淺談水利水電施工導(dǎo)流及圍堰工程設(shè)計(jì)

鄧龍洲

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 117200）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水利水電工程項(xiàng)目建設(shè)的數(shù)量也在不斷增多，不僅能夠改善人民群眾的生活品質(zhì)，而且也能夠提高水資源的宏觀調(diào)控?，F(xiàn)有的水利水電施工項(xiàng)目已經(jīng)無法滿足人們的實(shí)際使用需求，必須加大對于新建水利工程的綜合運(yùn)用。施工導(dǎo)流是當(dāng)前水利水電工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，但由于施工技術(shù)及施工條件的限制，經(jīng)常會受到洪澇災(zāi)害等方面影響，對水利工程運(yùn)行安全產(chǎn)生不利影響，合理的對施工導(dǎo)流及圍堰工程進(jìn)行設(shè)計(jì)已成為保障水利項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件。

1 施工導(dǎo)流與圍堰概述

1.1 施工導(dǎo)流

施工導(dǎo)流主要分為三個(gè)部分，首先要擬定施工導(dǎo)流具體措施，在保障圍堰施工質(zhì)量之后，要使得水流能順利導(dǎo)流，此階段要確認(rèn)河床基本位置。其次要進(jìn)行施工導(dǎo)流操作，要對汛期河水深度及大壩基本高度對注水量的影響進(jìn)行判定，此過程可提升水利工程施工項(xiàng)目的防洪能力。最后結(jié)合施工導(dǎo)流活水進(jìn)行設(shè)計(jì)，將水壩各項(xiàng)操作完成，在此過程中要對設(shè)計(jì)高度進(jìn)行核算控制[1]。

1.2 施工圍堰

在水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)過程中，需合理應(yīng)用施工技術(shù)。將砂料等通過自卸車運(yùn)輸?shù)絿咭钪┕さ膱龅刂?，然后?yīng)用挖掘機(jī)與推土機(jī)聯(lián)合鋪設(shè)施工，在鋪設(shè)過程中要對鋪設(shè)材料壓實(shí)度及厚度進(jìn)行控制與管理。完成施工之后，要進(jìn)行抽水與排水，對施工進(jìn)度進(jìn)行控制。封堵施工操作結(jié)束之后，要對邊坡進(jìn)行處理，圍堰施工結(jié)束之后將縱向圍堰與終端進(jìn)行連接，然后進(jìn)行檢查與處理，確保施工穩(wěn)定進(jìn)行。

2 施工導(dǎo)流與圍堰常見形式

2.1 施工導(dǎo)流

2.1.1 全段圍堰法施工導(dǎo)流

全段導(dǎo)流是結(jié)合圍堰采取一次性截?cái)嗪哟病Ｔ谒こ添?xiàng)目施工建設(shè)過程中，可以在上下游位置各設(shè)置一道圍堰，能滿足水流路徑基本變化要求。此類方式能對水流路徑進(jìn)行控制。項(xiàng)目實(shí)際施工建設(shè)過程中要對河流區(qū)域基本水文特點(diǎn)以及地質(zhì)情況進(jìn)行分析，對不同方案進(jìn)行對比，選取最佳的工程導(dǎo)流方法[2]。

2.1.2 分段圍堰法施工導(dǎo)流

分段圍堰法大多發(fā)生在河床較寬或流量較大的工程中。要想保障此類施工技術(shù)措施應(yīng)用價(jià)值全面發(fā)揮，要對施工項(xiàng)目進(jìn)行合理劃分，對施工特點(diǎn)以及施工具體情況進(jìn)行分析，保障各項(xiàng)工作能有效落實(shí)。這樣才能促使水利工程施工滿足質(zhì)量要求，在河床圍堰建設(shè)中，要想提升截?cái)嗪恿鞯幕拘Ч?，可以在自然狀態(tài)下對河水引流，相關(guān)人員便于對泄水量進(jìn)行有效控制與調(diào)節(jié)。

2.2 施工圍堰

2.2.1 混凝土圍堰

混凝土具有良好的防滲性與抗沖擊性，在圍堰施工中要充分發(fā)揮混凝土基本特性，提升工程的耐久性。當(dāng)前水利工程項(xiàng)目中較多建筑結(jié)構(gòu)都是混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土圍堰能優(yōu)化圍堰連接性與基本防滲性能。

2.2.2 木板樁圍堰

木板樁圍堰能在小面積、深度較淺的基坑施工中進(jìn)行應(yīng)用，通過木板圍堰能避免圍堰工程發(fā)生滲漏問題。在實(shí)際應(yīng)用中更多的是榫槽，通過榫槽能將木板樁無縫連接為一個(gè)整體。要對工程水流情況進(jìn)行控制，在單層木板圍堰施工中要應(yīng)用木板樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得木板樁圍堰實(shí)際受力更加平衡，提升圍堰施工穩(wěn)定性，提高水電工程項(xiàng)目施工建設(shè)質(zhì)量。

2.2.3 鋼板樁格型圍堰

鋼板樁格型圍堰主要是由主隔體與聯(lián)弧段組成，在鎖口方式上進(jìn)行連接，然后選取相應(yīng)透水性材料對主體格進(jìn)行有效填充。在施工過程中，具體施工技術(shù)工藝有定位、模架支柱設(shè)置、鋼板樁搭設(shè)、填充材料、取出支柱與模架。

3 施工導(dǎo)流與圍堰設(shè)計(jì)

合理的導(dǎo)流方式可以為主體工程的施工提供良好的工程環(huán)境，確保工程安全度汛和順利實(shí)施，某些情況下，導(dǎo)流方式可以直接影響甚至決定主體工程的設(shè)計(jì)方案。然而，實(shí)際施工中，導(dǎo)流方式不僅受壩址區(qū)地形地質(zhì)條件、洪水大小、主體工程設(shè)計(jì)方案、工期要求、圍堰本身施工條件的影響，還需要滿足大壩截流、攔洪、蓄水等要求以及不同階段移民搬遷的要求，因此，必須經(jīng)過分析和比較，才能制定出合理的導(dǎo)流方案。

3.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

結(jié)合工程區(qū)當(dāng)?shù)氐乃馁Y料，對洪水洪峰、洪量建立相關(guān)方程：

式中：Qm為洪峰流量，m3/s；Wi為第 i日的洪水總量，億 m3。

洪水洪量與洪峰關(guān)系建立相關(guān)方程：

式中：W為分別為洪水總量，億m3；Qm為天然洪峰流量，m3/s。

以上方程相關(guān)系數(shù)根據(jù)工程實(shí)際情況確定，不同的參數(shù)對應(yīng)不同的洪水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 導(dǎo)流泄洪能力計(jì)算

當(dāng) H/d＜τpc時(shí)為明流；當(dāng) H/d≥τFc時(shí)為有壓流；當(dāng) τpc≤H/d＜τpc時(shí)為半有壓流。以有壓流為例，為簡化計(jì)算，一般假定各個(gè)隧洞的導(dǎo)流能力相同，計(jì)算過程如下：

（1）先假定一個(gè)流量，查出其對應(yīng)的下游水位H下，判斷其為淹沒出流還是自由出流。

（3）根據(jù)（2）計(jì)算的上游水位判斷其是否為有壓流，進(jìn)而對所求值進(jìn)行取舍。

3.3 尺寸確定

3.3.1 圍堰高程確定

下游圍堰高度由式（1）確定：

式中：Hd為下游圍堰高度；H下為下游水位高；ha為波浪爬高；δ為圍堰的安全超高。

上游圍堰高程由式（2）確定：

式中：Hu為下游圍堰高程；H下為下游水位高程；ha為波浪爬高；δ為圍堰的安全超高；z為上下游水位差。

3.3.2 導(dǎo)流面積計(jì)算

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)導(dǎo)流隧洞單位面積過水流量一般在6～20 m3/（s·m2），則按隧洞允許最大流速控制[v]進(jìn)行計(jì)算最小過水面積。

3.4 調(diào)洪演算

依據(jù)施工方案擬定的設(shè)計(jì)洪水以及導(dǎo)流能力等資料，并配合導(dǎo)流方案中的構(gòu)筑物形式、尺寸及高程，進(jìn)行施工導(dǎo)流及圍堰工程的調(diào)洪能力驗(yàn)算。

溢洪道出流公式為：

式中：b為溢洪道凈寬；H為堰上水頭；m為流量系數(shù)，取值0.34。

調(diào)洪計(jì)算采用水量平衡方程進(jìn)行：

式中：Q1、Q2為計(jì)算時(shí)段始末入庫流量；q1、q2為計(jì)算時(shí)段始末出庫流量；V2、V1為計(jì)算時(shí)段始末壩塘庫容量；△t為計(jì)算時(shí)段長，△t=1 h。

4 結(jié)論及建議

導(dǎo)流及圍堰施工是水利水電工程施工導(dǎo)流及圍堰施工的重要環(huán)節(jié)。在其設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意在洪水、導(dǎo)流能力計(jì)算過程中，緊密結(jié)合每個(gè)工程的實(shí)際情況，選取計(jì)算參數(shù)，將導(dǎo)流及圍堰工程尺寸控制在能夠滿足要求的范圍內(nèi)。

（1）洪水標(biāo)準(zhǔn)。洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算與其參考資料密切相關(guān)，應(yīng)充分收集工程區(qū)的水文資料，并進(jìn)行推演，為洪水計(jì)算提供精確、充足的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，精確選擇計(jì)算的相關(guān)系數(shù)。

（2）導(dǎo)流能力。導(dǎo)流泄洪能力在計(jì)算過程中，應(yīng)明確該水流類型，并結(jié)合不同流體類型進(jìn)行導(dǎo)流計(jì)算，確保導(dǎo)流及圍堰工程有足夠的能力調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)睾樗髁俊?/p>

（3）尺寸確定。尺寸確定與（1）、（2）的計(jì)算結(jié)果密切相關(guān)，不僅應(yīng)該滿足洪水標(biāo)準(zhǔn)，保證導(dǎo)流能力，還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性需求，將導(dǎo)流圍堰尺寸控制在合適的范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)中，導(dǎo)流和圍堰施工技術(shù)應(yīng)用是項(xiàng)目建設(shè)的核心，施工質(zhì)量高低對工程項(xiàng)目資源優(yōu)化以及擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)對其進(jìn)行計(jì)算，不僅保證導(dǎo)流工程能夠滿足工程要求，還要滿足工程經(jīng)濟(jì)性需求，為水利水電工程施工提供安全的施工環(huán)境。