第1章_施工导流-第二节围堰工程

四、 围堰的防冲
2、围堰的防冲措施：
①抛石护脚; 护底范围与可能产生的冲刷坑大小相关。护脚
长度约为围堰纵向段长度的一半。纵向围堰外防 冲护底可能局部冲刷计算深度的2～3倍。（富春 江、新安江） ②柴排护脚;
沉排流速要求<1m/s，不能采用机械化施工，主 要用于中小型工程 ③钢筋混凝土柔性排护脚;
• 3、按导流期间基坑是否允许淹没（过水） 水分：过水围堰、不过水围堰。
• 4、按施工期划分：一期围堰、二期围堰等
可按组合方式对围堰命名。
二、围堰的一般布置设计原则
1. 具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和一 定的强度； 2. 就地取材造价便宜，结构简单； 3. 围堰的布置应力求使水流平顺； （1）围堰与水流的作用即不影响泄流能力又不能 对围堰产生过大冲刷。 （2）不影响基坑开挖和主体建筑物施工。 • 分段围堰——上下游围堰一般不与河床中心线 垂直（使水流顺畅）。 • 全段围堰——围堰与主河道垂直（减少工程量）
四、 围堰的防冲
1、纵向围堰的两种典型布置
①流线型布置：头部做成曲线形导水翼墙。适用于 堰体耐冲的钢板桩、砼围堰以及纵向围堰基础抗冲 能力强的。、 ②挑流式布置：利用丁坝或矶头将主流挑开，使纵 向围堰沿线附近形成回流区。要对回流强度加以控 制，就可简化全线防冲措施，但挑流丁坝或矶头附 近，需加强防冲，这种布置原则也称为“守点护线 ”
2－反滤层 5－粘土防渗斜墙 8－干砌块石 11－混凝土护面板 13－水泥灌浆
3－柴排护底 6－毛石混凝土挡墙 9－混凝土护面板
14－排水孔
实例2：柘溪水电站过水土石围堰
1－混凝土溢流面板 4－竹笼护底 7－粘土斜墙 10－回填块石 13－基岩
2－钢筋骨架铅丝笼护面 5－木笼 8－过渡带 11－灌浆帷幕
第二节 围堰工程 五 、围堰结构类型
1. 土石围堰
五、围堰结构类型
1. 土石围堰（与土石坝相似 ） 不过水土石围堰是水利水电工程中应用最广泛 的一种围堰型式。
优点：就地取材、机械化施工、拆除方便。 它能充分利用当地材料或废弃的土石方，构造 简单，施工方便，可以在动水中、深水中、岩 基上或有覆盖层的河床上修建。
⑥ ⑤
② ①
③ ④
覆盖层
① 堰体：维持围堰挡水稳定； ② 斜墙：堰体防渗； ③ 铺盖：覆盖层防渗； ④ 排水体：排出渗入心墙后堰体内的水； ⑤ 反滤层：防止小颗粒经大颗粒孔隙被渗水带走； ⑥ 护坡：保护坡面；
⑥ ①
②
⑤
④ ③
① 堰体：维持围堰挡水稳定； ② 心墙：堰体防渗； ③ 齿墙：覆盖层防渗； ④ 排水体：排出渗入心墙后堰体内的水； ⑤ 反滤层：防止小颗粒经大颗粒孔隙被渗水带走； ⑥ 护坡：保护坡面；
2. 围堰设计
(1) 堰顶高程计算：
（A） 横向围堰 下游—原河床水位+风浪爬高+安全超高
Hd=hd+ha+δ 上游—堰前壅高水位+风浪爬高+安全超高
Hu=(hd+z)+ha+δ （B） 纵向围堰
堰顶高程应与堰侧水面曲线相适应。通常纵向围堰 堰顶面往往作成阶梯或倾斜状，其上下游高程与相应 的横向围堰同高
其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；可在 深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水 性能好；能按需要组成各种外形的围堰，并可多次 重复使用，因此，它的用途广泛。
钢板桩格型围堰可在岩基或非岩基上，当为非 岩基时如砂卵石地基，其中不能含大量的漂砾或孤 石，否则会造成大量板桩锁口破裂，在这种情况下， 钢板桩是不适宜的。其平面型式有：
• 尺寸：初拟厚可为0.4~2.5m，边长2.5~8m，最后 应通过强度核算和稳定分析。
• 施工：面板可预制也可现浇，但安装或浇筑时应 错缝、跳仓，施工顺序从坡脚向堰顶进行。
• 构造：相邻面板可用直径6~16mm的钢筋连接在 一起，既有整体性又有一定的柔性，以适应变形 。面板可锚定于稳定的堆石体，锚定钢筋直径 20~25mm，间距3.0~3.8m。面板通常设排水孔 ，但在下游水位以上可不设。排水孔径10~15cm ，孔间距一般为2~3m，排距1.0~1.5m。
④ 过水土石围堰消能方式：
• 混凝土溢流面板与岩基上的混凝土挡墙相 接的陡槽式
• 堰后用护底的顺坡式 • 坡面挑流平台式
混凝土溢流面板与岩基上的混凝土挡墙相接的陡 槽式：
• 优点：整体性好、结构可靠，尤其是堰后水深较 小，不可能形成面流式水跃衔接时可考虑。上犹 江工程采用比较成功；
• 其主要缺点是：施工干扰大特别是覆盖层较厚的 河床。因其挡墙施工前需要利用围堰临时挡水， 进行基坑排水、开挖覆盖层。
堰后用护底的顺坡式： 堰后不做挡墙，采用大型竹笼、铅丝笼、梢
捆或柴排护底。但若堰后水深较大可能形成面流 式水跃对防冲不利。
柘溪工程采用，在柘溪围堰的下游坡面，有 约5m高的范围处于水跃区，原设计用混凝土溢 流面板如图，施工中临时改为钢筋骨架铅丝笼护 面如图。经5次溢流，部分铅丝内块石全被冲走 ，坡面遭到局部破坏。实践证明，在水跃区若有 流速大于6m/s时，坡面结构仍以混凝土溢流面板 为宜。
3－竹笼护面 6－块石护面 9－水下抛石 12－覆盖层
实例3：卡博拉巴萨水电站下游过水土石围堰
1－混凝土溢流面板 3－灌浆 5－覆盖层
2－钢板桩 4－抛石体
3. 混凝土围堰
比土石围堰抗冲与防渗能力强，底宽小，可 以过水，挡水水头高，易与永久建筑物连接；
(1) 拱型混凝土围堰 适用于岸坡陡峻、岩石坚实河流，常用于隧洞导 流以及过水围堰方案；河床覆盖层较厚的可不清 基至基岩，以灌浆防渗加固；
缺点：其工程量大，堰身沉陷变形也较大，一般 不允许堰顶过水。
1．不过水土石围堰 1）典型断面型式
▼ 斜墙式：
基岩河床
▼ 斜墙带水平铺盖式：覆盖层厚度不大
▼ 垂直防渗墙式： 覆盖层较厚、当地没有足够
数量的防渗料
▼ 帷幕灌浆式：
覆盖层较厚、当地没有足够
数量的防渗料
▼ 心墙式：
覆盖层厚度适中、围堰较高
斜墙式：防滤体与堰壳施工干扰小。 心墙式：水下施工，土料固结慢、抗剪强度低。
(2) 重力式混凝土围堰 多用于纵向围堰，也用于横向围堰，要建在基岩 上，常在枯水期低土石围堰保护下施工；
围堰作为纵向围堰。抗冲流速可达20m/s。迎水 坡1:0～1:0.15；背水坡1:0.6～1:0.75。
工程实例:三峡三期上游碾压混凝土围堰
4. 钢板桩格型围堰
钢板桩围堰是使用钢板桩逐根插打，钢板桩之 间相互咬接，最后封闭成一个整体，可以挡住外侧 的水土。
二、围堰的布置设计原则
4. 围堰的接头和岸坡联结要安全可靠； 5. 在必要时，应能抵抗冰凌、船筏冲击。
三、围堰布置
1、围堰的平面布置：
①横向围堰：基坑坡趾离主体工程轮廓的距离大于20～ 30m；围堰内坡脚离基坑开挖边线的距离大于2～3m。
②纵向围堰：基坑坡趾离主体工程轮廓线距离（0.4～ 0.6）～小于2m。
• 2）材料：
堰壳：各类石碴、砂卵石 堆石体边坡1:1.2～1:1.5，砂砾石及石渣边坡 1:2～1:1.8；堰体高度8m～10m，增设一道宽 1.5m～2m的马道；
防渗体：粘土、土壤、风化砂、混凝土、土工膜、 帷幕灌浆
防渗土料心墙顶宽1m～2m；边坡1:0.2～1:0.5； 防渗体与堰壳之间反滤层最小厚0.5～1.0m。 反滤料：砂卵石或砾石，用粒径略加控制的1～2 层，砂砾、石混合料做过滤带
2. 围堰设计 （2） 边坡设计 （3） 防渗计算 （4） 稳定计算 （5） 强度分析
结合具体的围堰型式
四、 围堰的防冲
围堰堰体与堰脚处基础是否会受到水流淘刷 ，在很大程度上与围堰平面布置的外型轮廓有关 。 对于全段围堰法导流的上下游横向围堰，应使围 堰与泄水建筑物进出口保持足够的距离； 对于分段围堰法导流，围堰附近的流速流态与围 堰的平面布置密切相关。其中纵向围堰的外型轮 廓对防冲影响最大。
③加筋过水堆石围堰
在围堰下游坡面上铺设钢筋网，防止坡面块石被冲走， 并在下游部位的堰体内埋设水平向主锚筋，以防下游坡连 同堰体一起滑动。
• 主要用于堆石坝过水，造价一般比混凝土溢流面护面低， 流速5m/s～7m/s
• 构造：钢筋网由纵向主筋、横向构造筋和横向加强筋组 成，如图。一般纵向主筋直径10~29mm，间距10~45cm ；横向构造筋直径7~25mm，间距15~22.5cm；横向加强 筋直径为19~29mm，间距1.5~3.0m。横向钢筋应放置在 纵向主筋的下面。水平向主锚筋一般直径为19~38mm， 垂直间距与横向加强筋间距相同，水平间距0.23~1.5m。
第二节 围堰工程
• 1、围堰——临时性挡水水工建筑物。 • 2、作用——围护河床中基坑、保证水工建
筑物施工在干地上进行。 • 3、特点： ①工期短,使用时间不长。 ②水下施工，质量不易保证 ③需拆除。
• 一、类型
• 1、按材料分：土石围堰、砼围堰、钢板桩 格型围堰、木笼围堰、草土围堰。
• 2、按与水流的相对位置分：横向围堰、纵 向围堰。
因此，过水土石围堰的下游坡面及堰脚应 采取可靠的加固保护措施。
2、土石过水围堰
土石围堰堰顶过水的关键在于对堰面及 堰脚附近基础是否有简易可靠的加固保护措 施。目前较多的措施有三类：
（1）混凝土溢流面板 （2）大块石护面 （3）加筋与钢丝网护面。
①混凝土溢流面板（流速大于7m/s）
溢流面板的尺寸及结构
三峡二期土石围堰典型剖面图
三峡二期土石围堰典型剖面图
龙滩水电工程下游碾压混凝 土围堰爆破现场
2、土石过水围堰
土石围堰是散粒体结构，在一般条件下 不允许过水。当采用允许基坑淹没的导流方 式时，围堰堰体必须允许过水。
围堰过水会对堰体造成破坏：
（1）水流沿下游坡面下泄，冲刷堰体表面
（2）堰体内渗流会引起下游坡面滑动。导致 溃堰
③围堰与泄水建筑物距离：
一般距进口10m～50m，混凝土10m～30m，土石 30m～50m； 距出口30m～100m。混凝土30m～50m，土石 50m～100m。
三、围堰布置
1、围堰的平面布置：
④围堰位置应尽量避免两岸溪流。
如葛洲坝工程下游围堰与右岸岸坡接头位于紫阳 河出口（实测最大流量达20秒立方。）设计打一条长 138m，宽4m，高4.5m的改道隧洞将河出口移向下游 200m到长江。运行效果很好。 ⑤横向围堰与纵向围堰的交角通常1200～900 ⑥纵向围堰的长度一般伸出上下游横向围堰坡脚10m～ 30m。
坡面挑流平台式：
利用平台挑流形成面流式水跃衔接，使平台 以下护面结构简化。
我国七里泷工程和非洲莫桑比克的卡博拉巴 萨（Cabora Bassa）如图适宜堰后水深较大，且水 位上升较快时。
实例1：上犹江水电站 混凝土板护面过水土石围堰
1－砂砾石地基 4－堆石体 7－回填块石 10－块石护面 12－粘土顶盖
②大块石护面过水土石围堰
• 小型工程较为普遍，作为大型水利水电工程的过 水围堰国内很少
• 过水流量小于40m3/(s.m)，流速在5m/s以内可用， 卡里巴工程采用此法。
• 大块石护面过水堆石围堰。设计断面一般分两期 。
• 大块石护面过水土石围堰主要适用土料斜墙堆石 围堰，断面尺寸拟定等均可按堆石坝设计
圆筒形格体、鼓形（扇形）格体、花瓣形格体
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（1）圆筒形格体钢板桩围堰：
最大优点是每个格体可以依靠自身稳定 ，与邻接格体关系较小。缺点是格体直径 和高度受钢板桩锁口允许拉力限制，一般 只能用于14~20m以下。
（2）鼓形格体钢板桩围堰：
鼓形格体钢板桩应力分布均匀，格体可通过延 长隔墙的办法增加围堰的有效宽度，因此能适 应较高的水头，一般可用于水头14~20m的情 况。但格体不能单独维持稳定，填土时需要保 持相邻格体内填土高差小于2m，只适用平行于 水流的纵向围堰。
（3）花瓣形格体钢板桩围堰
可适用于挡水高度更大的情况。特别是 可用于河道狭窄，格体必须紧靠堰内建筑 物布置，对单个格体稳定要求更高的情况 。但费用较高、施工复杂。
3）接头处理：
土石围堰的接头处理与岸坡接头：通过扩大接触 面和嵌入岸坡延长渗径。
与混凝土纵向围堰：采用刺墙型式插入土石围堰 的塑性防渗体中，并将接头的防渗体断面扩大。
4）围堰的拆除：
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，一 般土石围堰的拆除可用挖土机开挖、爆破或人工 开挖。程序如图