水利工程概論導流建筑物――圍堰、施工泄水道一、圍堰1、概念：要使水工建筑物能在干的基坑中順利地進行施工，就要做一種臨時性的擋水建筑物來維護基坑，這種臨時性的擋水建筑物叫做圍堰。2、分類：按所用材料分：土石圍堰、草土圍堰、木籠圍堰及混凝土圍堰等。按圍堰與水流方向的相對位置可分：橫向圍堰和縱向圍堰。按導流期間圍堰是否允許過水可分：過水圍堰和不過水圍堰。3、對圍堰的基本要求：（1）具有足夠的穩定性、防滲性、抗沖性及強度，不過水圍堰還要具有一定的超高；（2）構造簡單，方量小，造價低，修建、維護、拆除均較方便；（3）圍堰的布置應力求使水流平順，不致發生嚴重的沖刷和對基坑施工造成妨礙；（5）必要時，應設置抗御冰凌、船筏等沖擊的設施。4、圍堰的布置（1）圍堰的平面布置：①橫向圍堰：基坑坡趾離主體工程輪廓的距離大于20～30m；圍堰內坡腳離基坑開挖邊線的距離大于2～3m。②縱向圍堰：基坑坡趾離主體工程輪廓線距離（0.4～0.6）～小于2m。③圍堰與泄水建筑物距離：一般距進口10m～50m，混凝土10m～30m，土石30m～50m；距出口30m～100m?；炷?0m～50m，土石50m～100m。④圍堰位置應盡量避免兩岸溪流。⑤橫向圍堰與縱向圍堰的交角通常120o～90o。⑥縱向圍堰的長度一般伸出上下游橫向圍堰坡腳10m～30m。（2）堰頂高程的確定：①橫向圍堰：H=h+hw+δH——上游圍堰或下游圍堰的頂部高程

h——圍堰擋水的靜水位。對于下游圍堰，擋水位可由天然河道水位流量關系曲線查得，上游擋水位則由水利計算確定，必要時還應調洪演算。

hw——波浪高度

δ——圍堰的安全超高可按表②縱向圍堰：堰頂高程應與堰側水面曲線相適應。通常縱向圍堰堰頂面往往作成階梯或傾斜狀，其上下游高程與相應的橫向圍堰同高。（3）圍堰的防沖：圍堰堰體與堰腳處基礎是否會受到水流淘刷，在很大程度上與圍堰平面布置的外型輪廓有關。對于全段圍堰法導流的上下游橫向圍堰，應使圍堰與泄水建筑物進出口保持足夠的距離；對于分段圍堰法導流，圍堰附近的流速流態與圍堰的平面布置密切相關。其中縱向圍堰的外型輪廓對防沖影響最大。下面介紹水利水電工程施工中常用的幾種圍堰型式（一）土石圍堰（壩址附近如有滲透系數小于0.1×10-3cm/s的土料，可優先采用）土石圍堰是水利水電工程中采用最廣泛的一種圍堰型式。在巖基河床或有覆蓋的堤基上均可建造。常見的土石圍堰斷面型式：如圖5-1所示。若當地有足夠數量的防滲料，如壤粘土等，則土石圍堰采用圖5-1中的（a）、（b）型式。其中（a）為斜墻式土石圍堰，多用于基礎透水性較小的地方；（b）為斜墻帶水平鋪蓋式圍堰，適用于厚度不大的覆蓋層基礎。若當地沒有足夠數量的防滲料或覆蓋層較厚時，土石圍堰可采用圖5-1中的（c）、（d）型式。當覆蓋層的粗粒粒徑不大，又無較大的孤石時，可考慮鋼板樁截水墻的型式。

泄水建筑物§4.4土基上的閘：閘基防滲措施（二）草土圍堰草土圍堰是一種草土混合結構，多用捆草法修建，其斷面型式如圖5－2所示。草土圍堰施工簡單，又能就地取材，造價較低；具有一定防沖、防滲及適應沉陷變形的能力，故能用于軟基河床。但禾草易于腐爛，使用一般不超過兩年。其抗沖能力不夠強，因此其適用條件受到一定限制。（三）混凝土圍堰混凝土圍堰的抗沖、抗滲能力強，擋水水頭高，斷面尺寸較小，易于和永久性混凝土建筑物相連接。若用作縱向圍堰，則第一、二期可考慮公用，必要時還可過水，因此應用比較廣泛。近年來，我國烏江渡、鳳灘、安康等工程都采用了拱型混凝土圍堰，其一般斷面如圖5-3所示。這種圍堰，由于利用了混凝土抗壓強度較高的特點，與重力式混凝土圍堰相比斷面較小，節省混凝土方量。我國50年代有些工程（如三門峽）為了減少混凝土方量，在縱向圍堰不和壩體結合處，采用了空框式混凝土圍堰，如圖5-4所示。（四）其他型式的圍堰（略）鋼板樁圍堰、木籠圍堰、竹籠圍堰、漿砌石圍堰等等。這些型式的圍堰應用不很廣泛。（1）鋼板樁圍堰：鋼板樁圍堰以格形圍堰用得最廣。因為它通常做成一格一格的型式，所以就形象地稱為鋼板樁格形圍堰。根據它的平面型式又可分為：圓筒形、扇形及花瓣形，如圖5-5所示。（2）木籠圍堰：木籠圍堰是用木料搭成一個個的“籠”，內填石頭使之沉入河底，聯接各單個“籠”而形成一道整體圍堰，如圖5－6所示。單個木籠的平面尺寸各工程不盡相同，我國新安江工程用的是6×13.87m，但在深潭處有高達16m、寬16.37m的。一般工程中木籠的高寬比接近1：1。二、施工泄水道當河床被圍堰截斷后，河水就經過預先在河床以外筑好的臨時或永久的水道下泄，這種水道叫做施工泄水道。常見的泄水道型式有如下幾種：（一）隧道（二）明渠（三）涵管（四）渡槽（一）隧道隧道主要用在山區的巖質河岸，巖石往往比較堅實，且兩岸陡峻、河床狹窄的工程，如圖5-7所示。我國山區水利樞紐工程較多，隧道導流采用很廣。隧洞一般造價較貴，施工也比較困難而且又費時間。所以不少水利工程在樞紐布置時，導流隧洞常常是結合泄洪、取水、放空水庫以及發電的要求來考慮的，以期達到一洞多用之目的。當結合確有困難時，才考慮設置專用導流隧洞，在導流完畢后，應立即堵塞。線路選擇：重點考慮地質和水力條件。（略）地質條件：一般要避免隧洞穿過斷層、破碎帶，無法避免時，要盡量使隧洞軸線與斷層和破碎帶的交角要大一些。為使隧洞結構穩定，洞頂巖石厚度至少要大于洞徑的2～3倍。水力條件：為使水流順暢，隧洞最好直線布置，必須轉彎時，進口處要設直線段，并且直線段的長度應大于10倍的洞徑或者洞寬，轉彎半徑應大于5倍的洞徑或者洞寬，轉角一般控制在60度，隧洞進口軸線與河道主流的夾角一般在30度以內。同時，進出口與上下游圍堰之間要有適當的距離，一般大于50米，以防止進出口水流沖刷圍堰堰體。斷面選擇：隧洞的斷面常用形式有圓形、馬蹄形、城門洞形，從過水、受力、施工等方面各有特點。襯砌和糙率：由于導流洞的臨時性，故其襯砌的要求比一般永久性隧洞低，但是考慮方法是相同的。當巖石比較完整，節理裂隙不發育的，一般不襯砌。當巖石局部節理發育，但是，裂隙是閉和的，沒有充填物和嚴重的相互切割現象，同時巖層走向與隧洞軸線的交角比較大時，也可以不襯砌，或者只進行頂部襯砌。如果巖石破碎，地下水又比較豐富的要考慮全斷面襯砌。為了降低隧洞的糙率，開挖時最好采用光面爆破。布置說明：導流隧洞是臨時性建筑物，運用時間不長，設計級別比較低。（二）明渠明渠是在河岸或河灘上開挖的渠道，在壩址上下各筑一道圍堰后，河水經渠道下泄。這種導流方式在水流不大，兩岸為土質（巖質也可以采用）而且平坦的河道上是最常用的導流方式，參見圖5-3。如有河彎可以截彎取直，明渠導流更為有利。在我國水利建設的實踐中，平原地區建造水閘多用這種形式。在山區建壩時，有些工程因隧洞開挖困難（由于地質條件不好或施工設備不全等原因）或工期較長，也不得不放棄隧洞導流方案而采用明渠導流方案。適宜條件：多用于岸坡平緩、有較寬廣的灘地、或者岸坡上有溪溝可以利用的地方。當渠道軸線上是軟土，特別是當河流彎曲，可以用渠道裁彎取直時，采用此法比較經濟，更為有利。在山區建壩，有時由于地質條件不好，或者施工條件不足，開挖隧洞比較困難，往往也可以采用明渠導流。施工順序：一般在壩頭岸上挖渠，然后截斷河流，使河水由明渠下泄，待主體工程建成以后，攔斷導流明渠，使河水按預定的位置下泄。導流明渠布置要求：①開挖容易，挖方量小：有條件時，充分利用山埡、洼地舊河槽，使渠線最短，開挖量最小。②水流通暢，泄水能力強：渠道進出口水流與河道主流的夾角不大于30度為好，渠道的轉彎半徑要大于5倍渠道底部的寬度。③泄水時應該安全：渠道的進出口與上、下游圍堰要保持一定的距離，一般上游為30～50m，下游為50～100m。導流明渠的水邊到基坑內的水邊最短距離，一般要大于2.5～3.0H，H為導流明渠水面與基坑水面的高差。④運用方便：一般將明渠布置在一岸，避免兩岸布置，否則，泄水時，會產生水流干擾，也影響基坑與岸上的交通運輸。（三）涵管涵管導流在建造土壩和堆石壩時比較多見。它是事先在河灘或河床上建造穿過上下游圍堰而將來埋在壩內的涵管，然后在壩體上、下游各筑一道圍堰，水即經過涵管下泄，參見圖5-9。涵管一般采用鋼筋混凝土結構，所以它往往比隧洞更費水泥和鋼材。涵管一般布置在枯水位以上的河岸的巖基上。多在枯水期先修建導流涵管，然后再修建上下游圍堰，河道的水經過涵管下泄。涵管過水能力低，一般只能擔負小流量的施工導流。如果能與永久性涵管結合布置，往往是比較好的方案。由于涵管穿過壩體，涵管與壩體或者防滲體的結合部位，容易產生集中滲漏，一般要設截流環，并控制好土料的填筑質量。若與壩體結合不好，接觸面易漏水，或因地基沉陷引起涵管的破壞，這些都將招致大壩失事，造成嚴重后果。所以對壩體與涵管的接觸面及涵管各段之間接縫、涵管的基礎均應慎重處理。（四）渡槽當需要在狹窄的河床上修建一座中小型閘壩工程，而其水下部分可以在一個枯水期內建成時，由于流量較小，可以采用渡槽導流，參見圖5-10。三、導流建筑物的尺寸導流建筑物主要尺寸的確定是一項十分復雜的工作，由于需要考慮的因素很多，所以在實際工作中一般是通過對不同方案的技術經濟比較來決定的。1、施工泄水道的進口底檻高程：它影響到上游圍堰的高度、截流的難易、施工通航過筏的條件以及施工的難易。一般來講，底檻高程應盡量降低，使河水容易經泄水道下泄，水流條件也可改善，對截流、施工、航運都有利，但卻增大了上下游引水渠開挖的工程量，而且全線都在河水位以下，將增加施工排水、開挖、出渣的困難。2、施工泄水道的過水斷面尺寸：主要根據所宣泄的施工流量的大小來決定，當然它也與上游圍堰高度、大壩攔洪高程、泄水道的地質、施工航運以及施工條件等有關。對于一定的導流設計流量，施工泄水道的過水斷面越小，上游壅水位就越高，上游圍堰也就越高。反之，施工泄水道的尺寸加大，上游圍堰的工程造價就可減小。因此，上游圍堰與泄水道的工程造價是互相影響的。通常按它們最經濟的組合方案來確定?！?.5施工導流的一般程序一、土壩的施工導流二、混凝土壩的施工導流施工導流的程序與建筑物的型式、導流方案的選擇有關，下面以兩種典型的壩型來說明施工導流的一般程序。一、土壩的施工導流土壩的施工一般都需要采用圍堰，只有在質量要求較低、不需要進行地基處理的臨時性工程中，才采用無圍堰施工。有圍堰土壩施工導流一般可分為四期，參見圖5-12，即：第一期：建造施工泄水道（隧洞、涵管或明渠），并在枯水期開始前建成。在這個時期內河水經原河床下泄。第二期，建造上下游圍堰，截斷河流（稱為截流），建造大壩。河水改道經施工泄水道下泄。由于土壩不能溢流，在洪水期里，未建成的大壩必須能擋住洪水，否則就會被洪水漫頂而沖垮。因此在洪水期之前，必須將大壩建筑到攔洪水位以上，以保證在洪水期發生施工設計洪水時，大壩能起到攔洪作用，不致因大壩漫頂而引起失事。第三期，大壩在攔洪水位以上繼續升高，河水仍經施工泄水道下泄。第四期，大壩建造到一定高程后，開始封堵施工泄水道（俗稱封孔）進行蓄水，以便盡早發揮水庫的作用。同時還必須采取一定措施，例如利用永久性或臨時性的泄水孔放水，以控制庫內水位上升的速度。這樣即使遇到豐水年，也不致發生洪水漫頂。為保證大壩的安全，這種措施應持續到大壩建造到設計高程為止。在上述的土壩施工中，第二期是大壩施工最關鍵的階段。首先是截流，這是一項緊張而復雜的工作，特別是水深流急、軟基河槽、流量及落差較大等困難條件下截流，更是一項艱巨而繁重的任務。（下面具體介紹）其次是施工強度（每天能上多少土方和大壩升多高），大壩若不能在汛期達到攔洪水位，不僅危及大壩本身，更嚴重的是危及下游人民生命財產的安全。因此施工強度必須與導流措施配合，相互適應。當施工力量不足以致施工強度不能滿足要求時，可以考慮以下幾種措施：（1）壓縮第二期的工程量（例如將河灘部分的大壩提前在第一期施工；或用臨時斷面攔洪，土壩的臨時攔洪斷面如圖5-13所示；或將水下部分壩體在分期圍堰的保護下，在第一期施工）。（2）延長第二期工程的工期（例如盡可能提前截流時間）。（3）降低大壩攔洪水位（如設立臨時溢洪道，或加大施工泄水道的過水能力）。截流1、截流概念：水利樞紐工程施工中，在導流建筑物建成以后，利用有利時機，迅速截斷原來河床水流，并迫使河水改道而經過預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開主體工程的施工。2、截流的重要性：截流若不能按時完成，整個圍堰內的主體工程都不能按時開工。若一旦截流失敗，造成的影響更大。所以，截流在施工導流中占有十分重要的地位。施工中，一般把截流作為施工過程的關鍵問題和施工進度中的控制項目。3、截流的基本要求：為了保證截流成功，事先必須做好周密的設計，重要過程一般都要做截流模型試驗。在截流開始之前，要做好器材、設備、和組織上的充分準備，以便截流時，能夠集中全力，一氣呵成。4、截流的相關概念和過程：（1）戧堤：截流拋投料的堆筑體。（2）進占：截流一般是先從河床的一側或者兩側向河中填筑截流戧堤這種向水中筑堤的各工作叫進占。（3）龍口：戧堤填筑到一定程度，河床漸漸被縮窄，接近最后時，便形成一個流速較大的臨時的過水缺口，這個缺口叫做龍口。（4）合龍（截流）：封堵龍口的工作叫做合龍，也稱截流。（5）裹頭：在合龍開始之前，為了防止龍口處的河床或者戧堤兩端被高速水流沖毀，要在龍口處和戧堤端頭增設防沖設施予以加固，這項工作稱為裹頭；（6）閉氣：合龍以后，戧堤本身是漏水的，因此，要在迎水面設置防滲設施，在戧堤全線設置防滲設施的工作就叫閉氣。（7）截流過程：從上述相關概念可以看出：整個截流過程就是搶筑戧堤。截流工作包括：戧堤進占，龍口加固，合龍截流、閉氣、加高培厚等項工作?？偨Y：截流工作的程序大致為：在施工泄洪水道接近完工時，即可用進占方式自兩岸（或一岸）修筑戧堤作為圍堰的一部分，形成龍口，并進行防沖加固。在施工泄水道完工以后，選定有利時機（流量相對小的時候），突擊堵口，截斷河床（俗稱“合龍”），接著在堤的上游面拋防滲材料——“閉氣”。這時河水即全部經施工泄水道下泄。在閉氣的同時，將圍堰加高培厚，使它能擋住當時可能出現的洪水，以保證圍堰的安全。以后再根據需要與可能，將圍堰逐步建筑到設計高程。5、截流日期和截流流量：（1）截流日期一般選在枯水期，因為枯水期的流量、落差較小，截流容易。但充分利用枯水期搶基坑工程又是施工中必爭的工期，因此不希望截流過多占用枯水期時間，如能在進入枯水季前，或剛進入枯水季節，截流就能進行完畢則最理想。所以兩者的相互矛盾，須在導流方案中綜合平衡安排。在確定具體截流日期時，應考慮以下條件：①截流前后應做的工作：截流前泄水建筑物須建成以供導流使用；截流后還要繼續修建圍堰、開挖基坑、基坑排水、修建主體過程等；并須在汛期到來之前把圍堰或者永久性建筑物修建到攔洪高程。目的是給以后工作創造條件。②河流綜合利用：截流時要考慮河流的綜合利用，如對通航、過筏、供水等的影響最小，一般在通航的河道上，最好選在停航的期間截流。③寒冷地區的截流：一般不在冰凍期截流，因為冰凌容易堵塞河床或者泄水道，壅高上游水位，給截流造成很大困難。④截流日期確定：一般選在枯水期初，流量已有明顯下降時進行截流，但并不一定是流量最小的時刻。在實際工作中，還應根據水文短期預報和施工的進展情況，最后確定截流日期。（2）截流流量的確定：截流日期確定之后，設計流量即可據以確定。當截流日期選在枯水期初，水勢下跌時，導流流量可以定的小一些，水勢上漲時導流流量可以定的大一些。在初步設計中，一般采用截流月份的55或10%頻率的月或旬平均流量，也可以用日平均流量。此外，還必須根據當時情況和水文氣象預報加以修正，按修正后的流量進行各項截流的準備工作。6、截流材料：截流時用什么樣的材料，取決于截流時可能發生的流速大小，工地上起重和運輸能力的大小。過去，在施工截流中，在堤壩潰決搶堵時，常用梢料、麻袋、草包、拋石、石籠、竹籠等，近年來，國內外在大江大河的截流中，拋石是基本的材料合法法，此外，當截流水力條件比較差時，采用混凝土預制的六面體、四面體、四腳體，預制鋼筋混凝土構架等。在截流中，合理選擇截流材料的尺寸、重量，對于截流的成敗和截流費用的大小，都將產生很大的影響。材料的尺寸和重量主要取決于截流合龍時的流速。

泄水建筑物7、截流方法：截流的基本方法分立堵和平堵兩種。（1）平堵法：這種方法是在龍口上架設浮橋或者棧橋，可以用自卸汽車在橋上沿著龍口的全線拋投截流材料，使拋投體從河底開始逐層上升，直到露出水面。優點：龍口處的單寬流量比較小，流速分布比較均勻，截流材料的單個重量也比較小，截流時，工作線長，拋投強度大，施工進度比較快。缺點：該法由于需要搭設橋梁，因此造價比較高；礙航。適用：平原軟基河床，架橋方便，航運任務小的河流。

泄水建筑物（2）立堵法：立堵法截流是將截流材料從龍口一端向另一端，或從兩端向中間拋投進占，逐漸束窄龍口直到全部攔斷。優點：不需要架設橋梁，準備工作比較簡單，造價比較低。缺點：龍口處單寬流量大，流速大，流速分布不均，在龍口封堵的最后階段，需要用單個重量比較大的截流材料。由于工作前沿狹窄，拋投強度受限制，施工進度比較慢。適用：多用于流量大，巖基或覆蓋層較薄的巖基河床，軟基河床只要護底措施妥當可采用此法。立堵法截流在我國一直作為一種主要的截流方法。

泄水建筑物二、混凝土的施工導流在施工導流問題上混凝土壩和土壩有很大的不同。因為土壩不能過水，而在未建成的混凝土壩的頂面——溢流壩或壩內預留的底孔卻可以用來宣泄施工期的洪水。因此混凝土壩的導流比土壩容易，解決方式也靈活得多?；炷翂问┕Я鞯姆绞街饕幸淮螖嗔骱头制趯Я鲀煞N。對于山區河流，河床狹窄活覆蓋層很厚、水深較