土工管袋圍堰在汾河三壩水利工程中的應用

李潤成

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

汾河三壩取水樞紐位于汾河中游的平遙縣南良莊村南，攔河閘原設計洪水標準為10年一遇，泄量為1500m3/s；校核洪水標準20年一遇，泄量為2000m3/s。按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，根據過閘流量指標確定汾河三壩攔河水閘為Ⅱ等工程，屬大（二）型水閘，主要建筑物為2級，次要建筑物3級；設計洪水標準為30年一遇，相應下泄量1790m3/s；校核洪水標準為100年一遇，相應下泄量2450m3/s，因此需要進行除險加固。

本工程圍堰分別設置在河閘壩的上游和下游，處于山西省中部，屬于太原—晉中斷陷盆地中部，地貌單元屬汾河洪沖積平原區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性尚好。地表上部地層由于受汾河上游兩岸廣泛分布松散覆蓋層，在汛期汾河及以上各支流攜帶大量泥砂運至壩前河道段，河水流速減緩，大量泥砂沉淀形成新近淤積物；下部為第四系全新統(tǒng)晚期洪沖積（Q4pal-2）淺黃、淺青灰色低液限粉土，局部砂粒含量增大為含砂低液粉土，夾低液限粘土及粉土質砂透鏡體，其承載力為80～90kPa。

根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，導流建筑物為4級，相應洪水重現期為20～10年。設計洪水標準為P=10%，導流時段為全年，P=l0%相應洪峰流量1136m3/s。

本工程主體工程施工期間分兩期進行導流：一期導流時段為2014年5月20日—11月20日，導流期間進行左側1孔舊閘改造工程及擴建2孔新閘的施工，在此期間河道來水通過右岸4孔舊閘過流。二期導流時段為2014年12月21日—2015年4月30日，導流期間進行右側5孔舊閘改造工程的施工，利用左側2孔閘門過流。

2 方案比選

本工程導流圍堰初期選定土圍堰和土工管袋圍堰兩種形式，下面從材料特性、施工工藝、工程量及投資等方面對兩種方案進行比較。

2.1 材料特性

一般情況下，土圍堰技術應用在施工現場水深不超過2.2m，流速不超過30m/s，而且河床自身的通透性較弱的情況下。當施工現場是一般性粘土，砂土、砂性土等粘性較小的土壤填筑時，滲流堰體的長度需要恰當地延長，且因地質不夠穩(wěn)定，很可能產生裂縫，引起滲透破壞，進而可能會出現坍塌，結合本工程區(qū)地質情況，不建議采用此種圍堰。

土工管袋圍堰的袋體采用聚丙烯纖維編織布縫制而成，具有抗拉強度高、抗酸堿性能和抗紫外線能力強的優(yōu)點，根據本工程施工的實際情況，選用2～3年年限土工管袋完全滿足圍堰使用要求，其性能指標需滿足表1的要求。

表1 土工管袋性能要求

2.2 施工工藝

根據導流方式及過流量計算，縱橫向圍堰高6.8m（兩種方案斷面圖見圖1）。若采用土圍堰，頂寬4m，坡度1∶2，底寬31.7m。由于圍堰斷面太大，影響河道泄洪能力，另外，還需采用復合土工膜和編制袋土對土圍堰進行表面防沖處理。

若采用土工管袋圍堰，頂寬4m、坡度1∶0.4、底寬僅為9.44m，這種圍堰較傳統(tǒng)的土圍堰不僅能減小圍堰斷面，增大過流面積，且無需再做表面防沖處理。土工管袋圍堰不僅能滿足河道的泄洪能力，還具有抗波浪沖刷能力強、穩(wěn)定性好、耐久性好施工簡單、速度快等優(yōu)點，即使堰頂漫水也不會造成圍堰垮塌，具備一定的堰頂溢流能力。

圖1 圍堰斷面示意圖

2.3 工程量及投資

根據現場實際，結合現行水利定額，并綜合考慮各機械的實際效率計算，采用土圍堰造價為3503元/m，采用土工管袋圍堰造價為1760元/m，采用土工管袋圍堰比土圍堰可節(jié)省投資1743元/m。兩種圍堰工程量及造價見表2。

表2 兩種圍堰工程量及造價對比

2.4 方案選擇

綜上所述，同時結合實地勘察和工程施工進度計劃，并考慮到圍堰運行管理及維修的需要以及本工程施工期間汾河三壩取水樞紐的運行管理要求，汾河三壩攔河閘施工導流選定土工管袋圍堰作為擋水圍堰。

3 管袋施工

3.1 施工工藝流程

土工管袋施工主要包括：袋體制作（定制）、測量放樣、袋體鋪設、取土（砂性土）充填、屏漿固結檢查、充填結束等施工環(huán)節(jié)。其施工工藝流程圖見圖2。

圖2 土工管袋施工工藝流程圖

3.2 施工方法

土工管袋圍堰施工前需將圍堰底部的雜物及石塊清理干凈，然后鋪開土工管袋，管袋填充采用專用高壓水泵（15kW）、高壓水槍及泥漿泵（15/30kW）進行。

首先將帶有浮筒的高壓水泵吊放于圍堰外側的河道內，并打地錨用纜繩固定浮筒，避免在施工過程中被河水沖向下游。然后將帶有浮筒的泥漿泵吊放在計劃用于充填土工管袋圍堰的土體位置。泥漿泵應盡量鄰近充填的土工管袋圍堰，以減少輸送泥漿的管道長度，同時應選在較高的位置，以減少河道來水對圍堰充填施工的影響。圍堰充填前泥漿泵周圍如有積水應先開啟泥漿泵將積水排至河道內。充填施工時用高壓水槍下切土體，邊下切邊采用泥漿泵抽排，直至形成2～3m的深坑，泥漿泵也隨之下沉至坑內。然后用高壓水槍切削周圍土體，高速水流攜帶土體形成泥漿直接流至泥漿泵的進口處，通過泥漿泵充填至土工管袋內。土工管袋內的泥漿逐步沉淀，水從上部排水口或袋體表面滲出，土料在土工管袋底部固結。高壓水槍切削土體應控制好泥漿的濃度，既不能泥漿過濃使泥漿泵超負荷運行，又要保證足夠的泥漿濃度以提高充填效率。隨著被切削土坑的不斷擴大，應及時拖動泥漿泵至土坑邊緣，使切削的土體與泥漿泵進口間有較大坡降，從而保證坑內泥漿有較高的流速，避免二次沉淀。當土工管袋內泥漿充填至一定程度，需要停泵排水固結。最后，每天完工停機時，需將輸泥管道的出口拖至圍堰外側，用高壓水槍向泥漿泵坑內充入足量的清水，通過泥漿泵將輸泥管道清洗干凈，避免管內較稠的泥漿沉淀后堵塞輸泥管道。

一層土工管袋充填完成并基本固結后，再進行第二層土工管袋的充填，直至達到設計高程。

3.3 控制要點

第一，土工管袋圍堰充填的土料最好為粉土或粉細砂，太粗則成型后的堰體容易產生滲漏，太細則在土工管袋內不易排水固結，降低施工效率。

第二，土工管袋充填時，最好由一端開始灌入泥漿，另一端管口排水，這樣有利于泥砂沉積，提高效率。

第三，在充填過程中要經常檢查出泥管口的泥砂堆積情況，及時調整出泥管口位置，不斷調整充泥袖口，充填時在袋體頂面人工來回踩踏，使土顆粒重新排列趨于緊密，袋內砂充填均勻、飽滿，確保充填平整，加快袋體排水固結速度。

第四，待整個土工管袋達到屏漿階段，適當減少充填土工管袋機械或停止充填，以防袋體爆裂，留出一定的固結脫水時間。

第五，充填過程中，測量人員根據圍堰斷面圖紙控制好每層土工管袋頂高程，在充填過程中如一次達不到理想高度，待土工管袋稍有固結后，再進行二次或多次充填，直到理想的充盈度。

第六，土工管袋圍堰充填初期袋體內泥漿未沉積固結，處于流塑狀態(tài)，極易從下層已充填完成的袋體上發(fā)生側滑，上層袋體充填前應在適當位置用土工帶或繩子與下層已充填完成的袋體連接固定，且在每層袋體充填初期密切觀察袋體情況。

4 結語

汾河三壩經過汛期及冬季庫區(qū)蓄水淹沒的檢驗，土工管袋圍堰運行狀況良好，無任何險情發(fā)生。

在河道治理等水利工程中，采用土工管袋圍堰不僅可以方便施工布置，而且還能節(jié)約投資降低造價，增強圍堰的抗沖刷能力。因此，將土工管袋應用于水利工程施工，有著廣闊的前景。