某河閘擴建工程中圍堰施工技術研究

柴正瑜

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某河閘主要工程任務有排澇入海、擋潮御鹵、蓄水灌溉等。該工程建于20世紀70年代，原河閘共14孔總凈寬88 m，由于當時受技術、經濟等因素的影響和限制，其設計和施工不能滿足社會發(fā)展的需求，從1976 年運行至今40多年以來，水閘已經過多次除險加固，目前水閘已無法正常運行，經安全鑒定為3類閘，現(xiàn)需對該河閘進行擴建，主要建設內容為工程拆除老閘，原址下移約960 m位置新建節(jié)制閘1座，并對上、下游引河及老河槽進行拓疏，上游北岸及下游兩岸新建堤防等。河閘上游圍堰攔截的是鹽河河水，水位變化不大，計劃采用土質圍堰，下游圍堰是潮汐河道，地質條件差，攔截的是灌河潮水，一天兩潮，水位變化大，潮漲潮落時間短，對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大，擬采用土圍堰和鋼管樁結合的復合圍堰，增強壩體整體性。

2 施工圍堰設計

2.1 圍堰方案

該河閘工程施工導流方案：通過現(xiàn)有已建河閘導流，若遭遇超標準降雨，則在此基礎上架設臨時泵站參與排水。圍堰方案：上游圍堰攔截的是河水，水位變化不大，計劃采用土質圍堰，采取傳統(tǒng)的水中倒土、分層碾壓的方法施工；下游圍堰是潮汐河道，地質條件差，攔截的是潮水，潮汐對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大，擬采用土圍堰和鋼管樁結合的復合圍堰，即在土質圍堰基礎上增設兩排鋼管樁，樁頂外側設雙拼工字鋼圍囹，上下游圍囹用精軋螺紋對拉，雙鋼管樁樁位距壩軸線上下游各20 m，樁間距2 m，并在樁內側土方填筑到最低水位時鋪設帶肋鋼筋網片，增強壩體整體性。

2.2 施工圍堰設計

（1）上游圍堰。施工圍堰按4級建筑物設計，結構型式為：上游鹽河側擬采用純土圍堰，施工期取10年一遇高水位1 503.23 m，風壓0.45 kN/m2，吹程500 m，浪高0.529 m，不過水圍堰，堰頂超高0.6 m，則堰頂高程為1 504.359 m，為安全計取堰頂高程取1 504.0 m，迎水側加設100 cm高袋裝土子堰，堰頂寬5.0 m，圍堰邊坡1∶5，在上游圍堰基坑側2.0 m和0.0 m高程處各增設一個4 m寬平臺。

（2）下游圍堰。灌河側非汛期10年一遇高潮1 503.87 m，風壓0.45 kN/m2，吹程500 m，浪高0.717 m，不過水圍堰，堰頂超高0.6 m，則堰頂高程為1 505.187 m，考慮臨時交通要求，為安全計，堰頂高程取1 505.0 m，迎水側加設100 cm高袋裝土子堰，堰頂寬7 m，迎水側邊坡1∶6，基坑側2.0 m高程以下1∶6，以上1∶5，并在2.0 m高程設6 m寬平臺。

（3）圍堰安全驗算。按照施工圍堰斷面進行邊坡安全復核驗算，根據本工程區(qū)域內的地質條件，綜合考慮下游側施工圍堰作為場內施工道路重載車輛荷載，采用同濟啟明星邊坡穩(wěn)定分析軟件SLOPE1.0計算，驗算結果本工程施工圍堰安全系數為1.60，大于土石壩施工圍堰安全系數最小1.2要求。

3 圍堰施工技術方案

3.1 土源安排及機械配置

（1）土源安排。本工程上游施工圍堰填筑土方32 031 m3，下游施工圍堰填筑土方54 684 m3，圍堰填筑土方利用河道疏浚土方，填筑土料滲透系數為K＜10-4cm/s 的黏土。由于工期較緊，進場后立即進行圍堰施工，圍堰施工結合閘塘開挖，新閘南側約4孔為原狀土開挖，進場后即進行該處土方開挖結合填筑圍堰。

（2）機械配置。考慮天氣和其他因素影響，按120%配置內外河側施工圍堰填筑機械，配置14臺套挖掘機（另配備2臺挖掘機用于填筑面輔助布土整平）、2臺160型大型推土機（用于填筑工作面的鋪土和整平），配置2臺壓路機壓實，滿足計劃工期和施工質量要求。

3.2 上下游圍堰施工

3.2.1 上游圍堰施工

（1）圍堰施工流程。圍堰施工工藝流程為：堰體部位河邊坡清淤清雜→圍堰土方填筑施工→土方壓實（穩(wěn)定）→圍堰迎水面防護→河道內降水→背水坡平臺填筑及坡面修整→圍堰驗收[1]。

（2）河底河坡雜物、淤泥清理。圍堰填筑前為保證圍堰嵌入河岸，同時保證連接段的防滲效果，采用長臂挖掘機清除雜物，清理深度不少于5 m，堰址河底淤泥采用填筑土方擠淤法清除。

（3）圍堰黏土填筑施工。土質圍堰施工分上、下兩部分，水上部分的施工釆用分層填筑，壓實度不低于0.91，水下部分的施工，采用進占法施工，填筑圍堰土料從取土區(qū)用自卸車運至現(xiàn)場，采用挖機配合160型大型推土機進占填筑，同時通過填筑土方擠壓河床底部的淤泥。

在圍堰筑岀水面后，待土方晾干采用壓路機進行碾壓，并分層加高填筑，結合推土機分層向河中推土、壓實，直至達到設計高程。施工過程中，要加強對圍堰的觀測，發(fā)現(xiàn)圍堰沉降現(xiàn)象要及時分析、處置，包括采取圍堰壓實、加高等措施，妥善處理隱患，確保圍堰安全運行。

3.2.2 下游圍堰施工

施工工藝流程：堰體部位河邊坡清淤清雜→低潮位以下圍堰土方填筑施工→打樁船定位→船上鋼管樁施工→鋼板安插→鋼筋網片鋪設→縱向圍囹及精軋螺紋拉筋安裝→低潮位以上土方平層法填筑施工→土方壓實（穩(wěn)定）→子圍堰加高→圍堰迎水面防護→河道內降水→背水坡坡面修整→圍堰驗收。

施工前，先由專業(yè)測量人員根據平面控制點測放出圍堰內外側鋼管位置，并用竹竿在河道中加以標記。河底河坡雜物、淤泥清理同上游圍堰施工方法，下游圍堰施工具體流程：

（1）鋼管樁施打。鋼管樁長度規(guī)格不一，現(xiàn)場根據施工設計長度在岸上進行鋼管樁的拼接，接頭滿焊后用15 cm×15 cm鋼板4塊在焊接部位四周加強，鋼管樁為直徑Φ530 mm×6 mm。

鋼管樁施打采用30 t浮吊船上振動錘施打，施打時需拉線定位。工程船將鋼管樁運到樁位后，浮吊船吊起60 kW型振拔錘（帶液壓鉗）插到鋼管樁頂口，夾緊鋼管樁整體起吊振動錘和鋼管樁，就位后，使其方向和垂直位置準確[2]。鋼板樁施打時施工技術要求見表1。

表1 鋼板樁施打時施工技術要求匯總表

（2）鋼板安插、鋼筋網片鋪設。鋼管樁打設完成后，在鋼管樁內側垂直安裝鋼板[3]，水平鋪設鋼筋網片，鋼筋網片下鋪有紡土工布，鋼筋網片尺寸為（12m×2.3 m）和（6 m×2.3 m），長度順水流方向，縱橫錯縫留30～50 cm間隙鋪設。在上下游鋼管樁外側1.0 m高程處安裝雙拼28號工字鋼圍囹，然后用精軋螺紋對拉。

（3）圍堰填土。待鋼管樁和圍堰內側鋼板施工完成后進行圍堰填土，本次土料取自項目區(qū)勘察的粘土料場，不可采用淤泥，在取土區(qū)由挖掘機挖土裝車、自卸車將土方運輸至壩頭，逐步傾倒土方分層碾壓推進，并分層鋪設土工布和鋼筋網片，倒土過程中嚴禁碰撞鋼管樁，圍堰施工因在水中施工而產生較大的沉降量，應注意預留，并隨時觀測圍堰沉降、變形和堤身維護。

由于下游圍堰基礎位于海淤土上，承載力較低，為防止填土時兩側隆起，須在圍堰的內外側同時進行填土，同步進行，頂部子堰填筑完成后在臨海側用復合防滲土工膜上鋪填袋裝土進行防護。

（4）圍堰內抽水。圍堰填筑完成壩體有待穩(wěn)定，應先小流量進行抽排，待壩體穩(wěn)定后再正常排水，抽水時應隨時注意觀察壩體穩(wěn)定情況，以防發(fā)生堰體沉陷，滑移等異常情況，發(fā)生后及時采取補救加固處理措施。為確保壩體穩(wěn)定，圍堰內水位下降應不大于70 cm/d，抽水過程中一旦發(fā)現(xiàn)滲水即停止抽水，即可加固圍堰，確保圍堰安全。

3.2.3 影響圍堰填筑的因素

下游圍堰選擇合理的結構形式，正確的填筑順序，最優(yōu)的填筑時間，是本圍堰成功的關鍵。

（1）合理的結構形式。下游圍堰攔截的是灌河潮水，受潮汐影響對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大，結合多年臨海圍堰填筑經驗，本工程下游側圍堰在土質圍堰基礎上增設兩排鋼管樁，鋼管樁內側插入鋼板，樁頂外側設雙拼工字鋼圍囹，上下游圍囹用精軋螺紋對拉并在樁內側土方填筑到最低水位時鋪設帶肋鋼筋網片，增強壩體整體性。

（2）正確的填筑順序。下游圍堰土方填筑施工順序分為：最低潮位以下，最高潮位與最低潮位之間，最高潮位以上三部分。最低潮位以下部分采用進占法施工，當潮水退到最低潮位之上50 cm時，開始進行土方填筑，當潮水漲到填土面前停止施工，最低潮位以下部分全部填筑完成后，進行鋼管樁打設、內側鋼板、鋪設鋼筋網片等。最高潮位至最低潮位之間壩體只能采用平層法分層填筑，每層厚度控制在60～80 cm，每一個落漲潮時間填筑完一層，壓實一層，直至填筑完成。最高潮位以上部分的施工釆用分層填筑，分層壓實，并分層加高填筑，直至達到設計高程。

（3）最優(yōu)的填筑時間。選擇最優(yōu)的填筑時間，也是圍堰成功的關鍵，潮汐河道施工，掌握并利用潮汐規(guī)律，及時調整機械設備配置和后勤供給，利用低潮位填筑，能有效減少土方沖刷，保證填筑質量，提升工程進度。因該河閘距河道入海口燕尾港較遠，通過多年分析，該河閘處潮汐比燕尾港處時間要滯后100 min，潮位差基本相同。

3.3 圍堰防護

在河閘施工期間，施工單位應采取一切必要的措施確保施工圍堰的安全，排除其他對其可能產生不利影響和干擾的因素。主體工程施工期間加強圍堰安全，防護，上下游圍堰迎水側采用防滲土工布鋪設[4-5]，鋪設時塊與塊之間搭接大于50 cm，坡腳向堰底外側延伸大于2 m，上游水位以下用編織袋裝土，機械裝船后，運到指定位置，人工在船上均勻拋投，出水后圍堰迎水面人工疊實袋裝土。下游水位以下用挖機在船上均勻拋投，出水后圍堰迎水面人工疊砌塊石防護。背水側一側隨著堰內抽水水位降低，逐步開挖岸邊土方在背水坡上加幫戧臺。施工期間在圍堰外側設置信號、警示標志，防止過往船舶撞擊圍堰堰體，影響圍堰安全。圍堰的使用、維護和應急方法及措施見表2[6]。

表2 圍堰的使用、維護和應急措施

3.4 圍堰拆除

主體工程完工并進行水下工程階段驗收合格后，按河道設計斷面拆除施工圍堰，拆除時先向圍堰內灌水，待圍堰兩側水位相平后即可拆除，圍堰拆除水下淤等駁船轉運至臨時碼頭后裝車轉運挖至棄土區(qū)。施工圍堰鋼管樁拔除、鋼板、工字鋼拆除均采用浮吊配合液壓振動錘拔除，施工順序為施工時打設反順序，即先打后拆，后打先拆。

4 結論及建議

該河閘施工期間除做好上下游圍堰施工安全維護外，還應該做好圍堰運行過程的監(jiān)測、維護和保養(yǎng)以及圍堰的安全管理，如做好圍堰外水位觀測和縱向位移觀測，做好圍堰的防沖刷、防臺風、防風浪措施，定期檢查和維護施工圍堰，一旦發(fā)生沖刷、松動等各種問題及時采取補救措施，另外在工程施工期間應強化管理，配專人值班并進行安全巡查?？傊?，圍堰施工是河閘擴建工程順利進行的第一道工序，也貫穿于整個工程建設之中，直至工程完工，圍堰拆除。