关键词：水利工程；围堰；设计；施工
引言
围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水、土进入建筑物的修建区，创造干地施工条件。围堰是水利工程施工中必不可少的挡水建筑物，在水利工程建设中起着重要的作用。如在桥梁基础施工时，当桥墩、台基础位于地表水位以下时，需修筑围堰。围堰按材料可分为混凝土围堰、土石围堰、钢板桩围堰等型式，要求其结构稳定、防渗、具有较高强度，构造简单，便于施工、维护。其结构型式、施工方法、施工质量等对水利工程资源优化及经济效益有重要影响。
1工程概况
某枢纽工程是一座以航运为主，兼顾发电等水资源综合利用的航电枢纽工程，工程等别Ⅱ等，主要建筑物包括泄水闸、船闸、厂房。本文主要针对船闸围堰，介绍其型式、稳定分析、防渗、防冲设计及施工，为土石围堰设计施工提供参考。根据闸址地形地质条件、水文、枢纽布置特点，船闸全年施工，采用全年围堰。围堰布置河段位于河床部分，地形平坦、开阔，砂卵砾石覆盖层分布广泛、连续，厚约7.5m～8m，强透水，渗透稳定性差；下伏基岩为Exn2红层细碎屑岩和粘土岩，全、强风化层厚度约1m～2m，分布不连续、透水性中等，弱～微风化岩属相对隔水层，岩面形态基本平直，相对隔水层（q≤5Lu）埋深6m～17m。
2围堰型式选择
船闸围堰按全年10年一遇洪水流量17800m?/s确定，上、下游设计洪水位分别为35.4m、34.8m。根据施工导流方案、地形地质条件、建筑材料来源、施工进度要求及资源配置，选择土石围堰。围堰堰顶高程按设计洪水加波浪爬高值和安全超高确定，根据《水利水电工程施工组织设计规范》，确定安全超高值0.5m，按莆田实验站公式计算波浪爬高值为0.65m。由此确定上、下游围堰堰顶高程分别为36.6m、36.0m。围堰堰体采用砂砾料填筑，设粘土心墙，自粘土心墙底面以上1m至岩面以下50cm采用高压旋喷灌浆防渗处理。上、下游横向围堰顶宽7m，纵向围堰顶宽5m，内、外坡坡比分别为1：1.75、1：2。
3围堰稳定分析
采用北京理正软件研究所编制的岩土工程边坡稳定计算程序，瑞典圆弧法计算2种工况下抗滑稳定，即①水位骤降2m，迎水坡稳定；②在设计洪水位下，背水坡稳定。计算结果表明：上、下游横向围堰、纵向围堰迎水坡抗滑安全系数分别为：1.24、1.33、1.22；上、下游横向围堰、纵向围堰背水坡抗滑安全系数分别为1.21、1.07、1.19，均大于1.05，满足规范要求。说明围堰边坡坡比设计合理。
4围堰结构设计
4.1防渗结构设计
堰基为天然地基，堰基覆盖层和基岩全、强风化层存在渗漏问题，且堰体挡水水头达10.3m，须做防渗处理。根据地质条件，采用高压旋喷灌浆防渗处理，防渗墙顶伸入粘土心墙1m，截渗下限穿过强风化岩面0.5m。采用单排布孔，孔距0.8m，旋喷体直径≥1.0m，单排旋喷孔成墙的有效厚度不应小于40cm。经渗流计算，围堰出口段、高喷防渗墙及粘土心墙渗透坡降均满足规范要求。为增加防渗性能，防止局部细颗粒流失，围堰背水坡局部可采用土工布导渗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.2防冲设计
河床中覆盖层抗冲流速约1m/s，不满足抗冲稳定要求，须做临时抗冲处理。根据导截流水工模型试验，上、下游横向、纵向围堰最大流速分别为0.82m/s、2.6m/s、0.94m/s，最大水深达10.3m。考虑到本工程水流流速较大、水深较深、工期较长的特点，经过综合必选，采用抛石防冲固脚、块石护坡护砌形式。经计算，上、下游横向围堰冲刷坑深度分别为1.65m、0.8m、1.47m，因此在上游横向、纵向围堰外侧边坡坡脚设2.0m高抛石齿槽固脚，下游横向围堰外侧边坡坡脚设1.2m高抛石齿槽固脚；水下固脚抛石粒径0.2~0.4m；取最不利工况，即考虑波浪作用，确定水上块石护坡块石粒径0.2~0.3m。考虑工程重要性及安全性，确定纵向围堰迎水面水上块石护坡厚度1m，其他0.6m。为防止护坡以下的填料被水流冲走，铺设30cm厚过滤料或土工布进行反滤。
5围堰施工
5.1测量控制
根据施工需要，按照安全可靠，利于施工的原则，采用附合导线法和轴线法布设控制网点。
5.2堰体填筑
1）采用基坑范围内岸侧开挖砂砾料沿围堰轴线从岸侧进占，上下游同时施工，回填至施工时水面以上0.5～1m，然后填筑1m厚粘土，分层碾压密实后进行高喷防渗墙施工；2）高喷防渗墙施工完成后进行围堰加高填筑。先填心墙粘土，然后在两侧填筑砂砾料，按30cm分层摊铺碾压，压实度达到设计要求；3）坡面防护施工随围堰填筑高度同步抛填；4）施工时，加强对回填土石料含水量的检测。碾压后采用灌砂法进行压实度测定，其压实度不小于93%。
5.3围堰防渗
1）高压喷浆施工
①施工前进行场地平整，并回填1m厚度的粘土，进行钻机定位、调平，保持钻杆垂直；②采用地质钻机钻孔，孔径φ110～130mm；③高喷车跟进，就位，喷浆；④在高喷开始时先送水泥浆，再送压缩空气，压缩空气可晚送30s，在底部定喷1min后，再边提升边喷射；⑤喷射时达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。发生故障时，应停止提升、喷浆，以防柱体中断，同时立即进行检查，排除故障；⑥喷浆量可按下式计算：Q＝（H/u）?q（1+β），式中：H－高喷或旋喷长度（m），u－高喷或旋喷提升速度（m/min），q－泵的排浆量（L/min），β－浆液损失系数，一般取0.1～0.2，冒浆量应控制在10%～25%之间；⑦高喷的深度、厚度、抗压强度、透水性应符合设计要求或施工前试验要求。
2）粘土心墙防渗
粘土心墙的防渗材料应选择防渗性好的粘土。高喷墙伸入粘土心墙内1m。粘土心墙施工与围堰填筑交替进行；在围堰底部较宽时，可将围堰填筑高度超过粘土心墙约50～80cm后，清除心墙上部填料成槽，再填筑上部粘土，使防渗墙连续，达到强度高又防渗的效果。
5.4围堰拆除
先采用1.2～2.0m3反铲配15～20t自卸汽车分层拆除至枯水期常水位，然后采用抓斗船开挖至原河床。
6结束语
总的来说，围堰作为必不可少的临时性挡水建筑物，在施工中得到大量应用，发挥重要作用，其结构型式、施工方法、施工质量直接影响水利工程经济效益。在设计施工中，结合施工导流方案、地形地质条件、建筑材料来源、施工进度要求及资源配置等，选择经济合理的围堰型式和平面布置。针对围堰的结构型式，提出相应的施工设计，确保水利工程施工的顺利进行，促进水利工程的发展。
参考文献
[1]中华人民共和国水利力行业标准，水利水电工程施工组织设计规范SL645-2013，北京：中国水利水电出版社，2004．
[2]中华人民共和国水利力行业标准，水利水电工程围堰设计规范SL303-2004，北京：中国水利水电出版社，2013．
[3]杨志雄，陈能平，赵增凯.天生桥一级水电站土石围堰过水围堰设计[J].水力发电，1997（11）：34-37.
[4]毛昶熙，段祥宝等.堤防渗流与防冲[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[5]候瑜京，孙东亚.国内干砌块石护坡面层厚度设计规范比较[J].中国水利水电科学研究院学报.2006，4（2）：138-144.
论文作者:程丹1,王芳2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/6
标签：围堰论文; 粘土论文; 防渗论文; 防渗墙论文; 水利工程论文; 型式论文; 下游论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;