攔河建筑物工程圍堰設計與施工要點探析

郭建輝

(江西省水投工程咨詢集團有限公司， 江西 南昌 330029)

為保證水利工程的功能正常發(fā)揮，保證施工安全和施工質量，施工導流和圍堰技術在水利工程領域的廣泛應用。施工導流可實現(xiàn)水流方向的改變，圍堰則能夠滿足施工過程中的擋水需要，為保證施工導流和圍堰技術較好服務于水利工程建設，正是本文研究的目標所在。

1 圍堰設計與施工要點

1.1 設計原則

攔河建筑物工程圍堰設計需遵循一定原則，具體包括：

(1)科學計算。需結合導流時段來水量，選擇穩(wěn)定可靠斷面形式并科學開展堰頂高程計算，保證大壩基坑在枯水期的施工安全，同時需規(guī)避設計堰頂高程過高或不足情況，否則將導致投資增加或水流漫壩等問題出現(xiàn)。

(2)就地取材。需就地取材進行導流圍堰填筑，并保證設計的構造簡單、經(jīng)濟合理、修建和維護難度較低。

(3)防滲措施選擇。考慮到河床透水性、砂卵石覆蓋層、滲水量等方面的影響，設計需優(yōu)選防滲措施，避免施工速度受到大量滲水影響[1]。

1.2 設計方法

具體設計需做好對施工導流的劃分，結合施工現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)信息，施工單位應圍繞導流方案開展深入探討和研究，如存在較大的基坑施工量，需考慮施工無法在一個枯水期內(nèi)完成帶來的影響，以此做好導流期限設計，對于沒有結束部分，意外事故防治措施需結合施工導流情況針對性制定，以此規(guī)避和解決溢流等問題。如一個枯水期內(nèi)能夠完成相關施工，對于較小的基坑施工量，導流方案制定需結合枯水期河流量。全段圍堰法、分段圍堰法均屬于常用的施工導流方案，前者可細分為明渠導流、隧洞導流、涵道導流，適用于河流面比較狹窄且枯水期內(nèi)水流量較小河流，后者適用于河流量較大、河流面積比寬闊的水利工程，具體需結合實際采用不同設計。土石圍堰、木板樁圍堰均屬于常用的圍堰類型，以土石圍堰為例，主要通過土石填筑完成，在上下游橫向圍堰處應用較多，能夠充分利用施工材料是該圍堰類型的優(yōu)勢，同時具有較為簡單的施工操作和較強的地質條件適應性，可細分為不過水圍堰和過水圍堰，如為過水圍堰，汛期過水時的防護必須嚴格開展，圍堰下游基礎、溢流面、兩岸接頭的防沖保護屬于其中關鍵[2]。

1.3 施工要點

為保證攔河建筑物工程圍堰施工的順利開展，需關注以下幾方面要點：

(1)全面研究。施工單位需要對施工現(xiàn)場的具體情況和現(xiàn)有條件進行全面研究，施工圖紙制定需在掌握工程實際情況后進行，圍堰導流計劃的確定需要以施工圖紙為依據(jù)，保證圍堰施工方案的科學、合理、實用。在具體的攔河建筑物工程圍堰施工過程中，需按照40 m左右控制每個觀測點間距，施工人員可在觀測點支持下實現(xiàn)對整體施工過程的更好掌握。

(2)施工細節(jié)。在圍堰導流施工環(huán)節(jié)，需首先開展圍堰開挖施工，開挖起始位置為工程的側向，出口圍堰的施工需采用基礎處理措施。施工過程還需要做好水下塊體的清除處理，圍堰體需要以黏土和石料為回填材料。

(3)科學選用施工方法。在圍堰填筑施工開始前，施工單位需要開展填筑條件分析工作，具體分析需圍繞石料、黏土等開展，以此保證施工效率和質量。在完成圍堰施工方法的優(yōu)選后，需保證施工連續(xù)性，如遇需分段流水處理措施，選擇交錯上升措施開展具體施工。

(4)黏土填充。圍堰填充多以黏土為材料，施工過程中需保證黏土填充技術得到科學應用，施工過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要在填充過程中實時監(jiān)測并進行科學應對。在監(jiān)測施工過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)時，填充黏土的具體施工方法需要基于監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調整，圍堰填充需要以黏土填充為基礎，保證后續(xù)施工的順利完成。填充材料選擇也需要同時得到重視，具體施工需使用分層填充方法，圍堰填筑的速度和厚度需要在分層填充施工過程中得到較好控制。

(5)水利圍堰施工。水利工程水利圍堰的設置需要充分結合實際，在具體的施工過程中，需保證水利圍堰施工滿足臨時擋水需要，以此保證整體施工的順利推進，同時相關施工需要在規(guī)定期限內(nèi)完成，圍堰強度等方面需要同時得到重視，并保證圍巖結構受到的水流沖擊在預期范圍內(nèi)。

(6)圍堰加固。在完成水利圍堰施工后，施工人員需要開展二次夯實處理，圍堰加固需使用挖土機，同時圍繞漏水、滲水等問題進行細致檢查，如塌方事故出現(xiàn)，施工單位需要第一時間進行圍堰搶修，加固處理可能出現(xiàn)的位移、塌方等情況，可使用木樁等輔助設施，更好保證圍堰的安全性和穩(wěn)定性[3]。

2 實例分析

2.1 工程概況

以某河道治理工程作為研究對象，該工程以放沖、防洪為主要目標，通過建設攔水堰壩和生態(tài)護岸，保證河岸穩(wěn)定，提升放沖能力，需設法實現(xiàn)人水和諧目標，滿足當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展需要，工程由河道疏浚工程、混凝土固腳護岸工程、干砌石固腳護岸工程、房屋建筑工程、氣盾壩工程組成。案例河段的長度為10.98 km、生態(tài)護岸長度為6.00 km，需要新建1座堰壩。在工程河段處理中，采用混凝土擋土墻護岸和干砌石護坡兩種型式。案例工程的石方開挖3771 m3、土方開挖22 285 m3、土方回填砂石料19 040 m3、混凝土工程量7201 m3，砂礫石開挖1808 m3、砂礫石墊層2791 m3、砂礫料填筑23 213 m3、砌石工程16 174 m3、鋼筋制安工程量158.47 t。案例工程需做好施工管理和施工安排，設法降低施工干擾，同時需要在外河水位較低時開展護岸施工。

2.2 水文地質條件

濂江發(fā)源于安遠縣濂江鄉(xiāng)雅鷹排，流域長度78.4 km、主河道長度145.6 km、集水面積2332.0 km2，流域平均高程385 m、主河道縱比降1.09‰、多年平均徑流總量18.6億m3、流域多年平均降雨量1610 mm。流域河網(wǎng)密布、水系發(fā)達，上游河床多礫石，平均寬度50 m，下游河床多粗粒、卵石，河寬在50～200 m區(qū)間。工程處于低山丘陵區(qū)，存在南北高中間低的地勢總體趨勢，存在丘陵崗埠緩坡及河谷地段的原始地貌，地形起伏小，勘察期間勘察鉆孔孔口地面高程146.01～157.92 m、鉆孔孔口高差8.31 m。濂江河為境內(nèi)水系主流，濂江河主流水系為擬建場地，河流在壩址區(qū)內(nèi)存在由西往東的總體走向，以及較為開闊且蜿蜒曲折的河道，不存在狹谷急流險灘，水流較平緩，河床縱向坡降為0.73‰，壩址區(qū)河床段不存在跌流現(xiàn)象，且附近未見泉水出露。

2.3 圍堰設計

結合《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL 303—2017)內(nèi)容進行分析可以發(fā)現(xiàn)，案例工程需要建設屬于5級建筑物的臨時性建筑物，同時選擇土石圍堰作為施工圍堰。圍堰設計以5 a一遇為洪水標準，10月—次年2月的枯水時段為圍堰擋水時段，施工期內(nèi)存在484 m3/s的洪峰流量。需結合施工導流進行氣盾壩工程的設計，由于存在相對較長施工期，需進行臨時圍堰擋水建設，為保證圍堰工程量能夠降到最低，在枯水位時進行基礎工程施工，以此保證施工受到的外河洪水位影響最低，同時使用分期導流，一期、二期分別采用縮窄河床、已建堰體，表1直觀展示了導流特性[4]。

表1 導流特性表

基于施工進度，案例工程在下半年枯水期進行氣盾壩工程分段施工，選擇分期圍堰導流設計，在施工區(qū)四周設置圍堰，導流過程中水流向未施工段。以安全超高與施工期最高洪水位相加結果確定施工圍堰頂高程，風浪爬高等因素不在考慮范圍內(nèi)。圍堰采用砂石料進行回填，背水坡、迎水坡均采用1∶1.5設計，堰頂寬4 m，黏土填筑中間，頂寬2 m，內(nèi)外邊坡采用1∶1.0設計，土工膜鋪設于迎水面，防止沖刷，圖1為一期縱向圍堰典型剖面圖。

圖1 一期縱向圍堰典型剖面圖(單位:mm)

具體設計過程需做好對圍堰軸線長度等參數(shù)的計算，具體見式(1)：

l(x,y)=exp{-[(-lnx)α+(-lny)α]ε}

(1)

式中：x、y分別為圍堰軸線橫坐標向量、縱坐標向量；l(x,y)為圍堰軸線長度；α、ε分別為分析模型的定量參數(shù)、描述隨機變量的相關系數(shù)。

2.4 圍堰施工

在氣盾壩施工過程中，施工流程可概括為：“施工導流和排水→測量放線→開挖基礎→砌石、混凝土施工→回填土方→安裝氣盾壩盾板、氣囊→試運行”。在施工導流和排水環(huán)節(jié)，選擇分期圍堰導流施工方式，完成壩水流上方施工圍堰的分期修建后，基于枯水期截流水位，具體選擇袋裝土石圍堰并將黏土在中間填筑，挖裝由液壓反鏟及推土機負責，并自下而上進行河堤的加固加高。修建完成圍堰后進行基坑開挖，潛水泵負責集水井和明溝排水；在開挖基礎、砌石與混凝土施工、回填土方等環(huán)節(jié)，采用商品混凝土澆筑氣盾壩混凝土堰體，2×0.4 m3混凝土攪拌機負責其他部位混凝土現(xiàn)場拌制，混凝土向澆筑現(xiàn)場運輸采用機動翻斗車，閘墩下部混凝土和底板混凝土轉溜槽入倉，其余由履帶吊配吊罐入倉，施工過程需要進行人工平倉并通過振搗器搗實。在混凝土施工過程中，需要在氣盾壩安裝位置設置埋件、預留孔洞，基于達到設計強度的混凝土進行安裝和調試，氣盾壩安裝調試由專業(yè)施工單位負責，可采用分段安裝方式。圍堰填充采用砂石料，向施工區(qū)運輸采用裝載機，由推土機負責壓實砂石料，氣盾壩工程和護岸工程開挖砂石料用于黏土填筑，自卸汽車就近向現(xiàn)場運輸，攤平壓實采用推土機。土工膜鋪設于迎水面，選擇塊石固腳壓坡。施工后期需要拆除圍堰，選擇反鏟挖裝拆除方式，向棄渣場的運輸由自卸汽車負責，存在2 km的平均棄渣運距。結合案例工程水文資料和地質資料，施工過程需重點做好圍堰滲水、基坑初期排水、雨水、施工廢水的處理，具體抽水使用4臺潛水泵。

在具體施工過程中，需重點關注以下幾方面：第一，堰體施工。基于設計選用的分期圍堰導流方式，案例工程在施工過程中選擇土石方開挖和回填土共同進行的方式，具體采用反鏟挖掘機進行施工，規(guī)格為1 m3，推土機分層推運回填土料并負責碾壓，以此得到設計堰頂高程，砂石料需要同時填筑于圍堰背水面和迎水面。完成圍堰修筑后，需第一時間開展基坑施工排水，之后方可繼續(xù)開展相關施工。在完成圍堰防護范圍內(nèi)施工后，圍堰拆除工作方可啟動，需通過挖機進行拆除，并向指定棄料場運輸。施工過程中鋪設彩條布于迎水面用于擋水，為避免滲水問題，還需要拋擲土袋壓腳。第二，施工排水。由于案例工程存在較小的初期排水量，且施工期以降雨匯水、滲水等經(jīng)常性排水為主要排水，因此選擇集水井抽排方式進行施工，施工期需布設集水井于圍堰內(nèi)側，排水溝設置于基坑周邊坡腳，為與集水井相通，需采用1%～2%的坡降，以此將水通過排水溝引至集水井，集中抽排由配備抽水泵負責。結合具體估算可以確定，施工期基坑存在150 m3/h 左右的排水量，日常排水需要能夠由4臺 潛水泵滿足。應在集水井內(nèi)安裝潛水泵抽水向外河排放，集水井的清污、清淤工作需要嚴格開展，規(guī)避水泵電機受損問題。第三，防汛措施。結合施工總進度，案例工程能夠在一個枯水時段完成氣盾壩施工，因此無須考慮度汛問題。

3 結 論

攔河建筑物工程圍堰設計與施工受到多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的圍堰設計、圍堰施工等內(nèi)容，是對攔河建筑物工程圍堰建設方法的直觀展示。為更好地服務于水利工程建設，三維虛擬技術的全面應用、圍堰結構的穩(wěn)定控制、施工階段的科學監(jiān)控同樣需要得到重視。