水利工程堤圍加固工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

◎ 邱香美 惠州市水電建筑工程有限公司

隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展進(jìn)步，水利工程的功能要求越來越高，如今的水利工程都具備基本的抗震防洪作用。洪災(zāi)給人民群眾帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失是慘重的，當(dāng)前防洪工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)有待提高。堤圍由于長期處于較差的自然環(huán)境，已修建的堤圍抗洪等級普遍較低，堤身施工質(zhì)量差，堤圍不牢固等會嚴(yán)重威脅人民的生命安全。為了保障堤圍工程質(zhì)量，降低崩岸情況，需對存在安全隱患的堤圍進(jìn)行加固處理，重點(diǎn)把控堤圍加固工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。

1.工程概況

某工程是廣州市東江河上的一座江心島，東臨新洲，西臨麥洲，北面與創(chuàng)新南路相望。島內(nèi)主要是大墩村的村民耕地，該島長年被東江河水沖刷，堤岸侵蝕，水土流失嚴(yán)重，存在較大的安全隱患。為了保護(hù)堤圍內(nèi)的耕地及人民生命安全，需對該島3.5km上的護(hù)岸堤圍進(jìn)行加固。

2.堤圍加固工程的影響因素

堤圍加固工程建設(shè)的影響因素包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程造價(jià)、交通條件、施工場地條件、水文氣象條件和環(huán)境質(zhì)量等。堤圍加固工程設(shè)計(jì)要結(jié)合工程特點(diǎn)，因地制宜，設(shè)計(jì)安全可靠具有經(jīng)濟(jì)效益的施工方案。

該島堤圍加固工程屬于小規(guī)模工程，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）定位為5級工程級別，10年一遇抗洪設(shè)防，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）進(jìn)行安全加固；該工程建設(shè)的總投資約為1000萬，充分考慮投資成本后進(jìn)行施工設(shè)計(jì)及施工技術(shù)選?。皇┕^(qū)位于島內(nèi)，離北面陸地最近的距離約150m，需要依賴水路交通，工程建設(shè)施工所用的物料和機(jī)械設(shè)備等可先通過附近的公路運(yùn)輸至碼頭再通過船只送至東江河對面的施工現(xiàn)場；施工場地主要在島上，施工用的生產(chǎn)設(shè)施布置在北面大墩村附近的碼頭，施工人員的辦公和吃住依托大墩村空地建設(shè)板房。

廣州地區(qū)5～10月為臺風(fēng)多發(fā)季節(jié)，降水量較多，堤圍工程的施工期選定在11～次年4月雨水較少的季節(jié)比較有利；堤圍加固的施工用水可采用東江河水，島內(nèi)施工用電可使用發(fā)電機(jī)組發(fā)電，辦公用水用電可利用大墩村水電；東江河屬于廣州市飲用水管控區(qū)，施工時(shí)要對排放的污水進(jìn)行過濾處理，回收施工產(chǎn)生的污染物。

3.堤圍加固工程的設(shè)計(jì)

綜合考慮上述影響因素以后，該島堤圍加固工程決定采用拋石加固，結(jié)合施工機(jī)械數(shù)量、人員配備、堤圍沿線堤身情況等進(jìn)行堤圍加固工程設(shè)計(jì)。

3.1 堤圍加固的施工設(shè)計(jì)

堤圍加固工程的設(shè)計(jì)要根據(jù)施工技術(shù)的特點(diǎn)而定，該島堤圍目前最大的安全隱患是存在高水位沖刷產(chǎn)生崩岸的情況，根據(jù)防洪除險(xiǎn)的要求，結(jié)合崩岸產(chǎn)生的潛在可能、施工機(jī)械設(shè)備、施工場地條件等因素綜合考慮加固措施。由于堤圍處在島上，考慮經(jīng)濟(jì)性和適用性及減少對河流環(huán)境影響等因素，本工程加固堤圍河岸線決定采用鉛絲石籠拋石護(hù)岸進(jìn)行加固。該加固技術(shù)對施工設(shè)計(jì)要求較簡單，重點(diǎn)要結(jié)合廣州的天氣特點(diǎn)安排適當(dāng)?shù)娜肆?、物力和機(jī)械設(shè)備，減少資源浪費(fèi)。

3.2 堤圍加固橫斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)廣州市水利部門統(tǒng)計(jì)的東江河有關(guān)站點(diǎn)潮位資料數(shù)據(jù)，推測大塘洲的平均潮位均值約為0.8m?！兜谭拦こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》對坡式護(hù)岸明確指出平臺頂部高程應(yīng)高枯水位0.5～1m，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際勘察情況，并增加一定安全儲備，本工程護(hù)岸平均高程設(shè)計(jì)為1.5m。

《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對拋石護(hù)岸坡度的穩(wěn)定邊坡一般要求在0.25～0.5，結(jié)合現(xiàn)場地形和勘察測量情況，設(shè)計(jì)護(hù)岸堤圍坡度比為0.4～0.5?？紤]到堤段處東江河船只運(yùn)行會增加波浪，《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》指出消除波浪平臺的設(shè)計(jì)寬度宜≥3m，根據(jù)計(jì)算，整個(gè)護(hù)岸沿線的平臺計(jì)算寬度均＜3m，設(shè)計(jì)3m寬的護(hù)岸平臺比較合理。

經(jīng)過現(xiàn)場勘查測量報(bào)告堤圍護(hù)岸主要有3 種典型的橫斷面：一是橫斷面的坡度比為1∶2.5，平臺寬度為3 m，適用斷面工程樁號K0+000～K0+269；二是橫斷面坡度比為1∶2，平臺寬度為3m，適用斷面工程樁號K0+496～K0+648、K0+835～K1+325、K1+508～K1+666以及K4+157～K4+235；三是橫斷面的坡度比為1∶2.5，平臺寬度為3 m，適用斷面工程 樁 號K1+325～K1+508和K2+132～K3+994。三種典型橫斷面設(shè)計(jì)采用拋石加固基本可以維持堤圍堤身的原狀，完全符合規(guī)范要求。

4.堤圍加固工程的施工技術(shù)

4.1 拋石加固施工技術(shù)原理

拋石加固的原理主要是通過鉛絲石籠把石頭包裹成整體，然后通過自重或強(qiáng)夯方式把河堤基礎(chǔ)的淤泥位置占據(jù)，達(dá)到加固堤圍的作用。施工作業(yè)時(shí)首先清理河堤基表，然后將鉛絲石籠投至指定位置，最后用拋石船把石頭拋投至鉛絲石籠強(qiáng)夯至與河灘設(shè)計(jì)高程一致。

通過石籠網(wǎng)將石頭組裝成堤圍，經(jīng)過專家評估，施工過程中對河流的環(huán)境影響較小，鉛絲石籠施工成本低、施工運(yùn)輸便利，不需要特殊技術(shù)；石籠網(wǎng)也是一種柔性結(jié)構(gòu)，可以承受大變形以及抵抗不均勻沉降帶來的危害，耐腐蝕性強(qiáng)，還可以均勻承擔(dān)河水對堤圍的沖擊力，同時(shí)適合在水深流速大的護(hù)岸部位；石籠石縫里還能儲存一些淤泥，有利于植物的生長，提高與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

表1 計(jì)算對比表

4.2 施工器械設(shè)備

施工使用的器械設(shè)備是工程順利實(shí)施的保證，拋石前需準(zhǔn)備一定數(shù)量的船只（如運(yùn)輸船、拋石船）、測量儀器（如全站儀、皮尺、流速儀）、定位儀器（如GPS、定位船）和安全設(shè)備（如救生圈、救生衣）等。

4.3 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

拋石施工前合理劃分施工網(wǎng)格，方便施工，施工小區(qū)可采用8m×15m的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格，然后將施工網(wǎng)格分成2部分拋投，不足半?yún)^(qū)的部分可按定寬區(qū)域進(jìn)行施工。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖對拋投區(qū)的水深、水下地形情況摸底后計(jì)算出需要投石的數(shù)量，編制施工組織計(jì)劃。

測量放樣時(shí)先在拋投區(qū)附近的岸邊，根據(jù)前方或后方交會方法在測點(diǎn)處放一條施工基線，然后在已知測點(diǎn)放出一條正基線或斜基線，在基線上劃分的施工網(wǎng)格線處放出基線樁。測量放樣采用極坐標(biāo)法放出基線樁和方向樁的誤差需＜5mm，保證基線樁和方向樁與定位船視野良好。

施工用的石頭采用船只運(yùn)輸，因此需確定標(biāo)準(zhǔn)船型來裝載石頭，石頭的質(zhì)量要經(jīng)過測試，確定是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)簽字后方可投入使用，嚴(yán)禁使用不合格的石材。抽查石料的數(shù)量并進(jìn)行量方，監(jiān)理人員和質(zhì)檢人員要定期對石料進(jìn)行過磅，消除虛報(bào)情況。

船上挖掘機(jī)投石是一項(xiàng)難度較大的工作，操作時(shí)嚴(yán)格控制操作順序，保證拋投的安全。石料船掛前進(jìn)擋才可開始拋投，拋投結(jié)束掛離檔，各個(gè)施工網(wǎng)格的實(shí)際拋投量控制在計(jì)算拋投量上浮5%為宜，有序分層拋投，不可胡亂散拋。

堤圍拋石加固完成后觀察水下地形變化，一般采用專業(yè)的GPS系統(tǒng)測量水下地形并繪制水下地形圖，并與拋石前的水下地形圖進(jìn)行比較，確定投石加固的效果，該工程堤圍整體的抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果對比見表1。

5.結(jié)語

堤圍長期處在水流沖刷的環(huán)境中，長期受到侵蝕會降低其抗洪防澇能力，過去60年代到90年代修建的堤圍設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，施工工藝落后，隨著時(shí)間的流逝許多堤圍已經(jīng)不滿足安全使用的要求，對堤圍進(jìn)行加固是一種有效的經(jīng)濟(jì)措施。水利工程堤圍加固設(shè)計(jì)要因地制宜，根據(jù)實(shí)際情況采取適合工程實(shí)際的方案，做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、耐久。加固的施工技術(shù)要追求科學(xué)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，施工企業(yè)要善于利用尖端技術(shù)手段來提高工程質(zhì)量，降低施工成本。