某灌区节水配套改造工程围堰进占施工工艺

2023-12-01丁家高杨婷婷韩发兵吴德球

河南水利与南水北调 2023年10期

丁家高，杨婷婷，韩发兵，吴德球

（江苏天源建设集团有限公司，江苏淮安 211700）

0 引言

围堰是一种水坝类临时性建筑，在水利水电工程施工过程中起着非常重要的作用，其建造的目的在于施工基坑围护，确保施工过程在干地状态下展开。施工任务结束后，如果围堰不属于工程建筑的组成部分，则必须拆除。为保证围堰结构的稳定及防渗水效果，必须加强围堰设计及检测，围堰立面还应能有效防止水流对河道的冲刷，以降低泄水难度。

1 工程概况

东灌区节水配套改造项目位于盱眙县境内。工程建设内容包括衬砌干渠2 条，长度15.61 km；整治蓄水塘坝1 面；新建灌溉泵站1座（配套低压管道灌溉片24.33 hm2）；维修加固灌溉泵站1 座；一体化泵站1 座（配套滴灌片13.33 hm2）；拆（新）建干渠节制闸2 座，退水闸1 座；拆建渡槽5 座，生产桥4 座，拆（新）建放水口52座，新建灌区信息化管理设施1套。

土围堰堰体全部用附近土料填筑，迎水边坡、背水边坡坡比均为1∶3，水下边坡为自然坡，坡比约为1∶5～1∶7，顶宽2 m，围堰顶高出水位线0.50 m以上。围堰断面见图1。

图1 围堰断面图单位：m

2 施工方案

淤泥质软基上进行围堰施工，必须将堰体嵌固进淤泥内，以增强围堰稳定性。施工时将原设计围堰坝基清淤宽度从84 m减小至50 m，并预留一定宽度淤泥，起到荷载压重及阻止围堰滑动。上围堰填土呈楔形，嵌固进淤泥后稳定性有保证。

该工程围堰分两期施工，高程2 m 以下堰体为一期，以左右岸为起点，进占至合龙；高程2 m以上堰体为二期，从龙口开始填高至设计断面，再后退施工至左右岸。

2.1 一期施工

主槽段一期施工时，以水平进占方式控制围堰顶13～14 m宽的区域，比设计宽度小10 m；填筑土料含水量在16%～18%之间。因围堰坝基两侧淤泥所限，左右岸进展过程中分别出现11次和9次垂直向滑坡。合龙段四周再现大量堆积淤泥，以便淤泥向围堰两侧挤排，缩小堰体进占宽度，由推土机按铲宽推土进占，将淤泥分期挤排至堰体两侧。主河槽段堰体的进一步加宽增高，淤泥继续向两侧挤排，堰体便顺势沉陷，两侧坡脚外呈现裂缝。背水坡裂缝宽度最大达0.80～1.00 m，肉眼可见深度达2.60～3.00 m。临近围堰中心线侧的裂缝以沉降为主；远离中心线侧的裂缝则以平移为主。

2.2 二期施工

二期采用相同土料，每日围堰加土厚度达到1.00～1.20 m，并实时检测围堰沉降，当日沉降减至2 cm时，在围堰背水面坡脚裂缝区按1.00～1.20 m间距打设1排6 cm长、直径18 cm的木桩，加固围堰，避免发生堰体滑动；围堰坡比最终稳定在1∶5。

3 施工参数的确定

3.1 围堰坝基开挖深度

围堰坝基开挖深浅直接关系到基础承载力、工程进度及投资大小。该灌区节水配套改造工程在河道淤泥质地基上筑坝，为保证坝基稳定，必须加强地基清淤处理。围堰地基承载力、两侧淤泥嵌固力及堰体自身强度决定着围堰水平稳定性，综上，应根据地基承载力确定围堰地基清淤深度。

3.2 围堰地基清淤宽度

围堰基础地基开挖时，清淤工程量较大，且无法充分利用围堰侧淤泥嵌固作用和边荷载作用，故围堰地基开挖宽度并非围堰基础宽度。结合工程实际，围堰地基清淤宽为围堰与原淤泥面接触宽。

式（1）中：L 为堰地基清淤宽（m）；h1为围堰体水位以上高度（m）；h2为围堰体水位以下高度（m）；m1为堰上游坡比；m2为堰下游坡比；b为堰顶宽（m）。

3.3 围堰体进占宽度确定

一期围堰体填筑宽度应按填筑料粘聚力作用宽度的2 倍确定，计算公式为：

式（2）中：S为堰顶填筑宽（m）；C为粘聚力（kPa）；r为围堰顶土料容重（kN/m3）；φ为围堰顶填筑土料内摩擦角（°）。

散体平衡理论认为，地基破坏滑动面符合普朗特解滑动规律。围堰填筑宽度从围堰中心线处分成2 个滑动体块，两个滑动体块间由对数螺线连接并形成联合主动区和被动区，同时出现Ⅰ期地基塑性滑动区。随着围堰顶宽对称增加，两侧再现Ⅱ期滑动体块，将前期被动区淤泥继续向围堰侧排挤。

Ⅰ、Ⅱ期滑动体形成新的主动区、过渡区和被动区，地基塑性区进一步扩大，围堰在沉降后嵌固进淤泥。随着围堰体的持续加高与加宽，地基淤泥逐渐排出；堰体两侧淤泥也越来越多，最终形成新的围堰断面。

4 围堰进占施工工艺

围堰采用进占法施工，按先近后远，先浅后深顺序，由两侧向中央逐渐合拢。待填筑高度超出水面并具备碾压条件后，使用打夯机具适当夯压，至设计压实度后分层继续上土，边上土边夯压，直至设计高程。围堰填筑料取土前，必须对取土场地表层清基处理，将填筑土料中的草皮、树根、乱石等杂物全部清除。填筑前，先放样，以确定围堰位置。

4.1 围堰填筑及防护

围堰填筑前进行基础清理，即通过推土机将填筑区草皮、树根、腐殖土等杂物彻底推除，挖掘机装车后由自卸车运至指定弃料场堆放。填筑区结合工程实际，局部加深清理。砂卵石料就近取材，运输距离尽可能缩短，以加快围堰施工进度。

待将围堰填筑至设计高程，将粘土黄泥防渗夹层铺填于上游围堰迎水坡，并挖沟铺设防渗土工膜面层。为保证施工质量，土工膜必须自下至上铺设，且膜与基面、膜与膜之间必须密贴，不得存在气泡、空隙。一次铺膜面积应控制在20 m2以内，以防风浪、水位等改变后冲坏土料保护层。对于接界处等区域，土工膜必须和周边土体紧密联结，将渗流入口彻底封堵，并将侧向渗漏路径彻底截断，避免水分渗入土工布底面，形成水泡后胀破土工膜。

围堰合拢后即开始基坑排水。排水期间，加强堰体维护；当堰体出现裂缝、坍塌等现象，必须立即打桩加固，同时对堰体薄弱部位加高培厚。

此外，还应在围堰外侧设立水位尺；安排专人管理围堰，对外河水位全天候观测并记录。围堰施工期间应预留出10～20 cm的沉降量，且堰体周围必须储备石料、土料、编织袋及土工布等防汛应急物资和照明、通讯设备，平常定期安排专人检查，潮汛时安排人员值守。

围堰填筑施工期间，尤其是深水位段，必须加强抽水速度控制，边抽水边检查，坝体如出现开裂、位移、沉陷等情况必须立即停抽，并及时向监理工程师和业主报告，切实做好应急工作。

4.2 围堰拆除

围堰合龙后，施工初期主要有基坑积水、围堰渗水、覆盖土渗水及雨天降水；初期排水量不大，以潜水泵为主，同时加强水位下降速度控制，以保证围堰不破坏为限。

围堰拆除从中央向两侧进行，由挖掘机挖土，自卸车装土运送至业主指定的弃土区。拆除时首先将堰体开挖出一个浅口，并持续向围堰内放水，直至围堰内外水位达到平衡后，继续深挖。拆除作业期间必须加强堰体稳定性监测，避免拆除过程中堰体突然失稳引发机械倾翻落水及人员安全事故。按图纸所示或监理工程师指示将围堰全部拆除至规定高程，直至监理工程师检查合格为止。