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1、第五节 截流工程,截流的概念截流基本方法截流日期及截流流量龙口位置及宽度截流水力计算截流材料和备料量,1、截流的概念,在施工导流中，截断原河床水流，是为“截流”；为了截流，先在河床的一侧或两侧向河床中筑堤，该堤称为“戗堤”；这种向水中填筑戗堤的过程就是“进占”；填筑戗堤使河床不断地变窄，最后形成一个流速较大的缺口，叫做“龙口”；最终封堵龙口的过程，即是“合龙”；合龙后，戗堤虽高于水面，但其本身依然漏水，因此须在戗堤上设置防渗设施，该项工作即为“闭气”。,戗堤,进占,合龙,闭气,截 流 布 置 示 意 图,2、截 流 的 基 本 方 法,截流的基本方法有立堵法和平堵法两种。1）立堵法截流，是将截
2、流材料从龙口一端向另一端或两端向中间抛投进占，逐渐束窄龙口，直至全部拦断。,（2）立堵法截流的程序,截流程序：进占 护底及裹头 合龙 闭气。进占：在河床的一侧面或两侧面向河床抛填截流流材料形成戗堤、束窄河床。,（2）立堵法截流的程序,截流程序：进占 护底及裹头 合龙 闭气。护底及裹头：对河床及龙口戗堤端部进行防冲加固。,（2）立堵法截流的程序,截流程序：进占 护底及裹头 合龙 闭气。合龙：封堵龙口，使戗堤合龙。,（2）立堵法截流的程序,截流程序：进占 护底及裹头 合龙 闭气。闭气：在戗堤迎水面设置防渗设施。,（3）立堵法截流特点,优点：不要架桥，准备工作简单。造价低，施工速度快。缺点：单宽流量
3、大，出现最大流速大水流不平稳，流速分布不均匀截流单个材料大工作前线短龙口基础要求高，坚硬耐冲,单宽流量大，出现最大流速大,（4）适用条件（1）岩基或覆盖层较薄的岩基河床。（2）当河床采用适当的护底措施，也可采用。,2）平堵法截流 龙口全线均匀地逐层抛投截流材料，直至抛石堆体高出水面将河道水流截断为止。,（2）平堵法截流特点,优点：流速分布均匀单宽流量小，出现最大流速小截流单个材料小工作前线长，施工进度快软基可利用 缺点：龙口要架桥，造价高，碍航,（3）适用条件平原软基河床，架桥方便，航运任务小的河流,3）其它截流方式（1）爆破截流、定向爆破截流：岩石坚硬，岸坡陡峻。爆破砼预制体截流。（2）下闸
4、截流人工泄水道。（3）浮运沉箱或沉船法截流海口工程。每种截流方法都有一定的适用条件，根据我国的国情及国内外截流的发展趋势，一般情况下应优先考虑立堵法。如果河床易冲刷，可先平抛护底；如果河床基岩面过光滑，可先平抛一些抗冲性能好的材料加糙河床；如果龙口处有深坑或水深过大，可适当平抛一部分。青铜峡、葛洲坝和大化工程可为上述三种情况的典型。,3、截流日期和截流设计流量,1）截流日期的确定 截流年份根据枢纽工程施工控制性进度计划或总进度计划决定。至于年内的截流时段选择，应根据河流水文特性、气候条件、围堰施工以及通航、过木等决定。一般宜安排在汛后枯水时段，严寒地区应尽量避开河流流冰及冰冻期。,3、截流日期
5、和截流设计流量,1）截流日期的确定应考虑以下要求：截流时，导流泄水建筑物已具备过水条件；截流后，汛期前，施工进度安排要来得及渡汛；截流期间，河流流量尽可能小、稳定；截流期要选在对河流综合利用（航运）影响小的时期；截断龙口的一切准备工作已就绪。截流日期应尽量提前；不应在冰期进行，以避免截流和闭气工作的复杂化或失败。,3、截流日期和截流设计流量,工程实例从工程实例可看出，截流日期大部分在枯水期初、中,截流日期大部分在最枯期前的主要原因：河水流量呈下降趋势能为截流后争取更多的施工时间,3、截流日期和截流设计流量,2）截流设计流量选用：频率法：截流时期内10%20%频率的旬或月平均流量；统计资料分析法
6、：根据多年实测流量资料统计整理分析取具有典型性的流量并留有安全裕度。预报法：一种水文气象预报值比照某一频率值确定另一种水文气象预报值加安全裕度的值。据类似条件的工程；根据现行规范，截流设计流量的标准可采用截流时段内重现期为510年的月或旬平均流量。,2）、截流设计流量的确定 注：对大型工程截流，通常以选取一个流量为主，并考虑较大，较小流量出现的可能性，用几个流量进行截流计算和模型试验研究。,工程实例,4、龙 口 位 置 和 宽 度,1）龙口位置 龙口位置的选择，对截流工作顺利与否有密切关系。戗堤轴线通常布置在横向围堰范围内。选择龙口位置时，应着重考虑地质、地形条件和水力条件。一般应考虑：从地质
7、条件来看，龙口应尽量选在河床抗冲刷能力强的地方，如岩基裸露或覆盖层较薄；,4、龙 口 位 置 和 宽 度,1）龙口位置从地形条件来看，龙口河底不宜有顺流向陡坡和深坑；龙口周围应有较宽阔的场地，离料场和特殊截流材料堆场近些，便于施工布置和组织；从水力条件来看，设在河床主流部位，并使截流前水流平顺；对于通航要求的河流，预留龙口一般均布置在深槽主航道处。,4、龙 口 位 置 和 宽 度,2）龙口的宽度龙口的宽度应尽可能窄，但以不引起龙口底部、两侧裹头部位和下游冲刷为限。有通般要求着重考虑通航要求。合龙施工强度高，工程量不宜太大。,5、截流水力计算,1）目的：截流水力计算的目的是确定龙口诸水力参数的变
8、化规律。它主要解决两个问题：一是确定截流过程中龙口各水力参数，如单宽流量q、落差z及流速v等的变化规律；二是由此确定截流材料的尺寸或重量及相应的数量等。这样，在截流前，可以有计划、有目的地准备各种尺寸或重量的截流材料及其数量，规划截流现场的场地布置，选择起重、运输设备；在截流时，能预先估计不同龙口宽度的截流参数，何时何处应抛投何种尺寸或重量的截流材料及其方量等。,2）计算过程及方法：图解法计算龙口流速（方法一）水量平衡 截流过程中，上游来水量（即截流设计流量）将分经龙口、戗堤渗流、分水建筑物，并有一部分拦蓄在水库中。若水库库容不大，拦蓄在水库中的水量可忽略。对于立堵，作为安全因素，也可忽略戗堤
9、渗流量。,5、截流水力计算,图解法计算龙口流速（方法一）一般情况下，合龙过程中截流设计流量由四部分组成：（2）式中 Q 龙口流量；Qd分流量（分流建筑物中通过的流量）Qs 上游河槽中的调蓄流量；Qac戗堤渗透流量。当调蓄流量和渗透流量不计算，则有：（2-1）,龙口流量按宽顶堰公式计算：（3）式中 龙口平均过水宽度；龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）；流量系数，按下式计算：小于0.3 淹没流 大于或等于0.3 非淹没流（3-1）,由连续方程可得龙口流速计算公式：（4）式中 龙口计算断面平均流速；龙口计算断面水深（从护底顶部算起）；,图一 立堵截流示意图,（a）平面布置图；（b）沿河道
10、中心线剖面图（淹没流）（c）沿河道中心线剖面图（非淹没流）（d）梯形断面时c-c剖面,（e）三角形断面时c-c剖面,剖面,在立堵截流中，常常规定：当出现淹没流时，为龙口底部（或护底）以上的下游水深（图一）；当出现非淹没流时，为临界水深。的计算按下列四种情况考虑：,1、梯形断面淹没流：由于进占过程中龙口底部高程不变，为常数。,2.梯形断面非淹没流：有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，此时：,3.三角形断面淹没流：4.三角形断面非淹没流：,龙口流速计算步骤如下：1绘制分流量 与上游水位 的关系曲线（图二），该曲线可通过计算或有试验得到。2绘制进占过程中龙口流量 与 的关系曲
11、线，该曲线可由（2）式或（2-1）式求出。3.由（3）式或（3-1）式绘制曲线簇，由（3）式中 为护底顶部高程或龙口底部高程（图一）。4.判断流态。式计算水深。按（4）式计算合龙过程的断面平均流速。,六、截流材料类型、尺寸和备料量,1材料类型 块石 一般块石、石渣料、石渣混合料、大块石 人工块体 混凝土六面体、四面体、四脚体、钢筋混凝土构架、钢筋笼、铅丝龙、合金网兜,6、截流材料和备料量,截流材料应尽可能就地取材，如梢料、麻袋、草包、石料、土料等，南方如卵石竹笼、砾石和杩槎等。实践证明，块石是主要材料。截流水力条件差时，应用人工块体，如混凝土六面体、四面体、四脚体及混凝土构架。通过水力计算及工
12、程拥有的起重运输设备能力确定。,2材料尺寸,依兹巴士公式（适用：粒径不太大的一般块石）v水流流速 K综合稳定系数：抗滑：0.90；抗倾：1.20 g重力加速度 1石块容重 水容重 D石块折算成球体的化引直径,经验流速,3备料量,Q=K K备料系数，考虑各种损失戗堤体积 规范3.6.7规定：龙口段抛投的大块石、钢筋石笼、混凝土四面体等，备用系数宜取1.21.3 截流备料总量的备料系数可取1.21.3,葛洲坝大江截流,时间：1981.1截流设计标准：12-1月5%月平均设计流量：5200-7300m3/s实测流量：4720-4190m3/s龙口宽度：203m戗堤顶宽：25m截流历时：36h23mi
13、n最大流速：7.5m/s实测落差：3.23m截流方式：单戗双向立堵、拦石坎护底截流材料：大块石、15t、25t混凝土四面体主要设备：20-45t自卸汽车417辆、推土机、起重机、装载 机、挖掘机等最大抛投强度：70000m3/d，3600m3/h,万安一期截流,时间：1984.11截流设计标准：11-12月5%月平均设计流量：877-772m3/s实测流量：297-264m3/s龙口宽度：80m戗堤顶宽：25m截流历时：9h8min最大流速：3.91m/s实测落差：1.12m截流方式：单戗双向立堵截流材料：石渣、平均0.3-0.4m块石，最大0.8-1.2m大 块石、2.5-5t混凝土五面体最
14、大抛投强度：1092m3/h,万安一期截流备料与实际抛投量对比,工程实例:截流龙口,截流工地,三峡水电站导流明渠截流,导流明渠即将停航,三峡水电站导流明渠截流,上游戗堤合龙,降低截流难度的措施,（l）减小龙口流量、流速、落差和改善流态等水力因素减小龙口流量：可开挖导流明渠或隧洞、拆除围堰，创造良好的分流条件；增建截流闸（如三门峡）；堤下埋管或用框架作抛料（加苏联高尔基电站）增大戗堤透水性，加大渗流量等。善龙口流态：可改进抛投位置和方法，如立堵困难段可采用上游突出或上、下游角同时突出进占，用大块料抛投上游角，挑开急流，造成戗端缓流区，以便使用一般石料抛投进占。减少龙口流速：可用宽戗堤以增加龙口的
15、沿程阻力，减缓龙口比降如奥阿希戗堤宽273 m。减小落差：可用双戗、三戗以分散落差，如白山、隔河岩为双戗，伊太普、卡博拉巴萨、苏汉太等均为三戗截流。减小单宽流量：可采用宽龙口平堵，如斯大林格勒龙口宽300m。,立堵法截流可分为:单戗截流（一般是指戗堤顶宽小于30m的窄戗堤）、双戗截流和宽戗截流 截流落差不超过3.5m时，宜选择单戗立堵截流 截流流量大且落差大于3.5m时，宜选择双戗或多戗立堵截流（标准3.6.1）,降低截流难度的措施,（2）增加基础抗冲能力，提高投料抗滑稳定和发挥块料群体作用保护软基河床或覆盖层免遭冲刷：一般采用护底，根据苏联经验，护底范围，上、下游分别为龙口最大流速处水深的3
16、4倍和23倍。宽度为大于4m/s流速的范围。护底材料常用的有铅丝笼块石、块石及柔性连接混凝土板等加河床抗滑稳定：龙口预抛各种块料，加糙河床，形成拦石坝增加块体自重：常采用重型块（如葛洲坝用25t混凝土块），大单位重石料，各种石笼、钢筋笼、块串，甚至巨型混凝土沉箱。采用有利稳定的异型体：如重心低的四面体、框架等高强度抛投，或先在戗堤堤头堆积大量块料，用推土机快速推入龙口，充分利用抛料的群体作用，迅速实现截流。在山谷地形、运输不便时可采用。,第七节 拦洪度汛和封孔蓄水,坝体拦洪渡汛与临时导流孔洞的封堵蓄水，是中后期施工导流的重要问题，也是施工总进度计划中的两个控制性环节。,一、坝体拦洪标准,坝体施
17、工期拦洪渡汛包括两种情况。1）第一种是坝体高程已修筑到无须围堰保护或围堰已失效的临时挡水渡汛，枯水期：由围堰挡水。汛期：坝体拦洪。其洪水重现期标准取决于坝型及坝前拦洪库容，如表：,一、坝体拦洪标准,坝体施工期拦洪渡汛包括两种情况。2）水库蓄水阶段或大坝施工期运用阶段 导流泄水建筑物封堵后，永久泄水建筑物已初具规模、但尚未具备设计的最大泄洪能力，坝体尚未完建。坝体拦洪渡汛的洪水重现期标准取决于坝型及大坝级别。如表：,二、度汛措施,1、混凝土坝的拦洪渡汛措施若混凝土坝在汛前可修至拦洪高程，则可利用坝体拦洪；有时也可利用坝体临时断面拦洪。若混凝土坝在汛前不能修至拦洪高程，可允许坝体预留缺口过水。对空
18、腹坝应特别注意，为安全渡汛，必须采取措施使腹腔内形成水垫，或浇筑临时溢流面。如凤滩空腹重力拱坝和石泉的空腹重力坝。,二、度汛措施,2、土石坝的拦洪渡汛措施采用临时断面拦洪：此法广泛用于土石坝，汛前工程量可减约15%25%。为使汛前坝体施工强度不致过高，又能使坝体发挥临时拦洪作用，可将坝体的一部分抢筑至拦洪高程以上。如图土石坝过水：国外不少堆石坝，国内个别堆石坝，甚至土坝如龙凤山水库的土坝采取防护措施后施工期过水。对于中、小型过水土坝已积累许多成功经验，但对大型堆石坝的临时过水，国内采用不多。,二、度汛措施,土石坝过水的防护措施：第一种是适当保护坝面，并在坝体下游设置挑流鼻坎，或较高的壅水坝。该
19、法主要用于一般的土石坝。第二种是采用特别挑选的大块石，或用钢筋网加固堆石坝的下游边坡。适用堆石坝，可参看过水围堰防护。,三、封孔蓄水,1、导流泄水建筑物的封堵1）封孔日期 封孔日期与施工总进度和初期蓄水计划有关。但临时性导流洞的封堵，一般均在枯水期进行。根据发电日期和发电最低水位、按保证率来水量进行蓄水历时计算反推最迟封堵日期。,蓄水历时计算，据此确定临时泄水建筑物的最迟封堵日期；具体的做法是根据各月的来水量（按保证率7585）减去下游要求的供水量，得出各月留蓄在水库的水量，将这些水量依次累计，对照水库容积与水位关系曲线，就可绘出水库蓄水高程与历时关系曲线1。校核库水位上升过程中大坝施工的安全
20、性据此拟定大坝施工进度及后期渡汛措施。大坝施工安全校核的洪水标准，通常可选用20年一遇月平均流量，核算时以导流用临时泄水建筑物封堵日期为起点，按选定洪水标准的月平均流量过程线，用顺推法绘制水库蓄水过程线2大坝分月浇筑高程进度线，应包络曲线2。,三、封孔蓄水,1、导流泄水建筑物的封堵2）设计流量：下闸封堵导流临时泄水建筑物的设计流量，可用封堵时段510年重现期的月或旬平均流量，或实测水文统计资料分析确定。封堵工程施工阶段的导流设计标准，则应根据工程的重要性、失事后果等因素在该时段520年重现期内选定。,四、封堵技术,封堵方式及措施：国内外最常用的封堵方式是首先下闸封孔，然后浇筑混凝土塞封堵。1）
21、下闸封孔：隧洞、涵管、底孔等。常见的封孔闸门有钢闸门、钢筋混凝土叠梁闸门、钢筋混凝土整体闸门等。此类闸门，国外多用电动卷扬机沉放。这种封孔方式断流快、水封好、方便可靠，特别是库水位上升较快的工程中，在最后封孔时被广泛采用。为减轻封孔闸门重量，也有采用空心闸门或分节式闸门。一般这种闸门不宜作最后封孔。,四、封堵技术,封堵方式及措施：国内外最常用的封堵方式是首先下闸封孔，然后浇筑混凝土塞封堵。2）浇混凝土塞：临时导流底孔是坝体的一部分，封堵时需要全孔封堵。但导流隧洞只需浇筑一定长度的混凝土塞，足以起永久挡水作用即可。常用混凝土塞为契形，也有采用拱形和球壳形的。为了保证混凝土塞与洞壁之间有足够的抗剪
22、力，通常采用键槽结合。,混凝土塞的最小长度，可按极限平衡条件由下式：,K安全系数，一般取1.11.3；P作用水头的推力，t；导流孔洞的大周长，m；导流孔洞的断面积，m2；混凝土容重，t/m3；f混凝土与岩石（或混凝土）的摩擦系数，一般取0.600.65；c混凝土与岩石（或混凝土）的粘结力，一般取520t/m2。,第三节 基坑排水,按排水时间和性质，可分为初期排水和经常性排水；按排水方法可分为明式排水（排水沟排水）和人工降低地下水（暗式排水）。一、初期排水二、经常性排水,一、初期排水,围堰合龙闭气之后，为使主体工程能在干地施工，必须首先排除基坑积水、堰体和堰基的渗水、降雨汇水等，称为初期排水。,
23、一、初期排水,（一）排水量的组成及计算 初期排水总量应按围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基础渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量，以及可能的降水量等四部分组成计算。其中可能的降水量可采用抽水时段的多年日平均降水量计算。初期排水流量一般可根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素，参考实际工程经验，一般用公式（1-13）计算,一、初期排水,（一）排水量的组成及计算1.排水量的确定 Q=KV/T（1-13）Q-初期排水流量（m3/s）V基坑的积水体积（m3）T初期排水时间（s）K经验系数，主要与堰种类，防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关。一般取k=23。当覆盖层较厚，渗透系数较大时
24、取上限。,一、初期排水,（一）排水量的组成及计算2、水位降落速度及排水时间 排水时间的确定，应考虑基坑工期的紧迫程度、基坑水位允许下降的速度、各期抽水设备及相应用电负荷的均匀性等因素，进行比较后选定。一般情况下，大型基坑可采用57d，中型基坑可采用35d。,一、初期排水,（一）排水量的组成及计算2、水位降落速度及排水时间 为了避免基坑边坡因渗透压力过大，造成边坡失稳产生塌坡事故，在确定基坑初期抽水强度时，应根据不同围堰形式对渗透稳定的要求确定基坑水位下降速度。对于土质围堰或覆盖层边坡，其基坑水位下降速度必须控制在允许范围内。一般开始排水降速以0508md为宜，接近排干时可允许达1015md。其
25、他形式围堰，基坑水位降速一般不是控制因素。,二、经常性排水,基坑积水排干后，围堰内外的水位差增大，此时渗透流量相应增大。另外基坑已开始施工，在施工过程中还有不少施工废水积蓄在基坑内，需要不停地排除，在施工期内，还会遇到降雨，当降雨量较大且历时较长时，其水量也是不可低估的。,二、经常性排水,1、排水量的组成 经常性排水应分别计算：围堰和基础在设计水头的渗流量、覆盖层中的含水量、排水时降水量施工弃水量。其中降水量按抽水时段最大日降水量在当天抽干计算；施工弃水量与降水量不应叠加。基坑渗水量可分析围堰形式、防渗方式、堰基情况、地质资料可靠程度、渗流水头等因素适当扩大。,二、经常性排水,2、排水方式 经
26、常性排水有明沟排水和人工降低地下水位两种方式。1）明沟排水 这种排水方式是通过一系列的排水沟渠，拦截堰体及堰基渗水，并将渗透水流汇集于泵站的集水井，再用水泵排出基坑以外 此方式适宜于地基为岩基或粒径较粗、渗透系数较大的砂卵石覆盖面，在国内已建和在建的水利水电工程中应用最多。,二、经常性排水,1.明沟排水法（1）基坑开挖过程中的排水系统布置基坑开挖过程中的排水系统布置1运土方向；2支沟；3干沟；4集水井；5抽水,（2）基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置修建建筑物时基坑排水系统布置1围堰；2集水井；3排水沟；4建筑物轮廓线；5水流方向；6河流,二、经常性排水,2）人工降低地下水位 在基坑开挖
27、过程中，为了保证工作面的干燥，往往要多次降低排水沟和集水井的高程，经常变更水泵站的位置。这样，往往造成施工干扰，影响基坑开挖工作的正常进行。此外，当进行细砂土、砂壤土之类的基础开挖时，如果开挖深度较大，则随着基坑底面的下降，地下水渗透压力的不断增大，容易产生边坡塌滑、底部隆起以及管涌等事故。为此，采用降低地下水位的办法，即在基坑周围钻设一些井，将地下水汇集于井中抽出，使地下水位降低到开挖基坑的底部以下。,二、经常性排水,2）人工降低地下水位 人工降低地下水位的方法很多，按其排水原理分为：管井排水法、井点排水法（包括真空井点排水法、喷射井点法、电渗井点排水法等）。排水方法的选择与土层的地质构造、
28、基坑形状，开挖深度等都有密切关系，但一般主要按其渗透系数来进行选择。,二、经常性排水,2）人工降低地下水位 管井排水法适用于渗透系数较大、地下水埋藏较浅（基坑低于地下水水位）、颗粒较粗的砂砾及岩石裂隙发育的地层；真空排水法、喷射法和电渗排水法等则适用于开挖深度较大、渗透系数较小、且土质又不好的地层。在不良地质地段，特别是在多地下水地层中开挖洞室时，往往会出现涌水，为了创造良好的施工条件，可以钻超前排水孔（甚至采用导洞），让涌水自行流出排走。这也是人工降低地下水水位的一种方法。,2.人工降低地下水位法根据排水工作原理，人工降低地下水位的方法有管井法和井点法两种。管井法排水布置示意图,轻型井点降低
29、地下水位示意图,三 排水设备的选择,无论是初期排水还是经常性排水，当其布置形式及排水量确定后，需进行水泵的选择，即根据不同排水方式对排水设备技术性能（吸程及扬程）的要求，按照所能提供的设备型号及动力情况以及设备利用的经济原则，合理选用水泵的型号及数量。水泵的选择，既要根据不同的排水任务，不同的扬程和流量选择不同的泵型，又要注意设备的利用率。在可能的情况下，尽量使各个排水时期所选的泵型一致，同时，还需配置一定数量的柴油抽水机，以防事故停电对排水工作造成的影响。,三 排水设备的选择,1泵型的选择 水利工程一般常用离心式水泵。它既可作为排水设备，又可作为供水设备。这种水泵的结构简单，运行可靠，维修简
30、便，并能直接与电动机座连接。过水围堰的排水设备选择，应配备一定数量的排沙泵。离心式水泵的类型很多，在水利水电工程中，SA型单级双吸清水泵和S型单级双吸离心泵两种型号水泵应用最多，特别在明沟排水时更为常用。通常，在初期排水时需选择大容量低水头水泵，在降低地下水位时，宜选用小容量中高水头水泵，而在需将集中基坑积水的汇水排出围堰外的泵站中，则需大容量中高水头的水泵。为运转方便，应选择容量不同的水泵，以便组合运用。,三 排水设备的选择,2水泵台数的确定 在泵型初步选定之后，即可根据各型水泵所承担的排水流量来确定水泵台数。此外，还需考虑抽水设备重复利用的可能性，单机重量及搬迁条件，设备效率，以及取得设备的现实性、经济性等因素。另外还需配各一定的事故备用容量。备用容量的大小，应不小于泵站中最大的水泵容量,3、水泵站的布置 初期抽水站(a)固定式；（b）浮动式,工程实例,井点降水,
