围堰工程

第一篇导流工程
第二章围堰工程
第一节围堰工程概述
围堰是保护大坝或厂房等水工建筑物干地施工的必要挡水建筑物，一般属临时性工程，但也常与主体工程结合而成为永久工程的一部分。

围堰工程直接关系主体工程的施工安全、工期和造价，如果拦蓄洪水的库容较大，还关系到下游人民生命财产的安全，因此围堰在导流工程中具有举足轻重的作用。

我国在大中型水利水电工程建设中，对各种类型围堰的设计和施工积累了丰富的经验，若干已建和在建工程的围堰概况见表2 一1 。

一、围堰类型
围堰的断面尺寸及填筑材料的选用，要根据围堰的高度、当地建筑材料、施工工期和确保施工安全的要求来确定。

既要使其稳定、防渗和抗水刷冲刷，又要使其构造简单、造价低廉、修建和维护及拆除都方便。

在平面布置时应力求使其力流顺畅，不发生严重的局部冲刷。

在中小型水利工程常用的围堰型式有以下几种
（一）草袋围堰
草袋围堰的断面型式如图2－1 所示，围堰的双面或单面叠放盛装土料的草袋或者编织袋，中间夹填粘性土或在迎水面叠放装土草袋，背水面回填土石。

这种围堰适用于施工期较短的小型水利工程的施工。

（二）土石混合围堰
土石混合围堰的断面型式如图2－2所示，它与土围堰比较具有较大的抗冲刷性能且底部宽度也小，在流量及流速均较大的河流中可以进行水下抛填堆筑，必要时还可做成过水土石围堰。

这种围堰适用于施工期较长的大、中型水利工程。

土石混合围堰在拆除时需要用较大型的挖掘机和专用的水下挖掘机械。

通常当工地有充裕的开挖石渣可以利用时或需要将围堰做成过水围堰以及在完成底部工程后不需拆除或仅部分拆除时，采用这种围堰是经济合理的。

（三）混凝土围堰
混凝土围堰常用于在基岩土修建的水利枢纽工程，这种围堰的特点是挡水水头高，底宽小，抗冲能力大，堰顶可溢流，尤其是在分段围堰法导流施工中，用混凝土浇筑的纵向围堰可以两面挡水，而且可与永久建筑物相结合作为坝体或闸室体的一部分。

图2-3为混凝土围堰结构型式，通常在低水土石围堰保护下于干地上施工。

一般在山区河流水位变幅较大而且又采用全段围堰法施工时，上游的横向围堰可以采用混凝土拱型围堰，且为过水围堰型式，可使围堰工程量小，施工工期短，拆除也较为方便，如图2－4所示。

（四）草土围堰
草土围堰是一种草土结构（图2 －5 ）。

我国劳动人民自古以来常用它进行河堤堵口。

草土围堰的型式较多，如草袋围堰、捆草围堰、捆厢帚围堰等。

所用草料为麦秸、稻草、芦柴、柳枝等。

其优点是施工简单、进度快、取材易、造价低、拆除方便，有一定抗冲、抗渗参力。

但堰体容重小、适用于软土地基，且因柴草易腐烂，一般用于短期的或辅助性围堰。

捆草围堰的做法是由一层草捆一层土料在水中进占而成。

草捆是用草料包土做成直径为0.5－0.7m ，长为1.2－1.8m 的长圆体形。

进占前先清理岸边，将每两束草捆用草绳并扎绑紧，并使草绳留出足够的长度，然后将草捆垂直于岸边并排铺放。

第一排草捆沉入水中1／3－1／2草捆长，并将草绳固定在岸边，以便与后铺的草捆互相连接，然后再在第一层草捆上后退压放第二层草捆，层间搭接可按水深大小搭迭1／3－1／2草捆长，如此逐层压放草捆，使其形成一个坡角约为35°－45°的斜坡，直至高出水面1.0m 为止。

随后在草捆层的斜坡上铺一层厚0.25－0.3m 的散草，填补草捆间的空隙，再在散草上铺一层厚0.25－0.3m 的土料并用人工踏实。

这样就完成了堰体压草、铺散草和铺土作业的一个工作循环，依此循环继续进行，堰体即可向前进占，后部的堰体也逐渐沉入河底。

图2－6 为草土围堰施工示意图。

当堰体高出水面后，立即铺土压实（或人工夯实），堰体的宽高比，在岩基河床上为2－3；在软基河床上为4－5。

堰体超出水面高度通常采用1.5－2.0m。

草土围堰每立方米堰体用草料80－100kg，土料0.6m3，堰体容重小，均为
1.1-1.2t/ m3。

因此这种堰体不能承受较大的工作水头，且草料易腐烂，所以多用于水深小于6.0m，流速小于3.5m／s，使用期不超过两年的工程。

青铜峡水电站施工导流围堰采用的草土围堰的混合结构型式如图2－7 所示。

二、围堰工程中的新技术、新材料和新工艺
（1）快速施工的碾压混凝土技术在围堰工程中得到较好的应用。

岩滩水电站上游围堰高52.3m ，由于采用了碾压混凝土技术，100 天即浇筑完成，当年遭遇超标准洪水漫顶考验，围堰安然无恙。

大朝山工程上游碾压混凝土拱形围堰高52.5m，从垫层开始，只用87 天即浇筑到顶。

紧水滩工程上游拱形围堰混凝土采用低热微膨胀水泥，河床堰身段高23m，长81m，用滑模整体连续浇筑，仅20 天即上升到顶。

（2）地基防渗处理技术取得重大进展。

除传统的冲击钻外，冲击反循环钻机、液压抓斗和液压双轮铣槽机已用于防渗墙造孔；振冲技术已用于水下填筑堰体和软基的加密；墙体材料既有塑性混凝土，也有固化灰浆。

20 世纪90 年代高压喷射灌浆技术在围堰防渗工程中也得到发展。

此外，映秀湾、铜街子、安康等工程用大型沉井处理导流建筑物软弱地基也取得了成功经验
( 3)混凝土围堰水下施工技术有所发展。

乌江渡工程上游拱形围堰，当导流隧洞尚在施工期间，在天然深水河槽中采取水下分段施工的方法，较好地解决了导流和截流以及在动水中浇筑水下混凝土的技术问题。

五强溪水电站在混凝土围堰大范围水下施工方面也取得了成功。

（4）土石围堰过水保护技术。

天生桥二级等工程相继将混凝土楔形板用于土石过水围堰均取得成功。

五强溪工程二期下游土石过水围堰用台阶式碾压混凝土板护面也获得满意的效果。

( 5 ）大型围堰拆除技术。

葛洲坝工程大江上游挡水发电围堰双排混凝土防渗墙总长超过1700m，围堰距大坝不到400m，其上部需水下爆破拆除，总装药量
近48t ，采用毫秒微差控制爆破，总孔数3548个，共分324 段，单响药量不超过300kg，一次起爆成功，震动影响轻微。

如此大规模、近距离的围堰安全爆破拆除，为国内外所罕见。

第二节土石围堰施工技术
一、不过水土石围堰
1.断面型式与构造
土石围堰断面与土石坝相仿。

常用的几种型式如图2 一8 所示
拟定围堰断面时，应充分考虑以下几个问题。

（l）材料。

绝大多数土石围堰需在水下施工，材料不能有效压实，容重较小，边坡较缓，特别是水下抛填防渗土料，边坡很缓，这与水深和土料性质有关。

例如丹江口工程，在水深3－9m 的条件下抛填壤土，水下稳定边坡达1：6 －1：7。

粘土的水下稳定边坡更缓，一般以不用为宜。

即使采用壤土，水下稳定边坡通常也大于1：3 。

为了既满足防渗要求，又能使堰体断面小，施工方便，国内外许多工程积累了宝贵的经验。

例如，白山水电站用风化砂作斜墙铺盖，水下自然边坡较陡，约为1：1.7－1：2，施工不受降雨和气温影响。

抛填3 天后，土料渗透系数即达到105cm/s这一数量级，取得了良好的防渗效果。

（2）断面型式。

实际采用的围堰断面型式远比土石坝复杂，即不可能那样单一或标准化。

这一特点是由于围堰施工工期＋分紧迫，为了加快施工进度并降低造价的要求所决定的。

通常，围堰的运用期很短，对材料的要求可比土石坝低些，所以常用基坑开挖料或其它废弃土料填筑。

防渗体与堰壳之间的反滤层设计也要简化一些，通常多用1－2层粒径略加控制的砂砾石混合料作为过滤带，以代替材料严格分级的反滤层。

拟定断面型式时，必须着重考虑如何施工，尽量避免施工干扰。

土质斜墙式围堰的防渗体与堰壳施工干扰小，尽管这种围堰工程量较大，仍然得到广泛应用。

心墙式围堰也常被采用，但是，由于考虑施工方法和水下施工的特点，其断面构造和一般的心墙式土石坝不相同。

图2－9是几种心墙式围堰的断面图。

图2－9（a）所示为利用临时斜墙挡水修建的心墙式围堰，当河道水深较小，枯水期小，围堰高度大且对质量要求较高时可考虑采用。

图2－9（b）所示为七里拢工程的围堰之一，水下部分的厚心墙夹在两个堆渣体中间，上部为垂直心墙。

这种型式可用于围堰不高的情况。

图2 －9（C）所示为伊太普工程的围堰，下部为厚心墙，但上部心墙改变为斜墙，该围堰是在约40m 水深的条件下填筑的。

（3）围堰拆除。

选择围堰型式和材料时，就必须考虑如何拆除，这一点是与永久土石坝不同的。

土石坝自
然是愈坚固、愈牢靠愈好。

然而对于需要拆除的围堰来说，即要保证其运用期的牢固可靠，又要便于拆除。

所以，需拆除的水下部分就不能用过大块石、混凝土大块体和铅丝笼等材料填筑。

实践中曾有一些工程对此考虑不周，有的工程因前期围堰无法拆除而造成截流困难，有的工程因围堰拆除不干净而造成长期的电能损失。

2.土石围堰的接头处理
土石围堰与岸坡的接头和土石坝相仿。

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，防止集中浇渗破坏。

土石围堰与混凝土纵向围堰的接头，通常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，以保证在任一高程处均能满足绕流渗径长度要求（约为两倍上游水头）。

3 .土石围堰的拆除
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。

围堰的最后拆除工作通常是在枯水期进行的。

最后残留部分的拆除多用爆破法炸开一缺口。

如果围堰是由砂土或其它细粒材料修建的，有可能利用水流的冲刷作用，使该缺口逐渐拓宽，达到最后拆除为止。

如果材料不易被水流冲走，可采用长臂杆的索式挖土机，其方法是将挖土机停立在围堰顶上，逐步后退而将缺口拓宽。

如果最后残留的堰体是由难以水下拆除的材料组成的，则可能需要用细粒土料修建临时堰埂挡水，变水下拆除为干地拆除，临时堰埂则可用各种方法，包括使用挖泥船拆除。

除了断面型式、接头处理和围堰拆除问题外，还有一些问题只能简单提一下。

围堰水上部分的施工与一般土石坝没有多大差别，水下部分的施工比较困难。

石渣、堆石体的填筑可采用进占法施工，但粘性防渗土料就很难采用这种方法。

水下材料的抛填可采用各种驳船。

例如，阿斯旺工程施工中曾采用过500t滚翻式自卸驳船和250t底卸式自卸驳船,我国葛洲坝工程也采用过类似驳船
二、土石过水围堰工程施工
大型水利水电工程为了保证汛期不间断地施工，往往采用全年挡水的导流流量标准。

但不少大中型工程受水文、地形、地质等条件的制约，为了围堰全年挡水而增大导流流量，常导致导流工程规模过大，因而在工期和经济上得不偿失，有时甚至在技术上也不可行，故只宜采用过水围堰，允许汛期围堰过水，中断施工。

土石过水围堰施工简便，对地基适应性强，但土石方填筑量不宜过大，围堰挡水流量标准也不宜过低，以便有足够时间完成围堰的过水保护，并避免围堰全年频繁过水影响施工。

土石过水围堰高度一般在30m上下。

若干工程土石过水围堰特性见表2－2 。

土石过水围堰大多用混凝土护面。

20世纪50年代修建的上犹江、流溪河、拓溪等水电站在护面混凝土末端设混凝土镇墩，以保护堰脚不受冲刷。

但镇墩要在基坑排水并清除河床覆盖层后才有条件施工，制约了围堰的工期，因此有一定的风险。

拓溪水电站上游土石过水围堰由于汛前未能排干基坑，第一个枯水期只好改用竹笼及铅丝笼填石保护堰脚，过水时有少量石笼被冲走。

20世纪70年代修建黄龙滩水电站时，取消了土石过水围堰的镇墩，将混凝土面板延伸到堰脚。

用混凝土护坦保护河床覆盖层（图2－10），既简化了施工，又缩短了工期。

20 世纪70 年代后期施工的大化水电站二期上游围堰利用汛期过水时下游水位壅高、上下游水位差较小的有利条件，过堰水流以面流形式与下游水面衔接，水跃发生在堰顶混凝土缓坡平台上，其下游堰面用钢筋石笼和大块石保护，进一步简化了护面结构，实际过堰单宽流量达44m3 /s，过水后堰体完好，见图2-11 。

在类似水力学条件下，普定水电站下游围堰除堰顶用混凝土护面外，下游堰面改用整体式钢筋骨架铅丝石笼保护, 最大过堰单宽流量达53 m3/s，安全地渡过了两个汛期。

土石围堰另一种护面结构是混凝土楔形板。

这种护面能适应较高流速、较大单宽流量和不均匀沉陷，既可预制，也可现场浇筑，但必须认真做好楔形板下的反滤、排水和伸缩缝的处理，尤其要落实堰脚的保护。

以下列举几个用楔形板护面的围堰工程实例。

（l）天生桥二级引水式水电站首部上游土石过水围堰，最大堰高14.7m，堰基覆盖层厚8m，用黏土斜墙加铺盖防渗。

该围堰首次采用混凝土楔形板护面，尺寸为3.5m ×2.0m×0.7m 。

1987－1988年汛期共过水17次，总历时360小时，最大过堰流量达2715 m3 /s，最大堰面流速达9m／s，围堰及护面楔形板完好。

（2）东风水电站上游土石过水围堰，最大堰高17.5m，堰顶长73m，堰基覆盖层厚8m，采用混凝土心墙防渗（图2－12），围堰上游坡紧邻右岸导流隧洞进口部位，用lm厚铅丝石笼保护，并用大块石压脚。

堰面高流速区用8排3.3m×2.0m ×0.7m混凝土楔形板护面，并直接浇筑在未经压实的堰体上。

该围堰建成后于1989－1990年共过水8 次，最大过水单宽流量达57 m3 /s，最大堰面流速11.6 m /s，仅少数护脚钢筋石笼被局部掏空，混凝土楔形板完好。

（3）天生桥一级水电站下游土石过水围堰高18.6m，堰顶长15.4m，堰基覆盖层厚17m，用高压喷射灌浆板墙防渗（图2－13）。

堰面用混凝土楔形板下接面流消能平台保护，1995年围堰共过水12次，总历时1826小时。

在第9次过水期间的退水阶段，由于下游天生桥二级水电站调控不当，致使围堰下游水位过低，恶化了设计的水力学条件，加以仅一条导流隧洞参加泄流，引起了出口回流淘刷，使堰面下游两排楔形板因堰体下部被淘空而冲走。

经汛期抢险和汛后修复，并加强了下游堰脚防护，且1996 年汛期两条导流隧洞均参加了泄流，并严格控制下
游水位，围堰过水7 次完好无损，保证了面板堆石坝的安全渡汛。

与下游围堰形成鲜明对照的该工程采用同样护面形式的上游围堰，由于受到基坑水位壅高的保护，1995年和1996年均安全渡过汛期。

（4）大朝山水电站采用隧洞导流，汛期允许基坑过水，其下游土石过水围堰高15m，堰顶长约160m，堰基覆盖层厚约20m，用高压旋喷灌浆板墙上接黏土心墙防渗。

过水围堰面原设计用混凝土楔形板下接消能平台保护，围堰过水时以面流形式与下游水面衔接。

但在河床截流后发现导流隧洞单独过水时，由于下游天然河道纵坡大于临界坡，隧洞出口水流继续以急流形式沿河道下泄，以致围堰下游水位明显低于原天然河道水位。

经模型试验验证，当围堰与导流隧洞联合泄流时，下游水位较原设计偏低2－3m，下游围堰正位于河湾处，过堰水流不但不能在消能平台形成完整水跃，且分布极不均匀，在堰脚形成漩滚，水流紊动剧烈，如果维持原设计不变，将造成堰脚淘刷而危及围堰安全。

鉴于围堰已按原设计施工，经试验研究，确定将围堰顶高程削低2m，在堰顶形成小级差的三级宽缓平台，并降低围堰末端平台高程，加强堰脚的保护。

以上各工程实例清楚地说明，对土石过水围堰不仅要重视堰面的保护，更要重视堰脚的保护和落实下游的水力学条件，否则难以保证安全。

第三节混凝土围堰施工技术
混凝土纵向或横向围堰多为重力式，为减小工程量，狭窄河床的上游围堰也常采用拱形结构。

混凝土围堰抗冲防渗性能好，占地范围小，既适用于挡水围堰，更适用于过水围堰，因此，虽造价较土石围堰相对较高，仍为众多工程所采用。

混凝土围堰一般需在低水土石围堰保护下干地施工，但也可创造条件在水下浇筑混凝土或预填骨料灌浆，中型工程常采用浆砌块石围堰。

一、混凝土重力式围堰施工技术
分期导流的纵向围堰因受占地范围的限制并有防冲要求，且为了便于与永久建筑物连接或结合，绝大多数采用混凝土重力式结构。

自20世纪五六＋年代的三门峡、丹江口、龚嘴到20世纪八九＋年代的铜街子、岩滩、水口、宝珠寺、五强溪等工程，其纵向围堰都是如此。

水口和高坝洲水电站的纵向围堰还采用了碾压混凝土。

已建混凝土纵向围堰以长江三峡工程的规模最大，沿右岸导流明渠全长1218m，最大堰高达95m，碾压混凝土量达142万m3。

由于受施工期的限制，20 世纪80 年代以前横向围堰较少采用混凝土重力式结构,岩滩水电站上下游围堰和隔河岩水电站上游围堰采用碾压混凝土快速施工取得成功,为横向围堰采用混凝土结构提供了很好的范例。

（l）岩滩水电站采用明渠导流，上下游围堰均为碾压混凝土。

上游围堰呈弧形，堰顶长约342m，堰高52.3m，一部分建于强风化辉绿岩上，混凝土量185万m3（图2 一14）；下游围堰长约315m，高约39m，混凝土量约12万m3。

上下游围堰均不分纵横缝连续碾压，其中上游围堰曾在30天内升高25.3m，浇筑混凝土12.3 万m3，并在100天内全部完成，月平均升高近16m。

1988年5月上下游围堰建成后，当年8月30日出现超设计标准洪水，洪峰流量达19100m3/s，漫堰流量达4000 m3/s，围堰情况正常，变位微小。

同期施工的隔河岩水电站碾压混凝土上游围堰为拱形重力式结构，堰高40m，堰顶长290m，混凝土量12.9 万m3，历时87天，于1984年4月碾压完成，月平均升高近11m。

该围堰共运用4年，汛期曾多次过水，最大过堰流量7500 m3/s，情况正常，仅发现少数裂缝。

1995年施工的江娅水电站上游拱形重力式围堰高20.5m，为全断面碾压混凝土，施工历时49天，于当年4 月完成。

（2）五强溪水电站采用分期围堰、汛期限制基坑过水次数的导流方案，为满足发电、通航和导流的要求，右溢流坝段、临时船闸及坝后厂房需先期施工，受地形和导流标准的限制，一期纵横向过水围堰只宜采用混凝土结构。

围堰总长1800m，最大堰高近19m，混凝土总量约16万m3，建于河床右侧基岩裸露的礁滩上，枯水期水深1-3m，流速1-1.5 m3/s，由于不具备修建低于石围堰的地形条件，采用的施工程序为：在施工准备阶段利用最枯水时先浇筑水下混凝土约2万m3，形成总长达1500m的低水围堰。

然后在其保护下，于下一个枯水期完成全部围堰工程。

水下混凝土按水深和流速分别采用重型预制混凝土组合模板及大型钢模板，用舟桥及25t吊车组成浮吊等方法沉放就位，低水围堰于1988年2月完成。

如此大范围的水下混凝土施工尚不多见。

围堰加宽加高原拟用碾压混凝土，限于材料及设备条件，实际施工时仍采用了常态混凝土，于1989年7月全部浇筑天堰顶。

该工程二期上游围堰采用了碾压混凝土，最大堰高约4lm，堰顶长约185m（图2－15 ），混凝土量7.5万m3，堰体不分缝连续碾压，历时81天，于1992年4月上升到顶，月平均升高约15m。

1990年建成的万安水电站高约24m的上游围堰也为碾压混凝土。

（3）三峡水利枢纽工程除已建纵向围堰为碾压混凝土外，计划于2003年汛前建成的三期上游挡水发电围堰，工期＋分紧迫，也必须采用碾压混凝土，该围堰全长572m，最大堰高124m，混凝土量168万m3（图2－16）。

按照计划要求，月最大上升高度将达23m，月最大浇筑量将近40万m3。

该围堰高程50m以下混凝土已于1997 年完成。

二、混凝土拱围堰施工技术
混凝土拱围堰多用于隧洞导流、河床一次断流的工程。

自刘家峡水电站1966年建成了我国第一座高49m的混凝土重力式拱围堰后，乌江渡、紧水滩水电站相继用不同施工方法修建了拱围堰。

20世纪90年代大朝山水电站将碾压混凝土用于拱围堰，既节省了工程量，又可快速施工，进一步发挥了拱围堰的优越性。

安康水电站虽采用明渠导流，也成功地建造了上游拱围堰。

（l）乌江渡水电站上游过水拱围堰全长102.5m，两岸为重力墩，河床拱围堰高40m，堰顶弧长54m，设计底宽8m，为满足水下分段施工堰体稳定要求加厚至11m。

堰顶溢流面设高低鼻坎挑流消能，以防止紧接堰基灰岩下游面的软弱页岩遭受冲刷（图2 －17）。

该围堰系在导流隧洞施工的同时为争取工期于1972 年汛前在动水中建成。

堰址枯水期水面宽约35m，水深8－14m，流速1－3m／s，河床覆盖层厚3－8m。

为处理好围堰水下施工期间的导流和截流问题，采用了如下施工程序：首先用水下爆破及吸砂器等清除河床覆盖层，然后如图2－18所示浇筑水混凝土。

第一步由潜水员水下立模，在浅水缓流区浇筑左右岸边墩，形成岸边施工基地；第二步用架空索道沉放钢围囹组合模板，形成静水区浇筑中墩，将河床分为左右两部分；第三步在左边墩与中墩之间浇筑底坎，形成泄水闸孔，需保证水下底坎表面平整并密实，这是对模板组装精度要求最高的一步；第四步是整体沉施钢围囹，抛石
截浪封堵右岸深槽，由左岸闸孔泄流，但抛填堆石体水下注浆因渗漏量偏大，直至1972年3月在上游黏土铺盖填出水面止漏后才告成功。

1971年11月下旬导流隧洞建成通水,这时拱围堰已升高至水面以上,随即下放了钢筋混凝土组合叠梁门，用水下混凝土封堵了泄水闸孔。

1972年1月中旬排干了基坑，4月拱围堰全部浇筑完成。

在围堰升高过程中，还对堰基灰岩浅层溶蚀区及右深槽未清除的部分覆盖层做了防渗灌浆处理。

围堰建成后共运用7 年，过水62次，平均每年过水历时25天，最大过堰单宽流量达65m3／s 。

围堰变位正常，渗漏量微小。

经过年汛后测量，下游冲刷坑甚浅且距堰脚达50m，钻孔取样试验表明水下混凝土强度符合要求。

乌江渡水电站在隧洞尚未参加导流的情况下，采取水下施工成功地建成了高40m 的上游拱围堰，不但为水电站建设提前了一年工期，也为无围堰水下施工建混凝土坝做了成功的探索，这在国内外都是少见的。