拱圍堰技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

劉 蘋，唐志兵

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330000)

拱圍堰技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

劉 蘋，唐志兵

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330000)

水利工程對(duì)中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有至關(guān)重要影響，中國水利工程施工技術(shù)起步比較早，但是發(fā)展滯后，尤其是在水利工程拱圍堰施工過程中，還有很多地方需要完善。文章通過在水利工程基礎(chǔ)施工中多年的工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合四川省某做水利工程工程對(duì)鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的的具體應(yīng)用進(jìn)行深入分析，希望提高水利工程質(zhì)量和施工壽命有一定幫助。

鋼筋混凝土拱；圍堰；水利工程基礎(chǔ)施工；應(yīng)用

在水利工程建設(shè)過程必須建立臨時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，圍堰就是主要支護(hù)方式，圍堰主要的作用就是為了承擔(dān)河流的水壓和施工過程中施工材料的壓力，為水利工程下部分施工提供良好的施工空間。通過多年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，誕生出很多圍堰方式，比如：根據(jù)施工材料的不同，有土石圍堰、木質(zhì)圍堰、鋼板圍堰、鋼筋混凝土圍堰。文章著重論述鋼筋混凝土拱圍堰，在水利工程具體的施工過程中，要根據(jù)具體的施工技術(shù)和周圍地質(zhì)情況選擇合理的圍堰形式。鋼筋混凝土拱圍堰具有很強(qiáng)的抗腐蝕性和抗沖擊性以及防滲性，施工技術(shù)簡單，施工成本低的特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在水利工程基礎(chǔ)施工中，文章結(jié)合具體的工程案例對(duì)拱圍堰受力情況和鋼筋混凝土的材料的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行深入分析，對(duì)鋼筋混凝土拱和圍堰組合在實(shí)際水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用進(jìn)行深入探究，希望可以為相關(guān)單位提供一定的借鑒。

1 拱圍堰技術(shù)相關(guān)內(nèi)容

1.1 拱圍堰設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)主提供的設(shè)計(jì)資料，并結(jié)合施工現(xiàn)場的條件，確定施工導(dǎo)流方案一期圍堰采用黏土填筑戧堤至405m高程，戧堤頂寬3.5m，高程為405m。再在戧堤基礎(chǔ)上掏槽開挖河床砂卵石層，進(jìn)行黏土換基。然后將戧堤培寬加高至設(shè)計(jì)高程。最后在圍堰的迎水面鋪筑塊石加固圍堰。二期圍堰施工方案是根據(jù)業(yè)主提供的施工導(dǎo)流圖紙，利用一期施工期間修筑的上下縱向游混凝土圍堰，再右岸修筑上下游橫向大粒徑塊石圍堰戧堤至408m高程，然后再利用黏土培寬加高圍堰至412.6m高程，并進(jìn)行防滲處理。

1.2 拱圍堰的受力情況

拱的受力圖如圖1所示：

圖1 拱的受力分析圖

從圖1中可以看出，當(dāng)拱在豎向荷載的作用，不會(huì)產(chǎn)生豎向的反作用力，而是產(chǎn)生水平的推力，正是由于這個(gè)水平推力的存在，使得拱承受荷載和彎矩，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水利工程結(jié)構(gòu)的承受力，就能很大程度上就減少外物對(duì)拱橋荷載的損壞，所以在工設(shè)計(jì)過程中要對(duì)拱軸線對(duì)拱的受力情況進(jìn)行優(yōu)化，從而減少彎矩。如果不考慮外界因素對(duì)拱的影響，能后使得拱圈截面積不受到彎矩的影響。在鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用過程中，圍堰承受水平方面方向的水壓和施工材料的壓力和工拱的受力情況幾乎一樣，所以借助拱的受力情況為圍堰的施工提供重要的理論依據(jù)[2]。

1.3 拱圍堰施工技術(shù)的特性

鋼筋混凝土具有極強(qiáng)的硬度和抗壓性，但是抗拉能力比較弱。在水利工程施工過程中經(jīng)常使用的混凝土是C20，其抗壓強(qiáng)度是14.6MPa，但是抗拉強(qiáng)度只有1.25MPa。在施工過程中混凝土的強(qiáng)度還會(huì)受到溫度、環(huán)境的影響，而且在雙向壓力或者多向壓力的作用下，混凝土的抗壓強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，比如當(dāng)鋼筋混凝土受到雙向壓力時(shí)，其抗壓強(qiáng)度會(huì)增加到單向壓力的20%-30%?？傊?，鋼筋混凝土受到的不同方向的壓力越多，其抗壓強(qiáng)度就越強(qiáng)。由于鋼筋混凝土有這一特性，所以能夠很好的適用于圍堰施工過程中。

1.4 拱圍堰技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

在鋼筋混凝土拱圍堰結(jié)合了是鋼筋混凝土材料的特性和拱的受力情況的特性，不但優(yōu)化了圍堰的結(jié)構(gòu)，而且使得鋼筋混凝土的材料特性得到了充分的發(fā)揮。所以鋼筋混凝土拱圍堰具有以下幾個(gè)特點(diǎn)，①構(gòu)造比較簡單，施工成本比較低，能夠充分環(huán)境荷載的受力情況；②穩(wěn)定性極強(qiáng)，抗壓能力比較強(qiáng)；③在施工過程中選擇從上到下的施工方法，對(duì)周圍土質(zhì)的影響比較??；④鋼筋混凝土拱圍堰施工完成后，能環(huán)境橋墩承受的壓力[3]。

2 拱圍堰技術(shù)在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用

2.1 施工方案

拱圍堰技術(shù)水利工程應(yīng)用過程中要根據(jù)實(shí)際情況制定施工方案，承臺(tái)邊緣和河床地面的高度超過10m，如果在承臺(tái)建設(shè)中選擇鋼結(jié)構(gòu)的平臺(tái)進(jìn)行施工，就需要在水下進(jìn)行爆破，爆破以后還需要清理河床的雜質(zhì)，并把河床修理平整以后才能進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工。這種施工方案，需要消耗的時(shí)間比較長，而且施工成本會(huì)對(duì)大大增加，不能在第二年汛期來臨之完成水下結(jié)構(gòu)的施工，從而影響整個(gè)水利工程工程施工的工期。通過詳細(xì)的現(xiàn)場勘探，發(fā)現(xiàn)承臺(tái)基坑邊坡的穩(wěn)定性比較差，于是就放棄了原來水下爆破的施工方案，通過水下河床地形以及周圍的實(shí)際情況，決定采用鋼筋混凝土拱圍堰的施工方案，其施工結(jié)構(gòu)形式圖如圖2所示：

圖2 鋼筋混凝土拱圍堰施工結(jié)構(gòu)形式圖

2.2 鋼筋混凝土拱圍堰施工施工步驟

為了保證鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中發(fā)揮具體的價(jià)值和作用，在施工過程中要遵循以下幾個(gè)施工步驟：

1)在河流靠近航道的位置建立鋼板樁，形成一個(gè)有效的止水帷幕，防止河流中的水深入鋼筋混凝土拱圍堰中，侵蝕內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2)在邊坡開挖時(shí)通挖掘機(jī)進(jìn)行施工，把明確開挖的深度，在距離標(biāo)準(zhǔn)深度10-20cm時(shí)選擇人工開挖的方式，防止超挖或者深挖的現(xiàn)象發(fā)生，影響邊坡支護(hù)效果。并且把開挖的土方放置在合理位置，防止對(duì)造成塌方。如果在開挖過程中發(fā)現(xiàn)邊坡裂縫后者變形，要立即停止開挖，待處理好以后在進(jìn)行開挖。

3)在處理基巖過程中，先通過鑿巖機(jī)進(jìn)行破除，然后進(jìn)行清理殘破的巖石，對(duì)處理好的坡面，要第一時(shí)間噴射水泥砂漿進(jìn)行支出處理，避免在施工過程中遇到下雨天發(fā)生滑坡現(xiàn)象，開挖一層就要支護(hù)一層，不能等全部開挖完成以后統(tǒng)一進(jìn)行支護(hù)，防止開挖過程中產(chǎn)生破壞。同時(shí)要觀察基坑土體，如果發(fā)生變形或者滑坡等加固處理以后在進(jìn)行開挖。

4)在拱圈施工過程中要遵循從上到下的施工 原則，更加事先測量放線的位置進(jìn)行開挖，挖出拱圈以后要第1時(shí)間進(jìn)行鋼架綁扎和模板安裝，從而形成有效的支護(hù)基坑。

5)在拱圈澆筑混凝土拆模過程中，保證配置的混凝土強(qiáng)度超過拱圈50%后，才能進(jìn)行下一層的施工，同時(shí)要保證拱圈有20-30cm的重疊區(qū)域，從而形象科學(xué)合理的止水帶，保護(hù)鋼筋混凝土拱圍堰不被侵蝕[4]。

2.3 拱圈結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

在水利工程水利工程基礎(chǔ)施工中要對(duì)鋼筋混凝土的承載能力和使用的極限狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)合理的驗(yàn)算，從而保證施工的質(zhì)量鋼筋混凝土的強(qiáng)度能達(dá)到預(yù)期的效果，驗(yàn)算的內(nèi)容包括鋼筋混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗扭曲強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度等等。文章論述的鋼筋混凝土拱圍堰是水利工程基礎(chǔ)施工中的臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，對(duì)水利工程施工能否順利進(jìn)行有至關(guān)重要的作用，所有于要保證其驗(yàn)算的合理性。拱圈結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的包括：基本假設(shè)、周圍地質(zhì)參數(shù)、驗(yàn)算結(jié)果3個(gè)方面，這三方面環(huán)環(huán)緊扣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)影響到最后的驗(yàn)算結(jié)果，從而影響水利工程施工的整體質(zhì)量。

3 拱圍堰技術(shù)在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用的發(fā)展前景分析

鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用過程中，對(duì)水利工程周圍的地質(zhì)條件沒有太多的要求，而且能后很好的適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，而且鋼筋混凝土拱圍堰結(jié)構(gòu)比較簡單，受力明確，施工成本比較低，同時(shí)選擇分層施工的方法能很大程度上保證施工人員的安全，也不需要多么復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，施工方案和工藝具有很強(qiáng)的先進(jìn)性，所以在水利工程基礎(chǔ)施工過程中能夠得到廣泛的使用。相信隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在不久的的將來，一定會(huì)研究出更加科學(xué)、更加合理、更加經(jīng)濟(jì)使用的鋼筋混凝土拱圍堰技術(shù)[5]。

4 結(jié) 語

綜上所述，鋼筋混凝土拱圍堰對(duì)水利工程基礎(chǔ)施工有非常重要的意義，在實(shí)際施工過程中能發(fā)揮其技術(shù)代替不了的作用，而且鋼筋混凝土拱圍堰具有構(gòu)造簡單、安全系數(shù)高、施工從成本低、承載能力強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)，能夠適用各種復(fù)雜的環(huán)境要求，所以被廣泛的應(yīng)用在水利工程基礎(chǔ)施工過程中。文章通過具體的工程案例分析了鋼筋混凝土拱圍堰相關(guān)內(nèi)容，鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用，以及鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用的發(fā)展前景。希望對(duì)能提高鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用效率。

[1]彭撞,許明君,陳德華.鋼筋混凝土拱圍堰在水利工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用[J].公路交通技術(shù),2016(01):70-73.

[2]曠宇.沉入式混凝土套箱圍堰在水利工程承臺(tái)施工中的應(yīng)用分析[J].黑龍江交通科技,2016(05):117-118.

[3]劉勝高,劉豪.沉入式混凝土套箱圍堰在水利工程承臺(tái)施工中的應(yīng)用[J].交通世界(運(yùn)輸.車輛),2015(04):76-77.

[4]韓立軍.鎖扣鋼管樁在水利工程圍堰施工中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場,2015(10):48-49，51.

[5]吳菊花,何尤鳴.探析水利工程水下承臺(tái)施工中鋼圍堰的應(yīng)用[J].江西建材,2014(17):167.

Application of Arch Cofferdam Technology in Water Conservancy Engineering

LIU Ping and TANG Zhi-bing

(Jiangxi Provincial Water Conservancy & Hydropower Construction Limited Company, Nanchang 330000, China)

Water conservancy engineering has a crucial impact on the development of national social economy.The construction of water conservancy project begins earlier in China, but develops backward, and there are a lot of works to be improved especially during the construction of arch cofferdam. Based on over-years working experiences on basic construction of the water conservancy project, combined with a water conservancy project in Sichuan Province, this paper analyzed detailed application of steel reinforced concrete cofferdam in basic construction of the water conservancy project, hoping to be helpful for improving the quality and life of a water conservancy engineering.

steel reinforced concrete arch; cofferdam; infrastructure construction of hydraulic project; application

1007-7596(2016)11-0098-03

2016-10-17

劉蘋(1980-)，女，北京順義人，助理工程師，研究方向?yàn)榛A(chǔ)防滲；唐志兵(1980-)，男，江蘇如皋人，工程師。

TV52

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