模块化拼装钢围堰在密云水库调蓄工程中的应用分析

赵岳，孟祥奎，杨晶晶

（北京市南水北调团城湖管理处，北京 100195）

近些年，党中央、国务院高度重视水利事业的发展情况，各地兴建水利工程。项目建设时可供选择的挡水围堰类型很多，适用的施工环境也有差异。对于建成的渠道搭设围堰来说，模块化钢围堰自身有拼装便捷，能重复利用等优点，提高了建材资源的使用率，减少围堰施工造价，且不会带来水体污染问题，为水利工程施工及设施检修创造了诸多便利条件。

1 项目介绍

密云水库调蓄工程线路全长103 ㎞， 总扬程132.85m，本工程功能主要是由团城湖调节池将水通过1～9 级泵站提升到密云水库储存。为了保障调水过程的平稳性、高效性，泵站出水口设置了可调节式翻板闸，密云水库调蓄工程自2015 年投入运行，屯佃泵站、埝头泵站等先后出现传感器及液压故障，受到水下作业的影响，维修时要建设围堰创造干槽作业环境，常规桩膜围堰有搭设工期漫长、成本高等缺点，且围堰拆除后渠道内会遗留部分砂石，对输水效率产生一定的影响。

为了处理水工建筑物及水下设备设施维修问题，项目团队查阅国内外围堰资料，并结合现场实际设计出模块化拼装围堰，为翻板闸、水下建筑物等设施检修创造了便利条件。模块化围堰由可调节挡水高度的单榀桁架、连接杆、充气（冲水）式挡水体以及压重等部分构成。参照挡水高度、长度拼接成规格不等的块体，利用起重设备将块体吊装到需进行挡水处理。块与块通过承插式连接，处理了水下无法连接固定的问题。挡水布设计成即可冲气，又能冲水，并且是气、水能够相互转换的挡水体，挡水时利用水的自重，确保防水布紧贴在渠道底，规避了局部防水布的上浮问题。挡水结束后，充气排水，防水体自然上浮。

2 工艺原理

（1）模块化围堰设计以榀+榀=块，块+块=围堰的原理为基础，各结构部分由单榀桁架、连接杆、充气（冲水）式挡水体、压重组成。根据挡水所需长、宽拼接成不同大小的模块，使用起重设备将模块吊装到需要挡水部位。模块围堰主要采用80mm*80mm 方管焊接桁架，桁架与桁架设有可调节的连接杆，模块迎水面布设5mm 厚钢板，钢板外侧铺设充水式防水布，如图1 所示。

图1 钢围堰剖面图

（2）围堰模块拼装连接采用连接杆，连接根据不同部位、模块大小分为固定式、伸缩式及承插式，如图2、图3 所示，充分体现围堰模块组合的多变性、方便性、快捷性。（3）围堰块体由单榀桁架采用连接杆组装成块体，模块的形式、长度由挡水现场条件、块体组装后的重量、模块拼装后的刚度、起重设备能力及现场实际情况而定，常用模块形式如图4、图5 所示，块体与块体采用承插连接。（4）围堰防水体采用聚氯乙烯泳池胶膜材料，在工厂加工定做成需要的尺寸，为了提升阻水效果及便于铺设、拆除吊装，在防水布中部设置充气、充水转换仓及吊装带，并将四周边缘15cm 范围内进行加强处理，且间隔100cm 均匀设锁定环。

图2 固定式连接杆图

图3 伸缩式连接杆图

图4 围堰块体模块形式图

图5 围堰块体模块形式图

3 模块化拼装钢围堰的工艺流程及方法

3.1 工艺流程

施工准备→模块化围堰加工制作→围堰拼装→围堰模块吊装→围堰模块组装（河道内）→防水布铺设→基坑（翻板闸维修作业区）排水→围堰拆除→现场清理（河道内）→围堰转场或收存。

3.2 模块化围堰加工

（1）为了保证模块围堰桁架结构尺寸，所有桁架、连接杆均在工厂加工平台上放出大样焊接完成，连接的螺栓孔，按照设计尺寸采用台钻打孔，确保位置准确。

（2）桁架焊接时，先点焊成整体后，再对称满焊，成型的桁架必须保证平整不变形。

（3）桁架连接杆位置每榀必须一致且与桁架水平。

3.3 模块化围堰拼装

（1）根据模块围堰每榀重量、拼装后的刚度、起重设备能力及现场实际情况，本次围堰模块按照4m+4m+3m+3m+2m+2m 组合拼装。

（2）围堰模块现场拼装，4m 围堰模块采用8 榀桁架连接组成，3m 围堰模块采用6 榀桁架连接组成，2m 围堰模块采用4 榀桁架连接组成，模块与模块竖向采用滑轨式承插连接，迎水斜面及底部水平杆，采用连杆连接，水面以下连杆在排水过程中连接。

（3）围堰模块桁架拼装完成后，在迎水斜面铺设钢丝网片，钢丝网片用马鞍螺栓固定在桁架上，钢丝网片的裁剪端向背水面弯曲，防止刺破防水布，另外，为了预防桁架、钢丝网对防水布的损坏，钢丝网上面先铺设1 层无纺布。

3.4 吊装钢围堰

（1）根据现场情况及模块重量，经过计算，吊装采用80t 汽车起重机，屯佃泵站、前柳林泵站起重机安放在反向调水反向翻板闸的右岸，埝头泵站起重机安放在反向调水反向翻板闸的左岸。

（2）为了保证围堰模块在吊装过程中水平且不变形，每组围堰模块采用4 点吊装法起吊，吊装前通过试吊，找准吊装点。

（3）模块围堰安装在翻板闸闸墩端部，从靠近起重机端依次组装；为了保证围堰顺直，在两个翼墙间用钢丝设置水平线。

（4）围堰模块第一组延控制线紧贴翼墙放置渠道底部，第二组模块垂直插入到第一组预留的承插口内，第二组模块放到渠底稳定后，调整水平并将露出水面部分未连接的拉杆进行固定。

（5）为了保证围堰钢架与翼墙有效连接，围堰桁架随翼墙形状增加或减少桁架，并在边榀桁架设置顶杆，待全部围堰模块组装完成后，把露出水面的翼墙顶杆进行紧固，并在围堰顶部铺设工作平台。

3.5 防水布铺设

（1）防水布铺设范围从围堰两段至翼墙顶，围堰坡脚前延伸3～5 倍的水头长度，目前，屯佃泵站挡水高度2.31m、前柳林挡水高度1.85m、埝头泵站挡水高度1.23m，通过计算防水布水平长度为6.9～11.5m，综合考虑，本次防水布铺设在围堰坡脚前延伸10m。

（2）防水布通过工厂加工定做成28m*15m 双层一体形式，为了便于铺设及拆除吊装，在防水布中部设置充气仓及吊装带，并将四周边缘15cm 范围内进行加强处理，且间隔100cm 均匀设锁定环。

（3）防水铺设前，先将防水布折叠成28m 长的轴状运至到围堰顶部平台，在岸上、半圆岛房顶及河道内用大绳锁住防水布端头向前拉，围堰顶部人员随着打开防水布，待防水布充气部分拉平后，进行充气，让防水布漂浮在水面上后，继续向前拉伸，直至防水布全部摊平，在拉伸的过程中，严禁防水布入水，待全部摊平后，在防水布末端，每间隔1m 固定一个沙袋，沙袋固定完成后，对防水布进行排气，并将防水布末端沉入到水中。

（4）沙袋压实，沙袋采用防水布定做成100cm*50cm桶状袋，袋口设有可抽拉锁扣的吊绳，吊绳长度2.5m，吊绳末端设置吊装环，并在末端固定塑料浮漂。砂袋内装入3/4 粗砂，将袋口锁紧沿着入水防水布的末端开始，依次向围堰方向投入沙袋，将防水布与河底压实。

3.6 围堰排水

防水布铺设完成后，在翻板闸基坑内安装2 台6 寸排水泵，将翻板闸侧水抽入到围堰另一侧，在抽排的过程中，随着水位的下降，逐一固定两组模块围堰连接杆及与翼墙相接的顶杆，如果设计的连接杆不能有效固定，采用槽钢加固。在排水的过程中，加强观察围堰的稳定及渗水情况，如发现渗水，在对应渗水部位投入沙袋压底。如发现围堰有变形，立刻停止排水，分析原因，进行加固处理。

3.7 拆除围堰

（1）翻板闸维修完成后，拆除模块围堰最下段连接杆及翼墙顶杆，并通过技术供水向后池补水。

（2）待围堰两侧水位平衡后，用吊车锁住砂袋浮漂处的吊环，依次将砂袋吊出到岸岸上晾晒。砂袋全部清理干净后，为防水布充气，让防水布浮出水面，用吊车锁住防水袋中部的吊带，将防水布吊出到河岸进行晾晒。模块围堰连接杆拆除后，将分组模块围堰吊出河道进行解体。

（3）河道内施工遗留物用船全部打捞干净。

4 工程效益

模块化围堰，平均折算到每延米围堰费用为12000 元，尽管和普通桩膜围堰相比较前期投入偏高，但通过重复使用后，明显减少了后期的维护、维修施工成本。该模块化围堰重复使用3 次后，每米拼接安装费用约2000 元，不足桩膜围堰费用的30%。模块化钢围堰对密云水库调蓄工程的屯佃泵站、埝头泵翻板闸门的机械、液压缸渗油、油路密封渗漏、开度仪显示开度与实际不一致、前池技术供水取水口过滤网检查及更换等问题进行维修。围堰建设、转场便捷，使设备设施整体维修效果得到更大保障。

观察2022 年度设备设施维修使用情况，初期材料成本基本已经分摊完成，后期仅投入了安装、倒运费用。以长远的眼光看待问题，通过技术创新不仅能够为企业创造经济效益，还帮助国家节约了大量能源。

5 结语

围堰搭设分化成不同的功能模块，用标准化、模块化、通用化生产实现工厂制造，围堰可以现场在地面上根据需求随意组装，采用起重机分块吊装，整个过程只花费数小时即可完成，打破传统水上作业习惯，减少了安全风险。围堰模块化，易于运输安装，且重复使用、减少浪费。围堰模块化使施工时间更短、质量更好，减少成本支出，充分体现工业化生产内在优势。

围堰模块化的应用为水利工程施工标准化管理、水工建筑物标准化管理增色添彩。科技的发明与进步，为模块集成围堰搭设提供技术支持，形成了自由多变、科学智能、同自然和谐共舞、融合现代与传统工艺的水利工程施工措施。