淺談草土圍堰施工方法及控制要點(diǎn)

徐 冉

（安徽三洲水利建設(shè)有限公司,安徽 宿州 234000）

0 引言

在大唐電廠取水口改造工程中，水工建筑物繁多，單個(gè)建筑物工程量比較大，施工現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)狹小，水工建筑物施工時(shí)相互制約、相互影響，作業(yè)強(qiáng)度受作業(yè)場(chǎng)地限制，且位于黃河北岸邊，日常排水量大，加之汛期的影響，有效工期有限。為此，制定草土圍堰施工方案，必須精心策劃、科學(xué)組織，均衡施工，確保重點(diǎn)。

1 工程概述

大唐電廠取水口改造工程上游250km設(shè)有一座水文站，其上游80km設(shè)有安寧渡水文站，下游100km處設(shè)有下河沿水文站。該工程屬大（2）型Ⅱ等工程，其主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。其導(dǎo)流建筑物為4級(jí)，施工期洪水重現(xiàn)期為10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，施工期洪峰流量為2620m3/s。根據(jù)泵站布置條件及河道地形、水文資料,選擇束窄河床導(dǎo)流方案。導(dǎo)流分期洪水見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)流分期洪水流量

項(xiàng)目取水口改造工程圍堰為臨時(shí)建筑物，為4級(jí)建筑物。防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計(jì)，洪水流量2620m3/s，相應(yīng)水位1308.2m，圍堰采用草土圍堰結(jié)構(gòu)。圍堰總長(zhǎng)140m，上下游圍堰分別長(zhǎng)60m和38m，臨河圍堰長(zhǎng)42m，圍堰頂寬18m，堰頂高程1311.0m，堰底高程1300.49m，最大堰高為10.51m。為防止漩渦和束窄河面最大流速的沖刷，圍堰做鉛絲籠塊石護(hù)坡。導(dǎo)流設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 導(dǎo)流設(shè)計(jì)參數(shù)

圍堰的施工分為圍堰填筑、運(yùn)行維護(hù)和圍堰拆除3個(gè)階段。主要工程量：草土圍堰30930m3（運(yùn)距3.1km），鉛絲籠塊石1876.5m3，圍堰拆除32806.5m3。

2 圍堰施工方案與圍堰制備

2.1 圍堰施工方案

主體圍堰的施工主要為圍堰填筑，先從上游端開始，水下部分圍堰與上游部分鉛絲籠塊石相繼一次性完成。

圍堰由草土體、鉛絲籠拋石兩部分組成。第一階段草土體及鉛絲籠塊石以進(jìn)占法填筑為主，第二階段結(jié)合實(shí)際基坑開挖再加高圍堰為主。草土圍堰在水中填筑采用捆草法人工捆草、壓草、鋪散草、鋪土四道工序反復(fù)進(jìn)行。土料由反鏟挖掘機(jī)裝土，自卸汽車運(yùn)土，直接上堰頂部卸料，對(duì)圍堰也起相應(yīng)的壓實(shí)作用，并配合推土機(jī)平土碾壓，不但質(zhì)量好，工效高，且能夠加速堰體的下沉。當(dāng)?shù)谝粚硬萃恋奶钪瓿?，再按上述工序進(jìn)行第二層草土填筑，逐漸向前進(jìn)占。在進(jìn)占過(guò)程中，草土體端部始終保持為一個(gè)漂浮體，隨前端向中進(jìn)占，草土體后部逐漸下沉，直到與地基接觸為止。當(dāng)一段草土體已沉至河底后，應(yīng)在堰頂用機(jī)械碾壓，增加堰體的密實(shí)性。

填筑時(shí)采用上、下游兩頭進(jìn)行，分水下和水上2次完成，第一階段填筑高程1308.7m，鉛絲籠拋石緊跟草土體施工穿叉進(jìn)行。第二階段結(jié)合基坑開挖施工，采用挖掘機(jī)裝土，自卸汽車運(yùn)土，推土機(jī)分層碾壓至設(shè)計(jì)高程1311.0m為止。圍堰拆除采用挖掘機(jī)開挖，自卸汽車運(yùn)渣，個(gè)別部位用水下爆破拆除。

圍堰填筑分層示意圖如圖1所示。

圖1 草土圍堰填筑分段示意圖

2.2 圍堰材料用量計(jì)算及制備

（1）圍堰草土體材料由土、麥草、草繩或尼龍繩組成，其采購(gòu)的麥草、草繩或尼龍繩不能腐爛變質(zhì)，必須新鮮質(zhì)量好。

（2）麥草。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，相應(yīng)水深1m3草土體麥草用量為60~75kg，考慮損耗按85kg/m3計(jì)算，共需麥草用量為30930m3×0.085=2629.05t。上游圍堰用稻草，稻草用量為1117.3t；其它用麥草，麥草用量為1511.75t。

（3）草繩。草繩分腰繩和拉繩。扎草捆的腰繩直徑為1.2~1.5cm左右，要求抗拉強(qiáng)度在施工中不拉斷為原則，每捆草扎三道腰繩，一根草捆腰繩2.3m，每捆草腰繩總長(zhǎng)7m。每1m3草土埽需要6個(gè)草捆，考慮損耗10%，按6.6個(gè)計(jì)，共需草捆30930×6.6=204138（捆），共需草捆腰繩204138×7=1428966（m）。

（4）拉繩。將草捆、散草所鋪筑成的圍堰體固定拉住，要求質(zhì)量較好，直徑一般3cm左右，單根長(zhǎng)度為2×h+3（h為水深），設(shè)計(jì)洪水位1308.2m，河底高程為1300.49m，h=1308.2-1300.49=7.71,L=2×7.71+3=18.42（m）。共需拉繩長(zhǎng)度=204138×18.42=3760222（m），共需拉繩腰繩用量=1428966+3760222=5189188（m）。

（5）草土埽用土量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每立方米草土埽用土量為0.75m3，草土埽回填土量為0.75×30930=23197.5m3，松 散 系 數(shù)K1=1.29，K2=1.07，V1=V3/K2=23197.5/1.07=21680m3，需 用 土 量V2=K1×V1=1.29×21680=27968m3。

（6）拋鉛絲籠塊石。8#鉛絲用量：2.04×1876.5=3828.06kg；塊石用量:1.04×1876.5=1952m3。

草土圍堰主要材料及用量見(jiàn)表3。

表3 草土圍堰主要材料用量

3 圍堰施工要點(diǎn)及控制

3.1 第一階段草土圍堰填筑

（1）施工準(zhǔn)備；

（2）組織技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，熟悉施工圖紙及施工方法，并進(jìn)行安全技術(shù)交底，明確職責(zé)，統(tǒng)一指揮；

（3）配備足夠的勞動(dòng)力和機(jī)械設(shè)備；

（4）就近選擇草料堆放場(chǎng)，準(zhǔn)備足夠的麥草、草繩保證施工要求，在草土圍堰開始動(dòng)工時(shí)將麥草按設(shè)計(jì)要求提前加工成捆，其捆徑按0.5~0.8m，其長(zhǎng)度為1.5~1.8m（按不同水深改變不同的直徑和長(zhǎng)度）每捆草系三道腰繩，捆扎要牢固可靠，其數(shù)量、質(zhì)量滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求；

（5）在岸邊附近選擇滿足填筑要求的取土料場(chǎng)，預(yù)備一定的土料，干土應(yīng)適當(dāng)浸水處理；

（6）施工區(qū)域架設(shè)好施工照明線路及充足的照明器具,在施工道路彎道及道路狹窄處安設(shè)明顯標(biāo)志；

（7）測(cè)量放線，設(shè)置測(cè)量標(biāo)志。施工前及施工期間及時(shí)準(zhǔn)確地施放出圍堰填筑中心線。

3.2 圍堰填筑

圍堰的進(jìn)占先從上游開始。進(jìn)占前先將岸邊清理好，鋪填一層土料，再在第一層草捆上后退壓放第二層草捆，將草繩拉直。兩層草捆搭接長(zhǎng)度一般為1/2~2/3草捆長(zhǎng)，當(dāng)壓草層數(shù)較多時(shí)，搭接長(zhǎng)度可適當(dāng)減為1/2~1/3草捆。

當(dāng)草捆壓好后，再鋪一層厚約30cm厚的散草，填補(bǔ)捆草之間的空隙，同時(shí)要蓋住草繩。鋪草工序完成后，隨即灑水，使草料浸濕，以便于壓實(shí)，然后可在散草上鋪土，鋪土厚度一般為30~35cm（汽車上土?xí)r，厚度可增大到40cm左右），鋪好的土層可踩實(shí)或加夯壓實(shí)（一遍即可）。這樣，第一層草土的堆筑即告完成。依此方法捆草、壓草、鋪散草、鋪土、四道工序反復(fù)循環(huán)，逐漸向前進(jìn)占。

當(dāng)上游橫向圍堰進(jìn)占到橫向圍堰長(zhǎng)度后，開始從拐角處從上游向下游進(jìn)占。當(dāng)上游順?biāo)畤哌M(jìn)占到15~20m時(shí)，下游圍堰進(jìn)占開始。為防止漩渦的淘刷和圍堰束窄河面產(chǎn)生的最大流速?zèng)_刷，上游橫向圍堰和縱向圍堰采用鉛絲籠塊石護(hù)坡。

3.3 圍堰合龍、水上部分加高填筑與鉛絲籠拋石

龍口位置應(yīng)確定在下游側(cè)，距下游轉(zhuǎn)彎處直線平緩處，水流流速比較緩的位置，采用相互對(duì)接的辦法，草土互壓，鉛絲互拉，集中土料，迅速合龍。

圍堰合龍后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉降，第二次再?gòu)难唔斶M(jìn)行填筑加高。迎水側(cè)捆草放置方向平行于堰軸，靠基墻這一側(cè)草捆垂直堰軸。上述4道工序完成后，中間鋪土。從后向前鋪土，鋪土厚度為30cm，推土機(jī)碾壓。

鉛絲籠拋石緊跟草土埽施工相互穿插進(jìn)行，主要分為2個(gè)工序，一是加工籠，二是拋石。

3.4 第二階段圍堰填筑

第二階段圍堰填筑，既可與水上加高填筑同步穿叉進(jìn)行，也可在草土體完成后進(jìn)行。圍堰回填土要分層碾壓，每次鋪設(shè)厚度不大于30cm，密實(shí)度不小于0.95，采用挖掘機(jī)裝料，自卸汽車運(yùn)料上壩，推土機(jī)平整碾壓直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程1311.0m為止。

4 圍堰堰體的維護(hù)與拆除

4.1 圍堰堰體的維護(hù)

根據(jù)水情預(yù)報(bào)，對(duì)圍堰的防護(hù)和加固要足夠的重視，為防萬(wàn)一，備用一定數(shù)量的編織袋和鉛絲籠塊石，當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，要?jiǎng)佑靡磺辛α窟M(jìn)行搶險(xiǎn)加固圍堰堰體，確保圍堰堰體安全。圍堰堰體維護(hù)的任務(wù)是保證堰體在河水和雨水作用下安全可靠。

（1）堰體滲漏觀測(cè)。值班人員24h認(rèn)真觀測(cè)堰體的滲漏現(xiàn)象，如出現(xiàn)涌水現(xiàn)象應(yīng)立即進(jìn)行檢查，確定其準(zhǔn)確位置然后進(jìn)行補(bǔ)救，直至滲漏量小且為水清狀態(tài)。

（2）圍堰排水。在圍堰運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)圍堰內(nèi)側(cè)的滲水要進(jìn)行排出。在圍堰內(nèi)側(cè)沿軸線方向布置6臺(tái)水泵，泵距25m左右，設(shè)專人負(fù)責(zé)排水，保證泵站施工。

4.2 圍堰的拆除

開始拆除圍堰時(shí)，必須在泵房水下部分澆筑完畢，且將閘門安裝調(diào)試完成，具備下閘擋水條件后進(jìn)行。首先將鉛絲籠塊石拆除干凈，然后再進(jìn)行圍堰堰體拆除。堰體拆除分為兩層進(jìn)行，第一層拆至當(dāng)時(shí)河水位以上0.5m，從中間開始向兩側(cè)退挖。第二層基本為水下部分拆除，從合龍口開始，利用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)拆除水下堰體，兩側(cè)退挖逐步退至岸邊。對(duì)于難以拆除的個(gè)別部位，可采用水下爆破拆除。圍堰拆除要按設(shè)計(jì)要求盡可能大范圍地清理至河底高程1300.49m位置。

5 圍堰施工中存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

5.1 上游岸邊漏水嚴(yán)重

漏水原因是岸邊有漂石或岸邊形成倒坡，圍堰做成后可能漏水嚴(yán)重?？稍趪唛_始時(shí)先倒砂礫石土，讓河水自然沖填，從圍堰開頭全斷面倒土，使岸邊形成斜坡，進(jìn)占約1m時(shí)壓草捆，采取邊倒土邊壓草，直到河床平緩沒(méi)有大量漂石為止。

5.2 圍堰上頂壩拐頭處草捆不易下沉

圍堰上頂壩拐頭處草捆不易下沉，主要原因?yàn)榇颂幩髁魉俅?，其解決辦法如下：

（1）根據(jù)以往在最大流速4.5m/s最大水深超過(guò)12m情況下作圍堰的經(jīng)驗(yàn)，此處可做成長(zhǎng)度2~2.5m，直徑為1~1.2m的大草捆，運(yùn)到上拐頭，把整個(gè)上拐頭迎水面的一邊占全斷面三分之一寬全用大草捆。

（2）如果大草捆沉不下去，可在大草捆中包石頭砂土以增加自重，既防沖、防滲，且與其它捆草聯(lián)系密實(shí)，土不易被水沖走。

（3）如果流速過(guò)大，草捆壓不住，以上辦法都不行，就用樹稍捆成直徑1.5m，長(zhǎng)度3~4m的稍棒，中間包上石頭運(yùn)送到位沉入河底，最后在稍棒外側(cè)拋鉛絲籠塊石，護(hù)住外角，逐步往前直到稍棒下沉后，圍堰就可以繼續(xù)進(jìn)占。

5.3 圍堰堰頭斷裂塌方

應(yīng)當(dāng)馬上從圍堰堰頭撤離人和車輛，從裂縫處向前方搶壓草捆，散草和土，確保前面一塊不被沖走，使裂縫立刻愈合，趨于正常狀態(tài)時(shí)，圍堰施工繼續(xù)進(jìn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，草土圍堰填筑施工分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段采用捆草法完成草土圍堰水下部分填筑，穿叉鉛絲籠拋石施工；第二階段完成圍堰水上部分施工。圍堰拆除采用挖掘機(jī)開挖，個(gè)別部位采用水下爆破拆除。基礎(chǔ)開挖采用挖掘機(jī)開挖裝車，自卸汽車運(yùn)輸至堆土場(chǎng)，推土機(jī)配合修整。開挖自上而下分層進(jìn)行，每層開挖時(shí)，先挖排水溝、集水井，將滲水集中后用水泵抽至基坑外排水溝。

總之，草土圍堰的建筑材料可以就地取材，施工工藝成熟且簡(jiǎn)單，施工時(shí)的機(jī)械設(shè)備比較容易配置，并且防滲閉氣性能好，施工成本相對(duì)低，在工程建設(shè)中被廣泛采用。所以在條件具備的施工現(xiàn)場(chǎng)，首選草土圍堰進(jìn)行施工。