水利工程施工导流及围堰技术

张 潇

（潍坊潍临水利建筑基础处理有限公司，山东 潍坊 262600）

0 引言

水利工程在施工中存在难度大、周期长等特点，工程建设时，易受到外界的影响，在施工过程中对施工的周期、施工的成本等进行控制，以达到提升工程质量的目的[1]。现阶段，随着水利施工技术的优化和完善，很多施工技术被合理应用到水利工程建设过程中，为进一步开展水平工程施工，营造良好的施工环境等奠定了坚实的基础。

1 水利工程施工导流技术的运用

结合当前水利工程施工的情况，其主要采用的导流施工技术包括明渠导流、基坑导流、围堰导流、隧洞导流等，如图1所示。

图1 水利工程施工导流技术图

1.1 隧洞导流施工技术

地形相对陡峭的山谷或者水利工程流程较小时，可以应用这一技术。但是这一技术在应用时，费用相对较高，对处于汛期的施工，可以采用基坑方法进行辅助。在采用隧洞导流施工技术时，通过在施工现场进行有效勘察，结合当前实际情况以设计隧洞导流技术方案。施工完成之后，可以根据水流的方向调整转折的角度和长度，根据隧洞的实际情况改变水流的方向。

1.2 明渠导流和围堰导流

明渠导流与隧洞导流不同，其适用于河谷岸坡较缓，宽阔的滩地、老河道等地形，导流流量较大的情况下。该技术使用造价较低，可直接用于水利施工。

1.2.1 导流模式的选择

导流模式在选择时，可以根据建筑实际的情况或者坝址地形，选择出符合的模式，如表1所示，分别介绍了不同导流模式的优势，通过综合选择和对比，以让人们认识到明渠导流的优势。

表1 导流模式对比和分析

1.2.2 导流基本的准则

对2级建筑物等级，土石类导流建筑其洪水标准一般为10a～20a一遇，而为了能够使建筑更具稳定性，可以采用10a～50a一遇的洪水标准，由于不同的施工阶段，其特点也各不相同，因此不同的施工其要求也各不相同，各阶段的导流设计标准如下：1）导流在选择时主要采用明确围堰施工。最佳的施工时间为11月到来年的2月，并将洪峰流量能够控制在合理的范围之内。2）河床上下游之间采用围堰施工。其最佳的时间为9月份到来年的3月份，在施工时相关的人员应该严格遵守其设计标准和原则，提升施工的效果和质量。3）明渠坝段的改造。导流标准为10a一遇，加强对洪峰流量的有效控制和严格管理。

1.2.3 导流建筑物的整体设计和施工准备

1.2.3.1 明渠导流的水力计算

导流明确过流设计过程中，应严格遵循相关设计标准和规范，当遇到洪峰流量期，结合实际情况做出相关规定，通过利用水位推算的方法，充分认识到明渠上游水位和流量之间的关系，在绘制出相关的曲线图后，为后期的施工提供数据上的参考[2]。

1.2.3.2 制定导流明渠施工的方案

导流明渠的长度为387m，进口高程设置为35.3m，实际工程建设过程中，由于明渠各个区域内流速具有较大差异性，相关施工人员需要对不同区域流速等做出相应固定，如：明确上游阶段，其流速效应小于4m/s，下游区域流速效应则大于4m/s，明渠边坡的区域，需要设置石笼进行补砌，目的就是增强建筑物的稳定性。

1.2.4 河床上游部位和下游的部位等设置围堰施工方案

在河床施工过程中需要进行2次填筑，目的是提升填筑的质量和效果。施工过程中，保证进出口的夹角与河道主流夹角控制在30°，保证上下游的水流相互对应。另外，导流线应位于较宽的台地沿岸，保持与明确轴线的距离约75m，明渠的轴线在选择和布置时，保证明渠长度和深度等在控制范围内，其转弯半径应超过宽度的5倍，这样做的目的就是能够使水流更加通畅[3]。

2 水利工程施工围堰技术的应用

围堰技术是水利施工过程中为了增强建筑物的质量，通过修建临时性围护结构，对基坑进行维护[4]。其中，新型围堰技术也包括以下技术类型。

2.1 胶凝砂砾石（CSG）围堰

CSG筑坝技术是将水和胶凝材料加入河床砂砾石、开挖废弃料等岩基材料中，通过搅拌形成一种筑坝材料，该材料的性能与堆石坝材料、碾压混凝土材料等相符。

骨料选择：采用基坑河床开挖的天然砂砾石混合骨料，检测过程中会对这一骨料的密度、含泥量、含水量、砂率、颗粒级配等指标进行检测，结合最终检测的结果，得出粗骨料中粒径＞250mm的颗粒含量相对较多且达到39%。为了达到设计标准，施工之前相关人员需要开展分拣，选择符合标准骨料；现场取料过程中还应该对细骨料开展精细的挑选，对超过3.8%细骨料泥沙量，不予使用。

其他原材的使用。结合当前技术标准和相关要求，主要采用普通硅酸盐水泥、采用2级粉煤灰、选用JM-Ⅱ型缓凝高效减水剂、运用系统水作为施工用水。

配合比设计。选用天然砂砾石混合骨料，在对大于250mm颗粒的砂砾石进行剔除之后，进行配合比试验，将胶凝材料控制在100kg/m3，开展击实试验和VC值试验、水灰比与强度关系试验，在开展这3种试验时主要按照以下2种情况进行试验，如掺30%粉煤灰的情况下进行地试验，不掺粉煤灰情况下进行地试验。通过试验确定CSG材料地最佳含水率和最大干容重，结合当前的技术标准和要求等，对CSG初选配合比进行明确。

配合比试验。在选定配合比之后，进行CSG拌和物性能地试验，同时，还需要进行强度试验、不同尺寸实验强度对比试验和抗渗性试验。

摊铺和碾压。某大坝上游围堰CSG煤层的平仓厚度达到66cm～88cm，应用25t振动碾，其碾压遍数为2+6，即先振动2遍之后再振动6遍。碾压条带间的搭接宽度为40cm～60cm，压实度需要控制在≧93%，端头搭接的宽度保障在180cm～240cm。大坝上游围堰CSG布置在下游的坡面，运用混凝土面板、防渗墙等开展有效防渗。

CSG模板和施工。为了进一步增强CSG抗冲刷的能力，可以运用预制混凝土块作为CSG下游面模板，现场施工过程中，以ϕ130mm高频振捣棒进行振捣，当遇到砂砾石粒径过大的情况后，可以应用抽槽进行注浆。

抗压强度。施工过程中施工人员通过现场取样，开展室内的养护工作，进行28天的抗压强度检测工作，现场取样共57组，其检测的结果见表2。胶凝砂砾石（CSG）围堰技术的应用优势：（1）能够就地取材，有效解决了当前河床开挖中废料难以有效处理的不足，节省了围堰施工的整体成本。在施工中不需要使用过量胶凝材料，总量控制在100kg/m3，不需要应用拌和系统，这也在一定程度上降低了相应成本。大坝上游围堰CSG总量控制在8.5万m3，单价共122.36m3，其使用的造价成本为1040万元。如果在施工中使用钢筋笼进行防护，其下游围堰钢筋笼单价共305.05元/m3，造价相对较高。如果在施工中应用混凝土面板开展防护，其造价将会大大提升。（2）可以进行现场的拌和，施工较为便捷，缩短工期。如果利用钢筋笼防护的方案，其防护高程发生了变化，即防护高程从1212.0m到高程1244.0m转变，高度也达到了32.0m，施工的难度相对较大，如果无法抵抗水流的冲刷，其厚度也会大大增加，施工工期将无法得到有效保障。如果采用混凝土防护的方案，其施工道路布置更加困难。

表2 CSG抗压强度检测结果

2.2 新型贫胶硬填料围堰技术

新型贫胶硬填料筑坝技术作为一种新型碾压式混凝土筑坝技术，其相对CSG筑坝技术其更是一种新型的工艺。

2.2.1 积极开展硬填料围堰的施工

该工艺在施工时，须做好以下几个方面的工作：其一，按照以下的施工顺序开展施工。即：积极开展石渣开挖—剔除和挑除超粒径骨料—做好石料的拌和、配级—积极开展石料的运输—做好铺摊和碾压等工作—做好后期的养护工作。其二，该施工时，主要采用的方法：对石渣中超经的石块等进行挑除后进行拌和，并将这些石渣能够堆积成一个形状，该形状的长度和宽保证在7m左右，高在2m左右。然后施工人员运用皮尺开展有效丈量，计算出松散的石渣体积。同时，在计算时还需要对使用的水、水泥、人工砂等开展计算，通过将这些砂浆运输到指定的位置后，通过摊铺和碾压施工等，以发挥出这些材料的作用。其中，分层铺摊的厚度保证在60cm左右，静压次数为2遍，持续振动7遍，保证碾压速度在1.5km/h～3km/h。

2.2.2 围堰强度的检测

围堰施工现场在拌和后，其经过检测试样28天抗压强度控制在2.9MPa～3.4 MPa，90天抗压强度控制在3.7MPa～5.9MPa，这就能够充分地说明，这一施工方法能够满足围堰强度设计要求，通过现场的取芯，以保证混凝土强度达到标准值。

2.3 橡胶坝与土石围堰组合围堰技术

这种新型围堰主要是指土石过水围堰堰顶之上通过加设橡胶坝子堰，形成一种组合围堰。新型组合围堰可以应用于水电站上游围堰工程，通过使用该方案，该电站多发电量为1.02亿kW·h，发电收入达到2600万元，具有较高的经济效益。这就可以充分看出，新型组合围堰施工技术将会得到广泛的应用和推广。

2.3.1 过水土石围堰设计

过水土石围堰建成的基础是截流戗堤的基础上，通过对相关结构增厚、防渗、防冲过程进行围建，堰顶的高程控制在73.50m，顶部的宽度控制在18m，上游的迎水面坡度为1∶3∶4，下游背水面坡度从上到下控制在1∶8、1∶3.5、1∶1.5。其围堰的总长度控制在157.8m，高度为34.5m。

2.3.2 围堰防渗

过水土石围堰主要采用黏土斜墙防渗，自上到下，防渗体系在布置时其主要为反滤土工编织布、黏土斜墙、复合土工膜、人工砂、碎石、块石、截流戗堤[4]。

2.3.3 围堰过水防护结构

围堰表面在设置护面时，主要按照过水围堰要求进行设置，过水围堰主要进行的试验包括断面水工模型试验、整体水工模型试验，过水试验流量分别为5060m3/s、6000m3/s、7500m3/s、8500m3/s、12700m3/s，根据这些试验结果发现，围堰体形应该满足其过水的要求，表面最大流速主要出现在8500m3/s工况，在对所有工况进行综合考虑后，主要采用不同防冲结构，以对围堰表面开展分区保护。

2.3.4 橡胶坝的设计

橡胶坝的位于围堰堰顶，底板顶的高程为73.50m，厚度在1.5m，宽度为18m。在上下游的部位各设置1m深的齿墙。设计档水位78.0m。橡胶坝主要采用充水斜坡式，设计内外压比为1.2。橡胶坝坝袋主要采用上下游双锚固的方式。其中，坝袋的型号可以选择型号为JBD5.0-300-3，胶布型号J300300-3，在计算坝袋强度安全系数时，其名义上的强度需要扣除15%～25%的胶布强度损失。经过计算，坝袋强度安全系数应该为8.36，符合当前《橡胶坝技术规范》中对坝袋强度要求[5]。应用穿孔式螺栓压板开展有效锚固，间距为0.2 m，根据正常的工期计算来看，螺栓直径在29mm左右，选用内径为32mm的M36螺栓。

2.3.5 供排水的系统

橡胶坝主要是面向各坝袋进行一一供水。为了使坝袋超压得到正常运行，应在每一个坝袋设置好2个进水口和超压溢出口。同时，橡胶坝底板可以选择自排的方式，通过将其位于下游的水位后，保障坝内冲水量、坝袋的高度等与规范标准相统一，如：冲水量为5900m2。排水的时间控制在3h左右。

2.3.6 橡胶坝在运行过程中应做好升坝工作

如：上游河道数量减少至5060m3/s，应在汛期洪水过后进行升坝。同时，还应该注重坍坝工作。当上游河道的来水量已经超过6000m3/s，则代表施工人员应积极做好度汛的方案。即施工人员结合来水的情况，将水量控制在Q=5200m3/s，对这一过程为坍坝的过程。当上游的水位进行回落后，即回落到77m，应停止发动机，启动橡胶坝坍坝。最后，在水位上升后，水泵房撤离原来的位置，上游的来水量超过12700m3/s，必须将阀门进行关闭，并安排好人员撤离后，将吊物空密闭门也要关闭。

2.4 堆石混凝土围堰技术

这一技术为堆石混凝土最重要的构成，其流动性、稳定性、密实性都有较大优势。塌落度控制在180mm～200mm；不同种类的掺合料和掺和量，按照体积比其主要采取0.8～1.15；自密实混凝土单位体积浆体量控制在0.32m3～0.40m3。在选择原材时，胶凝材料总量控制在500kg/m3；根据标准规范，其砂率控制在45%，粗骨料最大粒径控制在20.0mm。

堆石混凝土的工艺流程为铺设碎石垫层。碎石粒径可以控制在10mm～100mm，厚度为300mm。在堆石之前需要在碎石上铺设1层的砂浆，目的是更能够黏结好墙体和围堰，防止混凝土浇筑过程中出现漏浆等情况。砌筑浆砌石墙，宽度控制在50.0cm，高度为1.0m。分缝处主要应用油浸木丝板进行隔开，使用块石能够将分缝板夹在中间进行固定[6]。

优势：堆石混凝土方量在125/m3，人工需要投入8人，使用的机械为长臂挖机、抛石船、平板舶、搅拌机和吊罐。用时在9.5h。相比于浆砌石墙，其用时20h，在时间和机械投放上都有较大优势，能够提升作业效率。另外，胸墙结构变得更加密实，其质量得到不断提升。

3 总结

由此可见，该文针对水利工程施工中所运用的导流技术和围堰技术进行详细分析，针对这2项技术工艺和流程等进行探讨，为更好地开展水利施工提供了技术上的支持和参考。在水利工程施工中需要导流技术方案和围堰技术方案，结合实际的施工情况，选用适合的技术，从而提高施工的质量和效率。