水利水电施工中导流和围堰施工技术应用研究

水利水电施工中导流和围堰施工技术应用研究

刘川川 田芳

中国水利水电第十一工程局有限公司， 河南郑州 450000

摘 要：水利水电工程是一项利国利民的民生项目，其在农田灌溉和防洪防涝方面都发挥着十分重要的作用，对我国经济发展具有很好的促进作用。水利水电工程建设过程中，施工导流技术和围堰技术比较常见，通过对该项技术的科学运用，能够有效降低水流对水利水电工程项目施工质量的影响，保证项目施工的安全性和稳定性。鉴于此，下文结合新藏水电站，对水利水电工程施工导流和围堰技术进行了一定的探讨，以期可以为我国水电施工作业提供一定的借鉴。

关键词：水利水电工程；导流；围堰技术；应用

引 言

建设水利水电工程的主要目的是实现对水资源的有效控制，保证电力的充足性，所以其施工质量和发电及防洪防涝工作息息相关。施工导流和围堰施工技术作为我国现如今水利水电工程最为常见的技术手段，技术水平的高低和应用效果直接决定着整个工程项目的施工质量，所以迫切需要对这一施工技术进行深入研究。

1 工程概况

新藏水电站是水洛河干流额斯至捷可河段一库十一级中的第七个梯级电站，在四川省凉山州木里县境内，上游衔接固滴电站，下游衔接博瓦电站，采用的引水式发电模式。

该水电站左岸经有压隧洞，长度为19.46公里，从白水河汇口下游大约200米的位置取水，然后将其引到群英河河口上游大约670米的位置，此处建有地下发电厂房。水电站中最大的一个闸（坝）高度为15.5米，正常蓄水量为28.2万m³，电站装机容量达到了3×62MW。

该水利水电工程建设过程采用了导流围堰施工方法。

2 水利水电施工导流技术

我国目前常见的施工导流技术类型见表1。其中隧洞导流和明渠导流方式最为常用。

表1 施工导流类型及其适用范围

2.1 明渠导流

明渠导流即在一些宽广且地势平缓的平原地带，在河道和河滩两岸开挖渠道，在基坑上游和下游修建围堰，从而使河水可以通过渠道下泄。在水利水电工程明渠导流过程中，应尽量利用原有的河道，以最大程度减少工程量，降低施工成本。这种导流方式主要适用于河床较宽、沿岸广阔的古河道或者是台地，但不适用于河床覆盖层比较深和流量比较大的狭窄河床区域。具体施工中需要注意，在满足排冰和通航需求情况下，可选用明渠导流方式。施工中工作人员首先需要结合实际情况科学布设导流轴线，通常情况下布置在距离河床不远处较为宽阔的古河道或者台地上，同时轴线还需延伸出上下游围堰外坡脚，水平距离需满足防洪需求，出口和入口位置都应做好和上下水流的有效连接。为了保证水流的畅通性，明渠转弯时的最小半径应保证为渠道底宽度的5倍以上，尽可能缩小渠道的深度和长度。

2.2 隧洞导流

隧洞导流施工方式主要适用于一些地势崎岖恶劣、陡峭、河床狭窄或者水流量不大的地方，该方式的泄洪能力一般，但施工效率比较高，能够很好地保证工程施工质量。具体施工中，工作人员同样需要先确定好导流施工轴线，为后续施工作业的顺利开展奠定基础，轴线转弯位置需结合实际情况合理确定弯道的长度和角度。

2.3施工导流应用方案

2.3.1 分段围堰法导流

分段围堰导流施工法即利用围堰方式对建筑物实施统一分割，为施工作业提供便利，首先围住河床的某一侧，待水流通过河床时，对经过大坝的河水进行截流。该导流方法多用于水流量偏大、河床较宽和施工工期比较长的一些水利水电工程中。

2.3.2 全段围堰法导流

全段围堰导流施工法实现了对主河道的一次性截断，可将水流疏导至两边的泄水建筑，建筑物不同，下泄方式也有所不同，最常见的为单词导流方式，具体应用中还需结合现场具体情况进行灵活变通。一般情况下，该导流方法主要适用于河槽较深和水流量较大的情况，根据河槽两边台地的大小开展一次性拦截和明渠导流。具体导流施工中，需要根据不同汛期河流泄水情况，制定最为恰当的导流施工方案，同时科学安排施工工期和整体规划。若工程施工较为复杂，可引入BIM三维建模技术，对整个施工过程进行有效模拟，保证施工方案的可行性，确保施工过程的顺利推进。

3 施工导流和围堰技术在水利水电工程中的具体应用

3.1测量规划

水利水电工程建设过程存在一定的复杂性和综合性，所以前期准备工作非常重要，只有做好一切准备工作才能为后续施工作业的有序推进奠定坚实的基础保障。在工程项目建设初期，施工企业应安排专业人员深入现场，对现场及周边环境进行详细勘察和了解，同时还需做好和规划者之间有效的沟通，确保项目的总体安全系数的科学性和合理性。可靠的前期准备工作还能够大幅度降低施工中各类失误的发生几率，缩短施工工期，降低施工成本，提高工程项目整体效益。除此之外，施工企业还应该明确各岗位和工作人员所承担的具体责任和义务，在具体施工过程中定期不定期进行检查，保证每个环节施工作业都能够按期按量完成。着手进行水利工程之前，还需规范基本的施工过程，这时，需要各部门之间的默契合作，为提高工程质量打下良好的基础。

保证测量工作的有效开展是水利水电工程围堰施工技术应用效果的关键性影响因素，所以必须对该项工作引起足够的重视。首先，应安排专业人员深入现场，结合河道丰水期和枯水期最高水位，合理设置围堰高度，保证工程结构的稳固性。其次，根据河道下游生产生活用水需求及生态移民难度等多方面情况，合理规划施工导流路线，确保施工工序的顺利开展。另外，水利水电工程建设完成之后，还要制定详细的维护方案，加强日常养护工作，保证工程的正常使用，同时在养护过程中及时发现问题，解决问题，避免问题影响不断扩大，最终造成严重的安全事故。

3.2 导流工程设计

3.2.1 设计思路

新藏水电站首部枢纽3号泄洪闸上游铺盖河右岸护岸混凝土工程施工作业已经完成，完全具备过流条件，该水闸下游相应的海漫河护坦施工也均已竣工。施工导流是沿着3号泄洪闸左侧闸墩在下游的海漫、护坦修筑混凝土重力式挡水墙，以此形成泄水槽实施导流。混凝土重力式挡水墙的围堰设计为：洪水流量小于65.2m³/s时不过水，超过该标准时便会漫过围堰顶，但保证不损坏围堰结构，同时增加了水位预警机制，通过对上游水位的密切监测，围堰漫流水位一旦超过规定标准，就会发出经过，及时组织撤离工作人员及材料和设备。

基坑上游和下游的横向围堰都采用的土石围堰方式，在导流施工作业结束后，便可以开展首部枢纽左岸工程施工。该项目导流建筑物主要包含有闸孔的上游和下游纵向围堰和横向围堰。

3.2.2 下游纵向围堰

（1）围堰参数拟定

下游纵向围堰设计顶高程EL2161.0m，围堰高度4.0m（底面高程EL2157.0m），迎水面坡度1:0.3，背水面坡度1:0.6，堰底宽度5.1m。

（2）过流能力复核

围堰内流量采用宽顶堰淹没流量公式进行计算：

Q——宽顶堰过流量。

m—流量系数，m=0.32。

B——堰宽，水深按3.5m计算，B取水深以下平均宽度10.55m。

将以上数据带入上式，Q=68.5m³/s，满足过流要求。

（3）围堰稳定性验算

荷载组合：

纵向围堰作为施工期临时挡水建筑物，根据水工建筑物荷载规范，荷载组合：堰体自重、静水压力、扬压力。

假定工况，围堰内水深按4.0m计算，单位长度围堰荷载：

堰体自重：W=24*13.2=316.8kN；

静水压重：压在迎水面坡体上，N=24KN；

静水压力：按墙体全高计算，底部p=40kN/m，P=80KN；

扬压力折减系数0.8，迎水面最大u=42N/m，U=107.1KN。

抗滑稳定性验算：

①按抗剪强度公式

式中：

ΣN——法向力之和，N=340.8kN。

ΣU——扬压力之和，U=107.1KN。

ΣV——水平剪力之和，V=80KN；

代入上式，KS=1.17，抗滑稳定满足要求。

②抗剪断公式

式中：

Kn——按抗剪断强度公式计算的抗滑稳定系数，基本荷载组合的Kn值不得小于3.0；

C——堰基接触面抗剪断粘聚力，根据规范，混凝土与基岩的C值0.2~0.4MPa，常态混凝土结合面层C值1.16~1.45，本次计算取0.1MPa；

A——堰体底面面积，A=5.1m²，

f₁——堰基接触面抗剪断摩擦系数，根据规范，混凝土与基岩f₁值0.7~1.0，常态混凝土结合面层f₁值1.05~1.08，本次计算取0.5。

其他荷载同前。

代入上式，Kn=7.88，大于3.0，抗滑稳定满足要求。

堰基应力复核：

δmax/δmin=(ΣW/A)+(6ΣWx/AL)

式中，δmax/δmin--－对基础面可以承受的最大垂直正应力和最小应力进行计算。

ΣW--－计算段垂直力之和。

ΣWx--－计算段载荷对围堰基截面形心轴力矩之和。

B---－基础面截面宽度，B=1.0m；

L---－基础面截面长度，L=5.1m；

A--－基础面的计算截面积，5.1m²。

经过计算，δmax=89.90Kpa，δmin=0.58Kpa，堰基面未出现拉应力，满足要求。

（4）过流能力保证措施

由于16号护坦下游海漫右岸岸坡深入到导流渠中后会对过流能力造成一定的影响，所以应提前挖除平顺，确保过流宽度符合要求。

疏浚围堰下游河道，保证不会因为河道堵塞而降低围堰的渠道过流能力。

（5）堰体稳定措施

建基面清理。该项操作主要是为了促使建基面和纵向围堰之间的紧密结合，清理操作最好是在混凝土浇筑之前开展，浇筑的时候缝面需铺设厚度为2厘米的同标号砂浆。

插筋。为了保证围堰结构的稳固性，建基面最好布设两排插筋，迎水面插筋的间距控制为1米，排距控制为2米。插筋选用长度为2米的Φ25钢筋，在围堰和建基面中的插入深度均控制为1米。插筋结束后，工作人员还需对护坦表面裸露的钢筋头进行处理，通常可以采用取芯钻钻孔3厘米左右，然后切除钢筋头，并采用高强砂浆对钻孔进行修补处理。

排水措施。在围堰的海漫和护坦都应布设一定量的排水孔，这些排水孔应和基坑覆盖层之间保持连通，这些排水孔的主要作用是增强基坑的排水能力，保证基坑水位不会超过护坦顶面，同时还能够在一定程度上降低扬压力。

3.2.3 下游横向围堰

（1）围堰顶高程

围堰的顶高程需要结合导流标准流量和下河道水位情况进行合理确定，围堰下游河道的过流能力强于护坦段，出于下游横向围堰的安全考虑，将下游围堰的纵向混凝土围堰和顶高程均确定为2161.0米。

（2）围堰结构

顶宽3.0m，边坡坡比1:1.5。

（3）围堰位置

围堰的内侧和基坑开口线之间的距离控制为10.0米，并保证围堰结构以斜向修建，右岸最近的点距坝轴线应控制为120米左右，左岸要能够围住下游挡墙，围堰的总体长度为65米。

4. 围堰防渗

参照以往的相关数据分析，最终选用土石围堰防渗方式，即利用混凝土在围堰外侧修筑混凝土防渗墙，该水电站采用的C20混凝土，防渗墙厚度为30厘米。

3.2.4 上游纵向围堰

（1）围堰结构

为了确保该区域不会因为渠道底部不平整出现浪涌现象，最终将围堰顶高程确定为2163.0米，也就是在现有高程基础之上增加1米。具体施工过程如下：首先对原围堰顶面进行凿毛，新围堰和老围堰之间采用插筋连接方式，钢筋布设在迎水一侧，插筋选用的Φ16钢筋，钢筋之间的距离控制在50厘米左右。同时背水一侧通过填筑石渣形成复合围堰，其顶宽为4米，和混凝土结构同样的高度。

（2）过流能力保证措施

① 彻底清除该段河道下部的各类阻水障碍物，保证河道的畅通性。

2. 跨上游铺盖施工便桥阻水，对其进行抬高处理，桥面高程2164.0。

3. 2. 5. 上游横向围堰

目前该水电站采用的混凝土防渗和土石围堰方式，上游段隧洞进水口的部分建筑物需要改线，向上游偏移。改线的围堰其实和原来的围堰结构的边坡坡比和顶宽相一致，边坡坡脚线应该控制在结构物外边线约2米的位置，围堰内构筑混凝土防渗墙，也可以根据河道的实际情况选用幕墙防渗方式。

3.2.6 施工临时围堰

临时围堰的主要作用是对混凝土纵向围堰基坑起到一定的维护保护作用，同时将水流导入左岸，包括下游横向围堰和纵向围堰。为了尽最大限度减小工程建设过程的施工难度，导流标准为88.6m³/s。

3.2.7 主要工程量

表1 3#泄洪闸单孔导流方案主要工程量表

3.3 围堰固定

根据以往经验总结，水利水电工程建设过程中经常会因为河道土质过于松软而影响施工作业的顺利推进，有时河道内还存在大量的淤泥，严重影响围堰的稳定性。所以具体施工中必须做好围堰固定和保护措施，确保围堰结构的安全性和稳定性。与此同时对于淤泥层比较深的部位，还需利用木桩或者打桩机进行加固处理。

3.4 围堰堆砌及防水导流测试

围堰堆砌可以说是水利水电工程围堰施工中最为核心的一项内容，具体施工中通常需要用到一些大型机械设备，比如吊车等来辅助围堰堆砌工作，以保证围堰施工质量满足要求。待围堰堆砌结束后，还需开展防水导流测试工作，即在围堰内放入少量水，检测其是否存在渗漏问题，为施工导流和围堰技术的应用效果提供了保障。

3.5 清淤施工

清淤施工作业是水利水电工程施工导流和围堰技术的最后一项工作，通过需要机械设备为主，人工为辅，保证清淤效果满足要求。清淤施工中还需综合考虑围堰具体高度，检查围堰防渗情况，若发现问题应立即上报有关部门进行及时处理，保证工程质量不受影响，提高施工导流和围堰技术应用效果。

结束语

总而言之，修建水利水电工程的最终目的是为了更好地满足人们的生活实际需求，提升生活质量，所以保证工程项目的安全性是首要任务，施工导流和围堰技术的科学运用，能够有效提高水利水电工程的泄洪和防水能力，保证工程项目施工质量，进一步为人民的安居乐业和社会的稳步发展提供保障。

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