围堰方案.docx
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围堰方案
李溪拦河坝加固改造工程
（Ⅱ期-闸坝主体结构）
施工导流专项方案
广州市水电建设工程有限公司
二○一一年十一月
李溪拦河坝加固改造工程
（Ⅱ期-闸坝主体结构）
施工导流专项方案
批准：
李光新
核定：
李光新
审查：
李光新
校核：
李光新
编写：
李光新、李光新、李光新、李光新
1工程概况
李溪拦河坝枢纽是流溪河梯级开发工程之一，位于流溪河下游花都区花东镇李溪村与白云区竹料交界处。
该工程主要任务是引用流溪河大坳坝以下区间543km2集雨面积径流和流溪河灌区的回归水，补充该灌区右岸下游农田灌溉用水。
设计灌溉面积7万亩，引水流量7m3/s，是一宗以灌溉为主、结合发电、供水的综合利用水利工程。
枢纽管理单位为李溪拦河坝管理处。
该枢纽工程由拦河坝、右岸进水闸、东、西两座水电站组成。
本次工程任务是对李溪拦河坝进行加固改造工程（闸坝主体结构重建），包括重建上游防渗体系、闸室、工作桥和下游一级消力池，新建自动控制和安全监测系统等。
将其建设成为具有灌溉、发电、景观、旅游、改善水环境的综合性大型枢纽工程。
本工程规模属大
（2）型，工程等级为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级；采用50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。
2水文
2.1流域概况
流溪河流域位于广州市的北部，即珠江三角洲的中北部，是我市境内一条雨量充沛的重要河流，发源于从化市吕田桂峰山，流经从化市、花都区和白云区，在江村的南岗口与白坭河相汇后流入珠江，流域形状呈东北至西南的狭长形，南北长约116km，东西宽约20km。
流溪河干流全长156km，全流域集雨面积2300km2，占全市国土面积的31%。
图2-1流溪河主要水系分布示意图
流溪河开发利用较早，从上世纪五十年代后期开始，先后建成了以流溪河水库（大型）、黄龙带水库（中型）为首的5座大、中型水库，总库容达5.43亿m3，其它小
（一）、小
（二）型近60宗，总库容达0.98亿m3。
干流11座梯级引水灌溉与发电相配套，全流域已形成蓄、引、提互为调节，可灌溉50多万亩的大型灌溉网，实现了灌溉、防洪、发电等综合利用，改变了本区域洪、涝、旱灾频繁发生的局面，促进了农业生产和地方经济的发展。
流溪河共兴建有11处拦河闸坝引水工程，李溪拦河坝是其中之一，位于流溪河干流中下游。
其上游牛心岭拦河坝于2005年兴建，近年来运行情况良好，灌溉与发电都发挥了良好的效益。
下游人和拦河坝于1971年2月动工兴建，中间经过多次整改并于2008开始重建。
流溪河李溪拦河坝上下游河段（太平～李溪～人和）均已按100年一遇防洪标准整治完毕。
图2-2李溪拦河坝
图2-3牛心岭拦河坝图2-4人和拦河坝
2.2气象
流溪河流域位于广东省中部，地处东亚大陆边缘属华南亚热带湿润地区，气候温和，雨量充沛，冬季，蒙古高压势力强盛，极地大陆气团笼罩华南地区，气候干冷，晴天为主，春季（2～4月）大陆高压衰减，副热带太平洋高压西伸，温湿水汽开始流入，常出现梅雨天气；夏初南北气团进退不定，受西风带系统和热带系统共同作用，5～6月份有连续暴雨和特大暴雨，7～8月份随副热高压的北移，高压西北雨带也移至江淮一带，受热带季风影响，以热带气旋和热带低压形成的暴雨为本流域主要降雨过程，有些年份台风活动较少，雨量偏少，后汛期结束，气温高而出现干旱，9～11月份东亚季风减弱，北方冷空气开始活动，天气晴朗少云，有些年份出现秋旱。
1）气温
多年平均气温21.2℃，七月平均气温28.2℃，1月份平均气温12.3℃，绝对最高出现在白云区，达38.7℃，绝对最低出现在从化吕田，为-7.0℃。
2）蒸发、相对湿度
流域多年平均蒸发量1100mm，中、下游较大。
水面蒸发量年际变化不大，但年内分配差异显著，最大蒸发一般发生在7月，最小蒸发一般发生在2月。
流域多年平均相对湿度75～85%，月平均相对湿度在62～93%之间。
3）降水
流域暴雨以锋面雨和台风雨为主，其它是对流（热雷）雨和地形雨，因此降雨有较强的季节性，具有降雨强度大，降雨范围广的特点，降水年内分配不均。
流域多年平均降水量1823.6mm，最高为流域东北部南侧的天堂顶为2580.0mm，最低为李溪1315.1mm，每年4～9月为雨季，受热雷影响的前汛期（4～6）占年降雨量的48.1%，受热带风暴影响的后汛期（7～9月）占年雨量的33.2%。
合计半年降雨量占全年的81.3%，形成丰、枯季节雨量不均的状况。
2.3水文基本资料
2.3.1水文、气象测站概况
流溪河流域主要的气象站为从化和广州站，1908年开始有观测资料，但资料比较完备且精度较高的是从1951年开始的观测系列。
水文、气象站的设立，大致有两种情况：
一是五十年代按流域规划和水资源开发的需要而设立的测站；二是建库建坝后为工程调度和管理而设立的坝址测站。
流域内各主要测站的观测项目及年限见表2-1。
表2-1主要水文、气象站基本情况表
站名
流域面积（km2）
观测项目及年限
备注
水位
流量
雨量
东村
119
1956.6～1958.8
1956.6～1957.12
流溪乡
539
1953.3～1958.7
1953.4～1957.12
1953.3～至今
1959年起为水库资料
分田水口
549
1955.4～1958.12
1955.4～1955.12
温泉
529
1951.4～1958.12
1951～1952.4
1952.1～至今
1959年建坝后，观测水位至今（闸上水位）
大坳坝
1392
1977～至今
1977～至今
1960～至今
闸上水位
牛心岭
1551
1952.4～1975.12
1952.4～1964.4
1953～1976
从1976年迁太平场，停止水位观测
太平场
1574
1975.1～至今
1975～至今
李溪坝
1930
1971～至今
1971～至今
人和坝
2100
1989～至今
1989～至今
1989～至今
花都
1951～至今
气象站
从化
1951～至今
气象站
2.3.2水文基本资料的收集
流溪河下游没有水文观测站，只有牛心岭站有1952～1974年共23年水位资料和1952～1964年的流量资料，1975年起牛心岭站取消，改在下游设太平场水位站，并通过太平场站与牛心岭站同步水位关系延长牛心岭资料，考虑到流溪河水库调蓄的影响，从1959年开始取用，有29年实测资料，1988年之前水位流量关系较好，近年由于河段挖沙等原因造成断面下切，水位流量关系不宜采用。
大坳拦河坝从1977年至今，均有水位、流量、雨量的观测资料，水位、雨量系列完整，较准确可靠，具有一定的代表性，但过坝流量是通过水量平衡反算，洪峰误差较大，大坳坝资料仍是中下游河段水文分析的主要依据。
李溪拦河坝有1980年至今的水位、流量资料，但由于水文资料未经整编，在使用中存在一些困难。
在缺少实测水文资料情况下，只能以本坝址实测资料为基础，引用上游坝址成果检验和修正。
本次水文分析参考的主要技术文件有：
（1）2002年《流溪河中、下游设计洪水水面线复核成果》，
（2）2003年《牛心岭拦河闸坝枢纽工程可行性研究报告》，（3）2004年《从化市牛心岭拦河闸坝枢纽工程初步设计》，（4）2007年《广州市人和拦河坝重建工程初步设计》，（5）2010年《李溪拦河坝加固改造工程（Ⅱ期——闸坝主体结构）可行性研究》。
2.4施工洪水
根据枯水期10月～次年3月以及11月～次年3月两种情况，由于大坳坝实测流量系列较李溪长，连续性好，因此《李溪拦河坝加固改造工程（Ⅱ期——闸坝主体结构）可行性研究报告》采用大坳拦河坝的坝上实测流量系列进行频率分析计算并按面积比例还原成李溪坝各频率下流量。
本次采用李溪坝实测流量资料进行分析，发现采用大坳坝计算的洪水比李溪实测排频成果大，由于李溪坝实测资料更具有代表性，因此本设计采用本次排频分析成果，对应枯水期5年一遇、10年一遇成果见下表：
表2-2李溪拦河坝施工期设计洪水
项目
频率
集雨面积F（km2）
设计流量（m3/s）
10月～次年3月
11月～次年3月
李溪坝
P=20%
1930
229
219
P=10%
338
328
3导流标准及方式
3.1导流标准
本工程属Ⅱ等工程，主要建筑物级别为2级。
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）第3.2.1、3.2.7条的规定,导流建筑物为4级，土石导流建筑物的设计洪水标准在P=5%～10%范围内选择。
经水文计算，成果见表8-1。
表3-1李溪拦河坝施工期设计洪水（11月～翌年3月）
洪水标准
流量（m3/s）
下游水位（m）
P=20%（5年一遇）
219
6.02
P=10%（10年一遇）
328
6.22
根据本工程特点，整个工期要求在2个水利施工年内完成。
选择10年一遇洪水作为本工程导流标准，考虑施工围堰导流时段为枯水期11～翌年3月，相应导流流量为Q=328m3/s。
3.2导流方式
根据本工程枢纽布置特点和现场地形条件,可供选择的导流方式有明渠导流和分期导流两种，考虑到闸上游附近右岸为引水灌渠进水口，与导流明渠布置有干扰，左岸为房屋建筑；采用明渠导流则明渠底宽较大，开挖工程量大，工期长，并牵涉到征地问题，增加工程投资；本工程围堰高度较低，占据河床范围较小，而河床较为宽阔约275m，适合采用分期导流，故本阶段选定分期导流方式。
本工程采用两期围堰，一期围堰（当年11月～第二年3月，共5个月）围护西电站3孔和22个泄水闸孔，设置纵向围堰，由原东电站3孔和8个泄洪闸孔过流；二期围堰（第二年11月～第三年3月，共5个月）围护一期的泄水部分，第二次修筑纵向围堰，由新建泄水闸及西电站过流，施工余下结构部分。
4围堰方案设计
4.1设计依据
1）李溪拦河坝加固改造工程（Ⅱ期-闸坝主体结构）施工承包合同书；
2）李溪拦河坝加固改造工程（Ⅱ期-闸坝主体结构）施工图；
3）《水利水电工程等级划分及洪水标准》；
4）《防洪标准》（GB50201-94）；
5）施工组织设计手册；
6）《水利水电工程施工组织设计规范》；
7）《水利水电工程施工通用安全技术规程》（SL398-2007）；
8）《水利水电工程土建施工安全技术规程》（SL399-2007）；
9）《水利水电工程施工作业人员安全操作规程》（SL401-2007）。
4.2围堰总体布置
本工程采用两期围堰，一期围堰（当年11月～第二年3月，共5个月）围护西电站3孔和22个泄水闸孔，设置纵向围堰，由原东电站3孔和8个泄洪闸孔过流；二期围堰（第二年11月～第三年3月，共5个月）围护一期的泄水部分，第二次修筑纵向围堰，由新建泄水闸及西电站过流，施工余下结构部分。
围堰内布置一横一纵施工临时道路。
沿纵向围堰内侧布置一道截渗沟，在截渗沟渗末端设置集水池，用5台水泵间歇性抽水。
具体布置见下图：
图4-1一期围堰平面布置图
图4-2二期围堰平面布置图
4.3围堰断面设计
根据施工时段及当地材料供应情况，上下游截水围堰采用土方填筑，抛石防冲、砌石护坡的土石围堰，堰基为7m以上强透水性中粗砂层，堰基上用土方填筑至设计施工洪水位，围堰上部采用拆除坝体材料硬化，两侧堆砌拆除坝体的块石，围堰两侧坡度为1:
1～1:
1.5。
下图为一期横向和纵向围堰的剖面图。
二期围堰剖面大致同一期
图4-3一期横向围堰剖面图
图4-4一期纵向围堰剖面图
4.4设计计算
4.4.1过流能力计算
本次采用李溪坝实测流量资料进行分析，发现采用大坳坝计算的洪水比李溪实测排频成果大，由于李溪坝实测资料更具有代表性，因此本设计采用本次排频分析成果，对应枯水期5年一遇、10年一遇成果见下表：
表4-1李溪拦河坝施工期设计洪水
项目
频率
集雨面积F（km2）
设计流量（m3/s）
10月～次年3月
11月～次年3月
李溪坝
P=20%
1930
229
219
P=10%
338
328
对于堰流，过闸流量采用《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A中的公式进行计算：
对于多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时，侧收缩系数按下列公式计算：
式中：
Q——过闸流量（
）；
B0——闸孔总净宽；
——堰流淹没系数；
H0——计入行近流速水头的堰上水深（m）；
——堰流侧收缩系数；
——堰流流量系数；
——闸孔净宽；
——闸孔数；
——中闸孔侧收缩系数；
——中闸墩厚度；
——边闸孔侧收缩系数；
——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）；
——由堰顶算起的下游水深（m）。
各计算参数和结果见表4-2所示。
表4-2李溪拦河坝施工期设计洪水水位
一期围堰
二期围堰
设计频率
P
10%
10%
重力加速度
g
9.81
9.81
设计施工洪水流量
Q
328.00
328.00
下游水位
6.22
6.22
堰顶高程
7.80
7.80
行进流速
v0
2.00
2.00
闸孔净宽
b0
6.70
12.50
闸孔数
N
8
7
中闸墩厚度
dz
1.00
2.50
边闸墩顺水流边线至河道边线距离
bb
0.00
0.00
闸孔总净宽
B0
53.60
87.50
中闸孔侧收缩系数
εz
0.98
0.97
边闸孔侧收缩系数
εb
0.99
0.98
堰流侧收缩系数
ε
0.98
0.97
堰流流量系数
m
0.385
0.385
堰流淹没系数
σ
1.00
1.00
上游水位
9.97
9.32
4.4.2围堰抗滑稳定性计算
（1）计算方法
本次围堰抗滑稳定复核选取两个典型断面进行计算。
计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98），采用瑞典条分法的总应力法：
施工期抗滑稳定安全系数可按下式计算：
式中：
——条块宽度（
）
——条块重力，
（
）；
——在堤坡外水位以上的条块重力（
）；
——在堤坡外水位以下的条块重力（
）；
——堤坡外水位高出条块底面中点的距离（
）；
——条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（度）；
——水的重度（
）；
、
、
、
——土的抗剪强度指标（
，度）；
——水位降落前堤身的孔隙水压力（
）。
围堰整体稳定性计算采用理正边坡稳定分析软件进行计算。
计算工况选取设计施工洪水下的背水侧堤坡。
围堰堰体各土层物理力学指标如表4-3所示。
表4-3堤身土层物理力学指标表
土层名称
物理力学指标
重度（kN/m3）
饱和重度（kN/m3）
粘聚力（kPa）
内摩擦角（°）
渗透系数K（cm/s）
坝体填料
16.5
17.0
5
20
9.2×10-3
杂填土（堰体填料）
18.4
19.2
12.7
30
1.0×10-3
砾砂
18.4
18.7
20
3.3×10-2
（2）计算结果
根据规范要求，围堰级别为4级，土堤抗滑稳定安全系数在正常运用条件下为1.15，在非常运用条件下为1.05。
计算结果显示，断面一的抗滑稳定安全系数小于1.05，不满足规范要求，断面二满足规范要求。
计算结果见下表所示。
表4-4堤岸抗滑稳定计算结果表
断面
滑动圆心坐标
滑动半径
最小抗滑安全系数K值
X
Y
断面一
-0.160
4.480
4.598
1.040
断面二
-0.180
4.730
5.254
1.093
4.4.3围堰渗流稳定性计算
围堰级别为4级，按10年一遇洪水设计。
本次计算采用有限单元法进行，计算软件采用理正渗流计算软件。
围堰堰体各土层物理力学指标如表5-1所示。
计算简图如下图所示。
图4-5计算简图
总水头彩色云图及各点渗流比降彩色云图如图4.6-4.7。
图4-6总水头彩色云图
图4-7各点比降彩色云图
渗流出口坡降0.38，在允许范围内。
单宽渗流量=32.09723m3/天。
4.5断面型式优化
通过计算，围堰抗滑稳定性和渗流稳定均存在一定问题，采取以下方式对断面进行优化。
（1）对围堰修坡。
围堰局部边坡过陡的应进行修坡，使围堰边坡坡度在1：
1.5～1：
2.0范围内。
（2）在纵向围堰迎水面铺设土工布，土工布上分层砌筑编织袋进行加固，坡脚处砂包的堆放需要一定的埋深。
（3）在集水池处增加布置2台水泵，每天间歇性抽水。
优化后围堰断面图如下图所示:
图4-8一期纵向围堰优化后剖面图
图4-9一期纵向围堰优化后剖面图
优化后的围堰迎水面由于有砂包护面和护脚，不仅能增加围堰的抗渗稳定性，也能防止坡脚冲刷。
对修改后的围堰断面进行复核，抗滑稳定性和渗流稳定性均能满足要求。
5施工组织设计
5.1施工条件
5.1.1工程概况
流溪河流域位于广州市的北部、珠江三角洲的中北部，东临增江流域，西临北江流域，地跨北回归线，是广州市水资源开发最早、最好，且污染较少，水质良好的重要河流。
流溪河共兴建有九处拦河闸坝引水工程，李溪拦河坝位于流溪河干流中下游，广州市花都区花东镇旁流溪河上，距离上游牛心岭拦河坝水利枢纽工程23.89km，距离下游人和拦河坝水利枢纽工程13.21km。
李溪拦河坝枢纽包括拦河坝、右岸进水闸及东、西两座水电站，是一宗以灌溉为主、结合发电、供水的综合利用水利工程。
本次李溪拦河坝加固改造工程（Ⅱ期——闸坝主体结构）包括：
重建拦河闸坝的闸室、工作桥，铺盖及垂直防渗、一级消力池等。
5.1.2水文、气象条件
流溪河流域位于广东省中部，地处东亚大陆边缘属华南亚热带湿润地区，气候温和，雨量充沛，流溪河流域降雨具有明显的季节性。
流域多年平均降水量1823.6mm，全年降雨量约80％集中在4～9月，其中5、6两月雨量占全年40％，一般年份都超过900mm，其余半年为少雨季，有些年份连续数月少雨或无雨，按多年来平均值分析，1～3月雨量占全年雨量13.2％，4～6月占49.8%，7～9月占29.4％，l0～12月占7.6%。
洪水由暴雨产生，流溪河洪水出现的频次、时间和时程分布等均与暴雨相应。
大洪水多出现在5～6月份，个别年份也出现在4月或7月份以后，大暴雨多数是全流域性，且自东北向西南减小，中小暴雨有时为局部性，流域内分布不均，暴雨历时一般为1～2天或间隔一天。
场地地层上部覆盖层为中粗砂层、粉砂岩、灰岩，灰岩层出现有溶洞。
河床主要是沙层，层厚约有4～10米。
5.1.3对外交通
工程所在地有地方公路直达，对外交通网络发达，陆运交通条件十分便利。
5.1.4建筑材料来源
工程所需的主要材料为块石、砂、水泥等。
块石、砂、水泥等可就近在广州市场购买。
5.1.5水电供应
施工期间的生活用水，与当地主管供水部门取得联系，将附近接水口延伸至施工现场，施工用水采用自来水；施工用电可与当地有关部门联系引接地方电网。
无此条件则需在施工营地内设2台90kw发电机自发电。
5.2施工流程
一期施工流程：
测量放线→利用原河床上的砂填筑堰体中部至高程8.10米→用粘土围堰至高程10.10米→堰体堆石至高程10.60米以上→围堰内抽水→修筑施工便道→转运原旧坝拆卸的块石料进行护坡→修整坡比→压实堰体→围堰的施工完成后拆除堰体。
二期施工流程：
测量放线→利用原河床上的砂填筑堰体中部至高程8.10米→用粘土围堰至高程10.10米→堰体堆石至高程10.60米以上→围堰内抽水→修筑施工便道→转运原旧坝拆卸的块石料进行护坡→修整坡比→压实堰体→围堰的施工完成后拆除堰体。
5.2.1测量放线
根椐设计提供的控制网放出导流和围堰控制线，并根据图纸要求的施工段在施工现场放样，确定围堰的方位。
施工过程中不断用全站仪和水准仪进行跟踪监控，保证施工的准确，同时根据堰体中线分别设置护坡石线、围堰边线、坡顶边线，并利用水准仪分别标记沟底、抛石面、围堰顶的高程。
通过放样确定围堰范围，每一工序完成后应立即通线进行复测，及格后方可进入下一工序。
5.2.2围堰施工
本工程在流溪河李溪村段，位置为流溪河李溪拦河坝上游河床，围堰施工过程前，应在右岸河堤边修建一道下堤道路，尽量不破坏原河堤道路，确保施工期间防洪抢险道路的畅通及防洪需要。
用车载泥结石逐步向前推进，待堰体出水后，根据设计要求进行加固、加高，并且推土机、挖机来回辗压，至达到设计要求后，进行护坡石的抛垒。
围堰防渗利用旧闸原粘土层进行防渗。
一期、二期做法类同。
5.2.3围堰堰体抛垒块石
沿围堰堰体从下到上逐次紧密派放，在抛垒前，先清除堰底的杂物。
清平基层，采用挖机依次安放并紧靠拢。
确保围堰填筑质量，强度均必须达到防洪要求。
抛垒块石采用旧闸拆除石料，从下到上逐次紧密堆放。
抛石后围堰顶标高为10.60米，围堰断面顶宽6m～14m，围堰内坡比为1:
1，围堰外坡比为1:
1。
围堰要求：
应防水严密，尽量减少渗漏，以减轻排水工作。
施工围堰的设置不得影响河道行洪安全，并应与右岸河堤围连形成临时堤围，其设防标准不应低于流溪河李溪段枯水期十年一遇的设防标准。
5.2.4围堰内抽水、清淤
将铺设好粘土围堰，抛石至要求标高后，架空敷设动力电缆，抽水组将堰内的积水抽入围堰外的河溪。
共10人，每台水泵2人看管，共5台抽水泵抽水，抽水组人员打设临时工棚，24小时换班抽水，保证施工不受渗水影响。
抽完水后，在清淤施工中采用挖掘机开挖，清理出来的淤泥装到自卸汽车上，然后由汽车转运到堆泥场。
采取有效措施减少施工过程中车辆运输带来的路面污染和交通拥挤，减小环境污染。
5.2.5施工便道
施工便道施工前，清除场地范围内杂填土及土表浮泥，根据工程地质情况施工便道，抛填片石挤淤、碎石找平、拆除坝体建筑渣物铺设40至80CM厚、6%水泥石屑稳定层200厚，并在顶部采用机械碾压。
5.2.6拆除围堰
从上至下、逐层、逐段进行围堰拆除；
施工中由专人负责监测被拆除围堰的状态，当发现有不稳定状态的趋势时，应立即停止作业，并采取有效措施，消除隐患。
用挖掘机将泥土装车外运弃场备用，作二期围堰使用。
5.3人力、机械配置
5.3.1劳动力准备
劳动力的素质是施工作业的基础，对于该工程我们将把劳动力素质作为工作重点。
各工种劳动力素质的优劣是施工质量能否得到保证的前提和关键，为此我们将精选施工队伍，各专业工种实行持证上岗，每个工种在施工工期的要求下，按需求量、按时驻入现场施工，避免劳动力的浪费，使各个工种劳动力得到有效发挥，达到高效优质要求。
表5-1劳动力计划表
序号
工种
按工程施工阶段投入劳动力情况
数量
时间
1
推土机司机
2
2011.10.18
2
普工
10
2011.10.18
3
水电工
2
2011.10.18
4
挖机司机
4
2011.10.18
5
保卫
2
2011.10.15
5.3.2机械准备
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