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水利工程施工绪论《水利工程施工》•一门专业课–有些院校的一个专业，设计院的一个专业，专门的施工单位•一个学科–施工技术（方法、步骤、材料、机械），施工组织和管理施工的定义•在特定的空间，组织、使用资源，按照规定的方法和步骤，形成符合要求的建筑物一、水利工程施工的任务和特点水利工程施工的主要任务(1)编制施工组织设计(2)组织有序的施工(3)开展观测、试验和研究针对新问题找出新的解决办法水利工程施工的特点•最突出的是水流控制•投资规模大、关系国计民生–质量责任重大•涉及面广，影响部门多•偏远的野外作业•施工组织难度大•安全、环保的压力大二、我国水利工程施工的成就与展望•成就•（1）施工水流控制（2）土石方工程（3）基础处理工程（4）土石坝工程(5)混凝土工程关于成就•空白多，欠帐多•国情，实际需要•得益于材料、机械科学的发展展望•中国的水电开发利用程度比较低•水电施工在我国有巨大的发展空间–需要解决的问题非常多–情况非常复杂–难度非常大•跨流域调水是将来的重点第一章施工水流控制在江河上修建水工建筑物必须解决的问题•怎样才能进入河道进行施工•如何避免洪水对施工的威胁•如何减少施工对其他部门的影响•如何让工程尽快发挥效益–解决这些问题需要对江河水流进行控制施工水流控制•水利水电工程整个施工过程中的水流控制简称为施工水流控制，又称施工导流•可以概括为：采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施，来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物施工的不利影响，把水流全部或部分导向下游或拦蓄起来，以保证水工建筑物的干地施工和在施工期内不影响或尽可能少影响水资源的综合利用施工水流控制•措施：–“导、截、拦、蓄、泄”等•目的：–干地施工–减少影响•时间–整个施工过程•常用称谓：–施工导流、导流第一节施工导流方式与泄水建筑物•导流一般需要修筑围堰•围堰在导流中具有重要作用–围护基坑–把水流导向预定的泄水通道下泄•导流和围堰是往往是分不开的，可以根据围堰的修筑和使用方式对导流进行分类导流方式分类导流方式分类–根据围堰的修筑和使用方式，导流分为三类•分段围堰法导流•全段围堰法导流•淹没基坑法导流基坑和围堰–1、基坑•一般工程–基础开挖后形成的从建基面到原地面的施工工作空间•水电工程–除了开挖形成的基坑外，把围堰围护范围内的施工工作空间也称作基坑–2、围堰•围堰就是围护基坑的临时构筑物一、分段围堰法导流•分段围堰法导流：–用围堰把水工建筑物分段，分期围护起来进行施工的方法–也称分期围堰法分段和分期•分段：在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段•分期：在时间上将导流分为若干时期常见的导流分期、围堰分段方法•段数和期数可以不同–安排不同的段在不同的期内施工ⅠⅡⅠⅠⅡⅠⅢⅡⅠⅡⅢ两段两期三段两期三段三期三段三期分段围堰法导流的关键问题•前期围堰束窄了原河床•前期水流通过束窄河床下泄•关键问题–纵向围堰位置的确定–河床的束窄程度的选择纵向围堰位置及河床束窄程度的选择•充分利用河心洲、河心岛•考虑利用永久建筑物的导墙、隔墙•考虑允许流速限制–通航筏运安全–围堰河床抗冲安全•各段工程量、施工强度均衡•便于布置后期导流泄水建筑物•避免后期围堰过高或截流落差过大分段围堰法导流的适用情况•河床宽、流量大、工期长的工程–一般是混凝土重力坝工程•通航的河流•冰凌严重的河流分段围堰法后期泄水通道•导流底孔–底孔导流•坝体缺口–缺口导流•导流明渠–明渠导流1.底孔导流•事先在混凝土坝体内修建临时或永久底孔•让全部或部分流量通过底孔宣泄到下游–坝上工程继续施工–临时底孔使用完毕需要封堵–混凝土坝分段分期导流的最普遍方式2.坝体缺口导流•混凝土坝汛期部分坝段过流，其他坝段继续施工•汛期过后，缺口坝段再恢复施工3.明渠导流•在第一期围堰围护下先修建导流明渠–河水由束窄河床下泄–导流明渠河床侧的边墙用作第二期的纵向围堰•第二期水流经由导流明渠下泄明渠导流分期围堰法后期导流方式的特点•三种方式均为河床内过流方式•最适合用于混凝土重力坝•土石坝、拱坝采用分段围堰法，后期导流应采用河床外过流方式–导流隧洞、河床外的导流明渠二、全段围堰法导流•用围堰一次拦断河床•把河床部位全部围护起来同时施工•水流经河床以外的泄水建筑物下泄–永久–临时•使用完毕封堵全段围堰法导流泄水建筑物类型•导流隧洞–隧洞导流•导流明渠–明渠导流•导流涵管–涵管导流1.隧洞导流•在河岸山体中开挖隧洞•在基坑上下游修筑围堰•水流由隧洞下泄隧洞导流的适用条件及特点•适用条件–狭谷地形，河道狭窄，两岸山体陡峻，山体厚实，具备成洞条件–土石坝、拱坝应用较多•特点–造价昂贵–泄水能力有限•汛期洪水淹没基坑或与其他导流建筑物联合泄流•尽量与泄洪洞、引水洞、尾水洞、放空洞等永久隧洞相结合三、淹没基坑法导流•采用过水围堰、允许基坑淹没的导流方法–洪水来临，围堰过水，基坑被淹没，河床部分停工–洪水退落，围堰挡水时再继续施工淹没基坑法导流的适用条件及特点•适用条件–山区河流，洪水期流量大、历时短，枯水期流量则很小，水位暴涨暴落、变幅很大–坝身允许过水•混凝土坝或经过防护处理的堆石坝–采用过水围堰•围堰可以反复过水而不被冲毁，水退后可正常挡水•特点–在全段围堰法和分段围堰法中均可使用多种导流方式的灵活运用•多种导流方式在不同的阶段灵活应用，才能合理解决一个工程在整个施工期间的导流问题第二节围堰工程围堰的分类•按筑堰材料分–土石围堰、混凝土围堰、草土围堰、钢板桩格形围堰•按与水流方向的相对位置分–纵向围堰–横向围堰•上游围堰、下游围堰•按基坑过流情况分–过水围堰、不过水围堰围堰的基本要求•满足挡水防渗的基本功能要求•安全–强度、稳定性、抗冲刷、联结处防集中渗漏•廉价–就地取材，构造简单，修建、拆除容易一、围堰的基本型式及构造•重点介绍三种常用型式：–不过水土石围堰.–过水土石围堰–混凝土围堰1.不过水土石围堰•特点–应用最广泛–充分利用当地材料或开挖弃渣，构造简单–施工方便，适应多种地基条件•可以在动水中、深水中、岩基上或有覆盖层的河床上修建–工程量大，堰身沉陷变形较大–不允许堰顶过水，所以汛期应有防护措施结构型式选择•斜墙式围堰•心墙式围堰斜墙式围堰•基岩河床或覆盖层厚度不大•当地有足够的渗透系数小于10-4cm/s的防渗土料•防渗土料为砂壤土或风化砂可直接水下抛填，粘土不适于水下抛填•斜墙围堰上游坡比1：3左右，下游坡比1：1.5左右心墙式围堰•覆盖层较厚的情况•覆盖层防渗–混凝土防渗墙–高喷墙–自凝灰浆墙–惟幕灌浆•心墙材料–与覆盖层相同–渗透系数小于10-4cm/s的防渗土料–复合土工膜2.过水土石围堰•围堰堰体允许过水•防渗处理与不过水土石围堰相同•采取可靠的加固保护措施–保护的重点：–下游堰面–下游堰脚–主要防护措施–混凝土板护面–加筋护面–钢筋石笼护面(1)混凝土板护面过水土石围堰(2)加筋过水土石围堰•下游坡面铺设钢筋网，防止坡面块石被冲走•下游侧堰体内埋设水平向主锚筋，防止下游坡连同堰顶一起滑动–造价低于混凝土板护面过水土石围堰3.混凝土围堰•应用比较广泛•常见应用方式–拱围堰作横向围堰–重力式围堰作纵向围堰二、围堰的平面布置及堰顶高程•1.围堰的平面布置–主要考虑两个方面的问题：•基坑的大小要合适–围堰距主体建筑物的距离•河道水流平顺–围堰相对水流的方向上下游围堰距主体建筑物的距离•基坑坡趾与主体工程轮廓之间的距离，不应小于20~30m•便于布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。纵向围堰距主体建筑的距离根据具体条件、需要来定上下游围堰相对水流的方向分段围堰法，上、下游围堰呈梯形布置保证水流顺畅便于运输道路的布置和衔接全段围堰法，上、下游围堰与主河道垂直减少工程量2.堰顶高程•取决于导流设计流量及围堰的工作条件•上下游围堰–水位+波浪爬高+安全超高–参考教科书、有关规范、手册–围堰具备蓄水能力时，水位通过调洪计算来确定•纵向围堰–根据束窄河段水面曲线确定–可按阶梯或斜线布置三、围堰的接头和防冲•1.围堰的接头处理–混凝土（岩石岸坡）和土石围堰接头•防止防渗体部位出现集中的接触渗漏–接头处理的措施•连接部位采用混凝土刺墙连接•加大连接部位土石围堰防渗体的宽度2.围堰的防冲防冲刷的重点部位：–堰脚及基础围堰的防冲措施•设置导流墙–尽量使水流平顺进出束窄河段•局部保护，提高抗冲刷能力–护底、护坡和裹头–材料•大粒径材料：大块石、铅丝笼•耐冲材料：柴排•作为临时结构的围堰，需要拆除•土石围堰直接机械挖除•混凝土围堰爆破拆除–需对爆破震动进行控制四、围堰的拆除第三节导流设计流量导流设计流量•选择导流方案、设计导流建筑物的主要依据•需结合导流标准和导流时段的分析来决定一、导流标准•进行导流设计、选择导流设计流量的标准–以洪水重现期表征的施工导流安全防护标准–蓄水标准采用来水保证率•根据导流阶段和导流工作内容的不同，选择不同的导流标准–包含一系列的标准导流的三个阶段•初（前）期导流•建筑物最低部位超出围堰以前•中期导流•从建筑物最低部位超出围堰到导流泄水建筑物封堵•后期导流•从导流泄水建筑物封堵到工程完建不同阶段的导流标准•初期导流标准•导流建筑物洪水标准•截流标准•围堰修筑期防护标准•中期导流标准•坝体施工期临时渡汛洪水标准•后期导流标准•导流泄水建筑物封堵标准–下闸设计流量标准–封堵施工导流标准•水库蓄水标准•导流泄水建筑物封堵后坝体渡汛洪水标准教材本节介绍的导流标准其他标准在相应部分提及导流建筑物洪水标准的确定•导流建筑物–挡水建筑物：围堰–泄水建筑物：导流洞、导流底孔等•首先确定导流建筑物的级别•根据级别和类型在规范规定的幅度内选择导流建筑物的级别导流建筑物级别划分导流建筑物洪水标准的选择•根据导流建筑物的级别和类型在下表规定的范围内选择–实际是以围堰为主来选择导流建筑物洪水标准划分导流标准风险度分析•规范给出了导流建筑物洪水标准的选择范围•必须从中确定具体的标准–标准太低•不能保证工程安全–标准太高•导流费用增加•具体标准可以通过导流风险度分析确定–综合考虑风险(损失)、投资(费用)与工期三者之间的关系，进行多目标决策分析选择导流标准需要特别关注的问题•拦洪库容大的不过水高土石围堰–失事后果一般比较严重–导流标准不宜太低–考虑超标准洪水的应急措施•教材上龙羊峡工程的例子二、导流时段•导流时段–导流工作的阶段及所处的时间段•导流时段划分–导流工作的阶段划分–导流工作的整个过程可以根据不同的界定标准划分为依次相连的若干导流时段–采用不同的界定标准，可以作出不同的导流时段划分，因此导流时段具有多种划分方法–导流工作贯穿于整个施工过程，因此施工过程可以根据导流时段进行阶段划分–事实上水电工程的施工进度就是以某种导流时段划分为主线来描述的导流时段与河道流量变化过程的关系为什么选定了洪水标准，要研究导流时段？因为不同的时段来水不同！各导流时段导流设计流量的确定•导流标准对应的本时段最大来流量–导流标准•选定的洪水重现期–导流时段处于枯水期•选定洪水重现期对应的枯水期最大流量–导流时段跨汛期•选定洪水重现期对应的全年（汛期）最大流量–导流时段处于某月、旬、周•选定洪水重现期对应的某月、旬、周最大流量三、导流设计流量•1.不过水围堰–围堰挡水时段跨汛期（挡全年洪水）•围堰–选定导流标准的年（汛期）最大流量•泄水建筑物–与围堰相同–围堰挡水时段为枯水期（只挡枯水期来水）•围堰–选定导流标准的枯水期最大来流量•泄水建筑物–由中期导流的拦洪渡汛标准决定»泄水建筑物的工作时段比围堰长，需要跨汛期，在拦洪渡汛时与坝体共同工作2.过水围堰导流设计流量•过水围堰在汛期过水，非汛期挡水–挡水设计流量•结合水文特点、施工工期及挡水时段，通过经济技术比较选定•主要用于–确定堰顶高程、泄水建筑物的规模–过水设计流量•选定导流标准的年（汛期）最大流量•主要用于–过水工况下加固保护措施的结构设计和稳定分析–校核导流泄水道的过水能力过水围堰挡水设计流量的确定•挡水标准过高–围堰、泄水建筑规模大，费用高–有效施工时间长，施工所受影响