[教学]：水库施工组织设计

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第十一章  施工组织设计

第一节          工程概况
shuigong.com水库位于莱芜市辛庄镇沐汶河支流辛庄河上,流域面积85km2,兴建于1965年。水库上游控制流域面积85km2，水库总库容2430万m3，兴利库容1400万m3，死库容90万m3，是集防洪、城乡工农业用水等于一身的一座综合利用的中型水库。水库主要包括主坝、溢洪道、南北放水洞及电站等工程。本次除险加固工程内容包括：主坝加固工程、副坝新建工程、新建溢洪闸工程、南北放水洞加固工程等。主要工程量见表11.1.1。
表11.1.1                主要工程量汇总表                                 
序号        项目名称        单位        主坝        副坝        溢洪道(闸)        北放水洞        南放水洞        合计
1        土方开挖        m3        134091        874                                134965
2        土方回填        m3        164522        5354                                169876
3        石方开挖        m3        878        912        227071        336        336        229533
4        石方回填        m3        173826        4757        36448                        215031
5        拆除方        m3        18376                882        9             104        19371
6        干砌石        m3        18320        976        10947                        30243
7        浆砌石        m3        2162        225        26691        254        160        29492
8        反滤或垫层        m3        29490        1315        502                        31307
9        砼或钢筋砼        m3        49        29        9850        77             141        10146
10        灌注桩钻孔        m                        382                        382
11        帷幕灌浆        m        8933        2445        4281                        15659
12        草皮护坡        m2        48629        1296                                49925
13        机房和桥头堡        m2                        563.25        24.01        14.44        601.7
第二节           施工条件分析
一、        地形、地貌与工程地质
坝址区地处辛庄河上游，地形上呈两侧高中间低的箕形洼地，地貌形态以丘陵地貌和河谷地貌为主。
主坝、溢洪道地质情况简述如下：
(一）主坝
主坝分北坝段和南坝段两段，北坝段座于辛庄河主河床，南坝段座于剥蚀残丘、残山之上。
北坝段心墙填筑土为含砂砾质壤土，呈浅棕褐色～棕褐色，局部有少量呈灰褐、灰黑等杂色，湿～饱和，可塑～硬塑状态，上部局部呈坚硬或硬塑状，局部粘性较强。心墙壤土干密度平均值为1.70g/cm3；上游砂壳主要由砾质粗砂构成，局部为细砾砂，干密度平均值为1.50g/cm3，呈松散～稍密状态；下游砂壳主要由砾质粗砂构成，局部为细砾砂，干密度平均值为1.47g/cm3，呈松散～稍密状态。南坝段心墙为含砂质壤土，湿～饱和，可塑状态。壤土干密度平均值为1.58g/cm3；砂壳主要由砾质粗砂构成，局部为细砾砂，呈松散～稍密状态。
根据一般工程土类分级标准，上下游砂壳属Ⅳ类土，心墙属Ⅲ类土。
(二）坝基
坝基下伏岩土层主要为第四系松散堆积层及条带状二长花岗岩。第四系松散堆积层自上而下分为含土砾质粗砂层、含砂质壤土层、砾质粗砂层、细砾砂层和砂卵砾石层。坝基下伏基岩为条带状中粗粒二长花岗岩，浅灰～灰白色，风化后灰黄色，中粗粒结构，条纹及条带状构造。
(三）副坝
副坝坝基下伏岩层均为条带状中粗粒二长花岗岩，灰白色局部夹黑色斑点，夹较多暗色矿物条带，有小规模长英岩脉穿插。受构造影响，岩体破碎易风化，多数岩体具片麻状构造。一般全风化厚度为1.0～2.0米，强风化层未揭穿，厚度超过11.5米，岩体透水率值为14.91～29.50Lu，具中等透水性。
(四)溢洪道
溢洪道出露表层为砾质粗砂，下伏二长花岗岩，条纹及条带状构造发育，条带可分为由暗色包体组成的暗色条带或由长英质脉构成的浅色条带两种。岩石多具轻微～中等变质，风化剧烈，节理裂隙发育，片麻状构造、眼球状构造、肠状构造发育，局部岩体内部含大量暗色包体，大小不一，成分以斜长角闪岩、辉绿岩为主。根据岩石分级标准，该处岩石属Ⅳ～Ⅷ类岩石。
二、        水文地质
坝址区地下水类型主要有：松散岩类孔隙水、碳酸岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类、岩浆岩类裂隙水。松散岩类孔隙水赋存于第四系冲积、冲洪积、坡洪积地层中，冲积、冲洪积含水层主要分布于辛庄河河床及漫滩，岩性为砾质粗砂、细砾及砂卵砾石。含水层透水性强，补给充沛，径流畅通，富水性强。水位埋深1～3m,年变幅1～2m。
碳酸岩类裂隙岩溶水主要赋存于库区东部的寒武系、奥陶系灰岩中，富水性受灰岩浅部岩溶发育程度影响，具不均一性。
碎屑岩类、岩浆岩类裂隙水主要赋存于晋宁期二长花岗岩构造裂隙及风化裂隙中，大气降水为其主要补给来源，受地貌及岩性、构造控制，裂隙发育程度不均一，多为细微裂隙，富水性弱，水位埋深1～10m不等。
坝址区地下水水质良好，对砼无腐蚀性。
三、水文气象
库区属于黄河下游的暖湿带，半湿润区。四季分明，降雨主要集中在7、8两月，这两月降雨量占全年总降雨量的53.5%，多年平均降雨量723.10毫米，最大年降雨量1404.6毫米，最小年降雨量264.1毫米。多年平均气温12.6℃，年平均最高气温18.6℃，年平均最低气温７℃，多年极端最高气温39.2℃，多年极端最低气温-22.5℃。多年平均蒸发量1574毫米，最大月蒸发量286.8毫米，最小月蒸发量28.4毫米，最大冻土深度0.44米。
根据以上资料，考虑到降雨、低温等对工程施工的影响，年有效施工天数约250天。
四、天然建材及土料供应
砂料料场位于坝址区下游右岸shuigong.com村南，相距主坝约800m。shuigong.com水库周围分布若干石料场，主要为二长花岗岩，抗风化能力尚可，运距5～10km。另外，可由埠东、茶叶口及章丘等地提供石灰岩料石，抗风化能力强，运距在20～50km，以上石料场货源充足，质量符合要求，能够满足设计要求。土料场拟定在后峪村北部、莱芜～沂源公路北侧，距主坝平均距离约为1.5km。
五、施工交通
莱马公路在水库以北山坡上通过，可作为本工程的施工对外交通路。工程施工期间，需修筑一条通往土料场的临时道路，溢洪道石方外运需修筑一条石方运输专用路。同时需修筑几条场内施工临时道路。
六、施工供电
shuigong.com水库现有供电电源来自水库管理局。主体工程开工前，拟将10千伏高压线自管理局接线，先行架设高压线路至溢洪闸，并分区安设临时变压器，再经临时低压线路向各用电点供电。为提高用电保证率，各施工点配备50kw柴油发电机，作为备用电源。
七、施工供水
本工程库内和地下水水源丰富，水质较好。施工期间，利用离心泵或潜水泵，自库内取水作为施工用水。生活用水可在生活区内就近打井解决。
第三节        施工导流
本工程坝前工程项目包括：南北放水洞洞口加固、溢洪闸、上游护坡石翻修、上游坝脚压重等，其中南放水洞进口底高程271.2米，北放水洞进口底高程264.95米,溢洪闸闸前底高程276.75米,主坝上游翻压底高程为275.00米。shuigong.com水库泄水出口有三个，分别为南放水洞、北放水洞和溢洪道，三个泄水出口全部需加固处理。为确保工程安全施工，必须做好施工导流。
一、        导流方式选择
根据施工进度安排，工程跨汛期施工，因此施工导流方式应根据泄水建筑物底高程和坝前工程工作面顶高程以及施工总进度计划安排。为减少导流工程量，确定汛前导流采用腾库调蓄方式，即工程开工前先将库水位放至死水位，然后同期施工南、北放水洞，在北放水洞前修筑围堰，利用腾出的库容调蓄上游来水,南放水洞施工无需修筑围堰。溢洪道安排在汛后施工，其间可利用北放水洞敞泄放水导流。
二、导流标准确定
根据《山东省水利工程施工组织设计编制办法(试行)》，根据保护对象、失事后果、使用年限和临时工程规模等综合因素确定，导流建筑物级别为Ⅴ级，其相应洪水重现期为5～10年。根据本工程特点及以上综合因素，确定本工程洪水重现期为非汛期10年一遇洪水标准。
三、导流设计
非汛期坝前工程项目主要为南北放水洞洞口加固工程、溢洪道开挖、上游坝脚压重台填筑工程等。按照施工进度安排，南、北放水洞施工期定于1～5月，即汛前完工。施工期间应尽量降低水位，确保施工安全，根据本工程特点，该时段内按10年一遇洪水标准。经计算，在此时段内洪水总量为150.7万立方米，按起调水位264.95米计算，相应上游水位为268.5米，由此确定北放水洞围堰控制水位为268.5米。考虑到风浪爬高和安全超高，确定北放水洞围堰顶高程为269.6米。南北放水洞同时施工，如果发生超标准洪水，应提前安排抽水泵抽取围堰前的水，以降低水位，确保施工安全，防止事故发生。
溢洪闸工程、溢洪道工程安排在汛后10月～第二年6月，为确保施工安全，施工期间应尽量降低水位。可利用已改造加固好的北放水洞进行导流控制。由于溢洪闸闸前底板高程为276.75m，因此溢洪闸及溢洪道的施工不用修筑围堰，施工期间可利用北放水洞控制放水即可满足施工要求。
四、        围堰设计
北放水洞围堰设于洞口前30米以外，整个围堰呈弧形布置，两端与主坝相接，总长约140米。堰顶宽度确定为5.0米，堰高4.65米，围堰自然边坡定为1∶2.5，背水坡定为1∶2.0，迎水坡铺设两布一膜复合膜防渗，编织袋装石碴护坡。由于南放水洞进口底板高程为271.2m，因此南放水洞施工期间不需再修筑围堰。
北放水洞围堰填筑后，应尽快排除堰内积水。先期进行基坑内排水，然后进行经常性排水。经常性排水采用明排方案，即在基坑四周开挖排水沟，排水沟内设一眼集水井，用电动潜水泵将基坑渗水排至库区内。
为保证施工安全和安全度汛，汛期除可进行溢洪道部分石方开挖及部分拆除工程外将不安排主体工程施工。
五、围堰筑、拆施工
北放水洞洞前围堰填筑利用溢洪道尾水渠段开挖的石方填筑，拟采用1.0立方米反铲挖掘机开挖，配8.0吨自卸车运输，推土机推运整平，拖拉机压实。围堰填筑自两侧向中间进占，合龙后，上部围堰填筑与复合土工膜铺设、编织袋装石碴护坡及初期排水同时施工。复合土工膜采用人工铺设，并在上游围堰坡脚处采用编织袋装石碴压牢，编织袋装石碴护坡采用人工抛填。
放水洞洞口加固完毕应立即拆除围堰，拆除料全部运至主坝坝后堆存。库水位以上采用1.0立方米反铲挖掘机配8.0吨自卸车挖运。根据现有施工设备情况，开挖水下石碴采用长臂反铲挖掘机，并采用自卸车运至主坝坝后堆存。
第四节           施工方法
一、        料场规划
根据土方平衡与调配，本工程主坝心墙281.20米高程以上翻压、主坝两端齿槽回填、副坝齿槽回填、副坝心墙填筑等工程共需在料场开挖土料3.5万立方米。拟采用的土料场位于后峪村北部、莱芜～沂源公路北侧，距主坝平均距离约为1.5公里。本料场场区土料成因属山前坡洪积堆积层，可用层含砂质壤土厚度3.5米，总储量估算为42.35万立方米。根据设计需要防渗土料用量约为3.56万立方米。按《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL 251-2000）第4.3.4条规定，初步设计阶段勘察储量不得少于设计需要量的2倍，即设计需要7.0万立方米。因此勘察储量满足设计要求。
本工程上游抛石挤淤需外购块石25896m3，可由库区周围石料场供应或由埠东、茶叶口及章丘等石料场提供。以上料场储量及质量均能满足施工要求。
二、        土石方与拆除工程
（一）本工程土石方项目包括：
1、主坝上游砂壳翻压、主坝下游砂壳翻压和心墙开挖及填筑、上下游补填土方、上游坝脚压重、齿槽开挖及回填；
2、坝清基、排水沟开挖及齿槽开挖和回填；
3、洪道石方开挖及回填；
4、放水洞石方开挖，围堰填筑及拆除；
5、南放水洞石方开挖；
6、外购土石方等。
以上共计开挖量364498m3（自然方），填筑量384907m3（自然方）。
（二）本工程拆除工程项目包括：
1、主坝上游坝坡护坡石拆除、下游排水棱体拆除、防浪墙拆除。
2、溢洪道旧溢流堰拆除；
3、放水洞砼及砌石拆除。
以上共计拆除方量为19371m3。
由于本工程土石方挖填与拆除项目较多，工程量较大，为节省工程投资，必须进行合理平衡与调配。平衡与调配的原则如下：
1、自身开挖土方应首先满足自身填筑要求；
2、自身平衡后剩余的开挖土石方及拆除方应由近至远用于其他项目的填筑，充分利用开挖与拆除方；
3、主体工程项目完工后的零星项目开挖剩余方，应就近整平堆放，减少弃土占地量。
根据以上原则，确定平衡与调配方案，土石方挖填平衡见表11.4.1。
三、        施工方案
根据平衡与调配方案，综合考虑各种机械的性能特点以及现场的地形条件、交通条件和运距等，确定施工方案如下：
（一）主坝砂壳及心墙翻压
主坝上游翻压在0+000～0+810坝段，共需开挖原砂壳料8.39万m3，砂壳料填筑除采用原砂壳料外，所缺填筑料采用溢洪道开挖石碴填筑，共需石方0.96万m3,折填筑方1.26万m3。
砂壳开挖计划分两段进行。第一段挖方范围为底部与上游开挖线为设计轮廓线,上游开挖线按1∶1边坡控制，施工中注意加强监测，如发生塌坡现象应及时处理，防止事故。采用1.0立方米反铲挖掘机配自卸车将第一段挖方土运至翻压段两侧上游坡脚外临时堆存。剩余开挖方为第二段挖方。
第一段挖方完成后，经验收合格，直接利用第二段挖方进行填筑，采用1.0立方米反铲挖掘机挖土填筑工作面，随着砂壳翻压的进行，再采用挖掘机配自卸车将第一段开挖堆存方运至坝顶。运至坝顶的砂壳料采用挖掘机配推土机推运至上游坡工作面。
心墙翻压共需开挖土方2.48万m3，其中2.41万m3筑于主坝下游坡面，剩余690m3用于副坝砂壳填筑。心墙填筑所需粘土全部取自粘土料场。
本工程砂壳压实选用13吨振动碾，心墙采用拖拉机压实。施工过程中应严格按《碾压式土石坝施工技术规范》（SDJ213-83）要求施工。
（二）副坝填筑
副坝填筑共需土石方6818m3，因下游坝坡表层有种植草皮要求，所以在表层50cm厚的部分使用主坝心墙翻压开挖土方，其他填筑料采用溢洪道开挖石方。填筑前先进行坝基清理，采用推土机推运至下游坝脚外，整平堆放。施工时直接采用自卸车运至工作面填筑，并用推土机推平。填筑料采用13吨振动碾压实。
施工过程中应严格按《碾压式土石坝施工技术规范》(SDJ213-83)要求施工。
（三）石方开挖
本工程石方开挖包括副坝齿槽风化岩石开挖、放水洞消力池石方开挖、场区石方开挖、溢洪道各段石方开挖，共计22.95万m3。为防止爆破对基岩的破坏，在主坝附近和开挖基岩面以上0.5米范围内采用保护层石方爆破，控制一次装药量。施工中严格控制超挖量，闸室段的石方开挖应严格控制，不允许欠挖。其他段石方开挖采用一般石方开挖方式施工，但也应控制一次装药量。开挖后的石碴采用1立方米挖掘机配8吨自卸车分别运至上游坝脚压重、副坝填筑等指定地点，详细数量见土石方平衡表。遵照《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47-94）执行。
（四）砌石与砼拆除
主坝上游护坡石采用人工拆除，拆除料在上游坝坡前临时堆存，由推土机推至上游坝脚压重。浆砌石与砼拆除采用人工或电锤拆除，拆除后用拖拉机运输至主坝下游堆存。
（五）其他土方开挖
坝顶防浪墙基础、坝后排水沟基槽及其他齿墙土方开挖，均采用人工挖土，人工回填夯实，剩余土方，就近整平。
四、砌石工程
砌石工程采用人工施工，水泥砂浆采用灰浆搅拌机拌制，人工胶轮车运输至工作面。进场后的石料，采用人工选修后搬运就位。砌石工程施工应严格遵守《砌体工程施工及验收规范》(GB50203-98)。
五、帷幕灌浆工程
本工程帷幕灌浆在主坝、副坝和溢洪道，主坝0+000～0+220段为基岩，其单位吸水率为43.5～113.2Lu，主坝0+220～0+480段单位吸水率为7.89Lu，副坝及溢洪道单位吸水率为14.91～29.5Lu。由于本工程灌浆量较大，灌浆范围内岩层分布比较复杂，为合理确定灌浆压力、灌浆材料，浆液稠度以及压力与浆液变换的关系等技术参数，应根据灌浆区不同的地质条件，在实际灌浆区域进行灌浆实验。灌浆试验应按逐渐加密的程度进行实施，其施工方法应与准备采用的施工方法大致相同。
本灌浆工程采用自下而上的分段钻孔灌浆方法进行施工。段与段之间，一般可不待凝，但孔口段、破碎带、吃浆量特大和孔内有涌水的孔段，宜适当待凝。灌浆分段长度应视具体情况而定，一般表层第一段（混凝土与基岩接触段）不宜大于2.0米，以下各段一般宜采用5.0米，在特大吃浆处应适当缩短灌浆段，吃浆量很小的地段可适当加长。
灌浆工程施工工序如下：钻孔→冲孔→压水试验→灌浆→灌浆结束封孔。
灌浆孔采用150型地质钻机钻孔，钻机采用轨道固定。在设计规定的压力下，如注入率小于1 L/min后,继续灌浆60分钟后即可结束灌浆。全孔灌浆结束后,应再用最稠一级浆液，按10～15米的段长作一次自下而上的复灌，待水泥浆干硬后，对未被填满部分排除孔内积水后，再直接用硬性水泥砂浆封堵。坝体段则采用粘土球封堵。帷幕灌浆施工应严格遵守《水工建筑物水泥灌浆技术规范（DL/T5148-2001）》。
六、灌注桩工程
本工程灌注桩位于溢洪道挑流坎后冲坑处,总长382.4米，所穿过地层主要为基岩层，采用回旋钻钻孔，泥浆固壁。砼拌制采用0.4立方米砼搅拌机,水下导管法浇筑砼,导管下端埋入砼中2～3米，最小不得少于1米，砼浇筑过程要连续进行，不得中断。
灌注桩施工的工艺流程为：场地平整→构筑钻机平台和桩位放样→钻机就位→钻孔→清孔→下钢筋笼→安装导管溜槽等→浇筑砼→养护。
其中桩位放样、钻孔、清孔、下钢筋笼、浇筑砼等为关键工序，施工中可参照《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》（JGJ-80）执行。
七、砼工程
本次加固工程共计浇筑砼10146立方米，分属于主坝、新建溢洪闸、南北放水洞改造等工程。砼浇筑方量较少的可就近设置砼拌制系统。根据各单项建筑物工程砼浇筑强度和施工条件，确定采用移动式Js500型砼搅拌机拌制砼，根据不同的建筑物和各建筑物不同的部位，砼运输采用胶轮车直接运输和胶轮车水平运输卷扬机垂直运输两种方案入仓。入仓后的砼分别采用插入式或平板式振捣器振捣密实。
砼与钢筋砼施工应严格遵守下列规范：
1、《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)
2、《水工混凝土试验规范》(SDJ105-82)
3、《水闸施工规范》(SL27-91)
八、金属结构制作安装
本工程金属结构制作内容包括溢洪闸工程改造、南北放水洞改造工程。金属结构必须持有生产许可证的厂家制造和安装。闸门埋件采用二期砼固定。所有闸门加工完成后均可整扇或分节运输至施工现场，由汽车式起重机结合安装就位的启闭设备吊装就位。启闭机的组装，工作宜在生产厂内进行，经组装的部件运至安装现场后，由汽车式起重机吊装就位，然后再进行整机组装。闸门、拦污栅及埋件的除锈、喷锌、刷漆等防腐处理，按设计要求进行。闸门、拦污栅及启闭设备安装调试完毕，应作全程试运行三次。
压力钢管位于放水洞洞身内，为洞内埋管。运达现场的钢管由起重机吊运至放水洞洞口，由安装于放水洞出口的卷扬机牵引滑移就位。其安装工序如下：安装准备→测量检查固定→管节对装→环缝焊接→探伤检查→除锈加固→防腐油漆→滑移就位→竣工试压验收。钢管外侧预埋灌浆管，待安装就位后进行充填灌浆。
金属结构设备制造及安装应严格遵守下列规范：
（一）《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》(DL/T5018-94)
（二）《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》(DL/T5019-94)
（三）《压力管道制造安装及验收规范》(DL5017-93)
（四）《水工金属结构防腐蚀规范》(SL105-95)
第五节           施工总布置
本工程施工总布置的内容包括：施工导流、料场布置、土石方临时堆存、场内外交通及衔接、施工仓库、加工厂及生活福利设施等。
一、料场布置
土料场拟定在后峪村北部、莱芜～沂源公路北侧，距主坝平均距离约为1.5km，按购土方法解决，不计占地。
二、场内外交通及衔接
工程施工期间，在主坝和土料场之间修一条场内临时路，路面宽6.0米，总长约500米，临时占地6亩，其他场内临时施工道路共2km,不计占地。
三、施工仓库与加工厂
本工程施工仓库与加工厂主要集中于三个建筑物上，仓库均设于加工厂内，经估算,需建水泥仓库、油料库和其他仓库共计1400平方米。溢洪闸施工仓库及加工厂设于溢洪闸左岸高地处，属库区范围，不计占地。南放水洞的加工厂设于主坝下游坝脚，南放水洞出口以南，需临时占地2.5亩,北放水洞的加工厂设于原管理处北侧空地处，属库区范围，不计占地。
四、生活福利设施
本工程生活福利设施均集中设于溢洪道左岸原渔业队所在地，属库区范围，不计占地。南北放水洞生活福利设施可就近设于库外仓库及加工厂附近。需临时占地1.5亩。
第六节   施工总进度
根据本工程的施工项目、工作量及相互间制约条件，确定工程总工期一年半，其中汛期基本不安排主体工程施工。
2002年12月至2003年汛前,根据此间库水位较低的施工条件，集中完成南北放水洞加固工程、主坝上游压重、上游砂壳翻压、部分坝坡护坡石翻修工程、溢洪道部分石方开挖及其他零星工程项目；
2003年汛后至20