第1章施工導流

第一章

施工導流

施工導流：河流上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰圍護基坑，并將河水引向預定的泄水通道往下游宣泄。第一節(jié)

施工導流的基本方法施工導流的基本方法：①分段圍堰法導流：水流通過被束窄的河床、壩體底孔、缺口或明槽等往下宣泄。②全段圍堰法導流：水流通過河床外的臨時或永久的隧洞、明渠或河床內的涵管等往下宣泄。一、分段圍堰法導流

分段圍堰法亦稱分期圍堰法：用圍堰將水工建筑物分段分期圍護起來進行施工的方法。

分段：在空間上用圍堰將建筑物分成若干施工段進行施工。

分期：就是在時間上將導流分為若干時期。圖1-5導流分期與圍堰分段示意圖ⅠⅡⅠⅡⅠⅠⅡⅢⅠⅢⅡ(a)兩段兩期(b)三段兩期(c)三段三期(d)三段三期

段數(shù)分得愈多，圍堰工程量愈大，施工也愈復雜；同樣，期數(shù)分得愈多，工期有可能拖得愈長。只有在比較寬闊的通航河道上施工，不允許斷航或其它特殊情況下，才采用多段多期導流方法。

分段圍堰法導流適用于河床寬、流量大、施工期較長的工程，尤其是通航河流和冰凌嚴重的河流。導流費用較低，大、中型水利水電工程采用較廣。

分段圍堰法導流，前期都利用束窄的原河道導流，后期通過事先修建的泄水道導流，常見的有以下3種：①底孔導流

②壩體缺口導流

③明槽導流1．底孔導流底孔導流：事先在混凝土壩體內修好臨時底孔或永久底孔，導流時讓全部或部分導流流量通過底孔宣泄到下游，保證工程繼續(xù)施工。

優(yōu)點：擋水建筑物上部的施工可以不受水流干擾，有利于均衡連續(xù)施工，這對修建高壩特別有利。若壩體內設有永久底孔可用來導流時，更為理想。

缺點：由于壩體內設置了臨時底孔，使鋼材用量增加；如果封堵質量不好,會削弱壩的整體性,還可能漏水；在導流過程中，底孔有被漂浮物堵塞的危險；封堵時，由于水頭較高,安放閘門及止水等均較困難。

2．壩體缺口導流混凝土壩施工過程中，當汛期河水暴漲暴落，其它導流建筑物又不足以宣泄全部流量時，為了不影響施工進度，使大壩在漲水時仍能繼續(xù)施工，可以在未建成的壩體上預留缺口，以便配合其它導流建筑物宣泄洪峰流量，待洪峰過后，上游水位回落，再繼續(xù)修筑缺口。在修建混凝土壩，特別是大體積混凝土壩時，由于這種導流方法比較簡單，常被采用。

3．明槽導流

明槽導流：就是在第一期圍堰圍護下先修建導流明槽，河水由縮窄河床宣泄，導流明槽河床側的邊墻常用作第二期的縱向圍堰；第二期工程施工時，河水即經(jīng)由導流明槽下泄。

適用于：河床一側的河灘基巖較高且岸坡穩(wěn)定又不太高陡時，中后期采用明槽導流是較為合適的。導流明槽設計時，必須重視下述問題：(1)明槽的糙率(2)明槽的出口消能(3)導流明槽盡可能與永久性建筑物相結合

二、全段圍堰法導流

全段圍堰法導流：在河床主體工程的上下游各建一道攔河圍堰，使河水經(jīng)河床以外的臨時泄水道或永久泄水建筑物下泄。主體工程建成或接近建成時，再將臨時泄水道封堵。

全段圍堰法導流，其泄水道類型有以下幾種：1.隧洞導流2.明渠導流3.涵管導流

1．隧洞導流隧洞導流是在河岸中開挖隧洞，在基坑上下游修筑圍堰，河水經(jīng)由隧洞下泄。

圖1-12圖1-132．明渠導流明渠導流是在河岸上開挖渠道，在基坑上下游修筑圍堰，河水經(jīng)渠道下泄。圖1-15圖1-163．涵管導流涵管導流一般在修筑土壩、堆石壩工程中采用。涵管常布置在河岸巖灘上,其位置常在枯水位以上。由于涵管的泄水能力較低，所以一般僅用于導流流量較小的河流上或只用來擔負枯水期的導流任務。圖1-18第二節(jié)圍堰工程

圍堰是導流工程中的臨時擋水建筑物，用來圍護施工基坑，保證水工建筑物能在干地施工。在導流任務完成以后，如果圍堰對永久建筑物的運行有妨礙或沒有考慮作為永久建筑物的一部分時，應予拆除。圍堰的分類按其所使用的材料

：①土石圍堰；②土圍堰；③鋼板樁格型圍堰；④混凝土圍堰。

按圍堰與水流方向的相對位置：①橫向圍堰；②縱向圍堰。按導流期間基坑淹沒條件：①過水圍堰；②不過水圍堰。

選擇圍堰型式的原則：1)具有足夠的穩(wěn)定性、防滲性、抗沖性和一定的強度。2)就地取材造價便宜，構造簡單，修建、拆除都方便。3)圍堰的布置應力求使水流平順，不發(fā)生嚴重的局部沖刷。4)圍堰接頭和岸坡聯(lián)結要安全可靠，不致因集中滲漏等破壞作用而引起圍堰失事。5)在必要時，應設置抵抗冰凌、船筏沖擊破壞的設施。一、圍堰的基本型式及構造(a)斜墻式(b)斜墻帶水平鋪蓋式(c)垂直防滲式(d)灌漿帷幕式1．土石圍堰圖1-20土石圍堰基本型式及構造2．鋼板樁格型圍堰

圓筒形格體扇形格體花瓣形格體(a)平面圖；(b)“一字形”鋼板樁(c)鋼板樁異形接頭圖1-22圓筒形格體鋼板樁圍堰圖1-21鋼板樁格型圍堰平面型式圓筒形格體鋼板樁圍堰施工程序圖圖1-23圓筒形格體鋼板樁圍堰施工程序圖模架就位安插鋼板樁填充料渣取模架，填充料渣定位打樁模架支柱打設鋼板樁4．過水土石圍堰圖1-26過水土石圍堰施工程序圖(a)一期斷面(b)二期斷面(c)設計斷面1－水平主鋼筋2－鋼筋網(wǎng)圖1-27加筋過水土石圍堰5．草土圍堰圖1-28草土圍堰1-水下堰體2-水上加高部分3-草捆4-散草鋪土層5-設計擋水位6-施工水位7-河床(a)圍堰進占平面圖；(b)圍堰進占縱斷面圖圖1-29草土圍堰施工示意圖二、圍堰的防滲和防沖

1．圍堰的防滲2．圍堰的接頭處理(a)正視圖(b)橫斷面圖圖1-30刺墻構造簡圖3．圍堰的防沖圖1-31分段圍堰法導流時的流態(tài)圖1-上游圍堰；2-縱向圍堰；3-下游圍堰；4-上游漩渦區(qū)；5-縱向漩渦區(qū)；6-下游漩渦區(qū)圖1-32導流墻和圍堰布置圖1-縱向圍堰；2-上游導流墻；3-下游導流墻；4-上游橫向圍堰；5-下游橫向圍堰三、圍堰的拆除

圍堰是臨時建筑物，導流任務完成以后，應按設計要求進行拆除，以免影響永久建筑物的施工及運行。圖1-33葛洲壩一期土石圍堰的拆除1-粘土斜墻；2-覆蓋層；3-堆碴；4-心墻；5-防滲墻Ⅰ～Ⅳ－拆除順序四、圍堰的平面布置與堰頂高程

1．圍堰的平面位置圍堰的平面布置一般應按導流方案、主體工程的輪廓和對圍堰提出的要求而定。

當采用全段圍堰法導流時，基坑是由上、下游橫向圍堰和兩岸圍成的。當采用分段圍堰法導流時，圍護基坑的還有縱向圍堰。在上述兩種情況下，上、下游橫向圍堰的布置都取決于主體工程的輪廓。

2．堰頂高程

下游圍堰的堰頂高程：Hd=hd+ha+δ

(1-4)上游圍堰的堰頂高程：Hu=hd+z+ha+δ

(1-5)式中

Hd—下游圍堰頂高程，m;

ha

—波浪爬高，m;

δ—圍堰的安全超高，m。

Hu—上游圍堰頂高程，m;

hd

—下游水位高程，m；

z—上下游水位差，m;注意：當圍堰要攔截一部分水流時，則堰頂高程應通過水庫調洪計算來確定。

第三節(jié)導流設計流量的確定一、導流標準

導流標準是選擇導流設計流量進行施工導流設計的標準。導流設計流量是選擇導流方案，設計導流建筑物的主要依據(jù)。

導流建筑物洪水標準劃分二、導流時段的劃分

導流程序:在工程施工過程中，不同階段可以采用不同的施工導流方法和擋水泄水建筑物。不同導流方法組合的順序，通常稱為導流程序。

導流時段就是按照導流程序所劃分的各施工階段的延續(xù)時間。三、允許基坑淹沒時的導流設計流量的確定

允許基坑淹沒的導流方案，從圍堰工作情況看，有過水期和擋水期之分，它們的導流標準有所不同。允許基坑淹沒導流方案的技術比較經(jīng)濟，可以在研究工程所在河流水文特征及歷年逐月實測最大流量的基礎上，通過下述程序實現(xiàn)。1）根據(jù)河流的水文特征，假定一系列流量值，分別求出泄水建筑物上、下游的水位。2)根據(jù)這些水位，決定導流建筑物的主要尺寸和工程量，估算導流建筑物的費用。3)估算由于基坑淹沒一次所引起的直接和間接損失費用。4)根據(jù)歷年實測水文資料，統(tǒng)計年平均淹沒次數(shù)。根據(jù)主體工程施工的跨汛年數(shù)，即可算得整個施工期內基坑淹沒的總次數(shù)及淹沒損失總費用。5)繪制流量與導流建筑物費用、基坑淹沒損失費用的關系曲線。6)計算施工有效時間，試擬控制性進度計劃，以驗證按初選的導流設計流量，是否現(xiàn)實可行，以便最終確定一個既經(jīng)濟又可行的擋水期和導流設計流量。第四節(jié)導流方案的選擇

一個水利水電樞紐工程的施工，從開工到完建往往不是采用單一的導流方法，而是幾種導流方法組合起來配合運用，以取得最佳的技術經(jīng)濟效果。這種不同導流時段不同導流方法的組合；通常就稱為導流方案。選擇導流方案時應考慮的主要因素：1．水文條件

2．地形條件

3．地質及水文地質條件

4．水工建筑物的型式及其布置

5．施工期間河流的綜合利用

6．施工進度、施工方法及施工場地布置第五節(jié)截流工程

在施工導流中，截斷原河床水流，才能最終把河水引向導流泄水建筑物下泄，在河床中全面開展主體建筑物的施工，這就是截流。截流過程：戧堤的進占→龍口加固→合龍→閉氣

先在河床的一側或兩側向河床中填筑截流戧堤，這種向水中筑堤的工作叫做進占。戧堤填筑到一定程度，把河床束窄，形成了流速較大的龍口。封堵龍口的工作稱為合龍。在合龍開始以前，為了防止龍口河床或戧堤端部被沖毀，須采取防沖措施對龍口加固。合龍以后，龍口部位的戧堤雖已高出水面，但其本身依然漏水，因此須在其迎水面設置防滲設施。在戧堤全線上設置防滲設施的工作叫閉氣。

一、截流的基本方法

1．立堵法截流

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，直至全部攔斷。

(a)雙向進占(b)單向進占

1－截流戧堤2－龍口圖1-35立堵法截流2．平堵法截流

平堵法截流事先要在龍口架設浮橋或棧橋，用自卸汽車沿龍口全線從浮橋或棧橋上均勻地逐層拋填截流材料，直至戧堤高出水面為止。(a)立面圖(b)橫斷面圖

1－截流戧堤2－龍口3－覆蓋層4－浮橋5－截流體圖1-36平堵法截流

二、截流日期和截流設計流量

截流日期的選擇，應該是既要把握截流時機，選擇在最枯流量時段進行；又要為后續(xù)的基坑工作和主體建筑物施工留有余地，不致影響整個工程的施工進度。在確定截流日期時，應考慮以下要求：1)截流以后，需要繼續(xù)加高圍堰，完成排水、清基、基礎處理等大量基坑工作，并應把圍堰或永久建筑物在汛期前搶修到一定高程以上。2)在通航的河流上進行截流，截流日期最好選擇在對航運影響較小的時段內。3)在北方有冰凌的河流上，截流不應在流冰期進行。

三、龍口位置和寬度

1)龍口一般應設置在河床主流部位，方向力求與主流順直，使截流前河水能較順暢地經(jīng)由龍口下泄。2)龍口應選擇在耐沖河床上，以免截流時因流速增大，引起過分沖刷。3)龍口附近應有較寬闊的場地，以便布置截流運輸路線和制作、堆放截流材料。龍口的保護包括護底和裹頭。第六節(jié)基坑排水

基坑排水工作按排水時間及性質，可分為：①基坑開挖前的初期排水:基坑積水、基坑積水排除過程中圍堰及基坑的滲水和降水的排除；

②基坑開挖及建筑物施工過程中的經(jīng)常性排水:圍堰和基坑的滲水、降水、地基巖石沖洗及混凝土養(yǎng)護用廢水的排除等。一、初期排水

初期排水流量一般可根據(jù)地質情況、工程等級、工期長短及施工條件等因素，參考實際工程的經(jīng)驗，按公式（1-12）來確定：式中Q—初期排水流量m3／s；V—基坑的積水體積m3；T—初期排水時間s。注意事項：

水位下降太快，則圍堰或基坑邊坡中動水壓力變化過大，易引起坍坡；下降太慢，則影響基坑開挖時間。試抽法確定排水設備容量：試抽時，若水位下降很快，則排水設備容量過大，可關閉一部分排水設備，以控制水位下降速度；若水位不變，則可能是排水設備容量過小或有較大的滲漏通道存在，應增加排水設備容量或找出滲漏通道予以堵塞，再進行抽水。還有一種情況是水位降至一定深度后就不再下降，這說明此時排水流量與滲透流量相等，只有增大排水設備容量或堵塞滲漏通道，才能將積水排除。二、經(jīng)常性排水

1．排水系統(tǒng)的布置

通常應考慮兩種不同情況：一種是基坑開挖過程中的排水系統(tǒng)布置；另一種是基坑開挖完成后修建建筑物時的排水系統(tǒng)布置。

在進行布置時，最好能兩者結合起來考慮，并使排水系統(tǒng)盡可能不影響施工?；娱_挖過程中布置排水系統(tǒng)，應以不妨礙開挖和運輸工作為原則。一般將排水干溝布置在基坑中部，以利兩側出土。修建建筑物時的排水系統(tǒng)，通常都布置在基坑的四周，如圖所示：預防措施：為防止下雨時地面徑流進入基坑，增加抽水量，往往在基坑外緣挖排水溝或截水溝，以攔截地面水。

1-圍堰2-集水井3-排水溝4-建筑物輪廓線5-水流6-河流圖1-41修建建筑物時的排水系統(tǒng)2．排水量的估算

經(jīng)常性排水的排水量包括圍堰和基坑的滲水、降水、地層含水、地基巖石沖洗及混凝土養(yǎng)護用棄水等。關于圍堰和基坑滲透流量的計算，在水力學、水文地質等課程中均有介紹，不再贅述。降水量可按抽水時段內最大日降雨量在當天抽干計算。地基巖石沖洗及混凝土養(yǎng)護用棄水，由于地基巖石沖洗用水不多，可以忽略不計，混凝土養(yǎng)護用棄水，可近似地按每方混凝土每次用水5L、每天養(yǎng)護八次計算。但降水和施工棄水不應疊加。

三、人工降低地下水位

人工降低地下水位的基本做法：在基坑周圍鉆設一些井，地下水滲入井中后，隨即被抽走，使地下水位線降到開挖基坑底面以下。人工降低地下水位的方法按排水工作原理來分有管井法和井點法兩種。管井法是純重力作用排水，井點法還附有真空或電滲排水的作用。

1．管井法降低地下水位

在基坑周圍布置一系列管井，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。圖1-44深水水泵管井裝置圖1-42濾水管節(jié)構造簡圖圖1-43分層降低地下水位2．井點法降低地下水位井點法和管井法不同，它把井管和水泵的吸水管合而為一，簡化了井的構造，便于施工。根據(jù)其降深能力分:輕型井點(淺井點)和深井點圖1-45輕型井點系統(tǒng)1-水泵；2-集水總管；3-井管4-原地下水位；5-排水后水面降落曲線；6-基坑；7-不透水層；8-排水管深井點與輕型井點不同，它的每一根井管上都裝有揚水器，不受吸水高度的限制，有較大的降深能力。深井點有噴射井點和壓氣揚水井點兩種。圖1-46噴射井點裝置圖1-47壓氣揚水井點裝置在滲透系數(shù)小于0.1m/d的粘土或淤泥中降低地下水位時，比較有效的方法是電滲井點排水。電滲井點排水時，沿基坑四周布置兩列正負電極。正極通常用金屬管作成，負極就是井點的排水井。在土中通過電流以后，地下水將從金屬管(正極)向井點(負極)移動集中，然后再由井點系統(tǒng)的水泵抽走。正負極電源由直流發(fā)電機供應。

1-水泵2-直流發(fā)電機3-鋼管4-井點圖1-48電滲井點排水示意圖四、人工降低地下水位的設計與計算采用管井法、井點法降低地下水位時，應根據(jù)要求降低地下水位的深度、水文地質條件、施工條件等進行降低地下水位的設計計算，其設計的程序如下：H△hlhss0基坑底基坑中線R0R圖1-49降低地下水位計算圖式1、計算基坑總滲流量Q(按單井或溝槽公式估算)將長寬比小于10的基坑化作等面積的圓形井，按公式計算:對不規(guī)則坑：對長方形規(guī)則基坑：

R0—基坑化引半徑；

F

—基坑底部面積；

L,B—基坑底部的長和寬；η—系數(shù)，

B/L=0.1,η=1.00；B/L=0.2,η=1.12；

B/L=0.4,η=1.16；B/L=0.6~1.0,η=1.18；(a)單井在無承壓水層中，基坑開挖至不透水層時，滲流量可按無壓完整井公式計算，即：在承壓水層中，基坑開挖至不透水層時，滲流量可按有壓完整井公式計算，即：式中：

Q—基坑滲流量；

K—滲流系數(shù)；

H—天然地下水面至不透水層的深度；

M—含水層厚度；

h—地下水位下降曲線逸出點離不透水層的高度；R,R0—分別為地下水位下降曲線的影響半徑和基坑化引半徑；R的數(shù)值最好由抽水試驗決定，亦可按經(jīng)驗公式計算：(b)溝槽

對于窄長形的基坑，長寬比大于10，在無承壓水層，基坑底開挖至不透水層時，每米長度內的滲流量可按下式計算：式中：q—基坑每米長度內的滲流量（m3/d*m）。

不完整井和不完整承壓井的計算較為復雜，近似計算時，可先用完整井公式計算，然后將求得的滲流量值增加10％～20％，據(jù)此算出所需排水設備的容量。2、確定井的數(shù)量和間距井的數(shù)量計算公式：