3 施工导流与度汛

3.1 导流

施工导流与度汛贯穿碾压式土石坝施工全过程，应进行系统分析、全面规划、统筹安排，妥善处理施工与洪水的关系。碾压式土石坝应根据坝址地形地质条件、河道水文特性、大坝结构特点、施工程序和进度要求选择导流方式。确定采用何种导流方式，即是采用一次断流还是分期导流，全年导流还是枯水期导流。

施工导流与度汛包括导流（导流标准、导流方式、导流挡水建筑物）、截流（截流设计、截流施工）、施工度汛、导流洞下闸与封堵等。

3.1.1 导流标准

3.1.1.1 导流建筑物级别

（1）导流工程属临时性建筑物。导流建筑物是指枢纽工程施工期所使用的临时性挡水和泄水建筑物。根据其保护对象、失事后果、使用年限和工程规模划分为3~5级，其级别划分见表3-1。当导流建筑物失事时，将给下游城镇、工矿区或其他国民经济部门造成严重灾害或严重影响工程施工时，视其重要性或影响程度，可提高1级或2级。

（2）当导流建筑物根据表3-1指标分属不同级别时，应以其中最高级别为准。但当它被列为3级导流建筑物时，至少应有两项指标符合要求。

（3）规模巨大且在国民经济中占有特殊地位的水利水电工程，其导流建筑物的级别和设计洪水标准，应充分论证后报主管部门批准。

（4）应根据不同的导流分期按表3-1划分导流建筑物级别。同一导流分期中的各导流建筑物的级别，应根据其不同作用划分；各导流建筑物的洪水标准应相同，以主要挡水建筑物的洪水标准为主。

（5）利用围堰挡水发电时，围堰级别可提高1级，但应经过技术经济论证。

（6）当导流建筑物与永久建筑物结合时，结合部分结构设计应采用永久建筑物级别标准，但导流设计级别与洪水标准仍按表3-1及表3-2 的规定执行。但成为永久建筑物部分的结构设计应采用永久建筑物级别标准。

（7）当4级、5级导流建筑物地基地质条件复杂、或工程具有特殊要求采用新型结构的导流建筑物时，其结构设计级别可以提高1级，但设计洪水标准不提高。

（8）确定导流建筑物级别的因素复杂，当按表3-1和上述各条规定确定的级别不合理时，可根据工程具体条件和施工导流阶段的不同要求，经过充分论证，予以提高或降低。

导流设计洪水标准的合理选择，对工程施工的顺利进行及经济效益具有重大影响。导流标准的选择方法，除按频率法外，也可采用典型年法。当水文实测系列较长时，可用实测系列的最大值或系列中某一典型值。在实际应用中，往往两者结合考虑。当按规定选用某一频率标准时，常需对照实测资料，分析其安全性；采用典型年设计时，也需对照相应的频率标准，以估计其机遇性。

3.1.1.2 土石坝导流建筑物洪水标准

土石坝导流建筑物的设计洪水标准应根据建筑物的类型和级别在表3-2规定的幅度内选择。对导流建筑物级别为3级且失事后果严重的工程，应提出发生超标准洪水时的预案。

（1）导流建筑物洪水标准在下述情况下可用表3-2中的上限值。

1）河流水文实测资料系列较短（小于20年）或工程处于暴雨的中心区。

2）采用新型围堰结构型式。

3）处于关键施工阶段，失事后可能导致严重后果。

4）工程规模、投资和技术难度用上限值与用下限值相差不大。

（2）当枢纽所在河段上游建有水库时，导流建筑物采用的洪水标准及截流设计流量可考虑上游梯级水库的调蓄及调度的影响，并应通过技术经济比选确定。工程截流期间还可通过上游水库调度降低出库流量。

（3）围堰修筑期各月的填筑最低高程应以安全拦挡下月可能发生的最大设计流量为准。计算各月最大设计流量的重现期标准可用围堰正常运用时的标准，经过论证也可适当降低。

（4）过水围堰的挡水标准宜结合水文特点、施工工期、挡水时段，经技术经济比较后在重现期3~20年范围内选定。当水文系列不小于30年时，也可根据实测流量资料分析选用。

（5）过水围堰级别按表3-1确定，表中的各项指标以过水围堰挡水期情况作为衡量依据。

（6）围堰过水时的设计洪水标准宜根据过水围堰级别和表3-2确定。当水文系列不小于30年时，也可按实测典型年资料分析选用，并应通过水力学计算或水工模型试验，找出围堰过水时最不利流量作为设计依据。

3.1.1.3 截流设计标准

（1）截流时段应根据河流水文特征、气候条件、围堰施工以及通航等因素综合分析选定。宜安排在汛后枯水时段，严寒地区尽量避开河道流冰及封冻期。

（2）截流标准可采用截流时段重现期5~10年的月或旬平均流量，也可结合河流水文特性及截流施工特点用其他方法分析确定。

3.1.1.4 土石坝坝体施工期临时度汛洪水标准

当坝体填筑高程超过围堰堰顶高程时，坝体临时度汛洪水标准应根据坝型及坝前拦洪库容按表3-3规定执行。

3.1.1.5 土石坝施工导流特点

土石坝工程一般采用土石围堰。对土石坝工程而言，因防渗体施工的原因，一般均采用河床一次断流、隧洞导流的方式，如黑河、糯扎渡等水电站大坝。若河床宽阔，也可采用分期围堰导流方式，如小浪底、玉滩、海勃湾等水电站大坝。

土石坝工程中，由于一般不允许过水，而工程又往往较难在一个枯水期将坝体填筑至度汛安全高度要求，因此，对于土石坝工程，在相同级别条件下，宜选用规范规定的上限值。由于高、中土石坝工程的围堰一般都需要挡水数年，有条件的工程采取堰坝结合，将围堰设计成只挡枯水期洪水，然后先填筑坝体上游部分的临时小断面，兼做拦洪围堰，既减少了施工导流工程的临时工程量，又为主体工程的施工赢得了时间，更节约了工程造价。

3.1.1.6 施工导流阶段划分及标准选用

施工导流按施工过程中导流和挡水情况的不同，一般划分为几个阶段。对于中、高水头的工程，可以划分为3个阶段：围堰挡水阶段（前期），即自截流后至坝体具备挡水条件以前的时期；坝体挡水阶段（中期），即自坝体具备挡水条件后至导流泄水建筑物封堵以前的时期；蓄水完建阶段（后期），即自导流泄水建筑物封堵后至永久建筑物投入运行的时期。对于低水头工程，一般只具有其中的一个或两个阶段。

土石坝施工导流根据时段任务不同，大体可分为3个阶段，即初期导流阶段、后期导流阶段及初期运行导流阶段。土石坝施工导流阶段划分及任务见表3-4。初期导流为围堰挡水，后期导流为大坝挡水，划分为大坝拦洪度汛阶段和初期运行阶段，其导流标准分别设计拟定。

（1）初期导流大多选用重现期10~20年的洪水标准，对高土石坝的导流施工设计在执行导流标准时，在相同级别条件下，宜选用规定的上限值。

高土石坝用历年主汛最大洪水流量系列计算频率。低土石坝围堰一般只挡一个枯水期，然后用坝体挡水度汛，其洪水频率计算用枯水时段洪水系列。

导流时段划分按汛期和非汛期划分，导流流量按汛期导流时段和非汛期导流时段分别拟定。其中非汛期围堰挡水时段，按枯水期选定的洪水频率的洪水流量设计，汛期由度汛围堰按全年洪水标准相应流量设计。

（2）后期导流，高土石坝常用的施工期临时度汛措施采用坝体临时断面挡水。土石坝坝体施工期临时度汛洪水标准见表3-3。靠坝体挡水度汛洪水标准除视坝体填筑高度和坝前拦洪库容而定外，还应考虑施工期长短、导流泄洪条件以及河流水文特性等因素的影响。另外，随着坝体的填筑升高，水库蓄水位的逐年升高，库容逐年增大，则应按规定采用不同的度汛洪水设计标准，以便组织施工，满足各个洪水时期对土石坝填筑高度的要求。

（3）土石坝初期运行阶段的导流标准，属后期施工导流设计标准，也是坝体后期的度汛标准。此时段的度汛标准应根据大坝级别按表3-5执行。根据已建成的一些大型土石坝的拦洪标准及其有关资料来看，已建成的土石坝，大部分按重现期100年洪水设计，并以重现期200~500年洪水校核。也有的高土石坝，大坝拦洪标准达重现期1000年，如小浪底水利枢纽、糯扎渡水电站工程等。

3.1.2 导流方式

3.1.2.1 导流方式

导流方式大体分两类：一是河床外导流，即围堰一次性拦断全部河床，将河道水流引向河床外的明渠、隧洞或涵管等导向下游；二是河床内导流，采用分期导流，即将河床分段用围堰挡水，使河道水流分期通过被束窄的河床或坝下涵管等导向下游。此外导流泄水建筑物有明渠、隧洞、涵管等。

（1）分期导流常用于中、下游河床较宽的河道，尤其当河床具有滩地、河心洲、礁岛等可利用时，对分期导流更有利。

（2）明渠导流一般适用于岸边具有台地、缓坡的地形，或附近有旧河道、山沟、垭口、河湾等可供利用的地形。明渠具有施工简单，既适合大型机械施工，也可人工开凿等优点；有利于加快施工进度，缩短工期；对通航、放木条件也较好。

（3）隧洞导流一般用于中、上游峡谷地区，没有条件布置纵向围堰的河段。

（4）涵洞导流多用于土石坝，涵洞埋入坝下。与隧洞相比，具有施工简单、速度快、造价低等优点。因此，只要地形、地质具有布置涵洞的条件，均可考虑涵洞导流。

3.1.2.2 导流方案

施工导流方案关系到整个工程施工程序、施工总进度和工程造价等方面，是影响工程全局的重要问题，并直接影响坝址、坝型选择、枢纽布置，在设计阶段要根据工程客观条件，认真进行方案比较后优选。

施工导流方案的设计内容一般包括：①施工导流方案的比较与选定；②选定方案的设计；③导流建筑物的施工布置；④施工期防洪度汛方式及标准选择；⑤下闸蓄水设计。

施工导流方案的设计成果应高度适应施工条件的能力和满足工程设计、施工进度、施工方法、施工场地布置和工程造价等要求。

（1）导流方案的选择。土石坝的施工导流方案应按土石坝不宜过水的原则，结合不同的施工程序，依据河谷形态、地形地质条件、水文特性、坝体方量、上坝强度及施工条件等因素进行分析选择。坝址河谷地形条件是选择导流形式的主要依据，表3-6为国内部分土石坝工程施工导流方案。

土石坝导流一般采用土石围堰、河床一次断流的施工导流方案，在选择泄水建筑物时，河床狭窄、两岸陡峻、山岩坚实的地区，往往采用隧洞泄流，应根据泄流量的要求、最大上坝强度，对小隧洞和大隧洞导流两个不同方案，多条多层隧洞导流方案，明渠导流方案和隧洞导流等不同方案进行技术经济比较，优化选定。

坝址处河谷宽阔，分期导流条件较好时，或在河流洪枯变差很大以及有通航要求和冰凌严重等地区，也可采取分期导流方式。根据坝址处地形、水文、施工进度、施工强度、工程投资、施工总体规划等，比较分析二期导流和三期导流两个方案；又根据围堰布置形式比较一期先围护右岸河道和一期先围护左岸河道两个方案。分期导流的泄水建筑物有：岸边开挖的明渠、坝下埋设的涵管或配合使用的导流隧洞。

对高土石坝，一般不宜选用分期导流方案。这是由于分期导流施工，将使左、右岸坝体施工时间不同，填筑的高差较大，待坝建成后坝体密实程度不一致，容易产生坝体不均匀沉陷，造成坝体裂缝，给工程带来永久性灾害。依据国内外高土石坝施工经验，宜采用一次拦断河床、施工初期导流为围堰挡水、隧洞泄流，后期导流采用坝体挡水、隧洞泄流的导流方案。

在围堰选择上，高土石坝趋向于围堰与坝体结合的挡水方式。通过技术经济比较，采用较高的导流围堰，增加了围堰所形成的滞洪库容，是减少导流隧洞泄洪规模最有效和最经济的途径之一。

（2）导流程序及布置。河床一次拦断、隧洞导流的导流程序。首先建成导流隧洞，然后修建上、下游围堰，河水由导流洞导流。待大坝填筑升高到围堰以上，围堰完成挡水任务，坝体开始挡水，坝体达到发电水位或防洪水位以上后，封堵导流洞，蓄水发电。

分期导流方案的导流程序。第一期围堰先围滩地，或加围一部分河槽，同时施工导流隧洞或导流明渠，导流泄水建筑物建成后，在河槽修建二期围堰，枯水期截流，河水由隧洞或明渠通过。截流以后，在一个枯水期抢筑坝体到度汛高程，即开始拦洪蓄水。一般二期围堰只挡枯水期或春汛流量，大汛由坝体挡水。此时坝体达到度汛高程。

土石坝的导流建筑物布置应注意以下几点：①导流隧洞的布置主要考虑地形和地质条件、水流流速和流量要求、枢纽的布置及是否与永久建筑物结合等;②导流建筑物的布置在地形上要充分利用台地、垭口，在地质条件上要有利于边坡的稳定;③大坝上游围堰采用与坝体相结合;下游围堰应结合施工场地规划、施工期间道路布置情况以及基坑排水方式进行围堰布置;④分期导流的第一期围堰的位置应视地形、主河槽位置和泄水建筑物的位置而定；避免汛期水位壅高过大，以防河床下切过深和对纵向围堰堰基的淘刷。

3.1.3 导流挡水建筑物

导流挡水建筑物主要为围堰，围堰分为土石围堰，混凝土围堰，草土、木笼、竹笼、浆砌石围堰，钢板桩围堰。土石坝工程主要挡水建筑物为土石围堰。

土石围堰的基本断面形式由于材料构造不同，可分为均质土围堰、多种土质混合围堰、防渗斜墙土石围堰、防渗心墙土石围堰。

（1）围堰堰顶高程及安全超高。

1）不过水围堰堰顶高程及超高值。土石围堰堰顶在设计洪水静水位以上应有一段超高，其高度应当避免堰顶溢流的一切可能性。堰顶高程应不低于设计洪水的静水位加波浪高度，其安全超高不低于表3-7的值。

土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为0.6~0.8m；心墙式防渗体为0.3~0.6m。

考虑涌浪或冲击水流影响，当下游有支流顶托时，应组合各种流量顶托情况，校核堰顶高程。

北方河流应考虑冰塞、冰坝造成的壅水高度。

2）过水围堰堰顶高程按静水位加波浪高度确定，不另加安全超高值。

（2）土石围堰顶宽及构造。堰顶宽度及其构造按交通情况及防汛抢险情况而定，视围堰高度、结构型式及其材料组合等确定。高于10m的围堰，其最小宽度不小于3.0m；堰高超过20~30m时，宽度一般为4~6m。无行车要求的堰顶宽度，按表3-8确定。如有行车道，其顶宽按通过围堰的道路等级而定。如堰顶考虑防汛抢险，其宽度需考虑加子堤或堆筑材料。

均质土围堰的土料，应该具有足够的不透水性和稳定性，渗透系数应小于10^-4cm/s，围堰土料最好用壤土，其黏粒含量为25%左右。

塑性心墙围堰用的黏土及黏壤土，填筑时做成梯形断面，坡度为1∶0.2～1∶0.6的陡坡；按反滤的原理，心墙的迎、背水面用较粗粒透水料做成，靠近心墙部分用细料做成过渡带。梯形心墙上部厚度不小于0.8～1.0m，或由施工要求决定，下部厚度不小于1/10水头，且不能少于3m。当心墙为水下抛填，它与基础结合长度不小于0.5倍水头。

塑性斜墙围堰在围堰迎水坡设置斜墙，斜墙土料与心墙土料相同，斜墙围堰的背水部分堰体填料一般用较易透水材料做成，其中仅有极小部分被水饱和，有较好的稳定性。修建斜墙时，黏土、壤土、或砾石土应按其高度逐渐向下加厚；斜墙上部厚度不应小于1m，而下部不应小于1/10水头，在任何情况下不应小于3m。水下抛投的斜墙不应小于0.5倍水头。为防止斜墙的表面冲刷、干裂、冰冻以及迎水面裂缝，要有斜墙覆盖保护层，保护层为砂砾石，厚度不小于1.5m。水位以上，则不应小于冻层厚度。

直接与斜墙迎、背水面连在一起的填料，应按反滤料要求配置。当斜墙基础为透水层时，为了减少渗流量和满足基础渗透稳定要求，堰前应设铺盖，通常对铺盖土料的基本要求同斜墙一样。铺盖长度通常为水头的3~4倍，但有时可达15~20倍。铺盖厚度应以铺盖填料的透水性，以及土质的种类和性质来规定，一般为1m左右。但若为水下抛投铺盖，由于未经碾压，铺盖厚度要加厚。其厚度应满足抗渗及抛填机械的最小抛投厚度。为防止铺盖水下抛投与斜墙接头处的不均匀沉陷而产生的断裂，在该处铺盖要加厚，一般为3~4m。砾石土做水下抛填铺盖时，为防止分离形成通道，使用时要进行充分论证。

（3）围堰边坡。围堰边坡的确定，应根据填料和基础土料组成的性质，运用荷载条件进行稳定校核计算。

土石围堰稳定破坏有堰坡滑动、土的液化和塑性流动3种形式。进行土石围堰堰坡稳定计算，应杜绝以上3种破坏稳定现象。土石围堰使用历史悠久,有丰富的实践资料，初拟断面时可参照使用。

（4）土石围堰防渗结构。土石围堰防渗结构形式有土质心墙和斜墙、混凝土心墙和斜墙、高压喷射灌浆心墙、土工膜心墙和斜墙、沥青混凝土心墙和斜墙、钢板桩心墙及木板心墙等。

土质心墙位于堰体的中心部位，也可稍偏上游。尽量干地施工，并与基础良好结合。心墙断面自上而下逐渐加厚，坡度一般为1∶0.2～1∶0.4。顶部厚度不小于0.8～1.0m，底部最小厚度不小于1/10～1/8水头，且不小于3.0m。心墙厚度需根据土料的防渗性能、压实程度及其允许渗透坡降而定。由于心墙不易检修，底部厚度不宜过小，一般不小于1/4水头。当水中抛填时，其厚度更应加大，常做成厚断面心墙。为了施工方便，心墙还可不削坡，做成锯齿形。

土质斜墙常为水下施工，其填筑碾压条件一般难以达到心墙的施工要求。并且堰体发生沉陷时对斜墙也有影响。因此斜墙断面应比心墙稍厚。其顶部厚度一般为1.0~3.0m,底部厚度可比心墙适当加厚，两侧都需设置保护层。

土质心墙或斜墙与堰壳体之间都需要设置反滤层。心墙反滤层一般为单层，也有双层。斜墙反滤层一般可分单层、双层或三层。反滤层的厚度应根据粒料及施工条件而定，其总厚度一般为1.0～3.0m。心墙上游面的反滤层可比下游面简化。斜墙反滤层的自然稳定坡比一般为1∶1.5～1∶1.8。

当地基为砂卵石层时，心墙或斜墙基础可用铺盖防渗，做成内铺盖可缩减围堰断面宽度。心墙或斜墙与铺盖的连接部位，为避免不均匀沉陷而破坏，应将铺盖适当加厚。铺盖长度通常根据接触允许渗透坡降而定。

（5）土石围堰防冲措施。

1）护坡。围堰的护坡除防止风浪淘刷、雨水冲刷外，还需防止水流的冲刷。围堰护坡一般只设置在迎水面，尤其是土质斜墙围堰，对于背水面一般可不设护坡，或设置简单的防护。常用的护坡形式有堆石护坡、砌石护坡、梢料护坡、混凝土板护坡等。

A.堆石护坡。可水上铺筑，可水中抛填。护坡厚度，水上铺筑 0.4～0.8m，水中抛填不宜小于0.5～1.0m。堆石块径需根据抗冲要求确定，一般为10～30cm。堆石下面需要设砂砾石垫层，垫层厚度约为0.3～0.5m。

B.砌石护坡。其厚度可减少为堆石护坡的1/2，一般单层铺砌厚约为0.2～0.35m，但垫层要求级配良好。在北方严寒地区，砌石和垫层的总厚度还应大于冰冻深度。

2）围堰与地基及其他建筑物的连接。围堰与地基的连接。均质围堰与地基的连接，只要将渗水性较大的沉积物或风化破碎岩石清除干净，一般不需要特殊处理。有条件干地施工时，可挖几道齿槽，以便更好地结合。

土质斜墙或心墙与地基的连接，一般有设置混凝土齿墙及扩大防渗体断面两种方式。前者连接可靠，但须干地施工；后者施工简单，水上或水下施工均可采用。斜墙与地基的连接常采用后者，心墙与地基的连接两者都常采用，视施工条件而定。

围堰与岸坡的连接。岸坡一般为坡积物，渗水性大，稳定性差，一般应予清除。为避免堰体产生不均匀沉陷，连接的岸坡不应做成垂直台阶，岩石坡度一般不陡于1∶0.5～1∶0.75；土质坡度约1∶1.0～1∶1.5。在岸上修筑铺盖时，其坡度应削成大于1∶2.0的缓坡。防渗体与岸坡的连接方式同河床地基一样，可采用混凝土齿墙，也可将防渗体断面扩大。斜墙与岸坡的连接，还可将岸坡附近的斜墙逐渐变为心墙，以增大接触面的渗径。

围堰与其他建筑物的连接。土质心墙或斜墙与其他建筑物（如混凝土导墙、纵向围堰等）的连接，也有扩大防渗体断面和插入式两种。扩大防渗体断面的要求，可参照与地基的连接。插入式连接有设置刺墙和嵌入油毛毡等形式。

3）围堰防冲保护的一般措施。在围堰平面布置时应考虑使水流平顺，不使围堰附近形成紊乱水流流态。对于上游围堰，主要防止隧洞、明渠进口部位或纵向围堰连接处的收缩水流对堰坡和堰脚的冲刷。对于下游围堰，应防止扩散水流或回流冲刷。纵向围堰的防护，尤应满足抗冲流速的要求，其防冲措施一般有设置导流、挑流建筑物和防冲保护两类，必要时需通过水工模型试验确定。