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    围堰技术在水利工程施工应用

    时间：2023-01-08 18:55:11来源：百花范文网本文已影响人

    程韬 CHENG Tao

    （汕头市河道堤防建设管理中心，汕头 515041）

    采用围堰技术可以明显地改善水利工程施工的质量和水平，使有关的水力发电项目设计得到优化和完善，对整个水利工程的发展都会起到积极的作用。值得注意的是，国家经济也会随着水利工程的发展而得到发展，在工程中围堰技术的使用，可以显著提高整个工程的效率，同时对水利工程在社会方面的价值也起到了积极促进的作用。在工程建设中，由于现代信息技术的发展，围堰的技术水平也在不断提高，围堰的技术种类和形式也越来越丰富。

    围堰施工中的关键一环是围护结构，合理使用围护结构可以改善水利水电工程技术作业面的干燥性，为施工提供了方便。在不拆除围堰结构的情况下，采用围堰技术施工的建筑也可以成为永久性的建筑。就算以后不拆掉围堰结构，也不会对其它工程造成影响。同时，围堰对主体建筑起到了一定的防护作用，防止了水流对建筑物的侵蚀。因此，采用围堰技术可以一定地改善水利工程的施工环境和工作条件，有利于全面贯彻各项技术，有利于提高工程的整体性能和安全性。

    汕头市海门湾桥闸重建工程位于练江出海口的海门镇附近，南距出海口2km，北离市区4km，东连城南街道凤南乡白土，西接井都镇古埕村，闸坝上游控制集雨面积1354km，是一座以防潮为主，御咸蓄淡，兼顾围垦、生产生活用水等综合利用的大（2）型水利工程。枢纽建筑物从左岸至右岸依次为：左岸连接路堤、左岸空箱扶壁式连接挡墙、排涝闸、船闸、拦河水闸、右岸空箱扶壁式连接挡墙、右岸连接堤段。

    本工程采用河床内分期导流方式，先修筑一期横向土石围堰，并与一期纵向土石围堰闭合形成右岸一期基坑，然后在一期基坑中施工永久建筑物及二期纵向混凝土围堰，随后拆除一期围堰，修筑二期横向土石围堰与二期纵向混凝土围堰闭合形成二期基坑，最后于二期基坑中施工永久建筑物。

    该项目属于大型（2）类工程，其中永久性水工建筑等级为二级，次要建筑等级为三级，按照SL303-2017《水利水电工程施工组织设计规范》中的有关要求，导流建筑物等级在该项目中的等级为4级，相应的导流式建筑物和土石坝再次会出现洪水的时间大概在二十年以内，而混凝土导流建筑物则在十年以内。因海门湾桥闸位于出海口感潮区，故本阶段选定施工导流设计洪水标准为10年一遇。

    选择枯水期10月～次年4月作为施工导流时段，相应导流流量为987m/s，对应水位值为1.23m。

    外江围堰需在拆除现状水闸后新闸投入运行前充当堤防挡水功能，围堰防洪标准不应低于现状堤防防洪标准。练江左岸是汕头市潮阳区城市防洪堤，现状防洪（潮）标准为50年一遇；
    练江右岸是汕头市潮南区练江堤防现状防洪（潮）标准为20年一遇。考虑到本工程施工规模较大，不确定因素较多，为保险起见外江围堰施工导流设计洪水标准确定为50年一遇。

    3.1 洪枯流量比影响

    为了防止意外和其他因素的影响，在实施围堰技术时，对导流进行合理的设计是非常必要的，这样做可以使工程的整体质量得到质的提高，其中，洪枯流量比是影响工程质量的一个重要因素，在施工中，应充分考虑到现场的实际状况，科学地确定流量，选用过水和不过水的方法。例如，在不同的季节，水位的变化差别也是很大的，在洪涝时期，水流较多，而在枯水期，则应充分考虑到围堰的技术要求，对现场的数据进行综合分析，并对其进行合理的设计。

    3.2 水位变幅的影响

    在应用技术时，不仅要掌握技术规范，还要充分利用场地条件。影响围堰导流的另一个重要因素就是水位变化，必须对其进行全面的计算，以便采取合理的措施。根据已有的资料，水位变化在6m以下一般采取不过水的方法，超过12m的多采用过水的方法。

    3.3 河道影响

    河流的流量对水利建设也有一定的影响，但效果并不明显，在来水量较少的情况下，采用过水围堰技术就是不必要的了。根据资料，在设计流量小于2000m/s或超过10,000m/s的时候，可视具体情况而定。

    4.1 结构稳定准则

    水利工程建设要从整体上确保安全，要做到这点，科学的围堰技术是关键，按照基本的施工原理，为了保证工程的全面稳定安全。海门湾桥改建工程在开工之前，必须进行充分的论证，围堰开展工作的技术对工程的质量有决定性的作用，每个环节都要严格检查，另外，理论知识需要结合实际情况来展开，要结合施工场地的现场环境和其他因素来制定合适的方案，重点放在地基搭建上，保证地基稳固是保证工程安全的重要基础。此外，要保障整个工程的稳定，围堰的选材也十分的重要，在施工中应综合考虑当地的环境、土质、水流特性，并根据已有的资料，选择合适的建筑材料。

    4.2 因地制宜准则

    海门湾桥闸改建工程施工过程中，地质情况复杂，施工稍有不慎，就会造成严重后果，因此，必须根据现场的实际情况来进行施工。围堰施工的流程较多，而且环节多样，这样管理就显得尤为重要，经过缜密思考后管理实施，控制整个工程各个环节。工作人员应根据实际情况，采取科学的调查、分析、综合考虑，按照因地制宜的原则，围堰施工的技术应用也需要重视，土质压力、水流冲击、外界环境等多种因素都要做到完全地覆盖控制，在降低成本的前提下，确保安全、稳定。

    4.3 新技术应用原则

    目前，各项新技术随着经济的快速发展实现了突飞猛进，为各行应用提供了有力保障。基于安全建设的要求，海门湾桥闸重建工程尤其要做好新技术的研发，发挥其在工程中的保障作用。同时还要结合市场情况，合理选择和科学运用新的围堰建设形式，把新技术、新工艺应用到实际过程中，从而达到施工质量持续提升的效果。此外，从效率提升的角度，必须加强技术的改进，促进创新能力进一步增强。

    4.4 优化布局原则

    水利建设是一项综合性的工程，其安全以及质量非常重要，而围堰施工则是上述条件的前提；
    因此要结合实际的建设环境，不断优化设计方案，提高施工质量。具体可从以下两个方面入手：首先，做好技术的使用，因为结构的布置以及能力建设都需要技术创新的支撑；
    否则就跟不上后续发展；
    其次，施工效率的优化，同时做好新设备的投入。总之，为了促进智能化以及自动化的发展，保障围堰技术的提升，除了做好日常的质量跟踪和管理外，还必须加强新技术的应用。

    海门湾桥闸重建工程二期围堰上、下游横向围堰设计顶高程分别为▽2.80m、▽2.70m，纵向砼围堰墙顶高程为▽2.80m～▽2.70m。平面布置图如图1所示。

    图1 二期围堰平面布置图

    5.1 施工导流方式

    二期导流（2019年9月～2020年4月）：2019年10月初完成左河床施工围堰，形成左岸基坑。进行左岸船闸、左岸1孔排水闸及14孔拦河闸和左岸连接土坝段的施工，二期施工期间由已完工的右岸7孔拦河水闸泄流。2020年5月初拆除二期施工围堰。

    5.2 围堰断面设计

    ①横向围堰。

    二期上游横向围堰的顶高程为2.80m，堰顶宽5m，下游横向围堰的顶高程为2.70m，堰顶宽5m；
    二期最大堰高8.5m，迎水边坡为1:2.5，背水边坡为1:2.0；
    高程0.80m水下采用抛块石填筑形成戗堤，戗堤边坡迎水侧为1:1.5，背水侧为1:1.5；
    迎水面采用500mm厚的块石护坡，下设石渣垫层厚300mm和土工布一层，背水坡采用400mm厚石渣压坡；
    在0.5m高程围堰内侧设一压重平台，平台宽2m，平台下边坡为1：2.5；
    围堰0.5m以下采用土方进行填筑，0.5m以上利用防渗粘土进行填筑，围堰堰体及堰基采用高喷墙防渗，墙顶高程为1.0m，墙底高程进入全风化岩0.5m，高喷孔距1.5m，上下游裹头迎水侧堰脚设600mm厚的钢筋石笼水平防护，宽10m，下设1400mm厚抛石护底。二期上游横向围堰长度为411.46m（桩号堰Ⅱ上0＋000.00～堰Ⅱ上0＋411.46），二期下游横向围堰长度为314.10m（桩号堰Ⅱ下0＋000.00～堰Ⅱ下0＋314.10）。

    ②纵向砼围堰。

    结合拦河水闸永久结构，在水闸第15孔与第16孔闸墩上下游处布置倒T型钢筋砼挡墙与之连接形成纵向围堰。围堰迎水侧防渗墙采用高喷墙（旋喷）防渗，墙底高程进入全风化岩0.5m，高喷孔距0.8m。二期纵向围堰长度为168.00m（桩号堰Ⅱ纵0＋000.00～堰Ⅱ纵0＋168.00）。纵向砼围堰上游侧墙顶高程为2.80m，下游侧墙顶高程为2.70m，墙顶宽0.8m，最大墙高10.6m。挡墙底板厚1.2m，底板总长为22.0m，纵向砼围堰在混凝土底板左侧设置了防渗齿墙与基础防渗墙连接，形成防渗围封体系，基坑形成后，纵向砼围堰一边是基坑，一边处于过水状况，为确保纵向砼围堰的安全性，纵向砼围堰底板顶面高程不足▽-5.5m位置采用格宾石笼压重，挡墙两侧均匀铺设，导流完成后拆除。

    二期围堰设计断面详见图2-图4。

    图2 二期上游横向围堰剖面图

    图4 二期下游横向围堰剖面图

    围堰填筑施工流程如图5所示。

    图5 围堰填筑施工流程图

    6.1 围堰填筑

    戗堤填筑。为加快戗堤进占速度，上、下游堰头往纵向围堰方向、纵向围堰往上、下游方向同时进行戗堤进占，戗堤进占共四个工作面。

    围堰加宽填筑。二期围堰填筑的土石混合料来源为料场及一期围堰0.5高程以上的可利用方，采用15t自卸汽车直接运输至二期围堰，推土机平料、10t振动碾碾压，压实度不低于91%。土石料填筑施工工艺流程如图6。

    图6 土石料填筑施工工艺流程图

    土石混合料填筑时，防渗墙轴线3m范围内应填砂或填筑粒径不大于10cm的混合料。

    堰体坡面修整：按设计规格线将坡面修整平顺，并将坡面的填料夯实。

    图3 二期纵向砼围堰剖面图

    6.2 围堰加高施工

    基坑排水后，堰壳0.50m高程以上采用粘土加高培厚至设计顶高程。防渗墙施工完成后，根据防渗墙轴线坐标，找出防渗墙，清除防渗墙顶部浮渣，清除浮渣验收完成后进行与围堰粘土堰体相连接施工。粘土堰体与围堰护坡同步施工。

    粘土堰体土料采用2m挖掘机从Ⅱ1土料场开挖，15t自卸汽车运至施工现场卸料填筑。粘土堰体填筑划分为卸料、平土、压实、质检四个工序进行施工，粘土堰体填筑采用自卸汽车运输至填筑部位后，沿围堰轴线方向卸料，卸料可使用进站法，之后把堰体平整即可。以60到80cm的厚度铺土；
    压实使用进退错距的方式，然后按照20cm以上的宽度进行碾迹搭接。与岸坡结合处宽度1.5～2.0m范围内则采用蛙式打夯机压实。土料压实后根据设计要求的压实度进行检测，检测合格后进行下一道工序施工。

    6.3 围堰防护工程

    根据设计要求，二期围堰防护主要有抛石护底、钢筋笼块石护底、块石护坡及石渣护坡四种。

    抛石护底具体的操作步骤：抛填河床底块石采取方驳配反铲的方式，使用抛石船完成，定位采用GPS控制即可。在网络定位过程中，不仅要结合施工的范围；
    还要考虑使用的船型，求出具体的坐标位置；
    一旦进入到施工区域作业，自航抛石方驳需要做好后锚的稳固，在和轴向平行的方向停住，初步定位搅揽的方位，船首和船尾的施工坐标由两台GPS流动站测量，一旦发现偏离要及时调整，从而提升驻位的准确性。护底垫石抛填，为了确定方位，应采取试抛的方式对距离和方向进行定位。

    钢筋笼块石护底施工。钢筋笼在钢筋厂内制作，运输至施工现场，人工配合反铲挖机装块石后封盖。抛填钢筋石笼之前对水下地形进行测量，将施工区域提前划分为标准网格，计算每个网格应抛钢筋石笼的个数，将每个标准网格在对应的岸上设立标志作为摆设钢筋笼的参照物。采用100t履带吊、挖掘机及人工配合的方式铺设钢筋石笼。

    块石护坡。块石护坡施工前保证施工场地通水、通电、便道畅通；
    已对施工人员进行技术及安全交底，块石护坡施工的具体程序如图7。

    图7 块石护坡施工流程图

    石渣护坡。石渣护坡前应采用挖掘机对坡面进行修坡，待基础面验收合格后进行石渣填筑，确保满足设计要求的40cm填筑厚度。填筑完成后需对填筑石渣料进行压实，对边坡进行精修。按设计要求设置马道及其他档渣措施，防止石渣滑落。

    6.4 围堰拆除

    二期围堰拆除包括土石方开挖与混凝土结构拆除。纵向围堰背水侧先用开挖料填筑临时施工平台，挖掘机破碎锤站在施工平台上对纵向围堰砼墙体进行破碎拆除作业，待按设计要求把需要拆除的纵向砼围堰墙体全部拆除后，再采用挖掘机配合自卸汽车对土石方进行开挖，从纵向围堰中间开始分别向上、下游横向围堰堰头方向形成两个工作面进行退挖拆除。围堰水下拆除采用水上工程机械进行挖除，二期围堰的土石方挖除后直接运至弃渣场。

    7.1 围堰设计

    作为临时性工程，围堰工程具有不稳定性，因为主体工程完成后，按照一般的施工标准，需要拆除围堰；
    但也有将其作为工程一部分保留的，可结合实际应用选择。考虑到上述情况，为了提供便利的拆除条件，应当基于简洁性的原则设计围堰，但是必须保证其稳定的基础；
    此外，这样设计也能促进成本的降低。除此之外，还要参考外部的环境以及实际施工的情况，不断优化结构，以便提高施工的效率。

    7.2 保障结构稳定性

    受到外界带来的冲击力和压力影响，围堰必须具有一定的强度才能满足后续水利工程施工的要求，因此，在确定围堰类型时要综合考虑。其中一个重要的参考指标就是结构，稳定性的结构才能保障施工效果，为了实现这个目标，需要设计人员深入施工现场，确定详细的方案，同时还要观察内外部的环境，对施工细节做深入的讨论，避免出现影响施工的不良因素。在施工过程中，还要做好各过程的监管，把基础建设纳入管理的重点，以便保持桩体的稳定和基坑的深度。材料在围堰建设中也非常关键，其特性不仅要具有防渗透性，还要具有较高的抗腐蚀能力。

    7.3 处理好围堰接头问题

    通过实际观察可知，围堰故障也会经常出现，其部位多数在岸边结构和围堰结合的地方。例如局部出现较大面积的渗透，那么围堰的结构必定会被破坏，安全性降低。为避免上述问题的出现，在施工作业中必须严格按照流程操作，规范施工工艺，制定好纠正预防措施，把围堰接头问题消灭在萌芽状态。针对围堰接头的处理，目前除了采用岸边深度加大的方式外；
    还包括接触面积的增加以及防渗路线的延长。由于围堰工程质量与渗透问题有紧密的关联，更是施工安全不可忽视的因素，所以必须作为头等大事来抓。受到外部因素的干扰，问题出现的方式和种类也不同，为此制定的解决措施也要具有针对性。例如，在坚硬的岩石层中处理围堰接头，需要对连接部位加固，保证足够的强度；
    假如岩石层不存在，可采取深埋的方式处理接头，同时要保证足够的深度，避免出现不稳的情况。

    7.4 重视局部冲突问题

    除了土质方面会给围堰造成压力外，水流冲击也是影响围堰稳定的因素。因此，在围堰设计中，需要做好信息的全面收集，综合评估各种因素的影响；
    同时还要结合精密的计算与科学的分析，进一步提升设计的科学性和指导性，从而促进方案的落实，为围堰结构的稳定提供可行性方案。此外，基于围堰与水流直接冲击产生的破坏性效果，还要在设计中，按照平顺水流流向的原则规划围堰结构。使其稳定性得到提升，防止意外发生。

    7.5 围堰的拆除与加固

    通过上述的论述可知，作为临时结构的围堰工程，多数会在施工后拆除。相对于设计安装，拆除虽然简单，但是也存在安全隐患，比如塌方等，需要做好全方位的管理工作。从实际工程可知，塌方主要是由局部渗水造成的，破坏了围堰的基础结构，造成了塌陷。为保证施工安全，可采取拆除和加固同时进行的方法，加固材料使用木桩或者土石沙袋；
    拆除中还要防范汛期河流的影响，此时要从技术角度进行加固。另外，洪水也可能在拆除的过程中发生，一旦出现，势必会给人员以及财产带来损失，出于多方面的考虑，此时的拆除应选择合适的时间，同时做好工期调整。

    总之，在水利建设中，作为关键工程的围堰作用十分明显，是整体工程施工的重要保障，如果不能做好日常的管理，必然会产生不良后果。因此围堰工程的稳定和质量监管尤其重要，显然新技术的应用不可或缺，同时还能为工程的延续提供有效支撑。

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