水利工程施工与建筑材料
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第一节 导流施工

一、导流挡水建筑物

为了保证水工建筑物在干地条件下施工,用来围护施工基坑、把施工期间的河水挡在基坑外的导流挡水建筑物通常称为围堰。

(一)围堰的类型

围堰有多种类型,具体分类如下:

(1)按使用材料分类,可分为土石围堰、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。

(2)按围堰与水流方向的相对位置分类,可分为横向围堰和纵向围堰。

(3)按围堰和坝轴线的相对位置分类,可分为上游围堰和下游围堰。

(4)按导流期间基坑过水与否分类,可分为过水围堰和不过水围堰。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。

(5)按围堰挡水时段分类,可分为全年挡水围堰和枯水期挡水围堰。

(6)按围堰施工分期分类,可分为一期围堰、二期围堰、三期围堰等。

(二)围堰的平面布置

围堰的平面布置,既要便于主体工程施工及排水系统的布置,又要尽量减小工程量并对围堰的抗冲有利。

1.上、下游横向围堰

通常围堰下坡趾距主体工程轮廓距离不小于20~30m,以便布置排水设施、交通运输道路和堆放材料及模板等。采用全段围堰法时,为减少工程量,围堰一般与主河道垂直;采用分段围堰法时,为使水流顺畅,围堰一般不与河床中心线垂直,而呈梯形布置。

2.纵向围堰

围堰下坡趾距主体建筑轮廓的距离,当需要堆放模板和布置排水系统时,一般不小于2.0m;若无此要求,则可取为0.4~0.6m。

(三)围堰堰顶高程的确定

1.不过水围堰堰顶高程

(1)横向围堰:

上游围堰堰顶高程为

式中 Hu——上游围堰堰顶高程,m;

hd——下游水面高程,m,可直接由原河流水位流量关系曲线中查得;

Z——上下游水位差,m;

δ——围堰的安全超高,m,按表1-1选用。

下游围堰堰顶高程为

式中 Hd——下游围堰堰顶高程,m;

hdδ含义同前。

表1-1 不过水围堰堰顶安全超高δ下限值

(2)纵向围堰:通常随导流设计流量时的束窄河床水面线做成斜坡或台阶状,其上下游端分别与上、下游围堰同高。

2.过水围堰堰顶高程

过水围堰的堰顶高程应通过技术经济比较确定,使围堰造价与基坑淹没损失费用之和最小。

(四)围堰的防冲措施

工程中常采用的围堰护脚防冲措施主要有抛石,柴排(由柳枝或竹子等扎结成排体,上压块石),钢筋混凝土柔性排,塑枕(土工织物袋用沙土充填),模袋混凝土排(以土工织物加工成形的模袋内充灌流动性混凝土或水泥砂浆)等。

二、施工导流的方法及泄水建筑物类型

基本导流方法有全段围堰法导流和分段围堰法导流。辅助导流方法有淹没基坑法导流。

(一)全段围堰法导流

全段围堰法导流是指在河床主体工程(大坝、水闸等)的上下游各修筑一道围堰拦断水流,使上游来水经河床外修建的临时泄水道(或永久泄水建筑物)下泄,待主体工程建成后或接近建成时再封堵临时泄水道。全段围堰法又称为一次拦断法或河床外导流;一般适用于河道狭窄的中小河流。

泄水方式有以下几种。

1.明渠导流

明渠导流如图1-2所示,多用于河床外导流,适用于河谷岸坡较缓,有较宽阔滩地或有溪沟、老河道等可利用的地形,且导流流量较大,地形、地质条件利于布置明渠的情况。与隧洞导流比较,明渠的过流能力较大,施工较方便,造价相对较低,在地形条件和枢纽布置允许时,多采用明渠导流。

图1-2 明渠导流示意图

1—导流明渠;2—上游围堰;3—下游围堰;4—坝轴线;5—明渠外导墙

2.隧洞导流

隧洞导流如图1-3所示,适用于以下情况:①河谷狭窄,地形条件不利于布置导流明渠;②河岸山体地质条件较好,能够开挖隧洞;③有些工程要求一次拦断整个河床,全年施工。

与明渠导流相比,隧洞导流的流量较小,但随着施工技术的发展,导流隧洞直径有增大的趋势。

图1-3 隧洞导流示意图

1—混凝土坝;2—上游围堰;3—下游围堰;4—导流隧洞;5—临时溢洪道

3.涵管导流

涵管导流如图1-4所示,多用于中小型土石坝工程,导流流量不超过1000m3/s。

图1-4 涵管导流示意图

1—上游围堰;2—下游围堰;3—涵管;4—坝体

图1-5 渡槽导流示意图

1—上游围堰;2—下游围堰;3—渡槽

4.渡槽导流

渡槽导流如图1-5所示,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)分段围堰法导流

分段围堰法导流(图1-6、图1-7)是指用围堰将建筑物分期分段围护起来进行施工的导流方法,又称为分期围堰法或河床内导流。分段是就空间而言的,就是将基坑围成若干个干地基坑,分段进行建筑物施工。分期是就时间而言的,就是从时间上将导流过程划分成若干阶段。工程实践中,两段两期导流采用最多。

图1-6 分段围堰法导流

分段围堰法导流适用于河床较宽、流量大、工程工期较长的情况,易满足通航、过木、排冰等要求。

(三)淹没基坑法导流

图1-7 分期导流布置示意图(底孔与坝体缺口导流)

1—一期围堰;2—束窄河床;3—二期围堰;4—导流底孔;5—坝体缺口;6—坝轴线

山区河流特点是洪水期流量大、历时短,而枯水期流量则很小;水位暴涨暴落,变幅很大。若按一般导流标准要求来设计导流建筑物,不是挡水围堰修得很高,就是泄水建筑物的尺寸要求很大,而使用期又不长,这显然是不经济的。在这种情况下,可以考虑采用允许基坑淹没的导流方法,即洪水来临时围堰过水,若基坑被淹没,河床部分停工,待洪水退落,围堰挡水时再继续施工。采用该方法,基坑淹没所引起的停工天数不长,施工进度能保证,在河道泥沙含量不大的情况下,导流总费用较节省,一般是合理的。

这是一种辅助导流方法,在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。