組合式圍堰在雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中的應(yīng)用

陳洪偉，任元林

(1.北海市水利工程管理處，廣西 北海 536006；2.廣東省水利水電第三工程局，廣東 東莞 523710)

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組合式圍堰在雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中的應(yīng)用

陳洪偉1，任元林2

(1.北海市水利工程管理處，廣西 北海 536006；2.廣東省水利水電第三工程局，廣東 東莞 523710)

對(duì)雷州青年運(yùn)河灌區(qū)渠道襯砌工程中3種圍堰施工方案進(jìn)行對(duì)比，最后確定的組合式圍堰及其施工方法能夠充分利用槽鋼、夾板、彩條布自身結(jié)構(gòu)性能的特點(diǎn)，解決組合式圍堰擋水導(dǎo)流問題，降低了圍堰被破壞的風(fēng)險(xiǎn)和施工難度，加快了圍堰施工速度，降低圍堰總造價(jià)；總結(jié)組合式圍堰的施工經(jīng)驗(yàn)，為類似工程組合式圍堰施工及布置等技術(shù)問題提供借鑒。

運(yùn)河；組合式圍堰施工；渠道襯砌；施工新技術(shù)

1 工程概況

雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程位于廣東省西南部的雷州半島北部[1]，是一項(xiàng)以灌溉為主，結(jié)合沿線城鎮(zhèn)生活、工業(yè)用水，兼顧發(fā)電的綜合型水利工程[2]。工程投資14.89億，主要任務(wù)是對(duì)渠道底部和渠道邊坡進(jìn)行混凝土襯砌。灌區(qū)渠道線路長(zhǎng)，沿線地形、地質(zhì)條件變化大，渠道建筑物種類繁多、形式多樣，屬于線性施工項(xiàng)目，因此，生產(chǎn)及生活設(shè)施宜分散布置[3]。由于工程施工中需保持運(yùn)河不間斷供水，必須對(duì)主運(yùn)河32+800～75+000共計(jì)42.2 km的施工導(dǎo)流方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

主運(yùn)河32+800～75+000施工期不間斷供水流量情況如表1所示。

表1 不考慮灌溉用水、表面降雨、納水堰匯水的施工期流量

主運(yùn)河32+800～75+000為底寬17～26 m的梯形渠道斷面，內(nèi)邊坡1 ∶1.5，渠道縱向坡降在1/30 000～1/10 000。水深1.40～1.85 m的施工段采用拉森III型鋼板樁圍堰；水深≤1.40 m施工段，共擬定3個(gè)方案進(jìn)行比較。

1) 方案1：砂包圍堰方案

采用砂包作為一期、二期縱向圍堰，考慮到機(jī)械拆除砂包容易破損，人工拆除砂包較難，砂包圍堰不重復(fù)利用。圍堰頂寬0.5 m，圍堰迎水坡、背水坡均為1 ∶0.5，超高按0.3 m，并采用復(fù)合土工膜防滲，砂包圍堰設(shè)計(jì)斷面圖如圖1。

圖1 砂包圍堰設(shè)計(jì)斷面示意 (單位：cm)

2) 方案2：木樁+模板中間填土圍堰方案

圍堰的上下寬度均為1 m，圍堰的兩側(cè)采用木模板豎立支護(hù)，圍堰模板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層彩條布，圍堰中間回填土料，每隔0.5 m用一方木連接木模板的頂端，模板外側(cè)縱向每0.5 m打入一根2.6 m長(zhǎng)的木樁作為支撐骨架，木樁+模板中間填土圍堰設(shè)計(jì)斷面圖如圖2。

圖2 木樁+模板中間填土圍堰設(shè)計(jì)斷面示意(單位：cm)

3) 方案3：組合式圍堰方案

采用3.0 m的14 a槽鋼作為支撐骨架，槽鋼間距為0.33～0.91 m，入土深度為1.6 m；支撐彩條布的是由1.83 m×0.92 m木模板拼接而成的夾板，2塊模板正對(duì)疊加橫放，同時(shí)采用50*50等邊角鐵將上下兩塊模板加固連成整體并插入到土層，夾板入土深度為20 cm左右，夾板間搭接長(zhǎng)度約為10 cm同時(shí)夾板固定在槽鋼上；迎水面采用彩條布鋪設(shè)防滲，彩條布從夾板頂部一直鋪到底部，然后向迎水側(cè)延伸1.0 m左右，彩條布水下延長(zhǎng)部分，用一排土包疊加壓實(shí)，頂上部分用夾子夾在夾板頂上，組合式圍堰設(shè)計(jì)斷面圖如圖3、縱向剖面圖如圖4。

圖3 組合式圍堰設(shè)計(jì)斷面示意 (單位：m)

圖4 組合式圍堰縱向剖面示意

3 施工導(dǎo)流方案對(duì)比分析

3.1 砂包圍堰方案

在實(shí)踐中總結(jié)該方案特點(diǎn)如下：砂包圍堰施工是用人力，不能進(jìn)行機(jī)械化施工；砂包圍堰斷面尺寸大，造成渠道底部防滲混凝土板面積大幅度變窄；投資大、擋水效果不理想，降雨天氣水位上漲，易造成圍堰被沖毀施工面被淹；施工后期水下拆除圍堰困難且不能二次利用；在氣溫較低的冬季，完成100 m長(zhǎng)的單邊渠道試驗(yàn)段需要近2個(gè)月時(shí)間，施工進(jìn)度極其緩慢。

3.2 木樁+模板中間填土圍堰方案

木樁+模板中間填土圍堰施工試驗(yàn)段：圍堰防水效果不理想，增大施工面初期一次性排水以及后期經(jīng)常性排水的施工難度，達(dá)不到施工面干水施工的條件；圍堰橫斷面尺寸過大，造成渠道底部防滲混凝土板面積大幅度變?。荒緲队扇斯ご蛉?，施工難度大；木樁只有2.6 m長(zhǎng)，入土深度不足，圍堰常因水位變化發(fā)生倒塌事故，需要修復(fù)圍堰、二次抽水，施工進(jìn)度緩慢；施工后期圍堰拆除困難；施工投入的人力、物力與工程造價(jià)不成正比。

3.3 組合式圍堰方案

組合式圍堰方案的優(yōu)點(diǎn)：成本投入較低;以機(jī)械施工為主結(jié)合人工安裝夾板，操作簡(jiǎn)單、方便快捷；拆卸容易，周轉(zhuǎn)快；剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好，渠底的襯砌面積大；防滲效果好。試驗(yàn)段400 m長(zhǎng)度渠道襯砌只用15 d，施工速度大幅度提升。

4 組合式圍堰施工方案

4.1 圍堰抗傾覆安全計(jì)算

選用市面上常見的6 m長(zhǎng)14 a槽鋼作為圍堰骨架，將槽鋼切割成3 m 1段。組合式圍堰夾板水壓力分布圖與槽鋼土壓力分布圖如圖5，32+800～75+000各段對(duì)應(yīng)水深、地表地層巖性、圍堰基礎(chǔ)主要物理力學(xué)平均值如表2[4]。

圖5 組合式圍堰水壓力、土壓力分布示意

表2 各段對(duì)應(yīng)水深、地表地層巖性、圍堰基礎(chǔ)主要物理力學(xué)指標(biāo)值

采用朗肯土壓力理論對(duì)組合式圍堰的抗傾覆穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，將土類歸結(jié)為粘性土，采用水土合算的計(jì)算方法。對(duì)于粘性土，由于其滲透性較小，在計(jì)算土壓力時(shí)將地下水位以下的土體容重取飽和容重，水壓力的計(jì)算不再單獨(dú)計(jì)算后進(jìn)行疊加[5]。重力加速度取值9.8 N/kg。在懸臂式板樁墻計(jì)算中，考慮有一定的安全系數(shù)K，一般取K=2[6]。而在本工程中，由于槽鋼入土深度僅為1.6 m，抗傾覆安全系數(shù)適當(dāng)降低，取K≥1.5。經(jīng)過計(jì)算得出圍堰槽鋼的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3。

表3 各段樁號(hào)圍堰槽鋼入土深度、槽鋼間距、抗傾覆安全系數(shù)

4.2 組合式圍堰施工工藝

浮箱載PC 350挖掘機(jī)就位→挖掘機(jī)起吊槽鋼→挖掘機(jī)壓入槽鋼→一期圍堰夾板安裝→一期圍堰彩條布鋪設(shè)→一期壓腳土包施工→一期基坑排水→一期基坑土方開挖→渠道一期混凝土襯砌→二期圍堰夾板安裝→二期圍堰彩條布鋪設(shè)→二期壓腳土包施工→一期基坑放水→二期基坑合圍→二期基坑排水→一期圍堰壓腳土包拆除→一期圍堰夾板與彩條布拆除→二期基坑土方開挖→渠道二期混凝土襯砌→二期基坑放水→二期圍堰壓腳土包拆除→二期圍堰夾板與彩條布拆除→浮箱載PC350挖掘機(jī)就位→挖掘機(jī)起吊拆除槽鋼。

4.3 該方案的技術(shù)要點(diǎn)

1) 槽鋼的選擇與加工要求

槽鋼在圍堰中主要起到骨架支撐作用，因此槽鋼在夾板傳遞的水壓力以及受到的土壓力情況下，必須滿足圍堰排水后達(dá)到的抗傾覆穩(wěn)定要求。選用市面上常見的6 m長(zhǎng)14 a槽鋼，將槽鋼切割成3m 1段并對(duì)槽鋼入土端進(jìn)行削尖處理，以利于將其打入土中；在距離槽鋼頂部15 cm位置開一直徑為4 cm孔，便于槽鋼起吊與拆除；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的水深和地質(zhì)情況，計(jì)算出槽鋼入土深度統(tǒng)一為1.6 m，槽鋼間距在0.33～0.91 m之間。

2) 夾板安裝要求

夾板由1.83 m×0.92 m模板拼接而成，夾板主要是支撐彩條布的作用，能滿足一定的水壓而不變形，因此，夾板要有一定的鋼度，同時(shí)夾板頂部應(yīng)超出水面30 cm以消除降雨增加水深對(duì)圍堰的不利影響，夾板間搭接長(zhǎng)度約為10 cm同時(shí)夾板固定在槽鋼上。

3) 彩條布防水效果要求

彩條布的頂面超出水面30 cm，彩條布的壓腳寬度要滿足要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)和水深情況，選擇市面上常見的寬度為3.0 m的彩條布，彩條布的壓腳寬度為1.0 m，土包壓腳時(shí)先進(jìn)行平整地面，采用單排土包壓腳，起到穩(wěn)固彩條布和延長(zhǎng)水的滲徑作用。

4) 排水溝和集水井的設(shè)置要求

排水溝的底部高程要求低于開挖后高程0.3 m，集水井的底部高程低于排水溝底部高程約0.5 m。

5) 土方開挖要求

首先基坑的地下水位必須降至開挖面高程的0.3 ～0.5 m后進(jìn)行土方開挖，由于渠道深度大部分都超過6 m，采用兩臺(tái)挖掘機(jī)接力開挖和運(yùn)輸基坑的土方或采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)直接開挖和運(yùn)輸。

5 總結(jié)

組合式圍堰技術(shù)在湛江市雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中得到成功的應(yīng)用與推廣，施工實(shí)際效果表明，組合式圍堰與填土圍堰相比，具有施工進(jìn)度快、操作方法簡(jiǎn)單、占地空間小、重復(fù)利用率高、建設(shè)費(fèi)用低、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于城市內(nèi)的窄河涌堤岸整治工程，及其他水深較小、流急、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等軟基上不適宜用填土圍堰的工程也可借鑒使用。

[1] 陳洪偉，任元林.鋼板樁圍堰在雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2013(12)：46-50．

[2] 程嚴(yán).雷州青年運(yùn)河灌區(qū)改造工程施工組織設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，10(2)：13-16．

[3] 朱紅.淺談水利灌區(qū)改造工程中鋼板樁圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)應(yīng)用[J].廣東水利水電，2013(S1)：95-96．

[4] 戴兵國(guó)，區(qū)錦富.湛江市雷州青年運(yùn)河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程可行性研究報(bào)告[R].廣州：廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008．

[5] 高大釗.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999．

[6] 龔曉南.土力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Application of Combined Cofferdam to Irrigation District Rehabilitation and Water Saving Reform in Leizhou Youth Canal

CHEN Hongwei1, REN Yuanlin2

(1.Beihai City Water Project Management Office, Beihai 536006; 2.Guangdong 3rd Water Resources and Hydrpower Engineering Co.Dongguan 523710)

The comparison is made among three kinds of cofferdam construction scheme of lining project of Leizhou youth canal irrigation channels. Combined cofferdam and construction method can make full use of steel, plywood, color of the cloth structure performance. Combined cofferdam retaining water diversion problem is solved, and the risk and difficulty of construction cofferdam are greatly reduced, also the cofferdam construction speed is accelerated, the total cost of the cofferdam is reduced. Construction experience of combined cofferdam has been summarized, which providing the reference for the similar engineering combined cofferdam construction and arrangement of the technical problems.

canal, combined cofferdam construction，canal lining，construction of new technologies

2016-07-04;

2016-08-15

陳洪偉(1985)，男，碩士，工程師，從事水利工程建設(shè)管理及水利工程施工管理工作。

TV551.3

B

1008-0112(2016)08-0033-04