第1章--施工导流.ppt

工程项目施工,主讲教师：章恒全电话：83786943E-mail:hqzhang630,第一章施工导流,施工导流：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，需要用围堰围护基坑，并将河水引向预定的泄水通道往下游宣泄。,施工导流设计的主要任务：,分析研究水文、地形、地质、水文地质、枢纽布置及施工条件等基本资料，在保证上述要求的前提下，选定导流标准，划分导流时段，确定导流设计流量；选择导流方案及导流建筑物的型式；确定导流建筑物的布置、构造及尺寸；拟定导流建筑物的修建、拆除、堵塞的施工方法以及截断河床水流、拦洪渡汛和基坑排水等措施。,第一节施工导流的基本方法,施工导流的基本方法：分段围堰法导流：水流通过被束窄的河床、坝体底孔、缺口或明槽等往下宣泄。全段围堰法导流：水流通过河床外的临时或永久的隧洞、明渠或河床内的涵管等往下宣泄。,一、分段围堰法导流,分段围堰法亦称分期围堰法：用围堰将水工建筑物分段分期围护起来进行施工的方法。分段：在空间上用围堰将建筑物分成若干施工段进行施工。分期：就是在时间上将导流分为若干时期。,图1-1导流分期与围堰分段示意图,(a)两段两期(b)三段两期三段三期(d)三段三期,段数分得愈多，围堰工程量愈大，施工也愈复杂；同样，期数分得愈多，工期有可能拖得愈长。只有在比较宽阔的通航河道上施工，不允许断航或其它特殊情况下，才采用多段多期导流方法。,分段围堰法导流适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程，尤其是通航河流和冰凌严重的河流。导流费用较低，大、中型水利水电工程采用较广。分段围堰法导流，前期都利用束窄的原河道导流，后期通过事先修建的泄水道导流，常见的有以下3种：底孔导流坝体缺口导流明槽导流,1底孔导流,底孔导流：事先在混凝土坝体内修好临时底孔或永久底孔，导流时让全部或部分导流流量通过底孔宣泄到下游，保证工程继续施工。,优点：挡水建筑物上部的施工可以不受水流干扰，有利于均衡连续施工，这对修建高坝特别有利。若坝体内设有永久底孔可用来导流时，更为理想。缺点：由于坝体内设置了临时底孔，使钢材用量增加；如果封堵质量不好,会削弱坝的整体性,还可能漏水；在导流过程中，底孔有被漂浮物堵塞的危险；封堵时，由于水头较高,安放闸门及止水等均较困难。,(a)平面图；(b)下游立视图；(c)导流底孔纵断面图1-一期上游横向围堰2-一期下游横向围堰3-一、二期纵向围堰4-预留缺口5-导流底孔6-二期上下游围堰轴线；7-护坦；8-封堵闸门槽；9-工作闸门槽；10-事故闸门槽；11-已浇筑的混凝土坝体；12-未浇筑的混凝土坝体图1-3分段围堰法导流示意图,2坝体缺口导流,混凝土坝施工过程中，当汛期河水暴涨暴落，其它导流建筑物又不足以宣泄全部流量时，为了不影响施工进度，使大坝在涨水时仍能继续施工，可以在未建成的坝体上预留缺口，以便配合其它导流建筑物宣泄洪峰流量，待洪峰过后，上游水位回落，再继续修筑缺口。在修建混凝土坝，特别是大体积混凝土坝时，由于这种导流方法比较简单，常被采用。,3明槽导流,明槽导流：就是在第一期围堰围护下先修建导流明槽，河水由缩窄河床宣泄，导流明槽河床侧的边墙常用作第二期的纵向围堰；第二期工程施工时，河水即经由导流明槽下泄。适用于：河床一侧的河滩基岩较高且岸坡稳定又不太高陡时，中后期采用明槽导流是较为合适的。导流明槽设计时，必须重视下述问题：(1)明槽的糙率(2)明槽的出口消能(3)导流明槽尽可能与永久性建筑物相结合,图1-5明槽导流示例,二、全段围堰法导流,全段围堰法导流：在河床主体工程的上下游各建一道拦河围堰，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，其泄水道类型有以下几种：1.隧洞导流2.明渠导流3.涵管导流,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。,图1-6,图1-7,2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。,图1-8,图1-9,3涵管导流,涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用。涵管常布置在河岸岩滩上,其位置常在枯水位以上。由于涵管的泄水能力较低，所以一般仅用于导流流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流任务。,图1-10,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。,围堰的分类,按其所使用的材料：土石围堰；土围堰；钢板桩格型围堰；混凝土围堰。按围堰与水流方向的相对位置：横向围堰；纵向围堰。按导流期间基坑淹没条件：过水围堰；不过水围堰。,选择围堰型式的原则：,1)具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和一定的强度。2)就地取材造价便宜，构造简单，修建、拆除都方便。3)围堰的布置应力求使水流平顺，不发生严重的局部冲刷。4)围堰接头和岸坡联结要安全可靠，不致因集中渗漏等破坏作用而引起围堰失事。5)在必要时，应设置抵抗冰凌、船筏冲击破坏的设施。,一、围堰的基本型式及构造,1土石围堰,图1-11土石围堰基本型式及构造,2钢板桩格型围堰,圆筒形格体扇形格体花瓣形格体,(a)平面图；(b)“一字形”钢板桩(c)钢板桩异形接头,图1-13圆筒形格体钢板桩围堰,图1-12钢板桩格型围堰平面型式,圆筒形格体钢板桩围堰施工程序图,图1-14圆筒形格体钢板桩围堰施工程序图,3混凝土围堰,(1)混凝土拱形围堰,图1-15刘家峡水电站上游混凝土拱形围堰,(2)重力式混凝土围堰,图1-16,4过水土石围堰,图1-17过水土石围堰施工程序图,(a)一期断面,(b)二期断面,(c)设计断面,1水平主钢筋2钢筋网,图1-18加筋过水土石围堰,5草土围堰,图1-19草土围堰1-水下堰体2-水上加高部分3-草捆4-散草铺土层5-设计挡水位6-施工水位7-河床,(a)围堰进占平面图；(b)围堰进占纵断面图,图1-20草土围堰施工示意图,二、围堰的防渗和防冲,1围堰的防渗2围堰的接头处理,(a)正视图(b)横断面图,图1-21刺墙构造简图,3围堰的防冲,图1-22分段围堰法导流时的流态图1-上游围堰；2-纵向围堰；3-下游围堰；4-上游漩涡区；5-纵向漩涡区；6-下游漩涡区,图1-23导流墙和围堰布置图1-纵向围堰；2-上游导流墙；3-下游导流墙；4-上游横向围堰；5-下游横向围堰,三、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。,图1-24葛洲坝一期土石围堰的拆除1-粘土斜墙；2-覆盖层；3-堆碴；4-心墙；5-防渗墙拆除顺序,四、围堰的平面布置与堰顶高程,1围堰的平面位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。当采用全段围堰法导流时，基坑是由上、下游横向围堰和两岸围成的。当采用分段围堰法导流时，围护基坑的还有纵向围堰。在上述两种情况下，上、下游横向围堰的布置都取决于主体工程的轮廓。,2堰顶高程,下游围堰的堰顶高程：Hd=hd+ha+(1-4)上游围堰的堰顶高程：Hu=hd+z+ha+(1-5)式中Hd下游围堰顶高程，m;ha波浪爬高，m;围堰的安全超高，m。Hu上游围堰顶高程，m;hd下游水位高程，m；z上下游水位差，m;注意：当围堰要拦截一部分水流时，则堰顶高程应通过水库调洪计算来确定。,第三节导流设计流量的确定,一、导流标准导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准。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。,导流建筑物洪水标准划分,二、导流时段的划分,导流程序: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。导流时段就是按照导流程序所划分的各施工阶段的延续时间。,三、允许基坑淹没时的导流设计流量的确定,允许基坑淹没的导流方案，从围堰工作情况看，有过水期和挡水期之分，它们的导流标准有所不同。允许基坑淹没导流方案的技术比较经济，可以在研究工程所在河流水文特征及历年逐月实测最大流量的基础上，通过下述程序实现。1）根据河流的水文特征，假定一系列流量值，分别求出泄水建筑物上、下游的水位。2)根据这些水位，决定导流建筑物的主要尺寸和工程量，估算导流建筑物的费用。,3)估算由于基坑淹没一次所引起的直接和间接损失费用。4)根据历年实测水文资料，统计年平均淹没次数。根据主体工程施工的跨汛年数，即可算得整个施工期内基坑淹没的总次数及淹没损失总费用。5)绘制流量与导流建筑物费用、基坑淹没损失费用的关系曲线。6)计算施工有效时间，试拟控制性进度计划，以验证按初选的导流设计流量，是否现实可行，以便最终确定一个既经济又可行的挡水期和导流设计流量。,第四节导流方案的选择,一个水利水电枢纽工程的施工，从开工到完建往往不是采用单一的导流方法，而是几种导流方法组合起来配合运用，以取得最佳的技术经济效果。这种不同导流时段不同导流方法的组合；通常就称为导流方案。,选择导流方案时应考虑的主要因素：,1水文条件2地形条件3地质及水文地质条件4水工建筑物的型式及其布置5施工期间河流的综合利用6施工进度、施工方法及施工场地布置,第五节截流工程,在施工导流中，截断原河床水流，才能最终把河水引向导流泄水建筑物下泄，在河床中全面开展主体建筑物的施工，这就是截流。,截流过程：戗堤的进占龙口加固合龙闭气先在河床的一侧或两侧向河床中填筑截流戗堤，这种向水中筑堤的工作叫做进占。戗堤填筑到一定程度，把河床束窄，形成了流速较大的龙口。封堵龙口的工作称为合龙。在合龙开始以前，为了防止龙口河床或戗堤端部被冲毁，须采取防冲措施对龙口加固。合龙以后，龙口部位的戗堤虽已高出水面，但其本身依然漏水，因此须在其迎水面设置防渗设施。在戗堤全线上设置防渗设施的工作叫闭气。,一、截流的基本方法,1立堵法截流立堵法截流是将截流材料，从龙口一端向另一端或从两端向中间抛投进占，逐渐束窄龙口，直至全部拦断。,(a)双向进占(b)单向进占1截流戗堤2龙口图1-25立堵法截流,2平堵法截流,平堵法截流事先要在龙口架设浮桥或栈桥，用自卸汽车沿龙口全线从浮桥或栈桥上均匀地逐层抛填截流材料，直至戗堤高出水面为止。,(a)立面图(b)横断面图1截流戗堤2龙口3覆盖层4浮桥5截流体图1-26平堵法截流,二、截流日期和截流设计流量,截流日期的选择，应该是既要把握截流时机，选择在最枯流量时段进行；又要为后续的基坑工作和主体建筑物施工留有余地，不致影响整个工程的施工进度。在确定截流日期时，应考虑以下要求：1)截流以后，需要继续加高围堰，完成排水、清基、基础处理等大量基坑工作，并应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上。2)在通航的河流上进行截流，截流日期最好选择在对航运影响较小的时段内。3)在北方有冰凌的河流上，截流不应在流冰期进行。,三、龙口位置和宽度,1)龙口一般应设置在河床主流部位，方向力求与主流顺直，使截流前河水能较顺畅地经由龙口下泄。2)龙口应选择在耐冲河床上，以免截流时因流速增大，引起过分冲刷。3)龙口附近应有较宽阔的场地，以便布置截流运输路线和制作、堆放截流材料。龙口的保护包括护底和裹头。,图1-27合龙（立堵法）,示例：三峡工程截流,图1-30三峡工程截流,图1-31三峡工程截流,图1-32三峡工程截流,图1-33三峡工程导流工程鸟瞰图,第六节基坑排水,基坑排水工作按排水时间及性质，可分为：基坑开挖前的初期排水:基坑积水、基坑积水排除过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除；基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水:围堰和基坑的渗水、降水、地基岩石冲洗及混凝土养护用废水的排除等。,一、初期排水,初期排水流量一般可根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程的经验，按公式（1-12）来确定：,式中Q初期排水流量m3s；V基坑的积水体积m3；T初期排水时间s。,注意事项：,水位下降太快，则围堰或基坑边坡中动水压力变化过大，易引起坍坡；下降太慢，则影响基坑开挖时间。试抽法确定排水设备容量：试抽时，若水位下降很快，则排水设备容量过大，可关闭一部分排水设备，以控制水位下降速度；若水位不变，则可能是排水设备容量过小或有较大的渗漏通道存在，应增加排水设备容量或找出渗漏通道予以堵塞，再进行抽水。还有一种情况是水位降至一定深度后就不再下降，这说明此时排水流量与渗透流量相等，只有增大排水设备容量或堵塞渗漏通道，才能将积水排除。,水泵站的布置,(d)设在浮船上,图1-38水泵站的布置,(a)设在围堰上,(b)设在固定平台上,(c)设在移动平台上,二、经常性排水,1排水系统的布置,通常应考虑两种不同情况：一种是基坑开挖过程中的排水系统布置；另一种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置。在进行布置时，最好能两者结合起来考虑，并使排水系统尽可能不影响施工。基坑开挖过程中布置排水系统，应以不妨碍开挖和运输工作为原则。一般将排水干沟布置在基坑中部，以利两侧出土。,修建建筑物时的排水系统，通常都布置在基坑的四周，如图所示：,预防措施：为防止下雨时地面径流进入基坑，增加抽水量，往往在基坑外缘挖排水沟或截水沟，以拦截地面水。,1-围堰2-集水井3-排水沟4-建筑物轮廓线5-水流6-河流,图1-39修建建筑物时的排水系统,2排水量的估算,经常性排水的排水量包括围堰和基坑的渗水、降水、地层含水、地基岩石冲洗及混凝土养护用弃水等。关于围堰和基坑渗透流量的计算，在水力学、水文地质等课程中均有介绍，不再赘述。降水量可按抽水时段内最大日降雨量在当天抽干计算。地基岩石冲洗及混凝土养护用弃水，由于地基岩石冲洗用水不多，可以忽略不计，混凝土养护用弃水，可近似地按每方混凝土每次用水5L、每天养护八次计算。但降水和施工弃水不应叠加。,三、人工降低地下水位,人工降低地下水位的基本做法：在基坑周围钻设一些井，地下水渗入井中后，随即被抽走，使地下水位线降到开挖基坑底面以下。人工降低地下水位的方法按排水工作原理来分有管井法和井点法两种。管井法是纯重力作用排水，井点法还附有真空或电渗排水的作用。,1管井法降低地下水位在基坑周围布置一系列管井，管井中放入水泵的吸水管，地下水在重力作用下流入井中，被水泵抽走。,图1-42深水水泵管井装置,图1-40滤水管节构造简图,图1-41分层降低地下水位,2井点法降低地下水位井点法和管井法不同，它把井管和水泵的吸水管合而为一，简化了井的构造，便于施工。根据其降深能力分:轻型井点(浅井点)和深井点,图1-43轻型井点系统1-水泵；2-集水总管；3-井管4-原地下水位；5-排水后水面降落曲线；6-基坑；7-不透水层；8-排水管,深井点与轻型井点不同，它的每一根井管上都装有扬水器，不受吸水高度的限制，有较大的降深能力。深井点有喷射井点和压气扬水井点两种。,图1-44喷射井点装置,图1-45压气扬水井点装置,在渗透系数小于0.1m/d的粘土或淤泥中降低地下水位时，比较有效的方法是电渗井点排水。电渗井点排水时，沿基坑四周布置两列正负电极。正极通常用金属管作成，负极就是井点的排水井。在土中通过电流以后，地下水将从金属管(正极)向井点(负极)移动集中，然后再由井点系统的水泵抽走。正负极电源由直流发电机供应。,1-水泵2-直流发电机3-钢管4-井点图1-46电渗井点排水示意图,四、人工降低地下水位的设计与计算,采用管井法、井点法降低地下水位时，应根据要求降低地下水位的深度、水文地质条件、施工条件等进行降低地下水位的设计计算，其设计的程序如下：,1、计算基坑总渗流量Q(按单井或沟槽公式估算),将长宽比小于10的基坑化作等面积的圆形井，按公式计算:对不规则坑：对长方形规则基坑：,R0基坑化引半径；F基坑井所围成的面积；L,B基坑顶部的长和宽；系数，B/L=0.1,=1.00；B/L=0.2,=1.12；B/L=0.4,=1.16；B/L=0.61.0,=1.18；,(a)单井,在无承压水层中，基坑开挖至不透水层时，渗流量可按无压完整井公式计算，即：,在承压水层中，基坑开挖至不透水层时，渗流量可按有压完整井公式计算，即：,式中：Q基坑渗流量；K渗流系数；H天然地下水面至不透水层的深度；M含水层厚度；h地下水位下降曲线逸出点离不透水层的高度；R,R0分别为地下水位下降曲线的影响半径和基坑化引半径；R的数值最好由抽水试验决定，亦可按经验公式计算：,(b)沟槽,对于窄长形的基坑，长宽比大于10，在无承压水层，基坑底