摘要：水利水电工程施工质量关系到生活的方方面面。在工程数量不断增加的现阶段，保证工程的质量成为这一行业在工程中需要关注的重点问题。工程的不同方面，稍加不慎，就会出现严重的质量问题。结合水利水电工程中施工导流和围堰技术分析，简要谈一谈在工程中的运用。
关键词：施工导流和围堰技术；水利水电工程
引言
水利水电工程施工的阶段，为了保证工程的质量，有必要结合工程的情况，引进不同施工技术。在不断发展和探讨中，笔者发现根据工程的实际情况选择合理的施工导流和围堰技术可以减少施工的期限，提高施工的质量，大大地提升施工的效益。下文，笔者针对性地对施工的技术进行探索。
一、概述
施工导流是水利水电枢纽总体设计的主要组成部分，是选定枢纽布置、永久建筑物形式、施工程序和施工总进度的重要因素。
施工导流贯穿于工程的全过程，河床上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物能在干地施工，需要用围堰维护基坑，并将河水引向预定的泄水建筑物泄向下游，这就是施工导流。
施工导流贯穿于工程的全过程，导流设计要妥善解决从初期导流到后期导流（包括围堰挡水、坝体临时挡水、封堵导流泄水建筑物和水库蓄水）施工全过程中的挡、泄水问题，以保证在干地施工和施工期不影响和市公司不影响或尽可能少影响水资源的合理使用。
施工导流的方法大体上分为两类：一类是全段围堰法导流（即河床外导流）；另一类是分段围堰法导流（即河床内导流）。
围堰是导流工程中临时挡水建筑物，用来维护施工中的基坑，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运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予以拆除。
二、水利水电工程中施工导流技术的运用
（一）全段围堰法导流
全段围堰法导流是在河床主体工程上下游各建一道拦河围堰，使上游来水通过预先修筑临时或永久泄水建筑物（如明渠、隧道等）泄向下游，主体建筑物在排干的基坑中进行施工。这种方法优点是工作面大，河床内建筑物在一次性围堰的维护下建造。
全段围堰法按泄水建筑物的类型不同可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流等。
1、明渠导流
上下游围堰一次拦断河床形成基坑，保护主体建筑物干地施工，天然河道水流经河岸或滩地上开挖的导流明渠向下游的导流方式称为明渠导流。
（1）导流明渠的适用条件
如坝址河床较窄，或河床覆盖层很深，分期导流困难，且具备下列条件之一者，可考虑采用明渠导流。
①河床一岸有较宽的台地、垭口或古河道。
②导流量大，地质条件不适于开挖导流隧洞。
③施工期有通航、排水、过木要求。
④总工期紧，不具备洞挖经验和设备。
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，一般倾向于明渠导流。这是因为明渠导流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、过木和排冰要求时，明渠导流明显更有利。
（2）导流明渠布置
导流明渠布置分在岸坡上和在滩地上两种布置形式。
（3）明渠断面形式的选择
明渠断面一般设计成梯形，渠底为坚硬基岩时，可设计成矩形。有时为满足截留和通航的不同目的，也可以设计成复式梯形断面。
（4）导流明渠断面设计
①明渠断面尺寸的确定
明渠断面尺寸由设计导流流量控制，并受地形地质和允许抗冲流速影响，应按不同的明渠断面尺寸与围堰的组合，通过综合分析确定。
②明渠断面形式的选择
明渠断面一般设计成梯形，渠底为坚硬基岩时，可设计成矩形。有时为满足截留和通航的不同目的，也可以设计成复式梯形断面。
③明渠糙率的确定
明渠糙率大小直接影响到明渠的泄水能力，而影响糙率大小的因素有衬砌的材料、开挖的方法、渠底的平整度等，可根据具体情况查阅有关手册确定。对大型明渠工程，应通过模型试验选取糙率。
④明渠封堵
导流明渠结构布置应考虑后期封堵要求。当施工期有通航、过木和排冰任务，明渠较宽时，可在明渠内预设闸门墩，以利于后期封堵。施工期无通航、过木和排冰任务时，应于明渠通水前，将明渠坝段施工到适当高程，并设置导流底孔和坝面口使二者联合泄流。
（5）明渠导流多用于低水头的建设在土质地基中的各类闸坝，河床一案有较宽的台地、垭口或古河道的建筑物。以盘锦市双台子河闸除险加固工程施工明渠导流施工为例介绍。
①施工程序
进场后首先进行测量放样，依照设计图纸划定明渠轴线，进行导流明渠的开挖，上下游围堰填筑同时开展，明渠开挖的土料直接运输至围堰填筑工作面进行填筑，随后进行围堰迎水面的土工模铺设和编织袋装土防护施工。利用开挖的土料修筑围堰，在迎水面通常铺设土工膜做为防渗体，再采用编织袋装土进行防护。
②明渠开挖
采用推土机集料，装载机装20t自卸车运输，反铲挖掘机开挖修坡。
③边坡防护
采用人工铺设土工膜，边坡坡脚超深2m，在土工膜一端捆绑石块沉入沟底，再用砂土掩埋，土工膜间搭接长度不小于20cm，土工膜铺设完成后再采用人工进行编制袋装土进行边坡防护，厚度为50cm。
实践证明，明渠导流和隧洞导流均可采用时，一般倾向于明渠导流。且明渠导流是中小水利工程应用最为广泛的导流方式，这是因为明渠导流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、过木和排冰要求时，明渠导流明显更有利。
2、隧洞导流
上下游围堰一次拦断河床形成基坑，保护主体建筑物干地施工，天然河道水流全部由导流隧洞宣泄的导流方式称为隧洞导流。
（1）隧洞导流的适用条件
导流量不大、坝址河床狭窄，两岸地形陡峻，如一岸或两岸地形、地质条件良好，可考虑采用隧洞导流。
（2）导流隧洞布置
导流隧洞的布置一般应满足以下要求：
①隧洞轴线沿线地质条件良好，足以保证隧洞施工和运行的安全。
②隧洞轴线宜按直线布置，如有转弯时，转弯半径不小于5倍洞泾（或洞宽），转角不宜大于60°，弯道收尾应设直线段，长度不应小于3～5倍洞泾（或洞宽）；进出口引渠轴线与河流主流方向夹角宜小于30°。
③隧洞间净距、隧洞与永久建筑物间距、洞脸与洞顶围岩厚度均应满足结构和应力要求。
④隧洞进出口位置应保证水利学条件良好，并伸出堰外坡脚一定距离，一般距离应大于50m，以满足围堰防冲要求。进口高程多由截留控制，出口高程由下游效能控制，洞底按需要设计成缓坡或急坡、避免成反坡。
隧洞导流通常情况下先于主体工程施工，首先将导流隧洞打通，将河水绕过围堰，泄向下游，确保主体工程在干地施工。隧洞导流适用于导流量不大，坝址河床狭窄，两岸地形陡峻的水电站和水库等大型水利工程，例如溪洛渡水电站、乌东德水电站等。
3、导流涵管
导流涵管一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用。
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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。例如我们在沈阳滨河景观橡胶坝工程中采用的是涵管导流方式，具体施工方法如下：
首先采用混凝土泵车进行底板垫层混凝土浇筑，由于距离远无法完全覆盖，采用反铲挖掘机配合浇筑；混凝土涵管单根重量9t左右，为了确保安全，采用75t吊车吊装就位；混凝土涵管安装完成后，进行两端堵头混凝土浇筑施工，然后进行砂石料回填至路面高程。
通过实践证明，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。
（二）分段围堰法导流
分段围堰法也称分期围堰法或河床内导流，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进行施工。所谓分期，就是从时间上将导流过程划分成阶段。
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多。分段围堰法导流，前期由束窄的原河道导流，后期可利用事先就好的泄水道导流。通常泄水道的类型有底孔、缺口等。
1、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。底孔导流也有很多缺点，例如：由于坝体内设置了临时底孔，钢材用量增加；另外封堵很重要，如果封堵质量不好，会削弱坝体的整体性，而且可能出现漏水；在导流过程中底孔有可能出现被漂浮物堵塞的情况；封堵时由于水头较高，安放闸门及止水等均较困难。
2、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，可以在未建成的坝体上预留缺口，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。
在修建混凝土坝，特别是大体积混凝土坝时，通常采用，因为这种导流方法施工简便，节省造价。
上述两种导流方式一般只适用于混凝土坝，特别是重力式混凝土坝。至于土石坝或非重力式混凝土坝，采用分段围堰法导流，常与隧洞导流、明渠导流等河床外导流方式相结合。
三、水利水电工程中围堰技术的运用
水利水电工程中经常采用的围堰，按其所使用的材料，可分为土石围堰、混凝土围堰、钢板桩格围堰和草土围堰等。
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，还要满足围堰顶过水的专门要求。
施工中经常采用的是土石围堰，因为其结构简单，施工方便，可以就地取材，机械化施工，节省工期。但也有缺点，比如工程量一般都很大，堰身沉陷变形也较大。
选择围堰型式时，必须根据当时当地的具体条件，在满足下述基本要求的原则下，通过技术经济比较加以选定。
①具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和一定的强度。
②造价便宜，构造简单，修建、维护和拆除方便。
③围堰的布置应力求使水流平顺，不发生严重的水流冲刷。
④围堰接头和岸边连接都要安全可靠，不致因集中渗漏等破坏作用而引起围堰失事。
⑤有必要时应设置抵抗冰凌、船筏冲击和破坏的设施。
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型式。它是用当地材料填筑而成的，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，可在水流中、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。
修筑土石围堰一般要考虑堰顶宽度满足通车要求，施工过程中一般会利用围堰当施工便道运输材料。以盘锦市双台子河闸除险加固工程围堰施工为例：
盘锦市双台子河闸除险加固等别为I等，主体建筑物为I级建筑物，次要建筑物为3级建筑物，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定，浅孔闸和深孔闸等主体工程导流建筑物级别均为4级，防汛桥和船闸导航桩等次要工程导流建筑物级别均为5级。围堰采用土石围堰，4级土石导流建筑物洪水重现期应为20-40年，施工导流建筑物洪水重现期取下限值，为10年一遇。10年一遇的流量是3120m3/S；5级土石导流建筑物洪水重现期应为10-5年，施工导流建筑物洪水重现期取其下限值，为5年一遇，次要工程施工期为非汛期。
迎水坡采用土工膜防渗。编制袋装土压膜修筑，围堰顶宽6m，堰顶高程为23m，迎水坡的坡比均为1：2，背水坡的坡比1：1。围堰围堰填筑与明渠开挖同步进行。采用单戗立堵法，由右岸向左岸进占，先沿围堰轴线填料，逐步形成完整断面，然后同时开展土工模铺设和编织袋装土防护工作。明渠开挖出的土料采用20t自卸汽车直接运至堰顶填筑，50装载机平渣。
2、混凝土围堰
混凝土围堰的抗冲与抗渗能力比其他各种围堰都强，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，因此采用得比较广泛。在国内外的大型水利工程中，采用拱形混凝土围堰的工程较多。
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，可分为筒型格体、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。
钢板桩格体围堰的优点有：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。
另外钢板桩围堰还有保护河道，防止污染水体的功能。例如我们在涉河桥梁施工过程中，为满足不淤积河道，不污染水体要求，利用钢板桩修筑围堰。先用专业设备将钢板桩按照围堰边线打设完成后，进行土体填筑，形成围堰，达到挡水，保证干地施工条件。待主体工程施工完毕后，将钢板桩内土体挖除，再对钢板桩进行回收。
4、草土围堰
草土围堰是一种以麦草、稻草、芦柴、柳枝和土为主要原材料的草土混合结构，我国运用它已经有两千多年的历史。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3.4m/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。按其所用草料形式的不同，可分为散草法、捆草法等。按其施工条件可分为水中填筑、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。
四、基坑排水
围堰和导流施工完成后，需要进行基坑排水工作，确保干地施工。因此合理确定基坑排水方案很关键，需要进行详细地勘，分析地质情况，确定合理基坑排水方案。
基坑排水通常采用明沟排水和井点降水，但是井点降水效果比明排好。
以盘锦市双台子河闸除险加固工程为例，采用井点降水。根据现场抽水试验结果，土体的渗透系数K采用2.3*10-3cm/s，井内降水深度s0为10.00m，滤水管L=4m，有效含水深度H0为1.825（s0+1）=14.6m，抽水影响半径R为100m，基坑内中心水位降低深度为5m。
根据计算，临河侧井距为20m，其余地段为25m。共需打43眼井，井深14m，使用2寸潜水泵抽水，降水至基础开挖面高程以下，经过实践证明，排水达到预期效果。
参考文献：
[1]施工导流及围堰技术在水利水电工程施工中的应用高明光 - 《商品与质量：消费研究》 - 2015
[2]浅析水利水电工程施工中施工导流及围堰技术的应用王芮瑾 - 《科技与企业》 - 2015
[3]浅谈施工导流和围堰技术在水利水电施工中的应用靳承辉 - 《建筑工程技术与设计》 - 2015
论文作者:王太友
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/19
标签：围堰论文; 明渠论文; 隧洞论文; 建筑物论文; 河床论文; 底孔论文; 工程论文; 《基层建设》2017年2期论文;