水利工程圍堰(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，水下填料高度達 60m，防滲心墻設 計為兩排混凝土防滲墻，擬使用反循環沖擊鉆機施工。 d)瀝青混凝土斜墻和心墻可用于圍堰防滲體的水上部位。瀝青混凝土斜墻下接黏土斜墻展蓋，其插進黏土斜墻的深度為 (1/2～ 1/3)H(水頭 )。瀝青混凝土心墻下接混凝土防滲心墻，通常在接縫處設止水片，也可采用展設瀝青含量較高的瀝青混凝土加厚層或填以瀝青瑪脂等填料，以防止接縫脫開。 e)鋼板樁心墻因其施工簡單，且鋼板樁可重復使用，故在國 外水電工程應用較廣泛。通常，鋼板樁高度 12m～ 15m 為宜，適合于砂質基礎。對于砂礫石覆蓋層，其卵石含量少于 40%，且粒徑大于 20cm的含量少于 10%較適宜。例如：陜西省安康水電站一期圍堰基礎砂卵石覆蓋層厚 8m～ 15m，采用插打鋼板樁防滲墻，圍堰運行防滲效果較好。 縱向土石圍堰的坡腳流速 4m/s～ 5m/s，可采用拋塊石防沖體保護，控制塊石粒徑 ～，重量 90kg～ 500kg，面層拋 3～ 4 層粒徑大于 ，重量大于 700kg 的大塊石保護。例如：長江葛洲壩一期土石縱向圍堰下游磯頭坡腳拋 投塊石防沖體保護，塊石粒徑 ～ ；面層大塊石粒徑 ～ ，運行 5年，汛期最大流速 ，防沖效果良好。若圍堰坡腳流速大于 5m/s，采用塊石防沖體保護尚不能保證安全運行需研究專門的防沖措施，可采用鋼筋籠塊石或混凝土防沖板保護，其保護寬度視該部位的覆蓋層情況而定，鋼筋籠塊石及混凝土防沖板均要考慮適應基礎沖塌變形，以防止圍堰坡腳基礎覆蓋層被水流淘刷。例如：長江葛洲壩一期土石縱向圍堰上游丁壩坡腳流速達，采用混凝土塊柔性排保護坡腳，混凝土塊尺寸 4m 4m 及 8m 8m，厚 ～ ，相鄰塊之間選用可變形的鋼筋型式連接，圍堰運行 5 年，防沖效果良好。 40m3/(s?m)，流速在 5m/s以內，可采用鉛絲籠塊石或大塊石 (粒徑 ～ )保護；流速 5m/s～ 7m/s，可采用鋼筋籠塊石、加筋塊石、特大塊石 (重 3t～ 5t)保護；流速 7m/s～ 10m/s 采用漿砌塊石、混凝土塊保護。工程實踐證實，土石過水圍堰僅用單寬流量衡量設計指標尚不夠全面。例如：湖北省清江隔河巖工程下游土石過水圍堰軸線長度 200m，堰頂過流量8000m3/s 時，堰頂單寬流量 40m3/(s?m)，下游坡面水深 7m～ ，最大流速 ，堰頂及下游坡水深 ～ ，最大流速 ；堰頂過流量 13700m3/s，單寬流量 (s?m)時，堰頂及下游坡水深 11m～ 10m，最大流速 ，說明圍堰過流量超過 8000m3/s，堰頂及下游坡水深增大，形成潛堰，流速反而減小。因此，采用單寬流量和流速衡量土石過水圍堰設計指標較為全面。土石圍堰過水單寬流量大于 40m3/(s?m)，流速大于 10m/s，需仔細分析圍堰過水水力條件，并通過水工模型試驗研究采 取防沖措施以確保安全運行。廣西紅水河大化水電站土石過水圍堰高 ，設計過流量8420m3/s，最大單寬流量 104m3/(s?m)，流速 ，采用 2m，厚 混凝土塊保護，實際過流量 5140m3/s，最大單寬流量 (s?m)。貴州省普定水電站土石過水圍堰高 ，設計 過流量 3890m3/s，最大單寬流量 75m3/(s?m)，流速 ，采用 3m 3m，厚 混凝土塊保護，實際過流量 2600m3/s，最大單寬流量 53m3/(s?m)。湖北省清江隔河巖工程 下游土石過水圍堰高 16m，覆蓋層厚 8m～ 19m，設計過流量 13700m3/s，最大單寬流量 (s?m)，流速 ，采用 10m 10m，厚 混凝土塊保護，實際過流量 10700m3/s，最大單寬流量 (s?m)，流速 。上述土石過水圍堰固然單寬流量大于 40m3/(s?m)或流速大于 10m/s，但運行實踐證實，采用的防沖保護措施效果良好。 混凝土圍堰 混凝土圍堰具有抗沖及抗滲能力大，斷面尺寸小，易于與永久混凝土建筑物相連接，堰體可過水等優 點，故在我國水電工程中，大多數縱向圍堰和橫向過水圍堰采用混凝土圍堰。例如：三門峽、丹江口、水口、五強溪、三峽等大型水電工程的縱向圍堰采用混凝土圍堰；烏江渡、巖灘、隔河巖等大型水電工程的過水圍堰采用混凝土圍堰。混凝土圍堰常用重力式和拱型。例如：貴州烏江渡上游過水圍堰，湖北省清江隔河巖水電站上游過水圍堰都做成拱型圍堰。 碾壓混凝土每米 3 的水泥用量為 50kg～ 70kg(膠凝材料總量 140kg～ 165kg，粉煤灰摻量約為 55%～ 65%)，較常態混凝土的水泥用量低。混凝土澆筑方法簡單，施工速度快，勞動強 度大的立模工作量減少，并取消了冷卻水管和接縫灌漿工藝，減少材料用量，節省工程投資。我國在混凝土圍堰中已推廣采用碾壓混凝土，例如：廣西巖灘水電站，上、下游過水圍堰均采用碾壓混凝土圍堰，上游圍堰高 52m，軸線長 278m，碾壓混凝土量 萬 m3；下游圍堰高 42m，軸線長 260m，碾壓混凝土量 萬 m3。湖北省清江隔河巖水電站上游過水圍堰采用碾壓混凝土圍堰，圍堰高 42m，軸線長 290m，碾壓混凝土量 萬 m3。江西省萬安水電站上游過水圍堰采用碾壓混凝土圍堰，圍堰高 24m，軸線長 234m，碾壓混凝土量 萬 m3。福建省水口水電站縱向圍堰采用碾壓混凝土圍堰，圍堰高 26m，軸線長 280m，碾壓混凝土量 28 萬 m3。 縱向混凝土圍堰本身抗沖流速可達 20m/s，但對圍堰迎水面的基礎需采取相應的防沖保護措施，才能確保圍堰安全運行。根據圍堰基礎的地質情況，在圍堰迎水面基礎宜研究用混凝土防沖板保護方案，若布置防沖板有困難，也可采取挖防沖槽澆筑混凝土保護方案。 混凝土過水圍堰需通過分析計算，擬定下游消能工及防沖措施，以保護下游河床及兩岸基礎，并應經過水工模型試驗驗證。對上游過水圍堰尚需考慮大壩施 工形象面貌對圍堰下游消能工的影響，并按下游水力銜接最不利的工況進行防沖設計。若圍堰基礎地質、地形條件尚好，可采用挑流消能，以減少下游防護工程量，簡化施工；若圍堰基礎地質、地形條件較差，宜采用底流消能，但下游防護工程量大，需視施工條件及工期的可行性，進行綜合分析比較。 其他型式圍堰 漿砌塊石圍堰所用的石料、砂礫料可以就地取材，所用水泥、鋼材、木材的消耗量較混凝土圍 堰少，投資也較省。較土石圍堰工程量小，抗沖性能好，且施工期答應過水。漿砌塊石圍堰可作縱向圍堰和橫向過水圍堰。漿砌塊石圍堰需在干地施工，以保證砌石質量。若具備水下施工條件，可將水下部分澆筑混凝土，水上部分采用漿砌塊石。例如：隔河巖下游圍堰缺口封堵縱向隔墻及導流隧洞封堵期為保證壩下游供水而修筑的土石圍堰縱向導墻均采用漿砌塊石。 木籠圍堰是木結構框架和散粒填料組成的混合結構，在華東及中南地區修建的水電工程，例如：黃壇口、梅山、新安江、富春江、烏溪江、建溪、柘溪等工程中有應用實例。該種型式圍堰具有適用性廣、施工 快，較土石圍堰工程量小，抗沖能力強等優點。可在水深 10m～ 15m 的河流中進行施工，用作縱向圍堰和過水圍堰 (頂部需設混凝土防沖蓋板 )有較明顯優點。建溪工程的木籠圍堰高度達 20m；湖南柘溪水電站上游過水圍堰高 34m，下部土石圍堰，上部接木籠圍堰的木籠土石混合圍堰；新安江水電站上游木籠圍堰高 ，堰頂過水單寬流量 (s?m)，下游木籠圍堰高 ，堰頂過水單寬流量 (s?m)。木籠圍堰要消耗大量木材，因此應用受到限制。 浙江富春江水電站上游過水圍堰，高度 28m，采用竹籠背水側 設土石支撐體的竹籠土石混合圍堰，圍堰頂部采用竹筋混凝土面板保護，溢流單寬流量 30m3/(s?m)。 寧夏八盤峽水電站三期上游圍堰采用草土圍堰高達 17m，實際擋水高度 14m。 美國馬克蘭德水電站廠房施工圍堰采用雙排圓筒形格體，高度達 35m；美國肯塔基水電站圍堰采用花瓣形，格體高度為 。 葛洲壩工程二期縱向圍堰采用干地施工，先澆筑混凝土基座，上接鋼板樁格型圍堰，圓筒形格體直徑 ，高 ，在混凝土面上插打鋼板樁形成圓筒格體，再回填砂礫石料。 6 圍堰布置 圍堰平面布置的原則。 圍堰與岸坡接頭設計應保證堰體與岸坡接合面具有良好的防滲性能，并防止岸坡四周的堰體產生不均勻沉陷而開裂及土石圍堰防滲體產生水平劈裂。土石圍堰與混凝土建筑物的連接型式，應使圍堰不致產生裂縫，防止與防滲體接觸帶產生滲透變形，以保證圍堰穩定，并使結合面具有良好的防滲性能。 圍堰布置應考慮水力學條件及防沖要求： a)縱向圍堰布置既要考慮沿線堰體坡腳四周水流平順，還需兼顧上、下游橫向圍堰坡腳四周的流 態、流速情況，避免水流紊亂對橫向圍堰坡腳造 成危害性沖洗。例如：葛洲壩一期土石縱向圍堰因圍護二期縱向圍堰上、下游端部彎段施工的需要，上游橫向段與縱向段的相接處和下游橫向段與縱向段的相接處形成凸出部位 (稱磯頭 )，起到挑流作用，磯頭部位坡腳流速達 5m/s～ 7m/s，縱向段沿線及下橫段坡腳處為回流區，流速 1m/s～ 2m/s，對磯頭部位進行重點防沖保護，運行實踐證實此設計是成功的。 b)過水圍堰布置需考慮堰頂過水的流態、流速情況，盡量使水流平順、均勻宣泄，避免水流集中及水流紊亂，而對堰體和兩岸及下游基礎造成危害性沖洗。 c)圍堰與導流泄水建筑物 (包括 臨時的導流建筑物和永久泄水建筑物 )進出口的間隔應視導流泄水建筑物泄流的流態及流速情況而定，一般距進口 10m～ 50m，距出口 30m～ 100m，或在導流泄水建筑物進出口修筑一定長度的導墻，以防止導流泄水建筑物泄流對圍堰坡腳造成危害性沖洗。 圍堰位置應考慮基礎覆蓋層及基巖條件，圍堰防滲軸線宜選擇在覆蓋層較薄和基巖條件較好的部位，以減少圍堰基礎防滲處理工程量。 圍堰布置應盡量避開兩岸溪流進進基坑，同時堰體與岸坡接頭需防止兩岸溪溝的水流對圍堰坡腳的沖洗。圍堰布置若較難避開兩岸溪溝對堰體的影 響，可研究將溪溝改道引至圍堰坡腳的下游。例如：葛洲壩工程大江下游土石圍堰與右岸坡接頭位于紫陽河 (實測最大流量 20m3/s)出口處，設計采用打一條長 138m 的改道隧洞 (寬 4m，高 的圓拱直墻斷面 )將紫陽河出口向下游移 200m 引進長江，避免了紫陽河出口水流對圍堰坡腳的沖洗，運行效果很好。 斷流圍堰布置 圍堰軸線布置原則。 上、下游橫向圍堰迎水坡腳距導流泄水建筑物進出口的間隔，通常，距導流泄水建筑物進口，混凝土圍堰為 10m～ 30m，土石圍堰為 30m～ 50m；距導流泄水建 筑物出口，混凝土圍堰為 30m～50m，土石圍堰為 50m～ 100m。以防止導流泄水建筑物泄流對圍堰坡腳造成危害性沖洗。 上、下游橫向圍堰通常布置為直線，若為圍護永久建筑物施工需要，圍堰可布置為折線，例如：葛洲壩工程二期上、下游土石橫向圍堰為圍護大江船閘及導航墻施工，圍堰布置為折線。對于橫向混凝土圍堰及漿砌塊石圍堰，為減少工程量，視地形、地質條件也可布置呈拱形或曲線形。 上、下游橫向過水圍堰軸線通常與河道水流向垂直布置，使堰頂泄流均勻、平順，避免水流集中及紊亂水流對堰體和兩岸及下游基 礎造成危害性沖洗。 分期圍堰布置 分期圍堰布置，主要是公道擬定縱向圍堰的位置。通常，在大江大河上修建縱向圍堰，水 深、流急，其施工難度較大。因此，縱向圍堰位置大多選在壩址河床漫灘基巖較高處，以避開河道主流區。縱向圍堰位置還應根據關鍵布置要求，考慮導流流量和導流期間的水力學條件及對通航的影響，圍堰及河床的防沖保護措施等因素，綜合分析比較，以確定最優布置方案。通常，對在巖基和覆蓋層厚度小于 3m的河床，一期圍堰束窄河床程度可控制在 40%～ 60%，例如：新安江、西津水電站一期圍堰束窄河床程度為 60%，青銅峽水電站一期圍堰束窄河床程度達 70%。對河床較寬，且縱向圍堰建在覆蓋層基礎上，一期圍堰束窄河床程度取用 30%～ 40%，例如：大化水電站一期圍堰束窄河床程度為40%，羅馬尼亞與南斯拉夫在多瑙河上合建的鐵門水電站一期圍堰束窄程度為 35%。但在大江大河上修建縱向圍堰影響因素較多，一期圍堰束窄河床程度宜采用 30%左右，例如：長江葛洲壩工程和三峽工程因受地形、地質條件和施工通航等因素的制約，一期圍堰束窄河床程度分別為 25%和 30%。三峽工程，一期圍堰束窄河床的范圍必須考慮一期工程施工期的通航要求，其圍護的 建筑物為混凝土縱向圍堰和導流明渠，但為滿足二期施工通航要求，除導流明渠在流量 20200m3/s 以下通航外，另在左岸建一座全年通航的臨時船閘。 橫向圍堰與縱向圍堰的布置主要考慮盡量縮短縱向圍堰的長度，橫向圍堰與縱向圍堰的交角通常為 120176。～ 90176。 混凝土縱向圍堰與橫向圍堰相接，通常在混凝土圍堰上設混凝土刺墻插進土石圍堰防滲體內以使防滲體封閉。土石縱向圍堰與土石橫向圍堰相接，其接頭