河流中取水頭的圍堰結構及其施工方法

鄔靜芝

(中國五冶集團有限公司,四川成都 610051)

1 技術背景

該取水頭結構施工項目中，根據(jù)設計要求，取水頭結構需在離泵房400 m處進行圍堰施工，形成一圈外圍堰，取水頭處圍堰頂部距河床6 m，河床較取水頭結構底部高差為6 m，圍堰后存在約9 m的高差。隨著圍堰延伸進度，河道逐漸變窄，水流湍急，水深增加，對圍堰前端的結構部分不利影響較大，出現(xiàn)了圍堰滲漏量大的情況。10臺水泵同時運轉(zhuǎn)不能有效的降低圍堰內(nèi)因滲漏形成的水位，抽水效果不明顯，且圍堰確切滲漏點的位置也無法確定，工期又十分緊張。同時，開挖取水頭結構的基坑時，圍堰會出現(xiàn)管涌、流沙情況，嚴重影響了施工安全。管涌使得基坑施工區(qū)域內(nèi)積水，無法有效對取水頭結構區(qū)域進行施工。另外，湍急的水流以及圍堰結構出現(xiàn)的管涌、流沙等情況會影響整個圍堰堰體結構的穩(wěn)定性，圍堰堰體的結構穩(wěn)定是保證圍堰內(nèi)施工作業(yè)安全可靠的基礎條件。

2 施工方法

針對上述存在的問題，提供了一種用于河流中取水頭結構施工的圍堰結構及其施工方法，加寬圍堰、復合土工膜及樁體使得外圍堰前端的結構部分的滲漏量大大減少，加強了外圍堰的結構強度。同時，內(nèi)圍堰使得取水頭結構施工區(qū)域的施工作業(yè)更加安全可靠，能有效對取水頭結構進行施工作業(yè)。

采用的技術方案如下：用于河流中取水頭結構施工的圍堰結構，包括外圍堰，外圍堰又包括上圍堰、端圍堰和下圍堰依次連接而成。端圍堰的內(nèi)側和上圍堰的前端內(nèi)側均設置有加寬圍堰。加寬圍堰與端圍堰和上圍堰之間鋪設有復合土工膜，加寬圍堰與下圍堰之間的區(qū)域修筑有內(nèi)圍堰。取水頭結構的施工區(qū)域位于下圍堰與內(nèi)圍堰之間的區(qū)域，內(nèi)圍堰圍擋住取水頭結構的前端和上游端，內(nèi)圍堰的一端與下圍堰修筑連接在一起；上圍堰前端、下圍堰前端和端圍堰的堰體內(nèi)通過高壓旋噴的方式設置有若干樁體，相鄰的樁體之間擴散連接在一起，形成止水帷幕；加寬圍堰及復合土工膜使得外圍堰前端的結構部分的滲漏量大大減少，同時加強了外圍堰的結構強度，相鄰樁體之間形成的止水帷幕起到了擋水的作用，有效減少了堰體的滲漏量。

(1)加寬圍堰從外往內(nèi)包括墊料層和填筑層。墊料層鋪設在復合土工膜上，墊料層為開挖的坡積土、黏土或者粉黏土。填筑層為開挖的土石料，填筑層內(nèi)側面的下端設置有細土麻袋，細土麻袋壓實填筑層內(nèi)側面的下端。加寬圍堰內(nèi)設置有若干加固基石，加固基石對加寬圍堰起到基礎支撐和加固的作用。內(nèi)圍堰由片塊石填筑而成，內(nèi)圍堰的外側面也鋪設有復合土工膜。墊料層的鋪設對復合土工膜起到了保護的作用，防止填筑層的土石料對復合土工膜形成損壞。細土麻袋對填筑層內(nèi)側面的下端起到了壓實作用，防止下端的土石料被帶走。加固基石對整個加寬圍堰結構起到了支撐和加固的作用，增加了堰體的結構強度，此處的復合土工膜能夠有效減少內(nèi)圍堰的滲漏量。

(2)內(nèi)圍堰與加寬圍堰之間設置有排水明溝。排水明溝的軌跡與加寬圍堰的軌跡平行，且圍堰的修筑軌跡。排水明溝的一端與一集水坑相連通，排水明溝縱向坡度為1 %～3 %，集水坑低于排水明溝的最低點。內(nèi)圍堰與取水頭結構之間也設置有排水明溝，排水明溝的軌跡與內(nèi)圍堰的軌跡平行，且圍擋住取水頭結構的前端、上游端和下游端。排水明溝上也連接有一集水坑，排水明溝的引水縱向坡度為1 %～3 %，集水坑低于排水明溝的最低點，排水明溝和集水坑內(nèi)均鋪設有塑料膜。通過泵對集水坑內(nèi)收集的積水進行抽排，排水明溝和集水坑的設置使得內(nèi)圍堰內(nèi)以及內(nèi)圍堰與加寬圍堰之間的滲漏積水能夠得到有效排出，塑料膜的設置能夠有效防止積水在排水明溝和集水坑中回滲進土壤中。

(3)在已經(jīng)修筑完成的外圍堰內(nèi)側面鋪設復合土工膜。外圍堰包括上圍堰、端圍堰和下圍堰依次連接而成，復合土工膜鋪設在端圍堰的內(nèi)側和上圍堰的前端內(nèi)側，然后在復合土工膜的表面修筑加寬圍堰。加寬圍堰包括墊料層和填筑層，墊料層鋪設在在復合土工膜的表面。墊料層為坡積土、黏土或者粉黏土，且不能混入有尖銳輪廓的雜質(zhì)。填筑層鋪設在墊料層的表面，為土石料。最后在加寬圍堰與下圍堰之間的區(qū)域修筑內(nèi)圍堰，取水頭結構的施工區(qū)域位于下圍堰與內(nèi)圍堰之間的區(qū)域，內(nèi)圍堰圍擋住取水頭結構的前端和上游端，內(nèi)圍堰的一端與下圍堰修筑連接在一起。

(4)在鋪設復合土工膜、修筑加寬圍堰和內(nèi)圍堰之前，先在上圍堰前端、下圍堰前端和端圍堰的堰體內(nèi)通過高壓旋噴的方式設置有若干樁體。首先在外圍堰上測放旋噴點位，再以HM-90型潛孔鉆機引孔并安裝φ75×2 mm的PVC管，然后錘擊旋噴鉆桿、噴頭直至進入河床巖層不小于1 m，安裝高壓管路，由下至上旋噴注漿，最后在樁頭回灌補漿。高壓旋噴注漿是利用高壓噴射水泥漿，強力沖擊劈裂土體，使水泥漿與之混合，經(jīng)過凝結固化，在土體中形成強度較高的樁體，通過調(diào)整樁的間距可以讓樁與樁進行咬合，形成止水帷幕達到止水的目的。水泥漿具體為PO42.5R水泥，水泥漿中加入3 %早強劑、適量水玻璃提高注漿的早期強度，具體設置兩排樁體，排間距為300 mm，單排樁體樁心距為600 mm，高壓旋噴樁樁徑450 mm，注漿噴嘴直徑在2.0～2.8 mm范圍內(nèi)，高壓水泥漿的壓力為30 MPa，保證旋噴效果。

(5)在進行高壓旋噴注漿前，先在外圍堰內(nèi)蓄水，減少內(nèi)外水頭壓力差，再進行旋噴注漿操作。注漿完成后，控制保持蓄水水位與河面水位的高度差為2 m，待注漿凝固后，再抽排外圍堰內(nèi)的蓄水。蓄水能夠盡量減少堰體內(nèi)外側的水頭壓力差，保證注漿過程的順利進行，防止注漿因為壓差過大而通過縫隙流失。具體根據(jù)水位標志，專人24 h適時啟停抽水設備，使水面大致保持這一狀態(tài)，以減少外圍堰的水壓力。

(6)修筑內(nèi)圍堰時，先測量放樣，再進行基礎淤泥的處理。在處理時，先采用長臂挖機下挖至巖石層，并用水泥拌和淤泥，水泥重量比不小于淤泥的6 %，然后拋大塊石擠淤泥，再通過自卸汽車將片塊石運至施工現(xiàn)場并卸下，采用推土機通過進占法將片塊石鋪筑至完成擠淤泥位置，并采用18 t以上壓路機逐層進行碾壓。對于局部無法碾壓到的部位則采用蛙式打夯機或直立打夯機進行碾壓，直至整個內(nèi)圍堰修筑完成，最后在內(nèi)圍堰的外側鋪設復合土工膜。

(7)完成內(nèi)圍堰的修筑施工后，再在加寬圍堰和內(nèi)圍堰之間設置排水明溝和集水坑，排水明溝與集水坑相連通，排水縱向坡度范圍為1 %～3 %。施工過程中及時對排水明溝進行清淤，以防堵塞，并對排水明溝和集水坑的內(nèi)表面采用M7.5砂漿抹面，排水明溝和集水坑內(nèi)均鋪設有塑料膜。M7.5砂漿抹面和塑料膜能夠有效防止積水在排水明溝和集水坑中回滲進土壤中。

與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案的有益效果為：加寬圍堰、復合土工膜及樁體使得外圍堰前端的結構部分的滲漏量大大減少，加強了外圍堰的結構強度。同時，內(nèi)圍堰使得取水頭結構施工區(qū)域的施工作業(yè)更加安全可靠，能有效對取水頭結構進行施工作業(yè)。

3 具體實施方式

3.1 實施例1

如圖1～6所示，用于河流中取水頭結構施工的圍堰結構，包括外圍堰。外圍堰包括上圍堰、端圍堰和下圍堰，并依次連接而成。端圍堰的內(nèi)側和上圍堰的前端內(nèi)側均設置有加寬圍堰。加寬圍堰與端圍堰和上圍堰之間鋪設有復合土工膜。加寬圍堰與下圍堰之間的區(qū)域修筑有內(nèi)圍堰。取水頭結構的施工區(qū)域位于下圍堰與內(nèi)圍堰之間的區(qū)域，內(nèi)圍堰圍擋住取水頭結構的前端和上游端。內(nèi)圍堰的一端與下圍堰修筑連接在一起，外圍堰內(nèi)外側的坡比范圍為1∶3～1∶4，具體為1∶4。加寬圍堰內(nèi)側的坡比范圍為1∶4～1∶5，具體為1∶5。內(nèi)圍堰的坡比范圍為1∶3～1∶4，具體為1∶4。加寬圍堰的頂部寬度為6 m，內(nèi)圍堰的頂部寬度為8 m。上圍堰前端、下圍堰前端和端圍堰的堰體內(nèi)通過高壓旋噴的方式設置有若干樁體，相鄰的樁體之間擴散連接在一起，形成止水帷幕，具體設置兩排樁體，排間距為300 mm，單排樁體的樁心距為600 mm，高壓旋噴樁樁徑450 mm，注漿噴嘴直徑在2.0～2.8 mm范圍內(nèi)。

圖1 圍堰平面

圖2 圍堰A-A剖面

圖3 圍堰A-A剖面圖中B處詳圖

圖4 圍堰A-A剖面圖中C處詳圖

圖5 圍堰A-A剖面圖中D處詳圖

加寬圍堰從外往內(nèi)包括墊料層和填筑層。墊料層鋪設在復合土工膜上，為開挖的坡積土、黏土或者粉黏土。填筑層為開挖的土石料，墊料層不能混入有尖銳輪廓的雜質(zhì)，例如塊石、樹根等。內(nèi)圍堰由片塊石填筑而成，內(nèi)圍堰的外側面也鋪設有復合土工膜。填筑層內(nèi)側面的下端設置有細土麻袋，細土麻袋設在壓實填筑層內(nèi)側面的下端。加寬圍堰內(nèi)設置有若干加固基石，加固基石設置在填筑層內(nèi)，加固基石對加寬圍堰起到基礎支撐和加固的作用。

3.2 實施例2

如圖1～圖2、圖5～圖7所示，在實施例1的基礎上，內(nèi)圍堰與加寬圍堰之間設置有排水明溝。排水明溝的軌跡與加寬圍堰的軌跡平行，且圍擋住內(nèi)圍堰的修筑軌跡。排水明溝的一端與一集水坑相連通，排水明溝的引水縱向坡度為1 %～3 %，集水坑低于排水明溝的最低點。內(nèi)圍堰與取水頭結構之間也設置有排水明溝，排水明溝的軌跡與內(nèi)圍堰的軌跡平行，排水明溝的軌跡圍擋住取水頭結構的前端、上游端和下游端。排水明溝上也連接有一集水坑，排水明溝的引水縱向坡度為1 %～3 %，集水坑低于排水明溝的最低點，排水明溝和集水坑的內(nèi)表面采用M7.5砂漿抹面。排水明溝和集水坑內(nèi)均鋪設有塑料膜，塑料膜具體鋪設于M7.5砂漿抹面上，堰體的滲水進入排水明溝，并通過排水明溝匯集到集水坑中，通過排水泵抽排集水坑中的積水。

圖6 圍堰A-A剖面圖中E處詳圖

圖7 降排水系統(tǒng)剖面

4 結 論

通過實例1、實例2的施工處理，保證了河流中取水頭圍堰結構的穩(wěn)定，且達到了防滲漏和止水的目的。