水利水电工程施工组织与造-围堰工程实践分享

项目二　围堰工程

围堰是导流工程中临时的挡水建筑物，用来围护施工中的基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务结束后，如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予拆除。

一、围堰工程的类型

水利水电工程中经常采用的围堰，按其所使用的材料，可以分为土石围堰、混凝土围堰、钢板桩格型围堰和草土围堰等。按围堰与水流方向的相对位置，可分为：横向围堰和纵向围堰。按导流期间基坑淹没条件，可以分为：过水围堰和不过水围堰。过水围堰除需要满足一般围堰的基本要求，还要满足围堰顶过水的专门要求。

二、围堰的特点及适用场合

1.土石围堰

土石围堰是水利水电工程中采用最为广泛的一种围堰形式，如图2－9所示。是用当地材料填筑而成的围堰，不仅可以就地取材和充分利用开挖弃料作围堰填料，而且构造简单，施工方便，易于拆除，工程造价低，可以在流水中、深水中、岩基或有覆盖层的河床上修建。但其工程量较大，堰身沉陷变形也较大。因土石围堰断面较大，一般用于横向围堰，但在宽阔河床的分期导流中，如果围堰束窄河床增加的流速不大，也可作为纵向围堰，但需注意防冲设计，以保围堰安全。

土石围堰的设计与土石坝基本相同，但其结构形式在满足导流期正常运行的情况下应力求简单，便于施工。

2.混凝土围堰

混凝土围堰的抗冲与抗渗能力强，挡水水头高，底宽小，易于与永久混凝土建筑物相连接，必要时还可以过水，因此采用的比较广泛。在国外，采用拱形混凝土围堰的工程较多。近年来，国内贵州省的乌江渡、湖南省凤滩等水利水电工程也采用过拱形混凝土围堰作为横向围堰，但多数还是以重力式围堰作纵向围堰，如我国的三门峡、丹江口、三峡工程的混凝土纵向围堰均为重力式混凝土围堰。

图2－9　土石围堰

（a）斜墙式；（b）斜墙带水平铺盖式；（c）垂直防渗墙式；（d）灌浆帷幕式
1.堆石体；2.黏土斜墙、铺盖；3.反滤层；4.护面；5.隔水层；6.覆盖层；7.垂直防渗墙；8.灌浆帷幕；9.黏土心墙

拱形混凝土围堰。拱形混凝土围堰见图2－10，一般适用于两岸陡峻、岩石坚实的山区河流，常采用隧洞及允许基坑淹没的导流方案。通常围堰的拱座是在枯水期的水面以上施工的。对围堰的基础处理，当河床的覆盖层较薄时需进行水下清基，若覆盖层较厚，则可灌注水泥浆防渗加固。堰身的混凝土浇筑则要进行水下施工，因此，难度较高。在拱基两侧要回填部分砂砾料以利灌浆，形成阻水帷幕。拱形混凝土围堰由于利用了混凝土抗压强度高的特点，与重力式相比，断面较小，可节省混凝土工程量。

图2－10　拱形混凝土围堰（a）平面图；（b）横断面图；

1.拱身；2.拱座；3.灌浆帷幕；4.覆盖层

重力式混凝土围堰。采用分段围堰法导流时，重力式混凝土围堰往往可兼作第一期和第二期纵向围堰，两侧均能挡水，还能作为永久建筑物的一部分，如隔墙、导墙等。

重力式围堰可作成普通的实心式，与非溢流重力坝类似。也可作成空心式，如三门峡工程的纵向围堰（如图2－11）。

图2－11　三门峡工程的纵向围堰（单位：m）

（a）平面图；（b）A－A剖面

纵向围堰需抗御高速水流的冲刷，所以一般均修建在岩基上。为保证混凝土的施工质量，一般可将围堰布置在枯水期出露的岩滩上。如果这样还不能保证干地施工，则通常需另修土石低水围堰加以围护。

重力式混凝土围堰现在有普遍采用碾压混凝土浇筑的趋势，如三峡工程三期游横向围堰及纵向围堰均采用碾压混凝土。

3.钢板桩围堰

钢板桩格型围堰是重力式挡水建筑物，由一系列彼此相接的格体构成，按照格体的平面形状，可分为筒形格体、扇形格体和花瓣形格体。这些形式适用于不同的挡水高度，应用较多的是圆筒形格体。图2－12所示为钢板桩格型围堰的平面示意图。它是由许多钢板桩通过锁口互相连接而成为格形整体。钢板桩的锁口有握裹式、互握式和倒钩式三种（图2－13）。格体内填充透水性强的填料，如砂、砂卵石或石渣等。在向格体内进行填料时，必须保持各格体内的填料表面大致均衡上升，因高差太大会使格体变形。

图2－12　钢板桩格型围堰平面形式（a）圆筒形格体；（b）扇形格体；（c）花瓣形格体

图2－13　钢板桥桩锁口示意图

（a）握裹式；（b）互握式；（c）倒钩式

钢板桩格型围堰具有坚固、抗冲、抗渗、围堰断面小，便于机械化施工；钢板桩的回收率高，可达70%以上；尤其适用于束窄度大的河床段作为纵向围堰，但由于需要大量的钢材，且施工技术要求高，我国目前仅应用于大型工程中。

圆筒形格体钢板桩围堰，一般适用的挡水高度小于18 m，可以建在岩基上或非岩基上，也可作为过水围堰用。圆筒形格体钢板桩围堰的修建由定位、打设模架支柱、模架就位、安插钢板桩、打设钢板桩、填充料碴、取出模架及其支柱和填充料碴到设计高程等工序组成。圆筒形格体钢板桩围堰一般需在流水中修筑，受水位变化和水面波动的影响较大，施工难度较大。

4.草土围堰

草土围堰是一种以麦草、稻草、芦柴、柳枝和土为主要原料的草土混合结构。如图2－14所示，我国运用它已经有两千多年的历史。这种围堰主要用于黄河流域的渠道春修堵口工程中，新中国成立后，在青铜峡、盐锅峡、八盘峡等工程中，以及南方的黄坛口工程中均得到应用。草土围堰施工简单，速度快、取材容易、造价低、拆除也方便，具有一定的抗冲、抗渗能力，堰体的容重较小，特别适用于软土地基。但这种围堰不能承受较大的水头，所以仅限水深不超过6 m、流速不超过3.5 m/s，使用期二年以内的工程。草土围堰的施工方法比较特殊，就其实质来说也是一种进占法。按其所用草料形式的不同，可以分为散草法、捆草法、埽捆法三种。按其施工条件可分为水中填筑和干地填筑两种。由于草土围堰本身的特点，水中填筑质量比干填法容易保证，这是与其他围堰所不同的，实践中的草土围堰，普遍采用捆草法施工。

图2－14　草土围堰断面（单位：m）

1.戗土；2.土料；3.草捆

三、围堰的平面布置及堰顶高程的确定

（一）围堰的平面布置

围堰的平面布置主要包括堰内基坑范围确定和围堰轮廓布置两个问题。

1.围堰内基坑范围确定

堰内基坑范围大小主要取决于主体工程的轮廓和相应的施工方法。当采用一次拦断法导流时，围堰基坑是由上、下游围堰和河床两岸围成的。当采用分期导流时，围埋基坑是由纵向围堰与上下游横向围堰围成。在上述两种情况下，上下游横向围堰的布置，都取决于主体工程的轮廓。通常基坑坡趾距离主体工程轮廓的距离，不应小于20～30 m，以便布置排水设施、交通运输道路、堆放材料和模板等。如图2－15所示。至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时，基坑坡趾距离主体工程轮廓的距离，一般不小于2.0 m，以便布置排水导流系统和堆放模板，如果无此要求，只需留0.4～0.6 m，如图2－15（c）所示。实际工程的基坑形状和大小往往是很不相同的。有时可以利用地形以减少围堰的高度和长度；有时为照顾个别建筑物施工的需要，将围堰轴线布置成折线形；有时为了避开岸边较大的溪沟，也采用折线布置。为了保证基坑开挖和主体建筑物的正常施工，基坑范围应当留有一定富余。

图2－15　围堰布置与基坑范围示意图（单位：m）

（a）平面图；（b）A－A剖面；（c）B－B剖面(www.xing528.com)

1.主体工程轴线；2.主体工程轮廓；3.基坑；4.上游横向围堰；5.下游横向围堰；6.纵向围堰

2.分期导流纵向围堰布置

在分期导流方式中，纵向围堰布置是施工中的关键问题，选择纵向围堰位置，实际上就是要确定适宜的河床束窄度。束窄度就是天然河流过水面积被围堰束窄的程度，一般可用下式表示：

式中：K——河床的束窄程度（一般取值在47%～68%之间）；

　　　A₁——原河床的过水面积，m²；

　　　A₂——围堰和基坑所占据的过水面积，m²。

适宜的纵向围堰位置，与以下主要因素有关。

地形地质条件。河心洲、浅滩、小岛、基岩露头等，都是可供布置纵向围堰的有利条件，这些部位便于施工，并有利于防冲保护。例如，三门峡工程曾巧妙地利用了河心的几个礁岛布置纵、横围堰如图2－16所示。葛洲坝工程施工初期，也曾利用江心洲葛洲坝作为天然的纵向围堰。三峡工程利用江心洲三斗坪作为纵向围堰的一部分。

水工布置。尽可能利用厂坝、厂闸、闸坝等建筑物之间的隔水导墙作为纵向围堰的一部分。例如，葛洲坝工程就是利用厂闸导墙，三峡、三门峡、丹江口则利用厂坝导墙作为二期纵向围堰的一部分。

河床允许束窄度。允许束窄度主要与河床地质条件和通航要求有关。对于非通航河道，如河床易冲刷，一般均允许河床产生一定程度的变形，只要能保证河岸、围堰堰体和基础免受淘刷即可。束窄流速常可允许达到3m/s左右，岩石河床允许束窄度主要视岩石的抗冲流速而定。对于一般性河流和小型船舶，当缺乏具体研究资料时，可参考以下数据：当流速小于2.0 m/s时，机动木船可以自航，当流速小于3.0～3.5 m/s，且局部水面集中落差不大于0.5 m时，拖轮可自航，木材流放最大流速可考虑为3.5～4.0 m/s。

图2－16　三门峡工程的围堰布置

1.2.一期纵向低水围堰；3.一期上游横向高水围堰；4.一期下游横向高水围堰；5.纵向混凝土围堰；6.二期上游横向围堰；7.二期下游横向围堰；

导流过水要求。进行一期导流布置时，不但要考虑束窄河道的过水条件，而且还要考虑二期截流与导流的要求。主要应考虑的问题是，一期基坑中能否布置下宣泄二期导流流量的泄水建筑物；由一期转入二期施工时的截流落差是否太大。

施工布局的合理性。各期基坑中的施工强度应尽量均衡。一期工程施工强度可比二期低些，但不宜相差太悬殊。如有可能，分期分段数应尽量少一些。导流布置应满足总工期的要求。

以上五个方面，仅仅是选择纵向围堰位置时应考虑的主要问题。如果天然河槽呈对称形状，没有明显有利的地形地质条件可供利用时，可以通过经济比较方法选定纵向围堰的适宜位置，使一、二期总的导流费用最小。分期导流时，上、下游围堰一般不与河床中心线垂直，围堰的平面布置常呈梯形，既可使水流顺畅，同时也便于运输道路的布置和衔接。当采用一次拦断法导流时，上、下游围堰不存在突出的绕流问题，为了减少工程量，围堰多与主河道垂直。纵向围堰的平面布置形状，对于过水能力有较大影响。但是，围堰的防冲安全，通常比前者更重要。实践中常采用流线型和挑流式布置。

（二）围堰堰顶高程的确定

围堰堰顶高程的确定，不仅取决于导流设计流量和导流建筑物的形式、尺寸、平面位置、高程和糙率等，而且要考虑到河流的综合利用和主体工程工期。

上游围堰的堰顶高程：

H_上＝h_d＋Z＋δ　　　　　（2－2）

式中：H_上——上游围堰堰顶高程，m；

　　　h_d——下游水面高程，m，可直接由原河流水位流量关系曲线中查得；

　　　Z——上下游水位差，m；

　　　δ——围堰的安全超高，m，按表2－1选用。

表2－1　　　不过水围堰顶安全超高下限值（m）

下游围堰堰顶高程：

H_下＝h_d＋δ　　　　　（2－3）

式中：H_下——下游围堰堰顶高程，m；

　　　h_d——下游水面高程，m；

　　　δ——围堰的安全超高，m，按表2－1选用。围堰拦蓄一部分水流时，则堰顶高程应通过水库调洪计算来确定。纵向围堰的堰顶高程，要与束窄河床中宣泄导流设计流量时的水面曲线相适应，其上下游端部分别与上下游围堰同高，所以其顶面往往作成倾斜状。

四、围堰的防渗和防冲

1.围堰的防渗

围堰防渗的基本要求，和一般挡水建筑物无大差异。土石围堰的防渗一般采用斜墙、斜墙接水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。围堰一般需在水中修筑，因此如何保证斜墙和水平铺盖的水下施工质量是一个关键课题。

2.围堰的接头处理

围堰的接头是指围堰与围堰，围堰与其他建筑物及围堰与岸坡等的连接而言。围堰是临时建筑物，使用期不长，因此接头处理可适当简便，混凝土纵向围堰与土石横向围堰的接头，一般采用刺墙形式，以增加绕流渗径，防止引起有害的集中渗漏。为降低造价，使施工和拆除方便，在基础部位可用混凝土刺墙，上接双层木板，中夹两层沥青油膏及一层油毛毡的木板刺墙，木板刺墙与混凝土纵向围堰的连接处设厚2 mm的白铁片止水。木板刺墙与混凝土刺墙的接触处则用一层油毛毡和二层沥青麻布防渗。

3.围堰的防冲

一般多采用简易的抛石护底措施来保护堰脚及其基础的局部冲刷。关于围堰区护底的范围及抛石尺寸的大小，应通过水工模型试验确定。解决围堰及其基础的冲刷问题，除了抛石护底或其他措施外，还应对围堰的布置给予足够的重视，力求使水流平顺地进、出束窄河段。通常在围堰的上下游转角处设置导流墙，以改善束窄河段进出口的水流条件。在大、中型水利水电工程中，纵向围堰一般都考虑作为永久建筑物的隔墩或导水墙的一部分，因之均采用混凝土结构，导流墙实质上是混凝土纵向围堰分别向上、下游的延伸。尽管设置导流墙后，河底最大局部流速有所增加，但混凝土的抗冲能力较强，不至于会发生冲刷破坏的危险。

五、围堰的拆除

围堰是临时建筑物，导流任务完成后，应按设计要求拆除，以免影响永久建筑物的施工及运转。例如，在采用分段围堰法导流时，第一期横向围堰的拆除，如果不合要求，势必会增加上、下游水位差，从而增加截流工作的难度，增大截流料物的重量及数量。这类经验教训在国内外是不少的，如苏联的伏尔谢水电站截流时，上下游水位差是1.88 m，其中由于引渠和围堰没有拆除干净，造成的水位差就有1.73 m。又如下游围堰拆除不干净，会抬高尾水位。影响水轮机的利用水头，浙江省富春江水电站曾受此影响，降低了水轮机出力，造成不应有的损失。

土石围堰相对来说断面较大，拆除工作一般是在运行期限的最后一个汛期过后，随上游水位的下降，逐层拆除围堰的背水坡和水上部分如图2－17所示。但必须保证依次拆除后所残留的断面，能继续挡水和维持稳定，以免发生安全事故，使基坑过早淹没，影响施工。土石围堰的拆除一般可用挖土机或爆破开挖等方法。

图2－17　葛洲坝一期土石围堰的拆除程序图
1.黏土斜墙；2.覆盖层；3.堆碴；4.心墙；5.防渗墙

钢板桩格型围堰的拆除，首先要用抓斗或吸石器将填料清除，然后用拔桩机起拔钢板桩。混凝土围堰的拆除，一般只能用爆破法炸除，但应注意，必须使主体建筑物或其他设施不受爆破危害。