水闸围堰施工中关键技术问题探讨

发表时间:2021/3/16   来源:《中国科技信息》2021年2月   作者:刘超
[导读] 在水闸改造过程中,为保证水闸主体施工处于相对干燥的环境中,应进行早期围堰施工。本文结合实例分析了围堰的总体布置、结构形式、施工过程,以及施工过程中围堰防渗、排水、降水、后期围堰拆除等关键技术问题,以确保水闸顺利施工。对今后类似水闸的施工具有一定的借鉴意义。

浙江省正邦水电建设有限公司   刘超   310051

摘要:在水闸改造过程中,为保证水闸主体施工处于相对干燥的环境中,应进行早期围堰施工。本文结合实例分析了围堰的总体布置、结构形式、施工过程,以及施工过程中围堰防渗、排水、降水、后期围堰拆除等关键技术问题,以确保水闸顺利施工。对今后类似水闸的施工具有一定的借鉴意义。
关键词: 水闸;施工围堰;围堰填筑;防渗;围堰拆除
        1工程概况
        以某区水闸改造工程新建的一座水闸为例。水闸位于原水闸下游,距原水闸约170m。该工程为二级水利水电工程,规模较大。设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为200年一遇,设计挡潮标准为100年一遇。水闸共11孔,单孔净宽10m,总净宽110m,全长144.2m,工程区地形平缓,距出海口1.2km,属石汛支流河床地貌。河床较平坦、平直、对称,呈“U”字形。水闸两侧有河流阶地,没有牛轭湖和决口。河道位置基本变化不大。根据地表地质调查和钻探资料分析,地层主要由现代人工填土层、第四系沉积层、第四系冲积层、残积层和基岩风化层组成。
该水闸闸顶高程6.50m,闸顶设有启闭机室、公路桥和检修闸门检修桥。水闸上游设置抛石防冲槽、干块石护面、C25钢筋混凝土铺盖,下游设置C30钢筋混凝土消力池、浆砌石及干块石护坦、抛石防冲槽。平面布置图如图1所示。

        2围堰总体布置
        水闸施工前,应进行围堰施工,确保主体工程在相对干燥的环境中施工。具体的施工思路是:围堰在水闸上游基础开挖侧线外修建,截留和蓄水。围堰工程主要为上游全断面横向围堰挡水,上游浦城支流引水,围堰下设高压旋喷桩防渗墙挡水红黏土袋、防水土工膜、砂、石渣路堤。下游采用现石汛闸蓄水。
上游横向围堰垂直于河道中心布置,横向围堰与左右岸防洪堤相连。通过布置,上游横向围堰轴线长140m,围堰底部有一个副堤。副堤顶2.5m,轴线距水闸中线67m,跛脚距水闸上游防冲槽前端14.0m。根据围岩断面布置,堰顶宽6m,上下游堰外边坡1∶2.5,次堤黏土防渗侧边坡1∶3。土石方填筑时,每填筑30cm~50cm,用压路机来回碾压至密实后,再填筑下一层。上游围堰结构形式见图2。


        3水闸围堰施工中的关键技术问题
        3.1导流方式
        水闸处河床宽度约140m,左岸有居民,右岸有虾池。这条河的两岸已经形成了防洪堤。水闸施工分为明渠导流和围堰导流。由于两岸虾池、房屋征地难度大、成本高,证明不可能采用明渠导流;而分期导流不适合建设周期长、围堰量大、工程投资增加的情况。由于本工程上游右侧有一条蒲城支流,闸址距离上游引水口约3.058米,河床可一次截流,故本闸上游引水采用蒲城支流为主支流,施汛支流施工,即:泄洪闸上游引自蒲胜支流,闸下游潮汐被既有石汛泄洪闸拦阻,新闸段河水排干,变水下作业为主。
        3.2围堰施工
        3.2.1施工前准备
        进入施工现场后,及时做好各项准备工作,包括材料供应、设备供应、技术人员到位、生活区布置等,同时进行技术交底,包括设计单位的设计资料技术交底和施工单位的施工组织设计交底,为围堰施工做好前期准备。
        3.2.2施工工艺及方法
        ①施工技术人员根据勘察设计单位提供的设计报告、图纸等勘察设计资料,结合现场实际情况,编制围堰施工资料。
        ②结合勘察设计单位图纸提供的围堰位置坐标点,进行复测放样,将图纸坐标点置于现场围堰位置,确定围堰位置。
        ③为方便现场施工和运输,编织袋用量不宜过多。最佳土壤用量为编织袋容量的1/3~1/2。袋口用麻绳或捆扎钢丝捆扎。浇筑前,应清除堰底河床上的垃圾、杂草、树枝等杂物。编织袋应该沿着斜坡滑下河床。为了避免坠落,不适合扔。堆放时,上下层应错开,尽量堆放整齐[3]。放置编织袋时,应预埋加固钢筋扎带的铁丝,并将编织袋拉紧,防止滑动。围堰封闭成型后,围堰两侧应用土工膜包裹,防止编织袋滑动。在河床端部和围堰顶部,编织袋要压牢压实,土工膜也能起到围堰防渗的作用。
        ④ 编织袋堆放到设计要求的高度,及时填充黏土。涂料的填筑速度应与施工现场编织袋的堆放速度一致,不宜过快或过慢。填筑黏土材料时,严禁将土直接倒入水中。黏土材料应逐渐从河床浅水侧推至深水侧。填筑过程中注意夯实,加强堰的强度和稳定性,同时注意围堰填筑过程中的涌水和塌方[4]。
        ⑤围堰填筑完毕后,铺设防水布,防水布顶部用编织袋压牢,以免被流水冲走或被风吹走。
        ⑥为保证围堰施工安全,施工期间每天检查围堰的完整性,并记录水位。一旦发现渗漏、滑动等隐患,要及时消除,确保围堰安全。
        3.3围堰防渗问题
        3.3.1高压旋喷桩施工技术
        为解决上游围堰防渗问题,在上游围岩心墙以下-0.4m高程处设置高压旋喷桩,形成高压旋喷桩防渗墙(见图2),共3615215m,旋喷桩直径0.6m,孔距0.4m,孔底标高-12m,渗透系数不大于1×10-6cm/s,设计浆液压力20MPa~40MPa,浆液比重1.30~1.49,旋喷速度20r/min,提升速度0.2m/min~0.25m/min,喷嘴直径23mm,浆液流量80L/分钟~100升/分钟。
        高压旋喷桩采用单管法施工。由于相邻桩间距过近,施工间隔过短,在相邻高压旋喷孔的施工中可能出现串浆问题。构造分为i序列和2序列。先施工Ⅰ级旋喷桩,再施工Ⅱ级旋喷桩。见图3,施工顺序根据现场实际情况确定。高压旋喷桩施工技术要求见表1。



        3.3.2土工膜和黏土防渗
        围堰下设高压旋喷桩防渗墙挡水。围堰坝体采用红土袋、防水土工膜砂、石渣砌筑。具体施工方法为:填筑上游次堤,采用较好的土石填筑材料,采用防水土工布毯防止上游冲刷和渗漏,并按1:2.5的坡度填筑。填筑至2.5m高程时,用1:3黏土填筑上游跛脚,防止渗漏。
        4围堰拆除
        4.1拆除时间
        考虑到汛期雨水多,防洪压力大,内河水位急剧上升,造成内涝,进入汛期前必须拆除施工围堰[8]。
        4.2技术要求
        (1)填筑和恢复围堰旁原填方围堰的基坑,并开挖连接围堰上游和下游的所有水下土方,以满足设计要求。
        (2) 河底土方开挖至-0.50m高程,并保证设计要求的坡度满足泄洪防洪要求。
        4.3拆除方案
        (1)先用挖掘机在围堰上开一条排水沟,将上游的水排到下游干流中,然后开挖至围堰两侧水位高程一致,避免挖掘机挖隙后水流过快,溃坝和围堰上的土石方将沿着水流冲入下游。
        (2)围堰水上部分采用挖掘机拆除。挖掘机应先在围堰上铺设钢板,以满足挖掘机在围堰上的平稳运行宽度。然后用挖掘机将围堰土方填筑至原取土坑内,恢复原貌。余土采用挖掘机装车运至排土场。
        (3)水下土方开挖采用抓斗船和驳船,挖泥船开挖的土方用驳船运至弃土场。
        此外,围堰拆除时应采取安全措施。运输道路、围堰上游等重要部位应设置明显的安全警示标志和警示灯,并安排专人巡视和现场指挥。围堰拆除后,恢复河道两侧的安全栏杆和安全警示标志。
        4.4围堰变形观测
        围堰施工完成后,在钢板桩上做标志作为变形观测点,每20m设一个,共18个,两岸堤防设3个控制点。在围堰填筑初期,应在早、晚进行观测;在基坑排水阶段,汛期河水水位变化较大时,应根据变化速度配置专门人员进行监测。建立围堰观测台帐。如果标高和平面位置超过2cm,应采取措施。措施包括沙袋压脚、钢结构支撑、增设钢管桩。具体措施视现场情况而定。
        5结论
        在水闸施工改造中,抓住围堰施工中的关键技术问题,既能保证工程质量和工期,又能节约工程投资,确保主汛期同安市居民和工地的灾害损失降到最低。因此,研究水闸施工中围堰施工的关键技术问题,保证石汛水闸改造工程的顺利完成是十分必要的。
参考文献
[1]孟庆红,陈再.模袋砂围堰在大洞口水闸施工中的应用[J].广东水利水电,2019,2.
[2]李星.沙井水闸围堰填筑及基坑支护新技术研究[D].华南理工大学硕士学位论文,2012,6.
[3]侯旭.汾河三坝拦河水闸除险加固工程蓄水围堰设计[J].山西水利科技,2017(01):45-47.
[4]尹立青.水利工程施工导流及围堰技术的应用[J].科技风,2019(03):183.

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