跨文教河渡槽基础围堰方案比较研究

梁金池

(福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概况

本文以红岭水利灌区跨文教河为背景展开探讨，其河宽200 m，最深处为5 m，引水总库容为6.62亿m3，有效库容 4.68 亿 m3。是以灌溉、防洪为主，具有供水、发电功能的综合利用水利枢纽工程。

由于该项目为线性工程，工程路线长，施工受海南地区夏季炎热，暴雨集中等季节性影响，有效施工时间较短，施工强度高。尤其是渡槽工程量大，对施工工艺水平和施工安全管理要求高。在渡槽基础施工中，为保证施工不影响居民正常生活用水，在渡槽上游200 m设置一个生活用水取水口，下游300 m处设置水闸，常年不放水。为提高渡槽施工质量，围堰施工方法分别选用爆破挤淤法、固化土围堰法、袋装砂围堰法进行多方面的比较分析，以确保选择最佳的施工方案。

2 爆破挤淤施工技术

2.1 施工方法

在对本工程的实际情况进行分析后，确定将强风化层作为此次施工围堰的持力层。但对于抛石围堰法来说，一旦淤泥与砂性质软基的厚度超过4 m时便会引发块石无法沉陷现象。为使块石顺利降至持力层，需要采用爆破挤淤进行泥石置换。首先应对堤前的砂层进行处理，爆破施工后会大幅增加围堰上方的荷载，块石将会下沉；在此基础上进行下一个循环爆破，受震动的影响块石将会进一步下沉，经多次循环爆破后方可达到块石落底的效果。

考虑到淤泥及砂层较厚的特性，选择使用陆上布药机完成布药施工。首先对炸药进行处理，使其达到一定的尺寸要求，而后将布药机运输至堤头中部区域，采用人工作业的方式将炸药置于布药杆的套筒中。应当注意的是，对于土石交界面而言在设置布药杆时应严格控制好间距，本工程中以1～2 m为宜[1]。待所有药包均安置完成，确认安全后进行起爆。

炸药爆炸后，受气体的影响将会在淤泥层中产生空腔，同时受震动影响，淤泥强度降低，具有一定重量的块石将会下沉。在爆破施工时应控制好循环进尺以及抛填高度这两个主要参数，在满足相关条件的基础上块石方可顺利沉落至持力层，最终完成置换。

2.2 成效分析

(1)国内多数工程均采用了爆破挤淤技术，经过长期的实践后其已经形成了一套较为成熟的工艺方法，在此作用下能够确保施工区域内的石料资源得到合理的利用，实现了就地取材的效果。实际成果表明，爆破挤淤技术对于施工环境具有良好的适应性，不仅确保了工程施工质量，还大幅缩短了工期，总体来说可行性较高[2]。

(2)爆破挤淤所需要的炸药数量较多，所产生的破坏力也较强，在爆破过程中会对周围河域生态造成破坏，因此环保防治和安全防范任务较为艰巨。

(3)爆破挤淤法围堰施工，水中防渗工作较困难，同时爆破体的防渗体要采用黏性土才可以达到防渗效果，在操作过程中，会对围堰周边的用水取水产生污染，造成生活水不能饮用。同时工程早期的土料场征地困难和海南文昌东阁、文教镇附近无黏性土源可取用，由于环保整治，石料来源也少。因此基于对生活水造成污染、土料场征地难及无石料、无黏性土可取，此方法不适应本围堰施工。

3 固化土围堰施工技术

3.1 利用淤泥或利用外运土料进行固化充袋围堰

在进行固化施工时，选用的是规格为300 t的白航货驳，由此为基础给其配备了一台长臂挖掘机，加之混凝土泵以及搅拌机等设备的共同作用，最终构成一套高效的固化土充灌模袋机群系统。在水中进行准备作业，充灌设备首先需要下锚，确保锚具就位于施工围堰周边40 m以外的区域内；当准备工作做好后，则需要启动挖掘机设备，并将其与泵车进行连接，此举可以确保导管头顺利被插入至模袋中。先对挖掘机船两侧的淤泥土质进行卸载处理，而后对位于料舱中的淤泥土质进行检验，确保其不存在块石等杂物；加入适量的水泥进行拌制，当搅拌均匀后便可充灌至模袋中。此外，施工中所需的泥驳船数量以2台为宜，由此提升了设备对轮换施工变化的适应能力，争取了更多的施工时间。

预施工是极为重要的环节，它可以确保后续施工的顺利进行，基于“充泥袋”试拌的方式得出最为可行的泥浆浓度、进浆速度等信息，由此作为后续施工的技术指导。为了提升水泥用量的合理性，应安排专门的技术人员对其用量进行计量。

3.2 成效分析

(1)实际结果表明，固化土围堰施工技术的适应性较强，基于就地取材的方式提升了施工效率，缩减了工程成本，在施工过程中具有足够的可靠性。

(2)施工区域内的土料及淤泥黏粒含量较高，经实际检测后发现其已经超过了45%，因此具有较大的黏性。在进行材料拌制施工时，受黏结性过大的影响淤泥粘连在搅拌头上，此时充填固化速度受到了严重影响，施工效率大打折扣；加之搅拌均匀性不足的问题，所得到的固化土强度难以达到工程标准[3]。对此，有必要以淤泥特性为基础做进一步技术探讨。

(3)本工程于河上环境中进行施工，其周边环境的稳定性无法得到良好的控制；对应的工序较为复杂，所需的设备机群规模较大。总体来说，在工程施工中所面临的问题多种多样，对施工工艺技术提出了更高的要求，因此该方法也不适合本围堰施工。

4 袋装砂围堰技术

4.1 施工工艺

为达到提升袋装砂围堰施工质量的目的，必须严格遵循设计要求的施工工序进行，工艺流程如图1所示。

图1 充灌袋填砂围堰流程

4.2 施工方法

袋装砂围堰结构可以明显提升对地基变形的适应能力，在确保工程质量的同时具有更显著的经济效益，因此其应用价值较高。尽管区域内已经存有大量的砂料，但随着环保整治，大量石料开采厂停工，工程的发展后期有可能会出现石料短缺的现象，所以有必要展开试点工作，对技术方案进行优化。

袋装砂围堰选取水上施工的方式。引入吹砂船并将其就位于围堰南侧的50 m以外区域，采用分级泵送的方式进行施工，最大程度上满足了吹送距离要求。由于此区域内仅能停留一艘运砂船，所以施工效率并不理想；对此，为了保证堰体安全需要在围堰200 m处的区域进行开采砂料施工。

施工时首先应做好测量定位，然后以人工作业的方式铺放充灌袋并对其四周加以固定，以此提升充灌袋的稳定性，避免充灌施工时出现变形等问题。在水中待铺设施工时，应在水上抓紧时间进行，并在上部压入砂袋起到固定的效果。在水下施工过程中，需使用钢管插入位于充灌袋的套环内，可以避免充灌袋发生位移现象。铺设砂管，而后将其与砂袋袖口进行连接，做好上述准备工作后启动水泵，借助于高压水枪进行造料施工，在泥浆泵的作用下充灌砂袋(如图2所示)。在施工采砂过程中应安排专人对围堰的桩体进行监测，实时掌握其沉降以及位移情况，当出现异常时应随即暂停施工并进行检查。吹填作业讲求均匀性原则，待充灌袋内出现沉淀现象后则需要对充填质量进行检验，并做好补填。

图2 袋装砂围堰断面示意图

4.3 袋装砂围堰施工技术成效分析

(1)袋装砂围堰施工在长期的发展过程中其已经具备了较高的工艺水平，所得到的施工效率也较为良好，因此具有较高的可行性。海南地区尽管过去并未采用袋装砂围堰施工技术，本次大胆利用这种新技术从地质、断面、整体抗滑、倾斜等以及成本分析上(本项目在上游拐弯处就地取砂)与其他围堰方法进行细致比较[4-5]。尤其是袋装砂围堰在环保方面不会造成水质污染以及作业过程中砂袋具有防滤功能无浑浊水产生。

(2)为了确保袋装砂围堰施工的顺利进行，在施工时进行大量的砂料运输作业，协调船只之间行驶安全距离，为工程施工营造足够稳定的环境。

(3)本项目由于砂料自开采，运距短，对取水口水质无污染，每米同断面投资少，经济效益良好，在跨文教河渡槽基础施工围堰成功应用。红岭灌区相关标段不定时过来参观学习，值得推广。

5 结 论

本文围绕行业内的三大技术展开针对性分析，结果表明所得到的断面均能满足工程所提出的要求。爆破挤淤围堰施工虽然稳定性好，但对炸药用量提出了较高的要求，对周边环境的影响相对较大。并且对工程成本的依赖性较大，防渗材料要求高，环保不达标。

固化土围堰方法：技术成熟可利用，但针对本项目来说，土料取用困难，另外淤泥土还要进行固化灌袋，同断面的成本较高，另外也造成作业区周边水质污染。

相比之下袋装砂围堰施工技术所需的成本较低，其依然拥有大量的技术沉淀，又有可取用的砂料，同时施工质量可以得到良好的保障。总体来说，袋装砂围堰施工技术的在今后类似施工条件下的工程建设具有较为明显的优势。