某取水工程施工圍堰設計的探討

□孫　蕾（新疆新華水電投資股份有限公司）

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某取水工程施工圍堰設計的探討

□孫蕾（新疆新華水電投資股份有限公司）

圍堰施工是水利水電工程施工中不可缺少的組成部分。在修建水利水電工程時，圍堰對基坑起到重要的防護作用，并將水流引向下游通道。文章針對某一取水工程，詳細闡述其設計方案及施工特點。

取水工程；圍堰；設計方案；施工方案

1　概況

某取水工程位于沃爾塔河西岸淺灘，其間為沼澤地帶，水深1～2 m。沃爾塔河水流速較緩，取水工程處基本無流速。取水工程選址處實測水位15.66 m，進水口高程10.55 m，泵站建基面為9.55 m。根據取水工程布置（如圖1）圍堰填筑高度將圍堰劃分為A、B兩段，B段圍堰位于圖中粗黑直線下側，因距老水廠取水口較近，填筑高度大，為了減少對水質的不良影響，擬采用碎石土、塊石、編織袋混合料填筑；A段圍堰位于圖中粗黑直線上側，距老水廠取水口稍遠，填筑高度不大，采用自然土石填筑。

圖1　取水工程布置圖

2　施工道路、施工圍堰設計

2.1施工道路

沿老水廠圍墻直行120 m穿墻繞過圓形水池至老水廠源水管道路北側填筑一條通往取水泵站的施工道路（此道路為后期新建輸水管道），路面寬度為5 m，具體布置見圖2。

圖2　施工道路布置圖

根據現場勘查，擬填筑道路沿線水深約在2 m。道路采用土石填筑，在淤泥路段，底層采用塊石拋填，底寬約8～10 m。水下填筑采用自然邊坡（填筑方量按1：6邊坡估算），水面以上填筑邊坡為1：2，路面高程17.16 m，典型剖面見圖3。

圖3　水廠沼澤新修道路剖面圖

本段路面長度170 m，土石方填筑量約9508 m3，其中石方填筑量約850 m3。

2.2取水工程A段圍堰

取水工程A段圍堰采用土石填筑，該處水位15.66 m，按超水位1.50 m考慮（經調查河水位變幅1 m），圍堰頂高程17.16 m，堰頂寬5 m，最大堰高4.50 m，圍堰軸線長140 m，圍堰水下填筑采用自然邊坡（填筑量按1：6邊坡估算），水上填筑邊坡1：3，圍堰防滲采用外側迎水面鋪設防水布，圍堰土石方填筑工程量為19293 m3，鋪設防水布6300 m2。圍堰布置及斷面見圖4。

圖4　圍堰四填剖面圖

2.3取水工程B段圍堰

B段口圍堰采用編織袋裝混合料填筑，堰頂寬6 m，最大堰高9.60 m，圍堰軸線長98 m，圍堰水下填筑采用自然邊坡（填筑量按1：6邊坡估算），水上填筑邊坡1：3，圍堰防滲采用外側迎水面鋪設防水布，碎石土、編織袋混合料填筑工程為11500 m3，鋪設防水布11025 m2。圍堰布置及斷面見圖4。

填筑方式：接著A段端點繼續用自然土石填筑，當自然土石填筑對水質造成較大影響時，圍堰填筑改為在外側用編織袋裝混合料或塊石填筑擋水戧堤。

2.4堰體的穩定計算方法

2.4.1圍堰穩定安全系數計算

圍堰設計為臨時建筑物，邊坡穩定安全系數要求≥1.05。現以B段最不利的典型斷面為例，采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算穩定安全系數（偏于安全），計算抗滑力矩時采用浮容重，計算滑動力矩時采用飽和容重，取1m段長，采用列表法計算。

計算公式如下：

式中：r'—土的浮容重，r'=8.82 kN/m3；hi—土條高度；βi—第i土條滑動面的法線與豎直線的夾角；φi—土條內摩擦角，φi=25°；Ci—土條粘聚力，Ci=30 KPa；li—圓弧長度；rsat—土的飽和容重，rsat=18.62 kN/m3。

2.4.2計算過程步驟

一是按比例繪出圍堰橫剖面圖；二是根據費蘭鈕斯法，查圖或查表，初步確定危險滑弧圓心的位置及半徑；三是在直線MN取一點圓心O1，以半徑R=31 m作圓弧，取土條寬度b=3.10 m，作出各土條中心線；四是量取各土條中心線的高度，列表計算圓心在O1點的穩定系數；五是在MN線上以步距2.00 m作圓心O2、O3、O4、O5，重復上述步驟，分別求得各點的穩定系數。以O1～O5中穩定系數最小的點O2作MN線的法線，并在法線上選O6～O11作為圓心分別計算穩定系數。六是根據計算結果得出以O8為圓心的滑動面為最不利滑動面，其穩定系數K=1.058即為所求本圍堰的最小穩定系數。（計算過程略）

2.4.3結論

最不利滑動面圓心相對坐標為：X相對坐標為距壩頂9.93m；Y相對坐標為距壩軸線28.78 m。

最小穩定系數：K=1.058＞［K］=1.05，穩定滿足要求。

3　料場選取

工程施工圍堰填筑選用料場擬采用新建水廠北側遠期規劃用地及周邊區域表部的風化巖土，風化巖土厚0.50～1.00 m，優點為含土量較少，在水中不易被浸泡流失。缺點是透水性強，因此針對土料的缺點在圍堰迎水面加鋪防水布，以降低圍堰堰體滲水量。

該料場風化巖土儲量滿足圍堰施工需求。

4　施工道路、施工圍堰施工

4.1施工流程

現場勘查→地表植被清除→道路施工→圍堰施工→排水清淤→取水工程施工→擋土墻（護岸）施工→圍堰拆除。

4.2場地清理

在施工前，對施工場地內已有建筑物、道路、管線等進行妥善保護，對地表雜物、雜草、灌木叢進行清理。

4.3施工道路施工

新筑施工道路長度170 m，土石方填筑量約9508 m3。采用挖掘機在料場挖土裝自卸車，運至現場用裝載機進行推填。逐段用振動碾對路面進行碾壓。

4.4圍堰施工

本工程圍堰根據工程布置和地形條件，分兩段施工：A段和B段，其施工流程如下：

圍堰的施工流程：測量定位→A段圍堰填筑→鋪設防水布→B段圍堰填筑（適時改為土袋填筑）→鋪設防水布→堰內一次性排水→堰內經常性排水（一直持續到泵房、取水口、護坡完成）→施工完成后拆除圍堰。

測量放線，根據地形圖以及設計方案給出的坐標，現場確定圍堰的位置，沿圍堰軸線布設14個控制點，在圖紙標注出14個點的坐標參數，根據坐標參數在現場用全站儀進行定位、控制。

A段水深約2～3 m，B段水深約3～9 m。A段圍堰內底邊線與新建泵房間距為10～15 m（由泵房開挖放坡以及操作面確定的間距）。B段圍堰內底邊線與取水口間距為8 m。

4.4.1A段圍堰施工

A段圍堰長140 m，圍堰填筑工程為19293 m3，鋪設防水布6300 m2。

土方填筑采用挖掘機在料場挖土裝自卸汽車，運至現場傾倒，用裝載機進行推填，水上部分用振動碾對圍堰進行碾壓。

防水布人工鋪設，防水布必須向河床底部延伸鋪設6～8 m，縱向搭接寬度應保證1 m以上。鋪設時先固定圍堰端，另一端固定好重物后采用木筏向河中張拉，然后緩慢放至河床并壓實，在鋪設完成后進行水下檢查，如發現搭接、折疊、破損等缺陷時應立即進行修整。合格后采用袋裝土對防水布進行固定。

4.4.2B段圍堰施工

B段圍長98m，填筑工程量為11500m3，鋪設防水布11025m2。

土袋選用透水性較強的編織袋，每個編織袋裝土不宜過多，裝填至70%即可，不可超裝，以保證土袋在水下能夠較好的變形，減少堰體內部的間隙。編織袋總需用量約23萬條，裝袋工作量大。為加快工程進度，在現場安裝一套自動裝袋設備，裝載機配合上土。裝好的袋裝土用自卸汽車運輸。

防水布人工鋪設與A段施工相同。

4.5其他

原水廠取水泵房與新建取水工程之間為原有的填筑體，為防止其側向透水，在此部位采用挖掘機開挖寬度100 cm左右的深溝，回填粘土，進行壓實以形成防水墻。

4.6基坑一次性排水

基坑內最大水深約6 m，按面積測算存水量約為11000 m3，按照排水計劃，每天水位下降≤2 m，以防止下降過快危害堰體安全，因此，確定排水時間為6 d。根據地質資料和圍堰填筑材質，經驗估算圍堰透水約每小時80 m3，基坑底層為板巖層，涌水量約為每小時30 m3。因此，基坑初期排水總量為11000+（80+30）×24×6=26840（m3）。

按6 d排干，每天抽排12 h，排水強度為373 m3/h，基坑一次性排水擬安裝3臺出水量120 m3/h離心泵和2臺出水量60 m3/h的潛水泵執行排水。

基坑初期排水嚴禁水位下降過快，以防止破壞圍堰，排水站布置見圖5。

圖5　基坑一次性排水示意圖

4.7基坑經常性排水

基坑經常性排水主要是抽排雨水、基坑滲水和施工用水。根據施工計劃，基坑開挖安排在旱季，雨量稀少，施工時嚴格控制施工用水。因雨水、施工用水與基坑滲水量相比甚微，經常性排水設備配置時雨水、施工用水量可忽略不計。

經前面估算圍堰、基坑底板透水總量約為110 m3/h。因此，基坑經常性排水強度為110 m3/h。

根據地質資料和基坑開挖深度，基坑經常性排水采用明排。排水溝設置在基坑底部，沿建筑物四周布置，在建筑物四角及取水口各設一處集水坑。基坑滲水通過排水溝匯集到集水坑，由水泵排出。排水溝斷面為：上口寬1 m、下口寬0.50 m、深0.50 m；集水坑斷面為：直徑1.50 m，深3 m。基坑經常性排水布置與一次性排水相同型號的潛水泵4臺，離心泵2臺，總排水量480 m3/h。排水溝、集水坑及水泵布置見圖6（調整集水坑位置）。

圖6　基坑經常性排水示意圖

5　結語

隨著我國加快基礎性建設，水利水電事業進入快速發展的時代，水利水電施工水平迅速提高。水利工程圍堰施工是水利施工中最常見的施工技術，在項目實施時應根據項目整體規劃，合理選取圍堰設計及施工方案，優化資源配置，保證施工質量，提高施工效益。

（責任編輯：潘俞靜）

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