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黄河柴家峡水电站工程施工组织设计

柴家峡水电站位于甘肃省兰州市西固区梁家湾村境内的黄河干流上，是黄河干流龙羊峡～青铜峡河段梯级开发规划的第18个梯级，上距八盘峡水电站17.7km，下距兰州市公路里程31km。

坝址位于八盘峡至兰州西柳沟之间河段，该河段全长21km，总落差20.8m，平均比降0.99‰，呈较开阔的U型河谷，河谷宽100～350m，两岸多分布阶地。柴家峡水电站工程控制流域面积220556km2，坝址处河道平均比降1.68‰。

柴家峡水电站工程以发电为主，并可改善八盘峡～柴家峡河段沿岸灌溉条件，同时美化兰州市的生态环境。水库正常蓄水位1550.5m，库容1660万m3，电站装机容量96MW，单机容量24MW，额定水头6.8m防水施工工艺（顺序），保证出力49.5MW，年发电量4.91亿KWh。在上游河口水电站未开工前，电站初期运行水位1551.0m，以获得较大的发电水头和发电效益。

本电站为河床径流式电站，工程规模属Ⅲ等中型工程，枢纽主要建筑物为3级。枢纽主要建筑物由河床式发电厂房、泄水闸、左岸土石坝、右岸混凝土挡水坝等建筑物组成。枢纽全长339.4米，坝顶高程1555米，最大坝高33米。厂房内安装四台贯流式（灯泡式）水轮发电机组。该工程的施工导流方式为河床分期导流，整个工程分二段二期施工。一期枯、汛期围堰先后围护右河床，河水由束窄的左河床宣泄，主要进行混凝土纵向导墙和5孔泄水闸施工。二期主河床截流后，河水由5孔泄水闸宣泄，在上、下游横向围堰和混凝土纵向导墙的围护下，进行河床电站厂房和左岸土石副坝等部位的施工。

其中一期工程，永久工程范围为混凝土纵向导墙、泄水闸、右岸混凝土挡水坝、右岸防护和防渗墙、咕噜沟处理及右岸上坝公路工程。二期工程的永久工程范围为发电厂房、左岸土工膜心墙堆石坝及中间坝段。混凝土纵向导墙在施工期间为挡水墙，在运行期间为泄水闸坝段与厂房坝段间的导墙。

柴家峡水电站一期工程要求工期12.5个月，拟从2004年11月6日正式开工进行围堰填筑，至2005年11月15日一期汛期围堰全部拆除完毕。

柴家峡水电站二期工程要求工期29.5个月，2005年11月15日开工主河床截流，至2008年4月30日前1#机组开始发电完工。

1.2.1水文气象条件

1.2.1.1水文条件

柴家峡水电站坝址位于兰州水文站上游，柴家峡至兰州区间流域面积1995km2，仅占兰州站积水面积的0.9%。柴～兰区间无较大支流汇入，径流模数相对较小，加入水量甚微，因此以兰州水文站作为柴家峡水电站的设计代表站。

黄河上游干流洪水主要由暴雨形成，一般涨落较缓，历时较长，一次洪水40天左右，洪水大多为单峰型。洪水主要发生在7月和9月，其次发生在8月、6月和10月上旬。在实测的较大洪水中，出现在7月份的约占36%，出现在9月份的约占30%。一般来说，7月份洪水峰型尖瘦，9月份洪水峰型矮胖。7月份主要是高强度降雨，而9月份主要是长历时大面积的降雨。根据81年水文资料，坝址多年平均流量为1040m3/s，年平均径流量328亿m3。上游刘家峡电站建成后，柴家峡入库悬移质年输沙量5110万吨，比天然情况减少了58.5%。年平均含沙量1.69kg/m3。根据黄河上游年内洪水特性和龙、刘水库联合调节的特点，将全年洪枯水时段划分为汛期（7月～9月）、非汛期（11月～4月）、汛前期（5月～6月），汛后期（10月）。柴家峡水电站设计洪水及分期洪水成果见表1.1、表1.2。柴家峡坝址天然水位～流量关系见表1.3

表1.1受上游水库调蓄影响的设计洪水成果表

入库流量Qm（m3/s）

表1.2柴家峡分期施工洪水表

刘家峡控泄2600m3/s

表1.3柴家峡坝址天然水位～流量关系曲线表

柴家峡右岸咕噜沟流域面积为3.0km2，平均坡降16.9%，沟长4.0km，沟谷宽浅，两岸山坡陡峭，河床基本由砾石和少量泥沙组成，在沟下游有横跨河流的铁路桥梁。经过分析计算，咕噜沟频率为3.33%的设计洪水为30.0m3/s。

1.2.1.2气象条件

表1.4柴家峡气象要素综合特性表

1.2.2工程地质条件

坝址位于梁家湾与对格台间的柴家峡河谷段。黄河从北往南流，基本为横向河谷，坝址区河道顺直，水面宽250m～260m，水深2.0～5.0m。河谷呈左岸较陡峻、右岸平缓的不对称“U”型谷。河床较平整，基岩裸露，基本无覆盖层。岩层产状以桩号0+263.0处（Z1向斜轴部）为中心分为南北两部分，北侧为NW310°～315°SW∠55°～61°；南侧为NW275°～280°NE∠45°～50°。向斜轴面走向NW290°，与坝轴线（方向NE68°）呈42°夹角。向斜轴线通过坝轴线的部位偏右岸。

坝址区两岸基岩裸露，岩体以物理风化为主，以其颜色变浅和岩石强度明显降低为特征，风化层裂隙不发育，一般沿层面风化强烈，在左右岸Ⅱ、Ⅳ级阶地前沿，强风化带厚2.0～3.0m，弱风化带厚4.0～6.0m；在河床部位，强风化带厚2.5～3.5m，弱风化带厚5.0～7.0m。

泄水闸坝段布置在河床右岸，右侧河床上覆砂砾卵石层，厚1.0～2.5m，坝基岩性为钙质砂岩、泥钙质砂岩以及泥钙质砂岩夹粘土质粉砂岩或粉砂质粘土岩，岩层倾角61°～68°，强风化带厚2.5～3.0m，挖除后闸基地质条件良好。

右岸混凝土重力坝位于右岸Ⅱ级阶地，覆盖层厚1.0～4.0m，岩层倾角55°～68°，强风化带厚2.5～3.0m，将其挖除后，闸基地质条件良好。

左岸副坝段坝基岩性主要为泥钙质砂岩及泥钙质砂岩夹黏土质砂岩。上覆1.0～4.0m砂砾卵石层，岩石强风化带厚度2.5～3.0m，岩石倾角55°～68°，基础工程地质条件良好。安装间、厂房及中间坝段基础岩石为钙质砂岩、泥钙质砂岩夹黏土质粉砂岩或粉沙质黏土岩，上覆1.0～2.0m砂砾卵石层，岩石强风化带厚度2.5～3.0m，岩石倾角55°～61°，基础工程地质条件良好。左岸坝址基岩岸坡较高陡，上部坡度约40°，坡脚处堆积有2.0～5.0m厚的崩坡积及人工堆积块、碎石土，并发育一个滑坡体和两个塌滑体。滑坡体地质条件:一号滑坡体位于左岸坝线上游51m处，发育在Ⅳ级阶地的前缘基岩斜坡上，高出水面75m，滑坡为白垩统河口群下岩组的泥钙质砂岩夹粘土质粉沙岩及钙质砂岩中的基岩滑坡，上部顺层滑动，下部切层滑动，总体积约20万m3。两个塌滑体分别发育在坝轴线下游40m、90m处，均为基岩塌滑体，体积小。

一期工程天然建材：选用距坝址约3km的上游左岸五零四厂东岛料场，开采和运输条件方便，质量和数量也均满足工程要求。二期工程天然建材：左坝肩水面以上开挖可备石渣和块石料约1.1万m3，导流明渠上游围堰内侧集渣坑开挖可备石渣和块石料约0.3万m3，一期围堰削瘦和上游索桥左桥台部位可备石渣和块石料约0.4万m3，还需约0.2万m3块石料需从左岸拌和楼受料坑下游侧山体爆破开挖；上游围堰施工砂砾石及过渡料约1.73万m3在左岸约2.5km运距的504厂区取用；上、下游围堰施工所用黄土料约1.7万m3在左岸约2.5km运距的504厂区场取用。

1.2.4对外交通条件

柴家峡水电站坝址右岸二级阶地有兰新铁路和312(兰新公路)国道通过，公路等级为国家一级，本段也是兰州市政交通主干线，路面结构为混凝土路面。坝址至附近铁路车站的公路里程为：至兰州站34km，至坡底下站3km，至西固站8.8km，至河口南站14.6km，至兰州铁路枢纽货场23km，至兰州中川机场约55km。

上游250m有施工交通桥，可通过单荷总重为35吨的汽车。坝址上游4.34km处504厂专用公路和准轨铁路两用桥，可通过大型设备。

2.1.2施工条件分析

2.1.2.1水文条件

柴家峡水电站坝址位于兰州水文站上游，柴家峡至兰州区间流域面积1995km2，仅为兰州站积水面积的0.9%。柴～兰区间无较大支流汇入，径流模数相对较小，加入水量甚微，因此以兰州水文站作为柴家峡水电站的设计代表站。柴家峡水电站设计洪水及分期洪水成果见表1.1、表1.2，柴家峡坝址天然水位～流量曲线见表1.3。

2.1.2.2气象条件

2.1.2.3地质条件

坝址位于梁家湾与对格台间的柴家峡河谷段。黄河从北往南流，基本为横向河谷，坝址区河道顺直，水面宽250.0～260.0m，水深2.0～5.0m。河谷呈左岸较陡峻、右岸平缓开阔的不对称“U”型谷。河床较平整，覆盖层厚约1～2.5m。

坝址区两岸基岩裸露，岩体以物理风化为主，以其颜色变浅和岩石强度明显降低为特征风化层裂隙不发育，一般沿层面风化强烈，在左右岸Ⅱ、Ⅳ级阶地前沿，强风化带厚2～3m，弱风化带厚4～6m；在河床部位，强风化带厚2.5～3.5m，弱风化带厚5～7m。

2.1.2.4料源条件

由于在一期枯期上下游围堰填筑施工阶段，坝址上游施工桥暂时无法贯通，根据504厂的特殊情况，坝址上游4.34km处的504厂专用公路和准轨铁路两用桥无法满足围堰填筑从左岸取料的运输强度要求，而且一期枯期上下游围堰填筑天然砂石料选用距坝址约3.0km的上游左岸504厂东岛鱼池砂石料场无法实现，所以一期枯期上下游围堰填筑天然砂石料选用距坝址约5.0km的上游右岸咸水沟，运距远且与312国道影响较大，施工难度加大。同时，围堰防冲所需的块石，也无法按照《可行性研究报告》提供的基本资料取料,需从距坝址约9km的下游312国道去刘家峡路口挖装，同样存在运距远且与312国道影响较大问题。汛期围堰施工阶段，在上游施工便桥还未通车前，土料选用右岸梁家湾村后的Ⅲ级阶地Ⅱ号土料场，运距远且与312国道影响较大。在上游施工便桥通车后，选用504厂区坝址左岸Ⅳ级阶地上部Ⅰ号土料场，开采和运输条件方便。

二期围堰填筑供需石渣和块石料约3.3万m3(有1.1万m3为后期加高用，不在这次备料范围内)，砂砾石及过渡料约1.6万m3，黄土料约1.7万m3。根据现场实际情况，左坝肩水面以上开挖可备石渣和块石料约1.1万m3，导流明渠上游围堰内侧集渣坑开挖可备石渣和块石料约0.3万m3，一期围堰削瘦和上游索桥左桥台部位可备石渣和块石料约0.4万m3，还需约0.2万m3块石料需从左岸拌和楼受料坑下游侧山体爆破开挖；上游围堰施工砂砾石及过渡料约1.73万m3在左岸约2.5km运距的504厂区取用；上下游围堰施工所用黄土料1.7万m3在左岸约2.5km运距的504厂区场取用。

2.1.2.5施工道路

2.1.2.7水电供应及通信条件

黄河水质良好，符合工程施工要求，左岸生活用水在504厂取水，右岸的生活用水通过净化黄河水后使用。

坝址附近有504厂变电所、宣家沟变电所和新城桥头新变电所，施工用电可靠。

2.1.2.8设计、施工依据及原则：

1、招标文件中技术规范的规定和要求；

2、国家及行业有关的标准和规范；

3、主体工程建筑物的布置型式；

4、工程现场的施工条件；

2.2导流方式、标准及规划

柴家峡水电站坝址位于梁家湾与对格台间的柴家峡河谷段，为横向河谷。坝址河道顺直，水面宽250m～260m，水深2.0m～5.0m，河床较宽。明渠导流方式适合用于岸边具有台地、缓坡的地形,或附近有旧河道、山沟、垭口、河弯等可利用的地形。隧洞导流方式一般用于中上游峡谷地区，没有条件布置纵向围堰的河段。涵洞导流方式多用于土石坝，涵洞埋于坝下。根据柴家峡的地形、地质条件及主体工程的型式与布置，施工导流采用河床分期导流方式，整个工程分两期两段施工。一期枯、汛围堰先后围护右河床，由左岸束窄河床过流，主要进行砼纵向导墙和5孔泄水闸施工；二期为主河床截流，河水由5孔泄水闸渲泄，在二期上下游围堰的围护下进行河床电站厂房和左岸土石副坝等部位的施工。

柴家峡水电站为三等中型工程，其主要建筑物级别为Ⅲ级、次要建筑物级别Ⅳ级，围堰使用年限小于5年；围堰高度小于15m堰前库容亦小于0.1亿m3。根据《水利水电工程施工组织设计规范》SL303－2004规定，围堰级别为Ⅴ级，相应的导流标准选用P=10%洪水重现期，龙、刘二库联合控泄的导流流量为Q枯10%=1580m3/s，Q汛10%=4150m3/s。

为加快基坑闭气施工进度，减少堰体高喷防渗墙钻孔施工工程量，缩短整个工程的直线工期。同时，为了使上游围堰填筑部分料源采用基坑开挖料，最大限度的降低围堰造价。一、二期导流围堰分为枯水期填筑和汛期加高填筑两个阶段施工。

一期枯水期围堰采用土石围堰，导流时段为2005年1月至2005年4月30日，填筑设计洪水标准为枯水期4月份十年一遇洪水标准，相应导流流量为Q枯水期10%=1580m3/s。汛期围堰由上、下游横向土石围堰和砼纵向导墙组成，导流时段为2005年5月至2005年10月，导流标准为全年十年一遇洪水标准，相应导流流量为Q全年10%=4150m3/s。

二期枯水期导流时段为2005年11月1日至2006年3月31日，其设计洪水标准为枯水期11月份至翌年3月份十年一遇洪水标准，相应导流流量为Q枯水期10%=1580m3/s。汛期围堰导流时段为2006年4月1日至2007年6月15日，其设计洪水标准为全年十年一遇洪水标准，相应导流流量为Q全年10%=4150m3/s。

1、2004年12月20日前完成一期枯水期围堰（一期）填筑，由左岸束窄河床过流。

2、2005年4月30日前完成汛期上、下游土石围堰填筑。

3、2005年4月30日砼纵向导墙浇筑至5、6月份渡汛高程（上游导墙浇筑到高程1545.5m，下游导墙浇筑到高程1545.0m），2005年6月20日砼纵向导墙浇筑浇筑完成。

4、2005年5月15日前拆除一期枯水期围堰。

5、2005年10月31日前5孔泄水闸具备过水条件。

6、2005年11月15日主河床截流。

7、2005年11月20日二期枯期围堰填筑、防渗闭气和基坑初期排水全部完成。

8、2006年3月31日前汛期围堰加高填筑全部完成。

9、2007年7月15日二期上游围堰拆除至高程1545.50m，二期下游围堰全部拆除完成。

2.2.4围堰选型原则

围堰的选型主要考虑以下因素：

高速公路沥青混凝土路面施工方案1、施工总进度安排及地形特点；

2、水力参数、堰体的稳定分析及迎水面抗冲刷演算成果；

3、修筑围堰处地形特点、覆盖层厚度及围堰施工条件；

4、当地围堰填筑材料情况；

一期工程主要工程项目工程量：分布见表3.2

GB3836.12-2008爆炸性环境第12部分-气体或蒸气混合物按照其最大试验安全间隙和最小表3.2主要工程项目工程量分布表