某取水工程施工围堰设计的探讨

2016-08-18新疆新华水电投资股份有限公司

河南水利与南水北调 2016年6期

关键词：编织袋水厂围堰

□孙　蕾（新疆新华水电投资股份有限公司）

某取水工程施工围堰设计的探讨

□孙蕾（新疆新华水电投资股份有限公司）

围堰施工是水利水电工程施工中不可缺少的组成部分。在修建水利水电工程时，围堰对基坑起到重要的防护作用，并将水流引向下游通道。文章针对某一取水工程，详细阐述其设计方案及施工特点。

取水工程；围堰；设计方案；施工方案

1　概况

某取水工程位于沃尔塔河西岸浅滩，其间为沼泽地带，水深1～2 m。沃尔塔河水流速较缓，取水工程处基本无流速。取水工程选址处实测水位15.66 m，进水口高程10.55 m，泵站建基面为9.55 m。根据取水工程布置（如图1）围堰填筑高度将围堰划分为A、B两段，B段围堰位于图中粗黑直线下侧，因距老水厂取水口较近，填筑高度大，为了减少对水质的不良影响，拟采用碎石土、块石、编织袋混合料填筑；A段围堰位于图中粗黑直线上侧，距老水厂取水口稍远，填筑高度不大，采用自然土石填筑。

图1　取水工程布置图

2　施工道路、施工围堰设计

2.1施工道路

沿老水厂围墙直行120 m穿墙绕过圆形水池至老水厂源水管道路北侧填筑一条通往取水泵站的施工道路（此道路为后期新建输水管道），路面宽度为5 m，具体布置见图2。

图2　施工道路布置图

根据现场勘查，拟填筑道路沿线水深约在2 m。道路采用土石填筑，在淤泥路段，底层采用块石抛填，底宽约8～10 m。水下填筑采用自然边坡（填筑方量按1：6边坡估算），水面以上填筑边坡为1：2，路面高程17.16 m，典型剖面见图3。

图3　水厂沼泽新修道路剖面图

本段路面长度170 m，土石方填筑量约9508 m3，其中石方填筑量约850 m3。

2.2取水工程A段围堰

取水工程A段围堰采用土石填筑，该处水位15.66 m，按超水位1.50 m考虑（经调查河水位变幅1 m），围堰顶高程17.16 m，堰顶宽5 m，最大堰高4.50 m，围堰轴线长140 m，围堰水下填筑采用自然边坡（填筑量按1：6边坡估算），水上填筑边坡1：3，围堰防渗采用外侧迎水面铺设防水布，围堰土石方填筑工程量为19293 m3，铺设防水布6300 m2。围堰布置及断面见图4。

图4　围堰四填剖面图

2.3取水工程B段围堰

B段口围堰采用编织袋装混合料填筑，堰顶宽6 m，最大堰高9.60 m，围堰轴线长98 m，围堰水下填筑采用自然边坡（填筑量按1：6边坡估算），水上填筑边坡1：3，围堰防渗采用外侧迎水面铺设防水布，碎石土、编织袋混合料填筑工程为11500 m3，铺设防水布11025 m2。围堰布置及断面见图4。

填筑方式：接着A段端点继续用自然土石填筑，当自然土石填筑对水质造成较大影响时，围堰填筑改为在外侧用编织袋装混合料或块石填筑挡水戗堤。

2.4堰体的稳定计算方法

2.4.1围堰稳定安全系数计算

围堰设计为临时建筑物，边坡稳定安全系数要求≥1.05。现以B段最不利的典型断面为例，采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算稳定安全系数（偏于安全），计算抗滑力矩时采用浮容重，计算滑动力矩时采用饱和容重，取1m段长，采用列表法计算。

计算公式如下：

式中：r'—土的浮容重，r'=8.82 kN/m3；hi—土条高度；βi—第i土条滑动面的法线与竖直线的夹角；φi—土条内摩擦角，φi=25°；Ci—土条粘聚力，Ci=30 KPa；li—圆弧长度；rsat—土的饱和容重，rsat=18.62 kN/m3。

2.4.2计算过程步骤

一是按比例绘出围堰横剖面图；二是根据费兰钮斯法，查图或查表，初步确定危险滑弧圆心的位置及半径；三是在直线MN取一点圆心O1，以半径R=31 m作圆弧，取土条宽度b=3.10 m，作出各土条中心线；四是量取各土条中心线的高度，列表计算圆心在O1点的稳定系数；五是在MN线上以步距2.00 m作圆心O2、O3、O4、O5，重复上述步骤，分别求得各点的稳定系数。以O1～O5中稳定系数最小的点O2作MN线的法线，并在法线上选O6～O11作为圆心分别计算稳定系数。六是根据计算结果得出以O8为圆心的滑动面为最不利滑动面，其稳定系数K=1.058即为所求本围堰的最小稳定系数。（计算过程略）

2.4.3结论

最不利滑动面圆心相对坐标为：X相对坐标为距坝顶9.93m；Y相对坐标为距坝轴线28.78 m。

最小稳定系数：K=1.058＞［K］=1.05，稳定满足要求。

3　料场选取

工程施工围堰填筑选用料场拟采用新建水厂北侧远期规划用地及周边区域表部的风化岩土，风化岩土厚0.50～1.00 m，优点为含土量较少，在水中不易被浸泡流失。缺点是透水性强，因此针对土料的缺点在围堰迎水面加铺防水布，以降低围堰堰体渗水量。

该料场风化岩土储量满足围堰施工需求。

4　施工道路、施工围堰施工

4.1施工流程

现场勘查→地表植被清除→道路施工→围堰施工→排水清淤→取水工程施工→挡土墙（护岸）施工→围堰拆除。

4.2场地清理

在施工前，对施工场地内已有建筑物、道路、管线等进行妥善保护，对地表杂物、杂草、灌木丛进行清理。

4.3施工道路施工

新筑施工道路长度170 m，土石方填筑量约9508 m3。采用挖掘机在料场挖土装自卸车，运至现场用装载机进行推填。逐段用振动碾对路面进行碾压。

4.4围堰施工

本工程围堰根据工程布置和地形条件，分两段施工：A段和B段，其施工流程如下：

围堰的施工流程：测量定位→A段围堰填筑→铺设防水布→B段围堰填筑（适时改为土袋填筑）→铺设防水布→堰内一次性排水→堰内经常性排水（一直持续到泵房、取水口、护坡完成）→施工完成后拆除围堰。

测量放线，根据地形图以及设计方案给出的坐标，现场确定围堰的位置，沿围堰轴线布设14个控制点，在图纸标注出14个点的坐标参数，根据坐标参数在现场用全站仪进行定位、控制。

A段水深约2～3 m，B段水深约3～9 m。A段围堰内底边线与新建泵房间距为10～15 m（由泵房开挖放坡以及操作面确定的间距）。B段围堰内底边线与取水口间距为8 m。

4.4.1A段围堰施工

A段围堰长140 m，围堰填筑工程为19293 m3，铺设防水布6300 m2。

土方填筑采用挖掘机在料场挖土装自卸汽车，运至现场倾倒，用装载机进行推填，水上部分用振动碾对围堰进行碾压。

防水布人工铺设，防水布必须向河床底部延伸铺设6～8 m，纵向搭接宽度应保证1 m以上。铺设时先固定围堰端，另一端固定好重物后采用木筏向河中张拉，然后缓慢放至河床并压实，在铺设完成后进行水下检查，如发现搭接、折叠、破损等缺陷时应立即进行修整。合格后采用袋装土对防水布进行固定。

4.4.2B段围堰施工

B段围长98m，填筑工程量为11500m3，铺设防水布11025m2。

土袋选用透水性较强的编织袋，每个编织袋装土不宜过多，装填至70%即可，不可超装，以保证土袋在水下能够较好的变形，减少堰体内部的间隙。编织袋总需用量约23万条，装袋工作量大。为加快工程进度，在现场安装一套自动装袋设备，装载机配合上土。装好的袋装土用自卸汽车运输。

防水布人工铺设与A段施工相同。

4.5其他

原水厂取水泵房与新建取水工程之间为原有的填筑体，为防止其侧向透水，在此部位采用挖掘机开挖宽度100 cm左右的深沟，回填粘土，进行压实以形成防水墙。

4.6基坑一次性排水

基坑内最大水深约6 m，按面积测算存水量约为11000 m3，按照排水计划，每天水位下降≤2 m，以防止下降过快危害堰体安全，因此，确定排水时间为6 d。根据地质资料和围堰填筑材质，经验估算围堰透水约每小时80 m3，基坑底层为板岩层，涌水量约为每小时30 m3。因此，基坑初期排水总量为11000+（80+30）×24×6=26840（m3）。

按6 d排干，每天抽排12 h，排水强度为373 m3/h，基坑一次性排水拟安装3台出水量120 m3/h离心泵和2台出水量60 m3/h的潜水泵执行排水。

基坑初期排水严禁水位下降过快，以防止破坏围堰，排水站布置见图5。

图5　基坑一次性排水示意图

4.7基坑经常性排水

基坑经常性排水主要是抽排雨水、基坑渗水和施工用水。根据施工计划，基坑开挖安排在旱季，雨量稀少，施工时严格控制施工用水。因雨水、施工用水与基坑渗水量相比甚微，经常性排水设备配置时雨水、施工用水量可忽略不计。

经前面估算围堰、基坑底板透水总量约为110 m3/h。因此，基坑经常性排水强度为110 m3/h。

根据地质资料和基坑开挖深度，基坑经常性排水采用明排。排水沟设置在基坑底部，沿建筑物四周布置，在建筑物四角及取水口各设一处集水坑。基坑渗水通过排水沟汇集到集水坑，由水泵排出。排水沟断面为：上口宽1 m、下口宽0.50 m、深0.50 m；集水坑断面为：直径1.50 m，深3 m。基坑经常性排水布置与一次性排水相同型号的潜水泵4台，离心泵2台，总排水量480 m3/h。排水沟、集水坑及水泵布置见图6（调整集水坑位置）。