第1章-施工导流-第五节截流工程

第五节截流工程1.截流的概念2.截流基本方法3.截流日期及截流流量4.龙口位置及宽度5.截流水力计算6.截流材料和备料量1、截流的概念在施工导流中，截断原河床水流，是为“截流”；为了截流，先在河床的一侧或两侧向河床中筑堤，该堤称为“戗堤”；这种向水中填筑戗堤的过程就是“进占”；填筑戗堤使河床不断地变窄，最后形成一个流速较大的缺口，叫做“龙口”；最终封堵龙口的过程，即是“合龙”；合龙后，戗堤虽高于水面，但其本身依然漏水，因此须在戗堤上设置防渗设施，该项工作即为“闭气”。戗堤进占合龙闭气截流布置示意图2、截流的基本方法截流的基本方法有立堵法和平堵法两种。1）立堵法截流，是将截流材料从龙口一端向另一端或两端向中间抛投进占，逐渐束窄龙口，直至全部拦断。（2）立堵法截流的程序截流程序：进占护底及裹头合龙闭气。•①进占：在河床的一侧面或两侧面向河床抛填截流流材料形成戗堤、束窄河床。（2）立堵法截流的程序截流程序：进占护底及裹头合龙闭气。•②护底及裹头：对河床及龙口戗堤端部进行防冲加固。（2）立堵法截流的程序截流程序：进占护底及裹头合龙闭气。•③合龙：封堵龙口，使戗堤合龙。（2）立堵法截流的程序截流程序：进占护底及裹头合龙闭气。•④闭气：在戗堤迎水面设置防渗设施。（3）立堵法截流特点优点：不要架桥，准备工作简单。造价低，施工速度快。缺点：单宽流量大，出现最大流速大水流不平稳，流速分布不均匀截流单个材料大工作前线短龙口基础要求高，坚硬耐冲单宽流量大，出现最大流速大（4）适用条件•（1）岩基或覆盖层较薄的岩基河床。•（2）当河床采用适当的护底措施，也可采用。2）平堵法截流龙口全线均匀地逐层抛投截流材料，直至抛石堆体高出水面将河道水流截断为止。（2）平堵法截流特点优点：流速分布均匀单宽流量小，出现最大流速小截流单个材料小工作前线长，施工进度快软基可利用缺点：龙口要架桥，造价高，碍航（3）适用条件•平原软基河床，架桥方便，航运任务小的河流3）其它截流方式•（1）爆破截流、定向爆破截流：岩石坚硬，岸坡陡峻。爆破砼预制体截流。•（2）下闸截流——人工泄水道。•（3）浮运沉箱或沉船法截流——海口工程。每种截流方法都有一定的适用条件，根据我国的国情及国内外截流的发展趋势，一般情况下应优先考虑立堵法。如果河床易冲刷，可先平抛护底；如果河床基岩面过光滑，可先平抛一些抗冲性能好的材料加糙河床；如果龙口处有深坑或水深过大，可适当平抛一部分。青铜峡、葛洲坝和大化工程可为上述三种情况的典型。3、截流日期和截流设计流量1）截流日期的确定截流年份根据枢纽工程施工控制性进度计划或总进度计划决定。至于年内的截流时段选择，应根据河流水文特性、气候条件、围堰施工以及通航、过木等决定。一般宜安排在汛后枯水时段，严寒地区应尽量避开河流流冰及冰冻期。3、截流日期和截流设计流量1）截流日期的确定①应考虑以下要求：a)截流时，导流泄水建筑物已具备过水条件；b)截流后，汛期前，施工进度安排要来得及渡汛；c)截流期间，河流流量尽可能小、稳定；d)截流期要选在对河流综合利用（航运）影响小的时期；e)截断龙口的一切准备工作已就绪。f)截流日期应尽量提前；g)不应在冰期进行，以避免截流和闭气工作的复杂化或失败。3、截流日期和截流设计流量②工程实例从工程实例可看出，截流日期大部分在枯水期初、中工程名称最枯期截流时期水口11~1月9月下旬白山12~1月10月中旬大化1~2月10月中旬新安江10~12月10月下旬丹江口1~2月11月下旬10月下旬葛洲坝1月下旬~2月下旬1月上旬西津1~2月11月中旬截流日期大部分在最枯期前的主要原因：•Ⅰ河水流量呈下降趋势•Ⅱ能为截流后争取更多的施工时间3、截流日期和截流设计流量2）截流设计流量选用：•频率法：截流时期内10%~20%频率的旬或月平均流量；•统计资料分析法：根据多年实测流量资料统计整理分析取具有典型性的流量并留有安全裕度。•预报法：一种水文气象预报值比照某一频率值确定另一种水文气象预报值加安全裕度的值。•据类似条件的工程；根据现行规范，截流设计流量的标准可采用截流时段内重现期为5~10年的月或旬平均流量。•2）、截流设计流量的确定注：对大型工程截流，通常以选取一个流量为主，并考虑较大，较小流量出现的可能性，用几个流量进行截流计算和模型试验研究。工程实例工程名称截流设计流量（m3/s）实测截流流量（m3/s）确定方法柘溪20080统计资料分析法盐锅峡1600447频率法石泉20080频率法刘家峡220210预报值比照频率法龚嘴600426预报值加安全裕度4、龙口位置和宽度1）龙口位置龙口位置的选择，对截流工作顺利与否有密切关系。戗堤轴线通常布置在横向围堰范围内。选择龙口位置时，应着重考虑地质、地形条件和水力条件。一般应考虑：①从地质条件来看，龙口应尽量选在河床抗冲刷能力强的地方，如岩基裸露或覆盖层较薄；4、龙口位置和宽度1）龙口位置②从地形条件来看，龙口河底不宜有顺流向陡坡和深坑；龙口周围应有较宽阔的场地，离料场和特殊截流材料堆场近些，便于施工布置和组织；③从水力条件来看，设在河床主流部位，并使截流前水流平顺；对于通航要求的河流，预留龙口一般均布置在深槽主航道处。4、龙口位置和宽度2）龙口的宽度龙口的宽度应尽可能窄，但以不引起龙口底部、两侧裹头部位和下游冲刷为限。有通般要求——着重考虑通航要求。合龙施工强度高，工程量不宜太大。5、截流水力计算1）目的：截流水力计算的目的是确定龙口诸水力参数的变化规律。它主要解决两个问题：一是确定截流过程中龙口各水力参数，如单宽流量q、落差z及流速v等的变化规律；二是由此确定截流材料的尺寸或重量及相应的数量等。这样，在截流前，可以有计划、有目的地准备各种尺寸或重量的截流材料及其数量，规划截流现场的场地布置，选择起重、运输设备；在截流时，能预先估计不同龙口宽度的截流参数，何时何处应抛投何种尺寸或重量的截流材料及其方量等。2）计算过程及方法：图解法计算龙口流速（方法一）①水量平衡截流过程中，上游来水量（即截流设计流量）将分经龙口、戗堤渗流、分水建筑物，并有一部分拦蓄在水库中。若水库库容不大，拦蓄在水库中的水量可忽略。对于立堵，作为安全因素，也可忽略戗堤渗流量。5、截流水力计算图解法计算龙口流速（方法一）一般情况下，合龙过程中截流设计流量由四部分组成：（2）式中Q——龙口流量；Qd——分流量（分流建筑物中通过的流量）Qs——上游河槽中的调蓄流量；Qac——戗堤渗透流量。当调蓄流量和渗透流量不计算，则有：（2-1）0dQQQdsacQQQQQ龙口流量按宽顶堰公式计算：（3）式中——龙口平均过水宽度；——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）；——流量系数，按下式计算：小于0.3淹没流大于或等于0.3非淹没流（3-1）3202QmBgHB0Hm00(1)ZZmHH0ZH0.385m0ZH由连续方程可得龙口流速计算公式：（4）式中——龙口计算断面平均流速；——龙口计算断面水深（从护底顶部算起）；QVBhVhhc(hs)B(e)BBbhc(hs)(b)HHhsZHhCZhshsHHH(a)QB图一立堵截流示意图CCCC（a）平面布置图；（b）沿河道中心线剖面图（淹没流）（c）沿河道中心线剖面图（非淹没流）（d）梯形断面时c-c剖面（e）三角形断面时c-c剖面剖面在立堵截流中，常常规定：•当出现淹没流时，，为龙口底部（或护底）以上的下游水深（图一）；•当出现非淹没流时，，为临界水深。的计算按下列四种情况考虑：shhshchhchh1、梯形断面淹没流：由于进占过程中龙口底部高程不变，为常数。shhshHZhshsHHH2.梯形断面非淹没流：有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，此时：chh223caQhgBHHhsZHhCCC剖面3.三角形断面淹没流：4.三角形断面非淹没流：shhsBhnchh21522()caQhngB(e)龙口流速计算步骤如下：1．绘制分流量与上游水位的关系曲线（图二），该曲线可通过计算或有试验得到。2．绘制进占过程中龙口流量与的关系曲线，该曲线可由（2）式或（2-1）式求出。3.由（3）式或（3-1）式绘制曲线簇，由（3）式中为护底顶部高程或龙口底部高程（图一）。4.判断流态。式计算水深。按（4）式计算合龙过程的断面平均流速。dQH上QH上~~BQH上0HHH上H(41)~(44)Hu(m)Q1(m3∕s)Q2(m3∕s)Hu～Q1B0B1B2B3B4=0Q1-4=0Q1-3Q1-2Q1-1Q1-0Q2-3Q2-2Q2-1Q2-0六、截流材料类型、尺寸和备料量1．材料类型•块石一般块石、石渣料、石渣混合料、大块石•人工块体混凝土六面体、四面体、四脚体、钢筋混凝土构架、钢筋笼、铅丝龙、合金网兜6、截流材料和备料量截流材料应尽可能就地取材，如梢料、麻袋、草包、石料、土料等，南方如卵石竹笼、砾石和杩槎等。实践证明，块石是主要材料。截流水力条件差时，应用人工块体，如混凝土六面体、四面体、四脚体及混凝土构架。通过水力计算及工程拥有的起重运输设备能力确定。2．材料尺寸▼依兹巴士公式（适用：粒径不太大的一般块石）v—水流流速K—综合稳定系数：抗滑：0.90；抗倾：1.20g—重力加速度γ1—石块容重γ—水容重D—石块折算成球体的化引直径D21gKv▼经验流速截流材料适用流速(m/s)截流材料适用流速(m/s)土料0.5~0.73t重大块石或钢筋石笼3.520~30kg重石块0.8~1.04.5t重混凝土六面体4.550~70kg重石块1.2~1.35t重大块石，大石串或钢筋石笼4.5~5.5麻袋装土（0.7m×0.4m×0.2m）1.5Φ0.5×2m装石竹笼2.012~15t重混凝土四面体7.2Φ0.6×4m装石竹笼2.5~3.020t重混凝土四面体7.5Φ0.8×6m装石竹笼约3.5~4.0Φ1.0×15m柴石枕7~83．备料量Q=KΩK－备料系数，考虑各种损失Ω－戗堤体积•规范3.6.7规定：龙口段抛投的大块石、钢筋石笼、混凝土四面体等，备用系数宜取1.2～1.3•截流备料总量的备料系数可取1.2～1.3葛洲坝大江截流时间：1981.1截流设计标准：12-1月5%月平均设计流量：5200-7300m3/s实测流量：4720-4190m3/s龙口宽度：203m戗堤顶宽：25m截流历时：36h23min最大流速：7.5m/s实测落差：3.23m截流方式：单戗双向立堵、拦石坎护底截流材料：大块石、15t、25t混凝土四面体主要设备：20-45t自卸汽车417辆、推土机、起重机、装载机、挖掘机等最大抛投强度：70000m3/d，3600m3/h万安一期截流时间：1984.11截流设计标准：11-12月5%月平均设计流量：877-772m3/s实测流量：297-264m3/s龙口宽度：80m戗堤顶宽：25m截流历时：9h8min最大流速：3.91m/s实测落差：1.12m截流方式：单戗双向立堵截流材料：石渣、平均0.3-0.4m块石，最大0.8-1.2m大块石、2.5-5t混凝土五面体最大抛投强度：1092m3/h万安一期截流备料与实际抛投量对比抛投料大块石石渣混凝土五面体（2.5-5t）合计设计备料（m3）48001810022900实际备料（m3）6000234000750240750实际抛投（m3）231786176811002工程实例:截流龙口截流工地三峡水电站导流明渠截流导流明渠即将停航三峡水电站导流明渠截流上游戗堤合龙降低截流难度的措施（l）减小龙口流量、流速、落差和改善流态等水力因素减小龙口流量：可开挖导流明渠或隧洞、拆除围堰，创造良好的分流条件；增建截流闸（如三门峡）；堤下埋管或用框架作抛料（加苏联高尔基电站）增大戗堤透水性，加大渗流量等。善龙口流态：可改进抛投位置和方法，如立堵困难段可采用上游突出或上、下游角同时突出进占，用大块料抛投上游角，挑开