水利水電施工中施工導(dǎo)流和圍堰技術(shù)

胡樂飛

（東阿縣欣源水利工程有限公司，山東東阿 252200）

0.引言

水利水電工程是我國基本的民生工程之一，它不僅保障了我國居民的生產(chǎn)生活，更起到了平衡水資源分布、調(diào)節(jié)洪澇災(zāi)害的作用，切實提升我國水利水電工程的建筑質(zhì)量，對我國未來長期的建設(shè)與發(fā)展是至關(guān)重要的大事，所以掌握水利水電施工中施工導(dǎo)流和圍堰技術(shù)操作要點，才能實現(xiàn)良好的施工效果。

1.水利水電施工導(dǎo)流中的圍堰技術(shù)常見施工方法

1.1 分段圍堰法

分段圍堰法應(yīng)用范圍較為廣泛，又被稱為“分期圍堰”，主要是通過設(shè)置圍堰，將目標(biāo)水工建筑物分段、分期“圍起來”，以防水工建筑物受到水流侵襲[1]。分段圍堰法應(yīng)用時，所劃分的段數(shù)越多圍堰相關(guān)工程量便越大，施工復(fù)雜度也隨之提升。多適用于寬闊程度較大，輕易不允許斷航的河道。現(xiàn)階段，分段圍堰的具體方式包括兩段兩期形式、三段兩期形式、三段三期形式。如圖1 所示，為這些圍堰形式的示意圖。

圖 1 不同分段圍堰形式示意圖

采用分段圍堰法進行導(dǎo)流時，在工程前期，一般借助比較狹窄、具有較強約束力的原有河道發(fā)揮導(dǎo)流作用；進入工程后期之后，將導(dǎo)流方式渠道從原有河道向新修建的泄水道轉(zhuǎn)化[2]。具體的方式分為底孔導(dǎo)流、壩體缺口導(dǎo)流、明槽導(dǎo)流三種類型。受篇幅所限，本文僅選擇底孔導(dǎo)流方式進行分析。具體來說：施工人員需要在混凝土壩體內(nèi)提前修好底孔。這種底孔既可以臨時存在，也可以永久存在。在導(dǎo)流時，可以根據(jù)水利水電工程、水工建筑物的實際需要，靈活調(diào)整經(jīng)過混凝土壩體底孔的水流量。通過這種方式，可以確保相關(guān)施工不會陷入停滯狀態(tài)。另一個優(yōu)點是：由于擋水建筑物上方區(qū)域的施工幾乎不會受到水流的干擾，在保證施工連續(xù)性的同時，還可以為修建高壩創(chuàng)造出良好的條件?？傮w來看，在壩體預(yù)先設(shè)置用于導(dǎo)流的“永久底孔”，那么導(dǎo)流效果會達到最佳。但需要注意，底孔導(dǎo)流方式同樣存在缺點。比如設(shè)置在壩體內(nèi)的底孔如果是“臨時底孔”，那么為了修建壩體而消耗的鋼材料總量會增加；又因為臨時底孔的存在，會對后續(xù)封堵作業(yè)造成一定的困難，進而在一定程度上削弱堤壩的整體性，甚至造成漏水。不僅如此，在導(dǎo)流期間，底孔極有可能被一些漂浮物堵塞，進而引發(fā)危機。如圖2 所示為底孔導(dǎo)流方法的應(yīng)用效果圖。圖中左側(cè)（a）是平面視角，右側(cè)上方（b）是下游立視圖，右側(cè)下方（c）是導(dǎo)流底孔縱斷面圖。圖2 中的藍色線圈標(biāo)定位置是“圍堰的預(yù)留缺口”，紅色線圈標(biāo)定的位置便是“導(dǎo)流底孔”。

圖 2 分段圍堰導(dǎo)流方法中底孔導(dǎo)流法的效果圖

1.2 全段圍堰法

全段圍堰是在水利水電工程（河床主體工程）的上游、下游選擇合適位置后，分別修建一道用于“攔河”的圍堰。在出現(xiàn)特殊情況時，能夠控制水流通過“非河床渠道（如臨時泄水道、永久泄水建筑物等）”向下游流動，避免在施工期間對水流經(jīng)過區(qū)域的水工建筑物造成沖擊。當(dāng)水利水電工程的主體部分臨近竣工或已經(jīng)竣工之后，保留永久泄水設(shè)施，封堵臨時泄水道。全段圍堰導(dǎo)流技術(shù)的應(yīng)用原理是：施工人員在水利水電工程（河床主體工程）的上游、下游選擇合適位置后，分別修建一道用于“攔河”的圍堰。這樣做的目的在于：在出現(xiàn)特殊情況時，能夠控制水流通過“非河床渠道（如臨時泄水道、永久泄水建筑物等）”向下游流動，避免在施工期間對水流經(jīng)過區(qū)域的水工建筑物造成沖擊。當(dāng)水利水電工程的主體部分臨近竣工或已經(jīng)竣工之后，保留永久泄水設(shè)施，封堵臨時泄水道。與分段圍堰法一樣，全段圍堰法同樣包括三種類型，分別是隧洞導(dǎo)流、明渠導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流。本文選擇涵管導(dǎo)流展開分析。這種涵管導(dǎo)流技術(shù)的應(yīng)用原理是：①主要應(yīng)用于在河道附近修建土壩、堆石壩的水利水電工程中。②施工人員需要在河岸巖灘上選擇合適的位置，之后將涵管布置于此。一般情況下，“合適的位置”必須高于枯水位。如果采用這種方法，必須考慮到的一個問題是：受涵管泄水當(dāng)量較差的影響，故涵管導(dǎo)流不能應(yīng)用于導(dǎo)流流量較大的河流上。因此，這種方式應(yīng)該作為其他導(dǎo)流方式的輔助、補充方式，如只承擔(dān)河流枯水期的導(dǎo)流任務(wù)。

2.水利水電施工導(dǎo)流中圍堰技術(shù)的運用要點

2.1 施工準備與圍堰設(shè)計

2.1.1 施工準備

圍堰技術(shù)應(yīng)用于水利水電施工導(dǎo)流期間，應(yīng)重視施工準備成效。無論是初期參數(shù)設(shè)計還是后期清淤支護事項，都應(yīng)提前安排技術(shù)員與施工負責(zé)人前往現(xiàn)場實施勘察，組織技術(shù)員先期完成測量放線任務(wù)，確定好圍堰施工位置以及輔助水利設(shè)施的安裝點位，為各工序的落實奠定基礎(chǔ)。而且還要召開技術(shù)方案研討會，引導(dǎo)施工員明晰圍堰技術(shù)的應(yīng)用要求，即建設(shè)具備抗沖擊性、高強度且結(jié)構(gòu)簡單的圍堰設(shè)施。需注意的是，技術(shù)員在現(xiàn)場放樣中，可借助全站儀、鋼尺等工具，以5m 作為測量間距，并使用竹竿對圍堰中心線進行標(biāo)記，其樁位應(yīng)設(shè)置在中心線外移2m 處。

2.1.2 圍堰設(shè)計

為充分發(fā)揮圍堰技術(shù)的實踐價值，應(yīng)在水利水電工程施工初期做好技術(shù)準備工作，并制定可行性圍堰技術(shù)方案。其中在圍堰設(shè)計環(huán)節(jié)，最關(guān)鍵的是優(yōu)化設(shè)計圍堰參數(shù)。常見參數(shù)涵蓋高程、坡度、頂寬等。要求設(shè)計人員與施工員做好技術(shù)交底工作，引領(lǐng)施工員按照1m 以上的圍堰頂寬開展填方工作，并且將圍堰坡度控制在1:1.5 以內(nèi)。為應(yīng)對水流沖擊力，還需增設(shè)提前準備好塑布材料。

本文以高程（H）設(shè)計為例進行深度闡述，以此在合理的參數(shù)設(shè)計中強化圍堰結(jié)構(gòu)性能。關(guān)于圍堰技術(shù)運用中高程設(shè)計內(nèi)容，應(yīng)借鑒下列公式求值：

在公式（1）中，H 表示已經(jīng)在河道上游或下游設(shè)置好的圍堰頂部高程；h 表示圍堰擋水時對應(yīng)的靜水位高度；hw表示河道水流的波浪高度（根據(jù)具體需求，波浪高度可以是最大波浪高度，也可以是平均波浪高度）；g 表示圍堰的安全超高值。公式（1）同樣適用于縱向圍堰堰頂高程的計算，但使用該公式時需要額外注意：縱向圍堰的堰頂高程應(yīng)該盡量與束窄河段宣泄導(dǎo)流設(shè)計流量時的水面曲線相互匹配。在實際施工中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下，縱向圍堰頂面一般被設(shè)計成“階梯狀”或是“傾斜狀”[3]?；诖?，縱向圍堰下游的圍堰高程應(yīng)該與上游圍堰高程保持一致。

不過水圍堰頂部的安全超高值下限值一般是固定值。比如土石圍堰的級別如果是3 級，則對應(yīng)的不過水圍堰堰頂安全超高下限值為0.7 米；如果達到4 ～5 級時，安全超高下限值可降低至0.5 米。混凝土以及漿砌石圍堰如果達到3 級標(biāo)準，則安全超高下限值為0.4 米；如果達到4 ～5 級標(biāo)準，安全超高下限值應(yīng)該降低至0.3 米。

實例分析如下：某個大型混凝土壩樞紐工程中，選擇流量較大的平原河道上修建圍堰[4]。擬設(shè)計修建不過水土石圍堰，級別為3 級。經(jīng)過前期勘測后發(fā)現(xiàn)，該段河道的上游水位高度為136.65 米，該水位下的波浪爬升高度為0.56 米，下游水位的高度為129.25 米，下游波浪爬高高度為0.15 米?；谏鲜銮闆r，應(yīng)該采用分期圍堰法完成土石圍堰修建。由于預(yù)設(shè)目標(biāo)是修建不過水圍堰，因此，需要設(shè)定圍堰頂安全加高值（按上文所述，取0.7 米）。最終計算出的上游圍堰頂堰頂高程為136.65+0.56+0.7，得出的結(jié)果是137.91 米。采用同樣的方法對下游圍堰堰頂高程進行計算，代入相關(guān)參數(shù)后，最終得出的結(jié)果為130.10 米。

2.2 圍堰填筑與擋水導(dǎo)流

2.2.1 圍堰填筑技術(shù)

在應(yīng)用圍堰技術(shù)時，優(yōu)化設(shè)計后將進入圍堰填筑環(huán)節(jié)，此項技術(shù)具體以土包圍堰、土石圍堰作為填筑主體。施工員可以按照技術(shù)員事先設(shè)置好的竹竿標(biāo)識確定填筑方位。通常在打樁填筑期間，要求使用裝載淤泥等混合物的土包作為填筑材料，并且注重土包排列分布順序，將樁體結(jié)構(gòu)以0.3m 的間距均勻搭設(shè)，促使在土包填筑下，增加圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。若選用土石圍堰填筑材料，施工員應(yīng)先行對圍堰周邊的雜物進行初步清理，之后利用抽水機清除圍堰底部積水，而后將土石材料搭建成具有圍堰保護功能的防護格擋，削弱水流沖擊下對圍堰結(jié)構(gòu)的負面影響，深化水土建筑物干地施工效果。同時，在填筑環(huán)節(jié)還要加強防滲施工，如將預(yù)留樁孔直徑設(shè)置在13cm 左右，最高25cm 的誤差，以5cm 管徑與10cm 間距鋪設(shè)管道，促使整個圍堰結(jié)構(gòu)保持協(xié)調(diào)應(yīng)力。

2.2.2 擋水導(dǎo)流技術(shù)

圍堰施工中涉及的擋水導(dǎo)流技術(shù)，實則是為了優(yōu)化圍堰抗?jié)B性，可按照下述公式確定導(dǎo)流水量：

其中η、V、T分別代表經(jīng)驗系數(shù)（取值范圍：3-6）、圍堰積水體積（m3）、初期導(dǎo)流排水時間（s）。

求值后可按照導(dǎo)流水量標(biāo)準選擇土包、塑料布等壓腳材料，提升圍堰結(jié)構(gòu)的完整性。

2.3 圍堰支護技術(shù)

2.3.1 木板樁支護

木板樁支護包含“單層”或“雙層”形式。如圖3 所示為兩種形式的木板樁圍堰示意圖。具具體施工時，應(yīng)將其厚度控制在5 ～15cm 之間，根據(jù)圍堰圍堰的長度決定——長度越大，木板厚度越大。若木板的厚度未超過8cm 時，應(yīng)使用人字榫；在厚度超過8cm 時，使用凹凸榫。除此之外，在選擇樁材時，應(yīng)盡量選擇質(zhì)地良好，具有較強抗錘擊性能的木材，并在制造板樁時采用機械加工方式完成，確保榫口質(zhì)量達到標(biāo)準。用于制作定位樁的材料通常是圓木，并以黏性土作為圍堰填料。在實際施工時，圍堰頂部的寬度如圖3 所示，一般設(shè)定為1 ～2m（多為1m），填土外側(cè)邊坡坡率如上文所述，應(yīng)盡量接近1 ∶1.5。

圖 3 木板樁圍堰示意圖

2.2.2 鋼板樁支護

鋼板樁支護可按照圖4 樣式予以布置，同樣可設(shè)置成單層或雙層形式。于鋼板樁支護作業(yè)中，施工員搬運起吊鋼板樁時，應(yīng)注意檢查鎖口是否出現(xiàn)損壞情況。此外，受自身重量影響，鋼板樁很可能出現(xiàn)變形情況。因此，若鋼板樁無法在短期內(nèi)使用，應(yīng)密封存放在干燥區(qū)域，定期檢查是否出現(xiàn)變形及鎖口內(nèi)積水情況。如果原有鋼板樁長度不足，需要接長時，必須選擇強度相等的鋼板樁，采用堅固夾具，首先對鋼板接頭進行焊接，之后對鋼板整體進行焊接。組拼鋼板樁時，應(yīng)在鎖口內(nèi)加入適量防水混合料。在夾好夾具之后，還應(yīng)在接縫處填充一些油灰和棉絮，防止接縫外露。

圖 4 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)平面效果圖

2.4 圍堰清淤技術(shù)

按照上述技術(shù)要點有序施工后，需在收尾期應(yīng)用清淤施工技術(shù)，即施工員應(yīng)清理圍堰施工現(xiàn)場周邊淤泥，以此增加圍堰穩(wěn)固度。施工員可以借助挖掘機與運輸工具，前往現(xiàn)場對河底、河岸中的淤泥實施清運處理，就此在施工員的有序清淤步驟下，減少圍堰周邊的淤泥量，既能增加河岸清潔度，又能提升土層承載力，促使圍堰設(shè)施在水利水電工程建設(shè)中發(fā)揮出關(guān)鍵性作用，成為帶有顯著抗?jié)B性與防護性的水利設(shè)施[5]。

3.結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)流范疇內(nèi)的圍堰技術(shù)，在實際應(yīng)用中應(yīng)從技術(shù)準備、施工設(shè)計、填筑、擋水導(dǎo)流、支護以及清淤要點方面著手，以此實現(xiàn)水利水電工程的高質(zhì)量建設(shè)目標(biāo)。