水利工程施工中圍堰施工技術(shù)研究

梁中堅(jiān)

（修水縣寧州鎮(zhèn)便民服務(wù)中心，江西 修水 332400）

作為基礎(chǔ)設(shè)施的一種，水利工程發(fā)揮著水產(chǎn)養(yǎng)殖、水運(yùn)、防洪、發(fā)電、灌溉等多種作用，這使得水利工程整體的安全性、施工質(zhì)量極為重要。而在水利工程施工中，前期需要充分做好圍堰工程，這就要求施工人員合理運(yùn)用圍堰施工技術(shù)。從這個(gè)角度來看，應(yīng)積極研究水利工程施工的主要圍堰施工技術(shù)。

1 圍堰施工技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用特點(diǎn)

圍堰施工技術(shù)具有施工特點(diǎn)、位置特點(diǎn)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第一，施工特點(diǎn)。岸坡、圍堰結(jié)構(gòu)的連接部位具有穩(wěn)定性、可靠性，能夠防止因滲漏集中破壞而導(dǎo)致出現(xiàn)圍堰安全事故。第二，位置特點(diǎn)。圍堰施工與河流特征深入結(jié)合，通過科學(xué)的選擇，讓水流的平順性得到保證，防止局部受到?jīng)_刷刷。第三，設(shè)計(jì)特點(diǎn)。圍堰應(yīng)具有簡單的結(jié)構(gòu)，使其拆除、維修和施工更加方便[1]。第四，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。圍堰施工需符合水利工程施工的強(qiáng)度要求、抗沖要求、防滲要求等，保證圍堰整體的穩(wěn)固。

2 圍堰施工的平面布置要求

對于水利工程施工來講，圍堰施工平面布置十分重要，通常需要根據(jù)工程圍堰要求、工程整體淪落、導(dǎo)流方案來確定。若圍堰布置不合理，基坑圍護(hù)面積相對較大，則水利工程施工的排水設(shè)備容量便會隨之增大，反之，基坑圍護(hù)面積相對較小，則工程建筑物主體便會受到不利影響，嚴(yán)重時(shí)將會導(dǎo)致水流不暢通，使圍堰、圍堰基礎(chǔ)遭受沖刷[2]。同時(shí)，圍堰縱向平面布置和岸坡沖刷、圍堰沖刷、水流不同時(shí)段宣泄等方面存在密切關(guān)系。

為了做好圍堰施工平面布置工作，一方面，應(yīng)明確堰內(nèi)基坑具體范圍。水利工程主體的施工技術(shù)、主體輪廓決定了基坑在圍堰內(nèi)部的實(shí)際范圍，一般水利工程主體輪廓、基坑坡趾間應(yīng)具有20 米至30 米的距離，從而為模板堆放、材料堆放、運(yùn)輸交通布置、排水設(shè)備布置提供便利。另一方面，應(yīng)布置圍堰的輪廓外形。不論導(dǎo)流采用分段式圍堰還是全段式圍堰，圍堰橫向的上下游部位都由水利工程主體輪廓所決定。當(dāng)采用全段式圍堰時(shí)，圍堰的橫向需要與河流方向保持垂直，使圍堰工程量最小化。當(dāng)采用分段式圍堰時(shí)，圍堰的下游和上游通常不可垂直于河床中心線，需進(jìn)行梯形的圍堰平面布置，這樣既能夠讓水流始終保持順暢，而且道路運(yùn)輸銜接與布置也更加方便。與此同時(shí)，導(dǎo)流采用一次攔斷法能夠避免圍堰下游和上游出現(xiàn)繞流問題，出于工程量減少的目的，一般將圍堰垂直于主河道。在明確縱向圍堰部位時(shí)，需要綜合考慮多種因素，包括工程主體各段施工強(qiáng)度、基坑道路交通、水力學(xué)條件、施工地形條件、樞紐布置等。

3 水利工程施工的主要圍堰施工技術(shù)

3.1 混凝土板土石圍堰施工技術(shù)

根據(jù)施工方法，混凝土板土石圍堰可劃分成預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆混凝土板這兩種圍堰。根據(jù)截面面積的種類，混凝土板土石圍堰可劃分成楔形板、矩形板這兩種圍堰。根據(jù)連接面板的形式，混凝土板土石圍堰可劃分成平順連接型、重疊搭接型這兩種圍堰。根據(jù)面板是否存在排水設(shè)施，混凝土板土石圍堰可劃分成無排水孔面板、有排水孔面板這兩種圍堰，如表1 所示。

表1 混凝土板圍堰劃分

在進(jìn)行混凝土板施工的過程中，澆筑和安裝混凝土板都需要調(diào)倉、錯縫進(jìn)行，從施工順序來看，需要由下游坡腳朝著圍堰頂部的方向展開施工。圍堰的下游坡和混凝土板間應(yīng)對墊層進(jìn)行安裝，讓混凝土板下方的水流壓強(qiáng)得到削弱，增強(qiáng)混凝土板的穩(wěn)定性、平整性。圍堰性能、堰腳范圍、堰腳保護(hù)、下游墊層、下游坡度、混凝土板厚度、混凝土板形式等方面，不僅需要將充分的計(jì)算和以往的水利工程施工經(jīng)驗(yàn)當(dāng)作參考，而且需要經(jīng)過一系列的水工模型試驗(yàn)。部分混凝土板圍堰的堰體包括護(hù)面板、黏土斜墻、堆石體、混凝土擋墻構(gòu)成，這樣能夠增加混凝土板的抗沖刷、抗管涌能力，使堰體得到有效維持，符合過水的水利工程施工要求，避免出現(xiàn)滲透，確保圍堰整體的穩(wěn)定性。

圍堰抗管涌計(jì)算應(yīng)采用如下公式：

K=Dγb/γw（h+D）≥1.1

式中，h 代表圍堰基坑外部和內(nèi)部的水頭差；D 代表基坑底部和承壓含水層面之間的距離；γb代表土的容量；γw代表水的容量。

混凝土封底荷載計(jì)算應(yīng)采用如下公式：

q=γ水h水-γ砼h砼

式中，h砼代表混凝土的高度；h水代表水的高度；γ砼代表混凝土的容量；γ水代表水的容量。

3.2 草土圍堰施工技術(shù)

在國內(nèi)，草土圍堰是長期發(fā)展形成的一項(xiàng)技術(shù)結(jié)晶，圍堰采用的原料包括土、蘆柴、麥草、柳枝、稻草等，是一種混合式草木結(jié)構(gòu)，施工歷史十分悠久。草土圍堰在黃河流域的使用較多，經(jīng)常應(yīng)用在堵口工程領(lǐng)域。從斷面尺寸來看，草土圍堰不僅要符合抗傾覆、抗?jié)B、抗滑等多種要求，而且需要對施工中的土料運(yùn)輸、草料運(yùn)輸加以考慮，圍堰的形狀一般是梯形、矩形等，邊坡的坡比則以1 比0.3 和1 比0.2 居多。按照以往的施工經(jīng)驗(yàn)，草土圍堰建立于巖基河床時(shí)，寬度比范圍應(yīng)在2 至3 間，建造于軟基河床時(shí)，寬度比范圍應(yīng)在4 至5 間。除此之外，草土圍堰的頂部超高范圍是1.5 米至2 米。

3.3 混凝土圍堰施工技術(shù)

水利工程施工中的混凝土圍堰一般通過碾壓混凝土、常態(tài)混凝土進(jìn)行建筑。對于巖石地基來說，混凝土圍堰更加適合，這種圍堰的優(yōu)點(diǎn)是底寬較小、擋水水頭較高、具有較強(qiáng)的抗?jié)B能力，連接混凝土永久建筑物更方便，圍堰頂部能夠溢流。從結(jié)構(gòu)形式來看，混凝土圍堰包括拱形混凝土圍堰、重力混凝土圍堰等。在水利工程施工領(lǐng)域，重力圍堰類型的混凝土圍堰居多，這種圍堰一般建造為實(shí)心，類似于非溢流重力水壩，有時(shí)也會建造為空心。在實(shí)際施工時(shí)，混凝土圍堰的施工類似于混凝土壩，因混凝土圍堰縱向應(yīng)對水流沖刷進(jìn)行抵御，使得巖基上建筑的混凝土圍堰居多。圍堰水流力計(jì)算應(yīng)采用如下公式：

p1=Fw/A；

其中，A 代表構(gòu)件、流向二者投影面積；v 代表水流速度的設(shè)計(jì)值；p 代表水流實(shí)際密度；Fw代表水流力。

為了確?；炷磷罱K施工質(zhì)量，需要在當(dāng)?shù)氐目菟陂_展圍堰施工。若此時(shí)依舊無法使干地施工得到保證，就應(yīng)對土石圍堰另行修筑，作為其維護(hù)。在導(dǎo)流時(shí)，實(shí)施分段式圍堰施工后可將混凝土圍堰用于第二期及第一期的圍堰，發(fā)揮圍堰兩側(cè)的擋水功能，最后融入水利工程，成為一部分的永久建筑物。在水面枯水期應(yīng)建造圍堰拱座，若河床覆蓋層過薄，則應(yīng)在水下開展清基工作，若河床覆蓋層過厚，則應(yīng)加固防滲，對水泥漿進(jìn)行灌注。開展堰體混凝土澆筑施工的過程中，應(yīng)采取水下施工這一圍堰施工形式，此方法難度較高，需要建筑企業(yè)加以重視。除此之外，要想建立阻水帷幕，應(yīng)在拱基的兩側(cè)區(qū)域進(jìn)行砂礫料回填施工，為灌漿創(chuàng)造便利的條件。

3.4 沖泥管袋圍堰施工技術(shù)

從原理上看，沖泥管袋圍堰需要通過泥漿泵把河床下方的泥砂適量抽出，放入土工袋，土工袋出口會涌出泥水，最終在土工袋里沉積的部分投入圍堰施工使用。從優(yōu)點(diǎn)上看，土工沖泥管袋具備較大的自重和體積，向水中拋入后不會輕易受到水流的沖刷而坍塌，確保了圍堰的牢固性。具體施工時(shí)，所有沙袋都應(yīng)在特定部位防治，尤其在圍堰沒有正式出水前，若位置稍有偏差，將會導(dǎo)致圍堰空隙大，無法有效發(fā)揮斷水功能，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)圍堰塌方的情況。開展圍堰施工作業(yè)的過程中，應(yīng)將一岸事先圍起來，隨后進(jìn)行另一岸的圍堰施工。

開始施工后，應(yīng)先對其它部位的河砂進(jìn)行抽取，通過高壓泥漿泵把砂沖刷到指定的河床面部位，讓河床面的砂鋪滿一整層，其厚度為30 厘米左右，從而避免因河底淤泥而導(dǎo)致出現(xiàn)砂袋移動、滑動的現(xiàn)象，再將砂袋的底部封好，對整個(gè)河床斷面進(jìn)行拋填施工，使用砂袋將底部封好。要想使所有砂袋都可以在特定位置安放，通常需要借助一艘較大的船只進(jìn)行定位，從上游拋砂袋，隨后其它船只從下游不斷接近定位船只，由定位船只對拋砂工作進(jìn)行指揮，完成一個(gè)定位點(diǎn)的拋砂后，借助定位船只具備的鋼絲繩牽引到后一定位點(diǎn)繼續(xù)拋砂。進(jìn)行拋砂的船只按照順序有條不紊地前進(jìn)拋砂，應(yīng)由兩個(gè)8 米寬的砂袋進(jìn)行封底，二者共計(jì)16 米，砂袋封底時(shí)需要順著河流的方向開展拋填施工。在外圍，圍堰拋填的頂寬為3 米，底寬為13 米。由下到上的寬度分別為13 米、10米、8 米、5 米，直到頂層的3 米。從規(guī)格上看，符合沖泥管袋的8 米、5 米、3 米等規(guī)格。進(jìn)行圍堰的過程中，需要先對A 岸的上游部位進(jìn)行施工，再對圍堰中間部分的迎水面進(jìn)行施工，若中部、上游的迎水面圍堰比水面的高度高出1 米后，則需要對下游圍堰進(jìn)行施工。對于圍堰的深水部分，應(yīng)借助拋砂法灌注四分之三的土工袋，向特定位置進(jìn)行拋投，在土工砂袋與水面二者高度一致時(shí)，進(jìn)行拋砂的船只此時(shí)不能進(jìn)入到圍堰區(qū)中，可在下層直接鋪設(shè)土工袋，土工砂袋的灌砂可直接進(jìn)行，灌到四分之三時(shí)進(jìn)行封口工作，繼續(xù)對下一袋灌注。

3.5 圍堰清淤防水技術(shù)

利工程圍堰應(yīng)運(yùn)用清淤技術(shù)。要想使圍堰滲漏的情況減少，圍堰施工時(shí)，施工人員應(yīng)將河底存在的淤泥有效清除。用于圍堰的所有編織袋僅裝土三分之一至二分之一，編織袋口通過細(xì)麻繩封住。水中土袋在堆放的過程中，下層與上層需要彼此錯縫放置，以此來確保堆碼的整齊性、穩(wěn)固性，不留下較大縫隙。在水中的部分，施工人員可通過桿鉤將其鉤送到制定地方，如有必要，應(yīng)通過潛水予以配合，將迎水面凸出增加受力面，充分整理好坡腳。另外，編織袋應(yīng)進(jìn)行密實(shí)的填筑，經(jīng)過分層錯縫筑填后，施工人員通過人工的方式用木夯夯實(shí)。

與此同時(shí)，圍堰防水施工十分重要。要想讓圍堰防水能力得到保證，圍堰的底部應(yīng)與基底緊密相連；在筑堰過程中清理圍堰底部的各種雜物、樹根等物體，特別是連接部位的清底工作必須做好；應(yīng)整齊地放置編織袋，堅(jiān)持錯縫放置原則，橫向、橫向都需要壓茬三分之一；在編織袋圍堰的不同編織袋間，存在縫隙將會導(dǎo)致漏水情況發(fā)生，因此空隙的通道需要包括兩層編織袋，內(nèi)層和外層間應(yīng)進(jìn)行防水黏土的填筑，填筑厚度以0.5 到1 米為宜，編織袋中以裝不滲水的黏性土為宜，裝人袋中的土只能占據(jù)袋容量二分之一至三分之二，最終將袋口充分縫合。若仍有滲水現(xiàn)象出現(xiàn)，施工人員在迎水面倒入適量黃土，通過挖掘機(jī)斗對縫隙部位進(jìn)行搓縫，然后設(shè)置彩條布防滲水。

3.6 木樁圍堰施工技術(shù)

木樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用較為普遍。在圍堰施工時(shí)，施工人員應(yīng)在河床開展木樁土圍堰施工，首先，把木樁打入到河床，其次，將竹笆放置于木樁內(nèi)側(cè)部位，最后，在各個(gè)樁間開展土圍堰施工。這一技術(shù)對水深為5 米至6 米，流速超過每秒1.6 米的河床更為適用。

4 圍堰施工技術(shù)的具體應(yīng)用

干流防洪提升工程施工內(nèi)容包含47.718 千米的堤防加培、11 座建筑物治理、4.984 千米的砂堤砂基治理、30.713 千米的防汛貫通路、2.315 千米的堤坡硬性防護(hù)、雙臺子河閘魚道1 座。施工區(qū)域靠近村鎮(zhèn)，穿越農(nóng)田、水塘，靠近水產(chǎn)保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等敏感區(qū)域。點(diǎn)多線長，施工組織是本工程重點(diǎn)。

4.1 圍堰施工程序

均質(zhì)土圍堰施工程序：測量放線→水下土方填筑→水上土方填筑→基坑抽水、建筑物施工→圍堰拆除。

4.2 運(yùn)用土圍堰施工技術(shù)

第一，做好施工準(zhǔn)備。施工準(zhǔn)備的內(nèi)容主要有放線、清理堰基、報(bào)送圍堰施工方案、復(fù)查圍堰料場等。

第二，放線測量。測量人員應(yīng)根據(jù)圍堰圖紙對圍堰起坡線、圍堰軸線進(jìn)行相應(yīng)放線工作。

第三，圍堰施工應(yīng)通過河渠工程的開挖料來施工，鋪筑必須分層進(jìn)行，采用推土機(jī)將土料整平，以20t 振動碾進(jìn)行密實(shí)的碾壓，從而讓防滲效果得到保證，斷面圖如圖1 所示。

圖1 干流防洪提升工程施工斷面圖

第四，圍堰進(jìn)占法施工、堰體施工。采用進(jìn)占法的過程中，從一側(cè)（或兩側(cè)）向前展開進(jìn)占填筑，裝車由挖掘機(jī)、裝載機(jī)二者配合進(jìn)行，運(yùn)輸由自卸汽車負(fù)責(zé)。土料卸料采用后退法，卸料后通過推土機(jī)進(jìn)行平料（如圖2 所示）。

圖2 圍堰進(jìn)占法施工

第五，迎水面邊坡應(yīng)通過反鏟挖掘機(jī)整平和削坡。在迎水面邊坡、圍堰外側(cè)水平面鋪蓋一層粘土，粘土的裝車由反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行，運(yùn)輸由自卸汽車進(jìn)行，通過推土機(jī)向河中推入，再使用挖掘機(jī)加以適當(dāng)平整。

第六，當(dāng)圍堰閉氣后，方可開展基坑排水工作，對堰基進(jìn)行清理和堰體分層填筑，使圍堰加高至頂高程。

4.3 運(yùn)用圍堰拆除施工技術(shù)與排水施工技術(shù)

施工期間，經(jīng)常性排水的水流主要考慮地表降雨所匯集的雨水量和基坑滲水量。第一，天然降雨。本工程未提供日最大降雨量，暫按暴雨日降雨量為100mm 計(jì)算，本工程明挖基坑范圍均不大，匯水面積約為3000m2，確定最大排水強(qiáng)度約為3000×100÷1000÷24=12.5（m3/h）。

第二，基坑滲水。經(jīng)查閱有關(guān)水利水電施工排水滲透量有關(guān)資料，并結(jié)合施工區(qū)圍堰內(nèi)地質(zhì)情況，滲水量按以下公式計(jì)算：

Q=F1q1+F2Q2；

式中，Q－基坑總滲水量，m3/h；F1代表基坑的底面積，值為2300 平方米；q1代表底面積滲水平均值，值為0.05m3/(m2·d)；F2代表基坑的側(cè)面積，值為520 平方米；Q2代表基坑側(cè)面積滲水平均值，值為0.05m3/(m2·d)；明挖基坑日總滲水量約為0.05×2300+0.05×520=141.0m3/d=5.9m3/h。綜上所述，單個(gè)明挖基坑最大日排水強(qiáng)度應(yīng)不低于：12.5+5.9=18.4m3/h。

在每個(gè)明挖基坑內(nèi)設(shè)置2～3 臺50WQ-15-15-1.5 型水泵（15m3/h，揚(yáng)程15m）抽排，其中一臺作為備用，基本滿足基坑排水強(qiáng)度要求。待進(jìn)行現(xiàn)場施工時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和水文條件，重新調(diào)整最大排水強(qiáng)度及配備抽水水泵規(guī)格、臺數(shù)。

結(jié)束語

總而言之，研究圍堰施工技術(shù)意義重大。水利施工人員應(yīng)了解當(dāng)前水利工程施工的概況，充分把握圍堰施工技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用特點(diǎn)，熟悉圍堰施工的平面布置要求，能夠通過混凝土板土石圍堰施工技術(shù)、混凝土圍堰施工技術(shù)、圍堰拆除施工技術(shù)、圍堰防護(hù)施工技術(shù)等施工技術(shù)的運(yùn)用，使水利工程圍堰保質(zhì)保量完成，有效提高圍堰工程的安全性與施工質(zhì)量，促進(jìn)水利事業(yè)的發(fā)展。