目次
总则
设计标准与基本资料围堰型式选择围堰布置
围堰断面设计围堰基础处理设计围堰施工设计
围堰观测与拆除设计
总则
我国在大中型水电水利工程建设中修建了各种型式的围
堰通过围堰设计施工运行的实践积累了丰富的经验为适应我国水利水电建设事业发展的需要不断提高围堰设计水平特编制本导则年能源部原电力部和水利部颁发的对围堰设计作了原则规定以该规范为母本制定本导则围堰设计在确保施工及运行安全的前提下尽量考虑利用
当地材料以求经济合理围堰设计方案不仅要考虑施工方便而且还要考虑后期拆除方便大中型水利水电工程围堰设计应对围堰型式平面布置围堰断面结构及基础处理等进行多种方案研究并通过综合经济分析比较最后确定与永久建筑物相结合的围堰不仅承担施工导流期挡水任
务且在工程运行后成为永久建筑物的一部分如纵向围堰的坝体段及导墙段等部位应按永久建筑物标准设计三峡工程的混凝土纵向围堰坝体段及下纵段工程运行后为溢流坝段与右岸电厂的导墙均按永久建筑物设计围堰设计除了执行本导则外还应符合现行国家行业标
准的有关规定设计标准与基本资料
设计标准
围堰级别划分依据第条在大江大河上修建
围堰若围堰高度超过拦蓄库容大于围堰失事后果极为严重围堰级别应相应提高例如长江三峡工程二期上游土石围堰最大高度达拦蓄库容使用年限年年围堰失事将直接威胁下游葛洲坝工程和宜昌市的安全延误三峡工程建设工期推迟发电造成长江断航后果严重因此二期上游土石围堰按级建筑物设计三峡工程三期上游碾压混凝土围堰最大高度达拦蓄库容已属高坝大库使用年限虽年年但该围堰不仅保护三期基坑施工还担负着挡水发电和保证通航的重任长期在高水头下运行围堰一旦失事对下游葛洲坝工程及宜昌市将造成重大灾害致使三峡工程左岸电站发电中断和长江断航危害极大因此三期上游碾压混凝土围堰按级建筑物设计鉴于三峡围堰工程是特例故在规范与导则中围堰最高级别仍定为级建筑物围堰设计洪水标准常用频率法确定根据围堰类型和级
别按选用还应考虑可能遭遇超标准洪水时的紧急措施围堰设计洪水标准也可采用典型水文年法确定例如长江葛洲坝工程围堰设计考虑坝址水文观测系列达年设计洪水采用典型年法选择年实测最大洪水流量相当于理论频率重现期约年作为围堰设计洪水流量采用年实测最大洪水流量相当于理论频率约年作为校核流量对于大江上游土石围堰和上游纵向钢板桩格型围堰担负挡水发电重任选用年的历史调查洪水相当于理论频率约年作为保堰流量巴基斯坦的塔贝拉水利工程围堰设计标准采用年实测最大洪水流量曼格拉水
利工程围堰设计洪水标准则按年实测最大洪水流量
相当于年一遇洪水说明各工程取用的洪水标准
不同因此围堰设计洪水标准应视本工程实测水文观测系列和具体情况综合分析确定过水围堰的挡水标准在重现期年年范围内选定由
于过水围堰在汛期允许淹没基坑其选择的挡水流量标准不同每年围堰过水淹没的次数就不同若围堰设计挡水流量标准太高导流建筑物工程费用增大但由于过水次数减少淹没基坑损失的费用相应减少而有效施工时间增长可缩短工期反之若围堰设计挡水流量标准太低导流建筑物工程费用减少工期增长因此过水围堰设计挡水流量标准的选择需进行全面的技术经济比较我国一些水电工程如乌江渡隔河岩过水围堰设计挡水流量标准采用实测流量分析法通过对围堰过水次数和停工天数的分析比较选择合理的挡水流量标准若实测水文系列较长视围堰情况也可按实测典型年资料分析选用基本资料
围堰设计所需的坝址水文气象资料可利用枢纽主体建筑
物设计需要的资料水文资料中频率计算值包括
频率的全年和枯水期时段及分月瞬时最大及日平均流
量典型洪水过程线枯水期逐月平均流量及
月平均流量例如长江葛洲坝工程三峡工程围堰设计需要枯水期逐月分旬平均流量及旬平均流量坝址水位流量关系曲线通常取围堰轴线的水位流量但对于河道水位比降较大的坝址需测出上下游围堰处的水位流量关系坝址降雨冰情气温及风速资料可利用主体建筑物结构设计和施工设计所需要的资料围堰设计所需坝址地形地质资料主要是围堰范围内的
地形地质图围堰基础覆盖层基岩特性力学指标及渗透资料用于围堰防渗土料防冲块石料及堰体填料的料场资料围堰平面布置方案研究需要枢纽总布置图永久建筑物
结构型式和施工程序等资料对于分期导流方式纵向围堰位置直接影响枢纽布置方案和施工程序围堰施工设计依据施工导截流方式模型试验及枢纽工程
施工总布置总进度进行布置和安排围堰运行期水力学条件应按围堰设计标准及设计洪水流量
和导流泄水条件进行水力学计算求得围堰挡水水位及附近的流速值对于属级以上的建筑物围堰尚需通过水工模型试验验证并测出围堰附近的水流流态及流速资料对于有漂木和排冰的河道尚需查明漂木和排冰情况以便于设计研究漂木和排冰措施在有航运要求的河道修建围堰必须尽量减小围堰对航运的影响并采取措施避免或缩短断航期过水围堰运行期的挡水条件按挡水时段的设计流量和导流
泄水条件计算围堰挡水位过水水力学条件可按围堰过水设计洪水流量和导流泄水建筑物联合泄流进行计算求得围堰过水泄流量及平均流速鉴于围堰过水最大流速不一定出现在设计洪水流量因此应选择几组流量进行计算同时对围堰下游消能防冲也应进行水力计算对于级过水围堰宜通过水工模型试验测得围堰过水流态及流速资料围堰平面布置一般距主体建筑物较近尤其是纵向围堰因
位置限制靠近主体建筑物布置需分析研究主体建筑物基础开挖断面和爆破对围堰稳定及堰基渗透的影响通常主体建筑物基础开挖采用控制爆破基岩开挖的开口边线与围堰坡脚距离宜控制在还需满足基坑排水站和施工道路布置的要求全河床断流方案导流隧洞及明渠泄流可能造成对下游围堰的冲刷一般在导流隧洞及明渠出口平面布置时尽量使主流远离围堰坡脚对大中型导流围堰工程尚需通过水工模型试验测出下游围堰坡脚处的流速流态资料供设计研究围堰防冲保护方案分期导流方案利用束窄河床泄流或已建的永久泄水建
筑物泄流对纵向围堰及下游横向围堰坡脚可能造成冲刷拟先进行水力学计算分析必要时通过水工模型试验验证围堰设计需了解坝址河段泥沙资料包括河流泥沙含量泥沙的物理力学指标渗透系数以便分析围堰修建后上下游围堰迎水坡脚泥沙淤积范围及淤积厚度分期导流方案一期围堰束窄河床后对河床覆盖层造成冲刷需分析河床覆盖层冲刷范围及冲刷深度围堰型式选择
选择原则
围堰属挡水建筑物围堰系临时建筑物虽系临时工程但在运行期必须安全
可靠应满足水工建筑物的稳定防渗及抗冲要求围堰施工工期紧需拆除部分堰体或
施工方
通常围堰施工安排在一个枯水期修筑
至设计高程或度汛高程以保安全度汛因此同时围堰在围护的永久建筑物投入运行前全部堰体故在选择围堰型式时便拆除在保证围堰施工质量的前提下应考虑堰体结构简单有利于加快施工速度和后期
围堰基础处理使其满足堰体稳定和防渗要求围堰型式选
择时度围堰与岸坡或建筑物连接需满足防渗和稳定要求应视岸坡
地形地质条件和建筑物的结构特点选择连接简便的接头型式围堰型式选择应充分利用当地材料和主体建筑物基础开挖
料在大中型水电工程中应优先选用土石围堰除围堰型式选择应尽可能使堰体与主体建筑物相结合省工程投资例如辽宁省山美土石坝高
作为土石坝的一部分高
围堰是临时建筑物施加高围堰与溢流坝导墙相结合设计标准不宜太高在围堰型式选择
采取应急措
以节
上游土石围堰高以便于填筑和拆
应结合围堰基础地质
含堰基覆盖层及基岩条件尽量
简化基础处理方案在保证施工质量前提下以加快围堰施工进
三峡工程二期下游纵向混凝土围堰
时要能适应防汛抢险施工需要在遇超标准洪水时土石围堰
土石围堰的优点是可利用当地材料和拆除都较简便属常用的围堰型式堰基易于处理施工
土石围堰防渗体填料应视坝址料源情况综合分析比较选
定坝址附近如有渗透系数小于的土料应优先采用若坝址附近有砾石土料或风化页岩石渣碾压密实后渗透系数达可用作防渗料采用加大防渗体断面以满足围堰防渗要求例如长江葛洲坝二三江上游土石横向围堰采用砂壤土心墙防渗体大江下游土石横向围堰河床部位轴线长堰基砂砾石覆盖层厚度平均渗透系数最大围堰防渗体采用
二江基坑开挖的黏土质粉砂岩石渣和二江围堰拆除的砂壤土及砂砾石混合料在截流戗堤设砂砾石过渡带其迎水侧全部抛填混合料水下边坡水上边坡实测混合料的渗透系数
围堰运行五年实测最大渗水量
随着围堰坡脚处淤积渗水量逐渐减小除土料防渗体以外的其他材料防渗体土工膜用于土石坝防渗材料是近年的事土石围堰防
渗体的水上部位应优先选用土工膜防渗福建省水口水电站二期上下游土石围堰基础覆盖层厚采用泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝土防渗墙上部接土工膜心墙高度土工膜防渗面积围堰运行防渗效果良好现浇混凝土心墙主要用于堰体水上部位堰体水下部位常
结合围堰基础防渗墙采用泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑水下混凝土例如长江葛洲坝工程大江上游土石围堰水下部位最大深度防渗墙采用泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝土防渗墙其水上部位防渗心墙高采用现浇混凝土防渗墙围堰运行年防渗效果良好高度
目前在河床覆盖层中泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝
土防渗墙最大深度已达但据国内已建防渗墙设计及施工经验对于覆盖层深度超过的防渗墙或在填料未经压实的堰体中建造高度超过的防渗心墙计算防渗墙体拉应力超过混凝土允许拉应力需研究采用结构措施葛洲坝工程大江上游土石围堰堰体最大高度水下填料高度防渗心墙采用两排混凝土防渗墙三峡工程二期上游土石围堰堰体最大高度水下填料高度达防渗心墙设计为两排混凝土防渗墙拟使用反循环冲击钻机施工沥青混凝土斜墙和心墙可用于围堰防渗体的水上部位沥
青混凝土斜墙下接黏土斜墙铺盖其插入黏土斜墙的深度为水头沥青混凝土心墙下接混凝土防渗心墙通常
在接缝处设止水片也可采用铺设沥青含量较高的沥青混凝土加厚层或填以沥青玛 脂等填料以防止接缝脱开钢板桩心墙因其施工简单且钢板桩可重复使用故在国
外水电工程应用较广泛通常钢板桩高度为宜适
且粒合于砂质基础对于砂砾石覆盖层其卵石含量少于
径大于的含量少于较适宜例如陕西省安康水电站一期围堰基础砂卵石覆盖层厚采用插打钢板桩防渗墙围堰运行防渗效果较好纵向土石围堰的坡脚流速可采用抛块石防
冲体保护控制块石粒径重量面层抛层粒径大于重量大于的大块石保护例如长江葛洲坝一期土石纵向围堰下游矶头坡脚抛投块石防冲体保护块石粒径面层大块石粒径运行年汛期最大流速防冲效果良好若围堰坡脚流速大于采用块石防冲体保护尚不能保证安全运行需研究专门的防冲措施可采用钢筋笼块石或混凝土防冲板保护其保护宽度视该部位的覆盖层情况而定钢筋笼块石及混凝土防冲板均要考虑适应基础冲塌变形以防止围堰坡脚基础覆盖层被水流淘刷例如
长江葛洲坝一期土石纵向围堰上游丁坝坡脚流速达采用混凝土块柔性排保护坡脚混凝土块尺寸及厚
相邻块之间选用可变形的钢筋型式连接围堰运行
年防冲效果良好土石围堰过水单宽流量小于
内可采用铅丝笼块石或大块石粒径可采用钢筋笼块石加筋块石流速在以保护流速
特大块石重保护流速采用浆砌块石混凝土块保护工程实践证明土石过水围堰仅用单宽流量衡量设计指标尚不够全面例如湖北省清江隔河岩工程下游土石过水围堰轴线长度堰顶过流量时堰顶单宽流量下
游坡面水深最大流速堰顶及下游坡水深
最大流速堰顶过流量单宽流
量时堰顶及下游坡水深最大流速
说明围堰过流量超过堰顶及下游坡水深增
大形成潜堰流速反而减小因此采用单宽流量和流速衡量土石过水围堰设计指标较为全面土石围堰过水单宽流量大于
流速大于需仔细分析围堰过水水力条件并通过水工模型试验研究采取防冲措施以确保安全运行广西红水河大化水电站土石过水围堰高设计过流量最大单宽流量流速采用厚
混凝土块保护实际过流量最大单宽流量
贵州省普定水电站土石过水围堰高设
计过流量最大单宽流量流速采用厚混凝土块保护实际过流量最大单宽流量湖北省清江隔河岩工程下游土石过水围堰高覆盖层厚设计过流量最大单宽流量流速采用厚
混凝土块保护实际过流量最大单宽流量
流速上述土石过水围堰虽然单宽流量
大于或流速大于冲保护措施效果良好但运行实践证明采用的防
混凝土围堰
混凝土围堰具有抗冲及抗渗能力大断面尺寸小易于与
永久混凝土建筑物相连接堰体可过水等优点故在我国水电工程中大多数纵向围堰和横向过水围堰采用混凝土围堰例如三门峡丹江口水口五强溪三峡等大型水电工程的纵向围堰采用混凝土围堰乌江渡岩滩隔河岩等大型水电工程的过水围堰采用混凝土围堰混凝土围堰常用重力式和拱型例如贵州乌江渡上游过水围堰湖北省清江隔河岩水电站上游过水围堰都做成拱型围堰碾压混凝土每米的水泥用量为胶凝材料总
量粉煤灰掺量约为较常态混凝土的水泥用量低混凝土浇筑方法简单施工速度快劳动强度大的立模工作量减少并取消了冷却水管和接缝灌浆工艺减少材料用量节省工程投资我国在混凝土围堰中已推广采用碾压混凝土例如广西岩滩水电站上下游过水围堰均采用碾压混凝土围堰上游围堰高轴线长碾压混凝土量万
下游围堰高轴线长碾压混凝土量万湖北省清江隔河岩水电站上游过水围堰采用碾压混凝土围堰围堰高轴线长碾压混凝土量万江西省万安水电站上游过水围堰采用碾压混凝土围堰围堰高轴线长
碾压混凝土量万福建省水口水电站纵向围堰采用
碾压混凝土围堰围堰高轴线长碾压混凝土量万纵向混凝土围堰本身抗冲流速可达但对围堰迎水面的基础需采取相应的防冲保护措施才能确保围堰安全运行根据围堰基础的地质情况在围堰迎水面基础宜研究用混凝土防冲板保护方案若布置防冲板有困难也可采取挖防冲槽浇筑混
凝土保护方案混凝土过水围堰需通过分析计算拟定下游消能工及防冲
措施以保护下游河床及两岸基础并应经过水工模型试验验证对上游过水围堰尚需考虑大坝施工形象面貌对围堰下游消能工的影响并按下游水力衔接最不利的工况进行防冲设计若围堰基础地质地形条件尚好可采用挑流消能以减少下游防护工程量简化施工若围堰基础地质地形条件较差宜采用底流消能但下游防护工程量大需视施工条件及工期的可行性进行综合分析比较其他型式围堰
浆砌块石围堰所用的石料砂砾料可以就地取材所用水
泥钢材木材的消耗量较混凝土围堰少投资也较省较土石围堰工程量小抗冲性能好且施工期允许过水浆砌块石围堰可作纵向围堰和横向过水围堰浆砌块石围堰需在干地施工以保证砌石质量若具备水下施工条件可将水下部分浇筑混凝土水上部分采用浆砌块石例如隔河岩下游围堰缺口封堵纵向隔墙及导流隧洞封堵期为保证坝下游供水而修筑的土石围堰纵向导墙均采用浆砌块石木笼围堰是木结构框架和散粒填料组成的混合结构在华东及中南地区修建的水电工程例如黄坛口梅山新安江富春江乌溪江建溪柘溪等工程中有应用实例该种型式围堰具有适用性广施工快较土石围堰工程量小抗冲能力强等优点可在水深的河流中进行施工用作纵向围堰和过水围堰顶部需设混凝土防冲盖板有较明显优点建溪工程的木笼围堰高度达湖南柘溪水电站上游过水围堰高下部土石围堰上部接木笼围堰的木笼土石混合围堰站上游木笼围堰高堰顶过水单宽流量游木笼围堰高堰顶过水单宽流量堰要消耗大量木材因此应用受到限制新安江水电
下木笼围
浙江富春江水电站上游过水围堰高度采用竹笼背水侧设土石支撑体的竹笼土石混合围堰围堰顶部采用竹筋混凝土面板保护溢流单宽流量
宁夏八盘峡水电站三期上游围堰采用草土围堰高达实际挡水高度
美国马克兰德水电站厂房施工围堰采用双排圆筒形格体高度达美国肯塔基水电站围堰采用花瓣形格体高度为葛洲坝工程二期纵向围堰采用干地施工先浇筑混凝土基座上接钢板桩格型围堰圆筒形格体直径高在混凝土面上插打钢板桩形成圆筒格体再回填砂砾石料围堰布置
布置原则
围堰平面布置的原则围堰与岸坡接头设计应保证堰体与岸坡接合面具有良好的
防渗性能并防止岸坡附近的堰体产生不均匀沉陷而开裂及土石围堰防渗体产生水平劈裂土石围堰与混凝土建筑物的连接型式应使围堰不致产生裂缝防止与防渗体接触带产生渗透变形以保证围堰稳定并使结合面具有良好的防渗性能围堰布置应考虑水力学条件及防冲要求纵向围堰布置既要考虑沿线堰体坡脚附近水流平顺还需
兼顾上下游横向围堰坡脚附近的流态流速情况避免水流紊乱对横向围堰坡脚造成危害性冲刷例如葛洲坝一期土石纵向围堰因围护二期纵向围堰上下游端部弯段施工的需要上游横向段与纵向段的相接处和下游横向段与纵向段的相接处形成凸出部位称矶头起到挑流作用矶头部位坡脚流速达
纵向段沿线及下横段坡脚处为回流区流速对矶头部位进行重点防冲保护运行实践证明此设计是成功的过水围堰布置需考虑堰顶过水的流态流速情况尽量使
水流平顺均匀宣泄避免水流集中及水流紊乱而对堰体和两岸及下游基础造成危害性冲刷围堰与导流泄水建筑物包括临时的导流建筑物和永久泄
水建筑物进出口的距离应视导流泄水建筑物泄流的流态及流速情况而定一般距进口距出口或在导流泄水建筑物进出口修筑一定长度的导墙以防止导流泄水建筑物泄流对围堰坡脚造成危害性冲刷围堰位置应考虑基础覆盖层及基岩条件围堰防渗轴线宜
选择在覆盖层较薄和基岩条件较好的部位以减少围堰基础防渗
处理工程量围堰布置应尽量避开两岸溪流进入基坑同时堰体与岸坡
接头需防止两岸溪沟的水流对围堰坡脚的冲刷围堰布置若较难避开两岸溪沟对堰体的影响可研究将溪沟改道引至围堰坡脚的下游例如葛洲坝工程大江下游土石围堰与右岸坡接头位于紫阳河实测最大流量出口处设计采用打一条长的改道隧洞宽高的圆拱直墙断面将紫阳河出口向下游移引入长江避免了紫阳河出口水流对围堰坡脚的冲刷运行效果良好断流围堰布置
围堰轴线布置原则上下游横向围堰迎水坡脚距导流泄水建筑物进出口的距
离通常距导流泄水建筑物进口混凝土围堰为土石围堰为距导流泄水建筑物出口混凝土围堰为
土石围堰为以防止导流泄水建筑物泄流对围
堰坡脚造成危害性冲刷上下游横向围堰通常布置为直线若为围护永久建筑物
施工需要围堰可布置为折线例如葛洲坝工程二期上下游土石横向围堰为围护大江船闸及导航墙施工围堰布置为折线对于横向混凝土围堰及浆砌块石围堰为减少工程量视地形地质条件也可布置呈拱形或曲线形上下游横向过水围堰轴线通常与河道水流向垂直布置使堰顶泄流均匀平顺避免水流集中及紊乱水流对堰体和两岸及下游基础造成危害性冲刷分期围堰布置
分期围堰布置主要是合理拟定纵向围堰的位置通常在大江大河上修建纵向围堰水深流急其施工难度较大因此纵向围堰位置大多选在坝址河床漫滩基岩较高处以避开河
道主流区纵向围堰位置还应根据枢纽布置要求考虑导流流量和导流期间的水力学条件及对通航的影响围堰及河床的防冲保护措施等因素综合分析比较以确定最优布置方案通常对在岩基和覆盖层厚度小于的河床一期围堰束窄河床程度可控制在例如新安江西津水电站一期围堰束窄河床程度为青铜峡水电站一期围堰束窄河床程度达对河床较宽且纵向围堰建在覆盖层基础上一期围堰束窄河床程度取用例如大化水电站一期围堰束窄河床程度为
罗马尼亚与南斯拉夫在多瑙河上合建的铁门水电站一期围堰束窄程度为但在大江大河上修建纵向围堰影响因素较多一期围堰束窄河床程度宜采用左右例如长江葛洲坝工程和三峡工程因受地形地质条件和施工通航等因素的制约一期围堰束窄河床程度分别为和三峡工程一期围堰束窄河床的范围必须考虑一期工程施工期的通航要求其围护的建筑物为混凝土纵向围堰和导流明渠但为满足二期施工通航要求除导流明渠在流量以下通航外另在左岸建一座全年通航的临时船闸横向围堰与纵向围堰的布置主要考虑尽量缩短纵向围堰的
长度横向围堰与纵向围堰的交角通常为
混凝土纵向围堰与横向围堰相接通常在混凝土围堰上设
混凝土刺墙插入土石围堰防渗体内以使防渗体封闭土石纵向围堰与土石横向围堰相接其接头处的防渗体必须封闭满足防渗要求两期共用的纵向围堰需考虑两侧的上下游段与横向围堰防渗体的接头型式既要求与一期上下游横向围堰防渗体形成封闭接头同时预留的与二期上下游横向围堰防渗体接头还需考虑在一期导流期间的防冲保护措施纵向围堰的长度一般伸出上下游横向围堰坡脚
也可在与纵向围堰相接的堰体坡脚设置块石防冲体防止泄流对围堰坡脚造成的危害性冲刷纵向围堰尽量是两期共同但两期共用的纵向围堰大多采
用混凝土围堰或钢板桩格型围堰在大江大河中修建施工难度较大通常先修一期围堰围护形成基坑再修筑二期纵向围堰一期纵向围堰布置主要满足围护一期工程永久建筑物的施工和一期导流水力学条件的要求通常布置为平行河道的直线为围护二期纵向围堰上下游端部弯段施工在上下游横向段与纵向段相接处需布置呈凸出的形状应对其堰体坡脚重点防冲保护二期纵向围堰分为三段中间为坝体段属永久建筑物位于坝体上游的称上纵段位于坝体下游的称下纵段二期纵向围堰平面布置中间段为直线上下纵段常呈弯段以满足永久建筑物泄流条件要求对采用三期导流的混凝土纵向围堰二三期共用例如长江三峡工程福建闽江水口工程均采用三期导流方式其纵向围堰为二三期共用的混凝土纵向围堰纵向围堰背水坡脚距永久建筑物基础开挖边坡开口线不宜
小于若布置有困难可在背水坡脚处设置临时挡墙对永久建筑物基础开挖较深时应对围堰基础岩层中的软弱层面稳定进行核算围堰断面设计
断面设计要求
不过水围堰堰顶高程按设计洪水的静水位加波浪高度再
加安全超高围堰的波浪高度包括风浪沿围堰边坡的爬高和风浪壅高计算公式可参照水工设计手册第四卷第十八章土坝中的有关公式表不过水围堰堰顶安全超高下限值引自
表其他类型围堰如钢板桩格型围堰框架填石围
堰竹笼围堰草土围堰等安全超高值可按土石围堰值取用过水围堰堰顶高程按设计洪水的静水位加波浪高度不
计安全超高值围堰顶宽主要考虑施工和防汛抢险要求土石围堰高度堰顶宽度可根据围
堰实际情况确定通常对高围堰堰顶宽度取用大值低围堰堰顶宽度取用小值混凝土围堰浆砌块石围堰堰顶宽度若有交通
要求其堰顶宽度不宜小于
钢板桩格型围堰平均宽度为圆筒格体直径框
架填石围堰宽度为高度的倍倍竹笼围堰高度
顶宽
围堰设计初拟断面参照国内外水电工程已建的各种型式围
堰断面尺寸建议如下主要参数在围堰设计时需结合本工程围堰基础地质和围堰填料物理力学指标通过结构计算最后确定围堰断面土石围堰堆石体边坡砂砾石及石渣边坡
堰体高度增设一道宽的马道防渗土料心墙顶宽边坡防渗体与堰壳之间反滤层最小厚度
混凝土围堰浆砌块石围堰
迎水坡迎水坡
背水坡背水坡为高度
的圆筒与
钢板桩格型围堰圆筒形格体直径倍相邻两圆筒中心距
连弧交角
框架填石围堰围堰宽度竹笼围堰围堰宽度
背水坡草土围堰
围堰宽度
围堰高度围堰高度迎围堰高度边坡
水坡
水力计算
围堰束窄河床后改变了该段河道的天然水流状态在围
堰上游形成壅水区被束窄河段水面跌落纵向和横向均产生收缩过水断面减小流速加大水流通过收缩断面后水位又逐步降落至下游水位束窄河床的壅水高度实际为最大收缩断面与上游水位之差计算可利用能量方程推导出的近似公式计算通过束窄河床的水力计算求出壅水高度和束窄段最大收缩断面的平均流速以便确定上游横向围堰及纵向围堰沿线的水面线横向围堰及纵向围堰堰顶高程和研究围堰及河床的防冲保护方案对级级建筑物围堰束窄河床的水位及流速分布和壅水高度还有赖于水工模型试验验证过水围堰溢流水力计算可参照水工设计手册第六卷第
二十八章消能与防冲中的有关公式在设计洪水标准范围内通过选择最不利情况进行水力计算求出堰体及下游河床最大流速研究改善水力条件及防冲保护方案对按级以上建筑物设计的围堰宜通过水工模型试验验证土石围堰渗流计算确定堰体浸润线位置及堰体内渗流压力
分布以验算围堰边坡稳定拟定堰基防渗铺盖及堰体斜墙或基础防渗墙和堰体心墙的厚度及长度确定渗流坡降引起堰体及堰基管涌和流土的渗透坡降以便核算堰体及堰基的渗透稳定和防渗体的抗渗强度确定墙体及堰基的渗流量作为基坑排水设计的依据土石围堰渗流计算可参照水工设计手册第三卷第十五章渗流计算中有关公式对于高度大于且按级建筑物设计的土石围堰渗流计算可采用有限元法并用电拟法电流水流动力比拟法实验对公式计算成果进行校核修正混凝土围堰基础为岩基时需计算沿基础软弱层面的渗透
稳定的渗流量以便研究采取防渗处理措施若堰基为有压渗流要确定沿堰体基岩面的水头分布或扬压力线以便核算堰体的稳定性对于建在覆盖层上的混凝土围堰除计算渗流量外需验算堰基是否会发生渗透变形管涌流土等而引起覆盖层基础渗透破坏通常计算堰基下游渗流出口的渗流坡降若计算值小于覆盖层的容许坡降则需采取防渗处理并在堰基下游渗流出口处设置反滤层盖重以防止堰基渗透变形通常围堰渗流计算按迎水侧设计水位背水侧无水和迎
水侧设计水位背水侧最高水位即基坑抽水前水位两种水位组合条件计算即可但对按级建筑物设计的重要围堰尚需核算迎水侧最高洪水位即校核水位或保坝水位背水侧无水和迎水侧最高洪水位背水侧最高水位即汛期基坑未抽水水位两种水位组合条件围堰防渗体及堰基的安全渗透比降一般采用黏土为壤土为轻壤土为防渗体与堰基础接触面的安全渗透比降一般采用黏土壤土轻壤土围堰防渗体及堰基的安全渗透比降可结合本工程的具体情况参照上述参数初步拟定再根据试验成果经论证后确定稳定计算
围堰稳定计算安全系数中土石围堰和混凝土围堰的抗滑稳
定系数取用其他型式围堰稳定计算安全系数钢板桩格型围堰稳定计算内容及安全系数为参照国外水电工程钢板桩格型围堰设计计算公式及安全系数浆砌块石围堰框架填石围堰竹笼围堰草土围堰稳定计算内容及安全系数系参照国内已建的围堰工程设计施工实践经验并与土石围堰及混凝土围堰采用值类比而拟定围堰设计荷载一般包括围堰自重设计洪水位的静水压
力浮托力渗透压力土压力泥沙压力风浪压力等应根据围堰型式及其运用条件确定对属级建筑物的围堰尚需核算校核洪水位或保坝洪水位的静水压力和施工荷载作用下围堰的稳定作用在围堰上的荷载计算方法可参照水工设计手册第三卷第十七章主要设计标准和荷载计算中的计算公式土石围堰边坡稳定计算公式和浆砌块石围堰稳定计算参照水工设计手册第四卷土石坝中的有关公式框架填石围堰竹笼围堰稳定计算可参照混凝土围堰按纯摩擦公式计算堰体沿建基面的抗滑稳定和沿背水侧底部倾覆稳定钢板桩格型围堰稳定计算内容及计算方法可采用导流与截流一书中所列公式混凝土围堰稳定计算内容及计算方法可参照水工设计手
册第五卷混凝土坝中有关公式过水围堰应根据围堰型式确定其稳定计算公式对不同运
行水位和工况充水过流退水进行计算围堰断面按最不利的运用条件设计建在软基和深覆盖层上的过水围堰应校核沿基础中最不利层面的抗滑稳定导流与截流年出版书号为水利电力出版社
过水围堰的结构设计除进行堰体稳定和强度计算外必须
对溢流面及其坡脚的消能防冲结构进行专项设计对混凝土过水围堰浆砌块石过水围堰主要是拟定溢流面的型式及下游坡脚的防冲结构型式若围堰建在基岩上且下游河床地质条件较好宜采用挑流消能若围堰建在覆盖层上宜采用面流消能在围堰下游坡脚设陡坎及护底保护堰体坡脚防止围堰过水时造成下游坡脚冲刷破坏对土石过水围堰需研究围堰进水端及堰顶溢流结构型式下游坡护面结构下游坡脚消能防冲结构型式围堰两岸基础的防冲措施堰顶溢流结构型式通常采用平顶形曲线形或圆弧形堰体坡脚的防冲结构型式通常采用
坡脚护底顺坡式保护堰体坡脚及下游河床覆盖层护底
长度视覆盖层厚度而定对流速小于可采用粒径
的大块石或铅丝笼块石保护流速可采用重特大块石或钢筋笼块石保护流速大于采用重特大块石串混凝土块柔性排保护坡脚设挡墙的陡坡式挡墙一般采用混凝土结构宜建在
基岩上坡面挑流平台式借助平台挑流形成面流消能例如富
春江水电站二期上游过水围堰在堰体溢流坡面设挑流平台应力计算
混凝土重力式围堰应力计算通常按材料力学公式计算对
于按级建筑物设计的围堰宜用平面问题的有限单元法求解堰体和基础的应力及位移其计算公式参见水工设计手册第五卷第二十一章重力坝中坝体应力计算公式围堰系临时建筑物混凝土重力式围堰堰基截面允许拉应力堰体截面允许拉应力葛洲坝二期纵向围堰系级建筑物围堰采用混凝土基座上插钢板桩格型围堰最大高度混凝土基座高堰基截面计算拉应力为清江隔河岩水电站上游碾压混凝土过水围堰最大
高度堰基截面设计计算拉应力达围堰运行年未发现异常情况混凝土拱围堰应力计算通常采用拱冠梁法对按级建筑
物设计的围堰宜用有限元法进行拱围堰应力分析计算土石围堰建在压缩性较大地基上且高度大于应进
行堰体沉降计算对按级建筑物设计的围堰尚需分析计算堰体沉降量及沉降过程其计算公式可参照水工设计手册第三卷第十四章沉陷计算中的有关公式围堰高度大于且按级建筑物设计的土石围堰需
用有限单元法计算堰体和堰基的应力应变其计算公式可参照水深大于深水抛土施工的堰体或建在粉土砂质即淤砂土基础的土石围堰应核算塑流稳定其分析计算方法可参照设计水利电力出版社一书的有关公式计算土坝围堰基础处理设计
一
般
规定
围堰基础处理主要满足强度和防渗要求对土石围堰可采
用放缓堰坡以适应地基要求但渗流控制包括渗透稳定和控制渗流量是围堰基础处理设计的关键建在岩石基础上的围堰主要是控制沿断层及裂隙节理等构造带的渗漏与冲蚀并需降低两岸堰肩的浸润线由于裂隙漏水增高浸润线影响两岸堰肩的稳定性建在砂砾覆盖层基础上的围堰则需控制渗流量及基础的渗透变形并降低堰体及堰肩的浸润线防止堰基渗透破坏保证堰体稳定围堰基础砂砾石覆盖层的防渗处理采用垂直防渗可较完全
级建筑物的围堰宜地截断堰基渗流技术上可靠对属级优先选用对于砂砾石覆盖层较深的围堰基础垂直防渗体应嵌入相对不透水岩层若采用悬挂式的防渗体虽可增加渗径长度但对减少渗流量和降低下游出逸坡降效果不显著一般上部用防渗墙下部接防渗帷幕嵌入相对不透水岩层水平防渗铺盖施工简便但必须结合下游排水减压设施才能有效地解决堰基渗透问题当堰基砂砾石渗透系数较大时用黏土铺盖防渗可靠性较差因此对围堰基础砂砾石覆盖层的防渗处理方案应视砂砾石层的深度级配情况围堰型式施工及后期拆除条件等综合分析选定堰基覆盖层防渗体若采用黏土防渗槽其墙底应挖除全风
化带至弱风化岩石嵌入基岩接触面的渗径长度按接触面的安全渗透比降确定若采用混凝土防渗墙或柔性材料防渗墙钢板桩防渗墙墙底嵌入弱风化岩石若采用灌浆帷幕其幕底嵌入弱风化岩石若围堰基础全强风化带透水
性很小经过分析论证防渗体可嵌入强风化带堰基防渗体与岸坡的接头必须使防渗封闭通常使防渗体嵌入岸坡相对不透水岩层嵌入深度应按防渗体与岸坡接触面的安全渗透比降确定堰基防渗体与建筑物的接头防渗应封闭按接触面的安全渗透比降拟定防渗体嵌入深度堰基覆盖层下的基岩岩溶发育或漏水量大的断层破碎
带通常采用灌浆处理防
渗处
理
铺盖可减少渗流量和渗透水压力常与下游排水减压设施
联合作用以有效地控制堰基渗流适用于土石围堰基础覆盖层渗透系数小于且无大的集中渗漏带铺盖的长度厚度及密度可根据围堰的高度堰基覆盖层的厚度及防渗土料的特性综合分析确定例如湖北省丹江口水利枢纽二期上游土石围堰最大高度堰基砂卵石覆盖层厚度表层为中细砂渗透系数下层为砂卵石渗透系数达
采用黏土心墙内铺盖在堰体底部防渗铺盖在低土
石围堰保护下干地施工铺盖长度按倍水头厚度采用靠心墙处为首端围堰运行防渗效果良好铺盖防渗不宜用于土石纵向围堰和土石过水围堰对上游土石过水围堰若围堰顶过水时上游坡脚处的流速小于且采取措施能有效地防止铺盖的土体受水流的冲刷也可采用铺盖防渗截水槽适用于堰基砂砾石覆盖层厚度以内的土石围
堰采用水下开挖至基岩或相对不透水层回填防渗土料或其他防渗材料截水槽底宽根据挡水头及回填土料与基岩接触面的渗透坡降和水下开挖施工条件确定一般截水槽底宽边坡
例如长江葛洲坝工程二江上游土石围堰高度
堰基砂卵石覆盖层厚渗透系数采用
索铲开挖截水槽开挖边坡底宽挖至最深处遇
流沙层下放钢板沉井宽长至基岩回填黏土截水墙围堰运行防渗效果良好在围堰基础覆盖层及水下部位的堰体中采用泥浆固壁冲击
钻机造孔成槽浇筑混凝土或柔性材料形成连续防渗墙适用于堰基砂砾石覆盖层厚度大于的围堰例如福建省闽江水口水电站二期上游土石围堰高度堰基砂卵石厚度采用柔性混凝土防渗墙上接堰体土工膜心墙每柔性混凝土水泥用量砂小石黏土膨润土水
及外加剂水胶比砂率坍落度扩散度抗压强度为抗拉强度为抗渗指标渗透系数
围堰防渗效果良好钢板桩防渗墙是采用振动沉拔桩机将钢板桩打入堰基覆盖
层至基岩靠钢板桩连成封闭的防渗墙钢板桩防渗墙适用于堰基为砂土冲积层或砂砾石层卵石含量小于无大漂石的覆盖层且厚度小于以利钢板桩插打施工例如安徽省史
堰基砂卵覆盖层厚河梅山水库上游土石围堰高度
砂卵石中卵石含量较少采用钢板桩防渗墙上按堰体的木板心墙围堰运行防渗效果良好围堰基础砂砾石层采用灌浆防渗处理时必须研究砂砾石
层的性质与级配判断其可灌性并通过灌浆试验最后确定例如浙江省富春江水电站三期下游土石围堰高度堰基砂砾石覆盖层厚采用水泥灌浆二排孔处理黄河龙羊峡水电站上游土石围堰高度堰基砂卵石覆盖层厚采用水泥灌浆三排孔处理葛洲坝一期土石纵向围堰下游横向段高度堰基砂砾石覆盖层厚采用水泥黏土灌浆三排孔处理围堰运行实践表明灌浆防渗可满足要求高压喷射灌浆适用于砂壤土中细砂等细颗粒地基和砂砾石覆盖层堰基根据一些工程实践经验与试验资料堰基砂砾石层采用高压喷射灌浆宜控制砂砾石厚度小于且卵石最大粒径弹性模量
小于例如广东省珠江飞来峡工程在厚度的砂砾石覆盖层和河南省黄河小浪底工程在厚度的夹黏性土砾卵漂石覆盖层中进行高压喷射灌浆试验通过围井开挖检查取样做压水及注水试验结果表明防渗效果符合设计要求其
他处
理
围堰基础覆盖层厚度较浅且具备水下开挖条件对土石
围堰可将其防渗体范围覆盖层开挖至基岩对混凝土围堰尚需具备水下清基立模浇筑混凝土等水下施工条件再采用水下开挖将围堰基础覆盖层全部挖除围堰与岸坡接头部位的堰体的基础以及位于河床基岩较高处的堰体基础具备水上开挖条件土石围堰防渗体基础宜开挖至基础相对不透水层混凝土围堰基础宜开挖至基岩可利用岩体堰体基础是砂基软土地基为消除液化并提高砂基密度常选用振冲加固和强夯加固振冲法加固在我国土石坝坝基的应用例如年官厅水库为抗御度地震预防下游坝基液
河北省石家庄石津灌化用振冲法加固砂基相对密度达
区总干渠首段田庄电站地基下层为均匀细砂层采用振冲加固强夯法加固可消除粉细砂液化并提高密度珠海及深圳国际机场用强夯法处理地基相对密度由不足提高至以上围堰施工设计
围堰虽属临时性的挡水建筑物但对所围护的永久建筑物
极为重要必须按设计要求进行修筑在保证围堰施工质量前提下加快修筑速度为永久建筑物提前施工创造条件以满足工程施工总进度的要求围堰施工组织设计应依据围堰水工设计所确定的围堰型
式平面布置断面结构基础处理方案和围堰施工技术要求以及所围护的永久建筑物施工总进度等条件研究围堰施工程序施工方法施工布置及施工进度拟定所需施工机械设备及劳动力数量和设计概算在研究围堰施工方案时应尽量采用先进的施工技术提高围堰施工水平在保证施工质量前提下加快工程建设土石围堰施工所需的料场包括防渗体反滤过渡区堰
壳护坡截流戗堤堆石体排水棱体等和主体建筑物的开挖均需通过勘探查明储量并取样进行试验提出料场勘察试验报告作为围堰料场开采运输规划和围堰施工组织设计的依据土石围堰心墙与斜墙防渗土料填筑施工过程中应做好防
雨和保护措施心墙及斜墙防渗体填筑稍向上游倾斜以利排泄雨水根据雨情预报雨前应用碾压机械快速压实表层松土施工机械开出防渗体填筑面并保持填筑面平整以防雨水下渗且避免填筑面积水雨后对填筑面晾晒或处理经验收合格后方可复工对狭窄场面防雨宜用苫布覆盖做好防渗体填筑面保护下雨或雨后禁止车辆通行混凝土围堰通常采用干地开挖基础覆盖层及浇筑混凝土因此混凝土围堰施工设计需研究围护混凝土围堰施工的土石围堰施工进度基坑排水混凝土围堰基础开挖和混凝土浇筑施工工期及施工网络在汛前应将混凝土围堰浇筑至枯水位以上以
满足度汛要求低水位时堰体可继续上升混凝土围堰施工可采用汽车直接入仓胶带机输送混凝土
入仓和起重机吊混凝土料罐入仓等方案例如长江葛洲坝工程二期纵向围堰上纵段下纵段混凝土基座均采用汽车直接入仓浇筑混凝土闸坝段采用起重机吊混凝土料罐入仓浇筑混凝土清江隔河岩水电站上游碾压混凝土围堰全部混凝土常态混凝土和碾压混凝土均采用汽车直接入仓浇筑为保证汽车直接入仓浇筑混凝土的施工质量设计提出四条措施对入仓汽车轮子要派专人在仓面外冲洗干净不允许将泥块泄入仓面浇筑层厚小于
常态混凝土初凝前应先在混凝土面上垫钢板汽车在钢
板上通行混凝土初凝后强度未达到前不允许汽车在混凝土面上行走以控制施工质量对混凝土围堰施工质量控制应根据围堰的重要性参照水工混凝土施工规范有关混凝土施工质量控制与检查的条款执行混凝土围堰采用碾压混凝土施工其施工设计应研究碾压
混凝土施工布置施工程序施工强度和所需施工机械设备根据已建工程的实践经验围堰碾压混凝土采用通仓薄层厚连续上升平均月上升高度最高月上升高度
可达例如湖北省清江隔河岩上游碾压混凝土围堰最大日上升高度碾压混凝土围堰施工技术要求和施工质量控制可参照水工碾压混凝土施工规范执行混凝土围堰水下清基使用挖石船索铲抓斗等机械可开
挖覆盖层厚以内的堰基清渣例如贵州省乌江渡水电站上游混凝土过水围堰水下清渣水深流速
覆盖层厚使用的吸砂机出渣筒直径供
风量吸出重达的块石在机械开挖至基岩面后潜水工下水检查并对建基岩进行表面清理水下混凝土浇筑通常采用导管法其施工技术要求和质量控制参照水工混凝土施工规范特种混凝土的有关规定执行对两岸水深小于
的部位可采用从岸边端进法浇混凝土料出水面并以混凝
振捣密实钢板桩格型围堰施工程序先施工圆筒再施工相邻圆筒
之间的连弧段圆筒施工程序为安装样架安装插钉钢板桩至合龙钢板桩底部防渗处理圆筒在填料回填到格体高度拆除样架圆筒内继续回填料至设计高程连弧段的施工程序与圆筒相同一般一个钢板桩格体施工时间为其中圆筒需连弧段施工期在干地施工的钢板格型围堰其施工程序与水中施工格体的程序大致相同但仅插放钢板桩合龙不需要打桩所以工期可缩短例如长江葛洲坝工程二期纵向钢板桩格型围堰施工一个钢板桩格体施工时间为其中圆筒施工期连弧段施工期
草土围堰施工按其施工条件可分为水下堆筑和干地堆筑两种按其所用的草料型式分为散草法捆草法和埽捆法三种草土用量水深以下每草土体用草
干地堆筑草土体每用草
用土
用土
土赶水围堰观测与拆除设计
围堰运行期间通常进行的观测项目
围堰变位垂直位移和水平位移观测在堰体顶部及坡
面设置固定标点观测其铅直方向及垂直围堰轴线的水平方向的位置变化垂直位移观测可与水平位移观测配合进行观测断面应选择在最大堰高合龙地段堰基地形地质变化较大处及堰体施工质量存在问题的地段一般在堰顶下游堰肩及堰趾各设一排位移标点间距观测横断面不得小于个上下游水位观测在上游围堰的上游坡面和下游围堰的下游坡面各设一组水尺观测其水位在基坑集水坑附近设置水尺观测基坑水位渗水量观测通常将堰体背水坡脚排水沟的渗水集中引入
基坑内的集水坑可在各排水沟分段设几个量水堰进行观测也可用基坑排水站的排水量推算围堰渗水量对土石围堰还需布置个测压管横断面以观测堰体浸润线的变化堰体表面观测通过监测人员的眼看耳听手摸等方法察
看堰体裂缝堰坡局部塌陷和背水坡脚处翻沙冒水等现象过水围堰堰顶过水时的表面流速及流态观测通常在水
流表面投放浮标用交汇法测定浮标行迹定出流向并可测出表面流速采用目测或摄影方法观测水流表层现象如回流漩涡折冲水流水花翻涌等的位置及范围一般沿围堰轴线布置个河床中左岸边右岸边断面进行观测对围堰高度大于且属级建筑物的重要围堰和采用新型式新结构新材料新工艺的围堰应进行原型观测设
计例如长江葛洲坝大江上游土石围堰担负挡水发电的重任起到了土石坝的作用对原型观测进行了专项设计葛洲坝二期纵向钢板桩格型围堰在我国水电工程中尚属首次使用也对原型
观测进行了专项设计湖北省清江隔河岩水电站上游过水围堰采用碾压混凝土围堰也进行了原型观测设计土石围堰观测设计根据围堰型式及地形地质条件和运行
特点增加专门性观测项目选择个个观测断面埋设沉降计位移计倾斜仪引伸仪土压计孔隙压力计以观测堰体内部变形和应力堰体内部位移及土体应力应变堰体总应力及孔隙压力防渗体的应力应变堰基渗压观测等混凝土围堰观测设计根据围堰地形地质条件和堰体结构
特点增加专门性观测项目选择个个典型断面作为重点观测部位埋设应变计测缝计测压管扬压力观测孔测斜仪等观测堰体内部应力应变和基础扬压力等根据永久建筑物运行要求确定围堰拆除范围拆除宽
度及高程分期导流的一期围堰拆除范围及拆除断面还需满足二期导流及截流泄水要求以达到安全导流和胜利截流之目的围堰拆除施工需根据拆除范围及拆除工程量研究确定
围堰拆除程序拆除方法施工进度和所需要的施工机械设备围堰拆除一般安排在汛后开始随着枯水期水位逐月下降堰顶高程可随挡水位下降通常围堰拆除程序为先拆堰顶及背水侧分层下降可利用堰体经济断面挡水以减少水下拆除量各月拆除高程及拆除部位应视围堰型式和各月挡水位拟定围堰拆除施工工期紧任务重应尽量加快拆除速度以满足工程施工总进度的要求
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