建筑（水电）工程施工教学大纲

1建筑(水电)工程施工1•《水利工程施工》武汉水电大学袁光裕•9～16周授课，第16周考试《建筑工程施工》教学大纲第一章水流控制第二章爆破工程第三章基础工程第四章土石坝工程第五章混凝土坝工程第六章地下建筑工程第七章施工组织与管理第一章水流控制一.导流－方式/设计标准/方案布置及水力计算/围堰工程二.截流工程－基本概念/基本方法/设计标准/材料三.案例：三峡导截流工程第二章爆破工程一.爆破原理与方法－爆破作用/药量计算/浅孔/深孔爆破二.特种爆破－预裂爆破/光面爆破/定向爆破/水下岩塞爆破/拆除爆破三.案例：密云水库水下岩塞爆破第三章基础工程一.岩基开挖－开挖/合理工序/保护层/特殊地区二.基础灌浆－分类/施工工艺/压水试验/灌浆/化学灌浆三.软基处理－砂砾石地基灌浆/振冲加固软基/防渗墙第四章土石坝工程一.土坝施工规划－料场规划/综合机械化施工方案二.坝面作业－施工程序/压实/质量控制三.案例：大型土石坝工程－小浪底/天生桥四.流水作业－特点/方法/适用条件第五章混凝土坝工程一.总体概念－施工流程/骨料生产/料场堆场/模板钢筋二.混凝土制备运输浇筑系统－拌和系统/运输方案/浇筑三.碾压混凝土施工－施工程序/施工特点/技术发展四.案例：大型砼坝施工－德沃夏克/托克托古尔/三峡五.混凝土温度控制与分缝分块－温度控制/分缝分块第六章地下建筑工程一.平洞与大断面洞室开挖－平洞/先拱后墙/先墙后拱/先加固后开挖二.新奥法施工与TBM－支护原理/支护形式/TBM三.案例：大型地下工程－奥林匹克地下体育场/那不勒斯地铁/广州地铁第七章施工组织与管理一.基建程序与制度－2个程序/招标投标制/建设监理制二.施工组织设计－进度计划/总平面布置三.网络计划－网络图绘制原则/时间参数计算/PERT-CPM/网络计划的优化四.招标投标与工程概预算－招标程序/3阶段概预算五.项目管理－P.M三要素/九大模块/PM=OPM+DPM+CPM+SPM六.ISO9000/FIDIC我国高坝工程主要指标0.200.220.3080.323303724201440600922005810152140240250292295300306240雅砻江黄河澜沧江金沙江雅砻江甘肃乌江二滩拉西瓦小湾溪落渡锦屏苗家坝构皮滩地震加速度（g）装机（万千瓦）库容（亿方）坝高（米）河流高坝名称0.200.220.3080.323303724201440600922005810152140240250292295300306240雅砻江黄河澜沧江金沙江雅砻江甘肃乌江二滩拉西瓦小湾溪落渡锦屏苗家坝构皮滩地震加速度（g）装机（万千瓦）库容（亿方）坝高（米）河流高坝名称西线南水北调通天河引水与大渡河引水方案，需建面板堆石坝：坝高296～348米，地处强烈地震区。2三峡进度计划第一章.水流控制一.导流－方式/设计标准/方案布置及水力计算/围堰工程二.截流工程－基本概念/基本方法/设计标准/材料三.案例：三峡导截流工程学习要求：1.了解导流的基本方法及其适用条件2.掌握导流设计标准，导流时段的划分，以及合理选择导流方案3.了解截流的基本方法以及合理选择截流日期4.掌握导截流水力计算，导流标准风险度计算一.水流控制设计任务1.分析资料—水文，地形，地质，枢纽，施工条件2.导流设计(1)选取导流标准(2)划分导流时段(3)确定导流设计流量(4)选取导流方案/建筑物形式/布置/尺寸3.截流设计(1)截流方案(2)渡汛(3)基坑排水导流1.导流方式(A)分段围堰（分期围堰）(河床内导流)(B)全段围堰（一次围堰）(河床外导流)(C)过水围堰（淹没基坑）1.导流方式(A)分段围堰（分期围堰）(河床内导流)(a)分期-时间，分段-空间(b)实例－二期二段：三门峡，新安江二期三段：铁门三期二段：三峡三期三段：富春江(c)适用范围：河床宽，流量大，施工期长，有河心岛(d)关键问题：(ⅰ)纵向围堰位置(ⅱ)河床束窄度（40%-70%）各期工程量应大体平衡(ⅲ)流速应该满足河床抗冲流速和通航流速3二期二段：三门峡，新安江二期三段：铁门(B)全段围堰（一次围堰）(河床外导流)(a)特点：用上下游围堰拦成基坑，河水由河床外的隧洞，明渠，渡槽，涵管引走(b)分类：(Ⅰ)按断流时间分：(ⅰ)全年断流－高围堰，基坑全年施工(ⅱ)枯水期断流—低围堰挡枯水，汛期由坝体挡水。(Ⅱ)按泄水道分：(ⅰ)隧洞导流—刘家峡，德沃夏克(ⅱ)明渠导流—伊泰普，阿斯旺(ⅲ)渡槽导流(ⅳ)涵管导流(c)适用范围：(Ⅰ)隧洞—河谷狭窄，地形陡竣，山岩坚实（一般用永久洞）(Ⅱ)明渠—岸坡平缓，滩地平原河床（老河道利用）(C)过水围堰（淹没基坑）(a)特点：枯水期基坑施工，汛期围堰过水，淹没基坑(b)适用范围：洪枯水位变幅大，一枯无法实现高围堰挡汛期洪水(2)后期导流(A)大坝底孔导流(a)特点：坝内底孔，排砂孔，泄洪洞，放空洞(b)问题：底坎高程，截面尺寸，封堵(B)坝体缺口导流（梳齿导流）(C)导流明渠导流(D)厂房（未完建）导流2.导流设计标准(1)定义(A)确定导流设计流量－导流的挡水/泄水建筑物的泄水标准(B)高标准—建筑物规模大，投资大，时间长(C)低标准—不能保证安全，施工被动(2)导流建筑物级别(A)划分依据—保护对象，失事后果，使用年限，工程规模（堰高/库容）(B)级别—3/4/5级（施工规范）4导流建筑物级别划分项目级别保护对象失事后果使用年限（年）围堰工程规模堰高（米）库容（亿m3）Ⅲ有特殊要求的一级永久建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台（批）机组发电、造成重大灾害和损失。3501.0Ⅳ一、二级永久建筑物淹没一般城镇、工矿企业或影响工程总工期及第一台（批）机组发电而造成重大灾害和损失。1.5-315-500.1-1.0Ⅴ三、四级永久建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小。1.5150.1第2.2.2条当导流建筑物根据表2.2.1指标分属不同级别时，应根据其中昀高级别为准。但列为Ⅲ级导流建筑物时，至少应有两项指标符合要求。(3)导流建筑物洪水标准(A)使用方法—频率法/重现年法/典型水文年法/美国垦务局标准（风险度）现行规范使用重现年法。(B)施工规范SDJ338-89（3-5年/50年）第2.2.12条导流建筑物设计洪水标准应根据建筑物的类型和级别在表2.2.2规定幅度内选择，并结合风险度综合分析，使所选标准经济合理，对失事后果严重的工程，要考虑对超标准洪水的应急措施。导流建筑物洪水标准划分导流建筑物类型导流建筑物级别ⅢⅣⅤ洪水重现期（年）土石50-2020-1010-5混凝土20-1010-55-3根据围堰洪水标准及工程水文资料确定挡水流量工程名称时段日期流量（立方米/秒）重现期10年重现期20年重现期50年重现期100年1中4.1-5.31683洪6.1-9.3076397612801500枯10.1-3.3130405060施工导流设计标准1.围堰施工年限3年，堰高15～50m导流Ⅳ、Ⅴ级建筑物2.导流建筑物过水标准土石围岩10～20年一遇(Ⅳ)，5～10年一遇(Ⅴ)3.河流水文特征（时段/流量）查挡枯水流量（10％），查挡洪水流量（5％）(4)导流时段选择(A)目的：合理选择导流设计流量(B)水文特性时段—流量关系表：春汛期/中水期/洪水期/枯水期/昀枯期(C)对应选择不同时段的设计施工流量：挡春汛/挡中水/挡洪水/挡枯水/挡昀枯水(D)实例：大伙房—设计流量为相应时段内一定频率的昀大流量为导流设计流量(E)实例：潘家口—二期导流设计流量由挡全年洪水下降为挡枯水，Q由11700立方/秒下降为1400立方/秒，高围堰改为低围堰，工期少了两个月，投资减少580万(F)实例：新安江—二期围堰按时段频率改为按二月份的分月频率计算Q，降低了堰高，洪水漫顶53个导流时段按各段洪水昀大流量设计：束窄河床，底孔，永久泄洪道(5)风险度计算假设洪水重现期为T年，则任一年洪水出现的概率为1/T。假设导流建筑物使用年限为L年，则洪水在L年中不出现的概率为(1-1/T)L。而洪水出现的概率为1-(1-1/T)L，也即风险度为R=1-(1-1/T)LT↗，C↗，R↘。L↗，R↗。应该取围堰建造资金与风险资金之和昀小的导流设计标准例：T=25年，L=1年，R=1-（1-1/25）=4%现在施工期修改为3年，R要求不改变，T*=1/[1-（1-R）1/L]=74年，显然设计标准大大提高。3.导流方案布置及水力计算(1)选择因素：水文/地形/地质/水工形式/河流利用/施工进度、方法、布置(2)分期分段围堰布置：滩地利用一期无围堰/三门峡利用河心岛/三峡利用中堡岛（A）纵向围堰位置（B）河床束窄度（40%-70%）各期工程量应大体平衡(3)全段围堰的隧洞（尽量与永久洞结合）/明渠布置（争取利用古河道）隧洞布置要求：（A）α夹角300（B）R5φ（C）ΔL50m（D）明渠防渗要求ΔS2.5-3ΔH龙羊峡导流隧洞布置毛家村6导流及工程程序Ⅰ枯Ⅰ洪Ⅱ洪上游水位分流流量准备期5%950原来河床两岸削坡一枯10%200左岸上下游围堰右河床Z上＝左岸坝基开挖Q右＝200浇底板砼固结灌浆一洪5%950左岸上下游围堰右河床Z上＝左岸坝体浇筑到Q右＝950二枯10%200右岸上下游围堰导流底孔Z上＝左岸坝体浇筑到Q导＝200右岸坝基开挖，浇底板砼右岸坝体浇筑到固结灌浆二洪5%950右岸上下游围堰导流底孔Z上＝左岸坝体浇筑到Q导＝950右岸坝体浇筑到泄水建筑物施工对象导流时段导流标准导流流量挡水建筑物Ⅱ枯Ⅲ洪(4)水力计算(A)束窄度/流速束窄度KA1原河床过水面积A2围堰修筑后挡掉的面积流速VcVc束窄河床平均流速Q导流设计流量ε侧向收缩系数(0.95，两侧收缩0.9)(B)上游壅高壅高Z—束窄段由于围堰修筑引起的水流升高Φ流速系数(0.75-0.90)V0行近流速g重力加速度V0=Q导/A原+Z有壅高VC=Q导/ε(A1-A2)无壅高VC=Q导/ε*B(h原+Z)有壅高•(上游围堰高程H=h下游+Z+h风浪+h安全超高)*实际计算需要逐步试算:假使Z0→计算V0，Vc→计算Z’→计算V0’，Vc’→计算Z’直至两次Z’的差接近0。试算迭代Z1→VcVo→Z2→Vc’Vo’→Z3…Q导流→H上游→ω上游行近流速V0=Q导流/ω上游束窄流速Vc=Q导流/ω束窄Z×B上游H`上游＝h下游+Z→ω`上游=ω0+Z×B上游NoZ`-Z≤[α]V0`=Q导流/ω`上游Yes简化：Vc`=Q导流/ω`束窄→结束gVgVZc2`2``2022−⋅Φ=gVgVZc222022−⋅Φ=7(C)底孔过水断面设计/流速/数目/进口形式(D)预留缺口联合泄流计算(E)明渠水力计算—弯道R，断面设计，允许流速，断面形式，稳定边坡(F)隧洞水力计算—流速，Fr数，负压，气蚀底孔设计有压H/h孔口＞1.5ZgAQ∆××=2孔µ无压H/h孔口＜1.52302HgmBQϕ=底孔缺口2302HgmBQϕ=底孔和坝体缺口联合泄流工况天然河道来水流量随时变化。底孔和坝体缺口联合泄流的工况和流态有如下几种：1．来水流量较小，上游水位较低，下游水位也很低，水流呈无压状态由底孔通过。如图(1)-(1)2．来水流量较小，上游水位较低，下游水深略大于临界水深hk；或下游水位虽低，但底孔较长，孔内沿程阻力较大。两种情况水流均是无压缓流下泄，其水面线如图(2)-(2)3．来水流量较大，上游水位超过孔顶一定距离，底孔前半段呈有压流，由于下游水位较低，其后半段呈无压流。若底孔较短，无压段可能呈急流，若底孔较长或下游水位较高，则后半段可能呈无压缓流。其水面线如图(3)-(3)。4．来水流量更大，上游水位再升高，全底孔可能呈有压流。下游水位不影响泄流时，为非淹没出流；反之，为淹没出流。如图(4)-(4)。5.来水流量再增大，上游水位再升高。这时，部分流量由底孔渲泄，部分流量由缺口渲泄。两部分泄量之和等于总的来水流量，即Q＝Q底孔＋Q缺口。