中南部非洲大型供水項目取水圍堰施工技術應用與分析

丁建偉

（中國土木工程集團有限公司，北京 100038）

中南部非洲國家干旱少雨，飲用水缺乏，近年來，為解決飲用水緊張問題，開始興建大型供水項目，從江河中取水，以解決市區供水問題。供水項目的取水頭部采用土石圍堰圍堵河床，創造干地施工條件，有利于建筑物（水泵房）的建設。圍堰作為臨時性擋水建筑物，一旦失事，后果嚴重，輕則影響工程施工，拖延工期，增加造價；重則可能造成潰堰，威脅人身及設備安全。因此，文章著重闡述中南部非洲供水項目取水圍堰施工技術，以解決河水給供水項目施工可能帶來的系列影響，創造安全可靠的干地施工環境。

1 地質水文情況及圍堰設計方案

1.1 地質水文情況

圍堰所處位置一般為河流中游，取水位置水面寬約為250m，河水流速較慢，河中心水深約為13m，枯水期水位約為974.00m，雨季來臨后河水水位約為975m（最近幾年中南部非洲雨量較小），30年以來最高洪水水位約為979m。

河底地質情況如下：②-1層淤泥。取水泵房主體下部土層，厚度為1.4～2.3m，工程力學性質極差，不可作為擬建建（構）筑物的持力層。④-2層中風化流紋巖。擬建區域均有此地質，工程力學性質好，可作為擬建建（構）筑物良好的基礎持力層。

1.2 圍堰設計方案

河底地質為中風化流紋巖，巖石堅硬，打入鋼板樁難度非常大，又因中南部非洲地區沒有圍堰施工專用機械，因此只能采取普通的土石圍堰。供水項目取水泵房的基礎為樁基基礎，考慮到鉆孔灌注樁的施工工作面較低，因此圍堰施工采取先整體填筑，為灌注樁施工創造工作面，然后進行鉆孔灌注樁施工，待灌注樁施工完畢后開展圍堰開挖工作。施工的重點及難點是圍堰的開挖與防水工作（見圖1）。

2 圍堰填筑施工技術方案

2.1 圍堰填筑

圍堰填筑平面形狀與泵房一致，能節省填筑土方量及縮短工期，同時也能起到舒緩水流的作用。

2.2 沙袋護坡

圖1 圍堰平面布置圖

為防止圍堰外部迎水側受到水流沖刷，時間久了影響圍堰整體穩定性，圍堰外側采取內含泥沙袋護坡的形式。沙袋規格為80cm×40cm。圍堰外側底部使用長臂挖掘機將沙袋放入，頂部使用人工配合裝載機將沙袋拋入河道中。

2.3 基坑開挖

由于圍堰所在河床水深較深，最深處可達13m，填筑水壓較大，圍堰填筑過程中振動碾的作用深度為圍堰頂面以下40cm，因此40cm以下填筑土石體沒有壓實度，接近自然堆方，無法起到防水作用。為完成基坑開挖，首先需要做好防水措施，結合現場實際情況及現有設備條件，決定采用注漿的方法進行防水閉氣處理。利用鉆孔灌注樁施工中所使用的泥漿泵作為壓漿泵，自制壓漿管及注漿頭作為壓注漿設備。壓漿施工與開挖施工交替配合，圍堰開挖采用三級放坡的形式，以保證跟腳的穩固，控制每次注漿的開挖深度為3m。具體施工工序如下：（1）將1∶3的水泥漿液通過壓漿管注入填筑好的堰體內，注入深度為6m，注漿孔間距為1.5m，三序孔施工，梅花形間距布置，注入的水泥漿液在壓力的作用下，穿過土體之間的空隙，填補到堰體的空腔內，水泥漿凝固后，水泥漿包裹的泥土、石塊形成一個大的整體，從而達到防水的作用。（2）待壓注漿后的土體達到一定強度后再進行開挖，開挖深度為3m，開挖坡度45°，開挖至第一個平臺，平臺寬度為3m，然后對坡面進行網片砂漿防護處理。（3）第一個平臺開挖成型后，再繼續沿圍堰外圍進行注漿工作，過程同步驟（1），注漿達到強度后繼續進行開挖，開挖至第二平臺，平臺寬度為3m，然后對坡面進行防護處理。（4）在第二平臺進行注漿，注漿完成后繼續開挖，開挖至圍堰底部，由于圍堰底部水壓力較大，因此在該段圍堰設置泄壓管，泄壓管采用長度1.2m的de110的PVC管，插入圍堰1m，外漏0.2m，排布間距為1m。（5）在距離圍堰底部0.5m處設置規格為0.2m×0.3m的明溝，明溝沿圍堰一周設置。明溝接入泵房5m工作面外圈設置的2個規格為1m×1m的集水坑。泄壓管流出的水通過排水明溝進入集水坑，集水坑固定2臺抽水泵，隨時將水排出（見圖2）。

圖2 圍堰填筑立面圖（單位：mm）

3 取水泵房基礎石方開挖技術方案

取水泵房所處位置水位較深，取水泵房所處地基多為中風化流紋巖，巖石十分堅硬，且巖石方量很大。利用破碎錘進行巖石開挖振動較大，可能會擾動圍堰。供水項目取水泵房施工工期緊，需在雨季到來前完成主體結構至現狀水面，以保證未來在雨季時施工的安全，經過綜合考慮，取水泵房基礎石方開挖采用潛孔鉆配合劈裂機的方式進行開挖（見圖3）。

圖3 劈裂機工作原理

4 圍堰拆除施工方案

取水泵房施工完成后，圍堰創造干地施工完成，并于旱季施工的末期進行圍堰拆除；根據中南部非洲雨季及旱季交替特點，河水水位在11月基本接近最低水位，可以進行圍堰拆除。

4.1 拆除前準備工作

（1）完成取水泵房上部砌體施工、門窗安裝、外墻涂料施工、室外欄桿安裝；（2）完成取水泵房粗細格柵、閘板閥安裝，閘板閥需經過水壓試驗，檢驗其閉水效果是否達到使用要求；（3）完成取水泵房立式斜流泵及相關管道安裝；（4）完成取水泵房電氣、棧橋兩側橋架及電纜敷設；（5）修建施工便道，在棧橋配電間一側修建一條施工便道，便道經過取水配電間化糞池附近連接現有道路。而棧橋配電間另一側施工便道已經存在。通過這兩條施工便道可達到圍堰兩側同時開挖的目的。

4.2 拆除方案

（1）一級坡拆除：由于圍堰一級坡距離取水泵房進水口最近，如不清理干凈土體及大塊石容易造成進水口堆積堵塞，導致無法正常取水，且圍堰堰體經過注漿已經具有了足夠的強度，具備拆除條件，因此首先進行一級坡拆除。一級坡拆除使用挖掘機停靠在二級坡進行挖掘作業。一級坡拆除過程中堰體內部持續排水，保持作業環境干燥，以達到將土石方清除干凈的目的。（2）二級坡混凝土護坡拆除：為確保圍堰拆除安全，一級坡拆除完成后不再從底部進行二級坡的拆除，但需要將二級坡的混凝土護坡破除，以此為后續開挖工作創造條件。（3）二級坡混凝土破除后，圍堰內部停止排水，讓內部水面自然上升至外部水面標高，保持內外水壓平衡。（4）堰頂拆除，降低堰頂標高：完成一級坡及二級坡護坡混凝土拆除后，開始進行堰頂拆除，堰頂拆除主要目的是降低堰頂標高，先將堰頂露出水面部分拆除，再將堰頂標高降低至河面最高水位以上50cm左右，以減少圍堰拆除工作量，同時更好地利用挖掘機拆除河底的壩體。根據以往水文觀測數據，9月末中南部非洲河水水位可降低1m左右，因此能夠拆除1m高的圍堰堰頂。（5）二、三級坡拆除：完成圍堰堰頂拆除后立即開始圍堰二級坡、三級坡的開挖。此時圍堰內部水位已經與外部水位持平，內外水壓平衡，因此壩體不會承受過大的水壓。堰體拆除從水流沖擊最強位置處開始，利用長臂挖掘機沿著堰體后撤式拆除，拆除的土石方利用自卸車運至圍堰填筑時取土坑處，并利用推土機進行平整，恢復地表。由于注漿緣故壩體強度較高，可能出現長臂挖掘機開挖不動的情況，如出現此情況，采用水下定向爆破的方式進行拆除。

4.3 安全措施

為確保圍堰拆除過程中人員及機械設備的安全，制訂圍堰拆除安全措施：（1）圍堰拆除前，聘請蛙人潛入河底探明河底情況，確認圍堰底部是否有因河水沖刷而出現掏空的情況，待情況探明后再進行圍堰拆除；（2）現場施工人員及機械設備操作手必須穿救生衣；（3）挖掘機、自卸車等臨邊作業機械設備門窗等均卸下，方便人員跳車逃生；（4）施工現場準備一艘小型救生船，以應對突發狀況。

5 結束語

綜上所述，文章針對中南部非洲大型供水項目取水圍堰施工技術應用與分析，通過分析取水圍堰的工作原理及技術特點，延伸出該技術對其他水利工程管理施工的意義。水利項目錯綜復雜，取水建筑物施工的技術問題可以采取取水圍堰施工解決，該技術有效地解決了河水給供水項目施工可能帶來的系列影響，創造了安全可靠的干地施工環境。通過分析取水圍堰施工技術的相關應用，明確了圍堰技術的安全性和實用性，該技術對于解決中南非洲缺少飲用水、用水緊張的問題具有重要的意義。