降水导流施工方案及计算.docx
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降水导流施工方案及计算
降水导流施工方案
1、概述
1.1工程概况
本标段交叉建筑物分布共计44处、66座。
具体为：
分水闸1座、节制闸2处（座）、桥梁16座（公路桥3座、生产桥13座）、涵闸18座、倒虹吸7座、附属涵闸19座、附属倒虹吸1座、穿路涵2座。
1.2水文气象
输水工程沿线地下水为第四系孔隙潜水，分布于沿线第四系松散沉积层中。
主要受大气降水补给；临黄河段接收黄河水的侧渗补给。
地下水埋藏深度受地形和引水影响。
勘探期间，地下水埋深一般0.9～7.8m，局部深达8.56～10.08m。
地下水位年变幅2.0～4.0m左右。
本标段桩号（24+600～36+813）为缓平坡地与河槽洼地相间段。
鲁北段小运河输水工程输水规模50m3/s，**倒虹吸设计输水量50m3/s，5年一遇排涝流量72.0m3/s，20年一遇防洪流量143m3/s。
经现场实际了解，位山***日常输水量65m3/s，于每年的9月中旬到次年6月中旬向天津河北供水。
1.3施工期设计洪水
根据输水河道工程设计第二册施工*标施工图纸，施工工程时段分别按10月～次年5月和11月～次年4月两种情况考虑，进行施工期设计洪水分析计算。
施工期洪水标准为10年一遇。
******节制闸施工期10年一遇洪水流量（10月～次年5月）为9.9m3/s，（11月～次年4月）为4.1m3/s。
2、编制依据
（1）《南水北调东线一期鲁北段****工程施工组织设计》
（2）南水北调东线一期鲁北段****工程招标技术文件
（3）南水北调东线一期鲁北段****工程输水工程施工图纸
（4）《南水北调****工程施工导流及降排水方案专家咨询意见》
（5）现场踏勘了解的情况
3、施工布置
3.1道路布置
利用河道两岸已有道路和施工便道，左、右岸以现有三座公路桥和施工过程中围堰堰顶作为连接道路，满足施工需要。
下河道和基坑专门修筑施工便道。
3.2施工用电
施工降排水用电以利用当地社会电为主，以30kw/50kw发电机为辅，根据施工实际需要现场适当调配。
4、渠道降排水方案
根据施工图纸，结合现场踏勘情况，南水北调东线一期工程鲁北段工程****工程输水渠道降排水方案分为以下三种方式：
第一种为34+662～36+813新挖渠道段降排水方案。
第二种为24+600～33+237****降排水方案。
第三种为33+237～34+662***段降排水方案。
分述如下：
第一种为34+662～36+813新挖渠道段降排水方案。
新挖河道段降排水方案采用管井井点法，管井间距初拟为20m～40m，井深15m，根据现场管井试验最终确定间距和井深，左右岸梅花型布置在渠堤外侧。
管井采用机械造孔，井壁采用无砂管，四周回填小石作为渗透层。
井内安设潜水泵将渗水抽排至渠堤以外排水沟，排水沟内铺设防渗布，最后由排水沟引入东八支渠、羊角河等附近渠道内。
管井降水曲线图见下图，管井计算详见附件1。
第二种为24+600～33+237****降排水方案。
对于****河道降排水，实施前提条件是施工期间****不考虑农田灌溉。
拟在**倒虹吸24+813处，修筑一条挡水围堰，将小运河上游来水拦截，同时，***下游南外环处橡胶坝要降至最低位置，使小运河、***水位下降，以便河道施工。
****采取全断面分段截流、分段降排水、分段开挖衬砌的施工方案。
先在施工段小运河修筑上下游围堰，截断河道明水，进行河道初期排水，采用2台6SA-8B离心泵抽排河道明水，将明水抽排到小运河未施工段河段。
初期排水完成后，沿河道底部中间每隔40m布置1眼深9.5m管井，并在河道中间带坡比开挖纵向排水沟，将河道内渗水引排至集水井，每眼井安设1台IS（IR）65-50-125型潜水泵将井水抽排到渠堤排水沟，引排到相邻小运河未施工段，或排至***、二干渠等附近河道沟渠。
管井计算过程详见附件2。
第三种为33+237～34+662段***段降排水与导流方案。
***段河道拟采用导流明渠法实施，即：
从小运河和***交汇处桩号33+237开始，至下游***节制闸34+721下游围堰止，沿***右岸永久征地线2m外，开挖一条导流明渠导流，导流明渠上口宽12m，底宽3m，深3.5m，渠道坡比为1:
1.5，计算过程详见附件3。
***河水导流完成后，河道降排水方案与上述小运河河道降排水方案二相同。
5、建筑物导流
5.1建筑物导流方案
根据本建筑物所处地形、地质、水文条件、布置特点及现场实际情况，本工程建筑物导流施工方案分为以下方式：
方案一、施工导流按一期进行，采用上下游围堰挡水，明渠导流。
采用本方案的建筑物有**倒虹吸、***节制闸、***节制闸。
方案二、采用上下游围堰挡水，基坑抽排。
采用本方案的建筑物有***节制闸、7个倒虹吸等建筑物。
5.2导流标准
本标段河道交叉建筑物受河流及汛期的影响，只考虑**倒虹吸、***节制闸、***节制闸施工导流。
***枢纽及**倒虹吸为Ⅰ级建筑物，导流建筑物应为4级。
根据本工程导流建筑失事后果影响较小、使用年限较短、围堰高度较小及河道洪水过程较短等因素，本工程导流建筑物的级别按规范降低一级采用Ⅴ级，导流建筑物设计洪水标准拟采用5年一遇洪水标准。
5.3导流时段
**倒虹吸导流时段按一期导流进行，拟在非汛期（10月～次年5月）施工。
导流时段为2011年10月1日～2012年5月31日。
***、***节制闸导流按一期进行（导流明渠兼用***段导流明渠），导流时段为2011年9月10日～2012年5月31日。
***节制闸设计在新挖河道段，不受河道汛期排涝影响，不需要导流。
6、导流建筑物设计与施工
6.1导流建筑物设计
6.1.1导流建筑物平面布置
根据施工图纸和工程所在位置的地形、水文及地质特点，结合工程实际情况，**倒虹吸施工导流按一期进行，先在小运河上游修筑围堰，截断小运河上游来水，再从位山***左岸修建临时导流明渠，将***水流改流由**枢纽上游绕过，***水流导流至***下游，导流明渠拟采用铺设一布一膜复合土工膜防渗，两头接口处砌筑10m长砼预制块防止冲刷，以满足位山***65m3/s输水需要。
之后，在***上下游修筑围堰拦截渠道过流，使***水流从左岸明渠过流；在**倒虹吸小运河下游修筑围堰拦截小运河渠道内水流。
导流明渠过流量按65m3/s计，通过明渠水力计算其断面尺寸初拟为：
上口宽50m，底宽30m，深4m，渠道内外坡比均为1:
2.5。
***导流明渠示意图见附图1。
***导流明渠修筑参数见表6-1；
表6-1***导流明渠修筑参数表
名称
单位
数量
备注
土方开挖
m3
80151
土方填筑
m3
24750
征地面积
亩
85.5
***节制闸施工导流按一期进行，上下游围堰分别位于上下游连接段以外处，导流明渠布置于***河道右岸。
***节制闸导流按一期进行，下游围堰分别位于上下游连接段以外处，导流明渠布置于***河道右岸。
其他建筑物较小，导流布置根据现场实际决定。
6.1.2导流建筑物结构
围堰结构为均质土围堰，利用就近开挖的土料碾压填筑。
围堰采用铺装土编织袋防护围堰坡脚和坡面受水流冲刷损坏。
导流明渠及截水沟迎水面采用复合土工膜防渗，混凝土预制板压边。
**倒虹吸施工导截流参数见表6-2,表6-3；
***、***节制闸施工导截流设计有关参数见表6-4,表6-5。
表6-2**倒虹吸***上、下游围堰参数
名称
堰顶宽（m）
堰顶高程（m）
堰底高程（m）
坡比
上游围堰
5
39.5
33.4
1:
2.5
下游围堰
5
39.5
33.4
1:
2.5
表6-3**倒虹吸小运河下游围堰参数
名称
堰顶宽（m）
堰顶高程（m）
堰底高程（m）
坡比
上游围堰
5
35.5
30.5
1:
2.5
下游围堰
5
36.5
31.3
1:
2.5
表6-4***节制闸下游围堰参数
名称
堰顶宽（m）
堰顶高程（m）
堰底高程（m）
坡比
下游围堰
5
34
28.5
1:
2.5
表6-5***节制闸上游围堰参数
名称
堰顶宽（m）
堰顶高程（m）
堰底高程（m）
坡比
上游围堰
5
34
29
1:
2.5
6.2围堰填筑施工
6.2.1围堰利用基坑和导流明渠开挖土料填筑，采用1.2m3反铲配20t自卸汽车运输，160HP推土机摊铺平整，20t自行式振动碾分层碾压，填筑用土料不夹杂腐植土、草木等有害物质。
6.2.2围堰填筑施工程序
测量放样→堰基植被、腐植土清理→分层铺筑碾压→坡面整理→坡脚防护
（1）测量放样：
采用TC－802全站仪确定围堰轴线，轴线每20～30m设中桩，红油漆标注桩号与高程。
（2）碾压填筑：
选择合格的土料填筑围堰，进占法卸料，160HP推土机摊铺整平，层铺厚度按30cm控制，20t自行式振动碾分层碾压填筑。
（3）坡面整理：
人工配合1.2m3反铲修整坡面，保证坡面压实度，使堰体结构线平顺、美观。
（4）坡脚防护：
人工在围堰迎水坡面铺装土编织袋，防护围堰坡脚和坡面以免受水流冲刷损坏。
6.3导流明渠的施工
导流明渠采用1.2m3反铲开挖，将开挖合格料直接用于围堰填筑或就近堆存于临时堆土场。
7、围堰防渗
根据招标文件及施工图纸中的地质情况，本工程所在施工区域为裂隙粘土、砂壤土和粘土，用这样的开挖料填成的围堰本身防渗能力较强，围堰堰基基础同样也为黄土状重粉质壤土，围堰防渗能力也较好，所以围堰不需设置其它形式的防渗体。
8、基坑排水
8.1初期排水
**倒虹吸施工导截流围堰修完后，对于基坑积水，进行初期排水。
初定为备选5台6SA-8B型离心泵，抽水量为138m3/h，估算初期排水约3天。
***、赵庄河节制闸导截流建筑物修建完成后，对于围堰内积水，进行初期排水。
初定为备选6SA-8B型离心泵5台，抽水量138m3/h，估算初期排水2天。
另外，配备12台IS（IR）65-50-125离心水泵辅助进行基坑降排水。
8.2施工期排水
本标段地下水位总体埋深一般为0.9～7.8m，在建筑物施工过程中遇到渗流时，采用在建筑物外侧挖排水明渠和集水井，采用水泵抽排，以保护原基不被破坏。
8.3施工区水流控制
本标段内的水流控制主要是将施工区域内的地下渗水、河道内的水及降雨汇水进行导引抽排，以保证施工区的正常施工。
主要方式是疏通天然排水沟道、修建施工区域周边排水网络，确保排水畅通，及时排除河道内的水流和降水为其控制重点。
根据河道地势低的特点，在开挖前修筑导流沟、截流沟，或用开挖料填筑挡水堤，施工时因地制宜设置。
9、保证措施
9.1降排水由张建强负责，带领10～20人专人看管，实行两班倒连续作业，制定专门的管理制定落实到人。
9.2所有排水均要排入渠顶的排水沟中，沟内铺设防渗布，由排水沟排至施工区区域外，不得随意乱排。
9.3备用3～5台污水泵，防止泵坏，用坏的水泵应及时修理，配备专人二十四小时值班，随时检查设备的运转状况，做到故障勤检查，早排除故障，确保降水的连续性，从而保证工作面开挖连续作业。
9.4水泵电缆必须采用三相五线制，随时检查电缆线有无破损，及时排除安全隐患，做到安全施工。
9.5在渠顶要做好污水、雨水截排措施，防止污水、雨水流入渠道内。
9.6安排责任心强的人员进行管理，并采取必要的奖惩措施，避免抽水不到位影响后续工序施工，降排水与开挖穿插同步进行。
9.7排水施工时要对渠坡是否稳定安排专人轮流值班勤观察，一旦有安全隐患，及时逐级汇报，迅速撤离人员设备，按要求及时处理。
9.8渠道降排水施工和其它工作面施工相互之间存在一定的干扰和影响，必须统筹安排，加强现场组织和管理力度，确保施工顺利进行。
10、降排水设备配置和劳力安排
10.1降排水设备配置见表10-1
表10-1降排水设备配置表
序号
名称
型号/规格
数量
1
离心泵
6SA-8B
5
2
离心泵
IS（IR）65-50-125
30
3
发电机
30KW
5
4
发电机
50KW
6
10.2人员配置
人员配置见表10-2
表10-2人员配置表
序号
工种
数量（人）
备注
1
管理人员
3
2
技术员
2
3
抽水工
16
4
修理工
3
5
电工
2
6
合计
26
10.3人员职责
人员职责见表10-3
表10-3人员职责表
序号
名称
职务
职责
备注
1
主管
2
技术负责
3
技术负责
4
技术负责
5
现场负责
白天
6
现场负责
夜间
7
电工
11、安全保证措施
11.1以现场技术员、管理员、安全员经常性检查为主，随时查找当班实时存在的安全隐患，并随时纠正。
班前由安全员对当班人员进行安全交底，签字认可。
当班安全员向下班安全员交班时，认真、详细的告知本班存在的问题及整改情况，并填写交接班记录，将所有安全隐患消除在萌芽状态。
11.2安全责任落实到人，与个人经济利益直接挂勾，严管、重奖、重罚。
11.3在安全和进度发生矛盾时，必须坚持进度服从安全的原则。
11.4在马黄生产桥、李田路公路桥和***生产桥附近分别设置水位观测尺，以观测汛期小运河和***排涝行汛水位。
11.5一旦出现安全事故，应逐级及时汇报，及时处理，坚持“查出原因不放过，无防患措施不放过，所有人员不接受教育不放过，当事人不处理不放过”的处理原则。
附件1：
管井计算
新开挖段计划分段开挖施工，每500m左右为一个施工段，分别施工。
本标段渠底平均高程为28.71m，底宽25m，砼衬砌部分齿墙底高程27.91m，地下水位平均按31.78m考虑，降排水后的水位按27.41m考虑，两侧滩地高程平均按33.66m考虑，基于此对输水河道土方开挖降水进行校核计算。
（1）确定管井高程
由《简明施工计算手册》，管井涌水量得计算和轻型井点计算基本相同，故管井降水计算采用轻型井点计算涌水量。
按最不利的细砂地层计算管井出水量。
管井沉没深度的计算：
H=h+£+h1+h2+iB
式中，H—管井沉没深度（m）；
h—基槽深度（m），由渠道开挖高度6m，齿槽深度0.8m，取6+0.8=6.8m；
£—井筒封底厚度（m），取0.4m；
h1—抽水泵吸水头高度（m）,取4m；
h2—井筒内预留回淤高度（m），取2m；
i—降水坡度，取0.1
B—管井与基槽的水平距离（m），渠道宽度25m，管井在渠道中心线上，所以取35/2=17.5m。
经计算：
H=14.95m，自地面以下井深为14.95m。
设计井底高程=两侧滩地高程-井深
=33.66-15=18.66m
（2）基坑等效半径ro
ro=0.29（a+b）
式中a—基坑综合长度，取1000m；
b—基坑综合宽度，取35m;
则ro=300.15m
影响半径R:
R=2S√K*H
式中H—为含水层，即地下水位至管井管底的深度，地下水位为31.78m，管井管底深度为18.66m，即H=31.78-18.66=13.12m;
S—基坑水位降深（m），即平均水位高程-降排水后的水位=31.78-27.41=4.37m；
K—渗透系数，根据设计图纸得2.1m/d；
则：
R=2*4.37√2.1*13.12
=45.88m
（3）基坑总涌水量
Q总=1.366K*（2H-S）S/Ig（1+R/r0）
=1.366*2.1*（2*13.12-4.37）4.37/Ig（1+45.88/300.15）
=4437.64m3/d
（4）确定管井井间距
沿渠道中间线方向每隔40m布置1眼井，能满足降水需要。
总计约布置13眼井。
（5）确定单井流量
单井流量=总涌水量/井数=4437.64/13=341m3/d
附件2：
管井计算
****计划分段开挖施工，采用上下游围堰，将小运河分为500m左右的施工段，分别施工。
本标段渠底平均高程为29.47m，底宽25m，砼衬砌部分齿墙底高程28.67m，地下水位平均按31.78m考虑，降排水后的水位按28.17m考虑，两侧滩地高程平均按34.3m考虑，基于此对输水河道土方开挖降水进行校核计算。
（1）确定管井高程
由《简明施工计算手册》，管井涌水量得计算和轻型井点计算基本相同，故管井降水计算采用轻型井点计算涌水量。
按最不利的细砂地层计算管井出水量。
管井沉没深度的计算：
H=h+£+h1+h2+iB
式中，H—管井沉没深度（m）；
h—基槽深度（m），由渠道开挖高度5.5m，齿槽深度0.8m，取5.5+0.8=6.3m；
£—井筒封底厚度（m），取0.4m；
h1—抽水泵吸水头高度（m）,取4m；
h2—井筒内预留回淤高度（m），取2m；
i—降水坡度，取0.1
B—管井与基槽的水平距离（m），渠道宽度25m，管井在渠道中心线上，所以取25/2=12.5m。
经计算：
H=15m，自渠底以下井深为15-5.5=9.5m。
设计井底高程=平均河底高程-井深
=29.47-9.5=19.97m
（2）基坑等效半径ro
ro=0.29（a+b）
式中a—基坑综合长度，取1000m；
b—基坑综合宽度，取25m;
则ro=297.25m
影响半径R:
R=2S√K*H
式中H—为含水层，即地下水位至管井管底的深度，地下水位为31.78m，管井管底深度为19m，即H=31.78-19.97=11.81m;
S—基坑水位降深（m），即平均水位高程-降排水后的水位=31.78-28.17=3.61m；
K—渗透系数，有设计图纸得2.1m/d；
则：
R=2*3.61√2.1*11.81
=35.96m
（3）基坑总涌水量
Q总=1.366K*（2H-S）S/Ig（1+R/r0）
=1.366*2.1*（2*11.81-3.61）3.61/Ig（1+35.96/297.25）
=3424.044m3/d
（4）确定管井井间距
沿渠道中间线方向每隔40m布置1眼井，能满足降水需要。
总计约布置13眼井。
（5）确定单井流量
单井流量=总涌水量/井数=3424.044/13=263.4m3/d
附件3：
***导流明渠过流断面计算
根据输水河道工程设计（施工*标）图纸可知：
******节制闸施工期10年一遇设计流量为Q=9.9m3/s。
***导流明渠为梯形断面，根据明渠均匀流计算公式：
Q=A
C
R
i）½，
其中：
A为过流面积，A=（b+mh）
h
X为湿周，X=b+2h
（1+m²）½
R为水力半径，R=A/X
C谢才系数，C=R1/6
设b为底宽，m=1.5，h=3m,i=1/10000、糙率n=0.0225。
经计算可知，b取3m,h=3m,m=1.5,顶宽b=12m时，Q=13.83m3/s>9.9m3/s满足过流要求。
因此，***导流明渠断面尺寸：
底宽为3m,顶宽12m，渠深3.5m。
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