯水期间长, 气温较低, 大多采用土石围堰挡水); (4) 采用枯水期设计时段进行设计的导流挡水建筑物, 一般应能在一个枯水期完成施工过程安全渡汛形象; (5) 采用过水围堰, 应进行综合性的技术经济比较。 5.3 选择坝体拦洪、渡汛的标准

5.3.1 根据规范SDJ 12-78规定, 坝体施工期临时渡汛的洪水标准, 应考虑到坝体升高而形成的拦洪蓄水库容和坝体结构型式以及失事后对下游影响程度, 在规定的幅度内进行选择。

提示: 对于大型工程导流围堰, 往往形成较大的临时蓄水库容, 而主体建筑物要在围堰维护下施工, 围堰失事将带来严重后果, 因而导致提高导流标准。例如: 葛洲坝工程上游二期围堰, 按规范规定, 其临时导流建筑物均为4级, 考虑到它长年抵御高水位, 既要保证二期基坑安全施工, 又要确保通航及第一期工程已建好的电站发电, 经过具体分析、论证, 将二期上游围堰, 提高到3级临时建筑物设计。 5.3.2 汛前坝体上升高度应满足拦洪要求, 灌浆帷幕及接缝灌浆高程应满足蓄水要求。

6 导 流 方 式 的 选 择

6.1 导流方式选择的基本因素分析

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提示: 导流方式按围堰分期划分为两种基本形式: 分期围堰导流和全河床断流围堰导流; 以导流泄水建筑物类型划分导流方式有: 河床分期导流、明渠导流、隧洞导流、坝体底孔或涵洞导流、梳齿及缺口导流、厂房导流以及前几种导流方式的某种组合导流型式。 (1) 在窄河床条件下, 宜采用全河床断流导流方式, 应根据主体工程建筑物施工条件及施工进度要求, 进行挡水高围堰与过水低围堰的方案比较。 综合的技术经济比较结果是选择挡水围堰或者过水围堰的重要依据, 此间导流建筑物为隧洞或岸边明渠等。 (2) 在宽河床条件下, 宜采用河床分期导流方式。 一般宜分两期, 合理选定第一期围堰地段涉及施工期、施工布置及水工布置等因素, 应仔细进行比较工作。束窄河床宽度应考虑发电、通航、排沙及二期导流建筑物等, 使束窄系数控制在40%～60%之间, 特殊条件也可扩展为30%～70%。 (3) 有较厚覆盖层时, 应十分注意河床、堰基及泄水建筑物冲刷稳定及渗透稳定, 必要时应做地基处理; 同样在薄层覆盖或岩基上, 冲刷稳定往往也是主要问题。 (4) 以分期导流方式施工的河床式或坝后式电站工程中, 要比较一期是否应先围电站坝段。 通常条件下当电站坝段具备二期导流泄洪条件时, 应优先考虑该坝段做为一期导流工程项目。相反由于河床较狭窄因而电站坝段无二期导流泄洪条件或者由此造成工程费用增加较大, 工程措施复杂亦可放弃一期导流先围电站坝段的方案。 (5) 分期导流方式与水工建筑物布置关系密切, 尤其是电站坝段以及永久泄洪建筑物布置; 既要考虑为临时导流工程提供方便, 又要使永久工程布置得体, 运行管理得到方便。 (6) 各种形式的导流泄水建筑物都应考虑同永久建筑物密切结合; 首先是施工期间临时与永久工程组合共同承担施工导流工程任务; 其次是工程完成后利用导流泄水建筑物承担永久工程泄流任务。 (7) 导流围堰工程与永久坝体往往存在着工程间相互结合的可能性, 应当做必要的论证工作。 (8) 在特殊条件下, 由于导流标准洪水流量过大, 工期较长, 为减少导流建筑物工程量, 降低投资, 可采用过水围堰的导流方式。 采用这种方式, 应当经过综合技术经济比较论证后确定。 (9) 对具有通航, 放木和排冰等河道, 在选定的导流建筑物时, 在平面位置、尺寸、流速、流量等都应满足有关规范规定。

6.2 导流方式方案比较与选择

6.2.1 根据工程具体条件, 提出2-3个可行的导流方式进行方案比较。

6.2.2 对每个导流方式进行必要的水力计算以确定方案的水力参数及基本尺寸。

提示: 对导流泄水建筑物应提出其型式、断面尺寸、长度、工程量、上游壅高水位、水流流态与下游水面衔接、下游水位、泄量及流速、挡水建筑物围堰的型式、高程及基本断面尺寸、工程量。如过水围堰、堰上过流量、水深、水流流态、水面衔接、下游水位、流速等, 对河床冲刷和对围堰稳定影响。 6.2.3 针对每个比较方案, 应进行结构与应力稳定分析及工程量计算。

6.2.4 针对每个比较方案, 应进行施工布置及施工组织设计, 确定施工布置、施工方法、施工进度及有关施工综合指标。

6.2.5 针对比较方案, 应估算导流工程投资。

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6.2.6 对上述方案应进行综合比较后选择最优方案。见表19。

表19 导 流 方 式 方 案 综 合 比 较 表 方 案 编 号 导 流 方 式 泄 水 及 挡 水 建 筑 物 泄 水 建 筑 物 围 堰 型 式 断面尺寸m×m 孔(条)数 长度 m 工程量 型 式 断面尺寸m×m 最大高度 m 工程量 1 2 3 主要建筑物完成期限 第一台机组投入运行期限 混凝土浇注强度 施工强度 坝基土石方开挖强度 围堰填筑施工强度 施工及截流条件 施工航运条件 经 导流建筑物造价 济 提前完成节约费用或延误期限损失 比 提前发电效益或延期损失 较 合 计

7 应提供的设计成果

7.1 工程量

(1) 导流泄水建筑物工程量。 (2) 挡水建筑物工程量。 (3) 工程量汇总。 7.2 设计报告与计算书

(1) 初步设计报告书及计算书。 (2) 施工导流水力模型试验报告。 7.3 图纸

(1) 施工导流建筑物平面布置图。

(2) 导流建筑物布置图及结构型式纵横剖面图。 (3) 挡水建筑物布置图及结构型式纵横剖面图。 (4) 施工导流程序图。

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