徐江江

海南中南標(biāo)質(zhì)量科學(xué)研究院 海南?？?570100

隨著水利工程施工技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)功能復(fù)合型水利工程得到了快速的發(fā)展。對(duì)于功能復(fù)合性水利工程而言，蓄水是必不可少的一項(xiàng)功能。大、中型水利工程設(shè)計(jì)需水量大，施工時(shí)對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)要求極高。在規(guī)劃建設(shè)這類大、中復(fù)合型水利工程時(shí)，一般需要采用強(qiáng)度大、防水性能耗的鋼板樁進(jìn)行圍堰施工，來(lái)提升圍堰本身的強(qiáng)度和防滲漏功能，確保圍圍堰支護(hù)的可靠性，為水利工程施工創(chuàng)建一個(gè)相對(duì)安全可靠的環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)水利工程中所用到的圍堰技術(shù)較多。常用的圍堰技術(shù)包括木板樁圍堰、草袋圍堰、麻袋圍堰、鋼板樁圍堰、混凝土圍堰等等。不同形式的圍堰施工技術(shù)適用范圍不同，優(yōu)缺點(diǎn)也各部相同。而合理的選擇圍堰技術(shù)應(yīng)用于水利工程施工中是確保施工安全和降低水利工程施工成本的關(guān)鍵。因此研究該課題對(duì)于提升水利工程圍堰施工的經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。

1 圍堰技術(shù)概論

1.1 定義

圍堰指在水利工程建設(shè)中為建造永久性水利設(shè)施而修建的臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)。圍堰主要應(yīng)用與水工建筑物中，作為正式建筑物的一部分。在正式建筑物施工完成后拆除。其工作性質(zhì)為臨時(shí)性擋水建筑物。

1.2 圍堰施工要求

根據(jù)圍堰的工作性質(zhì)，圍堰施工應(yīng)滿足以下要求：①結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度高，抗沖和防滲效果好；②施工構(gòu)造簡(jiǎn)單，方便施工、維修及施工后拆除；③布局要求能使水流平順，不發(fā)生局部沖刷；④確保圍堰接頭及連接位置的可靠性，以及有極好的防滲效果；⑤圍堰施工應(yīng)以安全性、經(jīng)濟(jì)性為前提選擇圍堰形式及施工技術(shù)[1]。

1.3 水利工程圍堰應(yīng)用作用

圍堰主要的作用是防水、擋土。在水利工程施工時(shí)圍堰建在水工建筑物修建位置的外圍，防止水、土進(jìn)入水工建筑物施工區(qū)域，便于圍堰內(nèi)排水，開挖基坑，修筑建筑物。橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，當(dāng)橋梁墩、臺(tái)基礎(chǔ)位于地表水位以下時(shí)，應(yīng)因地制宜的選擇材料修筑土堰。土堰形式根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地形、材料等而定。施工材料一般就地取材，以當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量多、方便運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)性好的材料為主。在水較深且流速較大的河流多用單層或雙層的木板樁或鋼板樁圍堰。新型的雙層薄壁鋼圍堰具有防水、圍水及支撐基坑坑壁的作用。

2 不同形式圍堰技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用

2.1 木板樁、竹蓖圍堰技術(shù)

木板樁或竹蓖圍堰適用于河床底部為裸露的巖層或不適合打樁，或河流流速較大，或水深為1.5～7米的情況?？上炔捎媚景鍢痘蛑癖妥鳛閲呖蚣芙Y(jié)構(gòu)，然后在框架內(nèi)填筑土石，再拋填片石，最后在外側(cè)設(shè)置板樁墻形成木板樁或竹蓖圍堰。其中木質(zhì)圍堰、木板圍堰適用于水深2米，流速小于0.3m/s，河床透水性小的情況。木（竹）籠圍堰適用于水深3-4米，基坑低至水面約5米，流速小于2m/s，且木套箱基礎(chǔ)埋設(shè)淺，面積較小的情況。木編、竹編條圍堰適用于水深小于3米，流速小于2.0m/s，河床透水性小，可打小木樁的情況。竹蓖圍堰與木編圍堰適用性相同[2]。

2.2 土石、草袋、麻袋圍堰技術(shù)

土石圍堰（如圖1）指以土石為材料任意筑成的圍堰。土石圍堰類型多樣，靈活性強(qiáng)，可根據(jù)河流流速、河床情況等筑成多種形式的圍堰。土石圍堰主要適用于水流流速小、水深淺、河床不透水的情況。土的材料以粘土或砂類粘土最佳。其他粘性較大的材料都可作為土石圍堰筑造的材料。土石圍堰形式多樣，其中以梯形圍堰最為常見。當(dāng)河流六大于0.7m/s時(shí)，可用草袋或麻袋盛裝粘性土砌筑在堤岸及邊坡位置，來(lái)提升堤岸邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種圍堰形式又稱為草袋圍堰或麻袋圍堰（如圖2）。土石圍堰適用于水深小于2米，流速小于0.3m/s，河床透水性較小的土壤或河邊淺灘情況。草土圍堰與土圍堰適用情況相同。草袋圍堰和麻袋圍堰適用與水深小于3米，流速小于1.5m/s，河床透水性小的情況。

圖1 土石圍堰

圖2 草袋、麻袋圍堰

2.3 鋼筋混凝土圍堰技術(shù)

鋼筋混凝土圍堰適用于黏性土、砂類土、碎石土河床，還適用于河灘淺基開挖不穩(wěn)定性土壤，或在既有線旁開挖橋涵基坑，來(lái)替代棒狀，起到保護(hù)水工建筑物安全的作用。除用于基坑方涂防水的作用外，水工工程水工建筑物完成后還不拔除，可直接作為水工建筑物的一部分。鋼筋混凝土板樁常規(guī)板為50～60cm，相當(dāng)于無(wú)敵長(zhǎng)方體。一般施工前需要在土石圍堰保護(hù)下的干場(chǎng)地施工。

2.4 鋼板樁圍堰技術(shù)

鋼板樁圍堰與木板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式類似。也需要先打樁，在填筑土石。因鋼板樁自身強(qiáng)度大、防滲漏效果好，主要適用于地質(zhì)堅(jiān)硬的土石盒裝或深水基坑。鋼板樁打樁需要借助導(dǎo)向設(shè)備依次將全部鋼板樁打入到穩(wěn)定深度，再依次導(dǎo)入到設(shè)計(jì)深度[3]。插打板樁時(shí)從上游分兩頭插向下游合攏。根據(jù)水利工程建設(shè)圍堰不同的強(qiáng)度要求，鋼板樁圍堰分為單壁鋼板樁圍堰（如圖3）和雙壁鋼板樁圍堰。

圖3 鋼板樁圍堰

3 水利工程中圍堰技術(shù)的具體實(shí)施

3.1 施工準(zhǔn)備

水利工程圍堰施工前根據(jù)建設(shè)圍堰的形式準(zhǔn)備施工材料、施工機(jī)械、技術(shù)人員及技術(shù)交底工作等。土石圍堰需要就近準(zhǔn)備土石，或選擇當(dāng)?shù)赝潦牧?。草袋、土袋、麻袋圍堰需要?zhǔn)備裝草、土等材料的袋子。木板樁、竹蓖、木籠、竹籠圍堰需要準(zhǔn)備木材、竹子，并制作木板樁架籠、竹籠、竹蓖等?；炷羾咝枰獪?zhǔn)備符合施工規(guī)定的混凝土、鋼筋等材料、混凝土攪拌機(jī)、交直流電焊機(jī)等。鋼板樁圍堰需要根據(jù)圍堰強(qiáng)度準(zhǔn)備鋼板。鋼板樁圍堰施工還需要借助壓入樁、作業(yè)平臺(tái)、動(dòng)力單元自走裝置、鋼板樁搬運(yùn)裝置、樁用自走行走吊車、拖輪、浮吊、平頭鐵駁、救生艇、桅桿吊機(jī)、電動(dòng)空壓機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、高壓水泵、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)等等的施工機(jī)械。

3.2 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

隨著國(guó)內(nèi)大型水利工程的規(guī)劃建設(shè)與發(fā)展，雙壁鋼板樁圍堰的應(yīng)用場(chǎng)景不斷增加。雙壁鋼具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)鋼性大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工序單一、施工操作簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。不但能夠承受較大的水壓，而且基本能適應(yīng)全年時(shí)段的施工。圍堰在水中以灌水下沉，再完成拼裝。其頂部的施工平臺(tái)能夠承受較大的施工荷載，便于后期施工。它基本適用于所有的大型河流或水流湍急的深水河流。此外，鋼圍堰還能循環(huán)利用，符合建筑施工綠色環(huán)保的理念，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。以下就以雙壁鋼板樁在水利工程施工中的應(yīng)用為例，分析雙壁鋼板樁圍堰技術(shù)及其實(shí)施。

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。施工前對(duì)河道水文地質(zhì)進(jìn)行勘查，根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果和工程需要確定圍堰大小、高度，并制定圍堰組與吊裝方案。大、中型圍堰在墩位水流條件允許的情況下可在墩位處拼裝船上完成組裝。每節(jié)組裝高度不超過(guò)5米。特大型雙壁鋼圍堰應(yīng)合理確定分節(jié)高度，并分節(jié)分塊的組裝拼接下沉。在施工前，應(yīng)組織施工人員進(jìn)行設(shè)計(jì)及技術(shù)相關(guān)的培訓(xùn)，加強(qiáng)技術(shù)交底工作，確保施工技術(shù)的可靠性、精準(zhǔn)性。

雙壁鋼圍堰施工工藝流程參考如下：搭設(shè)雙駁船龍門、導(dǎo)向架→搭設(shè)圍堰底節(jié)制作平臺(tái)→圍堰底節(jié)拼裝→上游定位駁船錨定→半成品起吊→底節(jié)起吊→平臺(tái)拆除→底節(jié)入水并注水下防→拼裝第二節(jié)圍堰→第二節(jié)入水并注水下放→圍堰節(jié)段拼裝、下放循環(huán)至頂節(jié)→精準(zhǔn)定位并注水下放→澆筑艙內(nèi)混凝土→澆筑封底混凝土。在進(jìn)行圍堰施工機(jī)械準(zhǔn)備及搭設(shè)底節(jié)制作平臺(tái)的同時(shí)，應(yīng)做好圍堰分節(jié)、分塊的制作、半成品的運(yùn)輸及質(zhì)量查驗(yàn)，為底節(jié)瓶裝做好準(zhǔn)備。完成圍堰底節(jié)及每完成一節(jié)圍堰拼裝后應(yīng)根據(jù)施工技術(shù)要求做好各項(xiàng)指標(biāo)的檢查。

（2）圍堰制作與加工。目前，市場(chǎng)上的雙壁鋼圍堰的結(jié)構(gòu)形式包括矩形、圓形、異型幾種。不同結(jié)構(gòu)形式的雙臂鋼圍堰制作與加工工藝大體相似。圍堰制作與加工應(yīng)在工廠或符合加工條件的施工現(xiàn)場(chǎng)完成焊接制作與加工。圍堰分節(jié)、分塊制作時(shí)應(yīng)對(duì)號(hào)入座的制成各部位塊件，并在各節(jié)、各塊之間安裝防水膠條。要求每塊件的剛度及圍堰結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性應(yīng)該滿足施工設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)快件的大小可根據(jù)制造設(shè)備、加工及安裝場(chǎng)地、運(yùn)輸條件安裝場(chǎng)地吊裝條件及移動(dòng)能力而定。頂面拼裝完成后應(yīng)滿足施工平臺(tái)設(shè)置的基本需求。焊接組裝時(shí)應(yīng)盡肯能的避免立焊、仰焊，并按照焊縫規(guī)定執(zhí)行探傷檢查和沒有滲透試驗(yàn)，來(lái)檢測(cè)雙臂鋼圍堰的整體質(zhì)量。要求圍堰內(nèi)外壁全部為滿縫施焊，沒有傷痕、砂眼和漏焊的問題。確定好制作分塊大小與分解高度后，應(yīng)加強(qiáng)塊件制作監(jiān)控的控制，采用預(yù)先制成的高精度定性模具加工制作。圍堰底節(jié)及各階段愛拼裝船或岸邊由各單元塊件拼裝焊接為一個(gè)圓形雙薄壁鋼結(jié)構(gòu)的浮體。

（3）浮運(yùn)就位與起吊下水。浮運(yùn)時(shí)應(yīng)選擇合適的氣候與水位條件。還應(yīng)做好圍堰放樣誤差、墩位出河床標(biāo)高、圍堰下沉深度、最高水位高程、浪高等不確定性因素的控制。在底節(jié)就位后采用水上起重設(shè)備吊裝，緩緩放入水腫浮起，再用導(dǎo)向船和纜繩將底節(jié)在水中定位，向圍堰各隔艙均勻注水壓重，使底部平穩(wěn)下沉。下沉到指定的設(shè)計(jì)高度后拼裝接高，再繼續(xù)加水下沉，循環(huán)該工序到頂節(jié)。使用導(dǎo)向船上的起吊設(shè)備使圍堰離開拼裝船面0.1米，觀測(cè)10分鐘后屋異常情況即可提升到能使拼裝船安全退出的位置后停止提升。拼裝床退出后平穩(wěn)的將底節(jié)圍堰緩緩落入水底，最后將圍堰底部、頂部進(jìn)行拉纜收緊，保持垂直狀態(tài)。

（4）著床下沉。在著床沉落時(shí)，如遇到因流水沖擊發(fā)生圍堰偏移的問題，可從圍堰內(nèi)偏上游一定范圍內(nèi)拋填大小均勻的碎石，降低和控制局部水流沖刷作用，從而時(shí)河床趨于平整，便于圍堰著床。

（5）清基封底。完成圍堰著床后需要做清基工作，再用C25混凝土做水下封底工作?；炷了涠葢?yīng)控制在200～240mm，混凝土流動(dòng)度應(yīng)不小于500mm，封底厚度不小于1米。水下封底應(yīng)采用導(dǎo)管法一次連續(xù)完成澆筑。

（6）圍堰拆除。拆除圍堰前先將艙內(nèi)的水均勻抽干，使圍堰浮起。然后用平臺(tái)或機(jī)船上的吊車將圍堰下游片吊起，使圍堰處于傾斜狀態(tài)。再由人進(jìn)入下游側(cè)交角的隔艙內(nèi)拆除螺栓。最后打開下游片，用機(jī)船將圍堰脫離墩位，合攏下游片恢復(fù)原狀，拖動(dòng)到巖邊整修后回收，以便重復(fù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，圍堰類型多樣，且各類型圍堰技術(shù)應(yīng)用有所差異。水利工程施工中不同項(xiàng)目對(duì)于圍堰要求不同，選用的圍堰材料、圍堰形式及圍堰技術(shù)不同。在進(jìn)行水利工程施工建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同項(xiàng)目工程防水、擋土的需求選擇材料及圍堰形式。圍堰的選擇需結(jié)合材料及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防滲效果、經(jīng)濟(jì)性等因素綜合而定，選擇與水利工程水工建筑物施工相適應(yīng)的圍堰形式。大、中型水利工程在施工時(shí)可以選擇新型鋼板樁作為材料，根據(jù)需求設(shè)計(jì)單層或雙層鋼板樁圍堰作為防水、擋土及基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，來(lái)確保水工建筑物基坑安全、可靠的施工。