第4章　施工导流与截流

4.1　施工导流

在河流上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物能在干地上进行施工，需要用围堰维护基坑，并将河水引向预定的泄水通道往下游宣泄，这就是施工导流。

施工导流设计的主要任务是选定导流标准、划分导流时段、确定导流设计流量、选择导流方案及导流建筑物的形式，确定导流建筑物的布置、构造及尺寸、拟定导流建筑物的修建、拆除、堵塞的施工方法与截流、拦洪度汛、基坑排水等措施。

施工导流的程序主要包括修建导流泄水建筑物、河道截流、修筑围堰、基坑排水、导流泄水建筑物封堵。

4.1.1　导流标准

4.1.1.1　确定导流标准的依据

导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，即导流建筑物级别及其设计洪水标准，它包括初期导流标准、坝体拦洪时的导流标准等。导流标准是根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模等指标，划分导流建筑物的级别（3～5级），再根据导流建筑物的级别和类型，在规范规定的幅度内选定相应的洪水重现期作为初期导流标准。

施工导流标准是导流建筑物的设计依据，它的选择影响受众多随机因素的影响，影响施工导流的经济性和安全性，实际上是风险决策的问题。如果标准太低，不能保证施工安全；反之，则使导流工程设计规模过大，不仅增加导流费用，而且可能因其规模太大以致无法按期完成，造成工程施工的被动局面。因此，大型工程导流标准的确定，应结合风险度的分析，使所选标准更加经济合理。

4.1.1.2　确定导流标准的方法

确定导流设计洪水标准的方法主要有以下3种。

（1）实测资料分析法。该法实用简便，但一般应有较长的水文系列，与洪峰、洪量均较大的典型洪水过程作比较后，选用设计典型年。

（2）常规频率法，主要按国家统一的规范执行，一般应有20～30年以上的水文系列，多用风险率的概念进行分析、计算。

（3）经济流量分析法，根据不同的设计流量，计算各相应的年施工费用及年损失费用（含现场施工、淹没、溃堰等损失），对应总费用最小流量即为经济导流流量。在实际应用中，往往两者或三者结合考虑，综合分析，以估计其安全性和经济性。

4.1.2　施工导流方式

施工导流方式，大体上可分为两类，即分段围堰法导流、全段围堰法导流。

4.1.2.1　分段围堰法导流

分段围堰法也称分期围堰法，就是用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法。

所谓分段，就是在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工。所谓分期，就是在时间上将导流分为若干时期。工程实践中，两段两期导流采用最多。分期导流法的导流分期数和围堰的分段数由河床特性、枢纽及导流建筑物布置综合确定。段数分得越多，施工越复杂；期数分得越多，工期拖延越长。

分段围堰法导流一般适用于流量大、河槽宽、覆盖层较薄、施工期较长的工程，或河谷较宽的山区河流尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。

根据不同泄水道的特点，分段围堰法导流包括束窄河床导流、通过建筑物导流。束窄河床导流泄水道是被围堰束窄后的河床。前期（或一期）都利用束窄的原河道导流，后期要通过事先修建的泄水道导流，常见的有底孔导流、坝体缺口导流、梳齿孔导流，如图4.1所示。这三种后期导流方式，一般只适用于混凝土坝，特别是重力式混凝土坝。对于土石坝、非重力式混凝土坝等坝型，若采用分段围堰法导流，常与河床外的隧洞导流、明渠导流等方式相配合。

4.1.2.2　全段围堰法导流

全段围堰也导流，就是在修建于河床上的主体工程上下游各建一道拦河围堰，使水流经河床以外的临时或永久建筑物下泄，主体工程建成或即将建成时，再将临时泄水建筑物封堵。该法多用于河床狭窄、基坑工作量不大、水深流急难于实现分期导流的地方。全段围堰法按导流泄水建筑物的类型可分为以下几种。

1.隧洞导流

隧洞导流是在河岸边开挖隧洞，在基坑上下游修筑围堰，河水经隧洞下泄。

适用条件：用于河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚硬的山区河流。

由于隧洞泄水能力有限，造价较高，一般在汛期泄水时均另找出路或采用淹没基坑方案。导流隧洞设计时，应尽量与永久隧洞相结合。

2.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。

适用条件：用于河流流量大、岸坡平缓或有河床一侧有较宽台地（或滩地）、汊河、垭口、古河道的地形。

3.涵管导流

在河岸岩滩上枯水期不修围堰或只修一小围堰而将涵管筑好，然后再修上、下游全段围堰，将河水引经涵管下泄。

适用条件：涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用，一般用于流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流任务。

4.1.3　围堰工程

围堰是导流工程中的临时挡水建筑物，用来围护施工基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务完成以后，对不能作为永久建筑物的部分或妨碍永久建筑物运行的部分，应予以拆除。

围堰的施工内容主要包括堰体的修筑与拆除、围堰的防渗与防冲、围堰的接头处理等。

4.1.3.1　围堰的分类与基本原则

1.分类

通常按使用材料将围堰分为土石围堰、草土围堰、钢板桩格型围堰、木笼围堰、混凝土围堰等；按所处的位置将围堰分为横向围堰、纵向围堰；按围堰是否过水分为：不过水围堰、过水围堰；按围堰与坝轴线的相对位置可分为上游围堰、下游围堰；按围堰的挡水时段分为全年挡水围堰和枯水期挡水围堰。

2.围堰型式选择应遵守下列原则

（1）安全可靠，能满足稳定、抗渗、防冲要求。

（2）围堰防渗体便于与基础、岸坡或已有建筑物连接。

（3）在预定施工期内修筑到需要的断面和高程，能满足施工进度要求。

（4）应与堰基地形、地质条件相适应。

（5）具有良好的技术经济指标。

4.1.3.2　围堰的结构

1.土石围堰

土石围堰由土石填筑而成，多用作上下游横向围堰，它能充分利用当地材料，对基础适应性强，施工简便，造价低，设计应优先选用。土石围堰由于抗冲能力较差，一般不宜做纵向围堰，如河谷较宽且采取了防冲措施，也可将土石围堰用作为纵向围堰。

土石围堰可直接利用主体工程开挖装运设备进行机械化快速施工，水下部位一般采用混凝土防渗墙防渗，水上部位一般采用黏土心墙、黏土斜墙、土工合成材料等防渗。一般多用于不过水围堰，如用于过水围堰，允许汛期过水，应予以妥善保护，需要做好溢流面、围堰下游基础和两岸接头的防冲保护，目前采用较普遍的是在下游护面上压盖混凝土面板。土石围堰的防渗结构形式有土质心墙和斜墙、混凝土心墙和斜墙、钢板桩心墙及其他防渗心墙结构。

土石围堰与岸坡的接头，主要是通过扩大接触面和嵌入岸坡的方法，以延长塑性防渗体的接触，防止渗透破坏。土石围堰与混凝土纵向围堰的接头，通常采用刺墙形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，以保证在任一高程处均能满足绕流渗径长度要求。

围堰拆除工作，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。在拆除过程中，必须使围堰的残留断面能继续挡水，并维持稳定，以免发生事故使基坑过早淹没，影响施工。一般土石围堰的拆除可用挖土机开挖，爆破开挖或人工开挖。

2.草土围堰

草土围堰是我国传统的河工技术，它是一种草土混合结构。主要施工程序包括压捆草、铺散草、铺土和夯实、加高。草土围堰具有就地取材、施工方便、拆除容易、适应河床变形、防渗性能好（尤其是在高含沙河流中）、施工速度快等优点；缺点是沉陷量较大、草料易腐朽，使用时间一般不超过2年。

草土围堰一般适用于水深不超过6～8m，流速低于3.5m／s的流水中。水上部分围堰拆除一般采用人工拆除，水下部分可挖一缺口过水冲毁或爆破拆除。

3.混凝土围堰

混凝土围堰的抗冲及抗渗能力强，适应高水头，底宽小，易于与永久建筑物相结合，适用于挡水围堰，必要时可以过水，因此应用较广泛。峡谷地区岩基河床，多用混凝土拱围堰，且多为过水围堰型式，可使围堰工程量小，施工速度快，且拆除也较为方便。采用分段围堰法导流时，重力式混凝土围堰往往作为纵向围堰。

目前一般采用碾压混凝土围堰，在低土石围堰保护下施工，施工速度快。围堰的拆除一般采用爆破拆除。

4.钢板桩格型围堰

钢板桩格形围堰是由一系列彼此相连的格体形成外壳，然后在内填以土料或砂料构成。钢板桩格形围堰修建和拆除可以高度机械化，钢板桩的回收率高，围堰边坡垂直、断面小、占地少、安全可靠。但由于需要大量钢材，施工技术要求较高，因而目前应用并不广泛。钢板桩围堰一般适用于有较深的砂土覆盖层的河床，尤其适用于束窄度大的河床段作为纵向围堰。

格体是土或砂料和钢板桩的组合结构，由横向拉力强的钢板桩连锁围成一定几何形状的封闭系统。在格形结构中，板桩长度方向的弯曲强度不是主要的，应考虑的是板桩横向锁口抗拉强度，所以，格体通常是采用直腹形板桩，也称一字形板桩。格形围堰格体本身一般不需采用专门的防渗措施。为减少岩基上格体渗漏或防止格体填料从底部漏失掉，迎水面板桩必须打进基岩内0.3～0.6m。一般在迎水侧板桩外面浇0.5m厚水下混凝土或用水泥砂袋封底。基岩渗漏常用灌浆处理。为降低格体内浸润线高程，格体需采取排水措施。一般是在背水侧板桩上开3cm直径排水孔，垂直间距0.5～1m，水平间距1.2～2m。格体填料的透水性较差时必须采取强制性排水措施，在填料底部设置排水层。

钢板桩格形围堰按挡水高度不同，其平面形式有圆筒形格体、扇形格体、花瓣形格体，见图4.2，应用较多的是圆筒形格体，圆筒形格体钢板桩围堰，一般适用的挡水高度小于15～18m，可以建在岩基或非岩基上，也可做过水围堰用。

钢板桩围堰的拆除可先用抓斗或吸石器将填料清除，后用拔桩机起拔钢板桩。

5.土工冲砂管袋围堰

土工冲砂管袋围堰作为沿海筑堤挡潮的一种新技术，它是采用聚丙烯、聚乙烯土工布缝制成一定尺寸的袋体，顶层预留充砂口，采用水力或机械方式，以一定的压力将河砂充填入膜袋形成充砂袋，让泥水随土工袋上方出口流出，而将泥砂沉积于袋中，再由这种砂袋堆叠构成围堰。铺设时上下袋体应错缝，同层相邻袋体接缝处须预留收缩量，确保充填后两袋相互挤紧，并保证充填后两袋间不出现贯通缝隙；土工织物袋在铺设或充填过程中，若出现袋体损伤，须及时修补；围堰下层袋体应乘退潮时铺设，用自泵吹砂船吹砂充填。

土工冲砂管袋围堰能就地取材、施工简单，体积大、自重大，抛入水中不易被水流冲走，容易形成围堰，加快施工进度、工程成本低，经济效益明显、拆除简单，施工环保程度高等显著优点；但在施工中每一袋砂都需抛到指定位置，特别是围堰未出水之前，会受潮汐影响而不能保持施工的连续性，从而增加施工成本，如果位置不准，会造成因空隙过大而断不住水或围堰塌方，围堰施工时是先围一岸，当一岸围好后再施工另一岸。

4.1.3.3　围堰的平面布置与堰顶高程

1.围堰的平面布置

围堰的平面布置一般应按导流方案、主体工程的轮廓和对围堰提出的要求而定。通常，基坑坡趾离主体工程轮廓的距离，不应小于20～30m，以便布置排水设施、交通运输道路及堆放材料和模板等。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，基坑纵向坡趾离主体工程轮廓的距离，一般不大于2.0m，以供布置排水系统和堆放模板。如果无此要求，只需留0.4～0.6m就够了。

2.堰顶高程

堰顶高程取决于导流设计流量及围堰的工作条件。下游围堰的堰顶高程由式（4.1）决定

式中　Hd——下游围堰堰顶高程，m；

hd——下游水位高程，m；可直接从河流水位流量关系查出；

ha——波浪爬高，m；

δ——围堰的安全超高，m。

上游围堰的堰顶高程由下式决定：

式中　Hu——上游围堰堰顶高程，m；

z——上下游水位差，m；

其余符号同上式。

必须指出，当围堰要拦蓄一部分水流时，则堰顶高程应通过调洪计算来确定。纵向围堰的堰顶高程，要与束窄河段宣泄导流设计流量时的水面曲线相适应。因此，纵向围堰的顶面往往作成阶梯形或倾斜状，其上游和下游分别与上游围堰和下游围堰顶同高。

4.1.4　导流方案的选择

水利水电枢纽工程施工，从开工到完建往往不是采用单一的导流方法，而是几种导流方式组合起来配合运用，以取得最佳的技术经济效果。这种不同导流时段、不同导流方式的组合，通常称为导流方案。

导流方案的选择受多种因素的影响。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有水文条件、地形条件、地质及水文地质条件、水工建筑物的型式及其布置、施工期间河流的综合利用、施工进度、施工方法及施工场地布置。

在选择导流方案时，除了综合考虑以上各方面因素外，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。