模塊化拼裝鋼圍堰在密云水庫調(diào)蓄工程中的應(yīng)用分析

趙岳，孟祥奎，楊晶晶

（北京市南水北調(diào)團(tuán)城湖管理處，北京 100195）

近些年，黨中央、國務(wù)院高度重視水利事業(yè)的發(fā)展情況，各地興建水利工程。項(xiàng)目建設(shè)時可供選擇的擋水圍堰類型很多，適用的施工環(huán)境也有差異。對于建成的渠道搭設(shè)圍堰來說，模塊化鋼圍堰自身有拼裝便捷，能重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，提高了建材資源的使用率，減少圍堰施工造價，且不會帶來水體污染問題，為水利工程施工及設(shè)施檢修創(chuàng)造了諸多便利條件。

1 項(xiàng)目介紹

密云水庫調(diào)蓄工程線路全長103 ㎞， 總揚(yáng)程132.85m，本工程功能主要是由團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池將水通過1～9 級泵站提升到密云水庫儲存。為了保障調(diào)水過程的平穩(wěn)性、高效性，泵站出水口設(shè)置了可調(diào)節(jié)式翻板閘，密云水庫調(diào)蓄工程自2015 年投入運(yùn)行，屯佃泵站、埝頭泵站等先后出現(xiàn)傳感器及液壓故障，受到水下作業(yè)的影響，維修時要建設(shè)圍堰創(chuàng)造干槽作業(yè)環(huán)境，常規(guī)樁膜圍堰有搭設(shè)工期漫長、成本高等缺點(diǎn)，且圍堰拆除后渠道內(nèi)會遺留部分砂石，對輸水效率產(chǎn)生一定的影響。

為了處理水工建筑物及水下設(shè)備設(shè)施維修問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)查閱國內(nèi)外圍堰資料，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際設(shè)計(jì)出模塊化拼裝圍堰，為翻板閘、水下建筑物等設(shè)施檢修創(chuàng)造了便利條件。模塊化圍堰由可調(diào)節(jié)擋水高度的單榀桁架、連接桿、充氣（沖水）式擋水體以及壓重等部分構(gòu)成。參照擋水高度、長度拼接成規(guī)格不等的塊體，利用起重設(shè)備將塊體吊裝到需進(jìn)行擋水處理。塊與塊通過承插式連接，處理了水下無法連接固定的問題。擋水布設(shè)計(jì)成即可沖氣，又能沖水，并且是氣、水能夠相互轉(zhuǎn)換的擋水體，擋水時利用水的自重，確保防水布緊貼在渠道底，規(guī)避了局部防水布的上浮問題。擋水結(jié)束后，充氣排水，防水體自然上浮。

2 工藝原理

（1）模塊化圍堰設(shè)計(jì)以榀+榀=塊，塊+塊=圍堰的原理為基礎(chǔ)，各結(jié)構(gòu)部分由單榀桁架、連接桿、充氣（沖水）式擋水體、壓重組成。根據(jù)擋水所需長、寬拼接成不同大小的模塊，使用起重設(shè)備將模塊吊裝到需要擋水部位。模塊圍堰主要采用80mm*80mm 方管焊接桁架，桁架與桁架設(shè)有可調(diào)節(jié)的連接桿，模塊迎水面布設(shè)5mm 厚鋼板，鋼板外側(cè)鋪設(shè)充水式防水布，如圖1 所示。

圖1 鋼圍堰剖面圖

（2）圍堰模塊拼裝連接采用連接桿，連接根據(jù)不同部位、模塊大小分為固定式、伸縮式及承插式，如圖2、圖3 所示，充分體現(xiàn)圍堰模塊組合的多變性、方便性、快捷性。（3）圍堰塊體由單榀桁架采用連接桿組裝成塊體，模塊的形式、長度由擋水現(xiàn)場條件、塊體組裝后的重量、模塊拼裝后的剛度、起重設(shè)備能力及現(xiàn)場實(shí)際情況而定，常用模塊形式如圖4、圖5 所示，塊體與塊體采用承插連接。（4）圍堰防水體采用聚氯乙烯泳池膠膜材料，在工廠加工定做成需要的尺寸，為了提升阻水效果及便于鋪設(shè)、拆除吊裝，在防水布中部設(shè)置充氣、充水轉(zhuǎn)換倉及吊裝帶，并將四周邊緣15cm 范圍內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)處理，且間隔100cm 均勻設(shè)鎖定環(huán)。

圖2 固定式連接桿圖

圖3 伸縮式連接桿圖

圖4 圍堰塊體模塊形式圖

圖5 圍堰塊體模塊形式圖

3 模塊化拼裝鋼圍堰的工藝流程及方法

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→模塊化圍堰加工制作→圍堰拼裝→圍堰模塊吊裝→圍堰模塊組裝（河道內(nèi)）→防水布鋪設(shè)→基坑（翻板閘維修作業(yè)區(qū)）排水→圍堰拆除→現(xiàn)場清理（河道內(nèi)）→圍堰轉(zhuǎn)場或收存。

3.2 模塊化圍堰加工

（1）為了保證模塊圍堰桁架結(jié)構(gòu)尺寸，所有桁架、連接桿均在工廠加工平臺上放出大樣焊接完成，連接的螺栓孔，按照設(shè)計(jì)尺寸采用臺鉆打孔，確保位置準(zhǔn)確。

（2）桁架焊接時，先點(diǎn)焊成整體后，再對稱滿焊，成型的桁架必須保證平整不變形。

（3）桁架連接桿位置每榀必須一致且與桁架水平。

3.3 模塊化圍堰拼裝

（1）根據(jù)模塊圍堰每榀重量、拼裝后的剛度、起重設(shè)備能力及現(xiàn)場實(shí)際情況，本次圍堰模塊按照4m+4m+3m+3m+2m+2m 組合拼裝。

（2）圍堰模塊現(xiàn)場拼裝，4m 圍堰模塊采用8 榀桁架連接組成，3m 圍堰模塊采用6 榀桁架連接組成，2m 圍堰模塊采用4 榀桁架連接組成，模塊與模塊豎向采用滑軌式承插連接，迎水斜面及底部水平桿，采用連桿連接，水面以下連桿在排水過程中連接。

（3）圍堰模塊桁架拼裝完成后，在迎水斜面鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)片，鋼絲網(wǎng)片用馬鞍螺栓固定在桁架上，鋼絲網(wǎng)片的裁剪端向背水面彎曲，防止刺破防水布，另外，為了預(yù)防桁架、鋼絲網(wǎng)對防水布的損壞，鋼絲網(wǎng)上面先鋪設(shè)1 層無紡布。

3.4 吊裝鋼圍堰

（1）根據(jù)現(xiàn)場情況及模塊重量，經(jīng)過計(jì)算，吊裝采用80t 汽車起重機(jī)，屯佃泵站、前柳林泵站起重機(jī)安放在反向調(diào)水反向翻板閘的右岸，埝頭泵站起重機(jī)安放在反向調(diào)水反向翻板閘的左岸。

（2）為了保證圍堰模塊在吊裝過程中水平且不變形，每組圍堰模塊采用4 點(diǎn)吊裝法起吊，吊裝前通過試吊，找準(zhǔn)吊裝點(diǎn)。

（3）模塊圍堰安裝在翻板閘閘墩端部，從靠近起重機(jī)端依次組裝；為了保證圍堰順直，在兩個翼墻間用鋼絲設(shè)置水平線。

（4）圍堰模塊第一組延控制線緊貼翼墻放置渠道底部，第二組模塊垂直插入到第一組預(yù)留的承插口內(nèi)，第二組模塊放到渠底穩(wěn)定后，調(diào)整水平并將露出水面部分未連接的拉桿進(jìn)行固定。

（5）為了保證圍堰鋼架與翼墻有效連接，圍堰桁架隨翼墻形狀增加或減少桁架，并在邊榀桁架設(shè)置頂桿，待全部圍堰模塊組裝完成后，把露出水面的翼墻頂桿進(jìn)行緊固，并在圍堰頂部鋪設(shè)工作平臺。

3.5 防水布鋪設(shè)

（1）防水布鋪設(shè)范圍從圍堰兩段至翼墻頂，圍堰坡腳前延伸3～5 倍的水頭長度，目前，屯佃泵站擋水高度2.31m、前柳林擋水高度1.85m、埝頭泵站擋水高度1.23m，通過計(jì)算防水布水平長度為6.9～11.5m，綜合考慮，本次防水布鋪設(shè)在圍堰坡腳前延伸10m。

（2）防水布通過工廠加工定做成28m*15m 雙層一體形式，為了便于鋪設(shè)及拆除吊裝，在防水布中部設(shè)置充氣倉及吊裝帶，并將四周邊緣15cm 范圍內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)處理，且間隔100cm 均勻設(shè)鎖定環(huán)。

（3）防水鋪設(shè)前，先將防水布折疊成28m 長的軸狀運(yùn)至到圍堰頂部平臺，在岸上、半圓島房頂及河道內(nèi)用大繩鎖住防水布端頭向前拉，圍堰頂部人員隨著打開防水布，待防水布充氣部分拉平后，進(jìn)行充氣，讓防水布漂浮在水面上后，繼續(xù)向前拉伸，直至防水布全部攤平，在拉伸的過程中，嚴(yán)禁防水布入水，待全部攤平后，在防水布末端，每間隔1m 固定一個沙袋，沙袋固定完成后，對防水布進(jìn)行排氣，并將防水布末端沉入到水中。

（4）沙袋壓實(shí)，沙袋采用防水布定做成100cm*50cm桶狀袋，袋口設(shè)有可抽拉鎖扣的吊繩，吊繩長度2.5m，吊繩末端設(shè)置吊裝環(huán)，并在末端固定塑料浮漂。砂袋內(nèi)裝入3/4 粗砂，將袋口鎖緊沿著入水防水布的末端開始，依次向圍堰方向投入沙袋，將防水布與河底壓實(shí)。

3.6 圍堰排水

防水布鋪設(shè)完成后，在翻板閘基坑內(nèi)安裝2 臺6 寸排水泵，將翻板閘側(cè)水抽入到圍堰另一側(cè)，在抽排的過程中，隨著水位的下降，逐一固定兩組模塊圍堰連接桿及與翼墻相接的頂桿，如果設(shè)計(jì)的連接桿不能有效固定，采用槽鋼加固。在排水的過程中，加強(qiáng)觀察圍堰的穩(wěn)定及滲水情況，如發(fā)現(xiàn)滲水，在對應(yīng)滲水部位投入沙袋壓底。如發(fā)現(xiàn)圍堰有變形，立刻停止排水，分析原因，進(jìn)行加固處理。

3.7 拆除圍堰

（1）翻板閘維修完成后，拆除模塊圍堰最下段連接桿及翼墻頂桿，并通過技術(shù)供水向后池補(bǔ)水。

（2）待圍堰兩側(cè)水位平衡后，用吊車鎖住砂袋浮漂處的吊環(huán)，依次將砂袋吊出到岸岸上晾曬。砂袋全部清理干凈后，為防水布充氣，讓防水布浮出水面，用吊車鎖住防水袋中部的吊帶，將防水布吊出到河岸進(jìn)行晾曬。模塊圍堰連接桿拆除后，將分組模塊圍堰吊出河道進(jìn)行解體。

（3）河道內(nèi)施工遺留物用船全部打撈干凈。

4 工程效益

模塊化圍堰，平均折算到每延米圍堰費(fèi)用為12000 元，盡管和普通樁膜圍堰相比較前期投入偏高，但通過重復(fù)使用后，明顯減少了后期的維護(hù)、維修施工成本。該模塊化圍堰重復(fù)使用3 次后，每米拼接安裝費(fèi)用約2000 元，不足樁膜圍堰費(fèi)用的30%。模塊化鋼圍堰對密云水庫調(diào)蓄工程的屯佃泵站、埝頭泵翻板閘門的機(jī)械、液壓缸滲油、油路密封滲漏、開度儀顯示開度與實(shí)際不一致、前池技術(shù)供水取水口過濾網(wǎng)檢查及更換等問題進(jìn)行維修。圍堰建設(shè)、轉(zhuǎn)場便捷，使設(shè)備設(shè)施整體維修效果得到更大保障。

觀察2022 年度設(shè)備設(shè)施維修使用情況，初期材料成本基本已經(jīng)分?jǐn)偼瓿?，后期僅投入了安裝、倒運(yùn)費(fèi)用。以長遠(yuǎn)的眼光看待問題，通過技術(shù)創(chuàng)新不僅能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，還幫助國家節(jié)約了大量能源。

5 結(jié)語

圍堰搭設(shè)分化成不同的功能模塊，用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工廠制造，圍堰可以現(xiàn)場在地面上根據(jù)需求隨意組裝，采用起重機(jī)分塊吊裝，整個過程只花費(fèi)數(shù)小時即可完成，打破傳統(tǒng)水上作業(yè)習(xí)慣，減少了安全風(fēng)險。圍堰模塊化，易于運(yùn)輸安裝，且重復(fù)使用、減少浪費(fèi)。圍堰模塊化使施工時間更短、質(zhì)量更好，減少成本支出，充分體現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)內(nèi)在優(yōu)勢。

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