某混凝土重力坝施工导流设计
    一、工程概况
    本水库是该流域水利水电建设规划中的主体工程之一。坝址位于某乡上游3km处，控制流域面积317km2，坝址处多年平均流量11.1m3/s，年径流总量3.5×108m3。本工程是一座兼有防洪、灌溉、发电、水产养殖效益的综合开发的水利枢纽工程。
    工程总库容为1.6×108m3，正常高水位130.0m，死水位112.0m，设计洪水位130.74m，校核洪水位132.4m，水库有效库容达1.0×108m3，为年调节性水库。
    该工程拦河坝的坝型为砼重力坝，电站布置在河床右侧的非溢流坝段的后面，为坝后式布置，坝顶全长315m，坝顶高程135m，其中左非溢流坝坝段长度为100m，溢流坝段长度为48m，右非溢流坝段长度167m，溢流坝段布置在河床中部偏左岸，设有3孔6m×12m的弧形工作闸门，堰顶高程124m，坝底最大宽度为54m，消能方式为挑流消能，在坝后式厂房处，非溢流坝段的最大底度为46.6m，厂房最大宽度为13.7m，厂坝联结段为4m。
    电站装机容量为2×3200KW。引水压力钢管设在非溢流坝段内，进水口底板高程为95.0m，管径1.75m，采用单机供水的布置方式。水轮机安装高程85.0m，设计工作水头36.0m，最大工作水头45.0m，最小工作水头27.0m。
    工程枢纽处地形及工程布置见图1。
    二、基本资料
    1.工程水文资料
    该水库库容在1×108m3以上，主坝工程为二级建筑物，坝址设计洪水过程线，是根据上游3km处水文观测站实测某年最大一次洪水典型加以修正，以洪峰、洪量控制进行放大而得。现将各设计频率洪水过程线、施工设计洪水等水文资料列于表1～表5。
    表1   坝址设计洪水过程线                   单位：m3/s

     
                       表2    施工设计洪水成果               单位：m3/s

     
              表3     水文站实测历年月平均流量                        单位：m3/s

     
    表4      坝址水位—流量关系曲线

     
    表5       水库容积曲线

     
    2.坝址地形地质条件
    （1）左岸：地形自然坡度为1：1.5~2.0，覆盖层2~3m，全风化带厚3~5m，强风化加弱风化带厚5m，微风化厚4m。
    （2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约0~1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3~6m。河床纵剖面地形中，迎水面坝踵处岩面高程约在86m左右，背水面坝趾处岩面高程约在83.5m左右。距坝趾下游15m处有一深潭。高程约81m，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。
    （3）左岸：地形自然坡度为1：2左右，覆盖层4~6m，全风化带厚6~8m，强风化带厚2~4m，弱风化带厚2~4m，微风化厚1~12m。
    （4）坝基开挖：强风化层要全部挖除。坝基的开挖范围应与建筑物的底部轮廓尺寸相适应，开挖的深度按坝底应力和坝基强度而定。
    （5）坝后式厂房基础：厂房设于坝后靠右岸的河床处，设计最低开挖高程为79~83m之间，全部处于微风化新鲜基岩内。
    3.主要施工条件
    （1）对外交通：目前已有两条三级公路分别从两岸经过坝首和坝区。
    （2）施工电源：目前已有35KV输电线路有县城架至G镇，距坝址仅3km，施工用电可利用本县电网中的水电，电源充足，质量可靠。
    （3）主要建筑材料：本枢纽主坝为砼重力坝，坝体砼所需的卵石，在坝址上下游1~2km均可开采，河砂在距坝址10km处的下游采集。库内盛产竹木，自给有余。仅水泥、钢筋、机电设备等需要外购。
    5.施工年限
    本工程主体部分的大坝和电站厂房，施工工期为两年左右，准备工程在第一施工年度的4~7月份完成，水库在第三施工年度的汛后开始蓄水，并在10月1日并网发电。
     
    三、施工导流设计过程
    （一）施工导流设计标准选择
    1.施工导流建筑物级别的选定
    本工程根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），以及本工程的级别和围堰工程规模，选定施工导流建筑物为Ⅳ级。
    2.施工导流设计洪水标准的选择
    根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338—89），以及导流建筑物的级别，选定导流建筑物的洪水标准为：20年一遇（P=5%）。
    （二）施工导流时段选择
    根据本工程的特征条件采用分段围堰法导流，中后期用临时底孔泄流来修建混凝土坝。划分为三个时段：第一时段，河水由束窄河床通过，进行第一期基坑内施工；第二时段，河水由导流底孔下泄，进行第二期基坑内施工；第三时段，坝体全面升高，可先由导流底孔下泄河水，底孔封堵以后，则河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全拦蓄在水库中，直到工程完建。
    （三）施工导流设计流量及坝址处河床水位的选择
    根据导流设计洪水标准和围堰施工分期，选定施工导流设计流量为Q=235 m3/s。根据坝址水位—流量关系曲线，采用内插法得到Q=235 m3/s时的水位为86.09m，由于观测点距坝址有300m远，考虑到坡降，选择坝址处水位为86.39m。
    （四）施工导流方案的选择
    根据枢纽的自然条件及坝体的结构特点及工程的导流施工标准，选择采用分段围堰法施工，分为两段两期。第一期先围左岸，包括左岸非溢流坝段和溢流坝段，进行一期基坑内施工；第二期围河床右岸部分，包括右非溢流坝段（含厂房坝段），进行二期基坑内施工。本工程所在地，河流流量小，河床滩地宽，两岸坡度缓，采用两段两期的施工导流方式完全可以满足要求。
    （五）第一期导流设计
    1.河床水面宽度及束窄度
    河床水面宽度由图2所示确定为64m，束窄度取K=60%。
    图2  单位（m）
    2.水利计算
    束窄度取K=60%，抗冲流速。
    （1）一期束窄段河床过流能力设计
    则过水断面面积：