围堰导流工程简介.doc

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。xx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。xx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。xx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。xx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、xx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。xx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。xx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。xx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。xx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xx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，xx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xx、流溪河、xx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。xx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）xx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）xx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xx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）xx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、xx、龚嘴到20世纪八九＋年代的铜街子、xx、水口、宝珠寺、xx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xx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,xx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）xx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）xx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）xx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，xx、xx水电站相继用不同施工方法修建了拱围堰。20世纪90年代xx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。xx水电站虽采用明渠导流，也成功地建造了上游拱围堰。
（l）xx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。
xx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。

（2）xx水电站上游过水拱围堰高23m，堰基为坚硬的花岗斑岩，抗冲刷能力较强。堰顶弧长229m，溢流段顶宽3.6m，底宽8.1m（图2－19）。河谷宽高比约为10：1 ，在这种宽河谷修建拱形围堰实不多见。该工程在我国还首次将低热微膨胀水泥用于拱围堰，并因此增大了横缝间距，加以混凝土在低温季节浇筑，可免除横缝灌浆，简化了温度控制并加快了施工进度。其中位于河床的溢流堰段长达8lm，用滑模不分缝整体连续浇筑，仅20天，于1984年3月上旬滑升到顶，日平均升高lm。该围堰经历了3个汛期过水运用，情况正常。

（3）xx水电站位于汉江上游通航河段，汛期洪水峰高量大，洪枯流量与水位相差悬殊，坝址地质条件十分复杂，河床狭窄，为适应上述水文及地形地质条件并满足通航要求，采用左岸明渠导流与通航，上下游为混凝土过水围堰。为抢在汛前完成围堰工程，经过精心布置将上游围堰设计成等半径圆拱，左端利用明渠右侧导墙坝段为重力墩，拱围堰高30m，底宽约l0m，堰顶长217m ，共分13个坝段，混凝土仅2.7 万m3 （图2－20）。由于混凝土在冬季浇筑并掺用了粉煤灰，简化了温度控制。拱围堰于1984年汛前建成，横缝下半部于次冬进行了灌浆。围堰共运用4年，在此期间曾出现10年一遇洪水，过堰单宽流量达53 m3／s。因下游水垫较厚，且上下游水位差小于3m，堰脚下游岩体冲刷轻微，堰体结构正常。xx水电站上游围堰结构型式的优化，对该工程的顺利施工起了重要作用。

（4）xx水电站上游过水双曲拱围堰高52.5m（包括垫座，图2－21），拱顶弧长175.5m，顶宽6.3m，底宽11.6m，高宽比0.28，两岸为重力墩。堰基为玄武岩，左岸有一深槽，覆盖层厚17m，局部未开挖到基岩，用灌浆加固。在坝基开挖后再用混凝土封闭，并设混凝土垫座防止产生不均匀沉陷，围堰混凝土总量11.6万m3，其中拱围堰部分7.5万m3。两岸重力墩先期于干地浇筑、截流后拱
围堰在低水土石围堰保护下施工。垫座常态混凝土于1998年2月下旬完成。拱身为全断面碾压混凝土，不分缝整体连续浇筑，从3月初开始碾至5月上旬上升到顶，共历时64天（包括施工中断13天），月最高上升24m，月平均上升20.4m。与此同时，下游土石过水围堰及河床坝基开挖也于同年5 月完成。

三、混凝土围堰设计
（一）堰体断面设计
重力式围堰合理基本断面为三角形，纵向围堰两侧交替挡水，基本断面呈等腰三角形，断面尺寸需经过稳定和强度计算确定。
1.设计荷载组合及计算
（l）荷载组合。作用在堰体上的荷载有：自重力、静水压力、动水压力、扬压土、浪压力、冰压力、土石压力及地震力，应根据具体情况进行荷载组合。
（2）荷载计算。
① 扬压力。扬压力计算简图见图2－22及图2－23，扬压力取值系数列入表2 一3 。

② 静水压力。作用于堰体的静水压力根据设计洪水位确定，对于库容较大时，设计洪水位应考虑水库调蓄作用。
③ 泥沙压力。
（2-1）
式中 －在铅直面上泥沙对堰体基点的压力强度，N／m2；
－泥沙浮容重，N／m3；
－泥沙内摩擦角，（°）；
－堰体基点以上的淤沙厚度，m。

④ 浪压力。
（2－2）
式中 －浪高（），m；
υ－库面风速，m/s；
D－库面波浪吹程，km；
－波浪长［］，m；
－波浪中心线高出静水面的高度（），m。
浪压力分布如图2－24所示。

⑤ 冰压力。静冰压力为库面冰层膨胀而对建筑物产生的压力，可按表2－4中数据进行核算。从表中选用单位面积静冰压力，乘以冰厚，即为作用在堰体单位长度上的静冰压力。
动冰压力为库面冰块对建筑物产生的冲击压力，可按下式计算：
（2－3）
式中 －系数（决定于流冰的抗压碎强度，时，；时，）；
－冰块流速（一般不大于0.6），m/s；
－冰块厚度，m；
－冰块面积，m2。

⑥ 地震荷载。由于围堰为临时建筑物，运行期短，一般不考虑地震荷载。
2.堰体应力计算
重力式混凝土围堰一般按材料力学方法计算应力，作为控制指标，对于高度大、地质条件复杂的围堰，尚需进行模型试验，按弹性理论法或有限单元法分析研究。
（l）堰体断面堰基截面上的垂直正应力。
（2－4）
式中 －堰基面垂直正应力，N／m2
－作用于单宽堰体上的全部荷载（包括或不包括扬压力）的法向分力总和，N；
－作用于单宽堰体上的全部荷载（包括或不包括扬压力）对堰基截面形心轴的力矩总和，N·m；
A－堰基单宽长的截面积，m2；
J－单宽长堰基面截面积对形心轴的惯性矩，m4；
X－堰基面截面上计算点到形心轴的距离。

根据围堰施工及运行期特点，堰基面应力分为施工期和运行期两种情况。施工期内，围堰下游基面的垂直正应力可允许有不大于0.1MPa 的拉应力；运行期间，堰基面所承受的最大垂直正应力应小于堰基允许压应力，最小垂直正应力应大于零。
( 2 ）堰体断面的内部截面应力。内部截面应力计算方法同前。在运行期内，堰体上游面的最小主压应力为
（2－5）
－水的容重，N／m3；
H－堰面计算点的静水头，m。
堰体最大主压应力应不大于混凝土允许压应力值。施工期内，堰体下游面允许有不大于0.2MPa 的主拉应力。
根据岸坡堰块及双向挡水堰体的运行条件，堰基及堰体内部截面应力为双向荷载产生的应力之和，即
( 2 一6 )
在此条件下，可允许为不大的拉应力；对于高坝结构，宜进行三维空间有限元应力分析。
( 3 ）围堰运行期的应力标准。围堰在设计洪水位时，迎水面允许有0.1－0.15MPa 以下的主拉应力，堰体允许有0.2MPa 以下的主拉应力。
3 ．堰体稳定计算
（l）河床堰体段的稳定计算。

① 校核抗剪强度公式：
( 2 一7 )
式中K－抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数（K≥ 0.05 )；
f －混凝土与堰基接触面或混凝土内部抗剪摩擦系数；

－作用于堰体上的全部荷载对滑动平面的法向分力，N ；
－作用于堰体上全部荷载对滑动平面的切向分力，N 。
② 校核抗剪断面度公式：

式中 －抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数（）；
－堰体混凝土与堰基接触面或混凝土内部抗剪断摩擦系数；
－堰体混凝土与堰基接触面或混凝土内部抗剪断凝聚力，Pa ；
A －核算断面截面积，m2。
对于双向挡水堰体，按矢量求合力后进行稳定计算。一般以抗剪断强度公式计算为准, 抗剪强度公式为参考。的取值范围0.5－1.2MPa ，一般碾压混凝土层面＝1.OMPa 。
（2）岸坡堰段的稳定计算。岸坡堰体段按堰体分块分别进行稳定计算。计算时，可将岸坡堰体段分作两部分，即斜坡段和平台段，再按下式进行核算。
( 2 一8 )

式中 Nl －斜坡段垂直荷载在斜面上的法向分力，N ；
N2 －平台段垂直荷载在假定滑动面上的法向分力，N ；
A－假定剪断面的截面积，m2 ；
Pl ，P2 －斜坡段和平台段堰体自重在相应滑动面上的分力，N 。
当水库蓄水后滑动力尚需考虑上游堰面的水压力等荷载，按矢量叠加求合力后再计算滑动稳定
当堰基有软弱夹层，缓倾角结构面与不利断层组合时，还应核算堰体带动部分堰基的抗滑稳定性。可采用极限平衡法分组合分层进行稳定分析。
4.挡水断面的设计
（l）碾压混凝土重力围堰的断面设计在体形上应力求简单，便于施工。围堰顶宽度一般为5－8m，上游面宜采用铅直或斜面，应尽量避免折面。
（2）挡水围堰的基本断面为三角形，其顶点高程一般在堰顶附近，选在上游最高库水位；堰体上游面为折面时．起坡点的高程一般在（1／3－2／3）H处（H 为三角形高度）。
（3）重力式围堰上游坝坡一般采用1：0－1：0.2，下游坝坡采用1：0.6－1：0.8。常用0.7－0.75。
（4）设计围堰断面时，可先进行经济断面选择，其选择方法有分层计算法、数解法和曲线法。分层计算法为将堰体断面分成若干层水平截面，自上而下逐层假定上、下游坝坡，根据荷载算出满足稳定和强度条件的断面，最后根据工程需要修改成实用断面。数解法和曲线法详见《 水工设计手册》。
（二）堰体构造设计
1.廊道系统
廊道有纵向廊道（平行于坝轴线）和横向廊道（垂直于坝轴线）两种。当堰体较高时纵向廊道可设几层。廊道内应有适宜的通风条件，每隔一定距离应设置竖井通至堰顶或下游堰外，否则，应配备人工通风系统。廊道上游侧面至堰体上游面的距离一般为该处堰面水头的0.07－0.1 倍，且不小于3m。廊道的断面应按其用途决定，一般采用城门洞形，基础灌浆廊道一般宽度为2.5－3.0m ，高度为3.0 －4.0m；基础排水廊道一般宽度为1.5－2.5m，高度为2.2－3.5m ；交通廊道及其他廊道最小尺寸为宽1.2m ，高2.2m 。较长的基础灌浆廊道，每隔50－100m宜设置灌浆泵房，其纵向坡度应缓于45°；当岸坡基础地陡于45°时，灌浆廊道可分层布置，用竖井连接。廊道周边一般为厚1－2m常态钢筋混凝土浇筑。廊道底脚按需要设置排水沟，排水沟宽度一般为20－25cm ，深20－30cm，排水沟通至集水井，排水沟底坡不应缓于1.5‰。
2.堰体止水与排水

（l）堰体止水。碾压混凝土围堰横缝止水一般采用一道塑料止水带，对于高堰，可加设一道止水（紫铜片或塑料止水带）；止水设置位置通常距上游堰面0.5－2.0m，寒冷地区宜稍远。所有孔洞穿过堰体永久横缝时均应设一圈塑料止水带。当岸坡堰段基础开挖成陡坡（陡于1：1）时，应设陡坡止水，陡坡止水一般采用止水槽形式，止水槽深0.4－0.6m ，宽1－2m ，并设锚筋加固，和预埋止水片与横缝止水对应。
对于特别重要的围堰，两道止水片之间还应设排水槽，止水片下游宜设排水孔以利排除渗水。（2）堰体排水。堰体竖向排水系统的排水管一般设置在堰体上游防渗层后，排水管顶部按需要通至堰顶或堰体某一高程，其底部通至排水廊道、基础灌浆廊道内。排水管一般为预制的无砂混凝土管，亦可采用钻孔或拔管等方法形成，管距为2.0－3.0m，内径为7－15cm。
3.堰体分缝分块
碾压混凝土围堰一般不应设置从缝，对于分期施工堰体，温控措施复杂时，可将堰体改为常态混凝土浇筑，按要求设置纵缝、键槽，并对纵缝进行接缝灌浆及实行必要的并缝措施。
碾压混凝土围堰堰段间设置横缝，横缝间距与施工方法、施工时段、堰体混凝土分区及气候条件等因素有关，一般为20－50m；横缝一般为非暴露平面连续缝，可由切缝嵌金属片或用其他材料进行人工埋设造缝；亦可设置非暴露平面的不连续诱导缝，可采用钻孔切缝、预埋等方法形成，但应严格控制缝距、方向及斜度，保证横缝的成缝条件。对于诱导缝，有时按需要可在其末端设置限制缝面扩展的应力释放孔，孔径为300mm 左右。
4.堰体混凝土分区
碾压混凝土的抗压强度一般采用90－180d 龄期，当堰体开始承受荷载时间早于90－180d 时，应进行核算，必要时可缩短龄期或调整标号。
堰体混凝土在不同部位和不同条件下的标号分区及其性能，可参照SDJ21－78《 混凝土重力坝设计规范》（试行）及其他有关规范执行。
堰体内部混凝土的标号，一般采用一种标号，不同标号混凝土，分区宽度，应根据堰体受力状态、构造要求和施工条件确定，一般为5.0m 。
碾压混凝土垫层必须采用常态混凝土，其厚度一般为1.0－1.5m。
碾压混凝土围堰上游堰面防渗层采用常态混凝土或富胶凝材料的碾压混凝土，防渗层最小有效厚度一般为堰面水头的1/30－1/15 ，但不宜小于1.0m ；防渗层混凝土抗渗标号的最小允许值为：H（水头）< 30m 时为S4 ; H=30-60m 时为S6; H=60-120m 时为S8；H＞120m 时，应进行专门试验论证。
（三）堰基处理设计
1.基础开挖
围堰基础开挖，应根据堰基应力、基岩强度、堰体抗滑稳定条件（抗滑参数的确定）及岩体完整性结合上部结构对基础的要求，由地质和设计人员共同拟定基岩
利用标准。
堰基开挖面不应向下游倾斜，若利用基岩表面向下游倾斜，应开挖成大的水平台阶，台阶宽度和高度应与混凝土浇筑块大小、下游堰体厚度相适应。
平行围堰轴线方向的两岸岸坡，为满足堰体侧向稳定，应在斜坡上按堰体分缝开挖成阶，并使围堰连续横缝位于平台上，开挖平台宽度一般约为堰体分块宽度的50％-70% ，具体尺寸应由堰体施工期及运行期的侧向稳定计算成果来确定。
2 .堰基帷幕灌浆
帷幕灌浆应尽可能布置在堰基的迎水面，使帷幕区不产生拉应力。帷幕灌浆采用斜幕灌比直幕灌的效果好，但施工较复杂，因而帷幕钻孔倾角常控制在0°-10°之间。
帷幕深度由基础岩石内不透水层深度、堰体挡水水头等因素确定。当堰基相对隔水层埋藏深度有明显界限时，帷幕深度按堰高伸入到单位吸水量ω＜0.05-0.01L/ ( min· m · m ）等值线以下3-5m 。当相对隔水层较深或分布无规律时，帷幕深度可在（0.3-0.7）H ( H 为设计水头）范围内选择；由两排以上钻孔组成的帷幕，其中一排钻孔必须达上述深度要求，其余各排的孔深可取设计深度的l/2-2/3 倍。
帷幕灌浆排数在考虑帷幕上游区的固结灌浆对加强基础防渗作用后一般高堰可采用2 排，中、低堰可采用1 排。帷幕灌浆孔孔距与基岩裂隙程度、钻孔排数以及灌浆压力等有关，一般应通过试验确定，无试验资料时，孔距可取1.5-3.0m。排距可比孔距略小。
3.基岩固结灌浆
固结灌浆主要根据基岩工程地质条件及堰体高度等因素确定，一般布置在堰踵、堰趾各1/4 堰基宽度范围内，需加强帷幕灌浆时，可在帷幕上、下游各设一排固结灌浆。
第四节 格形围堰施工技术
一、格体的稳定和强度计算
格形围堰的设计必须考虑到格体的各种可能破坏形式。通常对岩基上的格体需要校核沿基础面的抗滑稳定，抗倾覆稳定和抗剪稳定性，对于非岩基上格体除上述计算外还需对板桩入土深度、基础土层的稳定、渗透稳定性进行校核。对于格体的强度主要是校核板桩的锁口抗拉强度。
（l）沿基础面的抗滑稳定计算。基础面上的抗滑稳定安全系数为沿基础面的抗滑力与作用格体的总水平的比。

式中 —抗滑稳定安全系数（≥1.25）；

－格体填料与基础面的摩擦系数；
－作用于格体的垂直力的总和，N；
－作用于格体的水平力的总和；N。
摩擦系数 一般取，为格体填料内摩擦角