尼尔基水利枢纽建筑施工组织设计说明书(55页)-工程设计(编辑修改稿)

尼尔基水利枢纽建筑施工组织设计说明书(55页)-工程设计(编辑修改稿)内容摘要：

结构型式。 上游围堰长 1650m，布置于主坝轴线上游 123m 处，下游围堰长约 ，布置于主坝轴线下游约 157m 处，纵向围堰长。 本阶段设计除纵向围堰外，上、下游围堰 不与坝体结合。 围堰填筑料主要是利用导流明渠开挖的中砂和砂砾石混和料，截流戗堤为堆石。 设计围堰边坡为 1： ，堰顶宽 10m。 上游横向围堰迎水侧采用 50cm厚抛石防护，抛石下部设 20cm厚砂砾 石反滤层。 纵向围堰是导流明渠的右堤，因此采用与导流明渠相同的防护措施，即迎水侧设置 厚钢筋石笼，石笼底部设置 厚碎石垫层。 上、下游围堰的堰顶高程分别为 和，最大堰高分别为。 —— 围堰基础防渗型式选择：坝址处河谷中部、埋藏着古嫩江深切河谷，埋藏谷宽约 1270m，上覆砂砾石层厚 30～ 37m。 深埋河谷两侧分布有掩埋基座阶地，左侧基座阶地宽 310m，上覆砂砾石层厚 6～ 9m，右侧基座阶地宽 220m，上覆砂砾石层厚 3～ 6m。 砂砾石层为强透水层，渗透系数 K=10～ 200m/d。 厂房布置在右侧基座阶地上，因此厂房围堰基础需作防渗处理。 经比较厂房围堰基础（自截流戗堤顶开始）采用高喷灌浆防渗墙防渗，上部与堰体土工膜相接，下部至岩基结束。 另安装间与主坝连接的翼墙左侧，主坝体基坑内再做一道纵向高喷灌浆防渗墙与上、下游围堰基础防渗墙相接，以形成一道封闭的防渗墙体，保护厂房施工。 土石主坝围堰基础，原可研设计时并未作防渗处理。 本阶段设计经分析认为，主坝基础清除表层壤土或砂壤土后，大部分区域地面高程已处于常水位以下，因此为保证坝体填筑在干地上进行，需对围堰基础作防渗处理。 土石主坝的大部分位于河谷中部埋藏谷上部，因此围堰基础防渗深度应根据基础防渗流量和基坑排水能力，经技术和经济比较后确定。 经分析基础防渗深度选择了 5m、8m、和 10m 情况下，对土石坝基础层填筑时段的 5 年重现期洪水流量进行渗流量计算，计算结果见表。 经分析确定上、下游围堰基础防渗深度为 10m。 土石主坝围堰基础防渗型式，则根据坝址处地形、地质条件，比较了高喷灌浆防渗墙和锯槽土工膜防渗结构两个方案。 后者造价低，防渗效果较好，因此选用该方案。 但该方案是采用链条式锯槽机开槽，人工放置土工膜，施工工艺较复杂，施工速度较慢。 表 渗流量表 防渗深度（ m） 渗流量（ m3/s） 10 8 5 b) 导流明渠 导流明渠布置在左岸基座阶地的上覆砂砾石层上，进度安排明渠需渡过 3个汛期和 3 个春季流冰期，而且明渠段坝体填筑需在冬季进行。 因此明渠的布置、结构尺寸和防护型式等不仅要满足渲泄导流设计洪水的冲刷和避免春季流冰产生冰塞要求，而且尚应考虑冬季对填筑缺口段坝体的施工难度问题。 —— 导流明渠初步设计：明渠设计底宽待定，渠底高程 ，左侧边坡 1： ，右侧边坡 1：。 导流明渠设计洪水标准为大汛 10 年重现期，相应流量为 4880m3/s，渡汛洪水标准为大汛 100 年重现期，相应流量为 9880 m3/s。 明渠需采取防冲措施，因渠道的天然抗冲流速仅为 1～ 2m/s，要能满足设计泄量的防冲要求，必须做好护砌设计。 防护形式比较了钢筋石笼、现浇混凝土及预制混凝土板等 3 种型式，最后确定采用钢筋石笼作防护。 防护范围和厚度根据力学计算和导流模型试验确定，上游自一期围堰坡脚以上 50 m， 采用 50cm厚铅丝笼作防护，左侧与左岸岸坡相连接至 ，右侧与上游围堰桩号为 K 上 1+ 相接，宽度共计。 坝体明渠段渠底、两侧边坡以及下游围堰堰脚以下 400m的扇形范围内采用 厚钢筋石笼作防护。 下游防护范围，左侧至为保护明渠水流对左岸的冲刷而修筑的堆石防护堤堤顶，右侧至下游围堰桩号为 K 下 1+。 另外石笼下部均设 30cm厚碎石垫层。 —— 明渠底宽确定：根据本工程的具体情况，经综合分析选择了明渠底宽240m、 190m 和 150m 三个方案进行比较。 渠底高程为 来进行水利计算。 对上述 3 个方案综合分析（结合其工程造价）结果见表。 已知坝址处河段春季平均最大流冰块长 113m，宽 55m ,对渠底宽 240m方案基本满足春汛排冰要求，但缺口段坝体冬季填筑量大，难于在第五年春汛之前实现春汛洪水标准要求。 对渠底宽 190m 和 150m 方案，春季排冰均需采取破冰措施，抢缺口坝体的施工难度相对较小，满足导流及进度要求，但这两方案从水力学条件分析， 150m方案较 190m方案明渠内水流流速大，对建在砂砾石层软基上的明渠，其防护工程规模相对较大，安全运行的可靠度较低，经综合分析后选择渠底宽 190m 方案。 表 明渠底高程 渠底宽度情况比较表 项目 渠底宽度（ m） 150 190 240 排冰情况 破冰 破冰 不破冰 上游围堰高程 (m) P=10% Q=4880m3/s 由上表可知，底宽 150m 与底宽 190 所得的上游围堰高度相差 ，而底宽 190m与 240m所得的上游围堰高度相差。 它们之间相差不大，故需计算工程造价来进行经济性比较。 比较成果如下表。 明渠断面图 对明渠水面曲线的计算本次设计采用 分段累计法： 其计算公式如下： JiERCViEES Ssusd22 见《水力学》 P 22  AQghE s  hmbhmbX 2221 11    RCVRCVJ 2222212121 RACK 详细的计算过程见《计算书》。 表 明渠不同底宽方案的造价比较 底宽（ m） 项目 150 190 240 明渠造价（万元 ） 2121 上游围堰造价（万元） 纵向围堰造价（万元） 下游围堰造价（万元） 总造价（万元） 由上表可看出，当底宽为 190m时造价最小，故选取 190m为明渠底宽。 c) 选定明渠导流方案的水利计算成果 成果如下表 和表。 （计算方法见《水力学》 P302） 表 明渠上游水位与上下游围堰高程计算表 Q b m1 m2 h n i y h0 4880 190 2 0 进口水 位 h 上 水位壅 高 上游水位 hu 上游围堰高程 Hu 下游围堰高程 H 下 表 明渠泄流曲线计算表 流量 1000 2020 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 水位 二期导流建筑物 a) 上、下游围堰 —— 围堰结构型式：二期围堰围护导流明渠坝体缺口段。 围堰采用土石结构型式。 上游围堰长 255m，布置于主坝坝轴线上游约 76m处，下游围堰长 200m，布置于主坝坝轴线下游约 68m处。 上、下游围堰均采用粘土斜墙作防渗，设计的斜墙边坡为 1： ，堰体为堆石，均与坝体相结合，设计边坡为 1：。 上、下游围堰的堰顶高程分别为 和 ，最大堰高分别为 和，堰顶宽分别为。 —— 围堰基础防渗型式：主坝轴线左岸基岩上覆砂砾石层厚 6～ 9m，为强透水层。 二期导流设计洪水标准时，上游水位为 ，下游水位为，因此为保证主坝坝体在旱地施工（明渠底高程为 ），围堰基础亦作防渗处理。 设计考虑二期围堰基础防渗与导流明渠施工时的坝体段基础防渗相结合，因此基础防渗体需在导流明渠施工时形成，二期导流时再与二期围堰堰体的防渗粘土斜墙相接，形成一道全封闭防渗结构。 经比较，围堰基础采用高喷灌浆 防渗墙作防渗。 b) 导流底孔 —— 导流底孔设计：底孔的进口位于厂房挡水坝内，底孔的进口底板高程综合考虑了泄流、截流及防淤的要求，因此取略低于河床地面高程（ ）布置，确定为。 由于底孔布置在厂房安装间下部，因此底孔的孔口尺寸除应满足渲泄导流和截流标准流量洪水外，尚应满足厂房安装间的布置要求。 安装间共设置了两个坝段，长度分别为 25m和 ，考虑到底孔水流流态因素，底孔布置需占用安装间底层房间，安装间的建基高程为 ，上层房间的底板高程为，因此底孔宜在上述两个高 程（高差为 ）之间布置。 经水力学计算，共需布置 2 个 8 8m 底孔，并集中布置在 25m 长的坝段内。 设计的导流底孔进口为平底坡段，进口顶部设有椭圆曲线以形成喇叭口，改善其水流条件布置在厂房安装间上游侧的挡水坝段内。 由于底孔位于安装间的下部，因此底孔的布置应满足安装间布置及结构设计要求。 通过安装间部分的底孔为平底坡段，要求顶板高程不高于 （取 ），底板高程为。 底孔的上、下水平段通过坡角为 21176。 的陡坡相接，连接处采用 16m 半径的圆曲线过渡。 底孔的上水平段长 ， 陡坡段长 ，下水平段长。 总长。 底孔的形状如下图： 底孔剖面图 底孔进口图（单位：米） 底孔泄流属于隧洞泄流的一种。 隧洞泄流水流的流态主要有有压流、无压流和介于两者之间的半有压流。 对于一定的隧洞，其流态决定于上下游水位的高低。 本工程导流底孔的设计流量为 534m3/s，相应导流洞出口水位 ，而出口底板高程为 ，孔顶为 ，所以出口水位不会淹没孔顶，即为自由出流。 随着泄流量的增加，要经过无压流、半有压流和有压流三个阶段。 经判断底孔属于短洞、陡坡的形态。 （本次设计不详细计算半有压流的情况） 第一种情况：无压流的计算 无压流的上限流量为  dgAQ pcdPc   2 见《水利水电工程施工组织设计手册 1》 P499 式中τ pc—— 半有压流的下限临界壅高比，为管道进口底以上水深与管道高度之比； μ —— 流量系数，取 ； ε —— 进口竖向收缩系数，取 ； Ad， d—— 管道断面面积、高度。 计算得出 Qpc=,相应的控制水深为。 短洞无压流的计算公式为： HgbmQ s 见《水力计算手册》 P402 式中 b—— 矩形隧洞过水断面的宽度，当过水断面为非矩形时， b=ω k/bk； hk—— 临界水深； ω k—— 相应于 hk的过水断面面积； σ s—— 淹没系数，当下游水位较高，已淹没进口的收缩断面，使该处水深 hc′ ，为淹没出流，σ s 值与比值 hc′ / H0有关；当 hc′ ，为自由出流，σ s=1，当淹没时， hc′可近似的以下游水位减进口底板高程而得； hc′ —— 进口断面处的水深； m—— 流量系数，决定于进口翼墙的型式、上游水库或渠道的过水断面面积与隧洞过水断面面积之比，一般取 m=～ ，若进口翼墙较平顺，断面缩窄较小，应取较大的 m 值，反之应取较小的 m值。 本次设计取 m=。 第二种情况：有压流的计算 有压流的下限流量公式：  ilddgARCglQ FCdFC   2211 .2 见《水利水电施工组 织设计手册 1》 P500 式中Σξ —— 局部损失系数； η —— 有压流出口水头比；本次设计取。 τ Fc—— 上游临界壅高比，采用经验值。 算得 QFc=。 有压流的泄流能力计算公式：  phgmQ  039。 2  见《水力计算手册》 P395 式中μ′ —— 有压流流量系数；  2222 )(2)(1139。 iiiiii Rcgl ω —— 隧洞出口断面面积 T0—— 上游水面与隧洞出口底板高程差 T 及上游行近流速水头 v02/2g之和，一般可认为 T0≈ T； hp—— 隧洞出口断面水流的平均单位势能， hp=+p/ν， 这里 p/ν =，故 hp=a=8m； 其中 a—— 出口断面洞高； p/ν —— 出口断面单位压能。 底孔的泄流 曲线计算表如下表。 表 底孔泄流曲线表 流量（ m3/s） 100 200 300 400 500 534 进口水深 (m) 流量（ m3/s） 600 1800 2020 2200 进口水深 (m) 由上表可知，二期截流后的水流全部从底孔过流，流量 Q=534m3/s，此时上游水深为 ，所以上游围堰高程为 H 上 =+水位壅高=+1=；下游水深为 ，故下游围堰高程为 H 下=+1=。 3 施工截流 本工程施工采用两期导流，一期为 190m宽明渠过流，二期为 2 个 8 8m的临时底孔过流。 因此本工程施工。