施工导流

第一章施工导流概述一．施工导流及其重要性1．进行施工导流的原因水利水电枢纽工程中的主体建筑物一般都是在河流中兴建并能在干地上施工；施工期间河水照样流向下游；施工期间水的综合利用；2．如何进行施工导流（如何进行水流控制）导、截、拦、蓄、泄①施工导流定义：即施工过程中的水流控制，通常称为施工导流，是为了创造必要的施工条件和尽量满足各部门用水要求，将原河流的各个时期的来水按预定方式、时间、地点部分或全部地安全导向下游或拦蓄起来。②施工导流的重要性：影响枢纽布置与永久建筑物型式的选择；影响施工总组织；影响工程的安危；对国民经济和水资源的综合利用有直接影响。二．导流设计所需资料1．气象水文资料2．坝区地形地质条件3．水工建筑物设计资料4．当地建筑材料资料5．其他三．导流设计的成果与任务导流、截流、围堰与基坑排水1．划分导流时段、选定导流标准，确定导流设计流量2．选择导流方案及导流挡水、泄水建筑物型式，确定导流建筑物的布置、构造与尺寸3．拟定导流挡水建筑物的修建、拆除与泄水建筑物的堵塞方法以及河流截流、拦洪渡汛和基坑排水。第一节施工导流的基本方法一．全段围堰法1．方法：又称一次拦断法或河床外导流，主河道被全段围堰一次拦断，水流被导向旁侧的泄水建筑物。2．适用：多用于河床狭窄，基坑工作面不大，水深流急、覆盖层较厚难于修建纵向围堰，难于实现分期导流的工程。3．泄水道类型：①隧洞导流：适用于两岸陡峻、山岩坚硬、风化层薄、河谷狭窄的山区河流或有永久性隧洞可供利用。②明渠导流：适用于岸坡平缓或有宽阔滩地的平原河道。在山区河道上如河槽形状明显不对称。③涵管导流：多用于中小型土石坝工程，导流流量不超过1000m3/s④渡槽导流：一般适用于小型工程的枯水期导流，导流流量不超过20~30m3/s，个别达100m3/s。二．分段围堰法1．方法：又称分期围堰法或河床内导流，分期就是将河床围成若干个干地施工基坑，分段进行施工。分期就是从时间上将导流过程划分成阶段。2．适用：河床较宽，流量大，工程工期较长的情况，易满足通航、过木、排冰等要求。3．泄水道类型：①束窄河床导流②底孔导流③缺口导流④梳齿导流⑤厂房导流第二节导流工程的布置导流工程包括泄水建筑物和挡水建筑物一．隧洞导流1．平面布置：主要指隧洞线路选择，一般可参照以下原则：①应将隧洞布置在完整、新鲜的岩石中，避免洞轴线与岩层、断层、破碎带平行，洞轴线与岩石层面的夹角最好在45o以上，层面倾角也以不小于45o为宜。②隧洞线路尽量顺直，当河岸弯曲时，隧洞宜布置在凸岸。③若有转角，转弯半径应大于5倍洞宽，转弯折角应小于60o。在弯道的上下游应设置直线段过渡，长度应大于5倍洞宽。④进出口与河床主流流向的交角不宜太大，出口交角宜小于30o，上游进口可酌情放宽。⑤当采用两条以上的导流隧洞时。可将它们布置在一岸或两岸。一岸双线隧洞间的岩壁厚度一般不应小于开挖洞径的两倍。⑥隧洞进出口距上下游围堰坡叫应有足够的距离，一般50m以上。2．进出口高程与断面型式①进口处顶部岩层厚度通常在1～3倍洞径。②进出口底部高程应考虑洞内流态、截流、放木等要求。一般出口底部高程与河床齐平，有压隧洞底坡1‰～3‰居多。③隧洞的断面型式主要取决于地质条件和设计流态。洞身断面常用门洞型，有时也用圆形或马蹄形。二．明渠导流1．明渠布置原则：①尽量利用地形，使明渠工程量小，尽量避免通过不良地段。在河滩上开挖明渠，一般均需设置外侧墙。②明渠轴线应顺直，以使渠内水流顺畅平稳。应避免s形弯道。对于软基上的明渠，渠内水面与基坑水面之间距离应大于两水面高差的（2.5～3.0）倍。③导流明渠应尽量与永久明渠相结合。④须考虑明渠挖方的利用。⑤防冲问题⑥明渠设计中应考虑可能采用的封堵措施。三．底孔及坝体缺口导流1．底孔导流①孔口尺寸与布置方式：孔口总过水面积由水力计算确定，坝高70m以下，底孔宽应小于坝段宽60%，坝高70m以上，底孔宽应小于坝段宽50%；导流底孔形状多为方形或方圆形，高宽比2∶1～1.5∶1。②孔口高程：导流底孔高程一般比最低下游水位低一些，一般布置在枯水位之下（2～4）m或接近原河床，主要根据通航、过木及截流要求。2．坝体缺口导流：缺口宽度与高程主要由水力计算确定。如缺口位于底孔之上，孔顶板厚应大于3m，相邻缺口高程不超过4～6m。四．涵管导流涵管导流的水力学问题与导流底孔、隧洞相似，但应注意以下问题。1．应使涵管坐落在基岩上。大中型涵管应有一半高度埋入为宜。2．涵管外壁与大坝防渗土料接触部位，应设置截流环以延长渗径，环间距可取10～20m，环高1～2m，厚0.5～0.8m。3．大型涵管断面也常用方圆形五．分期导流纵向围堰布置1．导流程序：①先围有浅滩的一岸，利于初期通航和洪水宣泄，以及初期施工组织，由简至繁。②一期工程中应包括可用于导流的永久泄水建筑物或可布置底孔、缺口、梳齿的砼段。③一期基坑最好与工地的主要对外交通线及施工场地同岸。④对中、低水头枢纽尽量先围有厂房、船闸的一岸。2．纵向围堰位置选择选择纵向围堰位置，实际上就是要确定适宜的河床束窄度K=%1001AA一期束窄度一般40％～70％。①在岩基和覆盖层小于3m的河床，可控制在40％～60％，如新安江、西津为60％。青铜峡达70％；②如河床较宽，且纵向围堰建在覆盖层上，一般取30％～40％，如大化为40％③但在大江大河修建纵向围堰影响因素较多，一期围堰束窄度宜30％，如葛洲坝25％，三峡30％。适宜的纵向围堰位置与以下主要因素有关：①地形地质条件：河心洲、浅滩、小岛、基岩等可供布置纵向围堰的有利条件。②水工布置：尽可能利用厂坝、厂闸、闸坝等建筑物之间的隔水导墙。③河床允许束窄度：允许束窄度主要与河床地质条件和通航要求有关。束窄流速常可允许达3m/s。④导流过水要求：一期基坑中所有布置的泄水建筑物能否满足宣泄二期导流流量的要求，由一期转入二期施工时截流落差是否太大。⑤施工布置的合理性：各期基坑中施工强度应尽量均衡。——束窄河床的平均流速，m/s；Q——导流设计流量/s；——侧收缩系数；单侧收缩采用0.95，两侧收缩采用0.9。由于围堰将河床束窄，破坏了原来的水流状态，在束窄段前产生水位壅高，见图分段围堰束窄段水力计算图，其壅高值可由下式计算——流速系数，随围堰的平面布置型式而定，当平面布置是矩形时，取0.75～0.85；为梯形时，取0.80～0.85；有导流墙时取0.85～0.90。——行进流速，m/s；——重力加速度，9.81m/第三节导流设计流量的确定一．导流标准1．定义：即为用于导流设计的洪水频率标准，体现了经济性与所冒风险大小之间的选择。2．洪水标准的确定按现行规范《水利水电工程施工组织设计规范》SDJ338-89（试行）首先根据保护对象、失事后果、适用年限和工程规模划分导流建筑物级别；然后根据建筑物类型和级别选定相应的洪水标准。表二．导流时段的划分1．导流程序：工程施工过程中不同导流方法组合的顺序。2．导流时段：按照导流程序划分的各施工阶段的延续时间。导流设计中具有重要意义的导流时段通常指由围堰挡水而保证基坑干地施工的时段（挡水时段或施工时段）3．导流时段的划分和选择：即枯水施工时段的选择，其影响因素为河道水文特征、枢纽类型、导流方式、施工总进度及工期等三．导流设计流量的确定1．不过水围堰①高水围堰：全年挡水，只要按规范选定导流洪水重现期标准即可确定相应的设计流量。②低水围堰：按挡水时段同步频率洪水作为围堰和该时段导流泄水建筑物的设计流量。2．过水围堰：分挡水和过水两种工况①过水情况：围堰的设计标准与一般不过水围堰挡全年洪水时标准相同，主要用于堰体稳定分析和结构计算。②挡水情况：围堰的设计标准一般以枯水期不过水为原则。国内外大多数过水围堰的设计挡水流量，约相当于枯水期3年一遇至20年一遇的标准。③过水围堰的导流设计流量也可用如下方法确定：频率法：按选定的围堰级别和导流建筑物洪水标准划分确定实测资料法：分析实测洪水后选定过水流量标准第四节围堰工程（参看《水电水利工程围堰设计导则》DL/T5087-1999）一．围堰分类按材料分：土石围堰、砼围堰、钢板桩格型围堰、木笼围堰、草土围堰按围堰与水流方向的相对位置分：横向围堰、纵向围堰。按导流期间基坑是否允许淹没：过水围堰、不过水围堰。二．围堰的工作特点及对围堰的要求1．围堰的工作特点：临时性挡水建筑物2．要求：①结构上要求稳定、防渗、抗冲②施工上构造简单，便于施工、维修、撤除方便③布置上使水流平顺④经济合理三．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。如图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。如图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。如葛洲坝工程下游围堰与右岸岸坡接头位于紫阳河出口（实测最大流量达20秒立方。）设计打一条长138m，宽4m，高4.5m的改道隧洞将河出口移向下游200m到长江。运行效果很好。⑤横向围堰与纵向围堰的交角通常1200～900⑥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。纵向围堰的两种典型布置：①流线型布置：头部做成曲线形导水翼墙如图。适用于堰体耐冲的钢板桩、砼围堰以及纵向围堰基础抗冲能力强的。②挑流式布置：利用丁坝或矶头将主流挑开，使纵向围堰沿线附近形成回流区。要对回流强度加以控制，就可简化全线防冲措施，但挑流丁坝或矶头附近，需加强防冲，这种布置原则也称为“守点护线”。围堰的防冲措施：①抛石护脚：护底范围与可能产生的冲刷坑大小相关。护脚长度约为围堰纵向段长度的一半。纵向围堰外防冲护底可能局部冲刷计算深度的2～3倍。（富春江、新安江）②柴排护脚：沉排流速要求1m/s，不能采用机械化施工，主要用于中小型工程（丹江口一期土石纵向围堰）③钢筋混凝土柔性排护脚：如图（葛州坝一期土石纵向围堰）四．围堰的型式与结构土石围堰（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）1．不过水土石围堰①断面型式与构造材料：分防渗土料和堰壳材料，主要问题是防渗土料固结慢、抗剪强度指标低；水下抛投堰壳材料容重小、沉陷大，采用刚性斜墙更应慎重。断面型式：堆石体边坡1:1.2～1:1.5，砂砾石及石渣边坡1:2～1:1.8；堰体高度8m～10m，增设一道宽1.5m～2m的马道；防渗土料心墙顶宽1m～2m；边坡1:0.2～1:0.5；防渗体与堰壳之间反滤层最小厚0.5～1.0m。如图②土石围堰的接头处理与岸坡接头：通过扩大接触面和嵌入岸坡延长渗径。与混凝土纵向围堰：采用刺墙型式插入土石围堰的塑性防渗体中，并将接头的防渗体断面扩大。③围堰的拆除：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，一般土石围堰的拆除可用挖土机开挖、爆破或人工开挖。程序如图2．土石过水围堰土石围堰是散粒体结构，在一般条件下不允许过水。土石围堰堰顶过水的关键在于对堰面及堰脚附近基础是否有简易可靠的加固保护措施。目前较多的措施有三类：混凝土溢流面板、大块石护面、加筋与钢丝网护面。①混凝土溢流面板