围堰、施工泄水道

水利工程概论导流建筑物――围堰、施工泄水道一、围堰1、概念：要使水工建筑物能在干的基坑中顺利地进行施工，就要做一种临时性的挡水建筑物来维护基坑，这种临时性的挡水建筑物叫做围堰。2、分类：按所用材料分：土石围堰、草土围堰、木笼围堰及混凝土围堰等。按围堰与水流方向的相对位置可分：横向围堰和纵向围堰。按导流期间围堰是否允许过水可分：过水围堰和不过水围堰。3、对围堰的基本要求：（1）具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性及强度，不过水围堰还要具有一定的超高；（2）构造简单，方量小，造价低，修建、维护、拆除均较方便；（3）围堰的布置应力求使水流平顺，不致发生严重的冲刷和对基坑施工造成妨碍；（5）必要时，应设置抗御冰凌、船筏等冲击的设施。4、围堰的布置（1）围堰的平面布置：①横向围堰：基坑坡趾离主体工程轮廓的距离大于20～30m；围堰内坡脚离基坑开挖边线的距离大于2～3m。②纵向围堰：基坑坡趾离主体工程轮廓线距离（0.4～0.6）～小于2m。③围堰与泄水建筑物距离：一般距进口10m～50m，混凝土10m～30m，土石30m～50m；距出口30m～100m。混凝土30m～50m，土石50m～100m。④围堰位置应尽量避免两岸溪流。⑤横向围堰与纵向围堰的交角通常120º～90º。⑥纵向围堰的长度一般伸出上下游横向围堰坡脚10m～30m。（2）堰顶高程的确定：①横向围堰：H=h+hw+δH——上游围堰或下游围堰的顶部高程

h——围堰挡水的静水位。对于下游围堰，挡水位可由天然河道水位流量关系曲线查得，上游挡水位则由水利计算确定，必要时还应调洪演算。

hw——波浪高度

δ——围堰的安全超高可按表②纵向围堰：堰顶高程应与堰侧水面曲线相适应。通常纵向围堰堰顶面往往作成阶梯或倾斜状，其上下游高程与相应的横向围堰同高。（3）围堰的防冲：围堰堰体与堰脚处基础是否会受到水流淘刷，在很大程度上与围堰平面布置的外型轮廓有关。对于全段围堰法导流的上下游横向围堰，应使围堰与泄水建筑物进出口保持足够的距离；对于分段围堰法导流，围堰附近的流速流态与围堰的平面布置密切相关。其中纵向围堰的外型轮廓对防冲影响最大。下面介绍水利水电工程施工中常用的几种围堰型式（一）土石围堰（坝址附近如有渗透系数小于0.1×10-3cm/s的土料，可优先采用）土石围堰是水利水电工程中采用最广泛的一种围堰型式。在岩基河床或有覆盖的堤基上均可建造。常见的土石围堰断面型式：如图5-1所示。若当地有足够数量的防渗料，如壤粘土等，则土石围堰采用图5-1中的（a）、（b）型式。其中（a）为斜墙式土石围堰，多用于基础透水性较小的地方；（b）为斜墙带水平铺盖式围堰，适用于厚度不大的覆盖层基础。若当地没有足够数量的防渗料或覆盖层较厚时，土石围堰可采用图5-1中的（c）、（d）型式。当覆盖层的粗粒粒径不大，又无较大的孤石时，可考虑钢板桩截水墙的型式。

泄水建筑物§4.4土基上的闸：闸基防渗措施（二）草土围堰草土围堰是一种草土混合结构，多用捆草法修建，其断面型式如图5－2所示。草土围堰施工简单，又能就地取材，造价较低；具有一定防冲、防渗及适应沉陷变形的能力，故能用于软基河床。但禾草易于腐烂，使用一般不超过两年。其抗冲能力不够强，因此其适用条件受到一定限制。（三）混凝土围堰混凝土围堰的抗冲、抗渗能力强，挡水水头高，断面尺寸较小，易于和永久性混凝土建筑物相连接。若用作纵向围堰，则第一、二期可考虑公用，必要时还可过水，因此应用比较广泛。近年来，我国乌江渡、凤滩、安康等工程都采用了拱型混凝土围堰，其一般断面如图5-3所示。这种围堰，由于利用了混凝土抗压强度较高的特点，与重力式混凝土围堰相比断面较小，节省混凝土方量。我国50年代有些工程（如三门峡）为了减少混凝土方量，在纵向围堰不和坝体结合处，采用了空框式混凝土围堰，如图5-4所示。（四）其他型式的围堰（略）钢板桩围堰、木笼围堰、竹笼围堰、浆砌石围堰等等。这些型式的围堰应用不很广泛。（1）钢板桩围堰：钢板桩围堰以格形围堰用得最广。因为它通常做成一格一格的型式，所以就形象地称为钢板桩格形围堰。根据它的平面型式又可分为：圆筒形、扇形及花瓣形，如图5-5所示。（2）木笼围堰：木笼围堰是用木料搭成一个个的“笼”，内填石头使之沉入河底，联接各单个“笼”而形成一道整体围堰，如图5－6所示。单个木笼的平面尺寸各工程不尽相同，我国新安江工程用的是6×13.87m，但在深潭处有高达16m、宽16.37m的。一般工程中木笼的高宽比接近1：1。二、施工泄水道当河床被围堰截断后，河水就经过预先在河床以外筑好的临时或永久的水道下泄，这种水道叫做施工泄水道。常见的泄水道型式有如下几种：（一）隧道（二）明渠（三）涵管（四）渡槽（一）隧道隧道主要用在山区的岩质河岸，岩石往往比较坚实，且两岸陡峻、河床狭窄的工程，如图5-7所示。我国山区水利枢纽工程较多，隧道导流采用很广。隧洞一般造价较贵，施工也比较困难而且又费时间。所以不少水利工程在枢纽布置时，导流隧洞常常是结合泄洪、取水、放空水库以及发电的要求来考虑的，以期达到一洞多用之目的。当结合确有困难时，才考虑设置专用导流隧洞，在导流完毕后，应立即堵塞。线路选择：重点考虑地质和水力条件。（略）地质条件：一般要避免隧洞穿过断层、破碎带，无法避免时，要尽量使隧洞轴线与断层和破碎带的交角要大一些。为使隧洞结构稳定，洞顶岩石厚度至少要大于洞径的2～3倍。水力条件：为使水流顺畅，隧洞最好直线布置，必须转弯时，进口处要设直线段，并且直线段的长度应大于10倍的洞径或者洞宽，转弯半径应大于5倍的洞径或者洞宽，转角一般控制在60度，隧洞进口轴线与河道主流的夹角一般在30度以内。同时，进出口与上下游围堰之间要有适当的距离，一般大于50米，以防止进出口水流冲刷围堰堰体。断面选择：隧洞的断面常用形式有圆形、马蹄形、城门洞形，从过水、受力、施工等方面各有特点。衬砌和糙率：由于导流洞的临时性，故其衬砌的要求比一般永久性隧洞低，但是考虑方法是相同的。当岩石比较完整，节理裂隙不发育的，一般不衬砌。当岩石局部节理发育，但是，裂隙是闭和的，没有充填物和严重的相互切割现象，同时岩层走向与隧洞轴线的交角比较大时，也可以不衬砌，或者只进行顶部衬砌。如果岩石破碎，地下水又比较丰富的要考虑全断面衬砌。为了降低隧洞的糙率，开挖时最好采用光面爆破。布置说明：导流隧洞是临时性建筑物，运用时间不长，设计级别比较低。（二）明渠明渠是在河岸或河滩上开挖的渠道，在坝址上下各筑一道围堰后，河水经渠道下泄。这种导流方式在水流不大，两岸为土质（岩质也可以采用）而且平坦的河道上是最常用的导流方式，参见图5-3。如有河弯可以截弯取直，明渠导流更为有利。在我国水利建设的实践中，平原地区建造水闸多用这种形式。在山区建坝时，有些工程因隧洞开挖困难（由于地质条件不好或施工设备不全等原因）或工期较长，也不得不放弃隧洞导流方案而采用明渠导流方案。适宜条件：多用于岸坡平缓、有较宽广的滩地、或者岸坡上有溪沟可以利用的地方。当渠道轴线上是软土，特别是当河流弯曲，可以用渠道裁弯取直时，采用此法比较经济，更为有利。在山区建坝，有时由于地质条件不好，或者施工条件不足，开挖隧洞比较困难，往往也可以采用明渠导流。施工顺序：一般在坝头岸上挖渠，然后截断河流，使河水由明渠下泄，待主体工程建成以后，拦断导流明渠，使河水按预定的位置下泄。导流明渠布置要求：①开挖容易，挖方量小：有条件时，充分利用山垭、洼地旧河槽，使渠线最短，开挖量最小。②水流通畅，泄水能力强：渠道进出口水流与河道主流的夹角不大于30度为好，渠道的转弯半径要大于5倍渠道底部的宽度。③泄水时应该安全：渠道的进出口与上、下游围堰要保持一定的距离，一般上游为30～50m，下游为50～100m。导流明渠的水边到基坑内的水边最短距离，一般要大于2.5～3.0H，H为导流明渠水面与基坑水面的高差。④运用方便：一般将明渠布置在一岸，避免两岸布置，否则，泄水时，会产生水流干扰，也影响基坑与岸上的交通运输。（三）涵管涵管导流在建造土坝和堆石坝时比较多见。它是事先在河滩或河床上建造穿过上下游围堰而将来埋在坝内的涵管，然后在坝体上、下游各筑一道围堰，水即经过涵管下泄，参见图5-9。涵管一般采用钢筋混凝土结构，所以它往往比隧洞更费水泥和钢材。涵管一般布置在枯水位以上的河岸的岩基上。多在枯水期先修建导流涵管，然后再修建上下游围堰，河道的水经过涵管下泄。涵管过水能力低，一般只能担负小流量的施工导流。如果能与永久性涵管结合布置，往往是比较好的方案。由于涵管穿过坝体，涵管与坝体或者防渗体的结合部位，容易产生集中渗漏，一般要设截流环，并控制好土料的填筑质量。若与坝体结合不好，接触面易漏水，或因地基沉陷引起涵管的破坏，这些都将招致大坝失事，造成严重后果。所以对坝体与涵管的接触面及涵管各段之间接缝、涵管的基础均应慎重处理。（四）渡槽当需要在狭窄的河床上修建一座中小型闸坝工程，而其水下部分可以在一个枯水期内建成时，由于流量较小，可以采用渡槽导流，参见图5-10。三、导流建筑物的尺寸导流建筑物主要尺寸的确定是一项十分复杂的工作，由于需要考虑的因素很多，所以在实际工作中一般是通过对不同方案的技术经济比较来决定的。1、施工泄水道的进口底槛高程：它影响到上游围堰的高度、截流的难易、施工通航过筏的条件以及施工的难易。一般来讲，底槛高程应尽量降低，使河水容易经泄水道下泄，水流条件也可改善，对截流、施工、航运都有利，但却增大了上下游引水渠开挖的工程量，而且全线都在河水位以下，将增加施工排水、开挖、出渣的困难。2、施工泄水道的过水断面尺寸：主要根据所宣泄的施工流量的大小来决定，当然它也与上游围堰高度、大坝拦洪高程、泄水道的地质、施工航运以及施工条件等有关。对于一定的导流设计流量，施工泄水道的过水断面越小，上游壅水位就越高，上游围堰也就越高。反之，施工泄水道的尺寸加大，上游围堰的工程造价就可减小。因此，上游围堰与泄水道的工程造价是互相影响的。通常按它们最经济的组合方案来确定。§5.5施工导流的一般程序一、土坝的施工导流二、混凝土坝的施工导流施工导流的程序与建筑物的型式、导流方案的选择有关，下面以两种典型的坝型来说明施工导流的一般程序。一、土坝的施工导流土坝的施工一般都需要采用围堰，只有在质量要求较低、不需要进行地基处理的临时性工程中，才采用无围堰施工。有围堰土坝施工导流一般可分为四期，参见图5-12，即：第一期：建造施工泄水道（隧洞、涵管或明渠），并在枯水期开始前建成。在这个时期内河水经原河床下泄。第二期，建造上下游围堰，截断河流（称为截流），建造大坝。河水改道经施工泄水道下泄。由于土坝不能溢流，在洪水期里，未建成的大坝必须能挡住洪水，否则就会被洪水漫顶而冲垮。因此在洪水期之前，必须将大坝建筑到拦洪水位以上，以保证在洪水期发生施工设计洪水时，大坝能起到拦洪作用，不致因大坝漫顶而引起失事。第三期，大坝在拦洪水位以上继续升高，河水仍经施工泄水道下泄。第四期，大坝建造到一定高程后，开始封堵施工泄水道（俗称封孔）进行蓄水，以便尽早发挥水库的作用。同时还必须采取一定措施，例如利用永久性或临时性的泄水孔放水，以控制库内水位上升的速度。这样即使遇到丰水年，也不致发生洪水漫顶。为保证大坝的安全，这种措施应持续到大坝建造到设计高程为止。在上述的土坝施工中，第二期是大坝施工最关键的阶段。首先是截流，这是一项紧张而复杂的工作，特别是水深流急、软基河槽、流量及落差较大等困难条件下截流，更是一项艰巨而繁重的任务。（下面具体介绍）其次是施工强度（每天能上多少土方和大坝升多高），大坝若不能在汛期达到拦洪水位，不仅危及大坝本身，更严重的是危及下游人民生命财产的安全。因此施工强度必须与导流措施配合，相互适应。当施工力量不足以致施工强度不能满足要求时，可以考虑以下几种措施：（1）压缩第二期的工程量（例如将河滩部分的大坝提前在第一期施工；或用临时断面拦洪，土坝的临时拦洪断面如图5-13所示；或将水下部分坝体在分期围堰的保护下，在第一期施工）。（2）延长第二期工程的工期（例如尽可能提前截流时间）。（3）降低大坝拦洪水位（如设立临时溢洪道，或加大施工泄水道的过水能力）。截流1、截流概念：水利枢纽工程施工中，在导流建筑物建成以后，利用有利时机，迅速截断原来河床水流，并迫使河水改道而经过预定的泄水建筑物下泄的工作，就叫河道截流。截流后，可以在河床中全面展开主体工程的施工。2、截流的重要性：截流若不能按时完成，整个围堰内的主体工程都不能按时开工。若一旦截流失败，造成的影响更大。所以，截流在施工导流中占有十分重要的地位。施工中，一般把截流作为施工过程的关键问题和施工进度中的控制项目。3、截流的基本要求：为了保证截流成功，事先必须做好周密的设计，重要过程一般都要做截流模型试验。在截流开始之前，要做好器材、设备、和组织上的充分准备，以便截流时，能够集中全力，一气呵成。4、截流的相关概念和过程：（1）戗堤：截流抛投料的堆筑体。（2）进占：截流一般是先从河床的一侧或者两侧向河中填筑截流戗堤这种向水中筑堤的各工作叫进占。（3）龙口：戗堤填筑到一定程度，河床渐渐被缩窄，接近最后时，便形成一个流速较大的临时的过水缺口，这个缺口叫做龙口。（4）合龙（截流）：封堵龙口的工作叫做合龙，也称截流。（5）裹头：在合龙开始之前，为了防止龙口处的河床或者戗堤两端被高速水流冲毁，要在龙口处和戗堤端头增设防冲设施予以加固，这项工作称为裹头；（6）闭气：合龙以后，戗堤本身是漏水的，因此，要在迎水面设置防渗设施，在戗堤全线设置防渗设施的工作就叫闭气。（7）截流过程：从上述相关概念可以看出：整个截流过程就是抢筑戗堤。截流工作包括：戗堤进占，龙口加固，合龙截流、闭气、加高培厚等项工作。总结：截流工作的程序大致为：在施工泄洪水道接近完工时，即可用进占方式自两岸（或一岸）修筑戗堤作为围堰的一部分，形成龙口，并进行防冲加固。在施工泄水道完工以后，选定有利时机（流量相对小的时候），突击堵口，截断河床（俗称“合龙”），接着在堤的上游面抛防渗材料——“闭气”。这时河水即全部经施工泄水道下泄。在闭气的同时，将围堰加高培厚，使它能挡住当时可能出现的洪水，以保证围堰的安全。以后再根据需要与可能，将围堰逐步建筑到设计高程。5、截流日期和截流流量：（1）截流日期一般选在枯水期，因为枯水期的流量、落差较小，截流容易。但充分利用枯水期抢基坑工程又是施工中必争的工期，因此不希望截流过多占用枯水期时间，如能在进入枯水季前，或刚进入枯水季节，截流就能进行完毕则最理想。所以两者的相互矛盾，须在导流方案中综合平衡安排。在确定具体截流日期时，应考虑以下条件：①截流前后应做的工作：截流前泄水建筑物须建成以供导流使用；截流后还要继续修建围堰、开挖基坑、基坑排水、修建主体过程等；并须在汛期到来之前把围堰或者永久性建筑物修建到拦洪高程。目的是给以后工作创造条件。②河流综合利用：截流时要考虑河流的综合利用，如对通航、过筏、供水等的影响最小，一般在通航的河道上，最好选在停航的期间截流。③寒冷地区的截流：一般不在冰冻期截流，因为冰凌容易堵塞河床或者泄水道，壅高上游水位，给截流造成很大困难。④截流日期确定：一般选在枯水期初，流量已有明显下降时进行截流，但并不一定是流量最小的时刻。在实际工作中，还应根据水文短期预报和施工的进展情况，最后确定截流日期。（2）截流流量的确定：截流日期确定之后，设计流量即可据以确定。当截流日期选在枯水期初，水势下跌时，导流流量可以定的小一些，水势上涨时导流流量可以定的大一些。在初步设计中，一般采用截流月份的55或10%频率的月或旬平均流量，也可以用日平均流量。此外，还必须根据当时情况和水文气象预报加以修正，按修正后的流量进行各项截流的准备工作。6、截流材料：截流时用什么样的材料，取决于截流时可能发生的流速大小，工地上起重和运输能力的大小。过去，在施工截流中，在堤坝溃决抢堵时，常用梢料、麻袋、草包、抛石、石笼、竹笼等，近年来，国内外在大江大河的截流中，抛石是基本的材料合法法，此外，当截流水力条件比较差时，采用混凝土预制的六面体、四面体、四脚体，预制钢筋混凝土构架等。在截流中，合理选择截流材料的尺寸、重量，对于截流的成败和截流费用的大小，都将产生很大的影响。材料的尺寸和重量主要取决于截流合龙时的流速。

泄水建筑物7、截流方法：截流的基本方法分立堵和平堵两种。（1）平堵法：这种方法是在龙口上架设浮桥或者栈桥，可以用自卸汽车在桥上沿着龙口的全线抛投截流材料，使抛投体从河底开始逐层上升，直到露出水面。优点：龙口处的单宽流量比较小，流速分布比较均匀，截流材料的单个重量也比较小，截流时，工作线长，抛投强度大，施工进度比较快。缺点：该法由于需要搭设桥梁，因此造价比较高；碍航。适用：平原软基河床，架桥方便，航运任务小的河流。

泄水建筑物（2）立堵法：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，逐渐束窄龙口直到全部拦断。优点：不需要架设桥梁，准备工作比较简单，造价比较低。缺点：龙口处单宽流量大，流速大，流速分布不均，在龙口封堵的最后阶段，需要用单个重量比较大的截流材料。由于工作前沿狭窄，抛投强度受限制，施工进度比较慢。适用：多用于流量大，岩基或覆盖层较薄的岩基河床，软基河床只要护底措施妥当可采用此法。立堵法截流在我国一直作为一种主要的截流方法。

泄水建筑物二、混凝土的施工导流在施工导流问题上混凝土坝和土坝有很大的不同。因为土坝不能过水，而在未建成的混凝土坝的顶面——溢流坝或坝内预留的底孔却可以用来宣泄施工期的洪水。因此混凝土坝的导流比土坝容易，解决方式也灵活得多。混凝土坝施工导流的方式主要有一次断流和分期导流两种。对于山区河流，河床狭窄活覆盖层很厚、水深较