水利工程施工经典教材 第1章 施工导流

第1章施工导流目录第一节施工导流方式与泄水建筑物.........................................................................................2第二节围堰工程.............................................................................................................................4第三节导流设计流量.....................................................................................................................7第四节导流方案.............................................................................................................................8第五节截流工程...........................................................................................................................10第六节拦洪渡汛...........................................................................................................................13第七节封堵蓄水...........................................................................................................................13第八节基坑排水...........................................................................................................................14水利水电工程整个施工过程中的施工水流控制（又称施工导流），广义上说可以概括为采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物施工的不利影响，把河水流量全部或部分地导向下游或拦蓄起来，以保证干地施工和施工期不影响或尽可能少影响水资源的综合利用。第一节施工导流方式与泄水建筑物在河流上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物能在干地上进行施工，需要用围堰维护基坑，并将河水引向预定的泄水通道往下游宣泄。这就是施工导流。施工导流方式，大体上可分为三类，即分段围堰法导流、全段围堰法导流、淹没基坑法导流。一、分段围堰法导流分段围堰法亦称分期围堰法，就是用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法。图1-1所示为两期导流的例子。所谓分段，就是在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工。所谓分期，就是在时间上将导流分为若干时期。采用分段围堰法导流时，纵向围堰位置的确定，也就是河床束窄程度的选择是关键问题之一。河床束窄程度可用以下面积束窄度（K）表示：式中A2—围堰和基坑所占的过水面积，m2；A1—原河床的过水面积，m2；国内外一些工程K值的取用范围约在40%~70%之间。在确定纵向围堰的位置或选择河床的束窄程度时，应重视下列问题：充分利用河心洲、小岛等有利地形条件；纵向围堰尽可能与导墙、隔墙等永久建筑物相结合；束窄河床流速要考虑施工通航、筏运、围堰和河床防冲等的要求，不能超过允许流速；各段主体工程的工程量、施工强度要比较均衡；便于布置后期导流泄水建筑物，不致使后期围堰过高或截流落差过大。分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程，尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。分段围堰法导流，前期都利用束窄的原河道导流，后期要通过事先修建的泄水道导流，常见的有以下几种。1．底孔导流2．坝体缺口导流3．束窄河床导流上述三种后期导流方式，一般只适用于混凝土坝，特别是重力式混凝土坝。对于土石坝、非重力式混凝土坝等坝型，若采用分段围堰法导流，常与河床外的隧洞导流、明渠导流等方式相配合。二、全段围堰法导流全段围堰法导流，就是在河床主体工程的上下游各建一道断流围堰，使河水经河床以外的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄。主体工程建成或接近建成时，再将临时泄水道封堵。全段围堰法导流，其泄水道类型通常有以下几种。1．隧洞导流隧洞导流是在河岸中开挖隧洞，在基坑上下游修筑围堰，河水经由隧洞下泄。一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，采用隧洞导流较为普遍。2．明渠导流明渠导流是在河岸上开挖渠道，在基坑上下游修筑围堰，河水经渠道下泄。3．涵管导流涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用。三、淹没基坑法导流这是一种辅助导流方法，在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。山区河流特点是洪水期流量大、历时短，而枯水期流量则很小，水位暴涨暴落、变幅很大。若按一般导流标准要求来设计导流建筑物，不是挡水围堰修得很高，就是泄水建筑物的尺寸要求很大，而使用期又不长，这显然是不经济的。在这种情况下，可以考虑采用允许基坑淹没的导流方法，即洪水来临时围堰过水，若基坑被淹没，河床部分停工，待洪水退落，围堰挡水时再继续施工。这种方法，基坑淹没所引起的停工天数不长，施工进度能保证，在河道泥沙含量不大的情况下，导流总费用较节省，一般是合理的。第二节围堰工程围堰是导流工程中的临时挡水建筑物，用来围护施工基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务完成以后，如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予拆除。一、分类按其所使用的材料，可以：土石围堰、草土围堰、钢板桩格型围堰、混凝土围堰等。按围堰与水流方向的相对位置，可以分为：横向围堰和纵向围堰。按导流期间基坑淹没条件，可以分为：过水围堰和不过水围堰。过水围堰除需要满足一般围堰的基本要求外，还要满足堰顶过水的专门要求。二、围堰的基本型式及构造1．不过水土石围堰不过水土石围堰是水利水电工程中应用最广泛的一种围堰型式，如图1-11所示。它能充分利用当地材料或废弃的土石方，构造简单，施工方便，可以在动水中、深水中、岩基上或有覆盖层的河床上修建。但其工程量大，堰身沉陷变形也较大，若当地有足够数量的渗透系数小于10-4cm/s的防渗料（如砂壤土）时，土石围堰可以采用图1-11（a）、(b)两种型式。其中(a)适用于基岩河床；(b)适用于覆盖层厚度不大的场合。若当地没有足够数量的防渗料或覆盖层较厚时，土石围堰可以采用图1-11（c）、(d)两种型式，用混凝土防渗墙、高喷墙、自凝灰浆墙或帷幕灌浆来解决基础防渗问题。2．过水土石围堰当采用允许基坑淹没的导流方式时，围堰堰体必须允许过水。因此，过水土石围堰的下游坡面及堰脚应采取可靠的加固保护措施。目前采用的有：大块石护面、钢筋石笼护面、加筋护面及混凝土板护面等。较普遍的是混凝土板护面。图1-12所示为江西上犹江水电站（19世纪50年代）采用的混凝土板（加竹筋）护面过水土石围堰。3．混凝土围堰混凝土围堰的抗冲与防渗能力强，挡水水头高，底宽小，易于与永久建筑物相连接，必要时还可以过水，因此应用比较广泛。国内浙江紧水滩、贵州乌江渡、湖南凤滩及湖北隔河岩等水利水电工程中均采用过拱型混凝土围堰作横向围堰，但多数工程还是以重力式混凝土围堰作纵向围堰。4．钢板桩格型围堰钢板桩格型围堰按挡水高度不同，其平面型式有圆筒形格体、扇形格体及花瓣形格体（见图1-19）等，应用较多的是圆筒形格体。5．草土围堰草土围堰是一种草土混合结构，多用捆草法修建。草土围堰的断面一般为矩形或边坡很陡的梯形，坡比为1：0.2~1：0.3，是在施工中自然形成的边坡。三、围堰的平面布置与堰顶高程1．围堰的平面布置围堰的平面布置一般应按导流方案、主体工程的轮廓和对围堰提出的要求而定。通常，基坑坡趾离主体工程轮廓的距离，不应小于20~30m，以便布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时，基坑纵向坡趾离主体工程轮廓的距离，一般不大于2.0m，以供布置排水系统和堆放模板。如果无此要求，只需留0.4~0.6m就够了。2．堰顶高程堰顶高程取决于导流设计流量及围堰的工作条件。下游围堰的堰顶高程由下式决定：Hd=hd+ha+δ(1-4)式中Hd—下游围堰堰顶高程，m；hd—下游水位高程，m；可直接从河流水位流量关系查出；ha—波浪爬高，m；δ—围堰的安全超高，m；上游围堰的堰顶高程由下式决定：Hu=hd+z+ha+δ(1-5)式中Hu—上游围堰堰顶高程，m；z—上下游水位差，m；其余符号同上式。必须指出，当围堰要拦蓄一部分水流时，则堰顶高程应通过调洪计算来确定。纵向围堰的堰顶高程，要与束窄河段宣泄导流设计流量时的水面曲线相适应。因此，纵向围堰的顶面往往作成阶梯形或倾斜状，其上游和下游分别与上游围堰和下游围堰顶同高。四、围堰的防渗和防冲围堰的防渗、接头和防冲是保证围堰正常工作的关键问题，对土石围堰来说尤为突出。1.围堰的防渗围堰防渗的基本要求，和一般挡水建筑物无大差异。土石围堰的防渗一般采用斜墙、斜墙接水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。2．围堰的接头处理围堰的接头是指围堰与围堰、围堰与其他建筑物及围堰与岸坡等的连接而言。混凝土纵向围堰与土石横向围堰的接头，一般采用刺墙型式，以增加绕流渗径，防止引起有害的集中渗漏。3．围堰的防冲围堰遭受冲刷在很大程度上与其平面布置有关，一般多采用抛石护底、铅丝笼护底、柴排护底等措施来保护堰脚及其基础的局部冲刷。关于围堰区护底范围及护底材料尺寸的大小，应通过水工模型试验确定。解决围堰及其基础的冲刷问题，除了护底以外，还应对围堰的布置给予足够的重视，力求使水流平顺地进、出束窄河段。通常在围堰的上下游转角处设置导流墙（图1-28），以改善束窄河段进出口的水流条件。五、围堰的拆除围堰是临时建筑物，导流任务完成以后，应按设计要求进行拆除，以免影响永久建筑物的施工及运行。第三节导流设计流量导流设计流量是选择导流方案、设计导流建筑物的主要依据。导流设计流量一般需结合导流标准和导流时段的分析来决定。一、导流标准广义地说，导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，它包括初期导流标准、坝体拦洪时的导流标准等。施工初期导流标准，按水利水电工程施工组织设计规范的规定，首先需根据导流建筑物的下列指标，将导流建筑物分为Ⅲ~Ⅴ级。再根据导流建筑物的级别和类型，在规范规定的幅度内选定相应的洪水重现期作为初期导流标准。实际上，导流标准的选择受众多随机因素的影响。如果标准太低，不能保证施工安全；反之，则使导流工程设计规模过大，不仅增加导流费用，而且可能因其规模太大以致无法按期完成，造成工程施工的被动局面。因此，大型工程导流标准的确定，应结合风险度的分析，使所选标准更加经济合理。二、导流时段在工程施工过程中，不同阶段可以采用不同的施工导流方法和挡水、泄水建筑物。不同导流方法组合的顺序，通常称为导流程序。导流时段就是按导流程序所划分的各施工阶段的延续时间，具有实际意义的导流时段，主要是围堰挡水而保证基坑干地施工的时间，所以也称挡水时段。导流时段的划分与河流的水文特征、水工建筑物的布置和型式、导流方案、施工进度等因素有关。在我国，有些河流全年流量变化过程如图1-30所示。按河流的水文特征可分为枯水期、中水期和洪水期。在不影响主体工程施工的条件下，若导流建筑物只负担枯水期的挡水、泄水任务，显然可大大减少导流建筑物的工程量，改善导流建筑物的工作条件，具有明显的技术经济效果。因此，合理划分导