水利基础知识..pdf

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1、1 第 2 章 水利工程基础知识 本章要求： （一）了解洪水标准和工程等级的划分； （二）了解水库的特征水位和水库特征库容； （三）熟悉水工建筑的分类及特点； （四）了解水建筑物失事的主要原因； （五）掌握施工导流概念、导流标准、导流基本方法； （六）掌握施工围堰的类型，围堰施工技术； （七）熟悉截流的技术与方法。 2.1 洪水标准及工程等级的划分 2.1.1 洪水标准 在水利水电工程设计中不同等级的建筑物所采用的按某种频率或重现期表示的洪水称为 洪水标准，包括洪峰流量和洪水总量。 永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为设计洪水标准和校核洪水标准两种情况。临 时性水工建筑物的洪水标准，应根据建

2、筑物的结构类型和级别，结合风险度综合分析，合理选 择，对失事后果严重的，应考虑超标准洪水的应急措施。各类水利水电工程的洪水标准应按 水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252 2000）确定。 1.永久性水工建筑物的洪水标准 水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确 定。江河采取梯级开发方式，在确定各梯级永久性水工建筑物的洪水标准时，还应结合江河治 理和开发利用规划，统筹研究，相互协调。 .山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-1 确定。 表 2-1 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准重现期（年） 项目 水工建筑物级别

3、 1 2 3 4 5 设计1000500 500100 10050 5030 3020 校核 土石坝 可能量大洪水 （PMF） 100005000 50002000 20001000 20001000 300200 混凝土坝、浆砌石 坝 50002000 20001000 1000500 500200 200100 (2)平原地区永久性水工建筑物洪水标准，应按表 2-2 确定。 表 2-2 平原区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准 重现期（年） 项目 永久性水工建筑物级别 1 2 3 4 5 水库工程 设计300100 10050 5020 2010 10 校核20001000 10003

4、00 300100 10050 5020 拦河工程 设计10050 5030 3020 2010 10 校核300200 200100 10050 5030 3020 (3)潮汐河口和滨海地区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-3 确定。 表 2-3 潮汐河口段和滨海地区水利水电工程永久性水工建筑物的潮水标准 永久性水工建筑物级别1 2 3 4 及 5 设计潮水位重现期（年）100 10050 5020 2010 当山区、丘陵地区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于15m，且上下游最 大水头差小于10m 时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。当平原、滨海地区的水利水 2

5、 电工程其永久性水工建筑物的挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m 时，其洪水 标准宜按山区、丘陵地区标准确定。 2.临时性水工建筑物的洪水标准 临时性水工建筑物的洪水标准，应在表2-4 的幅度内，考虑风险度综合分析，合理选用。 表 2-4 临时性水工建筑物洪水标准 重现期（年） 临时性建筑物类型 临时水工建筑物级别 3 4 5 土石结耕5020 2010 105 混凝土坝、浆砌石结耕2010 105 53 2.1.2 工程等级的划分 1水利水电工程等级划分 根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 2522000）的规定，水利水电工程根据 其工程规模、效益以及在国民经济中的重要性，

6、划分为、五等，适用于不同 地区、不同条件下建设的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，见表2-5。 表 2-5 水利水电工程分等指标 工程 等级 工程规 模 水库总库 容 （108m3） 防洪治涝灌溉供水发电 保护城镇及工 矿企业的重要 性 保护农田 （104亩） 治涝面积 （104亩） 灌溉面积 （104亩） 供水对象 重要性 装机容量 （104kW ） 大型10 特别重要500 200 150 特别重要120 大型101.0 重要500100 20060 15050 重要12030 中型1.00.10 中等10030 6015 505 中等305 小型0.10.01 一般305 15

7、3 50.5 一般51 小型0.010.001 5 3 0.5 1 注：1水库总库容指水库最高水位以下的静库容。 2治涝面积和灌溉面积指设计面积。 对于综合利用的水利水电工程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其 工程等别应按其中的最高等别确定。 2水工建筑物的级别 水利水电工程中水工建筑物的级别，反映了工程对水工建筑物的技术要求和安全要求。 应根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。 （1）永久性水工建筑物级别 水利水电工程的永久性水工建筑的级别应该根据建筑物所在工程的等别，以及建筑物的 重要性确定为五级，分别为1、2、3、4、5 级，见表 2-6。 表 2-6 永

8、久性水工建筑物级别 工程等别主要建筑物决要建筑物工程等别主要建筑物次要建筑物 1 3 4 5 2 3 5 5 3 4 堤防工程水工建筑物的级别，应该按照堤防工程设计规范（GB5028698）确定。 （2）临时性水工建筑物级别 对于水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的级别，应根据保护对象的重 要性、失事造成的后果、使用年限和临时建筑物的规模，按表1-7 确定。对于同时分属于不同 级别的临时性水工建筑物，其级别应按照其中最高级别确定。但对于3 级临时性水工建筑物， 符合该级规定的指标不得少于两项。 3 临时性水工建筑物级别 级别保护对象失事后果 使用年 限（年） 临时性水工建筑物规模

9、高度 （m）库容（108m3） 3 有 特 殊 要 求的 1 级永久 性 水 工 建 筑 物 淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟总工 期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损 失 3 50 1.0 4 1、 2 级永久 性 水 工 建 筑 物 淹没一般城镇、工矿企业、交通干线或影响总工 期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失 31.5 5015 1.00.1 5 3、 4 级永久 性 水 工 建 筑 物 淹没期坑，但对总工期及第一台（批）机组发电 影响不大，经济损失较小 1.5 15 1.0 3水工建筑物级别的提高 （1）永久性水工建筑物级别的提高 对于 25 级的永久性水工建筑物，

10、若失事后造成巨大损失，或者对水利水电工程造成十 分严重影响的，经过论证并报主管部门批准，其级别可提高一级。 水库大坝按表1F411021-6 规定为 2 级、 3 级的永久性水工建筑物，如果坝高超过规定的 指标，其级别可提高一级，但洪水标准不予提高。 当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂时，其基础设计参数不易准确确定，或者采 用新型结构，对于25 级的建筑物，其级别可以提高一级，但洪水标准不予提高。 （2）临时性水工建筑物级别的提高 利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时，经过技术经济论证，3 级以下临时性水工建筑 物的级别可以提高一级。 4水工建筑级别的降低 对于失事后造成损失不大的水利水

11、电工程，其14 级主要永久性水工建筑物的级别，经 过论证并报主管部门批准，可降低一级。 2.1.3 水库特征水位及水库特征库容 1水库特征水位 （ 1）校核洪水位。水库遇大坝的校核洪水时在坝前达到的最高水位。 （ 2）设计洪水位。水库遇大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位。 （ 3）防洪高水位。水库遇下游保护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。 （ 4）防洪限制水位 （汛前限制水位） 。水库在汛期允许兴利的上限水位，也是水库汛期防 洪运用时的起调水位。 （ 5）正常蓄水位（正常高水位、设计蓄水位、兴利水利）。水库在正常运用的情况下，为 满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位。 （

12、6）死水位。水库在正常运用的情况下，允许消落到的最低水位。 2水库特征库容 （ 1）静库容。坝前某一特征水位水平面以下的水库容积。 （ 2）总库容。校核洪水位以下的水库静库容。 （ 3）防洪库容。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。 （ 4）调洪库容。设计洪水位至防洪限制水位之间的水库。 （ 5）兴利库容（有效库容、调节库容）。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。 （ 6）共用库容 （重复利用库容、结合库容）。正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄 洪、非汛期用于兴利的水库容积。 （ 7）死库容。死水位以下的水库容积。 4 2.2 水工建筑的分类及特点与失事原因 2.2.1 水工建筑物的分类

13、及特点 1水工建筑物的分类 水工建筑物一般按它的作用、用途和使用时期等来进行分类。 （ 1）水工建筑物按作用分类 水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取（进）水建筑物、 整治建筑物以及专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。 1）挡水建筑物。 是用来拦截江河, 形成水库或雍高水位的建筑物，如各种坝和水闸以及抗 御洪水，或沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 2）泄水建筑物。是用于宣泄多余洪水量、排放泥沙和冰凌，以及为了人防、检修而放空 水库、渠道等，以保证大坝和其他建筑物安全的建筑物。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢 洪道和泄水隧洞等。 3）输水建筑物。是为了发电、灌溉和供

14、水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引 水隧洞、引水涵盖、渠道、渡槽、倒虹吸等。 4）取（进）水建筑物。是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首 和供水用的进水闸、扬水站等。 5）整治建筑物。是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为 防护水库、 湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如丁坝、 顺坝、导流堤、 护底和护岸等。 6）专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、 调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉沙池、冲砂闸、渠系上的建筑物；专为过坝用的升船机、 船闸、鱼道、过木道等。 （ 2）按用途分类 水工建筑物按其用途可分

15、为一般性建筑物和专门性建筑物。 1）一般性水工建筑物具有通用性，如挡水坝、水闸等。 2）专门性水工建筑物，仅用于某一个水利工程，只实现其特定的用途。专门性水工建筑 物又分为水电站建筑物、水运建筑物、农田水利建筑物、给水排水建筑物、过鱼建筑物等。 （ 3）按使用时期分类 水工建筑物按使用时期分为永久性建筑物和临时性建筑物。 1）永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建 筑物和次要建筑物。主要水工建筑物是指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑 物，如大坝、水闸、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等；次要水工建筑物是指失事后将不 致造成下游灾害，或者对工程效益

16、影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、 导流墙、 工作桥 及护岸等。 2）临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流明渠等。 2. 水工建筑物的特点 （ 1）工作条件复杂 水工建筑物的地基有岩基，也有土基， 情况往往比较复杂。在岩基中经常会遇到节理、裂 隙、断层、破碎带、软弱夹层等地质构造；在土基中，可能会遇到压缩性大的土层，也可能会 遇到流动性较大的细砂层。这些地质条件必需认真进行地基处理。 水工建筑物的形式，受地形、地质、水文、施工等条件的影响，因此，每个水工建筑物都 有其自身的特定条件，都具有一定的个别性。 由于上、 下游存在水位差，水工建筑物一般要承受相当大的水压力作用，因

17、此水工建筑物 及其地基必须具有足够的强度、稳定性。 高水头的泄水在做好消能防冲工作的同时，还应防止 高速水流产生的气蚀、磨损等破坏； 另外， 渗流不仅增加了建筑物荷载，也可能造成建筑物失 事。 在多泥沙河流中，水工建筑物将长期受泥沙淤积产生的淤沙压力作用，同时在泄洪或发电 时，还会受到泥沙的磨损作用，严重时将影响建筑物的正常工作甚至影响其寿命。 （ 2）施工难度大 5 在河道中修建的水工建筑物，需要首先解决好施工导流和截流工作，施工技术复杂， 施工 难度大。截流、导流、渡汛需要抢时间，争进度，而且往往是在水中施工，施工程度、施工强 度和施工组织出现丝毫疏漏，将延误工期，并造成损失。 水工建筑物

18、的工程量一般都比较大，建筑物往往需要开挖一定深度的基坑，还要做一些相 当复杂的基础处理。另外， 水工建筑物中的大体积的混凝土结构，面临必须解决混凝土的施工 及大体积混凝土的温度控制措施问题。 水工建筑物往往是水下工程、地下工程多，施工条件差，施工干扰多，施工期限长，施工 场地狭窄，交通运输困难，施工难度相当大。 （ 3）环境影响大 水工建筑物， 尤其是大型水利枢纽，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，但也会 对环境造成负面影响，如蓄水区的土地淹没、移民、 水生生态系统的破坏、建筑物上游泥沙淤 积、下游河道冲刷、诱发地震等问题，需要进行严格的环境影响评价，并采取有效措施，保护 环境。 （ 4

19、）失事的后果严重 作为蓄水、 挡水的水工建筑物，其破坏和失事， 往往会给国家和社会造成巨大灾害和损失。 2.2.2 水工建筑物失事的主要原因 水工建筑物失事的主要原因，一般包括设计质量、控制运用、 工程维护管理， 以及超标准 洪水、地震等。但不同的建筑物，由于工程的特点，失事的主要原因不尽相同。 1. 土石坝事故原因 （ 1）防洪标准低。由于规划、设计时对洪水估计偏低，致使坝顶高程不足或溢洪道设计 能力太小，造成坝顶漫水直至溃坝的严重事故。 （ 2）出现贯穿防渗体的裂缝。由于散粒体结构土体颗粒间存在孔隙，在荷重的作用下， 孔隙将被压缩，而结构本身将产生深陷。往往引起坝体的裂缝，并进而造成严重的

20、渗漏和滑 坡事故。 裂缝按其生成的原因，可以分为四类： 干缩或冻融引起的裂缝；坝体变形引起的裂缝； 水力劈裂作用引起的裂缝；地震引起的裂缝。 （ 3）由于抗剪强度不足出现大滑坡。由于岸坡逐渐推动稳定而产生滑动，出现崩坍，对 水工建筑物和水库下游造成严重危害。 （ 4）护坡出现破坏。干砌块石护坡砌筑质量差；块石粒径偏小，重量不够；在城石下面 没有垫层级配不好以及块石风化等原因，使得护坡破坏。 （ 5）产生坝身渗漏及绕坝渗漏。坝身渗漏及绕坝渗漏严重时，将使岸坡软化，形成集中 渗流通道；甚至引起岸坡塌陷和滑坡。 2. 混凝土坝事故原因 （ 1）抗滑稳定性不够。当坝基内存在软弱夹层时，坝和地基的抗滑稳

21、定性不够，常常成 为一种常见的最危险的病害现象。 （ 2）表面损坏。由于设计、施工、管理或其他方面的原因，引起不同程度的表层损坏， 有蜂窝、麻面、骨料架空外露、表层裂缝、钢筋锈蚀以及表层混凝土松软、脱壳和剥落等。 （ 3）裂缝。当混凝土坝由于温度变化、地基的不均匀沉陷有他原因引起的应力和变形超 过了混凝土的强度和抵抗变形的能力时，将产生裂缝。 3. 拱坝的事故原因 （ 1）温度变化。在运行期周围环境温度的变化，会在坝内引起温度应力。当考虑不周或 者在设计组合之外运行，将有可能因拉应力过大而引起开裂事故。 （ 2）洪水漫顶。如果设计洪水误差过大，泄洪能力过小，造成洪水漫项；如若坝基和坝 座岩体的

22、抗冲能力不足，将会造成严重破坏事故。 （ 3）库内外岸坡岩体崩塌。水库蓄水后，水位的变化和地表水的渗入会引起岩体抗滑能 力下降，促使岩层由蠕动而滑崩。 4. 堤防工程的事故原因 （ 1）漫溢。由于堤防防洪标准较低，或者遇到超标准的特大洪水时，水位陡涨，堤防来 不及培厚加高， 洪水将漫越堤防顶部。漫溢也可能是由于堤防局部地段塌陷等险情和风暴潮袭 击所致使。漫溢将会直接导致堤防溃决。 6 （ 2）冲决。堤身临近河岸、汛期可能由于大溜顶冲随河岸的坍塌而失事，称为冲决。冲 决多发生在弯道水流的凹岸一侧，因为此处受水流顶冲和横向弯道环流的作用较强，尤其是凹 岸的顶点稍下位置，是最危险的地段，有可能出现冲

23、堤塌岸事故。 （ 3）溃决。在汛期高水位时，由于堤身隐患而造成堤防产生渗漏、管涌、沉陷、滑坡等 险情。当抢险不及时或抢护方法不当，将可能发生堤防塌陷而形成决口，称为溃决。 （ 4）凌汛险情。在北方结冰的河流，当开河解冻，冰块下泄过程中，出现冰块聚集堵塞 河道的冰坝现象称为凌汛。冰坝雍高上游水位，可造成洪灾； 冰坝突然溃决， 可能出现垮坝洪 水。 5水工隧洞事故原因 （ 1）脉动压力、空化、空蚀。高速泄水隧洞中，由于水流内部脉动压力，促使水流发生 空化，可能引起建筑物的振动。 高速水流的泄水隧洞由于体形不良、施工缺陷、运行不当而发生空蚀破坏。 （ 2）水工隧洞的塌方。由于地质和水文地质条件不好；

24、施工方法的不当；设计考虑不周 造成隧洞发生塌方。 6溢洪道事故原因 （ 1）溢洪道泄流能力不足。由于实际过水能力低于设计能力，使得溢洪道泄流能力不足 或病害而导致水库的溃决。 （ 2）闸门启闭设备问题。当溢洪道的闸门动力不能得到保证、或管理不善造成启闭设备 损坏，造成洪水漫顶或出现险情。 （ 3）岸坡滑坡堵塞。由于岸坡开挖过陡，破坏了自然稳定状态，造成岸坡大面积滑坡， 溢洪道因被边坡坍滑体的堵塞而不起作用，致使洪水漫坝，导致水库溃决。 2.3 施工导流基本知识 2.3.1 施工导流的概念 1施工导流 施工导流是指在河床中修筑围堰围护基坑，并将河道中各时期的上游来水量按预定的方式 导向下游， 以

25、创造干地施工的条件。施工导流贯穿于整个工程施工的全过程，是水利水电工程 总体设计的重要组成部分，是选定枢纽布置、永久建筑物形式、施工程序和施工总进度的重要 因素。 2施工导流方案 为了解决好施工导流问题，必须作好施工导流设计。施工导流设计的任务是分析研究当地 的自然条件、 工程特性和其他行业对水资源的需求来选择导流方案，划分导流时段， 选定导流 标准和导流设计流量，确定导流建筑物的形式、布置、构造和尺寸，拟定导流建筑物的修建、 拆除、封堵的施工方法， 拟定河道截流、 拦洪渡汛和基坑排水的技术措施，通过技术经济比较， 选择一个最经济合理的导流方案。 水利水电枢纽工程施工中所采用的导流方法，通常不

26、是单一的， 而是几种导流方法组合起 来配合运用，这种不同导流时段不同导流方法的组合称为导流方案。 3施工导流标准 施工导流的标准是根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限和工程规模等指标， 划分导流建筑物的级别（级），再根据导流建筑物的级别和类型，并结合风险度分析， 确定相应的洪水标准。洪水标准的确定， 还应考虑上游梯级水库的影响和调蓄作用。施工导流 标准还包括坝体施工期临时渡汛洪水标准和导流泄水建筑物封堵后坝体渡汛洪水标准。 4导流时段 导流时段就是按照导流的各个施工的阶段划分的延续时间。 导流时段的划分， 实际上就是解决主体建筑物在整个施工过程中各个时段的水流的水流控 制问题， 也就是

27、确定工程施工顺序、施工期间不同时段宣泄不同的导流流量的方式，以及与之 相左适应的导流建筑物的高度和尺寸。因此， 导流时段的确定，与河流的水文特征、主体建筑 物的布置与形式、导流方案、施工进度有关。 7 土坝、 堆石坝、 支墩坝一般不允许过水，因此当施工期较长，而洪水来临前又不能完建时， 导流时段就要以全年为标准，其导流设计流量， 就应按导流标准选择相应洪水重现期的年最大 流量。如安排的施工进度能够保证在洪水来临前使坝身起拦洪作用，其导流时段应为洪水来临 前的施工时段，导流设计流量则为该时段内按导流标准选择相应洪水重现期的最大流量。 5. 施工导流程序 施工导流首先要修建导流泄水建筑物，然后进行

28、河道截流修筑围堰，此后进行施工过程中 的基坑排水。当主体建筑物修建到一定高程后，再对导流泄水建筑物进行封堵。 2.3.2施工导流的基本方式 施工导流的基本方式可分为分段围堰法导流和全段围堰法导游两类。 1. 分段围堰法导流 分段围堰法导流，也称分期导法， 分期束窄河床修建围堰，保护主体建筑物干地施工。导 流分期数和围堰分段数由河床特性，枢纽及导流建筑物布置综合确定。段数分得越多， 施工越 复杂；期数分得越多， 工期拖延越长。 工程实践中， 两段两期导流采用得最多，如图 2-1 所示。 在流量较大的平原河道或河谷较宽的山区河流上修建混凝土坝枢纽时，宜采用分期导流。 这种 导流方式较易满足通航、过

29、木、排冰等要求。 图 2-1 分段围堰法导流 （a）平面图：（b）下游立视图；（c）导流底孔纵断面图 1期上游横向围堰；2期下游横向围堰；3二期纵向围堰；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 根据不同时期泄水道的特点，分期导流方式中又包括束窄河床导流和通过已建或在建的建 筑物导流。 （ 1）束窄河床导流 束窄河床导流， 是通束窄后的河床泄流，通常用于分期导流的前期阶段，特别是一期导流。 （ 2）通过建筑物导流 通过建筑物 （永久建筑物或临时建筑物）导流的主要方式包括设置在混凝

30、土坝体中的底孔 导流， 混凝土坝体上预留制品导流、梳齿孔导流， 平原河道上的低水头河床式径流电站可采用 厂房导游。这种方式多用于分期导流的后期阶段。 2全段围堰法导流 全段围堰法导流是指在河床内距主体工程轴线（如大坝、 水闸等） 上下游一定的距离，修 筑拦河堰体， 一次性截断河道， 使河道中的水流经河床外修建的临时泄水道或永久泄水建筑物 下泄。 全段围攻堰法导流泄水建筑物的类型可分为明渠导流、隧洞导流、 涵管导流等。 在实际 工程中也采用明渠隧洞等组合方式导流。 （ 1）明渠导流 明渠导流（如图2-2 所示）是在河岸或河滩上开挖渠道，在基坑的上下游修建横向围堰， 8 河道的水流经渠道下泄。这种

31、施工导流方法一般适用于岸坡平缓或有一岸具有较宽的台地、垭 口或古河道的地形。 （ 2）隧洞导流 隧洞导流 （如图 2-3 所示） 是在河岸边开挖隧洞，在基坑的上下游修筑围堰，施工期间河 道的水流由隧洞上泄。这种导流方法适用于河谷狭窄的山区河流。 图 2-2 明渠导流道图 2-3 隧洞导流示意图 1水工建筑物轴线；2上游围堰（a）隧洞导流；（b）隧洞导流并配合底孔宣泄汛期洪水 3下游围堰； 4导流明渠 1上游围堰； 2下游围堰； 3导流隧洞； 4底孔； 5坝轴线； 6溢流坝段； 7水电站厂旁 （ 3）涵管导游 涵管导游（如图2-4 所示）是利用涵管进行导流。适 用于导流流量较小的河流或只用来担负

32、枯水期的导流。一 般在修筑土坝、堆石坝等工程中采用。 2.3.3 围堰施工技术 1. 围堰在类型 围堰是保护大坝或厂房等水工建筑物干地施工的必 要挡水建筑物，一般属临时性工程，但也常与主体工程结 合而成为永久工程的一部分。围堰按材料分工石围堰、混 凝土围堰、草土围堰、木笼围堰、竹笼围堰、钢板桩格形 围堰等。按围堰与水流方向的相对位置分横向围堰、纵向 围堰。按导流期间基坑淹没条件分过水围堰、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 顶过水的要求。 （ 1）土石围堰 土石围堰由土石填筑而成。它能充分利用当地材料， 对基础适应性强，施工工艺简单。土石围堰可做成过水围 堰，允许

33、汛期围堰过水，但需做好溢流面、堰址下游基础 和两岸接头的防冲保护。土石围堰的防渗结构形式有土质心墙和斜墙、混凝土心墙和斜墙、钢 板桩心墙及其他防渗墙结构。如图2-5 所示。 （ 2）混凝土围堰 混凝土围堰是用常态混凝土建筑而成。混凝土围堰宜建在岩石地基上。 图 2-4 涵盖导流示意图 （a）平面图； (b)上游立视图 1上游围堰； 2下游围堰； 3涵盖； 4坝体 9 图 2-5 土石围堰 (a) 斜墙式； (b) 斜墙带水平铺盖式； （c）垂直防渗墙式； （d）灌浆帷幕式 1堆石体； 2黏土斜墙、铺盖；3反滤层； 4护面； 5隔水层； 6覆盖层； 7垂直防渗墙； 8灌浆帷幕；国9黏土心墙 混凝

34、土围堰的特点是挡水水头高，底宽小， 抗冲能力大， 堰顶可溢流。 尤其是在分段围堰 法导流施工中， 用混凝土浇筑的纵向围堰可以两面挡水，而且可与永久建筑物相结合作为坝体 或闸室体的一部分。混凝土围堰结构形式有重力式（图2-6 ） 、拱形（图 2-7 ）等形式。采用碾 压混凝土围堰不仅施工简便，工期短， 且造价低。 在山区河流水位变幅较大而且又采用全段围 堰法施工时，上游的横向围堰可以采用混凝土拱形围堰。 图 2-6 混凝土围堰断面示意图 （a）双向挡水支墩式； （b）撑墙式；（c）溢流重力式 （ 3）草土围堰 草土围堰（如图2-8 所示）是一种草土混合结构。草土围堰能就地取材，结构简单，施工 方

35、便，造价低，防渗性能好，适应能力强，便于拆除，施工速度快。这种围堰一般适用于水深 不大于 6m ，流速小于3m/s 的中、小型水利工程。 10 图 2-7 拱形混凝土围堰示意图图 2-8 草土围堰断面示意图 （a）平面图；（b）横断面图（a）双面草袋围堰； （b）单面草袋土石混合围堰 1拱身； 2拱座； 3灌浆帷幕； 4覆盖层 1草袋盛土； 2回填黏性土； 3抛填土方压脚 （ 4）木笼围堰 木笼围堰是由圆木或方木叠成的多层框架、填充石料组成的挡水建筑物。它施工简便， 适 应性广，与土石围堰相比具有断面小、抗水流冲刷能力强等优点，常用作分期导流的纵向围堰， 可在 1015m的深水中修建。 （ 5

36、）竹笼围堰 竹笼围堰是用内填块石的竹笼堆叠而成的挡水建筑物，在迎水面一般用木板、混凝土面板 或填黏土阻水。 采用木面板或混凝土面板阻水时，迎水面直立； 用黏土防渗时， 迎水面为斜墙。 竹笼围堰的使用年限一般为12 年，最大高度约为15m （ 6）钢板桩格形围堰 钢板桩格形围堰是由一系列彼此相连的格体形成外壳，然后在内填以土料构成。格体是一 种土和钢板桩组合结构，由横向拉力强的钢板桩联锁围成一定几何形状的封闭系统。钢板桩格 形围堰修建和拆除可以高度机械化，钢板桩的回收率高，围堰边坡垂直、断面小、占地少、安 全可靠。 钢板桩格形围堰按挡水高度不同，其平面形式有圆形格形围堰、彭形格形围堰、花瓣 形格

37、形围堰（见图2-9 ） 。 图 2-9 钢板桩格形围堰平面形式 （a）圆筒形格体；（b）扇形格体；（c）花瓣形格体 11 2选择围堰类型的基本要求 选择围堰类型时，必须根据当时当地具体条件，在满足下述基本要求的原则下，通过技术 经济比较加以选定： （ 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、拆除和维护方便。 （ 3）围堰布置应力求使水流平顺，不发生严重的局部冲刷。 （ 4）围堰接头和岸坡连接要安全可靠，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。 3围堰堰顶高程的确定 堰顶高程的确定，取决

38、于导流设计流量及围堰的工作。 （ 1）下游围攻堰的堰顶高程由式（2-1 ）决定： Hd=hd+ha+（2-1 ） 式中 Hd下游围堰的堰顶高程（m ） ； hd下游水位高程（m ） ，可以直接由原河流水位流量关系曲线中找出； h a波浪爬高（m ） ； 围堰的安全超高（m ） ，一般对于不过水围堰可按规定选择，对于过水围堰可不予 考虑。 （2）上游围堰的堰顶高程由下式决定： Hu=hd+z+ha+（2-2 ） 式中 Hu上游围堰的堰顶高程（m ） ； Z上下游水位差（m ）. 其余符号同式（2-1） 纵向围堰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 的顶面往往做成

39、阶梯状或倾斜状，其上游部分与上游围堰同高，其下游部分与下游围堰同高。 4围堰施工技术 围堰施工主要有堰体的修筑与拆除、围堰的防渗防冲、围堰的接头处理等内容 （ 1）土石围堰 1）土石围堰的施工 围堰的施工有水上、水下两部分。 水上部分的施工与一般土石坝相同，采用分层填筑， 碾 压施工，并适用安排防渗墙施工；水下部分的施工，石渣、堆石体的填筑可采用进占法，也可 采用各种驳船抛填水下材料。 2）土石围堰的接头处理 土石围堰与岸坡的接头，主要是通过扩大接触面和嵌入岸坡的方法，以延长塑性防渗体的 接触，防止集中绕渗破坏。 土石围堰与混凝土纵向围堰的接头，通常采用刺墙形式插入土石围堰的塑性防渗体中，并

40、将接头的防渗体断面扩大，以保证在任一高程处均能满足绕流渗径长度要求。 3）土石围堰的拆除 围堰拆除一般是在运用期的最后一个汛期过后，随上游水位的下降，逐层拆除围堰背水坡 和水上部分。土石围堰的拆除可用挖掘机开挖、爆破开挖或人工开挖。 （ 2）混凝土围堰 1）混凝土围堰多为重力式。狭窄河床的上游围堰，在堰肩地质条件允许的情况下，也可 采用拱形结构。混凝土围堰的施工与混凝土坝相似。 2）混凝土围堰一般需在低土石围堰保护下干地施工，但也可创造条件在水下浇筑混凝土 或预填骨料灌浆。 3）混凝土围堰的拆除，一般只能用爆破法炸队，但应注意，必须使主体建筑物或其他设 施不受爆破危害。 （ 3）草土围堰 1）

41、草土围堰，多用捆草法修建，它是用草做成草捆，由一层草捆一层土料在水中进占而 12 成。草捆是用草料包土做成直径为0.5 0.7m、1.2 1.8m 的长圆体形。进占前先清理岸边， 将每两束草捆用绳扎绑紧，并使草绳留出足够的长度，然后将草捆垂直于岸边并排铺放，第一 排草捆沉入水中1/3 1/2 草捆长，并将草绳固定在岸边，以便与后铺的草捆互相连接，然后 再在第一层草捆上后退压放第二层草捆，层间搭接可按水深大小搭叠1/3 1/2 草捆长，如此 逐层压放草捆，使其形成一个坡角约为35的斜坡，直至高出水面1.0m 为止。随后在草 捆层的斜坡上铺一层厚0.25 0.3m 的散草， 填补草捆间的空隙，再在

42、散草上铺一层厚0.25 0.3m 的土料并用人工踏实，这样就完成了堰体压草、铺散草和铺土作业的一个工作循环，依 此循环继续进行，堰体即可向前进占。 2）草土围堰的拆除比较容易，一般水上部分用人拆除，水下部分可在堰体挖一缺口，让 其过水冲毁或用爆破法炸除。 （ 4）钢板桩格形围堰 1）格形围堰的布置 格形围堰的布置首先需确定标准格体尺寸。通常采用同一尺寸的标准格体。格体可以沿直 线或曲线布置。 格体定线时需考虑到格体板桩间的固有联锁关系：格林与河岸、 格体与已建水 工建筑物或其他形式围堰的连接方式。格形围堰格体本身一般不需采用专门的防渗措施。为减 少岩基上格体渗漏或防止格体填料从底部漏失掉，迎水

43、面板桩必须打进基岩内0.3 0.6m。一 般在迎水侧板桩外面浇0.5m 厚水下混凝土或用水泥砂袋封底。基岩渗漏常用灌浆处理。 为降低格体内浸润线高程，格体需采取排水措施。一般是在背水侧板桩上开3cm直径排水 孔，垂直间距0.5 1m ，水平间距1.2 2m （即在第三根或第五根板桩上开孔）。格体填料的透 水性较差时必须采取强制性排水措施，在填料底部设置排水层。 2）钢板桩在格形结构中，板桩长度方向的弯曲强度不是主要的，应考虑的是板桩横向锁 口抗拉强度。格体通常是采用直腹形板桩，也称一字形板桩。 3）格体内部填料的一般要求是： A填料必须具有高的抗剪强度，应是不可压缩的； B填料能自流排水，即填

44、料可以依靠水的重力流动通过排水孔来满足排水要求； C耐冲刷； D具有一定的抗滑重度。 4）格形围堰的施工 格形围堰的施工工序依次是定位、打设模架支柱、模架就位、安插钢板桩、打设钢板桩、 填充料碴、取出模架及其支柱和填充料碴到设计高度等。 A圆形格形围堰 圆形格形围堰每个格体为独立稳定单元。施工时每个格体可以单独回填。已建的格体可以 作为相邻格体的施工平台，在急流中可以随建随填。 B彭形格形围堰 彭形格形可以通过延长隔墙的方式来增加围堰的有效高度，钢板桩用量少， 板桩的拼装和 插打比较容易，但每个格体不能单独稳定，格体不能单独回填，仅能在平静的水流中施工。 C花瓣形格形围堰 花瓣形围堰的每个格体

45、也是一独立稳定单元。花瓣形格体本身用十字隔墙加固，所需板桩 数量多。 5）钢板桩格形围堰的拆除，首先要用抓斗或吸石器将填料清除，然后用拔桩机起拔钢板 桩。 2.4截流的基本方法 2.4.1 截流的基本方法 截流工程是指在导流泄水建筑物接近完工时，即以进占方式自两岸或一岸建筑戗堤形成龙 口，并将龙口防护起来，待导流泄水建筑物完工以后，在有利时机，以最短时间将龙口堵住， 截断河流。 截流的基本方法有抛投块料截流、爆破截流、下闸截流，其他还有木笼、钢板桩、草土、 杩槎堰、水力冲填法截流等方法。 选择截流方法应充分分析水力学参数、施工条件和难度、抛投物数量和性质，并进行技术 13 经济比较。 1抛投块

46、料截流 抛投块料截流是最常用的截流方法，特别适用于大流量、大落差的河道上的截流。该法是 在龙口抛投石块或人工块体（混凝土方块、混凝土四面体、铅丝笼、竹笼、柳石枕、串石等） 堵截水流，迫使河水经导流建筑物下泄。 采用抛投块料截流，按不同的抛投合龙方法可分为平堵、立堵、混合堵三种。 （ 1）平堵 平堵（如图2-10 所示）是先在龙口建造浮桥或栈桥，由自卸汽车或其他运输工具运来抛 投料，沿龙口前沿投抛。先下小料，随着流速增加，逐渐抛投大块料，使堆筑戗堤均匀地在水 下上升， 直至高出水面， 截断河床。 一般说来， 平堵比立堵法的单宽流量为小，最大流速也小， 水流条件较好， 可以减小对龙口基床的冲刷。所

47、以特别适用于易冲刷的地基上截流。由于平堵 架设浮桥及栈桥，对机械化施工有利，因而投抛强度大，容易截流施工； 但在深水高速的情况 下，架设浮桥，建造栈桥比较困难。 （ 2）立堵 立堵（如图2-11 所示）是用自卸汽车或其他运输工具运来抛投料，以端进法抛投（从龙 口两端或一端下料）进占戗堤， 直至截断河床。 立堵在截流过程中所发生的最大流速，单宽流 量都较大， 加以所生成的楔形水流和下游形成的立轴漩涡，对龙口及龙口下游河床将产生严重 冲刷， 因此不适用于地质不好的河道上截流，否则需要对河床作妥善防护。立堵法无需架设浮 桥或栈桥， 简化了截流准备工作，因而赢得了时间，节约了投资， 在许多水利工程 （

48、岩质河床） 广泛应用。 图 2-10 平堵法截流图 2-11 立堵法截流 （a）立面图；（b）横断面图 (a)双向进占；（b）单向进占 1截流戗堤； 2龙口； 3覆盖层； 4浮桥； 5截流体； 1截流戗堤； 2龙口 （ 3）混合堵 混合堵是采用立堵与平堵相结合的方法。有先平堵后立堵和先立堵后平堵两种。用得比较 多的是首先从龙口两端下料，保护戗堤头部， 同时进行护底工程并抬高龙口底槛高程到一定高 度，最后用立堵截断河流。 2爆破截流 在坝址处于峡谷地区、岩石坚硬、 岸坡陡峻、 交通不便或缺乏运输设备时，可采用定向爆 破截流。 在合龙时， 为了瞬间抛入龙口大量材料封闭龙口，除了用定向爆破岩石外，还

49、可在河 床上预先浇筑巨大的混凝土块体，将其支撑体用爆破法炸断，使块体落入水中，将龙口封闭。 14 3下闸截流 在泄水道中预先修建闸墩，最后采用下闸的方式截断水流。 2.4.2 减少截流难度的主要技术措施 截流工程是整个水利枢纽施工的关键，它的成败直接影响工程进度。截流工程的难易程度 取决于： 河道流量、 泄水条件、 龙口的落差、 流速、 地形地质条件、 材料供应情况及施工方法、 施工设备等因素。减少截流难度的主要技术措施包括：加大分流量， 改善分流条件； 改善龙口 水力条件；增大抛投料的稳定性，减少块料流失；加大截流施工程度等。 1加大分流量，改善分流条件 分流条件好坏直接影响到截流过程中龙口的流量、落差和流