新型圍堰技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用研究

段禮坤

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的施工工藝及施工工法不斷涌現(xiàn)，圍堰技術(shù)作為水利工程施工中的一項(xiàng)主要施工技術(shù)，其也有許多創(chuàng)新的施工工藝及技術(shù)出現(xiàn)。本文對(duì)近年來(lái)的一些新型圍堰技術(shù)，膠凝砂礫石（CSG）圍堰、吹填圍堰、橡膠面板土石圍堰、新型貧膠硬填料圍堰技術(shù)、雙壁鋼與吹砂組合圍堰、土工格柵砂土圍堰、橡膠壩與土石圍堰組合圍堰以及堆石混凝土圍堰等進(jìn)行了歸納分析，以期為今后類似工程起到借鑒和幫助作用。

Abstract： With the development of the times and the advancement of science and technology， new construction techniques and construction methods continue to emerge. As a major construction technology in hydraulic engineering construction， cofferdam technology has many innovative construction techniques and technologies. In this paper， some new cofferdam technologies in recent years are analyzed， such as， coagulation sand gravel （CSG） cofferdam， dredging cofferdam， rubber panel earth and stone cofferdam， new lean rubber hard-filled cofferdam technology， double-wall steel and sand-blasting cofferdam， geogrid sand cofferdam， rubber dam and earth-rock cofferdam and rockfill concrete cofferdam， and so on， in order to provide reference and help for similar projects in the future.

關(guān)鍵詞：圍堰技術(shù);CSG圍堰;吹填圍堰;橡膠面板土石圍堰

Key words： cofferdam technology;CSG cofferdam;dredging cofferdam;rubber panel earth and stone cofferdam

中圖分類號(hào)：TU473.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）16-0122-03

0? 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展，推動(dòng)水利工程建設(shè)的高速發(fā)展。一些創(chuàng)新的施工工藝及施工工法也應(yīng)運(yùn)而生。圍堰技術(shù)是水利施工中的一項(xiàng)主要施工技術(shù)，可以說(shuō)圍堰工程的成敗關(guān)系到整個(gè)水利樞紐工程的成敗，因此其在水利工程施工中占有重要的地位。目前我國(guó)水電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)集中在西南一帶，但經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大渡河、雅礱江、瀾滄江這三大流域上開(kāi)發(fā)的大型水電工程在未來(lái)5-10年內(nèi)將基本開(kāi)發(fā)完畢，今后我國(guó)水電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)將集中在西藏、新疆等地區(qū)[1]。上述地區(qū)存在的一個(gè)共同點(diǎn)就是地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)于圍堰工程施工來(lái)說(shuō)，若基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜，則勢(shì)必會(huì)增加其施工難度。另外，我國(guó)作為建筑大國(guó)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將有更多的圍海造田工程、跨海大橋工程等投入建設(shè)，而新型圍堰施工工藝及施工工法可有望減小圍堰工程的施工難度，降低其工程造價(jià)，縮短其施工工期。因此，在這樣的背景下，歸納分析新型圍堰的施工技術(shù)，將對(duì)今后的圍堰工程起到一定的借鑒和幫助作用。

1? 常用圍堰種類及特點(diǎn)

圍堰技術(shù)其主要就是在水利施工中為了建造永久性水工建筑物，而修建的臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)圍護(hù)基坑，避免水以及土等物質(zhì)進(jìn)入到施工部位，保證施工環(huán)境的干燥，為施工帶來(lái)便利。另外，工程完工后，如若圍堰對(duì)主體工程的正常運(yùn)行有潛在威脅，或設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有將圍堰作為永久性建筑物，則可以將其合理的拆除。水利工程施工中所采用的圍堰有很多種，按其建筑材料可以分為土石圍堰、草土圍堰、袋裝土圍堰、鋼板樁格型圍堰、混凝土圍堰等。其中土石圍堰構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，但其工程量大，堰身沉降變形也較大;草土圍堰可就地取材，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，但不能承受較大水頭;袋裝土圍堰整體性好，機(jī)械化施工速度快，但它只適合一些工期較短的臨時(shí)工程中應(yīng)用;鋼板樁格型圍堰具有回收率高、占地少、安全可靠、機(jī)械化施工程度高等優(yōu)點(diǎn)，但其受水位變化和水面波動(dòng)的影響大，施工難度較高;混凝土圍堰抗沖與防水能力強(qiáng)，擋水水頭高，必要時(shí)還可以過(guò)水，但堰身部分混凝土需要水下施工，施工難度較大[2]。

2? 新型圍堰技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

2.1 膠凝砂礫石（CSG）圍堰? CSG筑壩技術(shù)主要是將膠凝材料和水添加到河床砂礫石或開(kāi)挖廢棄料等巖基材料中，然后經(jīng)過(guò)攪拌而形成的一種廉價(jià)筑壩材料，其性能介于堆石壩材料和碾壓混凝土之間。目前，CSG筑壩技術(shù)主要在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展研究并應(yīng)用于圍堰及高度不大的堤壩建設(shè)中，我國(guó)的應(yīng)用還不多，主要用于圍堰工程，例如，云南功果橋水電站上游圍堰，福建霍童溪洪口水電站上游過(guò)水圍堰等[2]。

CSG圍堰與土石圍堰相比，具有很好的抗沖刷能力，允許表面過(guò)流，具有一定的強(qiáng)度和剛體性質(zhì)，可以減小壩體的體積，同時(shí)又具有良好的地基適應(yīng)能力，減少了地基處理的工程量;與混凝土圍堰相比，兩者其整體性能差別不大，而且由于其可以就地取材，從而可大大節(jié)省水泥的用量，降低工程造價(jià)，如福建洪口水電站上游圍堰采用CSG圍堰方案，比原定的碾壓混凝土圍堰方案降低了28%的工程造價(jià)，縮短了25%施工工期[3]?？傊c傳統(tǒng)的土石圍堰及混凝土圍堰相比，CSG圍堰不僅在性能上能夠滿足圍堰工程的質(zhì)量要求，而且可大大減小工程的投資及工期，優(yōu)勢(shì)明顯。福建洪口水電站上游CSG圍堰剖面圖如圖1所示。

2.2 吹填圍堰? 吹填圍堰的圍堰體由上下兩個(gè)部分組成，下部由挖泥船吹填的砂礫石組成，上部堰體所用材料則由吹填的砂礫石備用料組成，其可通過(guò)人力或機(jī)械運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)至堰體頂部;吹填用的圍堰子體采用編織袋裝砂礫石填筑;防沖采用編織袋袋裝砂礫石和工程拆除的碴石鋪砌;防滲采用粘土心墻，具體剖面圖見(jiàn)圖2[4]。

這種新型圍堰，由于圍堰子堤所承受的水頭差很小，因此其斷面不需太大，從而降低了工程量，而且可以就地取材，即選取河灘上的礫石料裝入編織袋后進(jìn)行填筑，無(wú)需毀壞田地，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞較小;圍堰體采用挖泥船進(jìn)行吹填，施工速度較快，而且挖泥船所吹填的砂石料可以起到疏浚河道的作用。在江西省贛撫平原水利工程焦石攔河壩加固配套工程中這種新型的吹填圍堰技術(shù)得到了應(yīng)用，與土石圍堰相比，其縮短了幾個(gè)月的工期，使工程得以按照原定計(jì)劃，在9個(gè)月內(nèi)保質(zhì)保量順利完工，并且節(jié)省了直接工程投資250多萬(wàn)元。該工程竣工以來(lái)，運(yùn)行情況良好，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值，值得推廣應(yīng)用。

2.3 橡膠面板土石圍堰? 橡膠面板土石圍堰是一種由橡膠面板防滲層代替粘土心墻防滲體的新型土石圍堰，它利用橡膠的彈性高、防滲性好、造價(jià)低和施工簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，解決了土石圍堰在施工工藝、施工條件受限等方面出現(xiàn)的問(wèn)題;對(duì)其進(jìn)行可行性分析可知，由于圍堰的使用周期較短，橡膠的耐久性能夠滿足圍堰的使用壽命要求，而且橡膠面板部分可以拆卸，能夠重復(fù)利用，利于節(jié)約成本;另外，橡膠面板可以批量生產(chǎn)，生產(chǎn)速度快，而且安裝拆卸方便，可有效縮短施工工期，因此其值得推廣應(yīng)用[5]。橡膠面板土石圍堰的剖面圖如圖3所示，自迎水面向下游依次為塊石護(hù)坡、反濾墊層、橡膠面板防滲層、過(guò)渡層和堆石料。

2.4 新型貧膠硬填料圍堰技術(shù)? 新型貧膠硬填料筑壩技術(shù)是一種新型的碾壓混凝土筑壩技術(shù)，該技術(shù)是介于CSG筑壩技術(shù)與面板堆石壩之間的全新施工工藝。該技術(shù)是在壩址附近易于得到的河床砂礫石或開(kāi)挖棄渣等材料中加入少量膠凝材料（水泥和粉煤灰各半），經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單拌合后碾壓筑壩，在圍堰等臨時(shí)工程中具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。新型貧膠硬填料筑壩技術(shù)與CSG技術(shù)相比，其所需膠凝材料用量相對(duì)較小，骨料粒徑則相對(duì)更大，但其抗強(qiáng)度相對(duì)CSG技術(shù)偏小[6]。新型貧膠硬填料筑壩技術(shù)在貴州省沙陀水電站下游圍堰工程中得到了應(yīng)用，通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，此技術(shù)可大大縮短工期，有效降低工程造價(jià)，增加工程效益。值得推廣應(yīng)用。

2.5 雙壁鋼與吹砂組合圍堰? 這種新型組合圍堰，首先按照施工承臺(tái)的外形尺寸，在承臺(tái)外圍布置吹砂圍堰，使吹砂圍堰內(nèi)外的河水隔離;然后將圍堰內(nèi)的河水用泥漿泵抽出，待堰內(nèi)河水基本抽干時(shí)及時(shí)在吹砂圍堰內(nèi)側(cè)設(shè)置一圈井點(diǎn)降水系統(tǒng)，防止因吹砂圍堰內(nèi)外水頭差導(dǎo)致河床砂層滲流、管涌等現(xiàn)象發(fā)生;最后用卷?yè)P(yáng)機(jī)下放拼裝好的雙壁鋼圍堰，同時(shí)工人用高壓水槍沖刷河床，使雙壁鋼圍堰隨著河床的降低而逐漸下沉到位。在某大橋邊主墩承臺(tái)施工中采用了這種新型的組合圍堰施工技術(shù)，大大減小了施工投入，加快了施工進(jìn)度，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得其他工程借鑒應(yīng)用，更多的細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)[7]。雙壁鋼與吹砂組合圍堰剖面圖如圖4所示。

2.6 土工格柵砂土圍堰

該新型圍堰首先通過(guò)在軟弱地基上鋪設(shè)一層土工格柵加固地基，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用膜袋沖砂技術(shù)進(jìn)行圍堰堰體的修筑。其利用土工格柵有效提高了砂土的壓縮強(qiáng)度，提高了復(fù)合地基的承載能力，從而可有效減小堰體的斷面尺寸。該新型圍堰技術(shù)在廣東省中山市大涌口水閘圍堰工程中得到了應(yīng)用，實(shí)踐表明，在軟弱地基上用土工格柵修筑砂土圍堰，不僅可有效減小堰體的斷面尺寸，又可節(jié)約工程的總體投資成本，關(guān)于其更具體的細(xì)節(jié)，可詳見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。土工格珊砂土圍堰剖面圖，如圖5所示。

2.7 橡膠壩與土石圍堰組合圍堰

該新型圍堰是在土石過(guò)水圍堰堰頂上加設(shè)橡膠壩子堰的一種組合圍堰。采用此種方案，當(dāng)汛期時(shí)，橡膠壩放水坍頂泄洪，由于增大了河道的行洪斷面，因此可有效消除施工期淹沒(méi)賠償問(wèn)題;另外，在枯水期或汛期流量不大時(shí)，橡膠壩沖水升高壩頂，使圍堰上游保持高的運(yùn)行水位，以利于通航和發(fā)電，由此可獲得顯著的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。該新型組合圍堰在橋鞏水電站二期上游圍堰工程中獲得了應(yīng)用，在首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)到圍堰拆除的施工期內(nèi)，該方案使電站多發(fā)電量1.02億kWh，發(fā)電收入約合計(jì)為2600萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著[9]。由此可見(jiàn)，該新型組合圍堰施工技術(shù)，非常值得今后類似工程借鑒應(yīng)用。

2.8 堆石混凝土圍堰技術(shù)

堆石混凝土技術(shù)是利用自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性抗分離的性能，發(fā)展起來(lái)的一種新型大體積混凝土施工技術(shù)，它由體積相對(duì)較大的塊石和能夠自密實(shí)的混凝土構(gòu)成，具有水泥用量少，水化熱低，體積穩(wěn)定性好，綜合性能高，低碳環(huán)保的特點(diǎn)。堆石混凝土的堆石界面能與自密實(shí)混凝土膠結(jié)為一體，其性能如強(qiáng)度、抗?jié)B、密實(shí)性等均能達(dá)到工程技術(shù)要求。該新型混凝土是由清華大學(xué)金峰教授和安雪暉教授在2003年提出的，目前在國(guó)內(nèi)外眾多工程中得到了應(yīng)用，如金沙江向家壩電站，巴基斯坦AZAD PATTAN水電站圍堰工程等[10]。實(shí)踐表明，堆石混凝土技術(shù)用于圍堰工程具有施工技術(shù)簡(jiǎn)單、速度快、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊，值得今后類似工程借鑒采用。自密實(shí)混凝土充填堆石體形成堆石混凝土示意圖如圖6所示，堆石混凝土圍堰典型剖面圖如圖7所示[10]。

3? 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的施工工藝及施工工法不斷涌現(xiàn)，本文對(duì)近年來(lái)的一些新型圍堰技術(shù)如膠凝砂礫石（CSG）圍堰、吹填圍堰、橡膠面板土石圍堰、新型貧膠硬填料圍堰技術(shù)、雙壁鋼與吹砂組合圍堰、土工格柵砂土圍堰、橡膠壩與土石圍堰組合圍堰以及堆石混凝土圍堰等進(jìn)行了歸納分析，研究結(jié)果表明這些新型圍堰技術(shù)均具有可降低工程造價(jià)，縮短施工周期的特點(diǎn)，若這些圍堰施工技術(shù)得到推廣應(yīng)用，可有望獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得今后類似工程借鑒運(yùn)用。

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