跨文教河渡槽基礎圍堰方案比較研究

梁金池

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

本文以紅嶺水利灌區跨文教河為背景展開探討，其河寬200 m，最深處為5 m，引水總庫容為6.62億m3，有效庫容 4.68 億 m3。是以灌溉、防洪為主，具有供水、發電功能的綜合利用水利樞紐工程。

由于該項目為線性工程，工程路線長，施工受海南地區夏季炎熱，暴雨集中等季節性影響，有效施工時間較短，施工強度高。尤其是渡槽工程量大，對施工工藝水平和施工安全管理要求高。在渡槽基礎施工中，為保證施工不影響居民正常生活用水，在渡槽上游200 m設置一個生活用水取水口，下游300 m處設置水閘，常年不放水。為提高渡槽施工質量，圍堰施工方法分別選用爆破擠淤法、固化土圍堰法、袋裝砂圍堰法進行多方面的比較分析，以確保選擇最佳的施工方案。

2 爆破擠淤施工技術

2.1 施工方法

在對本工程的實際情況進行分析后，確定將強風化層作為此次施工圍堰的持力層。但對于拋石圍堰法來說，一旦淤泥與砂性質軟基的厚度超過4 m時便會引發塊石無法沉陷現象。為使塊石順利降至持力層，需要采用爆破擠淤進行泥石置換。首先應對堤前的砂層進行處理，爆破施工后會大幅增加圍堰上方的荷載，塊石將會下沉；在此基礎上進行下一個循環爆破，受震動的影響塊石將會進一步下沉，經多次循環爆破后方可達到塊石落底的效果。

考慮到淤泥及砂層較厚的特性，選擇使用陸上布藥機完成布藥施工。首先對炸藥進行處理，使其達到一定的尺寸要求，而后將布藥機運輸至堤頭中部區域，采用人工作業的方式將炸藥置于布藥桿的套筒中。應當注意的是，對于土石交界面而言在設置布藥桿時應嚴格控制好間距，本工程中以1～2 m為宜[1]。待所有藥包均安置完成，確認安全后進行起爆。

炸藥爆炸后，受氣體的影響將會在淤泥層中產生空腔，同時受震動影響，淤泥強度降低，具有一定重量的塊石將會下沉。在爆破施工時應控制好循環進尺以及拋填高度這兩個主要參數，在滿足相關條件的基礎上塊石方可順利沉落至持力層，最終完成置換。

2.2 成效分析

(1)國內多數工程均采用了爆破擠淤技術，經過長期的實踐后其已經形成了一套較為成熟的工藝方法，在此作用下能夠確保施工區域內的石料資源得到合理的利用，實現了就地取材的效果。實際成果表明，爆破擠淤技術對于施工環境具有良好的適應性，不僅確保了工程施工質量，還大幅縮短了工期，總體來說可行性較高[2]。

(2)爆破擠淤所需要的炸藥數量較多，所產生的破壞力也較強，在爆破過程中會對周圍河域生態造成破壞，因此環保防治和安全防范任務較為艱巨。

(3)爆破擠淤法圍堰施工，水中防滲工作較困難，同時爆破體的防滲體要采用黏性土才可以達到防滲效果，在操作過程中，會對圍堰周邊的用水取水產生污染，造成生活水不能飲用。同時工程早期的土料場征地困難和海南文昌東閣、文教鎮附近無黏性土源可取用，由于環保整治，石料來源也少。因此基于對生活水造成污染、土料場征地難及無石料、無黏性土可取，此方法不適應本圍堰施工。

3 固化土圍堰施工技術

3.1 利用淤泥或利用外運土料進行固化充袋圍堰

在進行固化施工時，選用的是規格為300 t的白航貨駁，由此為基礎給其配備了一臺長臂挖掘機，加之混凝土泵以及攪拌機等設備的共同作用，最終構成一套高效的固化土充灌模袋機群系統。在水中進行準備作業，充灌設備首先需要下錨，確保錨具就位于施工圍堰周邊40 m以外的區域內；當準備工作做好后，則需要啟動挖掘機設備，并將其與泵車進行連接，此舉可以確保導管頭順利被插入至模袋中。先對挖掘機船兩側的淤泥土質進行卸載處理，而后對位于料艙中的淤泥土質進行檢驗，確保其不存在塊石等雜物；加入適量的水泥進行拌制，當攪拌均勻后便可充灌至模袋中。此外，施工中所需的泥駁船數量以2臺為宜，由此提升了設備對輪換施工變化的適應能力，爭取了更多的施工時間。

預施工是極為重要的環節，它可以確保后續施工的順利進行，基于“充泥袋”試拌的方式得出最為可行的泥漿濃度、進漿速度等信息，由此作為后續施工的技術指導。為了提升水泥用量的合理性，應安排專門的技術人員對其用量進行計量。

3.2 成效分析

(1)實際結果表明，固化土圍堰施工技術的適應性較強，基于就地取材的方式提升了施工效率，縮減了工程成本，在施工過程中具有足夠的可靠性。

(2)施工區域內的土料及淤泥黏粒含量較高，經實際檢測后發現其已經超過了45%，因此具有較大的黏性。在進行材料拌制施工時，受黏結性過大的影響淤泥粘連在攪拌頭上，此時充填固化速度受到了嚴重影響，施工效率大打折扣；加之攪拌均勻性不足的問題，所得到的固化土強度難以達到工程標準[3]。對此，有必要以淤泥特性為基礎做進一步技術探討。

(3)本工程于河上環境中進行施工，其周邊環境的穩定性無法得到良好的控制；對應的工序較為復雜，所需的設備機群規模較大。總體來說，在工程施工中所面臨的問題多種多樣，對施工工藝技術提出了更高的要求，因此該方法也不適合本圍堰施工。

4 袋裝砂圍堰技術

4.1 施工工藝

為達到提升袋裝砂圍堰施工質量的目的，必須嚴格遵循設計要求的施工工序進行，工藝流程如圖1所示。

圖1 充灌袋填砂圍堰流程

4.2 施工方法

袋裝砂圍堰結構可以明顯提升對地基變形的適應能力，在確保工程質量的同時具有更顯著的經濟效益，因此其應用價值較高。盡管區域內已經存有大量的砂料，但隨著環保整治，大量石料開采廠停工，工程的發展后期有可能會出現石料短缺的現象，所以有必要展開試點工作，對技術方案進行優化。

袋裝砂圍堰選取水上施工的方式。引入吹砂船并將其就位于圍堰南側的50 m以外區域，采用分級泵送的方式進行施工，最大程度上滿足了吹送距離要求。由于此區域內僅能停留一艘運砂船，所以施工效率并不理想；對此，為了保證堰體安全需要在圍堰200 m處的區域進行開采砂料施工。

施工時首先應做好測量定位，然后以人工作業的方式鋪放充灌袋并對其四周加以固定，以此提升充灌袋的穩定性，避免充灌施工時出現變形等問題。在水中待鋪設施工時，應在水上抓緊時間進行，并在上部壓入砂袋起到固定的效果。在水下施工過程中，需使用鋼管插入位于充灌袋的套環內，可以避免充灌袋發生位移現象。鋪設砂管，而后將其與砂袋袖口進行連接，做好上述準備工作后啟動水泵，借助于高壓水槍進行造料施工，在泥漿泵的作用下充灌砂袋(如圖2所示)。在施工采砂過程中應安排專人對圍堰的樁體進行監測，實時掌握其沉降以及位移情況，當出現異常時應隨即暫停施工并進行檢查。吹填作業講求均勻性原則，待充灌袋內出現沉淀現象后則需要對充填質量進行檢驗，并做好補填。

圖2 袋裝砂圍堰斷面示意圖

4.3 袋裝砂圍堰施工技術成效分析

(1)袋裝砂圍堰施工在長期的發展過程中其已經具備了較高的工藝水平，所得到的施工效率也較為良好，因此具有較高的可行性。海南地區盡管過去并未采用袋裝砂圍堰施工技術，本次大膽利用這種新技術從地質、斷面、整體抗滑、傾斜等以及成本分析上(本項目在上游拐彎處就地取砂)與其他圍堰方法進行細致比較[4-5]。尤其是袋裝砂圍堰在環保方面不會造成水質污染以及作業過程中砂袋具有防濾功能無渾濁水產生。

(2)為了確保袋裝砂圍堰施工的順利進行，在施工時進行大量的砂料運輸作業，協調船只之間行駛安全距離，為工程施工營造足夠穩定的環境。

(3)本項目由于砂料自開采，運距短，對取水口水質無污染，每米同斷面投資少，經濟效益良好，在跨文教河渡槽基礎施工圍堰成功應用。紅嶺灌區相關標段不定時過來參觀學習，值得推廣。

5 結 論

本文圍繞行業內的三大技術展開針對性分析，結果表明所得到的斷面均能滿足工程所提出的要求。爆破擠淤圍堰施工雖然穩定性好，但對炸藥用量提出了較高的要求，對周邊環境的影響相對較大。并且對工程成本的依賴性較大，防滲材料要求高，環保不達標。

固化土圍堰方法：技術成熟可利用，但針對本項目來說，土料取用困難，另外淤泥土還要進行固化灌袋，同斷面的成本較高，另外也造成作業區周邊水質污染。

相比之下袋裝砂圍堰施工技術所需的成本較低，其依然擁有大量的技術沉淀，又有可取用的砂料，同時施工質量可以得到良好的保障。總體來說，袋裝砂圍堰施工技術的在今后類似施工條件下的工程建設具有較為明顯的優勢。