水工建筑中的圍堰設計與應用

盧樂勝

(樂清市水利水電建筑勘測設計院，浙江 溫州 325600)

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水工建筑中的圍堰設計與應用

盧樂勝

(樂清市水利水電建筑勘測設計院，浙江 溫州 325600)

圍堰是水利工程建設中的一種臨時性的支護結構，換言之，水利設施的良好構建。其功能是防止水以及土壤流入建筑項目的施工地方，使水可以在圍堰中進行相關的排水環節，之后對其進行基地設施的開挖、重建以及相關基礎設施的搭建等。文章根據樂清市水利建筑工程設計和施工長期摸索調查情況，闡述了樂清市各種水利建筑工程中各種類型的圍堰；介紹了水工建筑中圍堰的各種斷面形式、特點和設計參數及實際運用案例。

圍堰設計；草袋圍堰；土石圍堰；松木樁圍堰；鋼管樁圍堰；混凝土圍堰

1　水工圍堰概況

圍堰是水利工程建設中的一種臨時性的支護結構，換言之，水利設施的良好構建。其功能是防止水以及土壤流入建筑項目的施工地方，使水可以在圍堰中進行相關的排水環節，之后對其進行基地設施的開挖、重建以及相關基礎設施的搭建等。一般而言，圍堰僅僅是作為河流的傳輸工具，此外，在某一方面，該河流傳輸工具在后期不需要的時候將會被逐一拆除。圍堰是一種臨時的保水結構，就整個水利工程設施而言，所起的作用非常重大，可謂之主導作用。以樂清水利工程為主的小型項目工程構建過程中，主要通過混凝土、鋼管樁、松樁、圍堰以及秸稈袋等進行相關的設計構建。由于該工程污染程度小、施工操作環節較為容易以及設計結構簡單等優勢，因此，圍堰在河道管理中得到廣泛應用，主要包括河道污水治理與維護、灘涂圍堰、水閘工程、水庫加固等[1]。

2　草袋圍堰

2.1特點及適應條件

草袋圍堰實質上是將稻草袋或布袋填砂后所堆積而成的圍堰，結構緊湊，項目工程施工較為容易，通常項目施工周期的一年或一年半左右。就擋水效果而言，草袋圍堰是最有效果的，不管河水的流向均能將其進行統一的阻攔，最具代表性的是縱向圍堰擋水深度<3 m。

2.2圍堰設計

草袋圍堰的多以梯形或矩形的形式呈現，該項目工程的構建不僅基于對各個項目要求的充分考慮，主要包括防止流水滲透以及防滑等，另外還涉及相關的項目施工過程、方案、策略以及項目工程構建的各種材料等。草袋圍堰的水深和頂寬比，一般為1∶1.25～1∶2.5；就項目工程的各個環節均符合實際標準且所有相關事項已經準備完畢而言，圍堰的頂寬和實際的水深在一定程度上相一致，如果有急彎或是以雨水以及流水侵蝕較為嚴重的情況，應根據實際情況將之前設定的頂寬、水深比例適當的降低。然而，就圍堰的高度而言，在構建初期應基于對相關因素的綜合考慮，主要包括浪高、安全水位設定以及圍堰的等級等[2]。通常情況下，堰頂高的最終設計標準與實際的水位存在一定的差距，即高出范圍在1.2m左右。圍堰坡的傾斜范圍為比例為1∶0.5～1∶3.0，在此過程中，可將其實際的水流條件、水深等各個環節進行相應的調整。防滲膜可將其設置在堰體內部，也可將其設置在堰體外部，從而實現其最終的防滲作用。

2.3實際運用

2005年的樂清市黃華慎江老陡閘墩拆除工程中運用了這種形式的圍堰，慎江水閘擴建而向下游遷移，原6個老閘墩廢棄多年未拆除，成為阻水物，需拆除，該閘墩利用糯米粥拌蠣灰漿砌料(塊)石，現場試鑿，其強度比混凝土還硬，鑿除難度較大。閘墩位于寬約35m主河道，在正常水位時(2.94m，1985年國家高程，以下同)大部分水深在3m以上，部份水深高達4.0m。草袋圍堰頂寬1.5m，底寬23.5m，迎水坡坡度為1∶2.5，背水坡坡度為1∶3.0，圍堰最大高度約為4.0m，施工速率快，閘墩拆除完畢后，圍堰拆除方便。

3　土石圍堰

3.1特點及適應條件

土石圍堰是一種采用土方進行防滲，石方進行護坡防沖的圍堰結構。其結構相對草袋斷面緊湊，外部的塊石護坡可以有效的抵制流水的沖刷。采用土石圍堰具有以下好處：第一點，獲得良好效益。相對于混凝土圍堰來說，土石圍堰的方良要大于其6倍，而且支出僅為它的五分之一，而且在隨著使用廢渣廢料和挖填平衡，支出會更少；第二點，隨著新工藝的出現和使用，在不斷發展大型機械應用，對于土石圍堰來說其進度和質量都會得到提高；第三點，相比于混凝土圍堰，土石圍堰更具適應性，對于不同氣候，特別是炎熱多雨和嚴寒低溫的特殊氣候的適應和應用；第四點，土石圍堰還能夠使用更為復雜的地理環境，包括不同的地質、地形，尤其在不良地基處，經過相應的處理都可以進行土石圍堰[3]。

3.2圍堰設計

土石圍堰必須滿足非常安全，牢固，抗滲各項能力都好的，構造條件簡單，實施容易，方便拆卸和能運用本地資源選取料碴，而且能達到工期要求，材料一定是質的牢固，抗水能力強的。配料理的石籽≤30cm，另外20～30cm的石塊含量在30%最好。圍堰防滲土料從土料場取用，土質的含水量要對于35%。土石圍堰的斷面一般為復合型斷面[4]。

3.3實際運用

在樂清標準海塘加固、灘涂圍墾工程中的水閘工程廣泛運用這種形式的圍堰，外部的塊石護坡還可以兼做施工道路，水閘完工后，塊石還可以重新利用。

4　松木樁圍堰

4.1特點及適應條件

松木樁圍堰是通過頂梁構造，隔板，防水膜和一些固定條件形成的，其頂梁構件是選取木頭樁，隔板的觸及面選取竹子，防水膜往往選取土石膜。一些個別的構件與選料都是在對于水的影響特別小，肯定是沒有用草，石圍堰那么高，木頭圍堰可以適用在水面高度在4.0m以下的工程項目上和其余的水利項目上。

4.2圍堰設計

圍堰的相關構建標準較高，主要包括防侵蝕性能良好、堰體相對較為穩定、安全性能高等，另外，堰體設計結構相對較為簡潔，且便于后期的項目施工與維護環節，同時能滿足工期要求。

4.3實際運用

松木樁圍堰廣泛運用于河道整治工程中，橫向、縱向圍堰都可以使用，施工簡單，施工快速，使用此種圍堰結構的項目有樂清市樂成特色工業園區維四河整治工程設計、樂清市樂虹平原防洪二期工程等河道綜合治理工程。

樂清市樂虹平原防洪二期工程河道導流圍堰擬采用樁木樁圍堰，堰身黏土防滲，堰頂寬度取1m，圍堰頂高程取約3.5～3.7m，底寬9.5～10.0m，迎水坡坡度為1:1.0，背水坡坡度為1:1.5，圍堰最大高度約為3.7m，西干河道整治需修建圍堰長約600m，西支河道整治需修建圍堰長約250m，東運河需修建圍堰長約330m見圖1。

圖1　松木樁圍堰斷面示意圖

5　鋼管樁圍堰

5.1特點及適應條件

鋼管樁圍堰由諸多相關材料組成，主要包括防滲膜、擋板以及鋼管建材等，鋼管主要是其堰體的支撐作用，擋板的主要功能是對其河流進行相關的阻擋，土工膜是防滲膜的主要材料。鋼管樁圍堰適用于水深大于3.5m的河道治理工程和水閘圍堰工程；此種斷面結構斷面不會太大，可運用于基坑面較小的水閘工程。

5.2圍堰設計

鋼管樁圍堰運用于水深較大的工況下，因此設計相對復雜，需對鋼管樁框格內的填土圍堰方案進行抗傾覆、地基整體穩定、滲透穩定、基坑抗隆起及抗淤深度計算等。

5.3實際運用

這種結構形式的水閘在2005年的樂清市蒲岐鎮雙嶼水閘拆擴建工程中上游河流段中進行運用，滿足施工要求，在靠近水閘的附近的情況下，運行情況良好，圍堰基本沒有變形和位移。

6　混凝土圍堰

6.1特點及適應條件

混凝土技術在近些年得到不斷的發展，也開始廣泛的應用到水利施工當中，混凝土施工具有良好的防滲和抗沖擊性，在修建圍堰的時候非常適用，而且混凝土適用陳本較低，施工難度不大。采用商品混凝土，施工速率快，結構斷面尺寸小等特點，適用于要求圍堰結構尺寸較小的圍堰工程。

6.2圍堰設計

混凝土圍堰的結構有重力式和懸臂式、扶壁式等結構，一般混凝土圍堰適用于水深較大的河流段，采用懸臂式、扶壁式等結構較多。懸臂式、扶壁式擋土墻實質上是基于鋼筋混凝土而構建設立的，質量輕、斷面小、內部結構簡單、后期的項目施工與維護較為便捷是其特有的優勢，從而能夠更好的發揮其特有的優勢、作用，更快的適應其堰體的承載能力可以較好的發揮材料的強度性能，能適應承載力較低的地基。擋墻面坡常用1∶0.02～1∶0.05，背坡可直立。擋墻頂寬一般>0.3m，壁厚一般>0.3m，趾板是項目施工中使用最好質量的材質，板采用等厚，趾板端部厚度相對較可減薄，厚薄情況在超過但≥0.30m。扶壁式擋土材料為墻的立壁，常為厚等材料等厚，間距常取墻高的1/3～1/2,厚度約為間距的1/8～1/6,但≥0.3m 。

6.3實際運用

這種結構形式的水閘在2005年的樂清市蒲岐鎮雙嶼水閘拆擴建工程外海側中進行運用，滿足施工要求，在靠近水閘的附近的情況下，既能滿足其他幾孔水閘的排水，又能滿足擋外海潮位的要求，運行情況良好，得到建設單位和主管部門的一直認可。見圖2。

圖2　扶壁式圍堰示意圖

7　總　結

綜上所述，水利工程相關建設部門根據設計工況、地形地貌、施工條件、施工材料和施工工藝的不同，通過各種不同類型圍堰優缺點進行設計和施工，以便最大程度達到安全、經濟。

[1]任海平.衢江游埠閘壩樞紐圍堰設計與施工[J].水利水電施工，2015(04)：78-80.

[2]陸國念,徐秋朗.龍灘水電站尾水出口枯水期圍堰設計與施工[J].紅水河，2008(03)：56-58.

[3]呂貴敏.北排河擋潮閘施工導流圍堰設計與施工[J].河北水利，2014(05)：66-68.

[4]李軍海,劉茂丕.金窩水庫加高擴容工程圍堰設計[J].廣西水利水電，2006(01)：20-22.

1007-7596(2016)07-0138-03

2016-05-30

盧樂勝(1980-)，男，浙江樂清人，工程師。

TV551.3

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