水利工程施工(卷名：水利)
hydraulic engineering construction
按照设计提出的工程结构、数量、质量、进度及造价等要求修建水利工程的工作。包括施工准备、施工技术与施工管理等内容。随着科学技术的发展，水利工程施工已成为一门独立的学科。
施工特点 水利工程施工与一般土木工程如道路、铁路、桥梁和房屋建筑等的施工有许多相同之处。例如：主要施工对象多为土方、石方、混凝土、金属结构和机电设备安装等项目；某些施工方法相同；某些施工机械可以通用；某些施工的组织管理工作也可互为借鉴。但是，水利工程的施工也有其独自的特点：①水利工程承担挡水、蓄水和泄水的任务，因而对水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲、耐磨、抗冻、抗裂等性能都有特殊要求，需按照水利工程的技术规范，采取专门的施工方法和措施，确保工程质量。②水利工程对地基的要求比较严格，工程又常处于地质条件比较复杂的地区和部位，地基处理不好就会留下隐患，事后难以补救，需要采取专门的地基处理措施。③水利工程多在河道、湖泊、沿海及其他水域施工，需根据水流的自然条件及工程建设的要求进行施工导流、截流及水下作业。④水利工程要充分利用枯水期施工，有很强的季节性和必要的施工强度，有的工程因受气候影响还需采取温度控制措施，以确保工程质量。水利工程施工，与社会和自然环境关系密切，因而实施工程的影响也较大，须要把握时机，合理安排计划，精心组织施工，及时解决施工中的防洪、渡汛等问题，以策安全。
施工技术 水利工程施工有着悠久的历史。中国远在公元前256～前251年修建的都江堰，不仅体现了规划设计方面的成就，在施工技术方面也有许多创造，如离堆的开凿、鱼嘴及飞沙堰的竹笼卵石砌护以及杩槎围堰的应用等。其中有的施工方法如卵石砌护沿用至今。又如黄河大堤、 钱塘江海塘、 灵渠及京杭运河等工程都显示出古代水利工程施工技术的成就。特别在河工方面，中国有几千年防御与治理洪水的历史，在处理险工和堵口截流等施工技术方面积累了丰富的经验。
随着现代科学技术的发展，新型建筑材料和大型专用施工机械的不断出现与日益改进，水利工程已逐步由传统的人力施工转向机械化施工。工业发达国家于20世纪30年代，中国于50年代以来，在水利工程施工技术中逐步显示出这种变化。
施工导流与截流技术 在宽河床上建坝，多采用分期导流；在狭谷河床建坝，多采用一次围堰断流，并以隧洞导流或明渠导流。中国龚咀水电站采用明渠导流，避免大量洞挖，减少施工难度，从开工起仅用10个月就挖完明渠，进行截流，明渠实际最大过流量达5680m3/s，平均年漂木量达100万m3。
施工导流的围堰形式中，用得最普遍的是土石围堰。此外，还有混凝土围堰、过水土石围堰等。中国黄河青铜峡工程采用传统的草土围堰，经受了4200m3/s的洪水考验。
河道截流方法有平堵、立堵及平立堵。平堵有用船舶、浮桥、缆机施工等方式；立堵有单戗、双戗或多戗等形式；平立堵有先立堵后栈桥平堵的方式。所用材料除土石外，多用混凝土多面体、异形体及混凝土构架等。苏联斯大林格勒（现名伏尔加格勒）水电站截流流量为4700m3/s;托克托古尔水电站截流最大落差7.13m，龙口最大单宽流量为33m3/（m·s）。巴西伊泰普水电站截流流量达8000m3/s。中国黄河三门峡水利枢纽单戗立堵截流流量为2030m3/s，流速6.6m/s，落差4.37m；长江葛洲坝水利枢纽双戗立堵截流最大流量4800m3/s，最大落差3.23m。
地基处理技术 常用的处理方法是把覆盖层及风化破碎的岩石挖掉，这是比较彻底而能保证工程质量的措施。但如覆盖层较深或风化层较厚时，完全挖掉有困难或不经济，且影响造价、工期，这就需要采取其他的技术措施。如：①灌浆，包括用以防渗的帷幕灌浆，加固岩石的固结灌浆，防止接触冲刷的接触灌浆以及填补岩基与混凝土之间空隙的回填灌浆等。大坝岩基的防渗处理多用水泥帷幕灌浆；砂砾石地基有用水泥或水泥粘土帷幕灌浆的；对于某些用水泥灌浆不能解决问题的可用化学灌浆处理。②采用混凝土防渗墙，可有效地截断地下渗流。施工工艺基本程序是：用冲击钻钻孔成槽孔形式，泥浆固壁，在泥浆中浇筑混凝土并将各槽孔连接成墙。造孔技术已由冲击钻发展到无钻杆反循环钻机、液压导板抓斗、回转冲击钻机、多轮钻机等，适用于各类地层。采用高速锤式制浆机，可连续制浆，工效高，体积小。墙体材料采用在水泥中掺粉煤灰或粘土，也可采用自凝灰浆等。③软弱地基加固，如换土或采用砂垫层、桩基础、沙井、沉井、沉箱、爆炸压密、锚喷、预应力锚固等措施。常用的振冲桩是用振冲器振动和射水透孔，分层填入砂、砾石或碎石等材料并振压后成为加固的桩体，施工简便，造价较低。
由于地基处理技术的不断提高及建筑物基础设计的日益完善，在许多地质条件较差的地基上也能修建高坝。例如中国乌江渡水电站的拱形重力坝，坝高165m，建在石灰岩地区，溶洞分布深、规模大，溶蚀裂隙发育。该工程采用水泥灌浆帷幕，总面积18.7万m3，灌浆压力60kg/cm2，帷幕平均单位吸水率小于0.001L/(min·m·m)满足了设计要求，这项岩溶处理获得成功。又如埃及阿斯旺高坝坝高111m，覆盖层最大深度225m，采用水泥粘土灌浆帷幕，最大灌浆压力60kg/cm2。
土石坝施工技术 利用土、砂、石等当地材料填筑堤坝，有着悠久的历史，施工经验也相当丰富。土石坝的施工方法很多，应用最早，采用最广泛的是分层压实法（见图），以后又相继应用水力冲填法筑坝、振动碾压法筑坝以及定向爆破筑坝等。由于岩土力学理论的发展和新技术、新设备的采用，土石坝的施工技术不断提高。主要表现在：①施工机械化程度日益提高，许多工程从料场开采、运输、上坝到铺散、压实的全过程实现了机械化联合作业，上坝强度高，用人少，工期短，填筑质量可以保证；②筑坝材料使用范围扩大，重型压实机具的采用使劣质当地材料得到合理利用；③充分利用溢洪道、水工隧洞等开挖出来的土石料筑坝，尽量做到挖填平衡，降低造价；④高土石坝的比重逐步上升。20世纪70年代，在新建的高度超过100m的高坝当中，土石坝占65％。世界上已建成的最高土石坝为苏联的罗贡坝。该坝坝高335m，坝体方量7550万m3。修建比较快的为美国奥罗维尔斜心墙土石坝，坝高235m，坝体方量5960万m3，施工人数500人，工期4年（1963～1967），日上坝6.1～7.6万m3，最高年上坝1728万m3。
中国土石坝的发展不均衡。在已建的水库中，土石坝居大多数，但截至1982年坝高超过100m的19座高坝中，土石坝仅有5座。由于施工机械不配套，用人较多，工期较长，加上其他因素，造价较高。中国的最大体积土坝为岳城水库土坝，坝体方量2600万m3；最高的土石坝为台湾的曾文坝，坝高133m；填筑较快是密云水库粘土斜墙土坝，坝高66.4m，主副坝坝体方量2012万m3，两年建成（1958～1960），最高月上坝235.5万m3，最高日上坝11.8万m3。60年代南水水电站采用定向爆破法施工修建粘土斜墙堆石坝，坝高81.3m。80年代关门山水库和西北口水库采用混凝土面板堆石坝，坝高分别为58.5m和95m(见彩图)。混凝土面板堆石坝是具有竞争力的坝型。
中国水利资源大部分集中在西部，大多处于交通不便，地质条件复杂的地区，开发水电的自然条件和施工条件越来越差。土石坝较易适应复杂的地质条件，能就地取材，节约水泥，且减少场外运输，降低工程造价。需要解决的技术问题是：①深覆盖层的处理；②施工导流及渡汛措施；③大流量、高流速的泄洪设施；④在缺乏粘土或多雨地区，采用混凝土面板或沥青混凝土等防渗措施。
混凝土坝施工技术 20世纪初开始用混凝土修建重力坝。到30年代美国修建胡佛坝时发展起来的混凝土坝施工方法，为各国广泛采用，并经逐步改进，形成一套常规的施工方法。其主要内容是:①采用柱状浇筑法;②采用低热水泥、 降低水泥用量、 预冷骨料、加冰拌和、通水冷却、对混凝土表面进行保护等一系列混凝土温度控制措施；③根据坝体各部位工作和受力特点，采用不同标号的混凝土；④混凝土分层浇筑的施工缝需凿毛冲洗处理，并铺设一层水泥砂浆或细骨料混凝土；纵缝和横缝设键槽，待坝体温度降到稳定温度后进行接缝灌浆；⑤采用四级配或三级配骨料拌制混凝土，用平仓机平仓和强力振捣器或振捣器组振捣；⑥发展钢悬臂模板和预制混凝土模板，70年代初又发展自升式模板。常规的施工方法由于受到分缝分块、温度控制措施和接缝灌浆等影响，在施工进度和工程造价方面难以有突破性的进展。虽然有的工程混凝土年浇筑强度达到200～300万m3的较高水平，但平均每月坝体升高速度一般仅4～5m，少数超过6m。60～70年代，各国陆续对常规方法进行了一些改进，如：取消纵缝、通仓浇筑、取消接缝灌浆、严格温控措施、采用薄层浇筑以及采用高速缆机等高效大型施工机械设备等。例如:1973年建成的美国德沃夏克坝，坝高219m，采用通仓浇筑，自升模板，高速缆机等措施，在56个月内浇筑混凝土512万m3，月最大浇筑强度18.4万m3，年最大浇筑强度221万m3，施工人数1200人，大坝月平均上升4m。1983年第一台70万kW水轮发电机组开始运行的巴西伊泰普水电站，坝高180m，月最大浇筑强度34.8万m3，年最大浇筑强度303万m3，大坝月平均上升5.1～6.6m。60年代以来，拱坝增多。70年代后期，碾压混凝土筑坝技术兴起，即用分层压实的施工方法修筑混凝土坝。1980年日本建成坝高90m的岛地川坝，坝体方量31.7万m3；1982年美国建成坝高49m的威洛克里克坝，坝体方量30.7万m3。
中国绝大部分混凝土坝的施工方法基本上沿袭30年代的柱状浇筑法，只是在部分工艺上有所进展，如：①在混凝土内掺粉煤灰和外加剂以降低水泥用量，减少水化热；②使用组合钢模板，减少木材用量和减少模板安装工时；③人工生产砂石骨料，优化混凝土级配；④引进和研制混凝土施工专用设备（混凝土拌和楼、混凝土泵车、平仓振捣机等）。在中国混凝土坝施工中，投产较快的是新安江水电站，坝高105m，坝体方量175m3，从开工到第一台机组发电仅用3年时间(1957～1960);浇筑强度最大的是葛洲坝水利枢纽，年最大浇筑强度203万m3，最高月浇26万m3。1986年在福建修建的坑口坝，是中国第一座全碾压式混凝土坝，坝高56.8m。此后，对一些水利水电工程的全坝或部分坝段以及围堰采用了碾压混凝土的施工方法。
施工管理 施工管理是在水利工程施工中对各项工序进行组织、检查、协调与控制的工作。其目的是以最少的人力、物力和资金，按照设计要求，确保工程质量和安全，使工程如期或提前竣工投入生产，发挥效益。施工管理的内容主要包括：①计划管理，这是管理工作的核心；根据施工组织设计，按施工阶段编制施工进度计划和作业计划，通过施工调度，开展工作，以保证任务如期完成。②技术管理，其中心内容是通过技术革新，改进施工方法和施工工艺，促进劳动生产率的提高，并为保证质量和安全制定相应的技术规程。③物资设备管理，指按质、 按量、 按施工进度供应所需的物资和机械设备，并改进物资设备的运输、保管和使用，以节约资金。④劳动工资管理，指合理安排人员编制、劳动组织、职工培训、 劳动保护、 工资奖励等工作。⑤工程定额管理，即对人力物力的消耗进行控制。它是计划管理的基础，通过计时观测和调查研究，掌握现行定额执行情况，并为制定新定额提供原始资料，不断提高定额水平。⑥财务管理，包括成本核算，减少建设费用，合理使用资金，从经济上控制施工全过程，保证施工任务的完成。
水利工程施工管理贯穿于施工准备、主体工程施工及工程完建投入生产等各个阶段。70年代末期，中国在水利工程施工中开始推行全面质量管理。80年代初期，在大中型水利工程中开始推行投资包干制和招标承包制。
展望 第二次世界大战以来，水利工程不断发展，工程规模越来越大，加以一些条件优越的地点已经开发，将来许多高坝大库只能修建在人烟稀少的高山峡谷地区，面临地质条件复杂和交通不便等情况。由此带来一系列施工技术问题需要解决。如复杂地基处理、抗高速水流冲刷磨蚀、高坝快速施工、大跨度地下工程和长隧洞的快速掘进等。为了保证工程的施工质量，缩短建设周期，降低工程造价，水利工程施工技术的发展趋势是:①采用大容量、高效率并且配套的施工机械；②广泛采用新技术(如液压、电子、激光、声波等技术)、新材料（如高分子合成材料）和新工艺（如振动碾压、高压喷射、锚喷支护、快速掘进等），并不断发展；③运用系统工程的理论和电子计算机技术，进行水利工程施工的科学组织与管理。