第1章施工導流
目錄第一節施工導流方式與洩水建築物 2
第二節圍堰工程 4
第三節導流設計流量 7
第四節導流方案 8
第五節截流工程 10
第六節攔洪渡汛 13
第七節封堵蓄水 13
第八節基坑排水 14
水利水電工程整個施工過程中的施工水流控制(又稱施工導流),廣義上說可以概括為採取「導、截、攔、蓄、洩」等工程措施來解決施工和水流蓄洩之間的矛盾,避免水流對水工建築物施工的不利影響,把河水流量全部或部分地導向下游或攔蓄起來,以保證乾地施工和施工期不影響或盡可能少影響水資源的綜合利用。
第一節施工導流方式與洩水建築物
在河流上修建水利水電工程時,為了使水工建築物能在幹地上進行施工,需要用圍堰維護基坑,並將河水引向預定的洩水通道往下游宣洩。這就是施工導流。
施工導流方式,大體上可分為三類,即分段圍堰法導流、全段圍堰法導流、淹沒基坑法導流。
一、分段圍堰法導流
分段圍堰法亦稱分期圍堰法,就是用圍堰將水工建築物分段、分期維護起來進行施工的方法。圖1-1所示為兩期導流的例子。
所謂分段,就是在空間上用圍堰將建築物分為若干施工段進行施工。所謂分期,就是在時間上將導流分為若干時期。採用分段圍堰法導流時,縱向圍堰位置的確定,也就是河床束窄程度的選擇是關鍵問題之一。
河床束窄程度可用以下面積束窄度(k)表示:
式中 a2—圍堰和基坑所佔的過水面積,m2;
a1—原河床的過水面積,m2;
國內外一些工程k值的取用範圍約在40%~70%之間。
在確定縱向圍堰的位置或選擇河床的束窄程度時,應重視下列問題:充分利用河心洲、小島等有利地形條件;縱向圍堰盡可能與導牆、隔牆等永久建築物相結合;束窄河床流速要考慮施工通航、筏運、圍堰和河床防沖等的要求,不能超過允許流速;各段主體工程的工程量、施工強度要比較均衡;便於布置後期導流洩水建築物,不致使後期圍堰過高或截流落差過大。
分段圍堰法導流一般適用於河床寬、流量大、施工期較長的工程,尤其在通航河流和冰凌嚴重的河流上。分段圍堰法導流,前期都利用束窄的原河道導流,後期要通過事先修建的洩水道導流,常見的有以下幾種。
1. 底孔導流
2. 壩體缺口導流
3. 束窄河床導流
上述三種後期導流方式,一般只適用於混凝土壩,特別是重力式混凝土壩。對於土石壩、非重力式混凝土壩等壩型,若採用分段圍堰法導流,常與河床外的隧洞導流、明渠導流等方式相配合。
二、全段圍堰法導流
全段圍堰法導流,就是在河床主體工程的上下游各建一道斷流圍堰,使河水經河床以外的臨時洩水道或永久洩水建築物下洩。主體工程建成或接近建成時,再將臨時洩水道封堵。
全段圍堰法導流,其洩水道型別通常有以下幾種。
1. 隧洞導流
隧洞導流是在河岸中開挖隧洞,在基坑上下游修築圍堰,河水經由隧洞下洩。一般山區河流,河谷狹窄,兩岸地形陡峻,山岩堅實,採用隧洞導流較為普遍。
2. 明渠導流
明渠導流是在河岸上開挖渠道,在基坑上下游修築圍堰,河水經渠道下洩。
3. 涵管導流
涵管導流一般在修築土壩、堆石壩工程中採用。
三、淹沒基坑法導流
這是一種輔助導流方法,在全段圍堰法和分段圍堰法中均可使用。山區河流特點是洪水期流量大、歷時短,而枯水期流量則很小,水位暴漲暴落、變幅很大。若按一般導流標準要求來設計導流建築物,不是擋水圍堰修得很高,就是洩水建築物的尺寸要求很大,而使用期又不長,這顯然是不經濟的。
在這種情況下,可以考慮採用允許基坑淹沒的導流方法,即洪水來臨時圍堰過水,若基坑被淹沒,河床部分停工,待洪水退落,圍堰擋水時再繼續施工。這種方法,基坑淹沒所引起的停工天數不長,施工進度能保證,在河道泥沙含量不大的情況下,導流總費用較節省,一般是合理的。
第二節圍堰工程
圍堰是導流工程中的臨時擋水建築物,用來圍護施工基坑,保證水工建築物能在乾地施工。在導流任務完成以後,如果圍堰對永久建築物的執行有妨礙或沒有考慮作為永久建築物的一部分時,應予拆除。
一、分類
按其所使用的材料,可以:土石圍堰、草土圍堰、鋼板樁格型圍堰、混凝土圍堰等。
按圍堰與水流方向的相對位置,可以分為:橫向圍堰和縱向圍堰。
按導流期間基坑淹沒條件,可以分為:過水圍堰和不過水圍堰。過水圍堰除需要滿足一般圍堰的基本要求外,還要滿足堰頂過水的專門要求。
二、圍堰的基本型式及構造
1. 不過水土石圍堰
不過水土石圍堰是水利水電工程中應用最廣泛的一種圍堰型式,如圖1-11所示。它能充分利用當地材料或廢棄的土石方,構造簡單,施工方便,可以在動水中、深水中、岩基上或有覆蓋層的河床上修建。但其工程量大,堰身沉陷變形也較大,
若當地有足夠數量的滲透係數小於10-4cm/s的防滲料(如砂壤土)時,土石圍堰可以採用圖1-11(a)、(b)兩種型式。其中(a)適用於基岩河床;(b)適用於覆蓋層厚度不大的場合。
若當地沒有足夠數量的防滲料或覆蓋層較厚時,土石圍堰可以採用圖1-11(c)、(d)兩種型式,用混凝土防滲牆、高噴牆、自凝灰漿牆或帷幕灌漿來解決基礎防滲問題。
2. 過水土石圍堰
當採用允許基坑淹沒的導流方式時,圍堰堰體必須允許過水。因此,過水土石圍堰的下游坡面及堰腳應採取可靠的加固保護措施。目前採用的有:
大塊石護面、鋼筋石籠護面、加筋護面及混凝土板護面等。較普遍的是混凝土板護面。
圖1-12所示為江西上猶江水電站(19世紀50年代)採用的混凝土板(加竹筋)護面過水土石圍堰。
3. 混凝土圍堰
混凝土圍堰的抗衝與防滲能力強,擋水水頭高,底寬小,易於與永久建築物相連線,必要時還可以過水,因此應用比較廣泛。國內浙江緊水灘、貴州烏江渡、湖南鳳灘及湖北隔河岩等水利水電工程中均採用過拱型混凝土圍堰作橫向圍堰,但多數工程還是以重力式混凝土圍堰作縱向圍堰。
4. 鋼板樁格型圍堰
鋼板樁格型圍堰按擋水高度不同,其平面型式有圓筒形格體、扇形格體及花瓣形格體(見圖1-19)等,應用較多的是圓筒形格體。
5. 草土圍堰
草土圍堰是一種草土混合結構,多用捆草法修建。草土圍堰的斷面一般為矩形或邊坡很陡的梯形,坡比為1:0.2~1:0.3,是在施工中自然形成的邊坡。
三、圍堰的平面布置與堰頂高程
1. 圍堰的平面布置
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。通常,基坑坡趾離主體工程輪廓的距離,不應小於20~30m,以便布置排水設施、交通運輸道路及堆放材料和模板等。至於基坑開挖邊坡的大小,則與地質條件有關。
當縱向圍堰不作為永久建築物的一部分時,基坑縱向坡趾離主體工程輪廓的距離,一般不大於2.0m,以供布置排水系統和堆放模板。如果無此要求,只需留0.
4~0.6m就夠了。
2. 堰頂高程
堰頂高程取決於導流設計流量及圍堰的工作條件。
下游圍堰的堰頂高程由下式決定:
hd=hd+ha+δ(1-4)
式中 hd—下游圍堰堰頂高程,m;
hd—下游水位高程,m;可直接從河流水位流量關係查出;
ha—波浪爬高,m;
δ—圍堰的安全超高,m;
上游圍堰的堰頂高程由下式決定:
hu=hd+z+ha+δ(1-5)
式中 hu—上游圍堰堰頂高程,m;
z—上下游水位差,m;
其餘符號同上式。
必須指出,當圍堰要攔蓄一部分水流時,則堰頂高程應通過調洪計算來確定。縱向圍堰的堰頂高程,要與束窄河段宣洩導流設計流量時的水面曲線相適應。因此,縱向圍堰的頂面往往作成階梯形或傾斜狀,其上游和下游分別與上游圍堰和下游圍堰頂同高。
四、圍堰的防滲和防沖
圍堰的防滲、接頭和防沖是保證圍堰正常工作的關鍵問題,對土石圍堰來說尤為突出。
1. 圍堰的防滲
圍堰防滲的基本要求,和一般擋水建築物無大差異。土石圍堰的防滲一般採用斜牆、斜牆接水平鋪蓋、垂直防滲牆或灌漿帷幕等措施。
2. 圍堰的接頭處理
圍堰的接頭是指圍堰與圍堰、圍堰與其他建築物及圍堰與岸坡等的連線而言。混凝土縱向圍堰與土石橫向圍堰的接頭,一般採用刺牆型式,以增加繞流滲徑,防止引起有害的集中滲漏。
3. 圍堰的防沖
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