3 施工導流與度汛

3.1 導流

施工導流與度汛貫穿碾壓式土石壩施工全過程，應進行系統分析、全面規劃、統籌安排，妥善處理施工與洪水的關系。碾壓式土石壩應根據壩址地形地質條件、河道水文特性、大壩結構特點、施工程序和進度要求選擇導流方式。確定采用何種導流方式，即是采用一次斷流還是分期導流，全年導流還是枯水期導流。

施工導流與度汛包括導流（導流標準、導流方式、導流擋水建筑物）、截流（截流設計、截流施工）、施工度汛、導流洞下閘與封堵等。

3.1.1 導流標準

3.1.1.1 導流建筑物級別

（1）導流工程屬臨時性建筑物。導流建筑物是指樞紐工程施工期所使用的臨時性擋水和泄水建筑物。根據其保護對象、失事后果、使用年限和工程規模劃分為3~5級，其級別劃分見表3-1。當導流建筑物失事時，將給下游城鎮、工礦區或其他國民經濟部門造成嚴重災害或嚴重影響工程施工時，視其重要性或影響程度，可提高1級或2級。

（2）當導流建筑物根據表3-1指標分屬不同級別時，應以其中最高級別為準。但當它被列為3級導流建筑物時，至少應有兩項指標符合要求。

（3）規模巨大且在國民經濟中占有特殊地位的水利水電工程，其導流建筑物的級別和設計洪水標準，應充分論證后報主管部門批準。

（4）應根據不同的導流分期按表3-1劃分導流建筑物級別。同一導流分期中的各導流建筑物的級別，應根據其不同作用劃分；各導流建筑物的洪水標準應相同，以主要擋水建筑物的洪水標準為主。

（5）利用圍堰擋水發電時，圍堰級別可提高1級，但應經過技術經濟論證。

（6）當導流建筑物與永久建筑物結合時，結合部分結構設計應采用永久建筑物級別標準，但導流設計級別與洪水標準仍按表3-1及表3-2 的規定執行。但成為永久建筑物部分的結構設計應采用永久建筑物級別標準。

（7）當4級、5級導流建筑物地基地質條件復雜、或工程具有特殊要求采用新型結構的導流建筑物時，其結構設計級別可以提高1級，但設計洪水標準不提高。

（8）確定導流建筑物級別的因素復雜，當按表3-1和上述各條規定確定的級別不合理時，可根據工程具體條件和施工導流階段的不同要求，經過充分論證，予以提高或降低。

導流設計洪水標準的合理選擇，對工程施工的順利進行及經濟效益具有重大影響。導流標準的選擇方法，除按頻率法外，也可采用典型年法。當水文實測系列較長時，可用實測系列的最大值或系列中某一典型值。在實際應用中，往往兩者結合考慮。當按規定選用某一頻率標準時，常需對照實測資料，分析其安全性；采用典型年設計時，也需對照相應的頻率標準，以估計其機遇性。

3.1.1.2 土石壩導流建筑物洪水標準

土石壩導流建筑物的設計洪水標準應根據建筑物的類型和級別在表3-2規定的幅度內選擇。對導流建筑物級別為3級且失事后果嚴重的工程，應提出發生超標準洪水時的預案。

（1）導流建筑物洪水標準在下述情況下可用表3-2中的上限值。

1）河流水文實測資料系列較短（小于20年）或工程處于暴雨的中心區。

2）采用新型圍堰結構型式。

3）處于關鍵施工階段，失事后可能導致嚴重后果。

4）工程規模、投資和技術難度用上限值與用下限值相差不大。

（2）當樞紐所在河段上游建有水庫時，導流建筑物采用的洪水標準及截流設計流量可考慮上游梯級水庫的調蓄及調度的影響，并應通過技術經濟比選確定。工程截流期間還可通過上游水庫調度降低出庫流量。

（3）圍堰修筑期各月的填筑最低高程應以安全攔擋下月可能發生的最大設計流量為準。計算各月最大設計流量的重現期標準可用圍堰正常運用時的標準，經過論證也可適當降低。

（4）過水圍堰的擋水標準宜結合水文特點、施工工期、擋水時段，經技術經濟比較后在重現期3~20年范圍內選定。當水文系列不小于30年時，也可根據實測流量資料分析選用。

（5）過水圍堰級別按表3-1確定，表中的各項指標以過水圍堰擋水期情況作為衡量依據。

（6）圍堰過水時的設計洪水標準宜根據過水圍堰級別和表3-2確定。當水文系列不小于30年時，也可按實測典型年資料分析選用，并應通過水力學計算或水工模型試驗，找出圍堰過水時最不利流量作為設計依據。

3.1.1.3 截流設計標準

（1）截流時段應根據河流水文特征、氣候條件、圍堰施工以及通航等因素綜合分析選定。宜安排在汛后枯水時段，嚴寒地區盡量避開河道流冰及封凍期。

（2）截流標準可采用截流時段重現期5~10年的月或旬平均流量，也可結合河流水文特性及截流施工特點用其他方法分析確定。

3.1.1.4 土石壩壩體施工期臨時度汛洪水標準

當壩體填筑高程超過圍堰堰頂高程時，壩體臨時度汛洪水標準應根據壩型及壩前攔洪庫容按表3-3規定執行。

3.1.1.5 土石壩施工導流特點

土石壩工程一般采用土石圍堰。對土石壩工程而言，因防滲體施工的原因，一般均采用河床一次斷流、隧洞導流的方式，如黑河、糯扎渡等水電站大壩。若河床寬闊，也可采用分期圍堰導流方式，如小浪底、玉灘、海勃灣等水電站大壩。

土石壩工程中，由于一般不允許過水，而工程又往往較難在一個枯水期將壩體填筑至度汛安全高度要求，因此，對于土石壩工程，在相同級別條件下，宜選用規范規定的上限值。由于高、中土石壩工程的圍堰一般都需要擋水數年，有條件的工程采取堰壩結合，將圍堰設計成只擋枯水期洪水，然后先填筑壩體上游部分的臨時小斷面，兼做攔洪圍堰，既減少了施工導流工程的臨時工程量，又為主體工程的施工贏得了時間，更節約了工程造價。

3.1.1.6 施工導流階段劃分及標準選用

施工導流按施工過程中導流和擋水情況的不同，一般劃分為幾個階段。對于中、高水頭的工程，可以劃分為3個階段：圍堰擋水階段（前期），即自截流后至壩體具備擋水條件以前的時期；壩體擋水階段（中期），即自壩體具備擋水條件后至導流泄水建筑物封堵以前的時期；蓄水完建階段（后期），即自導流泄水建筑物封堵后至永久建筑物投入運行的時期。對于低水頭工程，一般只具有其中的一個或兩個階段。

土石壩施工導流根據時段任務不同，大體可分為3個階段，即初期導流階段、后期導流階段及初期運行導流階段。土石壩施工導流階段劃分及任務見表3-4。初期導流為圍堰擋水，后期導流為大壩擋水，劃分為大壩攔洪度汛階段和初期運行階段，其導流標準分別設計擬定。

（1）初期導流大多選用重現期10~20年的洪水標準，對高土石壩的導流施工設計在執行導流標準時，在相同級別條件下，宜選用規定的上限值。

高土石壩用歷年主汛最大洪水流量系列計算頻率。低土石壩圍堰一般只擋一個枯水期，然后用壩體擋水度汛，其洪水頻率計算用枯水時段洪水系列。

導流時段劃分按汛期和非汛期劃分，導流流量按汛期導流時段和非汛期導流時段分別擬定。其中非汛期圍堰擋水時段，按枯水期選定的洪水頻率的洪水流量設計，汛期由度汛圍堰按全年洪水標準相應流量設計。

（2）后期導流，高土石壩常用的施工期臨時度汛措施采用壩體臨時斷面擋水。土石壩壩體施工期臨時度汛洪水標準見表3-3。靠壩體擋水度汛洪水標準除視壩體填筑高度和壩前攔洪庫容而定外，還應考慮施工期長短、導流泄洪條件以及河流水文特性等因素的影響。另外，隨著壩體的填筑升高，水庫蓄水位的逐年升高，庫容逐年增大，則應按規定采用不同的度汛洪水設計標準，以便組織施工，滿足各個洪水時期對土石壩填筑高度的要求。

（3）土石壩初期運行階段的導流標準，屬后期施工導流設計標準，也是壩體后期的度汛標準。此時段的度汛標準應根據大壩級別按表3-5執行。根據已建成的一些大型土石壩的攔洪標準及其有關資料來看，已建成的土石壩，大部分按重現期100年洪水設計，并以重現期200~500年洪水校核。也有的高土石壩，大壩攔洪標準達重現期1000年，如小浪底水利樞紐、糯扎渡水電站工程等。

3.1.2 導流方式

3.1.2.1 導流方式

導流方式大體分兩類：一是河床外導流，即圍堰一次性攔斷全部河床，將河道水流引向河床外的明渠、隧洞或涵管等導向下游；二是河床內導流，采用分期導流，即將河床分段用圍堰擋水，使河道水流分期通過被束窄的河床或壩下涵管等導向下游。此外導流泄水建筑物有明渠、隧洞、涵管等。

（1）分期導流常用于中、下游河床較寬的河道，尤其當河床具有灘地、河心洲、礁島等可利用時，對分期導流更有利。

（2）明渠導流一般適用于岸邊具有臺地、緩坡的地形，或附近有舊河道、山溝、埡口、河灣等可供利用的地形。明渠具有施工簡單，既適合大型機械施工，也可人工開鑿等優點；有利于加快施工進度，縮短工期；對通航、放木條件也較好。

（3）隧洞導流一般用于中、上游峽谷地區，沒有條件布置縱向圍堰的河段。

（4）涵洞導流多用于土石壩，涵洞埋入壩下。與隧洞相比，具有施工簡單、速度快、造價低等優點。因此，只要地形、地質具有布置涵洞的條件，均可考慮涵洞導流。

3.1.2.2 導流方案

施工導流方案關系到整個工程施工程序、施工總進度和工程造價等方面，是影響工程全局的重要問題，并直接影響壩址、壩型選擇、樞紐布置，在設計階段要根據工程客觀條件，認真進行方案比較后優選。

施工導流方案的設計內容一般包括：①施工導流方案的比較與選定；②選定方案的設計；③導流建筑物的施工布置；④施工期防洪度汛方式及標準選擇；⑤下閘蓄水設計。

施工導流方案的設計成果應高度適應施工條件的能力和滿足工程設計、施工進度、施工方法、施工場地布置和工程造價等要求。

（1）導流方案的選擇。土石壩的施工導流方案應按土石壩不宜過水的原則，結合不同的施工程序，依據河谷形態、地形地質條件、水文特性、壩體方量、上壩強度及施工條件等因素進行分析選擇。壩址河谷地形條件是選擇導流形式的主要依據，表3-6為國內部分土石壩工程施工導流方案。

土石壩導流一般采用土石圍堰、河床一次斷流的施工導流方案，在選擇泄水建筑物時，河床狹窄、兩岸陡峻、山巖堅實的地區，往往采用隧洞泄流，應根據泄流量的要求、最大上壩強度，對小隧洞和大隧洞導流兩個不同方案，多條多層隧洞導流方案，明渠導流方案和隧洞導流等不同方案進行技術經濟比較，優化選定。

壩址處河谷寬闊，分期導流條件較好時，或在河流洪枯變差很大以及有通航要求和冰凌嚴重等地區，也可采取分期導流方式。根據壩址處地形、水文、施工進度、施工強度、工程投資、施工總體規劃等，比較分析二期導流和三期導流兩個方案；又根據圍堰布置形式比較一期先圍護右岸河道和一期先圍護左岸河道兩個方案。分期導流的泄水建筑物有：岸邊開挖的明渠、壩下埋設的涵管或配合使用的導流隧洞。

對高土石壩，一般不宜選用分期導流方案。這是由于分期導流施工，將使左、右岸壩體施工時間不同，填筑的高差較大，待壩建成后壩體密實程度不一致，容易產生壩體不均勻沉陷，造成壩體裂縫，給工程帶來永久性災害。依據國內外高土石壩施工經驗，宜采用一次攔斷河床、施工初期導流為圍堰擋水、隧洞泄流，后期導流采用壩體擋水、隧洞泄流的導流方案。

在圍堰選擇上，高土石壩趨向于圍堰與壩體結合的擋水方式。通過技術經濟比較，采用較高的導流圍堰，增加了圍堰所形成的滯洪庫容，是減少導流隧洞泄洪規模最有效和最經濟的途徑之一。

（2）導流程序及布置。河床一次攔斷、隧洞導流的導流程序。首先建成導流隧洞，然后修建上、下游圍堰，河水由導流洞導流。待大壩填筑升高到圍堰以上，圍堰完成擋水任務，壩體開始擋水，壩體達到發電水位或防洪水位以上后，封堵導流洞，蓄水發電。

分期導流方案的導流程序。第一期圍堰先圍灘地，或加圍一部分河槽，同時施工導流隧洞或導流明渠，導流泄水建筑物建成后，在河槽修建二期圍堰，枯水期截流，河水由隧洞或明渠通過。截流以后，在一個枯水期搶筑壩體到度汛高程，即開始攔洪蓄水。一般二期圍堰只擋枯水期或春汛流量，大汛由壩體擋水。此時壩體達到度汛高程。

土石壩的導流建筑物布置應注意以下幾點：①導流隧洞的布置主要考慮地形和地質條件、水流流速和流量要求、樞紐的布置及是否與永久建筑物結合等;②導流建筑物的布置在地形上要充分利用臺地、埡口，在地質條件上要有利于邊坡的穩定;③大壩上游圍堰采用與壩體相結合;下游圍堰應結合施工場地規劃、施工期間道路布置情況以及基坑排水方式進行圍堰布置;④分期導流的第一期圍堰的位置應視地形、主河槽位置和泄水建筑物的位置而定；避免汛期水位壅高過大，以防河床下切過深和對縱向圍堰堰基的淘刷。

3.1.3 導流擋水建筑物

導流擋水建筑物主要為圍堰，圍堰分為土石圍堰，混凝土圍堰，草土、木籠、竹籠、漿砌石圍堰，鋼板樁圍堰。土石壩工程主要擋水建筑物為土石圍堰。

土石圍堰的基本斷面形式由于材料構造不同，可分為均質土圍堰、多種土質混合圍堰、防滲斜墻土石圍堰、防滲心墻土石圍堰。

（1）圍堰堰頂高程及安全超高。

1）不過水圍堰堰頂高程及超高值。土石圍堰堰頂在設計洪水靜水位以上應有一段超高，其高度應當避免堰頂溢流的一切可能性。堰頂高程應不低于設計洪水的靜水位加波浪高度，其安全超高不低于表3-7的值。

土石圍堰防滲體頂部在設計洪水靜水位以上的超高值：斜墻式防滲體為0.6~0.8m；心墻式防滲體為0.3~0.6m。

考慮涌浪或沖擊水流影響，當下游有支流頂托時，應組合各種流量頂托情況，校核堰頂高程。

北方河流應考慮冰塞、冰壩造成的壅水高度。

2）過水圍堰堰頂高程按靜水位加波浪高度確定，不另加安全超高值。

（2）土石圍堰頂寬及構造。堰頂寬度及其構造按交通情況及防汛搶險情況而定，視圍堰高度、結構型式及其材料組合等確定。高于10m的圍堰，其最小寬度不小于3.0m；堰高超過20~30m時，寬度一般為4~6m。無行車要求的堰頂寬度，按表3-8確定。如有行車道，其頂寬按通過圍堰的道路等級而定。如堰頂考慮防汛搶險，其寬度需考慮加子堤或堆筑材料。

均質土圍堰的土料，應該具有足夠的不透水性和穩定性，滲透系數應小于10^-4cm/s，圍堰土料最好用壤土，其黏粒含量為25%左右。

塑性心墻圍堰用的黏土及黏壤土，填筑時做成梯形斷面，坡度為1∶0.2～1∶0.6的陡坡；按反濾的原理，心墻的迎、背水面用較粗粒透水料做成，靠近心墻部分用細料做成過渡帶。梯形心墻上部厚度不小于0.8～1.0m，或由施工要求決定，下部厚度不小于1/10水頭，且不能少于3m。當心墻為水下拋填，它與基礎結合長度不小于0.5倍水頭。

塑性斜墻圍堰在圍堰迎水坡設置斜墻，斜墻土料與心墻土料相同，斜墻圍堰的背水部分堰體填料一般用較易透水材料做成，其中僅有極小部分被水飽和，有較好的穩定性。修建斜墻時，黏土、壤土、或礫石土應按其高度逐漸向下加厚；斜墻上部厚度不應小于1m，而下部不應小于1/10水頭，在任何情況下不應小于3m。水下拋投的斜墻不應小于0.5倍水頭。為防止斜墻的表面沖刷、干裂、冰凍以及迎水面裂縫，要有斜墻覆蓋保護層，保護層為砂礫石，厚度不小于1.5m。水位以上，則不應小于凍層厚度。

直接與斜墻迎、背水面連在一起的填料，應按反濾料要求配置。當斜墻基礎為透水層時，為了減少滲流量和滿足基礎滲透穩定要求，堰前應設鋪蓋，通常對鋪蓋土料的基本要求同斜墻一樣。鋪蓋長度通常為水頭的3~4倍，但有時可達15~20倍。鋪蓋厚度應以鋪蓋填料的透水性，以及土質的種類和性質來規定，一般為1m左右。但若為水下拋投鋪蓋，由于未經碾壓，鋪蓋厚度要加厚。其厚度應滿足抗滲及拋填機械的最小拋投厚度。為防止鋪蓋水下拋投與斜墻接頭處的不均勻沉陷而產生的斷裂，在該處鋪蓋要加厚，一般為3~4m。礫石土做水下拋填鋪蓋時，為防止分離形成通道，使用時要進行充分論證。

（3）圍堰邊坡。圍堰邊坡的確定，應根據填料和基礎土料組成的性質，運用荷載條件進行穩定校核計算。

土石圍堰穩定破壞有堰坡滑動、土的液化和塑性流動3種形式。進行土石圍堰堰坡穩定計算，應杜絕以上3種破壞穩定現象。土石圍堰使用歷史悠久,有豐富的實踐資料，初擬斷面時可參照使用。

（4）土石圍堰防滲結構。土石圍堰防滲結構形式有土質心墻和斜墻、混凝土心墻和斜墻、高壓噴射灌漿心墻、土工膜心墻和斜墻、瀝青混凝土心墻和斜墻、鋼板樁心墻及木板心墻等。

土質心墻位于堰體的中心部位，也可稍偏上游。盡量干地施工，并與基礎良好結合。心墻斷面自上而下逐漸加厚，坡度一般為1∶0.2～1∶0.4。頂部厚度不小于0.8～1.0m，底部最小厚度不小于1/10～1/8水頭，且不小于3.0m。心墻厚度需根據土料的防滲性能、壓實程度及其允許滲透坡降而定。由于心墻不易檢修，底部厚度不宜過小，一般不小于1/4水頭。當水中拋填時，其厚度更應加大，常做成厚斷面心墻。為了施工方便，心墻還可不削坡，做成鋸齒形。

土質斜墻常為水下施工，其填筑碾壓條件一般難以達到心墻的施工要求。并且堰體發生沉陷時對斜墻也有影響。因此斜墻斷面應比心墻稍厚。其頂部厚度一般為1.0~3.0m,底部厚度可比心墻適當加厚，兩側都需設置保護層。

土質心墻或斜墻與堰殼體之間都需要設置反濾層。心墻反濾層一般為單層，也有雙層。斜墻反濾層一般可分單層、雙層或三層。反濾層的厚度應根據粒料及施工條件而定，其總厚度一般為1.0～3.0m。心墻上游面的反濾層可比下游面簡化。斜墻反濾層的自然穩定坡比一般為1∶1.5～1∶1.8。

當地基為砂卵石層時，心墻或斜墻基礎可用鋪蓋防滲，做成內鋪蓋可縮減圍堰斷面寬度。心墻或斜墻與鋪蓋的連接部位，為避免不均勻沉陷而破壞，應將鋪蓋適當加厚。鋪蓋長度通常根據接觸允許滲透坡降而定。

（5）土石圍堰防沖措施。

1）護坡。圍堰的護坡除防止風浪淘刷、雨水沖刷外，還需防止水流的沖刷。圍堰護坡一般只設置在迎水面，尤其是土質斜墻圍堰，對于背水面一般可不設護坡，或設置簡單的防護。常用的護坡形式有堆石護坡、砌石護坡、梢料護坡、混凝土板護坡等。

A.堆石護坡。可水上鋪筑，可水中拋填。護坡厚度，水上鋪筑 0.4～0.8m，水中拋填不宜小于0.5～1.0m。堆石塊徑需根據抗沖要求確定，一般為10～30cm。堆石下面需要設砂礫石墊層，墊層厚度約為0.3～0.5m。

B.砌石護坡。其厚度可減少為堆石護坡的1/2，一般單層鋪砌厚約為0.2～0.35m，但墊層要求級配良好。在北方嚴寒地區，砌石和墊層的總厚度還應大于冰凍深度。

2）圍堰與地基及其他建筑物的連接。圍堰與地基的連接。均質圍堰與地基的連接，只要將滲水性較大的沉積物或風化破碎巖石清除干凈，一般不需要特殊處理。有條件干地施工時，可挖幾道齒槽，以便更好地結合。

土質斜墻或心墻與地基的連接，一般有設置混凝土齒墻及擴大防滲體斷面兩種方式。前者連接可靠，但須干地施工；后者施工簡單，水上或水下施工均可采用。斜墻與地基的連接常采用后者，心墻與地基的連接兩者都常采用，視施工條件而定。

圍堰與岸坡的連接。岸坡一般為坡積物，滲水性大，穩定性差，一般應予清除。為避免堰體產生不均勻沉陷，連接的岸坡不應做成垂直臺階，巖石坡度一般不陡于1∶0.5～1∶0.75；土質坡度約1∶1.0～1∶1.5。在岸上修筑鋪蓋時，其坡度應削成大于1∶2.0的緩坡。防滲體與岸坡的連接方式同河床地基一樣，可采用混凝土齒墻，也可將防滲體斷面擴大。斜墻與岸坡的連接，還可將岸坡附近的斜墻逐漸變為心墻，以增大接觸面的滲徑。

圍堰與其他建筑物的連接。土質心墻或斜墻與其他建筑物（如混凝土導墻、縱向圍堰等）的連接，也有擴大防滲體斷面和插入式兩種。擴大防滲體斷面的要求，可參照與地基的連接。插入式連接有設置刺墻和嵌入油毛氈等形式。

3）圍堰防沖保護的一般措施。在圍堰平面布置時應考慮使水流平順，不使圍堰附近形成紊亂水流流態。對于上游圍堰，主要防止隧洞、明渠進口部位或縱向圍堰連接處的收縮水流對堰坡和堰腳的沖刷。對于下游圍堰，應防止擴散水流或回流沖刷。縱向圍堰的防護，尤應滿足抗沖流速的要求，其防沖措施一般有設置導流、挑流建筑物和防沖保護兩類，必要時需通過水工模型試驗確定。