環保式土圍堰快速施工工法

(上海建工(浙江)水利水電建設有限公司，浙江 紹興 312000)

1 前 言

隨著經濟社會的快速發展，水環境保護和污染的防治越來越受到各級政府的高度重視，尤其是水源保護地有明確的環境保護管理規定要求。本文主要介紹了在紹興湯浦達郭水庫內建造臨時圍堰的調整改進方案，該方案較大地改善了施工期間對水庫水環境的污染影響，在確保安全的情況下加快了施工進度，更好地保證了圍堰的施工質量。

2 工程概述

本項目為紹興湯浦水庫原水第二通道工程，由本公司2017年1月中標承建，2月28日正式開工。工程位于紹興湯浦鎮，工程主要由輸水引水管線、隧洞和提水泵站等組成，最終引水至達郭水庫。為保證輸水通道在達郭水庫出口段永久建筑物的建造，在達郭水庫東北側需修筑一道臨時圍堰，圍堰圖紙由浙江省水電設計院提供。達郭水庫運行控制水位為70.00m，設計圍堰頂高程為71.00m，最大堰高約為6.4m。圍堰頂寬4.00m，兩側1∶1放坡，材料為編織袋裝黏土，中間設1道防滲土工膜及黏土心墻，于堰底中心開挖的防滲溝后用黏土回填封閉連接。圍堰長度105m，填筑方量約4000m3。圍堰結構斷面、平面布置及剖面見圖1～圖3。

圖1 設計圍堰斷面(調整前)(高程單位：m，長度單位：mm)

圖2 設計圍堰平面截圖

圖3 設計圍堰縱剖面

3 方案制定背景

由于達郭水庫是紹興市區的重要取水口，施工期間不得產生污染物。在業主的協調下，要求利用春節前供水低谷時段，在春節前35天內完成圍堰填筑，否則圍堰要延遲到第二年冬天才能實施。因此，圍堰施工只能一次性成功，無任何退路。同時，采用常規圍堰一次性填筑方案，堰基水下防滲槽開挖和黏土回填勢必產生污水，且質量也難以保證。

針對湯浦達郭水庫Ⅰ級水源保護區的管理要求，如施工不采取有效措施，勢必產生污水，圍堰質量也難以保證。施工面臨的困難主要來自如下幾個方面：

a.用挖掘機進行堰基水下防滲槽開挖和黏土回填，看不到，摸不著。操作時肯定會產生較多的泥漿污水，而且溝槽內嵌入的防滲膜安裝和黏土回填很難實施，這是最大的困難所在。

b.設計未對裝黏土用的編織袋尺寸和材料作出明確規定，太小影響工效，過大不利于裝卸和安裝拆除。同時編織袋必須牢固環保。這需要在施工前進行選擇比較。

c.由于達郭水庫是紹興市重要取水口，水質維護要求特別嚴格。在施工期間不得有污水或油污物漂入庫區，這對施工操作提出了更為嚴格的管理要求，需要采取相應有效的措施。這既是施工目標，也是編制施工方案的依據。

d.每年春節前用水低谷時段，有利于圍堰的填筑。經建設單位與達郭水庫管理運行單位的多次協調，要求在節前35天內完成圍堰施工任務，確保后期圍堰完成后基坑內永久建筑物的如期施工。如果此次圍堰填筑不能如期完成，只能安排到第二年冬天實施，因此工期緊、壓力大，方案必須可靠可行。

4 填筑方案調整改進

4.1 工作思路

針對上述圍堰傳統施工方法帶來的諸多困難，考慮解決的首要問題是如何在滿足設計和質量安全的前提下，通過調整、改進施工方案，使得施工更為環保、便利、快速。

一般的臨時圍堰多采用松林樁或鋼板樁(或拉森鋼板樁)內填黏土的結構型式，但該項目受庫區堰基砂礫石地層等地質條件的限制不能實施。設計單位提供的斷面型式對水質保護雖然有所考慮，但在實施操作時需要制定更加可行的環保措施，同時在實施方案中也需計算填筑時間，以保證35天內完成整個圍堰體系。

上述圍堰施工的四個難點問題，必須通過逐條調整改進實施方案，最終解決。這是創新的思路所在。

4.2 實施方案的確定

為解決環保和工期要求高的難題，經穩定性核算和多方論證，在滿足設計和安全的要求下，對圍堰的施工方案做出了調整。即采取分期填筑(圍堰在防滲土工膜位置分Ⅰ、Ⅱ期兩次填筑完成)，根據水庫調度計劃，Ⅰ期為迎水面側68.0m高程袋裝黏土填筑，待Ⅰ期完成基坑抽水后進行堰基防滲槽的開挖和土工膜的鋪設，然后再進行Ⅱ期背水坡側袋裝黏土圍堰的拼接填筑至設計71.0m高程。優化后的結構見圖4。

圖4 Ⅰ期圍堰斷面(調整后)(高程單位：m，長度單位：mm)

4.3 調整后的施工流程

按照施工方案，制定了如下的施工流程(見圖5)：

圖5 施工工藝流程

防滲土工布鋪設緊貼Ⅰ期圍堰內邊坡，防滲溝內的防滲土工布兩側用黏土回填密實，確保Ⅰ、Ⅱ期圍堰與防滲土工布結合緊密。

5 圍堰實施要點

5.1 施工準備

包括測量放樣、編織袋裝土、土工布、機械、人員等準備。

5.1.1 測量放樣及地形測繪

按設計要求做好圍堰具體位置的放樣和地形測繪工作，尤其要根據地質資料基本摸清圍堰水下部分的地形走勢、地質地層等情況，指導圍堰填筑施工。

5.1.2 材料準備

a.根據飲用水源地管理要求，編織袋裝黏土在附近取土點機械配合人工完成，然后用機械吊裝至運輸車輛上，運至圍堰處直接用挖機安放，減少二次污染。

b.施工用電及機械配備：準備25～50kW容量的國家電網接電點，并在現場自備55kW發電機一臺。備足抽水機具，水排至就近排水溝，污水不能流入水庫。

因PP聚丙烯編織袋在陽光下容易老化破裂，上部需要用原土或者麻袋裝土作為面層，內側采用厚反光塑料布遮擋，保證圍堰袋子的強度和拆除時對水庫的水質不產生影響。

c.施工防滲膜按設計要求采購進場，吸油棉、明礬和彩條布作為處理油污的物品必須備足。

5.1.3 施工便道及排水排污設施的修筑

利用已有道路修筑或加寬石渣施工臨時便道，把各施工作業點溝通起來，同時按環保文明施工要求把基坑排水和排污設施建設完成。

5.2 圍堰施工

5.2.1 裝土編織袋的定位鋪放

在施工前，應對河床和岸坡的淤泥、大塊石等進行適度的清理，保證堰基較為平順，沒有尖銳物，避免對裝土編織袋產生破壞，確保堰底與河床和岸坡緊密接觸。

5.2.2 隔離膜安裝

為減少施工時產生渾水等污染情況，圍堰外側設兩道隔離膜，擬在圍堰迎水面堰腳外2m、6m各設一道，根據水深情況擬采用彩條布沿水域通長布置，下部掛石塊沉底，上部采用浮標隨水位升降，盡量阻止或延緩因施工產生的渾水流入水庫，并在彩條布之間放置吸油棉避免施工機械等外部油污在施工過程中漂入水庫。由于施工造成的污水可在隔離膜內側投擲明礬等進行沉淀應急處理。

5.2.3 圍堰填筑

水下部分裝土編織袋圍堰施工時，由一側向另一側逐步推進；水下部分裝土編織袋圍堰施工時盡可能先深后淺均衡上升。采用體積1m3左右的裝土編織袋，用挖機安裝(堰頂鋪設鋼板作為運輸和挖機行走通道)，人工配合，運輸采用拖拉機。土編織袋安裝必須整齊牢固，丁順堆放。

5.2.4 圍堰防滲處理

圍堰的滲漏主要有三個部位:堰體與原河床接觸面、堰體與岸坡接觸面、裝土編織袋與裝土編織袋之間。特別是堰體與原河床接觸面部位，水頭壓力大，最易成為滲漏通道。防滲的主要措施如下:

a.圍堰底與堰基防滲按設計要求采用防滲溝黏土回填，防滲溝的深度可根據現場開挖情況作適當調整，同時利用挖掘機將堰基浮泥清理挖除，增加滲徑。防滲膜必須按要求嵌入溝底，黏土回填需夯實。Ⅰ期圍堰完成后如基坑抽水發現異常，立即停止降水，啟動應急預案，采取水回灌等措施，再與參建各方協商調整方案。

b.利用裝土編織袋含泥量大、自身致密性好、透水能力差的特點，自身防滲。

c.裝土編織袋之間容易形成滲水通道，一方面不宜將裝土編織袋充填得太飽滿，讓裝土編織袋靠自重擠壓密實；另一方面，如條件允許也可在裝土編織袋之間塞填黏性土后，再覆蓋編織土包，同時結合心墻中間的防滲土工膜防滲。

d.在堰體迎水側從堰頂鋪設兩層土工編織布至堰腳，土工編織布根據水深情況選擇相應材料，并深入河床3m，編織布用砂包壓面固定；在土工編織布搭接處，則要用砂包密鋪壓實，形成多層防滲體系。

5.2.5 局部問題處理

a.堰體與岸坡連接處，需拆除原有漿砌塊石擋墻及部分路面，然后夯填黏土包，嵌入岸堤，形成嵌入式防滲截水槽，待施工完畢后恢復。

b.內堰腳宜填土壓腳，作為防滲體。

c.圍堰施工時應分層分階段加高。選擇合理的時段，嚴格控制填筑速度，加強觀察。

d.基坑抽水時，應嚴格控制水位下降速度，每50cm 左右停泵檢查，注意堰體脫水、變形和滲水通道情況，避免集中滲水，形成管涌。

e.由于圍堰最高處水位差高達6.4m，注意圍堰位移變形情況以及堰底滲水情況，以便及時采取內側拋石穩定圍堰、堵漏等措施。

5.2.6 排水及排污

水源保護地基坑內排水及排污必須符合庫區管理要求，施工期間堰內水全部抽排至道路外排水溝沉淀處理后再排到作業區外。利用水庫管理單位的自動檢測系統(30min檢測一次)在施工期間對外溢污水或柴油泄漏物進行檢測，發現不符合要求，立即停工整改。

5.3 工期安排

根據水源地情況及圍堰設計進行供水調度，力爭庫水位控制在67.0m以下。按圍堰施工工期目標，通過協調，要求水庫水位降低到67.0m以下，持續時間為35天(Ⅰ期圍堰17天，抽水3天，Ⅱ期圍堰10天，圍堰加高5天)，最終施工至設計71.0m高程。

5.4 對比分析

對比常規的施工方案，調整后的方案在施工效率、水質保護、施工質量和經濟效益方面都有顯著的提升。

a.傳統圍堰一般采用小型編織袋。通過多次灌土、裝卸和安裝試驗，確定1m3的編織袋裝土作為圍堰材料，施工效率提高了數倍。

b.圍堰用的編織袋選用牢固環保的材料，有效解決了編織袋安裝破損和對水質的污染影響。

c.分兩期填筑，雖然填筑速度有所減緩，但更好地保證了防滲槽的施工質量和防滲槽施工引起的泥漿水污染。減少了返工，提高了質量，實際上加快了施工進度。

d.堰前設置隔離膜和吸油棉可有效地減少油污和泥漿水侵入水庫，同時在堰體表面鋪蓋土工布除了防滲外，還可以起到防紫外線的照射，避免編織袋老化破壞的作用。

e.通過Ⅰ期暫時圍堰擋水，較好地解決了低水庫調度期限短的難題。最終各類成本大大減少。

6 社會及經濟效益

6.1 經濟效益

本圍堰于2018年1月8日開始進場施工，2018年2月4日完成，比業主要求的35天計劃提前了5天，填筑方量約4000m3；編織袋的購置、黏土的裝運、現場安裝等費用預計約27萬元，相對于常規使用的圍堰方案，實際節約成本8萬元。

調整后的方案需配合的人工比傳統施工方案約少5人，按每工日150元計算，實際人工支出節約3.5萬元。具體見表1。

表1 經濟效益對比分析

通過加大黏土袋尺寸，提高了工效，加快了圍堰的施工進度，減少了施工成本和管理成本，體現出一定的經濟效益。

6.2 社會效益

首先，圍堰外側沿水域通長布置兩道彩條布隔離膜，盡量防止施工產生的渾水流入水庫，并在彩條布之間放置吸油棉避免施工機械等外泄油污在施工過程中漂入水庫。

其次，分兩期填筑圍堰，通過Ⅰ期圍堰擋水，較好地解決了低水位調度期限短的難題，又能在確保安全的前提下更好地保證截滲溝開挖及黏土回填質量。袋裝黏土也減少了圍堰填筑和拆除時泥土的浸泡污水外溢。

新方案的實施減少了污水的排放量約450m3，有效地保護了水庫水質。

7 結 語

采用本方案進行施工，減少了工作量，縮短了工期，施工質量得到了充分的保證，得到了業主單位、監理單位和水庫管理的一致好評。既保證了供水，又防止了水污染，產生了良好的社會效益。