土工管袋围堰在汾河三坝水利工程中的应用

李润成

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概况

汾河三坝取水枢纽位于汾河中游的平遥县南良庄村南，拦河闸原设计洪水标准为10年一遇，泄量为1500m3/s；校核洪水标准20年一遇，泄量为2000m3/s。按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》，根据过闸流量指标确定汾河三坝拦河水闸为Ⅱ等工程，属大（二）型水闸，主要建筑物为2级，次要建筑物3级；设计洪水标准为30年一遇，相应下泄量1790m3/s；校核洪水标准为100年一遇，相应下泄量2450m3/s，因此需要进行除险加固。

本工程围堰分别设置在河闸坝的上游和下游，处于山西省中部，属于太原—晋中断陷盆地中部，地貌单元属汾河洪冲积平原区，区域稳定性尚好。地表上部地层由于受汾河上游两岸广泛分布松散覆盖层，在汛期汾河及以上各支流携带大量泥砂运至坝前河道段，河水流速减缓，大量泥砂沉淀形成新近淤积物；下部为第四系全新统晚期洪冲积（Q4pal-2）浅黄、浅青灰色低液限粉土，局部砂粒含量增大为含砂低液粉土，夹低液限粘土及粉土质砂透镜体，其承载力为80～90kPa。

根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）规定，导流建筑物为4级，相应洪水重现期为20～10年。设计洪水标准为P=10%，导流时段为全年，P=l0%相应洪峰流量1136m3/s。

本工程主体工程施工期间分两期进行导流：一期导流时段为2014年5月20日—11月20日，导流期间进行左侧1孔旧闸改造工程及扩建2孔新闸的施工，在此期间河道来水通过右岸4孔旧闸过流。二期导流时段为2014年12月21日—2015年4月30日，导流期间进行右侧5孔旧闸改造工程的施工，利用左侧2孔闸门过流。

2 方案比选

本工程导流围堰初期选定土围堰和土工管袋围堰两种形式，下面从材料特性、施工工艺、工程量及投资等方面对两种方案进行比较。

2.1 材料特性

一般情况下，土围堰技术应用在施工现场水深不超过2.2m，流速不超过30m/s，而且河床自身的通透性较弱的情况下。当施工现场是一般性粘土，砂土、砂性土等粘性较小的土壤填筑时，渗流堰体的长度需要恰当地延长，且因地质不够稳定，很可能产生裂缝，引起渗透破坏，进而可能会出现坍塌，结合本工程区地质情况，不建议采用此种围堰。

土工管袋围堰的袋体采用聚丙烯纤维编织布缝制而成，具有抗拉强度高、抗酸碱性能和抗紫外线能力强的优点，根据本工程施工的实际情况，选用2～3年年限土工管袋完全满足围堰使用要求，其性能指标需满足表1的要求。

表1 土工管袋性能要求

2.2 施工工艺

根据导流方式及过流量计算，纵横向围堰高6.8m（两种方案断面图见图1）。若采用土围堰，顶宽4m，坡度1∶2，底宽31.7m。由于围堰断面太大，影响河道泄洪能力，另外，还需采用复合土工膜和编制袋土对土围堰进行表面防冲处理。

若采用土工管袋围堰，顶宽4m、坡度1∶0.4、底宽仅为9.44m，这种围堰较传统的土围堰不仅能减小围堰断面，增大过流面积，且无需再做表面防冲处理。土工管袋围堰不仅能满足河道的泄洪能力，还具有抗波浪冲刷能力强、稳定性好、耐久性好施工简单、速度快等优点，即使堰顶漫水也不会造成围堰垮塌，具备一定的堰顶溢流能力。

图1 围堰断面示意图

2.3 工程量及投资

根据现场实际，结合现行水利定额，并综合考虑各机械的实际效率计算，采用土围堰造价为3503元/m，采用土工管袋围堰造价为1760元/m，采用土工管袋围堰比土围堰可节省投资1743元/m。两种围堰工程量及造价见表2。

表2 两种围堰工程量及造价对比

2.4 方案选择

综上所述，同时结合实地勘察和工程施工进度计划，并考虑到围堰运行管理及维修的需要以及本工程施工期间汾河三坝取水枢纽的运行管理要求，汾河三坝拦河闸施工导流选定土工管袋围堰作为挡水围堰。

3 管袋施工

3.1 施工工艺流程

土工管袋施工主要包括：袋体制作（定制）、测量放样、袋体铺设、取土（砂性土）充填、屏浆固结检查、充填结束等施工环节。其施工工艺流程图见图2。

图2 土工管袋施工工艺流程图

3.2 施工方法

土工管袋围堰施工前需将围堰底部的杂物及石块清理干净，然后铺开土工管袋，管袋填充采用专用高压水泵（15kW）、高压水枪及泥浆泵（15/30kW）进行。

首先将带有浮筒的高压水泵吊放于围堰外侧的河道内，并打地锚用缆绳固定浮筒，避免在施工过程中被河水冲向下游。然后将带有浮筒的泥浆泵吊放在计划用于充填土工管袋围堰的土体位置。泥浆泵应尽量邻近充填的土工管袋围堰，以减少输送泥浆的管道长度，同时应选在较高的位置，以减少河道来水对围堰充填施工的影响。围堰充填前泥浆泵周围如有积水应先开启泥浆泵将积水排至河道内。充填施工时用高压水枪下切土体，边下切边采用泥浆泵抽排，直至形成2～3m的深坑，泥浆泵也随之下沉至坑内。然后用高压水枪切削周围土体，高速水流携带土体形成泥浆直接流至泥浆泵的进口处，通过泥浆泵充填至土工管袋内。土工管袋内的泥浆逐步沉淀，水从上部排水口或袋体表面渗出，土料在土工管袋底部固结。高压水枪切削土体应控制好泥浆的浓度，既不能泥浆过浓使泥浆泵超负荷运行，又要保证足够的泥浆浓度以提高充填效率。随着被切削土坑的不断扩大，应及时拖动泥浆泵至土坑边缘，使切削的土体与泥浆泵进口间有较大坡降，从而保证坑内泥浆有较高的流速，避免二次沉淀。当土工管袋内泥浆充填至一定程度，需要停泵排水固结。最后，每天完工停机时，需将输泥管道的出口拖至围堰外侧，用高压水枪向泥浆泵坑内充入足量的清水，通过泥浆泵将输泥管道清洗干净，避免管内较稠的泥浆沉淀后堵塞输泥管道。

一层土工管袋充填完成并基本固结后，再进行第二层土工管袋的充填，直至达到设计高程。

3.3 控制要点

第一，土工管袋围堰充填的土料最好为粉土或粉细砂，太粗则成型后的堰体容易产生渗漏，太细则在土工管袋内不易排水固结，降低施工效率。

第二，土工管袋充填时，最好由一端开始灌入泥浆，另一端管口排水，这样有利于泥砂沉积，提高效率。

第三，在充填过程中要经常检查出泥管口的泥砂堆积情况，及时调整出泥管口位置，不断调整充泥袖口，充填时在袋体顶面人工来回踩踏，使土颗粒重新排列趋于紧密，袋内砂充填均匀、饱满，确保充填平整，加快袋体排水固结速度。

第四，待整个土工管袋达到屏浆阶段，适当减少充填土工管袋机械或停止充填，以防袋体爆裂，留出一定的固结脱水时间。

第五，充填过程中，测量人员根据围堰断面图纸控制好每层土工管袋顶高程，在充填过程中如一次达不到理想高度，待土工管袋稍有固结后，再进行二次或多次充填，直到理想的充盈度。

第六，土工管袋围堰充填初期袋体内泥浆未沉积固结，处于流塑状态，极易从下层已充填完成的袋体上发生侧滑，上层袋体充填前应在适当位置用土工带或绳子与下层已充填完成的袋体连接固定，且在每层袋体充填初期密切观察袋体情况。

4 结语

汾河三坝经过汛期及冬季库区蓄水淹没的检验，土工管袋围堰运行状况良好，无任何险情发生。

在河道治理等水利工程中，采用土工管袋围堰不仅可以方便施工布置，而且还能节约投资降低造价，增强围堰的抗冲刷能力。因此，将土工管袋应用于水利工程施工，有着广阔的前景。