水利水電工程中圍堰施工及安全監測技術研究

孫力 郭進 中交一航局第一工程有限公司

1.工程概況

信江八字嘴航電樞紐位于江西信江下游，在八字嘴分岔口分為東大河和西大河。該航電樞紐以航運為主，兼有發電等綜合利用工程。通航標準按內河三級航道標準建設，包括船閘、泄水閘和電站廠房。閘室有效尺度為長度180m×寬度23m×檻上水深4.5m，泄水閘共12孔，電站廠房安裝兩座徑流水輪機，裝機容量為5.6MW。

2.水文氣象及工程地質條件

2.1 水文氣象

信江位于江西的西北部，屬于亞熱帶季風氣候區，全流域四季分明，雨水充沛，該區域降水主要受季風影響，自4月份開始，雨量開始逐漸增加，到5、6月份由于冷暖氣流交匯于江南一帶，造成降雨量劇增，7、8月份雨水受副熱帶高壓控制，降水較為稀少，而冬春季節，受西伯利亞冷氣團影響，降水亦稀少，降雨量全年范圍內分配不均，4～6月份占全年降水的54.3%，7～8月僅占15.8%，而徑流量又主要受降水影響，與降水的時空變化一致，導致徑流在年內的洪枯流量相差較大，分配不均勻。根據流域降水徑流和暴雨洪水特性，劃分3～8月為汛期，9月至翌年2月為枯水期。

2.2 地形地貌巖性

本樞紐的圍堰主要由上游圍堰、下游圍堰、左岸縱向圍堰和右岸堤防組成。河床地面高程為4.10m～17m，左岸河中島地面為18.2m～20.7m，右端堤頂高程為24.30m。河中島縱向圍堰位于東大河與西大河之間的河中沖積島上，地形相對平坦，地面高程為19m左右。縱向圍堰覆蓋層地層巖性主要為第四系沖積層，覆蓋層上部為5.8m～12.0m厚粉質粘土、粉土等，可塑狀，中等透水性，主要分布在河中島及左岸河灘；覆蓋層中部為含泥中細沙、含泥中粗砂等，厚約2.3m～6.6m，稍密狀，透水性中等～強，場區內分布連續；覆蓋層下部為砂卵礫石，中密～密實狀，中等透水性，分布連續，場區均有分布。下伏基巖主要為全、強風化板溪群上部（Ptbn3）千枚巖，局部揭露有弱風化沙巖，產狀27°/SE∠50°，傾向上游，未發現斷層切割。

3.施工方案

為提供干作業的施工環境，需要修筑擋水圍堰。根據施工現場的地質條件以及原材料供應情況，圍堰的防滲體采用土工膜+高壓旋噴樁防滲墻的結構。高壓旋噴樁防滲墻采用雙排高壓旋噴樁的結構，孔距為0.6m，排距為0.5m，樁徑為0.8m，高壓旋噴樁底入巖1m以保證底部搭接的防滲效果，防滲墻以上部分采用土工膜進行防滲止水，高壓旋噴樁和土工膜采用0.5m厚蓋帽混凝土進行固定搭接，保證整個防滲結構的防滲性能，圍堰外側采取袋裝砂護坡，防止水浪沖刷。

4.現場施工方法

4.1 圍堰填筑施工

（1）圍堰水下截流。圍堰水下截流部分的流程為：截流戧堤進占合攏→拋填閉氣土料→拋投外側袋裝砂→閉氣。

根據施工導截流模型試驗報告及圍堰設計優化報告，隨著龍口的進占，龍口處流速逐漸增大，由于西大河過流，在東大河截流期間流速增大且幅度較小，龍口寬度為10m時最大流速為0.28m/s。由于本工程河床為砂卵礫石覆蓋層，抗沖能力較強。因此工程截流期間的流速增大對河床的沖刷較小，右岸靠近縱向圍堰一側布置龍口，采用單向進占的方式，預留龍口寬度為60m。

（2）圍堰水上填筑。圍堰分層填筑工藝流程為：堰體填筑基礎整平→驗收合格→分層鋪料→外側土工布鋪設→袋裝砂護坡→石渣封頂。

測量后確定填筑的范圍，并標識出圍堰軸線。對圍堰防滲軸線上有塊石及大孤石等障礙物應采用反鏟挖掘機進行挖除，再填筑圍堰。

圍堰填筑采用中粗砂結構，分層厚度為0.5m，坡比為1：2.25，中粗砂外側鋪設土工布，堰體的袋裝沙護坡及袋裝沙下部的土工織物隨著堰體上升逐層砌筑和鋪設，鋪砌方式采用錯縫鎖結方式。

4.2 高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁施工具有止水效果好、作業期間噪聲小的特點，且其對周圍環境影響較小，適用于松散透水地基，運用該技術能夠有效地提高軟土地基的承載力，減小地基施工后的沉降變形，提升地基強度及施工效率，減少項目工期。

高壓旋噴樁施工工序為鉆孔→插管、試噴→噴射注漿→沖洗機具→移動高噴臺車至下一孔位。

根據典型試驗，高壓旋噴樁施工工藝參數見表1。

表1 高壓旋噴樁的施工工藝參數

4.3 土工膜鋪設施工

土工膜鋪設是隨著堰體填筑同步進行，施工程序是先填筑中粗砂，并壓路機壓實整平，修整成一定的坡度，然后在坡面上覆蓋土工膜，再填筑上層中粗砂，反復上述工序至堰頂高程。

土工膜采用人工方式呈“之”字形折線上升進行鋪設，坡比為1：1.6，每層控制層厚為50cm。復合土工膜需埋入蓋帽混凝土的長度1m，土工膜上下游側中粗砂遵循“交替分層”原則填筑。土工膜兩側墊層填料采用小型振動設備碾壓密實，墊層填料內不含尖角碎石。此外，沿鋪設軸線設置土工膜伸縮節，間隔為100m，此舉目的為適應堰體變形變位，改善膜體受力條件。

為保證土工膜接頭不發生漏水現象，本項目采用焊接連接式，且搭接長度＞30cm。正式施工前需進行現場接縫試驗，并記錄焊接試驗時相關參數，由此確定最理想的焊接溫度和行走速度，確保焊接質量及提升施工效率。焊接完成后對各種組合的焊縫進行抗拉試驗，要求斷裂位置不出現在焊縫的部位，焊縫處的強度不得小于主膜強度的85%。

5.施工安全監測

為了保證圍堰運行期間的現場施工安全，需對圍堰的變形、滲流等情況按照一定頻率進行監測。根據《水利水電工程圍堰設計規范》（SL 645-2013），本圍堰屬于4級圍堰。根據《水利水電工程圍堰設計規范》和《水電水利工程施工安全監測技術規范》（DL/T 5308-2013）對4級圍堰的監測要求，本工程采用的監測項目及監測頻率具體如下：

巡視檢查：2次/周；堰體垂直位移：1～2次/月；堰體水平位移：1～2次/月；滲流量：1～2次/月；滲壓：1～2次/月；水位觀測：根據工程實際需要；防滲墻水平變形：1～2次/月。

當遇到暴雨、大洪水，以及持續高水位或水位驟升驟降等影響圍堰安全運用的情況（如發生），除加強儀器監測數據采集分析外，還要加強重點部位現場巡視工作。每次巡視檢查需做好詳細記錄，倘若出現異常現象，記錄異常現象發生的時間、部位及具體情況，以便為后續采取相關處理措施提供依據。現場記錄必須及時整理，與以往監測結果進行比較，發現問題或異常現象后立即進行復查，并發出預警。

重點的檢查項目和內容主要包括：

（1）圍堰頂部：有無裂縫、異常變形、積水等現象。（2）迎水坡：護面或護坡是否損壞；有無裂縫、剝落、隆起、滑動、沖刷等異常現象；靠近堰體的水面有無變渾或漩渦、冒泡等異常現象。（3）背水坡：有無裂縫、滑動、隆起、剝落、塌坑、冒水、滲水坑或流土、管涌等現象；排水系統是否通暢；有無獸洞、蟻穴等隱患。

6.結束語

本文以江西信江航電樞紐項目為例，系統分析了圍堰填筑和防滲施工，得出了如下結論：

（1）高壓旋噴樁和土工膜的復合防滲結構能夠節省工期和成本，具有較大的工程優勢。

（2）圍堰安全監測對于施工安全具有重大意義，可以采用現場巡視和儀器測量相結合的方式對圍堰進行監測。當遇到發生暴雨、大洪水等特殊情況，除加強儀器監測數據采集分析外，還要加強重點部位現場巡視。