施工导流及度汛工程.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date施工导流及度汛工程23第4章 施工导流及度汛工程4.1 概述 北汝河渠道倒虹吸工程位于河南省宝丰县东北大边庄与郏县渣园乡朱庄村之间北汝河上,是沙河南黄河南渠段上第6 座河渠交叉建筑物。北汝河渠道倒虹吸设计段起点总干渠设计桩号为SH(3) 39+869.3 ,大地坐标为X 3758657.120、Y511885.901 ,终点总干渠设计桩号为SH(3) 41+351.3
2、,大地坐标为X 3760030.493、Y512442.832。 本设计段总长1482m,其中包括北汝河渠道倒虹吸、退水闸及节制闸(与倒虹吸建筑物结合)各一座。明渠段总长200m,进、出口各100m。渠段起点设计水位128.761m,终点水位128.254m,总设计水头为0.507m。本设计段设计流量315m3/s,加大流量375m3/s。节制闸位于倒虹吸出口位置,与倒虹吸建筑物相结合。北汝河倒虹吸建筑物设计桩号SH(3)39+969.3 (进口) SH(3)41+251.3(出口), 总长度1282m。工程由进口渐变段、检修闸、倒虹管身、节制闸和出口渐变段几部分组成。退水闸位于倒虹吸进口渐变
3、段前连接渠道右岸,与总干渠夹角50,设计流量157.5m3/s。渠道倒虹吸担负总干渠向北汝河以北的输水任务,节制闸用于调节总干渠水位,退水闸主要担负事故退水及工程检修时的渠道退水任务。倒虹吸设计水头0.5m。4.1.1 本章施工项目及工作内容根据招标文件,本工程施工导流及水流控制主要包括以下内容: 倒虹吸作业区的导流工程; 倒虹吸作业区上下游横向围堰和各期纵向围堰及截渗工程; 建筑物的基坑排水; 施工期间的安全度汛措施; 各期导流建筑物的拆除。4.1.2 水文气象北汝河是淮河流域沙河的一条支流,发源于豫西伏牛山区松县外方山跑马岭,流经汝阳、临汝、郏县、襄县等县市,在襄城丁营乡汇入沙河,全长25
4、4km,总流域面积6080km2 交叉断面控制流域面积3680km2。天然河道100 年一遇洪峰流量9220m3/s,300 年一遇洪峰流量11800m3/s。工程区属暖温带大陆性季风气候,气候温和,四季分明,多年平均气温14C,多年平均降雨量800mm,67%的雨量集中在69 月份,河水具暴涨暴落特征。本区多年平均降雨日数为90.5 天,各月多年平均降雨天数见表4.1-1。表4.1-1 郏县多年平均降雨日数表月份一二三四五六天数3.8 4.9 7.5 7.5 8.4 8.6 月份七八九十十一十二天数12.0 11.3 8.9 7.9 5.7 4.0 北汝河属淮河流域沙颍河水系,发源于河南省嵩
5、县外方山跑马岭,于襄城县丁营乡汇入沙河,全长233km。北汝河渠道倒虹吸上游流域面积为3680km2,河渠交叉断面建筑物工程按百年一遇洪水设计,三百年一遇洪水校核。施工期其河流设计洪峰流量、水位关系见表4.1-2表4.1-2 设计洪峰流量、水位关系表时段全年非汛期1012 月 105 月重现期(年)流量(m3/s) 水位(m) 流量(m3/s) 水位(m) 流量(m3/s) 水位(m) 5 2680 120.36 195 116.50 360 117.21 10 4100 120.96 490 117.59 780 118.20 20 5600 121.42 870 118.31 1320 1
6、18.79 4.1.3地质条件工程场区为河谷地貌形态,地形较为宽阔平缓。北汝河河谷呈宽浅型,由于河流侧向侵蚀,河床由北向南迁移,两侧不对称。河流右岸为二级阶地,岸坡较陡;左岸为一级阶地,岸坡平缓。河床:宽浅,地面高程113.4116.2m,主河床紧靠右岸,宽度70120m,枯水期水面宽3040m,水深0.61.2m。漫滩:两岸不对称,主要发育在左岸,宽度300500m,地面高程115.5118.4m,向河床微倾。漫滩上分布有被水流冲刷的沟槽及人工开挖的取砂坑,地面略有起伏。右岸漫滩宽15150m,断续分布。一级阶地:分布于左岸,延至工程区以外,区内阶面宽度400m 左右,地形较为平缓,地面高程
7、118.5119.5m,前缘呈低坎与漫滩相接。倒虹吸出口两侧近东西向分布有三个砂丘,长2540m,宽1015m,高26m。二级阶地:分布于右岸,工程区内阶面宽度大于250m,地形平坦,地面高程120.0121.3m,阶地前缘由第四系土层及上第三系砾岩构成岸坡,坡高35m。砾岩上部胶结较好,下部胶结差,长期被河水冲刷,形成倒坡,淘蚀深度11.5m。场区地层为土岩双层结构,共划分为10 个工程地质单元: 卵石(alQ24):成分主要为安山岩及石英岩、石英砂岩,直径一般28cm,大者1020cm ,卵石含量51%61%,充填砾石及砂,厚度一般58m。黄土状轻粉质壤土(alQ14),可塑状,厚0.82
8、.0m。卵石:(alQ14):成分主要为安山岩及石英砂岩,直径一般28cm ,大者1020cm,呈次圆状,含量约50%,充填砂砾及泥质,结构密实,厚4.46.5m。黄土状中粉质壤土(alplQ3)分布于二级阶地上部。浅黄色,可塑硬塑状,厚1.151.80m。重粉质壤土(alplQ3)灰黄色,可塑硬塑状,厚度一般2.03.35m。泥卵石(alplQ3)厚度0.72.5m,分布于二级阶地下部。成分主要为安山岩、石英岩,直径一般27cm ,次圆状,卵石含量约55%,部分钙质胶结,较坚硬,能立壁。砾岩(N1L):砾卵石含量约70%,该层上部1m 钙质胶结好,坚硬;下部胶结差,强度不均一。粘土岩(N1L
9、)褐黄色杂灰绿色,泥质结构,成岩差,呈硬塑状,厚4.210.2m。砂砾岩(N1L):泥质胶结,成岩差,岩心多呈散砂砾状,局部为泥砾岩,岩心呈柱状,厚度一般14.016.6m。含砂质粘土岩(N1L):其物理力学性质与第层粘土岩相似,单层厚度28m,夹砂岩、砂砾岩透镜体。场区地震动峰值加速度为0.05g,相应于地震基本烈度VI 度。工程场区地下水按其赋存条件及水力特征可分为第四系松散层孔隙潜水、上第三系孔隙裂隙潜水和上第三系孔隙裂隙承压水。第四系松散层孔隙潜水赋存于第四系全新统卵石层中,该层渗透系数1.410-11.29100 cm/s ,下部上第三系粘土岩为其隔水底板。该含水层分布于河床、漫滩及
10、一级阶地,由阶地、漫滩向主河床卵石层沉积厚度由8m 渐变为3.5m。左岸一级阶地地下水埋深3.54.0m,水位高程115.31115.76m ;漫滩、河床地下水埋深1.03.4m,水位高程113.97115.20m 。上第三系孔隙裂隙潜水赋存于第层砾岩中,砾岩上部1m 左右钙质胶结较好,其下钙、泥质微胶结,该层透水性不均一,钻孔注水试验渗透系数2.710-55.810-3cm/s, 平均1.510-3cm/s 。层厚2.455.40m,由南向北渐变溥,分布不均。其下部粘土岩为隔水底板。地下水位埋深6m 左右,水位高程114.07114.98m ,该层潜水为当地群众生活、灌溉用水水源。该层潜水与
11、第四系卵石层潜水水力联系密切,地下水动态类型属大气降水入渗开采型。上第三系孔隙裂隙承压水赋存于第层砂砾岩及第层含砂质粘土岩中的厚层砂砾岩透镜体中,第层砂砾岩承压水分布在NAD50-18 钻孔以南,渗透系数K=1.110-41.010-2cm/s ,具中等透水性,因岩性差异各处透水性不均一。第层粘土岩和第层含砂质粘土岩为其隔水顶、底板。承压水水位高程114.76115.14m 。同步观测资料表明:该层承压水水位一般高出潜水位0.751.17m。在第层含砂质粘土岩中夹有多层砂岩、砂砾岩透镜体,赋存地下水。在NAD50-20 孔、NAD50-30 孔孔深39.545.0m 的砂砾岩透镜体中揭露出承压
12、水,承压水头高出地面4.8m。承压水头高出含水层顶板44.70m,水位高程为122.64m,涌水量为2.5L/s。 场区河水及潜水对砼均无侵蚀性;上第三系砂砾岩承压水对砼具一般酸性弱腐蚀性。进口明渠段、渐变段及检修闸:进口明渠段长100m,进口渐变段长45m,检修闸长15m。该段置于右岸二级阶地上,地面高程120.0121.1m,渠底板高程121.818m,岩性由上更新统黄土状中粉质壤土、重粉质壤土、泥卵石和上第三系中新统砾岩及粘土岩组成。主要存在黄土状土湿陷问题,第层黄土状中粉质壤土具中等湿陷性。为级(轻微)非自重湿陷场地。建议对该层进行夯实或其他处理措施。检修闸设计建基面位于第层泥卵石、第
13、层砾岩中,其承载力标准值fk 分别为350、450kPa,是良好的天然地基。倒虹吸进口斜管段:布置于右岸二级阶地前缘,设计建基面位于第层泥卵石、第层砾岩、第层粘土岩和第层砾岩中,其承载力标准值fk 分别为350 kPa、450 kPa、300kPa、400kPa,主要存在基坑排水降压问题、粘土岩膨胀性问题、边坡稳定和黄土状土湿陷问题。倒虹吸管水平段:跨河床、漫滩、左岸一级阶地,地质结构为土岩双层结构。由全新统卵石、黄土状轻粉质壤土及下伏上第三系粘土岩、砂砾岩及含砂质粘土岩组成。设计基底高程99.9m,位于第层砾岩和第层含砂质粘土岩中,其承载力标准值fk 分别为400 kPa、350kPa,强度
14、均较高。主要存在基坑排水降压、粘土岩膨胀性和施工边坡稳定问题。倒虹吸出口斜管段:位于左岸一级阶地,地面高程118.6119.0m 。地质结构为土岩双层结构,由黄土状轻粉质壤土、卵石及下伏上第三系粘土岩、含砂质粘土岩组成。设计建基面高程99.9119.9m ,位于第层卵石、第层粘土岩和层含砂质粘土岩中,其承载力标准值fk 分别为450kPa、300kPa、350kPa,强度均较高。主要存在基坑排水降压、粘土岩膨胀性和施工边坡稳定问题。节制闸、出口渐变段及出口明渠段:位于左岸一级阶地,地面高程118.6118.9m 。该段主要为填方段,节制闸建基面位于第层黄土状轻粉质壤土的顶部,该层承载力标准值1
15、30kPa。出口渐变段建基面高于地面1.2m,该段主要存在黄土状土湿陷问题,第层黄土状轻粉质壤土具弱湿陷性,建议对该层进行夯实或采用其他处理措施。建议节制闸建基面置于第层卵石中。退水闸:闸室设计建基面位于第层重粉质壤土中,该层承载力标准值fk 为190kPa, 其厚度较小,建议基础置于第层砾岩中。陡坡段及消力池设计建基面位于第层重粉质壤土、第层泥卵石、第层砾岩和第层粘土岩中,承载力标准值fk 分别为190、350、450、300kPa。主要存在粘土岩膨胀性、施工排水和施工边坡稳定问题。海漫及尾水渠设计建基面位于第层砾岩中,该层承载力标准值450kPa,第层砾岩钙泥质微胶结,成岩差,具中等渗透性
16、,抗冲刷能力差。4.2 施工导流规划4.2.1 导流程序 2009年12月28日2010年1月31日进行一期围堰填筑。 2010年1月5日2010年2月26日进行一期围堰基础防渗处理。 2010年2月27日2010年2月28日进行一期基坑排水。 2010年10月1日2010年10月20日进行一期围堰恢复。 2011年6月1日2010年6月30日进行一期围堰拆除。 2011年10月1日2011年10月15日进行二期引水渠开挖及填筑。 2011年10月16日2011年11月15日进行二期围堰填筑。 2011年10月25日2011年12月14日进行二期围基础防渗及处理。 2011年12月15日201
17、1年12月15日进行二期围堰排水。 2012年6月1日2012年6月30日进行二期围堰及引水渠拆除。4.2.2 施工导流方式及标准4.2.2.1 施工导流方式由于北汝河河床宽浅,施工导流如采用一次断流方案,线路长,占地多,并且一个非汛期不可能完成河床内的工程,故采用分期导流、多期施工的方案。建筑物采用非汛期施工,施工导流采用束窄河床式导流。北汝河管身段水平投影长1143m,两联4孔共分77节,倒虹吸管身建基面高程99.55m,最大挖深18.8m,基坑顶部垂直建筑物轴线的开挖宽度约90m,施工采用U型围堰布置,围堰距基坑边缘20m以外。为了充分利用时间进行防渗墙处理,一期围堰从20节围左岸施工,
18、先施工出口段至55节管身部位,等翌年汛期过后恢复一期围堰,施工左岸2355节管身段,右岸主河导流。二期围堰从24节围右岸施工,左岸河槽导流。4.2.2.2 施工导流标准本工程主体建筑物为I 级,按照水利水电工程施工组织设计规范(SL3032004) 规定,该建筑物应按IV 级土石围堰导流标准设计,其导流标准应为1020 年一遇。根据水文资料分析以及其保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模,确定北汝河渠道倒虹吸导流标准采用非汛期10 年一遇,设计洪水流量为780m3s,建筑物轴线与河槽轴线交叉断面相应水位118.20m。非汛期施工时段为当年10 月初至次年5 月底,汛期时段河槽段须停止施工。
19、根据招标文件提供的水文、气象资料,经水力学计算各期水力计算成果如表4.2-1所示。表4.2-1 各期水力学计算成果表项目一期二期导流时段2010年10月2010年5月2011年10月2012年5月导流标准10年一遇10年一遇导流设计流量(m/s)780780导流方式主河床过流导流明渠过流最大平均流速(m/s)2.693.074.2.3 导流建筑物根据北汝河地形地质及水文地质,非汛期10年一遇设计流量Q=780m/s,最高水位182.00m。各期围堰结构均为均质土围堰。一期围堰堰顶高程118.70m,围堰最大高度1.7m,长950m,围堰设计顶宽5m,边坡为1:2。由于主河床的宽度满足非汛期10
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