项目3　编制水利水电工程施工组织设计

任务3.1　施工导流方案编制

学习目标:

1.知识目标:①导流的概念；②导流的方法、导流标准、导流设计流量；③导流建筑物级别的确定；④围堰的种类；⑤围堰平面位置与堰顶高程的确定；⑥施工截流的程序、方法；⑦截流的设计原则；⑧基坑排水的方法；⑨拦洪度汛与封堵蓄水。

2.技能目标:①能做出一般高程的导、截流方案；②能确定围堰的类型、位置及围堰堰顶高程；③能基本确定基坑初期排水和经常性排水的方案；④能确定施工期拦洪度汛方案；⑤能确定封堵蓄水的时机和方案。

3.素质目标:①认真仔细的工作态度；②严谨的工作作风；③使用规范的意识。

项目任务:学习在水利水电工程主体工程施工前，如何控制水流以及控制的规则，在水利水电工程施工期间，如何管控水流、如何规避水流风险以及如何利用水流获取合理利益。

项目描述:在水利水电工程主体工程施工前，能够确定导流方案、围堰方案以及工程截流方案；在水利水电工程施工期间，能够确定基坑排水方案、拦洪度汛方案、封堵蓄水的方案。

知识平台:

施工导截流及基坑排水通常也称为施工水流控制，是水利工程施工特有的部分，是作为解决施工与水流蓄泄之间矛盾的工程措施，是保证干地施工和施工工期的关键，是水利工程施工中全局性、战略性的问题，对水利水电工程施工具有重要的理论意义和现实价值。

3.1.1　施工导流的方法

水工建筑物一般都在河床上施工，为了避免河水对施工的不利影响，创造必要的干地施工条件并尽量满足各部门的用水要求，需要修建围堰围护基坑，将原河道中各个时期的水流按预定方式、时间、地点加以控制，并将部分或全部的水流安全地导泄向下游或拦蓄起来，这种工作就叫施工导流。

施工导流是水利水电工程建设中必须妥善解决的重要问题，它直接关系到工程的施工进度，影响到工程施工方法的选择、场地的布置及工程的造价。合理的导流方式，可以加快施工进度，缩短工期，降低造价；否则，不仅达不到导流目的，还有可能造成灾害。例如，选择导流流量过小，汛期可能导致围堰失事，轻则使建筑物、基坑、施工场地受淹，影响施工正常进行，重则会使主体建筑物遭到破坏，威胁下游居民生命和财产安全；如果选择流量过大，又必然增加导流建筑物的费用，提高工程造价，造成浪费。影响施工导流的因素比较多，通常有水文、地质及地形特点，所在河流施工期间的灌溉、通航、过木等要求，水工建筑物的组成和布置，施工方法与施工布置，当地材料供应条件等。

施工导流设计的主要任务就是在周密地分析研究水文、气象、地形、地质、枢纽布置及施工条件等基本资料前提下，划分导流时段，选定导流标准，确定导流设计流量，选择导流方案及导流挡水、泄水建筑物的型式，确定导流建筑物的布置、构造与尺寸；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；制定河道截流、拦洪度汛与基坑排水措施等。

施工导流的基本方法大体可分为三类:一类是一次拦断河床围堰导流，即用围堰拦断河床，全部水流通过事先修好的导流泄水建筑物流走；第二类是分期围堰导流，即水流通过被束窄的河床下泄，后期通过坝体预留缺口、底孔或其他泄水建筑物下泄；第三类是淹没基坑法导流。但不管是分期围堰导流还是一次拦断河床围堰导流，当挡水围堰可过水时，也可采用淹没基坑的特殊导流方法。

3.1.1.1　一次拦断河床围堰导流

一次拦断河床围堰导流就是在河床主体工程的上、下游一定距离的地方分别各建一道拦河围堰，使河水经河床以外的临时或者永久性泄水道下泄，主体工程就可以在排干的基坑中施工，待主体工程建成或者接近建成时，再将临时泄水道封堵。该法一般应用在河床狭窄、流量较小的中小型河道上，在大流量的河道上，只有地形、地质条件受限，采用其他导流方法明显不利时才考虑此法导流。这种导流方式的基本特点是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；其优点是施工现场的工作面比较大，主体工程在一次性围堰的围护下就可以建成。在枢纽工程中，如果能够利用永久泄水建筑物结合施工导流时，采用此法往往比较经济。

这种导流方法一般又根据其导流泄水建筑物的类型不同，可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流、渡槽导流等，由于这些泄水建筑物一般不占据主河道位置，而且多半位于河床旁侧或河床外，所以也可称其为河床外导流。

1.明渠导流

明渠导流是在河岸或滩地上开挖渠道，在基坑上下游修筑围堰，河水经渠道下泄。它用于岸坡平缓或有宽广滩地的平原河道上。明渠导流适用于河流流量较大、河床一侧有较宽台地、垭口或古河道的坝址。后期导流需要时，混凝土坝可在明渠坝段设置导流底孔或缺口；土石坝可在明渠坝段设置泄水孔。

(1)导流明渠布置应遵守下列原则:

1)宣泄能力大，开挖量小。

2)弯道少，避开滑坡、崩塌体及高边坡开挖区。

3)便于布置进入基坑交通道路。

4)进出口与围堰接头满足堰基防冲要求。

5)避免横向水流对明渠导墙形成过大的水位差，避免泄洪时对下游沿岸及施工设施冲刷。

国内外工程实践证明，在导流方案比较过程中，如明渠导流和隧洞导流均可采用时，一般是倾向于明渠导流，这是因为明渠开挖可采用大型设备，加快施工进度，对主体工程提前开工有利。对于施工期间河道有通航、过木和排冰等要求时，明渠导流更是明显有利，见图3.1。

(2)导流明渠的基本布置。导流明渠布置有在岸坡上和滩地上两种布置形式。

1)导流明渠轴线的布置。导流明渠应布置在较宽台地、垭口或古河道一岸；渠身轴线要伸出上下游围堰外坡脚，水平距离要满足防冲要求，一般为50～100m；明渠进出口应与上下游水流相衔接，与河道主流的交角以30°为宜；为保证水流畅通，明渠转弯半径应大于5倍渠底宽；明渠轴线布置应尽可能缩短明渠长度和避免深挖方。

2)明渠进出口位置和高程的确定。明渠进、出口力求不冲、不淤和不产生回流，可通过水力学模型试验调整进出口形状和位置，以达到这一目的；进口高程按截流设计选择，出口高程一般由下游消能控制；进、出口高程和渠道水流流态应满足施工期通航、过木和排冰等要求；在满足上述条件下，尽可能抬高进出口高程，以减少水下开挖量。

明渠底宽、底坡和进出口高程应使上、下游水流衔接条件良好，满足导、截流和施工期通航、排冰要求。设在软基上的明渠，宜通过动床水工模型试验，改善水流衔接和出口水流条件，确定冲坑形态和深度，采取有效消能抗冲设施。

(3)明渠封堵。明渠结构型式应方便后期封堵。应在分析地质条件、水力条件并进行技术经济比较后确定衬砌方式。

2.隧洞导流

一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，采用隧洞导流较为普遍。但由于隧洞的泄水能力有限，造价比较昂贵和施工比较复杂，所以导流隧洞最好与永久隧洞相结合，统一布置，进行设计，一般在汛期泄水时均另找出路或采用淹没基坑方案。通常永久隧洞的进口高程较高，而导流隧洞的进口高程比较低，此时，可开挖一段低高程的导流隧洞与永久隧洞低高程部分相连，导流任务完成后的将导流隧洞进口段堵塞，不影响永久隧洞运行。这种布置，俗称“龙抬头”。例如我国陕西金盆水库的导流隧洞就与永久泄洪隧洞结合起来进行布置。只有当条件不允许时，才专为导流开挖隧洞，导流任务完成后还需将它封堵。隧洞导流的布置型式见图3.2。

导流隧洞的布置，决定于地形、地质、枢纽布置以及水流条件等因素。具体要求和水工隧洞类似。但必须指出，为了提高隧洞单位面积的泄流能力，减小洞径，应注意与上下游水流相衔接，与河道主流的交角以30°左右为宜；隧洞最好布置成直线，若有弯道，其转弯半径以大于5倍洞宽为宜，否则，因离心力作用会产生横波，或因流线折断而产生局部真空，影响隧洞泄流。隧洞进出口与上下游围堰之间要有适当距离，一般宜大于50m，以防隧洞进、出口水流冲刷围堰的迎水面。一般临时的导流隧洞，若地质条件良好，多不作专门衬砌。为降低糙率，应推广光面爆破，以提高泄量，降低隧洞造价。

3.涵管导流

涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝中采用。涵管通常布置在河岸岩滩上，其位置在枯水位以上，这样可在枯水期不修围堰或只修一小围堰而先将涵管筑好，然后再修上下游全段围堰，将河水引经涵管下泄，如图3.3所示。

涵管一般是钢筋混凝土结构。当有永久涵管可以利用或修建隧洞有困难时，采用涵管导流是合理的。在某些情况下，可在建筑物基岩中开挖沟槽，必要时予以衬砌，然后封上混凝土或钢筋混凝土顶盖，形成涵管。利用这种涵管导流往往可以获得经济可靠的效果。由于涵管的泄水能力较低，所以一般用于导流流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流任务。

为了防止涵管外壁与坝身防渗体之间的渗流，通常在涵管外壁每隔一定距离设置截流环，以延长渗径，降低渗透坡降，减少渗流的破坏作用。此外，必须严格控制涵管外壁防渗体的压实质量。涵管管身的温度缝或沉陷缝中的止水必须认真施工。

4.渡槽导流

所谓渡槽导流就是在上下游围堰之间架设渡槽，用以宣泄河床水流。这种方式适用于河床窄、流量小、施工期短及无法利用输水建筑物的低坝。渡槽导流具有结构简单、建造迅速的优点，但对基坑施工有一定干扰，进出口和槽身连接处容易漏水。对于水闸，采用此法时，可将槽身设在闸孔中，以防干扰。渡槽一般采用木质矩形断面，用纵向铺设的木板拼制，其进、出口直接支撑在上下游围堰上，具体布置如图3.4所示。

3.1.1.2　分期围堰导流

分期围堰导流，就是用围堰将建筑物分段分期围护起来进行施工的方法。

所谓分段就是从空间上将河床围护成若干个干地施工的基坑段进行施工。所谓分期，就是从时间上将导流过程划分成阶段。导流分期和围堰分段有多种情况，导流的分期数和围堰的分段数并不一定相同，因为在同一导流分期中，建筑物可以在一段围堰内施工，也可以同时在不同段内施工。必须指出，段数分得的越多，围堰工程量愈大，施工也愈复杂；同样，期数分的愈多，工期有可能拖得愈长。因此在工程实践中，二段二期导流法采用得最多(图3.5)，如葛洲坝工程、三门峡工程等都采用。只有比较宽阔的通航河道上施工，不允许断航或其他特殊情况下，才采用多段多期导流法(如三峡工程施工导流就采用的是二段三期的导流法)。

分段围堰法导流一般适用于河床宽阔、流量大、施工期较长的工程，尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。这种导流方法的费用较低，国内外一些大、中型水利水电工程采用较广。分段围堰法导流，前期由束窄的原河道导流，后期可利用事先修建好的泄水道导流，常见泄水道的类型有底孔、缺口等。

1.束窄河床导流

束窄河床导流通常用于分期导流的前期阶段，特别是一期导流。其泄水道是被围堰束窄后的河床。当河床覆盖层是深厚的细土粒层时，则束窄河床不可避免地会产生一定的冲刷。对于非通航河道，只要这种冲刷不危及围堰和河岸的安全，一般都是许可的。分期围堰导流方式适用于河流流量大、河槽宽、覆盖层薄的坝址，并与枢纽布置及坝型有关。一期围堰位置应在分析水工枢纽布置、纵向围堰所处地形、地质和水力学条件、施工场地及进入基坑的交通道路等因素后确定。发电、通航、排冰、排沙及后期导流用的永久建筑物宜在第一期施工；河床束窄率(过水面积束窄率)可用40%～60%，但各期工程量应大体平衡。

2.底孔导流

利用设置在混凝土坝体中的永久底孔或临时底孔作为泄水道，是二期导流经常采用的方法。导流时让全部或部分导流流量通过底孔宣泄到下游，保证后期工程的施工。如是临时底孔，则在工程接近完工或需要蓄水时要加以封堵。底孔导流的布置形式如图3.6所示。

采用临时底孔时，底孔的尺寸、数目和布置，要通过相应的水力学计算确定，其中底孔的尺寸在很大程度上取决于导流的任务(过水、过木和过鱼等)，以及水工建筑物结构特点和封堵用闸门设备的类型。底孔的布置要满足截流、围堰工程以及本身封堵的要求。如底坎高程布置较高，截流时落差就大，围堰也高。但封堵时的水头较低，封堵措施就容易。一般底孔的底坎高程应布置在枯水位之下，以保证枯水期泄水。当底孔数目较多时可把底孔布置在不同的高程，封堵时从最低高程的底孔堵起，这样可以减少封堵时所承受的水压力。临时底孔的断面形状多采用矩形，为了改善孔周的应力状况，也可采用有圆角的矩形。按水工结构要求，孔口尺寸应尽量小，但某些工程由于导游流量较大，只好采用尺寸较大的底孔。

底孔导流的优点是挡水建筑物上部的施工可以不受水流的干扰，有利于均衡连续施工，这对修建高坝特别有利。若坝体内设有永久底孔可以用来导流时，更为理想。底孔导流的缺点是:由于坝体内设置了临时底孔，使钢材用量增加；如果封堵质量不好，会削弱坝体的整体性，还有可能漏水；在导流过程中底孔有被漂浮物堵塞的危险；封堵时由于水头较高，安放闸门及止水等均较困难。

3.坝体缺口导流

混凝土坝施工过程中，当汛期河水暴涨暴落，其他导流建筑物不足以宣泄全部流量时，为了不影响坝体施工进度，使坝体在涨水时仍能继续施工，可以在末建成的坝体上预留缺口如图3.7所示，以便配合其他建筑物宣泄洪峰流量，待洪峰过后，上游水位回落，再继续修筑缺口。所留缺口的宽度和高度取决于导流设计流量、其他建筑物的泄水能力、建筑物的结构特点和施工条件。采用底坎高程不同的口单宽流量相差过大，产生高缺口向低缺口的侧向泄流，引起压力控制高低缺口间的高差。根据湖南省柘溪工程的经验，其高差以不修建混凝土坝，特别是大体积混凝土坝时，由于这种导流方法比较简

3.1.1.3　淹没基坑法导流

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。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。这种方法，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。

另外，实际工程中所采用的导流方法和泄水建筑物的型式，除了上面提到的以外，还有其他多种型式。例如在平原河道河床式电站枢纽中，利用电站厂房导流；在有船闸的枢纽中，利用船闸闸室导流等。

3.1.2　导流标准

3.1.2.1　导流时段的划分

在水利工程施工过程中的不同阶段，可以采用不同类型和规模的挡水建筑物与泄水建筑物。这些不同导流方法组合的顺序，通常称为导流程序。按照导流程序划分的各施工阶段的延续时间，一般称为导流时段。在导流设计中具有重要意义的导流时段，通常是指由围堰挡水而保证基坑干地施工的时段，所以也有可称导流时段为挡水时段。导流时段的划分与选择，主要也是指枯水施工时段的选择。

导流时段的划分主要与河道水文特性、枢纽类型、导流方式、施工总进度及工期等有关。从施工角度对全年流量变化过程线所划分出的水文时段，是划分导流时段的基本依据，其目的是研究降低设计流量的可能性与合理性。对导流设计流量的确定而言，导流时段划分主要是指枯水期施工时段的选择，或围堰挡水时段的选择。为了尽量减小导流建筑物的规模，又尽可能争取较长的基坑干地施工时间，必须对若干时段划分方案进行技术经济比较。在拟订方案时，除了认真研究河道水文特性外，还应着重分析围堰挡水期内的基坑工作量与施工控制性进度。一般来说，枯水期应确保正常施工，中水期也是应当争取的。从施工角度划分的水文时段，往往只有洪、枯之分。所谓枯水施工时段，常包括部分或全部中水期在内，并不是严格对应于水文学中的枯水时段。

3.1.2.2　导流方案的选择

一个水利水电枢纽工程的施工，从开工到完建往往不是采用单一的导流方法，而是几种导流方法组合起来配合运用，以取得最佳技术经济效果。这种不同导流时段不同导流方法的组合，通常就称为导流方案。导流方案的选择受各种因素的影响。一个合理的导流方案，必须在周密研究各种影响因素的基础上，拟定几个可能的方案，进行技术经济比较，从中选择技术经济指标优越的方案。

选择导流方案时应考虑的主要因素分述如下:

(1)水文条件。河流的流量大小、水位变化的幅度、全年流量的变化情况、枯水期的长短、汛期洪水的延续时间、冬季的流水及冰冻情况等，均直接影响导流方案的选择。

(2)地形条件。坝区附近的地形条件，对导流方案的选择影响很大。对于河床宽阔的河流，尤其在施工期间有通航、过筏要求的河流，宜采用分段围堰法导流。当河床中有天然石岛或沙洲时，采用分段围堰法导流，更便于导流围堰的布置，特别是纵向围堰的布置。在河段狭窄、两岸陡峻、山岩坚实的地区，宜采用隧洞导流，至于平原河道，河流的两岸或一岸比较平坦，或有河湾、老河道可以利用时，则宜采用明渠导流。

(3)地质及水文地质条件。河道两岸及河床的地质条件对导流方案的选择与导流建筑物的布置有直接影响。若河流两岸或一岸岩石坚硬、风化层薄、且抗压强度足够时，则选用隧洞导流较有利。如果岩石的风化层厚且破碎，或有较厚的沉积滩地，则适合于采用明渠导流。因此，为了更好地进行导流方案的选择，要对地质和水文地质勘测工作提出专门要求。

(4)水工建筑物的型式及其布置。水工建筑物的形式和布置与导流方案选择相互影响，因此在决定水工建筑物形式和布置时，应该同时考虑并拟定导流方案，而在选定导流方案时，则应该充分利用建筑物型式和枢纽布置方面的特点。采用分段围堰法修建混凝土坝枢纽时，应当充分利用水电站与混凝土坝间或混凝土坝溢流段和非溢流段之间隔墙，作为纵向围堰的一部分，以降低导流建筑物的造价。就挡水建筑的形式来说，土坝、土石混合坝和堆石坝的抗冲能力小，除采用特殊措施外，一般不允许从坝身过水，所以多利用坝身以外的泄水建筑物如隧洞、明渠等或坝身范围内的涵管来泄流。这时，通常要求在一个枯水期内将坝身抢筑到拦洪高程以上，以免水流漫顶，发生事故。至于混凝土坝，特别是混凝土重力坝，由于抗冲能力较强，允许流速可达25m/s，故不但可以通过底孔泄流，而且还可以通过未完那部分的坝身过水，使导流方案选择的灵活性大大增加。

(5)施工期间河流的综合利用。施工期间，为了满足通航、筏运、供水、灌溉、渔业或水电站运行等的要求。在施工中后期，水库拦洪蓄水时，要注意满足下游供水、灌溉用水和水电站运行的要求。有时为了保证渔业的要求，还要修建临时的过鱼设施，以便鱼群能正常地回游。

(6)施工进度、施工方法及施工场地布置。水利水电工程的施工进度与导流方案密切相关。通常是根据导流方案安排控制性进度计划。例如，在混凝土坝枢纽中，采用分段围堰施工时，若导流底孔没有建成，就不能截断河床水流和全面修建第二期围堰；若坝体没有达到一定高程和没有完成基础及坝身纵缝接缝灌浆，就不能封堵底孔和水库蓄水等。因此，施工方法、施工进度与导流方案是密切相关的。

(7)导流方案的选择与施工场地的布置亦相互影响。例如，在混凝土坝施工中，将混凝土生产系统所在的一岸作为第一期工程，因为这样两岸施工交通运输问题比较容易解决。

在选择导流方案时，除了综合考虑以上各方面因素以外，还应使主体工程尽可能及早发挥效益，简化导流程序，降低导流费用，使导流建筑物既简单易行，又适用可靠。导流方案的比较选择，应在同精度、同深度的几种可行性方案中进行。首先研究分析采用何种导流方法，然后再研究什么类型，在此全面分析的基则上，排除明显不合理的方案，保留可行的方案或可能的组合方案。

3.1.2.3　导流标准

导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，以洪水重现期为指标。我国所采用的导流标准，按现行规范《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ 303—2004)，需根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限和工程规模等指标，将导流建筑物划分为Ⅲ～Ⅴ级，见表3.1，再根据导流建筑物的级别和类型，按表3.2选定相应洪水标准。

导流建筑物级别与设计洪水重现期的关系见表3.2。

3.1.2.4　导流设计流量的确定

根据历年的流量资料经过PⅢ适线法计算而来。

水利水电工程的设计中，需要根据工程的规模，确定其防洪标准。在设计报告里需要对坝(闸)址的流量资料进行统计，最后确定设计频率洪水的大小，同时也要确定施工期洪水的大小。导流设计流量就是施工期设计流量，它要根据施工期的时间(几月至几月，是否跨越汛期等)和设计标准来确定。

计算施工设计洪水时，分期既要考虑工程的设计要求，又要使起讫时期基本符合洪水的变化规律及成因特点，分期不宜太短，一般以不短于1个月为宜。施工洪水系列一般由分期时段内选取的该期内最大值组成。期内最大值也可适当跨期选取，跨期不宜超过5～ 10日，但跨期选样计算的分期洪水不应跨期使用。

导流设计流量的大小，取决于导流设计的洪水频率标准和导流时段。在同一导流时段内导流设计标准愈高导流设计流量就愈大，在同一导流设计标准内洪水期的流量要大于枯水期的流量，通常将导流时段内的最大值作为导流设计流量。

对于不过水围堰，如果围堰需全年挡水，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。导流挡水与泄水建筑物的设计流量相同。

对于低水围堰，按挡水时段内同频率洪水作为围堰和该时段导流泄水建筑物的设计流量。

对于过水围堰，过水围堰的特点是既挡水又过水，其工作条件包括挡水与过水两种工况(类似于溢流坝)。过水情况下的设计标准，显然应与一般不过水围堰挡全年洪水时的标准相同。此标准主要用于堰体稳定分析和结构计算，也用于所有导流泄水道的过水能力校核。挡水情况下的设计标准，一般以枯水期不过水为原则。但具体选用什么样的挡水流量，应通过技术经济比较才能决定。

3.1.3　围堰工程

围堰是导流工程中临时的挡水建筑物，用来围护施工中的基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务结束后，如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予拆除。

水利水电工程中经常采用的围堰，按其所使用的材料，可以分为土石围堰、混凝土围堰、钢板桩格型围堰和草土围堰等。按围堰与水流方向的相对位置，可分为横向围堰和纵向围堰。按导流期间基坑淹没条件，可以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，还要满足围堰顶过水的专门要求。

1.土石围堰

土石围堰是水利水电工程中采用最为广泛的一种围堰形式，是用当地材料填筑而成的围堰，不仅可以就地取材和充分利用开挖弃料作围堰填料，而且构造简单，施工方便，易于拆除，工程造价低，可以在流水中、深水中、岩基或有覆盖层的河床上修建。但其工程量较大，堰身沉陷变形也较大。因土石围堰断面较大，一般用于横向围堰，但在宽阔河床的分期导流中，如果围堰束窄河床增加的流速不大，也可作为纵向围堰，但需注意防冲设计，以保围堰安全。土石围堰见图3.8。

土石围堰的设计与土石坝基本相同，但其结构形式在满足导流期正常运行的情况下应力求简单，便于施工。

2.混凝土围堰

混凝土围堰的抗冲与抗渗能力强，挡水水头高，底宽小，易于与永久混凝土建筑物相连接，必要时还可以过水，因此采用的比较广泛。在国外，采用拱形混凝土围堰的工程较多。近年，国内贵州省的乌江渡、湖南省凤滩等水利水电工程也采用过拱形混凝土围堰作为横向围堰，但多数还是以重力式围堰作纵向围堰，如我国的三门峡、丹江口、三峡工程的混凝土纵向围堰均为重力式混凝土围堰。混凝土围堰断面示意图见图3.9。

(1)拱形混凝土围堰。一般适用于两岸陡峻、岩石坚实的山区河流，常采用隧洞及允许基坑淹没的导流方案。通常围堰的拱座是在枯水期的水面以上施工的。对围堰的基础处理，当河床的覆盖层较薄时需进行水下清基，若覆盖层较厚，则可灌注水泥浆防渗加固。堰身的混凝土浇筑则要进行水下施工，因此，难度较高。在拱基两侧要回填部分砂砾料以利灌浆，形成阻水帷幕。拱形混凝土围堰由于利用了混凝土抗压强度高的特点，与重力式相比，断面较小，可节省混凝土工程量。

(2)重力式混凝土围堰。采用分段围堰法导流时，重力式混凝土围堰往往可兼作第一期和第二期纵向围堰，两侧均能挡水，还能作为永久建筑物的一部分，如隔墙、导墙等。

重力式围堰可做成普通的实心式，与非溢流重力坝类似；也可做成空心式，如三门峡工程的纵向围堰。纵向围堰需抗御高速水流的冲刷，所以一般均修建在岩基上。为保证混凝土的施工质量，一般可将围堰布置在枯水期出露的岩滩上。如果这样还不能保证干地施工，则通常需另修土石低水围堰加以围护。重力式混凝土围堰现在有普遍采用碾压混凝土浇筑的趋势，如三峡工程三期游横向围堰及纵向围堰均采用碾压混凝土。

3.钢板桩格型围堰

钢板桩格型围堰是重力式挡水建筑物，由一系列彼此相接的格体构成，按照格体的平面形状，可分为筒形格体、扇形格体和花瓣形格体。这些形式适用于不同的挡水高度，应用较多的是圆筒形格体。它是由许多钢板桩通过锁口互相连接而成为格形整体，见图3.10。钢板桩的锁口有握裹式、互握式和倒钩式三种。格体内填充透水性强的填料，如砂、砂卵石或石渣等。在向格体内进行填料时，必须保持各格体内的填料表面大致均衡上升，因高差太大会使格体变形。

钢板桩格型围堰具有坚固、抗冲、抗渗、围堰断面小，便于机械化施工；钢板桩的回收率高，可达70%以上；尤其适用于束窄度大的河床段作为纵向围堰，但由于需要大量的钢材，且施工技术要求高，我国目前仅应用于大型工程中。其平面形式见图3.11。

圆筒形格体钢板桩围堰，一般适用的挡水高度小于18m，可以建在岩基上或非岩基上，也可作为过水围堰用。圆筒形格体钢板桩围堰的修建由定位、打设模架支柱、模架就位、安插钢板桩、打设钢板桩、填充料渣、取出模架及其支柱和填充料碴到设计高程等工序组成。圆筒形格体钢板桩围堰一般需在流水中修筑，受水位变化和水面波动的影响较大，施工难度较大。

4.草土围堰

草土围堰是一种以麦草、稻草、芦柴、柳枝和土为主要原料的草土混合结构，我国运用它已经有两千多年的历史。这种围堰主要用于黄河流域的渠道春修堵口工程中，新中国成立后，在青铜峡、盐锅峡、八盘峡等工程中，以及南方的黄坛口工程中均得到应用。草土围堰施工简单，速度快、取材容易、造价低、拆除也方便，具有一定的抗冲、抗渗能力，堰体的容重较小，特别适用于软土地基。但这种围堰不能承受较大的水头，所以仅限水深不超过6m、流速不超过3.5m/s，使用期两年以内的工程。草土围堰的施工方法比较特殊，就其实质来说也是一种进占法。按其所用草料型式的不同，可以分为散草法、捆草法、埽捆法三种。按其施工条件可分为水中填筑和干地填筑两种。由于草土围堰本身的特点，水中填筑质量比干填法容易保证，这是与其他围堰所不同的，实践中的草土围堰，普遍采用捆草法施工，见图3.12。

3.1.4　围堰的平面布置及堰顶高程的确定

3.1.4.1　围堰的平面布置

围堰的平面布置主要包括堰内基坑范围确定和分期导流纵向围堰布置两个问题。

1.围堰内基坑范围确定

堰内基坑范围大小主要取决于主体工程的轮廓和相应的施工方法。当采用一次拦断法导流时，围堰基坑是由上、下游围堰和河床两岸围成的。当采用分期导流时，围护基坑是由纵向围堰与上下游横向围堰围成。在上述两种情况下，上下游横向围堰的布置，都取决于主体工程的轮廓。通常基坑坡趾距离主体工程轮廓的距离，不应小于20～30m，以便布置排水设施、交通运输道路、堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时，基坑坡趾距离主体工程轮廓的距离，一般不小于2.0m，以便布置排水导流系统和堆放模板，如果无此要求，只需留0.4～0.6m。实际工程的基坑形状和大小往往是很不相同的。有时可以利用地形以减少围堰的高度和长度；有时为照顾个别建筑物施工的需要，将围堰轴线布置成折线形；有时为了避开岸边较大的溪沟，也采用折线布置。为了保证基坑开挖和主体建筑物的正常施工，基坑范围应当留有一定富余。

2.分期导流纵向围堰布置

在分期导流方式中，纵向围堰布置是施工中的关键问题，选择纵向围堰位置，实际上就是要确定适宜的河床束窄度。束窄度就是天然河流过水面积被围堰束窄的程度，一般可用下式表示:

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、基岩露头等，都是可供布置纵向围堰的有利条件，这些部位便于施工，并有利于防冲保护。例如，三门峡工程曾巧妙地利用了河心的几个礁岛布置纵、横围堰如图3.13所示。葛洲坝工程施工初期，也曾利用江心洲葛洲坝作为天然的纵向围堰。三峡工程利用江心洲三斗坪作为纵向围堰的一部分。

(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作为纵向围堰的一部分。例如，葛洲坝工程就是利用厂闸导墙，三峡、三门峡、丹江口等工程则利用厂坝导墙作为二期纵向围堰的一部分。

(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。对于非通航河道，如河床易冲刷，一般均允许河床产生一定程度的变形，只要能保证河岸、围堰堰体和基础免受淘刷即可。束窄流速常可允许达到3m/s左右，岩石河床允许束窄度主要视岩石的抗冲流速而定。对于一般性河流和小型船舶，当缺乏具体研究资料时，可参考以下数据:当流速小于2.0m/s时，机动木船可以自航，当流速小于3.0～3.5m/s，且局部水面集中落差不大于0.5m时，拖轮可自航，木材流放最大流速可考虑为3.5～4.0m/s。

(4)导流过水要求。进行一期导流布置时，不但要考虑束窄河道的过水条件，而且还要考虑二期截流与导流的要求。主要应考虑的问题是，一期基坑中能否布置下渲泄二期导流流量的泄水建筑物，由一期转入二期施工时的截流落差是否太大。

(5)施工布局的合理性。各期基坑中的施工强度应尽量均衡。一期工程施工强度可比二期低些，但不宜相差太悬殊。如有可能，分期分段数应尽量少一些。导流布置应满足总工期的要求。

以上五个方面，仅仅是选择纵向围堰位置时应考虑的主要问题。如果天然河槽呈对称形状，没有明显有利的地形地质条件可供利用时，可以通过经济比较方法选定纵向围堰的适宜位置，使一、二期总的导流费用最小。分期导流时，上、下游围堰一般不与河床中心线垂直，围堰的平面布置常呈梯形，既可使水流顺畅，同时也便于运输道路的布置和衔接。当采用一次拦断法导流时，上、下游围堰不存在突出的绕流问题，为了减少工程量，围堰多与主河道垂直。纵向围堰的平面布置形状，对于过水能力有较大影响。但是，围堰的防冲安全，通常比前者更重要。实践中常采用流线型和挑流式布置。

3.1.4.2　围堰堰顶高程的确定

围堰堰顶高程的确定，不仅取决于导流设计流量和导流建筑物的型式、尺寸、平面位置、高程和糙率等，而要考虑到河流的综合利用和主体工程工期。

上游围堰的堰顶高程:

下游围堰堰顶高程:

围堰拦蓄一部分水流时，则堰顶高程应通过水库调洪计算来确定。纵向围堰的堰顶高程，要与束窄河床中宣泄导流设计流量时的水面曲线相适应，其上下游顶部分别与上下游围堰同高，所以其顶面往往做成倾斜状。

3.1.5施工截流

在水利水电工程建设的施工导流过程中，当导流泄水建筑物建成后，应抓住有利时机，迅速截断原河床水流，迫使河水经完建的导流泄水建筑物下泄，然后在河床中全面展开主体建筑物的施工，这就是施工截流。

3.1.5.1　施工截流的基本程序

在施工截流的过程中，基本程序一般是先在河床的一侧或两侧向河床中填筑截流戗堤，逐步缩窄河床，称为进占。戗堤进占到一定程度，河床束窄，形成流速较大的泄水缺口称为龙口。为了保证龙口两侧堤端和底部的抗冲稳定，通常采用工程防护措施，如抛投大块石、铅丝笼等，这种防护堤端称为裹头。封堵龙口的工作叫合龙。合龙以后，龙口段及戗堤本身仍然漏水，必须在戗堤全线设置防渗措施，这一工作称为闭气。所以整个截流过程包括戗堤进占、龙口裹头及护底、合龙、闭气等四项工作。截流后，对戗堤进一步加高培厚，修筑成设计围堰。

由此可见，截流在施工中占有重要地位，如不能按时完成，就会延误整个建筑物施工，河槽内的主体建筑物就无法施工，甚至可能拖延工期一年，所以在施工中常将截流作为关键性工程。为了截流成功，必须充分掌握河流的水文、地形、地质等条件，掌握截流过程中水流的变化规律及其影响。做好周密的施工组织，在狭小的工作面上用较大的施工强度在较短的时间内完成截流。

3.1.5.2　截流的基本方法

施工截流的基本方法可分为平堵法、立堵法及综合方式三种。

1.立堵法

所谓立堵法截流是将截流材料从龙口一端或两端向中间抛投进占，逐渐束窄河床，直至全部拦断。立堵法截流不需架设浮桥，准备工作比较简单，造价较低。但截流时水力条件较为不利，龙口单宽流量较大，出现的流速也较大，同时水流绕截流戗堤端部使水流产生强烈的立轴漩涡，在水流分离线附近造成紊流，易造成河床冲刷，且流速分布很不均匀，需抛投单个重量较大的截流材料。截流时由于工作前线狭窄，抛投强度受到限制。立堵法截流示意图见图3.14。

立堵法截流适用于大流量、岩基或覆盖层较薄的岩基河床，对于软基河床应采用护底措施后才能使用。立堵法截流又分为单戗、双戗和多戗立堵截流，单戗适用于截流落差不超过3m的情况。

2.平堵法

所谓平堵法截流是沿整个龙口宽度全线抛投，抛投料堆筑体全面上升，直至露出水面。这种方法的龙口一般是部分河宽，也可以是全河宽。因此，合龙前必须在龙口架设浮桥，由于它是沿龙口全宽均匀地抛投，所以其单宽流量小，出现的流速也较小，需要的单个材料的重量也较轻，抛投强度较大，施工速度快，但有碍于通航。平堵法适用于软基河床，河流架桥方便且对通航影响不大的河流。平堵法示意图见图3.15。

3.综合方式

为了充分发挥平堵水力学条件较好的优点，同时又降低架桥的费用，有的工程采用先立堵，后在栈桥上平堵的方式。苏联布拉茨克水电站，在截流流量3600m3/s、最大落差3.5m的条件下，采用先立堵进占，缩窄龙口至100m，然后利用管柱栈桥全面平堵合龙。多瑙河上的铁门工程，经过方案比较，决定采取立、平堵方式，立堵进占结合管柱栈桥平堵。立堵段首先进占，完成长度149.5m，平堵段龙口100m，由栈桥上抛投完成截流，最终落差达3.72m。

对于软基河床，单纯立堵易造成河床冲刷，采用先平抛护底，再立堵合龙，平抛多利用驳船进行。我国青铜峡、丹江口、大化及葛洲坝等工程均采用此法，三峡工程在二期大江截流时也采用了该方法，取得了满意的效果。由于护底均为局部性，故这类工程本质上同属立堵法截流。

除了以上三种常见的截流方法，还有其他截流方法，如爆破截流、下闸截流、浮运沉箱、沉船、水力冲填。每种截流方法都有一定的适用条件，根据我国的国情及国内外截流的发展趋势，一般情况下应优先考虑立堵法。如果河床易冲刷，可先平抛护底；如果河床基岩面过光滑，可先平抛一些抗冲性能好的材料加糙河床；如果龙口处有深坑或水深过大，可适当平抛一部分。

3.1.5.3　截流设计的原则

1.截流时间及设计流量的确定

截流日期的选择，应该是既要把握截流时机，选择在最枯流量时段进行；又要为后续的基坑工作和主体建筑物施工留有余地，不致影响整个工程的施工进度。

(1)截流以后，需要继续加高围堰，完成排水、清基处理等大量基坑工作，并应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上。为了保证这些工作的完成，截流日期应尽量提前。

(2)在通航的河流上进行截流，截流日期最好选择在对航运影响较小的时段内。因为截流过程中，航运必须停止，即使船闸已经修好，但因截流时水位变化较大，亦需停航。

(3)在北方有冰凌的河流上，截流不应在流冰期进行。因为冰凌容易堵塞河道或导流泄水建筑物，壅高上游水位，给截流带来极大困难。

此外，在截流开始前，应修好导流泄水建筑物，并做好过水准备。如清除影响泄水建筑物运用的围堰或其他设施，开挖引水渠，完成截流所需的一切材料、设备、交通道路的准备等。据上所述，截流日期一般多选在枯水期初，流量已有明显下降的时候，而不一定选在流量最小的时刻。但是，在截流设计时，根据历史水文资料确定的枯水期和截流流量与截流时的实际水文条件往往有一定出入。因此，在实际施工中，还需根据当时的水文气象预报及实际水情分析进行修正，最后确定截流日期。龙口合龙所需的时间往往是很短的，一般从数小时到几天。为了估计在此时段内可能发生的水情，做好截流的准备，需选择合理的截流设计流量。一般可按工程的重要程度选用截流时期内10%～20%频率的旬或月平均流量。如水文资料不足，可用短期的水文观测资料或根据条件类似的工程来选择截流设计流量。无论用什么方法确定截流设计流量，都必须根据当时实际情况和水文气象预报加以修正，按修正后的流量进行各项截流的准备工作，作为指导截流施工的依据。

2.龙口位置与宽度

龙口在截流戗堤的轴线上，戗堤轴线应根据河床和两岸地形、地质、交通条件、主流流向、通航、过木要求等因素综合分析选定，戗堤宜为围堰堰体组成部分。一旦截流戗堤轴线确定后，即可确定龙口位置，龙口布置位置应视具体情况而定。从地形方面，龙口周围应宽阔，距临时堆料场较近，且有足够的回车场地，以保证运输方便；从地质方面考虑，应力求将龙口布置在覆盖层较薄的部位，或有天然岛礁作裹头的部位，以抗水流冲刷；从水流条件考虑，龙口应设置在正对主流处，以利洪水宣泄。

龙口宽度的确定，主要取决于戗堤束窄河床后形成的水力条件，对龙口底部和两侧裹头部位的冲刷影响，截流期通航河流对通航安全的要求。合理的龙口宽度应是满足龙口水力及通航条件的最小宽度。若龙口段河床覆盖层抗冲能力低，可预先在龙口段抛石或抛铅丝笼护底，增大糙率和抗冲能力，减少合龙工作量，降低截流难度。

3.1.5.4　截流材料及备料量

1.截流材料尺寸

在截流中，合理选择截流材料的尺寸或重量，对于截流的成败和截流费用的节省具有重大意义。截流材料的尺寸或重量取决于龙口的流速。各种不同材料的适用流速，立堵截流时截流材料抵抗水流冲动的流速，可按下式估算。

2.截流材料类型

截流材料类型的选择，主要取决于截流时可能发生的流速及开挖、起重、运输设备的能力，一般应尽可能就地取材。国内外大江大河截流的实践证明，块石是截流的最基本材料。此外，当截流水力条件较差时，还必须使用人工块体，如混凝土六面体、四面体、四脚体及钢筋混凝土构架等。

3.备料量

备料量的计算，可按设计戗堤体积为准，另外还得考虑各项损失。平堵截流的设计戗堤体积计算比较复杂，需按戗堤不同阶段的轮廓计算。立堵截流戗堤断面为梯形，设计戗堤体积计算比较简单。戗堤顶宽视截流施工需要而定，通常取10～18m者较多，可保证2～3辆汽车同时卸料。

备料量的多少取决于对流失量的估计，实际工程的备料量与设计用量之比多在1.3～ 1.5之间，个别工程达到2.0。例如，铁门工程达到1.35，青铜峡工程采用1.5，实际合龙后还剩下很多材料。因此，初步设计时备料系数不必取得过大，实际截流前夕，可根据水情变化适当调整。

3.1.6　基坑排水

当围堰合龙闭气后，应立即进行排除基坑内的积水和渗水，以保证基坑开挖、地基处理和建筑物施工的正常进行。基坑积水的排除称为初期排水，以后基坑开挖及建筑物基础施工过程中排水称为经常性排水。初期排水采用明排法，经常性排水则有明排法和人工降低地下水位两种。中小型水利水电工程在经常性排水中，一般采用明排法，这种方法简单，易于操作。

3.1.6.1　初期排水

基坑积水主要是指围堰闭气后存于基坑内的水体，还要考虑排除积水过程中从围堰及地基渗入基坑的水量和降雨。初期排水的流量是选择水泵数量的主要依据，应根据地质情况、工期长短、施工条件等因素确定。初期排水流量可按下式估算:

初期排水时间与积水深度和允许的水位下降速度有关。如果水位下降太快，围堰边坡土体的动水压力过大，容易引起坍坡；如水位下降太慢，则影响基坑开挖工期。基坑水位下降的速度一般控制在0.5～1.5m/d为宜。在实际工程中，应综合考虑围堰型式、地基特性及基坑内水深等因素而定。对于土围堰，水位下降速度应小于0.5m/d。

根据初期排水流量即可确定水泵工作台数，并考虑一定的备用量。水利工地常用离心泵或潜水泵。为了运用方便，可选择容量不同的水泵，组合使用。水泵站一般布置成固定式或移动式两种，当基坑水深较大时，采用移动式。

3.1.6.2　经常性排水

当基坑积水排除后，立即进行经常性排水。对于经常性排水，主要是计算基坑渗流量，确定水泵工作台数，布置排水系统。

1.排水系统布置

经常性排水通常采用明式排水，排水系统包括排水干沟、支沟和集水井等。一般情况下，排水系统分为两种情况，一种是基坑开挖中的排水，另一种是建筑物施工过程中的排水。基坑开挖中的排水是根据土方分层开挖的要求，分次下降水位，通过不断降低排水沟高程，使每一个开挖土层呈干燥状态。排水系统排水沟通常布置在基坑中部，以利两侧出土；当基坑较窄时，将排水干沟布置在基坑上游侧，以利于截断渗水。沿干沟垂直方向设置若干排水支沟。基础范围外布置集水井，井内安设水泵，渗水进入支沟后汇入干沟，再流入集水井，由水泵抽出坑外。建筑物施工过程中的排水目的是控制水位低于坑底高程，保证施工在干地条件下进行。排水沟通常布置在基坑四周，离开基础轮廓线不小于0.3～ 1.0m。集水井离基坑外缘的距离必须大于集水井深度。排水沟的底坡一般不小于2‰，底宽不小于0.3m，沟深为:干沟1.0～1.5m，支沟为0.3～0.5m。集水井的容积应保证水泵停止运转10～15min井内的水量不致漫溢。井底应低于排水干沟底1～2m。经常性排水系统布置如图3.16所示。

2.经常性排水流量

经常性排水的排水量包括围堰和基坑的渗水、降水、地层含水、地基岩石冲洗及混凝土养护用弃水等。关于围堰和基坑渗透流量的计算，在水力学、水文地质等课程中均有介绍。降水量可按抽水时段内最大日降雨量在当天抽干计算。地基岩石冲洗所用弃水，由于用水不多，可以忽略不计；混凝土养护所用弃水，可近似地按每方混凝土每次用水5L、每天养护8次计算。但降水和施工弃水不应叠加。

排水水泵根据流量及扬程选择，并考虑一定的备用量。

3.1.6.3　人工降低地下水位

经常性排水过程中，为了保持基坑开挖工作始终在干地进行，常常要多次降低排水沟和集水井的高程，变换水泵站的位置，影响开挖工作的正常进行。此外，在开挖细砂土、砂壤土一类地基时，随着基坑底面的下降，坑底与地下水位的高差愈来愈大，在地下水渗透压力作用下，容易产生边坡脱滑、坑底隆起等事故，甚至危及临近建筑物的安全，对开挖工作带来不良影响。

采用人工降低地下水位，可以改变基坑内的施工条件，防止流沙现象的发生，基坑边坡可以陡些，从而可以大大减少挖方量。人工降低地下水位的基本做法是:在基坑周围钻设一些井，地下水渗入井中后，随即被抽走，使地下水位线降到开挖的基坑底面以下，一般应使地下水位降到基坑底部0.5～1.0m处。

人工降低地下水位的方法按排水工作原理可分为管井法和井点法两种。管井法是单纯重力作用排水，适用于渗透系数为10～250m/d的土层；井点法还附有真空或电渗排水的作用，适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层。

1.管井法降低地下水位

管井法降低地下水位时，在基坑周围布置一系列管井，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。管井法降低地下水位时，需先设置管井，管井通常由下沉钢井管而成，在缺乏钢管时也可用木管或预制混凝土管代替。

井管的下部安装滤水管节(滤头)，有时在井管外还需设置反滤层，地下水从滤水管进入井内，水中的泥沙则沉淀在沉淀管中。滤水管是井管的重要组成部分，其构造对井的出水量和可靠性影响很大，要求它过水能力大，进入的泥沙少，有足够的强度和耐久性。

井管埋设可采用射水法、振动射水法及钻孔法下沉。射水下沉时，先用高压水冲土下沉套管，较深时可配合振动或锤击(振动水冲法)，然后在套管中插入井管，最后在套管与井管的间隙中间填反滤层并拔套管，反滤层每填高一次便拔一次套管，逐层上拔，直至完成。

管井中抽水可应用各种抽水设备，但主要的是普通离心式水泵、潜水泵或深井水泵，分别可降低水位3～6m、6～20m和20m以上，一般采用潜水泵较多。用普通离心式水泵抽水，由于吸水高度的限制，当要求降低地下水位较深时，要分层设置管井，分层进行排水。

在要求大幅度降低地下水位的深井中抽水时，最好采用专用的离心式深井水泵。每个深井水泵都是独立工作，井的间距也可以加大。深井水泵一般深度大于20m，排水效果高，需要井数少。

2.井点法降低地下水位

井点法和管井法不同，它把井管和水泵的吸水管合而为一，简化了井的构造。井点法降低地下水位的设备，根据其降深能力分轻型井点(浅井点)和深井点等。其中最常用的轻型井点，轻型井点是由井管、集水总管、普通离心式水泵、真空泵和集水箱等设备所组成的一个排水系统，如图3.17所示。

轻型井点系统的井点管为ϕ38～50mm的无缝钢管，间距为0.6～1.8m，最大可到3.0m。地下水从井管下端的滤水管借真空泵和水泵的抽吸作用流入管内，沿井管上升汇入集水总管，流入集水箱，由水泵排出。

轻型井点系统开始工作时，先开动真空泵，排除系统内的空气，待集水井内的水面上升到一定高度后，再启动水泵排水。水泵开始抽水后，为了保持系统内的真空度，仍需真空泵配合水泵工作。这种井点系统也叫真空井点。井点系统排水时，地下水位的下降深度，取决于集水箱内的真空度与管路的漏气和水位损失。一般集水箱内真空度80k Pa，相应的吸水高度为5～8m，扣除各种损失后，地下水位的下降度深为4～5m。当要求地下水位降低的深度超过4～5m时，可以像管井一样分层布置井点，每层控制范围3～4m，但以不超过3层为宜。分层太多，基坑范围内管路纵横，妨碍交通。影响施工，同时也增加挖方量，而且当上层井点发生故障时，下层水泵能力有限，地下水位回升，基坑有被淹没的可能。

真空井点抽水时，在滤水管周围形成一定的真空梯度，加速了土的排水速度，因此即使在渗透系数小到0.1m/d的土层中，也能进行工作。布置井点系统时，为了充分发挥设备能力，集水总管、集水管和水泵应尽量接近天然地下水位。当需要几套设备同时工作时，各套总管之间最好接通，并安装开关，以便相互支援。井管的安设，一般用射水法下沉。距孔口1.0m范围内，应用黏土封口，以防漏气。排水工作完成后，可利用杠杆将井管拨出。

深井点与轻型井点不同，它的每一根井管上都装有扬水器(水力扬水器或压气扬水器)，因此它不受吸水高度的限制，有较大的降深能力。深井点有喷射井点和扬水井点两种，喷射井点由集水池、高压水泵、输水干管和喷射井管等组成。通常一台高压水泵能为30～35个井点服务，其最适宜的降水位范围为5～18m。喷射井点的排水效率不高，一般用于渗透系数为3～50m/d，渗流量不大的场合。压气扬水井点是用压气扬水器进行排水。排水时压缩空气由输气管送来，由喷气装置进入扬水管，于是，管内容重较轻的水气混合液在管外水压力的作用下，沿水管上升到地面排走。为达到一定的扬水高度，就必须将扬水管沉入井中并达到足够的潜没深度，使扬水管内外有足够的压力差。压气扬水井点降低地下水位最大可达40m。

3.1.7　拦洪度汛与封堵蓄水

坝体拦洪度汛与导流临时泄水建筑物的封堵蓄水，是中后期施工导流的重要问题，也是施工总进度计划中的两个控制性环节。当临时围堰作用失效后，坝体在施工后期，能否按预定计划封堵蓄水，将决定整个工程如期受益的问题。因此，拦洪度汛与封堵蓄水也是导流设计的重要组成部分。

3.1.7.1　拦洪度汛的方法措施

根据施工进度安排，汛期到来之前若坝体不可能修筑到拦洪高程时，必须考虑拦洪度汛措施，尤其当主体建筑物为土坝或堆石坝且坝体填筑又相当高时，更应给予足够的重视，因为一旦坝身过水，就会造成严重的溃坝后果。

1.混凝土坝的拦洪度汛

混凝土坝一般是允许过水的，若坝身在汛期前不可能浇筑到拦洪高程，为了避免坝身过水时造成停工，可以在坝面上预留缺口以度汛，待洪水过后再封填缺口，全面上升。此外，如果根据混凝土浇筑进度安排，虽然在汛前坝身可以浇筑到拦洪高程，但一些纵向施工缝尚未灌浆封闭时，可考虑用临时断面挡水。在这种情况下，必须提出充分论证，采取相应措施，以消除应力恶化的影响。如拓溪工程的大头坝为提前挡水就采用了调整纵缝位置、提高初期灌浆高程和改变纵缝形式等措施，以改善坝体的应力状态。

2.土石坝拦洪度汛措施

土坝、堆石坝一般是不允许过水的。若坝身在汛期前不可能填筑到拦洪高程时，一般可以考虑采用降低溢洪道高程、设置临时溢洪道并用临时断面挡水，或经过论证采用临时坝体保护过水等措施。

(1)采用临时断面挡水时，见图3.18，应考虑以下因素。

1)临时断面顶部应有足够的宽度，以便在紧急情况下仍有余地抢筑子堰，确保安全。

2)临时断面的边坡应保证稳定，其安全系数一般应不低于正常设计标准。为防止施工期间由于暴雨冲刷和其他原因而坍坡，必要时应采取简单的防护措施和排水措施。

3)心墙坝的防渗体一般不允许采用临时断面。

4)上游垫层和块石护坡应按设计要求筑到拦洪高程，否则应考虑临时的防护措施。

下游坝体部位，为满足临时断面的安全要求，基础清理完毕后，应按全断面填筑几米后再收坡，必要时应结合反滤排水设施统一安排考虑。

(2)采用临时坝面过水时，应考虑以下因素。

1)为保证过水坝面下游边坡的稳定，应加强保护或做成专门的溢流堰，例如利用反滤体加固后作为过水坝面溢流堰体等，并应注意堰体下游的防冲保护。

2)靠近岸边的溢流体堰顶高程应适当抬高，以减小坝面单宽流量，减轻水流对岸披的冲刷。

3)坝面高程一般应低于溢流堰体顶0.5～2.0m或做成反坡式坝面，以避免过水坝面的冲淤。

4)根据坝面过流条件，合理选择坝面保护型式，防止淤积物渗入坝体，特别注意防渗体、反滤层等的保护。必要时上游设置拦污设施，防止漂木、杂物淤积坝面，撞击下游边坡。

3.1.7.2　初期蓄水

大型水利水电枢纽的工程量大，工期长，为了满足国民经济发展需要，往往采取边施工边蓄水，以便使枢纽提前受益的办法。国内已建的许多大型工程，如新安江、拓溪、乌江渡、丹江口和葛洲坝等均在施工期间开始蓄水。能否在施工期开始蓄水，起控制作用的因素是枢纽施工总进度计划。因为施工期蓄水前，大部分单项工程均应竣工或达到蓄水要求的程度，初期发挥效益的主体建筑物必须形成需要的规模。开始蓄水时，有关建筑物还应达到相应的防洪标准。蓄水后，全部工程应能顺利施工完建。在施工总进度计划中，对这些工作均应做出明确安排。采用分期导流的大流量、低水头枢纽，还可能利用围堰挡水提前发电受益。例如，葛洲坝工程利用二期上游围堰挡水发电和通航，就取得了巨大的经济效益。

水库施工期蓄水又称初期蓄水，通常是指临时导流建筑物封堵后至水库开始发挥效益为止的阶段。所谓水库开始发挥效益，一般是指达到发电或灌溉所要求的最低水位。进行初期蓄水规划时，必须考虑河道综合利用要求，合理扣除下游供水量。由于下游通航、灌溉、发电、工业用水和城镇居民生活用水多属重复利用，所以，不能将各部门用水量简单叠加，而应进行综合分析。

初期蓄水计算的主要内容有两点，第一是蓄水历时计算，据此确定临时泄水建筑物的最迟封堵日期；第二是校核库水位上升过程中大坝施工的安全性，据此拟定大坝施工进度及后期渡汛措施。对于混凝土坝，主要是拟定大坝浇筑的控制性进度计划和坝体接缝灌浆的进程。对于蓄水历时计算，常采用频率法或典型年法。采用频率法时，一般取保证率为75%～85%的流量。根据控制性进度计划上的初期发电日期或其他投产日期，按照计算出的蓄水历时，可得导流孔洞的封堵日期。如果已知封堵日期恰值洪水期，则应进一步研究洪水期封堵的可能性与合理性。一般来说，因洪水期封堵非常困难且技术复杂，故多改变为枯水期封堵，相应地调整坝体施工进度。

封堵蓄水后，必须校核坝体安全上升高程，要求各月末坝体前沿最低高程达到下月最高水位以上。除了不能让坝体过水外，还应校核临时挡水断面的稳定和应力。对于混凝土坝，为了不给后续工程施工造成困难和不良后果，校核坝体上升高程时，还要考虑预留不灌缝的高度，纵缝灌浆和坝体封拱灌浆均应达到相应高程。施工期蓄水前，坝前水库已具有一定库容，但枢纽尚未达到最终设计泄洪能力，在计算坝前水位和校核防洪渡汛安全时，应考虑水库调蓄作用。

3.1.7.3　封堵技术

导流用临时泄水建筑物封堵时的设计流量，应根据河流水文特征及封堵条件进行选择，一般可选用封堵期10～20年一遇月或旬的平均流量，也可根据实测水文资料分析确定。封孔日期与初期蓄水计划有关，一般均在枯水期进行。最常用的封堵方式是首先下闸封孔，然后浇筑封堵混凝土塞。

1.下闸封孔

常用的封孔闸门有钢闸门、钢筋混凝土迭梁闸门、钢筋混凝土整体闸门等。我国新安江和柘溪工程的导流底孔封堵，成功地利用了多台5～10t的手摇绞车，顺利沉放了重达321t和540t的钢筋混凝土整体闸门，如图3.19所示。这种方式断流快，水封好，只要起吊下放时掌握平衡，下沉比较方便，不需重型运输起吊设备，特别在库水位上升较快的工程中，最后封孔时被广泛采用。

闸门安放以后，为了加强闸门的水封防渗效果，在闸门槽两侧填以细粒矿渣并灌注水泥砂浆，在底部填筑黏土麻包，并在底孔内把闸门与坝面之间的金属承压板互相焊接。

2.浇筑混凝土塞

导流用底孔一般为坝体的一部分，因此封堵时需要全孔堵死，而导流用的隧洞或涵管则并不需要全洞堵死，常浇筑一定长度的混凝土塞，就足以起永久挡水作用。混凝土塞的最小长度可根据极限平衡条件确定。当导流隧洞的断面积较大时，混凝土塞的浇筑必须考虑降温措施，不然产生的温度裂缝会影响其止水质量。例如美国新伯拉斯巴坝的导流隧洞封堵，在混凝土塞中央部位设有冷却和灌浆用坑道，底部埋有冷却水管，待混凝土塞的平均温度降至12.8℃时进行接触灌浆，以保证混凝土塞与围岩的连接。

当临时泄水建筑物封堵以后，在一段时间内还有两个问题值得注意，一是下游工农业生产用水和居民生活用水如何解决；二是虽然封堵工程多选在洪水期后，但封堵以后万一发生意外大水，而溢洪道工程又未完成，则将出现紧张被动局面。故在提出封堵措施的同时，应对下游供水和预防意外大水作出相应的考虑和安排。

项目实施:

3.1.8　导流方案选择实例

长江三峡水利枢纽工程(以下简称三峡工程)，位于长江干流三峡河段，三峡工程由大坝、水电站厂房、通航建筑物等主要建筑物组成。大坝坝顶高程185m，正常蓄水位175m，汛期防洪限制水位145m，枯季消落最低水位155m，相应的总库容、防洪库容和兴利库容分别为393亿m3、221.5亿m3和165亿m3。安装单机容量70万k W的水轮发电机组26台，总装机容量1820万k W，年发电量847亿k W·h。选定的坝址位于西陵峡中的三斗坪镇。坝址地质条件优越，基岩为完整坚硬的花岗岩(闪云斜长花岗岩)，地形条件也有利于布置枢纽建筑物和施工场地，是一个理想的高坝坝址。选定的坝线在左岸的坛子岭及右岸的白岩尖之间，并穿过河床中的一个小岛——中堡岛。该岛左侧为主河槽，右侧为支沟(称后河)。

施工导流方案:三斗坪坝址河谷宽阔，江中有中堡岛将长江分为主河床及后河，适于采用分期导流方案。长江为我国的水运交通动脉，施工期通航问题至关重要。分期导流方案设计必须结合施工期通航方案和枢纽布置方案一并研究。在可行性论证和初步设计阶段，对右岸导流明渠施工期通航和不通航两大类型的多种方案进行了大量的技术经济比较工作。1993年7月，经国务院三峡建设委员会批准，确定为“三期导流，明渠通航”方案如图3.20～图3.22所示。

第一期围右岸(图3.20)。一期导流的时间为1993年10月至1997年11月，计5年。在中堡岛左侧及后河上下游修筑一期土石围堰，形成一期基坑，并修建茅坪溪小改道工程，将茅坪溪水导引出一期基坑。在一期土石围堰保护下挖除中堡岛，扩宽后河修建导流明渠、混凝土纵向围堰，并预建三期碾压混凝土围堰基础部分的混凝土。水仍从主河床通过。

一期土石围堰形成后束窄河床约30%。汛期长江水面宽约1000m，当流量不大于长江通航流量45000m3/s时，河床流速为3m/s左右，因此船只仍可在主航道航行。一期土石围堰全长2502.36m，最大堰高37m。堰体及堰基采用塑性混凝土防渗墙上接土工膜防渗型式，局部地质条件不良地段的地基采用防渗墙下接帷幕灌浆或高压旋喷桩柱墙等措施。混凝土纵向围堰全长1191.47m，分为上纵段、坝身段与下纵段。坝身段为三峡大坝的一部分，下纵段兼作右岸电站厂房和泄洪坝段间的导墙。导流明渠为高低渠复式断面，全长3726m，最小底宽350m；右侧高渠底宽100m，渠底高程58m(进口部位59m)；左侧渠底宽250m，渠底高程自上至下分别为59m、58m、50m、45m、53m。

第二期围左岸(图3.21)。二期导流时间为1997年11月至2002年11月，共计5年。

1997年11月实现大江截流后，立即修建二期上下游横向围堰将长江主河床截断，并与混凝土纵向围堰共同形成二期基坑。在基坑内修建泄洪坝段、左岸厂房坝段及电站厂房等主体建筑物。二期导流时江水由导流明渠宣泄，船舶从导流明渠和左岸已建成的临时船闸通航。

二期上、下游土石围堰轴线长度分别为1440m、999m，最大高度分别为75.5m、57.0m，基本断面为石渣堤夹风化砂复式断面，防渗体为1～2排塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料，基岩防渗采用帷幕灌浆。二期围堰是在60m水深中抛填建成，工程量大、基础条件复杂、工期紧迫、施工技术难度极高，是三峡工程最重要的临时建筑物之一。

第三期再围右岸(图3.22)。三期导流时间为2002—2009年，共计7年。总进度安排于2002年汛末拆除二期土石横向围堰，在导流明渠内进行三期截流，建造上、下游土石围堰。在其保护下修建三期上游碾压混凝土围堰并形成右岸三期基坑，在三期基坑内修建右岸厂房坝段和右岸电站厂房。三期截流和三期碾压混凝土围堰施工是三峡工程施工中的又一关键技术问题。在导流明渠中截流时，江水从泄洪坝段内高程56.5m的22个6.5m×8.5m的导流底孔中宣泄，截流最大落差达3.5m，龙口最大流速6.13m/s，技术难度与葛洲坝大江截流相当。碾压混凝土围堰要求在截流以后的120天内，从高程50m浇筑到140m，最大月浇筑强度达39.8万m3/月，最大日上升高度达1.18m，且很快挡水并确保在近90m水头下安全运行，设计和施工难度为世所罕见。三期截流后到水库蓄水前，船只从临时船闸航行，当流量超过12000m3/s，上下游水位差超过6m时，临时船闸不能运行，长江断航。经测算断航时间发生在5月下半月至6月上半月内，共计33天。断航期间设转运码头用水陆联运解决客货运输问题。三期碾压混凝土围堰建成后，即关闭导流底孔和泄洪深孔，水库蓄水至135m，第一批机组开始发电，永久船闸开始通航。水库蓄水以后，由三期碾压混凝土围堰与左岸大坝共同挡水(下游仍由三期土石围堰挡水)，长江洪水由导流底孔及泄洪深孔宣泄。右岸基坑内继续建造大坝和电站厂房。左岸各主体建筑物上部结构同时施工，直至工程全部完建。

想一想　练一练:

1.简述一次拦断河床围堰导流的特点和方法。

2.简述导流明渠布置的原则。

3.简述隧洞导流的适用条件?

4.简述分段围堰法导流的试验情况。

5.简述底孔导流的特点。

6.简述淹没基坑发导流的适用条件及如何判断其合理性?

7.简述导流建筑物的分级标准。

8.如何确定导流设计流量?