当前位置

水利工程施工要点与知识整理

0164水利工程2021-07-15 10:54:29

（1）水利工程施工特点

水利工程项目的施工对象主要是土方、混凝土、石方以及金属结构、机电安装等，因此对建筑机构的自身稳定性、防渗能力、承压性、抗冲性以及耐磨和抗裂性，均有非常严格的要求。在水利工程项目施工过程中，应当严格按照相关技术规范和施工方法进行操作，这样才能确保工程的施工质量。水利工程建设过程中，对地基有较高的要求。
水利工程项目建设与湖泊、河道以及沿河等水域施工有着较为密切的联系，实践中一定要根据水文条件、工程项目建设要求施工，并做好截流、导流以及水下作业施工。同时，水利工程建设过程中应尽可能地在枯水期进行施工作业，因为其具有较强的季节性要求，施工过程中应注意气候、温度等诸多影响因素。

（2）水利工程施工常见事故类型

1）依据《水利工程建设重大质量与安全事故应急预案》，结合水利水电工程建设的实际，按照生产安全事故发生的过程、性质和机理，水利水电工程建设常见重大安全事故包括：
²  施工中土石方塌方和结构坍塌安全事故；
²  特种设备或施工机械安全事故；
²  施工围堰坍塌安全事故；
²  施工爆破安全事故；
²  施工场地内道路交通事故；
²  其它原因造成的水利水电工程建设安全事故。

2）依据《企业职工伤亡事故分类》，事故可分为物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、淹溺、灼烫、火灾、高处坠落、坍塌、冒顶片帮、透水、放炮、瓦斯爆炸、火药爆炸、锅炉爆炸、容器爆炸、其他爆炸、中毒和窒息和其他伤害20个类别。
根据相关统计资料，水利水电工程建设多发事故类型包括坍塌事故、触电事故、高处坠落事故、物体打击事故、车辆伤害事故、机械伤害事故、起重伤害事故。

（3）施工导流与截流

①导流
导流是指水利水电工程整个施工过程中的施工水流控制,又称施工导流。广义上可以概括为采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物施工的不利影响，把河水流量全部或部分地导向下游或拦蓄起来，以保证干地施工和施工期不影响或尽可能少影响水资源的综合利用。
在河流上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物能在干地上进行施工，需要用围堰维护基坑，并将河水引向预定的泄水通道往下游宣泄，即施工导流。施工导流大体上可分为三类，即分段围堰法导流、全段围堰法导流、淹没基坑法导流。
分段围堰法导流。分段围堰法亦称分期围堰法，就是用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法。所谓分段，就是在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工；所谓分期，就是在时间上将导流分为若干时期。分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程，尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。分段围堰法导流，前期都利用束窄的原河道导流，后期要通过事先修建的泄水道导流，常见的有底孔导流、坝体缺口导流、束窄河床导流等三种后期导流方式，一般只适用于混凝土坝，特别是重力式混凝土坝。采用分段围堰法导流时，纵向围堰位置的确定，也就是河床束窄程度的选择是关键问题之一。
全段围堰法导流。全段围堰法导流就是在河床主体工程的上、下游各建一道断流围堰，使河水经河床以外的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄。主体工程建成或接近建成时，再将临时泄水道封堵。全段围堰法导流的泄水道类型通常有隧洞导流、明渠导流、涵管导流三种。
淹没基坑法导流。淹没基坑法是一种辅助导流方法，在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。适用于山区河流，洪水期流量大、历时短，而枯水期流量则很小，水位暴涨暴落、变幅很大。若按一般导流标准要求来设计导流建筑物是不经济的。在这种情况下，可以考虑采用允许基坑淹没的导流方法，即洪水来临时围堰过水，若基坑被淹没，河床部分停工，待洪水退落，围堰挡水时再继续施工。

②截流
在施工导流中，只有截断原河床水流，才能把河水引向导流泄水建筑物下泄，在河床中全面开展主体建筑物的施工，这就是截流。整个截流过程包括戗堤的进占、龙口范围的加固、合龙和闭气等工作。截流以后，再对戗堤进行加高培厚，直至达到围堰设计要求。截流在施工导流中占有重要的地位，常把截流看作一个关键性问题，它是影响施工进度的一个控制项目。此外，截流本身无论在技术上和施工组织上都十分艰巨和复杂。
河道截流有立堵法、平堵法、立平堵法、平立堵法、下闸截流以及定向爆破截流等多种方法，但基本方法为立堵法和平堵法两种。

（4）爆破工程

爆破是利用炸药的爆炸能量对周围的岩石、混凝土或土等介质进行破碎、抛掷或压缩，达到预定的开挖、填筑或处理等工程目的的技术。爆破工程常应用于水工建筑物基础、导流隧洞与地下厂房等的开挖、料场开采、定向爆破筑坝和建筑物拆除等。正确掌握各种爆破技术，对加快工程进度，保证工程质量，降低工程成本具有十分重要的意义。

1）爆破的基本方法
岩土介质的爆破破碎是炸药爆轰产生的冲击波的动态作用和爆轰气体准静态作用的联合作用的结果。
①钻孔爆破。钻孔爆破依据钻孔的深度可划分为浅孔爆破、深孔爆破。浅孔爆破的孔径小于75mm，孔深小于5m；深孔爆破的孔径大于75mm，孔深超过5m。深孔台阶爆破的钻孔分为垂直孔和倾斜孔。
②洞室爆破。洞室爆破又称大爆破，其药室是专门开挖的洞室。药室用平洞或竖井相连，装药后按要求将平洞或竖井堵塞。
洞室爆破的特点是一次爆落方量大，有利于加快施工进度,需要的凿岩机械设备简单,节省劳力，爆破效率高,导洞、药室的开挖受气候影响小。但开挖条件差,爆破后块度不均，大块率高，爆破震动、空气冲击波等爆破公害严重。常适用于挖方量大而集中并需在短期内发挥效益的工程,山势陡峻、不利于钻孔爆破安全施工的场合。当地质、地形条件满足要求时，洞室爆破可用于定向爆破筑坝、面板堆石坝次堆料区料场开挖以及定向爆破截流。
③预裂爆破和光面爆破。预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏。光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。
预裂爆破和光面爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。

2）爆破安全控制
在完成岩石爆破破碎的同时，爆破作业必然会带来爆破飞石、地震波、空气冲击波和噪音等负面效应即爆破公害。因此，在爆破作业中，需研究爆破公害的产生原因、公害强度的分布与衰减规律，通过科学的爆破设计、采用有效的施工工艺措施，以确保保护对象（包括人员、设备及邻近的建筑物或构筑物等）的安全。
爆破公害的控制与防护可以从爆源、公害传播途径以及保护对象三方面采取措施。
①在爆源控制公害强度。包括合理采用爆破参数、炸药单耗和装药结构；采用深孔台阶微差爆破技术；合理布置岩石爆破中最小抵抗线方向；保证炮孔的堵塞长度与质量，针对不良地质条件采取相应的爆破控制措施对消减爆破公害的强度也是非常重要的方面。
②在传播途径上削弱公害强度。包括在爆区的开挖线轮廓进行预裂爆破或开挖减震槽，可有效降低传播至保护区岩体中的爆破地震波强度；对爆区临空面进行覆盖、架设防波屏可削弱空气冲击波强度，阻挡飞石。
③保护对象的防护。对保护对象的直接防护措施有防震沟、防护屏以及表面覆盖等。此外，严格爆破作业的规章制度，对施工人员进行安全教育也是保证安全施工的重要环节。

（5）基础处理

1）坝基岩石灌浆
岩基灌浆是提高岩基强度，加强岩基整体性和抗渗性的有效措施。岩基灌浆处理是将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的空隙中，经过硬化胶结以后，形成结石，以达到改善基岩物理力学性能的目的。
岩基灌浆按目的不同，有固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆。岩基灌浆按灌注材料不同，主要有水泥灌浆、水泥黏土灌浆和化学灌浆。

2）防渗墙施工
防渗墙是修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗透的地下连续墙,它的实际应用远远超过了防渗的范围,除了用来控制闸坝基础的渗流外,还用于坝体的防渗加固、泄水建筑物下游基础的防冲、水工建筑物基础的承重、地下水库的修筑等。
防渗墙的基本型式是槽孔型，它是由一段段槽孔套接而成的地下墙。先施工的槽孔称一期槽孔,后施工的槽孔称二期槽孔。

（6）土石方挖填

1）质量控制措施
填筑质量检查控制项目如下：
²  各填筑部位的边界控制及坝料质量，防渗体与反滤料、部分坝壳料的平起关系。
²  碾压机具的规格、质量、振动碾的振动频率、激振力，气胎碾气胎压力等。
²  铺料厚度和碾压参数。
²  防渗体碾压层面有无光面、剪切破坏、弹簧土、漏压或欠压土层、裂缝等。
²  防渗体每层铺土前，压实土体的表面是否按要求进行了处理。
²  与防渗体接触的岩石表面上的石粉、泥土以及混凝土表面的乳皮等杂物的清除情况。
²  与防渗体接触的岩石或混凝土面上是否涂浓泥浆等。
²  过渡料、堆石料有无超径石、大块石集中和夹泥等现象，尤其是各种材料界面上有无块石集中。
²  坝体与坝基、岸坡、刚性建筑物等的结合,纵横内接缝的处理与结合,土、砂结合处的压实方法及施工质量。
²  坝坡控制情况。

2）面板堆石坝施工
混凝土面板堆石坝是用堆石料分层碾压成坝体，并以混凝土面板作为防渗体的堆石坝，简称面板坝。这种坝型因断面小、安全性好、施工方便、适应性强、造价低等优点，受坝工界的普遍重视。
混凝土堆石坝的主要特征可概括为：薄层碾压堆石、级配垫层料及堆石体分区、薄型混凝土面板及趾板、滑模浇筑面板、混凝土及多层止水结构。
混凝土面板堆石坝与土石坝相比较，在以下几个方面有其自身的特点：
①导流与度汛。混凝土面板堆石坝在施工中，可利用碾压堆石抗冲刷和抗渗透破坏能力较强的特点，改变传统观念，容许施工中的堆石坝体在适当防护的条件下挡水或过水度汛。在不降低导流标准的同时，简化了导流度汛的程序和导流建筑物的规模。
②坝料平衡。面板坝的主体是堆石体。堆石体材料通常有爆破开采的石料、砂砾石等。由于填筑材料用量多、费用大，直接关系到工程的进度和投资，因此必须重视和规划好坝料的空间平衡和时间平衡。特别要充分利用枢纽开挖料，实施就近取料的原则。
③坝体填筑。填筑是面板堆石坝施工中的关键，直接影响坝体施工质量及施工速度。其施工特点是填筑量大，填筑强度高；采用大型设备机械化程度高；除垫层、过渡层、部分主堆石要求平起上升外，坝体可根据施工需要在平面和立面上合理分期填筑，这就为填筑施工提供了灵活性，为施工度汛、均衡施工提供了有利条件；堆石体填筑受气候的影响较少，冬、雨季一般可照常施工。
④面板混凝土浇筑及裂缝控制：面板是带状薄板混凝土结构，易产生裂缝。混凝土浇筑一般均采用无轨滑模，连续浇筑成形，为防止和控制裂缝的发生和发展，必须十分注重并采取综合措施以提高混凝土面板的抗裂、抗渗和耐久性。

（7）混凝土浇筑

1）混凝土制备
混凝土坝在高坝中占的比重较大，特别是重力坝、拱坝应用最普遍。混凝土坝施工中，大量砂石骨料的采集、加工，水泥和各种掺和料、外加剂的供应是基础，混凝土制备、运输和浇筑是施工的主体，模板、钢筋作业是必要的辅助。
拌和机是制备混凝土的主要设备，拌和机拌制混凝土有两种方式：一种是利用可旋转的拌和筒上的固定叶片，将混凝土料带至筒顶自由跌落拌制；另一种是装料鼓筒不旋转，固定在轴上的叶片带动混凝土进行强制拌和。
混凝土生产系统应根据浇筑强度确定生产规模，按用料分散或集中情况设拌和站或拌和楼。拌和楼式集中布置的混凝土工厂，常按工艺流程分层布置，分为进料、储料、配料、拌和出料共五层。
2）混凝土施工质量控制
为了避免不均匀沉降引起坝体开裂，常采用结构缝将坝体分段。为了控制温度裂缝和施工方便，用纵缝将坝段分成若干柱状块,在浇筑时又用临时的施工缝将柱状块分层，形成若干浇筑仓，又称浇筑块，保证每个仓的浇筑质量，以保证坝体质量。混凝土养护是保证混凝土强度增长,不发生开裂的必要措施。
严格来说，混凝土施工的质量控制应从原材料的质量控制入手，至混凝土的拌和、运输、入仓振捣、养护等各个环节。混凝土浇筑结束后，还需进一步取样检查，若不符合要求，应及时采取补救措施。常用的检查和监测的方法有物理监测、钻孔压水、大块取样、原型观测。

（8）地下建筑工程

水利水电工程地下建筑物施工，一般是指在岩土地下修建水工建筑物。它受到工程地质、水文地质、水工结构特征和施工条件的制约。

1）地下建筑物施工的特点
①施工作业空间狭小、工序交叉多、施工干扰比较大。在长隧洞施工中，往往由于施工进度要求，需要开挖施工支洞以增加工作面。
②地下工程主要采用钻孔爆破法进行开挖，因此钻孔、爆破、出渣等工序在同一工作面常表现为周期性的循环。
③地下工程施工，岩石是成洞开挖对象，开挖后又是支护对象，这就需要在充分了解围岩性质和合理运用洞室体型特征，以发挥围岩的自承稳定能力。
④由于地质条件的不确定性，施工过程中常需根据围岩情况的变化，相应调整设计，及时采取有效的支护措施。因此，设计、施工和围岩观测应始终密切相结合。
⑤地下建筑物属隐蔽工程，因此工程的施工质量必须按规范和设计要求，一次达标。
⑥地下工程施工基本不受外界气候影响，但洞室内施工劳动条件较差，安全问题比较突出。遇到不良地质地段往往会发生塌方、逸出有害气体和涌冒地下水等突发事件。对此,施工中必须备有充分的应急措施。
地下建筑物施工方法主要包括钻孔爆破法和机械开挖法。钻孔爆破法是当前地下工程施工的主要方法。机械开挖法主要有岩石掘进机、软土盾构掘进机和顶管掘进法。

2）掘进机开挖
全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，简写为TBM）是一种专用的开挖设备。它利用机械破碎岩石的原理，完成开挖、出渣及混凝土（钢）管片安装的联合作业，连续不断地进行掘进。
根据破碎岩石的方法，掘进机大致可分为挤压式和切削式两种类型。根据掘进机的作业面是否封闭可分为开敞式、单护盾和双护盾掘进机。
掘进机一般由刀盘、机架、推进缸、套架、支撑缸、皮带机及动力间等部分组成。掘进时，通过推进缸给刀盘施加压力，滚刀旋转切碎岩体，由装在刀盘上的集料斗转至顶部通过皮带机将岩渣运至机尾，卸入其他运输设备运走。为了避免粉尘危害，掘进机头部装有喷水及吸尘设备，在掘进过程中连续喷水、吸尘。掘进机开挖方向的控制，多采用激光制导。

3）锚喷支护
喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护、喷混凝土锚杆支护、喷混凝土锚杆钢筋网支护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护型式的统称。它是地下工程支护的一种新型式，亦是新奥地利隧道工程法（新奥法）的主要支护措施。
喷锚支护是充分利用围岩的自承能力和具有弹塑变形的特点，有效控制和维护围岩稳定的新型支护。它的原理是把岩体视为具有黏性、弹性、塑性等物理性质的连续介质，同时利用岩体中开挖洞室后产生变形的时间效应这一动态特性，适时采用既有一定刚度又有一定柔性的薄层支护结构与围岩紧密黏结成一个整体，以期既能对围岩变形起到某种抑制作用，又可与围岩“同步变形”来加固和保护围岩，使围岩成为支护的主体，充分发挥围岩自身承载能力，从而增加了围岩的稳定性。

（9）施工组织设计

1）施工进度计划的编制原则
施工进度计划的编制原则如下：
²  认真贯彻执行党的方针政策、国家法律法规、上级主管部门对工程建设的指示和要求。
²  密切施工组织设计各专业的联系，统筹考虑，以关键性工程的施工分期和施工程序为主导，协调安排其他各单项工程的施工进度。
²  在充分掌握及认真分析基本资料的基础上，尽可能采用先进的施工技术和设备，最大限度地组织均衡施工，加快施工进度，保证工程质量和安全施工，根据实际施工情况及时的调整和落实施工总进度。
²  充分重视和合理安排准备工程的施工进度。在主体工程开工前，相应各项准备工作应基本完成，为主体工程开工和顺利进行创造条件。
²  对高坝大库大容量的工程，应研究分期建设或分期蓄水的可能性，尽可能减少第一批机组投产前的工程投资。

2）施工成本控制
施工成本控制是施工生产过程中以降低工程成本为目标，对成本的形成所进行的预测、计划、控制、核算、分析等一系列管理工作的总称。
施工成本控制的目的是为了确保施工成本目标的实现，合理地确定施工项目成本控制目标值，包括项目的总目标值、分目标值、各细目标值。在确定施工成本控制目标时，应有科学的依据。工程项目的施工成本控制目标，要允许对脱离实际的既定施工成本控制目标进行必要的调整，调整并不意味着可以随意改变项目施工成本控制的目标值，而必须按照有关的规定和程序进行。施工成本是施工过程工作质量的综合性指标，反映着企业生产经营管理活动各个方面的工作成果。

混凝土围堰围岩